Nghiên cứu chuyển hóa saccharose thành fructooligosaccharides (FOS) và tinh sạch FOS bằng phương pháp lọc nano

I HC QUC GIA TP H CH MINH TRNG I HC BCH KHOA Lấ TH HNG NH NGHIấN CU CHUYN HểA SACCHAROSE THNH FRUCTOOLIGOSACCHARIDES (FOS) V TINH SCH FOS BNG PHNG PHP LC NANO LUN N TIN S K THUT TP H CH MINH NM 2013 I HC QUC GIA TP H CH MINH TRNG I HC BCH KHOA Lấ TH HNG NH NGHIấN CU CHUYN HểA SACCHAROSE THNH FRUCTOOLIGOSACCHARIDES (FOS) V TINH SCH FOS BNG PHNG PHP LC NANO Chuyờn ngnh: Ch bin thc phm v ung Mó s chuyờn ngnh: 62540201 Phan biờn ục lõp 1: PGS TS Nguyn Th Xuõn Sõm Phan biờn ục lõp 2: PGS TS Lý Nguyn Bỡnh Phan biờn 1: GS TSKH Lu Dun Phan biờn 2: PGS TS Nguyn Tin Thng Phan biờn 3: PGS TS Mai Thanh Phong NGI HNG DN KHOA HC: PGS TS ng Th Anh o TS Nguyn Hu Phỳc LI CAM OAN Tac gia xin cam oan õy l cụng trỡnh nghiờn cu cua ban thõn tac gia Cac kt qua nghiờn cu v cac kt luõn luõn an ny l trung thc, v khụng chep t bõt c mụt ngun no v di bõt ky hỡnh thc no Viờc tham khao cac ngun ti liờu ó c thc hiờn trich dõn v ghi ngun ti liờu tham khao ỳng theo yờu cõu Tac gia luõn an Lờ Th Hng nh i TểM TT LUN N San xuõt prebiotic v b sung prebiotic vo thc phm l xu hng ni bõt cua cac nghiờn cu lnh vc cụng nghờ thc phm hiờn trờn ton th gii Mụt nhng prebiotic ó v ang c quan tõm nhiu l fructooligosaccharides (FOS) Chinh vỡ võy, viờc nghiờn cu san xuõt FOS cú ụ tinh khit cao, phự hp vi tiờu chun ch bin thc phm t ngun nguyờn liờu nc thõt s l võn cõn quan tõm v phat trin gúp phõn giai quyt võn trờn, luõn an tin hnh nghiờn cu cac yu t anh hng, ụng hc phan ng chuyn húa saccharose thnh FOS bng enzyme fructosyltransferase (FTS) v nghiờn cu nõng cao ụ tinh khit cua FOS bng phng phap lc nano Luõn an ó t c mụt s kt qua chớnh nh sau: 1) Kt qu nghiờn cu lý thuyt Xõy dng c mụ hỡnh ụng hc phan ng chuyn húa saccharose thnh FOS bng enzyme FTS Xac nh c quy luõt anh hng cua mụt s thụng s cụng nghờ n kha nng phõn riờng monosaccharides, saccharose, FOS bng mng lc nano v xuõt phng an lc tuõn hon kt hp pha loóng nõng cao ụ tinh khit cua FOS 2) Kt qu nghiờn cu thc nghim ó xac nh cac thụng s ụng hc cua enzyme FTS bng phng phap giai thuõt di truyn, giỳp giam thiu s thi nghiờm, thi gian v chi phi nghiờn cu ụng hc phan ng enzyme, c biờt trng hp phan ng cú nhiu c chõt Xõy dng c phng trỡnh hi quy thc nghiờm mụ ta anh hng cua nhiờt ụ, pH, nng ụ saccharose ban õu v t lờ enzyme n hiờu suõt chuyn húa saccharose thnh FOS, t ú xac nh c iu kiờn ti u cho qua trỡnh tng hp FOS ii ó ti u húa cac thụng s cụng nghờ cua qua trỡnh lc nano bng phng phap vựng cõm v la chn ch ụ lc tuõn hon thich hp nõng cao ụ tinh khit cua FOS n 86,7% Nhng kt qua trờn bc õu ó to tin cho viờc trin khai cụng nghờ, ng dng vo thc t, ng thi l ngun tham khao tin cõy cho nhng nghiờn cu tip theo cựng lnh vc iii ABSTRACT OF THESIS Nowadays, production of prebiotic and prebiotic supplements in food products is considered a prominent trend in food technology worldwide One of the most interested prebiotics is fructooligosaccharides (FOS) Hence, the study of producing high purity of FOS that can meet the food processing standards from domestic materials must be a matter of concern and development To solve this problem, the thesis aims to study the influencing factors, the kinetics of FOS synthesis from sucrose using fructosyltransferase (FTS), and the improvement of purity of FOS by nanofiltration Thesis has achieved some major results are as follows: 1) Theoretical results A kinetics model of FOS synthesis from sucrose using fructosyltransferase was built Rules of main factors that give impacts of technological parameters on the separation of monosaccharides, saccharose and FOS by nanofiltration were determined, and the technique of diafiltration to enhance the purity of FOS was also proposed 2) Experimental results The parameters of enzyme kinetics FTS by genetic algorithm method were determined The result reduced the quantity of experiments, time and cost related to study of kinetics of FTS enzyme, especially in case of multiple substrates The regression equation which stimulates the effects of temperature, pH, initial concentration of sucrose and enzyme rate on the performance of transforming saccharose into FOS was established Then, the optimum conditions of FOS synthesis was determined Main parameters of nanofiltration process were optimized by means of restricted areas Moreover, the optimum diafiltration mechanism was also set to enhance the purity of FOS to 86.7% iv The results have established initial steps for the application of new technology into practice In addition, results found in this thesis would be useful references for further research in the same field v LI CM N Luõn an c hon thnh l kt qua s n lc cua ban thõn cựng nhng giỳp , ụng viờn tinh thõn cua cac thõy, cụ, gia ỡnh, ng nghiờp, bn bố Vi tõt ca s chõn thnh, tụi xin trõn trng cam n PGS.TS ng Th Anh o ó tõn tỡnh hng dõn, nõng bc tinh thõn cho tụi sut thi gian va qua; xin cam n TS Nguyn Hu Phỳc ó giỳp , gúp ý cho luõn an Tụi mun gi li cam n sõu sc n gia ỡnh be nh ó to iu kiờn cho tụi nghiờn cu, yờn tõm lm viờc, cam n cac Vnh Liờm, Viờn Phng v Thc Khuờ ó mang li nim vui v nhiờt tỡnh cho m c biờt, cam n ngi bn Nh Nguyờn ó sat canh nghiờn cu cựng tụi, tng ngy tng ngy, dự ó thõt xa, võn luụn h tr v ụng viờn tụi hon thnh luõn an ny Tụi cng xin cam n Khoa K thuõt Húa hc Trng i hc Bach khoa, tõp th ng nghiờp khoa Cụng nghờ thc phm Trng i hc Cụng nghiờp thc phm TP.HCM ó giỳp v chia s vi tụi thi gian va qua Leõ Thũ Hong Anh vi MC LC LI CAM OAN i TOM TT LUN AN ii ABSTRACT OF THESIS iv LI CM N .vi MC LC vii DANH MC CAC HèNH NH ix DANH MC CAC BNG BIấU x DANH MC CH VIT TT xii M U 1 TNG QUAN, HNG NGHIấN CU V NI DUNG CHNH 1.1 FOS v prebiotic 1.2 Cac phng phap tng hp FOS t saccharose 1.3 ụng hc phan ng chuyn húa saccharose thnh FOS bng enzyme FTS 14 1.4 Cac phng phap nõng cao ụ tinh khit cua FOS 20 1.5 ng dng phng phap giai thuõt di truyn (GA - Genetic Algorithm) vo bi toan tỡm kim v ti u 30 1.6 Nhng võn tn ti cụng nghờ san xuõt FOS 32 1.7 Hng nghiờn cu v nụi dung nghiờn cu cua luõn an 33 NGUYấN VT LIU, HOA CHT, THIT B V PHNG PHAP NGHIấN CU 36 2.1 Nguyờn liờu 36 2.2 Húa chõt 36 2.3 Mng lc nano 37 2.4 Thit b 39 2.5 Phng phap nghiờn cu 40 2.6 Phng phap phõn tich 41 vii NGHIấN CU CAC YU T NH HNG V NG HC PHN NG CHUYấN HOA SACCHAROSE THNH FOS BNG ENZYME FTS THU NHN T ASPERGILLUS FLAVIPES 43 3.1 Tng hp FOS t saccharose bng enzyme FTS 43 3.2 Nghiờn cu cac yu t anh hng n qua trỡnh tng hp FOS t saccharose bng enzyme FTS 44 3.3 Nghiờn cu ụng hc phan ng chuyn húa saccharose thnh FOS bng enzyme FTS thu nhõn t Aspergillus flavipes 51 3.4 anh gia mc ụ tng thich cua mụ hỡnh toan hc ó xõy dng vi thc nghiờm 64 3.5 Kt luõn 66 NGHIấN CU NNG CAO TINH KHIT CA FOS BNG PHNG PHAP LC NANO 67 4.1 Nghiờn cu la chn mng lc nano tinh sch FOS 67 4.2 Nghiờn cu cac yu t anh hng n kha nng loi b glucose, fructose v saccharose dung dch FOS sau tng hp bng phng phap lc nano 69 4.3 Nghiờn cu anh hng cua phng thc pha loóng qua trỡnh lc nano n ụ tinh khit v hiờu suõt thu hi FOS 94 4.4 Kim tra chõt lng, xac nh tng hiờu suõt thu hi san phm FOS 85% 106 4.5 Kt luõn .108 KT LUN V KIN NGH .109 5.1 Kt luõn .109 5.2 Kin ngh 110 CAC TI LIU CễNG B CA TAC GI 111 TI LIU THAM KHO 112 viii Bng 4.22 Cỏc phng thc pha loóng cú th ỏp dng tinh sch FOS tinh khit ca FOS Hiu sut thu hi FOS Mng DS-5-DL 85% 96,60 VVD 0,9:1 90% 55,25 - VVD 0,85:1 95% 35,22 - VVD 0,9:1 Mng G5 4.4 Kim tra cht lng, xỏc nh tng hiu sut thu hi sn phm FOS 85% 4.4.1 Kim tra cht lng sn phm FOS cú ụ tinh khit >85% thu c sau qua trỡnh lc tuõn hon c cụ c chõn khụng San phm FOS sau cụ c t hm lng chõt khụ >75% Kt qua phõn tich chõt lng san phm FOS c trỡnh by bang 4.23 Bng 4.23 Kt qu kim tra cht lng sn phm FOS 85% Tờn ch tiờu Cm quan Kt qu Ni phõn tớch Siro mu trng ng, khụng mựi, v ngt c trng Húa lý ụ tinh khit cua FOS 86,7% (w/w) Trung tõm Húa dõu Hm lng chõt khụ 85,02% (w/w) Tro 0,025% Pb Khụng phat hiờn Trung tõm dch v phõn tich thi nghiờm TP.HCM pH 5,80 Vi sinh Tng s vi khun hiu 5,0x101 CFU/g Tng s nõm men, mc [...]... hướng nghiên cứu và nội dung chính (32 trang)  Chương 2: Nguyên vật liệu, hóa chất, thiết bị và phương pháp nghiên cứu (07 trang)  Chương 3: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng và động học phản ứng chuyển hóa saccharose thành FOS bằng enzyme fructosyltransferase (FTS) thu nhận từ Aspergillus flavipes (24 trang)  Chương 4: Nghiên cứu nâng cao độ tinh khiết của FOS bằng phương pháp lọc nano. .. khiển quá trình tổng hợp FOS (2) Nghiên cứu nâng cao độ tinh khiết của FOS bằng phương pháp lọc nano, khẳng định tính ưu việt của phương pháp này so với các phương pháp truyền thống như lên men, enzyme 1 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án: (1) Đã nghiên cứu một cách có hệ thống về công nghệ sản xuất FOS, bao gồm cả chuyển hóa tạo FOS và tinh sạch đến độ tinh khiết 86%, phù hợp... thành FOS bằng enzyme FTS 1.3.1 Cơ chế phản ứng chuyển hóa saccharose thành FOS bằng enzyme FTS Phản ứng chuyển hóa saccharose thành FOS bằng enzyme FTS rất phức tạp Nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu về cơ chế của phản ứng chuyển hóa này nhưng cho đến nay vẫn chưa có kết quả thống nhất Hầu như các cơ chế phản ứng đã công bố đều dựa trên 3 phản ứng chuyển hóa (1.1), (1.2), (1.3) do Jung và cộng... (1.11) 1.3.2 Các nghiên cứu về động học phản ứng chuyển hóa saccharose thành FOS bằng enzyme FTS Các nghiên cứu về động học phản ứng chuyển hóa saccharose thành FOS bằng enzyme FTS thường bao gồm hai phần:  Xác định điều kiện tối ưu (pH, nhiệt độ) và các thông số động học của enzyme (Km, Ki, Vmax)  Xây dựng mô hình toán học mô tả quá trình chuyển hóa dựa vào cơ chế phản ứng và động học... hoặc FOS tinh khiết, cần phải tách bỏ hoặc chuyển hóa lượng glucose, fructose và saccharose trong dung dịch sau tổng hợp [25] Đã có nhiều nghiên cứu trên thế giới về việc nâng cao độ tinh khiết của FOS bằng các phương pháp khác nhau, trong đó có thể chia thành 2 nhóm chính: phương pháp sinh hóa học (phương pháp lên men, phương pháp enzyme) và phương pháp vật lý (phương pháp sắc ký lọc. .. phủ quan tâm và đưa vào nội dung chính trong chương trình nghiên cứu trọng điểm quốc gia phát triển công nghiệp hóa dược đến năm 2020 (quyết định số 61/2007/QĐ-TTg của Thủ tướng chính phủ ký ngày 7/5/2007) Do đó, việc nghiên cứu quá trình chuyển hóa saccharose thành FOS và tinh sạch để thu được FOS có độ tinh khiết cao (>75%), từ nguyên liệu sẵn có trong nước, thay thế FOS nhập ngoại,... ứng chuyển hóa saccharose thành FOS bằng enzyme FTS thông qua mô hình động học và dữ liệu thực nghiệm Các kết quả thu được có ý nghĩa như những bước khai phá ban đầu để các nhà khoa học công nghệ khác tham khảo khi nghiên cứu về lĩnh vực này (2) Đã xác định được các thông số công nghệ tối ưu và xây dựng mô hình toán học mô tả động học phản ứng chuyển hóa saccharose thành FOS bằng. .. gel, phương pháp lọc nano) 1.4.1 Các phương pháp sinh hóa học 1.4.1.1 Phương pháp lên men Phương pháp này được thực hiện thông qua việc sử dụng vi sinh vật, thường là nấm men, để lên men saccharose, glucose, fructose có trong dung dịch FOS sau tổng hợp Quá trình lên men bằng vi sinh vật để loại bỏ saccharose, glucose, fructose có thể thực hiện đồng thời hoặc tiếp sau quá trình tổng hợp FOS. .. fructosyltransferase đã được nghiên cứu để tổng hợp FOS từ saccharose [52] và từ dịch mía [53] Từ saccharose (nồng độ 450g/L), sau 14 giờ phản ứng ở 65°C trong đệm natri acetate 0,05mol/L (pH 5,6), Hang Y.D [52] đã thu được FOS có nồng độ 272g/L (224g/L kestose và 48g/L nystose) với hiệu suất chuyển hóa hơn 70% dựa trên lượng saccharose tiêu thụ Trong đó, FOS, saccharose, glucose và frucrose chiếm... 2404 trong các nghiên cứu chuyển hóa saccharose thành FOS và đã đạt hiệu suất tổng hợp FOS 62% Giá trị này cao hơn so với khi dùng các chủng Aureobasidium sp khác (53 – 59%) Ngoài ra, xúc tác là inulinase từ Kluyveromyces marxianus cũng đã được Risso (2009) [54] và Santos (2007) [55] nghiên cứu thông qua việc xác định các điều kiện tối 11 ưu của quá trình tổng hợp FOS từ saccharose (nhiệt ... c ch hot tinh cua enzyme FTS dõn n giam ụ tinh khit cua FOS Vỡ th mun thu c FOS cú ụ tinh khit cao (FOS cao ụ) hoc FOS tinh khit, cõn phai tach b hoc chuyn húa lng glucose, fructose v saccharose. .. 1.1 FOS v prebiotic 1.2 Cac phng phap tng hp FOS t saccharose 1.3 ụng hc phan ng chuyn húa saccharose thnh FOS bng enzyme FTS 14 1.4 Cac phng phap nõng cao ụ tinh khit cua FOS. .. NNG CAO TINH KHIT CA FOS BNG PHNG PHAP LC NANO 67 4.1 Nghiờn cu la chn mng lc nano tinh sch FOS 67 4.2 Nghiờn cu cac yu t anh hng n kha nng loi b glucose, fructose v saccharose