Tối ưu hóa các điều kiện lên men sản xuất chất ức chế Enzym α- glucosidase từ Aspergillus oryzae T6 cho chế biến thực phẩm

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM PHẠM THỊ QUỲNH LAI Tên đề tài: TỐI ƯU HÓA CÁC ĐIỀU KIỆN LÊN MEN SẢN XUẤT CHẤT ỨC CHẾ ENZYM α - GLUCOSIDASE TỪ ASPERGILLUS ORYZAE T6 CHO CHẾ BIẾN THỰC PHẨM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Hệ chính quy Chuyên ngành : Công nghệ thực phẩm Khoa : CNSH & CNTP Lớp : 42 - CNTP Khoá học : 2010 – 2014 Thái Nguyên, năm 2014 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM PHẠM THỊ QUỲNH LAI Tên đề tài: TỐI ƯU HÓA CÁC ĐIỀU KIỆN LÊN MEN SẢN XUẤT CHẤT ỨC CHẾ ENZYM α - GLUCOSIDASE TỪ ASPERGILLUS ORYZAE T6 CHO CHẾ BIẾN THỰC PHẨM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Hệ chính quy Chuyên ngành : Công nghệ thực phẩm Khoa : CNSH & CNTP Lớp : 42 - CNTP Khoá học : 2010 – 2014 Giảng viên hướng dẫn: 1. ThS. Nguyễn Đức Tiến Viện cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch 2. ThS. Trần Thị Lý Khoa CNSH & CNTP - Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên Thái Nguyên, năm 2014 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thiện khóa luận, Tôi xin trân trọng cảm ơn bộ môn Nghiên cứu phụ phẩm và Môi trường Nông nghiệp- Viện Cơ điện Nông nghiệp và Bộ môn Công nghệ Sau thu hoạch đã tạo điều kiện để tôi hoàn thành khóa luận này. Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy ThS. Nguyễn Đức Tiến và cô ThS. Trần Thị Lý đã hướng dẫn tôi tận tình và chu đáo trong suốt thời gian học tập và thực hiện bản khóa luận. Tôi xin chân thành cảm ơn quan quản lý và các nhân viên đang làm việc tại bộ môn Nghiên cứu phụ phẩm và Môi trường Nông nghiệp- Viện Cơ điện Nông nghiệp , đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình thực hiện các nghiên cứu liên quan đến khóa luận. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô tại Khoa CNSH - CNTP và đặc biệt các thầy cô trong bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm - Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên, các bạn và đặc biệt là những người thân trong gia đình đã động viên, đóng góp những ý kiến quý báu và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm khóa luận. Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái nguyên, ngày 02 tháng 6 năm 2014 Sinh viên Phạm Thị Quỳnh Lai DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1 Bảng tiêu chuẩn áp dụng cho sản phẩm bột Touchi Extract [5] 21 Bảng 4.1 Ảnh hưởng của pH môi trường đến khả năng sinh hoạt chất AGIs của chủng A.oryzae T6 31 Bảng 4.2 Ảnh hưởng của độ ẩm môi trường đến khả năng sinh hoạt chất AGIs của chủng A.oryzae T6 32 Bảng 4.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình lên men đến khả năng sinh hoạt chất AGIs của chủng A.oryzae T6 33 Bảng 4.5 Ảnh hưởng lượng giống nấm mốc ban đầu đến khả năng sinh hoạt chất AGIs của chủng A.oryzae T6 36 Bảng 4.6 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu của môi trường đến khả năng sinh hoạt chất AGIs của chủng A.oryzae T6 37 Bảng 4.7 Ảnh hưởng thời gian lên men đến khả năng sinh tổng hợp hoạt chất AGIs 38 Bảng 4.8 Khoảng biến đổi của các yếu tố 40 Bảng 4.9 Bảng thiết kế ma trận 41 Bảng 4.10 Kết quả thiết kế ma trận 42 DANH MỤC HÌNH Trang Hình 2.1 Cấu tạo của enzyme α - glucosidase 5 Hình 2.2 Cấu trúc không gian của enzyme α - glucosidase 5 Hình 2.3 Ảnh hưởng của chất AGIs đến quá trình trao đổi đường 6 Hình 2.4 Aspergillus oryzae (Cơ quan sinh sản vô tính) 14 Hình 2.5 Sản phẩm đậu đen lên men và sản phẩm đậu đen lên men có hoạt chất AGIs 20 Hình 4.1 Phân tích phương sai ANOVA của mô hình tối ưu lên men 43 Hình 4.2 Phương trình hồi quy mô tả ảnh hưởng các yếu tố tới khả năng sinh hoạt chất AGIs của chủng A.oryaze T6 43 Hình 4.3 Tương tác giữa độ ẩm với nhiệt độ tới khả năng sinh hoạt chất AGIs của chủng A.oryzae T6 44 Hình 4.4 Tương tác giữa thời gian và độ ẩm tới khả năng sinh hoạt chất AGIs của chủng A.oryzae T6 45 Hình 4.5 Tương tác giữa thời gian và nhiệt độ tới khả năng sinh hoạt chất AGIs của chủng A.oryzae T6 46 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Từ viết tắt Tên đầy đủ AGIs Ức chế enzyme α-glucosidase TPCN Thực phẩm chức năng A.oryzae Aspergillus oryzae YC20s Czpek Yeast extract Agar IC 50 Nồng độ ức chế 50% của mẫu ĐTĐ Bệnh đái tháo đường Da Dalton Cfu Colony forming unit MỤC LỤC Trang Danh mục các bảng Danh mục các hình Danh mục các chữ viết tắt Mục lục Phần 1 MỞ ĐẦU 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Mục đích nghiên cứu 2 1.3. Yêu cầu nghiên cứu 2 Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 2.1. Giới thiệu về thực phẩm chức năng 3 2.2. Enzyme α - glucosidase 4 2.4. Hoạt chất AGIs 5 2.4.1. Cơ sở khoa học của việc sử dụng hoạt chất đến quá trình trao đổi đường trong cơ thể người 5 2.4.2.1. Hoạt chất AGIs tổng hợp bằng hóa học 7 2.4.2.2. AGIs tổng hợp tự nhiên 8 2.4.3. Tính an toàn của hoạt chất AGIs 11 2.4.3.1. Tính an toàn của hoạt chất AGIs đối với các enzyme tiêu hóa 11 2.4.3.2. Tính an toàn của của chất AGIs đối với người tiểu đường và béo phì 11 2.4.3.3. Tính an toàn về độc tố cấp tính 12 2.4.3.4. Tính an toàn về độc tố mãn tính 12 2.5. Giới thiệu về A.oryzae 12 2.5.1. Đặc điểm phân loại A.oryzae 13 2.5.2. Nguồn dinh dưỡng A.oryzae 14 2.6. Qúa trình Lên men của chủng A.oryzae 15 2.6.1. Lên men bề mặt 16 2.6.2. Nguyên liệu cho quá trình lên men 16 2.6.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men bề mặt A.oryzae 17 2.7. Tình hình nghiên cứu, thử nghiệm và ứng dụng AGIs 19 2.7.1. Tình hình nghiên cứu, thử nghiệm AGIs từ đậu lên men trên thế giới . 19 2.7.2. Tình hình nghiên cứu, thử nghiệm và ứng dụng hoạt chất AGIs từ đậu lên men ở Việt Nam 21 Phần 3 ĐỐI TƯỢNG,NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23 3.1. Đối tượng nghiên cứu 23 3.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 23 3.3. Hóa chất và thiết bị sử dụng 23 3.3.1. Hóa chất 23 3.3.2. Thiết bị sử dụng 23 3.4. Nội dung nghiên cứu 24 3.4.1. Nghiên cứu quy trình lên men sinh hoạt chất AGIs bởi chủng A.oryzae T6 24 3.4.1.1. Xác định pH môi trường đến khả năng sinh hoạt chất AGIs của chủng A.oryzae T6 24 3.4.1.2. Xác định độ ẩm môi trường đến khả năng sinh hoạt chất AGIs của chủng A.oryzae T6 24 3.4.1.3. Xác định nhiệt độ môi trường đến khả năng sinh hoạt chất AGIs của chủng A.oryzae T6 24 3.4.1.4. Xác định độ thoáng khí môi trường đến khả năng sinh hoạt chất AGIs của chủng A.oryzae T6 24 3.4.1.5. Xác định lượng nấm mốc ban đầu đến khả năng sinh hoạt chất AGIs của chủng A.oryzae T6 24 3.4.1.6. Xác định tỷ lệ nguyên liệu môi trường đến khả năng sinh hoạt chất AGIs của chủng A.oryzae T6 24 3.4.1.7. Xác định thời gian lên men đến khả năng sinh hoạt chất AGIscủa chủng A.oryzae T6 24 3.4.2. Sử dụng phần mềm tối ưu Desgin Expert lập ma trận và tiến hành tối ưu điều kiện lên men 24 3.5. Phương pháp nghiên cứu 24 3.5.1. Phương pháp vi sinh 24 3.5.1.1. Xác định hoạt tính AGIs theo phương pháp của Yamaki và Mori cải tiến 24 3.5.1.2. Phương pháp xác định độ ẩm 25 3.5.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm 26 3.5.2.1. Nghiên cứu quy trình lên men sinh hoạt chất AGIs bởi chủng A.oryzae T6 26 3.5.2.2. Tối ưu một số yếu tố công nghệ lên men bề mặt tạo chất kìm hãm α - glucosidase theo quy hoạch thực nghiệm 29 3.5.3. Phương pháp xử lý số liệu 30 Phần 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 4.1. Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến hình thành hoạt chất AGIs trong quá trình lên men 31 4.1.2. Nghiên cứu xác định độ ẩm môi trường đến khả năng sinh hoạt chất AGIs của chủng A.oryzae T6 32 4.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình lên men đến khả năng sinh AGIs của chủng A.oryzae T6 33 4.1.4. Ảnh hưởng của độ thoáng khí trong quá trình lên men đến khả năng sinh AGIs của chủng A.oryzae T6 34 4.1.5. Ảnh hưởng lượng giống nấm mốc ban đầu đến khả năng sinh AGIs của chủng A.oryzae T6 35 4.2.6. Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu của môi trường đế khả năng sinh hoạt chất AGIs của chủng A.oryzae T6 36 4.1.7. Ảnh hưởng của thời gian lên men đến khả năng sinh hoạt chất AGIs của chủng A.oryzae T6 38 4.2.Giải bài toán tối ưu 39 Phần 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 47 5.1. Kết luận 47 5.2. Kiến nghị 47 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 1 Phần 1 MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Ăn uống là một nhu cầu thiết yếu của con người. Tuy nhiên việc ăn uống không khoa học có thể dẫn con người đối mặt với nhiều nguy cơ khác nhau, đặc biệt trong số đó con người phải đối mặt với nhiều căn bệnh mãn tính như bệnh béo phì, tim mạch, ung thư,…Trong đó phải kể đến bệnh đái tháo đường (ĐTĐ). Theo dự báo của Hiệp hội đái tháo đường Quốc tế IDF,trong một thập kỉ trở lại đây, bệnh đái tháo đường có xu hướng phát triển nhanh chóng. Ước tính năm 2010, thế giới có khoảng 221 triệu người mắc bệnh đái tháo đường và dự báo đến năm 2025 sẽ lên tới 330 triệu người (chiếm khoảng 6% dân số toàn cầu). Tỷ lệ người mắc bệnh đái tháo đường ở các nước phát triển khoảng 42%, tỷ lệ này tăng lên 170% ở các nước đang phát triển (Việt Nam) [35]. Hiện thuốc điều trị cho người bệnh ĐTĐ có nhiều tiến bộ song vẫn còn nhiều hạn chế nên việc sử dụng sản phẩm thực phẩm chức năng, thuốc có hoạt chất sinh học từ vi sinh vật giúp kiểm soát đường huyết đang rất được quan tâm. Nhiều công trình khoa hoc đã chứng minh, việc sử dụng hoạt chất ức chế enzyme α - glucosidase(AGIs) để ngăn cản sự tạo thành monosaccharide là cách tốt nhất để phòng ngừa và điều trị bệnh tiểu đường. Chất AGIs có thể được tạo ra bằng nhiều con đường khác nhau: chiết xuất từ thực vật, tổng hợp bằng con đường hóa học hoặc bằng con đường sinh học nhờ các vi sinh vật. Tuy nhiên để sản xuất chất AGIs trên quy mô lớn bằng con đường chiết xuất tự nhiên hay hóa học lại rất tốn kém,phức tạp và có thể gây một số tác dụng phụ như rối loạn chức năng gan và các triệu chứng đau dạ dày cho người sử dụng. Do vậy việc sản xuất hoạt chất AGIs bằng vi sinh vật tiêu biểu như Aspergillus oryzae (A.oryzae) đang thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học cũng như nhà sản xuất vì chúng sử dụng an [...]... tối ưu nhằm tạo ra hoạt tính ức chế cao cho chế biến thực phẩm Từ những lý do trên tôi tiến hành nghiên cứu đề tài Tối ưu hóa các điều kiện lên men sản xuất chất ức chế Enzym α- glucosidase từ Aspergillus oryzae T6 cho chế biến thực phẩm 1.2 Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu quá trình lên men (nhiệt độ, pH, độ ẩm, độ thoáng khí,tỷ lệ nguyên liệu bổ sung, thời gian lên men và lượng nấm mốc ban đầu Từ. .. lượng nấm mốc ban đầu Từ đó tối ưu hóa điều kiện lên men để lượng hoạt chất ức chế Enzym α - glucosidase tạo ra là lớn nhất làm cơ sở cho việc sản các sản phẩm chức năng 1.3 Yêu cầu nghiên cứu - Xác định được ảnh hưởng các điều kiện lên men cho sinh tổng hợp hoạt chất AGIs: pH, nhiệt độ, độ ẩm, độ thoáng khí, lượng mốc bổ sung, tỷ lệ cám gạo, thời gian - Tối ưu điều kiện lên men bằng phần mềm Desgin Expert... hoạt chất ức chế enzyme α -glucosidase và thử nghiệm sản xuất thực phẩm chức năng”do Nguyễn ức Tiến làm chủ nhiệm đề tài, được sự đồng ý của chủ trì đề tài, Bộ môn Nghiên cứu phụ phẩm và Môi trường Nông nghiệp- Viện Cơ điện Nông nghiệp và Bộ môn Công nghệ Sau thu hoạch Tiếp tục nghiên cứu các điều kiện lên men sản xuất hoạt chất ức chế AGIs, từ đó chọn ra các yếu tố quan trọng để thực hiện quá trình tối. .. ngặt các loại sản phẩm thực phẩm và đã nhận được sự đánh giá cao của Uỷ ban cố vấn Thực phẩm và Chế biến Hội đồng chung châu Âu Hiện nay, chế phẩm hoạt chất AGIs từ nấm mốc lên men đậu được sử dụng rộng rãi không chỉ ở các nước Nhật Bản, Trung Quốc mà cả ở các nước Châu Âu [8] Lên men đậu bằng chủng A .oryzae đã cải thiện chất lượng dinh dưỡng thực phẩm từ đậu Sau 48 giờ lên men đậu bằng chủng A .oryzae. .. 2.6.1 Tình hình nghiên cứu, thử nghiệm AGIs từ đậu lên men trên thế giới Cùng với nghiên cứu của Kaisa và cộng sự, công ty Nippon của Nhật Bản - nổi tiếng chuyên cung cấp các chất bổ sung cho sản xuất thực phẩm chức năng đã sản xuất được chất AGIs từ nấm mốc Aspergillus sp lên men đậu[20] Vào tháng 6 năm 2008, chế phẩm hoạt chất AGIs từ Aspergillus sp lên men đậu đã được cấp phép vào thị trường Châu... sinh tổng hợp AGIscao và nghiên cứu thu nhận hoạt chất AGIs từ nấm mốcđể chế biến thực phẩm cho người bệnh ĐTĐ [3] Hiện trong nước chưa có công trình công bố về thu nhận hoạt chất AGIs từ đậu đen lên men cho chế biến thực phẩm dành cho người ĐTĐ Đây là một hướng nghiên cứu cần thiết để sản xuất hoạt chất AGIslàm nguyên liệu chế biến thực phẩm cho người bệnh ĐTĐ 23 Phần 3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG... AGIs của chủng A .oryzae T6 3.4.1.5 Xác định lượng nấm mốc ban đầuđến khả năng sinh hoạt chất AGIs của chủng A .oryzae T6 3.4.1.6 Xác định tỷ lệ nguyên liệu môi trường đến khả năng sinh hoạt chất AGIs của chủng A .oryzae T6 3.4.1.7 Xác định thời gian lên men cho sinh hoạt chất AGIscủa chủng A .oryzae T6 3.4.2 Sử dụng phần mềm tối ưu Desgin Expert lập ma trận và tiến hành tối ưu điều kiện lên men 3.5 Phương... của hoạt chất AGIs đối với các enzyme tiêu hóa Có nhiều công trình nghiên cứu chứng minh hoạt chất AGIs từ đậu lên men là an toàn qua các thử nghiệm trên chuột và người Hoạt chất AGIs được sử dụng trước bữa ăn để cản trở quá trình thuỷ phân cacbonhydrat trong ruột non Các nghiên cứu của Hiroyuki Fujita và cộng sự cho thấy chất AGIs từ đậu lên men nấm mốc có tác dụng ức chế hoạt tính enzyme αglucosidasenhưng... năng AGIs của các hợp chất chiết xuất từ Stichopus japonicas (Hải Sâm) Nghiên cứu cho thấy nếu chiết hải sâm bằng hexan ở nồng độ 0,5 mg/ml thì khả năng AGIs từ nấm men là 68% Từ dịch chiết Hải Sâm, các nhà khoa học đã thu được ba loại AGIs [22] c Chất AGIs từ vi sinh vật Việc sản xuất chất AGIs bằng vi sinh vật đang thu hút sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học cũng như các nhà sản xuất vì chúng... của enzyme Những thông số cơ này chỉ có thể thu nhận được qua thực nghiệm trên một enzyme α - glucosidase cụ thể Cấu tạo của enzyme α glucosidase tương tự như của maltose 5 Hình 2.1 Cấu tạo của enzyme α -glucosidase Enzyme α -glucosidase được phân chia theo cấu trúc chính gồm có gen mã hóa lysosomal alpha -glucosidase dài khoảng 20 kb Hình 2.2 Cấu trúc không gian của enzyme α -glucosidase 2.3.Hoạt chất . đề tài Tối ưu hóa các điều kiện lên men sản xuất chất ức chế Enzym α- glucosidase từ Aspergillus oryzae T6 cho chế biến thực phẩm 1.2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu quá trình lên men (nhiệt. QUỲNH LAI Tên đề tài: TỐI ƯU HÓA CÁC ĐIỀU KIỆN LÊN MEN SẢN XUẤT CHẤT ỨC CHẾ ENZYM α - GLUCOSIDASE TỪ ASPERGILLUS ORYZAE T6 CHO CHẾ BIẾN THỰC PHẨM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC. QUỲNH LAI Tên đề tài: TỐI ƯU HÓA CÁC ĐIỀU KIỆN LÊN MEN SẢN XUẤT CHẤT ỨC CHẾ ENZYM α - GLUCOSIDASE TỪ ASPERGILLUS ORYZAE T6 CHO CHẾ BIẾN THỰC PHẨM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC