Ảnh hưởng của một số yếu tố đến quá trình cố định tế bào vi khuẩn Virgibacillus campisalis TT8.5 và khả năng ứng dụng tế bào cố định để phân giải histamine trong nước mắm truyền

Bài viết Ảnh hưởng của một số yếu tố đến quá trình cố định tế bào vi khuẩn Virgibacillus campisalis TT8.5 và khả năng ứng dụng tế bào cố định để phân giải histamine trong nước mắm truyền thống trình bày việc xác định điều kiện cố định tế bào vi khuẩn Virgibacillus campisalis TT8.5 trên chất mang để phân giải làm giảm hàm lượng histamine trong nước mắm truyền thống.

Vietnam J Agri Sci 2022, Vol 20, No 12: 1619-1630 Tạp chí Khoa học Nơng nghiệp Việt Nam 2022, 20(12): 1619-1630 www.vnua.edu.vn ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN QUÁ TRÌNH CỐ ĐỊNH TẾ BÀO VI KHUẨN Virgibacillus campisalis TT8.5 VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẾ BÀO CỐ ĐỊNH ĐỂ PHÂN GIẢI HISTAMINE TRONG NƯỚC MẮM TRUYỀN THỐNG Nguyễn Thị Phương Anh1, Nguyễn Thị Hồng Ly2, Phạm Thị Dịu1, Nguyễn Thị Hồng1, Giang Trung Khoa1, Trần Thị Lan Hương1, Nguyễn Thị Lâm Đoàn1, Nguyễn Thị Thanh Thủy1, Trần Thị Thu Hằng1, Nguyễn Hồng Anh1* Khoa Cơng nghệ thực phẩm, Học viện Nông nghiệp Việt Nam Chi cục Dự trữ Nhà nước Hải An, Cục Dự trữ Nhà nước khu vực Đông Bắc * Tác giả liên hệ: hoanganhcntp@vnua.edu.vn Ngày nhận bài: 24.10.2022 Ngày chấp nhận đăng: 20.12.2022 TÓM TẮT Mục tiêu nghiên cứu xác định điều kiện cố định tế bào vi khuẩn Virgibacillus campisalis TT8.5 chất mang để phân giải làm giảm hàm lượng histamine nước mắm truyền thống Với ba kỹ thuật cố định tế bào hấp phụ, bao bọc liên kết chéo sử dụng loại chất mang phù hợp với kỹ thuật, yếu tố ảnh hưởng đến trình cố định vi khuẩn vào chất mang: tỉ lệ tế bào/chất mang (w/w), thời gian cố định (giờ), nhiệt độ cố định (C), nồng độ muối dung dịch đệm (%) tốc độ khuấy (vòng/phút) khảo sát Hiệu suất cố định tế bào (%) khả phân giải histamine sau phản ứng (%) chủng vi khuẩn Virgibacillus campisalis TT8.5 đánh giá Kết rằng, kỹ thuật hấp phụ với chất mang bột xương lợn cho hiệu suất cố định khả phân giải histamine cao nhất, tương ứng 54,18% 41,30% Các điều kiện để cố định tế bào vi khuẩn Virgibacillus campisalis TT8.5 bột xương lợn xác định là: tỉ lệ tế bào/chất mang 1/15 (w/w), tốc độ khuấy 100 vòng/phút, nồng độ muối 15%, thời gian cố định 4C Bioreactor dạng nén chứa tế bào vi khuẩn cố định V campisalis TT8.5 có tiềm ứng dụng trình phân giải histamine nước mắm truyền thống với hiệu suất phân giải histamine đạt 37,17% Từ khóa: Virgibacillus campisalis TT8.5, cố định tế bào, hiệu suất cố định tế bào, khả phân giải histamine, chất mang, bột xương lợn Factors affecting cell Immobilization of Virgibacillus campisalis TT8.5 and applicability of immobilized cells for histamine degradation in traditional fish sauce ABSTRACT The objective of this study was to immobilize Virgibacillus campisalis TT8.5 bacterial cells on a carrier in order to degrade histamine content in traditional fish sauce Three immobilization techniques, adsorption, encapsulation and crosslinking with nine carriers were used Factors affecting the immobilization process of bacteria on carrier such as cells/carrier (w/w) ratio, time and temperature of immobilization, salt concentration in buffer solution (%) and stirring speed (rpm) were investigated The cell immobilization efficiency (%) and the ability to degrade histamine after hours of reaction (%) of Virgibacillus campisalis TT8.5 were evaluated Results indicate that, the adsorption technique with pig bone as carrier gave the highest immobilization efficiency and histamine degrading ability with 54.18% and 41.30% respectively Suitable conditions for immobilization of Virgibacillus campisalis TT8.5 cells on pig bone were determined as follows: cell/carrier ratio 1/15 (w/w), stirring speed of 100 rpm, salt concentration of 15%, incubation time of hour at 4C The fixed bed bioreactor containing immobilized V campisalis TT8.5 bacterial cells has potential application in histamine degradation in traditional fish sauce with efficiency of 37.1% Keywords: Virgibacillus campisalis TT8.5, cell immobilization, cell immobilization efficiency, histamine degrading efficiency, carrier, pigbone 1619 Ảnh hưởng số yếu tố đến trình cố định tế bào vi khuẩn Virgibacillus campisalis TT8.5 khả ứng dụng tế bào cố định để phân giải histamine nước mắm truyền thống ĐẶT VẤN ĐỀ Histamine cú mt thc phốm vi hm lỵng vỵt giĆi hän gây nhiều nguy häi tĆi sc khúe cỷa ngỵi Ng c histamine gõy triệu chĀng phổ biến sổ müi, hen suyễn (do co thít phế quân), mề đay, phát ban, ngĀa, phù, gåy viêm kết mäc mít, gây să tiết độ dðch vð ć dä dày, tiêu chây, đau dä dày, gây giãn mäch, hä huyết áp co thít tim (Kưse, 2010; Mah & cs., 2003) Histamine thỵng ỵc phỏt hin trong hõi sõn nhỵ tụm, cua, cá, hay số sân phèm chế biến nhỵ mỏt, tht lờn men, nỵc mớm Qua quỏ trỡnh lờn men di ngy, thỵng trờn nởm t cỏ bin, nỵc mớm truyn thng thỵng cha mt lỵng histamine nhỗt nh Hm lỵng histamine mt s sõn phốm nỵc mớm truyn thng Vit Nam ỵc bỏo cỏo mc t 700-3.000 mg/kg (Hip hi Nỵc mớm Phan Thit, 2013), vỵt quỏ mc 400 mg/kg theo quy nh cûa Ủy ban Tiêu chuèn thăc phèm quốc tế (Codex 302-2011) Đåy rào cân kč thuêt khiến cho nỵc mớm truyn thng cỷa nỵc ta b họn ch xuỗt khốu th trỵng th gii giõm hm lỵng histamine thc phốm, trờn th gii ó cũ nhiu phỵng phỏp ỵc ỵa ra, ũ phỵng phỏp sinh học sā dýng chûng vi khuèn có khâ nởng phồn giõi histamine ỵc coi l phỵng phỏp hu hiệu (Junter & Jouenne, 2004; Stolarzewicz & cs., 2011) Các chỷng vi khuốn nhỵ Bacillus polymyxa D05-1 (Lee & cs., 2015), Staphylococcus carnosus (Zaman & cs., 2010), Natrinema gari BCC 24369 (Tapingkae & cs., 2010a), Staphylococcus xylosus (Martuscelli & cs., 2000) có khâ nëng sinh enzyme histamine oxidase histamine dehydrogenase ỵc s dýng lm chỷng ng quỏ trỡnh lờn men giỳp giõm hm lỵng histamine Cõ hai enzyme xúc tác q trình oxy hóa tách nhóm amine (oxidative deamination) cûa histamine thành imidazole acetaldehyde ammonia, riêng enzyme histamine oxidase có khâ nëng sā dýng oxy täo hydrogen peroxide (Lee & cs., 2015) 1620 Nỵc mớm l mt sõn phốm lờn men di ngy v mụi trỵng cũ hm lỵng mui cao, t 24,5 n 28% NaCl vi nỵc mớm loọi c bit, vi nỵc mớm loọi thỵng họng, họng 1, họng v họng cũ hm lỵng mui cao hn t 26 đến 29,5% NaCl (TCVN 5107 : 2003) Do đò việc sā dýng vi khuèn phân giâi histamine làm chûng khći động khó kiểm sốt Vêy nên, kč tht cố đðnh tế bào vi khuèn phân giâi histamine để x l histamine nỵc mớm thnh phốm ang ỵc nhà khoa học quan tâm nghiên cĀu (Tapingkae & cs., 2010b) Việc cố đðnh tế bào vi khuèn chỗt mang ỵc cha mt bioreactor - lũ phõn ng sinh hc x l histamine nỵc mớm, thiết kế vên hành đĄn giân, lò phân ng sinh hc c nh cú th tỵng i d mć rộng lên quy mô công nghiệp (Chaikaew & cs., 2015) C nh t bo vi khuốn thỵng ỵc thc hin trờn ba k thuờt: hỗp phý, bao bc hay liên kết chéo (Pilkington & cs., 1998) Ngoài ra, thụng s c nh quan trng tởng hiu suỗt c nh nhỵ chn ỵc chỗt mang tọo bỏm dính cne cûa chûng vi khn Virgibacillus campisalis TT8.5 cị xu hỵng tởng khoõng nng mui 5-15%; t 15-25% giâm dỉn; bìng 15% đät giá trð cao nhỗt lổn lỵt l 61,94 1,21% v 50,76 1,18% (Hình 6) Täi nồng độ muối 25% kết quâ thu ỵc khỏ cao vi hiu suỗt bỡng 53,37 0,83% khâ nëng phån giâi 40,53 ± 0,71% Nồng mui 5% cho hiu suỗt v khõ nởng phồn giõi thỗp nhỗt l 37,64 0,39% v 24,12 0,31% 3.2.5 nh hng ca tc khuy nh hỵng cỷa tc khuỗy 50, 100, 300, 500 (vũng/phỳt) ti hiu suỗt c nh v khõ nởng phồn giõi histamine cỷa chỷng vi khuốn Virgibacillus campisalis TT8.5 ỵc th hin ć hình Nguyễn Thị Phương Anh, Nguyễn Thị Hồng Ly, Phạm Thị Dịu, Nguyễn Thị Hồng, Giang Trung Khoa, Trần Thị Lan Hương, Nguyễn Thị Lâm Đoàn, Nguyễn Thị Thanh Thủy, Trần Thị Thu Hằng, Nguyễn Hoàng Anh Hiệu suất CĐTB (%) KNPG histamin sau 2h (%) % 70 60 54,02 46,68 50 40 40,63 40,15 30,28 30 29,06 25,04 17,87 20 10 0,5 1,5 Thời gian cố định (giờ) Hình Ảnh hưởng thời gian cố định đến hiệu suất cố định tế bào khâ phån giâi histamine chủng vi khuẩn TT8.5 sau phân ứng % Hiệu suất CĐTB (%) KNPG histamin sau 2h (%) 70 61,94 60 40 50,76 49,93 50 37,64 30 53,37 40,53 37,12 24,12 20 10 10 15 25 Nồng độ muối (%) Hình Ảnh hưởng nồng độ muối đến hiệu suất cố định tế bào khâ phån giâi histamine chủng vi khuẩn TT8.5 sau phân ứng Hiệu suất CĐTB (%) KNPG histamin sau 2h (%) % 70 60 50 40 53,63 48,29 41,57 39,16 31,75 31,43 30 24,88 20,74 20 10 50 100 300 500 Tốc độ khuấy (vịng/phút) Hình Ảnh hưởng tốc độ khuấy đến hiệu suất cố định tế bào khâ phån giâi histamine chủng vi khuẩn TT8.5 sau phân ứng 1627 Ảnh hưởng số yếu tố đến trình cố định tế bào vi khuẩn Virgibacillus campisalis TT8.5 khả ứng dụng tế bào cố định để phân giải histamine nc mm truyn thng Hiu suỗt c nh t bo khâ nëng phån giâi histamine cûa chûng vi khuèn Virgibacillus campisalis TT8.5 sau gi phõn ng cỷa chỗt mang bt xỵng ln cũ xu hỵng tởng khoõng tc khuỗy 50-100 vũng/phỳt, t 100-300 vũng/phỳt giõm dổn; tọi 100 vũng/phỳt thỡ ọt giỏ tr cao nhỗt lổn lỵt l 53,63 0,69% v 41,57 0,64% Hiu suỗt v khõ nởng phồn giõi tc 50 vũng/phỳt khỏ cao, lổn lỵt l 48,29 0,75% v 31,75 0,50% Vi tc khuỗy 300vũng/phỳt, cõ hiu suỗt c nh v khõ nởng phồn giõi u ọt kt quõ thỗp nhỗt lổn lỵt l 31,43 0,49% 20,74 ± 0,32% So sánh vĆi nghiên cĀu cûa Tapingkae & cs (2010b) cố đðnh Natrinema gari BCC 24369 thi gian l gi, tc khuỗy 100 vũng/phỳt trờn chỗt mang bt xỵng ln cho hiu suỗt c đðnh đät 58,5 ± 2,6% 3.2.6 Hiệu suất phân giải histamine nước mắm sử dụng cột tế bào vi khuẩn TT8.5 cố định dạng nén Sau lăa chọn ỵc cỏc iu kin c nh t bo trờn chỗt mang bt xỵng ln cho hiu suỗt c nh v khõ nởng phồn giõi histamine cao nhỗt (tợ l t bo/chỗt mang 1/15 (w/w), tc khuỗy 100 vũng/phỳt); nng độ muối có dung dðch đệm 15%; nhiệt độ cố đðnh 4C; thąi gian cố đðnh gią) Hai mỵi lởm gam t bo vi khuốn Virgibacillus campisalis TT8.5 c nh trờn chỗt mang ỵc s dýng nhi vo ct bioreactor dọng nộn 25ml nỵc mớm ỵc ỵa qua bioreactor däng nén vĆi tốc độ dòng chây 0,5 ml/phút Mộu nỵc mớm trỵc v sau chọy ht qua ct ỵc dựng phõn tớch, kt quõ ỵc th hin hỡnh Hm lỵng histamine nỵc mớm trỵc v sau khu x lý qua bioreactor dọng nộn cú cha t bo vi khuốn Virgibacillus campisalis TT8.5 ỵc th hin tọi hỡnh cũ hm lỵng histamine ban ổu 742,8 mg/lớt, sau phõn ng hm lỵng histamine giõm cũn 466,74 mg/lớt Hiu suỗt phõn giõi histamine cỏc t bo c nh vi chỗt mang bt xỵng ln ọt 37,17% KT LUN Chỗt mang khỏc cú õnh hỵng n hiu suỗt cũ nh v khõ nëng phån giâi histamine cûa chûng Virgibacillus campisalis TT8.5 khỏc Trong ũ chỗt mang bt xỵng ln ọt kt quõ cao nhỗt, vi hiu suỗt c nh t bào đät 54,18 ± 0,99% khâ nëng phån giâi histamine sau gią phân Āng đät 41,3 ± 0,79% 120 100 1.000 800 100 742,80 80 600 60 466,74 37,17 400 200 40 Hiệu suất phân giải (%) Hàm lượng histamine (mg/lít) 1.200 20 BanBan đầu đầu Sau phản Sauứng pứ Mẫu nước mắm Hàm lượng histatamine (mg/lít) Hàm lượng histamine (ppm) Hiệu suất phân giải (%) Hình Hàm lượng histamine hiệu suất phân giâi histamine mẫu nước mắm trước sau phân ứng 1628 Nguyễn Thị Phương Anh, Nguyễn Thị Hồng Ly, Phạm Thị Dịu, Nguyễn Thị Hồng, Giang Trung Khoa, Trần Thị Lan Hương, Nguyễn Thị Lâm Đoàn, Nguyễn Thị Thanh Thủy, Trần Thị Thu Hằng, Nguyễn Hoàng Anh Các yếu tố õnh hỵng n hiu suỗt c nh v khõ nởng phồn giõi histamine cỷa chỗt mang bt xỵng ln lổn lỵt l: tợ l t bo/chỗt mang 1/15 (w/w) ọt 64,94 0,92% v 53,80 1,13%, tc khuỗy 100 vñng/phút đät 53,63 ± 0,69% 41,57 ± 0,64%, nồng độ muối 15% đät 61,94 ± 1,21% 50,76 ± 1,18%, thąi gian cố đðnh 1gią đät 54,02 ± 0,57% 40,63 ± 0,62%, nhiệt độ cố đðnh 4C ọt 53,07 0,82% v 42,72 0,67% Hm lỵng histamine nỵc mớm trỵc v sau khu x lý qua biorreactor däng nén có chĀa tế bào vi khuèn Virgibacillus campisalis TT8.5 hiu suỗt phõn giõi histamine ọt 37,17% Kết q cûa chúng tơi chỵ rìng tế bào vi khuốn Virgibacillus campisalis TT8.5 c nh trờn chỗt mang bt xỵng ln cú hiu quõ nhỗt nh quy mơ phịng thí nghiệm có tiềm nëng để Āng dýng quỏ trỡnh phõn giõi histamine cỷa nỵc mớm truyền thống ć quy mô công nghiệp LỜI CẢM ƠN Nhóm tác giâ xin trân trọng câm Ąn Qüy Phát triển Khoa học Công nghệ Quốc gia (Nafosted) tài trĉ kinh phí để thăc đề tài mã số 08/2020/TN “Nghiên cĀu quy trình cơng nghệ phân giâi histamine nỵc mớm truyn thng bỡng phỵng phỏp c đðnh tế bào vi khuèn” Kết quâ nghiên cĀu báo phæn cûa đề tài Nafosted TÀI LIỆU THAM KHẢO Akin C (1987) Biocatalysis with immobilized cells Biotechnol Genet Eng Rev Bộ Khoa học Công nghệ (2018) TCVN 5107:2018 Tiêu chuẩn quốc gia cho sản phẩm nước mắm Truy cập từ https://vanbanphapluat.co/tcvn-51072018-nuoc-mam ngày 23.05.2020 Carrara C.R & Rubiolo A.C (1994) Immobilization of b-galactosidase on chitosan Biotechnology Progress 10: 220-224 Chaikaew S., Tepkasikul P., Young G.M., Osako K., Bejakul S & Visessanguan W (2015) Fixed-bed degradation of histamine in fish sauce by immobilized whole cells of Natrinema gari BCC 24369 Fish Sci 81: 971-981 FAO (2011) Codex stan 302-2011 Standard for fish sauce Genisheva Z., Mota A., Mussatto S.I., Oliveira J.M & Teixeira J.A (2014) Integrated continuous winemaking process involving sequential alcoholic and malolactic fermentations with immobilized cells Process Biochem 49: 1-9 Górecka E & Jastrzębska M (2011) Immobilization techniques and biopolymer carriers Biotechnol Food Sci 75: 65-86 Junter G.A & Jouenne T (2004) Immobilized viable microbial cells: from the process to the proteome… or the cart before the horse Biotechnology advances 22: 633-658 Khare S.K & Nakajima M (2000) Immobilization of Rhizopus japonicus lipase on celite and its application for enrichment of docosahexaenoic acid in soybean oil Food chemistry 68(2): 153-157 Kozlyak E.I., Solomon Z.G., Yakimov M.M & Fadyushina T.V (1993) The Sorption of Pseudomonas fluorescens 16n2 cells on various adsorbents Prikl Biokhim Mikrobiol 29: 138-143 Köse S (2010) Evaluation of seafood safety health hazards for traditional fish products: Preventive measures and monitoring issues Turkish J Fish Aquatic Sci 10: 139-160 Lee K.S., Lo Y.S., Lo Y.C., Lin P.J & Chang J.S (2003) H2 production with anaerobic sludge using activated-carbon supported packed-bed bioreactors Biotechnol 25: 133-138 Mah J.H., Ahn J.B., Park J.H., Sung H.C & Hwang H.J (2003) Charactrization of biogenic amineproduccing microorganisms isolated from Myeolchi-Jeot., Korean slated and fermented anchovy Journal of Microbiology and Biotechnology 13: 362-699 Martuscelli M., Crudele M.A., Gardini F & Suzzi G (2000) Biogenic amine formation and oxidation by Staphylococcus xylosus strains from artisanal fermented sausages Lett Appl Microbiol 31: 228-232 Negishi S., Sato S., Mukataka S & Takahashi J (1989) Utilization of Powdered Pig Bone as a Support for Immobilization of Lipase Journal of fermentation and bioengineerin 67(5): 350-355 Nighojkar S., Phanse Y., Sinha D., Nighojkar A & Kumar A (2006) Production of polygalacturonase by immobilised cells of Aspergillus niger using orange peel as inducer Process Biochemistry 41: 1136-1140 Nikovskaya G.N (1989) The adhesive immobilization of microorganisms in water purification, Khim Tekhnol 11: 158-169 Pereira E.B., Zanin G.M & Castro H.F (2003) Immobilization and catalytic properties of lipase 1629 Ảnh hưởng số yếu tố đến trình cố định tế bào vi khuẩn Virgibacillus campisalis TT8.5 khả ứng dụng tế bào cố định để phân giải histamine nước mắm truyền thống on chitosan for hydrolysis and esterification reactions Brazilian Journal of Chemical Engineering 20: 343-355 Pilkington H., Margaritis A., Mensour N.A & Russell I (1998) Fundamentals of immobilised yeast cells for continuous beer fermentation: A review Journal of the Institute of Brewing 104: 19-31 Stolarzewicz I., Białecka-Florjańczyk E., Majewska E & Krzyczkowska J (2011) Immobilization of yeast on polymeric supports Chemical and biochemical engineering quarterly 25: 135-144 Sumitra Datta & Rene Christena L (2012) Enzyme immobilization: an overview on techniques and support materials 3-Biotech 3(1): 1-9 Takeno K., Yamaoka Y & Sasaki K (2005) Treatment of oil-containing sewage wastewater using immobilised photosynthetic bacteria World Journal of Microbiology and Biotechnology 21: 1385-1391 Tapingkae W., Parkin K.L., Tanasuwat S., Kruenate J., Bejakul S & Visessanguan W (2010b) Whole cell immobilisation of Natrinema gari BCC 24369 for histamine degradation Food Chemistry 120: 841-849 Tapingkae W., Somboon Tanasupawat, Kirk L Parkinc, Soottawat Benjakul & Wonnop Visessanguand (2010a) Degradation of histamine 1630 by extremely halophilic archaea isolated from high salt-fermented fishery products Enzyme and Microbial Technology 46: 92-99 Thụy Khanh (2013) Mức giới hạn hàm lượng histamine sản phẩm nước mắm truyền thống Liên hiệp Hội Khoa học kỹ thuật tỉnh Bình Thuận Trần Thị Thu Hằng, Nguyễn Hồng Anh, Nguyễn Thị Tình, Bùi Thị Thu Hiền & Chu Đình Bính (2019) Xác định histamine phương pháp sắc ký lỏng hiệu cao: ứng dụng nghiên cứu phân giải histamine nước mắm vi khuẩn Tạp chí Phân tích Lý, Hóa Sinh học 24(4B) Venkaiah B & Kumar A (1994) Egg shell bound starch phosphorylase packed bed reactor for the continuous production of glucose-1-phosphate Journal of Biotechnology 36: 11-17 Vidyasagar M., Prakash S.B & Sreeramulu K (2006) Optimization of culture conditions for the production of haloalkaliphilic thermostable protease from an extremely halophilic archaeon Halogeometricum sp TSS101 Letters in Applied Microbiology 43: 385-391 Zaman M.Z., Bakar F.A., Selamat J & Bakar J (2010) Occurrence of biogenic amines and amines degrading bacteria in fish sauce Czech Journal of Food Sciences 28: 440-449  .. .Ảnh hưởng số yếu tố đến trình cố định tế bào vi khuẩn Virgibacillus campisalis TT8.5 khả ứng dụng tế bào cố định để phân giải histamine nước mắm truyền thống ĐẶT VẤN Histamine cú... properties of lipase 1629 Ảnh hưởng số yếu tố đến trình cố định tế bào vi khuẩn Virgibacillus campisalis TT8.5 khả ứng dụng tế bào cố định để phân giải histamine nước mắm truyền thống on chitosan... Tốc độ khuấy (vịng/phút) Hình Ảnh hưởng tốc độ khuấy đến hiệu suất cố định tế bào khâ phån giâi histamine chủng vi khuẩn TT8.5 sau phân ứng 1627 Ảnh hưởng số yếu tố đến trình cố định tế bào vi