1.2. Tổng quan về chủng nấm men Rhodosporidium
1.2.6. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng nấm men để sản xuất carotenoid sử dụng chất nền là bã thải nông nghiệp trên thế giới và Việt Nam
1.2.6.1. Trên thế giới
Quá trình tổng hợp sắc tố carotenoid trong nấm men bắt đầu từ pha sinh trưởng tiếp tục trong pha cân bằng (Ramirez J và cs, 2006), sự hiện diện của nguồn cacbon đáng tin cậy là rất quan trọng cho quá trình sinh tổng hợp carotenoid trong pha cân bằng. Nấm men có thể tổng hợp carotenoid khi được nuôi cấy trong môi trường thương mại, chứa nhiều nguồn cacbon tinh chế khác nhau, chẳng hạn như glucose (Latha BV và cs, 2005), xylose (Polulyakh OV và cs, 1991), cellobiose (Parajo JC và cs, 1998), sucrose (Wang SL và cs, 2001), glycerol (Frengova G, 2004) và sorbitol, tuy nhiên các loại môi trường này có chi phí cao. Do đó, việc tìm ra chất nền chi phí thấp để thay thế nhằm giảm chi phí sản xuất là vô cùng cần thiết.
Năm 1999, Pietro Buzzini và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu sản xuất carotenoid của các chủng Rhodotorula glutinis trên các nguyên liệu thô khác nhau có nguồn gốc nông, công nghiệp (phải nho, xi-rô glucose, mật củ cải đường, chiết xuất bột đậu nành, chiết xuất bột ngô). Năng suất tối đa (5,95 mg/L tổng chất lỏng nuôi cấy carotenoid, 630 μg/g trọng lượng tế bào khô) thu được với một chủng Rhodotorula glutinis cụ thể sau khi nuôi cấy 120 giờ trong chất nền có chứa nho đã được cải tạo cô đặc và là nguồn carbohydrate duy nhất.
Năm 2001, P. Bhosale và RV. Gadre đã sàng lọc một số chủng hoang dã và đột biến của Rhodotorula sp. để phát triển và sản xuất carotenoid và tỷ lệ carotene được tạo ra trong rỉ đường. Trong bình lắc, khi rỉ đường được sử dụng làm môi trường dinh dưỡng duy nhất với 40 gl−1 TRS ở pH 6, sản lượng carotenoid là 14 mg/L-1 và carotene chiếm 70% tổng số carotenoid. Hàm lượng torulene tăng 20% đã được quan sát thấy trong môi trường rỉ đường.
Năm 2005, Danilo Gomes Moriel và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của chất nền đối với việc sản xuất astaxanthin của nấm men Phaffia rhodozyma ATCC 24202 với nguyên liệu chi phí thấp sử dụng các chất nền là nước mía, ure thì thu được nồng độ astaxanthin là 383,73 àg/g.
17
Rhodosporidium được biết đến là nhà máy sản xuất tự nhiên của carotenoid bao gồm β-carotene, torulene và torularhodin, là những phân tử có giá trị trong ngành công nghiệp hoá chất, dược phẩm, thức ăn chăn nuôi và mỹ phẩm. Với khả năng tích luỹ lipid đến 50%
trọng lượng tế bào khô ở nuôi cấy liên tục và nuôi cấy theo mẻ. Vào năm 2020, Feng Qi và cộng sự đã nghiên cứu khả năng sinh carotenoid của Rhodosporidium trên bã thải trà.
Kết quả thu được cho thấy torularhodin và torulene thu được có hàm lượng cao gấp 12,86 và 1,5 lần so với mẫu đối chứng nuôi cấy trong (YEPP).
Năm 2020, Renna Eliana Warjoto và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu chỉ ra carotenoid là những sắc tố hòa tan trong chất béo có nhiều lợi ích khác nhau đối với sức khỏe và sắc đẹp. Nhu cầu và thị trường của carotenoid ngày càng tăng, do đó mong muốn sản xuất sinh học nhanh hơn và rẻ hơn bằng cách sử dụng vi sinh vật. Trong nghiên cứu này, nồng độ nitơ, pH trung bình tối ưu để sản xuất carotenoid do Rhodosporidium paludigenum sử dụng chiết xuất vỏ cam là chất nền đã được xác định. Đường hòa tan từ vỏ cam được chiết xuất bằng nước cất ở 100oC. Kết quả này cho thấy tiềm năng chiết xuất từ vỏ cam như một chất nền để sản xuất carotenoid bằng cách sử dụng R.paludigenum.
Aksu và Eren báo cáo rằng việc bổ sung dầu hạt bông vào môi trường nuôi cấy R.
mucilaginosa làm tăng sản xuất tổng số carotenoid với sản lượng là 57,6 mg/L-1 của carotenoid, trong khi đạt được nồng độ 39,5 mg/L-1 mà không có bổ sung các chất hoạt hóa. Sản xuất carotenoid bằng chất thải công nông nghiệp phụ thuộc vào loại nguồn cacbon và nitơ, khoáng chất và các thành phần khác, cũng như số lượng của mỗi loại. Thành phần của các vật liệu này là rất quan trọng để xác định việc chuẩn bị môi trường nuôi cấy để cải thiện quá trình sinh carotenogenesis trên vi sinh vật.
1.2.6.2. Tại Việt Nam
Năm 2015, Võ Thị Hồng Triều đã nghiên cứu thu nhận và khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa của astaxanthin từ Rhodosporidium sp. Theo nghiên cứu này, môi trường lên men bán rắn sinh tổng hợp astaxanthin cao nhất bởi chủng nấm men Rhodosporidium sp. thích hợp là: cơm : cám là 80 : 20% (w/w), tỉ lệ bổ sung bánh dầu đậu phộng 10% (w/w), độ ẩm khoảng 45% (w/w), độ dày môi trường là 2 cm, sau 7 ngày nuôi cấy. Hàm lượng sắc tố thu được có thể đạt dến 14 - 16 mg/kg sinh khối khô. Astaxanthin từ Rhodosporidium sp. hoạt tính oxy khá mạnh. Ðiều này cho thấy bởi giá trị IC50 của dịch chiết thấp hơn 3,2 lần so với IC50 của mẫu đối chứng BHA.
18
Năm 2021, Trần Quang Vinh và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu tách chiết astaxanthin từ Rhodosporidium sp. bằng DMSO, nghiên cứu thu nhận và đánh giá hoạt tính kháng oxy hóa và kháng khuẩn. Kết quả hàm lượng astaxanthin được xác định bằng HPLC/MS là 5,09 μg/mg. Dịch chiết astaxanthin sau khi thu nhận sẽ thử hoạt tính kháng oxy hóa qua năng lực khử bắt gốc tự do ABTS+ và DPPH. Khả năng bắt gốc tự do DPPH, trong đó IC50 vitamin C gấp 1,16 lần so với BHA.
Cũng trong năm 2021, Mai Thị Đàm Linh và cộng sự (Mai Thị Đàm Linh và cs, 2021) đã nghiên cứu thành công khi thay thế nguồn cacbon từ glucose bằng rỉ đường. Với khả năng sinh tổng hợp và tích luỹ lipid hơn 30% của trọng lượng khô ở tế bào của Rhodosporidium. Sau 48 giờ nuôi cấy ở 30oC, pH = 5, lipid đạt khoảng 45% trọng lượng khô của tế bào. Rỉ đường là phế phụ phẩm của ngành công nghiệp sản xuất đường, việc sử dụng rỉ đường làm cho nấm men không chỉ sinh trưởng phát triển tốt mà còn sinh tổng hợp lipid với hàm lượng cao. Mở ra tiềm năng ứng dụng trên quy mô công nghiệp phục vụ cho sản xuất biodiese.
19