Khoa học công nghệ ngành Công Thương

Chủ nhật, 29/11/2020 | 00:32

Chủ nhật, 29/11/2020 | 00:32

Kết quả nhiệm vụ KHCN

Cập nhật lúc 14:05 ngày 28/02/2020

Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong tách chiết astaxanthin từ nấm men Xanthophyllomyces dendrorhous làm thực phẩm chức năng

Astaxanthin là chất màu thuộc nhóm carotenoid có hoạt tính kháng oxi hóa mạnh cùng một số chức năng sinh học quan trọng. Nấm men đỏ Xanthophyllomyces dendrorhous được xem như là một nguồn astaxanthin tự nhiên có tiềm năng lớn trong sản xuất ở quy mô thương mại. Tuy nhiên, việc thu hồi astaxanthin gặp nhiều trở ngại do thành tế bào nấm men dày rất khó áp dụng phương pháp trích ly bằng dung môi. Một phương pháp mới an toàn sử dụng kết hợp giữa axit hữu cơ và sóng siêu âm để tách chiết astaxanthin từ nấm men đỏ được đánh giá trong nghiên cứu này. Các thông số cho quá trình phá vỡ tế bào và tách chiết astaxanthin gồm loại dung môi, nhiệt độ, thời gian, công suất siêu âm được khảo sát. Hiệu suất thu hồi astaxanthin đạt cao nhất (94,26%) khi sử dụng  axít lactic 3M làm dung môi với tỷ lệ giữa nguyên liệu và axít là 3g/20 ml cùng với trợ giúp của sóng siêu âm ở công suất 80 W, nhiệt độ 50°C trong thời gian 15 phút để phá vỡ tế bào và sử dụng cồn 96% để chiết. Nghiên cứu đã đưa ra được một phương pháp tách chiết astaxanthin từ nấm men Xanthophyllomyces dendrorhous đơn giản, hiệu quả và an toàn, không để lại tồn dư hóa chất cho sản phẩm cuối cùng phù hợp với sản xuất quy mô công nghiệp. 
Từ khóa. Astaxanthin, carotenoid, nấm men đỏ, sóng siêu âm, tách chiết.
I. Đặt vấn đề
Astaxanthin là một trong những sản phẩm bán chạy nhất hiện nay trên thị trường carotenoid với 100 – 130 tấn mỗi năm và nó là một chất kháng ô xi hóa sinh học mạnh được sử dụng nhiều trong ngành nuôi trồng thủy sản như tôm, cua, cá hồi, trứng cá, cá cảnh và sao biển [4]. Nhiều nghiên cứu cũng đã chứng minh rằng astaxanthin có nhiều đặc tính sinh học có lợi cho sức khỏe của con người và động vật như ngăn ngừa bệnh tim mạch,  nâng cao hệ miễn dịch và các hoạt động kháng ô xi hóa, và nhờ vậy nó được sử dụng trong thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm [3].
Nấm men đỏ Xanthophyllomyces dendrorhous được đánh giá là nguồn sản sinh astaxanthin tự nhiên có tiềm năng lớn để phát triển ở quy mô công nghiệp [1]. Astaxanthin là một sản phẩm nội bào nên việc phá vỡ tế bào nấm men là bước quan trọng nhất trong công đoạn thu hồi. Vì thành tế bào nấm men khá dày nên việc phá vỡ tế bào gặp nhiều khó khăn khi sử dụng dung môi thông thường. Một số nghiên cứu trước đây đã chứng minh rằng dimethyl sulphoxide (DMSO) là dung môi hiệu quả nhất trong việc phá vỡ tế bào nấm men. Tuy nhiên, DMSO bị tổ chức FDA cấm sử dụng đối với các sản phẩm dành cho con người [11]. Hơn nữa, DMSO cũng có giá thành tương đối cao nên sẽ không có hiệu quả kinh tế khi sử dụng sản xuất quy mô lớn. Bởi vậy, việc tìm ra một phương pháp thu hồi astaxanthin an toàn và hiệu quả thích hợp cho người sử dụng là hết sức cần thiết.
Một số phương pháp phá vỡ tế bào nấm men mang tính an toàn hơn đã được áp dụng trong đó có sử dụng axít hữu cơ nhưng hiệu quả lại tương đối thấp. Lima và cộng sự đã đưa ra một tiếp cận dựa trên việc nghiền và chiết tế bào bằng phương pháp siêu tới hạn. Tuy nhiên, do hiệu suất nghiền thấp cộng với yêu cầu về sử dụng áp suất cao trong chiết suất siêu tới hạn nên quy trình này có giá thành cao và không an toàn trong sản xuất quy mô lớn [7]. Sản lượng astaxanthin tách chiết đạt 75% khi sử dụng phương pháp bằng axeton kết hợp với vi sóng ở 75ºC trong 5 phút [9]. 
Gần đây, những ứng dụng của việc chiết suất hoạt chất sinh học bằng sóng siêu âm đã bắt đầu được các nhà khoa học quan tâm nhiều hơn nhờ khả năng tái sinh cao trong thời gian ngắn, dễ vận hành, tiêu thụ ít dung môi và sử dụng nhiệt độ thấp, tốn ít năng lượng nên dễ dàng áp dụng ở quy mô sản xuất thương mại [5]. Sóng siêu âm có thể được áp dụng làm tăng cường sự phá vỡ tế bào và cũng có thể sử dụng kết hợp với xử lý hóa học như axít để đạt được mục tiêu là nâng cao hiệu quả xử lý. Cơ chế của việc làm tăng khả năng phá vỡ tế bào khi sử dụng sóng siêu âm kết hợp với hiện tượng tạo bong bóng gây nhiễu loạn và tạo ra ứng suất cắt từ những sóng va chạm nhau sản sinh ra do quá trình nổ tung của bản thân bên trong những bong bóng. Astaxanthin được tách chiết bằng cồn 60% trong thiết bị đánh sóng siêu âm (200W, 20 kHz, 26,09 phút) có hàm lượng thu hồi là 1472,85 ± 43,64 µg/g chất khô [10]. 
Đánh giá những kết quả nghiên cứu liên quan đến astaxanthin cho thấy rằng việc sử dụng kết hợp sóng siêu âm với xử lý axít để tách chiết astaxanthin vẫn chưa được khảo sát nhiều. Bởi vậy, mục tiêu của nghiên cứu này là khảo sát khả năng tách chiết astaxanthin từ nấm men đỏ của sóng siêu âm kết hợp với dung môi axít hữu cơ an toàn. Những thông số của quá trình phá vỡ tế bào gồm loại dung môi, nồng độ dung môi, công suất siêu âm, tỷ lệ nguyên liệu và dung môi nhiệt độ, thời gian chiết được khảo sát trong nghiên cứu này.  
II. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
2.1. Chủng vi sinh vật và nuôi cấy
Chủng nấm men đột biến Xanthophyllomyces dendrorhous DT1 được nuôi ở 4°C trong ống thạch nghiêng chứa môi trường YM, được cấy chuyển hàng tháng. Chủng nấm men được nuôi cấy trên thiết bị lên men 14 lít chứa môi trường dịch lỏng (Nước dứa 10%; Cao nấm men 6,2 g/l; Bột đậu tương 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) pH 6 ở điều kiện 22ºC trong 7 ngày khuấy ở 200v/p, cấp khí 1,0 lít/lít môi trường/phút. Dịch sau lên men được ly tâm ở tốc độ 2500 xg trong 10 phút. Cặn thu được sau khi sấy khô ở 80ºC được sử dụng cho nghiên cứu tách chiết.
2.2. Hóa chất và thiết bị
Hóa chất và thiết bị dùng trong nghiên cứu thuộc Viện Cơ điện NN và Công nghệ sau thu hoạch đạt tiêu chuẩn chất lượng trong nghiên cứu gồm: Pepton; cao nấm men; cao malt; thạch; bột đậu tương; glucose; Na2HPO4.3H2O; KI; axít lactic, axít axetic, axít xitric, methanol, ethanol, acetone, petroleum ether, DMSO, thiết bị lên men dung tích 14 lít (Đức), máy li tâm (TQ), thiết bị sóng siêu âm (Đức), nồi khử trùng (Trung Quốc), máy lắc Gyromax (Mỹ), tủ sấy (Trung Quốc), tủ cấy vi sinh ( Đức), tủ nuôi cấy Sanyo (Nhật), kính hiển vi Olympus ( Nhật), cân phân tích,… Astaxanthin chuẩn được mua từ hãng Sigma.
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Phá vỡ tế bào bằng dung môi kết hợp sóng siêu âm  
Ba loại axít hữu cơ gồm axít lactic, axít xitric và axít axetic ở các nồng độ khác nhau được lựa chọn trong thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của loại dung môi đến hiệu suất phá vỡ tế bào nấm men. Thiết bị sóng siêu âm có đường kính 1,1 cm, công suất tối đa 120W và tần số 20 kHz được sử dụng trong nghiên cứu này. Thí nghiệm phá vỡ tế bào bằng sóng siêu âm được tiến hành trong cốc đong dung tích 20 ml. Công thức đối chứng sử dụng dung môi DMSO để phá vỡ tế bào. Bổ sung 2 ml DMSO vào 0,05 g sinh khối tế bào. Tiến hành quá trình phá vỡ tế bào ở 60ºC trong thời gian 30 phút theo phương pháp của Michelon và cộng sự. Các thí nghiệm được tiến hành với đơn yếu tố. Các yếu tố khảo sát bao gồm nồng độ axít (1-5M), công suất siêu âm (40-120 W), nhiệt độ (20-70°C), thời gian (5-45 phút) và tỷ lệ sinh khối: thể tích dung môi (0,05-0,25). 
2.3.2. Tách chiết astaxanthin từ sinh khối tế bào
Sau khi phá vỡ tế bào, sinh khối được thu hồi bằng phương pháp ly tâm (tốc độ 2500xg) và astaxanthin được tách ra từ sinh khối sử dụng dung môi etanol 96% với liều lượng 30 ml/g sinh khối. Quá trình chiết được thực hiện trong 30 phút. Hiệu suất thu hồi được tính theo công thức: Hiệu suất (%) = Lượng astaxanthin thu được (µg/g) * 100/ Lượng astaxanthin tổng số ((µg/g).   
2.3.3. Xác định hàm lượng astaxanthin
Tách chiết và định lượng astaxanthin trong tế bào nấm men dựa theo phương pháp của Sedmak và cộng sự. Theo phương pháp này, 1ml dịch lên men được ly tâm ở 3500 xg trong 5 phút để thu xác tế bào nấm men rồi rửa bằng nước cất và hòa tan trong axeton, sau khi thu hồi dung môi tế bào tiếp tục được hòa trong dimethylsulfoxide (DMSO) ở 60°C. Sử dụng thiết bị vortex để phá vỡ tế bào trong 5 phút. Tiếp tục bổ sung 1 ml axeton, 1 ml petroleum ether và 1 ml NaCl với tỷ lệ 20% (w/v). Tiến hành ly tâm mẫu ở 3500 x g trong 5 phút để thu dịch chứa petroleum ether và chất màu. Hàm lượng astaxanthin được xác định thông qua việc đo OD ở bước sóng 474nm và sử dụng hệ số 2100.  
2.3.4. Phương pháp xử lý số liệu
Các số liệu được phân tích sử dụng hệ thống phân tích thống kê SAS version 6.10. Phân tích giả thiết thống kê theo ANOVA. Các giá trị trung bình được so sánh bằng LSD ở mức P<0,05.
III. Kết quả và thảo luận
3.1. Lựa chọn dung môi thích hợp cho phá vỡ tế bào nấm men
Trong nghiên cứu phá vỡ tế bào phục vụ cho việc tách chiết astaxanthin từ tế bào nấm men, phương pháp đánh sóng siêu âm kết hợp với xử lý axit hữu cơ được sử dụng. Dựa trên tính an toàn sử dụng trong sản xuất thực phẩm cho người, ba loại axít được lựa chọn là axít lactic, axít axetic và axít xitric. Nồng độ axít tối đa sử dụng để khảo sát là 5M vì nếu sử dụng nồng độ cao hơn thì sẽ không phù hợp cho thiết bị siêu âm. Kết quả hình 1 cho thấy axít lactic là môi trường tốt nhất để phá vỡ tế bào nấm men. Điều này có thể được giải thích dựa trên hai yếu tố là độ mạnh của axít và độ dài mạch cacbon. Độ mạnh của axít được đánh giá thông qua giá trị pKa, giá trị pKa càng thấp có nghĩa là độ axít càng mạnh. Nếu axít có cường độ mạnh hơn thì hiệu quả phá vỡ màng tế bào sẽ lớn hơn. Nếu axít có mạch cacbon càng dài thì khả năng hút chất béo sẽ tốt hơn, bởi vậy những loại axít có mạch cacbon đủ dài có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc tiếp xúc và thẩm thấu qua lớp lipid của màng tế bào. Trong số các loại axít thí nghiệm thì axít lactic có giá trị pKa thấp nhất (pKa=3,85) so với pKa của axít axetic (pKa=4,75) và axít xitric (pKa=4,98). Tương tự, mạch cacbon của axít lactic (C3H6O3) dài hơn mạch cacbon của axít axetic. Bởi vậy, axít lactic có hiệu suất phá vỡ màng tế bào nấm men lớn hơn của axít axetic. Mặc dù axít xitric (C6H8O7) có mạch cacbon dài hơn của axít lactic nhưng nó lại có cường độ axít thấp hơn nhiều so với axít lactic nên hiệu suất phá vỡ tế bào của nó thấp hơn của axít lactic. Từ kết quả trên, axít lactic được lựa chọn làm dung môi phá vỡ tế bào cho những nghiên cứu tiếp theo. 
Hình 1. Ảnh hưởng của loại dung môi đến khả năng phá vỡ tế bào nấm men
Hình 2. Ảnh hưởng của công suất sóng siêu âm đến khả năng phá vỡ tế bào
3.2. Ảnh hưởng của công suất sóng siêu âm đến khả năng phá vỡ tế bào nấm men
Để khảo sát ảnh hưởng của công suất sóng siêu âm đến khả năng phá vỡ tế bào nấm men, thiết lập thí nghiệm ở dải công suất từ 40-120 W. Các thông số khác được cố định gồm: dung môi phá vỡ là axit lactic nồng độ 5 M, tỷ lệ sinh khối: axít là 1g: 20ml, thời gian xử lý 30 phút. Những tác động đối lưu được tạo ra bởi sự sản sinh và phá hủy liên tục các bọt bong bóng làm gia tăng thêm sự dao động của dịch lỏng gây ra bởi quá trình truyền của sóng siêu âm. Những tác động này càng cao khi công suất sóng càng cao. Cũng giống như trong tách chiết, những tác động vật lý về dao động của dịch lỏng và sự lưu thông mạnh được coi như là cơ chế chính điều khiển độ mạnh so với những tác động hóa học tạo ra những gốc tự do. Dòng chảy nhỏ là sự lan truyền của sóng siêu âm thông qua môi trường lỏng tạo ra sự chuyển động của thành phần chất lỏng biên độ nhỏ xung quanh vị trí trung gian. Những tia nhỏ được hình thành thông qua việc phá hủy bất đối xứng những bọt bong bóng gần với bề mặt của vi hạt với tốc độ ở cấp bậc 100 m/s. Những sóng mạnh được sản sinh ra bởi sự nén đoạn nhiệt của những bọt bong bóng trong pha nén của quá trình lan truyền sóng. Tất cả những tác động vật lý này tạo ra lợi ích cho việc gia tăng quy trình và những lợi ích vật lý đặc trưng này tăng khi tăng công suất sóng siêu âm. 
Kết quả chỉ cho thấy rằng hiệu suất chiết astaxanthin đạt cao nhất khi sử dụng công suất sóng siêu âm ở 80 W, và khi công suất lớn hơn 80 W thì hiệu suất lại giảm đi (hình 2). Hiện tượng này có thể là do có sự biến đổi của astaxanthin dưới sự tác động của quá trình sủi bong bóng. Đồng thời, khi sử dụng công suất sóng siêu âm cao thì xuất hiện hiện tượng tế bào nấm men bị vỡ vụn gây khó khăn cho quá trình tách. Dựa trên những kết quả thu được, công suất siêu âm là 80 W (biên độ áp suất đạt 1,31 bar) được lựa chọn cho các nghiên cứu tiếp theo.   
3.3. Ảnh hưởng của nồng độ axít đến khả năng phá vỡ tế bào nấm men
Trong thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axít đến khả năng phá vỡ tế bào nấm men, axít lactic được sử dụng ở dải nồng độ từ 3 M đến 5 M. Các thông số khác được cố định như công suất sóng siêu âm 80 W, thời gian 30 phút, tỷ lệ sinh khối : axít là 1 g: 20 ml. Kết quả (hình 3) cho thấy rõ rằng khi nồng độ axít tăng đến 3 M thì hiệu suất chiết tăng lên (từ 59,48 đến 80,63%) đồng nghĩa với khả năng phá vỡ tế bào tăng lên rõ rệt. Tuy nhiên không có sự khác biệt nhiều về hiệu suất chiết khi tiếp tục tăng nồng độ axít từ 3 M đến 5 M. Điều này có thể do thực tế là khi nồng độ axít tăng lên trong điều kiện sóng siêu âm gây ra sự phá hủy astaxanthin. Ở nghiên cứu khác không có sự kết hợp của sóng siêu âm, Ni và cộng sự đã đạt được hiệu suất chiết astaxanthin là 80% khi sử dụng axít lactic nồng độ 5 M. Còn trong nghiên cứu này, việc sử dụng thiết bị siêu âm trong hỗ trợ phá vỡ tế bào đã đạt được hiệu suất tách chiết astaxanthin tương đương nhưng chỉ cần sử dụng nồng độ của axít lactic là 3 M. Điều này rất có ý nghĩa trong sản xuất ở quy mô lớn đem lại hiệu quả kinh tế cho sản xuất. 
Hình 3. Ảnh hưởng của nồng độ axit đến khả năng phá vỡ tế bào
Hình 4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng phá vỡ tế bào
3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng phá vỡ tế bào 
Nhiệt độ là nhân tố quan trọng trong khâu tách chiết các hợp chất không bền với nhiệt vì khi nhiệt độ tăng một số thành phần rất dễ bị phân hủy [2]. Trong nghiên cứu này, tế bào nấm men được xử lý bằng axít lactic không chỉ giúp cho việc phá vỡ được tốt hơn mà còn đem đến sự an toàn cho người sử dụng [11]. Nấm men được xử lý bởi dung môi axít lactic 3M có sự hỗ trợ của sóng siêu âm công suất 80W ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau chỉ cho thấy có sự khác biệt rõ rệt về hiệu suất thu hồi astaxanthin (Hình 4). Hiệu suất thu hồi tăng lên khi nhiệt độ tăng dần lên và đạt cao nhất tại nhiệt độ 50°C (84,56%) nhưng lại bị giảm đi khi nhiệt độ vượt ngưỡng này. Do vậy, 50°C là mốc nhiệt độ được lựa chọn cho các nghiên cứu tiếp theo.
3.5. Ảnh hưởng của thời gian đánh sóng siêu âm đến hiệu suất thu hồi
Hiệu suất tách chiết được xác định ở dải thời gian từ 5-45 phút và kết quả cho thấy khi thời gian xử lý sóng siêu âm kéo dài hơn 15 phút thì hiệu suất chiết astaxanthin bị giảm đi (hình 5). 
Hình 5. Ảnh hưởng của thời gian đánh sóng siêu âm đến khả năng phá vỡ tế bào
Hình 6. Ảnh hưởng của nồng độ sinh khối đến khả năng phá vỡ tế bào
Điều này có thể là do việc kéo dài thời gian phá tế bào gây phân hủy astaxanthin do sự oxi hóa bởi các gốc tự do được hình thành bởi quá trình tác động sóng siêu âm liên tục. Hơn nữa, quá trình lan truyền sóng siêu âm làm tăng nhiệt độ của hỗn hợp phản ứng và hình thành nên các hạt tế bào rắn chắc. Kết quả tương tự đối với việc phá vỡ tế bào A. pullulans khi thời gian sử dụng sóng siêu âm vượt qua ngưỡng tối ưu thì hiệu suất phá vỡ tế bào bị giảm [6]. Từ những kết quả thu được, thời gian tối ưu cho việc xử lý sóng siêu âm là 15 phút được lựa chọn cho các nghiên cứu tiếp theo
3.6. Ảnh hưởng của nồng độ sinh khối
Trong nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ sinh khối và dung môi tối ưu để phá vỡ tế bào, chúng tôi khảo sát hiệu suất tách chiết astaxanthin ở dải tỷ lệ từ 0,05-0,25. Kết quả cho thấy ở tỷ lệ 0,05-0,15 không có sự khác biệt có ý nghĩa nào về hiệu suất chiết astaxanthin. Tuy nhiên, khi tỷ lệ tăng hơn 0,15 thì hiệu suất chiết astaxanthin lại bị giảm dần (hình 6). Điều này được lý giải là do độ loãng của sóng có liên quan tăng lên làm giảm sự truyền năng lượng. Bởi vậy, tỷ lệ sinh khối và axít tốt nhất được lựa chọn là 0,15 nghĩa là 3 g sinh khối/ 20 ml dung môi.
3.7. Hiệu suất thu hồi astaxanthin ở điều kiện tách chiết tối ưu  
Từ những nghiên cứu đơn lẻ ở trên, tiến hành thực nghiệm với các yếu tố tối ưu đã lựa chọn được các thông số thu hồi astaxanthin gồm: dung môi axít lactic nồng độ 3 M, tỷ lệ axít bổ sung vào sinh khối là 20 ml/3 g sinh khối khô, công suất sóng siêu âm 80 W, thời gian là 15 phút. Hiệu suất chiết astaxanthin thu được từ quá trình chiết suất là 94,23%. Từ kết quả này tiếp tục tiến hành thực nghiệm việc thu hồi astaxanthin ở quy mô lớn hơn ở thiết bị tách chiết sóng siêu âm dung tích 60 lít đã cho hiệu suất thu hồi đạt 93,56%.
IV. Kết luận
Kết quả nghiên cứu đã cho thấy rõ ràng rằng astaxanthin có thể được thu hồi với hiệu suất cao khi sử dụng kết hợp giữa sóng siêu âm và axít lactic. Hiệu suất cao nhất đạt 94,23% khi sử dụng axít lactic 3M làm dung môi phá vỡ tế bào kết hợp với đánh sóng siêu âm công suất 80W trong 15 phút. Hiệu suất thu hồi từ quy trình này đã tăng 20,37% so với quy trình thu hồi chỉ sử dụng axít lactic 5M. Đồng thời, phương pháp thu hồi này sử dụng lượng axít làm dung môi thấp hơn 40% và năng lượng đầu vào thấp hơn 20% so với các phương pháp thu hồi khác. Kết quả nghiên cứu đã cho thấy phương pháp thu hồi này là một phương pháp vừa thu được sản phẩm an toàn với con người, thân thiện với môi trường lại vừa đạt hiệu quả kinh tế cao phù hợp với quy mô sản xuất công nghiệp. 
V. Tài liệu tham khảo
1. Ciapara H., Valenzuela L. and Goycoolea F. 2006. Astaxanthin: A review of its chemistry and applications. Crit. Rev. Food Sci. Nutr., 46 (2) 185-196.
2. Dong J., Liu Y., Liang Z. and Wang W. 2010. Investigation on ultrasound-assisted extraction of salvianolic acid B from Salvia miltiorrhiza root. Ultrason. Sonochem., 17: 61-65.
3. Goswami G., Chaudhuri S. and Dutta D. 2010. The present perspective of astaxanthin with reference to Biosynthesis and Pharmacological Importance. World I. Microb. Biot., 26 (11), 1925-1939.
4. Inoue M., Tanabe H., Matsumoto A., Takagi M., Umegaki K., Amagaya S and Takahashi J. 2012. Astaxanthin functions differently as a selective peroxisome proliferator-activated receptor gamma modulator in adipocytes and macrophages. Biochem. Pharmacol., 84: 692-700.
5. Jiao Y. and Zuo Y. 2009. Ultrasonic extraction and HPLC determination of anthraquinones, aloemodine, emodine, rheine, chrysophanol and physcione, in roots of Polygoni multiflori. Phytochem. Analysis, 20: 272-278.
6. Lateef A., Oloke J. and Prapulla S. 2007. The effect of ultrasonication on the release of fructosyltransferase from Aureobasidium pullulans CFR 77. Enzyme Microb. Technol. 40, 1067-1070.
7. Lima G., Lee S., Lee E., Haam S. and Kimc W. 2002. Separation of astaxanthin from red yeast Phaffia rhodozyma by supercritical carbon dioxide extraction. Biochem. Eng. J. 11, 181-187.
8. Ni H., Chen Q., He G., Wu G. and Yang Y. 2008. Optimization of acidic extraction of astaxanthin from Phaffia rhodozyma. J. Zhejiang Univ. Sci. B., 9, 51-59.
9. Storebarkken T., Sorensen M., Bjerkeng B. 2004. Stability of astaxanthin from red yeast, Xanthophyllomycesdendrorhous, during feed processing: effect of enzymatic cell wall disruption and extrusion temperature. Aquaculture 231: 489-500.
10. Wu W. and Yu X. 2013. Optimization of ultrasound-assisted extraction procedure to determine astaxanthin in Xanthophyllomycesdendrorhous by Box-Behnken design. Advance Journal of Food Science and Technology 5(11): 1536-1542.
11. Wu W., Lu M., and Yu L. 2011. A new environmentally friendly method for astaxanthin extraction from Xanthophyllomycesdendrorhous. Eur. Food Res. Technol., 232 (3), 463-467.
Summary
Research on application of ultrasound for extraction of astaxanthin from yeast Xanthophyllomyces dendrorhous using in functional food
Astaxanthin is a high value carotenoid pigment with strong antioxidant properties and essential biological functions. Red yeast Xanthophyllomyces dendrorhous is considered as a  potential source for commercial-scale production of natural astaxanthin. However, the recovery of astaxanthin is major problem due to thick cell wall of yeast making difficulty in application of solvent extraction. A novel safe extraction method of astaxanthin combining ultrasound with acid treatment had been investigated in this research. The parameters of the cell disruption and extraction process including solvent, temperature, time, ultrasonic power had been found. The maximum  extraction efficiency of astaxanthin (> 90%) was obtained for the ultrasound-assisted extraction approach based on the use of 3M lactic acid, material and acid  ratio of 3g/20 ml, ultrasonic power of 80W, temperature of 50°C, disruption time of 15 min and ethanol of 96%. The study introduces a simple, safe and highly efficient method for extraction of astaxanthin from Xanthophyllomyces dendrorhous. This approach is environmental friendly, non-toxic residue in final product and suitable for industrial scale production. 
Keywords. Astaxanthin, carotenoid, red yeast, ultrasound, extraction.
Bùi Kim Thúy1, Lã Mạnh Tuân1, Cù Ngọc Linh2
1Viện Cơ điện Nông nghiệp & Công nghệ sau thu hoạch
2Bộ Nông nghiệp & Phát triển nông thôn
Email: [email protected]
lên đầu trang