Luận án: Sinh tổng hợp ergothioneine chống oxy hóa đậu nành lên men

Luận án tiến sĩ nghiên cứu sinh tổng hợp ergothioneine từ nấm Aspergillus oryzae ứng dụng chống oxy hóa trong chế biến đậu nành lên men Bacillus subtilis chịu nhiệt.

• Tác giả: Nguyễn Thị Hồng Thắm
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Công Hà
• Trường học: Trường Đại học Cần Thơ
• Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm
• Đề tài: Sinh tổng hợp ergothioneine từ Aspergillus oryzae và ứng dụng hạn chế quá trình oxy hóa của đậu nành lên men Bacillus subtilis chịu nhiệt
• Loại tài liệu: Luận án Tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Cần Thơ

Tóm tắt

I. Khám phá Ergothioneine Bí ẩn chất chống oxy hóa từ nấm

Trong bối cảnh khoa học thực phẩm hiện đại, việc tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học mạnh mẽ, đặc biệt là các chất chống oxy hóa tự nhiên, ngày càng trở nên cấp thiết. Một trong những hợp chất đang thu hút sự chú ý đặc biệt là Ergothioneine (ESH), một acid amin lưu huỳnh độc đáo với khả năng chống oxy hóa mạnh mẽ và ổn định. Sinh tổng hợp Ergothioneine không diễn ra ở thực vật hay động vật, mà chủ yếu do một số vi khuẩn và nấm thực hiện. Điều này mở ra một hướng nghiên cứu đầy tiềm năng trong việc khai thác nguồn tài nguyên vi sinh vật, đặc biệt là nấm Aspergillus oryzae, để sản xuất ESH quy mô công nghiệp. Việc hiểu rõ về cấu trúc, cơ chế hoạt động và nguồn gốc của Ergothioneine là nền tảng để phát triển các ứng dụng đột phá trong y học, thực phẩm và nông nghiệp. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng ESH có khả năng bảo vệ tế bào khỏi tổn thương do stress oxy hóa, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sức khỏe và kéo dài tuổi thọ. Hợp chất này thể hiện hoạt tính chống oxy hóa tiềm năng, với khả năng ổn định sự oxy hóa màu và lipid trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm. Việc tối ưu hóa quy trình sinh tổng hợp Ergothioneine từ nấm không chỉ mang lại nguồn ESH tự nhiên dồi dào mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững, tận dụng các nguồn phụ phẩm nông nghiệp làm cơ chất sản xuất.

1.1. Ergothioneine là gì Tổng quan về hợp chất vàng

Ergothioneine (ESH) là một dẫn xuất của amino acid histidine, chứa lưu huỳnh, được biết đến với tên hóa học là 2-mercaptohistidine betaine. Hợp chất này nổi bật nhờ cấu trúc độc đáo và khả năng hoạt động như một chất chống oxy hóa tự nhiên cực kỳ mạnh mẽ. ESH không dễ dàng bị phân hủy bởi các enzyme oxy hóa và duy trì hoạt tính ổn định ngay cả trong điều kiện nhiệt độ cao hay môi trường pH đa dạng. Đặc tính này giúp ESH trở thành một ứng cử viên lý tưởng để bảo vệ các sản phẩm thực phẩm khỏi quá trình oxy hóa lipid và các thành phần nhạy cảm khác. ESH đóng vai trò bảo vệ các tế bào khỏi tác động của các gốc tự do, giảm thiểu stress oxy hóa và có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực từ dược phẩm đến công nghiệp thực phẩm. Sự ổn định và hiệu quả của ESH đã khiến các nhà khoa học gọi nó là “chất chống oxy hóa vàng”, mở ra nhiều triển vọng trong việc phát triển các sản phẩm bổ sung sức khỏe và bảo quản thực phẩm.

1.2. Nguồn gốc và vai trò của Ergothioneine tự nhiên

Mặc dù Ergothioneine được tìm thấy trong nhiều loại thực phẩm như nấm, ngũ cốc, thịt và rau củ, sinh vật sản xuất chính của nó lại là một số loại vi khuẩn và nấm. Con người và động vật không có khả năng sinh tổng hợp Ergothioneine mà phải hấp thụ nó thông qua chế độ ăn uống. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc nghiên cứu và phát triển các nguồn cung cấp ESH từ vi sinh vật. Trong tự nhiên, ESH tích lũy với hàm lượng đáng kể trong nấm, đặc biệt là các loài nấm ăn và một số chủng nấm mốc như Aspergillus oryzae. Vai trò của Ergothioneine không chỉ giới hạn ở khả năng chống oxy hóa mà còn liên quan đến bảo vệ DNA, protein khỏi tổn thương, hỗ trợ chức năng miễn dịch và có tác dụng chống viêm. Việc khai thác các chủng nấm có khả năng sinh tổng hợp Ergothioneine cao sẽ là chìa khóa để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về chất chống oxy hóa tự nhiên này.

1.3. Tiềm năng chưa khai thác của sinh tổng hợp Ergothioneine

Tại Việt Nam, nghiên cứu về sinh tổng hợp Ergothioneine từ nấm vẫn còn hạn chế, mặc dù trên thế giới đã có nhiều công trình. Tiềm năng của ESH như một chất chống oxy hóa tự nhiên mạnh mẽ và ổn định chưa được khai thác triệt để trong ngành công nghiệp thực phẩm nước nhà. Việc phát triển các quy trình tối ưu để sản xuất ESH không chỉ giúp tạo ra một phụ gia an toàn, hiệu quả mà còn mở ra cơ hội tận dụng các nguồn phụ phẩm nông nghiệp phong phú làm cơ chất, góp phần vào phát triển nông nghiệp bền vững. Các nghiên cứu cần tập trung vào việc xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh tổng hợp Ergothioneine, bao gồm loại cơ chất, điều kiện pH, nhiệt độ, độ ẩm, thời gian nuôi cấy, và bổ sung các chất cảm ứng. Hơn nữa, việc nghiên cứu ứng dụng Ergothioneine trong các sản phẩm thực phẩm cụ thể, như đậu nành lên men, để hạn chế quá trình oxy hóa lipid là một hướng đi đầy hứa hẹn.

II. Đậu nành lên men dễ oxy hóa Giải pháp Ergothioneine từ nấm

Đậu nành và các sản phẩm từ đậu nành từ lâu đã được công nhận là thực phẩm có lợi cho sức khỏe, giàu protein thực vật, chất xơ và các hợp chất có hoạt tính sinh học. Trong những năm gần đây, đậu nành lên men ngày càng nhận được sự quan tâm rộng rãi nhờ những tác động tích cực của chúng đối với hệ vi sinh vật đường ruột. Tuy nhiên, với hàm lượng lipid cao, đậu nành lên men rất dễ bị quá trình oxy hóa lipid trong quá trình chế biến và bảo quản, dẫn đến giảm chất lượng, thay đổi màu sắc, mùi vị và tạo ra các hợp chất có hại. Việc hạn chế quá trình oxy hóa lipid này là một thách thức lớn đối với ngành công nghiệp thực phẩm. Các giải pháp truyền thống thường sử dụng chất chống oxy hóa tổng hợp, nhưng xu hướng hiện nay là tìm kiếm các chất chống oxy hóa tự nhiên an toàn và hiệu quả. Ergothioneine (ESH), với khả năng chống oxy hóa mạnh mẽ và ổn định, nổi lên như một giải pháp tiềm năng để giải quyết vấn đề này. Việc tích hợp ESH vào quy trình chế biến đậu nành lên men không chỉ giúp bảo vệ sản phẩm khỏi sự hư hỏng mà còn tăng cường giá trị dinh dưỡng và lợi ích sức khỏe.

2.1. Thách thức oxy hóa trong chế biến đậu nành lên men

Đậu nành lên men là một loại thực phẩm giàu dinh dưỡng nhưng lại đối mặt với thách thức lớn từ quá trình oxy hóa lipid. Lipid trong đậu nành, đặc biệt là các axit béo không bão hòa, rất dễ bị tấn công bởi các gốc tự do và oxy trong không khí, dẫn đến sự hình thành các sản phẩm oxy hóa. Quá trình này không chỉ làm giảm giá trị dinh dưỡng của sản phẩm mà còn gây ra các biến đổi về cảm quan như mùi ôi, vị đắng và màu sắc không mong muốn. Trong quá trình chế biến, các yếu tố như nhiệt độ cao, ánh sáng, sự hiện diện của kim loại và enzyme oxy hóa đều thúc đẩy phản ứng oxy hóa. Đối với đậu nành lên men Bacillus subtilis chịu nhiệt, việc duy trì chất lượng trong suốt quá trình sản xuất và bảo quản là cực kỳ quan trọng. Do đó, việc tìm kiếm một chất chống oxy hóa tự nhiên có khả năng hoạt động ổn định và hiệu quả trong môi trường chế biến phức tạp là một ưu tiên hàng đầu.

2.2. Vai trò của chất chống oxy hóa tự nhiên trong bảo quản thực phẩm

Các chất chống oxy hóa tự nhiên đóng vai trò thiết yếu trong việc bảo quản chất lượng và an toàn thực phẩm. Chúng hoạt động bằng cách trung hòa các gốc tự do, chelat hóa ion kim loại hoặc ức chế hoạt động của các enzyme gây oxy hóa, từ đó làm chậm hoặc ngăn chặn quá trình oxy hóa lipid và các thành phần nhạy cảm khác. Sự quan tâm đến các hợp chất tự nhiên như Ergothioneine đã tăng lên đáng kể do người tiêu dùng ngày càng ưu tiên các sản phẩm sạch, ít hóa chất tổng hợp. Việc sử dụng chất chống oxy hóa tự nhiên không chỉ giúp kéo dài thời gian bảo quản mà còn có thể mang lại lợi ích sức khỏe bổ sung cho người tiêu dùng. Trong bối cảnh sản xuất đậu nành lên men, việc lựa chọn một chất chống oxy hóa hiệu quả không chỉ giúp duy trì chất lượng sản phẩm mà còn nâng cao tính cạnh tranh trên thị trường, đáp ứng xu hướng tiêu dùng lành mạnh.

2.3. Tại sao Ergothioneine là lựa chọn ưu việt

Ergothioneine nổi bật như một lựa chọn ưu việt trong số các chất chống oxy hóa tự nhiên nhờ vào các đặc tính độc đáo của nó. Theo nhiều nghiên cứu, ESH là một chất chống oxy hóa hoạt động ổn định và mạnh mẽ, không dễ bị phân hủy trong các điều kiện chế biến khắc nghiệt. Khả năng ổn định màu sắc và lipid của nó đã được chứng minh trong nhiều mô hình thực phẩm. Hơn nữa, ESH có một hệ thống vận chuyển đặc hiệu trong cơ thể, cho thấy tầm quan trọng sinh học của nó và khả năng hấp thu hiệu quả. Khác với nhiều chất chống oxy hóa khác, Ergothioneine ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và pH, làm cho nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng trong chế biến thực phẩm có liên quan đến gia nhiệt hoặc lên men. Việc sinh tổng hợp Ergothioneine từ nấm, đặc biệt là Aspergillus oryzae, còn mang lại lợi thế về chi phí và tính bền vững, làm cho ESH trở thành một giải pháp toàn diện cho vấn đề oxy hóa trong đậu nành lên men.

III. Sinh tổng hợp Ergothioneine từ nấm Tối ưu quy trình với Aspergillus oryzae

Để khai thác tối đa tiềm năng của Ergothioneine như một chất chống oxy hóa tự nhiên, việc phát triển một quy trình sinh tổng hợp Ergothioneine từ nấm hiệu quả là vô cùng cần thiết. Aspergillus oryzae là một loài nấm mốc được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, đặc biệt là trong sản xuất các sản phẩm lên men truyền thống của châu Á như tương, miso và sake. Loài nấm này không chỉ an toàn mà còn có khả năng sản xuất nhiều enzyme và hợp chất thứ cấp có lợi, bao gồm cả ESH. Nghiên cứu đã chứng minh rằng Aspergillus oryzae có thể tổng hợp ESH trên các cơ chất khác nhau dưới các điều kiện nuôi cấy được kiểm soát. Việc tối ưu hóa các yếu tố như pH, nhiệt độ, độ ẩm, thời gian nuôi cấy và bổ sung các tiền chất hoặc chất cảm ứng là chìa khóa để đạt được hàm lượng ESH tối đa. Hơn nữa, khả năng tận dụng các nguồn phụ phẩm nông nghiệp làm cơ chất cho quá trình này không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn góp phần vào phát triển nông nghiệp bền vững, biến chất thải thành sản phẩm có giá trị cao. Việc làm chủ công nghệ sinh tổng hợp Ergothioneine mở ra cánh cửa cho việc sản xuất ESH ở quy mô công nghiệp, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thị trường về các giải pháp chống oxy hóa tự nhiên.

3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh tổng hợp Ergothioneine

Quá trình sinh tổng hợp Ergothioneine từ nấm bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố môi trường và dinh dưỡng. Theo nghiên cứu, các yếu tố như pH, nhiệt độ, độ ẩm và thời gian nuôi cấy đều đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa khả năng sản xuất ESH của nấm Aspergillus oryzae. Chẳng hạn, việc điều chỉnh pH và nhiệt độ đến mức tối ưu có thể làm tăng đáng kể năng suất ESH. Ngoài ra, việc bổ sung các chất cảm ứng hoặc tiền chất như các amino acid (histidine, cysteine, methionine) vào môi trường nuôi cấy cũng là một chiến lược hiệu quả để thúc đẩy quá trình sinh tổng hợp Ergothioneine. Nồng độ của các ion kim loại và các hợp chất hữu cơ khác trong môi trường cũng có thể ảnh hưởng đến hoạt động của các enzyme liên quan đến quá trình tổng hợp ESH. Việc kiểm soát chặt chẽ và tối ưu hóa các yếu tố này là bước cơ bản để nâng cao hiệu quả sản xuất ESH quy mô công nghiệp.

3.2. Vai trò của nấm Aspergillus oryzae trong sản xuất Ergothioneine

Nấm Aspergillus oryzae được xem là một ứng cử viên lý tưởng cho sinh tổng hợp Ergothioneine nhờ vào khả năng chuyển hóa mạnh mẽ và sự an toàn đã được chứng minh trong lịch sử sản xuất thực phẩm. Loài nấm này có hệ thống enzyme phong phú, cho phép nó tổng hợp ESH từ các tiền chất đơn giản hơn. Điều quan trọng là Aspergillus oryzae có khả năng phát triển trên nhiều loại cơ chất khác nhau, bao gồm cả các phụ phẩm nông nghiệp như bã tinh bột, giúp giảm chi phí sản xuất và tăng tính bền vững của quy trình. Nghiên cứu của Nguyễn Thị Hồng Thắm và Nguyễn Tấn Hùng (2024) đã tập trung vào sinh tổng hợp Ergothioneine từ Aspergillus oryzae, cho thấy tiềm năng to lớn của chủng nấm này trong việc sản xuất ESH với hàm lượng tối ưu. Việc lựa chọn và cải tiến các chủng Aspergillus oryzae có năng suất ESH cao là một hướng đi chiến lược để phát triển các nguồn Ergothioneine tự nhiên chất lượng.

3.3. Tối ưu hóa sinh tổng hợp Ergothioneine qua bổ sung tiền chất

Một trong những phương pháp hiệu quả nhất để tối ưu hóa sinh tổng hợp Ergothioneine là bổ sung các tiền chất vào môi trường nuôi cấy. Nghiên cứu của Nguyễn Thị Hồng Thắm và Nguyễn Tấn Hùng (2024) đã chỉ ra rằng việc bổ sung tổ hợp ba axit amin histidine, cysteine và methionine với tỷ lệ cụ thể (120 mg histidine: 54.38 mg cysteine: 83.04 mg methionine) đã tạo ra hàm lượng ESH tối ưu là 446.03 mg/100 g sinh khối. Histidine là xương sống của phân tử ESH, trong khi cysteine và methionine cung cấp nguyên tử lưu huỳnh cần thiết. Sự cân bằng và tỷ lệ chính xác của các tiền chất này là cực kỳ quan trọng để đạt được hiệu suất tổng hợp cao nhất. Ngoài ra, việc xác định các điều kiện trích ly ESH từ sinh khối cũng là một phần quan trọng của quy trình tối ưu. Nghiên cứu đã ghi nhận nhiệt độ 90±1°C trong 10 phút với dung môi nước giúp đạt hàm lượng ESH 69.09 mg/100 mL, thể hiện hiệu quả trong việc thu hồi ESH từ sinh tổng hợp Ergothioneine từ nấm.

IV. Ứng dụng Ergothioneine chống oxy hóa Bảo vệ đậu nành lên men vượt trội

Việc tích hợp Ergothioneine (ESH) vào quy trình chế biến thực phẩm, đặc biệt là đậu nành lên men, đại diện cho một bước tiến quan trọng trong việc nâng cao chất lượng và kéo dài thời gian bảo quản. Với vai trò là một chất chống oxy hóa tự nhiên mạnh mẽ, ESH có khả năng hạn chế quá trình oxy hóa lipid và các thành phần nhạy cảm khác, vốn là vấn đề nan giải trong sản xuất đậu nành lên men. Quá trình chế biến đậu nành lên men Bacillus subtilis chịu nhiệt đòi hỏi sự kiểm soát chặt chẽ các điều kiện như pH, nhiệt độ và thời gian để đảm bảo sản phẩm đạt chất lượng dinh dưỡng và hoạt tính sinh học tối ưu. Khi ESH được bổ sung vào các giai đoạn phù hợp, nó có thể phát huy tối đa hiệu quả bảo vệ. Phương pháp ứng dụng Ergothioneine không chỉ giúp cải thiện độ ổn định của sản phẩm mà còn góp phần tăng cường lợi ích sức khỏe cho người tiêu dùng, đáp ứng xu hướng tiêu dùng thực phẩm tự nhiên và an toàn. Các nghiên cứu đã cho thấy, việc bổ sung ESH có thể duy trì hàm lượng dinh dưỡng, màu sắc và mùi vị của đậu nành lên men tốt hơn đáng kể so với các sản phẩm không được bổ sung hoặc sử dụng các chất chống oxy hóa khác. Điều này mở ra tiềm năng lớn cho việc thương mại hóa ESH trong ngành công nghiệp thực phẩm.

4.1. Quy trình chế biến đậu nành lên men Bacillus subtilis chịu nhiệt

Quy trình chế biến đậu nành lên men Bacillus subtilis chịu nhiệt cần được xây dựng cẩn thận để đạt được sản phẩm chất lượng cao. Nghiên cứu đã xác định các điều kiện tối ưu cho quá trình lên men bao gồm nhiệt độ 33°C, thời gian lên men 48 giờ, mật độ vi khuẩn 10^4, pH = 7 và bổ sung 1 g glucose/50 g đậu nành. Các điều kiện này giúp sản phẩm đậu nành lên men đạt được hoạt tính protease và các thành phần dinh dưỡng (protid, glucid, lipid) cũng như hoạt tính chống oxy hóa DPPH cao nhất. Đặc biệt, việc duy trì pH = 7 trong quá trình lên men được ghi nhận là có hiệu quả trong việc hạn chế quá trình oxy hóa lipid, cho thấy tầm quan trọng của việc kiểm soát môi trường. Việc tối ưu hóa các thông số này không chỉ đảm bảo hiệu suất lên men mà còn tạo nền tảng cho việc ứng dụng Ergothioneine một cách hiệu quả nhất, góp phần bảo vệ chất lượng sản phẩm.

4.2. Cơ chế hạn chế quá trình oxy hóa lipid của Ergothioneine

Ergothioneine (ESH) thể hiện khả năng hạn chế quá trình oxy hóa lipid thông qua nhiều cơ chế khác nhau. Thứ nhất, ESH là một chất khử mạnh, có khả năng trực tiếp vô hiệu hóa các gốc tự do như gốc hydroxyl và superoxide, những tác nhân chính gây ra chuỗi phản ứng oxy hóa lipid. Thứ hai, ESH có khả năng chelat hóa các ion kim loại chuyển tiếp (ví dụ: sắt, đồng), những ion này thường xúc tác cho sự hình thành các gốc tự do. Bằng cách loại bỏ các tác nhân xúc tác này, ESH gián tiếp ngăn chặn phản ứng oxy hóa. Thứ ba, cấu trúc đặc biệt của ESH, với vòng imidazol và nhóm thiol, giúp nó ổn định trong môi trường sinh học và nhiệt độ cao, khác với nhiều chất chống oxy hóa tự nhiên khác dễ bị phân hủy. Sự ổn định này làm cho Ergothioneine trở thành một giải pháp bền vững và hiệu quả để bảo vệ đậu nành lên men khỏi sự hư hỏng do oxy hóa.

4.3. Phương pháp ứng dụng Ergothioneine vào sản phẩm đậu nành lên men

Việc ứng dụng Ergothioneine vào đậu nành lên men cần được thực hiện một cách chiến lược để tối đa hóa hiệu quả chống oxy hóa. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng bổ sung dịch chiết chứa ESH với tỷ lệ 4% (w/w) ở giai đoạn ngâm hạt mang lại hiệu quả tốt nhất trong việc hạn chế sự oxy hóa lipid. Giai đoạn ngâm hạt là thời điểm lý tưởng để ESH thấm sâu vào bên trong hạt đậu nành, tạo thành một lớp bảo vệ từ bên trong trước khi quá trình lên men và chế biến tiếp theo diễn ra. Phương pháp này đảm bảo ESH được phân tán đều và phát huy tối đa khả năng chống oxy hóa trong suốt chu kỳ sản xuất và bảo quản sản phẩm. Việc lựa chọn nồng độ và thời điểm bổ sung là rất quan trọng để không làm ảnh hưởng đến quá trình lên men của Bacillus subtilis chịu nhiệt và các đặc tính cảm quan của sản phẩm cuối cùng. Từ đó, sinh tổng hợp Ergothioneine từ nấm sẽ cung cấp nguồn nguyên liệu quý giá cho ứng dụng này.

V. Nghiên cứu ứng dụng Ergothioneine Giảm thiểu oxy hóa lipid đậu nành lên men

Những kết quả nghiên cứu gần đây đã cung cấp bằng chứng khoa học mạnh mẽ về tiềm năng của Ergothioneine (ESH) trong việc hạn chế quá trình oxy hóa lipid trong đậu nành lên men. Công trình nghiên cứu đã tập trung vào hai khía cạnh chính: tối ưu hóa quá trình sinh tổng hợp Ergothioneine từ nấm Aspergillus oryzae và đánh giá hiệu quả của ESH khi ứng dụng Ergothioneine vào quy trình sản xuất đậu nành lên men Bacillus subtilis chịu nhiệt. Các phát hiện này không chỉ mở ra hướng đi mới cho việc sản xuất chất chống oxy hóa tự nhiên mà còn cung cấp giải pháp thiết thực cho ngành công nghiệp thực phẩm. Đặc biệt, khả năng tận dụng các phụ phẩm từ quá trình sản xuất tinh bột làm cơ chất cho sinh tổng hợp Ergothioneine là một điểm nhấn quan trọng, thể hiện sự cam kết với mục tiêu phát triển bền vững và kinh tế tuần hoàn. Việc giảm thiểu oxy hóa lipid không chỉ cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn kéo dài thời gian bảo quản, giảm thiểu lãng phí và tăng giá trị thương mại cho đậu nành lên men. Những minh chứng này khẳng định vai trò ngày càng quan trọng của ESH trong việc nâng cao giá trị của các sản phẩm nông nghiệp và thực phẩm chế biến.

5.1. Kết quả nghiên cứu tối ưu hóa sinh tổng hợp Ergothioneine

Nghiên cứu đã đạt được những kết quả nghiên cứu đáng kể trong việc sinh tổng hợp Ergothioneine từ Aspergillus oryzae. Khi bổ sung tổ hợp ba axit amin histidine, cysteine và methionine với tỷ lệ tối ưu (120 mg: 54.38 mg: 83.04 mg), hàm lượng ESH cao nhất đạt 446.03 mg/100 g sinh khối. Điều này cho thấy vai trò cực kỳ quan trọng của các tiền chất này trong việc thúc đẩy quá trình tổng hợp ESH của nấm. Ngoài ra, việc tối ưu hóa điều kiện trích ly ESH từ sinh khối cũng được thực hiện hiệu quả. Cụ thể, trích ly ở 90±1°C trong 10 phút sử dụng dung môi nước đã thu được hàm lượng ESH 69.09 mg/100 mL. Các phát hiện này cung cấp một quy trình rõ ràng và hiệu quả để sản xuất ESH quy mô phòng thí nghiệm, mở đường cho việc phát triển quy mô công nghiệp và khẳng định tiềm năng của sinh tổng hợp Ergothioneine từ nấm.

5.2. Hiệu quả của Ergothioneine trong hạn chế oxy hóa lipid

Kết quả nghiên cứu về ứng dụng Ergothioneine đã minh chứng rõ ràng hiệu quả của nó trong việc hạn chế quá trình oxy hóa lipid trong đậu nành lên men. Cụ thể, việc bổ sung dịch chiết chứa ESH với tỷ lệ 4% (w/w) vào giai đoạn ngâm hạt đậu nành đã mang lại hiệu quả tốt nhất trong việc giảm thiểu sự oxy hóa lipid. Hàm lượng lipid trong đậu nành giảm ít hơn đáng kể ở các mẫu được xử lý bằng ESH so với mẫu đối chứng. Điều này đặc biệt quan trọng vì sự oxy hóa lipid là nguyên nhân chính gây ra sự suy giảm chất lượng của sản phẩm trong quá trình bảo quản. ESH đã thể hiện khả năng bảo vệ các axit béo không bão hòa khỏi tác động của các gốc tự do, từ đó duy trì tính ổn định của sản phẩm. Việc này chứng minh Ergothioneine là một chất chống oxy hóa tự nhiên mạnh mẽ, có thể được ứng dụng Ergothioneine rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm.

5.3. Tiềm năng tận dụng phụ phẩm cho sinh tổng hợp Ergothioneine

Một trong những điểm nổi bật của kết quả nghiên cứu là khả năng tận dụng phụ phẩm từ quá trình sản xuất tinh bột làm cơ chất cho sinh tổng hợp Ergothioneine từ nấm Aspergillus oryzae. Điều này không chỉ giúp giảm chi phí nguyên liệu đầu vào mà còn góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do chất thải nông nghiệp gây ra. Việc chuyển đổi phụ phẩm thành sản phẩm có giá trị cao như ESH thể hiện một mô hình kinh tế tuần hoàn bền vững, phù hợp với định hướng phát triển nông nghiệp hiện đại. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa các điều kiện sử dụng phụ phẩm khác nhau để tăng cường hiệu suất sinh tổng hợp Ergothioneine. Tiềm năng này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn nâng cao trách nhiệm xã hội và môi trường của các doanh nghiệp, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp thực phẩm và nông nghiệp Việt Nam.

VI. Triển vọng sinh tổng hợp Ergothioneine Nâng tầm ngành thực phẩm

Việc nghiên cứu và phát triển sinh tổng hợp Ergothioneine từ nấm đã mở ra những triển vọng to lớn, không chỉ trong lĩnh vực thực phẩm mà còn trong nhiều ngành công nghiệp khác. Ergothioneine (ESH), với tư cách là một chất chống oxy hóa tự nhiên mạnh mẽ và ổn định, đang dần khẳng định vị thế của mình như một hợp chất "vàng" cho tương lai. Các ứng dụng tiềm năng của ESH không chỉ giới hạn ở việc hạn chế quá trình oxy hóa lipid trong đậu nành lên men mà còn có thể mở rộng sang các sản phẩm thực phẩm khác, mỹ phẩm, dược phẩm và các sản phẩm chăm sóc sức khỏe. Sự thành công trong việc tối ưu hóa quy trình sinh tổng hợp Ergothioneine từ Aspergillus oryzae và khả năng tận dụng phụ phẩm nông nghiệp đã đặt nền móng vững chắc cho việc sản xuất ESH quy mô công nghiệp một cách bền vững và kinh tế. Điều này không chỉ mang lại giá trị gia tăng cho các sản phẩm nông nghiệp mà còn góp phần vào việc bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng và môi trường. Tương lai của sinh tổng hợp Ergothioneine hứa hẹn sẽ định hình lại cách chúng ta tiếp cận với các giải pháp bảo quản và tăng cường dinh dưỡng cho thực phẩm.

6.1. Hướng đi mới cho chất chống oxy hóa tự nhiên

Sự phát triển của sinh tổng hợp Ergothioneine từ nấm đại diện cho một hướng đi mới đầy hứa hẹn trong việc tìm kiếm các chất chống oxy hóa tự nhiên. Trong bối cảnh người tiêu dùng ngày càng quan tâm đến nguồn gốc và tính an toàn của các thành phần trong thực phẩm, ESH mang lại một giải pháp tự nhiên, hiệu quả và bền vững. Khác với các chất chống oxy hóa tổng hợp, ESH không chỉ an toàn mà còn có lợi cho sức khỏe, thúc đẩy chức năng miễn dịch và bảo vệ tế bào. Việc nghiên cứu sâu hơn về cơ chế hoạt động của ESH và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp của nó sẽ giúp tối ưu hóa sản xuất và mở rộng phạm vi ứng dụng Ergothioneine. Điều này không chỉ đáp ứng nhu cầu thị trường về thực phẩm lành mạnh mà còn thúc đẩy đổi mới trong ngành công nghiệp phụ gia thực phẩm, hướng tới các giải pháp sinh học và thân thiện với môi trường.

6.2. Phát triển ứng dụng Ergothioneine trong công nghiệp thực phẩm

Tiềm năng ứng dụng Ergothioneine trong công nghiệp thực phẩm là rất lớn. Ngoài việc bảo vệ đậu nành lên men khỏi oxy hóa, ESH có thể được tích hợp vào nhiều loại sản phẩm khác như thịt chế biến, dầu ăn, bánh mì, đồ uống và thực phẩm chức năng để kéo dài thời gian bảo quản, duy trì chất lượng dinh dưỡng và cảm quan. Khả năng ổn định nhiệt và pH của ESH làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các sản phẩm đòi hỏi quá trình chế biến khắc nghiệt. Việc phát triển các sản phẩm thực phẩm mới có chứa ESH không chỉ mang lại giá trị gia tăng mà còn đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về các sản phẩm giàu dinh dưỡng và có lợi cho sức khỏe. Để hiện thực hóa tiềm năng này, cần có thêm các nghiên cứu về độ an toàn, liều lượng hiệu quả và các phương pháp tích hợp ESH vào các ma trận thực phẩm khác nhau, cũng như nghiên cứu thị trường để đánh giá sự chấp nhận của người tiêu dùng đối với các sản phẩm có chứa ESH được sinh tổng hợp Ergothioneine từ nấm.

6.3. Đóng góp của sinh tổng hợp Ergothioneine vào nông nghiệp bền vững

Việc sinh tổng hợp Ergothioneine từ nấm, đặc biệt là thông qua việc tận dụng phụ phẩm nông nghiệp, là một đóng góp quan trọng cho mô hình nông nghiệp bền vững. Thay vì lãng phí các nguồn tài nguyên như bã tinh bột, vỏ trấu hay các phụ phẩm từ chế biến nông sản, chúng ta có thể chuyển hóa chúng thành cơ chất giá trị để sản xuất một hợp chất quý như ESH. Điều này không chỉ giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra chuỗi giá trị mới cho ngành nông nghiệp, khuyến khích các hoạt động sản xuất xanh và tuần hoàn. Hơn nữa, việc phát triển công nghệ sản xuất ESH trong nước sẽ giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu các chất chống oxy hóa tự nhiên và tăng cường năng lực tự chủ về công nghệ sinh học. Tóm lại, sinh tổng hợp Ergothioneine không chỉ là một tiến bộ khoa học mà còn là một bước đi chiến lược hướng tới một hệ thống thực phẩm bền vững hơn, nơi tài nguyên được sử dụng hiệu quả và môi trường được bảo vệ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BÞ GIÁO DþC VÀ ÀO T¾O TR¯ÞNG ¾I HÞC C¾N TH¡ NGUYÞN THÞ HÞNG TH¾M NGUYÞN T¾N HÙNG NGHIÊN CþU SINH TÞNG HþP ERGOTHIONEINE Tþ ASPERGILLUS ORYZAE VÀ þNG DþNG Þ H¾N CH¾ QUÁ TRÌNH OXY HOÁ CþA ¾U NÀNH LÊN MEN BACILLUS SUBTILIS CHÞU NHIÞT LU¾N ÁN TI¾N S) NGÀNH CÔNG NGHÞ THþC PH¾M Mà NGÀNH: 954.01 2024 BÞ GIÁO DþC VÀ ÀO T¾O TR¯ÞNG ¾I HÞC C¾N TH¡ NGUYÞN THÞ HÞNG TH¾M Mà SÞ NCS: P1116003 NGHIÊN CþU SINH TÞNG HþP ERGOTHIONEINE Tþ ASPERGILLUS ORYZAE VÀ þNG DþNG Þ H¾N CH¾ QUÁ TRÌNH OXY HOÁ CþA ¾U NÀNH LÊN MEN BACILLUS SUBTILIS CHÞU NHIÞT LU¾N ÁN TI¾N S) NGÀNH CÔNG NGHÞ THþC PH¾M Mà NGÀNH: 954.01 NG¯ÞI H¯ÞNG D¾N PGS. NGUYÞN CÔNG HÀ 2024 TÓM T¾T Cho ¿n nay, trên th¿ gißi ã có nhißu nghiên cÿu vß sinh tßng hÿp ergothioneine tÿ Aspergillus oryzae trên các c¡ ch¿t khác nhau, các ißu kißn nuôi c¿y thích hÿp vß pH, nhißt ß, ß ¿m, thßi gian, bß sung ch¿t c¿m ÿng, & Tuy nhiên, ß n±ßc ta, nghiên cÿu này ch±a ±ÿc phát trißn nhißu cing nh± vißc nghiên cÿu ÿng dÿng hÿp ch¿t trên vào quá trình ch¿ bi¿n nh± là mßt ch¿t chßng oxy hóa tÿ nhiên v¿n còn h¿n ch¿. Theo nhißu nghiên cÿu cho th¿y, ergothioneine là mßt ch¿t chßng oxy hóa tÿ nhiên ho¿t ßng ßn ßnh và m¿nh m¿ chß ±ÿc tßng hÿp bßi mßt sß vi khu¿n và n¿m. Ergothioneine chi¿t xu¿t tÿ n¿m có ho¿t ßng chßng oxy hóa tißm n ng, có kh¿ n ng ßn ßnh sÿ oxy hóa màu và lipid trong quá trình ch¿ bi¿n và b¿o qu¿n.

Bên c¿nh ó, ¿u nành và nhißu s¿n ph¿m tÿ ¿u nành ±ÿc bi¿t ¿n nh± mßt lo¿i thÿc ph¿m có lÿi cho sÿc khße. Nhÿng n m g¿n ây, các s¿n ph¿m ¿u nành lên men ã nh¿n ±ÿc nhißu sÿ chú ý vß tác ßng cÿa chúng ßi vßi hß vi sinh v¿t ±ßng rußt, có liên quan ¿n c¡ ch¿ bßnh sinh cÿa các rßi lo¿n th¿n kinh khác nhau, bao gßm tr¿m c¿m, lo âu, tÿ kÿ. M¿t khác, vßi hàm l±ÿng lipid cao, trong ch¿ bi¿n ¿u nành lên men, quá trình oxy hóa ch¿t béo và mßt sß thành ph¿n có ho¿t tính sinh hßc trong ¿u nành c¿n ±ÿc c¿i thißn. Ngoài ra, vißc t¿n dÿng các ngußn phÿ ph¿m tÿ quá trình ch¿ bi¿n làm c¡ ch¿t cho s¿n xu¿t sinh khßi, trích ly hÿp ch¿t, & cing nh¿n ±ÿc nhißu sÿ quan tâm, các nghiên cÿu giúp nâng cao hißu qu¿ sÿ dÿng cÿa ngußn phÿ ph¿m, b¿o vß môi tr±ßng và góp ph¿n phát trißn nông nghißp bßn vÿng.

Vì v¿y, nghiên cÿu mßt sß y¿u tß ¿nh h±ßng ¿n quá trình sinh tßng hÿp ergothioneine tÿ Aspergillus oryzae và ÿng dÿng ß h¿n ch¿ quá trình oxy hoá cÿa ¿u nành lên men Bacillus subtilis chßu nhißt ã ±ÿc thÿc hißn vßi 3 nßi dung nh¿m xác ßnh các y¿u tß ¿nh h±ßng ¿n quá trình sinh tßng hÿp ESH và ÿng dÿng ESH ß h¿n ch¿ sÿ oxy hoá lipid trong quá ch¿ bi¿n ¿u nành lên men, cing nh± xác ßnh ißu kißn thích hÿp ß ch¿ bi¿n ¿u nành lên men tÿ chÿng Bacillus subtilis chßu nhißt. Nßi dung 1, xây dÿng quy trình ch¿ bi¿n s¿n ph¿m ¿u nành lên men tÿ Baccilus subtilis chßu nhißt và xác ßnh sÿ oxy hoá lipid trong quá trình lên men. Nßi dung 2, sinh tßng hÿp ergothioneine tÿ Aspergillus oryzae. Nßi dung 3, ÿng dÿng ESH chßng oxy hoá trong ch¿ bi¿n ¿u nành lên men.

Sau quá trình thÿc hißn, nghiên cÿu ã ghi nh¿n các k¿t qu¿ nh± sau: (1) Nßi dung 1: ß nhißt ß 33°C, thßi gian lên men 48 giß, m¿t sß vi khu¿n 10 4, pH = 7, bß sung 1 g glucose/50 g ¿u nành cho s¿n ph¿m ¿u nành lên men có ho¿t tính protease và các thành ph¿n dinh d±ÿng (protid, glucid, lipid) cing nh± ho¿t tính chßng oxy hóa DPPH cao nh¿t; (2) Nßi dung 2: khi bß sung 03 acid amin histidine: cysteine: methionine vßi tÿ lß t±¡ng ÿng là 120 mg: 54,38 mg: 83,04 mg t¿o hàm l±ÿng ESH tßi ±u 446,03 i mg/100 g. Bên c¿nh ó, nhißt ß và thßi gian trích ly ESH tÿ sinh khßi ß 90±1°C trong 10 phút giúp ¿t hàm l±ÿng ESH 69,09 mg/100 mL khi sÿ dÿng dung môi là n±ßc; (3) Nßi dung 3: bß sung dßch chi¿t chÿa ESH vßi tÿ lß 4% (w/w) ß giai o¿n ngâm h¿t ±ÿc ghi nh¿n mang l¿i hißu qu¿ h¿n ch¿ sÿ oxy hóa lipid tßt nh¿t. Qua nghiên cÿu cho th¿y, phÿ ph¿m tÿ quá trình s¿n xu¿t tinh bßt có thß ±ÿc sÿ dÿng làm c¡ ch¿t cho sinh tßng hÿp ergothioneine tÿ Aspergillus oryzae và dßch chi¿t chÿa ESH mang l¿i hißu qu¿ trong h¿n ch¿ quá trình oxy hoá lipid trong s¿n xu¿t ¿u nành lên men.subtilis, chßng oxy hoá, ¿u nành, ergothioneine, lên men. ABSTRACT Up to now, in the world there have been many studies on the biosynthesis of ergothioneine from Aspergillus oryzae on different substrates, appropriate culture conditions of pH, temperature, humidity, time, and addition of sensitizers.

However, in our country, this research has not been developed much, and the research on the application of the above compound in the processing process as a natural antioxidant is still limited. According to many studies, ergothioneine is a stable, and powerful natural antioxidant synthesized only by some bacteria, and fungi. Ergothioneine extracted from mushrooms has potential antioxidant activity, capable of stabilizing color, and lipid oxidation during processing, and storage. Besides, soybeans, and many soybean products are known as healthy foods.

In recent years, fermented soy products have received much attention for their impact on the intestinal microbiota, which has been implicated in the pathogenesis of various neurological disorders, including depression, anxiety, autism. On the other, with high lipid content, in processing fermented soybeans, the process of fat oxidation, and some biologically active components in soybeans need to be improved. In addition, utilizing by-products from processing as substrates for biomass production, compound extraction, etc. has also received a lot of attention, and research has helped improve the efficiency of resource use.

by-products, protect the environment, and contribute to sustainable agricultural development. Therefore, research on some factors affecting the biosynthesis of ergothioneine from Aspergillus oryzae, and application to limit oxidation of heat-resistant Bacillus subtilis fermented soybeans was carried out with 3 contents to determine Identify factors affecting the biosynthesis of ESH, and apply ESH to limit lipid oxidation during the processing of fermented soybeans, as well as determine appropriate conditions for processing fermented soybeans from fermented soybeans. Heat-resistant Bacillus ii subtilis. Content 1, develop a process for processing fermented soybean products from heat-resistant Baccilus subtilis, and determine lipid oxidation during fermentation.

Content 2, biosynthesis of ergothioneine from Aspergillus oryzae. Content 3, application of antioxidant ESH in fermented soybean processing. After the implementation process, the study recorded the following results: (1) Content 1: at temperature 33°C, fermentation time 48 hours, bacterial density 10 4, pH = 7, supplement 1 g glucose/50 g soybeans gives fermented soybean products the highest protease activity, and nutritional components (protid, glucid, lipid) as well as DPPH antioxidant activity; (2) Content 2: when adding 03 amino acids histidine: cysteine: methionine with the corresponding ratio of 120 mg: 54.04 mg, the optimal ESH content is 446. Besides, the temperature, and time to extract ESH from biomass at 90±1°C for 10 minutes helps achieve an ESH content of 69.09 mg/100 mL when using water as the solvent; (3) Content 3: adding extract containing ESH at a rate of 4% (w/w) at the seed soaking stage is recorded to bring the best effect in limiting lipid oxidation.

Research shows that by-products from the starch production process can be used as a substrate for ergothioneine biosynthesis from Aspergillus oryzae, and the extract containing ESH is effective in limiting lipid oxidation in the product. fermented soybean production.oryzae, Bacillus subtilis, ESH, fermentation, soybean. iii iv CH¾P THU¾N CþA HÞI ÞNG Lu¿n án này, vßi ß tÿa là <Nghiên cÿu sinh tßng hÿp ergothioneine tÿ Aspergillus Oryzae và ÿng dÿng ß h¿n ch¿ quá trình oxy hoá cÿa ¿u nành lên men Bacillus Subtilis chßu nhißt= do nghiên cÿu sinh Nguyßn Thß Hßng Th¿m thÿc hißn theo sÿ h±ßng d¿n cÿa PGS. Nguyßn Công Hà.

Lu¿n án ã báo cáo và ±ÿc Hßi ßng ánh giá lu¿n án thông qua ngày / /. Lu¿n án ã ±ÿc chßnh sÿa theo góp ý và ±ÿc Hßi ßng ánh giá lu¿n án xem l¿i. Th± ký þy viên (ký tên) (ký tên) þy viên Ph¿n bißn 3 (ký tên) (ký tên) Ph¿n bißn 2 Ph¿n bißn 1 (ký tên) (ký tên) Ng±ßi h±ßng d¿n Chÿ tßch hßi ßng (ký tên) (ký tên) v vi MþC LþC TÓM T¾T. vii CH¾P THU¾N CþA HÞI ÞNG.

vii LÞI CAM OAN. viii DANH SÁCH HÌNH. x DANH SÁCH B¾NG. xii DANH SÁCH Tþ VI¾T T¾T.

xiii CH¯¡NG 1: GIÞI THIÞU .2 Mÿc tiêu nghiên cÿu .1 Mÿc tiêu chung .2 Mÿc tiêu cÿ thß .3 Nßi dung nghiên cÿu .4 ßi t±ÿng và ph¿m vi nghiên cÿu .1 ßi t±ÿng nghiên cÿu .2 Ph¿m vi nghiên cÿu .5 Ý ngh)a cÿa lu¿n án .2 Ý ngh)a th±c tißn. 4 CH¯¡NG 2: TÞNG QUAN TÀI LIÞU .1 Gißi thißu vß ¿u nành .1 Vai trò cÿa ¿u nành .2 Thành ph¿n hoá hßc cÿa ¿u nành .2 Công nghß s¿n xu¿t ¿u nành lên men .2 Các ph±¡ng pháp xác ßnh thành ph¿n hoá hßc cÿa h¿t ¿u nành .3 Lên men ¿u nành t¿o s¿n ph¿m ¿u nành lên men .3 Sinh tßng hÿp ESH .2 Gißi thißu vß ESH .4 Tßng quan vß acid amin .5 Phÿ ph¿m tinh bßt g¿o (BPSI) .4 Tình hình nghiên cÿu trong và ngoài n±ßc: .1 Vß s¿n xu¿t ¿u nành lên men và các ch¿t có ho¿t tính sinh hßc trong ¿u nành lên men .2 Vß sinh tßng hÿp ESH và ÿng dÿng chßng oxy hoá cÿa nó. 42 CH¯¡NG 3: PH¯¡NG PHÁP NGHIÊN CþU .1 Ph±¡ng tißn nghiên cÿu .1 ßa ißm và thßi gian thí nghißm .2 Dÿng cÿ, thi¿t bß .4 Nguyên lißu sÿ dÿng .2 Ph±¡ng pháp nghiên cÿu .1 Ph±¡ng pháp chu¿n bß m¿u .2 Ph±¡ng pháp phân tích .3 Ph±¡ng pháp thu th¿p và xÿ lý sß lißu .3 Nßi dung thí nghißm .1 S¡ ß bß trí thí nghißm tßng quát .2 Nßi dung 1: Xây dÿng quy trình ch¿ bi¿n s¿n ph¿m ¿u nành lên men tÿ B. subtilis chßu nhißt và xác ßnh sÿ oxy hoá lipid trong quá trình lên men&&&&&&&&&&&.3 Nßi dung 2: Sinh tßng hÿp ergothioneine tÿ Aspergillus oryzae .4 Nßi dung 3: þng dÿng ESH chßng oxy hoá trong ch¿ bi¿n ¿u nành lên men.

61 CH¯¡NG 4: K¾T QU¾ VÀ TH¾O LU¾N .1 Nghiên cÿu qui trình ch¿ bi¿n s¿n ph¿m ¿u nành lên men tÿ Baccilus subtilis và xác ßnh sÿ oxy hoá lipid trong quá trình lên men .1 Kh¿o sát các y¿u tß ¿nh h±ßng cÿa quá trình lên men ¿u nành (pH, nhißt ß, m¿t sß vsv và thßi gian lên men) .2 Sÿ oxy hoá lipid trong quá trình lên men ¿u nành .2 Sinh tßng hÿp và chi¿t su¿t ESH tÿ A.1 ¾nh h±ßng cÿa nßng ß ba acid amin (histidine, cysteine, methionine) lên kh¿ n ng sinh tßng hÿp ESH cÿa A.2 ¾nh h±ßng cÿa nhißt ß và thßi gian xÿ lý nhißt ¿n dßch chi¿t n¿m mßc .3 þng dÿng ESH trong ch¿ bi¿n ¿u nành lên men. K¾T LU¾N VÀ KI¾N NGHÞ. 94 TÀI LIÞU THAM KH¾O .