CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Khái quát về nấm MONASCUS 1. Lịch sử sử dụng gạo men đỏ Gạo men đỏ là loại dược thảo và thực phẩm truyền thống Trung Quốc, được lên men từ gạo hấp với nấm Monascus, chế phẩm này được sử dụng cách đây hàng ngàn năm [9], [40]. Hiện nay trên thế giới, Monascus có nhiều tên gọi khác nhau như Red Yeast, Red yeast rice, Red Mould Rice, Red Mould (USA), Beni-Koji, Red-Koji, Ang-Khak (Nhật Bản), Hung-Chu, Hong Qu, Angkak, Zhitai (Trung Quốc), Rotschimmelreis (Châu Âu)… Cách đây 600 năm, Lý Thời Trân nhà y dược cổ đại Trung Hoa đã giới thiệu gạo men đỏ trong Bổn Thảo Cương Mục và trong các quyển sách khác của mình.
Trong những tài liệu này, ông đã mô tả khá đầy đủ, chính xác về giá trị dược lý và chức năng của gạo men đỏ [40]. Năm 1884, Van Tieghem đã phân lập Monascus đầu tiên từ khoai tây và từ bánh hạt lanh và xác định là Monascus rubber. Năm 1895, Went cũng phân lập được Monascus purpureus từ gạo bị mốc đỏ lấy tại các chợ ở Java, Indonesia. Sau đó hàng loạt các chủng Monascus đã được phát hiện ở nhiều nước trên thế giới [3].
Năm 1976, Giáo sư Akira Endo (Nhật Bản) đã tìm thấy Monacolin K từ các sản phẩm trao đổi chất của chủng Monascus purpureus Went. Hoạt chất này có thể làm giảm cholesterol trong máu, phát hiện này đã gây sự chú ý trên toàn thế giới. Công trình của Giáo sư Endo đã cho thấy, Monacolin K có thể ức chế sự tổng hợp của cholesterol trong cơ thể bằng cách ức chế cạnh tranh với enzyme HMG-CoA reductase. Nhờ vậy nó được dùng để ngăn ngừa và chữa trị các căn bệnh có liên quan đến hệ thống tim mạch và não bộ [12], [40].
Năm 1985, Giáo sư Goldstein và Brown (Mỹ) đã khám phá ra sự chuyển hóa của Monacolin K trong việc ức chế sự tổng hợp của cholesterol trong cơ thể. Nhờ vào công trình, họ đã được trao giải Nobel Sinh lý và Y khoa. Và sau đó, gạo nấm men đỏ trở nên nổi tiếng và phổ biến toàn cầu [3], [46]. Cấu trúc phân tử của Monacolin K [41].
Đặc điểm sinh học của nấm Monascus 1.1 Phân loại học Dựa theo khóa phân loại nấm mốc, Monascus được định danh như sau : - Ngành: Ascomycota - Lớp: Plectomycetes - Bộ: Eurotiales - Họ: Monascaceae - Giống: Monascus Theo Hawksworth và Pit (1983) Monascus được chia thành 3 loài gồm: M. Theo Martinkova và Patakova (1999), Pattanagul và cộng sự (2007) cho rằng Monascus được chia thành 6 loài: M. Ngoài ra, còn có một số loài mới được tìm thấy nhưng lại không có liên quan đến thực phẩm (Canno và cộng sự, 1995) [13]. Đặc điểm sinh học Hình dạng khuẩn lạc - Đường kính khuẩn lạc: 40mm (sau một tuần nuôi trên môi trường PGA).
10 - Hình thái: phẳng, bẹt, tỏa tròn. - Bề mặt: Có tơ mỏng. - Màu sắc: từ đỏ cam chuyển thành đó tía rồi thành màu đỏ nâu - Mặt sau: màu đỏ tía. - Quan sát dưới kính hiển vi (ở 300C) Hình 1.
purpureus + Đặc tính nổi bật: những nang nấm có vách mỏng tồn tại nhiều, dạng tròn tồn tại những bào tử đính. Chất màu được tạo thành tạo hệ sợi dưới dạng tinh thể hình chữ nhật, có kích thước tương đối đồng đều. + Các nang nấm vách mỏng được sản sinh trên những sợi nấm ngắn giống cuống, các nang nấm trưởng thành chứa đầy các bào tử nang rời rạc, không gắn chặt nhưng các nang nấm vẫn có thể nhìn thấy rõ ràng khi còn non. + Bào tử mang hình cầu có kích thước 5 - 6 µm x 3,5 – 4 µm, phẳng, không màu.
Đặc tính sinh học Theo Van Tieghem, M. ruber thuộc cùng một loài. Đây là loại nấm mốc hoại sinh phát triển trên tinh bột, thức ăn lên men trong các sản phẩm chế biến từ sữa (Went và cộng sự, 1895; Julova và cộng sự, 1996). Chúng có khả năng tạo ra sự lên men cellobiose, maltose, fructose và glucose nhưng không lên men đường saccharose (Ying và cộng sự, 1987).
purpureus là loại nấm sợi, cơ quan sinh sản của chúng là nang bào tử. Các nang bào tử này thường có hình cầu (đường kính 5 µm) hoặc là hình trứng (đường kính 6x5 µm). Ở giai đoạn còn non hệ sợi nấm có màu trắng, tuy nhiên các hệ sợi này phát triển nhanh thành màu hồng đậm và sau cùng là màu vàng – cam. Trong quá trình phát triển, Monascus làm môi trường chuyển sang acid yếu và tạo ra dưới lớp môi trường một màu đỏ thẫm khi nuôi cấy ở nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển của Monascus là top = 300C-370C, nhiệt độ tối đa tmax = 450C, nhiệt độ hấp nhất tmin = 150C-180C.
Các sản phẩm trao đổi chất của nấm Monascus sp. Trong quá trình sinh trưởng và phát triển Monascus tạo ra nhiều chất trao đổi sơ cấp và thứ cấp được trình bày trong bảng 1. Các sản phẩm trao đổi chất có giá trị của Monascus [5]. Enzyme thủy phân Amylase, glucoamylase… ngoại bào Rượu (Ethanol) 2.
Sản phẩm trao đổi Các acid ( acid citric, sucinic, gluconic, oxalic…) sơ cấp Hỗn hợp các ester Nhóm sắc tố (đỏ, vàng, cam) Monacolin γ – amino –butyric acid (GABA) 3. Các sản phẩm trao đổi chất thứ cấp Chất chống oxi hóa tự nhiên (flavonoid,…) Citrinin Chất làm giảm đường huyết và một số chất chưa định danh có hoạt tính sinh học. Khái quát về sắc tố Màu tự nhiên đang có nhu cầu rất lớn đặc biệt để sử dụng trong thực phẩm và đồ uống. Trong năm 2007, thị trường màu thực phẩm tự nhiên được có giá trị từ 465 triệu USD, tăng 4,6% so với năm 2004 (Mapari và cộng sự, 2010).
Các chất màu tự nhiên và màu được chiết xuất từ thực vật, động vật và vi sinh vật. Sản xuất bột màu sử dụng các vi sinh vật có lợi thế nhất định so với các nguồn khác như chúng có thể được phát triển nhanh chóng trong điều kiện kiểm soát cao. Kết quả là năng suất cao của các sắc tố. Ngoài Monascus nhiều vi sinh vật khác có khả năng sản xuất sắc tố như các loài của chi Paecilomyces, Serratia, Cordyceps, Streptomyces và Penicillium (Gunasekaran và Poorniammal, 2008).
Nhưng Monascus đã thu hút sự chú ý đặc biệt khi chúng tạo được nhiều màu sắc khác nhau đặc biệt là sắc tố đỏ và vàng là những màu thực phẩm mong muốn [13]. 12 Màu của Monascus được tách chiết bằng ethanol từ gạo lên men với nấm Monascus sau đó được thu nhận và tinh sạch để sử dụng phổ biến trong việc nhuộm màu thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm. Theo nhiều tác giả, có hơn 10 sắc tố tạo ra từ Monascus nhưng vẫn chưa có sự giải thích rõ ràng về chúng (Shin và cộng sự, 1998) [48]. Trong nhiều năm các nhà khoa học đã chứng minh sắc tố của Monascus phân thành 3 nhóm sắc tố: vàng - da cam - đỏ, trong đó sắc tố đỏ là quan trọng nhất do nó được sử dụng như chất màu thực phẩm và là chất thay thế nitrate trong bảo quản.
Cấu tạo phân tử Sắc tố của Monascus được tạo ra từ nhiều thành phần liên kết với nhau và được chia làm 3 nhóm sắc tố chính: - Rubropunctanin (C21H22O5) và Monascorubrin (C23H26O5) cho màu cam. - Ankaflavin (C23H30O5) và Monascin (C21H26O5) cho màu vàng. - Rubropunctamine (C21H23NO4) và Monoscorubramine (C23H27NO4) cho màu đỏ thẫm. Một màu có 2 cấu trúc phân tử khác nhau bởi chiều dài mạch của hợp chất béo.
Các sắc tố có thể được sinh ra trong cả môi trường chìm hay bán rắn và lượng sắc tố tạo ra phụ thuộc vào thành phần dinh dưỡng và điều kiện nuôi cấy chúng. Màu cam: Rubropunctatin (C21H22O5) Monascotubrine (C23H26O5) R= C5H11 R= C7H15 1. Màu vàng 13 Ankaflavin (C23H30O5) – R= C7H15 Monascin (C21H26O5) - R= C5H11 1. Màu đỏ Rubropunctamine(C21H23NO4) Monascorubramine (C23H27NO4) R= C7H15 R= C5H11 Hình 1.
Cấu trúc phân tử của các sắc tố Monascus sp. Sự ổn định của màu ảnh hưởng bởi các điều kiện: acid, nhiệt độ, ánh sáng, oxygen, độ ẩm và thời gian. Các sắc tố này được thêm vào trong xúc xích, bánh nướng được giữ ổn định 92-95% trong suốt 3 tháng với nhiệt độ 40C (Fabre và cộng sự, 1993) [21]. Mặt khác có hai cách để giữ cho màu được ổn định là: màu được hòa tan trong cồn, màu được hòa tan trong dầu [13].
Đặc tính sắc tố Ứng dụng Monascus trong mục đích nhuộm màu đã có từ lâu đời tại Trung Quốc. Monascus an toàn và không gây độc tố, nó ảnh hưởng đáng kể đến việc gia tăng tuần hoàn máu, giúp cải thiện chức năng lá lách và giảm mức độ mỡ trong cơ thể. Màu của Monascus được thu nhận từ quá trình lên men gạo, đậu nành thông qua quá trình tách chiết. Đó là màu thực phẩm tự nhiên và có chất lượng tốt với các đặc tính cụ thể: - Màu của Monascus có nguồn gốc tự nhiên, tốt cho sức khỏe.
14 - Dãy pH rộng từ 2 - 11. - Màu bền dưới ánh sáng thường, chống lại được nhiệt độ cao, tan được trong nước hoặc tan hoàn toàn trong cồn, các chất béo. - Không bị ảnh hưởng bởi các ion kim loại như: Ca2+, Mg2+, Fe2+, Cu2+ không bị ảnh hưởng bởi oxy hóa hoặc sự khử. - Màu thích hợp với các sản phẩm thịt, sữa, kem, nước trái cây, thức ăn biển… 1.
Tình hình sử dụng màu thực phẩm 1. Các nước phát triển Ở các nước phát triển việc sử dụng các chất màu vào thực phẩm được quy định khá chặt chẽ. Người ta sớm nhận biết được các nhược điểm khi sử dụng màu tổng hợp nên việc sử dụng hạn chế và những quy định những chất màu rõ rệt nằm trong danh mục các chất màu cho phép, bên cạnh đó họ đầu tư cho việc nghiên cứu phát triển các chất màu có nguồn gốc tự nhiên: thực vật, vi sinh vật… 1. Ở Việt Nam Nước ta hiện nay đang đầu tư rất mạnh vào việc phát triển công nghiệp thực phẩm, danh sách các mặt hàng thực phẩm ngày càng nhiều, phong phú và đa dạng hơn về mẫu mã và đặc biệt màu sắc đẹp và phù hợp, dễ dàng gây sự chú ý ở người tiêu dùng bên cạnh đó cũng đồng thời nâng cao chất lượng và giá trị sản phẩm đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng cho người tiêu dùng.
Tuy vậy, tình hình sử dụng màu thực phẩm trong nước chưa được kiểm soát chặt chẽ mặc dù đã có những danh mục và chỉ tiêu quy định màu dùng cho thực phẩm, điều này ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người cũng như kinh tế nhà nước.