Glutathione (γ-glutamyl-cysteinyl-glycine; GSH) là một thiol trọng lượng phân tử thấp phong phú nhất và GSH/glutathione disulfide là cặp oxy hóa khử chính trong tế bào động vật. Quá trình tổng hợp GSH từ glutamate, cysteine và glycine được xúc tác tuần tự bởi hai enzyme trong nguyên sinh chất là γ-glutamylcysteine synthetase và GSH synthetase. Glutathione đóng vai trò quan trọng trong việc chống oxy hóa, chuyển hóa chất dinh dưỡng và điều chỉnh các hoạt động tế bào (bao gồm biểu hiện gen, tổng hợp DNA và protein, tăng sinh và chết tế bào, truyền tín hiệu, sản xuất cytokine và đáp ứng miễn dịch, và glutathionyl hóa protein).

Thiếu hụt Glutathione góp phần gây ra stress oxy hóa, đóng một vai trò quan trọng trong quá trình lão hóa và cơ chế bệnh sinh của nhiều bệnh (bao gồm bệnh động kinh, bệnh Alzheimer, bệnh Parkinson, bệnh gan, xơ nang, thiếu máu hồng cầu hình liềm, HIV, AIDS, ung thư, đau tim, đột quỵ và bệnh tiểu đường). Glutathione đã được nghiên cứu và sản xuất bằng phương pháp lên men nuôi cấy chìm sử dụng các chủng nấm men tự nhiên hoặc đột biến (như Saccharomyces cerevisiae hoặc Candida utilis). Glutathione được tổng hợp chủ yếu trong tế bào nấm men (GSH nội bào) và có thể tiết một lượng nhỏ ra ngoài môi trường nuôi cấy (GSH ngoại bào) khi áp dụng các giải pháp công nghệ khác nhau. Sinh khối nấm men giàu GSH được thu nhận bằng phương pháp ly tâm, xử lý và sấy khô. Glutathione dạng tinh khiết được tách chiết từ sinh khối và dịch nuôi cấy, tinh sạch và tạo các dạng sản phẩm dịch hoặc bột. Trên thế giới, ngày càng có nhiều quốc gia phát triển phát triển lĩnh vực nghiên cứu và sản xuất glutathione từ nấm men chính vì tầm quan trọng chiến lược của glutathione với sức khoẻ con người. Các sản phẩm chứa glutathione được sử dụng rất rộng rãi trong dược phẩm như thuốc chống lão hóa và như chất bổ sung trong chế biến thực phẩm và trong công nghiệp mỹ phẩm (do glutathione còn có một tác dụng thứ yếu nữa là làm trắng da theo cơ chế ngăn chặn và chuyển hóa sắc tố melanin đen/vàng trở thành sắc tố melanin trắng). Vì vậy, vấn đề nghiên cứu, cải tiến và hoàn thiện công nghệ, nâng cao hiệu suất sản xuất, hạ giá thành của sản phẩm này luôn luôn dành được sự quan tâm của các nhà khoa học, các doanh nghiệp sản xuất dược phẩm và các chế phẩm công nghệ sinh học ở nhiều nước trên thế giới. Ở Việt Nam, hiện nay chưa có doanh nghiệp nào sản xuất chế phẩm glutathione, do vậy phải nhập hoàn toàn của nước ngoài để sản xuất viên nang có thành phần glutathione. Các sản phẩm viên nang có tác dụng chống oxy hóa, khử độc, làm trắng da 2 được bán rộng rãi qua các kênh phân phối truyền thống (hiệu thuốc) hoặc bán qua mạng, bao gồm cả các sản phẩm nhập khẩu và các sản phẩm sản xuất trong nước.

Nhóm thực hiện đề tài, Công ty Cổ phần Phát triển Thực phẩm Quốc tế, do ThS. Cao Anh Tài làm chủ nhiệm đã đề xuất thực hiện dự án: “Sản xuất thử nghiệm chế phẩm glutathione (GSH) và thực phẩm chức năng giàu glutathione từ nấm men” nhằm hoàn thiện các qui trình công nghệ sản xuất chế phẩm và thực phẩm chức năng giàu glutathione theo hướng tạo ra các sản phẩm có chất lượng cao, ổn định và có khả năng thương mại hóa.

Sau một thời gian triển khai thực hiện, nhóm đề tài đã rút ra một số kết luận sau:

1. Đã tuyển chọn được chủng nấm men S. cerevisiae SH09 có khả năng sinh tổng hợp GSH cao đạt 41,72 mg/L và 67,37 mg/L khi bổ sung cystein vào môi trường lên men, phù hợp cho quá trình lên men sản xuất GSH ở quy mô công nghiệp.

2. Đã xác định được các thông số công nghệ phù hợp cho quá trình lên men sinh tổng hợp GSH của nấm men S. cerevisiae SH09 quy mô 68 kg/mẻ. Các thông số công nghệ của từng giai đoạn sản xuất chính đã được xác định như sau:

- Thành phần môi trường lên men tối ưu sử dụng nguồn nguyên liệu thay thế: rỉ đường 60 g/L, cao chiết đậu tương 8 g/L và nồng độ cystein bổ sung là 1g/L. Nguồn cơ chất được bổ sung theo phương pháp fedbatch.

- Các điều kiện của quá trình lên men: tỷ lệ tiếp giống 10%, nhiệt độ 26^oC, pH 5,5, thời gian lên men 60 h, thời điểm bổ sung cystein 32h sau khi lên men, tốc độ sục khí 0,1 vvm.

- Thu nhận sinh khối nấm men: làm lạnh môi trường trong 12h cuối của quá trình lên men, ly tâm lọc thu sinh khối.

- Sấy phun nấm men ở nhiệt độ không khí đầu vào là 170^oC, nhiệt độ không khí đầu ra là 80^oC, lưu lượng 3 l/h, tốc độ đĩa quay 16.500 vòng/phút. Nấm men giàu glutathione thu được có hàm lượng GSH 2÷3% và đáp ứng các chỉ tiêu ATTP theo quy định.

3. Đã xác định được các thông số công nghệ phù hợp cho quá trình trích ly, cô đặc và sấy phun thu nhận chế phẩm GSH 15%, đã tối ưu quá trình tinh chế dịch chiết để nâng cao độ tinh khiết, tạo ra chế phẩm GSH 30%. Các thông số công nghệ của từng giai đoạn sản xuất chính đã được xác định như sau:

- Trích ly GSH bằng ethanol 30% v/v, nhiệt độ 25^oC, thời gian 2h, tỷ lệ nấm men/dung môi trích ly lần 1là 1/10, trích ly 2 lần là 1/5. Sử dụng phương pháp ly tâm lọc và lọc khung bản để thu nhận dịch trích ly GSH.

- Cô đặc dịch trích ly ở nhiệt độ 60oC.

- Kết tủa protein bằng ethanol 96%, tỷ lệ ethanol/dịch cô đặc là 1,5/1, thời gian kết tủa 30 phút, nhiệt độ 25^oC.

- Sấy phun thu nhận chế phẩm GSH 15% và chế phẩm GSH 30% ở nhiệt độ không khí đầu vào 170^oC, nhiệt độ không khí đầu ra là 80^oC, lưu lượng 2 l/h, tốc độ đĩa quay 16.500 vòng/phút. Chế phẩm GSH thu được có độ tinh khiết lần lượt ≥15% và ≥30% đáp ứng các chỉ tiêu ATTP theo quy định.

4. Đã nghiên cứu hoàn thiện và xây dựng được quy trình công nghệ sản xuất sinh khối nấm men giàu GSH công suất 10 tấn/năm và quy trình công nghệ sản xuất chế phẩm GSH 15% từ sinh khối nấm men quy mô 1.000 kg/năm. Các quy trình công nghệ có đầy đủ các thông số công nghệ và phù hợp với sản xuất ở quy mô công nghiệp.

Các thông số công nghệ của từng giai đoạn được hiệu chỉnh so với sản xuất quy mô nhỏ như sau:

- Trích ly GSH: tỷ lệ nấm men/dung môi ở cả hai lần trích ly đều là 1/10, dịch trích ly lần thứ 2 của mẻ trước sẽ được sử dụng làm dung môi trích ly lần đầu của mẻ kế tiếp.

- Cô đặc dịch trích ly: cô đặc ống chùm liên tục, nhiệt độ 45^oC.

- Sấy phun bột sinh khối nấm men giàu glutathione với lưu lượng 14 l/h, chế phẩm GSH 15% và chế phẩm GSH 30% với lưu lượng là 12 l/h.

Chất lượng sản phẩm bột sinh khối nấm men giàu glutathione có hàm lượng GSH 2÷3%, chế phẩm GSH đạt độ tinh khiết ≥ 15% và ≥30%. Các sản phẩm đạt chỉ tiêu ATTP theo quy định.

5. Đã nghiên cứu công thức và xây dựng được quy trình công nghệ sản xuất thực phẩm bảo vệ sức khỏe giàu GSH dạng viên nang quy mô 200.000 viên/mẻ. Sản phẩm có hàm lượng GSH ≥100 mg/viên, có thời gian bảo quản 36 tháng.

6. Đã tích hợp các thiết bị sẵn có với các thiết bị mua mới tạo ra mô hình sản xuất bột sinh khối nấm men giàu glutathione quy mô 68 kg/mẻ, chế phẩm GSH 15% quy mô 6,3 kg/mẻ, chế phẩm GSH 30% quy mô 10,3 kg/mẻ và thực phẩm chức năng giàu GSH quy mô 200.000 viên/mẻ.

7. Đã sản xuất được tổng số 8.500 kg nấm men giàu GSH; 350 kg chế phẩm GSH 30% và 170 kg chế phẩm GSH 15%; 1.000.000 viên nang. Các sản phẩm đã được xây dựng tiêu chuẩn cơ sở và công bố chất lượng theo đúng quy định hiện hành. Sản phẩm có chất lượng đáp ứng yêu cầu của dự án và phù hợp với quyết định 46/2007QĐ-BYT; QCVN 8-1/2011; QCVN 8-2/2012 và QCVN 8-3/2012 của Bộ Y tế.

8. Đã giới thiệu các chế phẩm GSH 15%, GSH 30%, và thực phẩm chức năng giàu GSH (Traly Gluwhite) đến các công ty dược phẩm và có phản hồi tích cực của thị trường, thông qua các hợp đồng nguyên tắc.

Như vậy, có thể nói là các sản phẩm của dự án bắt đầu từng bước gia nhập thị trường thực phẩm chức năng trong nước. Điều này cho thấy tiềm năng phát triển mạnh mẽ của các sản phẩm của dự án trong thời gian tới.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 18496/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.T.T (NASATI)