Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất chế phẩm giàu astaxanthin từ nấm men xanthophyllomyces dendrorhous ứng dụng sản xuất thực phẩm chức năng

LÃ MẠNH TUÂN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI CÔNG NGHỆ SINH HỌC LUẬN VĂN THẠC SỸ CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT CHẾ PHẨM GIÀU ASTAXANTHIN TỪ NẤM MEN XANTHOPHYLLOMYCES DENDRORHOUS ỨNG DỤNG SẢN XUẤT THỰC PHẨM CHỨC NĂNG LÃ MẠNH TUÂN 2017-2019 HÀ NỘI - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHẾ PHẨM GIÀU ASTAXANTHIN TỪ NẤM MEN XANTHOPHYLLOMYCES DENDRORHOUS ỨNG DỤNG SẢN XUẤT THỰC PHẨM CHỨC NĂNG LÃ MẠNH TUÂN CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÃ SỐ: 8420201 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: BÙI KIM THÚY HÀ NỘI - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đây cơng trình nghiên cứu tơi số kết cộng tác với cộng khác; Các số liệu kết trình bày luận văn trung thực, phần cơng bố tạp chí khoa học chun ngành với đồng ý cho phép đồng tác giả; Phần lại chưa cơng bố cơng trình khác Nếu có sai sót tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm./ Hà Nội, ngày 26 tháng 11 năm 2019 Tác giả LÃ MẠNH TUÂN i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến: TS Bùi Kim Thúy, Viện Cơ điện nông nghiệp Công nghệ sau thu hoạch - người định hướng, bảo kiến thức khoa học, tận tâm giúp đỡ động viên vượt qua trở ngại khó khăn suốt thời gian thực luận văn Ban Lãnh đạo Thầy cô Khoa Đào tạo Sau đại học, Trường Đại học Mở Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi thời gian, sở vật chất giúp tơi hồn thành thủ tục cần thiết trình làm học tập nghiên cứu Sự giúp đỡ, bảo tận tình cô chú, anh chị, bạn đồng nghiệp làm việc Viện Cơ điện nông nghiệp Công nghệ STH Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, bạn bè - người ln bên cạnh, khuyến khích ủng hộ tơi suốt trình học tập thực luận văn Hà Nội, ngày 26 tháng 11 năm 2019 Tác giả LÃ MẠNH TUÂN ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU PHẦN TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu chung astaxanthin 1.1.1 Đặc điểm chung 1.1.2 Cấu trúc astaxanthin 1.1.3 Sinh tổng hợp astaxanthin nấm men X dendrorhous 1.1.4 Các nguồn cung cấp astaxanthin 1.1.5 Sinh hóa học astaxanthin 12 1.1.6 Đặc tính chống xy hóa astaxanthin 13 1.1.7 Ứng dụng astaxanthin 13 1.2 Tổng quan nấm men Xanthophyllomyces dendrorhous 16 1.2.1 Phân loại 16 1.2.2 Phân bố 17 1.2.3 Đặc điểm sinh lý, sinh hóa 17 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình ni cấy nấm men X dendrorhous 17 1.3.1 Ảnh hưởng môi trường dinh dưỡng 17 1.3.2 Ảnh hưởng điều kiện nuôi cấy 18 1.4 Tình hình nghiên cứu, sản xuất ứng dụng astaxanthin giới 19 1.4.1 Nghiên cứu môi trường nuôi cấy nấm men 19 1.4.2 Các nghiên cứu trình lên men 22 1.4.3 Các nghiên cứu trình tách chiết, thu hồi astaxanthin 25 1.5 Tình hình nghiên cứu, sản xuất ứng dụng astaxanthin Việt Nam 26 1.6 Kết luận tổng quan 27 PHẦN NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28 2.1 Nguyên vật liệu nghiên cứu 28 2.1.1 Chủng vi sinh vật 28 2.1.2 Thiết bị, dụng cụ, hóa chất 28 2.2 Phương pháp nghiên cứu kỹ thuật sử dụng 29 2.2.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm 29 iii 2.2.2 Phương pháp phân tích 34 2.2.3 Phương pháp xử lý số liệu 35 PHẦN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 36 3.1 Kết nghiên cứu xác định mơi trường nhân giống mơi trường lên men thích hợp cho nấm men X dendrorhous sinh trưởng, phát triển 36 3.1.1 Kết lựa chọn mơi trường nhân giống thích hợp 36 3.1.2 Kết lựa chọn môi trường lên men thích hợp 38 3.2 Kết nghiên cứu xác định điều kiện lên men thích hợp cho q trình lên men sản xuất astaxanthin từ nấm men X.dendrorhous 39 3.2.1 Kết nghiên cứu xác định nhiệt độ lên men thích hợp 39 3.2.2 Kết nghiên cứu xác định pH môi trường lên men 41 3.2.3 Kết nghiên cứu xác định ảnh hưởng bổ sung chất đến trình lên men 42 3.3 Kết nghiên cứu xác định kỹ thuật thu hồi, tạo chế phẩm giàu astaxanthin 44 3.3.1 Kết nghiên cứu lựa chọn dung môi tách chiết astaxanthin 45 3.3.2 Xác định nồng độ dung mơi thích hợp cho q trình tách chiết astaxanthin 46 3.3.3 Ảnh hưởng thời gian chiết đến khả chiết xuất astaxanthin 47 3.3.4 Lựa chọn dung môi phá vỡ tế bào nấm men X dendrorhous 48 3.3.5 Lựa chọn nồng độ axít thích hợp để phá vỡ tế bào nấm X dendrorhous 50 3.3.6 Xác định cơng suất sóng siêu âm thích hợp cho phá vỡ tế bào nấm men X dendrorhous 51 3.3.7 Xác định thời gian đánh sóng siêu âm thích hợp để phá vỡ tế bào nấm men X Dendrorhous 53 3.4 Kết nghiên cứu chế độ sấy chế phẩm astaxanthin 54 3.4.1 Xác định nhiệt độ sấy phù hợp 54 3.4.2 Xác định tốc độ bơm nhập liệu 55 3.5 Đề xuất quy trình công nghệ sản xuất chế phẩm giàu astaxanthin từ nấm men X dendrorhous, quy mô 50 lit/mẻ 56 3.6 Phân tích, đánh giá chất lượng chế phẩm astaxanthin 60 iv PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61 4.1 Kết luận 61 4.2 Kiến nghị 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 70 v DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Nội dung X dendrorhous Xanthophyllomyces dendrorhous H pluvialis Haematococcus pluvialis CFU Colony forming unit DMSO Dimethyl sulfoxide HPLC High Performance Liquid Chromatography TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TPCN Thực phẩm chức SK Sinh khối vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Nguồn cung cấp astaxanthin khác 11 Bảng 3.1 Khả sinh trưởng sinh astaxanthin nấm men X.dendrorhous môi trường lên men khác 39 Bảng 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ lên men đến phát triển nấm men Xanthophyllomyces dendrorhous hàm lượng astaxanthin thu 40 Bảng 3.3 Ảnh hưởng pH môi trường lên men đến hàm lượng sinh khối hàm lượng astaxanthin 41 Bảng 3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy đến hiệu suất thu hồi chất lượng chế phẩm astaxanthin 55 Bảng 3.5 Ảnh hưởng tốc độ bơm nhập liệu đến hiệu suất thu hồi chất lượng chế phẩm astaxanthin 56 Bảng 3.6 Kết phân tích tiêu hóa lý chế phẩm 60 Bảng 3.7 Kết phân tích số tiêu vi sinh vật chế phẩm 60 Bảng 3.8 Kết phân tích số kim loại nặng chế phẩm 60 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Công thức cấu tạo Astaxanthin Hình 1.2 Cấu trúc Astaxanthin Hình 1.3 Con đường sinh tổng hợp astaxanthin nấm men X dendrorhous Hình 1.4 Phản ứng tổng hợp astaxanthin Hình 1.5 Vị trí hoạt động Astaxanthin màng tế bào 12 Hình 1.6 Tế bào nấm men Xanthophyllomyces dendrorhous 16 Hình 3.1 Ảnh hưởng thành phần môi trường nuôi cấy đến khả phát triển nấm men X.dendrorhous 36 Hình 3.2 Ảnh hưởng thành phần môi trường nuôi cấy chứa dịch chiết thực vật khác đến khả phát triển nấm men X.dendrorhous 37 Hình 3.3 Quá trình lên men không bổ sung glucose nấm men X dendrorhous 43 Hình 3.4 Q trình lên men có bổ sung glucose nấm men X dendrorhous 44 Hình 3.5 Ảnh hưởng loại dung mơi đến khả trích ly astaxanthin 45 Hình 3.6 Ảnh hưởng nồng độ ethanol đến khả chiết xuất astaxanthin 47 Hình 3.7 Ảnh hưởng thời gian chiết đến khả chiết xuất astaxanthin 48 Hình 3.8 Ảnh hưởng loại dung mơi đến khả phá vỡ tế bào nấm men X dendrorhous để trích ly astaxanthin 49 Hình 3.9 Ảnh hưởng nồng độ axít lactic đến khả phá vỡ tế bào nấm men X dendrorhous để trích ly astaxanthin 50 Hình 3.10 Ảnh hưởng cơng suất sóng siêu âm đến khả phá vỡ tế bào nấm men X dendrorhous để trích ly astaxanthin 52 Hình 3.11 Ảnh hưởng thời gian đánh sóng siêu âm đến khả phá vỡ tế bào nấm men X dendrorhous để trích ly astaxanthin 53 Hình 3.12 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất chế phẩm astaxanthin 57 viii 6) Thí nghiệm: Xác định nồng độ dung mơi thích hợp cho q trình tách chiết astaxanthin TT Nồng độ dung môi Hàm lượng astaxanthin (mg/g SK khô) Ethanol 50% 2,15  0,058 Ethanol 60% 2,28  0,082 Ethanol 70% 2,56  0,090 Ethanol 80% 3,02  0,079 Ethanol 96% 3,48  0,092 7) Thí nghiệm: Ảnh hưởng thời gian chiết đến khả chiết xuất astaxanthin TT Thời gian chiết (phút) Hàm lượng astaxanthin (mg/g SK khô) 10 1,92  0,05 20 2,56  0,09 30 3,45  0,085 40 3,47  0,093 50 3,25  0,068 60 3,10  0,070 8) Thí nghiệm: Lựa chọn dung môi phá vỡ tế bào nấm men X dendrorhous TT Loại dung mơi Hiệu suất trích ly astaxanthin (%) Axit lactic 5M 75,2  2,30 Axit axetic 5M 48,6  1,35 Axit citric 5M 60,8  1,62 74 9) Thí nghiệm: Lựa chọn nồng độ axít thích hợp để phá vỡ tế bào nấm X dendrorhous TT Nồng độ axit lactic Hiệu suất trích ly astaxanthin (%) 1M 48,5  1,41 2M 60,8  1,55 3M 73,1  1,86 4M 74,1  2,05 5M 76,0  2,15 10) Thí nghiệm: Xác định cơng suất sóng siêu âm thích hợp cho phá vỡ tế bào nấm men X dendrorhous TT Công suất sóng siêu âm (W) Hiệu suất trích ly astaxanthin (%) 40 65,2  1,50 60 73,8  1,77 80 81,1  2,01 100 81,5  2,12 120 80,5  2,07 11) Thí nghiệm: Xác định thời gian đánh sóng siêu âm thích hợp để phá vỡ tế bào nấm men X dendrorhous TT Thời gian chiết (phút) Hiệu suất trích ly astaxanthin (%) 62,5  1,30 10 72,8  1,67 15 80,2  1,98 20 81,7  2,12 25 79,5  2,10 30 77,6  1,85 75 Phụ lục Phiếu trả kết phân tích chất lượng chế phẩm astaxanthin 76 TRUNG rA*'t rucntrrq crft; \/A KtrEIvI TRA cnAr nONc saiv rnfc pnam LL,sTr{G Cewtref*r F*