Nghiên cứu thu hồi vách tế bào giàu beta glucan từ nấm men tại Đại học Quốc gia Hà Nội

Nghiên cứu thu hồi vách tế bào giàu beta glucan từ nấm men, ứng dụng trong y học và thực phẩm, mang lại tiềm năng lớn cho sức khỏe.

• Tác giả: Nguyễn Phú Thu Thủy
• Người hướng dẫn: TS. Đào Thị Lương
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vi sinh vật học
• Đề tài: Nghiên Cứu Thu Hồi Vách Tế Bào Giàu β-Glucan Từ Nấm Men
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ β-GLUCAN
• 1.2. Lịch sử phát hiện
• 1.3. Cấu trúc hóa học
• 1.4. Nguồn β-glucan trong tự nhiên
• 1.5. Hoạt tính sinh học và ứng dụng của β-glucan
• 1.5.1. Ứng dụng trong thực phẩm
• 1.5.2. Ứng dụng trong dược, mỹ phẩm
• 1.5.3. Ứng dụng trong nuôi trồng thủy hải sản
• 2. NẤM MEN SACCHAROMYCES VÀ NGUỒN β-GLUCAN PHÂN LẬP TỪ VÁCH TẾ BÀO NẤM MEN
• 2.1. Nấm men Saccharomyces
• 2.2. Cấu trúc vách (thành) tế bào nấm men
• 2.3. Phân lập β-glucan từ vách tế bào nấm men
• 3. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÁ TẾ BÀO NẤM MEN
• 3.1. Phương pháp cơ học để phá vỡ tế bào nấm men
• 3.2. Phương pháp sóng siêu âm
• 3.3. Phương pháp tự phân để phá vỡ thành tế bào nấm men
• 3.4. Phương pháp phá tế bào bằng enzyme
• 4. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
• 4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 4.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
• 5. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
• 5.1. Mục tiêu tổng quát
• 5.2. Mục tiêu cụ thể
• 6. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 6.1. Hóa chất, môi trường
• 6.2. Thiết bị nghiên cứu
• 7. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 7.1. Phương pháp phân lập và tuyển chọn chủng nấm men
• 7.2. Phương pháp phân lập nấm men
• 7.3. Phương pháp xác định khả năng sinh trưởng
• 7.4. Phương pháp định lượng β-glucan
• 7.5. Phương pháp định lượng protein: Phương pháp Lowry
• 7.6. Phương pháp phân loại nấm men
• 7.7. Phương pháp phân loại vi sinh vật dựa vào đọc trình tự DNA
• 7.8. Phân tích trình tự và xây dựng cây phát sinh chủng loại
• 7.9. Lựa chọn môi trường nuôi cấy nấm men
• 7.10. Xác định mật độ tế bào bằng phương pháp đổ đĩa thạch
• 7.11. Lựa chọn môi trường nuôi cấy thu sinh khối nấm men
• 7.12. Lựa chọn nhiệt độ nuôi cấy nấm men
• 7.13. Kích thích tăng tổng hợp β-glucan
• 7.13.1. Bổ sung thêm EDTA
• 7.13.2. Bổ sung thêm SDS
• 7.13.3. Bổ sung hỗn hợp EDTA và SDS
• 7.14. Lựa chọn thời gian nuôi cấy thu β-glucan
• 7.15. Phương pháp thu hồi vách tế bào nấm men
• 7.16. Phá tế bào nấm men bằng kiềm nhiệt
• 7.17. Phá tế bào nấm men bằng phương pháp enzyme
• 7.18. Chiết vách tế bào nấm men giàu β-glucan
• 7.19. Thử nghiệm trên thiết bị nuôi cấy 30 lit
• 8. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 8.1. PHÂN LẬP TUYỂN CHỌN VÀ PHÂN LOẠI CHỦNG NẤM MEN GIÀU β-GLUCAN CÓ NGUỒN GỐC TỰ NHIÊN
• 8.1.1. Phân lập và tuyển chọn nấm men
• 8.1.2. Đặc điểm hình thái
• 8.1.3. Định danh và xây dựng cây phát sinh chủng loại
• 8.2. LỰA CHỌN ĐIỀU KIỆN NUÔI CẤY THU SINH KHỐI NẤM MEN GIÀU β-GLUCAN
• 8.2.1. Lựa chọn môi trường nuôi cấy nấm men
• 8.2.2. Lựa chọn nhiệt độ nuôi cấy nấm men
• 8.2.3. Ảnh hưởng của SDS đến hàm lượng β-glucan trong vách tế bào nấm men
• 8.2.4. Ảnh hưởng của EDTA đến hàm lượng β-glucan trong vách tế bào nấm men
• 8.2.5. Bổ sung thêm hỗn hợp SDS và EDTA
• 8.2.6. Lựa chọn thời gian nuôi cấy thích hợp thu nấm men giàu β-glucan
• 8.3. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THU HỒI VÁCH TẾ BÀO NẤM MEN GIÀU Β-GLUCAN
• 8.3.1. Phá tế bào nấm men bằng kiềm nhiệt
• 8.3.2. Phá tế bào nấm men bằng enzyme
• 8.3.3. Thu vách nấm men giàu β-glucan
• 8.4. THU VÁCH NẤM MEN GIÀU Β-GLUCAN QUY MÔ NỒI LÊN MEN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về thu hồi vách tế bào beta glucan từ nấm men

Vách tế bào beta glucan từ nấm men là một nguồn tài nguyên quý giá trong nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn. Beta glucan, một polysaccharide tự nhiên, đã được chứng minh có nhiều tác dụng sinh học, bao gồm khả năng tăng cường hệ miễn dịch và chống ung thư. Việc thu hồi vách tế bào này từ nấm men không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong thực phẩm và dược phẩm.

1.1. Tầm quan trọng của beta glucan trong y học

Beta glucan đã được nghiên cứu rộng rãi về khả năng kích thích miễn dịch và tác dụng chống ung thư. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng beta glucan có thể giúp tăng cường sức đề kháng của cơ thể đối với các bệnh nhiễm trùng và ung thư.

1.2. Nguồn gốc và cấu trúc của beta glucan

Beta glucan có thể được chiết xuất từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm nấm men Saccharomyces cerevisiae. Cấu trúc hóa học của beta glucan rất đa dạng, ảnh hưởng đến tính chất vật lý và hoạt tính sinh học của nó.

II. Vấn đề trong thu hồi vách tế bào beta glucan từ nấm men

Mặc dù beta glucan có nhiều lợi ích, việc thu hồi vách tế bào từ nấm men gặp phải một số thách thức. Các phương pháp hiện tại có thể không hiệu quả hoặc tốn kém, dẫn đến việc sản xuất beta glucan không đạt yêu cầu về chất lượng và số lượng.

2.1. Thách thức trong quy trình thu hồi

Quy trình thu hồi vách tế bào thường gặp khó khăn trong việc phá vỡ cấu trúc tế bào nấm men mà không làm mất đi hoạt tính của beta glucan. Điều này đòi hỏi các phương pháp tối ưu hóa để đảm bảo hiệu quả cao nhất.

2.2. Chi phí sản xuất và tính khả thi

Chi phí sản xuất beta glucan từ nấm men có thể cao do yêu cầu về thiết bị và quy trình phức tạp. Việc tìm kiếm các phương pháp thu hồi hiệu quả và tiết kiệm chi phí là rất cần thiết để nâng cao tính khả thi của sản phẩm.

III. Phương pháp thu hồi vách tế bào beta glucan từ nấm men

Có nhiều phương pháp khác nhau để thu hồi vách tế bào beta glucan từ nấm men, bao gồm phương pháp cơ học, hóa học và enzyme. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng.

3.1. Phương pháp cơ học

Phương pháp cơ học bao gồm việc sử dụng áp lực hoặc lực cơ học để phá vỡ tế bào nấm men. Mặc dù đơn giản, phương pháp này có thể không hiệu quả trong việc thu hồi beta glucan với hàm lượng cao.

3.2. Phương pháp enzyme

Sử dụng enzyme để phá vỡ vách tế bào nấm men là một phương pháp hiệu quả hơn. Enzyme có thể giúp giải phóng beta glucan mà không làm hỏng cấu trúc của nó, từ đó tăng cường hiệu suất thu hồi.

3.3. Phương pháp hóa học

Phương pháp hóa học sử dụng các hóa chất để phá vỡ vách tế bào. Mặc dù có thể thu hồi beta glucan với hiệu suất cao, nhưng cần phải cẩn trọng với các hóa chất sử dụng để đảm bảo an toàn cho sức khỏe.

IV. Ứng dụng thực tiễn của beta glucan trong ngành thực phẩm

Beta glucan từ nấm men có nhiều ứng dụng trong ngành thực phẩm, đặc biệt là trong việc cải thiện sức khỏe và tăng cường hệ miễn dịch. Việc bổ sung beta glucan vào thực phẩm có thể mang lại nhiều lợi ích cho người tiêu dùng.

4.1. Tác dụng của beta glucan trong thực phẩm chức năng

Beta glucan được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm chức năng nhờ vào khả năng tăng cường sức đề kháng và hỗ trợ tiêu hóa. Nhiều sản phẩm hiện nay đã tích hợp beta glucan như một thành phần chính.

4.2. Nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới

Nghiên cứu về beta glucan đang mở ra nhiều cơ hội cho việc phát triển các sản phẩm thực phẩm mới, từ đồ uống đến thực phẩm bổ sung, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu beta glucan

Nghiên cứu về thu hồi vách tế bào beta glucan từ nấm men đang ngày càng trở nên quan trọng. Với tiềm năng ứng dụng lớn trong nhiều lĩnh vực, việc tối ưu hóa quy trình thu hồi và phát triển sản phẩm mới sẽ là xu hướng trong tương lai.

5.1. Triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu về beta glucan sẽ tiếp tục phát triển, với nhiều ứng dụng mới trong y học và thực phẩm. Các nhà khoa học đang tìm kiếm các phương pháp thu hồi hiệu quả hơn để tối ưu hóa sản xuất.

5.2. Tác động đến sức khỏe cộng đồng

Việc ứng dụng beta glucan trong thực phẩm và dược phẩm có thể mang lại lợi ích lớn cho sức khỏe cộng đồng, giúp nâng cao chất lượng cuộc sống và giảm thiểu bệnh tật.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

β-glucan là một polysaccharide có hoạt tính sinh học nổi bật, được phát hiện từ những năm 1940 và đã thu hút sự quan tâm lớn trong lĩnh vực y học và công nghệ sinh học. Trên thế giới, nhiều quốc gia như Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc đã nghiên cứu và ứng dụng β-glucan từ nấm men nhằm tăng cường miễn dịch, hỗ trợ điều trị ung thư và phát triển thực phẩm chức năng. Ở Việt Nam, nghiên cứu về β-glucan còn khá mới mẻ và mang tính đơn lẻ, chưa đạt được kết quả ứng dụng cao.

Luận văn tập trung nghiên cứu thu hồi vách tế bào giàu β-glucan từ nấm men phân lập tự nhiên tại khu vực Hà Nội trong giai đoạn 2016-2017. Mục tiêu chính là phân lập và lựa chọn chủng nấm men giàu β-glucan, tối ưu điều kiện nuôi cấy để thu sinh khối và xây dựng phương pháp thu hồi vách tế bào giàu β-glucan nhằm ứng dụng trong thực phẩm và thực phẩm chức năng. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển nguồn nguyên liệu β-glucan chất lượng cao, góp phần nâng cao giá trị sản phẩm sinh học và 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 về cấu trúc hóa học và hoạt tính sinh học của β-glucan, đặc biệt là β-1,3 và β-1,6 glucan trong vách tế bào nấm men. Cấu trúc β-glucan gồm các chuỗi polysaccharide β-D-glucose liên kết qua liên kết β-glycoside, ảnh hưởng đến tính chất vật lý và sinh học của phân tử. Lý thuyết về cơ chế kích thích miễn dịch của β-glucan qua thụ thể trên tế bào macrophage cũng được áp dụng để giải thích tác dụng sinh học.

Mô hình nghiên cứu tập trung vào quá trình phân lập chủng nấm men, lựa chọn điều kiện nuôi cấy tối ưu (môi trường, nhiệt độ, chất kích thích như SDS và EDTA), và phương pháp phá tế bào để thu hồi vách tế bào giàu β-glucan. Các khái niệm chính bao gồm: β-glucan, vách tế bào nấm men, phương pháp phá tế bào (kiềm nhiệt, enzyme), và định lượng β-glucan bằng bộ kit Megazyme.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là 112 chủng nấm men phân lập từ các mẫu bánh men, hoa quả chín, men rượu tại các huyện quanh Hà Nội. Phương pháp chọn mẫu là pha loãng và nuôi cấy trên môi trường Hansen có bổ sung cloramphenicol. Cỡ mẫu được lựa chọn dựa trên khả năng sinh trưởng và hàm lượng β-glucan, trong đó 64 chủng phát triển tốt được chọn để định lượng β-glucan.

Phân tích β-glucan được thực hiện bằng bộ kit định lượng β-glucan Megazyme, kết hợp với phương pháp cân sinh khối khô để đánh giá khả năng sinh trưởng. Phân loại nấm men dựa trên phân tích trình tự gen ITS và xây dựng cây phát sinh chủng loại bằng phần mềm CLUSTAL W. Phương pháp phá tế bào gồm kiềm nhiệt và enzyme (protease, chitinase) được so sánh để tối ưu thu hồi vách tế bào. Thời gian nghiên cứu kéo dài trong khoảng 12 tháng với các bước phân lập, nuôi cấy, phá tế bào và định lượng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Phân lập và lựa chọn chủng nấm men giàu β-glucan: Từ 112 chủng phân lập, 64 chủng phát triển tốt với khối lượng sinh khối trung bình 0,68 g/50 ml dịch nuôi cấy. Hàm lượng β-glucan trong các chủng dao động từ 4% đến trên 10%, trong đó chủng S51 (Saccharomyces cerevisiae) và BM32 (Kluyveromyces lactis) có hàm lượng β-glucan cao nhất lần lượt là 10,1% và 9,88%.

2. Lựa chọn môi trường và nhiệt độ nuôi cấy: Môi trường MT4 cho mật độ nấm men cao nhất với 45x10^7 CFU/ml cho BM32 và 56,9x10^7 CFU/ml cho S51. Nhiệt độ nuôi cấy tối ưu là 30°C, khi đó mật độ nấm men đạt 63x10^7 CFU/ml (BM32) và 44x10^7 CFU/ml (S51).

3. Ảnh hưởng của SDS và EDTA đến tổng hợp β-glucan: Bổ sung SDS ở nồng độ 60-80 µg/l làm tăng hàm lượng β-glucan lên 11,4-12,0% so với 9,88-10,2% ở mẫu đối chứng. EDTA ở nồng độ 100 µg/l kích thích β-glucan tăng khoảng 20%, đạt 12,37% (S51) và 13,2% (BM32). Khi tăng nồng độ SDS hoặc EDTA vượt mức này, hàm lượng β-glucan giảm do ức chế sinh trưởng.

4. Bổ sung hỗn hợp SDS và EDTA: Kết hợp SDS 80 µg/l và EDTA 60-80 µg/l cho hiệu quả cao nhất, hàm lượng β-glucan đạt 14,4-15,2%, tăng khoảng 25% so với mẫu không bổ sung. Đây là điều kiện tối ưu để kích thích tổng hợp β-glucan trong quá trình nuôi cấy.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc lựa chọn chủng nấm men có nguồn gốc tự nhiên và giàu β-glucan là bước quan trọng đầu tiên để phát triển quy trình thu hồi hiệu quả. Môi trường MT4 giàu dinh dưỡng và nhiệt độ 30°C tạo điều kiện tối ưu cho sinh trưởng và tổng hợp β-glucan, phù hợp với các nghiên cứu quốc tế.

Việc bổ sung SDS và EDTA kích thích tổng hợp β-glucan có thể giải thích do các chất này gây stress nhẹ lên tế bào, kích hoạt cơ chế bảo vệ và tăng sinh tổng hợp polysaccharide thành tế bào. Tuy nhiên, nồng độ quá cao gây độc và ức chế sinh trưởng, làm giảm hàm lượng β-glucan. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu trước đây về tác động của các chất ức chế lên quá trình lên men nấm men.

Phương pháp phá tế bào bằng kiềm nhiệt và enzyme cho phép thu hồi vách tế bào giàu β-glucan với hiệu suất cao, phù hợp cho ứng dụng công nghiệp. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh hàm lượng β-glucan ở các điều kiện nuôi cấy và bổ sung chất kích thích, cũng như bảng phân tích sinh trưởng và định lượng β-glucan của các chủng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng quy trình nuôi cấy với môi trường MT4 và nhiệt độ 30°C để tối ưu sinh trưởng và tổng hợp β-glucan, nhằm nâng cao hiệu suất sản xuất trong vòng 30 giờ nuôi cấy. Chủ thể thực hiện: các nhà sản xuất thực phẩm chức năng và dược phẩm.

2. Bổ sung hỗn hợp SDS (80 µg/l) và EDTA (60-80 µg/l) trong quá trình nuôi cấy để kích thích tổng hợp β-glucan, tăng hàm lượng sản phẩm lên khoảng 25% so với không bổ sung. Thời gian áp dụng: ngay trong giai đoạn lên men. Chủ thể: phòng thí nghiệm và nhà máy sản xuất.

3. Sử dụng phương pháp phá tế bào kiềm nhiệt kết hợp enzyme protease và chitinase để thu hồi vách tế bào giàu β-glucan với hiệu quả cao, giảm tạp chất protein và ADN. Chủ thể: bộ phận nghiên cứu và phát triển công nghệ.

4. Phát triển quy mô lên men 30 lít và mở rộng quy mô công nghiệp dựa trên kết quả thí nghiệm thành công ở quy mô phòng thí nghiệm, nhằm đáp ứng nhu cầu thị trường thực phẩm chức năng và dược phẩm. Chủ thể: doanh nghiệp công nghệ sinh học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Vi sinh vật học, Công nghệ sinh học: Nắm bắt quy trình phân lập, nuôi cấy và thu hồi β-glucan từ nấm men, phục vụ nghiên cứu chuyên sâu và phát triển sản phẩm.

2. Doanh nghiệp sản xuất thực phẩm chức năng và dược phẩm: Áp dụng quy trình tối ưu để sản xuất β-glucan chất lượng cao, nâng cao giá trị sản phẩm và hiệu quả kinh tế.

3. Chuyên gia trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản: Tham khảo ứng dụng β-glucan trong thức ăn thủy sản để tăng cường miễn dịch và sức đề kháng cho vật nuôi.

4. Cơ quan quản lý và phát triển chính sách khoa học công nghệ: Đánh giá tiềm năng ứng dụng β-glucan trong ngành công nghiệp sinh học, hỗ trợ định hướng phát triển nghiên cứu và sản xuất trong nước.

Câu hỏi thường gặp

1. β-glucan là gì và tại sao nó quan trọng?
   β-glucan là polysaccharide từ thành tế bào nấm men có khả năng kích thích miễn dịch, chống ung thư và hỗ trợ sức khỏe. Ví dụ, β-glucan từ Saccharomyces cerevisiae được sử dụng trong nhiều sản phẩm y học và thực phẩm chức năng.

2. Làm thế nào để lựa chọn chủng nấm men giàu β-glucan?
   Phân lập từ nguồn tự nhiên, nuôi cấy và định lượng β-glucan bằng bộ kit chuyên dụng. Chủng có hàm lượng β-glucan trên 8% được ưu tiên, như chủng S51 và BM32 trong nghiên cứu.

3. Tại sao bổ sung SDS và EDTA lại tăng tổng hợp β-glucan?
   SDS và EDTA tạo stress nhẹ cho tế bào, kích hoạt cơ chế bảo vệ và tăng sinh tổng hợp polysaccharide. Tuy nhiên, nồng độ quá cao sẽ gây ức chế sinh trưởng.

4. Phương pháp phá tế bào nào hiệu quả nhất để thu hồi β-glucan?
   Phương pháp kiềm nhiệt kết hợp enzyme protease và chitinase giúp phá tế bào hiệu quả, thu hồi vách tế bào giàu β-glucan với ít tạp chất.

5. Ứng dụng thực tế của β-glucan thu hồi từ nấm men là gì?
   β-glucan được dùng trong thực phẩm chức năng, dược phẩm tăng cường miễn dịch, mỹ phẩm tái tạo da và thức ăn thủy sản giúp tăng sức đề kháng vật nuôi.

Kết luận

• Phân lập thành công 64 chủng nấm men từ nguồn tự nhiên quanh Hà Nội, trong đó chủng S51 và BM32 có hàm lượng β-glucan cao nhất (trên 10%).
• Môi trường MT4 và nhiệt độ 30°C là điều kiện tối ưu cho sinh trưởng và tổng hợp β-glucan của các chủng nghiên cứu.
• Bổ sung SDS (80 µg/l) và EDTA (60-80 µg/l) kích thích tổng hợp β-glucan tăng khoảng 25% so với mẫu đối chứng.
• Phương pháp phá tế bào kiềm nhiệt kết hợp enzyme protease và chitinase hiệu quả trong thu hồi vách tế bào giàu β-glucan.
• Đề xuất mở rộng quy mô lên men và ứng dụng công nghiệp nhằm phát triển sản phẩm thực phẩm chức năng và dược phẩm từ β-glucan.

Next steps: Triển khai thử nghiệm quy mô lớn, hoàn thiện quy trình công nghệ và đánh giá ứng dụng thực tế.

Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp trong lĩnh vực công nghệ sinh học nên hợp tác phát triển sản phẩm β-glucan chất lượng cao, góp phần nâng cao sức khỏe cộng đồng và giá trị kinh tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ β-GLUCAN 1. Lịch sử phát hiện Lịch sử của β-glucan bắt đầu với nghiên cứu về khả năng đặc biệt của một hợp chất thô được chiết xuất từ thành tế bào nấm men bánh mì, gọi là Zymosan vào năm 1940 của T.S Louis Pillemer và cộng sự. Nhóm nghiên cứu đã tìm thấy những bằng chứng khoa học về khả năng kích hoạt phản ứng miễn dịch, tiêu diệt các tác nhân gây bệnh hoặc mầm bệnh bao gồm virus, vi khuẩn, nấm, kí sinh trùng và khối u của Zymosan.

Bản chất của Zymosan là phức hợp các protein, lipid và polysaccharide, tuy nhiên vào thời điểm đó Pillemer và các cộng sự của ông chưa lý giải được tại sao và bằng cách nào Zymosan có thể kích hoạt hệ thống miễn dịch từ đó tăng cường sức đề kháng bẩm sinh của cơ thể hay thành phần nào trong chế phẩm này đóng vai trò kích hoạt phản ứng miễn dịch [34].S Riggi và Di Luzio đã khám phá ra hợp chất kích hoạt phản ứng miễn dịch đặc hiệu có trong thành phần của chế phẩm Zymosan (sau khi kiểm tra hai thành phần lipid và mannoprotein) là β-glucan, một chuỗi polysaccharide tính đến thời điểm này chưa ghi nhận những tác dụng phụ hay độc tố ảnh hưởng tiêu cực đến cơ thể [37]. Kể từ bước đột phá quan trọng này, một lượng lớn các nghiên cứu khoa học đã được thực hiện để làm rõ khả năng kích hoạt miễn dịch của β-glucan cũng như tác dụng đề kháng khối u của phân tử này [3, 31]. Cấu trúc hóa học β-glucan là một polysaccarit với đơn phân là các phân tử đường β-D-glucose gắn với nhau thông qua liên kết β-glycoside. Phân tử glucose này có thể gắn với phân tử glucose khác tại các vị trí khác nhau trong cấu trúc vòng 6 cacbon.

Các chỉ số 1, 3, 6 thể hiện vị trí của nguyên tử carbon có liên kết glycoside và được đánh số bắt đầu từ vị trí nhóm Oxi thuộc vòng cacbon kế tiếp. Liên kết β-glycosidecó thể hình thành tại vị trí C1 của vòng cacbon này với C3 của vòng cacbon tiếp theo (poly (1→3)-β-D-glucan) hoặc tại vị trí C1 với C4 (poly (1→4)-β-D-glucan) hoặc tại vị trí C1 với C6 (poly (1→6)-β-D-glucan). Các chuỗiβ-D-glucan có thể liên kết với nhau 2 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] hình thành cấu trúc hình trụ lớn chứa tới 250.000 đơn vị β-D-glucose [48] (Hình 1. Một vài kiểu liên kết trong mạch phân tử β-glucan[6] Cấu trúc hóa học của chuỗi β-glucancó thể thay đổiphụ thuộc vào nguồn gốc phân lập từ đó quyết định tính chất vật lý như trọng lượng, độ nhớt, độ hòa tan và hoạt tính sinh học.

Ví dụ trọng lượng phân tử trung bình của một số β-glucan như Lentinan - LNT (phân lập từ nấm mũ Lentinus edodes), Schizophyllan - SPG (phân lập từ nấm mũ Schizophyllum commune) và PGG (phân lập từ nấm men Saccharomyces cerevisiae) tương ứng là 500. Nguồn β-glucantrong tự nhiên Hợp chất β-glucanđược tìm thấy ở nhiều nhóm sinh vật từ nhân sơ (vi khuẩn) đến nhân thực (tảo, nấm, thực vật). Một trong những nguồn phổ biến chứa β- glucans được thu nhận từ các chủng nấm bao gồm nấm men Saccharomyces cerevisiae (nguồn chiết xuất chủ yếu là vách tế bào), nấm mũ như Grifola frondosa, Lentinus edodes, Cordyceps sinensis, Hericium erinaceus… (Xem bảng 1. Ngoài ra, β-glucans cũng được chiết xuất từ vỏ cám của các loại ngũ cốc và một số loại tảo biển như tảo Laminaria[46].

Trong ngũ cốc, hàm lượng β-glucan cao nhất (tính theo trọng lượng khô, g/100g) đã được công bố ở lúa mạch từ 2 - 20 gam (khoảng 65% ở dạng tan trong nước), yến mạch từ 3 - 8 gam (82% ở dạng tan trong nước). Các loại ngũ cốc khác cũng chứa β-glucan nhưng với hàm lượng thấp hơn gồm cao lương 1,1 - 6,2 gam; lúa mạch đen 1,3-2,7gam; ngô 0,8 - 1,7 gam; lúa mạch trắng 0,3- 1,2gam, lúa mì 0,5-1,0gam, lúa mì cứng 0.6 gam và gạo 0,13 gam [1]. 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Một số dạng β-glucan được phân lập từ tự nhiên Tính Tên tan Nguồn Nhóm Nguồn phân lập thương Cấu trúc trong TLTK mại nước Grifolan Mạch phân nhánh Grifola frondosa Tan [21] (GRN) chứa liên kết β-1,3:1,6 Lentinan Mạch phân nhánh Lentinus edodes Tan [44] (LNT) chứa liên kết β-1,3:1,6 Ganoderma Mạch phân nhánh P-SG Tan [51] lucidum chứa liên kết β-1,3:1,6 Mạch phân nhánh Agaricus blazel Tan [10] chứa liên kết β-1,3:1,6 Mạch không phân Auricularia nhánh gồm các liên Tan [10] auricula-judae kết β-1,3 Nấm mũ Mạch không phân Không (Mushroom) Cordyceps sinensis nhánh gồm các liên [50] tan kết β-1,3 Mạch không phân Hericium erinaceus HEP3 nhánh gồm các liên Ít tan [18] kết β-1,3 Fries.

Schizophy Schizophyllum Mạch phân nhánh llan: Tan [14, 17] commune chứa liên kết β-1,3:1,6 sizofiran (SPG) Mạch có độ phân Sclerotinia SSG nhánh cao chứa liên Tan [16, 39] sclerotiorum kết β-1,3:1,6 WGPs Bao gồm tất các kiểu Saccharomyces Betafectin Không [24, 26, Nấm men liên kết trong cấu trúc cerevisiae (PGG) tan 28, 36] β-glucan Zymosan 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Hoạt tính sinh học và ứng dụng của β-glucan Vào giữa những năm 80, T.S Joyce Czop và cộng sự thuộc Đại học Harvard đã tìm thấy vị trí cơ quan thụ thể đặc biệt cho β-glucan nằm trên bề mặt của một số tế bào macrophage. Cơ quan thụ thể này là một phức hợp protein có mặt trong toàn bộ vòng đời của macrophage. Tế bào macrophage sẽ hoạt động tương tự một tế bào bạch cầu (thực bào các kháng nguyên, mầm bệnh, mảnh vỡ tế bào…) khi được kích hoạt bởi cơ quan thụ cảm có mối liên hệ đặc biệt với một hạt β-glucan[9].Những kết quả nghiên cứu tiếp sau đó về β-glucan của các nhà khoa học từ nhiều nước trên thế giới đã chứng minh hoạt tính sinh học của β-glucan bao gồm: Củng cố hoạt động miễn dịch bẩm sinh, khả năng đề kháng khối u, tạo hiệu ứng đề kháng virus, kháng khuẩn, hỗ trợ hồi phục và chống nhiễm khuẩn vết thương hay sau phẫu thuật.Với những đặc tính này, β-glucan đã và đang được nghiên cứu, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Bằng phương pháp xử lý nhiệt hoặc enzyme, β-glucan có thể được chiết xuất từ các nguồn khác nhau dưới dạng chế phẩm thô tan hoặc không tan trong nước (Bảng 1. Dạng β-glucan không tan được đánh giá có hoạt tính sinh học cao hơn dạng hòa tan và thường được dùng đường uống [48]. Các nghiên cứu liên quan đến hoạt tính sinh học của β-glucan cũng chỉ ra rằng nguồn gốc, trọng lượng phân tử và cấu trúc hóa học (mức độ phân nhánh của phân tử, độ dài polyme, cấu trúc bậc 3) ảnh hưởng đến hiệu quả điều biến miễn dịch của β-glucan[7]. Không phải β-glucan nào cũng có khả năng điều hòa miễn dịch, ví dụ như cellulose có cấu tạo monome là glucose liên kết ở vị trí 1,4-β nhưng lại không có tính chất trên, ngược lại β-glucan có nguồn gốc từ nấm mũ hay nấm men cấu tạo phân tử gồm có chuỗi 1,3-β-glucan liên kết với các nhánh 1,6-β-glucan mới được biết đến với chức năng điều hòa [16, 24].

Ứng dụng trong thực phẩm β-glucancó nguồn gốc tự nhiên, có dung tích giữ nước cao, không tạo gel, đặc biệt không bị phân hủy bởi enzyme tiêu hóa ở người do đó thích hợp như nguồn chất xơ thực phẩm, hỗ trợ tích cực quá trình tiêu hóa, làm giảm cholesterol huyết thanh, giảm nguy cơ ung thư ruột. Các nhà khoa học đã sử dụng chuột đồng (có cấu 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] trúc lipoprotein giống người) để kiểm chứng lợi ích của β-glucankhi sử dụng làm phụ gia thực phẩm. Chuột được nuôi bằng thức ăn có hàm lượng cholesterol cao (0,2% cholesterol và 10% dầu dừa), sau 7 tuần hàm lượng cholesterol trong máu dao động từ 267-279 mg/dl. Sáu tuần tiếp theo, chuột thí nghiệm tiếp tục được nuôi với thức ăn có bổ sung 5% cám yến mạch, cám lúa mì hoặc glucan chiết xuất từ nấm men.

Kết quả nhận thấy lượng cholesterol giảm đáng kể[5]. Kết quả nghiên cứu này chứng minh β-glucanlà nguồn phụ gia có giá trị trong công nghiệp thực phẩm. Ứng dụng trong dược, mỹ phẩm Những năm 40, tiến sỹ Pillemer Louis đã công nhận hiệu ứng kháng khối u của thành tế bào nấm men S.cerevisia, chúng được gọi là Zymosan và được bán rất lâu ở Mỹ như thuốc chống khối u của hãng Sigma Chemicals[35]. Sau đó, hàng loạt công trình nghiên cứu về tác dụng kích thích miễn dịch tự nhiêncủa β-glucantrên các động vật khác nhau như tôm, cá, gà, thỏ… đã được công bố.

Bốncơ chế miễn dịch chính của β-glucanbao gồm: - Tạo ra các bạch cầu để phá hủy nguồn bệnh. - Huy động tế bào bạch cầu đến vị trí tổn thương. - Khả năng thực bào hay tiêu diệt tế bào lạ. - Tạo ra các chất trung gian hoạt hóa oxy và các nhân tố khác tiêu diệt vật thể lạ Β-glucan còn có khả năng cảm ứng hoạt tính của tế bào Langerhans (một loại đại thực bào chuyên hóa nằm trên da).

Khi bôi β-glucan lên da sẽ làm se lỗ chân lông, giảm số lượng, độ sâu và chiều dài nếp nhăn, cảm ứng tổng hợp collagen và elastin, giảm kích ứng, mẩn đỏ và khô da do đó được sử dụng trong công thức của các sản phẩm tiếp xúc trực tiếp với da như kem dưỡng da, thuốc mỡ [43]. β-glucandạng uống có hiệu ứng cao trong chống nhiễm bệnh than, được Vetvicka V. và cộng sự chứng minh trên chuột. Những kết quả bước đầu cho thấy dạng β-1,3-glucan giúp tăng đáng kể lượng động vật sống sót và kéo dài thời gian sống của những động vật bị nhiễm bệnh ở liều gây chết [49].

6 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Việc sử dụng β-glucan cũng là mối quan tâm đặc biệt đối với bệnh nhân ung thư phải điều trị bằng hóa chất hoặc chiếu xạ vì nó có khả năng tăng nhanh sự phục hồi máu khi bị chiếu xạ ở liều gây chết và dưới mức gây chêt, giúp kích thích sự phục hồi tủy xương sau hóa trị liệu và ngăn cản cảm biết chứng nhiễm bệnh trong quá trình điều trị[19]. Ứng dụng trong nuôi trồng thủy hải sản Với hoạt tính sinh học giúp tăng cường hệ thống miễn dịch của vật chủ, β- glucan được bổ sung vào nguồn thức ăn giúp tăng cường sức đề kháng, cải thiện năng suất cho nhiều giống thủy hải sản. Một nghiên cứu trên giống tôm sú lớn (Penaeus monodon) khi được bổ sung 5 gam glucan/kg thức ăn hàng ngày ở giai đoạn tôm non, sau 5 tuần tiến hành lây nhiễm nguồn virus gây bệnh. Bảy tuần sau khi lây nhiễm, lượng tôm trong lô đối chứng chết 80%, lô thí nghiệm lượng tôm chết giảm xuống 50% [13].Một thử nghiệm khác của Rostad Gunnar và cộng sự (1995) cho thấy khi bổ sung glucan vào thức ăn hàng ngày của Salmo salar với hàm lượng 1 gam/ kg thức ăn, trong thời gian 12 tuần trước khi cho nhiễm nguồn bệnh, lượng cá sống sót tăng lên rất nhiều.