Luận án tiến sĩ: Tối ưu quy trình tạo chế phẩm giàu canthaxanthin từ vi khuẩn ưa mặn Paracoccus carotinifaciens VTP20181 và ứng dụng trong chăn nuôi cá hồi vân

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẶNG VIỆT ANH NGHIÊN CỨU TỐI ƯU QUY TRÌNH TẠO CHẾ PHẨM GIÀU CANTHAXANTHIN TỪ VI KHUẨN ƯA MẶN Paracoccus carotinifaciens VTP20181 VÀ BƯỚC ĐẦU ỨNG DỤNG TRONG CHĂN NUÔI CÁ HỒI VÂN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Hà Nội - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẶNG VIỆT ANH NGHIÊN CỨU TỐI ƯU QUY TRÌNH TẠO CHẾ PHẨM GIÀU CANTHAXANTHIN TỪ VI KHUẨN ƯA MẶN Paracoccus carotinifaciens VTP20181 VÀ BƯỚC ĐẦU ỨNG DỤNG TRONG CHĂN NUÔI CÁ HỒI VÂN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số chuyên ngành: 9.01 Người hướng dẫn khoa học: 1. Phạm Quốc Long 2. Phạm Hồng Hải Hà Nội - 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của GS. TS Phạm Quốc Long và TS Phạm Hồng Hải.

Các kết quả và số liệu thu được trong luận án là hoàn toàn trung thực, chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Đặng Việt Anh 1 LỜI CẢM ƠN Luận án này được hoàn thành tại Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Với sự kính trọng, cùng tấm lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất, tôi xin bày tỏ sự biết ơn tới GS. Phạm Quốc Long và TS.

Phạm Hồng Hải là những người thầy đã hướng dẫn tận tình và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ của Ban lãnh đạo Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên, Học viện Khoa học và Công nghệ đã tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận án. Tôi cũng xin cảm ơn tới tập thể cán bộ Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển các Sản phẩm thiên nhiên, phòng Công nghệ và thiết bị hóa học - Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên, Bộ môn Công nghệ Enzyme và Protein - Viện công nghiệp thực phẩm, Trung tâm công nghệ sinh học - Viện Nghiên cứu nuôi trồng Thủy sản 1 đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án. Cuối cùng, tôi xin gửi lòng kính trọng và sự biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn bè đã luôn quan tâm, giúp đỡ, khích lệ và tạo điều kiện cho tôi trong quá trình làm luận án.

Tôi xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Tác giả luận án Đặng Việt Anh 2 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .3 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT. 8 DANH MỤC CÁC BẢNG.9 DANH MỤC CÁC HÌNH .13 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN. Vài nét về Carotenoid. Giới thiệu về Canthaxanthin.

Tính chất vật lý của canthaxanthin. Tính chất hóa học của canthaxanthin. Tính chất dược lý của canthaxanthin đối với động vật thủy sản. Ứng dụng của canthaxanthin.

Tổng quan về quá trình sinh tổng hợp canthaxanthin. Giới thiệu chung về chi Paracoccus. Cơ chế sinh tổng hợp canthaxanthin. Nhu cầu về NaCl.

Nguồn carbon và nitơ. Nguyên tố vi lượng. Ảnh hưởng của điều kiện lên men đến khả năng sinh tổng hợp canthaxanthin. Tỷ lệ giống.

Sự cung cấp oxy. Độ pH môi trường. Thời gian lên men. Phương pháp lên men.

Thu hồi sản phẩm. Kỹ thuật tách sinh khối vi sinh vật. Phương pháp lọc. Phương pháp ly tâm.

Phương pháp lắng. Sấy thu hồi sinh khối vi sinh vật. Các phương pháp trích ly và tinh chế canthaxanthin. Các phương pháp phá hủy thành tế bào.

Các phương pháp cơ học gián đoạn. Các phương pháp cơ học không gián đoạn. Nguyên lý hoạt động của quá trình chiết xuất bằng siêu âm. Ảnh hưởng các thông số chiết siêu âm.

Thông số vật lý. Thông số môi trường. Giới thiệu về liposome và ứng dụng của liposome. Giới thiệu về liposome.

Lịch sử liposome. Cấu tạo của liposome. Ứng dụng của liposome. Các yếu tố ảnh hưởng đến sản xuất liposome.

Nghiên cứu và ứng dụng liposome trong nuôi cá hồi vân. Giới thiệu về phương pháp bề mặt đáp ứng sử dụng trong tối ưu hóa. Giới thiệu về cá hồi vân và nghề nuôi cá hồi nước lạnh. Tình hình nuôi cá hồi tại trên thế giới và Việt Nam.

Tình hình nuôi cá hồi vân trên thế giới. Tình hình nuôi cá hồi vân tại Việt Nam. Các yếu tố ảnh hưởng đến chăn nuôi cá hồi. Nồng độ oxy hoà tan, muối, pH.

Nhu cầu dinh dưỡng và thức ăn của cá hồi vân. Nhu cầu protein. Nhu cầu về lipid acid béo. Nhu cầu vitamin và khoáng chất.

Nhu cầu carotenoids. Phát triển thức ăn cho cá hồi ở Việt Nam. Nghiên cứu bổ sung canthaxanthin vào thức ăn thủy sản ở Việt Nam. 45 CHƯƠNG II: NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.

Nguyên vật liệu. Nguyên vật liệu nghiên cứu lên men canthaxanthin từ vi khuẩn ưa mặn. Nguyên vật liệu nghiên cứu chiết xuất canthaxanthin sau lên men. Nguyên vật liệu nghiên cứu tổng hợp liposome.

Thiết bị nghiên cứu lên men canthaxanthin từ vi khuẩn ưa mặn. Thiết bị nghiên cứu chiết xuất canthaxanthin sau lên men. Thiết bị nghiên cứu tổng hợp liposome. Phương pháp nghiên cứu.

Phương pháp lên men canthaxanthin từ vi khuẩn ưa mặn. Phương pháp định lượng sinh khối vi sinh vật. Phương pháp xác định hàm lượng canthaxanthin. Phương pháp xác định sản lượng canthanxanthin.

Phương pháp nghiên cứu chiết xuất canthaxanthin sau lên men. Xác định hàm lượng tổng carotenoid. Xác định hàm lượng canthaxanthin bằng sắc ký lỏng cao áp (HPLC). Phương pháp sắc kí lớp mỏng.

Phương pháp sắc kí cột. Phương pháp nghiên cứu tạo sản phẩm thức ăn cho cá hồi chứa canthaxanthin. Nghiên cứu lựa chọn phương pháp bổ sung chế phẩm canthaxanthin. Phương pháp xác định liều lượng bổ sung canthaxanthin vào thức ăn cá hồi.

Phương pháp quy hoạch thực nghiệm và tối ưu hóa quá trình công nghệ. Phân tích thống kê. 54 CHƯƠNG III. Lên men canthaxanthin từ vi khuẩn ưa mặn.

Lựa chọn thành phần môi trường. Khảo sát tìm tâm thí nghiệm tối ưu hóa điều kiện lên men sinh tổng hợp canthaxanthin. Sàng lọc điều kiện lên men sinh tổng hợp canthaxanthin. Tối ưu hóa điều kiện lên men sinh tổng hợp canthaxanthin.

Lựa chọn mô hình lên men sinh tổng hợp canthaxanthin. Lựa chọn phương pháp thu nhận sinh khối sau lên men. Xây dựng quy trình chiết xuất canthaxanthin. Định lượng canthaxanthin bằng phương pháp sắc ký lỏng cao áp.

Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến hiệu suất quá trình chiết xuất canthaxanthin. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình chiết. Khảo sát sự ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/nguyên liệu đến quá trình chiết. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình chiết.

Khảo sát ảnh hưởng của công suất siêu âm đến quá trình chiết. Xây dựng mô hình nghiên cứu và ma trận kế hoạch thực nghiệm. Đặc điểm và quá trình tổng hợp liposome. Quá trình tổng hợp liposome.

Kích thước hạt. Quá trình đưa canthaxanthin lên liposome. Thử nghiệm giải phóng thuốc. Thí nghiệm phối trộn liposome vào thức ăn cho cá hồi vân.

Tiến hành đo khối lượng. Xác định thành phần canthaxanthin trong cơ của cá hồi. 69 CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Tối ưu quá trình lên men canthaxanthin từ vi khuẩn ưa mặn.

Khảo sát thành phần môi trường sinh tổng hợp canthaxanthin. Nghiên cứu tối ưu điều kiện sinh tổng hợp canthaxanthin. Sàng lọc mức ảnh hưởng của điều kiện lên men sinh tổng hợp canthaxanthin. Tối ưu hóa điều kiện sinh tổng hợp canthaxanthin bằng mô hình RSM- CCD.

Lựa chọn phương pháp thu nhận sinh khối sau lên men. Quy trình công nghệ lên men sản xuất sinh khối giàu canthaxanthin từ vi khuẩn ưa mặn quy mô 80-100 lít/mẻ. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến hiệu suất chiết xuất. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình chiết.

Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/nguyên liệu tới quá trình chiết. Ảnh hưởng của thời gian tới quá trình chiết. Ảnh hưởng của công suất siêu âm tới quá trình chiết. Kết quả quy hoạch thực nghiệm và tối ưu hóa các thông số công nghệ quá trình chiết xuất.

Kiểm tra sự tương hợp của mô hình. Tối ưu hóa quá trình chiết xuất. Kết quả chiết xuất, phân lập canthaxanthin. Quy trình tổng hợp liposome có chứa canthaxanthin và α-tocopherol.

Sự tăng trưởng của cá với chế độ ăn có bổ sung chế phẩm canthaxanthin. Màu sắc cơ của cá hồi .121 NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN .121 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .122 BÀI BÁO QUỐC TẾ .122 BÀI BÁO TRONG NƯỚC .122 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 123 7 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Kí hiệu Diễn giải Tiếng Anh ANOVA Phân tích phương sai Analysis of Variance CMS Chất hoạt động bề mặt Glycerol monostearate CS Cộng sự DL Tải lượng thuốc Drug loading DMAPP Dimethylallyl pyrophosphate Dimethylallyl pyrophosphate EE Hiệu suất đóng gói Encapsulation Efficiency GGPP Geranylgeranyl pyrophosphate Geranylgeranyl pyrophosphate HMG-CoA 3-hydroxy-3-methyl glutaryl CoA 3-hydroxy-3-methyl glutaryl CoA High-performance chromatography HPCL Sắc ký lỏng cao áp liquid IC Nồng độ ban đầu Initial concentration MeOH CH3OH Methanol PBS Dụng dịch đệm phosphate Phosphate-buffered saline PDI Chỉ số phân tán Polydispersity Index ppm Phần triệu Parts per million RSM Phương pháp bề mặt đáp ứng Response surface methodology SD Độ lệch chuẩn Standard deviation SKK Sinh khối khô STT Số thứ tự TCA Hợp chất trung gian Tricarboxylic acid THF Tetra hydro furan Tetrahydrofuran TLC Sắc ký lớp mỏng Thin Layer Chromatography TLTK Tài liệu tham khảo Reference TPC Hàm lượng phenolic tổng Total phenolic content UI Cường độ siêu âm Ultrasound intensity UV Tia cực tím Ultraviolet 8 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Nhu cầu một số vitamin của cá hồi vân.

Nhu cầu một số khoáng chất của cá hồi vân. Công thức thức ăn cho cá hồi giai đoạn nuôi thương phẩm. Các thông số kế hoạch. Thành phần môi trường và nồng độ sử dụng thí nghiệm.

Các yếu tố được khảo sát và mức khảo sát. Ma trận Factorial minium Run Resolution IV screening. Bố trí ma trận kế hoạch thực nghiệm. Lựa chọn điều kiện tối ưu sinh tổng hợp canthaxanthin.

Lựa chọn phương pháp thu nhận sinh khối sau lên men. Bảng ma trận kế hoạch thực nghiệm. Các mức thí nghiệm của các biến biến công nghệ .