Tổng quan nghiên cứu

Nhiễm nấm mốc trên lương thực, thực phẩm như ngũ cốc, hạt có dầu, gia vị và các loại quả là vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng đến sức khỏe con người và vật nuôi. Độc tố aflatoxin, đặc biệt là aflatoxin B1 (AFB1), được sản xuất chủ yếu bởi vi nấm Aspergillus flavus và Aspergillus parasiticus, là một trong những độc tố nguy hiểm nhất với khả năng gây đột biến, ung thư gan và ức chế miễn dịch. Aflatoxin B1 có cấu trúc hóa học rất ổn định, khó bị phá hủy bởi nhiệt, ánh sáng hay các phương pháp xử lý thông thường. Do đó, việc tìm kiếm các phương pháp phân hủy độc tố aflatoxin hiệu quả là rất cần thiết.

Mục tiêu của luận văn là sàng lọc chủng vi sinh vật sinh enzyme manganese peroxidase (MnP) có khả năng phân hủy độc tố aflatoxin B1. Nghiên cứu được thực hiện trên các mẫu đất và thực phẩm thu thập tại thành phố Thái Nguyên, kết hợp với sưu tập các chủng nấm basidiomycetes từ Viện Di truyền Nông nghiệp. Thời gian nghiên cứu tập trung vào năm 2022. Kết quả nghiên cứu góp phần phát triển công nghệ sinh học ứng dụng trong xử lý độc tố aflatoxin, nâng cao chất lượng an toàn thực phẩm và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về enzyme manganese peroxidase (MnP) và độc tố aflatoxin B1. MnP là enzyme glycoprotein chứa nhân heme, xúc tác oxy hóa Mn2+ thành Mn3+, từ đó oxy hóa các hợp chất phenolic và nonphenolic. MnP được sản xuất chủ yếu bởi các loại nấm mục trắng như Phanerochaete chrysosporium, Ganoderma sp., và Irpex lacteus, cũng như một số vi khuẩn và xạ khuẩn. Enzyme này có vai trò quan trọng trong phân giải lignin và các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, đồng thời có khả năng phân hủy độc tố aflatoxin.

Độc tố aflatoxin B1 là một mycotoxin có cấu trúc vòng thơm bền vững, gây độc cấp tính và mãn tính, đặc biệt là ung thư gan. Các phương pháp khử độc aflatoxin bao gồm vật lý, hóa học và sinh học. Phương pháp sinh học sử dụng vi sinh vật và enzyme như MnP được đánh giá cao về hiệu quả, kinh tế và an toàn.

Các khái niệm chính bao gồm: enzyme manganese peroxidase, độc tố aflatoxin B1, phân hủy enzyme, vi sinh vật sinh enzyme, và phương pháp sàng lọc enzyme.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu gồm 3 mẫu đất thu tại thành phố Thái Nguyên, 3 mẫu thực phẩm (nem chua, nato, nước tương) và 8 chủng nấm basidiomycetes sưu tập từ Viện Di truyền Nông nghiệp. Vi sinh vật được phân lập bằng phương pháp pha loãng và cấy trên môi trường LB và PDA. Các chủng được sàng lọc khả năng sinh enzyme MnP trên môi trường chọn lọc có bổ sung guaiacol.

Phương pháp định lượng enzyme MnP sử dụng đo quang phổ tại bước sóng 470 nm với guaiacol làm cơ chất. Hoạt tính enzyme được tính theo đơn vị enzyme làm tăng OD 1,0 mỗi phút. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như thời gian nuôi cấy, nồng độ glucose, nồng độ NH4NO3 và pH đến hoạt tính enzyme MnP của chủng nấm Pl3.

Khả năng phân hủy độc tố aflatoxin B1 được đánh giá bằng phương pháp sắc ký lớp mỏng (TLC) sau 72 giờ phản ứng enzyme với AFB1 ở 30°C. Số liệu được xử lý thống kê bằng phần mềm Microsoft Excel, tính giá trị trung bình và sai số chuẩn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Phân lập và sàng lọc vi sinh vật sinh MnP: Từ 3 mẫu đất và 3 mẫu thực phẩm, đã phân lập được 13 chủng vi sinh vật, trong đó 10 chủng có khả năng sinh enzyme MnP. Chủng nấm Pl3 có hoạt tính MnP mạnh nhất với vòng chuyển hóa cơ chất guaiacol đạt 2,25 mm sau 72 giờ, cao hơn 30-50% so với các chủng khác.

  2. Ảnh hưởng của các yếu tố đến hoạt tính MnP của chủng Pl3: Hoạt tính enzyme đạt tối đa sau 9 ngày nuôi cấy, với nồng độ glucose 3%, nồng độ NH4NO3 1 g/L và pH 5-6. Hoạt tính MnP tăng khoảng 40% khi điều chỉnh các yếu tố này so với điều kiện ban đầu.

  3. Khả năng phân hủy độc tố aflatoxin B1: Enzyme MnP từ chủng Pl3 phân hủy được khoảng 65% lượng AFB1 sau 72 giờ phản ứng ở 30°C, thể hiện qua giảm rõ rệt vết huỳnh quang trên bản TLC so với mẫu đối chứng. Hiệu quả phân hủy cao hơn khoảng 20% so với enzyme MnP từ các chủng vi khuẩn phân lập.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy chủng nấm Pl3 có khả năng sinh enzyme MnP mạnh và ổn định, phù hợp với điều kiện nuôi cấy tối ưu về thời gian, dinh dưỡng và pH. Điều này tương đồng với các nghiên cứu quốc tế về nấm mục trắng Pleurotus ostreatus và Phanerochaete chrysosporium, nơi enzyme MnP đạt hoạt tính cao trong điều kiện tương tự.

Khả năng phân hủy aflatoxin B1 của enzyme MnP từ chủng Pl3 chứng minh tiềm năng ứng dụng trong xử lý độc tố aflatoxin trên thực phẩm và nguyên liệu nông sản. So với các phương pháp vật lý và hóa học, phương pháp sinh học sử dụng enzyme MnP có ưu điểm về hiệu quả phân hủy, an toàn và bảo vệ chất lượng dinh dưỡng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện hoạt tính enzyme MnP theo thời gian nuôi cấy và các điều kiện môi trường, cũng như bảng so sánh tỷ lệ phân hủy AFB1 giữa các chủng vi sinh vật.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Phát triển quy trình nuôi cấy chủng nấm Pl3: Tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy (thời gian 9 ngày, glucose 3%, NH4NO3 1 g/L, pH 5-6) để sản xuất enzyme MnP với hoạt tính cao, phục vụ cho ứng dụng công nghiệp trong vòng 12 tháng.

  2. Ứng dụng enzyme MnP trong xử lý aflatoxin: Triển khai thử nghiệm xử lý aflatoxin B1 trên quy mô pilot tại các cơ sở chế biến nông sản, nhằm giảm hàm lượng độc tố xuống dưới ngưỡng cho phép, trong 6-12 tháng tới.

  3. Nghiên cứu biểu hiện gene mã hóa MnP: Tạo chủng vi sinh vật tái tổ hợp để tăng cường sản xuất enzyme MnP, giảm chi phí sản xuất enzyme thương mại, dự kiến thực hiện trong 2 năm.

  4. Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo cho cán bộ kỹ thuật và doanh nghiệp về kỹ thuật nuôi cấy và ứng dụng enzyme MnP trong xử lý độc tố aflatoxin, trong vòng 6 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Sinh học: Nghiên cứu sâu về enzyme MnP, vi sinh vật sinh enzyme và ứng dụng phân hủy độc tố aflatoxin.

  2. Doanh nghiệp chế biến nông sản và thực phẩm: Áp dụng công nghệ enzyme MnP để xử lý độc tố aflatoxin, nâng cao chất lượng sản phẩm và đảm bảo an toàn thực phẩm.

  3. Cơ quan quản lý an toàn thực phẩm và nông nghiệp: Tham khảo các giải pháp sinh học trong kiểm soát độc tố aflatoxin, xây dựng chính sách và tiêu chuẩn phù hợp.

  4. Các tổ chức nghiên cứu và phát triển công nghệ sinh học: Phát triển các chế phẩm enzyme tái tổ hợp, mở rộng ứng dụng trong công nghiệp xử lý độc tố và môi trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Enzyme manganese peroxidase là gì và vai trò của nó trong phân hủy aflatoxin?
    MnP là enzyme glycoprotein xúc tác oxy hóa Mn2+ thành Mn3+, từ đó oxy hóa các hợp chất phenolic và nonphenolic, bao gồm độc tố aflatoxin B1, giúp phân hủy và giảm độc tính của chúng.

  2. Tại sao aflatoxin B1 lại nguy hiểm và khó xử lý?
    AFB1 có cấu trúc vòng thơm rất bền vững, khó bị phá hủy bởi nhiệt, ánh sáng và các phương pháp xử lý vật lý, hóa học thông thường, đồng thời có khả năng gây ung thư gan và ức chế miễn dịch.

  3. Phương pháp sàng lọc vi sinh vật sinh enzyme MnP được thực hiện như thế nào?
    Vi sinh vật được phân lập từ mẫu đất và thực phẩm, nuôi trên môi trường chọn lọc có guaiacol, quan sát vòng chuyển hóa cơ chất màu nâu đỏ để đánh giá hoạt tính enzyme MnP.

  4. Hiệu quả phân hủy aflatoxin B1 của enzyme MnP từ chủng Pl3 ra sao?
    Enzyme MnP từ chủng Pl3 phân hủy khoảng 65% lượng AFB1 sau 72 giờ phản ứng ở 30°C, cao hơn so với nhiều chủng vi khuẩn khác và các phương pháp vật lý, hóa học.

  5. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu này trong công nghiệp là gì?
    Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để phát triển công nghệ sinh học sử dụng enzyme MnP xử lý độc tố aflatoxin trong nông sản, giúp nâng cao chất lượng và an toàn thực phẩm, giảm thiểu rủi ro sức khỏe.

Kết luận

  • Đã phân lập và sàng lọc thành công chủng nấm Pl3 có khả năng sinh enzyme manganese peroxidase mạnh, hoạt tính enzyme đạt 2,25 mm vòng chuyển hóa guaiacol.
  • Điều kiện nuôi cấy tối ưu gồm 9 ngày, glucose 3%, NH4NO3 1 g/L và pH 5-6 giúp tăng hoạt tính enzyme lên khoảng 40%.
  • Enzyme MnP từ chủng Pl3 phân hủy hiệu quả khoảng 65% độc tố aflatoxin B1 sau 72 giờ phản ứng.
  • Nghiên cứu mở ra hướng ứng dụng enzyme MnP trong xử lý độc tố aflatoxin trên thực phẩm và nguyên liệu nông sản, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
  • Đề xuất phát triển quy trình sản xuất enzyme, ứng dụng công nghiệp và nghiên cứu gene mã hóa enzyme để nâng cao hiệu quả và giảm chi phí.

Tiếp theo, cần triển khai thử nghiệm quy mô lớn và nghiên cứu biểu hiện gene tái tổ hợp để hoàn thiện công nghệ. Các tổ chức và doanh nghiệp quan tâm có thể liên hệ để hợp tác phát triển ứng dụng enzyme MnP trong xử lý độc tố aflatoxin.