Jokichi Takamine (1854-1922) Người cha Nhật Bản của Công nghệ sinh học Hoa Kỳ, cha đẻ Adrénaline, khám phá Aspergillus oryzae

 

Mốc màu hoa cau mà nhân dân ta thường dùng để làm tương là một loài nấm sợi có tên khoa học là Aspergillus oryzae. Đây cũng chính là loài mà người Nhật dùng để đường hóa gạo khi làm rượu Sake. Người nghiên cứu sớm nhất về loài nấm này là một nhà khoa học Nhật Bản tên là Jokichi Takamine. Ông sinh ngày 3-10-1854 tại Takaoka nhưng sớm được chuyển đến sống ở Kanazawa. Bố ông là thầy thuốc Seiichi, còn mẹ ông- bà Yukiko ,lớn lên từ một gia đình làm rượu sake.  Từ nhỏ Jokichi đã học giỏi các môn Ngôn ngữ và Khoa học. Năm 16 tuổi ông vào học Trường trung học y tế ở Osaka. Hai năm sau Jokichi chuyển lên học Hóa học ở Đại học Khoa học và Công nghệ  Tokyo. Năm 24 tuổi Jokichi được gửi sang Scotland để làm nghiên cứu sinh tại Đại học Glasgow. Chẳng bao lâu anh đã nói thạo tiếng Anh và say mê nghiên cứu về sản xuất phân bón hóa học. Trở về Nhật ông làm việc tại Bộ Nông nghiệp và Thương mại  với mong muốn đưa được công nghệ phương Tây về Nhật. Anh được cử sang New Orleans (Hoa Kỳ) để làm cuộc triển lãm về bông. Anh trọ tại nhà  Đại tá Ebenezer Hitch và vì thế mà có chuyện yêu cô con gái ông Đại tá này- cô Caroline Field Hitch .

 

   

         

Trở về Nhật Bản ông được cử làm Chủ nhiệm Văn phòng cấp Bằng sáng chế và Nhãn hiệu hàng hóa. Vì công việc mà ông có dịp trở lại Hoa Kỳ trong hai năm. Đám cưới được thực hiện tại New Orleans vào mùa hè năm 1887. Trong tuần trăng mật họ đã đến Nam Carolina và thăm nhà máy phân bón hóa học tại đây. Sau đó Takamine đến Washinton để nghiên cứu về luật cấp bằng sáng chế ở Hoa Kỳ và rồi trở về Nhật. Ông đã thành công trong việc xây dựng Nhà máy superphosphate đầu tiên ở Nhật dưới sự đầu tư của Công ty phân bón hóa học Tokyo. Đôi vợ chồng trẻ sống gần nhà máy và họ sinh ngay ba năm đôi được hai cậu con trai. Tình trạng kinh tế trở nên khó khăn và gia đình Takamine phải quay trở lại Hoa Kỳ. Đây là thời gian  Takamine chuyển  hướng chú ý sang công nghệ sản xuất cồn-rượu. Thời đó để đường hóa tinh bột lúa mỳ và ngô ở phương Tây người ta dùng mầm đại mạch (malt), trong khi đó ở Nhật lại dùng loại nấm sợi mà ta gọi là mốc tương. Cơm đã cho mọc loại mốc này ở Nhật gọi là Koji. Hoạt tính men (enzyme) trong Koji cao hơn nhiều so với trong mầm đại mạch. Với sự ủng hộ của Công ty Liên hiệp Whiskey (Whiskey Trust),Takamine đã đưa công nghệ dùng Koji vào các nhà máy sản xuất rượu Whisky và bia ở Chicago và Peoria (bang Illinois). Hoạt tính của Koji làm cho quá trình đường hóa rút ngắn lại và giá thành rẻ hơn rõ rệt. Nhưng thật rủi ro cho Takamine, các nhà máy sản xuất mầm đại mạch ở vùng này đã không hoan nghênh sáng kiến này của ông (!).Một sự kiện lạ lùng có thể do sự kỳ thị chủng tộc gây nên, nhà máy nơi ông làm việc bị cháy trụi (!)và gia đình ông trở nên khánh kiệt. Họa vô đơn chí, ông bị bệnh gan cấp tính và phải mổ cấp cứu tại Chicago. Đó là thời gian bi kịch nhất đối với gia đình ông. Caroline phải đi bán tranh ảnh và đồ thủ công để lo bữa ăn cho gia đình. Cũng may là Takamine rất chóng bình phục và có lại ngay tinh thần lạc quan. Năm 1894 ông lấy được bằng sáng chế về quá trình sản xuất men đường hóa (Proces of making diastatic enzyme) và được thưởng tiền. Đấy là US Patent số 252.823, trình bầy phương pháp phương pháp nuôi nấm sợi Aspergillus trên cám và dùng cồn để chiết xuất ra men amylase (men đương hóa tinh bột). Sau đó  Takamine đã chứng minh được men này có thể ứng dụng trong y học và ông nhận được Bằng sở hữu trí tuệ về men của ông do  Parke,  Davis & Công ty (ở Ditroit, Michigan) sản xuất với tên gọi là men Taka-diastase.  Parke và Davis quảng cáo men này trợ giúp tiêu hóa tinh bột, chữa bệnh khó tiêu . Sản phẩm bán rất chạy và Takamine trở thành cố vấn của Công ty. Nên biết rằng lịch sử ngành Sinh hóa học (Biochemistry) gắn liền voái lịch sử nghiên cứu enzyme. Mặc dầu nghề làm tương ở Việt Nam và nghề làm sake ở Nhật Bản đã có từ lâu đời ,nhưng việc chiêt rút ra enzyme và sản xuất chế phẩm enzyme thì Takamine là người đi tiên phong. Mãi ba năm sau (1897) Eduard Buchner mới chiết xuất từ tế bào nấm men (yeast cells) enzyme xúc tác quá trình chuyển hóa đường thành rượu ethanol. Hiện nay nhân loại đã biết tới trên 2000 enzyme khác nhau và có trên 200 loại đã thu được dưới dạng tinh thể tinh khiết. Sau chiến công này được sự giúp đỡ của Parke và Davis, Takamine đã đưa được gia đình về New York và lập một Pjóng thí nghiệm riêng cho mình ở đường 103 Đông Manhattan. Tại đây ông tiếp tục có nhiều phát minh mới, trong đó có việc khám phá ra các nội tiết tố, đặc biệt là Adrenalin do tuyến thượng thận sinh ra.

Công nghệ sinh học mở đầu bằng thành công của Takamine trong việc sản xuất ra enzyme Taka-diastase và vì thành công này thực hiện ở Hoa Kỳ cho nên Takamine đã được tôn vinh là Người cha Nhật Bản của Công nghệ sinh học Hoa Kỳ (Japanese father of American biotechnology).

Nghề làm tương và làm rượu Sake với loài nấm sợi này đã có từ rất lâu đời. Trước đây bào tử nấm này từ thiên nhiên rơi vào trong xôi hay gạo và mọc lên mốc làm tương hay làm rượu. Bây giờ tình hình ở Nhật đã hoàn toàn khác hẳn. Nấm sợi Aspergillus oryzae đã được chọn lọc để có các chủng có hoạt tính rất cao. Koji được sản xuất ra dưới dạng bánh thì gọi là  mochi-koji, còn dưới dạng hạt thì gọi là bara-koji. Quá trình sản xuất ra koji gọi là sei-koji. Nấm này còn được dùng ở Nhật Bản để sản xuất tương Nhật từ đậu tương, dạng đặc gọi là miso (soybean paste) , dạng loãng gọi là shoyu (soy sauce). Khi làm rượu Sake thì quan trọng nhất là khâu sản xuất koji, thứ nhì là chuẩn bị giống nấm men rượu (moto), thứ ba mới là lên men (tsukuri). Theo phương pháp truyền thống có từ thời Muromachi (thế kỷ XIII-XV) thì mốc được sản xuất trên gạo hấp chín theo tỷ lệ 96% gạo và 4% tro của một số lá cây (như camellia, zelkova, …), nuôi cấy ở 34-36⁰C trong 7 ngày. Loại koji này được gọi là tane-koji. Bộ gen di truyền của Aspergillus oryzae hiện đã được phân tích và biết rất kỹ vào năm 2001. Nấm này có thể dùng trong công nghiệp để sản xuất nhiều loại enzyme khác nhau (amylase, protease, lipase, hemicellulase, cellulase, oxidoreductase, phytase, pectinesterase…).

 

   Jokichi Takamine (1854-1922)

 

 

                             Sản xuất rượu Sake thời xưa ở Nhật

 

Một vấn đề rất quan trọng và liên quan mật thiết với nghề làm tương theo phương pháp cổ truyền ở Việt Nam là không thể tiếp tục làm tương theo phương pháp để lên mốc tự nhiên. Khi đó bào tử mốc là lấy từ thiên nhiên và nơi nào làm mốc ngon thì người ta không rửa nong để mẻ sau tiếp tục có mốc đó phát triển. Vấn đề không phải ở chỗ làm tương ngon hay không ngon , làm nhanh hay chậm mà quan trọng hơn rất nhiều là có đảm an toàn cho sức khỏe con người hay không. Vấn đề được đặt ra là hai loài không độc Aspergillus oryzae  và Aspergillus sojae về hình thái , màu sắc ,cấu tạo hiển vi rất khó phân biệt với hai loài rất nguy hiểm khác là Aspergillus flavus và Aspergillus parasiticus.Hai loài sau có thể sinh ra loại độc tố gây ung thư có tên gọi là Aflatoxin.Hiện đã biết 16 loại Aflatoxin khác nhau và độc nhất là các loại Aflatoxin B1,G1, B2, G2.

Đã đến lúc cần giải thích rộng rãi và kiểm soát chặt chẽ các cơ sở làm tương. Không được tiếp tục lên men tự nhiên  mà phải sử dụng phương pháp cổ truyền có cải tiến- ở khâu cấy bào tử từ giống thuần khiết của Aspergillus oryzae hay Aspergillus sojae. Bào tử các nấm này được đóng sẵn trong các bao nhỏ và được cung cấp với giá không đáng kể. Chỉ cần lấy giống một vài lần sau đó cấy truyền sang các mẻ khác. Kinh nghiệm cho thấy với các chủng thuần khiết đã được lựa chọn không chỉ tuyệt đối an toàn mà còn làm cho tương mẻ nào cũng có chất lượng tốt như mẻ nào. Có thể liên hệ với Viện Công nghiệp thực phẩm hoặc Bảo tàng giống chuẩn vi sinh vật (TT Công nghệ sinh học, ĐH Quốc gia Hà Nội) để tiếp nhận giống và phương pháp sử dụng.

 Độc tố Aflatoxin B1

 

     

Aspergillus flavus