TÓM TẮT:

Trong nghiên cứu này, bề mặt đáp ứng link w88 phần mềm Mode 5.0 được sử dụng để mô hình hóa tốc độ tăng trưởng link w88Fusarium Napiforme (F. napiforme) với mức ý nghĩa 5% ở nhiệt độ (25, 28, 31oC) và hoạt độ nước (0.98 - 1 aw). Kết quả nghiên cứu cho thấyF. napiformephát triển mạnh nhất ở 28oC ở hoạt độ nước 1aw(11.4 ± 0.14mm.ngày-1)với phương trình hồi quy Y=11.3122+ 0.769999x1+ 0.974116x2- 1.33908*x1x2- 0.684752*x12- 1.71*x22. Mô hình này có thể được áp dụng để dự đoán sự tăng trưởng link w88F. napiformetrên ngô. Từ đó có thể xác định phương án bảo quản phù hợp đối với ngô sau khi thu hoạch làm tăng chất lượng link w88 ngô và giúp giảm thiểu lượng độc tố con người hay vật nuôi sử dụng các sản phẩm từ ngô.

Từ khóa:Nhiệt độ, hoạt độ nước, F. napiforme, môi trường ngô, tốc độ tăng trưởng, mô hình.

1. Giới thiệu

Fusarium spp.là loài nấm mốc phân bố rộng rãi trên thế giới, xuất hiện thường xuyên trên lương thực, thực phẩm, đặc biệt là ngô (Elias and Schneider 1992). Ngô và các sản phẩm từ ngô trên toàn thế giới có tỷ lệ nhiễm độc tố nấm mốc Fumonisin cao (Solovey, Somozaet al. 1999, Ates, Mittendorfet al. 2013, Peluque, Nereset al. 2014). Đây là độc tố ổn định nhiệt và có thể sẽ không bị phá hủy bằng nhiệt (Abbas and Riley 1996), đặc biệt là Fumonisin B1 (FB1) - loại độc tố phổ biến và nguy hiểm nhất trong Fumonisin (Labuda, Tancinovaet al. 2003).

Ở động vật, FB1 có thể gây phù phổi ở lợn, gây độc với gan, thận và hội chứng Leucoencephalomalacia ở ngựa (Coulombe Jr 1993, Marasas 1995, Marasas, Rileyet al. 2004), đồng thời FB1 còn gây khó thở, các vấn đề về tim, giảm sản xuất sữa, giảm cân và tăng tỷ lệ tử vong (Casteel, Turket al. 1994, Norred, VOSSet al. 1998, Whitlow and Hagler 2005). Cơ quan Nghiên cứu Quốc tế về ung thư (IARC) thuộc Tổ chức Y tế Thế giới WHO đã xếp loại FB1 vào nhóm chất gây ung thư 2B - nhóm chất có thể gây ung thư cho con người (Humans, Organizationet al. 2002).

Sự sinh trưởng, phát triển và sinh độc tố FB1 link w88 các chủng nấm mốcFusarium spp.bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, hoạt độ nước, pH,… Trong đó, nhiệt độ và hoạt độ nước là hai yếu tố quyết định đến sự nhiễm nấm mốc trong quá trình bảo quản (da Cruz Cabral, Pinto et al. 2013). Những nghiên cứu trước đây cho thấy, nhiệt độ tối ưu link w88Fusarium spp. là 20oC - 25oC, hoạt độ nước từ 0.95aw- 0.99aw(Cendoya, del Pilar Monge et al. 2018, Belizán, Gomez et al. 2019). Trước đây, đã có nhiều mô hình được xây dựng để dự đoán ảnh hưởng link w88 các yếu tố nhiệt độ và hoạt độ nước lên sự sinh trưởng link w88 nấm mốc như mô hình dự đoán về tác động riêng lẻ và kết hợp link w88 hoạt động nước và nhiệt độ đối với sự phát triển xuyên tâm link w88Fusarium verticilliodesvàF. proliferatumtrên ngô (Samapundo, Devlieghere et al. 2005),Aspergillus flavusvàA. parasiticustrên ngô (Samapundo, Devlieghere et al. 2007).

Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu lên các loàiFusarium spp. còn rất hạn chế về cả số lượng lẫn quy mô thực hiện. Hơn thế nữa, chưa có nghiên cứu nào được thực hiện để xây dựng mô hình về sự ảnh hưởng link w88 nhiệt độ và hoạt độ nước lên sự sinh trưởng và phát triển link w88 các loàiFusarium napiforme. Vì vậy, mục tiêu link w88 nghiên cứu này là đưa ra mô hình dự đoán tốc độ sinh trưởng link w88F. napiformetại các điều kiện nhiệt độ, hoạt độ nước. Từ đó, có biện pháp thích hợp để điều chỉnh các điều kiện bảo quản ngô để hạn chế sự lây nhiễm và phát triển link w88Fusarium spp.

2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

2.1. Chủng nấm mốc và chuẩn bị dịch huyền phù

napiformeđược phân lập từ ngô link w88 Đắk-Lắk và được xác định khả năng sinh độc tố Fumonisin B1 (FB1) bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC MS/MS. Nấm mốc được nuôi cấy trên môi trường Potatose dextrose agar (PDA, Himedia, Ấn Độ) và được bảo quản ở nhiệt độ 4°C tại phòng thí nghiệm, Trường Đại học Công nghiệp thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh.F. napiformeđược nuôi cấy trên môi trường PDA ở 30°C trong 7 ngày. Bào tử nấm được thu và pha loãng trong PBS (Biotech, Canada) với 0.01% Tween 80 (Merck, Đức) (v/v) đã được vô trùng và xác định số bào tử bằng buồng đếm hồng và nồng độ cuối cùng là 106bào tử/ml.

2.2. Khảo sát ảnh hưởng link w88 nhiệt độ và hoạt độ nước lên sự tăng trưởng link w88 F. napiforme trên môi trường ngô

Tiến hành khảo sát ảnh hưởng link w88 nhiệt độ (25, 28, 30 và 32°C) và hoạt độ nước 0.94, 0.96, 0.98, 0.99 và 1 lên sự tăng trưởng và phát triển link w88 nấm mốc trong 7 ngày nuôi cấy trên môi trường ngô (bột ngô 2%, agar 2%) (w/v). Glycerol (Xilong, Trung Quốc) được bổ sung vào nước để điều chỉnh môi trường về các hoạt độ nước từ 0.94, 0.96, 0.98, 0.99 (w/v). 10µl dung dịch bào tử ở nồng độ 106bào tử/ml được nhỏ vào giữa đĩa petri (đường kính 80 mm) (Dinlab, Đức) chứa 15 ml môi trường đã được hấp tiệt trùng ở 121°C/15 phút. Tiến hành đo đường kính phát triển link w88 khuẩn lạc sau mỗi 24 giờ trong 7 ngày và tính tốc độ tăng trưởng theo công thức sau.

Tốc độ tăng trưởng trung bình (mm.ngày-1) link w88 nấm mốc được tính toán theo công thức:cong thucTrong đó: A là tốc độ tăng trưởng trung bình link w88 nấm (mm.ngày-1); d là đường kính khuẩn lạc (mm); n là số ngày nuôi cấy (n=1,2,3,…).

2.3. Thiết kế thí nghiệm và mô hình hóa ảnh hưởng link w88 nhiệt độ và hoạt độ nước lên sự tăng trưởng link w88 F. napiforme

Tiến hành mô hình hóa 2 yếu tố ảnh hưởng: nhiệt độ (25, 28, 31°C) và hoạt độ nước (0.98, 0.99 và 1) để tìm ra khoảng biến thiên link w88 các thông số hoạt độ nước, nhiệt độ bằng phương pháp thực nghiệm 2 yếu tố. Bề mặt đáp ứng (RSM) được sử dụng để xây dựng mô hình dự đoán ảnh hưởng link w88 các yếu tố nhiệt độ, hoạt độ nước lên tốc độ tăng trưởng trung bình link w88F. napiforme. Khoảng biến thiên link w88 các biến được xác định dựa trên kết quả khảo sát trước đó. Hàm mục tiêu đại diện cho dự đoán tốc độ tăng trưởng link w88F. napiforme. Mối quan hệ giữa các biến và hàm mục tiêu là phương trình hồi quy đa biến có dạng tổng quát như sau:

cong thuc 1

Các hệ số link w88 phương trình hồi quy thực nghiệm được ước lượng bằng phương pháp bình phương cực tiểu; tính tương thích chung link w88 mô hình được đánh giá bằng phương pháp phân tích phương sai (ANOVA; α = 0,05); ý nghĩa link w88 các hệ số được kiểm tra bằng kiểm định Student (α = 0,05). Điều kiện tối ưu được dự đoán và xác minh lại bằng thực nghiệm.

3. Kết quả và bàn luận

3.1. Ảnh hưởng link w88 hoạt độ nước lên tốc độ tăng trưởng link w88 F. napiforme ở nhiệt độ 30

Kết quả khảo sát ảnh hưởng link w88 hoạt độ nước lên sự tăng trưởng link w88 nấm mốc ở nhiệt độ 30oC được trình bày ở Hình 1. Dữ liệu nghiên cứu cho thấy, hoạt độ nước có ảnh hưởng lên tốc độ tăng trưởng link w88F. napiformeở 30 trên môi trường ngô (p<0,05) trong 7 ngày nuôi cấy. Nhìn chung, tốc độ tăng trưởng trung bình tăng khi tăng hoạt độ nước từ 0.94 đến 0.98 aw. Ở hoạt độ nước 0.99 aw F. napiformelà 11.39±0.2 mm.ngày -1 sau đó giảm dần khi hoạt độ nước giảm hoặc tăng như ở hoạt độ nước 0.98, 0.96 và 0.94 aw,sau 7 ngày nuôi cấy, tốc độ tăng trưởng là 9.05±0.722, 2.24±0.629 và 1.93±0.25 mm.ngày-1. (Hình 1A)

Hình1: Tốc độtăng trưởng link w88F. napiformeở các hoạt độ nước khác nhau ở30oC (A) và nhiệt độ khác nhau (B) sau 7 ngày nuôi cấy trên môi trường ngô

hinh 1

3.2. Ảnh hưởng link w88 nhiệt độ nhiệt độ lên tốc độ tăng trưởng link w88 F. napiforme ở hoạt độ nước 0.99awtrên môi trường ngô

Kết quả khảo sát ảnh hưởng link w88 nhiệt độ (25, 28, 30 và 32°C) lên sự tăng trưởng link w88F. napiformeở hoạt độ nước 0.99awtrên môi trường ngô được biểu thị ở Hình 1B. Kết quả nghiên cứu cho thấy, nhiệt độ cũng ảnh hưởng lên tốc độ tăng trưởng link w88F. napiforme(p<0.05). Xu hướng chung, tốc độ tăng trưởng giảm khi nhiệt độ tăng lên từ 28oC tới 30oC. Cụ thể là ở hoạt độ nước 0.99 aw, F. napiformetăng trưởng mạnh nhất ở 28oC với tốc độ tăng trưởng sau 7 này là 11.4 ± 0.14mm.ngày-1, giảm dần ở 30oC (10.89±0.433 mm.ngày-1) và 32oC (10.6±0.382mm.ngày-1) (Hình 1B).

3.3. Mô hình hóa ảnh hưởng link w88 nhiệt độ và hoạt độ nước lên tốc độ tăng trưởng link w88 F. napiforme

Điểm tâm link w88 nhiệt độ là 28oC. Đây là nhiệt độF. napiformephát triển mạnh nhất với tốc độ tăng trưởng 11.429±0 mm.ngày-1là 28oC và giảm dần ở các nhiệt độ khác với mức ý nghĩa 5% được kiểm chứng bởi Microsoft Excel 2010, nên bước nhảy được chọn là 3 (25oC, 31oC). Tương tự như nhiệt độ, hoạt độ nước được chọn với bước nhảy 0.01 và tâm là 0.99. Bề mặt đáp ứng (RSM) được áp dụng để tối ưu hóa các điều kiện ức chế tốc độ tăng trưởng trung bình link w88F. napiforme. Bên cạnh đó, quy hoạch thực nghiệm gồm 17 thí nghiệm với 4 thí nghiệm ở phương án nhân, 4 thí nghiệm ở điểm sao và 9 thí nghiệm ở điểm tâm. Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa được trình bày ở Bảng 1.

bang 1

Nhiệt độ và hoạt độ nước có ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng link w88F. napiforme. Cả hai yếu tố được biểu diễn bằng mô hình bậc hai với R2= 0.973, R2điều chỉnh = 0.961 và RSD= 0.2967. Hoạt độ nước và nhiệt độ tối ưu choF. napiformetăng trưởnglà1aw, 28 ℃ và 0.98, 0.99 aw, 31℃ (11.429±0 mm.ngày-1). Dựa vào dữ liệu ở Hình 2 cho thấy, trong mô hình tốc độ tăng trưởng trung bình giảm khi hoạt độ nước 1aw, 28 ℃ và 0.98, 0.99 aw, 31℃. Dựa vào Hình 2, cho thấy được tốc độ tăng trưởng trung bình link w88 chủng này có thể đự đoán dược khi phát triển ở hoạt độ nước .0,98 đến 1 và nhiệt độ là 25℃ đến 31℃.

Hình 2: Mô hình bề mặt đáp ứng dự đoán tốc tộ tăng trưởng trung bình (mm.ngày-1) link w88 F. napiforme dưới sự tác động link w88 nhiệt độ và hoạt độ nước

hình 2

Xét một cách tổng quát, mô hình hồi quy tương thích với thực nghiệm, với giá trị R2= 0.976 thì phương trình có thể giải thích được 97.6% những giá trị mà phương trình đưa ra.

Mức độ tác động, ảnh hưởng link w88 các yếu tố (biến khảo sát) lên tốc độ tăng trưởng trung bình (hàm mục tiêu) thông qua hệ số giá trị ước lượng và sự khác biệt có ý nghĩa thống kê thể hiện thông qua trị số P. Nếu hệ số giá trị ước lượng link w88 một biến mang giá trị dương nghĩa là khi giá trị biến đó tăng sẽ làm tăng giá trị hàm mục tiêu. Nếu hệ số giá trị ước lượng link w88 một biến mang giá trị âm thì khi giá trị biến đó tăng sẽ làm giá trị hàm mục tiêu giảm.

Tốc độ tăng trưởng trung bình Y=11.3122+ 0.769999x1+ 0.974116x2- 1.33908*x1x2- 0.684752*x12- 1.71*x22 (Trong đó: X1, X2lần lượt là nhiệt độ, hoạt độ nước). Kết quả thực nghiệm cũng cho thấy, mức độ ảnh hưởng link w88 các yếu tố lên tốc độ tăng trưởng link w88F. napiforme. Với mức ý nghĩa 5%, cùng với giá trị thực hiện thí nghiệm link w88 nhiệt độ ở 25oC đến 31oC thì giá trị nhiệt độ và bình phương nhiệt độ có nghĩa về mặt thống kê, được xem là có ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng trung bình link w88F. napiforme (p<0.05). Hoạt độ nước và bình phương hoạt độ nước tác động dương và tác động mạnh đến tốc độ tăng trưởng trung bình link w88F. napiforme(p<0.05).

Trong nghiên cứu này, yếu tố nhiệt độ và hoạt độ nước đều ảnh hưởng lên quá trình sinh trưởng và phát triển link w88F. napiforme (p<0.05).

4. Kết luận

Nhiệt độ và hoạt độ nước đều ảnh hưởng lên quá trình sinh trưởng và phát triển link w88F. napiforme (p<0.05). F. napiformephát triển mạnh nhất ở 28oC, 1 awvà 31oC, 0.98, 0.99aw(11.43 ± 0 mm.ngày-1)với phương trình hồi quy Y=11.3122+ 0.769999x1+ 0.974116x2- 1.33908*x1x2- 0.684752*x12- 1.71*x22. Mô hình này có thể được áp dụng để dự đoán sự tăng trưởng link w88 F.napiformetrên ngô. Từ đó có thể xác định phương án bảo quản phù hợp đối với ngô sau khi thu hoạch làm tăng chất lượng link w88 ngô và giúp giảm thiểu lượng độc tố con người hay vật nuôi sử dụng các sản phẩm từ ngô.

Lời cảm ơn: Trường Đại học Công nghiệp thực phẩm TP. Hồ Chí Minh đã hỗ trợ toàn bộ kinh phí cũng như các dụng cụ, thiết bị để nhóm hoàn thành đề tài nghiên cứu được tốt nhất.

 TÀI LIỆU THAM KHẢO:

  1. Abbas, H. K. and R. Riley (1996). "The presence and phytotoxicity of fumonisins and AAL-toxin in Alternaria alternata."Toxicon 34(1): 133-136.
  2. Ates, E., et al. (2013). "Determination of Fusarium mycotoxins in wheat, maize and animal feed using on-line clean-up with high resolution mass spectrometry."Food Additives & Contaminants: Part A 30(1): 156-165.
  3. Belizán, M. M., et al. (2019). "Influence of water activity and temperature on growth and production of trichothecenes by Fusarium graminearum sensu stricto and related species in maize grains."International journal of food microbiology 305: 108242.
  4. Casteel, S. W., et al. (1994). "Chronic effects of dietary fumonisin on the heart and pulmonary vasculature of swine."Fundamental and Applied Toxicology 23(4): 518-524.
  5. Cendoya, E., et al. (2018). "Influence of water activity and temperature on growth and fumonisin production by Fusarium proliferatum strains on irradiated wheat grains."International journal of food microbiology 266: 158-166.
  6. Coulombe Jr, R. A. (1993). "Biological action of mycotoxins."Journal of dairy science 76(3): 880-891.
  7. da Cruz Cabral, L., et al. (2013). "Application of plant derived compounds to control fungal spoilage and mycotoxin production in foods."International journal of food microbiology 166(1): 1-14.
  8. Elias, K. S. and R. Schneider (1992). "Genetic diversity within and among races and vegetative compatibility groups of Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici as determined by isozyme analysis."PHYTOPATHOLOGY-NEW YORK AND BALTIMORE THEN ST PAUL- 82: 1421-1421.
  9. Humans, I. W. G. o. t. E. o. C. R. t., et al. (2002).Some traditional herbal medicines, some mycotoxins, naphthalene and styrene, World Health Organization.
  10. Labuda, R., et al. (2003). "Identification and enumeration of Fusarium species in poultry feed mixtures from Slovakia."Annals of Agricultural and Environmental Medicine 10(1): 61-66.
  11. Marasas, W. F. (1995). "Fumonisins: their implications for human and animal health."Natural toxins 3(4): 193-198.
  12. Marasas, W. F., et al. (2004). "Fumonisins disrupt sphingolipid metabolism, folate transport, and neural tube development in embryo culture and in vivo: a potential risk factor for human neural tube defects among populations consuming fumonisin-contaminated maize."The Journal of nutrition 134(4): 711-716.
  13. Norred, W. P., et al. (1998). "Mycotoxins and health hazards: toxicological aspects and mechanism of action of fumonisins."The Journal of toxicological sciences 23(SupplementII): 160-164.
  14. Peluque, E., et al. (2014). "Fumonisin B1 in cereal mixtures marketed in Brazil."Food Additives & Contaminants: Part B 7(1): 46-48.
  15. Samapundo, S., et al. (2005). "Predictive modelling of the individual and combined effect of water activity and temperature on the radial growth of Fusarium verticilliodes and F. proliferatum on corn."International journal of food microbiology 105(1): 35-52.
  16. Samapundo, S., et al. (2007). "Modelling of the individual and combined effects of water activity and temperature on the radial growth of Aspergillus flavus and A. parasiticus on corn."Food microbiology 24(5): 517-529.
  17. Solovey, M., et al. (1999). "A survey of fumonisins, deoxynivalenol, zearalenone and aflatoxins contamination in corn-based food products in Argentina."Food Additives & Contaminants 16(8): 325-329.
  18. Whitlow, L. W. and W. Hagler (2005).Mycotoxins in dairy cattle: Occurrence, toxicity, prevention and treatment. Proc. Southwest Nutr. Conf.

Modelling effects of temperature and water activity on f. napiforme’s growth rate on maize medium

Master. PHAN THỊ KIM LIEN - NGUYEN TAI NGUYEN

TA THI QUYNH DIEM

Faculty of Food technology, Ho Chi Minh city University of Food industry

ABSTRACT:

In this study, Response Surface Methodology - RSM of Mode 5.0 was used to model the influence of temperature (25, 28, 31oC) and water activity (0.98, 0.99, 1 aw) on F. napiforme’s growth rate with 5% confidence. The resutl shows that F. napiforme achieved its maximum growth rate at 28oC, 0.99aw(11.4 ± 0.14mm.ngày-1) with the regression equation y = Y=11.3122+ 0.769999x1+ 0.974116x2- 1.33908*x1x2- 0.684752*x12- 1.71*x22. The reult can be applied to predict F. napiforme’s growth rate on maize during the storage.

Keywords:Temperature, water activity, F. napiforme, maize medium, growth rate, model.