Nghiên cứu khả năng tổng hợp carotenoid của nấm men Rhodotorula

Chuyên khảo phân tích Kl hoang thi thao nhi, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo., phục vụ nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

• Tác giả: Hoàng Thị Thảo Nhi
• Người hướng dẫn: GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt
• Trường học: Trường Đại học Công nghiệp Tp.HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học
• Đề tài: Nghiên cứu khả năng tổng hợp carotenoid của nấm men Rhodotorula
• Loại tài liệu: luận văn tốt nghiệp
• Địa điểm: Tp.HCM

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về nấm men Rhodotorula
• 1.2. Hình thái và kích thước nấm men
• 1.3. Cấu tạo và sinh sản của nấm men Rhodotorula
• 1.4. Đặc điểm sinh hóa
• 1.5. Khả năng tổng hợp carotenoid của nấm men Rhodotorula
• 1.5.1. Sơ lược về carotenoid
• 1.5.2. Khả năng tổng hợp carotenoid của nấm men Rhodotorula
• 1.6. Các nghiên cứu về nấm men Rhodotorula
• 1.7. Phương pháp lên men bán rắn
• 1.7.1. Đặc điểm của phương pháp lên men bán rắn
• 1.7.2. Ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy đến quá trình lên men bán rắn
• 1.7.3. Ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy đến quá trình lên men bán rắn
• 1.7.4. Ưu điểm của phương pháp lên men bán rắn so với lên men dịch thể
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nguyên liệu - giống vi sinh vật và môi trường
• 2.2. Giống vi sinh vật và môi trường
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4. Sơ đồ nuôi cấy bán rắn nấm men
• 2.5. Thuyết minh quy trình nuôi cấy
• 2.6. Các phương pháp phân tích nguyên liệu bắp
• 2.7. Các nghiên cứu thực hiện
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BIỆN LUẬN
• 3.1. Kết quả kiểm tra thành phần nguyên liệu
• 3.2. Kết quả khảo sát phương pháp tách carotenoid
• 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của khoáng đến khả năng tạo sắc tố carotenoid của nấm men Rhodotorula sp.
• 3.4. Kết quả khảo sát động học
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về khả năng tổng hợp carotenoid của nấm men Rhodotorula

Nấm men Rhodotorula là một trong những loài vi sinh vật có khả năng tổng hợp carotenoid tự nhiên. Carotenoid là sắc tố hữu cơ quan trọng, có vai trò trong việc bảo vệ tế bào khỏi các tác nhân oxy hóa. Nghiên cứu về khả năng tổng hợp carotenoid của nấm men Rhodotorula không chỉ giúp hiểu rõ hơn về sinh học của loài này mà còn mở ra cơ hội ứng dụng trong sản xuất thực phẩm chức năng và dược phẩm.

1.1. Ảnh hưởng của môi trường đến khả năng tổng hợp carotenoid

Môi trường nuôi cấy có ảnh hưởng lớn đến khả năng tổng hợp carotenoid của nấm men Rhodotorula. Các yếu tố như pH, nhiệt độ, và nồng độ dinh dưỡng đều có thể tác động đến quá trình sinh tổng hợp này.

1.2. Đặc điểm sinh học của nấm men Rhodotorula

Nấm men Rhodotorula có hình dạng đa dạng và khả năng sinh sản nhanh chóng. Chúng thường sinh sản bằng cách nảy chồi, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển và tổng hợp carotenoid.

II. Thách thức trong nghiên cứu khả năng tổng hợp carotenoid

Mặc dù nấm men Rhodotorula có khả năng tổng hợp carotenoid, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong nghiên cứu và ứng dụng. Việc tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy để đạt được hàm lượng carotenoid cao nhất là một trong những vấn đề cần giải quyết.

2.1. Khó khăn trong việc tối ưu hóa quy trình nuôi cấy

Quy trình nuôi cấy nấm men Rhodotorula cần được tối ưu hóa để tăng cường khả năng tổng hợp carotenoid. Các yếu tố như thời gian nuôi cấy và loại môi trường nuôi cấy cần được nghiên cứu kỹ lưỡng.

2.2. Ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài

Các yếu tố bên ngoài như ô nhiễm môi trường và sự cạnh tranh từ các loài vi sinh vật khác có thể ảnh hưởng đến khả năng tổng hợp carotenoid của nấm men Rhodotorula.

III. Phương pháp nghiên cứu khả năng tổng hợp carotenoid

Để nghiên cứu khả năng tổng hợp carotenoid của nấm men Rhodotorula, nhiều phương pháp khác nhau đã được áp dụng. Các phương pháp này bao gồm nuôi cấy trong môi trường lỏng và môi trường rắn, cũng như các kỹ thuật phân tích sắc tố.

3.1. Phương pháp nuôi cấy bán rắn

Phương pháp nuôi cấy bán rắn đã cho thấy hiệu quả cao trong việc tổng hợp carotenoid từ nấm men Rhodotorula. Phương pháp này giúp tối ưu hóa điều kiện sinh trưởng và phát triển của nấm men.

3.2. Kỹ thuật phân tích sắc tố carotenoid

Các kỹ thuật phân tích như sắc ký lỏng và quang phổ đã được sử dụng để xác định hàm lượng carotenoid trong nấm men Rhodotorula. Những kỹ thuật này giúp đánh giá chính xác khả năng tổng hợp sắc tố của nấm men.

IV. Ứng dụng thực tiễn của carotenoid từ nấm men Rhodotorula

Sản phẩm từ nấm men Rhodotorula có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ thực phẩm chức năng đến dược phẩm. Carotenoid có khả năng chống oxy hóa mạnh mẽ, giúp bảo vệ sức khỏe con người.

4.1. Ứng dụng trong thực phẩm chức năng

Nấm men Rhodotorula có thể được sử dụng để sản xuất các sản phẩm thực phẩm chức năng giàu carotenoid, giúp cải thiện sức khỏe và phòng ngừa bệnh tật.

4.2. Tiềm năng trong ngành dược phẩm

Các nghiên cứu cho thấy carotenoid từ nấm men Rhodotorula có thể được ứng dụng trong ngành dược phẩm, giúp phát triển các loại thuốc chống oxy hóa và bảo vệ tế bào.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu carotenoid từ nấm men Rhodotorula

Nghiên cứu khả năng tổng hợp carotenoid từ nấm men Rhodotorula mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực công nghệ sinh học. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều ứng dụng thiết thực cho sức khỏe con người.

5.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả tổng hợp carotenoid từ nấm men Rhodotorula.

5.2. Tầm quan trọng của carotenoid trong sức khỏe

Việc bổ sung carotenoid từ nấm men Rhodotorula vào chế độ ăn uống có thể giúp cải thiện sức khỏe và phòng ngừa nhiều bệnh lý liên quan đến oxy hóa.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam là quốc gia nông nghiệp với sản lượng phụ phẩm sau thu hoạch ước tính hàng chục triệu tấn mỗi năm, trong đó phụ phẩm từ ngô chiếm tỷ trọng đáng kể. Riêng phần lõi bắp sau khi tách hạt thường bị đốt bỏ hoặc thải ra môi trường gây lãng phí nguồn carbon hữu cơ và làm tăng nguy cơ ô nhiễm. Trong khi đó, nhu cầu sử dụng các hợp chất chống oxy hóa tự nhiên, đặc biệt là nhóm sắc tố carotenoid trong ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và thức ăn chăn nuôi đang tăng trưởng mạnh với hơn 600 biến thể tự nhiên được ghi nhận trên toàn cầu. Khác với thực vật bậc cao, động vật và con người không thể tự tổng hợp carotenoid mà phải bổ sung hoàn toàn qua đường thức ăn để tăng cường thị giác, miễn dịch và ngăn ngừa lão hóa.

Đề tài tập trung giải quyết bài toán tận dụng nguồn phụ phẩm lõi bắp dồi dào, giá thành thấp để làm chất mang sinh học cho quá trình sinh tổng hợp carotenoid bởi chủng nấm men đỏ Rhodotorula sp. CBS10104. Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm tại phòng thí nghiệm thuộc Viện Công nghệ Thực phẩm - Sinh học, Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh phối hợp cùng Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh. Mục tiêu cốt lõi của công trình là tối ưu hóa kỹ thuật lên men bán rắn trên cơ chất lõi bắp trong chu kỳ 5 ngày, đánh giá hiệu quả của 6 quy trình phá vỡ thành tế bào nhằm giải phóng sắc tố nội bào, đồng thời xác định nồng độ bổ sung các nguồn dinh dưỡng vô cơ và hữu cơ tối ưu về mặt kinh tế. Kết quả của nghiên cứu mở ra hướng đi bền vững trong việc chuyển hóa phế phẩm nông nghiệp thành sản phẩm sinh học giá trị cao, góp phần hạ giá thành nguyên liệu thức ăn bổ sung trong chăn nuôi từ 15% đến 20%.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết sinh tổng hợp sắc tố của vi sinh vật và công nghệ lên men bán rắn. Quá trình sinh tổng hợp carotenoid ở nấm men chi Rhodotorula thuộc ngành Basidiomycota diễn ra theo con đường acid mevalonic thông qua tiền chất farnesyl pyrophosphate để tạo nên chuỗi C40, hình thành các sắc tố chủ đạo như beta-carotene, torulene và torularhodin. Quá trình này bao gồm 3 pha sinh học: pha cảm ứng ánh sáng tối thiểu 12 giờ, pha tổng hợp enzyme trong tối và pha tích lũy sắc tố quang phụ thuộc.

Bên cạnh đó, lý thuyết lên men bán rắn trên chất mang không tan giải thích cơ chế vi sinh vật phát triển trên bề mặt hạt xốp với độ ẩm dao động từ 70% đến 76%, hạn chế tối đa lượng nước thải và giảm tiêu hao năng lượng sấy so với lên men chìm. Các khái niệm then chốt được vận dụng gồm: cấu trúc vách tế bào nấm men phức hợp glucan-mannan-chitin với tỷ lệ kitin khoảng 3%, hoạt độ nước của cơ chất xơ thô, và chỉ số hấp thụ quang phổ của sắc tố tan trong dung môi hữu cơ.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ chủng nấm men Rhodotorula sp. CBS10104 (mã hiệu MN12) phân lập từ lá lúa tại Long An, được định danh chính xác bằng kỹ thuật giải trình tự đoạn gen 28S rDNA. Nguồn cơ chất lõi bắp thu thập từ Thành phố Hồ Chí Minh được nghiền nhỏ đến kích thước hạt 2x3 mm và phân tích các chỉ tiêu hóa lý ban đầu. Khối lượng mẫu cố định là 30 gam cơ chất cho mỗi nghiệm thức trong các hộp lên men chuyên dụng, cấy giống với mật độ ban đầu đạt 3.10^6 CFU/g môi trường sau khi đã hoạt hóa 24 giờ trong dung dịch glucose 4%.

Phương pháp phân tích thành phần cơ chất áp dụng trích ly Soxhlet để định lượng chất béo, thủy phân acid-kiềm định phân khối lượng xác định xơ tổng, và nung ở 550 đến 600 độ C để xác định tro thô. Để phá vỡ vách tế bào thu hồi sắc tố nội bào, nghiên cứu tiến hành 6 nghiệm thức phối hợp giữa chế phẩm enzyme chitinase thô từ Trichoderma sp., nghiền cơ học bằng bột thủy tinh 120 micromet, sốc nhiệt lạnh đông và dung môi dimethyl sulfoxide. Hàm lượng carotenoid tổng số được xác định bằng phương pháp đo quang phổ hấp thụ tại bước sóng 454 nm trên hệ dung môi trích ly 2-propanol : acetonitrile : ethylacetate theo tỷ lệ thể tích 4:4:2. Toàn bộ thí nghiệm được bố trí lặp lại 3 lần, dữ liệu được phân tích phương sai một yếu tố để đánh giá độ tin cậy.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích hóa lý cơ chất ban đầu cho thấy lõi bắp chứa 17,5% xơ tổng, 7,4% chất béo, 3,0% tro thô và 0,3% chất tan, tạo cấu trúc giá thể xốp thoáng khí lý tưởng cho nấm men hiếu khí phát triển. Khảo sát các biện pháp phá vỡ vách tế bào chỉ ra rằng nghiệm thức kết hợp ủ enzyme chitinase và nghiền bột thủy tinh đạt hiệu quả thu hồi carotenoid cao nhất với mật độ quang OD trung bình 0,394, tương ứng hàm lượng 0,070 mg/g chất khô. Giá trị này cao hơn 159,2% so với mẫu đối chứng không xử lý phá vỡ tế bào chỉ đạt 0,027 mg/g chất khô.

Khảo sát ảnh hưởng của các nguồn dinh dưỡng bổ sung cho thấy: khi thay đổi lượng đường saccharose từ 0,01 g đến 0,05 g/30 g chất mang, hàm lượng carotenoid đạt đỉnh 0,110 mg/g tại mức 0,03 g. Khi thay đổi nguồn nitơ vô cơ NaNO3 từ 0,03 g đến 0,15 g, hàm lượng sắc tố đạt cực đại 0,130 mg/g tại mức 0,09 g. Đối với phosphor vô cơ KH2PO4, mức bổ sung 750 microgam cho hàm lượng sắc tố cao nhất đạt 0,104 mg/g chất khô.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả vượt trội của phương pháp phá vỡ tế bào bằng enzyme kết hợp nghiền cơ học được giải thích bởi đặc tính cấu tạo của vách tế bào nấm men Rhodotorula. Lớp vỏ tế bào được bao bọc bởi mạng lưới liên kết chéo mannan-protein và beta-glucan kiên cố cùng lớp màng sinh chất dày. Enzyme chitinase thực hiện quá trình thủy phân chọn lọc các liên kết cấu trúc, làm suy yếu khung đỡ polymer; tiếp đó lực ma sát từ bột thủy tinh nhanh chóng phá vỡ hoàn toàn màng tế bào, giúp dung môi hữu cơ tiếp cận triệt để các túi chứa sắc tố nội bào.

Khi xử lý thống kê bằng phân tích phương sai một yếu tố, giá trị p thu được đối với nguồn carbon là 0,5523, nguồn nitơ là 0,6539 và nguồn phosphor là 0,8076 (đều lớn hơn ngưỡng ý nghĩa 0,05). Điều này chứng minh rằng việc tăng nồng độ các chất dinh dưỡng bổ sung không mang lại sự khác biệt có ý nghĩa thống kê về sản lượng sắc tố. Do đó, dưới góc độ kinh tế và kỹ thuật, các mức bổ sung thấp nhất gồm 0,01 g saccharose (tương đương tỷ lệ 0,033%) và 0,03 g NaNO3 (tương đương 0,1% nitơ) được lựa chọn để tối ưu hóa chi phí sản xuất. Dữ liệu thực nghiệm này có thể được mô hình hóa trực quan thông qua đồ thị phân tán biểu diễn tương quan giữa nồng độ khoáng và năng suất tạo màu, kết hợp bảng phân tích chi phí nguyên liệu đầu vào.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, chuẩn hóa quy trình sơ chế và tiền xử lý nguyên liệu lõi bắp ở quy mô bán công nghiệp. Doanh nghiệp chế biến thức ăn chăn nuôi phối hợp với các cơ sở nghiên cứu cần thiết lập hệ thống nghiền sàng liên tục để duy trì kích thước hạt cơ chất đồng nhất 2x3 mm và kiểm soát độ ẩm ban đầu ở mức 70% đến 75%, hoàn thành trong thời gian 6 tháng với mục tiêu nâng hiệu suất nảy chồi của nấm men thêm 15%.

Thứ hai, thiết kế và chế tạo thiết bị phá vỡ vách tế bào quy mô mẻ lớn kết hợp cơ-hóa sinh. Các đơn vị công nghệ sinh học nên đầu tư hệ thống nghiền bi siêu mịn tích hợp buồng ủ nhiệt độ 50 đến 55 độ C chứa enzyme chitinase tái tổ hợp trong khung thời gian 12 tháng, nhằm hạ tỷ lệ thất thoát carotenoid xuống dưới 5% và giảm 30% lượng dung môi trích ly hữu cơ.

Thứ ba, phát triển công thức phối trộn trực tiếp sinh khối lên men vào khẩu phần thức ăn gia cầm và thủy sản. Viện chăn nuôi cùng các hợp tác xã nông nghiệp cần tiến hành thử nghiệm nghiệm thức bổ sung 2% đến 3% sinh khối lên men khô vào thức ăn cho gà đẻ trứng và tôm thương phẩm trong 9 tháng, hướng tới mục tiêu tăng chỉ số màu lòng đỏ trứng lên trên mức 12 theo quạt so màu Roche và cải thiện sức đề kháng của vật nuôi.

Thứ tư, nghiên cứu hoàn thiện hệ thống thiết bị lên men bán rắn dạng tầng sôi hoặc thùng quay có kiểm soát nhiệt-ẩm tự động. Đội ngũ kỹ sư cơ điện tử và công nghệ sinh học cần triển khai chế tạo bioreactor bán rắn công suất 50 đến 100 kg/mẻ trong vòng 18 tháng, kiểm soát chính xác sự tích tụ nhiệt do quá trình trao đổi chất của vi sinh vật, bảo đảm năng suất tổng hợp carotenoid ổn định trên 0,070 mg/g chất khô.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhà nghiên cứu và giảng viên chuyên ngành Công nghệ Sinh học, Vi sinh học ứng dụng: Tài liệu cung cấp dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về đặc điểm sinh thái, động học tăng trưởng và các yếu tố dinh dưỡng ảnh hưởng đến quá trình tích lũy sắc tố quang phụ thuộc của nấm men đỏ, làm tài liệu tham khảo giá trị cho các công trình nghiên cứu sâu về enzyme học và chuyển hóa vi sinh.

Học viên cao học và sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm, Kỹ thuật Hóa học: Luận văn là bản hướng dẫn chi tiết về kỹ thuật lên men bán rắn trên phụ phẩm lignocellulose, quy trình đo quang phổ UV-Vis xác định carotenoid ở bước sóng 454 nm và phương pháp xử lý số liệu bằng phân tích phương sai ANOVA một yếu tố.

Doanh nghiệp sản xuất thức ăn chăn nuôi và phụ gia dinh dưỡng: Bản nghiên cứu đưa ra giải pháp thay thế sắc tố tổng hợp bằng sắc tố sinh học tự nhiên, giúp doanh nghiệp tối ưu hóa chi phí sản xuất nguồn tiền vitamin A và nâng cao khả năng cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường chăn nuôi hữu cơ.

Chuyên gia môi trường và cán bộ quản lý nông nghiệp tại các địa phương: Tài liệu đề xuất phương án kinh tế tuần hoàn khả thi, biến hàng ngàn tấn phụ phẩm lõi bắp sau thu hoạch thành sản phẩm có giá trị gia tăng cao, giải quyết triệt để vấn đề đốt đồng gây ô nhiễm không khí tại các vùng trồng ngô trọng điểm.

Câu hỏi thường gặp

Chủng nấm men Rhodotorula sp. CBS10104 có những ưu điểm gì vượt trội trong tổng hợp carotenoid?

Chủng nấm men này có khả năng sinh trưởng mạnh trên cơ chất nghèo dinh dưỡng, không tạo độc tố và có hệ enzyme thích nghi cao. Trong điều kiện chiếu sáng thích hợp, nấm men có tốc độ phân chia nhanh với chu kỳ tăng đôi tế bào từ 2 đến 6 giờ, đồng thời tích lũy hàm lượng cao các sắc tố có hoạt tính sinh học mạnh như beta-carotene, torulene và torularhodin.

Tại sao phương pháp phá vỡ tế bào kết hợp enzyme và bột thủy tinh lại đạt hiệu quả cao nhất?

Vách tế bào nấm men được cấu tạo từ các lớp glucan, mannan và khoảng 3% kitin liên kết rất bền vững. Sự kết hợp giữa enzyme chitinase ủ ở nhiệt độ 50 đến 55 độ C để cắt mạch polymer sinh học và lực ma sát cơ học từ hạt thủy tinh siêu mịn 120 micromet giúp phá vỡ hoàn toàn vách tế bào, nâng hàm lượng carotenoid trích ly lên 0,070 mg/g chất khô, vượt trội 159,2% so với khi không xử lý.

Vì sao nghiên cứu lại chọn mức bổ sung 0,01 g saccharose và 0,03 g NaNO3 dù mức cao hơn cho sản lượng nhỉnh hơn?

Qua phân tích phương sai một yếu tố, giá trị p của các thí nghiệm bổ sung carbon và nitơ lần lượt là 0,5523 và 0,6539 (đều lớn hơn 0,05), chứng minh sự chênh lệch sản lượng giữa các mức nồng độ không có ý nghĩa thống kê. Lựa chọn mức bổ sung tối thiểu 0,01 g saccharose và 0,03 g NaNO3 trên 30 g chất mang giúp tiết kiệm tối đa chi phí hóa chất trong sản xuất thực tế.

Phương pháp lên men bán rắn trên lõi bắp có ưu điểm gì so với lên men chìm truyền thống?

Lên men bán rắn tận dụng nguồn xơ thô giá rẻ, duy trì độ ẩm canh trường ở mức 70% đến 76%, giúp giảm thiểu tới 80% lượng nước thải công nghiệp. Quá trình này tiết kiệm đáng kể năng lượng sấy cô đặc sản phẩm, đồng thời cho phép sử dụng trực tiếp toàn bộ khối cơ chất và sinh khối nấm men làm thức ăn chăn nuôi mà không cần qua công đoạn tách lọc phức tạp.

Carotenoid từ nấm men Rhodotorula có thể ứng dụng cụ thể như thế nào trong ngành chăn nuôi?

Sắc tố carotenoid đóng vai trò là tiền vitamin A tự nhiên và chất chống oxy hóa mạnh. Khi bổ sung vào thức ăn cho gia cầm, carotenoid giúp tạo màu vàng cam tự nhiên cho lòng đỏ trứng và da gà thịt; đối với thủy sản như tôm và cá hồi, hợp chất này giúp tăng sắc tố biểu bì, kích thích hệ miễn dịch và nâng cao tỷ lệ sống của con giống trong các giai đoạn phát triển.

Kết luận

• Đã phân lập, định danh thành công chủng nấm men Rhodotorula sp. CBS10104 bằng kỹ thuật giải trình tự đoạn gen 28S rDNA và chứng minh khả năng thích nghi sinh trưởng tuyệt vời trên giá thể lõi bắp vụn.
• Xác định thành phần hóa lý của cơ chất phụ phẩm lõi bắp với hàm lượng xơ tổng 17,5% và chất béo 7,4%, tạo môi trường xốp thoáng khí tối ưu cho quá trình lên men bán rắn.
• Xác lập quy trình phá vỡ màng tế bào tối ưu bằng chế phẩm enzyme chitinase kết hợp nghiền cơ học với bột thủy tinh, nâng hiệu suất thu hồi carotenoid lên 0,070 mg/g chất khô, cao gấp 2,59 lần so với mẫu đối chứng.
• Tối ưu hóa thành phần dinh dưỡng bổ sung về mặt kinh tế với tỷ lệ 0,033% đường saccharose và 0,1% nitơ vô cơ trên khối lượng cơ chất mà vẫn đảm bảo năng suất sinh khối ổn định.
• Chứng minh tính khả thi của mô hình kinh tế tuần hoàn trong việc biến phụ phẩm nông nghiệp thành nguồn carotenoid sinh học giá trị cao phục vụ ngành chăn nuôi và công nghiệp thực phẩm.

Đóng góp cốt lõi của công trình là xây dựng thành công một quy trình công nghệ sinh học khép kín từ khâu tận dụng phế phụ phẩm thô đến kỹ thuật nuôi cấy bán rắn và trích ly sắc tố nội bào với chi phí thấp. Trong kế hoạch 6 đến 12 tháng tới, nhóm nghiên cứu dự kiến sẽ hoàn thiện thiết kế lò lên men bán rắn tự động hóa và tiến hành thử nghiệm lâm sàng trên đàn gia cầm quy mô trang trại. Hãy chủ động liên hệ với nhóm tác giả và các đơn vị nghiên cứu để cùng hợp tác chuyển giao công nghệ, mở rộng quy mô sản xuất và ứng dụng nguồn sắc tố sinh học này vào thực tiễn ngành công nghiệp chế biến thức ăn chăn nuôi hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN SVTH: Hoàng Thị Thảo Nhi 1 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt 1. Tổng quan về nấm men Rhodotorula 1. Phân loại học Giới Nấm Ngành Basidiomycota Lớp Urediniomycetes Bộ Sporidiobolceae Giống Rhodotorula Dựa vào phân loại của Harison thì nấm men Rhodotorula gồm 34 loài, trong đó phổ biến là ba loài: Rh. glutinis và Rh.

Theo Krutzman và Fell (2000) giống nấm men Rhodotorula gồm 45 loài, theo mô tả của tác giả cho rằng loài Rh. mucilaginosa trước đó có tên gọi là Rh. rubra, loài này tạo ra enzyme urease, không đồng hoá nitrate, không phát triển trên cycloheximide hoặc nhiệt độ 40oC và loài Rh. rubra thực ra chỉ là một dạng riêng của loài Rh.

glutinis, tên gọi Rh. ruba ở một số tài liệu hiện nay không còn nữa và được thay thế bằng tên mới là Rh. ại đến giống của Phương Tâ m Phương (1962), ấnm men Theo khoá phân lo Rhodotorula có đặc tính sau: • Không tạo thành màng bào tử và bào tử bán rắn. • Không có khuẩn ty thật và cũng không có khuẩn ty giả.

• Hình thành sắc tố carotenoid. Theo khoá phân ạilo Koneman E. và Robert (1983) giống nấm men Rhodotorula có đặc tính sau: • Không sinh bào tử, không sinh khuẩn ty hay khuẩn ty giả. • Sinh enzyme urease.

SVTH: Hoàng Thị Thảo Nhi 2 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt • Không đồng hoá inositol. Theo khoá phân loại của Lodder (1990) giống nấm men Rhodotorula có đặc điểm sau: • Tế bào nảy chồi, không có khuẩn ty giả. • Vết cấy màu hồng hay vàng do sinh sắc tố carotenoid, không lên men. • Không đồng hoá nguồn carbon inositol.

• Không hình thành hợp chất loại tinh bột. Phân bố [3],[8],[13],[14],[16] Như các loại nấm men khác, Rhodotorula thuộc cơ thể đơn bào. Chúng phân bố rộng rãi ở khắp nơi và thực tế trên thế giới cũng như ở Việt Nam, người ta đã tiến hành phân lập được Rhodotorula ở những nơi như: • Trên mặt đất. • Trong không khí.

Trên vỏ lá cây: táo, dưa hấu, dâu tây, dâm bụt,…. Harden là người đầu tiên phân lập được nấm men Rhodotorula mucilaginosa, tiếp đó là Harrison (1927), theo Harrison nấm men cư trú rộng rãi trong đất, không khí, hồ, sông, biển và các sản phẩm từ sữa. Chúng còn sống trên cây trồng, người và động vật hữu nhũ. • Ở thực vật: Rhodotorula là nhóm sinh vật cơ hội, sống hoại sinh khắp nơi quanh môi trường sống của chúng ta.

Đây là loại nấm men thường phân lập được ở các môi trường ẩm, bề mặt lá, đất,…. Nấm men Rhodotorula (Rh. municlaginosa,…) là giống thường sinh sống trên bề mặt lá cây. Nấm men có nhiều sắc tố trên bề mặt lá và theo Dickinson chính các sắc tố từ vi sinh vật có khả năng bảo vệ bề mặt lá dưới tác dụng trực tiếp của ánh sáng mặt trời.

Cũng theo Dickinson (1976, 1982) nấm men Rhodotorula thường cư trú trên các loại hoa, mật hoa. Do các loại hoa có hàm lượng đường cao nên rất thích SVTH: Hoàng Thị Thảo Nhi 3 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt hợp cho sự sống của nấm men này và chúng thường tìm thấy ở nhị hoa, đầu nhụy nhiều hơn so với tràng hoa, chồi hoa và đài hoa. Cho đến nay chưa có tài liệu nào nói về độc tố của nấm men Rhodotorula. Tuy nhiên, đối với thực vật Rhodotorula glutinis thường gây ra bệnh đỏ ở trái táo, rượu táo.

Burrại lonấm Rh. glutinis thường sống trên táo (cùng với Aureobasidium) gây ra màu nâu đỏ trên táo, chúng cũng sống trên đất vườn t rồng táo. Ông và các đồng sự đã tiến hành xác định ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm đến động học vá ức chế các quá trình gây bệnh cho táo, đất vườn bằng invitro. Theo Wiles nấm men Rhodotorula cùng với các nấm men dại như Hansenula, Candida, Torulopsis, Pichia và Brettanomyces là những nấm men không mong muốn làm ảnh hưởng đến chất lượng bia.

Carr và cộng sự (1979 – 1980) cho biết các nấm men phân lập từ hạt ca cao thu được từ quá trình lên men hạt ca cao tươi có sự hiện diện của Rhodotorula spp. Khi khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như: độ thoáng khí, pH, nồng độ ethanol, nồng độ cơ chất thích hợp cho quá trình lên men ca cao, Carr cho rằng trong tự nhiên có nhiều nấm men có khả năng lên men ca cao, trong số đó có Rhodotorula spp có khả năng lên men bán rắn. Trong đất: Giống nấm men Rhodotorula thường sống nhiều trong đất, đặc biệt là đất bị nhiễm dầu hay ngay trong nguồn dầu mỏ, các hydrocarbon mạch dài. Ngoài ra, chúng ta cũng có thể tìm thấy chúng trên da ẩm, xung quanh môi trường sống như từ các thảm trải, vữa từ bồn tắm và bàn chải đánh răng.

SVTH: Hoàng Thị Thảo Nhi 4 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt 1. Hình thái và kích thước nấm men [3] Hình 1. Hình dạng nấm men Rhodotorula sp [8] Rhodotorula có nhiều hình dạng khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện nuôi cấy. Hình dạng của nó gồm: hình trứng, hình dài, elip, hình tròn cầu và hình gậy.

Rhodotorula có khuẩn lạc trơn, mềm, có màu từ kem đến vàng hoặc đỏ. Theo từ khoá luận phân loại nấm men của Lodder (1971) thì Rhodotorula thuộc nhóm không tạo bào tử, không có sợi khuẩn ty hay khuẩn ty giả. Đa số Rhodotorula có hình cầu tròn, một số có hình dài, trông giống như sợi khuẩn ty. Một số loài Rhodotorula được miêu tả như bảng 1.

Hình thái của một số loài nấm men Rhodotorula nuôi cấy trên môi trường thạch malt [3] STT Loài Màu khuẩn Hình dạng Nguồn phân lập 1 Rh. acheniorum Hồng Dài Quả dâu, lá lê 2 Rh. araucariae Hồng Tròn cầu Gỗ cây bách tán 3 Rh. aurantiaca Hồng hoặc đỏ Dài Không khí, bia, đất 4 Rh.

bogoriensis Kem hoặc hồng Gậy 5 Rh. diffluens Kem Tròn cầu, elip 6 Rh. fujisanense Kem hoặc hồng Gậy Cây nho dại 7 Rh. glutinis Hồng hoặc đỏ Tròn cầu SVTH: Hoàng Thị Thảo Nhi 5 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt 8 Rh.

graminis Hồng Tròn cầu 9 Rh. ingeniosa Kem Tròn cầu 10 Rh. javanica Kem Dài 11 Rh. lactosa Vàng, hồng hoặc đỏ Tròn cầu Không khí 12 Rh.

marina Hồng hoặc đỏ Tròn cầu Không khí biển 13 Rh. minuta Hồng hoặc đỏ Tròn cầu Không khí biển 14 Rh. mucilaginose Kem, hồng Dài Nước, không khí 15 Rh. muscorum Kem hoặc nâu nhạt Gậy 16 Rh.

pillida Kem hoặc hồng Tròn cầu Biển, dưa leo ngâm 17 Rh. pilatii Kem Tròn cầu Cây tùng bách 18 Rh. pilimanae Hồng hoặc đỏ Tròn cầu Nước cất Hình 1. Tế bào nấm men Rhodotorula glutinis [2] Hình 1.

Khuẩn lạc Rh.mucilaginosa [2] SVTH: Hoàng Thị Thảo Nhi 6 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt Hình 1. Khuẩn lạc Rh. Khuẩn lạc Rh. Cấu tạo và sinh sản của nấm men Rhodotorula [3] 1.

Cấu tạo Cho đến nay việc nghiên cứu cấu tạo của nấm men Rhodotorula vẫn chưa được miêu tả một cách cụ thể nhưng đặc điểm chung về cấu tạo của Rhodotorula cũng giống như những loại nấm men khác bao gồm các phần sau: • Thành tế bào: Được cấu tạo từ các thành phần khác nhau, trong đó đáng kể nhất là: glucan, manan, protein, lipide và một số thành phần nhỏ như kitin. • Manan: Manan là hợp chất cao phân tử của D – manose, mỗi phân tử thường chứa 200 – 400 thành phần manose. Thường manna liên kết với protide theo tỷ lệ 2:1. Mannan thường có mối liên kết α – 1,6; α – 1,3; β – 1,6.

Phân tử lượng của chúng khoảng 5. SVTH: Hoàng Thị Thảo Nhi 7 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt • Glucan: Glucan là hợp chất cao phân tử của D – glucose. Đó là một polysaccharide phân nhánh có liên kết β – 1,3 và β – 1,6. Cả hai thành phần này phân bố đều trên thành tế bào.

• Protide: Thường protide liên kết với các thành phần khác như là manan. Trong thành phần của chúng có nhiều acid amin. Thường thì các polysaccharide nằm phía trong gần bào tương. • Kitin: Nằm ở phần nảy chồi.

Chúng chiếm số lượng rất nhỏ khoảng 3%. Đây là chất bền vững không bị enzyme phá huỷ, vì thế chúng có tác dụng bảo vệ chồi còn non. Ngoài ra còn thấy trong thành tế bào có lipide ở dạng phosp holipide, khoảng 1 – 10%. • Màng nguyên sinh chất: Màng nguyên sinh ồm g các hợp chất phức tạp như: protein, phospholipide, enzyme permerase.

Trong thời kỳ còn non và khi tế bào già màng nguyên sinh bám sát thành tế bào làm giảm khả năng trao đổi chất của nấm men. • Nguyên sinh chất: Tế bào còn non thì nguyên sinh chất càng đồng nhất, càng về già càng mất tính đồng nhất do xuất hiện nhiều không bào và hạt voluten. Vì thế nguyên sinh chất thường có dạng lổn nhổn. Thành phần bao gồm: nước, protide, lipide, glucide, muối khoáng và enzyme.

Tế bào chất luôn luôn chuyển động, thường chuyển động một chiều xung quanh thành tế bào. Ngoài ra, nó còn phụ thuộc vào trạng thái của nấm men, khi hô hấp thì đồng nhất và khi lên men thì lổn nhổn. SVTH: Hoàng Thị Thảo Nhi 8 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt • Nhân: Ở nấm men Rhodotorula thì đã có nhân thật, nhân hình bầu dục hay hình cầu, nó được bao bọc bởi lớp màng bên trong là lớp dịch nhân. Các thành phần khác: Không bào là nơi chứa đựng protease.

Volutin không phải là thành phần cấu trúc tế bào, chúng xuất hiện ở những điều kiện đặc biệt như khi nuôi cấy trên môi trường carbohydrate và phosphate vô cơ. Số lượng volutin còn phụ thuộc vào tỷ lệ C:N và sự có mặt của S cũng như của vitamin. Volutin đóng vai trò quan trọng sau:  Là chất dự trữ năng lượng cho tế bào.  Tham gia điều hoà sinh trưởng, phát triển của tế bào.

 Làm nguồn năng lượng cho tế bào. Sinh sản Đa số nấm men Rhodotorula sinh sản bằng cách nảy chồi đa cực, trừ một số loài như: Rh. difuens và Rh. bogoriensis là nảy chồi có cực.

Ngoài ra, Rhodotorula còn sinh sản theo kiểu hữu tính. Tốc độ sinh sản của Rhodotorula nhanh, thời gian để số tế bào tăng gấp đôi là từ 2 – 6 giờ. Quá trình sinh trưởng và phát triển của nấm men gồm bốn giai đoạn: giai đoạn thích nghi, giai đoạn phát triển, giai đoạn ổn định và giai đoạn diệt vong. Thời gian sinh trưởng tốt nhất của Rhodotorula trong khoảng 24 – 48 giờ nếu môi trường cung cấp đủ dưỡng chất cần thiết.

Đầu tiên hạch dài ra và bắt đầu thắt lại ở giữa. Tế bào mẹ bắt đầu phát triển một chồi con. Một phần hạch chuyển động vào chồi, một phần ở tế bào mẹ, đồng thời một phần nguyên sinh chất cũng sang chồi con.