Nghiên cứu thu nhận chế phẩm enzyme cellulose từ nấm mốc và ứng dụng trong sản xuất ethanol từ vỏ quả cà phê vối (coffea robusta)

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG Tên đề tài NGHIÊN CỨU THU NHẬN CHẾ PHẨM ENZYME CELLULASE TỪ NẤM MỐC VÀ ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT ETHANOL TỪ VỎ QUẢ CÀ PHÊ VỐI (Coffea robusta) Mã số đề tài IUH VSH1616 Chủ nhiệm đề tài ĐỖ VIẾT PHƯƠNG Đơn vị thực hiện VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2017 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1 1 GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU CÀ PHÊ.

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: NGHIÊN CỨU THU NHẬN CHẾ PHẨM ENZYME CELLULASE TỪ NẤM MỐC VÀ ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT ETHANOL TỪ VỎ QUẢ CÀ PHÊ VỐI (Coffea robusta) Mã số đề tài: IUH.VSH16/16 Chủ nhiệm đề tài: ĐỖ VIẾT PHƯƠNG Đơn vị thực hiện: VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2017 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU CÀ PHÊ 1.1.1 Giới thiệu vỏ cà phê vối Vỏ cà phê phế phẩm thu trình chế biến cà phê nhân Vỏ chiếm khoảng 29% trọng lượng chất khơ tồn cà phê Bảng 1.1: Thành phần hóa học vỏ cà phê (% theo chất khơ) Thành phần hóa học Nước Chất khơ Các chất trích ly ether Xơ thơ Protein thơ Tro Nitrogen-free extract Caffeine Tannin Tổng pectic Đường khử Đường không khử Chlorogenic acid Tổng caffeic acid (a) 12,6 87,4 2,5 21,0 11,2 8,3 44,4 1,3 1,8 – 8,56 6,5 12,4 2,0 2,6 1,6 (b) 2,3 - 2,5 13,2 - 27 9,2 - 11,2 57,8 – 66,1 0,51 – 1,3 1,44 – 4,5 0,31 – 2,71 (a Braham and Bressani, 1979; b Jaffé and Ortiz, 1952; Aguirre, 1966; Bressani et al., 1975) Bảng 1.2: Thành phần khống có vỏ cà phê (% theo chất khơ) Thành phần hóa học % chất khơ Tổng khống (g) 8,3 Ca (mg) 554 P (mg) 116 Fe (mg) 15 Na (mg) 100 K (mg) 1765 Mg (mg) vết Zn (ppm) Cu (ppm) Mn (ppm) 6,25 B (ppm) 26 (Bressani and Jarquin, 1972) Bảng 1.3: Thành phần carbohydrate có vỏ cà phê (% theo chất khô) Thành phần hóa học g% Tổng xơ 63,2 Các chất hịa tan NDF 36,8 Các chất hòa tan ADF 34,5 Hemicellulose 2,3 Cellulose 17,7 Lignin 17,5 Protein thô 10,1 Tro không tan 0,4 (Murillo et al., 1977) 1.1.2 Một số ứng dụng từ vỏ cà phê 1.1.2.1 Làm môi trường nuôi cấy vi khuẩn Trong vỏ cà phê có lượng đường tương đối phong phú thích hợp cho phát triển vi sinh vật Một số cơng trình nghiên cứu vấn đề thực Colombia để sản xuất nấm men Cứ 100 kg cà phê sản xuất 750 g men khô (Calle, 1951) 1.1.2.2 Sản xuất dịch đạm Trong vỏ cà phê có đầy đủ acid amin thiết yếu Với phương pháp trích ly, đặc thơng thường lượng đạm nitơ dịch chiết khoảng 42% Nhưng có xử lý thêm với cellulase maceroenzymes hiệu đạt 71% nitơ Lý vỏ cà phê có chứa lượng cao tannin gây cản trở trình trích ly protein, đồng thời phenolic có vỏ cà phê dễ bị oxy hóa tạo thành quinon quinon dễ dàng tạo liên kết cộng hóa trị với protein Để nâng cao hiệu trích ly người ta bổ sung thêm sulfit polyvinyl pyrrolidone để kết tủa tannin (Dc La Fuente, 1974) 1.1.2.3 Chiết xuất caffeine Caffeine có mặt vỏ cà phê có tác dụng khơng tốt đến hệ thống tiêu hóa động vật chúng ăn vào thể Vì để tăng giá trị kinh tế người ta tiến hành nghiên cứu chiết xuất caffeine từ vỏ cà phê (Molina and Bressani, 1974; Bressani et al., 1975) Ủ chua Ủ thành đống Thức ăn động vật Sấy khô Xay, nghiền Thức ăn động vật Ép Xác vỏ Vi sinh vật Sản phẩm Giàu protein Nước ép Thức ăn động vật Sấy khô Vỏ cà phê Trích ly Vỏ cà phê Caffeine Vỏ cà phê Trích ly Protein Phân bón + lượng (gas) Lên men Tự nhiên Enzyme pectinase Giấm Dịch chiết Khác Hình 1.1: Khả sản xuất số sản phẩm từ vỏ cà phê (Bressni, 1974; Ruiz, 1974) Bảng 1.4: Hiệu trích ly caffeine từ vỏ cà phê Thành phần hóa học Alcohol Water (25 °C) Water (25 °C) + alcohol Percolation % caffeine trích ly 69,53 78,11 84,65 99,06 Tổng chất rắn trích ly 19,10 28,33 35,50 29,01 (Molina and Bressani, 1974; Bressani et al., 1975) 1.1.2.4 Sản xuất phân bón hữu Vỏ cà phê đổ đống, ủ kín sau thời gian bị phân hủy tạo phân hữu Cứ khoảng 45 kg vỏ cà phê ủ thành phân tương đương với 4,5 kg phân vô 14-3-37 kg phân vô 7-1,5-18,5 Điều cho thấy phân hữu từ vỏ cà phê có hàm lượng nitơ kali cao phân bón thơng thường (Bressani et al., 1972) 1.1.2.5 Sản xuất số sản phẩm khác Sản xuất mật đường: Theo Molina (1974) thủy phân vỏ cà phê - HCl 6% 1210C (15 psi) sản phẩm tạo thành mật đường Mật đường trộn với thức ăn cho heo ăn nhận thấy khả sử dụng mật đường từ vỏ cà phê tương đương với mật đường mía (Buitrago et al., 1968; Molina and Bressani, 1974) Ngoài vỏ cà phê cịn sử dụng để sản xuất khí sinh học Cứ 30 kg vỏ cà phê trộn với phân bò sản xuất 670 lít metan 72 ngày ủ (Calle, 1955) 1.1.3 Khả kháng vi sinh vật caffeine phenolic có vỏ cà phê 1.1.3.1 Khả kháng khuẩn caffeine Caffeine gây độc cho hạt giống nảy mầm, vi sinh vật sinh vật biển, chất độc vi khuẩn Caffeine nồng độ 0,0025 g/mL ức chế phát triển nhiều lồi vi khuẩn mơi trường phát triển Một vài nghiên cứu cho thấy tác dụng gây đột biến caffeine qua ức chế sửa chữa ADN vi khuẩn Caffeine nồng độ 0,1% có khả làm ức chế tổng hợp protein vi khuẩn nấm men hoàn toàn bị ức chế 1% caffeine (Ramanavičienė et al., 2003) Ở nồng độ thấp khoảng 10-2 M caffeine ức chế phosphodiesterase gây ức chế trì hỗn phân chia tế bào Đối với nấm men, lượng caffeine > 10 mM gây đột biến Ở nồng độ thấp, có khả kháng khuẩn nên sinh trưởng phát triển E coli chủng vi khuẩn khác Caffeine ảnh hưởng đến trình lên men lactose tổng hợp indol E.coli (Ibrahim et al., 2014) Trong nghiên cứu tác động caffeine nấm sợi, loài Trichoderma mầm bệnh, cho thấy caffeine thể chức kép: ức chế trình nấm mọc phát triển (Sugiyama et al., 2016) Trong cà phê caffeine thành phần có khả kháng khuẩn Một báo cáo cho thấy caffeine tinh khiết có tác dụng kháng khuẩn trực tiếp Hơn nữa, caffeine chất chống dính có khả phịng chống sâu làm giảm độ bám dính vi khuẩn Streptococcus đột biến vào bề mặt (Rahman et al., 2014) Aspergillus niger Aspergillus carbonarius bị ức chế caffeine với nồng độ