3.1. Đặc điểm của tế bào Rhodotorula
3.1.1. Phân loại Giới: Nấm Ngành: Basidiomycota Lớp: Urediniomycetes Bộ: Sporidiales Họ: Sporidiobolaceae Giống: Rhodotorula
- Theo Kurtzman và Fell (2000) giống men Rhodotorula gồm 45 lồi, theo mơ tả các tác giả cho rằng lồi Rh. mucilaginosa trước đĩ cĩ tên gọi là
Rh. rubra, lồi này sinh enzyme urease, khơng đồng hĩa nitrate, khơng phát
triển trên cycloheximide hoặc ở nhiệt độ 40C và lồi Rh. rubra thực ra chỉ là một dạng riêng của lồi Rh. glutinis, tên gọi Rh. rubra ở một số tài liệu hiện nay khơng cịn nữa và đã được thay bằng tên mới là Rh. mucilaginosa.
- Cho đến ngày nay, người ta đã phân lập được 34 lồi, trong đĩ cĩ 2 lồi
Rhodotorula glutinis và Rhodotorula gracilis đang được quan tâm nhiều nhất.
3.1.2. Cấu tạo và sinh sản của Rhodotorula
- Tế bào nấm men Rhodotorula ở dạng đơn bào, hình trịn, oval, elip đến
dạng thon dài hoặc gậy. Kích thước tế bào (2,5 – 5)x(5 – 10)μm.
- Khuẩn lạc Rhodotorula cĩ bề mặt trơn nhẵn, bong, đơi khi gồ ghề, mịn.
Mép khuẩn lạc khơng cĩ răng cưa. Khuẩn lạc cĩ màu từ kem, hồng cĩ khi màu vàng hoặc đỏ cam. Kích thước khuẩn lạc tùy mơi trường, cĩ thể đạt từ 1 – 10mm. Quan sát dưới kính hiển vi khơng hình thành sợi nấm, một số cĩ sinh sợi nấm giả nhưng rất kém phát triển, khơng hình thành bào tử đốt.
SVTH: Lê Thanh Quỳnh Trang 25
Hình 2.13: Khuẩn lạc Rhodotorula trên mơi trường Hansen
- Rhodotorula thuộc nhĩm nấm men khơng sinh bào tử, thuộc nhĩm vi
sinh vật ưa ấm, khoảng nhiệt độ dao động từ 20 - 40°C.
- Giống như các lồi nấm men khác, tế bào Rhodotorula cũng được cấu
tạo chủ yếu từ các thành phần cơ bản như: thành tế bào, màng tế bào chất, tế bào chất, nhân và các bào quan khác.
- Vài acid amin tham gia vào thành phần cấu tạo của tế bào nấm men
Rhodotorula: arginine, histidine, isoleucine, leucine, tryptophan, phenylalanine, methionine…
- Nấm men Rhodotorula sinh sản bằng cách nảy chồi đa cực, trừ một số lồi như: Rh. pilimanae, Rh. pilatii, Rh .javaniti, Rh. ingniosa, Rh. difuens và
Rh.bogoriensis là nảy chồi cĩ cực. Ngồi ra, Rhodotorula cịn sinh sản theo
kiểu phân đơi. Tốc độ sinh sản nhanh, thời gian để số tế bào tăng gấp đơi là từ 2 - 6 giờ. Đầu tiên hạch dài ra và bắt đầu thắt lại ở giữa. Tế bào mẹ bắt đầu phát triển một chồi con. Một phần hạch chuyển động vào chồi, một phần ở tế bào mẹ. Đồng thời một phần tế bào chất cũng sang chồi con. Chồi con lớn dần, khi chồi con bằng chồi mẹ nĩ được tách ra sống riêng lẻ. Một tế bào mẹ tạo một lần được một hoặc nhiều chồi con. Các chồi con sắp xếp trên tế bào khơng nhất thiết cùng một vị trí.
- Thời gian sinh trưởng tốt nhất của Rhodotorula trong khoảng 24 - 48
giờ nếu mơi trường cung cấp đủ các chất cần thiết.
- Nấm men Rhodotorula phân bố rất rộng rãi trong tự nhiên: trong trái
cây, nước nho ép trước khi lên men thành rượu, rượu vang, bia, bột mì, thịt bị, thịt gia cầm, cá, hải sản, động vật cĩ vỏ, xúc xích, thịt giăm bơng [23].
SVTH: Lê Thanh Quỳnh Trang 26
3.1.3. Đặc điểm sinh hĩa
- Nấm men Rhodotorula cĩ một số đặc tính sinh hĩa sau:
Khơng lên men được các loại đường: glucose, galactose, sucrose, maltose, lactose, raffinose nhưng chúng lại sử dụng được các loại đường này (trừ lactose) để cung cấp nguồn cacbon cho việc xây dựng tế bào.
Sử dụng được ethanol như là nguồn cacbon và khơng đồng hĩa KNO3.
Tạo enzyme urease.
Đồng hĩa DBB (Diazonium Blue B).
Cĩ khả năng tổng hợp sắc tố carotenoid.
Khơng đồng hĩa được inositol, đây là nét đặc trưng cơ bản nhất
của Rhodotorula khác với giống nấm men Candida, Cryptococcus.
Khơng tạo thành hợp chất loại tinh bột[5]. 3.2. Sắc tố của nấm men Rhodotorula
- Nhiều sắc tố đã được phân lập từ nấm men, đặc biệt là từ Rhodotorula
và cĩ nhiều phương pháp hiện đại đã chứng minh sự hiện diện của sắc tố với lượng tương đối cao trong vài lồi nấm men.
- Nakayama, Mackinney và Phaff (1954) đã tìm thấy “nấm men vàng”
của Rhodotorula và Cryptococcus cĩ chứa β-carotene như là sắc tố chính. Sắc tố chủ yếu cĩ trong Rhodotorula là torularhodin, torulene, β-carotene và
γ-carotene.
SVTH: Lê Thanh Quỳnh Trang 27
- Carotene là một trong hai nhĩm của carotenoid. Nhĩm 1- carotene: những hợp chất hydrocacbon carotenoid, nhĩm 2- xanthophyll: những dẫn xuất của carotene với nhĩm chức chứa oxy.
- β-carotene là một trong những chất thuộc nhĩm carotene, là màu tím đỏ trong bảng màu tự nhiên và được biết như là tiền vitamin A.
- β-carotene xuất hiện trong tự nhiên trong cà rốt, khoai lang, bơ, lịng đỏ trứng gà, dầu cá …
- β-carotene được sản xuất bởi Rh. flava, Rh. gracilis, Rh. pallid đã được
nghiên cứu bởi Deufel và Clark (1958).
- Hĩa tính và hĩa sinh chung của các caroteniod được nhiều tác giả đề cập (Goodwin, 1965; Davies, 1965; Porter và Anderson, 1967). Carotenoid của vi khuẩn (Jensen, 1965), của nấm (Goodwin, 1952; Valadon, 1966).
Nhiệt độ nĩng chảy cao khoảng 130-220C.
Độ hịa tan thay đổi tùy loại dung mơi. Tinh thể carotenoid khơng tan trong nước, tan tốt trong dung mơi như cloroform, dichlorothane. Hầu như tất cả carotenoid đều tan trong chất béo và các dung mơi khơng phân cực.
Dễ bị oxy hĩa bởi khơng khí và nhiệt độ, ion kim loại.
- Sản lượng β-carotene đạt từ 5,2 – 120,8 μg/g tế bào khơ khi nuơi cấy trên mơi trường bán tổng hợp.
- Những nhà nghiên cứu đã tìm thấy sắc tố carotenoid của loại sắc tố đỏ
và vàng được tách chiết trực tiếp từ tế bào Rhodotorula với acetone lạnh bằng
mơi trường tổng hợp Wickerham trong 72 giờ trên máy lắc. Sắc tố được chuyển từ acetone sang ether dầu hỏa và được mơ tả bởi phương pháp sắc kí và quang phổ. Sắc tố sẽ thay đổi hoặc bị phá hủy bởi việc xử lý sơ bộ tế bào nấm men bằng HCl và nhiệt[14][26][33].
3.3. Ứng dụng của Rhodotorula trong sản xuất chất béo
- Mặc dù chất béo được sản xuất bởi nhiều lồi vi sinh vật trong những điều kiện nuơi cấy đặc biệt . Tuy nhiên trong tự nhiên cĩ một số lồi nấm men,
SVTH: Lê Thanh Quỳnh Trang 28
điển hình là Rh. glutinis cĩ khả năng sản xuất một số lượng lớn chất béo và đã
được nghiên cứu một cách rộng rãi.
- Rhodotorula glutinis là nấm men được quan tâm một cách đặc biệt bởi
vì nĩ cĩ chứa lượng chất béo cao (63% /100g nấm men khơ), hệ số béo cao (hệ số béo đuợc tính là g béo/100g đường ), cĩ khả năng phát triển dễ dàng trong mơi trường nuơi cấy chìm, hình thành chất béo một cách nhanh chĩng và khơng bị ràng buộc bởi sự hồi phục từ mơi trường nhân giống.
- Mặc dù Rh. glutinis cĩ thể sử dụng nhiều loại đường như là nguồn
cacbon nhưng đường tốt nhất cho quá trình sản xuất chất béo là glucose, fructose, mannose, sucrose và mật rỉ đường (Pan et al., 1949). Xylose là đường kém thích hợp nhất nhưng nĩ được nấm men này sử dụng một cách hồn hảo nhất sau khi đã thích nghi (Nielsen và Nilsson, 1950).
- Nồng độ đường tốt nhất cho việc tạo ra chất béo là 4 – 8%. Khi tăng nồng độ lên khoảng 20% trong mơi trường nuơi cấy cũng khơng làm ảnh hưởng đến lượng chất béo được tạo ra, nhưng nếu tăng cao hơn nữa thì sẽ làm giảm lượng chất béo (Steinberg và Ordal, 1954).
- Pan và cộng sự (1949) đã nhận thấy rằng việc cung cấp thiếu (NH4)2SO4 và KH2PO4 trong mơi trường mật rỉ đường sẽ ảnh hưởng đến khả
năng sử dụng đường của Rh. glutinis. Khi 2 thành phần này được cung cấp với
lượng 0,5g/l thì khả năng sử dụng đường của nấm men và hệ số chất béo là tốt nhất.
- Sự thiếu hụt lưu huỳnh hay sắt trong mơi trường cũng làm giảm khả năng hình thành chất béo (Nielsen và Rojowski, 1950).
- Với pH 3 – 8,5 thì tốc độ tạo thành chất béo tăng từ 2,1 – 3,1g chất béo/ 100g nấm men khơng béo/ 1 giờ (Steinberg và Ordal, 1954).
- pH của mơi trường mật rỉ đường để sản xuất chất béo khoảng 4,6 – 4,8 và nhiệt độ tối ưu khoảng 28°C[26].
SVTH: Lê Thanh Quỳnh Trang 29
3.4. Một số nghiên cứu về sinh tổng hợp carotenoid của Rhodotorula
- Lu, Chun (1993) nghiên cứu các thơng số phát triển của nấm men
Rhodotorula rubra và sự tạo thành carotenoid của chúng.
- C.T Shih và Y.D. Hang (1996) nghiên cứu khả năng sinh ra sắc tố
carotenoid của Rhodotoruala rubra từ mơi trường nước muối dưa cải bắp của Đức.
- Pietro Buzzini, Alessandro Martini (1999) nghiên cứu sự tạo thành
caroteneoid của nấm men Rhodotorula glutisis được nuơi cấy trên mơi trường
nguyên liệu thơ cĩ nguồn gốc từ sản xuất nơng nghiệp (nước nho, táo chưa lên men, mật đường glucose, …). Kết quả thu được lượng carotenoid cao nhất khi
nuơi cấy Rhodotorula glutisis trên mơi trường nước nho đặc chưa lên men:
915,4 µg β-carotene/g nấm men khơ, trong đĩ cĩ 9,2% β-carotene, 9,3%
torulene và 78,8% torularhodin[5].