nghiên cứu sản xuất carrageenan từ rong sụn kappaphycus alvarrezii (doty) doty bằng phương pháp sử dụng enzym viscozyme l

1 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án này Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, phòng Đào tạo Đại học, Ban chủ nhiệm khoa Công nghệ Thực phẩm lời cảm ơn, niềm tự hào đã được học tập tại trường trong những năm qua. Lòng biết ơn chân thành xin được giành cho thầy TS. Vũ Ngọc Bội - Trưởng khoa Công nghệ Thực phẩm, đã tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian em thực hiện đề tài vừa qua. Xin chân thành biết ơn các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ Thực phẩm đã giảng dạy và truyền đạt cho em những kiến thức quí báu trong suốt quá trình học tập tại Trường Đại học Nha Trang để em làm hành trang sau này. Xin cảm ơn các thầy cô giáo ở các phòng thí nghiệm của Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, phòng thí nghiệm Công nghệ Sinh học, phòng thí nghiệm Hóa sinh-Vi sinh, Trung tâm thực hành thí nghiệm, Viện Nghiên cứu Công nghệ Sinh học đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian thực tập. Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thành viên trong gia đình, các bạn cùng làm thí nghiệm đã nhiệt tình giúp đỡ em thực hiện đề tài. i MỤC LỤC MỞ ĐẦU 5 CHƯƠNG I 7 TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN, CARRAGEENAN VÀ ENZYME VISCOZYME L 7 1.1 TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN 7 1.1.1. Giới thiệu về rong sụn 7 1.1.2. Đặc điểm sinh học của rong sụn 8 1.1.3. Thời vụ trồng rong sụn 9 1.1.4. Thành phần hóa học của rong sụn 9 1.1.5. Ứng dụng của rong sụn 11 1.2 TỔNG QUAN VỀ CARRAGEENAN 12 1.2.1. Giới thiệu về carrageenan 12 1.2.2. Cấu tạo và phân loại carrageenan 13 1.2.3. Một số tính chất của carrageenan 15 1.2.4. Ứng dụng của carrageenan 21 1.3. TỔNG QUAN VỀ ENZYM VISCOZYME L 23 1.4. MỘT SỐ CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CARRAGEENAN 24 1.5. MỘT SỐ QUY TRÌNH SẢN XUẤT CARRAGEENAN 26 1.5.1. Một số phương pháp xử lý rong trước khi nấu chiết 26 1.5.2. Kỹ thuật nấu chiết carrageenan 27 1.5.3. Giới thiệu một số quy trình sản xuất carrageenan 29 CHƯƠNG II 32 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU 32 ii 2.1.1. Rong nguyên liệu 32 2.1.2. Enzyme VISCOZYME L 32 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.2.1. Các phương pháp phân tích 32 2.2.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm 35 2.2.2.1. Quy trình dự kiến 35 2.2.2.2. Bố trí thí nghiệm 38 2.3. DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 43 2.4. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 43 CHƯƠNG III 44 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 44 3.1. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THÍCH HỢP CHO QUY TRÌNH SẢN XUẤT CARRAGEENAN TỪ RONG SỤN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG ENZYME VISCOZYME L 44 3.1.1 Xác định nồng độ enzyme trong công đoạn xử lý 44 3.1.2. Xác định nhiệt độ xử lí enzyme 47 3.1.3. Xác định tỉ lệ nước nấu/rong trong công đoạn nấu chiết 49 3.1.4. Xác định thời gian nấu thích hợp 53 3.1.5. Xác định pH thích hợp 56 3.2. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH SẢN XUẤT CARRAGEENAN 60 3.3. SẢN XUẤT THỬ SẢN PHẨM VÀ TÍNH CHI PHÍ NGUYÊN VẬT LIỆU CHO SẢN PHẨM···································································································62 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 64 1. KẾT LUẬN 64 2. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 64 iii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Hình ảnh rong sụn tươi 7 Hình 1.2 Hình ảnh rong sụn khô 7 Hình 1.3. Cấu tạo của carrageenan với các liên kết luân phiên của β – D – galactose pyranose và α – D –galactose pyranos 13 Hình 1.4. Cấu tạo của k – carrageenan 14 Hình 1.5. Cấu tạo của I –carrageenan 14 Hình 1.6. Cấu tạo của λ – carrageenan 15 Hình 1.7. Mô hình phản ứng giữa Carrageenan và Protein 16 Hình 1.8. Quá trình tạo gel đông của Carrageenan 18 Hình 3.1. Ảnh hưởng của nồng độ xử lí bằng viscozyme L đến hiệu suất thu nhận carrageenan 44 Hình 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ xử lí bằng viscozyme L đến sức đông của carrageenan 45 Hình 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ xử lí bằng viscozyme L đến độ nhớt của carrageenan 45 Hình 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lí enzyme đến hiệu suất thu nhận carrageenan Error! Bookmark not defined. Hình 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lí enzyme đến sức đông của carrageenan Error! Bookmark not defined. Hình 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lí enzyme đến độ nhớt của carrageenan Error! Bookmark not defined. Hình 3.7. Ảnh hưởng của tỉ lệ nước nấu/rong đến hiệu suất thu carrageenan Error! Bookmark not defined. iv Hình 3.8. Ảnh hưởng của tỉ lệ nước nấu/rong đến sức đông của carrageenan Error! Bookmark not defined. Hình 3.9. Ảnh hưởng của tỉ lệ nước nấu/rong đến độ nhớt của carrageenan Error! Bookmark not defined. Hình 3.10. Ảnh hưởng của thời gian nấu đến hiệu suất thu nhận carrageenan 54 _Toc298331636 Hình 3.11. Ảnh hưởng của thời gian nấu đến sức đông của carrageenan Error! Bookmark not defined. Hình 3.12. Ảnh hưởng của thời gian nấu đến độ nhớt của carrageenan 55 Hình 3.13. Ảnh hường của pH nấu chiết đến hiệu suất thu nhận carrageenan 57 Hình 3.14. Ảnh hường của pH nấu chiết đến sức đông của carrageenan 57 Hình 3.15. Ảnh hường của pH nấu chiết đến độ nhớt carrageenan 58 Hình 3.16. Hình ảnh về sản phẩm carrageenan dạng sợi 653 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần hóa học của rong sụn 10 Bảng 1.2. Hàm lượng amino acid của rong sụn 11 Bảng 1.3. Tính tan của carrageenan trong các môi trường khác nhau 19 5 MỞ ĐẦU Việt Nam là một nước nhiệt đới, có bờ biển dài hơn 3200 km với trên 1 triệu km 2 thềm lục địa là điều kiện thuận lợi cho việc phát triển nuôi trồng thủy sản trong đó phải kể đến các loại rong quý có giá trị kinh tế cao. Hiện nay, các nhà khoa học Việt Nam đã tuyển chọn, di nhập một số loại rong mới để nuôi trồng thử nghiệm và phát triển thành nghề mới cho ngư dân nhằm khai thác tiềm năng mặt nước biển và đa dạng hóa nguồn nguyên liệu thuỷ sản. Trong số các loài rong mới được du nhập và phát triển tại Việt Nam trong những năm trở lại đây, rong sụn (Kappaphycus alvarezii (Doty) Doty) là loại rong có giá trị kinh tế cao đã nhanh chóng thích nghi và phát triển tốt ở nhiều vùng biển tại Việt Nam. Hiện rong sụn được nuôi nuôi trồng và phát triển thành một nghề của ngư dân các tỉnh như Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Kiên Giang. Rong sụn là nguyên liệu để sản xuất carrageenan một loại polysaccarid được biết và sử dụng từ thế kỷ XVI. Ngày nay, carrageenan được nhiều nước sử dụng trong công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm, công nghiệp giấy, công nghiệp dệt, công nghệ sinh học, y dược,… Nhờ có phổ ứng dụng rộng rãi nên nhu cầu carrageenan trên thế giới rất lớn và hàng năm nhu cầu này ngày càng tăng. Đã có nhiều công trình nghiên cứu tách chiết carrageenan từ rong sụn. Nhưng các công trình nghiên cứu đều sử dụng hóa chất để xử lý rong do vậy chất thải từ quá trình sản xuất gây ô nhiễm môi trường. Viscozyme L là enzyme có khả năng thủy phân cellulose vì thế nếu sử dụng enzyme này để phá hủy lớp vách tế bào thực vật bằng cellulose có thể giúp cho việc thu nhận carrageenan dễ dàng hơn, lượng hóa chất 6 sử dụng ít hơn thậm chí có thể không cần sử dụng hóa chất. Xuất phát từ thực tế này, em được khoa Chế biến giao thực hiện đề tài “Nghiên cứu sản xuất carrageenan từ rong sụn Kappaphycus alvarrezii(Doty) Doty bằng phương pháp sử dụng enzym Viscozyme L”. Mục tiêu của đề tài: sử dụng enzyme viscozyme L thay thế hóa chất để xử lý rong sụn trong quá trình sản xuất carrageenan. Nội dung của đề tài: 1) Tìm hiểu tình hình nghiên cứu carrageenan từ rong sụn Kappaphycus alvarezii ( Doty ) Doty tại Việt Nam; 2) Xác định một số điều kiên thích hợp cho việc sản xuất carrageenan từ rong sụn Kappaphycus alvarezii ( Doty ) Doty bằng phương pháp sử dụng enzyme Viscozyme L; 3) Sơ bộ đề xuất quy trình sản xuất carrageenan từ rong sụn Kappaphycus alvarezii ( Doty ) Doty bằng phương pháp sử dụng enzyme viscozyme L; Do thời gian, kinh phí và kiến thức có hạn nên báo cáo này không tránh khỏi những hạn chế. Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn. 7 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN, CARRAGEENAN VÀ ENZYME VISCOZYME L 1.1 TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN 1.1.1. Giới thiệu về rong sụn Rong sụn thuộc ngành: Rhodophyta, Lớp: Rhodophyceae, Phân lớp: Florideophycide, Bộ: Gigartinales, Họ: Areschougiaceae, Giống: Kappaphycus, Loài: alvarezii Hình 1.1. Hình ảnh rong sụn tươi Hình 1.2. Hình ảnh rong sụn khô Macxxell Doty là người đầu tiên tìm thấy rong sụn ở vùng biển Philippines vào năm 1972. Người có công thu nhận mẫu cùng với ông là Alvarezii. Do vậy Macxxell Doty đặt tên rong này là Euchuma alvarezii 8 Doty. Khi phân tích thành phần hóa học của loại rong này ông đã đổi tên Euchuma alvarezii Doty thành Kappaphycus alvarezii. Sau đó ông cùng với các nhà nghiên cứu tại trường đại học Hawaii bắt đầu nghiên cứu phát triễn phương pháp nuôi trồng rong sụn ở Hawaii. Từ đó, rong sụn nuôi trồng và phát triễn rộng rãi ở nhiều nước như Indonesia, Malaysia, Ấn Độ, Việt Nam …. 1.1.2. Đặc điểm sinh học của rong sụn Rong sụn là loài rong nhập nội có đặc tính giòn, dễ gẫy khi tươi. Vì vậy các nhà khoa học tại phân viện khoa học vật liệu Nha Trang đã thống nhất đặt tên Việt Nam cho loại rong này là rong sụn. Rong sụn có thân hình trụ tròn, đường kính thân chính có thể đạt tới 20mm. Từ trọng lượng 100g ban đầu sau một năm rong sụn tưng trưởng thành bụi rong, nặng 14 – 16 kg. Rong sụn chia nhánh rậm rạp, kiểu tự do không theo quy luật. Khi đang sinh trưởng trong nước biển có màu xanh nâu, thân giòn, dễ gẫy. Khi khô thành sợi cứng như sừng, có màu vàng nâu. Nhiệt độ thích hợp nhất cho sự sinh trưởng và phát triễn của rong sụn là từ 25 – 28 o C. Nhiệt độ cao hơn 30 o C và thấp hơn 20 o C sẽ ảnh hưởng đến sinh trưởng của rong. Nếu nhiệt độ thấp hơn 15 – 18 o C thì rong sẽ ngừng phát triễn. Rong sụn là loài ưa mặn, chúng chỉ sinh trưởng và phát triễn tốt ở nơi có độ mặn cao (28 – 32 ‰) ở độ mặn thấp (18 – 20 ‰) rong chỉ có thể tồn tại thời gian ngắn (5 – 7 ngày) và nếu kéo dài nhiều ngày rong sẽ ngừng phát triễn có hiện tượng đứt gẫy và dẫn đến tàn lụi. Rong sụn thuộc ngành rong đỏ Rhodophyta có chứa sắc tố chlorophyll và phycobline nên rong sụn chỉ thích nghi với ánh sang có 9 bước song ngắn với cường độ ánh sáng không cao từ 12000 – 50000 lux. Ánh sáng quá cao hoặc quá thấp thì đều ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triễn của rong sụn. Rong sụn phát triễn tốt ở vùng nước thường xuyên trao đổi và luân chuyển. Đây là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ sự sinh trưởng và phát triễn cũng như chất lượng của rong. Rong sụn và đa số các loài rong có mùi tanh đặc trưng, mùi của rong sụn là yếu tố phức tạp được cấu thành bởi nhiều yếu tố trong đó có sự tham gia đáng kể của bihenic acid, là loại acid do vi khuẩn sống trên thân cây rong sinh ra. Các vi khuẩn này có rất nhiều trong nước biển. Để khử mùi cho rong sụn, người ta có thể phơi rửa rong nhiều lần bằng nước sạch hoặc ngâm trong nước gạo, dấm ăn, nước trà…. 1.1.3. Thời vụ trồng rong sụn Có hai mùa trồng chính là: + Mùa chính ở các tỉnh Trung Bộ (từ Đà Nẵng đến Bình Thuận) thường từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau. Ở các tỉnh Nam Bộ thường từ tháng 6 đến tháng 3 năm sau. + Mùa phụ: Ở các tỉnh Trung Bộ thường từ tháng 4 đến tháng 9, ở các tỉnh Nam Bộ thường từ tháng 4 đến tháng 6. Thời gian trồng phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện môi trường và mùa khí hậu của từng vùng trồng. Người ta thường thu hoạch rong sau khi trồng từ 2 đến 3 tháng. 1.1.4. Thành phần hóa học của rong sụn Thành phần chính của rong sụn là carrageenan. Hàm lượng carrageenan có thể chiếm đến 40% trọng lượng khô của rong. Trong đó carrageenan tan chiếm khoảng 33% và carrageenan không tan chiếm 7 [...]... NGUYÊN VẬT LIỆU 2.1.1 Rong nguyên liệu Đối tượng nghiên cứu l rong sụn kappaphycus alvarezii (Doty) Doty, nuôi trồng và khai thác tại thị xã Cam Ranh, tỉnh Khánh Hòa Rong sụn sau khi thu hoạch phơi khô đến độ ẩm khoảng 25%, hàm l ợng carrageenan  24.5 % và bảo quản dùng l m nguyên liệu tách chiết carrageenan 2.1.2 Enzyme viscozyme L Enzyme viscozyme L được sản xuất từ chủng Aspergillus aculeatus do... Hàm l ợng amino acid của rong sụn Amino acid Amino acid Hàm l ợng Hàm l ợng (%) (%) Leucin 0,080 alanin 0,140 Methionin 0,070 Glutamine 0.280 Phenylalanine 0,230 Glycin 0,130 Valin 0,070 Prolin 0,230 tryptophan 0,082 Serin 0,110 Tyrosin 0,080 1.1.5 Ứng dụng của rong sụn Rong sụn được ứng dụng để sản xuất một số sản phẩm trong l nh vực thực phẩm Rong sụn được sử dụng để chiết tách Carrageenan sử dụng. .. tính tốt cho sản phẩm Carrageenan đựoc ứng dụng trong công nghiệp sợi nhân tạo, phim ảnh sản xuất giấy Ngoài ra carrageenan l môi trườncố định enzyme l chất xúc tác trong công nghiệp tổng hợp và chuyển hoá các chất khác + Trong mỹ phẩm: bổ sung vào sản xuất các loại kem dưỡng da, nước hoa 1.3 TỔNG QUAN VỀ ENZYM VISCOZYME L Viscozyme L được sản xuất từ chủng Aspergillus aculeatus L một đa enzyme của... món canh rong biển trong thực đơn hàng ngày của mình Các sản phẩm l m từ rong sụn: Các món thạch, Carrageenan, Trà rong biển, Mứt, Kẹo, Rong sụn dầm dấm, Siro từ rong sụn 1.2 TỔNG QUAN VỀ CARRAGEENAN 1.2.1 Giới thiệu về carrageenan Carrgeenan l một loại polysaccharide của galactose tìm thấy trong các loài rong đỏ như l : Chondrus, Gigartina, Euchuma, Furcellaria, phyllophora, từ những năm 1837 Stanford... một số quy trình sản xuất carrageenan + Phương pháp của Pliste Rong Chrondus Rửa Cắt nhỏ Nước nóng t = 180 - 200oc T = 40- 60 phút Ngâm L m l nh Bột trợ l c L c L c ép L m trong Kết tủa Ly tâm Sấy Thành phẩm 29 Bã l c + Quy trình sản xuất carrageenan của tác giả Đống Thị Anh Đào Rong sụn Xử l tẩy màu, mùi Rửa loại bỏ tạp chất Trích ly Xay nghiền L c bã Tách Ngâm Dung Dịch Sấy khô Xử l Kết tủa Tạo màng... nhất, độ đặc nhất định  Trong sản xuất kẹo l m tăng độ chắc độ đặc cho sản phẩm  Trong sản xuất phomát, sản xuất các loại mứt đông, mứt dẻo  Sản xuất phụ gia thực phẩm thay thế hàn the trong sản xuất giò chả Đặc biệt carrageenan được ứng dụng nhiều trong l nh vực chế biến thuỷ sản Carrageenan ứng dụng tạo l p màng cho sản phẩm đông l nh l m giảm hao hụt về trọng l ợng và bay hơi nước tránh được sự... kết glucozide của màng cellulose và màng tế bào cây rong + Xử l trong môi trường kiềm Người ta thường dùng NaOH để xử l rong trước khi nấu chiết Dung dịch NaOH có tác dụng sau:  Thủy phân bào mòn màng cellulose và phá vỡ nhiều l p tế bào sắc tố, khử sắt trong rong  Dung dịch NaOH có tác dụng khử ion SO42- có trong mixen carrageenan, l m tăng sức đông của carrageenan Việc sử dụng kiềm để xử l rong. .. thấy carrageenan có tính chất gần giống với gelatin Từ năm 1973, Maxwell doty và cộng tác viên đã tiến hành nghiên cứu phương pháp nuôi trồng rong sụn với quy mô l n ở Hawaii Năm 1989, C Rochas, M Rinaudo và S landry đã tiến hành nghiên cứu carrageenan tách chiết từ Eucheuma cottonii bằng cách phân tích thành phần carrageenan bị thủy phân bằng enzyme Cũng như phân tích carrageenan tách chiết từ Echeuma... bao gồm cellulase, betaglucanase,hemicellulase và xylanase Viscozyme L hoạt động ở nhiệt độ 40-50 oC , điều kiện pH tối ưu 3.3-5.5 Viscozyme L được ứng dụng trong công nghiệp vải có tác dụng:  Giảm sợi xù l ng và l ng tơ  Gia tăng cảm giác trên bề mặt vải (mền và mịn)  L m bóng mặt vải và gia tăng sự phản chiếu ánh sáng  Gia tăng sự hấp thụ nước  Ứng dụng của enzyme Viscozyme L: Viscozyme L có một... bằng quang phổ hồng ngoại, quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C và 1H NMR đã chứng minh rằng carrageenan được tách chiết từ Eucheuma cottonii gồm một vài polysaccharide bao gồm thành phần chính l kappa- carrageenan Năm 1993, Clinton J Dawes, A O Lluisam và G C Trono đã nghiên cứu tốc độ phát triển của hai loại rong sụn (rong sụn nâu và rong sụn xanh) trong phòng thí nghiệm Kết quả cho thấy, rong sụn . hiện đề tài Nghiên cứu sản xuất carrageenan từ rong sụn Kappaphycus alvarrezii( Doty) Doty bằng phương pháp sử dụng enzym Viscozyme L . Mục tiêu của đề tài: sử dụng enzyme viscozyme L thay thế. cho việc sản xuất carrageenan từ rong sụn Kappaphycus alvarezii ( Doty ) Doty bằng phương pháp sử dụng enzyme Viscozyme L; 3) Sơ bộ đề xuất quy trình sản xuất carrageenan từ rong sụn Kappaphycus. trình nghiên cứu đều sử dụng hóa chất để xử l rong do vậy chất thải từ quá trình sản xuất gây ô nhiễm môi trường. Viscozyme L là enzyme có khả năng thủy phân cellulose vì thế nếu sử dụng enzyme