BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
---------------

TIỂU LUẬN
ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG
SẢN XUẤT CHẤT TẠO MÀU

Cán bộ hướng dẫn: TS. NGUYỄN MINH XUÂN HỒNG
Học viên thực hiện: ĐẶNG BÁ LĨNH
Khóa: 2019- đợt 2
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

1


TP Hồ Chí Minh – Tháng 6/2020

MỤC LỤC

2


1. GIỚI THIỆU
1.1 Đặt vấn đề
Ngày nay công nghệ sinh học ra đời và phát triển đã mang lại rất nhiều lợi ích cho
con người. Công nghệ sinh học được ứng dụng trong nông nghiệp, y dược, bảo vệ môi
trường và chế biến thực phẩm.
Công nghệ sinh học là việc dựa vào các kỹ thuật nuôi cấy hiện đại, tiên tiến để làm

biến đổi các sinh vật có lợi tùy theo mục địch của con người. Công nghệ sinh học hay
còn gọi là công nghệ biến đổi gen, áp dụng kỹ thuật nuôi cấy mô và tế bào vào nhiều
ngành khác nhau để cải tiến giá trị của vật liệu sinh học.
Đây là một công nghệ hiện đại, dựa trên nền những nền tảng khoa học về sự sống
kết hợp với các yếu tố khác nhằm khai thác tối đa những lợi ích do vi sinh vật hay tế
bào động, thực vật mang lại. Ngày nay, các sản phẩm công nghệ sinh học được chế tạo
ra có giá trị rất cao, phục vụ và đáp ứng cho mọi nhu cầu của con người, đồng thời giúp
bảo vệ môi trường hiệu quả.
Trên thực tế thì công nghệ sinh học đã ra đời từ rất lâu, ngành công nghệ sinh học
truyền thống được ứng dụng trong thực phẩm để tạo ra các loại nước mắm, nước
tương, chao…nghiên cứu ra các loại phân bón nhằm cải tạo đất đai và phục vụ cho
nông nghiệp.
Khi ngành công nghệ sinh học phát triển thêm một bước tiến mới thì có thêm các
thành tựu như sản xuất ra chất tạo ngọt, mì chính, thuốc kháng sinh, acid amin hay các
loại vitamin…
Ngày nay, ngành công nghệ sinh học hiện đại đã có những bước phát triển vượt bậc,
đem lại rất nhiều lợi ích cho con người và được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh
vực khác nhau. Ngành công nghệ sinh học hiện đại được phân chia thành nhiều lĩnh
vực như công nghệ di truyền, công nghệ tế bào, công nghệ enzyme và protein, công
nghệ vi sinh vật, công nghệ môi trường và công nghệ lên men.
Xã hội ngày càng phát triển kéo theo sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật.
Công nghệ sinh học phát triển nhanh chóng đang tạo ra một cuộc cách mạng sinh học
trong các ngành nông nghiệp và công nghiệp thực phẩm.
Việc ứng dụng xử lý tái chế các nguồn phế phụ phẩm từ động vật, thực vật trong các
ngành sản xuất nông nghiệp và công nghiệp thực phẩm, biến đổi những nguyên liệu rẻ
tiền tạo ra những sản phẩm có chất lượng cao, giảm nguy cơ ô nhiễm môi trường,
mang lại hiệu quả kinh tế cho xã hội đang là xu hướng phổ biến.
Trong công nghệ thực phẩm người ta thường sử dụng chất tạo màu để làm cho sản
phẩm có màu sắc đẹp hơn. Với xu hướng dùng các sản phẩm từ tự nhiên các nhà


3


nghiên cứu tiến hành nghiên cứu tách chiết nguồn màu có trong các nguồn vi sinh vật,
thực vật để ứng dụng chế biến thực phẩm.
Do đó em chọn đề tài “Ứng dụng công nghệ sinh học trong sản xuất chất tạo màu”
nhằm tìm hiều về các nguồn vi sinh vật sản xuất chất tạo màu và màu mà chúng tạo ra.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Sản xuất chất tạo màu bằng phương pháp ứng dụng công nghê sinh học
carotenoid

4


2. TỔNG QUAN
2.1 Giới thiêu
Trong những năm gần đây, bằng chứng ngày càng tăng về tác dụng độc tính của
màu tổng hợp đã thúc đẩy các cơ quan quản lý, trên toàn thế giới loại bỏ mạnh mẽ danh
sách các màu thực phẩm tổng hợp được phép. Do các quy tắc và quy định nghiêm ngặt
áp dụng cho các sắc tố tổng hợp / tinh chế hóa học, sở thích của người tiêu dùng và sự
phát triển của ngành công nghiệp thực phẩm, nhu cầu carotenoids như các chất tạo màu
phù hợp và an toàn đang tăng lên. Theo báo cáo gần đây giá trị của carotenoid trên thị
trường thế giới đang gia tăng, năm 2010 được đánh giá là khoảng 1,2 tỉ USD và có thể
lên đến 1,4 tỉ USD trong năm 2020 () khi người tiêu dùng
tiếp tục tìm kiếm các thành phần tự nhiên. [1] Ngoài vai trò là tiền chất chủ yếu của
vitamin và hormone, carotenoids còn đảm nhiệm nhiều vai trò sinh học và sinh lý khác
nhau, từ thu hoạch ánh sáng trong quang hợp đến bảo vệ chống lại các tác nhân oxy
hóa và ánh sáng. [2 -4] Một lý do khác cho xu hướng màu thực phẩm tự nhiên là mối
tương quan được báo cáo giữa việc tiêu thụ một số carotenoids, như lycopene và mối
liên quan của nó với ung thư tuyến tiền liệt. [5] Hơn 600 carotenoids khác nhau được

sản xuất bởi thực vật, tảo, vi khuẩn và nấm. [3] Tuy nhiên, chỉ một số ít có thể thu được
với số lượng hữu ích bằng cách tổng hợp hóa học, chiết xuất từ các nguồn tự nhiên
hoặc lên men vi sinh vật. [4] Các chiến lược được sử dụng để tăng sản lượng sản phẩm
từ vi sinh vật bao gồm sử dụng các chủng sản xuất thừa, bổ sung các enzyme của vi
khuẩn và nấm phá vỡ thành tế bào nấm men và phát triển môi trường nuôi cấy chi phí
thấp làm giảm chi phí sản xuất. [6,7] Các vi sinh vật cung cấp sản xuất carotenoids
kinh tế thông qua các phương pháp công nghệ sinh học và cung cấp một giải pháp thay
thế cho tổng hợp hóa học. [8] Mặc dù nhiều loại carotenoids xuất hiện trong tự nhiên,
nhưng chỉ có một số ít có sẵn trên thị trường bao gồm β-carotene, lycopene,
astaxanthin, canthaxanthin và lutein. [4] Nhu cầu ngày càng tăng của carotenoids đã
kích hoạt sự phát triển của các sản phẩm thực phẩm giàu carotenoids với các đặc tính
dược phẩm để tăng thêm lợi ích cho sức khỏe.
2.2 Đặc điểm hóa học
Carotenoids là một nhóm hydrocacbon bao gồm tám đơn vị isoprenoid được tìm
thấy theo cách sắp xếp các đơn vị isoprenoid được đảo ngược ở trung tâm của phân tử
để hai nhóm methyl trung tâm nằm trong mối quan hệ vị trí 1,6 và không tồn tại các
nhóm methyl nằm trong mối quan hệ vị trí 1,5. [9] Carotenoids tạo thành chuỗi
polyene lớn với 35-40 nguyên tử carbon, được coi là xương sống của phân tử. Chuỗi

5


polyene này cũng là tính năng chủ yếu chịu trách nhiệm cho phản ứng hóa học của
carotenoids đối với các tác nhân oxy hóa và các gốc tự do, và do đó cho bất kỳ vai trò
chống oxy hóa nào. [10] Nói chung, chuỗi polyene càng dài thì khả năng ổn định gốc
peroxyl càng lớn. Bộ xương cơ bản của carotenoids có thể được sửa đổi theo nhiều
cách khác nhau, chẳng hạn như hydro hóa, khử hydro, chu kỳ, di chuyển liên kết đôi,
rút ngắn chuỗi hoặc mở rộng, sắp xếp lại, đồng phân hóa, giới thiệu các chức năng oxy
hoặc kết hợp các quá trình này, dẫn đến sự đa dạng lớn của cấu trúc.
2.3 Lợi ích sức khỏe

Trong số 600 carotenoid từ các nguồn tự nhiên đã được đặc trưng, ít hơn 10%
đóng vai trò là tiền chất của vitamin A. [10] Sự quan tâm gần đây về carotenoids đã
được kích thích bởi các nghiên cứu dịch tễ học cho thấy tiêu thụ thực phẩm giàu
carotene làm giảm tỷ lệ mắc một số bệnh như ung thư, bệnh tim mạch, thoái hóa điểm
vàng do tuổi tác, đục thủy tinh thể, các bệnh liên quan đến chức năng miễn dịch thấp
và các bệnh khác Các bệnh thoái hóa. [11] Không phụ thuộc vào khả năng dinh dưỡng,
các carotenoid chứa chín hoặc nhiều liên kết đôi có thể làm bất hoạt một số loại oxy
phản ứng nhất định, chẳng hạn như oxy nhóm đơn. [12] Hệ thống dài các liên kết đôi
và đơn xen kẽ phổ biến cho tất cả các carotenoid cho phép chúng hấp thụ ánh sáng
trong phạm vi nhìn thấy của phổ. [13] Tính năng này có liên quan đặc biệt đến mắt,
trong đó lutein và zeaxanthin hấp thụ hiệu quả ánh sáng xanh. [14] Giảm lượng ánh
sáng xanh chiếu tới các cấu trúc của mắt rất quan trọng đối với thị lực có thể bảo vệ
khỏi tổn thương oxy hóa do ánh sáng gây ra. [15] Đã có nhiều báo cáo trong những
năm qua về tác dụng tích cực của carotenoids trong chế độ ăn uống hoặc bổ sung trong
việc cải thiện khả năng sinh sản ở một số động vật. [16] Krinsky và Deneke [17] đã
chứng minh rằng các carotenoit bao gồm β-carotene có khả năng ức chế quá trình oxy
hóa gây ra gốc tự do trong lipid liposome. Tuy nhiên, sự tham gia của carotenoids trong
việc ngăn chặn quá trình oxy hóa lipid mật độ thấp vẫn còn gây tranh cãi. Carotenoids
huyết tương cao hơn lúc ban đầu có liên quan đến việc giảm đáng kể nguy cơ mắc bệnh
tim mạch trong một số nghiên cứu tiền cứu [18] nhưng không phải ở những nghiên cứu
khác.[19]
1.4
1.4.1

Ý nghĩa thương mại Carotenoids
Lutein và zexanthin
Lutein, là thành viên của lớp caroten, cụ thể là phân lớp xanthophylls, là một
sắc tố màu vàng xảy ra ở thực vật bậc cao và các sinh vật quang điện khác như tảo.
Lutein được sử dụng làm phụ gia thức ăn để làm sáng màu lông chim và chuẩn hóa


6


màu vàng của lòng đỏ trứng và gà thịt. Lutein cũng được áp dụng để thêm màu sắc vào
thực phẩm. Ngoài ra, lutein, là một chất dinh dưỡng chức năng hiệu quả, có thể mang
lại lợi ích cho sức khỏe con người về các bệnh tim mạch, ung thư, chức năng nhận thức
và thoái hóa điểm vàng liên quan đến tuổi tác (AMD). Thị trường toàn cầu cho lutein
tăng lên 308 triệu đô la Mỹ vào năm 2018 (Lin et al., 2014). Như hoa cúc vạn thọ
(Tagetes erecta L.) phải được thu hoạch định kỳ, khai thác nguồn lutein thông thường
này là một quá trình tốn nhiều thời gian và lao động. Do đó, một số vi tảo đã được đề
xuất như là nguồn thay thế tiềm năng của lutein (Lin et al., 2014), vì chúng có hàm
lượng lutein cao. Những lợi thế khác của việc sản xuất lutein từ vi tảo bao gồm: (1) Vi
tảo là nguồn sinh học rẻ tiền và hiệu quả, có thể được sử dụng để sản xuất các hợp chất
có giá trị gia tăng, bao gồm hóa chất tốt, vitamin, carotenoids và polysacarit. (2) Tốc độ
tăng trưởng của vi tảo cao hơn khoảng 5 lần 10 lần so với các loài thực vật bậc cao. (3)
Vi tảo, có thể được nuôi trồng trong nước biển hoặc nước lợ và trên vùng đất không thể
xâm lấn, không cạnh tranh tài nguyên với cây trồng nông nghiệp thông thường. (4)
Sinh khối vi sinh vật có thể được thu hoạch quanh năm ở nhiều nơi trên thế giới (Lin et
al., 2014)
Các nội dung lutein sau đây được chuyển đổi thành g/kg sinh khối đã được
báo cáo cho các loài vi khuẩn khác nhau (Lin và cộng sự, 2014): Chlorella fusca (4.24.7), Chlorococcum citroforme (7.4), Coelastrum proboscideum (3.4-5.0), Muriella
(2.6), Muriella decolor (0.5), Neospondiococcum gelatinosum (4.4), Tetracystis
aplanosporum (5.9), Tetracystis intermedium (3.5), Tetracystis tetrasporum (4.4),
Chlorella zofingiensis (2.4-2.8). Các loài khác mang lại hàm lượng lutein cao đã được
xác định như Chlorella protothecoides và C. Vulgaris, Scenedesmus obliquus và các
loài khác, cũng như Desmodesmus sp. Một ước tính hợp lý cho năng suất lutein trong
sinh khối vi khuẩn là 5 g/kg, chủ yếu ở dạng tự do, trong khi đó ở thực vật nồng độ
lutein và zeaxanthin từ hoa cúc vạn thọ tương ứng là 15g /kg và 2,5g /kg sinh khối
tương ứng ở dạng ester (Guedes et al., 2011; Lin et al., 2014)
Xanthophyll quan tâm thứ hai, sắc tố màu vàng được gọi là zeaxanthin hoặc

3,3′-dihydroxy-β-carotene, ví dụ, như một chất phụ gia cho thức ăn gia cầm để tăng
cường màu vàng của gà thịt và làm nổi bật màu của gà thịt và làm nổi bật màu của lòng
đỏ trứng. Ngoài ứng dụng làm phụ gia thức ăn hoặc chất tạo màu thực phẩm,
xanthophyll này còn phù hợp để ngăn ngừa AMD, ví dụ trong dược phẩm dinh dưỡng
và như chất bổ sung chế độ ăn uống trong ngành công nghiệp thực phẩm.
Vào giữa những năm 1960, các nhà khoa học tại Hoffmann-La Roche đã phân
lập được một số vi khuẩn biển tạo ra zeaxanthin. Flavobacterium sp. (Bộ sưu tập văn

7


hóa kiểu Mỹ (ATCC) 21588, được phân loại theo tiêu chuẩn phân loại được chấp nhận
thời đó) khi nuôi cấy trong môi trường dinh dưỡng có chứa glucose hoặc sucrose, các
axit amin chứa lưu huỳnh như methionine, cysteine hoặc cysteine, pyridoxine và kim
loại hóa trị hai các ion được chọn từ nhóm bao gồm Fe ++, Co ++, Mo ++ hoặc Mn ++
có thể sản xuất tới 190mg zeaxanthin mỗi lít, với nồng độ cụ thể là 16mg / g khối
lượng tế bào khô (Bằng sáng chế Hoa Kỳ 5827652). Flavobacterium multivorum
(ATCC 55238) hiện đang được nghiên cứu trong nhiều nghiên cứu (Thawornwiriyanun
et al., 2012).
Một loại vi khuẩn sản xuất zeaxanthin khác, Sphingobacterium multivorum,
gần đây đã được chứng minh là sử dụng con đường deoxyxylulose-5-phosphate (DXP).
Đối với việc sản xuất quá mức zeaxanthin với số lượng lớn, một chủng đã được xây
dựng (Bằng sáng chế Hoa Kỳ 5308759). Do nhiều vi khuẩn gần đây đang được kiểm
tra hai con đường khác nhau của quá trình sinh tổng hợp iso pentenyl pyrophosphate
(IPP) (Lange et al., 2000), nên sự phân phối của con đường mevalonate và DXP sẽ
được hiểu rõ hơn. Hơn nữa, việc xác định các gen liên quan đến sinh tổng hợp của IPP
dựa vào kỹ thuật trao đổi chất của các vi sinh vật đã cải thiện năng suất của các hợp
chất isoprenoid quan trọng về mặt thương mại, bao gồm cả carotenoids.
1.4.2


Astaxanthin
Astaxanthin (3,3’-dihydroxy-β, β-carotene-4,4’-dione), là một ketocarotenoid
quan trọng và có giá trị được tích lũy bởi microalga (vi tảo) nước ngọt, Haematococcus
pluvialis (Chlorophyceae), Brevibacterium, Mycobacterium lacticola, Agrobacterium
auratium, và Xanthophy. Các nghiên cứu sử dụng phụ phẩm giá rẻ và dư lượng có
nguồn gốc nông-công nghiệp đã cho thấy khả năng sản xuất astaxanthin từ một số
nguyên liệu như mật đường, nước nho, thủy phân hemiaellulose của bạch đàn, thủy
phân chất thải mù tạt, và thủy phân từ Yucca fillifera [20]. Orosa và cộng sự [21] báo
cáo tác dụng mạnh mẽ của các hợp chất acetate và malonate đối với việc kích thích
tổng hợp và tích lũy astaxanthin cao hơn bốn lần trong nuôi cấy với các hợp chất này,
mặc dù ở nồng độ cao hơn các hợp chất này ức chế sự tăng trưởng. Sự sẵn có của
nguồn carbon trong giai đoạn đứng yên rất quan trọng đối với quá trình tổng hợp
astaxanthin, bởi vì các tế bào lơ lửng trong môi trường hoặc đệm khi không có carbon
không làm tăng nồng độ astaxanthin, nhưng chúng làm trong môi trường có chứa
carbon hoặc sử dụng phương tiện lên men.
Sắc tố màu đỏ cam này được sử dụng rộng rãi như một chất màu thực phẩm,
trong mỹ phẩm và các ứng dụng y tế do hoạt động chống oxy hóa cao. Những
carotenoids này là nguồn màu chính trong vây, da và thịt của cá hồi với màu cam đặc

8


trưng của chúng, đây là một ketocaroten có giá trị thương mại đã được tổng hợp cho cá
ăn để tạo màu mong muốn. [22] Ngoài tác dụng đối với màu sắc, một trong những tính
chất quan trọng nhất của astaxanthin, là tính chất chống oxy hóa của nó đã được báo
cáo là vượt qua cả β-carotene hoặc thậm chí là α-tocopherols (cao gấp 100 lần 500)
[23] để bảo vệ các sinh vật chống lại một loạt các bệnh như các vấn đề về tim mạch,
các loại ung thư và các bệnh miễn dịch khác nhau. Các chất bổ sung astaxanthin khác
nhau bao gồm các dung dịch tiêm, viên nang hoặc kem bôi đã được sản xuất để ngăn
ngừa cháy nắng khi tiếp xúc với tia cực tím. [24]

1.4.3

Canthaxanthin
Canthaxanthin là một di-ketcarotenoid (β, β-carotene-4,4’-dione), xảy ra tự
nhiên trong nhiều loại sinh vật sống, nơi nó đóng vai trò quan trọng trong việc thể hiện
sự trưởng thành của động vật và trong việc bảo vệ các mô chống lại các gốc tự do oxy
hóa. [25] Năng suất thấp của canthaxanthin bởi Brevibacterium KY-4313 và sự phát
triển chậm (vài tuần) của vi tảo Dictyococcus cinnabarinus cùng với năng suất tương
đối thấp xuất hiện để ngăn chặn việc sản xuất canthaxanthin của các vi sinh vật này bị
chi phối bởi tổng hợp hóa học. Tuy nhiên, các cuộc điều tra gần đây đã báo cáo
Haloferax alexandrinus là một trong những vi sinh vật có triển vọng nhất để sản xuất
thương mại canthaxanthin. Khả năng của loài khảo cổ này, với tư cách là một thành
viên của Halophilc Archaea, phát triển ở nồng độ cao của NaCl và các tế bào của nó dễ
dàng phân hủy trong dung dịch có cường độ ion thấp (nước ngọt) là những lợi thế đáng
chú ý theo quan điểm công nghệ sinh học. Trong số các chủng phân lập, chủng TM đã
được báo cáo là tạo ra lượng canthaxanthin đáng kể (700 ug / g tế bào khô). [26]
Canthaxanthin đã được sử dụng làm phụ gia thực phẩm và thức ăn cho các trang trại
trứng ( long trứng đỏ), cá và động vật giáp xác, trong mỹ phẩm và như một chất nhuộm
màu dùng cho da người trong các ứng dụng dược phẩm. [27]

1.4.4

Lycopene
Các chế phẩm lycopene thương mại được bào chế dưới dạng huyền phù dầu
hoặc bột phân tán trong nước. Trong số các carotenoids có chín hoặc nhiều liên kết đôi
liên hợp trở lên, lycopene là chất khử oxy nhóm đơn hiệu quả nhất. [26] Lycopene,
chất chống oxy hóa tự nhiên mạnh nhất, là một tetraterpene đối xứng được lắp ráp từ 8
đơn vị isoprene. Nấm của chi Phycomyces và Blakeslea là những nhà sản xuất
lycopene tiềm năng. Chất ức chế Cyclase 2- (4-chlorophenylthio)-triethylamine
(CPTA) và các chất kích thích hóa học như pyridine, imidazole và methylheptenone đã

được báo cáo để kích thích tích lũy lycopene ở B. trispora và P. blakesleus. [28] Đặc

9


điểm quan trọng nhất của lycopene là hoạt động dập tắt oxy nhóm đơn rất cao và khả
năng biểu hiện để ngăn chặn sự tăng sinh của các tế bào khối u MSF-7. [29] Lycopene
tìm thấy các ứng dụng trong đồ uống, thực phẩm từ sữa, surimi, bánh kẹo, súp, thanh
dinh dưỡng, ngũ cốc ăn sáng, mì ống, khoai tây chiên, nước sốt, đồ ăn nhẹ, nước chấm.
[28]
β-caroten
β-caroten từ Blakesea trispora
Sinh vật nguồn, B. trispora, là một nấm mốc liên kết với thực vật nhiệt đới. Nấm
tồn tại trong các loại (+) và (-) giao phối, trong đó loại (+) tổng hợp axit trisporic, một
chất chuyển hóa của β-carotene. Khi giao phối hai loại theo tỷ lệ cụ thể, (-) được kích
thích bởi axit trisporic để tổng hợp một lượng lớn β-carotene. Nấm mốc cho thấy
không có khả năng gây bệnh hoặc độc tính, trong các thử nghiệm gây bệnh tiêu chuẩn
ở chuột, bằng các phân tích chiết xuất của một số chất lên men cho độc tố nấm và bằng
xét nghiệm miễn dịch enzyme của sản phẩm cuối cùng, tinh thể β-carotene, cho bốn
loại độc tố mycotoxin. Sản phẩm β-carotene đầu tiên của B. trispora đã được ra mắt
vào năm 1995 tại cuộc họp kinh doanh Thực phẩm Châu Âu tại London sau khi tối ưu
hóa quá trình lên men. (Laurent Dufossé, 2016)
β-caroten từ Phycomyces blakesleeanus
Một loại nấm mốc khác, Phycomyces blakesleeanus, là một nguồn tiềm năng
cho các hóa chất khác nhau bao gồm β-carotene. Hàm lượng carotene của loại hoang
dã được trồng trong điều kiện tiêu chuẩn rất khiêm tốn, khoảng 0,05 mg mỗi gram khối
lượng khô, nhưng một số đột biến tích lũy tới 10 mg g -1. Đối với B. trispora, kích thích
sinh dục carotene là rất cần thiết và có thể tăng năng suất lên tới 35 mg g -1 . Các chủng
Phycomyces có năng suất cao nhất đạt được tiềm năng caroten đầy đủ của chúng trên
chất nền rắn hoặc trong môi trường lỏng mà không bị khuấy trộn. B. trispora thích hợp

hơn cho sản xuất trong các sản phẩm lên men thông thường. (Laurent Dufossé, 2016)
β-caroten từ Mucor Circinelloides
Mucor Circinelloides loài hoang dã có màu vàng vì nó tích lũy β-carotene làm
carotenoid chính. Các tính năng cơ bản của sinh tổng hợp carotenoid, bao gồm quang
hóa, là tương tự trong Phycomyces và Mucor. M. Circinelloides phản ứng với ánh sáng
xanh bằng cách kích hoạt sinh tổng hợp. Các chủng loại hoang dã được trồng trong
bóng tối chứa một lượng β-carotene tối thiểu do mức độ phiên mã thấp của các gen cấu
trúc để tạo ra caroten. Khi tiếp xúc với xung ánh sáng, mức độ phiên mã của các gen
này tăng mạnh, dẫn đến nồng độ sắc tố cao. M. Circinelloides là một loại nấm lưỡng

1.4.5

10


hình phát triển dưới dạng tế bào nấm men hoặc ở dạng sợi nấm, và nghiên cứu hiện
đang tập trung vào các đột biến giống như nấm men có thể hữu ích trong sản xuất công
nghệ sinh học. (Laurent Dufossé, 2016)
Các ứng dụng của β-caroten
Báo cáo nghiên cứu chỉ ra rằng β-carotene tự nhiên sở hữu nhiều lợi ích cho cơ
thể con người và luôn ủng hộ việc sử dụng β-carotene như một phần của chế độ ăn
uống của con người. Cơ thể con người chuyển đổi β-carotene thành vitamin A thông
qua các mô cơ thể trái ngược với gan, do đó tránh được sự tích tụ độc tố trong gan.
Vitamin A rất cần thiết cho cơ thể con người vì nó hỗ trợ hệ thống miễn dịch của cơ thể
và giúp chống lại các bệnh về mắt, như đục thủy tinh thể và quáng gà, các bệnh ngoài
da khác nhau như mụn trứng cá, dấu hiệu lão hóa và các dạng ung thư khác nhau. βCarotene có phẩm chất chống oxy hóa. Chất chống oxy hóa giúp làm trung gian tác
động có hại của các gốc tự do, tiềm ẩn trong hơn 60 bệnh đe dọa đến tính mạng bao
gồm nhiều dạng ung thư, bệnh tim mạch vành, lão hóa sớm và viêm khớp. Ngoài ra,
chất chống oxy hóa của β-carotene hỗ trợ cơ thể ngăn chặn các tác động của lão hóa
sớm do tia UV gây ra. β-Carotene cũng được thêm vào nhiều sản phẩm mỹ phẩm và

chăm sóc cơ thể như một chất tạo màu vô hại để cải thiện sự hấp dẫn của sản phẩm
(Laurent Dufossé, 2016)
β-Carotene là một trong những chất màu thực phẩm hàng đầu trên thế giới. βCarotene đã được áp dụng cho một loạt các sản phẩm thực phẩm và đồ uống để cải
thiện sự xuất hiện của họ cho khách hàng, bao gồm các mặt hàng như bơ thực vật, phô
mai, nước ép trái cây, đồ nướng, sản phẩm sữa, đồ hộp, bánh kẹo, và gia vị y tế một vài
β-Carotene được sử dụng trong các loại thức ăn cho vật nuôi khác nhau, vừa là chất tạo
màu vừa là tiền chất của vitamin A. β-Carotene có thể được áp dụng cho một loạt các
loại thực phẩm động vật được thiết kế cho vật nuôi, bao gồm chó, mèo, cá và chim.
Các đặc tính vitamin A chống oxy hóa và tiền chất làm tăng sự hấp dẫn và ứng dụng
của β-carotene trong thức ăn vật nuôi. Ngoài ra, b-carotene là một caroten quan trọng
có thể hỗ trợ cải thiện màu sắc của chim, cá và động vật giáp xác, cũng như cải thiện
sự hiện diện của thức ăn vật nuôi. (Laurent Dufossé, 2016)
1.4.6
C50 Carotenoids (Sarcinaxanthin, Decaprenoxanthin)
không được sản xuất bởi thực vật tự nhiên
Trong tự nhiên, C50 carotenoids được sinh tổng hợp độc quyền bởi vi khuẩn
thuộc Actinomycetales. Cho đến nay, chỉ có ba con đường sinh tổng hợp C50 caroten

11


khác nhau đã được mô tả: (1) β-cyclic C50 carotenoid C.p. 450 trong Dietzia sp. CQ4C.p. các chữ cái được sử dụng vì caroten này lần đầu tiên được phân lập trong
Corynebacterium poinsettiae; (2) con đường sarcinaxanthin γ-cyclic sarcinaxanthin
trong Micrococcus luteus NCTC2665; và (3) con đường decaprenoxanthin ε-cyclic
trong C. glutamicum. Hơn 95% tất cả các carotenoid tự nhiên có nguồn gốc từ xương
sống C40 phytoene đối xứng, và chỉ một số lượng nhỏ C 30 và thậm chí ít hơn C50
carotenoids đã được phát hiện trong tự nhiên. Các carotenoid C50 được biết đến ngày
nay có nhiều liên kết đôi liên hợp, chứa ít nhất một nhóm hydroxyl; cả hai tính năng
này góp phần vào tính chất chống oxy hóa mạnh mẽ của chúng. Do đó, các
carotenoids, chỉ được sản xuất bởi các vi sinh vật, có thể phù hợp cho màu thực phẩm

cũng như cho các ứng dụng dược phẩm (Heider et al., 2014).

12


3. KẾT LUẬN
Carotenoids là các hợp chất hoạt tính sinh học có giá trị với các đặc tính dinh
dưỡng. Các loại nấm men như Phaffia, Rhodotorula và tảo như Dunaliella đã được xác
định là nguồn carotenoids có ý nghĩa thương mại. Tuy nhiên, các loại carotenoids và
lượng tương đối của chúng có thể thay đổi tùy thuộc vào môi trường canh tác, sự hiện
diện của chất ức chế và chất kích thích, nhiệt độ, pH, tốc độ sục khí và độ sáng. Mặc
dù các phương pháp vật lý, hóa học và enzyme khác nhau đã được áp dụng để chiết
xuất carotenoids, phục hồi từ ma trận tế bào vẫn là một quá trình tốn kém. Các loại
caroten khác nhau có nguồn gốc vi sinh vật như astaxanthin, lycopene, β-carotene và
canthaxanthin đang được thương mại hóa ở một mức độ nào đó và tìm kiếm các ứng
dụng trong đồ uống, thực phẩm từ sữa, các loại ngũ cốc, thịt, mỹ phẩm, dược phẩm,
thủy sản và các loại khác. Nhu cầu ngày càng tăng của carotenoids đã kích hoạt nghiên
cứu tập trung nhiều hơn vào việc sản xuất carotenoids thương mại. Sự phát triển công
nghệ sinh học của các chủng mới có thể chịu được các điều kiện công nghiệp mạnh mẽ
và sử dụng chất thải công nghiệp vì chất nền sẽ giúp làm giảm tính kinh tế của toàn bộ
quá trình. Một đa dạng sinh học rộng lớn của các vi sinh vật vẫn đang được khám phá
từ các môi trường sống khác nhau để khai thác như các nhà máy carotenoid tiềm năng.

13


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Asker, D.; Ohta, Y. Production of canthaxanthin by Haloferax alexandrinus under
nonaseptic conditions and a simple, rapid method for its extraction. Applied
Microbiology and Biotechnology 2002, 58, 743–750.

2. Bandich, A.; Olson, J.A. Biological actions of carotenoids. FASEB Journal 1989, 3,
1927–1932.
3. Buzzini, P.; Martini, A. Production of carotenoids by strains of Rhodotorula glutinis
cultured in raw materials of agro-industrial origin. Bioresource Technology 2000, 71,
41–44.
4. Clinton, S.K. Lycopene: Chemistry, biology and implications for human health and
disease. Nutrition Reviews 1998, 56, 35–51.
5. Corol, D.; Dorobantu, I.I.; Toma, N.; Nitu, R. Diversity of biological functions of
carotenoids. Romanian Biotechnological Letters 2002, 8 (1),1067–1074.
6. Di Mascio, P.; Murphy, M.E.; Sies, H. Antioxidant defense systems, the role of
carotenoids, tocopherols and thiols. American Journal of Clinical Nutrition 1991, 53,
194S–200S.
7. Fang, T.J.; Wang, J.M. Extractability of Astaxanthin in a mixed culture of a carotenoid
overproducing mutant of Xanthophyllomyces dendrorhous and Bacillus circulans in
two stage batch fermentation. Process Biochemistry, 2002, 27, 1235–1245.
8. Feofilova, E.P.; Tereshina, V.M.; Memorskaya, A.S.; Dul’kin, L.M.; Goncharov, N.G.
Fungal lycopene, the biotechnology of its production and prospects for its application
in medicine. Microbiology 2006, 75, 629–633.
9. Gerster, H. Potential role of Beta-carotene in the prevention of cardiovascular disease.
International Journal of Vitamin and Nutrition Research 1991, 61, 277–291.
10. Goodwin, T.W. The biochemistry of the carotenoids, Vol 1, Plants; Chapman Hall:
London, 1980; 257–290.
11. Gu, Z.; Chen, D.; Han, Y.; Chen, Z., Gu F. Optimization of carotenoids extraction from
Rhodobacter sphaeroides. LWT 2008, 41, 1082–1088.
12. Guedes, A.C., Amaro, H.M., Malcata, F.X., 2011. Microalgae as sources of
carotenoids. Marine Drugs 9, 625–644.
13. Gurpreet Kaur Chandi & Balmeet Singh Gill (2011) Production and Characterization
of Microbial Carotenoids as an Alternative to Synthetic Colors: a Review, International
Journal of Food Properties, 14:3, 503-513, DOI: 10.1080/10942910903256956
14. Gurpreet Kaur Chandi & Balmeet Singh Gill (2011) Production and Characterization

of Microbial Carotenoids as an Alternative to Synthetic Colors: a Review, International
Journal of Food Properties, 14:3, 503-513, DOI: 10.1080/10942910903256956

14


15. Haard, N.F. Astaxanthin formation by yeast Phaffia rhodozyma on molasses.
Biotechnology Letters 1988, 10, 609–614.
16. Halliwell, B.; Gutteridge, J.M.C. Free radicals in biology and medicine, 3rd ed.; New
York, NY: Oxford University Press, New York.
17. Higdon, J. Chlorophyll and chlorophyllin. 2004. />phytochemicals/chlorophylls/ (Accessed 17 February, 2011).
18. Johnson, E.A.; Schroeder, W.A. Microbial carotenoids. Advances in Biochemical
Engineering and Biotechnology 1995, 53, 119–178.
19. Krinsky, N.I. The biological properties of carotenoids. Pure and Applied Chemistry
1994, 66 (6), 1003–1010
20. Krinsky, N.I.; Deneke, S.M. Interaction of oxygen and oxy-radicals with carotenoids.
Journal of the National Cancer Institute 1982, 69, 205–210.
21. Krinsky, N.I.; Landrum, J.T.; Bone R.A. Biological mechanisms of the protective role
of lutein and zeaxanthin in the eye. Annual Review of Nutrition 2003, 23,171–201.
22. Lange, B.M., Rujan, T., Martin, W., Croteau, R., 2000. Isoprenoid biosynthesis: the
evolution of two ancient and distinct pathways across genomes. Proceedings of the
National Academy of Sciences of the United States of America 97, 13172–13177.
23. Laurent Dufossé. Pigments, Microbial . Reference module in life sciences, 2016. ffhal01734750f
24. Lin, J.-H., Lee, D.-J., Chang, J.S., 2014. Lutein production from biomass: marigold
flowers versus microalgae. Bioresource Technology 184, 421–428.
25. Lorenz, R.T. Method for retarding and preventing sunburn by UV light, U.S. Patent,
6433025, 2002.
26. Marusich, W.L.; Bauerfeind, J.C. Oxycarotenoids in poultry feed. In: Bauerfeind, J.C.;
Ed.; Carotenoids as colorants and retinol precursors; Academic Press: New York, 1981;
320–462

27. Moller, A.P.; Biard, C.; Blount, J.D.; Houston, D.C.; Ninni, P.; Saino, N.; Surai, P.F.
Carotenoiddependent signals indicators of foraging efficiency, immunocompetence or
detoxification ability? Avian Poultry Biology Reviews 2000, 11, 137–159.
28. Naguib Antioxidant activities of Astaxanthin and related carotenoids Journal of
Agricultural Chemistry 2000, 48, 1150–1154.
29. Orosa, M.; Valero, J.F.; Herrero, C.; Abalde, J. Comparison of the accumulation of
astaxanthin in Haematococcus pluvialis and other green microalgae under N-starvation
and high light conditions. Biotechnology Letters 2001, 23, 1079–1085.
30. Perera, C.O.; Yen, G.M. Functional properties of carotenoids in human health
International Journal of Food Properties, 2007, 10, 201–230.

15


31. Rissanen, T.H.; Voutilainen, S.; Nyyssonen, K. Low serum lycopene concentration is
associated with an excess incidence of acute coronary events and stroke: the Kuopio
Ischaemic Heart Disease Risk Factor Study. British Journal of Nutrition 2001, 85 (6),
749–754.
32. Sesso, H.D.; Buring J.E.; Norkus E.P.; Gaziano J.M. Plasma lycopene, other
carotenoids and rentinol and the risk of cardiovascular disease in women. American
Journal of Clinical Nutrition 2004, 79 (1), 47–53.
33. Thawornwiriyanun, P., Tanasupawat, S., Dechsakulwatana, C., Techkarnjanaruk, S.,
Suntornsuk, W., 2012. Identification of newly zeaxanthin-producing bacteria isolated
from sponges in the Gulf of Thailand and their zeaxanthin production. Applied
Biochemistry and Biotechnology 167, 2357–2368.
34. Zeb, A.; Mehmood, S. Carotenoids content from various sources and their potential
health applications. Pakistan Journal of Nutrition 2004, 3, 199–204.

16