Luận văn tối ưu hóa điều kiện tách chiết và làm giàu axit béo không no omega 6 7 9 từ sinh khối vi khuẩn tía quang hợp

Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện tách chiết và làm giàu axit béo không no omega 6, 7, 9 từ sinh khối vi khuẩn tía quang hợp, hướng đến ứng dụng trong ngành dược phẩm và thực phẩm...

• Tác giả: Nguyễn Thị Thanh
• Người hướng dẫn: PTS. Nguyễn Văn C
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Tối ưu hóa quy trình chiết xuất axit béo omega 6, 7, 9 từ vi khuẩn tía quang hợp
• Loại tài liệu: Luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ LIPID, AXIT BÉO KHÔNG NO MỘT NỐI ĐÔI (MUFAs) VÀ ĐA NỐI ĐÔI (PUFAs) (DẠNG OMEGA-6, 7, 9)
• 1.1.1. Giới thiệu về lipid
• 1.1.2. Giới thiệu về MUFAs và PUFAs (dạng omega-6, 7, 9)
• 1.1.3. Các nguồn cung cấp omega-6, 7, 9
• 1.2. TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN TÍA QUANG HỢP (VKTQH)
• 1.2.1. Sinh thái học của VKTQH
• 1.2.2. Ứng dụng của VKTQH
• 1.2.3. Khả năng sinh tổng hợp axit béo không no của VKTQH
• 1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH CHIẾT VÀ TINH SẠCH DẦU
• 1.3.1. Các phương pháp tách chiết dầu
• 1.3.2. Các phương pháp làm giàu
• 1.4. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU OMEGA-6, 7, 9 TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
• 1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 1.4.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt nam
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU
• 2.2. ĐỐI TƯỢNG VÀ VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU
• 2.2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2.2. Vật liệu nghiên cứu
• 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.3.1. Phương pháp chuyển vị ester trực tiếp từ sinh khối để tạo ra hỗn hợp các axit béo ở dạng methyl ester
• 2.3.2. Tối ưu các thông số của quá trình tách chiết TFA
• 2.3.3. Làm giàu hỗn hợp axit béo omega-6, 7, 9 trong dầu vi khuẩn tía bằng phương pháp tạo phức với ure
• 2.3.4. Phương pháp phân tích thành phần axit béo của dầu
• 2.3.5. Phương pháp xác định trạng thái cảm quan
• 2.3.6. Phương pháp xác định chỉ số axit
• 2.3.7. Phương pháp xác định chỉ số iot
• 2.3.8. Phương pháp xác định hàm lượng urê
• 2.3.9. Phương pháp xác định hàm lượng các kim loại nặng trong dầu sinh học
• 2.3.10. Phương pháp xác định vi sinh vật trong dầu sinh học
• 2.3.11. Phương pháp xử lý thống kê
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. HÀM LƯỢNG SINH KHỐI KHÔ, LIPID VÀ THÀNH PHẦN AXIT BÉO (OMEGA-6, 7, 9) CỦA SINH KHỐI HỖN HỢP 2 CHỦNG VKTQH SẢN XUẤT TRONG BỂ QUANG SINH THỂ TÍCH 1M3
• 3.2. TỐI ƯU ĐIỀU KIỆN PHẢN ỨNG TÁCH CHIẾT TFA TỪ SINH KHỐI KHÔ VKTQH
• 3.2.1. Kết quả xác định ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
• 3.2.2. Kết quả xác định ảnh hưởng của chất xúc tác
• 3.2.3. Kết quả xác định ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi (khối lượng/ thể tích)
• 3.2.4. Kết quả xác định ảnh hưởng của thời gian phản ứng
• 3.2.5. Kết quả xác định ảnh hưởng của điều kiện khuấy trộn
• 3.3. TỐI ƯU ĐIỀU KIỆN LÀM GIÀU OMEGA-6, 7, 9 TỪ HỖN HỢP AXIT BÉO TỔNG SỐ THU ĐƯỢC BẰNG PHƯƠNG PHÁP TẠO PHỨC VỚI URÊ
• 3.3.1. Kết quả xác định ảnh hưởng của tỷ lệ hỗn hợp TFA: urê trong quá trình làm giàu hỗn hợp axit béo
• 3.3.2. Kết quả xác định ảnh hưởng của tỷ lệ TFA: urê: methanol trong quá trình làm giàu hỗn hợp axit béo
• 3.3.3. Kết quả xác định ảnh hưởng của nhiệt độ kết tinh trong quá trình làm giàu hỗn hợp axit béo
• 3.3.4. Kết quả nghiên cứu tăng hiệu suất thu hồi các omega-6, 7, 9 bằng việc tạo phức 2 lần với urê
• 3.4. QUY TRÌNH TÁCH CHIẾT VÀ LÀM GIÀU AXIT BÉO KHÔNG NO OMEGA-6, 7, 9 TỪ SINH KHỐI VKTQH
• 3.5. KẾT QUẢ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG DẦU SINH HỌC OMEGA-6, 7, 9 TÁCH CHIẾT ĐƯỢC SAU QUÁ TRÌNH LÀM GIÀU
• 3.5.1. Kết quả xác định chỉ tiêu cảm quan, hóa lý
• 3.5.2. Kết quả xác định thành phần axit béo
• 3.5.3. Kết quả xác định dư lượng urê, kim loại nặng
• 3.5.4. Kết quả chỉ tiêu vi sinh vật có trong dầu sinh học omega-6, 7, 9
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 4.1. KẾT LUẬN
• 4.2. KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1
• PHỤ LỤC 2
• PHỤ LỤC 3
• CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN

Tóm tắt

I. TỔNG QUAN VỀ LIPID AXIT BÉO KHÔNG NO MỘT NỐI ĐÔI MUFAs VÀ ĐA NỐI ĐÔI PUFAs DẠNG OMEGA 6 7 9

Lipid là hợp chất hữu cơ tự nhiên phổ biến trong tế bào sống. Chúng có nguồn gốc từ động vật và thực vật, với các loại lipid như mỡ và dầu. Lipid đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc màng tế bào và cung cấp năng lượng cho cơ thể. Các axit béo được chia thành axit béo bão hòa và không bão hòa, trong đó MUFAs và PUFAs là hai loại chính. MUFAs có một nối đôi, trong khi PUFAs có nhiều nối đôi. Các axit béo omega-6, 7, 9 có vai trò sinh học quan trọng, tham gia vào điều hòa trao đổi lipid và cấu trúc tế bào. Omega-6, 7, 9 không thể tự tổng hợp và cần được cung cấp từ thực phẩm.

1.1. Giới thiệu về lipid

Lipid là hợp phần cấu tạo quan trọng của màng sinh học tế bào, cung cấp năng lượng và các vitamin thiết yếu. Chúng tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau, từ phospholipid đến triglycerid. Cấu trúc lipid thường bao gồm hai phần: đuôi mạch hydrocarbon kị nước và đầu phân cực ưa nước. Sự đa dạng trong cấu trúc lipid đến từ các axit béo khác nhau, với hơn 500 loại axit béo đã được phát hiện.

1.2. Giới thiệu về MUFAs và PUFAs dạng omega 6 7 9

MUFAs và PUFAs đã được nghiên cứu và ứng dụng trong dinh dưỡng và dược phẩm. Chúng không thể tự tổng hợp và cần được cung cấp từ thực phẩm. Omega-6, 7, 9 có vai trò quan trọng trong sức khỏe con người, từ việc điều hòa lipid đến tham gia vào cấu trúc tế bào. Omega-6 có nhiều trong dầu thực vật, trong khi omega-7 và omega-9 lại khan hiếm hơn.

II. TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN TÍA QUANG HỢP VKTQH

Vi khuẩn tía quang hợp (VKTQH) là nhóm vi sinh vật quang tự dưỡng, có khả năng tổng hợp axit béo không bão hòa. Chúng có mặt rộng rãi trong tự nhiên và có nhiều ứng dụng trong sản xuất sinh học. VKTQH có thể sản xuất protein đơn bào, xử lý nước thải và sản xuất phân bón sinh học. Thành phần axit béo của VKTQH chứa hàm lượng cao MUFAs và PUFAs, đặc biệt là omega-6, 7, 9, làm cho chúng trở thành nguồn nguyên liệu tiềm năng cho thực phẩm chức năng.

2.1. Sinh thái học của VKTQH

VKTQH phân bố rộng rãi trong môi trường tự nhiên, từ đất đến nước. Chúng có khả năng sinh trưởng mạnh mẽ và thích nghi với nhiều điều kiện môi trường khác nhau. Sự đa dạng sinh học của VKTQH đóng vai trò quan trọng trong chuỗi thức ăn và hệ sinh thái.

2.2. Ứng dụng của VKTQH

VKTQH có nhiều ứng dụng trong sản xuất sinh học, từ sản xuất protein đơn bào đến xử lý nước thải. Chúng cũng được nghiên cứu để phát triển các sản phẩm chức năng, nhờ vào khả năng tổng hợp axit béo không bão hòa. Việc khai thác VKTQH có thể giúp giảm thiểu ô nhiễm và tạo ra nguồn thực phẩm bổ dưỡng.

III. CÁC PHƢƠNG PHÁP TÁCH CHIẾT VÀ TINH SẠCH DẦU

Quy trình tách chiết và tinh sạch dầu từ VKTQH là một yếu tố quan trọng trong việc tối ưu hóa sản xuất axit béo omega-6, 7, 9. Các phương pháp tách chiết như sử dụng dung môi, siêu âm và áp suất cao đã được nghiên cứu để nâng cao hiệu suất thu hồi. Việc tối ưu hóa các thông số như nhiệt độ, thời gian và tỷ lệ nguyên liệu/dung môi là cần thiết để đạt được chất lượng dầu tốt nhất.

3.1. Các phương pháp tách chiết dầu

Các phương pháp tách chiết dầu từ VKTQH bao gồm sử dụng dung môi hữu cơ, siêu âm và áp suất cao. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng để tối ưu hóa quy trình chiết xuất.

3.2. Các phương pháp làm giàu

Làm giàu axit béo omega-6, 7, 9 từ dầu VKTQH có thể thực hiện thông qua các phương pháp như tạo phức với urê. Phương pháp này giúp tăng hàm lượng axit béo không bão hòa trong sản phẩm cuối cùng. Việc tối ưu hóa các điều kiện làm giàu là cần thiết để đạt được hiệu quả cao nhất.

IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa quy trình chiết xuất và làm giàu axit béo omega-6, 7, 9 từ VKTQH có thể đạt được thông qua việc điều chỉnh các thông số như nhiệt độ, thời gian và tỷ lệ nguyên liệu/dung môi. Các kết quả này không chỉ có giá trị trong nghiên cứu mà còn có thể áp dụng trong sản xuất thực phẩm chức năng, giúp nâng cao giá trị dinh dưỡng cho người tiêu dùng.

4.1. Kết quả xác định hàm lượng sinh khối khô lipid và thành phần axit béo

Nghiên cứu đã xác định được hàm lượng sinh khối khô và lipid trong VKTQH, cho thấy tiềm năng sản xuất axit béo không bão hòa. Thành phần axit béo của VKTQH chủ yếu bao gồm omega-6, 7, 9, với hàm lượng cao, phù hợp cho sản xuất thực phẩm chức năng.

4.2. Kết quả kiểm tra chất lượng dầu sinh học omega 6 7 9

Kết quả kiểm tra chất lượng dầu sinh học cho thấy sản phẩm đạt tiêu chuẩn về cảm quan và hóa lý. Hàm lượng axit béo omega-6, 7, 9 trong dầu sinh học cao, cho thấy khả năng ứng dụng trong thực phẩm chức năng và dinh dưỡng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh nhu cầu sử dụng các axit béo không no omega-6, 7, 9 ngày càng tăng do vai trò quan trọng của chúng trong bảo vệ sức khỏe con người, việc tìm kiếm nguồn nguyên liệu mới và hiệu quả để chiết xuất các axit béo này trở thành một thách thức lớn. Theo ước tính, các axit béo không no đóng góp tích cực trong việc giảm nguy cơ mắc các bệnh tim mạch, cải thiện chức năng tiêu hóa, duy trì độ ẩm cho da và tóc, cũng như hỗ trợ điều trị các bệnh mãn tính như đái tháo đường. Trong đó, omega-7 là dạng axit béo hiếm gặp trong tự nhiên, chủ yếu được chiết xuất từ cây hắc mai biển và dầu macadamia, khiến việc phát triển nguồn nguyên liệu thay thế có ý nghĩa thiết thực.

Vi khuẩn tía quang hợp (VKTQH) là nhóm vi sinh vật quang tự dưỡng có khả năng tổng hợp các axit béo không no với hàm lượng cao, đặc biệt là omega-7 (axit vaccenic) chiếm tới 60% tổng axit béo (TFA). Sinh khối VKTQH có hàm lượng lipid chiếm khoảng 20-40% sinh khối khô (SKK), thấp hơn so với vi tảo nhưng có ưu điểm về công nghệ nuôi trồng đơn giản và không đòi hỏi môi trường nghiêm ngặt. Nghiên cứu này tập trung tối ưu hóa điều kiện tách chiết và làm giàu axit béo không no omega-6, 7, 9 từ sinh khối VKTQH nhằm xây dựng quy trình công nghệ hiệu quả, đáp ứng nhu cầu sản xuất thực phẩm bảo vệ sức khỏe và dược phẩm.

Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại Phòng Thí nghiệm trọng điểm Công nghệ gen, Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam trong giai đoạn 2017-2020, sử dụng sinh khối hỗn hợp hai chủng VKTQH Rhodovulum sulfidophilum HPB.6 và Rhodobacter sphaeroides VTN.2. Mục tiêu cụ thể là xác định điều kiện tối ưu cho phản ứng tách chiết axit béo tổng số (TFA) và làm giàu axit béo không no omega-6, 7, 9 bằng phương pháp tạo phức với urê, đồng thời đánh giá chất lượng dầu sinh học thu được. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao giá trị sử dụng sinh khối vi khuẩn tía quang hợp trong công nghiệp chế biến thực phẩm và dược phẩm, đồng thời mở rộng nguồn nguyên liệu axit béo không no có lợi cho sức khỏe.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lipid và axit béo không no (MUFAs và PUFAs): Lipid là hợp chất hữu cơ quan trọng trong tế bào sống, gồm các axit béo bão hòa (SFA) và không bão hòa (UFA). MUFAs có một nối đôi, PUFAs có nhiều nối đôi, trong đó omega-6, 7, 9 là các dạng axit béo không no có vị trí nối đôi đặc trưng trên chuỗi cacbon. Các axit béo này đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc màng tế bào, điều hòa trao đổi lipid và tổng hợp các phân tử sinh học có hoạt tính.

• Vi khuẩn tía quang hợp (VKTQH): Là nhóm vi sinh vật quang tự dưỡng, có khả năng tổng hợp axit béo không no với hàm lượng cao, đặc biệt omega-7 (axit vaccenic). VKTQH có thể sinh trưởng trong điều kiện hiếu khí và kỵ khí, sử dụng con đường tổng hợp axit béo hiếu khí và kỵ khí, với các enzyme chủ chốt như FabH, FabG, FabA, FabZ, FabI tham gia vào quá trình kéo dài và tạo nối đôi cho chuỗi axit béo.

• Phương pháp tách chiết và làm giàu axit béo: Phương pháp chuyển vị ester trực tiếp sử dụng dung môi hữu cơ và chất xúc tác axit (HCl) để tách chiết TFA từ sinh khối. Phương pháp làm giàu axit béo không no omega-6, 7, 9 sử dụng tạo phức với urê, dựa trên khả năng urê kết tinh với axit béo bão hòa, tách biệt các axit béo không no trong hỗn hợp.

Các khái niệm chính bao gồm: sinh khối khô (SKK), axit béo tổng số (TFA), monounsaturated fatty acid (MUFA), polyunsaturated fatty acid (PUFA), optical density (OD), hiệu suất tách chiết, tạo phức urê.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Sinh khối hỗn hợp hai chủng VKTQH Rhodovulum sulfidophilum HPB.6 và Rhodobacter sphaeroides VTN.2 được nuôi trong bể quang sinh thể tích 1m³ với môi trường bán tổng hợp. Sau 192 giờ nuôi cấy, sinh khối được thu bằng chitosan, sấy khô và xay mịn để sử dụng làm nguyên liệu tách chiết.

• Phương pháp phân tích: Tách chiết TFA bằng phương pháp chuyển vị ester trực tiếp sử dụng dung môi methanol, dichloromethane và chất xúc tác HCl. Các thông số tối ưu được khảo sát gồm nhiệt độ (60-85°C), chất xúc tác (HCl, H2SO4, NaOH, KOH), tỷ lệ nguyên liệu/dung môi (1:6 đến 1:12 w/v), thời gian phản ứng (2-5 giờ), và chế độ khuấy trộn (tĩnh, gián đoạn, liên tục).

  Làm giàu axit béo omega-6, 7, 9 bằng phương pháp tạo phức với urê, khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ TFA:urê, tỷ lệ TFA:urê:methanol và nhiệt độ kết tinh (4°C, 17°C, 25°C).

• Phân tích thành phần axit béo: Sử dụng sắc ký khí ghép nối khối phổ (GC-MS) với cột HP-5MS, khí mang helium, theo tiêu chuẩn ISO FDIS 5590:1998.

• Đánh giá chất lượng dầu: Xác định chỉ số axit, chỉ số iot, hàm lượng urê, kim loại nặng và chỉ tiêu vi sinh vật theo các tiêu chuẩn Việt Nam và quốc tế.

• Xử lý thống kê: Mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần, kết quả biểu diễn dưới dạng trung bình ± độ lệch chuẩn (TB ± SD). Phân tích ANOVA với mức ý nghĩa α=0,05 sử dụng phần mềm SAS 9.1.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2017-2020, bao gồm các bước nuôi cấy sinh khối, tối ưu hóa điều kiện tách chiết, làm giàu axit béo và đánh giá chất lượng sản phẩm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hàm lượng sinh khối và lipid của VKTQH: Sau 8 ngày nuôi cấy trong bể quang sinh thể tích 1m³, sinh khối đạt 2,42 ± 0,29 g/L, hàm lượng lipid chiếm 20,34 ± 1,25% SKK. Thành phần axit béo không no omega-3, 6, 7, 9 chiếm 56,28% so với TFA, trong đó omega-3 chiếm 8,48%, omega-6 4,10%, omega-7 18,32% và omega-9 25,38%.

2. Tối ưu điều kiện tách chiết TFA: Nhiệt độ phản ứng 80-85°C cho hiệu suất tách chiết cao nhất 20,3 ± 1,07% SKK, tuy nhiên do nguy cơ cháy nổ và bay hơi dung môi, nhiệt độ 70-75°C được chọn làm điều kiện tối ưu với hiệu suất 19,6 ± 1,12% SKK. Chất xúc tác HCl cho hiệu suất tách chiết cao nhất 19,7 ± 0,59% SKK, vượt trội so với H2SO4 (16,4 ± 0,6%) và các chất xúc tác bazơ (NaOH, KOH) chỉ đạt dưới 3%. Tỷ lệ nguyên liệu/dung môi 1:10 (w/v) tối ưu, cho hiệu suất 19,7 ± 0,25% SKK, cao hơn đáng kể so với tỷ lệ 1:6 (11,8 ± 1,61%). Thời gian phản ứng 3 giờ là tối ưu, hiệu suất đạt 19,7 ± 0,25%, thời gian ngắn hơn hoặc dài hơn đều làm giảm hiệu suất. Khuấy trộn liên tục giúp tăng hiệu suất tách chiết lên 20%, so với khuấy gián đoạn hoặc không khuấy.

3. Tối ưu điều kiện làm giàu axit béo omega-6, 7, 9 bằng tạo phức urê: Tỷ lệ TFA:urê 1:3 (w/w) và tỷ lệ TFA:urê:methanol 1:3:20 (w/w/v) ở nhiệt độ kết tinh 4°C cho hiệu suất tách MUFAs và PUFAs cao nhất, đạt trên 80%. Tăng số lần tạo phức urê lên 2 lần giúp tăng hiệu suất thu hồi axit béo không no lên 90%. Nhiệt độ kết tinh cao hơn (17°C, 25°C) làm giảm hiệu suất tách chiết do giảm khả năng kết tinh của phức urê với axit béo bão hòa.

4. Chất lượng dầu sinh học thu được: Dầu giàu omega-6, 7, 9 có chỉ số axit thấp (<1 mg KOH/g), chỉ số iot phù hợp với dầu không no, hàm lượng urê và kim loại nặng nằm trong giới hạn an toàn. Kiểm tra vi sinh vật cho thấy tổng số vi khuẩn hiếu khí và các vi sinh vật gây hại như E. coli, Salmonella đều không phát hiện hoặc dưới ngưỡng cho phép.

Thảo luận kết quả

Hiệu suất tách chiết TFA từ sinh khối VKTQH đạt khoảng 20% SKK, thấp hơn so với một số nghiên cứu trên vi tảo (khoảng 40-45%) do hàm lượng lipid trong VKTQH thấp hơn. Tuy nhiên, ưu điểm của VKTQH là công nghệ nuôi trồng đơn giản, không đòi hỏi điều kiện nghiêm ngặt, phù hợp cho sản xuất quy mô lớn. Việc sử dụng HCl làm chất xúc tác giúp tăng hiệu suất tách chiết do khả năng xúc tác phản ứng ester hóa mạnh và ổn định trong điều kiện nhiệt độ 70-75°C.

Phương pháp tạo phức urê được chứng minh là hiệu quả trong việc làm giàu axit béo không no omega-6, 7, 9, đặc biệt là omega-7 hiếm có. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu trên dầu cá và dầu thực vật, cho thấy khả năng ứng dụng rộng rãi của phương pháp này trong công nghiệp. Việc kiểm soát nhiệt độ kết tinh và tỷ lệ urê là yếu tố then chốt để đạt hiệu suất cao và chất lượng sản phẩm tốt.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ hiệu suất tách chiết TFA theo nhiệt độ, chất xúc tác, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi và thời gian phản ứng; bảng thành phần axit béo trước và sau khi làm giàu; bảng chỉ tiêu chất lượng dầu sinh học. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế cho thấy nghiên cứu đã đạt được kết quả khả quan, mở ra hướng phát triển nguồn nguyên liệu axit béo không no từ vi khuẩn tía quang hợp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng quy trình tách chiết và làm giàu axit béo omega-6, 7, 9 từ VKTQH trong công nghiệp: Khuyến nghị sử dụng nhiệt độ phản ứng 70-75°C, chất xúc tác HCl, tỷ lệ sinh khối/dung môi 1:10 (w/v), thời gian 3 giờ và khuấy trộn liên tục để tối ưu hiệu suất tách chiết TFA. Chủ thể thực hiện: các nhà máy sản xuất dầu sinh học, thời gian áp dụng: 1-2 năm.

2. Sử dụng phương pháp tạo phức urê để làm giàu axit béo không no: Tỷ lệ TFA:urê 1:3 (w/w), TFA:urê:methanol 1:3:20 (w/w/v), nhiệt độ kết tinh 4°C, thực hiện tạo phức 2 lần để nâng cao hiệu suất thu hồi. Chủ thể thực hiện: phòng thí nghiệm và nhà máy chế biến dầu, thời gian áp dụng: 6-12 tháng.

3. Phát triển công nghệ nuôi cấy VKTQH quy mô lớn: Tăng cường nghiên cứu và đầu tư vào công nghệ nuôi cấy bể quang sinh thể tích lớn, đảm bảo sinh khối có chất lượng ổn định, hàm lượng lipid cao. Chủ thể thực hiện: viện nghiên cứu, doanh nghiệp công nghệ sinh học, thời gian: 2-3 năm.

4. Kiểm soát chất lượng sản phẩm dầu sinh học: Thiết lập quy trình kiểm tra chỉ số axit, chỉ số iot, hàm lượng urê, kim loại nặng và vi sinh vật để đảm bảo an toàn thực phẩm và dược phẩm. Chủ thể thực hiện: cơ quan quản lý chất lượng, doanh nghiệp sản xuất, thời gian: liên tục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ sinh học, sinh học thực nghiệm: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực nghiệm chi tiết về tối ưu hóa quy trình tách chiết và làm giàu axit béo không no từ vi khuẩn tía quang hợp, hỗ trợ phát triển đề tài liên quan.

2. Doanh nghiệp sản xuất dầu sinh học và thực phẩm chức năng: Tham khảo quy trình công nghệ hiệu quả, tiết kiệm chi phí để ứng dụng sản xuất dầu giàu omega-6, 7, 9 phục vụ thị trường thực phẩm bảo vệ sức khỏe.

3. Cơ quan quản lý chất lượng và an toàn thực phẩm: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng dầu sinh học từ vi sinh vật, đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng.

4. Các viện nghiên cứu và trung tâm phát triển công nghệ sinh học: Là cơ sở khoa học để phát triển công nghệ nuôi cấy vi khuẩn tía quang hợp quy mô lớn, mở rộng nguồn nguyên liệu axit béo không no thay thế dầu cá và dầu thực vật truyền thống.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao chọn vi khuẩn tía quang hợp làm nguồn nguyên liệu tách chiết axit béo?
   Vi khuẩn tía quang hợp có khả năng tổng hợp axit béo không no, đặc biệt omega-7 với hàm lượng cao (18-25% so với TFA), đồng thời công nghệ nuôi trồng đơn giản, không đòi hỏi môi trường nghiêm ngặt, phù hợp cho sản xuất quy mô lớn và bền vững.

2. Phương pháp chuyển vị ester trực tiếp có ưu điểm gì so với phương pháp truyền thống?
   Phương pháp này đơn giản, tiết kiệm thời gian và dung môi, cho hiệu suất tách chiết cao hơn do phản ứng ester hóa và chuyển đổi axit béo diễn ra đồng thời trong cùng một bước, giảm chi phí sản xuất.

3. Tại sao sử dụng urê để làm giàu axit béo không no?
   Urê tạo phức với axit béo bão hòa, kết tinh và tách ra khỏi hỗn hợp, giúp làm giàu các axit béo không no (omega-6, 7, 9) trong pha lỏng. Phương pháp này hiệu quả, chi phí thấp và dễ áp dụng quy mô lớn.

4. Nhiệt độ phản ứng ảnh hưởng thế nào đến hiệu suất tách chiết?
   Nhiệt độ cao làm tăng khả năng trương nở nguyên liệu và tốc độ phản ứng, nâng cao hiệu suất tách chiết. Tuy nhiên, nhiệt độ quá cao (trên 85°C) có thể gây biến đổi hóa học không mong muốn và nguy cơ an toàn, nên nhiệt độ 70-75°C được chọn tối ưu.

5. Chất lượng dầu sinh học thu được có đảm bảo an toàn không?
   Dầu thu được có chỉ số axit thấp, chỉ số iot phù hợp, hàm lượng urê và kim loại nặng nằm trong giới hạn cho phép, không phát hiện vi sinh vật gây hại, đảm bảo an toàn cho sử dụng trong thực phẩm và dược phẩm.

Kết luận

• Đã xác định được điều kiện tối ưu tách chiết axit béo tổng số từ sinh khối VKTQH với nhiệt độ 70-75°C, chất xúc tác HCl, tỷ lệ sinh khối/dung môi 1:10 (w/v), thời gian 3 giờ và khuấy trộn liên tục, đạt hiệu suất tách chiết khoảng 20% SKK.
• Phương pháp tạo phức urê với tỷ lệ TFA:urê 1:3 và TFA:urê:methanol 1:3:20 ở nhiệt độ 4°C cho hiệu suất làm giàu axit béo không no omega-6, 7, 9 trên 80%, có thể nâng cao hơn khi tạo phức 2 lần.
• Dầu sinh học thu được có chất lượng cao, an toàn về mặt hóa lý và vi sinh, phù hợp ứng dụng trong thực phẩm bảo vệ sức khỏe và dược phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Thực phẩm bảo vệ sức khỏe (thực phẩm chức năng) giàu omega-3, 6, 7, 9 đã đƣợc chứng minh là có vai trò rất quan trọng trong việc giảm nguy cơ mắc các bệnh về tim mạch, giảm cân, tiêu hóa, giữ ẩm cho da, tóc và móng tay, giảm đau dây thần kinh, đái tháo đƣờng. Omega-3, 6, 9 có nhiều trong các loại dầu động, thực vật nhƣ dầu oliu, dầu đậu nành, dầu hạt hƣớng dƣơng, dầu cá thu, cá hồi, cá basa. Tuy nhiên, omega-7 lại rất khan hiếm trong cả giới động vật và thực vật. Chúng chủ yếu đƣợc chiết xuất từ cây hắc mai biển và dầu macadamia.

Hiện nay các loài vi tảo biển hoặc các loài vi khuẩn sinh dầu có thể là nguồn nguyên liệu thay thế cho việc sản xuất các axit béo không no này. Vi khuẩn tía quang hợp (VKTQH) là một nhóm các vi sinh vật quang tự dƣỡng, phân bố rộng rãi trong tự nhiên và có nhiều ứng dụng trong một số lĩnh vực nhƣ: sản xuất các chất có hoạt tính sinh học cao, sản xuất protein đơn bào làm thức ăn cho gia súc, gia cầm và nuôi trồng thuỷ sản, xử lý nƣớc thải, sản xuất phân bón sinh học. Thành phần axit béo của VKTQH không lƣu huỳnh chứa hàm lƣợng các axit béo không bão hòa một nối đôi (monounsaturated fatty acid - MUFAs) và đa nối đôi (polyunsaturated fatty acid - PUFAs) (dạng omega-3, 6, 9 và đặc biệt là omega-7) khá cao. Hàm lƣợng lipit ở VKTQH (chiếm khoảng 20 - 40% sinh khối khô – SKK) thấp hơn khi so với vi tảo.

Tuy nhiên, công nghệ nuôi trồng chúng lại đơn giản hơn nhiều so với vi tảo cũng nhƣ không đòi hỏi môi trƣờng nuôi nghiêm ngặt để sản xuất axit béo. Thành phần axit béo của Rhodobacter sphaeroides có nhiều C16 - C18, thích hợp cho sản xuất diesel sinh học. Ngoài ra, thành phần axit béo từ R. sphaeroides chủ yếu bao gồm các axit béo không bão hòa, đƣợc sử dụng làm thực phẩm bổ sung vào thức ăn cho ngƣời nhƣ omega-6, 7, 9.

Trong đó, axit vaccenic (C18:1, omega-7) chiếm 60% so với axit béo tổng số - total fatty acid - TFA là nguồn axit béo omega-7 chính có vai trò quan trọng trong việc duy trì sức khỏe của da và màng tế bào của ngƣời. Ngoài ra, hàm lƣợng omega-7 (C18: 1, omega-7) của các loài thuộc chi Rhodovulum cũng đạt đến 60 - 80% so với TFA. 5 Hai chủng VKTQH Rhodovulum sulfidophilum HPB.2 đƣợc phân lập tại Việt Nam có các đặc điểm: sinh trƣởng mạnh (với mật độ quang đo tại bƣớc sóng 660nm - ∆OD660 >1,2); lipit tổng số cao (đạt đến 20% SKK) và hàm lƣợng omega-6, 7, 9 cao (chiếm 80% so với TFA) có tiềm năng sử dụng làm nguyên liệu cho thực phẩm bảo vệ sức khỏe giàu omega-6, 7, 9. Tuy nhiên, hàm lƣợng axit béo cũng nhƣ hiệu suất của quá trình tách chiết các axit béo từ sinh khối VKTQH lại phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện môi trƣờng nuôi và điều kiện tách chiết.

Hiện nay chƣa có nghiên cứu về tách chiết omega trên đối tƣợng VKTQH. Chính vì vậy, chúng tôi tiến hành thực hiện luận văn với tiêu đề “Tối ưu hóa điều kiện tách chiết và làm giàu axit béo không no omega-6, 7, 9 từ sinh khối vi khuẩn tía quang hợp”. Luận văn đƣợc thực hiện với mục tiêu và nội dung nghiên cứu nhƣ sau:  Với mục tiêu: Có đƣợc điều kiện thích hợp cho tách chiết axit béo tổng số (TFA) từ sinh khối khô VKTQH và làm giàu axit béo không no omega-6, 7, 9 bằng phƣơng pháp tạo phức với urê.  Nội dung nghiên cứu của đề tài: - Tối ƣu điều kiện của phản ứng tách chiết TFA từ sinh khối VKTQH; - Tối ƣu điều kiện làm giàu omega-6, 7, 9 từ TFA thu đƣợc bằng phƣơng pháp tạo phức với urê; - Xây dựng quy trình tách chiết và làm giàu axit béo không no omega-6, 7, 9 từ sinh khối khô VKTQH; - Phân tích đánh giá chất lƣợng dầu sinh học omega-6, 7, 9 tách chiết đƣợc.

TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. TỔNG QUAN VỀ LIPID, AXIT BÉO KHÔNG NO MỘT NỐI ĐÔI (MUFAs) VÀ ĐA NỐI ĐÔI (PUFAs) (DẠNG OMEGA-6, 7, 9) 1. Giới thiệu về lipid Lipid là những hợp chất hữu cơ tự nhiên rất phổ biến trong tế bào của các cơ thể sống. Lipid trong thực phẩm có thể đƣợc cung cấp từ cả động vật và thực vật.

Lipid có nguồn gốc thực vật nhƣ bơ thực vật, dầu tinh luyện, shortening, đậu nành, đậu lạc, vừng. Lipid có nguồn gốc động vật nhƣ: trứng, thịt, cá, thuỷ sản. Các lipid có nguồn gốc động vật gọi là mỡ, lipid có nguồn gốc thực vật gọi là dầu. Chúng có thành phần hoá học và cấu tạo khác nhau nhƣng có tính chất chung là không hoà tan trong nƣớc mà hoà tan trong các dung môi hữu cơ nhƣ: ether, cloroform, n-hexan, benzen… Lipid là hợp phần cấu tạo quan trọng của các màng sinh học tế bào, là nguồn cung cấp năng lƣợng (37,6.106 J/kg), nguồn cung cấp các vitamin A, D, E, F và K cho cơ thể sống [1].

Trong thực phẩm, lipid có rất nhiều loại nhƣ: phospholipid, triglycerid, cholesterol, glycolipid, lipoprotein và sáp với 2 nhóm chính là: lipid đơn giản cấu tạo bao gồm hydro (H), carbon (C), oxy (O) và lipid phức tạp có tạo phức ngoài C, H, O còn có các thành phần khác nhƣ P, S. Những hợp chất thuộc về lipid tồn tại trong tự nhiên rất đa dạng nhƣ: các hydrocacbon bậc cao, ancohol, aldehyde, axit béo và sản phẩm thứ cấp của chúng nhƣ glycerid, sáp, phospholipid, glucolipid, sulfolipid. Lipid có nhiều dạng cấu trúc khác nhau. Tuy nhiên, thƣờng có chung một nguyên tắc trong cấu trúc phân tử lipid bao gồm hai phần: một phần là các đuôi mạch hydrocarbon kị nƣớc, phần kia là tổ hợp nhóm các chất ƣa nƣớc (gọi là đầu phân cực).

Cấu trúc đa dạng của lipid đƣợc bắt nguồn từ các axit béo khác nhau tham gia vào trong thành phần của nó. Cho đến nay, các nhà khoa học đã phát hiện đƣợc hơn 500 axit béo khác nhau bởi mức độ và đặc điểm phân nhánh của mạch hydrocacbon, số lƣợng và vị trí các nối đôi trong mạch, vị trí và số lƣợng các nhóm chức, độ dài của mạch 7 hydrocacbon… Các axit béo có mặt trong thành phần lipid thực vật, động vật trên cạn thƣờng có từ 16 đến 20 nguyên tử cacbon trong phân tử. Trong khi ở sinh vật biển thành phần lipid đa phần chứa các axit béo mạch dài từ 20 đến 26, thậm chí đến 30 nguyên tử carbon [1]. Axit béo đƣợc chia thành axit béo bão hòa và axit béo không bão hòa.

Các axit béo không bão hòa gồm axit béo không bão hoà đơn (monounsaturated fatty acid - MUFAs) có một nối đôi trong phân tử và axit béo không bão hoà đa nối đôi (polyunsaturated fatty acid - PUFAs) có hơn một nối đôi trong phân tử. Giới thiệu về MUFAs và PUFAs (dạng omega-6, 7, 9) Các axit béo không bão hoà MUFA và PUFA đã đƣợc quan tâm nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực dinh dƣỡng và dƣợc phẩm. Đây là các axit béo không thay thế bởi cơ thể con ngƣời không thể tự tổng hợp đƣợc mà phải lấy từ thức ăn bên ngoài [2]. MUFAs và PUFAs có 3 vai trò sinh học chủ yếu.

Đầu tiên là tham gia vào sự điều hoà trao đổi lipid, vận chuyển và hƣớng tới các mô. Thứ hai là tham gia vào thành phần cấu trúc nên thành tế bào. Ngoài ra, một số PUFAs còn đóng vai trò là cơ chất cho việc tổng hợp các phân tử có hoạt tính sinh học nhƣ prostaglandin, thromboxan và leukotrien [3]. Các PUFAs đƣợc chia làm 2 nhóm chính là omega-3 và omega-6.

Ngoài ra, còn có omega-7, 9 [4]. Tên gọi của omega dựa vào liên kết đôi đầu tiên tại vị trí carbon. Mạch hydrocarbon có 2 đầu: một đầu là nhóm methyl và một đầu là nhóm cacboxyl. Chúng đƣợc phân loại theo vị trí của liên kết đôi đầu tiên tính từ gốc methyl hay gốc cacboxyl.

Để chỉ vị trí nối đôi đầu tiên trên mạch cacbon đƣợc tính từ đầu methyl ngƣời ta có thể sử dụng ký hiệu “n” hoặc “ω”. Các liên kết đôi trong MUFA, PUFAs cũng có thể đƣợc tính từ gốc carboxyl và đƣợc ký hiệu “Δ”. Những nhóm omega-6, omega-7 hay omega-9 có liên kết đôi đầu tiên tƣơng ứng tại vị trí cacbon số 6, 7 hay 9 [2]. Các axit béo omega-6 là một họ các axit béo không no đa nối đôi, chúng có nối đôi C=C ở vị trí carbon thứ 6 tính từ đầu methyl của chuỗi axit 8 béo.

Công thức chung của omega-6 là CH3(CH2)4(CH=CHCH2)x(CH2)y COOH. Các axit béo chính trong họ omega-6 là axit linoleic (AL) (C18:2, n- 6); axit gamma linoleic (GLA) (C18:3, n-6); axit eicosadienoic (C20:2, n-6); axit dihomo gamma-linoleic (DGLA) (C20:3, n-6); axit arachidonic (C20:4, n-6); axit docosadienoic (C22:2, n-6) và axit docosapetaenoic (DPA) (C22:5, n-6) [5]. Các axit béo omega-7 thuộc họ các axit béo không no có một nối đôi và đa nối đôi. Chúng có nối đôi C=C ở vị trí carbon thứ 7 tính từ đầu methyl của chuỗi axit béo.

Công thức chung của omega-7 là CH3(CH2)5CH=CH(CH2)nCOOH. Các axit béo chính trong họ omega-7 là axit palmitoleic (C16:1, n-7); axit vaccenic (C18:1, n-7), axit paulinic (C20:1, n-7) và axit có 2 nối đôi là axit rumenic (C18:2n-7) [6]. Các axit béo omega-9 cũng thuộc họ các axit béo không no một nối đôi và đa nối đôi. Chúng có nối đôi C=C ở vị trí carbon thứ 9 tính từ đầu methyl của chuỗi axit béo.

Công thức chung của omega-9 là CH3(CH2)7CH=CH(CH2)nCOOH. Các axit béo chính là axit oleic (C18:1, n- 9); axit elaidic (C18:1, n-9); axit gondoic (C20:1, n-9); axit mead (C20:3, n- 9); axit erucic (C22:1, n-9) và axit nervonic (C24:1, n-9) [6]. Vai trò của omega-6, 7, 9 đối với sức khỏe con ngƣời Trong khoảng 3 thập kỷ gần đây, các axit béo không no một nối đôi (MUFAs) và đa nối đôi (PUFAs) đã đƣợc các nhà khoa học đặc biệt quan tâm bởi vai trò to lớn của chúng mang lại. Mặc dù omega-6, 9 có nhiều trong các loại dầu động, thực vật nhƣng omega-7 lại rất khan hiếm trong cả giới thực vật và động vật.

Chúng đƣợc chiết xuất chủ yếu từ cây hắc mai biển và dầu macadamia [7]. Tác dụng của omega-6 [8] Một số nghiên cứu cho thấy uống GLA trong 6 tháng trở lên có thể làm giảm triệu chứng đau dây thần kinh, ức chế hoạt động của khối u trong các dòng tế bào ung thƣ vú và giúp giảm huyết áp cao. Thiếu omega-6 có khả năng gây loãng xƣơng. Nghiên cứu cho thấy, phụ nữ trên 65 tuổi bị loãng 9 xƣơng, khi đƣợc uống bổ sung omega-6 đã giảm bị loãng xƣơng ít nhất 3 năm so với không bổ sung chất này.