Tách chiết beta-glucan từ nấm men bia không gây ô nhiễm môi trường

Để sản xuất beta-glucan, chất bổ sung sinh học nhờ vào khả năng kích thích hệ thống kháng thể trên quy mô công nghiệp và không gây ô nhiễm môi trường, ông Nguyễn Văn Năm cùng với các cộng sự ở Công ty CP Công nghệ Hóa sinh Việt Nam tìm ra phương pháp sinh học đảm bảo chất lượng beta-glucan được tách chiết từ thành tế bào nấm men bia.

Tận dụng  phế thải ngành sản xuất bia
 
Từ lâu, beta-glucan đã được sử dụng nhiều trong y học cũng như chăn nuôi gia súc, gia cầm, nuôi trồng thủy sản nhằm tăng cường hệ miễn dịch đề phòng chống, ngăn ngừa và hỗ trợ điều trị bệnh cho người, vật nuôi. Bởi vậy, các nhà nghiên cứu luôn tìm kiếm các phương pháp để tách chiết được beta-glucan tinh sạch, có chất lượng cao. Theo ông Nguyễn Văn Năm, từ lâu các nhóm nghiên cứu trên thế giới và cả Việt Nam đã sử dụng nhiều phương pháp khác nhau để tách chiết được beta-glucan từ thành tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae. “Nấm men bia có cấu trúc sinh học với liên kết vững chãi và có thể sản xuất trên quy mô công nghiệp. Đây là 2 đặc tính rất quan trọng với ngành công nghiệp sản xuất beta-glucan” – ông Năm nói. 
 
Thực tế, nấm men bia được tách chiết từ phế thải của nhà máy sản xuất bia. Trung bình để sản xuất 1000 lít bia xả ra 10 kg men thải với độ ẩm trung bình khoảng 85%. Lâu nay, lượng nấm men này chủ yếu được dùng để chế biến thức ăn động vật hoặc thải ra ngoài môi trường. Trong tế bào nấm men, thành tế bào chiếm khoảng 10-20% trọng lượng khô, trong đó beta-glucan chiếm 50-60% lượng chất khô của thành tế bào nấm men. Vì thế, việc tách chiết beta-glucan từ nấm men bia rất phù hợp với quy mô sản xuất công nghiệp so với tách chiết từ các loại nấm khác. 
 
Ông Năm giải thích: ‘Nếu như tách từ nấm rơm, nấm linh chi… giá thành không chỉ đắt đỏ mà còn khó sản xuất trên quy mô công nghiệp. Trong khi đó, nấm men bia cho giá thành rẻ và đồng đều về chất lượng do là kết quả của quá trình sản xuất bia công nghiệp. Điều này sẽ tăng khả năng cạnh tranh với sản phẩm nhập khẩu”. 
 
Không chỉ vậy, nấm men bia còn có ưu thế về mặt cấu trúc với liên kết hình cầu,, mà trong hình học là cấu trúc vững chắc nhất. Trong khi đó, beta-glucan sau khi tách chiết phải giữ được đầy đủ hai liên kết 1-3, 1-6 mới có giá trị cao về hoạt tính sinh học. 
 
Do thành tế bào nấm men có cấu trúc rất bền vững nên việc tách chiết beta-glucan từ thành tế bào rất khó khăn bởi khi đó sẽ rất khó thu được hoạt chất có độ tinh sạch cao. Thông thường, cách dễ nhất để tách chiết beta-glucan là sử dụng kiềm nồng độ cao hoặc nấu kiềm kết hợp xử lý bằng axit, hoặc sử dụng tác nhân oxy hóa, tác nhân khử và các dung môi hữu cơ. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là ảnh hưởng tới cấu trúc liên kết, và dẫn đến việc ảnh hưởng tới hoạt tính sinh học của beta-glucan. Đó là chưa kể tới việc, chất thải ra môi trường sau quy trình tách chiết sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
 
Một số nhóm nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam đã chuyển đổi từng phần hoặc hoàn toàn việc sản xuất bằng công nghệ sinh học sử dụng enzym trong điều kiện mềm và ít gây ô nhiễm môi trường hơn.
 
Do đó vào năm 2018, ông Nguyễn Văn Năm và nhóm nghiên cứu tại công ty đã đề xuất thực hiện đề tài “Nâng cấp và hoàn thiện công nghệ sản xuất beta-glucan và probiotic - đa enzyme sử dụng trong nuôi tôm công nghiệp thay thế kháng sinh và hoá chất diệt khuẩn độc hại” thuộc dự án “Đẩy mạnh đổi mới sáng tạo thông qua nghiên cứu, khoa học và công nghệ" (Dự án FIRST) do Bộ KH&CN quản lý và Ngân hàng Thế giới tài trợ. Ông Năm nói: “Trước khi tham gia vào dự án FIRST thì chúng tôi đã có một số kết quả nghiên cứu làm tiền đề nhưng mới ở quy mô phòng thí nghiệm. Việc tham gia dự án FIRST được chúng tôi kỳ vọng sẽ là cơ hội để chúng tôi có được một giải pháp công nghệ ổn định và có thể mở rộng sản xuất ở quy mô công nghiệp”. Khi đó, ông đặt mục tiêu là tìm ra quy trình tách chiết beta-glucan không sử dụng nồng độ kiềm hoặc axit cao, không sử dụng nhiệt độ cao, ít gây ô nhiễm môi trường.
 

 
Để đạt được mục tiêu này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng hydro peroxit và chế phẩm enzym để phá hủy/thủy phân các thành phần cấu trúc đồng hành với beta-glucan trong thành tế bào nấm men bia. Cơ sở của giải pháp này là protein trong thành tế bào có thể bị thủy phân bởi proteinaza và anpha-glucan bị thủy phân bởi amylaza. Khi đó, các protein sẽ được loại bỏ khỏi beta -glucan trong điều kiện nồng độ kiềm và nhiệt độ xử lý thấp hơn. 
 
Để tách chiết beta -glucan từ thành tế bào nấm men bia, nhóm nghiên cứu thực hiên việc tự phân tế bào nấm men bia; dùng chế phẩm oryzaezyme thủy phần để thu về chủng nấm mốc tương Aspergillus oryzae; xử lý sản phẩm thu được bằng hydro peroxit; xử lý bằng dung dịch NaOH 0,2-0,3M ở nhiệt độ phòng; xử lý bằng dung dịch NaOH 0,2-0,3M ở nhiệt độ 80 độ C, trung hòa và chiết β-glucan bằng dung dịch axit axetic 0,5N hoặc etanol 96% rồi rửa bằng nước RO. Kết quả nghiệm thu từ dự án FIRST, ông Nguyễn Văn Năm và nhóm nghiên cứu sản xuất được 5,1 tấn beta -glucan với độ tinh khiết từ 40% - 60%. 
 
Cạnh tranh trong ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi
 
Ông Nguyễn Văn Năm tự hào nói rằng, kết quả thu được từ dự án trên,công ty đã tiếp tục hoàn thiện quy trình cũng như xây dựng thêm một nhà máy sản beta–glucan ở Thạch Thất để đáp ứng nhu cầu sản xuất trên quy mô công nghiệp. Khách hàng chủ yếu là các công ty sản xuất thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm và thủy sản và sản xuất thuốc thú y. Việc có được nhà máy sản xuất giúp Công ty CP Công nghệ Hóa sinh Việt Nam có thể chủ động sản xuất beta-glucan theo yêu cầu của phía đơn vị nhập hàng. Tùy vào nhu cầu sử dụng mà các doanh nghiệp sẽ yêu cầu độ tinh khiết cũng như sản phẩm ở dạng dung dịch hay bột. “Chúng tôi tự tin sản phẩm đủ sức cạnh tranh với hàng nhập khẩu về chất lượng mà giá thành lại rẻ hơn 5-10%. Chúng tôi cũng đã hoàn thành quy trình tách chiết beta-glucan dạng tan cũng như có độ tinh khiết lên tới 80% – ông Năm nói.
 
Là thành viên của Hội nghề cá Việt Nam, nhiều năm qua, ông vẫn luôn đau đáu việc ngành nuôi trồng thủy sản đã và đang sử dụng quá nhiều chất độc hại thải ra môi trường. Bởi vậy, từ beta–glucan, ông Năm và các cộng sự tại Công ty CP Công nghệ Hóa sinh Việt Nam xây dựng nhiều sản phẩm để “nâng bước cho con tôm” từ việc nâng cao hệ miễn dịch đến bổ sung các yếu tố lợi khuẩn, tăng sức đề kháng qua thức ăn và sử dụng các chế phẩm sinh học có probiotic để xử lý môi trường. 
 
Tuy nhiên trong 2 năm trở lại đây, nguồn nguyên liệu đầu vào là nấm nem bia sụt giảm nghiêm trọng do ảnh hưởng cũng dịch bệnh cũng như lượng tiêu thụ bia trên thị trường Việt Nam cũng thấp hơn trước đây. Nhiều nhà máy đóng cửa, số nhà máy còn lại, công suất chỉ còn khoảng 3/4. Để đối phó với tình huống này, ông Nguyễn Văn Năm cho biết, nhóm tiếp tục hoàn thiện quy trình tách chiết, tối ưu các công thức để tận dụng tối đa nguồn nguyên liệu đầu là cách duy nhất. Trong đó, beta–glucan sẽ được xuất đi với chất lượng và độ tinh khiết cao hơn và tận dụng các hoạt chất khác như protease, probiotic… để sản xuất các sản phẩm phục vụ chăn nuôi. 
Quy trình tách chiết glucan của ông Nguyễn Văn Năm và các công sự đã được Cục Sở hữu trí tuệ cấp bằng độc quyền giải pháp hữu ích số 2-0002686 được công bố ngày 25/8/2021. 
 
Bích Ngọc 
(Bài viết hợp tác giữa Cục Sở hữu trí tuệ và Báo Khoa học và Phát triển)