Nghiên cứu sản xuất xylooligosaccharide (XOS) từ cám gạo

Thực trạ ng cấ Khóa p giấ yluận chứng n xuấ t xứ hà ng hóa hoạ t đ ộViện ng xuấ t nhậ khẩ Hà u Nội Việ t tốtnhậ nghiệp Đại họcp Mở Nam VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC ~~~~~~*~~~~~~ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT XYLOOLIGOSACCHARIDE (XOS) TỪ CÁM GẠO Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Thị Mai Phương Sinh viên thực : Phạm Thị Ngọc Lớp : CNSH 13-01 Khoa : Công nghệ sinh học Hà Nội, 2017 Phạm Thị Ngọc - 1301- K20 Khóa luận tốt nghiệp Viện Đại học Mở Hà Nội LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Thị Mai Phương, Viện Công nghệ sinh học tận tình bảo, hướng dẫn giúp đỡ tơi q trình thực đề tài Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cán bộ, học viên, sinh viên phòng Sinh hóa thực vật, Viện Cơng nghệ sinh học Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Công nghệ Enzyme Protein (KLEPT), Trường Đại học Khoa học Tự nhiên giúp đỡ nhiều để tơi hồn thành khóa luận Bên cạnh đó, tơi xin gửi lời cám ơn tới tồn thể anh, chị thuộc Cơng ty cổ phần ANABIO R&D, Hà Nội nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện tối đa để thực phần tối ưu sản xuất XOS quy mô lớn Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, người hy sinh, động viên, chia sẻ tạo cho tơi điều kiện tốt để đến đích Hà Nội, ngày 15 tháng 5năm 2017 Sinh viên Phạm Thị Ngọc Phạm Thị Ngọc - 1301- K20 Khóa luận tốt nghiệp Viện Đại học Mở Hà Nội MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Chất xơ thực phẩm (Prebiotic) 1.2 Chất xơ hòa tan oligosaccharide (OS) 1.2.1 Cấu tạo phân loại oligosaccharide 1.2.2 Tính chất sinh học oligosaccharide 1.2.3 Sản xuất oligosaccharide 1.2.4 Khả ứng dụng oligosaccharide 1.3 Xylooligosaccharide (XOS) 1.3.1 Cấu tạo 1.3.2 Tính chất sinh học XOS 1.3.3 Sản xuất XOS từ cám gạo 1.4 Đồng hóa XOS vi sinh vật probiotic 10 1.5 Ứng dụng XOS 12 1.5.1.Ứng dụng XOS công nghiệp thực phẩm 12 1.5.2 Ứng dụng XOS thực phẩm bổ sung synbiotic 12 CHƯƠNG NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 2.1 Nguyên liệu 17 2.1.1 Cám gạo 17 2.1.2 Hóa chất 17 2.2 Phương pháp nghiên cứu 17 2.2.1 Phương pháp tối ưu hóa quy trình sản xuất XOS 17 2.2.2 Phương pháp xác định độ ẩm 23 2.2.3 Phương pháp xác định protein theo Bradford [3] 23 2.2.4 Phương pháp xác định đường khử theo DNS (Acid dinitro - salicylic) 24 2.2.5 Định lượng xylosevà xylan 25 2.2.6 Xác định hoạt tính xylanase (Endo-1,4-β-xylanase - EC 3.2.1.8) 26 2.2.7 Sắc ký lớp mỏng định tính đường XOS [2] 26 2.2.8 Đánh giá độ đường XOS sắc ký lỏng hiệu cao (HPLC)26 2.2.9 Phương pháp xử lý số liệu 26 Phạm Thị Ngọc - 1301- K20 Khóa luận tốt nghiệp Viện Đại học Mở Hà Nội CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 27 3.1 Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện thủy phân α-amylase (Termamyl) để loại bỏ tinh bột từ cám gạo 27 3.3.1 Chọn miền khảo sát 27 3.3.2 Thiết lập mơ hình 27 3.2 Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện thủy phân protease (alcalase)để loại bỏ protein từ cám gạo 31 3.2.1 Chọn miền khảo sát 31 3.2.2 Thiết lập mơ hình 32 3.3 Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện thủy phân xylanase (Ultraflo Max)để thủy phân cám gạo thu nhận XOS 36 3.3.1 Nghiên cứu lựa chọn nguồn xylanse công nghiệp cho sản xuất XOS 36 3.3.2 Tối ưu hóa điều kiện thủy phân xylanse 38 3.4 Sản xuất XOS quy mô 50kg cám/ mẻ 43 3.5 Độ chế phẩm XOS 47 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 PHỤ LỤC 55 Phạm Thị Ngọc - 1301- K20 Khóa luận tốt nghiệp Viện Đại học Mở Hà Nội BẢNG CHỮ VIẾT TẮT AXOS Arabinoxylan BSA Bovine Serum Albumin EtOH Ethanol FOS Fructooligosaccharide GOS Galactooligosaccharide HPLC Sắc ký lỏng hiệu cao kDa Kilo Dalton LB Luria Bertani LCMs Lignocellulose OD Optical density OS Oligosaccharide TPCN Thực phẩm chức TOS Transgalacto–oligosaccharide XOS Xylooligosaccharide Phạm Thị Ngọc - 1301- K20 Khóa luận tốt nghiệp Viện Đại học Mở Hà Nội DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Các biến khoảng chạy chúng tối ưu α-amylase 18 Bảng 2.2 Các biến khoảng chạy chúng tối ưu alcalase 18 Bảng 2.3 Các biến khoảng chạy chúng tối ưu XOS 19 Bảng 2.4 Ma trận thực nghiệm tối ưu hóa điều kiện thủy phân α-amylase để loại bỏ tinh bột từ cám gạo 19 Bảng 3.1 Kết thực nghiệm ma trận Box-Behnken yếu tố với α-amylase 27 Bảng 3.2 : Sự phù hợp mô hình thủy phân α-amylase 28 Bảng 3.3 Kết phân tích phương sai ANOVA mơ hình tối ưu 29 thủy phân α-amylase 29 Bảng 3.4 Kết thực nghiệm ma trận Box-Behnken yếu tố alcalase 32 Bảng 3.5 : Sự phù hợp mơ hình thủy phân protease 33 Bảng 3.6 Kết phân tích phương sai ANOVA mơ hình tối ưu 34 thủy phân protease 34 Bảng 3.7 : Sự phù hợp mơ hình thủy phân protease loại tương tác AB 35 Bảng 3.8 Hoạt độ enzyme số chế phẩm xylanase công nghiệp 37 Bảng 3.9 Kết thực nghiệm ma trận Box-Behnken yếu tố với xylanse 38 Bảng 3.10 : Sự phù hợp mơ hình thủy phân xylanse 39 Bảng 3.11 : Mơ hình phân tích phương sai ANOVA thủy phân xylanse 40 Bảng 3.12 : Sự phù hợp mơ hình tối ưu thủy phân xylanse loại tương tác CD 43 Bảng 3.13 Tổng hợp điều kiện thủy phân tối ưu enzyme 43 Bảng 3.11 Chỉ tiêu vi sinh sản phẩm XOS 49 Bảng 3.12 Chỉ tiêu kim loại nặng sản phẩm XOS 49 Phạm Thị Ngọc - 1301- K20 Khóa luận tốt nghiệp Viện Đại học Mở Hà Nội DANH MỤC HÌNH Hình 1.2 Tác động probiotic prebiotic lên hệ thống miễn dịch [7] 13 Hình 3.1 : Đồ thị ảnh hưởng điều kiện thủy phân enzyme α-amylase 31 Hình 3.2 : Đồ thể ảnh hưởng điều kiện tối ưu thủy phân protease 36 Hình 3.3 : Đồ thể ảnh hưởng điều kiện tối ưu thủy phân xylanse 42 Hình 3.4: Quy trình cơng nghệ sản xuất XOS quy mơ 50kg cám gạo/mẻ 45 Hình 3.6 Sản phẩm XOS thành phẩm thu được(A dạng bột, B.dạng túi 200g, 46 Hình 3.7 Sắc kí đồ TLC sản phẩm XOS thu quy mô sản xuất 50kg 47 cám gạo/mẻ 47 Hình 3.8 Phân tích độ XOS HPLC 48 Phạm Thị Ngọc - 1301- K20 MỞ ĐẦU Nhu cầu thực phẩm bổ sung (dietary supplement) Việt Nam ngày tăng cao chất lượng sống cải thiện chúng đáp ứng mối lo an toàn thực phẩm, lại đa dạng, tiện dụng, phù hợp với lối sống đại [25,30, 31,32] Một thực phẩm bổ sung quan trọng chất xơ gọi prebiotic Các sản phẩm chất xơ hòa tan sử dụng nhiều Việt Nam oligosaccharide (OS), bật galactooligosaccharide (GOS) fructooligosaccharide (FOS) để làm chất phụ gia thực phẩm Việc nghiên cứu sản xuất chất xơ OS nước tiến hành Tuy nhiên, công nghệ sản xuất OS chưa có tính định hướng sản phẩm cao, công nghệ xử lý enzyme tinh sản phẩm chưa tối ưu hóa để có sản phẩm OS đặc hiệu có chất lượng Đến thời điểm này, OS FOS hay GOS phải nhập ngoại cho thị trường nước Ngoài FOS GOS, OS khác quan tâm xylooligosaccharide (XOS) XOS có tác dụng sinh học đặc tính cơng nghệ ưu việt hẳn đặc biệt khả lên men nhiều chủng vi khuẩn probiotic khác Bifidobacteria hay Lactobacillus, chúng thực OS có tiềm lớn Điều thú vị XOS sản xuất từ nguồn nguyên liệu rẻ tiền bã thải, phụ phẩm giàu xylan nông nghiệp bã ngô, bã mía, cám gạo… Trên giới, qui trình cơng nghệ sản xuất XOS từ bã ngô hay từ cám lúa mỳ nghiên cứu [5, 8,20] Ở Việt Nam, có cơng nghệ sản xuất OS từ cám gạo XOS từ bã ngô chưa tối ưu hóa triệt để quy mơ lớn [1,2] Với hàm lượng xylan cao, cám gạo nguồn nguyên liệu sản xuất XOS tốt nguồn nguyên liệu rẻ tiền an toàn, đồng thời sản phẩm phụ thải sản xuất nhỏ, tận dụng Việt Nam nước sản xuất lúa gạo đứng thứ hai giới nên nguồn nguyên liệu cám gạo cho mục đích tách chiết XOS dẫn xuất vô phong phú Vấn đề đặt phải tối ưu hóa Phạm Thị Ngọc - 1301- K20 công nghệ thủy phân enzyme tách chiết để thu sản phẩm XOS có độ cao, an toàn cho người sử dụng với giá thành hợp lý Đề tài luận văn “Nghiên cứu sản xuất xylooligosaccharide(XOS) từ cám gạo” góp phần giải vấn đề tồn để sản xuất sản phẩm XOS từ cám gạo để làm thực phẩm chức Phạm Thị Ngọc - 1301- K20 CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Chất xơ thực phẩm (Prebiotic) Chất xơ thực phẩm xác định bao gồm lignin thành phần thành tế bào thực vật, chất không bị thuỷ phân enzyme hệ tiêu hoá [3,6] Các polysaccharide thực vật chia thành polysaccharide tinh bột polysaccharide dạng tinh bột với tính chất hố lý khác Tinh bột xem chất thủy phân ruột non người, chất xơ thực phẩm bao gồm lignin polysaccharide tinh bột (NSP) Các polysaccharide khơng phải tinh bột chia thành cellulose polysaccharide cellulose (NCP) như: hemicellulose, pectin, chất keo, chất nhày Chất xơ thực phẩm có nhiều trái cây, ngũ cốc, loại rau, củ, quả, đậu Mỗi loại rau chứa loại lượng chất xơ khác nhau, loại nhiều bã già chứa nhiều chất xơ Chất xơ diện vỏ thành tế bào thực vật Trong tế bào thực vật, chất xơ chia thành hai loại chất xơ khơng hòa tan (rất cứng, có dạng sợi) chất xơ hòa tan (nhầy, có dạng keo) • Chất xơ khơng hòa tan: Bao gồm cellulose, hemicellulose lignin Chúng thành phần cấu tạo nên thành tế bào thực vật Chất xơ khơng hòa tan có đặc tính thẩm thấu nước ruột, trương lên tạo điều kiện cho chất bã thải dễ ngồi • Chất xơ hòa tan: Bao gồm pectin, chất keo chất nhầy Chất xơ hòa tan qua ruột tạo thể đông làm chậm trình hấp thu số chất dinh dưỡng vào máu làm tăng độ xốp, mềm bã thải tiêu hóa Phạm Thị Ngọc - 1301- K20 ... để thu sản phẩm XOS có độ cao, an tồn cho người sử dụng với giá thành hợp lý Đề tài luận văn Nghiên cứu sản xuất xylooligosaccharide( XOS) từ cám gạo góp phần giải vấn đề tồn để sản xuất sản phẩm... XOS sản xuất từ nguồn nguyên liệu rẻ tiền bã thải, phụ phẩm giàu xylan nơng nghiệp bã ngơ, bã mía, cám gạo Trên giới, qui trình cơng nghệ sản xuất XOS từ bã ngô hay từ cám lúa mỳ nghiên cứu. .. 8,20] Ở Việt Nam, có công nghệ sản xuất OS từ cám gạo XOS từ bã ngơ chưa tối ưu hóa triệt để quy mô lớn [1,2] Với hàm lượng xylan cao, cám gạo nguồn nguyên liệu sản xuất XOS tốt nguồn nguyên liệu