Luận văn nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ vi sinh để sản xuất một số chế phẩm sinh học dùng trong công nghiệp chế biến thực phẩm

Chuyên khảo kỹ thuật phân tích Luận văn nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ vi sinh để sản xuất một số chế phẩm sinh học dùng, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng

• Tác giả: Nguyễn Thị Hoài Trâm
• Trường học: Viện Công nghiệp Thực phẩm
• Chuyên ngành: Công nghệ vi sinh
• Đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ vi sinh để sản xuất một số chế phẩm sinh học dùng trong công nghiệp chế biến thực phẩm
• Loại tài liệu: Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2006
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. Giới thiệu về carotenoit và β-caroten
• 1.1. Khái quát về carotenoit và β-caroten. Tính chất, chức năng và ứng dụng của β-caroten
• 1.2. Giới thiệu về nấm sợi Blakeslea trispora
• 1.2.1. Giới thiệu chung về nấm sợi Blakeslea trispora
• 1.2.2. Đặc điểm hình thái và sinh sản loài Blakeslea trispora
• 1.2.3. Quá trình tổng hợp β-caroten từ nấm sợi Blakeslea trispora
• 1.2.4. Ảnh hưởng của môi trường và điều kiện nuôi cấy tới quá trình sinh tổng hợp β-caroten của Blakeslea trispora
• 1.3. Vi nang và các phương pháp tạo vi nang
• 1.3.1. Giới thiệu về công nghệ vi nang hóa và vi nang
• 1.3.2. Các phương pháp tạo vi nang
• 1.3.3. Giới thiệu về chất hoạt động bề mặt sinh học glycolipit mannosylerythritol lipit (MELs)
• 1.4. Giới thiệu về dẫn xuất của axit amin S-adenosyl L-methionine (SAM)
• 1.4.1. Giới thiệu về SAM - Tính chất và công dụng
• 1.4.2. Các phương pháp tổng hợp SAM
• 1.4.3. Đặc điểm chung về nấm men Saccharomyces
• 2. Nguyên vật liệu và phương pháp nghiên cứu
• 2.1. Vi sinh vật và điều kiện nuôi cấy
• 2.1.1. Vi sinh vật và điều kiện nuôi cấy tổng hợp β-caroten
• 2.1.2. Vi sinh vật và điều kiện nuôi cấy tổng hợp MELs
• 2.1.3. Vi sinh vật và điều kiện nuôi cấy tổng hợp SAM
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Các phương pháp xử lý dịch lên men, tách chiết sinh khối nấm sợi
• 2.2.2. Các phương pháp thu nhận, tách chiết, phân tích và tạo sản phẩm β-caroten từ nấm sợi Blakeslea trispora
• 2.2.3. Các phương pháp thu nhận, tách chiết, phân tích và tạo sản phẩm MELs từ nấm men Pseudozyma
• 2.2.4. Các phương pháp thu nhận, tách chiết, phân tích và tạo sản phẩm SAM từ nấm men Saccharomyces
• 2.2.5. Các phương pháp phân tích
• 2.2.6. Các phương pháp xử lý đất biến nấm sợi Blakeslea trispora tổng hợp β-caroten
• 2.3. Thiết bị sử dụng trong nghiên cứu, sản xuất thử nghiệm
• 3. Kết quả nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng chất màu β-caroten từ nấm sợi Blakeslea trispora
• 3.1. Khảo sát, lựa chọn và nghiên cứu nâng cao hoạt tính tổng hợp β-caroten của các chủng nấm sợi Blakeslea trispora
• 3.2. Khảo sát khả năng phát triển và sinh tổng hợp β-caroten của các chủng nấm sợi Blakeslea trispora trên môi trường nhân giống và lên men cơ bản
• 3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng thành phần môi trường và điều kiện nuôi cấy tới quá trình sinh tổng hợp β-caroten của các chủng Blakeslea trispora
• 3.4. Nghiên cứu nâng cao khả năng tổng hợp β-caroten của các chủng Blakeslea trispora bằng phương pháp xử lý đất biến
• 3.5. Kết quả nuôi cấy các chủng nấm sợi Blakeslea trispora trên môi trường và điều kiện nuôi cấy chuẩn lắc quy mô phòng thí nghiệm
• 3.6. Tìm các điều kiện công nghệ thích hợp để lên men quy mô phòng thí nghiệm và xưởng thực nghiệm thu nhận sinh khối nấm sợi giàu β-caroten
• 3.7. Nghiên cứu các điều kiện tách chiết, trích ly, tinh sạch, phân tích và tạo sản phẩm bột màu thực phẩm β-caroten từ nấm sợi Blakeslea trispora quy mô phòng thí nghiệm và xưởng thực nghiệm
• 3.8. Nghiên cứu ứng dụng chất màu β-caroten từ nấm sợi Blakeslea trispora trong chế biến, sản xuất một số loại bánh, bánh kem, kẹo quy mô phòng thí nghiệm và quy mô công nghiệp
• 4. Kết quả nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng chất nhờ tường và hoạt động bề mặt glycolipids mannosylerythritol lipids (MELs)
• 4.1. Khảo sát lựa chọn và nghiên cứu nâng cao hoạt tính của các chủng giống nấm men sinh tổng hợp chuyển hóa glycolipids mannosylerythritol lipids (MELs)
• 4.2. Xác định đặc tính sinh lý sinh hóa của các chủng nấm men lựa chọn
• 4.3. Nghiên cứu điều kiện nâng cao hoạt tính các chủng giống nấm men sinh tổng hợp glycolipids mannosylerythritol lipids (MELs)
• 4.4. Tìm các điều kiện công nghệ thích hợp lên men sinh tổng hợp MELs quy mô máy lắc và quy mô 14 lít
• 4.5. Xác định điều kiện công nghệ thích hợp lên men tổng hợp MELs quy mô 500 lít
• 4.6. Tìm các điều kiện công nghệ, thiết bị thích hợp quy mô phòng thí nghiệm để tách chiết, tinh sạch, phân tích MELs
• 4.7. Hoàn thiện công nghệ và sản xuất MELs từ vi sinh vật quy mô xưởng thực nghiệm
• 4.8. Kiểm tra phân tích các chỉ tiêu chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm của sản phẩm MELs
• 4.9. Nghiên cứu ứng dụng MELs từ nấm men trong chế biến sản xuất một số bánh, bánh kem quy mô phòng thí nghiệm và quy mô công nghiệp
• 5. Kết quả nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng S-adenosyl L-methionine (SAM) từ nấm men Saccharomyces cerevisiae
• 5.1. Khảo sát lựa chọn và nghiên cứu nâng cao hoạt tính tổng hợp S-adenosyl L-methionine (SAM) của các chủng nấm men Saccharomyces
• 5.2. Khảo sát khả năng tổng hợp SAM của một số chủng nấm men Saccharomyces
• 5.3. Nghiên cứu ảnh hưởng thành phần môi trường và điều kiện nuôi cấy nấm men Saccharomyces tổng hợp SAM trong điều kiện phòng thí nghiệm
• 5.4. Khảo sát ảnh hưởng thành phần môi trường và điều kiện thông khí trong nuôi cấy nấm men tổng hợp SAM
• 5.5. Tìm các điều kiện công nghệ thích hợp lên men quy mô phòng thí nghiệm và xưởng thực nghiệm thu nhận sinh khối nấm men chứa SAM
• 5.6. Nghiên cứu các điều kiện tách chiết, trích ly, tinh sạch, phân tích và tạo các sản phẩm chứa SAM từ nấm men quy mô phòng thí nghiệm và xưởng thực nghiệm
• 5.7. Hoàn thiện công nghệ và sản xuất chế phẩm chứa SAM từ nấm men Saccharomyces cerevisiae quy mô xưởng thực nghiệm
• 5.8. Phân tích, kiểm tra chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm của các sản phẩm chứa SAM
• 5.9. Nghiên cứu ứng dụng các chế phẩm chứa SAM từ nấm men trong chế biến, sản xuất một số loại bánh kem quy mô phòng thí nghiệm và quy mô công nghiệp
• Lời mở đầu
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Quy trình công nghệ vi sinh sản xuất chế phẩm sinh học

Quy trình công nghệ vi sinh là nền tảng để sản xuất các chế phẩm sinh học ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm. Quy trình này bao gồm các bước từ lựa chọn vi sinh vật, nuôi cấy, lên men, đến tách chiết và tinh chế sản phẩm. Các chế phẩm sinh học như β-caroten, MELs, và SAM được sản xuất thông qua quy trình này, đảm bảo chất lượng và an toàn thực phẩm. Quy trình này không chỉ tối ưu hóa hiệu suất sản xuất mà còn đáp ứng các tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm.

1.1. Lựa chọn và nuôi cấy vi sinh vật

Việc lựa chọn vi sinh vật phù hợp là bước đầu tiên trong quy trình công nghệ vi sinh. Các chủng nấm sợi như Blakeslea trispora và nấm men như Pseudozyma antarctica được sử dụng để tổng hợp các hợp chất sinh học. Quá trình nuôi cấy được thực hiện trong các điều kiện tối ưu về nhiệt độ, pH, và dinh dưỡng để đạt hiệu suất cao nhất.

1.2. Quá trình lên men và tách chiết

Quá trình lên men được thực hiện trong các thiết bị chuyên dụng như bình lên men và hệ thống thùng lên men. Sau quá trình lên men, các sản phẩm được tách chiết và tinh chế bằng các phương pháp như sắc ký lỏng cao áp (HPLC) và sắc ký cột. Các phương pháp này đảm bảo độ tinh khiết và chất lượng của sản phẩm.

II. Ứng dụng công nghệ vi sinh trong công nghiệp thực phẩm

Công nghệ vi sinh đã được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm để sản xuất các chế phẩm sinh học như β-caroten, MELs, và SAM. Các sản phẩm này không chỉ thay thế các chất tổng hợp hóa học mà còn mang lại lợi ích sức khỏe cho người tiêu dùng. Ứng dụng công nghệ vi sinh giúp nâng cao chất lượng và giá trị dinh dưỡng của thực phẩm.

2.1. Sản xuất β caroten từ nấm sợi Blakeslea trispora

β-caroten được sản xuất từ nấm sợi Blakeslea trispora thông qua quy trình lên men hiếu khí. Sản phẩm này được sử dụng làm chất màu tự nhiên trong các sản phẩm thực phẩm như bánh kẹo, thay thế các chất màu tổng hợp độc hại. Quy trình sản xuất đã được tối ưu hóa để đạt hiệu suất cao và đảm bảo chất lượng.

2.2. Sản xuất MELs từ nấm men Pseudozyma antarctica

MELs là chất nhũ hóa và hoạt động bề mặt sinh học được sản xuất từ nấm men Pseudozyma antarctica. Sản phẩm này được ứng dụng trong sản xuất bánh kẹo và các sản phẩm thực phẩm khác, thay thế các chất nhũ hóa hóa học. Quy trình sản xuất MELs đã được nghiên cứu và tối ưu hóa để đạt hiệu suất cao.

III. Tối ưu hóa quy trình sản xuất và đảm bảo chất lượng

Tối ưu hóa quy trình sản xuất là yếu tố quan trọng để nâng cao hiệu suất và chất lượng của các chế phẩm sinh học. Các phương pháp như xử lý đột biến, tối ưu hóa môi trường nuôi cấy, và sử dụng các thiết bị hiện đại đã được áp dụng. Đảm bảo chất lượng thực phẩm là mục tiêu hàng đầu trong quy trình sản xuất, đáp ứng các tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm.

3.1. Xử lý đột biến và tối ưu hóa môi trường

Phương pháp xử lý đột biến bằng hóa chất đã được áp dụng để nâng cao khả năng tổng hợp β-caroten của nấm sợi Blakeslea trispora. Môi trường nuôi cấy cũng được tối ưu hóa về thành phần dinh dưỡng và điều kiện nuôi cấy để đạt hiệu suất cao nhất.

3.2. Kiểm tra chất lượng và vệ sinh an toàn thực phẩm

Các sản phẩm được kiểm tra chất lượng và vệ sinh an toàn thực phẩm thông qua các phương pháp phân tích hiện đại như sắc ký lỏng cao áp (HPLC) và quang phổ hấp thụ nguyên tử. Các chỉ tiêu chất lượng và vệ sinh an toàn thực phẩm được đảm bảo để đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế.

Nội dung chính

Nghiên Cứu Quy Trình Công Nghệ Vi Sinh Sản Xuất Chế Phẩm Sinh Học Ứng Dụng Trong Chế Biến Thực Phẩm

---

Tóm tắt nghiên cứu

• Câu hỏi nghiên cứu cốt lõi (Research Question): Làm thế nào để làm chủ và tối ưu hóa quy trình công nghệ lên men vi sinh quy mô bán công nghiệp nhằm sản xuất 3 nhóm chế phẩm sinh học giá trị cao — chất màu tự nhiên $\beta$-caroten, chất hoạt động bề mặt sinh học Mannosylerythritol lipids (MELs) và hoạt chất bảo vệ gan/thần kinh S-adenosyl-L-methionine (SAM) — thay thế phụ gia hóa học độc hại trong công nghiệp thực phẩm Việt Nam?
• Phương pháp tiếp cận (Methodology Snapshot): Đề tài cấp Nhà nước (mã số KC-04-27) do Viện Công nghiệp Thực phẩm chủ trì đã tiến hành tuyển chọn và đột biến nâng cao hoạt tính chủng giống (Blakeslea trispora, Pseudozyma antarctica/aphidis, Saccharomyces cerevisiae); tối ưu hóa môi trường và thông số công nghệ lên men chìm hiếu khí từ quy mô phòng thí nghiệm (bình lắc, bình 14L) đến xưởng thực nghiệm (80L, 500L và 1.500L); kết hợp công nghệ vi nang hóa (nhũ hóa - sấy phun) và các kỹ thuật sắc ký, trích ly hiện đại.
• Phát hiện then chốt (Key Findings): Năng suất sinh tổng hợp đạt đỉnh cao: $\beta$-caroten đạt 2.580 – 4.930 mg/L; MELs đạt 80 – 130 g/L; SAM đạt 10 – 18,5% tính theo sinh khối khô (tương đương và vượt các công bố quốc tế). Lần đầu tiên tại Việt Nam, công nghệ vi nang hóa thành công tạo ra bột màu $\beta$-caroten tan trong nước từ dịch chiết tan trong dầu.
• Ý nghĩa thực tiễn (Implications): Công nghệ đã được ứng dụng sản xuất đại trà 3,5 tấn kẹo và 6,65 tấn bánh quy kẹp kem tại các doanh nghiệp bánh kẹo hàng đầu (Hải Hà, Tràng An, Hữu Nghị), mở ra hướng đi bền vững cho ngành thực phẩm sạch và thực phẩm chức năng trong nước.

---

Bối cảnh và tầm quan trọng

Thực trạng và khoảng trống nghiên cứu (State of Knowledge & Research Gap)

Trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, màu sắc, độ nhũ hóa và hoạt tính sinh học là những tiêu chí cốt lõi định hình giá trị cảm quan và dinh dưỡng của sản phẩm. Tuy nhiên, tình trạng lạm dụng chất màu và phụ gia tổng hợp hóa học đang gây ra những lo ngại sâu sắc về an toàn vệ sinh thực phẩm và sức khỏe cộng đồng. Các khảo sát dịch tễ học của Bộ Y tế từng chỉ ra tỷ lệ đáng báo động các chất màu trôi nổi không rõ nguồn gốc tiềm ẩn nguy cơ gây độc tế bào và ung thư.

Mặc dù xu hướng toàn cầu dịch chuyển mạnh mẽ sang phụ gia tự nhiên, việc sản xuất $\beta$-caroten, MELs và SAM sinh học tại Việt Nam trước đây gặp phải rào cản lớn:

1. Phụ thuộc nhập khẩu: SAM và $\beta$-caroten tinh khiết nhập khẩu có giá thành rất đắt đỏ, chỉ tiếp cận được ở một số quốc gia phát triển.
2. Hạn chế kỹ thuật trong nước: Các nghiên cứu trước đó chỉ dừng lại ở quy mô ống nghiệm, hiệu suất thấp và chưa giải quyết được bài toán vi nang hóa $\beta$-caroten (chất vốn chỉ tan trong dầu) để ứng dụng vào hệ sản phẩm thực phẩm gốc nước.
3. Thiếu vắng nghiên cứu về MELs: Hoạt chất bề mặt sinh học glycolipit hầu như chưa được nghiên cứu bài bản tại Việt Nam.

Tính cấp thiết và tiềm năng ứng dụng

Đề tài KC-04-27 ra đời nhằm giải quyết đồng bộ chuỗi giá trị từ tuyển chọn chủng giống vi sinh vật, hoàn thiện công nghệ lên men chìm hiếu khí, trích ly - tinh sạch, đến thử nghiệm sản xuất quy mô công nghiệp (1.500L). Thành công của nghiên cứu tạo tiền đề vững chắc cho việc tự chủ nguồn nguyên liệu sinh học nội địa, nâng cao sức cạnh tranh của doanh nghiệp thực phẩm Việt Nam trong bối cảnh hội nhập.

---

Phương pháp luận và cách tiếp cận nghiên cứu

Thiết kế nghiên cứu và đối tượng sinh học

Nghiên cứu được thiết kế theo hệ thống thực nghiệm đa tầng, kiểm soát chặt chẽ từ quy mô phòng thí nghiệm (In vitro / Batch flask) đến quy mô pilot và sản xuất thử nghiệm:

• Chế phẩm $\beta$-caroten: Sử dụng các cặp chủng nấm sợi đối kháng giới tính $(+)$ và $(-)$ của Blakeslea trispora, đặc biệt là chủng B. trispora WH2 được xử lý gây đột biến bằng hóa chất (EMS/tác nhân alkyl hóa) để kích hoạt gen tổng hợp carotenoid.
• Chế phẩm MELs: Sử dụng các chủng nấm men Pseudozyma antarctica và Pseudozyma aphidis có khả năng sinh chuyển hóa lipid/dầu thực vật thành glycolipid hoạt tính bề mặt.
• Chế phẩm SAM: Tuyển chọn các chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae và S. carlsbergensis có hoạt lực cao trong tích lũy dẫn xuất S-adenosyl-L-methionine nội bào.

Thu thập dữ liệu và kỹ thuật phân tích

• Động học lên men: Khảo sát ảnh hưởng của nguồn carbon (glucose, galactose, dầu thực vật), nguồn nitơ (cao ngô, dịch thủy phân protein, pepton, cao nấm men), chất hoạt động bề mặt, tiền chất vòng $\beta$ (như $\beta$-ionone), chế độ sục khí/oxy hòa tan và dải pH.
• Kỹ thuật phân tích & kiểm nghiệm:
  • Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), sắc ký lớp mỏng (TLC), sắc ký cột tinh sạch protein (FPLC).
  • Quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) và quang phổ UV-VIS xác định bước sóng đặc trưng ($\lambda_{max} = 450\text{ nm}$ cho $\beta$-caroten).
  • Đánh giá sức căng bề mặt (mN/m) và sức căng phân cắt liên pha đối với MELs.

Đảm bảo độ tin cậy và chuẩn hóa công nghệ

• Lên men kiểm chứng mở rộng tỷ lệ (scale-up) qua các cấp dung tích: Bình lắc $\rightarrow$ Bioreactor 14 lít $\rightarrow$ Thùng lên men pilot 80 lít $\rightarrow$ Hệ thống thùng lên men xưởng thực nghiệm 500 lít và 1.500 lít.
• Kiểm tra toàn diện các chỉ tiêu vi sinh vật gây hại, kim loại nặng và độc tố theo tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm Việt Nam (TCVN) và khuyến nghị quốc tế (FDA, Codex).

---

Phát hiện và kết quả chính

1. Nâng cao vượt bậc năng suất sinh tổng hợp của các chủng vi sinh vật

Nghiên cứu đã ghi nhận những chỉ số sinh tổng hợp ấn tượng, tương đương và vượt trội so với các công bố khoa học quốc tế cùng thời điểm:

Nhóm chế phẩm	Chủng vi sinh vật tối ưu	Năng suất đề tài đạt được	Năng suất công bố quốc tế tham chiếu	Quy mô kiểm chứng
$\beta$-Caroten	Blakeslea trispora (chủng đột biến WH2)	2.580 – 4.930 mg/L	1.350 – 3.500 mg/L	Thùng 500L – 1.500L
MELs	Pseudozyma antarctica, P. aphidis	80 – 130 g/L	70 – 110 g/L	Thùng 14L – 500L
SAM	Saccharomyces cerevisiae	10 – 18,5% (theo khối lượng sinh khối khô)	8 – 15%	Thùng 500L – 1.500L

2. Đột phá công nghệ vi nang hóa $\beta$-caroten

Một trong những phát hiện và thành tựu kỹ thuật quan trọng nhất của đề tài là làm chủ công nghệ vi nang hóa bằng phương pháp nhũ hóa – sấy phun:

• Chuyển hóa thành công $\beta$-caroten từ dạng tan trong dầu sang dạng bột màu phân tán/tan hoàn toàn trong nước.
• Vật liệu bao (maltodextrin, gum arabic, tinh bột biến tính) giúp bảo vệ hệ nối đôi liên hợp của phân tử $\beta$-caroten khỏi quá trình oxy hóa bởi ánh sáng, nhiệt độ và độ ẩm, giải quyết triệt để nhược điểm kém bền khi bảo quản.

3. Hiệu quả hạ sức căng bề mặt vượt trội của MELs

Chế phẩm glycolipid MELs thu được từ dịch lên men cho thấy khả năng làm giảm sức căng bề mặt của nước từ $72\text{ mN/m}$ xuống mức $28\text{ mN/m}$, thể hiện khả năng nhũ hóa ổn định vượt bậc so với các chất nhũ hóa thương mại như Lecithin, an toàn sinh học tuyệt đối và thân thiện với môi trường.

4. Ứng dụng thực tế trên dây chuyền công nghiệp

Kết quả thử nghiệm tại các công ty thực phẩm quy mô lớn:

• Sản xuất kẹo mềm (3,5 tấn): Bột màu $\beta$-caroten thay thế hoàn toàn phẩm màu tổng hợp, cho màu vàng da cam tự nhiên, bền màu qua quá trình gia nhiệt nấu kẹo.
• Sản xuất bánh quy kẹp kem, xốp kem (6,65 tấn): MELs thay thế chất nhũ hóa Lecithin giúp pha kem đồng nhất, mịn xốp; đồng thời bổ sung hoạt chất SAM nâng cao giá trị chức năng bảo vệ sức khỏe cho sản phẩm bánh kẹo.

---

Đóng góp khoa học và giá trị thực tiễn

Đóng góp về mặt học thuật và phương pháp luận

• Làm sáng tỏ động học sinh trưởng: Cung cấp dữ liệu chi tiết về cơ chế tương tác hữu tính giữa các sợi nấm mang dấu $(+)$ và $(-)$ của Blakeslea trispora trong quá trình hình thành bào tử tiếp hợp tích lũy carotenoid.
• Quy trình công nghệ tích hợp: Xây dựng thành công chuỗi công nghệ khép kín từ khâu biến nạp/đột biến giống, nuôi cấy chìm hiếu khí quy mô lớn (1.500L), trích ly màng lọc, đến vi nang hóa bảo quản.

Giá trị thực tiễn và tác động kinh tế - xã hội

1. Thay thế nhập khẩu: Giảm thiểu sự phụ thuộc vào các phụ gia nhập ngoại đắt đỏ, hạ giá thành sản phẩm thực phẩm chức năng trong nước.
2. Bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng: Loại bỏ nguy cơ tích lũy độc chất từ phẩm màu hóa học nhân tạo (vốn liên quan đến tổn thương gan, thận và biến đổi cấu trúc tế bào).
3. Đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao: Đề tài đã trực tiếp đào tạo 13 cử nhân/kỹ sư công nghệ thực phẩm và 5 thạc sĩ khoa học, tăng cường năng lực nghiên cứu cho Viện Công nghiệp Thực phẩm và các cơ sở nghiên cứu phối hợp.

---

Đối tượng quan tâm và giá trị mang lại

• Nhà nghiên cứu Công nghệ Sinh học & Thực phẩm (Academic Researchers): Tài liệu tham khảo chuẩn mực về thông số động học lên men nấm sợi, nấm men dị hình, và các kỹ thuật phân tích sắc ký HPLC/FPLC chuyên sâu.
• Doanh nghiệp Sản xuất Thực phẩm & Bánh kẹo (Food Manufacturers): Giải pháp công nghệ sẵn sàng chuyển giao để thay thế màu tổng hợp và chất nhũ hóa hóa học, nâng tầm thương hiệu với dòng sản phẩm "Clean Label" (nhãn sạch).
• Ngành Dược phẩm & Thực phẩm Chức năng (Nutraceutical Industry): Nguồn cung cấp quy trình chiết xuất SAM và $\beta$-caroten tinh khiết ứng dụng trong viên nang bổ gan, chống trầm cảm và chống lão hóa.
• Cơ quan Quản lý An toàn Thực phẩm & Hoạch định Chính sách (Policy Makers): Cơ sở dữ liệu khoa học tin cậy để xây dựng quy chuẩn kỹ thuật cho phụ gia sinh học tại Việt Nam.

---

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. Phát hiện quan trọng nhất của đề tài là gì?

Đó là việc tối ưu hóa thành công năng suất lên men $\beta$-caroten đạt tới $4.930\text{ mg/L}$ và làm chủ công nghệ vi nang hóa nhũ hóa – sấy phun, biến $\beta$-caroten tan trong dầu thành dạng bột hòa tan trong nước, mở đường cho ứng dụng đại trà trong công nghiệp thực phẩm.

2. Phương pháp nuôi cấy và lên men có điểm gì đặc biệt?

Nghiên cứu sử dụng phương pháp lên men chìm hiếu khí phối hợp hai chủng đối kháng giới tính $(+)$ và $(-)$ của B. trispora, kết hợp bổ sung tiền chất kích thích gen (như $\beta$-ionone, axit linoleic) và kiểm soát oxy hòa tan ở các cấp quy mô từ 14L đến 1.500L.

3. Kết quả của nghiên cứu có khả năng mở rộng sản xuất (generalize/scale-up) không?

Hoàn toàn khả thi. Toàn bộ thông số kỹ thuật đã được thẩm định và vận hành ổn định trên hệ thống thùng lên men công nghiệp $1.500\text{ lít}$ tại Xưởng thực nghiệm và ứng dụng thành công trong sản xuất hàng chục tấn sản phẩm thương mại.

4. MELs có ưu điểm gì vượt trội so với chất nhũ hóa thông thường?

MELs là chất hoạt động bề mặt sinh học (biosurfactant) có nguồn gốc tự nhiên, phân hủy sinh học 100%, không gây độc tế bào, hoạt động bền vững ở dải pH và nhiệt độ rộng, đồng thời làm giảm sức căng bề mặt mạnh hơn các chất nhũ hóa truyền thống như lecithin.

5. Hướng phát triển tiếp theo của công trình này là gì?

Đề tài kiến nghị Bộ Khoa học và Công nghệ hỗ trợ triển khai Dự án sản xuất thử nghiệm (giai đoạn tiếp nối), hoàn thiện dây chuyền thiết bị tự động hóa và tiến hành các thử nghiệm lâm sàng chuyên sâu về hoạt tính sinh học của SAM và $\beta$-caroten trên sức khỏe con người.

---

Kết luận

Báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp Nhà nước KC-04-27 do TS. Nguyễn Thị Hoài Trâm chủ nhiệm là một công trình khoa học xuất sắc, kết hợp nhuần nhuyễn giữa nghiên cứu cơ bản đỉnh cao và triển khai công nghệ thực tiễn. Thành công của việc sản xuất $\beta$-caroten, MELs và SAM từ vi sinh vật khẳng định năng lực tự chủ công nghệ sinh học thực phẩm của Việt Nam, mở ra kỷ nguyên mới cho ngành công nghiệp thực phẩm sạch, an toàn và giàu giá trị dinh dưỡng. Các doanh nghiệp và đơn vị nghiên cứu có thể tiếp tục liên kết chuyển giao công nghệ để đưa các sản phẩm này phổ biến rộng rãi trên thị trường thương mại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

KH & CN VCNTP VCNTP Bé Khoa häc vµ C«ng nghÖ ViÖn C«ng nghiÖp Thùc phÈm 301 NguyÔn Tr·i, Thanh Xu©n, Hµ Néi B¸o c¸o tæng kÕt khoa häc vµ kü thuËt §Ò tµi: Nghiªn cøu x©y dùng quy tr×nh c«ng nghÖ vi sinh ®Ó s¶n xuÊt mét sè chÕ phÈm sinh häc dïng trong c«ng nghiÖp chÕ biÕn thùc phÈm TS. NguyÔn ThÞ Hoµi Tr©m 5748 05/4/2006 Hµ Néi, 1/2006 B¶n quyÒn 2006 thuéc ViÖn C«ng nghiÖp Thùc phÈm §¬n xin sao chÐp toµn bé hoÆc tõng phÇn tµi liÖu nµy ph¶i göi ®Õn ViÖn tr−ëng ViÖn C«ng nghiÖp Thùc phÈm, trõ tr−êng hîp sö dông víi môc ®Ých nghiªn cøu. Danh s¸ch nh÷ng ng−êi tham gia thùc hiÖn ®Ò tµI TT Hä vµ tªn C¬ quan c«ng t¸c 1 Chñ nhiÖm ®Ò tµi TS. NguyÔn ThÞ Hoµi Tr©m ViÖn C«ng nghiÖp thùc phÈm Chñ nhiÖm ®Ò tµi nh¸nh ViÖn CNTP 2 TS.

TrÞnh ThÞ Kim V©n 3 ThS. Lª ThÞ Mai H−¬ng ViÖn CNTP 4 ThS. §ç ThÞ Thuû Lª ViÖn CNTP 5 ThS. §ç ThÞ Thanh HuyÒn ViÖn CNTP 6 KS.

Ph¹m §øc Toµn ViÖn CNTP 7 Cö nh©n NguyÔn Thanh Hµ ViÖn CNTP 8 KS. Chu Th¾ng ViÖn CNTP 9 KS. Bïi ThÞ Hång Ph−¬ng ViÖn CNTP 10 ThS. Ph¹m ThÞ Thu ViÖn CNTP 11 ThS.

TrÇn Minh Hµ ViÖn CNTP 12 ThS. §µo ThÞ Nguyªn ViÖn CNTP 13 ThS. Tr−¬ng H−¬ng Lan ViÖn CNTP 14 Cö nh©n §ç ThÞ Lan H−¬ng ViÖn CNTP 15 Cö nh©n Lª V¨n Träng ViÖn CNTP Chñ nhiÖm ®Ò tµi nh¸nh 16 TS. NguyÔn La Anh ViÖn CNTP 17 KS.

§Æng Thu H−¬ng ViÖn CNTP 18 KS. Lª V¨n Th¾ng ViÖn CNTP 19 ThS. NguyÔn ThÞ Léc ViÖn CNTP 20 ThS. Ng« M¹nh TiÕn ViÖn CNTP Chñ nhiÖm ®Ò tµi nh¸nh ViÖn C«ng nghÖ Sinh häc vµ C«ng 21 PGS.

Ph¹m Thu Thuû nghÖ thùc phÈm, Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi 22 TS. Qu¶n Lª Hµ ViÖn CNSH & CNTP, §HBKHN 23 ThS. V−¬ng NguyÖt Minh ViÖn CNSH & CNTP, §HBKHN 24 Cö nh©n L· ThÞ Quúnh Nh− ViÖn CNSH & CNTP, §HBKHN 25 ThS. Lª Lan Chi ViÖn CNSH & CNTP, §HBKHN 26 ThS.

Phïng ThÞ Thñy ViÖn CNSH & CNTP, §HBKHN 27 KS. TrÇn Xu©n DiÖu ViÖn CNSH & CNTP, §HBKHN 28 Cö nh©n Ph¹m ThÞ Quúnh ViÖn CNSH & CNTP, §HBKHN Chñ nhiÖm ®Ò tµi nh¸nh ViÖn C«ng nghÖ sinh häc, 29 TS. Ph¹m Thuý Hång ViÖn Khoa häc vµ C«ng nghÖ VN 30 PGS. Tr−¬ng Nam H¶i ViÖn CNSH, VKH &CNVN 31 CN.

TrÇn ThÞ H−êng ViÖn CNSH, VKH &CNVN 32 CN. NguyÔn Thanh Thuû ViÖn CNSH, VKH &CNVN 33 ThS. §ç ThÞ HuyÒn ViÖn CNSH, VKH &CNVN 34 ThS. NguyÔn ThÞ Trung ViÖn CNSH, VKH &CNVN 35 ThS.

TrÇn Ngäc T©n ViÖn CNSH, VKH &CNVN 36 CN. §Æng TrÇn Hoµng ViÖn CNSH, VKH &CNVN 37 CN. NguyÔn Hång Thanh ViÖn CNSH, VKH &CNVN 38 KS. NguyÔn ThÞ Kim Hoa C«ng ty Cæ phÇn B¸nh kÑo H¶i Hµ 39 ThS.

TrÞnh Sü C«ng ty Cæ phÇn Trµng An 40 KS. §ç Huy Toµn C«ng ty Cæ phÇn B¸nh kÑo H÷u NghÞ BµI tãm t¾t VÊn ®Ò ®¶m b¶o chÊt l−îng vµ vÖ sinh an toµn c¸c s¶n phÈm thùc phÈm hiÖn nay ®ang ®−îc Nhµ n−íc ViÖt Nam ®Æc biÖt quan t©m. Xu h−íng sö dông c¸c thùc phÈm cã nguån gèc thiªn nhiªn, an toµn, kh«ng ®éc h¹i, cã lîi cho søc khoÎ c¶ vÒ gi¸ trÞ dinh d−ìng vµ chøc n¨ng phßng chèng bÖnh tËt ®−îc c¶ thÕ giíi quan t©m. §Ò tµi khoa häc c«ng nghÖ cÊp Nhµ n−íc KC - 04 - 27 ®· thùc hiÖn nh÷ng nghiªn cøu, s¶n xuÊt thùc nghiÖm vµ øng dông mét sè s¶n phÈm tõ vi sinh vËt nh− chÊt mµu β-caroten, chÊt nhò t−¬ng vµ ho¹t ®éng bÒ mÆt glycolipit Mannosylerythritol lipids (MELs), dÉn xuÊt cña axÝt amin S-adenosyl L-methionine (SAM) trong chÕ biÕn mét sè s¶n phÈm thùc phÈm.

Trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn, ®Ò tµi ®· sö dông c¸c ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu th«ng dông trong lÜnh vùc c«ng nghÖ vi sinh, lªn men, chÕ biÕn thùc phÈm. C¸c ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch vi sinh vËt, ho¸ lý, s¾c ký ®· ®−îc thùc hiÖn trªn c¸c thiÕt bÞ th«ng dông vµ hiÖn ®¹i nh− s¾c ký láng cao ¸p, s¾c ký cét tinh s¹ch protein, quang phæ hÊp thô nguyªn tö …®Ó ®¶m b¶o c¸c sè liÖu nghiªn cøu lµ chÝnh x¸c vµ ®¸ng tin cËy. Ph−¬ng ph¸p xö lý gièng vi sinh vËt b»ng ho¸ chÊt ®ét biÕn ®· ®−îc thö nghiÖm ®Ó n©ng cao kh¶ n¨ng tæng hîp β-caroten cña chñng nÊm sîi Blakeslea trispora. C¸c thiÕt bÞ nu«i cÊy vi sinh vËt theo ph−¬ng ph¸p ch×m, hiÕu khÝ ®· ®−îc sö dông cã hiÖu qu¶ ë quy m« phßng thÝ nghiÖm nh− c¸c lo¹i m¸y l¾c, b×nh lªn men 14 lÝt vµ quy m« x−ëng thùc nghiÖm nh− hÖ thèng thïng lªn men 80, 500 vµ 1500 lÝt.

§Ò tµi ®· kh¶o s¸t, lùa chän, sö dông c¸c biÖn ph¸p c«ng nghÖ, c¸c thiÕt bÞ vµ chÕ ®é lªn men phï hîp ®Ó n©ng cao ho¹t tÝnh 3 chñng nÊm sîi Blakeslea trispora tæng hîp β-caroten ®¹t tõ 2580-4930 mg/L, 2 chñng nÊm men Pseudozyma antarctica vµ P. aphidis sinh chuyÓn ho¸ tæng hîp MELs ®¹t 80-130 g/L vµ 3 chñng nÊm men Saccharomyces cerevisiae vµ S. carlbergensis tæng hîp SAM ®¹t 10-18,5% so víi sinh khèi kh«. C¸c kÕt qu¶ nµy ®· b»ng vµ v−ît c¸c sè liÖu nghiªn cøu ®· ®−îc c«ng bè trªn thÕ giíi trong c¸c ®iÒu kiÖn nghiªn cøu vµ s¶n xuÊt t−¬ng tù.

C¸c ph−¬ng ph¸p t¸ch chiÕt, tinh s¹ch, ph©n tÝch ®· ®−îc nghiªn cøu lùa chän ®Ó øng dông trong phßng thÝ nghiÖm vµ x−ëng thùc nghiÖm ®Ó t¹o c¸c s¶n phÈm vµ b¸n s¶n phÈm β-caroten MELs, SAM ®¹t c¸c chØ tiªu vÒ thµnh phÇn chÊt l−îng vµ vÖ sinh an toµn thùc phÈm. LÇn ®Çu tiªn, ®Ò tµi ®· nghiªn cøu vµ øng dông thµnh c«ng c«ng nghÖ vi nang ho¸ sö dông ph−¬ng ph¸p nhò ho¸-sÊy phun ®Ó t¹o ®−îc bét mµu β-caroten tan trong n−íc tõ nguyªn liÖu β-caroten tan trong dÇu s¶n xuÊt theo quy tr×nh c«ng nghÖ vi sinh. C¸c s¶n phÈm nghiªn cøu, s¶n xuÊt thö cña ®Ò tµi ®· ®−îc nghiªn cøu øng dông vµ s¶n xuÊt ®¹i trµ 3,5 tÊn kÑo, 6,65 tÊn b¸nh quy kÑp kem, xèp kem dïng c¸c s¶n phÈm s¶n xuÊt theo c«ng nghÖ vi sinh lµ β-caroten thay phÈm mµu tæng hîp ho¸ häc, MELs thay cho chÊt nhò ho¸ Lecithin, vµ chøa ho¹t chÊt sinh häc SAM cã lîi cho søc khoÎ ng−êi tiªu dïng t¹i C«ng ty Cæ phÇn b¸nh kÑo H¶i Hµ, Trµng An, H÷u NghÞ, H−¬ng Sen, Ph¸t ViÖt vµ Tïng L©m. Ngoµi c¸c kÕt qu¶ ®¹t ®−îc trong nghiªn cøu, s¶n xuÊt thùc nghiÖm vµ øng dông trong c«ng nghiÖp chÕ biÕn b¸nh kÑo, ®Ò tµi ®· tham gia ®µo t¹o 13 sinh viªn tèt nghiÖp ®¹i häc, 5 th¹c sÜ trong ®ã cã 3 lµ c¸n bé khoa häc cña c¬ quan chñ tr× ®Ò tµi, vµ gãp phÇn n©ng cao tr×nh ®é c¸n bé khoa häc cña c¸c c¬ quan hîp t¸c thùc hiÖn ®Ò tµi trong c¸c lÜnh vùc vi sinh, lªn men, ph©n tÝch vµ chÕ biÕn thùc phÈm.

Víi c¸c kÕt qu¶ ®· ®¹t ®−îc, ®Ò tµi mong muèn tiÕp tôc ®−îc nghiªn cøu hoµn thiÖn c«ng nghÖ, d©y chuyÒn thiÕt bÞ s¶n xuÊt vµ thùc hiÖn c¸c thö nghiÖm l©m sµng t¸c dông chøc n¨ng cña c¸c s¶n phÈm β-caroten, MELs vµ SAM ®èi víi søc khoÎ con ng−êi. §Ó cã thÓ ®−a c¸c s¶n phÈm β-caroten, MELs vµ SAM ra ®−îc thÞ tr−êng, ®Ò tµi mong muèn Bé Khoa häc vµ C«ng nghÖ ñng hé ®Ó thùc hiÖn Dù ¸n s¶n xuÊt trong giai ®o¹n 2007-2010. Môc lôc STT Tiªu ®Ò Trang Më ®Çu 1 1. Giíi thiÖu vÒ carotenoit vµ β-caroten 4 1.

Kh¸i qu¸t vÒ carotenoit vµ β-caroten. TÝnh chÊt, chøc n¨ng vµ øng dông cña β-caroten. TÝnh chÊt cña β-caroten. Chøc n¨ng vµ øng dông cña β-caroten.

T×nh h×nh nghiªn cøu vµ øng dông cña β-caroten. T×nh h×nh nghiªn cøu vµ øng dông β-caroten trªn thÕ giíi. T×nh h×nh nghiªn cøu vµ øng dông β-caroten ë ViÖt Nam. Giíi thiÖu vÒ nÊm sîi Blakeslea trispora.

Giíi thiÖu chung vÒ nÊm sîi Blakeslea trispora. §Æc ®iÓm h×nh th¸i vµ sinh s¶n loµi Blakeslea trispora. Qu¸ tr×nh tæng hîp β-caroten tõ nÊm sîi Blakeslea trispora. ¶nh h−ëng cña m«i tr−êng vµ ®iÒu kiÖn nu«i cÊy tíi qu¸ tr×nh sinh 21 tæng hîp β-caroten cña Blakeslea trispora 1.

Vi nang vµ c¸c ph−¬ng ph¸p t¹o vi nang. Giíi thiÖu vÒ c«ng nghÖ vi nang ho¸ vµ vi nang. C¸c ph−¬ng ph¸p t¹o vi nang. giíI thiÖu vÒ chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt sinh häc 32 glycolipit mannosylerythritol lipit (MELs ).

Ph©n lo¹i chÊt bÒ mÆt sinh häc cã nguån gèc vi sinh. Axit bÐo, photpholipit vµ lipit trung tÝnh. ChÊt bÒ mÆt sinh häc polymer. ChÊt bÒ mÆt sinh häc d¹ng h¹t.

Qu¸ tr×nh sinh tæng hîp chuyÓn ho¸ t¹o glycolipit. C¸c c¬ chÕ vi sinh vËt s¶n xuÊt glycolipit. Ph−¬ng ph¸p tæng hîp sinh häc (Biosynthetic). Ph−¬ng ph¸p chuyÓn ho¸ sinh häc (Biotransformation).

Mét sè qu¸ tr×nh s¶n xuÊt glycolipit. Nh÷ng øng dông cña c¸c chÊt sinh häc ho¹t ®éng bÒ mÆt. Kh¶ n¨ng xö lý dÇu trµn trªn biÓn. Kh¶ n¨ng c¶i t¹o ®Êt.

Kh¶ n¨ng c¶i t¹o ®Êt bÞ « nhiÔm kim lo¹i. Kh¶ n¨ng lµm s¹ch dÇu trong c¸c thiÕt bÞ l−u tr÷. Nh÷ng nghiªn cøu vµ øng dông trong c«ng nghiÖp thùc phÈm vµ 42 d−îc phÈm. T×nh h×nh nghiªn cøu, s¶n xuÊt vµ øng dông MELs trªn thÕ giíi vµ 44 ë ViÖt Nam.

giíi thiÖu vÒ dÉn xuÊt cña axÝt amin 45 S-adenosyl-L-methionine (SAM) 1. Giíi thiÖu vÒ SAM - TÝnh chÊt vµ c«ng dông. TÝnh chÊt cña SAM. Nh÷ng øng dông chÝnh cña SAM.

SAM - chÊt chèng trÇm c¶m tù nhiªn.2 SAM lµ chÊt siªu dinh d−ìng cña gan. C¸c ph−¬ng ph¸p tæng hîp SAM. Tæng hîp SAM b»ng con ®−êng hãa häc. Tæng hîp SAM b»ng con ®−êng enzyme.3 Tæng hîp SAM b»ng vi sinh vËt.

Tæng hîp SAM tõ nÊm men, c¸c yÕu tè ¶nh h−ëng. §Æc ®iÓm chung vÒ nÊm men Saccharomyces. øng dông cña nÊm men S. Sinh tæng hîp SAM tõ nÊm men Saccharomyces.

Thu håi vµ t¹o s¶n phÈm SAM tõ nÊm men. T×nh h×nh nghiªn cøu s¶n xuÊt vµ øng dông SAM. T×nh h×nh nghiªn cøu s¶n xuÊt vµ øng dông SAM trªn thÕ giíi. T×nh h×nh nghiªn cøu s¶n xuÊt vµ øng dông SAM ë ViÖt Nam.

Nguyªn vËt liÖu vµ ph−¬ng ph¸p 71 nghiªn cøu 2. Vi sinh vËt vµ ®iÒu kiÖn nu«i cÊy.1 Vi sinh vËt vµ ®iÒu kiÖn nu«i cÊy tæng hîp β-caroten.2 Vi sinh vËt vµ ®iÒu kiÖn nu«i cÊy tæng hîp MELs.3 Vi sinh vËt vµ ®iÒu kiÖn nu«i cÊy tæng hîp SAM. Tæng hîp c¸c th«ng tin vÒ c¸c chñng gièng vi sinh vËt nhËp ngo¹i.2 Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu. C¸c ph−¬ng ph¸p xö lý dÞch lªn men, t¸ch chiÕt sinh khèi nÊm sîi, 76 ph©n tÝch vµ t¹o s¶n phÈm chÊt mµu β-caroten tõ nÊm sîi Blakeslea trispora.2 C¸c ph−¬ng ph¸p thu nhËn, t¸ch chiÕt, ph©n tÝch vµ t¹o s¶n phÈm 77 MELs tõ nÊm men Pseudozyma.

C¸c ph−¬ng ph¸p thu nhËn, t¸ch chiÕt, ph©n tÝch vµ t¹o s¶n phÈm 77 chøa SAM tõ nÊm men Saccharomyces. Ph−¬ng ph¸p trÝch ly SAM b»ng dung m«i.2 Ph−¬ng ph¸p lµm s¹ch SAM. Ph−¬ng ph¸p ®«ng kh«. Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch.

Ph−¬ng ph¸p quang phæ. Ph−¬ng ph¸p s¾c ký b¶n máng. Ph−¬ng ph¸p s¾c ký láng cao ¸p (HPLC).4 Ph−¬ng ph¸p xö lý ®ét biÕn nÊm sîi Blakeslea trispora tæng hîp 84 β-caroten.