MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Trong hơn hai mươi năm qua, β-glucan đã được nghiên cứu về các tác dụng sinh học có lợi đối với động vật có vú và người. Nó đã được biết đến rộng rãi trong cộng đồng khoa học như là chất kích thích miễn dịch rất mạnh, làm giảm cholesterol và chất béo trung tính, điều hòa lượng đường trong máu, chữa lành vết thương, làm trẻ hóa làn da, kháng ký sinh trùng gây bệnh, kích thích quá trình tạo máu, chống đông máu, giúp giảm tỷ lệ đột biến. β-glucan đã được chứng minh là có tác dụng làm gia tăng số lượng tế bào miễn dịch và hạn chế sự phát triển của khối u ở người do vậy nó có hoạt tính phòng chống rất mạnh mẽ khối u lành tính và ác tính. Polymer tự nhiên này còn có tác dụng giúp nâng cao hiệu quả điều trị ở những bệnh nhân ung thư, rất hiệu quả để làm chất bổ trợ trong điều trị ung thư, làm giảm tác dụng phụ của hóa trị ở những bệnh nhân ung thư và có tác dụng trong phòng ngừa ung thư kết ruột, v.
Trong chăn nuôi, β-glucan có tác dụng làm tăng cường hệ miễn dịch, giúp vật nuôi kháng được một số bệnh c ng như khả năng phục hồi nhanh khi nhiễm phải một số tác nhân gây bệnh, từ đó làm tăng chất lượng sản xuất vật nuôi mà không cần phải dùng đến kháng sinh. Chính vì vậy β-glucan giúp tăng giá trị sản xuất, tạo ra sản phẩm thịt sạch, chất lượng cao, bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng và môi trường, đồng thời nhằm hướng đến mục tiêu phát triển bền vững. Tuy nhiên, β-glucan có khối lượng phân tử (Mw) lớn, độ nhớt cao và độ hòa tan thấp nên rất khó được hấp thu c ng như gây ra một số trở ngại để áp dụng rộng rãi trên quy mô công nghiệp. Nhiều nghiên cứu cho thấy β-glucan có Mw thấp sẽ cho hiệu ứng tốt hơn β-glucan có Mw cao và β-glucan có Mw dưới 30 kDa và tan được trong nước đã cho thấy có tác dụng tăng cường miễn dịch cao hơn so với các β-glucan có Mw cao.
β-glucan Mw thấp là những phân đoạn β-glucan dễ tan trong nước nên dễ dàng được hấp thu và các hoạt tính sinh học được sử dụng một cách hiệu quả hơn. Để có được β-glucan Mw thấp thì cắt mạch bằng phương pháp chiếu xạ đã được chứng minh là phương pháp rất hiệu quả. Với những ưu điểm nổi bật như thời gian ngắn, quy trình đơn giản, có thể điều chỉnh liều xạ để thu được β- glucan có Mw thấp như mong muốn, thu được sản phẩm có độ tinh khiết cao, không 1 cần tinh chế lại, hiệu suất cắt mạch cao, thân thiện với môi trường, đồng thời phương pháp chiếu xạ không phụ thuộc vào nhiệt độ hay điều kiện ngoại cảnh. β-glucan là một trong những hợp chất chính cấu tạo nên thành tế bào nấm men vốn thường sử dụng trong sản xuất bia, một trong những ngành công nghiệp trọng điểm do đã mang lại lợi ích kinh tế rất lớn trong tăng trưởng cho nền kinh tế nước nhà.
Hiện nay, cả nước có trên 300 cơ sở sản xuất bia với công suất thiết kế là 1,7 tỷ lít/năm và lượng bã nấm men trong sản xuất bia chiếm tỷ lệ khoảng 1%. Bã thải này được sử dụng một phần nhỏ và chủ yếu để sản xuất cao nấm men hoặc thức ăn gia súc, số còn lại được xử lý và thải ra môi trường nên đây c ng là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường. Chính vì vậy, việc sử dụng nguồn bã thải nấm men bia để tách chiết β-glucan làm nguyên liệu chế tạo chế phẩm β-glucan Mw thấp có hoạt tính sinh học là rất hiệu quả và thiết thực, không chỉ tận dụng được nguồn phế thải để tạo sản phẩm có hoạt tính sinh học cao mà còn góp phần giảm thiểu các nguồn gây ô nhiễm môi trường. Mục đích của luận án này là nghiên cứu hoàn thiện quy trình tách chiết β- glucan từ thành tế bào bã nấm men bia và thiết lập quy trình công nghệ chế tạo chế phẩm β-glucan Mw thấp và tan nước bằng phương pháp chiếu xạ đồng thời nghiên cứu các hiệu ứng sinh học của β-glucan sau khi cắt mạch bằng phương pháp chiếu xạ trong điều kiện in vitro và in vivo trên động vật (gà và chuột) nhằm tìm ra chế phẩm β-glucan Mw thấp có hiệu ứng sinh học cao nhất phù hợp cho mục đích ứng dụng làm thực phẩm chức năng hoặc chế phẩm bổ sung trong chăn nuôi.
Mục tiêu nghiên cứu Xây dựng thành công quy trình công nghệ chế tạo chế phẩm β-glucan Mw thấp tan trong nước có hoạt tính sinh học từ bã thải nấm men của các nhà máy sản xuất bia bằng phương pháp chiếu xạ. Mục tiêu cụ thể - Hoàn thiện được dựng quy trình thu nhận chế phẩm β-glucan từ bã thải nấm men bia của nhà máy sản xuất bia. - Xác định được cấu trúc đặc trưng c ng như một số hiệu ứng sinh học in vitro và in vivo của chế phẩm β-glucan sau khi chiếu xạ. 2 - Thiết lập được quy trình công nghệ tạo chế phẩm β-glucan tan trong nước có Mw thấp phù hợp cho mục đích ứng dụng làm thực phẩm chức năng và chế phẩm bổ sung trong chăn nuôi.
Ý nghĩa khoa học của đề tài Kết quả nghiên cứu của đề tài là các cơ sở dữ liệu khoa học rất có ý nghĩa trong việc xác định các thông số kỹ thuật tối ưu liên quan đến tách chiết β-glucan độ tinh khiết cao từ thành tế bào nấm men từ bã men bia và chế tạo β-glucan tan nước có Mw thấp bằng phương pháp cắt mạch bức xạ c ng như xác hoạt tính tăng cường miễn dịch, hạ mỡ máu, đường huyết và bảo vệ gan của β-glucan Mw thấp ở chuột và mức độ tăng trọng hoặc tăng cường khả năng miễn dịch của chế phẩm này trên gà là tiền đề rất quan trọng trong việc chế tạo thực phẩm chức năng β-glucan Mw thấp cho người và chế phẩm tăng trọng và kháng bệnh cho gia cầm. Các kết quả này có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho mục đích nghiên cứu, giảng dạy và chuyển giao công nghệ. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Các quy trình được xây dựng từ kết quả của đề tài bao gồm quy trình tách chiết β-glucan từ thành tế bào nấm men từ bã men bia là rất hiệu quả và thiết thực, có thể áp dụng để sản xuất β-glucan độ tinh khiết cao từ bã men bia giúp nâng cao giá trị kinh tế của nguồn bã thải vô cùng lớn từ công nghiệp sản xuất bia; đặc biệt quy trình chế tạo chế phẩm β-glucan tan nước với Mw~25 kDa và có hoạt tính sinh học cao bằng phương pháp chiếu xạ kết hợp xử lý H2O2 là hoàn toàn mới và có thể ứng dụng để sản xuất một cách hiểu quả chế phẩm thực phẩm bổ sung β-glucan Mw thấp rất có giá trị cho người và gia cầm. Các sản phẩm β-glucan, đặc biệt là β-glucan tan nước với Mw~25 kDa từ kết quả của luận án hứa hẹn là hoạt chất bổ sung tốt, hiệu quả, an toàn và đáp ứng nhu cầu nuôi gà sạch không sử dụng kháng sinh c ng như có triển vọng ứng dụng cao cho mục đích làm thực phẩm chức năng nhằm tăng cường miễn dịch c ng như hỗ trợ điều trị các bệnh mỡ máu, đái tháo đường và giải độc gan.
Tính mới và tính sáng tạo Đề tài được thực hiện theo hướng nghiên cứu mới ứng dụng công nghệ cao để tạo sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên có độ tinh khiết và có hoạt tính sinh học 3 cao. Luận án là công trình nghiên cứu đầu tiên về nghiên cứu ứng dụng phương pháp chiếu xạ kết hợp xử lý H2O2 để cắt mạch β-glucan tạo chế phẩm β-glucan tan nước có Mw thấp và khảo sát hoạt tính sinh học của chúng trên động vật thí nghiệm (gà và chuột). Điểm mới của đề tài: - Đã hoàn thiện quy trình và tách chiết thành công β-glucan có độ tinh khiết cao (đạt khoảng 91,8%) từ thành tế bào nấm men trong bã men bia. Đây là quy trình đầu tiên được xây dựng trong nước tạo được sản phẩm có đặc trưng cấu trúc hầu như không khác biệt so với mẫu chuẩn cùng dạng của Hãng Sigma.
- Đã xây dựng thành công quy trình chế tạo β-glucan tan nước có Mw~25 kDa và có hoạt tính sinh học cao bằng phương pháp chiếu xạ kết hợp xử lý H2O2 mẫu β-glucan nấm men không tan nước. Đây là quy trình đầu tiên được xây dựng trên thế giới. - β-glucan tan nước có Mw~25 kDa chế tạo bằng phương pháp chiếu xạ có hoạt tính kháng oxi hoá cao hơn nhiều so với β-glucan không chiếu xạ. - β-glucan chiếu xạ đã có khả năng bảo vệ gan ở chuột được gây độc gan bằng CCl4 và chuột cho uống β-glucan tan nước có Mw~25 kDa đã giảm 68% chỉ số AST và 48% ALT so với chuột gây độc gan chỉ cho uống nước cất.
- Chế phẩm này c ng đã làm giảm 38% lượng cholesterol tổng số, 33% triglyceride, 39% lượng LDL và 34% lượng glucose trong máu chuột béo phì sau 20 ngày uống. - β-glucan chiếu xạ còn có tác dụng gia tăng gia số lượng bạch cầu tổng số, bạch cầu trung tính và lympho bào c ng như yếu tố miễn dịch IgG và IgM. - Ở gà, chế phẩm β-glucan tan nước có Mw~25 kDa c ng đã làm tăng trọng bình quân (tăng 23,63%), tỷ lệ nuôi sống (tăng 54,5%) và chất lượng quầy thịt; tăng số lượng bạch cầu tổng số, tỷ lệ bạch cầu trung tính và lympho bào; và tăng hiệu giá kháng thể kháng bệnh gumboro, bệnh viêm thanh khí quản truyền nhiễm và bệnh newcastle. Đối tƣợng nghiên cứu - Bã nấm men bia do nhà máy bia Sài Gòn Bình Dương, 4 - Chuột nhắt trắng dòng Swiss khỏe mạnh do Viện Pasteur Tp.HCM cung cấp, - Gà Lương phượng (Gallus gallus domesticus) khoẻ mạnh và không bị bệnh do Viện Công nghệ Sinh học và Môi trường, Đại học Nông Lâm Tp.HCM cung cấp.
Phạm vi nghiên cứu - Các thí nghiệm nghiên cứu tách chiết β-glucan từ bã nấm men bia và cắt mạch β-glucan bằng tia gamma từ nguồn Co-60 được thực hiện tại Trung tâm Công nghệ Sinh học Tp. Hồ Chí Minh và Viện Sinh học Nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. - Các thí nghiệm trên chuột nhắc dòng Swiss được thực hiện tại Viện Sốt rét- Ký sinh trùng-Côn trùng Tp. Hồ Chí Minh và Trung tâm Công nghệ Sinh học Tp.
Hồ Chí Minh. - Các thí nghiệm trên gà Lương phượng được thực hiện tại Viện Công nghệ Sinh học và Môi trường, Đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh. Giới thiệu tổng quan về β-glucan 1.