Nghiên cứu tối ưu quy trình tạo chế phẩm giàu canthaxanthin từ vi khuẩn ưa mặn Paracoccus carotinifaciens VTP20181 và bước đầu ứng dụng trong chăn nuôi cá hồi vân.

Nghiên cứu tối ưu quy trình tạo chế phẩm giàu canthaxanthin từ vi khuẩn ưa mặn Paracoccus carotinifaciens VTP20181 và bước đầu ứng dụng trong chăn nuôi cá hồi vân.Nghiên cứu tối ưu quy trình tạo chế phẩm giàu canthaxanthin từ vi khuẩn ưa mặn Paracoccus carotinifaciens VTP20181 và bước đầu ứng dụng trong chăn nuôi cá hồi vân.Nghiên cứu tối ưu quy trình tạo chế phẩm giàu canthaxanthin từ vi khuẩn ưa mặn Paracoccus carotinifaciens VTP20181 và bước đầu ứng dụng trong chăn nuôi cá hồi vân.Nghiên cứu tối ưu quy trình tạo chế phẩm giàu canthaxanthin từ vi khuẩn ưa mặn Paracoccus carotinifaciens VTP20181 và bước đầu ứng dụng trong chăn nuôi cá hồi vân.Nghiên cứu tối ưu quy trình tạo chế phẩm giàu canthaxanthin từ vi khuẩn ưa mặn Paracoccus carotinifaciens VTP20181 và bước đầu ứng dụng trong chăn nuôi cá hồi vân.Nghiên cứu tối ưu quy trình tạo chế phẩm giàu canthaxanthin từ vi khuẩn ưa mặn Paracoccus carotinifaciens VTP20181 và bước đầu ứng dụng trong chăn nuôi cá hồi vân.Nghiên cứu tối ưu quy trình tạo chế phẩm giàu canthaxanthin từ vi khuẩn ưa mặn Paracoccus carotinifaciens VTP20181 và bước đầu ứng dụng trong chăn nuôi cá hồi vân.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẶNG VIỆT ANH NGHIÊN CỨU TỐI ƯU QUY TRÌNH TẠO CHẾ PHẨM GIÀU CANTHAXANTHIN TỪ VI KHUẨN ƯA MẶN Paracoccus carotinifaciens VTP20181 VÀ BƯỚC ĐẦU ỨNG DỤNG TRONG CHĂN NUÔI CÁ HỒI VÂN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Hà Nội - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẶNG VIỆT ANH NGHIÊN CỨU TỐI ƯU QUY TRÌNH TẠO CHẾ PHẨM GIÀU CANTHAXANTHIN TỪ VI KHUẨN ƯA MẶN Paracoccus carotinifaciens VTP20181 VÀ BƯỚC ĐẦU ỨNG DỤNG TRONG CHĂN NUÔI CÁ HỒI VÂN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HĨA HỌC Chun ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số chuyên ngành: 9.52.03.01 Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Phạm Quốc Long TS Phạm Hồng Hải Hà Nội - 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đây cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn khoa học GS TS Phạm Quốc Long TS Phạm Hồng Hải Các kết số liệu thu luận án hoàn toàn trung thực, chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận án Đặng Việt Anh LỜI CẢM ƠN Luận án hoàn thành Viện Hóa học Hợp chất thiên nhiên, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Với kính trọng, lịng biết ơn chân thành sâu sắc nhất, xin bày tỏ biết ơn tới GS.TS Phạm Quốc Long TS Phạm Hồng Hải người thầy hướng dẫn tận tình tạo điều kiện giúp đỡ thời gian thực luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn quan tâm giúp đỡ Ban lãnh đạo Viện Hóa học hợp chất thiên nhiên, Học viện Khoa học Công nghệ tạo điều kiện để tơi hồn thành luận án Tơi xin cảm ơn tới tập thể cán Trung tâm Nghiên cứu Phát triển Sản phẩm thiên nhiên, phịng Cơng nghệ thiết bị hóa học - Viện Hóa học hợp chất thiên nhiên, Bộ môn Công nghệ Enzyme Protein - Viện công nghiệp thực phẩm, Trung tâm công nghệ sinh học - Viện Nghiên cứu nuôi trồng Thủy sản giúp đỡ suốt thời gian thực luận án Cuối cùng, tơi xin gửi lịng kính trọng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân bạn bè ln quan tâm, giúp đỡ, khích lệ tạo điều kiện cho tơi q trình làm luận án Tơi xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Tác giả luận án Đặng Việt Anh DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Kí hiệu ANOVA CMS CS DL DMAPP EE GGPP HMG-CoA Diễn giải Phân tích phương sai Chất hoạt động bề mặt Cộng Tải lượng thuốc Dimethylallyl pyrophosphate Hiệu suất đóng gói Geranylgeranyl pyrophosphate 3-hydroxy-3-methyl glutaryl CoA HPCL Sắc ký lỏng cao áp IC MeOH PBS PDI ppm RSM SD SKK STT TCA THF TLC TLTK TPC UI UV Nồng độ ban đầu CH3OH Dụng dịch đệm phosphate Chỉ số phân tán Phần triệu Phương pháp bề mặt đáp ứng Độ lệch chuẩn Sinh khối khô Số thứ tự Hợp chất trung gian Tetra hydro furan Sắc ký lớp mỏng Tài liệu tham khảo Hàm lượng phenolic tổng Cường độ siêu âm Tia cực tím Tiếng Anh Analysis of Variance Glycerol monostearate Drug loading Dimethylallyl pyrophosphate Encapsulation Efficiency Geranylgeranyl pyrophosphate 3-hydroxy-3-methyl glutaryl CoA High-performance chromatography liquid Initial concentration Methanol Phosphate-buffered saline Polydispersity Index Parts per million Response surface methodology Standard deviation Tricarboxylic acid Tetrahydrofuran Thin Layer Chromatography Reference Total phenolic content Ultrasound intensity Ultraviolet DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.8 Nhu cầu số vitamin cá hồi vân 43 Bảng 1.8 Nhu cầu số khoáng chất cá hồi vân 44 Bảng 1.8.3 Công thức thức ăn cho cá hồi giai đoạn nuôi thương phẩm 44 Bảng 2.5.1 Các thông số kế hoạch 53 Bảng 3.1.1 Thành phần môi trường nồng độ sử dụng thí nghiệm 56 Bảng 3.1.2 Các yếu tố khảo sát mức khảo sát 57 Bảng 3.1.3 Ma trận Factorial minium Run Resolution IV screening 57 Bảng 3.1.4 Bố trí ma trận kế hoạch thực nghiệm 58 Bảng 3.1.5 Lựa chọn điều kiện tối ưu sinh tổng hợp canthaxanthin 59 Bảng 3.1.6 Lựa chọn phương pháp thu nhận sinh khối sau lên men 60 Bảng 3.2.1 Bảng ma trận kế hoạch thực nghiệm 64 Bảng 3.2.2 Các mức thí nghiệm biến biến công nghệ 65 Bảng 3.3.1 Thành phần thức ăn cho cá sử dụng thử nghiệm 68 Bảng 4.1.1 Đánh giá nồng độ NaCl đến khả sinh tổng hợp canthaxanthin chủng vi khuẩn P.carotinifaciens VTP20181 73 Bảng 4.1.2 Thành phần môi trường 77 Bảng 4.1.3 Ma trận Min Run Screening mức ảnh hưởng đến hàm đáp ứng Cx Biomass 80 Bảng 4.1.4 Giá trị biến thực biến mã hóa kế hoạch thực nghiệm Box – Hunter (CCD) 81 Bảng 4.1.5 Ma trận kế hoạch thực nghiệm điều kiện sinh tổng hợp canthaxanthin 82 Bảng 4.1.6 Kết phân tích thống kê ANOVA hàm mục tiêu Y1 Y2 82 Bảng 4.1.7 Điều kiện sinh tổng hợp canthaxanthin 88 Bảng 4.1.8 Lựa chọn phương pháp thu nhận sinh khối sau lên men 90 Bảng 4.2.1 Biến mã hóa mức thí nghiệm 99 Bảng 4.2.2 Bảng kết ma trận kế hoạch thực nghiệm 99 Bảng 4.2.3 Bảng phân tích hồi quy hàm mục tiêu Y1 Y2 100 Bảng 4.2.4 Kết tối ưu hóa biến cơng nghệ 105 Bảng 4.3.1 Giá trị EE DL liposome đối chứng, liposome chứa canthaxanthin, liposome chứa α-tocopherol, liposome chứa đồng thời canthaxanthin α-tocopherol liposome với tỉ lệ IC = 0.1%; IC = 0.5% IC = 1% Các số kết phép đo ba lần trình bày dạng giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn 110 Bảng 4.3.2 Thành phần cá hồi vân sau tháng thí nghiệm (n=3, đơn vị: % khối lượng ướt) 115 Bảng 4.3.3 Giá trị đo màu philê lấy từ cá hồi vân thí nghiệm chế độ ăn khác thời điểm ban đầu sau một, hai ba tháng cho ăn thử nghiệm (n=3) 116 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.2.1 Cơng thức cấu tạo hóa học canthaxanthin (β,β-Carotene-4,4'-dione) 14 Hình 1.3.1 Sơ đồ sinh tổng hợp canthanxanthin 19 Hình 1.3.2 Sơ đồ lên men liên tục lên men liên tục có lắng tế bào lấy bổ sung.24 Hình 1.5.1 Sơ đồ hệ thống chiết siêu âm quy mơ cơng nghiệp 30 Hình 1.6.1 Sơ đồ liposome hình thành phospholipid dung dịch nước 36 Hình 1.8.1 Cá hồi vân 40 Hình 2.3.1 Quy trình xử lý mẫu xác định hàm lượng canthaxanthin 48 Hình 3.2.1 Đồ thị đường chuẩn canthaxanthin 61 Hình 3.3.1 Cấu trúc liposome chứa canthaxanthin α-tocopherol 66 Hình 3.3.2 Máy đo màu DSM SalmoFan 69 Hình 4.1.1 Ảnh hưởng chất bon ni tơ đến sinh tổng hợp canthanaxanthin P.carotinifaciens VTP 20181 70 Hình 4.1.2 Ảnh hưởng hợp chất trung gian, vitamin acid amin đến sinh tổng hợp canthaxanthin P.carotinifaciens VTP20181 71 Hình 4.1.3 Ảnh hưởng hợp chất vơ đến sinh tổng hợp canthaxanthin P.carotinifaciens VTP20181 72 Hình 4.1.4 Ảnh hưởng thành phần mơi trường đến sinh tổng hợp canthaxanthin P.carotinifaciens VTP20181 77 Hình 4.1.5 Thực nghiệm lên men sinh tổng hợp canthaxanthin 78 Hình 4.1.6 Ảnh hưởng điều kiện lên men đến khả sinh tổng hợp canthaxanthin80 Hình 4.1.7 Biểu đồ thực nghiệm dự đốn, phân bố ngẫu nhiên Y1 Y2 .84 Hình 4.1.8 Bề mặt đáp ứng hàm lượng canthaxanthin (a) hiệu suất tạo canthaxanthin (b) 88 Hình 4.1.9 Mức độ đáp ứng nguyện vọng hàm mục tiêu Y1 Y2 89 Hình 4.1.10 Điều kiện tối ưu trình lên men sinh tổng hợp canthaxanthin theo mơ hình xây dựng 89 Hình 4.1.11 Quy trình cơng nghệ sản xuất sinh khối giàu canthaxanthin từ Paracoccus carotinifaciens VTP 20181 quy mơ 80-100 lít/mẻ 92 Hình 4.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ chiết tới trình chiết 95 Hình 4.2.2 Ảnh hưởng tỷ lệ dung môi/nguyên liệu tới trình chiết .96 Hình 4.2.3 Ảnh hưởng thời gian tới trình chiết 97 Hình 4.2.4 Ảnh hưởng cơng suất siêu âm tới trình chiết 98 Hình 4.2.5 Biểu đồ thực nghiệm dự đốn, phân bố ngẫu nhiên hàm Y1 102 Hình 4.2.6 Biểu đồ thực nghiệm dự đoán, phân bố ngẫu nhiên hàm Y2 102 Hình 4.2.8 Bề mặt đáp ứng hàm lượng canthaxanthin (a) hàm lượng carotenoid tổng (b) 104 Hình 4.2.9 Mức độ đáp ứng nguyện vọng trình chiết xuất 106 Hình 4.2.10 Điều kiện tối ưu biến cơng nghệ kết tối ưu hóa hàm mục tiêu Y1 Y2 106 Hình 4.2.11 Thực nghiệm chiết canthaxanthin ứng dụng điều kiện tối ưu hóa phịng thí nghiệm 107 Hình 4.2.12 Cơng thức hóa học hợp chất canthaxanthin 107 Hình 4.2.13 Sắc ký đồ hợp chất canthaxanthin 108 Hình 4.2.14 Canthaxanthin 108 Hình 4.2 15 Sắc ký lớp mỏng canthaxanthin 108 Hình 4.3.1 Kích thước trung bình giá trị PDI liposome đối chứng, liposome chứa canthaxanthin, liposome chứa α-tocopherol, liposome chứa đồng canthaxanthin α-tocopherol tỉ lệ IC = 0,1%; IC = 0,5% IC = 1% 109 Hình 4.3.2 Thí nghiệm invitro giải phóng canthaxanthin từ liposome chứa canthaxanthin, liposome chứa canthaxanthin α-tocopherol IC = 0.1%; IC = 0.5% IC = 1% PBS pH 7.4 111 Hình 4.3.3 Sơ đồ quy trình tổng hợp liposome có chứa canthaxanthin α-tocopherol .112 Hình 4.3.4 Sự thay đổi trọng lượng nhóm cá hồi vân ni chế độ ăn khác 114 Hình 4.3.5 Màu sắc cá kết thúc thí nghiệm 117 Hình 4.3.6 Hàm lượng canthaxanthin mẫu 118 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH 11 MỞ ĐẦU 13 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 14 1.1 Vài nét Carotenoid 14 1.2 Giới thiệu Canthaxanthin 14 1.2.1 Tính chất vật lý canthaxanthin 15 1.2.2 Tính chất hóa học canthaxanthin 15 1.2.3 Tính chất dược lý canthaxanthin động vật thủy sản 16 1.2.4 Ứng dụng canthaxanthin 16 1.3 Tổng quan trình sinh tổng hợp canthaxanthin 17 1.3.1 Giới thiệu chung chi Paracoccus 17 1.3.2 Cơ chế sinh tổng hợp canthaxanthin 18 1.3.3.1 Nhu cầu NaCl 19 1.3.3.2 Nguồn carbon nitơ 20 1.3.3.3 Nguyên tố vi lượng 20 1.3.4 Ảnh hưởng điều kiện lên men đến khả sinh tổng hợp canthaxanthin 21 1.3.4.1 Tỷ lệ giống 21 1.3.4.2 Nhiệt độ 21 1.3.4.3 Sự cung cấp oxy 21 1.3.4.4 Độ pH môi trường 22 1.3.4.5 Thời gian lên men 22 1.3.4.6 Phương pháp lên men 22 1.4 Thu hồi sản phẩm 24 1.4.1 Kỹ thuật tách sinh khối vi sinh vật 24 1.4.1.1 Phương pháp lọc 25 1.4.1.2 Phương pháp ly tâm 25 1.4.1.3 Phương pháp lắng 25 1.4.2 Sấy thu hồi sinh khối vi sinh vật 26 1.5 Các phương pháp trích ly tinh chế canthaxanthin 27 1.5.1 Các phương pháp phá hủy thành tế bào 27 1.5.1.1 Các phương pháp học gián đoạn 27 1.5.1.2 Các phương pháp học không gián đoạn 28 1.5.2 Nguyên lý hoạt động trình chiết xuất siêu âm 31 1.5.3 Ảnh hưởng thông số chiết siêu âm 31 1.5.3.1 Thông số vật lý 31 Chế độ X (IC=0.5%) Khẩu phần thức ăn thương mại bổ sung 1g/kg canthaxanthin αtocopherol liposomes (IC=1%) 20.44 ± 1.13 26.89 ± 0.80 29.33 ± 1.10 30.22 ± 1.39 Giá trị màu sắc cho ba nhà nghiên cứu thống Các số liệu kết phép đo ba lần trình bày dạng giá trị trung bình ± SE Chế độ I Chế độ II Chế độ III Chế độ IV Chế độ V Chế độ VI Chế độ VII Chế độ VIII Chế độ IX Chế độ X Hình 4.3.5 Màu sắc cá kết thúc thí nghiệm Hàm lượng canthaxathin tích lũy cá thí nghiệm khác sau 90 ngày nuôi thể Hình 4.3.5 Sau 90 ngày ni, cá ăn chế độ khác cho thấy hàm lượng canthaxanthin tích lũy khác (p