Luận văn thạc sĩ Công nghệ thực phẩm: Nghiên cứu quy trình thu nhận xơ thực phẩm từ phụ phẩm bã dừa

Do đó nghiên cứu này được thực hiện với các nội dung: Nghiên cứu thu nhận chất xơ hòa tan từ bã cơm dừa sau quá trình khử béo, xử lý acid và thủy phân bằng enzyme Viscozyme L.. Gần đây n

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

NGUYỄN THỊ THANH UYÊN

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH THU NHẬN XƠ THỰC PHẨM TỪ PHỤ PHẨM BÃ DỪA

Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm Mã số: 60540101

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 Năm 2017

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa-ĐHQG-HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Trần Bích Lam

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Nguyễn Hoài Hương (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Phạm Thị Hải Quỳnh (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng 01 năm 2017

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1 GS.TS Lê Văn Việt Mẫn

2 TS Trần Thị Thu Trà 3 TS Phạm Thị Hải Quỳnh 4 TS Nguyễn Hoài Hương 5 TS Huỳnh Tiến Phong Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRUỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: Nguyễn Thị Thanh Uyên MSHV: 7141021

Chuyên ngành: Công nghệ Thực Phẩm Mã số: 60540101 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH THU NHẬN XƠ THỰC PHẨM TỪ PHỤ PHẨM BÃ DỪA

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Khảo sát nguyên liệu bã cơm dừa - Khảo sát quá trình xử lý nguyên liệu - Nghiên cứu quá trình thủy phân bã cơm dừa bằng enzyme Viscozyme L - Thu nhận sản phẩm xơ tan bằng công nghệ sấy thăng hoa

- Khảo sát các tính chất của thành phẩm III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 04/07 /2016 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/01/2017 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:TS Trần Bích Lam

Tp HCM, ngày 04 tháng 01 năm 2017

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA (Họ tên và chữ ký)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc nhất đến cô hướng dẫn TS.Trần Bích Lam, xin cảm ơn cô đã tận tình chỉ dạy và hướng dẫn cho tôi những kiến thức, những kỹ năng nghiên cứu quý báu nhất trong quá trình tôi thực hiện luận văn

Con xin cảm ơn ba, má, gia đình và những người thân quý giá nhất, những người đã tiếp sức, động viên con trong những lúc con gặp khó khăn trong học tập và trong cuộc sống

Tôi cũng xin cảm ơn các quý thầy cô trong bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Kỹ Thuật Hóa Học, trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh đã truyền đạt những kiến thức và đã tạo những điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đề tài luận văn tại trường

Cuối cùng, tôi cũng xin cảm ơn sâu sắc đến các anh, chị và bạn bè làm việc tại phòng thí nghiệm bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm đã đồng hành, quan tâm và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn

Xin gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc nhất

TP Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 01 năm 2017

Học viên thực hiện

Nguyễn Thị Thanh Uyên

ABSTRACT Dietary fiber in coconut residue obtained after the extraction of milk is known as nutritional values Thus, this study was done with the following contents: Research on obtaining production of soluble fiber from coconut residue after fat removing process, treatments by acid and enzymatic hydrolysis by Viscozyme L

Results of treatment selected with HCl 3% in 3 hours and conditions of the hydrolysis reaction by enzymatic hydrolysis to the highest level were: enzyme concentration of 0.5% (v /v), pH 6, temperature 550 C, incubated for 31 hours Products obtained after freeze drying is soluble fiber powder, with production yield reached 23.5344%

Gas chromatography analysis of soluble fiber contents showed the main component were the oligosaccharides (which is not identified yet ) and the monosaccharides: fructose, galactose and glucose, and other, in which galactose was highest

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Thành phần xơ ăn kiêng trong bã cơm dừa sau khi trích ly dầu dừa được biết đến với nhiều giá trị dinh dưỡng Do đó nghiên cứu này được thực hiện với các nội dung: Nghiên cứu thu nhận chất xơ hòa tan từ bã cơm dừa sau quá trình khử béo, xử lý acid và thủy phân bằng enzyme Viscozyme L

Kết quả đã chọn chế độ xử lý HCl 3% trong 3h và điều kiện của phản ứng thủy phân bởi enzyme cho mức độ thủy phân cao nhất là: nồng độ enzyme 0.5 %(v/v), pH 6, nhiệt độ 55 0C, thời gian phản ứng là 31 giờ Sản phẩm thu nhận được sau sấy thăng hoa là bột xơ hòa tan, với hiệu suất thu hồi sản phẩm đạt 23.5344%

Kết quả phân tích mẫu xơ hòa tan bằng sắc ký khí cho thấy ngoài thành phần chính là các oligosaccharide chưa định danh, còn có các monosaccharide là fructose, galactose và glucose, trong đó galactose chiếm ưu thế

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của chính bản thân tôi Các nội dung nghiên cứu và các kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trước đây, không sao chép từ bất cứ tài liệu hay bất cứ nguồn nào dưới mọi hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) đều được trích dẫn và ghi rõ nguồn tài liệu tham khảo theo đúng quy định

Tác giả luận văn Nguyễn Thị Thanh Uyên

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

ABSTRACT ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN iii

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ iv

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Giới thiệu về nguyên liệu bã cơm dừa 3

1.2 Chất xơ ăn kiêng 4

1.2.1 Khái niệm về chất xơ 4

1.2.2 Phân loại chất xơ 5

1.2.3 Vai trò của chất xơ đối với sức khỏe 6

1.3 Cấu tạo hóa học các chất xơ 7

1.3.1 Các chất xơ không tan 7

1.4.3 Quy trình công nghệ sản xuất xơ hòa tan (oligosaccharide) từ cám gạo 16

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 23

2.1 Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị 23

2.3.1 Phân tích nguyên liệu 28

2.3.2 Khảo sát quá trình xử lý nguyên liệu 28

2.3.2.1 Loại lipid bằng N-hexan 28

2.3.2.2 Khảo sát quá trình thủy phân bằng HCl 28

2.3.3 Khảo sát quá trình thủy phân bã cơm dừa bằng Enzyme Viscozyme L 29

2.3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ enzyme 29

2.3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian thủy phân 30

2.3.3.3 Tối ưu hóa nồng độ enzyme và thời gian thủy phân 30

2.3.4 Sấy thăng hoa dung dịch xơ hòa tan 31

2.3.5 Xác định các thành phần trong bột xơ tan 31

2.4 Phương pháp phân tích 31

2.4.1 Phương pháp xác định ẩm theo AOAC 2000 31

2.4.3 Xác định hàm lượng nitơ tổng theo phương pháp Kjeldahl 32

2.4.4 Xác định hàm lượng lipid tổng theo phương pháp Soxhlet 33

2.4.5 Xác định hàm lượng đường khử theo phương pháp DNS 33

2.4.6 Xác định hàm lượng đường tổng theo phương pháp DNS 33

2.4.7 Xác định hàm lượng Oligosaccharide 33

2.4.8 Xác định hàm lượng tro theo phương pháp AOAC 2000 34

2.4.9 Xác định hàm lượng chất xơ bằng phương pháp AOAC 962.09 33

2.4.10 Xác định độ hòa tan 34

2.4.11 Xác định hàm lượng xơ hòa tan theo AOAC 991.43 34

2.4.11 Phương pháp phân tích thành phần carbohydrate trong sản phẩm bằng sắc ký khí 34

2.5 Phương pháp xử lý số liệu 35

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 36

3.1 Phân tích thành phần nguyên liệu 36

3.2 Khảo sát quá trình xử lý nguyên liệu 37

3.2.1 Tách loại lipid bằng N-hexan 38

3.2.2 Khảo sát quá trình xử lý biến tính bã cơm dừa bằng HCl 39

3.2.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ HCl 40

3.2.2.2 Khảo sát thời gian xử lý bằng HCl 3% 42

3.2.3 Khảo sát quá trình tách loại protein 43

3.3 Khảo sát quá trình thủy phân bã cơm dừa bằng Enzyme Viscozyme L 44

3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ enzyme 44

3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian thủy phân bằng EVL 47

3.3.3 Tối ưu hóa quá trình thủy phân bằng EVL 49

3.4 Sấy thăng hoa chế phẩm xơ hòa tan 55

3.5 Tính chất của sản phẩm 56

3.5.1 So sánh với mẫu Orihiro – Nhật 56

3.5.2 Phân tích thành phần carbohydrate trong sản phẩm bằng sắc ký khí 57

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63

4.1 Kết luận 63

4.2 Kiến nghị 63

BẢNG DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

PHỤ LỤC 72

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của bã cơm dừa 3

Bảng 1.2 Thành phần các chất xơ của bã cơm dừa 4

Bảng 1.3 Một số chất xơ chuyển hoá 7

Bảng 2.1 Hóa chất chính được sử dụng 24

Bảng 2.2 Thiết bị chính sử dụng trong thí nghiệm 24

Bảng 2.3 Điều kiện khảo sát nồng độ enzyme 29

Bảng 2.4 Điều kiện khảo sát thời gian phản ứng 30

Bảng 2.5 Điều kiện khảo sát tối ưu hóa EVL 31

Bảng 2.6 Chu trình nhiệt trong phân tích sắc ký khí 35

Bảng 3.3 Thành phần nguyên liệu bã cơm dừa 36

Bảng 3.2 Kết quả tách loại lipid trong bã cơm dừa 38

Bảng 3.3 Hàm lượng protein được tách từ bã cơm dừa bằng HCl 3% 43

Bảng 3.4 Bảng qui đổi từ nồng độ enzyme qua tỉ lệ % enzyme /cơ chất và FBG/g cơ chất 45

Bảng 3.5 Kết quả 11 thí nghiệm tối ưu hóa điều kiện thủy phân bằng EVL 50

Bảng 3.6 Kết quả phân tích hệ số của phương trình hồi quy 51

Bảng 3.7 Kết quả tối ưu hóa các điều kiện phản ứng 54

Bảng 3.8 Kết quả các thực nghiệm kiểm chứng 54

Bảng 3.9 Bảng so sánh thành phần hóa học của chế phẩm xơ hòa tan từ bã cơm dừa với sản phẩm Orihiro – Nhật 56

Bảng 3.10 Thành phần carbohydrate trong chế phẩm xơ hòa tan được phân tích bằng sắc ký khí 58

Hình 1.1 Cấu tạo vách tế bào thực vật 5

Hình 1.2 Cấu tạo cellulose 7

Hình 1.3 Công thức cấu tạo Hemiccellulose A, Hemicellulose B 11

Hình 1.4 Minh họa của các loại hemicelluloses được tìm thấy trong thành tế bào thực vật 11

Hình 1.5 Các đơn vị cơ bản của lignin 12

Hình 1.6 Cấu tạo 1 polymer của lignin 13

Hình 1.7 Nấm mốc Aspergillus aculeatus 18

Hình 1.8 Mô hình cấu tạo của cellulose và tác dụng của các enzyme cellulase 19

Hình 2.1 Bã cơm dừa sau khi trích ly nước cốt dừa 23

Hình 2.2 Sơ đồ nghiên cứu 27

Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ HCl đến mức độ thủy phân bã cơm dừa 41

Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến mức độ thủy phân bã cơm dừa bằng HCl 3% 42

Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ enzyme viscozyme L đến mức độ thủy phân của bã cơm dừa 45

Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian thủy phân tới mức độ thủy phân bã cơm dừa của EVL (10-14h) 47

Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian thủy phân tới mức độ thủy phân bã cơm dừa của EVL (26-34h) 48

Hình 3.6 Đồ thị minh họa sự phụ thuộc của hàm mục tiêu vào các nhân tố 53

Hình 3.7 Sắc ký đồ phân tích tích thành phần carbohydrate trong chế phẩm xơ

hòa tan 52

Hình 3.8 Quy trình thu nhận bột xơ tan từ bã cơm dừa 60

CR: Coconut residue ( Phụ phẩm dừa) EVL: Enzyme Viscozyme L

SF: Solube fiber ( Xơ tan) ISF: Insolube fiber ( Xơ không tan) DF: Dietary fiber ( Xơ ăn kiêng) TC: Total carbohydrates ( Đường tổng) RSC: Reducing sugar content (Đường khử)

LDL: Low density lipid ( Lipid tỷ trọng thấp) HDL: High density lipid ( Lipid tỷ trọng cao) NDF: Neutral detergent fiber ( Xơ trung tính) ADF: Acid detergent fiber ( Xơ acid)

PDY: Production yield (Hiệu suất thu hồi chất khô) PTN: Phòng Thí Nghiệm

W: Weigh (khối lượng) V: Volume ( thể tích) E/S: Enzyme/cơ chất

MỞ ĐẦU

Cho đến nay các sản phẩm được quan tâm khi chế biến quả dừa là dầu dừa và nước cốt dừa Hiện nay phụ phẩm bã cơm dừa sau quá trình chế biến thường dùng làm bánh dầu, để bón phân hoặc làm thức ăn cho gia súc Phụ phẩm này chưa được khai thác đúng giá trị sử dụng Gần đây nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng bã cơm dừa sau khi ép dầu và sản xuất nước cốt không những có giá trị trong công nghiệp mà nó còn chứa một lượng lớn chất xơ ăn kiêng bổ sung vào các sản phẩm thực phẩm nhằm làm tăng giá trị dinh dưỡng và tốt cho sức khỏe Xơ thực phẩm từ dừa có thể giúp kiểm soát lượng cholesterol trong máu và lượng đường trong máu, chống bệnh ung thư ruột kết, nguồn chất xơ hổ trợ chống táo bón [4] Trên cơ sở đó chúng tôi tiến hành đề tài: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH THU NHẬN XƠ THỰC PHẨM TỪ PHỤ PHẨM BÃ DỪA

1 Tính cấp thiết của đề tài Xơ thực phẩm được sử dụng như một nguồn bổ sung chất xơ cần thiết trong các khẩu phần ăn kiêng giúp tăng cường khả năng tiêu hóa và thải độc Các sản phẩm này hiện được dùng để điều trị và đều phải nhập khẩu Trong khi đó bã dừa là phụ phẩm của quá trình ép dầu dừa là một nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước Từ bã dừa giàu chất xơ có thể nghiên cứu thu nhận chất xơ thực phẩm có giá trị

2 Mục tiêu nghiên cứu: thu nhận chế phẩm xơ hòa tan sau quá trình thủy phân bã cơm dừa bằng enzyme Viscozyme L

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện với bã cơm dừa lấy từ quy trình khai thác dầu dừa bằng phương pháp ép thủy lực của Công Ty TNHH Chế Biến Dừa Lương Quới Thu nhận chế phẩm xơ hòa tan sau quá trình thủy phân bã cơm dừa bằng enzyme viscozyme L

4 Nội dung nghiên cứu - Khảo sát nguyên liệu bã cơm dừa - Khảo sát quá trình xử lý nguyên liệu - Nghiên cứu quá trình thủy phân bã cơm dừa bằng enzyme viscozyme L - Thu nhận sản phẩm xơ tan

- Khảo sát các tính chất của thành phẩm - Đề xuất qui trình thu nhận xơ tan từ bã cơm dừa 5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

5.1 Ý nghĩa khoa học Cung cấp dữ liệu khoa học để thu nhận chế phẩm xơ hòa tan từ bã cơm dừa 5.2 Ý nghĩa thực tiễn:

Làm tiền đề cho hướng tận dụng phụ liệu bã dừa chế biến sản phẩm có giá trị

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU BÃ CƠM DỪA

Cây dừa là một trong các cây lấy dầu quan trọng nhất thế giới phân bố rộng rải từ vĩ độ

20 Bắc xuống tận vĩ độ 20 Nam của đường xích đạo với tổng diện tích 12,47 triệu ha được trồng tại 93 quốc gia, trong đó các quốc gia thuộc Hiệp hội dừa Châu Á - Thái bình dương (APCC) chiếm tới 10.762 ha Dừa là loại cây trồng cho thu hoạch hàng

tháng, từ quả dừa cho đến tất cả các bộ phận của cây dừa đều có thể cho ra nhiều loại sản phẩm khác nhau, trong đó có nhiều sản phẩm có giá trị như dầu dừa, cơm dừa nạo sấy, sữa dừa, than gáo dừa, than hoạt tính, chỉ xơ dừa, các loại thảm, lưới phục vụ

sinh hoạt trong gia đình và cho mục đích công nghiệp, nông nghiệp Mặc dù vậy cho đến nay bã cơm dừa vẫn chưa được khai thác hết giá trị

Thành phần hóa học của bã cơm dừa:

Bã cơm dừa, còn gọi là cám dừa, là phần xơ bã còn lại của cơm dừa sau khi ép lấy dịch sữa dừa; là phụ phẩm của công nghiệp chế biến các sản phẩm từ cơm dừa tươi như dầu dừa tươi, sữa dừa, bột sữa dừa, kẹo dừa

Theo S P Ng, C P Tan, O M Lai, K Long và cộng sự thành phần hóa học còn lại trong bã cơm dừa như sau [41]:

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của bã cơm dừa sau khi ép dầu

( phương pháp ướt) [41]

Thành phần Hàm lượng Ẩm 50.26 (% ) Tro 0.23 (% ck) Lipid 14.64 (% ck)

Protein tổng 5.32 (% ck) Xơ tan trong acid 23.13 (% ck) Carbohydrate khác 56.7 (% ck)

Với thành phần hóa học chủ yếu còn lại là carbohydrate, người ta quan tâm đến khả năng khai thác xơ thực phẩm từ bã dừa Những nghiên cứu của S P Ng, C P Tan, O M Lai, K Long và cộng sự cho thấy thành phần chất xơ trong bã dừa như sau:

Bảng 1.2 Thành phần các chất xơ của bã cơm dừa [41]

Thành phần Hàm lượng trong

100g chất xơ (%) Hemicellulose A 1.13 Hemicellulose B 0.72 Cellulose 72.67

Lignin 1.88 Pectin không tan 4.32

1.2 CHẤT XƠ ĂN KIÊNG:

1.2.1 Khái niệm về chất xơ: Từ fiber (Bắc Mỹ) cũng có thể được viết là fibre (Anh) Nó bắt nguồn từ tiếng La tinh fibra, có nghĩa là sợi Chất xơ là chất bã thức ăn còn lại sau khi được tiêu hóa, gồm các chất tạo thành vách tế bào (cellulose, hemicellulose, pectin và lignin) Ngoài ra hiện nay các chất sáp, cutin, glycoprotein cũng được xếp vào loại chất xơ thực phẩm [ 75] Theo Hiệp Hội Khoa Học Thực Phẩm (1994): chất xơ là phần không tiêu hóa và không hấp thu trong ruột non của người bao gồm cà lignin.[35] Chất xơ là các polysaccharide không phải tinh bột như cellulose, lignin, pectin, hemicellulose và một số loại oligosaccharide

Hình 1.1 Cấu tạo vách tế bào thực vật 1.2.2 Phân loại chất xơ

Các chất xơ, dựa vào khả năng hòa tan được chia làm 2 nhóm: [77] [76] - Chất xơ hòa tan (SF): là các polysaccharide mạch ngắn, có thể tan được

trong nước Chất xơ hòa tan làm giảm lượng cholesterol trong máu và giảm lượng

đường trong cơ thể, giảm nguy cơ mắc bệnh tim Chất xơ hòa tan có nhiều trong rau xanh, củ quả tươi và các loại hạt đậu

- Chất xơ không hòa tan (ISF): là các polysaccharide mạch dài, không tan trong nước Gồm cellulose, hemicellulose, lignin… Đây là loại chất xơ thúc đẩy sự chuyển động của các vật chất trong hệ thống tiêu hóa, có lợi cho người bị táo bón và dị ứng đường ruột Chúng có mặt chủ yếu trong các loại hạt ngũ cốc, bột mì, rau quả, đậu xanh, khoai tây…

1.2.3 Vai trò của chất xơ đối với sức khỏe: [77] Một chế độ ăn uống đầy đủ chất xơ có thể giảm được nguy cơ viêm ruột thừa và ngăn ngừa nhiều căn bệnh khác

Điều trị bệnh đái tháo đường: mục đích của việc điều trị bệnh đái tháo đường là

giữ hàm lượng đường glucose trong máu ở mức bình thường và ngăn ngừa các biến chứng Thực phẩm giàu chất xơ làm chậm lại quá trình hấp thu đường vào máu, nhờ đó giữ cho mức đường trong máu không bị tăng đột ngột ngay sau bữa ăn, mà tiêu hóa hấp thu từ từ

Phòng chống bệnh tim mạch: Cholesterol tăng cao trong máu là nguyên nhân

gây một số bệnh tim mạch Chất xơ làm giảm cholesterol bằng cách làm giảm cholesterol có hại (LDL) và tăng cholesterol có ích (HDL) Các nghiên cứu sâu hơn cho thấy các chất xơ như betaglucan, psyllium, pectin và gum trong các cây họ đậu có hiệu quả trong việc làm giảm cholesterol trong máu [36,37]

Phòng ngừa ung thư: nhiều nghiên cứu cho thấy chế độ ăn uống có nhiều thực

phẩm chứa chất xơ có mối liên hệ với việc giảm thiểu nguy cơ của một số loại ung thư Cục quản lý Thực phẩm và Dược Phẩm Hoa Kì (FDA) đã tìm ra đủ bằng chứng khoa học để ban hành một công bố sức khỏe rằng chế độ ăn uống ít chất béo và nhiều thực phẩm chứa chất xơ có khả năng giảm nguy cơ một số bệnh ung thư [38]

Chống béo phì: chế độ ăn giàu chất xơ tuy làm giảm calo của khẩu phần, nhưng vẫn đảm bảo cảm giác no, rất có lợi cho những ai muốn giảm trọng lượng cơ thể

1.3 CẤU TẠO HÓA HỌC CÁC CHẤT XƠ : 1.3.1 Các chất xơ không tan

1.3.1.1 Cellulose Cellulose có công thức phân tử là (C6H10O5)n được cấu tạo từ các mắt xích β-

D-Glucose, nối với nhau bằng các liên kết β-1,4 glucoside trong đó n có thể nằm trong

khoảng 5000-14000, là thành phần chủ yếu cấu tạo nên vách tế bào thực vật Cellulose là thành phần chính tạo nên vách tế bàothực vật, giúp cho các mô thực vật có độ bền cơ học và tính đàn hồi

Hình1.2 Cấu tạo của cellulose trong vách tế bào thực vật

Cellulose không tan trong nước ngay cả khi đun nóng và cũng không tan trong các dung môi hữu cơ thông thường Nó chỉ tan trong một số dung dịch acid vô cơ mạnh như: HCl, HNO3, một số dung dịch muối: ZnCl2, PbCl2,

Phản ứng thủy phân cellulose xảy ra khi các mắt xích β 1,4 glucoside bị cắt đứt trong dung dịch acid vô cơ đặc, thu được glucose

Phương trình phản ứng: (C6H10O5 )n + nH2O nC6 H12 O6

Phản ứng thủy phân cellulose cũng xảy ra nhờ tác dụng xúc tác của enzyme cellulase mà ta sẽ xem xét chi tiết hơn ở phần sau

Phản ứng của cellulose với NaOH và CS2: Cho cellulose tác dụng với NaOH người ta thu được sản phẩm gọi là "cellulose kiềm", đem cho phản ứng tiếp với cacbon dissunfua sẽ thu được dung dịch cellulose xantogenat:

[C6H7O2(OH)3]n (Cellulose) → [C6H7O2(OH)2ONa]n (cellulose kiềm) →

[C6H7O2(OH)2O-CS2Na]n (cellulose xantogenat) Cellulose xantogenat tan trong kiềm tại thành dung dịch rất nhớt gọi là visco Khi bơm dung dịch nhớt này qua những ống có các lỗ rất nhỏ (φ < 0,1mm) ngâm trong dung dịch H2SO4, cellulose xantogenat sẽ bị thủy phân cho ta cellulose hydrate ở dạng óng mượt còn được gọi là tơ visco:

[C6H7O2(OH)2O-CS2Na]n (cellulose xantogenat) + n/2H2SO4 → [C6H7O2(OH)3]n (cellulose hydrate) + nCS2 + Na2SO4

H+, t0

cellulose hydrate có công thức hóa học tương tự cellulose, nhưng do quá trình chế biến hóa học như trên, mạch polyme trở nên ngắn hơn, độ bền hóa học kém đi và háo nước hơn

 Tác dụng của HNO3: Đun nóng cellulose với hỗn hợp HNO3 và H2SO4 đậm đặc, tùy theo điều kiện phản ứng mà một, hai hay cả ba nhóm -OH trong mỗi mắt xích C6H10O5 được thay thế bằng nhóm -ONO2 tạo thành các este cellulose nitrat:

[C6H7O2(OH)3]n + nHNO3 → [C6H7O2(OH)2ONO2]n (cellulose mononitrat) + nH2O [C6H7O2(OH)3]n + 2nHNO3 → [C6H7O2(OH)(ONO2)2]n (cellulose đinitrat) + 2nH2O [C6H7O2(OH)3]n + 3nHNO3 → [C6H7O2(ONO2)3]n (cellulose trinitrat) + 3nH2O

Hỗn hợp cellulose mononitrat và Cellulose dinitrat (gọi là coloxilin) được dùng bảo vệ vết thương, trong công nghệ cao phân tử (chế tạo nhựa celluloit, sơn, phim ảnh ) Cellulose trinitrat thu được (có tên gọi piroxilin) là một sản phẩm dễ cháy và nổ mạnh

Cellulose tác dụng với anhydrit axetic có H2SO4 xúc tác có thể tạo thành cellulose mono- hoặc di- hoặc triaxetat

[C6H7O2(OH)3]n + 3n(CH3CO)2O → [C6H7O2(OCOCH3]n(v triaxetat) + 3nCH3COOH Trong công nghiệp cellulose triaxetat và cellulose diaxetat được dùng hỗn hợp hoặc riêng rẽ để sản xuất phim ảnh và tơ axetat

 Tác dụng của dung dịch Cu(OH)2 trong amoniac: Cellulose tan được trong dung dịch Cu(OH)2 trong amoniac có tên là "nước Svayde", trong đó Cu2+ tồn tại chủ yếu ở dạng phức chất Cu(NH3)n(OH)2 Khi ấy sinh ra phức chất của cellulose với ion đồng ở dạng dung dịch nhớt Nếu ta cũng bơm dung dịch nhớt này đi qua ống có những lỗ rất nhỏ ngâm trong nước, phức chất sẽ bị thủy phân thành cellulose hydrate ở dạng sợi, gọi là tơ đồng - amoniac [79]

1.3.1.2 Hemicellulose

Hemicellulose là một loại polymer phức tạp và phân nhánh, độ trùng hợp khoảng 70 đến 200 đơn phân Hemicellulose chứa cả đường 6 carbon gồm glucose, mannose và galactose và đường 5 carbon gồm xylose và arabinose Thành phần cơ bản của hemicellulose là β– D xylopyranose, liên kết với nhau bằng liên kết β-(1,4)

Hemicellulose là cơ chất của enzyme hemicellulase Hemicellulose được cấu tạo từ các loại đường khác nhau, cả pentose và hexose, các gốc này được nối với nhau bằng liên kết β-1,6, β-1,3 hay β-1,4 glycoside Hemicellulose thường tồn tại ở dạng mạch ngắn, phân nhánh Hemicellulose có ở thành tế bào rau quả nhưng kém bền hơn cellulose Khác với cellulose, hemicellulose vừa là vật liệu cấu trúc vỏ tế bào vừa là nguyên liệu dự trữ năng lượng cho các quá trình trao đổi chất trong rau quả Tùy theo trong thành phần của hemicellulose có chứa monosaccharide nào mà nó sẽ có những tên tương ứng như manan, galactan, glucan và xylan Các polysaccharide như manan, galactan, glucan hay xylan đều là các chất phổ biến trong thực vật, chủ yếu ở các thành phần của thành tế bào của các cơ quan khác nhau như gỗ, rơm rạ, v.v…Dựa vào kết quả của các nghiên cứu đã công bố, ta thấy hemicellulose trong thành tế bào của bã cơm dừa chứa các monosaccharide như : mannose, galactose, fructose, xylose [10] [41] [9]

Mạch chính của hemicellulose được cấu tạo từ liên kết β-(1,4) Sự liên kết của hemicellulose với các polysaccharide khác và với lignin là nhờ các mạch nhánh Cũng vì hemicellulose có mạch nhánh nên tồn tại ở dạng vô định hình và vì thế dễ bị thủy phân

Hemicellulose là nhóm polysaccharide không tan trong nước, tan một phần trong nước nóng, tan trong dung môi kiềm Chỉ số polyme hóa của hemicellulose thấp nên hemicellulose có cấu trúc không bền

Hemicellulose có tính chất như cellulose nhưng dễ tham gia phản ứng hơn, bị thủy phân bởi acid loãng

Khi thủy phân hemicellulose sẽ thu được các monosaccharide: các hexose như manose, galactose, pentose; các pentose như arabinose, xylose

Hình 1.3 Công thức cấu tạo Hemiccellulose A, Hemicellulose B

Hình 1.4 Minh họa của các loại hemicelluloses được tìm thấy trong

thành tế bào thực vật [74]

1.3.1.3 Lignin

Lignin là một phức hợp hóa học phổ biến được tìm thấy chủ yếu là giữa các tế bào, trong thành tế bào thực vật Lignin là một trong các polymer hữu cơ phổ biến nhất trên trái đất Lignin có cấu trúc không gian 3 chiều, phức tạp, vô định hình, chiếm 17% đến 33% thành phần của gỗ Lignin không phải là carbohydrate nhưng có liên kết chặt chẽ với carbohydrate để tạo nên thành tế bào giúp thực vật cứng chắc và giòn

Trong tự nhiên, lignin chủ yếu đóng vai trò chất liên kết trong thành tế bào thực vật, liên kết chặt chẽ với mạng cellulose và hemicellulose Rất khó để có thể tách lignin ra hoàn toàn

Lignin là polyme phenolic liên kết ngang Lignin lấp đầy khoảng trống trong thành tế bào giữa cellulose, hemicellulose, pectin [79] nó được cấu thành từ các đơn vị phenylpropene, vài đơn vị cấu trúc điển hình là: guaiacyl (G), trans-coniferyl alcohol; syringyl (S), trans-sinapyl alcohol; p-hydroxylphenyl (H), trans-p-courmary alcohol

Hình 1.5 Các đơn vị cơ bản của lignin [73]

Hình 1.6 Cấu tạo 1 polymer của lignin [79]

Lignin tạo liên kết hóa học với hemicellulose và cả với cellulose (nhưng không nhiều) Độ bền hóa học của những liên kết này phụ thuộc vào bản chất liên kết, cấu trúc hóa học của lignin và các gốc đường tham gia liên kết [5]

Cấu trúc hóa học của lignin rất dễ bị thay đổi trong điều kiện nhiệt độ cao và pH thấp Ở nhiệt độ phản ứng cao hơn 200oC, lignin bị kết khối thành những phần riêng biệt và tách ra khỏi cellulose [9]

1.3.2 Một số chất xơ hòa tan

Chất xơ hòa tan: Bao gồm pectin, các chất keo và chất nhầy Nguồn cung cấp chất xơ hòa tan tốt nhất là các loại trái cây, các loại rau xanh, vỏ quả họ cam chanh, bã táo và quả dâu tây, cám kiều mạch, đại mạch, cám gạo, vỏ hạt, các loại đậu sấy khô, sữa đậu nành và các sản phẩm từ đậu nành v.v Chất xơ hòa tan khi đi qua ruột sẽ tạo ra

thể đông làm chậm quá trình hấp thu một số chất dinh dưỡng vào máu và cũng làm tăng độ xốp, mềm của bã thải tiêu hóa

1.3.2.1 Pectin [70]

Pectin là một nhóm polysaccharide bậc cao trong đó axit D-galacturonic là một

đơn vị cấu tạo chủ chốt Pectin là thành phần cấu trúc của thành tế bào thực vật và cũng hoạt động như chất gắn kết liên bào Pectin tan rất tốt trong nước và gần như hoàn toàn chuyển hóa bởi vi khuẩn đại tràng Do hoạt động tạo gel của chúng, những polysaccharide hòa tan có ảnh hưởng đến thời gian vận chuyển trong đường ruột Điều này giải thích tính hạ đường huyết của chúng (Jenkins et al 1978) [9]

Pectin là một loại chất xơ hòa tan trong nước Pectin không cung cấp năng lượng nhưng có nhiều ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm

Trong công nghệ thực phẩm, pectin được dùng để chế biến bánh kẹo cao cấp nhờ tính chất dễ tan trong nước Trong môi trường axit, pectin tạo keo vì vậy nó được dùng như một tác nhân đông đặc, tác nhân làm tăng độ nhớt của dung dịch

Pectin còn có vai trò trong việc điều trị giảm cân ở người béo phì do kéo dài thời gian tiêu hóa thức ăn trong ruột, có tác dụng tăng hấp thu dưỡng chất trong thức ăn nhờ đó tạo cảm giác no bụng kéo dài, giảm năng lượng ăn vào

Mặt khác, pectin có tác dụng hạ cholesterol, hạ LDL - loại cholesterol không có lợi cho tim mạch Ngược lại, pectin làm tăng HDL - chất có lợi cho tim mạch Một chế độ ăn uống hằng ngày giàu pectin (táo, bưởi, cam …) rất có lợi cho sức khỏe tim mạch, giảm nhẹ tình trạng tăng cao lipid máu, đường máu, giảm bớt được liều lượng của các thuốc dùng hằng ngày của bệnh nhân đái tháo đường, cao huyết áp hoặc cholesterol/lipid máu cao

1.3.2.2 Các oligosaccharide [71] Oligosaccharide là cacbohydrate, được cấu tạo từ 2 -10 phân tử đường đơn Chúng bao gồm: Gluco-, iso malto-, galato-, xylo-, inulo- và fructo-oligosaccharide Các oligosaccharide thực phẩm được sản xuất hoặc bằng con đường thủy phân

polysaccharide thực vật bởi tác chất axit hoặc bằng enzyme, hoặc được chuyển hóa từ các loại đường nhờ các enzyme chuyển glycosyl (transglycosylation)

Các oligosaccharide chỉ chứa liên kết α- 1,4 glucoside được gọi là oligosaccharide Khi chứa cả liên kết α- 1,4 và α- 1,6 glucoside chúng được gọi là oligosaccharide phân nhánh hay isomaltooligosaccharide

malto-Bảng 1.3 Một số chất xơ chuyển hoá [71]

Từ những năm 1970 - 1975, Nhật Bản đã bắt đầu nghiên cứu sản xuất chất xơ thực phẩm dạng oligosaccharide Vào đầu những năm 1980 đến cuối những năm 1990, cùng với sự phát triển của công nghệ sản xuất enzyme, một vài loại oligosaccharide đã được sản xuất ở qui mô công nghiệp [60]

1.4 SẢN XUẤT XƠ HÒA TAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY PHÂN: Ariandi và cộng sự (2014) đã nghiên cứu thủy phân bã cơm dừa bằng enzyme Mannanase tạo mannooligosacharide một chất được xem như một phần của thực phẩm chức năng, nó được dùng như prebiotic nhằm làm tăng giá trị của thực phẩm

1.4.1 Quy trình thu nhận mannooligosaccharit từ bã cơm dừa bằng phương pháp thủy phân nhờ endo-β-1,4-mannanase: [10]

Loại chất xơ chuyển hóa

Theo nghiên cứu của Đỗ Biên Cương (2010): bã dừa sau khi được xử lý nhiệt và tiệt trùng ở 1210 C, 30 phút, được trộn với nước cất, khuấy đều và điều chỉnh về pH nhất định Sau đó bổ sung enzyme cho đạt tỉ lệ enzyme/bã cơm dừa (E/S) nhất định, khuấy 200 vòng/phút trong một thời gian thích hợp Đun sôi 10 phút dừng phản ứng, lọc thu dịch đường

Điều kiện thích hợp để thu nhận mannooligosaccharit từ bã cơm dừa bằng phương pháp thủy phân nhờ endo-β-1,4-mannanase là: Nồng độ bã cơm dừa: 10%; Tỉ lệ enzyme/cơ chất: 40 U/g; pH: 6; Nhiệt độ: 300 C; Thời gian thủy phân: 5 giờ

Kết quả phân tích thành phần carbohydrate bằng sắc ký lỏng cho thấy trong dịch sau thủy phân chứa mannose, glucose, các mannooligosaccharide như: mannobiose, mannotriose, mannotetrose, mannopentose, và mannohexose

1.4.2 Quy trình chiết tách chất xơ hòa tan từ lõi dứa : [33] Xơ ăn kiêng được thu nhận như sau: lõi dứa được rửa sạch, thái lát đến 0.6cm bằng máy cắt Pha với nước ấm khoảng 400C sau đó ép thủy lực để loại bỏ nước Bã dứa được đun sôi trong 3h, thay nước mỗi giờ Ép thu phần dịch Bã sau khi ép được trích ly xơ tan lặp lại 2 lần Dùng cồn 95% (tỉ lệ 1:5), để qua đêm để kết tủa xơ tan và sau đó lọc thu chất xơ Sản phẩm xơ ăn kiêng (dietary fiber) được sấy khô trong 6h

1.4.3 Qui trình công nghệ sản xuất chất xơ hòa tan (oligosaccharide) từ cám gạo Cám gạo được dùng để ép thu dầu cám và dùng làm thức ăn chăn nuôi Theo Hamid- Abdul & Luan, (2000) cám gạo cung cấp các chất giúp tăng cường sức khỏe chống lại các bệnh mãn tính Cũng theo tác giả này, chất xơ thực phẩm từ cám gạo tách dầu có khả năng giữ nước, khả năng giữ chất béo và tạo nhũ tương cao hơn chất xơ thương phẩm sản xuất từ củ cải đường [57]

Theo phương pháp truyền thống hầu hết các chất chức năng từ cám gạo được tách chiết bằng các dung môi hữu cơ như axeton, methanol và ethanol Tuy nhiên, phương pháp này mất nhiều thời gian và một số dung môi độc hại, nên phương pháp tách chiết bằng nước kết hợp với nhiệt độ đã được thay thế phương pháp truyền thống Để thu

nhận các oligosaccharide từ cám gạo, Ken Youn Li đã sử dụng phương pháp thủy phân axit, hoặc thủy phân bằng enzyme cellulase, α-amylase

Theo nghiên cứu của Trường Đại học Tổng hợp Tohoku (Nhật Bản) các polysaccharide (thành phần chất xơ) của cám gạo đen có thể được trích ly bằng nước chưa bão hòa.[60]

Để thu nhận các oligosaccharide từ cám gạo, theo Hashim M.A cám gạo được đun sôi trong dung dịch kiềm loãng, sau đó được rửa và được đường hóa Kiềm được dùng để hòa tan xylan Quá trình đường hóa được thực hiện bởi enzyme beta 1-4 xylanase Sản phẩm chính của quá trình này là xylose, xylobiose, xylotriose trong đó xylobiose chiếm ưu thế [57]

Trong một qui trình khác, cám gạo sau khi tách lipid được xử lý bằng enzyme cellulase nồng độ 2% ở 500C trong 3 giờ Tổng số hydratcacbon, đường khử, protein thô của dịch chiết sấy khô đạt 87,2% Mono và disaccharide chiếm hơn 50%, oligosaccharide không nhỏ hơn 25%

Iso- maltooligosaccharide được sản xuất từ tinh bột, các iso-maltooligosaccharide thương mại hiện nay được sản xuất bởi bốn công ty của Nhật Bản với sản lượng hơn 10000 tấn/năm α-Amylaza và β-glucosidase được dùng để đường hóa tinh bột Sản phẩm chủ yếu chứa isomaltose, panose và isomaltotriose

1.4.4 Nội dung nghiên cứu của đề tài mang tính kế thừa và phát triển nghiên cứu

trước: [9] Đặng Thành Hai (2016) đã nghiên cứu quy trình thu nhận xơ không tan từ bã cơm dừa như sau: bã cơm dừa sau khi trích ly chất béo bằng phương pháp Soxhlet được xử lý loại α-glucan bằng enzyme Termamyl với tỷ lệ là 160 µl/ g, trong 20 phút ở 95 0C, pH 5,5 Sau đó xử lý loại protein bằng Alcalase với tỷ lệ 80 µl/ g, trong 30 phút ở 50 0

C, pH 7,5 Và cuối cùng là xử lý chất xơ bằng Viscozyme L với tỷ lệ 200 µl/ g, trong 50 giờ ở 50 0C, pH 5 Lúc này xơ không tan giảm kích thước tạo thành dạng bột mịn

(41%<0,1mm) nhưng tỷ lệ xơ tan thất thoát khá cao đặt ra vấn đề cần thu nhận lượng xơ hòa tan này Mặt khác kết quả nghiên cứu này còn chứng minh rằng việc xử lý axit loại xơ tan trong axit có thể làm tăng hiệu quả thủy phân của enzyme Viscozyme L làm tăng đáng kể lượng xơ hòa tan đồng thời cũng cải thiện chất lượng của xơ tan

Qua các nghiên cứu trước đây chúng tôi rút ra được kết luận làm định hướng cho đề tài của chúng tôi: việc sử dụng các enzyme thủy phân khác nhau sẽ tạo ra các chất xơ hòa tan khác nhau từ các chất xơ không tan của cám dừa Có thể thu mannooligosaccharide, mannobiose, mannotriose, mannotetrose, mannopentose, và mannohexose, các iso-maltooligosaccharide …Các chất xơ này có giá trị bổ sung chất xơ hòa tan trong các sản phẩm thực phẩm chức năng Đồng thời các nghiên cứu trên cũng đưa ra kết luận việc xử lý mẫu nguyên liệu ban đầu bằng acid hoặc kiềm sẽ giúp quá trình thủy phân bằng enzyme đạt hiệu suất cao hơn Nghiên cứu của Đặng Thành Hai (2016) chỉ tập trung vào xơ không tan, còn phần xơ hòa tan chưa được nghiên cứu, còn nghiên cứu của Đỗ Biên Cương (2010) chỉ sử dụng 01 enzyme endo-β-1,4-mannanase để tạo manooligosaccharide, do đó trong đề tài này chúng tôi thực hiện nghiên cứu thu nhận phần xơ hòa tan trong điều kiện xử lý nguyên liệu xơ rong cám dừa bằng acid và tiếp tục thủy phân bã cơm dừa bằng enzyme Viscozyme L, mà chúng tôi dự kiến là một hỗn hợp đa enzyme, sẽ kết hợp cho ra nhiều loại oligosaccharide khác nhau

Hình 1.7 Nấm mốc Aspergillus aculeatus

1.5.2 Khả năng tham gia các phản ứng thủy phân của enzyme Viscozyme L:

Do là một hỗn hợp gồm nhiều enzyme là: arabanase, cellulase, beta-glucanase, hemicellulase và xylanase Viscozyme L có khả năng xúc tác cho các phản ứng thủy phân cơ chất của mỗi enzyme này Enzyme này cũng có hoạt tính chống lại pectin

mạch nhánh

1.5.2.1 Enzyme Arabanase: [42]

Arabanase hoạt động thủy phân trên cơ chất là arabinan và 1,5-arabinan, không hoạt động trên phenyl alpha-L-arabinofuranoside, p-nitrophenyl beta-D-galactopyranoside, arabinoxylan, gum arabic Arabanase thủy phân arabinan và 1,5-arabinan tạo arabinose, arabinobiose, arabinotriose và oligosaccharides Sản phẩm cuối cùng được tìm thấy là arabinose và arabinobiose sau 144 giờ thủy phân

1.5.2.2 Enzyme Cellulase: [6] [7]

Cellulase là nhóm enzyme thủy phân có khả năng cắt các liên kết β-1,4-glucoside trong phân tử cellulose và một số cơ chất tương tự khác Đó là một phức hệ gồm nhiều loại enzyme khác nhau và được xếp thành 03 nhóm cơ bản: endo β-1,4 glucanase hay

carboxymethyl cellulase (CMCase) (EC 3.2.1.4)(Cx), exo β-1,4 glucanase hay cellobiohydrolase (EC 3.2.1.91)(C1) và β-glucosidase hay β-D-glucosidase Mỗi loại enzyme tham gia thủy phân cơ chất theo một cơ chế nhất định và nhờ có sự phối hợp hoạt động của các enzyme đó mà phân tử cơ chất được thủy phân hoàn toàn tạo thành các sản phẩm đơn giản nhất

Hình 1.8 Mô hình cấu tạo của cellulose và tác dụng của các enzyme cellulase Endo β-1,4 glucanase xúc tác cho phản ứng thủy phân các liên kết β-1,4 glucoside ở bên trong phân tử cellulose

Exo β-1,4 glucanase thủy phân các liên kết β-1,4 glucoside ở đầu khử và đầu không khử của phân tử cellulose

β-glucosidase (còn có tên gọi là cellobiase) thủy phân các các liên kết β-1,4 glucoside trong phân tử cellodextrin và cellobiose thành glucose

Theo Erikson (1980), cơ chế tác động của C1, Cx và β-glucosidase như sau: đầu tiên endoglucanase tác động vào vùng vô định hình trên bề mặt cellulose, cắt các liên kết β-1,4-glucosid và tạo ra các đầu mạch tự do Tiếp đó exoglucanase tấn công cắt từng đoạn cellulobiose từ các đầu mạch được tạo thành Kết quả tác động của endoglucanase và exoglucanase tạo ra các cello-oligosaccharit mạch ngắn, cellobiose, glucose, β-glucosidase thuỷ phân tiếp và tạo thành glucose

1.5.2.3 Enzyme beta-glucanase: [78]

Beta-glucanase xúc tác làm thủy phân liên kết 1,3- hoặc 1,4 của liên kết glucans Trong các tài liệu (Murray, P et al., 2001) hoạt độ beta-glucanase được thể hiện là IU (đơn vị hoạt độ quốc tế) Một đơn vị IU endo-beta-glucanase được định nghĩa là lượng enzyme thủy phân tạo 1 µmol đường khử (tương đương glucose) trong 1 phút theo điều kiện thí nghiệm.[43]

beta-D-Endo-β-1,4-glucanase là một trong ba dạng của cellulase Chúng thuộc nhóm enzyme thủy phân, có khả năng phân cắt liên kết β-1,4-glucoside một cách ngẫu nhiên bên trong phân tử cellulose, oligosaccharide, disaccharide và một số chất tương tự khác có cầu nối β-glucan Endo-β-1,4-glucanase phân giải mạnh mẽ cellulose vô định hình

Endo-β-1,4-glucanase được sinh tổng hợp từ rất nhiều nguồn khác nhau như động vật (thuộc các nhóm thân mềm, lợn, gà); thực vật (mầm của các hạt ngũ cốc như đại mạch, yến mạch, lúa mì, mạch đen) và vi sinh vật Tuy nhiên, nguồn thu enzyme chủ yếu vẫn từ vi sinh vật Vi sinh vật sinh enzyme hết sức đa dạng như nấm

sợi Aspergillus niger, A oryzae, A aculeatus, Trichoderma viride) và vi khuẩn (thuộc họ Bacillus)

1.5.2.4 Enzyme xylanase: [8]

Xylanase (E.C 3.2.1.8, β-1,4-D-xylan xylanohydrolase), tên thông thường là pentosanase hay hemicellulase

Xylanase được báo cáo lần đầu tiên vào năm 1955 Đó là enzyme thủy phân xylan, phá vỡ liên kết β-1,4-xylanosidic của xylan thành nhiều xylo-oligosaccharide có độ dài khác nhau

Nguồn gốc xylanase: Xylanase được sinh tổng hợp bởi nấm, vi khuẩn, xạ khuẩn và động vật nguyên sinh Trong các loài vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp xylanase, nấm, vi khuẩn và xạ khuẩn là các nhóm quan trọng nhất, đặc biệt là nấm sợi Các nhóm vi sinh vật có khả năng sinh xylanase phân bố khá rộng rãi và tham gia tích cực vào các chu trình tuần hoàn vật chất, nhất là các quá trình phân giải chất hữu cơ để hình thành chất mùn [31]

1.5.2.5 Enzyme hemicellulase: [78]

Hemicellulase là enzyme thủy phân, xúc tác thủy giải hemicellulose Hemicellulase là một hỗn hợp các enzyme thủy phân bao gồm: Xylan endo-1,3-β -xylosidase (EC 3.2.1.32), xylan 1,4-β – xylosidase (EC 3.2.1.37) và α–L-arabinofuranosidase (EC 3.2.1.55) Hemicellulase hoạt động tốt ở pH = 4,5÷5,5 và nhiệt độ dưới 50oC Hemicellulase thủy giải các liên kết β-glucoside như β-1,6, β-1,3 hay β-1,4 glycoside trong phân tử hemicellulose thành những chất có

phân tử nhỏ hơn, mạch ngắn hơn

Hemicellulase được ứng dụng nhiều trong xử lý phế liệu rau quả (núm quả, lõi quả, rau, ) Hiện nay, hemicellulase còn được ứng dụng trong sản xuất dầu dừa tinh khiết trong điều kiện pH = 7, nhiệt độ = 50oC, thời gian 6 ngày với cơ chất là cơm dừa và phôi dừa

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

2.1 Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị

2.1.1 Nguyên liệu

 Bã cơm dừa Bã cơm dừa được cung cấp bởi công ty TNHH dầu dừa Lương Quới (Việt Nam)

Hình 2.1 Bã cơm dừa sau khi trích ly nước cốt dừa

 Các tính chất cảm quan của bã cơm dừa:

- Trạng thái: bột

- Màu sắc: màu vàng nâu

- Mùi vị: mùi đặc trưng của dừa  Chế phẩm enzyme:

- Chế phẩm Enzyme Viscozyme L (EVL) (hãng sx: Novozyme – Đan Mạch)

- Chế phẩm Enzyme Viscozyme L dạng lỏng màu nâu, với tỷ trọng 1g/ml, hoạt độ là 100 FBG/g Nhiệt độ tối ưu là 25-550C, pH 3.5 – 5.5

( FBU (Betaglucanse Unit) theo Novozymes Số đơn vị hoạt lực có trong 1 µl enzyme là: 0,1 FBG/ µl.)

2.1.2 Hóa chất sử dụng

Bảng 2.1 Hóa chất chính được sử dụng

5 Acid Sulfuric 98% (H2 SO4) Trung Quốc

13 Enzyme Viscozyme L Novozyme 14 Coomassie Brilliant Blue G–250 Merck – Đức

2.1.3 Thiết bị

Bảng 2.2 Thiết bị chính sử dụng trong thí nghiệm

3 Thiết bị sấy thăng hoa Labconco - USA

5 Cân điện tử 2 số lẻ, 4 số lẻ Sartorius, Đức

7 Máy quang phổ UV-Vis CT2300, Đài Loan

9 Cân sấy ẩm hồng ngoại AND, Nhật Bản 10 Máy cô quay chân không B’U’CHI

12 Tủ lắc điều nhiệt Certomast bs1, Mỹ