Nghiên cứu kỹ thuật lên men sử dụng vi hạt nhằm tăng cường polysaccharopeptide nội bào từ nấm vân chi tranetes versicolor

Nghiên cứu kỹ thuật lên men vi hạt nhằm tối ưu hóa polysaccharopeptide từ nấm vân chi Trametes versicolor, mang lại ứng dụng tiềm năng trong y học.

• Tác giả: Nguyễn Thảo Anh
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Tuấn Anh
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Kỹ Thuật Lên Men Sử Dụng Vi Hạt Nhằm Tăng Cường Polysaccharopeptide Nội Bào Từ Nấm Vân Chi (Trametes Versicolor)
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: Nấm Vân Chi
• 1.1. Nấm Vân Chi
• 1.2. Polysaccharopeptide và Polysaccharide Krestin
• 1.2.1. Cấu trúc hóa học
• 1.2.2. Tính chất vật lý
• 1.2.3. Hoạt tính sinh học
• 1.2.4. Các sản phẩm thương mại từ nấm Vân Chi
• 1.3. Lên men chìm nấm Vân Chi
• 1.3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
• 1.3.2. Các phương pháp lên men chìm nấm sợi
• 1.3.4. Kỹ thuật lên men bổ sung vi hạt (MPEC)
• 1.3.5. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3.6. Nội dung nghiên cứu
• 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Chủng vi sinh vật
• 2.2. Môi trường nuôi cấy
• 2.3. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Phương pháp nuôi cấy
• 2.4.2. Phương pháp lên men bổ sung vi hạt
• 2.4.3. Lên men bán liên tục bổ sung vi hạt
• 2.4.4. Phương pháp thu hồi IPS
• 2.4.5. Phương pháp phân tích
• 2.4.5.1. Xác định khối lượng vi hạt
• 2.4.5.2. Xác định sinh khối
• 2.4.5.4. Xác định hàm lượng đường khử
• 2.4.5.5. Xác định hàm lượng PSP và PSK
• 2.4.5.6. Xác định hình thái và phân bố kích thước pellet
• 2.4.6. Phương pháp xử lý số liệu
• 2.4.7. Phương pháp tính toán
• 2.4.7.1. Tính toán tốc độ sinh trưởng riêng
• 2.4.7.2. Tính toán hiệu suất sinh trưởng
• 2.4.7.3. Tính toán tốc độ tiêu thụ cơ chất
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Khảo sát lựa chọn vi hạt bổ sung trong lên men chìm nấm Vân Chi
• 3.1.1. Khảo sát lựa chọn loại vi hạt bổ sung trong lên men chìm nấm Vân Chi
• 3.1.2. Khảo sát hàm lượng vi hạt trong lên men chìm nấm Vân Chi
• 3.2. Khảo sát quá trình lên men chìm nấm Vân Chi quy mô 5 lít/mẻ
• 3.2.1. Động học lên men chìm sinh tổng hợp IPS không điều chỉnh pH
• 3.2.2. Động học lên men chìm sinh tổng hợp IPS có điều chỉnh pH
• 3.2.3. Động học lên men chìm sinh tổng hợp IPS có bổ sung vi hạt và không điều chỉnh pH
• 3.2.4. Động học lên men chìm sinh tổng hợp IPS có bổ sung vi hạt và điều chỉnh pH
• 3.3. Khảo sát quá trình lên men bán liên tục sinh tổng hợp IPS có bổ sung vi hạt
• 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu kỹ thuật lên men vi hạt nấm Vân Chi

Nghiên cứu kỹ thuật lên men vi hạt nhằm tăng cường Polysaccharopeptide từ nấm Vân Chi (Trametes versicolor) đã thu hút sự quan tâm lớn trong lĩnh vực công nghệ sinh học. Nấm Vân Chi được biết đến với nhiều lợi ích sức khỏe, đặc biệt là khả năng hỗ trợ điều trị ung thư. Việc áp dụng kỹ thuật lên men vi hạt không chỉ giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất mà còn nâng cao hiệu quả thu hồi các hợp chất sinh học quý giá từ nấm.

1.1. Ứng dụng của nấm Vân Chi trong y học

Nấm Vân Chi chứa nhiều hợp chất sinh học, đặc biệt là Polysaccharopeptide (PSP) và Polysaccharide Krestin (PSK), có tác dụng tích cực trong việc nâng cao sức đề kháng và hỗ trợ điều trị ung thư.

1.2. Tầm quan trọng của Polysaccharopeptide

Polysaccharopeptide là một trong những hợp chất chính được chiết xuất từ nấm Vân Chi, có khả năng kích thích hệ miễn dịch và chống lại các tế bào ung thư, từ đó nâng cao sức khỏe con người.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu nấm Vân Chi

Mặc dù nấm Vân Chi có nhiều lợi ích, nhưng việc sản xuất Polysaccharopeptide qua phương pháp truyền thống gặp nhiều khó khăn. Các vấn đề như hiệu suất thu hồi thấp và thời gian lên men dài đã đặt ra thách thức lớn cho các nhà nghiên cứu. Do đó, cần có những giải pháp mới để tối ưu hóa quy trình sản xuất.

2.1. Hiệu suất thu hồi Polysaccharopeptide thấp

Quá trình lên men truyền thống thường không đạt hiệu suất cao trong việc thu hồi Polysaccharopeptide, dẫn đến việc cần thiết phải cải tiến kỹ thuật.

2.2. Thời gian lên men kéo dài

Thời gian lên men dài không chỉ làm tăng chi phí sản xuất mà còn ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng, cần có các phương pháp mới để rút ngắn thời gian này.

III. Phương pháp nghiên cứu kỹ thuật lên men vi hạt hiệu quả

Nghiên cứu đã áp dụng kỹ thuật MPEC (Microparticle Enhanced Cultivation) để cải thiện quá trình lên men nấm Vân Chi. Kỹ thuật này cho phép bổ sung vi hạt vào môi trường nuôi cấy, từ đó tối ưu hóa hình thái pellet và tăng cường khả năng tổng hợp Polysaccharopeptide.

3.1. Kỹ thuật MPEC trong lên men nấm

Kỹ thuật MPEC đã được chứng minh là hiệu quả trong việc cải thiện hình thái pellet, giúp tăng cường khả năng sinh tổng hợp Polysaccharopeptide từ nấm Vân Chi.

3.2. Điều kiện tối ưu cho quá trình lên men

Các điều kiện như pH, tốc độ khuấy và nhiệt độ được điều chỉnh hợp lý để đạt được hiệu suất tối ưu trong quá trình lên men nấm Vân Chi.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng vi hạt Talc trong quá trình lên men nấm Vân Chi đã làm tăng đáng kể hàm lượng Polysaccharopeptide. Cụ thể, hàm lượng PSP đạt 49.8 mg/g skk, tăng 1.59 lần so với mẫu không bổ sung vi hạt. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc sản xuất các sản phẩm từ nấm Vân Chi.

4.1. Tăng cường khả năng tổng hợp Polysaccharopeptide

Việc bổ sung vi hạt Talc đã giúp tăng cường khả năng tổng hợp Polysaccharopeptide, mở ra cơ hội cho việc sản xuất các sản phẩm dược liệu chất lượng cao.

4.2. Ứng dụng trong sản xuất thực phẩm chức năng

Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong sản xuất thực phẩm chức năng, giúp nâng cao sức khỏe và phòng ngừa bệnh tật cho người tiêu dùng.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu kỹ thuật lên men vi hạt để tăng cường Polysaccharopeptide từ nấm Vân Chi đã mở ra nhiều triển vọng mới trong lĩnh vực công nghệ sinh học. Việc áp dụng các phương pháp hiện đại sẽ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, từ đó nâng cao giá trị của nấm Vân Chi trong y học và thực phẩm chức năng.

5.1. Triển vọng nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện quy trình lên men và khám phá thêm các ứng dụng mới của Polysaccharopeptide trong y học.

5.2. Tăng cường hợp tác nghiên cứu

Hợp tác giữa các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp sẽ giúp thúc đẩy ứng dụng các kết quả nghiên cứu vào thực tiễn, mang lại lợi ích cho cộng đồng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nấm Vân Chi (Trametes versicolor) là một loại nấm dược liệu quý giá, được sử dụng rộng rãi trong y học cổ truyền và hiện đại nhờ khả năng hỗ trợ điều trị ung thư và tăng cường hệ miễn dịch. Ước tính có khoảng 22.000 loài nấm đã được biết đến, trong đó nấm ăn được như Vân Chi chứa nhiều hợp chất sinh học có giá trị, đặc biệt là Polysaccharopeptide (PSP) và Polysaccharide Krestin (PSK). Hai hợp chất này được chiết xuất từ hệ sợi nấm và có hoạt tính sinh học mạnh mẽ, bao gồm kích thích miễn dịch, chống oxy hóa và hỗ trợ điều trị ung thư.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào việc ứng dụng kỹ thuật lên men bổ sung vi hạt (MPEC) nhằm tăng cường tổng hợp PSP và PSK nội bào từ nấm Vân Chi trong quá trình lên men chìm. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian năm 2022 tại phòng thí nghiệm Kỹ thuật lên men, Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khảo sát loại và hàm lượng vi hạt phù hợp, tối ưu hóa điều kiện lên men chìm quy mô 5 lít và áp dụng lên men bán liên tục nhằm nâng cao hiệu suất tổng hợp polysaccharopeptide.

Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc cải thiện hiệu quả sản xuất các hợp chất sinh học quý giá từ nấm Vân Chi, góp phần phát triển công nghệ sinh học trong lĩnh vực dược liệu, đồng thời mở rộng ứng dụng trong sản xuất thực phẩm chức năng và dược phẩm hỗ trợ điều trị ung thư. Kết quả nghiên cứu có thể làm cơ sở khoa học cho việc phát triển quy trình công nghiệp sản xuất PSP và PSK với năng suất cao, rút ngắn thời gian lên men và nâng cao chất lượng sản phẩm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết về sinh trưởng vi sinh vật và hình thái pellet trong lên men chìm: Hình thái pellet ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng trao đổi chất, hấp thu oxy và tổng hợp sản phẩm sinh học. Pellet nhỏ, tròn và có cấu trúc xốp được xem là hình thái tối ưu cho quá trình lên men nấm sợi.

• Mô hình kỹ thuật lên men bổ sung vi hạt (MPEC): Vi hạt có kích thước từ 1 – 1000 µm được bổ sung vào môi trường lên men nhằm điều chỉnh hình thái pellet, tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, cải thiện sự khuếch tán oxy và dinh dưỡng, từ đó tăng hiệu suất tổng hợp polysaccharopeptide.

• Khái niệm chính:

  • Polysaccharopeptide (PSP) và Polysaccharide Krestin (PSK): Các hợp chất protein-bound polysaccharide có hoạt tính sinh học cao, được chiết xuất từ hệ sợi nấm Vân Chi.
  • Lên men chìm: Phương pháp nuôi cấy nấm trong môi trường lỏng, dễ kiểm soát điều kiện và thu hồi sản phẩm.
  • Lên men bán liên tục: Kỹ thuật lên men trong đó một phần môi trường được thay thế định kỳ nhằm duy trì điều kiện tối ưu cho sinh trưởng và tổng hợp sản phẩm.
  • Hình thái pellet: Đặc điểm kích thước, độ nhám và cấu trúc của các viên nấm trong môi trường lên men.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Chủng nấm Vân Chi Trametes versicolor BRG04 được nuôi cấy tại phòng thí nghiệm Kỹ thuật lên men, Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.

• Phương pháp phân tích:

  • Xác định sinh khối khô, hàm lượng PSP và PSK bằng phương pháp chiết xuất nước nóng, kết tủa với cồn và muối amoni sulfat, phân tích polysaccharide bằng phương pháp Phenol-Acid Sulfuric và protein bằng phương pháp Bradford.
  • Đo kích thước và độ nhám pellet bằng phần mềm Image-J dựa trên ảnh chụp dưới kính hiển vi.
  • Xác định độ nhớt môi trường, hàm lượng đường khử và các thông số lên men khác.

• Timeline nghiên cứu:

  • Khảo sát lựa chọn loại vi hạt (Al2O3, Talc, TiO2) và hàm lượng bổ sung (1 – 30 g/L) trong môi trường lên men chìm quy mô nhỏ (bình tam giác 250 mL).
  • Thí nghiệm lên men chìm quy mô 5 lít với điều kiện tối ưu: tỉ lệ cấp giống 0.1% (w/v), pH 7, tốc độ khuấy 120 vòng/phút, tốc độ sục khí 1 lít/lít/phút, nhiệt độ 25 oC.
  • Thực hiện lên men bán liên tục trong thiết bị 10 lít với bổ sung vi hạt Talc 20 g/L, thay thế 50% thể tích môi trường khi đường còn 5 g/L, lặp lại 5 chu kỳ cấp dinh dưỡng trong 8 ngày.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của loại vi hạt đến hình thái pellet và tổng hợp PSP, PSK:

   • Talc có kích thước nhỏ nhất (6.21 µm) tạo pellet tròn, mịn, ít sợi tự do, cấu trúc lõi xốp.
   • Al2O3 tạo pellet tròn nhưng có nhiều sợi tự do và lõi xốp nhất.
   • TiO2 tạo pellet dạng hình sao với nhiều sợi tự do và lõi đặc, kích thước pellet lớn nhất (1.57 mm).
   • Hàm lượng PSP và PSK cao nhất ở mẫu bổ sung Talc, lần lượt đạt 33.1 mg/g skk và 12.76 mg/g skk, tăng 1.59 lần và 1.1 lần so với mẫu đối chứng.
   • TiO2 làm giảm hàm lượng PSP còn 87% và PSK giảm 1.4 lần so với mẫu đối chứng.

2. Ảnh hưởng của hàm lượng Talc đến hình thái pellet và sinh tổng hợp polysaccharopeptide:

   • Đường kính pellet giảm từ 1.2 mm (không bổ sung) xuống còn khoảng 0.5 mm khi bổ sung 20 g/L Talc.
   • Độ nhám pellet giảm, pellet trở nên đồng đều, tròn và mịn hơn khi tăng hàm lượng Talc.
   • Hàm lượng PSP và PSK đạt tối đa ở 20 g/L Talc, lần lượt 49.8 mg/g skk và 24.7 mg/g skk, tăng 1.59 lần so với mẫu không bổ sung vi hạt.

3. Kết quả lên men chìm quy mô 5 lít:

   • Thời gian lên men rút ngắn còn 3 ngày.
   • Hàm lượng PSP đạt 49.32 mg/g skk, PSK đạt 9 mg/g skk.
   • Tốc độ khuấy 120 vòng/phút và sục khí 1 lít/lít/phút là điều kiện tối ưu cho sinh trưởng và tổng hợp IPS.

4. Lên men bán liên tục bổ sung Talc 20 g/L:

   • Thí nghiệm kéo dài 8 ngày với 5 chu kỳ cấp dinh dưỡng.
   • Hàm lượng PSP đạt tối đa 53.27 mg/g skk, PSK đạt 31.02 mg/g skk tại chu kỳ cấp dinh dưỡng thứ 2.
   • Tăng 1.3 lần so với lên men theo mẻ, cho thấy hiệu quả vượt trội của kỹ thuật lên men bán liên tục kết hợp MPEC.

Thảo luận kết quả

Việc bổ sung vi hạt Talc với kích thước nhỏ và bề mặt sắc cạnh đã tạo điều kiện vật lý thuận lợi cho sự hình thành pellet có kích thước nhỏ, bề mặt mịn và cấu trúc lõi xốp. Điều này giúp tăng diện tích tiếp xúc giữa sợi nấm với oxy và cơ chất, cải thiện khả năng khuếch tán và hấp thu dinh dưỡng, từ đó thúc đẩy sinh trưởng và tổng hợp PSP, PSK. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về ảnh hưởng của vi hạt Talc trong lên men nấm sợi như Grifola frondosa và Monascus purpureus.

Ngược lại, vi hạt TiO2 với đặc tính oxy hóa mạnh và kích thước lớn đã gây tác động tiêu cực đến hình thái pellet và giảm hiệu suất tổng hợp polysaccharopeptide, có thể do tác động kháng khuẩn và ức chế sinh trưởng nấm. Al2O3 tuy có tác động tích cực đến hình thái pellet nhưng không cải thiện đáng kể hàm lượng PSP và giảm PSK, có thể do sự giải phóng ion Al3+ không thuận lợi cho quá trình tổng hợp protein-bound polysaccharide.

Lên men bán liên tục kết hợp bổ sung Talc đã chứng minh khả năng duy trì điều kiện lên men ổn định, giảm thời gian lên men và tăng hàm lượng PSP, PSK so với lên men theo mẻ. Việc thay thế một phần môi trường khi đường còn thấp giúp duy trì nguồn dinh dưỡng và loại bỏ sản phẩm ức chế, đồng thời kiểm soát tốt hình thái pellet và điều kiện môi trường.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố kích thước pellet, biểu đồ so sánh hàm lượng PSP, PSK giữa các mẫu và bảng động học sinh trưởng, giúp minh họa rõ ràng tác động của vi hạt và điều kiện lên men đến hiệu quả sản xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng kỹ thuật MPEC với vi hạt Talc ở hàm lượng 20 g/L trong quy trình lên men chìm nấm Vân Chi nhằm tối ưu hóa hình thái pellet, tăng hàm lượng PSP và PSK. Thời gian thực hiện: ngay trong các quy trình sản xuất hiện tại. Chủ thể thực hiện: các nhà sản xuất dược liệu và thực phẩm chức năng.

2. Triển khai lên men bán liên tục kết hợp bổ sung vi hạt Talc để duy trì điều kiện lên men ổn định, rút ngắn thời gian lên men và nâng cao năng suất polysaccharopeptide. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng để tối ưu quy trình. Chủ thể thực hiện: phòng thí nghiệm và nhà máy sản xuất.

3. Nghiên cứu mở rộng về ảnh hưởng của các loại vi hạt khác và điều kiện lên men (pH, tốc độ khuấy, sục khí) nhằm hoàn thiện quy trình công nghệ, tăng tính linh hoạt và hiệu quả sản xuất. Thời gian thực hiện: 1-2 năm. Chủ thể thực hiện: các viện nghiên cứu và trường đại học.

4. Phát triển sản phẩm thương mại chứa PSP và PSK chiết xuất từ hệ sợi nấm Vân Chi với công nghệ MPEC, đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước và quốc tế. Thời gian thực hiện: 1-3 năm. Chủ thể thực hiện: doanh nghiệp dược phẩm và thực phẩm chức năng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Sinh học, Vi sinh vật học: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật lên men, ảnh hưởng của vi hạt đến hình thái nấm và tổng hợp polysaccharopeptide, hỗ trợ phát triển đề tài nghiên cứu mới.

2. Doanh nghiệp sản xuất dược liệu và thực phẩm chức năng: Tham khảo quy trình công nghệ lên men chìm và bán liên tục kết hợp MPEC để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm chiết xuất từ nấm Vân Chi.

3. Chuyên gia phát triển sản phẩm y học cổ truyền và dược phẩm: Nắm bắt cơ sở khoa học về hoạt tính sinh học của PSP, PSK và công nghệ sản xuất tiên tiến, từ đó ứng dụng vào phát triển sản phẩm hỗ trợ điều trị ung thư và tăng cường miễn dịch.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách trong lĩnh vực công nghệ sinh học và dược liệu: Cung cấp dữ liệu khoa học và công nghệ mới, hỗ trợ xây dựng tiêu chuẩn, quy định và chính sách phát triển ngành nấm dược liệu tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Kỹ thuật MPEC là gì và tại sao lại quan trọng trong lên men nấm Vân Chi?
   MPEC là kỹ thuật bổ sung vi hạt vào môi trường lên men nhằm điều chỉnh hình thái pellet nấm, giúp tăng diện tích tiếp xúc oxy và dinh dưỡng. Điều này cải thiện sinh trưởng và tổng hợp polysaccharopeptide, nâng cao hiệu suất sản xuất.

2. Tại sao Talc được lựa chọn làm vi hạt bổ sung thay vì Al2O3 hay TiO2?
   Talc có kích thước nhỏ, bề mặt sắc cạnh giúp tạo pellet nhỏ, mịn và xốp, tăng khả năng khuếch tán oxy và dinh dưỡng. Trong khi đó, TiO2 có tác động oxy hóa mạnh gây ức chế sinh trưởng, còn Al2O3 không cải thiện đáng kể hàm lượng polysaccharopeptide.

3. Lên men bán liên tục có ưu điểm gì so với lên men theo mẻ?
   Lên men bán liên tục duy trì điều kiện lên men ổn định bằng cách thay thế một phần môi trường, giúp giảm thời gian lên men, tăng năng suất sản phẩm và kiểm soát tốt hơn các thông số như pH, oxy và hình thái pellet.

4. Hàm lượng PSP và PSK đạt được trong nghiên cứu có ý nghĩa như thế nào?
   Hàm lượng PSP đạt 53.27 mg/g skk và PSK đạt 31.02 mg/g skk trong lên men bán liên tục là mức cao, tăng đáng kể so với phương pháp truyền thống, cho thấy hiệu quả của kỹ thuật MPEC và tiềm năng ứng dụng trong sản xuất công nghiệp.

5. Có thể áp dụng kỹ thuật này cho các loại nấm dược liệu khác không?
   Có, kỹ thuật MPEC đã được nghiên cứu và ứng dụng thành công với nhiều loại nấm sợi như Ganoderma, Grifola và Monascus. Việc điều chỉnh loại và hàm lượng vi hạt phù hợp sẽ giúp tối ưu hóa hình thái và năng suất sản phẩm cho từng loại nấm.

Kết luận

• Kỹ thuật lên men bổ sung vi hạt Talc đã thành công trong việc điều chỉnh hình thái pellet nấm Vân Chi, tạo pellet nhỏ, mịn và xốp, tăng khả năng tổng hợp PSP và PSK.
• Hàm lượng polysaccharopeptide nội bào đạt tối đa 53.27 mg/g skk (PSP) và 31.02 mg/g skk (PSK) trong lên men bán liên tục với bổ sung Talc 20 g/L, tăng 1.3 lần so với lên men theo mẻ.
• Thời gian lên men chìm quy mô 5 lít được rút ngắn còn 3 ngày với điều kiện tối ưu, nâng cao hiệu quả sản xuất.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển công nghệ sinh học ứng dụng trong sản xuất dược liệu từ nấm Vân Chi, góp phần nâng cao giá trị kinh tế và sức khỏe cộng đồng.
• Đề xuất triển khai áp dụng kỹ thuật MPEC và lên men bán liên tục trong quy trình công nghiệp, đồng thời nghiên cứu mở rộng với các loại vi hạt và điều kiện lên men khác.

Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp nên phối hợp triển khai thử nghiệm quy mô công nghiệp, đồng thời phát triển sản phẩm thương mại chứa PSP và PSK chiết xuất từ nấm Vân Chi theo công nghệ mới.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1.1 Nấm Vân Chi Trong lịch sử hàng nghìn năm của y học cổ truyền nhân loại, nấm dược liệu được coi như một phương thuốc tự nhiên được sử dụng để điều trị ung thư, nâng cao sức khoẻ và tuổi thọ của con người với niềm tin nó sẽ thúc đẩy và cung cấp sức sống [1]. Dược điển Trung Quốc cổ đại đã ghi chép hàng trăm loài nấm có giá trị dược lý và được sử dụng cho đến ngày nay. Người ta ước tính hiện có khoàng 140,000 loài nấm hiện diện trên trái đất, trong đó có khoảng 22,000 loài đã được biết tới và 10% trong số đó đã và đang được nghiên cứu ứng dụng, được chia thành 2 nhóm: nấm ăn được và nấm không ăn được [2]. Nhóm nấm ăn được có các đặc tính dược học quý và các thành phần chức năng khác bao gồm: Ganoderma lucidum, Lentinus edodes, Trametes versicolor, Schizophyllum social, Flammulina velutipes, Pleurotus ostreatus, Agaricus bisporus, Tricholoma matsutake, Auricularia auricula, Grifola frondosa, Cordyceps sinensis, Coprinus comatus, Inonotus obquus, Phellinus linteus, Laetiporus sulphureus, và Hericium erinaceus [3].

Nấm dược liệu cũng là nguồn cung cấp vitamin dồi dào, đặc biệt là thiamine (vitamin B1), riboflavin (vitamin B2), niacin, biotin và axit ascorbic (vitamin C). Ngoài ra, nấm dược liệu được chứng minh có khả năng chống oxy hoá, kháng khuẩn, ngăn ngừa ung thư và điều hoà hệ thống miễn dịch [2, 3]. Nấm Vân Chi có tên khoa học là Trametes versicolor hay còn được biết đến với tên Coriolus versicolor và Polyporus versicolor. Nấm Vân Chi trong tiếng Trung Quốc là Yun Zhi, trong tiếng Nhật là Kawaratake và trong tiếng anh là Turkey tail [4].

Trong hệ thống y học cổ truyền phương Đông, nấm Vân Chi có tác dụng tăng cường sức đề kháng, nâng cao tuổi thọ của con người, … Trước thực trạng tỉ lệ người mắc và tử vong do các bệnh lý về tim mạch, tiểu đường, béo phì, ung thư, … ngày càng tăng cao, nấm dược liệu nói chung và nấm Vân Chi nói riêng ngày càng được chú trọng nghiên cứu và ứng dụng nhằm phát hiện và khai thác các hợp chất quý giá với khả năng điều chỉnh phản ứng của các tế bào miễn dịch; giúp kích thích, tăng cường hệ thống miễn dịch và sức đề kháng tự nhiên của cơ thể. Theo hệ thống phân loại của Adl (2012), Nấm Vân Chi thuộc chi Trametes, họ Polyporaceae, bộ Polyporales, lớp Agaricomycetes, ngành Basidiomycota, giới nấm [5]. Về đặc điểm hình thái: nấm Vân Chi bao gồm quả thể nấm trưởng thành có hình nan quạt với nhiều đường vân đồng tâm, mũ nấm mỏng, phẳng hoặc hơi cong hình bán nguyệt, kích thước 1-6 x 1-10 cm, dày từ 1 – 3 mm [6]. Mũ nấm được phủ 1 lớp lông mịn, màu sắc mũ nấm đa dạng từ đen, xám đến đỏ, trắng, vàng, xanh tuỳ thuộc vào môi trường sinh sống.

Mặt dưới mũ nấm thường có màu trắng hoặc xám, chứa nhiều lỗ hay ống tròn nhỏ nhằm tăng diện tích mang bào tử, đây cũng là đặc điểm giúp dễ dàng phân biệt nấm Vân Chi với các loại nấm khác (hình 1. Thịt nấm có màu trắng hoặc kem sáng, bao gồm nhiều sợi có kích thước 1 0. Bào tử nấm Vân Chi có hình trụ, màu trắng trong suốt, nhẵn mịn, kích thước 4 - 6 x 1.1 Hình thái nấm Vân Chi A. Hình thái quả thể nấm Vân Chi B, C.

Đặc điểm hình thái mặt dưới mũ nấm D. Hình thái bào tử nấm Vân Chi Sự phát triển của nấm Vân Chi bắt đầu từ bào tử được hình thành dưới mũ nấm và phát tán tự do trong không khí. Khi gặp điều kiện thích hợp về dinh dưỡng và độ ẩm (thường trên mặt đất hoặc gỗ mục), các bào tử sẽ nảy mầm và tạo thành sợi nấm. Các sợi nấm phát triển theo mọi hướng, phát triển phân nhánh tạo thành hệ sợi.

Trong quá trình phát triển hệ sợi, sợi nấm mở rộng với tốc độ theo cấp số nhân, lan rộng ra môi trường xung quanh và bó lại với nhau tạo thành các “nút thắt”, đánh dấu giai đoạn đầu tiên của quá trình hình thành quả thể [8]. Quả thể Bào tử Mầm quả thể Bào tử Bào tử nảy mầm khi găọ Sợi nấm điều kiện thuận lợi Hệ sợi lan rộng “Nút thắt” liên kết các sợi nấm Hình 1.2 Chu trình sinh sản của nấm đảm [8] 2 Quá trình thu hồi quả thể nấm Vân Chi thường mất từ 1 đến 2 tháng [9]. Hệ sợi nấm Vân Chi giai đoạn đầu có màu trắng, sau đó tùy thuộc vào điều kiện môi trường và điều kiện di truyền, hệ sợi sẽ biến đổi với màu sắc đa dạng.3 Các hình thái quả thể nấm Vân Chi trong tự nhiên Trong môi trường tự nhiên, nấm Vân Chi sinh trưởng và phát triển trên môi trường rắn, thường thấy trên các thân cây gỗ mục. Theo tác giả Nguyễn Thị Bích Hằng (2021), điều kiện sinh trưởng thích hợp của nấm Vân Chi trên mùn cưa cao su và gỗ khúc keo lá tràm bao gồm: nhiệt độ sinh trưởng của hệ sợi là 26 – 30 oC, nhiệt độ sinh trưởng của quả thể là 20 – 25 oC, độ ẩm khi ươm sợi là 65 – 70% và độ ẩm để ra quả thể là 80 – 95% [9].

Trong môi trường chứa cám và rơm lúa mì, Yadav và cộng sự (1991) công bố điều kiện tối ưu để nuôi trồng quả thể nấm Vân Chi gồm: độ ẩm 55%, pH 5.5 ở 30 oC trong 21 ngày [10].4 Hình thái hệ sợi nấm Vân Chi (Trametes versicolor BRG04) trên môi trường đĩa thạch Tuy nhiên, trong công nghệ sinh học hiện đại, nhằm thu hồi các hợp chất sinh học từ nấm Vân Chi, phương pháp lên men chìm trong môi trường lỏng được ưa chuộng và ứng dụng rộng rãi hơn. Điều kiện lên men thu hồi hệ sợi nấm Vân Chi 3 được chỉ ra gồm: nhiệt độ 24 – 28 oC, thời gian lên men từ 7 – 9 ngày và thường không điều chỉnh pH [7]. Môi trường lên men chìm nấm Vân Chi yêu cầu nguồn cacbon (glucose, sucrose, maltose, cellulose, …), nitơ (peptone, cao nấm men, …), khoáng (MgSO4, KH2PO4) và một số vitamin (vitamin B1, vitamin H) đa dạng tùy thuộc vào định hướng sản phẩm [7, 11].2 Polysaccharopeptide và Polysaccharide Krestin Nấm Vân Chi có chứa nhiều hợp chất sinh học quý giá, trong đó nổi bật là 2 hợp chất: Polysaccharopeptide (PSP) và Polysaccharide Kurcha (PSK) (tên thương mại là Polysaccharide Krestin). PSP và PSK là các protein-bound polysaccharide hay còn được nhắc đến là các polysaccharide nội bào (intracellular polysaccharide – IPS) được tách chiết từ hệ sợi nấm Vân Chi [12, 13].1 Cấu trúc hóa học PSK lần đầu tiên được tách chiết ở Nhật Bản từ chủng T.

versicolor CM-101 vào cuối năm 1960, trong khi PSP được phân lập vào khoảng năm 1983 ở Trung Quốc từ chủng T. PSP và PSK có cấu trúc tương đồng nhau, bao gồm polysaccharide liên kết cộng hóa trị với peptide, trọng lượng phân tử khoảng 100 kDa. Trong các phân tử polysaccharide, các liên kết glycoside chủ yếu bao gồm: β-1,3; β-1,6; α-1,4 và α- 1,2 glycoside [7].5 Cấu trúc thành phần polysaccharide của PSK [10] Thành phần polysaccharide bao gồm 74% glucose; 4% xylose; 2. Thành phần axit amin là 0.

Điểm khác biệt giữa PSP và PSK là: trong thành phần polysaccharide của PSK có chứa fucose trong khi ở PSP có chứa rhamnose và arabinose. Tỉ lệ polysaccharide và peptide của 2 hợp chất là khác nhau với PSP chứa 90% polysaccharide và 10% protein, trong khi ở PSK là 68% polysaccharide và 38% protein [12, 14].6 Cấu trúc thành phần polysaccharide của PSP [11] 1.2 Tính chất vật lý PSP và PSK thương mại ở dạng bột màu nâu nhạt hoặc nâu sẫm, không mùi không vị, tan tốt trong nước nóng, khó tan trong nước lạnh và không tan trong các dung môi hữu cơ: methanol, pyridin, chloroform, bezen, và hexane. Hai hợp chất không có điểm nóng chảy xác định, dung dịch PSP 1% có pH trung tính 6. PSP và PSK có độ bền cao với nhiệt độ và ánh sáng, tồn tại lâu trong cơ thể, rất phù hợp cho nhiều liệu pháp điều trị.3 Hoạt tính sinh học Tác động của PSP và PSK được thể hiện qua 3 cơ chế chính, bao gồm: vô hiệu hóa các chất ức chế miễn dịch nhằm cải thiện khả năng miễn dịch của vật chủ, kích hoạt các tế bào miễn dịch và thúc đẩy quá trình tự hủy của tế bào ung thư [17, 18].

Kích thích hệ thống miễn dịch PSP và PSK được chứng minh có khả năng hoạt hoá, tăng cường sự sản sinh và bảo vệ của các tế bào miễn dịch, điều hoà hoạt động của các cytokine ngăn ngừa hình thành khối u,. Cơ chế tác động đến hệ miễn dịch của PSP được thể hiện trong hình 1.7 theo 3 con đường [17]: - PSP được nhận diện bởi thụ thể TLRs trên bề mặt tế bào T, kích thích tế bào T sản xuất cytokine (interleukin-6, interferon-γ, …) gây đáp ứng miễn dịch tế bào. - PSP bám vào các thụ thể TLR, CR3, Dectin-1 trên bề mặt đại thực bào, từ đó kích thích quá trình tấn công các tác nhân ngoại lai gây hại. - PSP tác động tới thụ thể BCR nhằm kích hoạt tế bào lympho B, từ đó tăng sinh và biệt hóa thành các dòng tế bào khác nhau như: plasma, tế bào ghi nhớ, IgM, IgG, … 5 Hình 1.78Cơ chế tác động của PSP đến hệ miễn dịch [17] Tác động của PSK tới hệ thống miễn dịch cũng được Maehara (2012) mô tả qua 3 cơ chế như sau [17]: Hình 1.87Cơ chế tác động của PSK đến hệ miễn dịch [17] - Ức chế các yếu tố gây ức chế miễn dịch như: TGF- β, IL-10, … - Kích hoạt các tế bào tiêu diệt tự nhiên (natural killer cell) bằng cách kích thích các tác nhân sản xuất cytokines.

- PSK tấn công trực tiếp tới tế bào ung thư Một nghiên cứu của Ho và cộng sự (2004) được tiến hành trên chuột đã chứng minh rằng: dịch chiết nấm Vân Chi làm tăng sinh tế bào lympho gấp 2.4 lần, đồng thời tăng khả năng sản xuất interleukin-2, interferon-γ và interleukin-12 giúp tăng cường hệ miễn dịch tự nhiên và chống lại sự hình thành khối u [22]. Trước sự xuất 6 hiện của các kháng nguyên lạ, PSK cho thấy tác động kích thích sản sinh IgM theo con đường miễn dịch dịch thể theo công bố của Yoshino và cộng sự (2005) [25]. Hỗ trợ điều trị ung thư PSP và PSK có giá trị miễn dịch cao và được sử dụng như một chất hỗ trợ điều trị ung thư mà không xuất hiện tác dụng phụ, an toàn với cả phụ nữ có thai và cho con bú [26]. Các hợp chất này có khả năng điều hòa miễn dịch đối với điều trị ung thư, được sử dụng lâm sàng trong liệu pháp phối hợp cho ung thư dạ dày, ruột và ung thư phổi, ức chế sự tăng sinh của tế bào ung thư bạch cầu tuyến tiền liệt,.