Nghiên cứu chiết tách carrageenan từ rong sụn và ứng dụng cố định tế bào vi sinh vật

Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN THỊ THU THÙY NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH CARRAGEENAN TỪ RONG SỤN VÀ ỨNG DỤNG CỐ ĐỊNH TẾ BÀO VI SINH VẬT Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm ñồ uống Mã số: 60.54.02 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2011 Footer Page of 126 Header Page of 126 Công trình ñược hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Lê Thị Liên Thanh Phản biện 1: TS Đặng Minh Nhật Phản biện 2: TS Huỳnh Ngọc Thạch Luận văn ñược bảo vệ trước Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 26 tháng 07 năm 2011 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin – Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viện trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng Footer Page of 126 Header Page of 126 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết ñề tài Nghiên cứu chiết tách carrageenan từ rong biển ứng dụng giúp bổ sung tư liệu họ thực vật rong biển Việc chiết tách carrageenan có hiệu suất cao chất lượng tốt sở ñể tiến tới sản xuất polysaccharide quy mô công nghiệp Từ ñó nâng cao giá trị kinh tế rong sụn, thúc ñẩy việc mở rộng diện tích trồng rong, cải thiện ñời sống cho người dân ven biển Ngoài ra, ñầu tư phát triển rong làm giảm nguy ô nhiễm môi trường biển Cố ñịnh nấm men hạt gel ñể lên men rượu vang giúp công ñoạn loại bỏ nấm men hạt gel có kích thước vài mi-li-mét khỏi dịch lên men dễ dàng phương pháp lắng lọc Nhờ ñó tạo ñiều kiện cải thiện chất lượng sản phẩm dạng mà ñầu tư nhiều vào công kỹ nghệ lọc Ngoài cố ñịnh nấm men tạo chủ ñộng mức ñộ lên men theo ý muốn hội tái sử dụng hạt gel Đó lý chọn ñề tài: “Nghiên cứu chiết tách carrageenan từ rong sụn ứng dụng cố ñịnh tế bào vi sinh vật” Mục ñích nghiên cứu Nghiên cứu ñề xuất quy trình chiết tách carrageenan có hiệu suất thu hồi cao chất lượng tốt Từ ñó, sử dụng nguồn carrageenan chiết tách ñược ñể cố ñịnh tế bào nấm men lên men rượu vang Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Cây rong sụn ñược thu hoạch vùng biển Ninh Thuận 3.2 Phạm vi nghiên cứu - Dùng rong sụn tỉnh Ninh Thuận ñể chiết tách carrageenan Footer Page of 126 Header Page of 126 - Cố ñịnh nấm men Saccharomyces cerevisiae nhờ carrageenan chiết tách ñược ñể tiến hành lên men rượu vang Phương pháp nghiên cứu 4.1 Phương pháp vật lý - Đo thông số nhiệt ñộ, khối lượng, ñộ nhớt … - Xác ñịnh hàm lượng ẩm rong sụn sản phẩm carrageenan chiết tách ñược - Đo ñộ hấp thụ quang môi trường lên men ñể ñánh giá lượng nấm men dịch lên men - Xác ñịnh hàm lượng cồn mẫu rượu vang 4.2 Phương pháp hoá học - Xác ñịnh hàm lượng glucid nguyên liệu rong sụn - Xác ñịnh hàm lượng carrageenan rong sụn sản phẩm carrageenan chiết tách ñược - Xác ñịnh hàm lượng protein rong sụn 4.3 Phương pháp vi sinh 4.3.1 Nuôi sinh khối nấm men Nhân giống, phát triển sinh khối ñể ñủ dùng cho nghiên cứu cố ñịnh nấm men 4.3.2 Thu sinh khối làm Ly tâm thu nấm men từ môi trường nhân giống rửa nhiều lần qua nước cất ñã tiệt trùng ñể có ñược huyền phù nấm men 4.3.3 Phương pháp tạo hạt gel cố ñịnh nấm men Đây khâu quan trọng nghiên cứu cố ñịnh vi sinh vật với chất mang carrageenan Ý nghĩa khoa học thực tiễn ñề tài 5.1 Ý nghĩa khoa học - Xác ñịnh số thành phần hóa học rong sụn Ninh Thuận Footer Page of 126 Header Page of 126 - Xác ñịnh số yếu tố công nghệ ảnh hưởng ñến chất lượng hiệu suất chiết tách carrageenan - Xác ñịnh khả cải thiện ñộ rượu vang nho sau lên men hạt gel carrageenan chứa nấm men 5.2 Ý nghĩa thực tiễn - Kết nghiên cứu chiết tách carrageenan góp phần nâng cao giá trị sử dụng hiệu kinh tế từ rong Nhờ ñó, thúc ñẩy việc mở rộng diện tích trồng rong, ñem lại nguồn lợi từ biển góp phần cải thiện ñời sống người dân, hỗ trợ cải thiện vấn ñề ô nhiễm môi trường biển - Cố ñịnh nấm men sản xuất rượu vang giúp ñơn giản hóa khâu lọc trong, nâng cao chất lượng sản phẩm, tiết kiệm chi phí sản xuất Cấu trúc luận văn Luận văn gồm 66 trang, bảng số liệu, 42 hình, 32 tài liệu tham khảo Nội dung luận văn ñược trình bày theo phần sau: Mở ñầu Chương – Tổng quan tài liệu Chương – Đối tượng phương pháp nghiên cứu Chương – Kết thảo luận Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu chung rong sụn 1.1.1 Đặc ñiểm thực vật Rong sụn có tên khoa học Kappaphycus alvarezii Rong sụn sinh trưởng phát triển tốt vùng nước có ñộ mặn cao (28 – 32‰), phát triển tốt vùng nước thường xuyên trao ñổi luân chuyển, nhiệt ñộ sinh trưởng thích hợp 25 – 28oC 1.1.2 Thành phần hóa học Hàm lượng nước rong sụn chiếm từ 77 – 91% Các thành phần hóa học khác ñược trình bày bảng 1.1 Bảng 1.1 Thành phần hóa học rong sụn biển miền Trung: TT Thành phần Hàm lượng (% chất khô) Carrageenan 40 – 55 Cellulose 4,0 Protein 2,4 Khoáng 20 – 30 Chất béo 1–2 1.2 Giới thiệu chung carrageenan 1.2.1 Cấu tạo carrageenan Hình 1.2 Cấu tạo carrageenan với liên kết luân phiên β -1,4 α -1,3 Footer Page of 126 Header Page of 126 1.2.2 Phân loại Các loại carrageenan phổ biến tự nhiên là: κ-, ι -, λ, µ- ν-carrageenan 1.2.3 Tính chất hóa lý carrageenan * Khối lượng phân tử Phần lớn carrageenan có phân tử lượng từ 500 – 1000kDa, ñó chúng chứa tới 25% polysaccharide với phân tử lượng nhỏ 100kDa * Độ tan Carrageenan tan nước, ñộ tan phụ thuộc vào dạng, nhiệt ñộ, pH, nồng ñộ ion chất tan khác * Độ nhớt ñặc trưng Độ nhớt dung dịch carrageenan phụ thuộc vào nhiệt ñộ, dạng, khối lượng phân tử có mặt số ion khác * Tính chất tạo gel • Khả tạo gel carrageenan Khả tạo gel carrageenan phụ thuộc: cấu trúc hóa học nồng ñộ polyme, chất nồng ñộ cation thêm vào, số vị trí nhóm sulphat có dạng carrageenan • Cơ chế tạo gel hạ nhiệt ñộ Hình 1.5 Chuyển ñổi carrageenan từ dung dịch sang gel theo nhiệt ñộ Footer Page of 126 Header Page of 126 Gel carrageenan có tính thuận nghịch nhiệt có tính trễ nhiệt, nghĩa nhiệt ñộ tạo gel nhiệt ñộ nóng chảy gel khác • Tác dụng cation trình tạo gel Để hình thành gel mạnh anion carrageenan cần cation gây nên tương tác tĩnh ñiện liên kết hydro ñể hình thành mạng lưới cấu trúc không gian ba chiều, thí dụ, cation kali trường hợp κ-carrageenan canxi trường hợp ι-carrageenan 1.2.4 Ứng dụng carrageenan Carrageenan có ứng dụng ña dạng thực phẩm nhiều ngành khác Đặc biệt ñặc tính cấu trúc rỗng xốp nên carrageenan có khả giữ cố ñịnh enzyme tế bào 1.3 Chiết tách carrageenan 1.3.1 Xử lý rong trước nấu chiết * Mục ñích chung xử lý rong trước nấu chiết: Khử tạp chất rong (khoáng, màu, protein, cellulose, lipid…) lợi cho sản phẩm carrageenan làm suy giảm màng liên kết tế bào chứa carrageenan nâng cao hiệu suất chất lượng sản phẩm Có hai phương pháp ñể xử lý rong xử lý rong môi trường axit xử lý rong môi trường kiềm 1.3.2 Nấu chiết carrageenan Trong trình nấu chiết carrageenan, yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu suất chiết tách cao chất lượng lượng sản phẩm tốt là: chất dung môi, nhiệt ñộ, thời gian, lượng dung môi 1.3.3 Tách nước từ dịch keo Có phương pháp phổ biến ñể tách nước từ dịch keo sau nấu chiết phương pháp lạnh ñông tan giá phương pháp kết tủa Sau tách nước carrageenan ñược sấy khô ñến ñộ ẩm 20 – 22% ñể thuận lợi cho việc bảo quản Footer Page of 126 Header Page of 126 1.4 Cố ñịnh vi sinh vật 1.4.1 Các loại chất mang dùng ñể cố ñịnh vi sinh vật 1.4.2 Yêu cầu chung chất mang cố ñịnh vi sinh vật - Chất mang phải rẻ tiền - Chất mang có tính chất lý bền vững, ổn ñịnh, chịu ñược ñiều kiện sản xuất khuấy trộn, có áp lực - Chất mang phải không tan môi trường phản ứng - Chất mang không làm hay ức chế hoạt tính enzym vi sinh vật, phải bền vững với công vi sinh vật, có khả cố ñịnh vi sinh vật dễ dàng, an toàn với vi sinh vật - Chất mang phải phù hợp với hình dạng thiết bị phản ứng sinh học sử dụng nhiều lần - Chất mang phải có diện tích bề mặt tiếp xúc lớn 1.4.3 Giới thiệu cố ñịnh vi sinh vật carrageenan Cố ñịnh tế bào vi sinh vật carrageenan nhốt tế bào loại gel này, tế bào ñược giữ mạng lưới không gian ba chiều carrageenan tạo liên kết ngang nhờ số ion kim loại Ca2+, K+… Mạng lưới có lỗ nhỏ tới mức không cho tế bào thoát ñủ lớn cho chất sản phẩm tạo ra vào dễ dàng Vì gel carrageenan có tác dụng màng bán thấm Cố ñịnh vi sinh vật gel carrageenan mang lại nhiều lợi ích: - Tế bào sau ñược cố ñịnh tái sử dụng ñược nhiều lần giảm bớt số lần chuẩn bị nhân giống cho sản xuất - Vi sinh vật ñược giữ gel carrageenan, không lẫn vào sản phẩm nên tách tách khỏi môi trường dễ dàng Từ ñó tiết kiệm chi phí lọc chủ ñộng ngừng phản ứng theo ý muốn Việc có ý nghĩa lớn với sản phẩm ñòi hỏi ñộ cao như: bia, rượu vang… Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 10 1.4.4 Tiến hành cố ñịnh vi sinh vật Hình 1.10 Các bước cố ñịnh vi sinh vật carrageenan 1.5 Tình hình nghiên cứu giới nước 1.5.1 Tình hình nghiên cứu giới 1.5.2.Tình hình nghiên cứu nước Những công bố nước ñã cung cấp số thông tin rong sụn, thành phần carrageenan kỹ thuật cố ñịnh tế bào vi sinh vật Tuy nhiên nước ta rong sụn ñược du nhập vào từ năm 1993 nên kết cụ thể chiết tách carrageenan ứng dụng lĩnh vực thực phẩm chưa có nhiều Dựa vào hiểu biết thực phẩm tính chất carrageenan, chọn hướng nghiên cứu cho luận văn “Nghiên cứu chiết tách carrageenan từ rong sụn ứng dụng cố ñịnh tế bào vi sinh vật” Với niềm say mê ñịnh hướng ñã chọn, nhận thấy ñề tài hội ñể tích lũy kiến thức, mở rộng hiểu biết công nghệ chiết tách phương pháp tạo gel bền ñể cố ñịnh tế bào vi sinh vật mà mong ñợi thành công Footer Page 10 of 126 Header Page 12 of 126 12 2.2.2 Phương pháp hóa học Xác ñịnh hàm lượng glucid Hàm lượng glucid nguyên liệu rong sụn ñược xác ñịnh Viện nghiên cứu công nghệ sinh học môi trường, số Nguyễn Đình Chiểu, thành phố Nha Trang Xác ñịnh hàm lượng carrrageenan Hàm lượng carrageenan rong sụn mẫu sản phẩm carrageenan ñược xác ñịnh Viện nghiên cứu công nghệ sinh học môi trường, số Nguyễn Đình Chiểu, thành phố Nha Trang Xác ñịnh hàm lượng protein Hàm lượng protein ñược xác ñịnh Trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn ño lường chất lượng 2, số 97 Lý Thái Tổ, thành phố Đà Nẵng 2.2.3 Phương pháp vi sinh Nuôi sinh khối nấm men Từ nấm men giống Saccharomyces cerevisiae cần phải hoạt hóa, nhân giống ñể phát triển sinh khối, ñủ số lượng nấm men dùng cho nghiên cứu ứng dụng cố ñịnh vi sinh vật Thu sinh khối làm Sau nuôi sinh khối nấm men, tiến hành ly tâm rửa nhiều lần qua nước cất ñã tiệt trùng ñể có nấm men dùng cho nghiên cứu ứng dụng cố ñịnh vi sinh vật Phương pháp tạo hạt gel cố ñịnh nấm men Tạo hạt gel carrageenan cố ñịnh nấm men kỹ thuật phức tạp, cần phải trải qua nhiều công ñoạn Footer Page 12 of 126 Header Page 13 of 126 13 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Xác ñịnh số thành phần hóa rong sụn Kết phân tích thành phần hóa học rong sụn sau: - Nước: 82,2% - Carrageenan: 39,83% chất khô - Glucid: 42,8% chất khô - Protein: 0,59% chất khô 3.2 Nghiên cứu ñiều kiện chiết tách carrageenan từ rong sụn Chúng có hai mục tiêu chiết tách carrageenan hiệu suất chiết tách cao chất lượng sản phẩm tốt Hiệu suất chiết tách tỉ lệ phần trăm khối lượng carrageenan thu ñược khối lượng carrageenan nguyên liệu Chất lượng sản phẩm ñược ñánh giá thông qua tiêu ñộ nhớt dung dịch sản phẩm carrageenan nồng ñộ nhiệt ñộ xác ñịnh Độ nhớt cao tiền ñề ñể thu ñược sản phẩm carrageenan có khả tạo gel bền vững Vì mục tiêu trình chiết tách ñược cụ thể hóa hiệu suất chiết tách carrageenan cao ñộ nhớt dung dịch sản phẩm carrageenan lớn Tiếp theo, khảo sát ñiều kiện công nghệ trình chiết tách carrageenan ñể có hiệu suất chiết tách cao, ñộ nhớt dung dịch sản phẩm lớn 3.2.1 Ảnh hưởng nhiệt ñộ nấu chiết ñến hiệu suất chiết tách ñộ nhớt dung dịch sản phẩm carrageenan Tiến hành thí nghiệm: Rửa rong, ñể ráo, cắt ñoạn từ – 5cm, trộn ñều Lấy mẫu, khối lượng mẫu 20g Nấu chiết mẫu theo tỉ lệ khối lượng nước/rong = 5/1 50 phút ở: 90oC, 95oC, 100oC, 105oC, 110oC Lọc thu qua rây có ñường kính lỗ 1mm Kết tủa dịch lọc với ethanol 80o 60oC, tỉ lệ thể tích ethanol 80o/dịch = 5/1 Sấy 50oC thời gian Để nguội bình hút ẩm 30 phút Cân, ño ñộ ẩm, xác ñịnh hàm lượng carrageenan Footer Page 13 of 126 Header Page 14 of 126 14 sản phẩm, sau ñó tính hiệu suất chiết tách Đo ñộ nhớt dung dịch sản phẩm carrageenan nồng ñộ 1%, nhiệt ñộ 70oC Kết ñược thể hình 3.2 3.3 Hiệu suất chiết tách (%) 34 32 30 28 26 24 22 20 85 90 95 100 105 110 115 o Nhiệt ñộ nấu ( C) Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nhiệt ñộ nấu chiết ñến hiệu suất chiết tách carrageenan 350 Độ nhớt (cP) 300 250 200 150 100 50 85 90 95 100 105 110 115 o Nhiệt ñộ nấu ( C) Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nhiệt ñộ nấu chiết ñến ñộ nhớt dung dịch sản phẩm carrageenan Từ ñồ thị 3.2 3.3, chọn nhiệt ñộ nấu chiết 95oC 3.2.2 Ảnh hưởng thời gian nấu chiết ñến hiệu suất chiết tách ñộ nhớt dung dịch sản phẩm carrageenan Các bước tiến hành thí nghiệm tương tự mục 3.2.1 nấu chiết mẫu rong ñều nhiệt ñộ 95oC, với thời gian khác 40 phút, 50 phút, 60 phút, 70 phút, 80 phút Footer Page 14 of 126 Header Page 15 of 126 15 Hiệu suất chiết tách (%) Kết ñược thể hình 3.5 3.6 32 30 28 26 24 22 20 30 40 50 60 70 80 90 Thời gian nấu (phút) Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian nấu chiết ñến hiệu suất chiết tách carrageenan 650 Độ nhớt (cP) 550 450 350 250 150 50 30 40 50 60 70 80 90 Thời gian nấu (phút) Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian nấu chiết ñến ñộ nhớt dung dịch sản phẩm carrageenan Từ kết hình 3.5 3.6, chọn thời gian nấu chiết 60 phút 3.2.3 Ảnh hưởng lượng nước nấu chiết ñến hiệu suất chiết tách ñộ nhớt dung dịch sản phẩm carrageenan Tiến hành thí nghiệm tương tự mục 3.2.1 thí nghiệm mẫu rong ñều dùng nhiệt ñộ nấu 95oC, thời gian nấu 60 phút với tỉ lệ khối lượng nước/rong 100/20 =5,0; 150/20 = 7,5; 200/20 = 10; 250/20 = 12,5; 300/20 = 15 Kết ñược thể hình 3.8 3.9 Footer Page 15 of 126 Hiệu suất chiết tách (%) Header Page 16 of 126 16 36 35 34 33 32 31 30 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 Tỉ lệ khối lượng nước nấu/rong Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng lượng nước nấu chiết Độ nhớt (cP) ñến hiệu suất chiết tách carrageenan 900 850 800 750 700 650 600 550 500 450 400 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 Tỉ lệ khối lượng nước nấu/rong Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng lượng nước nấu chiết ñến ñộ nhớt dung dịch sản phẩm carrageenan Tỉ lệ khối lượng nước/rong ñược chọn 10 Xử lý rong trước nấu chiết carrageenan có tác dụng khử tạp chất lợi, làm suy giảm liên kết carrageenan với phần tử khác thuận lợi cho công ñoạn nấu chiết giải phóng carrageenan Nhờ ñó nâng cao hiệu suất chiết tách chất lượng sản phẩm Tuy nhiên, có nhận ñịnh cho xử lý rong gây bẻ gãy mạch làm giảm chất lượng hiệu suất chiết tách carrageenan Vì vậy, nghiên cứu ñiều kiện xử lý rong (nồng ñộ, thời gian) sau ñã nghiên cứu ñiều kiện nấu chiết ñể có so sánh từ ñó ñánh giá tính tích cực hay tiêu cực công ñoạn Footer Page 16 of 126 Header Page 17 of 126 17 3.2.4 Nghiên cứu ñiều kiện xử lý rong trước nấu chiết Chọn môi trường xử lý rong dung dịch KOH ñây môi trường kiềm có nhiều ưu ñiểm môi trường axit có mặt ion K+ làm tăng khả tạo ñông κ-carrageenan 3.2.4.1 Ảnh hưởng nồng ñộ dung dịch KOH ñến hiệu suất chiết tách carrageenan ñộ nhớt dung dịch sản phẩm carrageenan Tiến hành rửa rong, ñể ráo, cắt ñoạn từ – 5cm, trộn ñều Lấy mẫu rong, mẫu: 20g, ngâm vào dung dịch KOH với tỉ lệ khối lượng dung dịch KOH/rong = 3/2 60 phút, với nồng ñộ 5,5%; 6,0%; 6,5%; 7,0%; 7,5% Trung hòa acid acetic 10% ñến pH Rửa lại nước Nấu chiết theo tỉ lệ khối lượng nước/rong = 10/1 60 phút 95oC Lọc bỏ bã Kết tủa dịch ethanol 80o 60oC, tỉ lệ ethanol 80o/dịch lọc = Sấy kết tủa 50oC Để nguội sản phẩm carrageenan bình hút ẩm 30 phút ñem cân, ño ñộ ẩm, phân tích hàm lượng carrageenan, tính hiệu suất chiết tách carrageenan Đo ñộ nhớt dung dịch sản phẩm carrageenan nồng ñộ 1%, nhiệt ñộ 70oC Kết ñược thể hình 3.11 3.12 Hiệu suất chiết tách (%) 47 45 43 41 39 37 35 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 Nồng ñộ KOH (%) Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng ñộ KOH ñến hiệu suất chiết tách carrageenan Footer Page 17 of 126 Header Page 18 of 126 18 1050 1000 Độ nhớt (cP) 950 900 850 800 750 700 650 600 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 Nồng ñộ KOH (%) Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng ñộ KOH ñến ñộ nhớt dung dịch sản phẩm carrageenan Qua nghiên cứu chứng minh ñược tính hiệu việc xử lý rong chất lượng hiệu suất thu hồi sử dụng chế ñộ xử lý rong hợp lý Từ kết hình 3.11 3.12, chọn nồng ñộ KOH xử lý rong tốt 6,5% Để tìm cách tăng ñộ nhớt hiệu suất chiết tách carrageenan nữa, cần tìm thời gian ngâm phù hợp sử dụng KOH 6,5% 3.2.4.2 Ảnh hưởng thời gian ngâm rong dung dịch KOH ñến hiệu suất chiết tách ñộ nhớt dung dịch sản phẩm carrageenan Tiến hành thí nghiệm tương tự mục 3.2.4.1 xử lý mẫu rong nồng ñộ KOH 6,5% với khoảng thời gian khác là: 50 phút, 60 phút, 70 phút, 80 phút, 90 phút Kết ñược thể hình 3.14 3.15 Footer Page 18 of 126 Hiệu suất chiết tách (%) Header Page 19 of 126 19 51 49 47 45 43 41 39 37 35 40 50 60 70 80 90 100 Thời gian xử lý KOH (phút) Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian xử lý rong với dung dịch KOH ñến hiệu suất chiết tách carrageenan 1150 Độ nhớt (cP) 1100 1050 1000 950 900 850 800 40 50 60 70 80 90 100 Thời gian xử lý KOH (phút) Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian xử lý rong với dung dịch KOH ñến ñộ nhớt dung dịch sản phẩm carrageenan Từ ñồ thị hình 3.14 3.15 thấy với dung dịch KOH 6,5% chọn thời gian xử lý 80 phút phù hợp Như thông qua mục 3.2.3, khẳng ñịnh quy trình chiết tách carrageenan nên có công ñoạn xử lý rong dung dịch KOH 6,5% thời gian 80 phút ñể tăng hiệu suất chiết tách ñộ nhớt dung dịch sản phẩm carrageenan Footer Page 19 of 126 Header Page 20 of 126 20 3.2.5 Đề xuất quy trình chiết tách carrageenan Rong nguyên liệu Rửa sạch, cắt ñoạn Cắt ñoạn từ – 5cm Ngâm dung dịch KOH - Nồng ñộ: 6,5% - Thời gian: 80 phút Trung hòa acid acetic - Nồng ñộ acid acetic: 10% - Trung hòa ñến pH =7 Rửa lại nước - Tỉ lệ khối lượng nước/rong = 10 - Nhiệt ñộ nấu: 95oC - Thời gian nấu: 60 phút Nấu chiết Lọc lấy dịch o Kết tủa cồn 80 Sấy khô - Nhiệt ñộ cồn: 60oC - Vcồn = Vdịch cần kết tủa - Nhiệt ñộ: 50oC - Thời gian: Để nguội, bao gói Sản phẩm Hình 3.16 Sơ ñồ quy trình chiết tách carrageenan từ rong sụn Footer Page 20 of 126 Header Page 21 of 126 21 3.3 Ứng dụng carrageenan việc cố ñịnh tế bào nấm men lên men rượu vang Sử dụng: chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae, môi trường lên men nước nho chất hỗ trợ cho việc cố ñịnh nấm men carrageenan KCl Hiệu cố ñịnh nấm men ñược kiểm tra cách ñánh giá lượng tế bào rò rỉ môi trường lên men nhờ phương pháp ño ñộ hấp thụ quang môi trường sau lên men Chỉ số OD bé thể hiệu cố ñịnh nấm men tốt Trong kỹ thuật cố ñịnh nấm men, nồng ñộ carrageenan bé hạt gel bền, với nồng ñộ carrageenan lớn làm hạt cho gel carrageenan mà loại κ-carrageenan có ñặc tính cứng, giòn dễ nứt vỡ Đây nguy giải phóng nấm men môi trường lên men Vì nghiên cứu ñây ñược tiến hành ñể xác ñịnh nồng ñộ carrageenan cố ñịnh nấm men hiệu 3.3.1 Ảnh hưởng nồng ñộ carrageenan ñến hiệu cố ñịnh nấm men Kết ñược thể hình 3.27 0.6 0.5 Mật 0.4 ñộ 0.3 quang (OD) 0.2 0.1 1,5 2,5 Nồng ñộ (%g/ml) Nấm men tự Hình 3.27 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng ñộ carrageenan ñến hiệu cố ñịnh nấm men Footer Page 21 of 126 Header Page 22 of 126 22 Chọn nồng ñộ carrageenan (%g/ml) ñể cố ñịnh nấm men Hạt gel canxi aginat sau cố ñịnh nấm men trải qua công ñoạn sấy 40oC 60 phút có cấu trúc ổn ñịnh hơn, tăng cường khả cố ñịnh tế bào vi sinh vật Tôi tiến hành ñiều kiện với carrageenan với mong muốn cải thiện ñược ñộ môi trường lên men 3.3.2 So sánh hiệu cố ñịnh nấm men ñiều kiện hạt gel có qua sấy không qua sấy Tiến hành thí nghiệm: Chuẩn bị mẫu lên men dùng nấm men tự ñể ñối chứng, mẫu lên men dùng nấm men cố ñịnh hạt gel carragenan (%g/ml) không trải qua giai ñoạn sấy mẫu lên men dùng hạt gel cố ñịnh nấm men carrageenan (%g/ml) có qua giai ñoạn sấy 40oC 60 phút Kết ñược thể hình 3.29 0.4 Mật ñộ quang (OD) 0.3 0.2 0.1 Nấm men tự 0.29 Hạt gel không sấy Hạt gel ñược sấy 0.045 0.02 Mẫu 0.046 0.023 Mẫu 0.042 0.018 Mẫu Hình 3.29 Đồ thị biểu diễn hiệu cố ñịnh nấm men ñiều kiện hạt gel ñược sấy không sấy Kết luận: Để tăng ổn ñịnh gel, tăng hiệu cố ñịnh nấm men hạt gel trước ñưa hạt gel vào môi trường lên men cần phải sấy 40oC thời gian 60 phút Footer Page 22 of 126 Header Page 23 of 126 23 Tiếp theo, nghiên cứu khả tạo thành cồn nấm men cố ñịnh carrageenan có qua công ñoạn sấy so với nấm men tự ñể ñánh giá khả chuyển hóa chất nấm men cố ñịnh 3.3.3 Nghiên cứu khả tạo thành cồn nấm men cố ñịnh so với nấm men tự Kết xác ñịnh hàm lượng cồn phương pháp chưng cất cho thấy mẫu lên men dùng nấm men tự dùng hạt gel cố ñịnh nấm men carrageenan (%g/ml) ñã qua sấy ñều cho hàm lượng cồn rượu vang 11o 20oC Như nấm men ñược cố ñịnh carrageenan có khả lên men tương ñương nấm men tự Tiếp theo tiến hành quan sát hạt gel ñể rút vài nhận xét trình tạo hạt gel 3.3.4 Quan sát hạt gel Hình 3.31 Các hạt gel ñược lấy sau lên men Theo hình 3.31 thấy hạt gel nghiên cứu chưa ñạt ñược ñến kích thước nhỏ ñồng ñều nghiên cứu nước Mặc dù vậy, thông qua mục 3.2.2 3.2.3 thấy hạt gel cố ñịnh nấm men nghiên cứu ñã chứng minh ñược khả lên men tạo thành cồn cải thiện ñộ khả quan Footer Page 23 of 126 Header Page 24 of 126 24 3.3.5 Đề xuất quy trình cố ñịnh nấm men carrageenan lên men rượu vang Carrageenan Bổ sung nước cất vô trùng, nâng nhiệt hòa tan carrageenan Rửa 3–5 lần với nước cất vô trùng Ly tâm tách nước - Tạo nồng ñộ carrageenan 4(%g/ml) - Nhiệt ñộ: 80oC Làm nguội ñến 50oC Phối trộn Vhuyềnphùnấmmen/Vddcarrageenan 1/1 Tạo hạt gel vào dung dịch KCl 3M - todung dịch < 10oC - Thời gian ngâm: 60 phút Nuôi sinh khối Thu hoạch gel Giống nấm men Rửa nước cất vô trùng Số lần rửa: – lần Sấy - Nhiệt ñộ: 40oC - Thời gian: 60 phút Nước nho Bx = 20 pH = Lên men - m hạt gel/m dịch lên men=1/10 - Nhiệt ñộ: 30oC - Thời gian: ngày Tách hạt gel lắng lọc Bán thành phẩm - Chỉ số OD=0,018–0,023 - Nồng ñộ cồn = 11o Hình 3.32 Sơ ñồ quy trình cố ñịnh nấm men lên men rượu vang Footer Page 24 of 126 Header Page 25 of 126 25 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ * Kết luận: Đã phân tích ñược số thành phần hóa học bản, ñặc biệt hàm lượng carrageenan rong sụn Ninh Thuận sau: - Nước: 82,2% - Carrageenan: 39,83 % chất khô - Glucid: 43,7 % chất khô - Protein: 0,59 % chất khô Đã tìm ñược thông số phù hợp cho giai ñoạn nấu chiết rong thu ñược carrageenan có hiệu suất chiết tách cao, chất lượng tốt Các thông số công ñoạn nấu chiết là: - Tỉ lệ khối lượng nước/rong = 10 - Nhiệt ñộ nấu: 95oC - Thời gian nấu: 60 phút Đã khẳng ñịnh ñược tính hiệu việc có xử lý rong dung dịch KOH so với không xử lý, với thông số công ñoạn xử lý rong sau: - Nồng ñộ KOH: 6,5% - Thời gian ngâm KOH: 80 phút Từ ñó ñề xuất quy trình chiết tách carrageenan từ rong sụn Đã nghiên cứu tạo ñược hạt gel chứa tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae từ carrageenan cho hiệu cố ñịnh cao với thông số kỹ thuật: - Chỉ số OD huyền phù nấm men trước cố ñịnh 6,27 - Nồng ñộ carrageenan trước trộn huyền phù nấm men (%g/ml) - Tỉ lệ thể tích huyền phù nấm men/dung dịch carrageenan cố ñịnh = 1/1 ñể tạo hạt gel cố ñịnh nấm men có nồng ñộ carrageenan (%g/ml) Footer Page 25 of 126 Header Page 26 of 126 26 Đồng thời ñã sử dụng chế ñộ sấy hạt gel ñể cải thiện ñộ dịch lên men sau: - Nhiệt ñộ sấy: 40oC - Thời gian sấy: 60 phút So sánh khả tạo thành cồn tế bào cố ñịnh hạt gel có qua công ñoạn sấy nấm men tự với kết lực lên men tương ñồng Từ ñó, ñề xuất quy trình cố ñịnh nấm men carrageenan ñể lên men rượu vang với thông số kỹ thuật quan trọng: - Tỉ lệ khối lượng hạt gel cố ñịnh nấm men/dịch lên men = 1/10 - Nhiệt ñộ lên men: 30oC - Thời gian lên men: ngày - Độ cồn sau lên men: 11o - Mật ñộ quang rượu vang sau lên men: 0,018 – 0,023 OD * Kiến nghị: Do ñiều kiện thời gian có hạn, nghiên cứu hết vấn ñề cần quan tâm nên ñề xuất hướng phát triển ñề tài là: Tinh carrageenan thô Nghiên cứu hướng tái sử dụng dung dịch KOH ñã dùng giai ñoạn xử lý rong ethanol ñã sử dụng giai ñoạn kết tủa Xác ñịnh tỷ lệ sống sót nấm men sau sấy hạt gel ñể kiểm ñịnh công nghệ tạo gel, công nghệ sấy nhằm hoàn thiện ứng dụng Xác ñịnh khả tái sử dụng hạt gel sau lên men rượu vang Footer Page 26 of 126 ... chưa có nhiều Dựa vào hiểu biết thực phẩm tính chất carrageenan, chọn hướng nghiên cứu cho luận văn Nghiên cứu chiết tách carrageenan từ rong sụn ứng dụng cố ñịnh tế bào vi sinh vật Với niềm say... số thông tin rong sụn, thành phần carrageenan kỹ thuật cố ñịnh tế bào vi sinh vật Tuy nhiên nước ta rong sụn ñược du nhập vào từ năm 1993 nên kết cụ thể chiết tách carrageenan ứng dụng lĩnh vực... tế bào vi sinh vật Mục ñích nghiên cứu Nghiên cứu ñề xuất quy trình chiết tách carrageenan có hiệu suất thu hồi cao chất lượng tốt Từ ñó, sử dụng nguồn carrageenan chiết tách ñược ñể cố ñịnh tế