Luận văn : Xác định các thành phần chủ yếu trong cà phê nhân, tạo chế phẩm Biocoffee-1 với hoạt tính cao của pectinase và cellulase part 7 pps

79 4.3. XÁC ĐỊNH MÔI TRƢỜNG CHẾ PHẨM TỐI ƢU CHO SINH TỔNG HỢP PECTINASE VÀ CELLULASE 4.3.1. Xác định ảnh hƣởng của tỉ lệ cơ chất (bột mì và bột sắn) đến quá trình sinh tổng hợp hai loại enzyme pectinase và cellulase Cố định thời gian nuôi cấy là 48 giờ, khảo sát 7 mẫu với 7 tỉ lệ khác nhau. 4.3.1.1. Xác định ảnh hƣởng của tỉ lệ trộn đến sinh tổng hợp pectinase Bảng 4.2: Mối tƣơng quan giữa tỉ lệ bột mì : bột sắn và hoạt tính pectinase Mẫu số 1 2 3 4 5 6 7 Tỉ lệ mì:sắn 0 : 1 1 : 3 1 : 2 1 : 1 2 : 1 3 : 1 1 : 0 OD 0,925 0,932 0,950 1,060 1,110 1,035 0,915 Hoạt tính (UI/g CT) 304,10 306,48 312,60 350,00 367,00 341,50 300,70 Trong đó, mật độ quang OD là số liệu đã được lấy trung bình. 341.50 367.00 350.00 312.60 300.70 306.48 304.10 290 310 330 350 370 390 1 2 3 4 5 6 7 Mẫu (tỉ lệ bột mì : bột sắn) Hoạt tính enzyme pectinase (UI/g CT) Đồ thị 4.1: Hoạt tính pectinase theo tỉ lệ bột mì : bột sắn 80 Nhận xét: Kết quả từ đồ thị 4.1 cho thấy, hoạt tính pectinase tăng dần cùng với sự gia tăng của tỷ lệ bột mì trong hỗn hợp, nhưng hoạt tính pectinase chỉ tăng dần ở các mẫu từ 0% đến 67% bột mì, sau đó thì giảm dần. Hoạt tính pectinase đạt cao nhất ở mẫu chế phẩm số 5, với tỉ lệ bột mì : bột sắn là 2 : 1 (tương đương với khoảng 67% bột mì và 33% bột sắn). Tuy nhiên, khi môi trường chế phẩm quá nhiều bột mì hoặc chỉ toàn bột mì thì sẽ không có độ thoáng khí làm cho nấm mốc không phát triển tốt được. Nguyên nhân là trong bột mì có gluten, làm cho bột mì vón lại khi bổ sung nước vào, từ đó môi trường sẽ có độ ẩm quá cao, không có độ thoáng khí và các loài nấm men sẽ có điều kiện phát triển, làm ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme. Trong khi đó, bột sắn với tính chất khô xốp sẽ giúp cho môi trường chế phẩm có độ thoáng khí. Do vậy, môi trường chế phẩm có sự pha trộn 67% bột mì và 33% bột sắn là thích hợp cho nấm mốc sinh tổng hợp nhiều pectinase nhất (hoạt tính pectinase là 367,00 UI/g CT). Đây là môi trường vừa có độ ẩm thích hợp vừa có độ thoáng khí thuận lợi cho quá trình sinh tổng hợp pectinase của nấm mốc. 4.3.1.2. Xác định ảnh hƣởng của tỉ lệ trộn đến sinh tổng hợp cellulase Bảng 4.3: Mối tƣơng quan giữa tỉ lệ bột mì : bột sắn và hoạt tính cellulase Mẫu số 1 2 3 4 5 6 7 Tỉ lệ mì:sắn 0 : 1 1 : 3 1 : 2 1 : 1 2 : 1 3 : 1 1 : 0 ∆OD 0,028 0,061 0,069 0,070 0,075 0,072 0,071 Hoạt tính cellulase (UI/g CT) 0,924 2,013 2,277 2,310 2,475 2,376 2,343 Trong đó, ∆OD = A T – A B và là số liệu đã được lấy trung bình. 81 0.924 2.013 2.277 2.310 2.475 2.376 2.343 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 1 2 3 4 5 6 7 Mẫu (tỉ lệ bột mì : bột sắn) Hoạt tính enzyme cellulase (UI/g CT) Đồ thị 4.2: Hoạt tính cellulase theo tỉ lệ bột mì : bột sắn Nhận xét: Kết quả ở đồ thị 4.2 cho thấy, hoạt tính cellulase cũng tăng dần ở các mẫu từ mẫu 1 đến mẫu 5, và giảm dần từ mẫu 5 đến mẫu 7. Như vậy tương tự với mối tương quan giữa tỉ lệ bột mì : bột sắn và pectinase, hoạt tính enzyme cellulase cũng tăng dần cùng với sự gia tăng của tỉ lệ bột mì. Hoạt tính cellulase đạt cao nhất ở mẫu chế phẩm số 5, với tỉ lệ bột mì : bột sắn là 2 : 1 (tương đương với khoảng 67% bột mì và 33% bột sắn). Ngoài ra, từ mẫu 3 đến mẫu 7 (tương ứng với tỉ lệ bột mì từ 33% đến 100%), hoạt tính cellulase thay đổi không nhiều. Vậy, môi trường chế phẩm với tỉ lệ tinh bột là 2 phần bột mì và 1 phần bột sắn (tương đương với 67% bột mì và 33% bột sắn) là môi trường thích hợp nhất cho quá trình sinh tổng hợp hai loại enzyme pectinase và cellulase của nấm mốc. Tỉ lệ này được sử dụng cho những nghiên cứu tiếp theo. 4.3.2. Xác định ảnh hƣởng của thời gian nuôi nấm sợi trong môi trƣờng chế phẩm đến quá trình sinh tổng hợp hai loại enzyme pectinase và cellulase Sau khi xác định được tỉ lệ tối ưu của cơ chất tinh bột trong chế phẩm, chúng tôi cố định tỉ lệ này (2 phần bột mì : 1 phần bột sắn), sau đó khảo sát 11 mẫu với 11 khoảng thời gian nuôi khác nhau. 82 4.3.2.1. Xác định ảnh hƣởng của thời gian nuôi đến sinh tổng hợp pectinase Bảng 4.4: Mối tƣơng quan giữa thời gian và hoạt tính pectinase Thời gian (giờ) OD Hoạt tính pectinase (UI/g CT) 12 0,863 283,02 18 0,882 289,48 24 0,917 301,38 30 1,141 377,54 36 0,950 312,60 42 0,905 297,30 48 0,902 296,28 54 0,880 288,80 60 0,851 278,94 66 0,806 263,64 72 0,785 256,50 Trong đó, mật độ quang OD là số liệu đã được lấy trung bình. 256.50 263.64 301.38 283.02 278.94 288.80 296.28 297.30 312.60 377.54 289.48 250 270 290 310 330 350 370 390 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 Thời gian (giờ) Hoạt tính enzyme pectinase (UI/g CT) Đồ thị 4.3: Hoạt tính pectinase theo thời gian nuôi cấy 83 Nhận xét: Kết quả từ đồ thị 4.3 cho thấy, trong giai đoạn đầu nấm mốc chưa thích ứng với môi trường chế phẩm nên hoạt tính pectinase thấp (283,02 đến 301,38 UI/g CT). Sau đó, hoạt tính pectinase tăng và đạt cao nhất ở mẫu chế phẩm 30 giờ (377,54 UI/g CT). Trong những thời gian tiếp theo, hoạt tính pectinase giảm dần từ mẫu 36 giờ đến mẫu chế phẩm 72 giờ (giảm từ 312,60 đến 256,50 UI/g CT) . 4.3.2.2. Xác định ảnh hƣởng của thời gian nuôi đến sinh tổng hợp cellulase Bảng 4.5: Mối tƣơng quan giữa thời gian và hoạt tính cellulase Thời gian (giờ) ∆OD Hoạt tính cellulase (UI/g CT) 12 0,042 1,386 18 0,047 1,551 24 0,059 1,947 30 0,092 3,036 36 0,070 2,310 42 0,065 2,145 48 0,060 1,980 54 0,057 1,881 60 0,034 1,122 66 0,031 1,023 72 0,026 0,858 Trong đó, ∆OD = A T – A B và là số liệu đã được lấy trung bình. 84 0.858 1.023 1.386 1.122 1.881 1.980 2.145 2.310 3.036 1.947 1.551 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 Thời gian (giờ) Hoạt tính cellulase (UI/g CT) Đồ thị 4.4: Hoạt tính cellulase theo thời gian nuôi cấy Nhận xét: Đồ thị 4.4 cho thấy hoạt tính enzyme cellulase đạt cao nhất khi nuôi cấy nấm mốc được 30 giờ (hoạt tính là 3,036 UI/g CT). Thời gian càng tăng (từ 36 đến 72 giờ) thì hoạt tính cellulase càng giảm (2,310 UI/g CT ở 36 giờ và giảm đến 0,858 UI/g CT ở 72 giờ). Tương tự như mối liên hệ giữa thời gian nuôi cấy với hoạt tính pectinase, ở thời gian 12 giờ, 18 giờ và 24 giờ, hoạt tính enzyme cellulase cũng không cao do nấm mốc chưa thích ứng và phát triển được trong môi trường chế phẩm. Thời gian 30 giờ là khoảng thời gian thích hợp nhất cho nấm mốc phát triển và sản sinh cellulase. Vậy 30 giờ là khoảng thời gian tối ưu cho quá trình sinh tổng hợp của nấm mốc đối với 2 loại enzyme pectinase và cellulase (với tỉ lệ cơ chất trong chế phẩm là 2 phần bột mì : 1 phần bột sắn). 85 Hình 4.8: Mẫu chế phẩm tối ƣu về tỉ lệ với 2 phần bột mì : 1 phần bột sắn Hình 4.9: Mẫu chế phẩm tối ƣu về tỉ lệ (2 phần bột mì : 1 phần bột sắn) và tối ƣu về thời gian nuôi cấy (30 giờ) 86 4.4. XÁC ĐỊNH ẢNH HƢỞNG CỦA THỜI GIAN LÊN MEN Tạo một mẫu chế phẩm tối ưu, với tỉ lệ cơ chất là 2 phần bột mì : 1 phần bột sắn và thời gian nuôi cấy là 30 giờ. Cố định thời gian ngâm hạt trong nước là 1 giờ (được xác định trong mục 4.6). Tiếp theo, cố định hàm lượng chế phẩm sử dụng là 0,01%, chúng tôi tiến hành lên men 6 mẫu cà phê với 6 khoảng thời gian khác nhau. Sau đó, chúng tôi xác định ảnh hưởng của thời gian lên men lên các yếu tố như khả năng trích ly, độ hòa tan và pH của dịch trích. Mẫu đối chứng là cà phê nhân chưa lên men, không qua ngâm ủ và cũng được rang, nghiền với cùng mức độ. Trọng lượng mỗi mẻ cà phê đem lên men là 100 g (với 0,01 g chế phẩm). 4.4.1. Xác định ảnh hƣởng của thời gian ủ đến khả năng trích ly cà phê Khả năng trích ly của cà phê thể hiện qua khối lượng chất tan thu được. Bảng 4.6: Mối tƣơng quan giữa thời gian lên men và khối lƣợng chất tan Thời gian (giờ) Đối chứng 12 16 20 24 28 32 Khối lƣợng chất tan (g) Bi 1,67 1,77 2,02 1,91 1,87 1,86 1,86 Sẻ 1,76 1,82 2,49 2,42 2,41 2,38 2,38 Mokka 1,60 1,79 2,04 1,86 1,82 1,82 1,82 1.77 1.86 1.86 1.87 1.91 2.02 1 1.5 2 2.5 3 12 16 20 24 28 32 Thời gian lên men (giờ) Khối lượng chất tan (g)) Đồ thị 4.5: Khối lƣợng chất tan của cà phê Bi theo thời gian lên men 87 Nhận xét: Theo đồ thị 4.5, đối với cà phê Bi, khối lượng chất tan thu được nhiều nhất ở thời gian lên men là 16 giờ (đạt 2,02 g). 1.82 2.38 2.38 2.41 2.42 2.49 1 1.5 2 2.5 3 12 16 20 24 28 32 Thời gian lên men (giờ) Khối lượng chất tan (g)) Đồ thị 4.6: Khối lƣợng chất tan của cà phê Sẻ theo thời gian lên men Nhận xét: Theo đồ thị 4.6, sau khi lên men 16 giờ, khối lượng chất tan của cà phê Sẻ cũng đạt cao nhất với 2,49 g. 1.79 1.82 1.82 1.82 1.86 2.04 1 1.5 2 2.5 3 12 16 20 24 28 32 Thời gian lên men (giờ) Khối lượng chất tan (g)) Đồ thị 4.7: Khối lƣợng chất tan của cà phê Mokka theo thời gian lên men Nhận xét: Theo đồ thị 4.7, khối lượng chất tan của Mokka cũng nhiều nhất sau khi lên men 16 giờ (đạt 2,04 g), tương tự với cà phê Bi và Sẻ. 88 1 1.5 2 2.5 3 12 16 20 24 28 32 Thời gian lên men (giờ) Khối lượng chất tan (g) Bi Sẻ Mokka Đồ thị 4.8: Khối lƣợng chất tan 3 loại cà phê theo thời gian lên men Nhận xét: Kết quả tổng hợp ở đồ thị 4.8 cho thấy, khối lượng chất tan của các loại cà phê (Bi, Sẻ, Mokka) đạt cao nhất ở 16 giờ, sau đó giảm nhẹ và không thay đổi ở các khoảng thời gian sau. Ở thời gian 12 giờ, nấm mốc chưa phát triển nhiều nên khối lượng chất tan không cao. Sau đó, nấm mốc phát triển mạnh, sau khi sử dụng hết những chất hữu cơ đơn giản trong cà phê, chúng sẽ phân giải pectin và cellulose thành những tiểu phần để làm thức ăn. Chính điều này giúp gia tăng lượng chất tan trong dung dịch, bởi vì khi pectin và cellulose (là hai thành phần khó phân hủy làm cản trở khả năng trích ly) bị phân giải thì sẽ gia tăng hiệu suất trích ly của cà phê. Thời gian 16 giờ là thời điểm quá trình phân giải của chúng diễn ra mạnh nhất và triệt để nhất. Khi đó, khối lượng chất tan thu được cao nhất. Sau 16 giờ, nấm mốc bắt đầu sử dụng những sản phẩm vừa phân giải được, do đó khối lượng chất tan giảm nhẹ. 4.4.2. Xác định ảnh hƣởng của thời gian ủ đến độ hòa tan Bảng 4.7: Mối tƣơng quan giữa thời gian ủ và độ hòa tan Thời gian (giờ) Đối chứng 12 16 20 24 28 32 Độ Brix Bi 6,4 6,6 8,2 7,8 7,4 7,0 7,0 Sẻ 5,2 5,2 6,0 5,8 5,6 5,0 5,0 Mokka 6,2 6,4 7,8 7,6 7,2 7,0 7,0 [...]... Nhận xét: Theo đồ thị 4.10 thì 6,0 (độ Brix) là độ hòa tan cao nhất tại 16 giờ của cà phê Sẻ 90 9.0 7. 8 Độ hòa tan (độ Brix) ) 8.0 7. 6 7. 2 7. 0 7. 0 28 7. 0 32 6.4 6.0 5.0 4.0 12 16 20 24 Thời gian lên men (giờ) Đồ thị 4.1 1: Độ hòa tan của cà phê Mokka theo thời gian lên men Nhận xét: Tương tự với cà phê Bi và cà phê Sẻ, kết quả từ đồ thị 4.11 cho thấy thời gian 16 giờ cũng là mẫu có độ hòa tan cao nhất... Brix) ) 8.0 7. 8 7. 4 7. 0 7. 0 7. 0 28 32 6.6 6.0 5.0 4.0 12 16 20 24 Thời gian lên men (giờ) Đồ thị 4. 9: Độ hòa tan của cà phê Bi theo thời gian lên men Nhận xét: Theo đồ thị 4.9, độ hòa tan của cà phê Bi đạt cao nhất là 8,2 (độ Brix) ở mẫu 16 giờ 9.0 Độ hòa tan (độ Brix) ) 8.0 7. 0 6.0 6.0 5.0 5.8 5.6 5.0 5.2 5.0 28 32 4.0 12 16 20 24 Thời gian lên men (giờ) Đồ thị 4.1 0: Độ hòa tan của cà phê Sẻ theo... độ hòa tan cao nhất đối với cà phê Mokka (7, 8 độ Brix) 9 Sẻ Bi Mokka Độ hòa tan (độ Brix) 8 7 6 5 4 12 16 20 24 Thời gian lên men (giờ) 28 32 Đồ thị 4.1 2: Độ hòa tan của 3 loại cà phê theo thời gian lên men Nhận xét: Độ hòa tan của cà phê lên men tương ứng với khối lượng chất tan thu được, hay nói cách khác là độ hòa tan tỉ lệ thuận với khối lượng chất tan, cũng như tỉ lệ thuận với khả năng trích ly... thấy, độ hòa tan của cà phê Bi, Sẻ và Mokka cũng đạt giá trị cao nhất ở mẫu lên men 16 giờ Sau đó thì độ hòa tan 91 cũng giảm dần do việc nấm mốc sử dụng ngược lại những sản phẩm đơn giản mà chúng vừa phân giải được từ pectin và cellulose 4.4.3 Xác định ảnh hƣởng của thời gian ủ đến độ pH của dung dịch chất tan trích từ cà phê lên men Bảng 4. 8: Mối tƣơng quan giữa thời gian lên men và pH dung dịch chất... 16 20 24 28 32 Bi 5,68 6,15 5,92 5, 87 5 ,73 5,69 5,60 Sẻ 5,69 6,02 5,86 5,83 5 ,71 5,66 5,65 Mokka 5,29 5 ,74 5,65 5,61 5,53 5,48 5.39 pH 6.5 6.15 6.0 5.92 5. 87 pH 5 .73 5.69 5.60 5.5 5.0 12 16 20 24 28 32 Thời gian lên men (giờ) Đồ thị 4.1 3: pH dung dịch chất tan trích từ cà phê Bi theo thời gian lên men Nhận xét: Theo đồ thị 4.13, pH của dung dịch chất tan trích từ cà phê Bi lên men giảm dần theo thời . : 1 1 : 3 1 : 2 1 : 1 2 : 1 3 : 1 1 : 0 ∆OD 0,028 0,061 0,069 0, 070 0, 075 0, 072 0, 071 Hoạt tính cellulase (UI/g CT) 0,924 2,013 2, 277 2,310 2, 475 2, 376 2,343 Trong đó,. mì : bột sắn và hoạt tính pectinase Mẫu số 1 2 3 4 5 6 7 Tỉ lệ mì:sắn 0 : 1 1 : 3 1 : 2 1 : 1 2 : 1 3 : 1 1 : 0 OD 0,925 0,932 0,950 1,060 1,110 1,035 0,915 Hoạt tính. Sau đó, hoạt tính pectinase tăng và đạt cao nhất ở mẫu chế phẩm 30 giờ ( 377 ,54 UI/g CT). Trong những thời gian tiếp theo, hoạt tính pectinase giảm dần từ mẫu 36 giờ đến mẫu chế phẩm 72 giờ (giảm