Luận văn thạc sĩ về sản xuất bột men đỏ Monascus và Monacolin K

Khám phá luận văn thạc sĩ về công nghệ sinh học, nghiên cứu sản xuất bột men đỏ Monascus giàu Monacolin K, ứng dụng trong sức khỏe.

• Tác giả: Nguyễn Thị Oanh
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Hữu Phúc
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Nghiên cứu sản xuất bột men đỏ Monascus giàu Monacolin K
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về bột men đỏ Monascus

Bột men đỏ Monascus, được sản xuất từ nấm Monascus purpureus, đã trở thành một sản phẩm quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm. Sản phẩm này không chỉ mang lại màu sắc tự nhiên cho thực phẩm mà còn chứa nhiều thành phần dinh dưỡng có lợi cho sức khỏe. Đặc biệt, Monacolin K là một hợp chất chính trong bột men đỏ, có tác dụng giảm cholesterol trong máu, giúp phòng ngừa các bệnh tim mạch. Nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng bột men đỏ có thể thay thế các chất bảo quản hóa học độc hại, đồng thời cung cấp một nguồn dinh dưỡng tự nhiên cho người tiêu dùng. Theo các nghiên cứu, bột men đỏ có thể được sử dụng trong nhiều sản phẩm thực phẩm như xúc xích, thịt, và các loại đồ uống, nhờ vào khả năng tạo màu và hương vị hấp dẫn.

1.1. Đặc điểm sinh học của Monascus

Monascus purpureus là một loài nấm mốc có khả năng phát triển trên nhiều loại cơ chất khác nhau, đặc biệt là gạo. Nấm này có hình thái khuẩn lạc đặc trưng với màu sắc thay đổi từ trắng sang đỏ khi trưởng thành. Nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của Monascus là từ 30°C đến 37°C. Quá trình lên men của nấm này không chỉ tạo ra sắc tố mà còn sản sinh ra Monacolin K, một hợp chất có tác dụng ức chế tổng hợp cholesterol trong cơ thể. Việc nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của Monascus là rất quan trọng để tối ưu hóa quy trình sản xuất bột men đỏ, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả kinh tế.

II. Nghiên cứu sản xuất bột men đỏ Monascus

Nghiên cứu sản xuất bột men đỏ Monascus tập trung vào việc tối ưu hóa các điều kiện lên men để tăng cường sản lượng Monacolin K và sắc tố. Các yếu tố như pH, nhiệt độ, và thành phần dinh dưỡng trong môi trường nuôi cấy đều có ảnh hưởng lớn đến quá trình sinh tổng hợp. Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc điều chỉnh các yếu tố này có thể dẫn đến sự gia tăng đáng kể trong lượng sắc tố và Monacolin K. Đặc biệt, việc sử dụng các nguồn cacbon và nitơ khác nhau đã cho thấy sự khác biệt rõ rệt trong sản lượng sản phẩm cuối cùng. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các sản phẩm chức năng từ bột men đỏ, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến sản xuất Monacolin K

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, thời gian lên men, độ ẩm, và nồng độ các nguyên liệu bổ sung có ảnh hưởng lớn đến quá trình sinh tổng hợp Monacolin K. Cụ thể, thời gian lên men dài hơn thường dẫn đến sản lượng Monacolin K cao hơn, tuy nhiên cần phải cân nhắc đến sự phát triển của nấm và khả năng tạo sắc tố. Độ ẩm cũng là một yếu tố quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến sự phát triển của nấm và khả năng sinh sản của các hợp chất có lợi. Việc tối ưu hóa các yếu tố này không chỉ giúp tăng cường hiệu quả sản xuất mà còn đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

III. Ứng dụng thực tiễn của bột men đỏ Monascus

Bột men đỏ Monascus không chỉ được sử dụng trong ngành thực phẩm mà còn có tiềm năng lớn trong lĩnh vực dược phẩm. Với khả năng giảm cholesterol, sản phẩm này có thể được phát triển thành các loại thực phẩm chức năng và thuốc hỗ trợ điều trị bệnh tim mạch. Nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng bột men đỏ có thể giúp cải thiện sức khỏe tim mạch cho người tiêu dùng, đặc biệt là những người có nguy cơ cao mắc bệnh. Hơn nữa, việc sử dụng bột men đỏ như một chất tạo màu tự nhiên trong thực phẩm cũng đang được khuyến khích, nhằm thay thế cho các chất tạo màu hóa học độc hại.

3.1. Lợi ích sức khỏe từ Monacolin K

Monacolin K, thành phần chính trong bột men đỏ, đã được chứng minh có tác dụng tích cực trong việc giảm nồng độ cholesterol xấu (LDL) và tăng cholesterol tốt (HDL) trong máu. Nghiên cứu cho thấy, việc tiêu thụ bột men đỏ có thể giúp giảm nguy cơ mắc các bệnh tim mạch, một trong những nguyên nhân hàng đầu gây tử vong trên toàn cầu. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh gia tăng tỷ lệ bệnh tim mạch ở người cao tuổi và những người có lối sống không lành mạnh. Sản phẩm bột men đỏ không chỉ mang lại lợi ích sức khỏe mà còn đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về thực phẩm an toàn và tự nhiên.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI MỞ ĐẦU Gạo men đỏ (Red yeast rice) được sử dụng rộng rãi ở Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc và một số nước Đông Nam Á từ hàng ngàn năm nay trong sản xuất thực phẩm và y học cổ truyền. Gần đây men gạo đỏ được phát hiện là có khả năng sinh tổng hợp monacolin K (lovastatin) một dược chất quan trọng trong điều trị các bệnh tim mạch. Bệnh lý tim mạch hiện là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu trên toàn cầu, chiếm 30% số tử vong hàng năm, và dự đoán vẫn tiếp tục là nguyên nhân gây tử vong cao nhất. Các thuốc hạ mỡ máu, mặc dù khá an toàn nhưng cũng có thể gây ra một số tác dụng phụ tương đối nguy hiểm cho người sử dụng trong đó có tình trạng nghiễm độc gan do thuốc.

Việt Nam có dân số trên 88 triệu người, khi đời sống kinh tế phát triển thì bệnh tim mạch cũng tăng theo nhất là những người lớn tuổi. Do đó việc nghiên cứu phát triển các loại chế phẩm sinh học hỗ trợ tim mạch có độ an toàn cao đang được nhiều người quan tâm. Mặt khác, việc sử dụng các loại màu tự nhiên để thay thế cho các màu hoá học đang là mục tiêu trong sản xuất thực phẩm an toàn của nước ta hiện nay. Ngoài màu đỏ Monascus spp.

cũng sinh ra mùi thơm rất đặc trưng hấp dẫn của các methyl keton. Ngày nay, gạo men đỏ không những được sản xuất sử dụng nhiều ở các nước Đông Á và Đông Nam Á, sử dụng trong bảo quản thực phẩm như thịt cá, tạo màu cho các loại thực phẩm như chao, rượu đỏ (Hồng Tửu của Đài Loan), mà còn xuất khẩu qua Mỹ và các nước châu Âu như Đức, các nước này nhập khẩu để làm nguyên liệu sản xuất thuốc và sử dụng trong sản xuất xúc xích thay cho nitrit gây độc hại.Với những lý do như vậy nên nghiên cứu này nhằm mục tiêu : Tìm hiểu khả năng tạo Monacolin K và sắc tố đỏ của chủng M. purpureus 012 bằng phương pháp lên men bán rắn trên cơ chất là gạo tài nguyên Việt nam. Các nội dung nghiên cứu gồm: 1.

Xác định một vài đặc điểm phát triển của M. purpureus trên môi trường PGA 2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến lượng sắc tố tạo thành 3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến lượng Monacolin K tạo thành 4.

Đánh giá một số tính chất của sản phẩm CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. GIỚI THIỆU GẠO MEN ĐỎ 1. Nguồn gốc [15] Trong nhiều thế kỷ qua, gạo men đỏ đã được sử dụng tại Nhật Bản, Trung Quốc, Đài Loan và Indonesia như là loại lương thực hằng ngày và phụ gia thực phẩm.

Gạo men đỏ ở Nhật Bản được gọi là beni-koji và sắc tố của nó được sử dụng làm màu thực phẩm. Nó cũng được sử dụng rộng rãi trong Trung Quốc, Đài Loan, Okinawa và Việt Nam như một chất bảo quản thịt và cá. Ngoài ra gạo men đỏ còn được sử dụng để bổ sung màu sắc và hương vị cho bia, rượu. Gạo men đỏ được Ben Cao Gang Mu Li Shi-zhen đề cập đến trong dược điển Trung Quốc cổ đại như là loại thực phẩm chức năng và thảo dược và được mô tả như một loại thuốc hữu ích cho cải thiện tiêu hóa và tái sinh lại máu Heber et al (1999) [20].

Shin-Chun (1590) mô tả việc sử dụng của sắc tố Monascus như một chất màu và trong y học điều trị các bệnh khác nhau. Ở nhiều nước châu Á, loại mốc này vẫn còn được sử dụng bởi vì màu và thuộc tính hương liệu. Trong ngành công nghiệp thực phẩm được sử dụng để bảo quản sản phẩm gia cầm, cá và thịt gia súc. Tuy nhiên, việc sử dụng chính vẫn là một phụ gia thực phẩm, đặc biệt là để đáp ứng như một chất bảo quản và gia vị.

Dùng trong sản xuất rượu gạo là do hàm lượng của alpha-amylase cao, thúc đẩy sự chuyển đổi tinh bột thành glucose. Monascus được giới thiệu ở châu Âu thông qua các cuộc thám hiểm của các nhà khoa học Hà Lan ở Java Indonesia. Họ đã phân lập và phân loại được các loài Monascus khác nhau [37]. Năm 1976, giáo sư Endo đã tìm thấy Monacolin K từ các sản phẩm trao đổi chất chủng Monasus purpureues Went.

Hoạt chất này có thể giảm nồng độ cholesterol trong máu. Phát hiện này đã gây ra sự chú ý trên toàn thế giới [13]. Công trình của giáo sư Endo đã cho thấy, Monacolin K có thể ức chế sự tổng hợp cholesterol trong cơ thể người 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].

Năm 1985, Dr Goldstein và Dr Brown khám phá ra sự chuyển hóa của Monacolin K trong việc ức chế sự tổng hợp của cholesterol trong cơ thể. Nhờ vào Tổng quan tài liệu 2 công trình này, họ đã được trao giải Nobel Y khoa. Và sau đó, gạo nấm men đỏ trở nên nổi tiếng và phổ biến toàn cầu [16]. Công trình nghiên cứu của hai tác giả trên đã chứng tỏ Monacolin K chỉ là tiền chất (prodrug).

Nó ở dạng không hoạt hóa và cần được thủy phân bởi enzyme carboxyesterases, sau đó nó mới chuyển thành dạng hoạt hóa là acid MVA [16]. Do đó, các nhà nghiên cứu bắt đầu công cuộc tìm kiếm để mà có thể sản sinh ra MVA một cách trực tiếp. Cuối cùng, họ nhận thấy ở một số lượng hiếm hoi gạo nấm men lên men có thể đáp ứng yêu cầu này. Kể từ đây, gạo nấm men đỏ sản sinh ra nhiều MVA trở thành mục tiêu tìm kiếm chính [16].

Phân loại Dựa theo khóa phân loại nấm mốc, Monascus được định danh như sau [44] - Giới: Fungi - Ngành: Ascomycetes - Lớp: Plectomycetes - Bộ: Eurotiales - Họ: Monascaceae - Giống: Monascus - Loài: Purpureus Theo Hawksworth và Pit (1983), Monascus được chia thành 3 loài: Monascus pilosus K. Hanksw, Monascus purpureus Went, Monascus ruber van Tieghen. Đây là 3 loài chiếm ưu thế và được phân lập chủ yếu trong thực phẩm phương đông. Ngoài ra, còn có một số loài mới được tìm thấy khi phân lập ở Irac Cannon (1995) nhưng không liên quan đến thực phẩm.

Tổng quan tài liệu 3 Bảng 1.1 Phân loại và nguồn gốc của Monascus dựa theo Hawksworth và Pitt (1983) Tên phân loại đầu tiên Nguồn gốc Tên phân loại theo Hawksworth và Pitt M. albidus var glaber Đậu hũ M. anka var rubellus Anka M. ruber * Mốc gạo đỏ; ** Rượu gạo [3] 1.

Đặc điểm sinh học: 1.1- Hình thái sinh học: - Hình dạng khuẩn lạc + Đường kính khuẩn lạc: 40mm (sau một tuần nuôi trên môi trường PGA). + Hình thái: phẳng, bẹt, tỏa tròn. + Bề mặt: có tơ mỏng, hệ sợi ngắn. Tổng quan tài liệu 4 + Màu sắc: còn non có màu trắng khi già chuyển sang màu đỏ, màu đỏ của hệ sợi đậm dần với độ già của hệ sợi.

+ Mặt sau: màu đỏ tía. - Quan sát dưới kính hiển vi + Đặc tính nổi bật: những nang nấm có vách mỏng tồn tại nhiều, dạng tròn, có nhiều chùm bào tử đỉnh. Chất màu được tạo thành tạo hệ sợi dưới dạng tinh thể hình chữ nhật, có kích thước tương đối đều nhau. + 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 được nhìn thấy rõ ràng khi còn non.

- Bào tử: bào tử nang hình cầu (kích thước 5 – 6 µm x 3.5 – 4 µm), phẳng, không màu.2- Đặc tính sinh học [21] - Tên khoa học: Monascus purpureues Went - Tên thông thường: Red Yeast Rice, Red Rice, Red Leaven, Red Mould (USA), Beni-koji (Nhật), Hung – chu, (Hồng Khúc) Hong qu, Angkak, Zhitai (Trung Quốc)… - M. purpureus tương tự Monascus ruber van Tieghen, là loài mốc hoại sinh phát triển trên tinh bột, thức ăn bị lên men và trong các sản phẩm sữa. Chúng lên men được maltose, fructose và glucose nhưng không lên men đường saccharose Ying et al (1987). purpureuse được phân biệt nhờ vào những bào tử nang của nó.

Các nang này thường có hình cầu (đường kính 5 µm) hoặc hình trứng (đường kính 6 x 5 µm). - Ở giai đoạn ban đầu, những sợi nấm còn non có màu trắng. Tuy nhiên, chúng nhanh chóng chuyển sang màu hồng đậm và cuối cùng là màu vàng cam. Trong quá trình phát triển, Monascus làm tăng độ acid của môi trường (acid hóa môi trường) và tạo ra màu đỏ thẫm ở lớp dưới cơ chất khi nuôi cấy.

Nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển của Monascus là top = 300C – 370C, nhiệt độ tối đa tmax = 450C, nhiệt độ tháp nhất tmin = 150C – 180C. Tổng quan tài liệu 5 1.1 Giới thiệu Những loài trong giống Monascus tạo ra hàng loạt sản phẩm trao đổi thứ cấp, bao gồm những sắc tố có cấu trúc azaphilone giống như cấu trúc polyketide. Những sắc tố này là hỗn hợp của màu đỏ, cam và vàng, cho dù sản phẩm có giá trị thương mại chính là hỗn hợp đỏ nhưng chúng vẫn được dùng mà không cần tách riêng từng loại ra. 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 (bao gồm các sản phẩm thịt, thức uống,…) dược phẩm và mỹ phẩm.

Theo nhiều tác giả, có hơn mười sắc tố tạo ra từ Monascus nhưng chỉ có khoảng sáu trong số ít họ có thể giải thích rõ ràng về chúng Shin et al (1998) [40]. Trong số các sắc tố của Monascus thì sắc tố đỏ là quan trọng nhất do nó được sử dụng như là chất tạo màu thực phẩm và là chất thay thế nitrate trong bảo quản. Sắc tố của Monascus có độ ổn định pH trong khoảng rộng, từ pH = 2 – 10, bền với nhiệt độ sấy nên được thêm vào trong xúc xích, bánh nướng được giữ ổn định 92 – 98% trong suốt 3 tháng với nhiệt độ (40C), Fabre (1993) [14].2 Cấu tạo Màu Monascus là một phức màu trong đó có 6 thành phần chính chia làm 3 nhóm màu gồm hai màu đỏ, hai màu vàng và hai màu cam. Một màu có hai cấu trúc phân tử khác nhau bởi chiều dài mạch của hợp chất béo [6].

- Màu cam: + Rubropunctatin (C21H22O5) + Monascorubrin (C23H26O5) Tổng quan tài liệu 6 - Màu đỏ: + Rubropunctatin (C21H23NO4) + Monoscorubramine (C23H27NO4) - Màu vàng: + Ankaflavine (C23H27O5) + Monascine (C21H26O5) Hình 1. Cấu trúc phân tử của các sắc tố Monascus Blanc (1994)[6] 1.