nâng cao khả năng tổng hợp chất màu carotenoid từ nấm sợị blakeslea trispora.

Lời nói đầu Việc bảo đảm chất lợng vệ sinh an toàn thực phẩm có một tầm quan trọng đặc biệt, không chỉ đối với sức khoẻ, mà còn tác động tới phát triển kinh tế, phát triển văn hoá xã hội, an ninh chính trị và quan hệ quốc tế. Trong tình hình dân số ngày càng gia tăng, ngày nay để đảm bảo đủ thực phẩm cho con ngời, công nghệ sinh học trong trồng trọt, chăn nuôi đã góp phần quan trọng để giải quyết nạn đói cho các nớc nghèo. Song những công nghệ ấy, cùng với sự phát triển đa dạng của nền công nghiệp thực phẩm, đang đặt ra những mối lo ngại đối với chất lợng vệ sinh an toàn thực phẩm không chỉ ở một quốc gia mà ở khắp hành tinh của chúng ta. Hơn một nửa dân Châu Âu cho rằng đồ ăn, thức uống ngày nay là cực kì nguy hiểm. Quan niệm ẩm thực hiện nay của ngời Châu Âu là ăn uống đúng và an toàn thay cho ăn uống ngon trớc đây. Ăn uống an toàn là không gây ngộ độc, còn ăn uống đúng là phòng các bệnh ung th, tim mạch, béo phì và đái tháo đờng. Để tự bảo vệ mình và góp phần bảo vệ sức khoẻ cộng đồng, mỗi quốc gia đều phải có những chính sách, chiến lợc để bảo đảm chất lợng vệ sinh an toàn thực phẩm của mình. Vì vậy, ngày nay công nghiệp thực phẩm đợc xem là nhà bếp của thế giới và cha bao giờ các tiêu chuẩn về độ tinh khiết, độ ổn định và tính vô hại của các chất phụ gia thực phẩm trong đó có các chất màu thực phẩm đối với sức khoẻ con ngời lại đợc quan tâm cao nh ngày nay. ở Việt Nam, có nhiều loại phẩm màu đã đợc dùng tuỳ tiện không đúng với qui định của Bộ Y tế (hoặc là không đợc phép, hoặc là quá liều lợng qui định cho phép) đã gây thiệt hại không nhỏ cho ngời tiêu dùng nói riêng và xã hội nói chung. Theo thống kê về ngộ độc thức ăn của ngành Y tế, chỉ đứng sau các vụ ngộ độc do ô nhiễm thuốc trừ sâu hoá học, nhiễm vi sinh vật gây bệnh thì điển hình là các vụ ngộ độc do sử dụng thực phẩm chứa các phẩm màu công 1 nghiệp. Ví dụ nh hiện tợng ăn xôi gấc nhuộm phẩm màu công nghiệp giả màu gấc bị ngộ độc phải đi cấp cứu đã xảy ra tại Vĩnh Phức (60 ngời bị ngộ độc), tại Bình Thuận (115 trong số 136 khách dự tiệc cới phải đi cấp cứu). Đó là những vụ điển hình có thể nhìn thấy hậu quả tức thì. Trong thực tế, còn có nhiều trờng hợp ngộ độc thể nhẹ không gây triệu chứng cấp tính nhng lại ảnh hởng tới sức khoẻ lâu dài cho con ngời do tích luỹ từ từ những liều lợng nhỏ khi ăn các loại thực phẩm sử dụng phẩm màu thực phẩm không cho phép trong thời gian dài và có thể gây nhiều ảnh hởng tai biến cho sức khoẻ về sau. Phẩm màu có thể thu nhận bằng nhiều con đờng: khai thác từ nguyên liệu tổng hợp tự nhiên và tổng hợp hoá học. Nhiều công trình khoa học cho thấy các chất màu tự nhiên đợc tổng hợp bằng con đờng sinh học có rất nhiều u thế nh không độc hại tới sức khoẻ con ngời, chịu đợc nhiệt độ, ánh sáng, có tác dụng ngăn ngừa quá trình ôxy hoá. Mặc dù trên thị trờng, sản phẩm chất màu - carotene thơng phẩm đợc tổng hợp hoá học chiếm u thế, nhng sự a thích lại đang có xu hớng dành cho những sản phẩm tự nhiên đợc chiết xuất từ nguồn vi sinh vật phong phú trong tự nhiên. Chất màu caroteneoid mà tiêu biểu là -carotene có thể đợc tổng hợp từ: Tảo lam (dunaliella salina), nấm ascomycetes và zygomycetes, nấm men đỏ rhodotorula và vi khuẩn quang hợp cyanobacteria, deuteromycetes, một số nấm sợi thuộc bộ mucorales, họ choanephoraceae bao gồm blakeslea, choanophora, parasitella, phycomycetes và pilaria là những chủng đợc biết nhiều về khả năng tổng hợp -carotene [1]. Nắm đợc vai trò quan trọng của chất màu tự nhiên đợc tổng hợp bằng con đờng sinh học cũng nh để bắt kịp với xu thế của thời đại, chúng tôi đã tham gia nghiên cứu đề tài Nghiên cứu nâng cao khả năng tổng hợp chất màu thực phẩm carotenoid của các chủng nấm sợi Blakeslea trispora. 2 PHầN I TổNG QUAN TàI LIệU I - Khái quát về carotenoid 1. Cấu trúc của nhóm các carotenoid Carotenoid là một nhóm của hơn 600 loại hợp chất tự nhiên có cùng kiểu cấu trúc hoá học và đều đợc tổng hợp bằng con đờng sinh học từ một tiền chất chung là geranylgeranyl-pyrophosphate. Carotenoid là nhóm chất béo không tan trong nớc, tan trong chất béo, có màu từ vàng, da cam đến đỏ, bao gồm 65 - 70 sắc tố tự nhiên. Những sắc tố chủ yếu ở nấm là các carotene, carotenoid acid, torularhodin torutene, keto- carotenoid, licopene, capxanthin và citrocapxanthin. Cấu trúc cơ bản của các carotenoid là một mạch thẳng, gồm 40 cacbon đợc cấu thành từ 8 đơn vị 5-cacbon isoprenoid liên kết nhau, đối xứng qua trung tâm. Điểm nổi bật và đặc biệt trong cấu trúc là hệ thống nối đôi liên hợp, xen kẽ nối đơn, nối đôi tạo chuỗi polyen. Chính cấu trúc này đã tạo nên các đặc tính quan trọng nh: dễ bị oxy hoá, đồng phân hoá, hấp thụ ánh sáng (đặc biệt là ánh sáng tử ngoại) và thể hiện màu của hợp chất (màu càng đậm khi hệ thống dây nối càng dài). Từ cấu trúc cơ bản này có thể biến đổi theo các cách: cộng hợp H 2 hoặc dehydro hoá, hydroxyl hoá, cacboxyl hoá, di chuyển nối đôi, đóng vòng, cắt thành nhiều chuỗi nhỏ Tạo nên một l ợng lớn các cấu trúc khác nhau. Kết 3 quả là có khoảng 600 hợp chất khác nhau, đã đợc tách chiết và xác định đặc tính. Một số cấu trúc chính đợc trình bày dới đây: 1.1. phytofluen 1.2. licopene licopene có trong quả cà chua và một số quả khác. Mầu đỏ của cà chua chín chủ yếu là do có mặt của licopene mặc dầu trong cà chua còn một loạt trong các carotenoid khác nữa. Trong quá trình chín, hàm lợng licopene trong cà chua tăng lên 10 lần.Tuy nhiên chất mầu này không có hoạt tính vitamin. licopene có cấu tạo nh sau: Phytofluen 4 Bằng cách tạo vòng ở một đầu hoặc cả hai đầu của phân tử licopene thì sẽ đợc các đồng phân , , -carotene. 1.3. Carotene Màu da cam của cà rốt, quả mơ chủ yếu là do nhóm các carotene. Trong nhóm carotene thì -carotene có vai trò quan trọng nhất. -carotene có công thức hoá học: C 40 H 56 và khối lợng phân tử 536.88. -carotene hấp thụ cực đại ở bớc sóng 450. Dới đây là cấu tạo của carotene: Lycopene Carotene 5 1.4. crypthoxanthin crypthoxanthin cã c«ng thøc nguyªn lµ C 40 H 56 O ( 3 hoÆc 4- hydroxyl- β - carotene ). Mµu da cam rÊt ®Ñp cña quýt, cña cam chñ yÕu lµ do crypthoxanthin. 1.5. Xanthophyll. β− Carotene α− Carotene HO β− Crypthoxanthin OH α− Crypthoxanthin 6 Xanthophyll có công thức là C 40 H 56 O 2 , có đợc bằng cách gắn thêm hai nhóm hydroxyl vào phân tử -carotene, do đó có tên 3,3-hydroxyl- -carotene. xanthophyll là chất mầu vàng nhng sáng hơn carotene vì có chứa ít nối đôi hơn. Trong lòng đỏ trứng gà có hai xanthophyll là hydroxyl- -carotene và hydroxyl- -carotene với tỉ lệ là (2:1). xanthophyll cùng với carotene có chứa trong rau xanh, cùng với carotene và licopene có trong cà chua. Công thức cấu tạo: Trong nhóm này , , -carotene và crypthoxanthin là những tiền chất vitamin A quan trọng, cung cấp vitamin A cho cơ thể ngời và động vật. Một phân tử , -carotene và crypthoxathin vào cơ thể động vật, sau khi thuỷ phân cho một phân tử vitamin A, nhng một phân tử -carotene sau khi thuỷ phân O O OH HO Xanthophyll 7 cho hai phân tử vitamin A. Vì vậy -carotene đợc đánh giá là chất có hoạt tính sinh học mạnh và quan trọng nhất của nhóm các carotenoid. 2. Tính chất lý học của -carotene và carotenoid - Trong thực vật, động vật carotenoid có thể ở dạng tinh thể chất rắn vô định hình. - Carotenoid không tan trong nớc, tan trong dung môi hữu cơ và dầu béo thành dung dịch, phân tán keo hoặc tạo phức với protein trong môi tr- ờng nớc. - Rất dễ bị oxy hoá dới tác dụng của oxy không khí, ánh sáng, nhiệt độ và enzyme. - Rất nhậy cảm với axit và chất oxy hoá, bền với kiềm. - -carotene là tinh thể hình kim, màu nâu đỏ tan trong dầu và các dung môi hữu cơ nh axeton, alcohol, ethyl-ether, tetrahydrofuran, đặc biệt tan tốt trong dầu, ether và hexan, không tan trong nớc. 8 Nhờ có hệ thống dây nối đôi liên hợp dài mà -carotene có ái lực mạnh với oxy đơn bội ( 1 O 2 ), dễ bị oxy hoá, đồng phân hoá trong điều kiện tiếp xúc với không khí, ánh sáng, nhiệt độ. Toàn bộ tính chất của carotenoid đợc khái quát trong sơ đồ sau: 3. Tác dụng sinh học Trong tự nhiên, cơ thể sinh vật có thể tự tổng hợp carotenoid nhằm mục đích bảo vệ, chống lại các tác động bất lợi của môi trờng ( các gốc tự do, tia tử ngoại, ánh sáng mặt trời.v.v ) Một số carotene là tiền vitamin A. Đối với động vật có vú, nó giữ chức năng sinh học quan trọng trong quá trình phát triển cá thể nh: phát triển thị giác, vị giác, tăng đáp ứng miễn dịch, tăng sự sinh sản và tạo tinh trùng. Tác 9 ái lực cao với oxy đơn bội Hấp thụ ánh sáng Oxy hoá, đồng phân hoá Tan trong dầu, không tan trong nớc Chống gốc tự do Carotenoid động chủ yếu của carotenoid không chỉ là chống oxy hoá mà còn trao đổi thông tin từ tế bào này đến tế bào khác, tác động tới cấu trúc và chức năng của màng tế bào, tăng cờng sự đáp ứng miễn dịch của cơ thể. Chính vì vậy mà carotenoid đợc xác định là chất điều hoà dinh dỡng. Đặc biệt -carotene không độc với cơ thể khi sử dụng liều cao và kéo dài. Dùng vitamin A kéo dài và liều cao sẽ gây rối loạn thị giác, rối loạn chức năng gan. Nguyên nhân là do cơ thể chuyển hoá -carotene chuyển thành vitamin A khi có nhu cầu. Chỉ 1/6 lợng -carotene chuyển thành vitamin A. [ 2 ] . CH 2 OH Carotenase 2 Vitamin A 10 [...]... thành chất này từ zeaxanthin 32 3 Hớng nghiên cứu nhằm nâng cao khả năng tổng hợp chất màu carotenoid từ nấm sợị Blakeslea trispora Chủng Blakeslea trispora có khả năng tổng hợp carotenoid trong đó quan trọng là -carotene với hàm lợng cao Để nâng cao khả năng tổng hợp chất 33 màu carotenoid của chủng Blakeslea trispora chúng tôi đa ra các giải pháp công nghệ sau: - Lựa chọn nguồn cacbon thích hợp -... vi nấm và nấm men chứa hợp chất carotenoid trong các hạt sắc tố nằm trong tế bào chất nh: Tảo lam (Dunaliella salina), nấm Ascomycetes và Zygomycetes, nấm men đỏ Rhodotorula và vi khuẩn quang hợp Cyanobacteria, Deuteromycetes, một số nấm sợi thuộc bộ Mucorales họ Choanephoraceae bao gồm Blakeslea, Choanophora, Parasitella, Phycomycetes và Pilaria 2 Tổng hợp carotenoid ở nấm sợi 2.1 Đặc tính của nấm. .. do này 23 III - Nguồn thu nhận carotenoid và tổng hợp carotenoid ở nấm sợi 1 Nguồn thu nhận carotenoid Hợp chất carotenoid đợc thu nhận từ hai nguồn: * Tổng hợp hoá học chiếm 70%-80% * Nguồn tự nhiên đợc thu nhận từ nhiều nguồn: Thực vật, hàm lợng -carotene có trong nhiều loại rau, trái cây nh ở bí đỏ có 0,018 mg/g, cà rốt 0,098 mg/g, trái gấc 0,46 mg/g [6] Động vật, carotenoid đặc biệt carotene có... sau đó 28 sẽ tiếp hợp với nhau thành một hợp tử nhiều nhân thờng có màng dày và có mầu tối Phần mấu lồi còn lại về sau phát triển thành hai cái cuống treo giữ hợp tử hay bào tử tiếp hợp và đợc gọi là cuống bào tử tiếp hợp Quá trình kếp hợp nhân của hợp tử chia thành hai trờng hợp : - Có hiện tợng kết hợp nhân ngay từ khi hình thành hợp tử - Hợp tử sau khi hình thành cha có sự kết hợp nhân mà xếp thành... môi trờng lên men nấm sợi Blakeslea trispora Kết quả thu đợc carotenoid với 92-95% là -carotene (4851500 mg/lit) và 5-7% là -carotene, cypthoxanthin và -zeacarot 1.2 Những nghiên cứu thu nhận hợp chất carotenoid ở nớc ta Để có đợc các sản phẩm có chứa hợp chất carotenoid thiên nhiên, các nhà khoa học ở nớc ta cũng đã nghiên cứu khai thác từ nhiều nguồn khác nhau Từ nguồn động vật: Từ đầu thập kỷ 70... 2.2 Quá trình tổng hợp carotenoid ở nấm sợi Blakeslea trispora Các terpenoids đều bắt nguồn từ tiền chất chung là isopentenyl pyrophosphate Chất này có thể đợc tổng hợp theo chu trình Mevalonate hoặc là chu trình Rohmer 3-Hydroxymethylglutaryl coenzyme A (HMG-CoA) và mevalonate là các chất trung gian của chu trình thứ nhất (chu trình mevalonate) và D-1-deoxyxylulose 1-phosphate là chất trung gian của... biệt là hiệu xuất tổng hợp -carotene không cao Các chủng nấm nem tự nhiên hoặc là gây đột biến có sắc tố đỏ nh: rhodotorula glutinis, R mucilaginosa, R rubra cũng đợc nghiên cứu nhiều ở các nớc nh : ấn Độ, canada, Pháp, Nga song còn gặp nhiều hạn chế Trong các nguồn vi sinh vật có thể sử dụng để sản xuất -carotene, chủng nấm sợi blakeslea trispora đợc chú ý nhất vì khả năng tổng hợp carotenoid với hàm... với nhau Nguyên sinh chất của tế bào bao gồm màng nguyên sinh chất, tế bào chất và nhân: + Màng nguyên sinh chất nằm sát bên trong thành tế bào và làm nhiệm vụ hấp thụ các chất dinh dỡng 25 + Tế bào chất là hệ thống keo phức tạp đợc tạo thành từ protein, gluxit, lipit, các chất khoáng phân tán trong môi trờng nớc Trong tế bào chất có các ty thể, riboxom, thể golgi, mạng lới nội chất, thể màng biên (thể... dạng Không bào chứa dịch tế bào Mầu sắc của nấm do các chất mầu có thành phần và tính chất khác nhau tạo ra Chất mầu thờng tan trong không bào, trong tế bào chất và màng tế bào Chất mầu không bao giờ là diệp lục, phycobilin mà thờng là các chất mầu loại 26 quinon, (anthraqiunon, naptaquinon), dẫn (xinnabarin), carotenoit và melanin 2.1.2 Phân loại nấm sợi Blakeslea trispora Giới (Kingdom) Fungi Ngành... Sinh học nuôi cấy tảo Dunaliella salina 5,4mg/g -carotene 2 ứng dụng của -carotene Hầu hết những màu sắc hấp dẫn mà ta thấy trong cuộc sống đặc biệt là dải màu từ vàng tới đỏ thì đó là màu do nhóm các carotenoid tạo nên Chính điều này đã giúp con ngời chúng ta đa ra ý tởng ứng dụng carotenoid làm chất màu cho thực phẩm và mỹ phẩm -carotene có hai đồng phân: trans -carotene và cis -carotene, trong đó . của chất màu tự nhiên đợc tổng hợp bằng con đờng sinh học cũng nh để bắt kịp với xu thế của thời đại, chúng tôi đã tham gia nghiên cứu đề tài Nghiên cứu nâng cao khả năng tổng hợp chất màu. sau. Phẩm màu có thể thu nhận bằng nhiều con đờng: khai thác từ nguyên liệu tổng hợp tự nhiên và tổng hợp hoá học. Nhiều công trình khoa học cho thấy các chất màu tự nhiên đợc tổng hợp bằng. vật có thể sử dụng để sản xuất -carotene, chủng nấm sợi blakeslea trispora đợc chú ý nhất vì khả năng tổng hợp carotenoid với hàm lợng -carotene cao chiếm (85%-95%) và có thể sản xuất ở qui mô