Sản xuất chế phẩm giàu astaxanthin từ nấm men Xanthophyllomyces dendrorhous ứng dụng sản xuất thực phẩm chức năng

Astaxanthin là chất màu hồng cam thuộc nhóm carotenoid được tìm thấy nhiều ở sinh vật biển như tôm, cua, cá hồi… Bản thân những loài này không có khả năng tổng hợp astaxanthin nên chúng phải cần một lượng cung cấp vừa đủ thông qua thức ăn hàng ngày để có được màu sắc tự nhiên. Trong nuôi trồng thủy hải sản, astaxanthin thường được bổ sung vào thức ăn cho tôm cua, cá để chúng có được màu sắc của thịt và da đỏ hồng như mong muốn (An và Choi, 2003).

Astaxanthin được chứng minh là có hoạt tính kháng ô xi hóa rất mạnh (gấp 600 lần vitamin C, 550 lần vitamin E và hơn 10 lần các carotenoid khác như β-caroten) và nhiều chức năng sinh học quan trọng như bảo vệ cơ thể chống lại tác hại của tia UV, tăng thị lực cho mắt, nâng cao khả năng miễn dịch, chống lão hóa da…

Astaxanthin là thành phần quan trọng trong thức ăn chăn nuôi (đặc biệt là công nghiệp thủy hải sản), dược phẩm, mỹ phẩm và công nghiệp thực phẩm. Thực tế, astaxanthin có thể được sản xuất theo phương pháp tổng hợp hóa học và sinh tổng hợp bằng công nghệ sinh học. Hiện nay, astaxanthin được sản xuất bằng tổng hợp hóa học chủ yếu sử dụng trong thức ăn chăn nuôi. Tuy nhiên, người tiêu dùng hiện nay ưa chuộng sản phẩm astaxanthin được sản xuất bằng công nghệ sinh học hơn nhờ vào tính an toàn của sản phẩm. Nấm men đỏ, Xanthophyllomyces dendrorhous (trước đây là Phaffia rhodozyma) được xem như là một nguồn sản sinh astaxanthin tiềm năng cho sản xuất quy mô công nghiệp.

Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch là đơn vị nghiên cứu đầu ngành của cả nước về lĩnh vực cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch. Trong thời gian 2010 -2015, Viện đã chủ trì các đề tài cấp Nhà nước, cấp Bộ về nghiên cứu sản xuất các chế phẩm sinh học trong bảo quản và chế biến nông sản thực phẩm cho kết quả tốt. Năm 2014-2015, Viện đã bước đầu nghiên cứu sản xuất chế phẩm sinh học astaxanthin từ một số chủng nấm men đỏ Xanthophyllomyces dendrorhous phân lập được. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu chỉ dừng ở mức độ thăm dò nhưng cho thấy tính khả thi trong nghiên cứu chuyên sâu. Hơn nữa, tại thời điểm đó chưa có một công trình nghiên cứu nào trong cả nước nghiên cứu sản xuất astaxanthin từ các chủng nấm men đỏ dùng trong sản xuất thực phẩm chức năng.

Với kinh nghiệm nghiên cứu triển khai sản xuất các chế phẩm sinh học sử dụng trong chế biến thực phẩm cùng với đội ngũ cán bộ và điều kiện trang thiết bị sẵn có, nhóm nghiên cứu do Cơ quan chủ trì Viện cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài Tiến sĩ Bùi Kim Thủy thực hiện nghiên cứu “Sản xuất chế phẩm giàu astaxanthin từ nấm men Xanthophyllomyces dendrorhous ứng dụng sản xuất thực phẩm chức năng” với mục tiêu hoàn thiện công nghệ, thiết bị để sản xuất và thương mại hóa sản phẩm astaxanthin và thực phẩm chức năng có chứa astaxanthin từ nấm men Xanthophyllomyces dendrorhous tạo sản phẩm có giá trị kinh tế cao và thay thế sản phẩm nhập khẩu.

Nhu cầu về thực phẩm chức năng đang ngày càng tăng ở Việt Nam. Theo thống kê của ngành y tế, số lượng thực phẩm chức năng đưa vào lưu thông trên thị trường có xu hướng tăng lên rất rõ rệt, cả về nhập khẩu cũng như sản xuất trong nước. Năm 2016, số cơ sở sản xuất kinh doanh thực phẩm chức năng là 1.872 cơ sở với 3.447 sản phẩm. Trong đó, 43,55% sản phẩm thực phẩm chức năng là nhập khẩu, 56,45% sản phẩm sản xuất trong nước. Những sản phẩm thực phẩm chức năng kháng oxy hóa, chống lão hóa, tăng cường khả năng miễn dịch, hỗ trợ ngăn ngừa bệnh tim mạch, ung thư thực sự là những sản phẩm được người tiêu dùng hướng tới lựa chọn hiện nay.

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:

Dự án đã hoàn thiện được quy trình công nghệ sản xuất chế phẩm giàu astaxanthin quy mô 300 lít/mẻ với các thông số kỹ thuật:

- Môi trường nhân giống với thành phần là: Dứa ép 10%, Glucose 10 g/l; Pepton 1 g/l; NaCl 1 g/l. Môi trường lên men với thành phần là: Nước dứa 10%; Cao nấm men 6,2 g/l; Bột hạt bông 5,5 g/l; Glucose 143 g/l; bột chiết ngô 24 g/l; KH2PO4 2 g/l; K2HPO4 0,4 g/l; MgSO4 1,5 g/l; (NH4)2SO4 5 g/l; NaCl 0,2 g/l; CaCl2 0,4 g/l; Thianin 1mg/l; Axít boric 1mg/l; Na2MoO4 0,4mg/l; ZnSO4 0,8mg/l; FeCl3 0,4mg/l; CuSO4 0,8mg/l; KI 0,2mg/l; MnSO4 0,8mg/l, dầu nành 2%.

- Điều kiện lên men thích hợp cho việc sản sinh astaxanthin tốt nhất của nấm men X. dendrorhous DT1 là lên men mẻ (nhiệt độ 22 độ C, tốc độ khuấy 200 vòng/phút, cấp khí 0,5 lít/lít môi trường/phút) có bổ sung cơ chất và điều chỉnh pH ở 6 và 4 theo giai đoạn lên men. Sản lượng astaxanthin thu được đã tăng lên đáng kể (322,19 mg/l) gấp 3,67 lần so với lên men mẻ thông thường.

- Hiệu suất trích ly astaxanthin từ sinh khối nấm men đạt 93,5% áp dụng kỹ thuật phá vỡ tế bào bằng axít lactic 3 M, tỷ lệ 20 ml/g sinh khối khô kết hợp sóng siêu âm công suất 80 W trong 15 phút và sử dụng dung môi ethanol 96%, tỷ lệ 15 ml/g sinh khối khô trong 30 phút để trích ly astaxanthin từ tế bào nấm men. Tiếp tục làm khô sản phẩm bằng kỹ thuật sấy phun sử dụng chất mang β-cyclodextrin, ở nhiệt độ đầu vào 110 độ C, tốc độ bơm nhập liệu 20 ml/ph, tốc độ quay của vòi phun 25.000 v/p thu được sản phẩm chứa 50,5% astaxanthin có màu đỏ đạt chỉ tiêu an toàn vệ sinh thực phẩm có thể sử dụng trong chế biến thực phẩm, TPCN.

Dự án đã hoàn thiện được hệ thống thiết bị sản xuất chế phẩm giàu astaxanthin quy mô 300 lít/mẻ. Đã thiết kế chế tạo và lắp đặt hệ thống lên men quy mô 300 lít/mẻ hoàn chỉnh tại Công ty TNHH Nam Dược.

Dự án đã đào tạo được 5 cán bộ và 20 công nhân vận hành thành thạo hệ thống thiết bị sản xuất chế phẩm giàu astaxanthin và thực phẩm bảo vệ sức khỏe chứa astaxanthin dạng viên nang đạt yêu cầu.

Dự án đã tổ chức sản xuất thử nghiệm được 5 kg chế phẩm giàu astaxanthin (hàm lượng astaxanthin đạt trên 50%) và 50.000 viên nang TPCN (chứa 10 mg astaxanthin/viên) trên dây chuyền thiết bị của dự án tại Công ty TNHH Nam Dược. Công nghệ sản xuất ổn định, chất lượng sản phẩm tốt, đáp ứng yêu cầu đặt ra của dự án, đảm bảo chất lượng về ATTP.

Dự án đã hoàn thiện mẫu mã, bao bì sản phẩm, xây dựng tiêu chuẩn cơ sở cho sản phẩm, hoàn thiện hồ sơ đăng ký ATTP cho sản phẩm và tổ chức quảng bá, tiêu thụ sản phẩm.

Mô hình sản xuất sản phẩm TPCN chứa astaxanthin của dự án đem lại hiệu quả kinh tế cao cho người sản xuất với tỷ lệ lợi nhuận ròng so với vốn đầu tư là 33,09%; tỷ lệ lợi nhuận ròng doanh thu là 31,69%; thời gian thu hồi vốn khoảng 3 năm 4 tháng.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 17111/2019) tại Cục Thông tin KHCNQG.

Theo Vista.gov.vn