Duong Thi Huyen ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM DƯƠNG THỊ HUYỀN Tên đề tài NGHI£N CøU C¸C YÕU Tè ¶NH H¦ëNG §ÕN QU¸ TR×NH THU NHËN CHÕ PHÈM INVERTASE Tõ NÊM MEN BIA KHãA LUËN TèT NGHIÖP §¹I[.]
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM DƯƠNG THỊ HUYỀN Tên đề tài: NGHI£N CøU C¸C ỸU Tè ảNH HƯởNG ĐếN QUá TRìNH THU NHậN CHế PHẩM INVERTASE Từ NấM MEN BIA KHóA LUậN TốT NGHIệP ĐạI HọC Hệ đào tạo : Chính quy Chun ngành : Cơng nghệ Thực phẩm Lớp : K42 - CNTP Khoa : CNSH - CNTP Khóa học : 2010-2014 Giảng viên hướng dẫn : ThS Nguyễn Hữu Nghị Giảng viên khoa CNSH - CNTP - Đại học Nông Lâm Thái Nguyên Thái Nguyên, 2014 n LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực đề tài em nhận tạo điều kiện, quan tâm giúp đỡ thầy cô giáo, bạn bè gia đình Em hồn thành khóa luận tốt nghiệp phịng thí nghiệm Vi sinh khoa Công nghệ Sinh học & Công nghệ Thực phẩm - trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên Em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới Ths Nguyễn Hữu Nghị, giảng viên khoa Công nghệ Sinh học & Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học Nơng lâm Thái Ngun tận tình giúp đỡ hướng dẫn giúp em hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp đại học Em xin cảm ơn cô, chú, anh, chị làm việc công ty bia VICOBA - Thái Nguyên, thầy cô làm việc Viện Khoa học sống tạo điều kiện giúp đỡ em trình em thực đề tài tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn đến tồn thể thầy khoa Cơng nghệ Sinh học & Công nghệ Thực phẩm giảng dạy bảo cho em nhiều trình học tập thực đề tài Cuối em xin gửi lời cảm ơn đến bố, mẹ, gia đình bạn bè động viên, giúp đỡ giành thời gian cho em để hồn thành khóa luận tốt nghiệp Do trình độ điều kiện thời gian thực đề tài có hạn nên đề tài khơng tránh khỏi sai sót Em mong nhận góp ý thầy bạn để đề tài hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Thái nguyên, ngày 06 tháng 06 năm 2014 Sinh viên thực đề tài Dương Thị Huyền n DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Một số enzyme quan trọng nấm men 15 Bảng 4.1 Kết hoạt tình enzyme thu theo thiết kế Box- Behnken (BBD), cấp độ, nhân tố , điểm trung tâm, 27 thí nghiệm 34 Bảng 4.2 Kết phân tích ANOVA cho mơ hình hoạt tính enzyme 35 Bảng 4.3 Bảng điều kiện nhân tố để thu hoạt tính enzyme cao 37 n DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 Cấu tạo mặt cắt vi khuẩn gram âm gram dương có chứa periplasmic Hình 2.2 Cấu tạo tế bào nấm men Hình 4.1 Ảnh hưởng tỷ lệ nấm men dung mơi q trình tự phân đến hoạt tính enzyme 29 Hình 4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ tự phân đến hoạt tính enzyme 30 Hình 4.3 Ảnh hưởng pH ban đầu mẫu nấm men tự phân đến hoạt tính enzyme 31 Hình 4.4 Ảnh hưởng thời gian tự phân đến hoạt tính chế phẩm enzyme thu nhận từ nấm men bia 33 Hình 4.5 Hình ảnh 3D ảnh hưởng nhiệt độ tỷ lệ nấm men/ dung mơi đến hoạt tính enzyme invertase thu dịch tự phân 39 Hình 4.6 Hình ảnh 3D ảnh hưởng thời gian nhiệt độ đến hoạt tính enzyme invertase thu dịch tự phân 39 Hình 4.7 Hình ảnh 3D ảnh hưởng pH tỷ lệ nấm men/ dung mơi đến hoạt tính enzyme invertase thu dịch tự phân 40 Hình 4.8 Hình ảnh 3D ảnh hưởng pH nhiệt độ đến hoạt tính enzyme invertase thu dịch tự phân 40 Hình 4.9 Hình ảnh 3D ảnh hưởng thời gian tỷ lệ nấm men/ dung mơi đến hoạt tính enzyme invartse thu dịch tự phân 41 Hình 4.10 Hình ảnh 3D ảnh hưởng thời gian pH đến hoạt tính enzyme invertase thu dịch tự phân 41 n DANH MỤC CÁC TỪ, CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT RNA : Ribonucleic acid GT : Giá trị BBD : Box- Behnken ĐVHT : Đơn vị hoạt tính n MỤC LỤC PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích yêu cầu 1.2.1 Mục đích 1.2.1 Yêu cầu 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.3.1 Ý nghĩa khoa học 1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .3 2.1 Khái quát enzyme 2.1.1 Khái niệm 2.1.2 Các đơn vị hoạt độ enzyme 2.1.3 Khu trú enzyme .4 2.1.4 Nguồn nguyên liệu thu enzyme .5 2.2 Giới thiệu chung nấm men 2.2.1 Thành phần hóa học, hình dạng kích thước nấm men 2.2.2 Cấu tạo tế bào nấm men 2.2.3 Nguồn thức ăn chủ yếu cho nấm men 11 2.2.4 Sự hấp phụ chất dinh dưỡng tế bào nấm men 11 2.3 Nấm men công nghệ sản xuất bia 12 2.3.1 Nấm men chìm nấm men .12 2.3.2 Quá trình lên men đường tạo rượu ethylic CO2 13 2.3.3 Các hướng tận dụng nấm men bia 14 2.3.4 Các enzyme thủy phân glucid đơn giản tế bào nấm men 15 2.4 Khái quát enzyme invertase .15 2.4.1 Enzyme invertase .15 2.4.2 Qúa trình chuyển hóa đường sucrose thành đường nghịch đảo 16 2.4.3 Invertase tế bào nấm men 17 2.4.4 Thu nhận chế phẩm enzyme invertase thô từ nấm men phương pháp tự phân 18 2.4.5 Ứng dụng invertase công nghệ thực phẩm 19 2.5 Tình hình nghiên cứu nước 20 n 2.5.1 Tình hình nghiên cứu nước 20 2.5.2 Tình hình nghiên cứu giới 20 Phần 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 3.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 22 3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 22 3.1.2 Phạm vi nghiên cứu .22 3.2 Địa điểm thời gian tiến hành nghiên cứu 22 3.3 Hố chất, thiết bị mơi trường sử dụng .22 3.3.1 Hoá chất .22 3.3.2 Dụng cụ thiết bị 23 3.4 Nội dung nghiên cứu 23 3.5 Phương pháp nghiên cứu 23 3.5.1 Phương pháp thu nhận sinh khối nấm men chế phẩm invertase 23 3.5.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 24 3.5.3 Phương pháp phân tích 25 3.6 Phương pháp xử lý số liệu 27 PHẦN 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28 4.1 Ảnh hưởng tỷ lệ nấm men dung mơi q trình tự phân nấm men bia (w/w) 28 4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ tự phân nấm men bia 29 4.3 Ảnh hưởng pH ban đầu mẫu nấm men trình tự phân 31 4.4 Ảnh hưởng thời gian tự phân nấm men bia đến hoạt tính enzyme 32 4.5 Tối ưu hóa điều kiện tự phân bã nấm men bia để thu nhận chế phẩm invertase phương pháp bề mặt tiêu (4 nhân tố) 34 4.5.1 Xây dựng mơ hình hoạt tính enzyme 35 4.5.2 Tối ưu hóa điều kiện tự phân thu nhận chế phẩm enzyme .37 PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42 5.1 Kết luận 42 5.2 Kiến nghị 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 n PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Nấm men nhóm vi sinh vật đơn bào người sử dụng từ hàng nghìn năm để sản xuất đồ uống có cồn (rượu, bia,…), bánh mì nhiều ứng dụng khác Nấm men sinh sơi nhanh, tế bào có chứa hàm lượng protein cao, nhiều vitamin, acid amin không thay thế… Trong công nghệ sản xuất bia, nấm men sau mẻ lên men tăng lên sinh khối cách đáng kể, người ta thu hồi sử dụng phần men để tiếp cho mẻ sau, phần lại thường dạng lỏng sệt thải ngồi mơi trường Lượng nấm men thải ngồi mơi trường có chứa lượng lớn tế bào nấm men, phân hủy gây ảnh hưởng đến môi trường sinh thái Việc thu hồi tận dụng lượng nấm men khơng có ý nghĩa lớn mặt kinh tế mà giải vấn đề mơi trường, vấn đề mang tính chất bền vững Hiện nay, nấm men bia thường sử dụng để sản xuất bột chiết nấm men, dịch chiết nấm men, làm thức ăn gia súc…Sản xuất chế phẩm invertase từ men bia hướng nghiên cứu Việt Nam [5] Nấm men bia thuộc loài Saccharomyces carlsbergensis có hoạt tính enzyme invertase Enzyme thường tập trung chủ yếu lớp không gian chu chất tế bào nấm men, khoảng không gian thành tế bào màng nguyên sinh chất [22] Nấm men thu sau q trình lên men bia có đặc điểm dễ bị tự phân Lúc vách tế bào khơng cịn khả tự bảo vệ bị phá hủy enzyme tế bào Chúng xúc tác phản ứng phân giải chất có thành tế bào nấm men giải phóng enzyme invertase tế bào Enzyme invertase (E C 3.2.1.26) thường sử dụng để thủy phân đường sucrose tạo thành hỗn hợp đường glucose fructose [18] (đường nghịch đảo) Dung dịch đường nghịch đảo có độ cao bị n tượng kết tinh đường so với đường sucrose nên sử dụng công nghệ sản xuất kẹo, nước giải khát… Việc nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng tìm điều kiện tối ưu cho trình thu nhận chế phẩm invertase từ nấm men bia có ý nghĩa khoa học thực tiễn Vì tơi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình thu nhận chế phẩm invertase từ nấm men bia” 1.2 Mục đích yêu cầu 1.2.1 Mục đích Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình thu nhận chế phẩm invertase từ nấm men bia 1.2.1 Yêu cầu - Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ nấm men dung mơi q trình tự phân nấm men bia - Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ tự phân nấm men bia - Nghiên cứu ảnh hưởng pH ban đầu mẫu nấm men trình tự phân nấm men bia - Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian tự phân nấm men bia - Tối ưu hóa điều kiện tự phân nấm men bia để thu nhận chế phẩm invertase 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.3.1 Ý nghĩa khoa học Thực đề tài giúp sinh viên bổ sung kiến thức thực tiễn quan trọng cho lý thuyết học, có thêm kinh nghiệm tiếp cận với công tác nghiên cứu khoa học để phục vụ cho nghiên cứu công tác sau 1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn Kết thu đề tài sở cho nghiên cứu để tối ưu hóa điều kiện thu nhận chế phẩm invertase từ nấm men bia chủng nấm men khác Từ xây dựng quy trình công nghệ với hiệu suất thu hồi enzyme hiệu n PHẦN TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Khái quát enzyme 2.1.1 Khái niệm Enzyme chất xúc tác sinh học, có chất protein, hịa tan nước dung dịch muối lỗng Enzyme có phân tử lượng lớn từ 20.000 đến 1.000.000 dalton nên khơng qua màng bán thấm [8] Enzyme có nhiều tính chất ưu việt hẳn chất xúc tác hóa học Enzyme có cường lực xúc tác lớn: điều kiện thích hợp hầu hết phản ứng có xúc tác enzyme xảy với vận tốc nhanh gấp 108 - 1011 lần so với phản ứng chất xúc tác Enzyme có tính đặc hiệu cao: enzyme xúc tác làm chuyển hóa chất định theo kiểu phản ứng định Sự tác dụng có tính chất lựa chọn gọi tính đặc hiệu enzyme Enzyme có tính đặc hiệu cao nên khơng tạo sản phẩm phụ Enzyme tác dụng điều kiện “êm dịu” Enzyme thường tác dụng thích hợp nhiệt độ 30 - 50oC, pH trung tính áp suất thường, không cần nồng độ acid hay nồng độ kiềm mạnh, áp suất cao, khơng địi hỏi thiết bị chịu acid, kiềm chịu áp suất cao đắt tiền Tất enzyme có nguồn gốc tự nhiên khơng độc Điều có ý nghĩa quan trọng công nghệ thực phẩm y học Các chế phẩm enzyme sản xuất từ nguồn nguyên liệu dễ kiếm, rẻ tiền 2.1.2 Các đơn vị hoạt độ enzyme Đơn vị hoạt độ enzyme coi lượng enzyme có khả xúc tác làm chuyển hóa lượng chất định đơn vị thời gian định điều kiện tiêu chuẩn [8] n ... trình thu nhận chế phẩm invertase từ nấm men bia? ?? 1.2 Mục đích yêu cầu 1.2.1 Mục đích Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình thu nhận chế phẩm invertase từ nấm men bia 1.2.1 Yêu cầu - Nghiên cứu ảnh. .. hưởng tỷ lệ nấm men dung mơi q trình tự phân nấm men bia - Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ tự phân nấm men bia - Nghiên cứu ảnh hưởng pH ban đầu mẫu nấm men trình tự phân nấm men bia - Nghiên cứu. .. nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng tìm điều kiện tối ưu cho trình thu nhận chế phẩm invertase từ nấm men bia có ý nghĩa khoa học thực tiễn Vì tơi tiến hành đề tài: ? ?Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình