NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM TÁCH CAROTENOID TỪ MÀNG HẠT GẤC BẰNG KỸ THUẬT SIÊU LỌC KẾT HỢP XỬ LÝ ENZYME

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM TÁCH CAROTENOID TỪ MÀNG HẠT GẤC BẰNG KỸ THUẬT SIÊU LỌC KẾT HỢP XỬ LÝ ENZYME Sinh viên thực hiện: NGUYỄN HỮU CHUNG Ngành : CÔNG NGHỆ HĨA HỌC Niên khóa: 2007 - 2011 Tháng 08/2011 NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM TÁCH CAROTENOID TỪ MÀNG HẠT GẤC BẰNG KỸ THUẬT SIÊU LỌC KẾT HỢP XỬ LÝ ENZYME Tác giả NGUYỄN HỮU CHUNG Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp kỹ sư ngành Cơng Nghệ Hóa Học Giáo viên hướng dẫn: Th.S Mai Huỳnh Cang Tháng 08 năm 2011 i LỜI CẢM TẠ Kính gửi đến thầy Bộ Mơn Cơng Nghệ Hóa Học, Trường Đại học Nơng Lâm Thành phố Hồ Chí Minh lời cảm ơn chân thành tận tình truyền đạt cho tơi kiến thức q giá trình học tập, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để thực đề tài cách tốt Tôi xin chân thành cảm ơn cô Mai Huỳnh Cang, giảng viên môn Cơng nghệ Hóa Học, Đại học Nơng Lâm Tp HCM tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên tơi suốt trình thực đề tài Con xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ba mẹ ni dạy khơn lớn để có thành ngày hôm Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến bạn lớp DH07HH bạn Phan Thị Kim Khánh, Hồng Minh giúp đỡ thời gian thực đề tài Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 08/2011 Sinh viên thực Nguyễn Hữu Chung ii TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu ”NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM TÁCH CAROTENOID TỪ MÀNG HẠT GẤC BẰNG KỸ THUẬT SIÊU LỌC KẾT HỢP XỬ LÝ ENZYME” tiến hành phòng thí nghiệm I4 trực thuộc mơn Cơng Nghệ Hóa Học, trường Đại học Nơng Lâm, Tp Hồ Chí Minh, thời gian từ 1/3/2011 đến 1/8/2011 Phần nghiên cứu đề tài gồm thí nghiệm sau:  Khảo sát đặc tính hóa lý ngun liệu: màng hạt gấc, dầu gấc nguyên liệu  Khảo sát ảnh hưởng trình bảo quản lên hàm lượng carotenoid  Tiến hành thí nghiệm thăm dò xác định ảnh hưởng yếu tố: loại enzyme, nồng độ enzyme thời gian lên q trình enzyme hóa  Khảo sát ảnh hưởng yếu tố tác động lên trình enzyme hóa màng hạt gấc phương pháp bề mặt đáp ứng (Response Surface Methodology)  Khảo sát khả sử dụng dầu nành kết hợp xử lý enzyme trình tách dầu  Thử nghiệm tách carotenoid phương pháp lọc tiếp tuyến Kết thu sau:  Nguyên liệu màng hạt gấc thực đề tài có độ ẩm tuyệt đối tính sở khô là: 76,77 % Hàm lượng carotenoid tổng: 3270,31 g/g DW  Thời gian bảo quản tốt cho màng hạt gấc -20 0C tuần (hàm lượng carotenoid giảm 4,2 %)  Từ phân tích ảnh hưởng yếu tố khảo sát lên đáp ứng, thông số tối ưu xác định sở thực nghiệm Đề nghị điều kiện tiến hành enzyme hóa màng hạt gấc tốt là: nồng độ enzyme 12 %, thời gian 150 phút, nhiệt độ 55 0C tốc độ khuấy 200 vòng/phút  Việc sử dụng dầu nành dung mơi q trình chiết tách carotenoid màng hạt gấc làm tăng khả thu hồi dầu gấc iii  Ở áp suất 2,2 bar, tiến hành trình lọc dầu gấc nguyên liệu màng lọc ceramic có kích thước lỗ lọc 0,05 m Thời gian lọc tốt khoảng 30 phút sau ngừng q trình lọc, tiến hành rửa màng iv ABSTRACT The thesis about “Study of separating CAROTENOID FROM GAC’S (Momordica cochinchinensis (Lour) Spreng) SEEDS membrane by combination of ultrafiltration and ENZYME TREATMENT” was conducted in the I4 laboratory of Chemical Engineering department, University of Agriculture and Forestry, Ho Chi Minh city, from 01/March to 01/August/2011 The thesis includes these experiments: The study of physicochemical properties of materials: GAC’s seeds membrane, Gac oil The study of the affection of GAC’s seed menbrane storage on the carotenoid content Initiative experiments to determine the influence of factors such as type of enzyme, enzyme concentration and time on enzyme reaction process The study of impact factors on the enzyme reaction process of GAC’s seeds menbrane by using the Response Surface Methodology The study of soybean oil application together with enzyme treatment during the oil extraction process Initiative experiments to separate carotenoid by cross-flow filtration method The achieved results were: GAC’seeds membrane materials in this thesis have absolute moisture on dry basis was: 76,77 % and total carotenoid content was 3270,31 g/g DW The storage time for Gac’s seeds membrane preservation at -200C was four weeks (carotenoid content was reduced about 4,2 %) From analysis of the influential factors on surface responses, the optimum parameters were determined on the basis of experiments We suggested the best condition under which GAC’seeds membrane is reacted successfully by enzyme process: enzyme concentration: 12 %, time: 150 minutes, temperature: 55 0C and the stirring speed: 200 revolution/minute v Soybean oil application as the solvent in extraction process of GAC’seeds membrane helped to increase the recovery of GAC’s oil At a pressure of 2,2 bar, filtration process of GAC oil could be conducted by using ceramic membrane with its pore size about 0,05 m The best filtration time is in 30 minutes and then stop filtration process, wash the membrane vi MỤC LỤC Trang Trang tựa i Lời cảm tạ .ii Tóm tắt iii Abstract v Mục lục .vii Danh sách chữ viết tắt xii Danh sách bảng xiii Danh sách hình đồ thị .xiv Danh sách phụ lục xivi Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Nội dung đề tài 1.4 Yêu cầu Chương 2: TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan Gấc 2.1.1 Đặc điểm thực vật gấc 2.1.1.1 Phân loại, mô tả 2.1.1.2 Phân bố trồng trọt 2.1.2 Cấu trúc thành phần hóa học 2.1.2.1 Cấu trúc gấc 2.1.2.2 Thành phần hóa học Gấc 2.1.2.3 Dầu gấc 2.2 Sơ lược hợp chất carotenoid tự nhiên thực phẩm 11 vii 2.2.1 Cấu trúc đặc điểm lý hóa 11 2.2.1.1 Tính tan 11 2.2.1.2 Hấp thu ánh sáng 11 2.2.1.3 Đồng phân hóa oxi hóa 12 2.2.2 Lycopene 12 2.2.2.1 Cấu trúc hóa học 12 2.2.2.2 Vai trò sinh học lycopen thể 13 2.2.3 -carotene 13 2.2.3.1 Cấu trúc hóa học 13 2.2.3.2 Quá trình chuyển hóa thành vitamin A 14 2.2.3.3 Vai trò sinh học 15 2.3 Tổng quan kỹ thuật trích ly dầu enzyme 15 2.3.1 Ứng dụng enzyme chiết tách dầu thực vật 15 2.3.2 Cấu tạo vách tế bào 16 2.3.3 Vị trí chất béo thịt chứa dầu 16 2.3.4 Hoạt động emzyme thịt có dầu 16 2.3.5 Các enzyme ứng dụng chiết xuất dầu Gấc 17 2.3.5.1 α-Amylase 17 2.3.5.2 Pectinase 17 2.3.5.3 Cellulase 18 2.3.5.4 Protease 18 2.3.6 Các yếu tố ảnh hưởng tới hoạt tính enzyme q trình trích lý dầu enzyme 19 2.3.6.1 Nồng độ enzyme, nồng độ chất 19 2.3.6.2 Ảnh hưởng nhiệt độ 19 2.3.6.3 Ảnh hưởng pH môi trường 20 2.3.6.4 Ảnh hưởng chất hoạt hóa lên hoạt tính enzyme 20 2.3.6.5 Ảnh hưởng chất kiềm hãm enzyme (Inbibitor) 21 2.4 Kỹ thuật lọc tiếp tuyến (cross-flow filtration) 21 viii 2.4.1 Tổng quát lọc 21 2.4.2 Nguyên lý động lực trình lọc tiếp tuyến 21 2.4.3 Ưu nhược điểm phương pháp lọc tiếp tuyến 23 2.4.4 Màng lọc phân loại màng lọc 23 2.4.5 Ứng dụng kỹ thuật lọc tiếp tuyến dạng màng lọc 24 2.4.6 Các khái niệm sử dụng trình lọc tiếp tuyến 24 Chương 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 3.1 Thời gian địa điểm tiến hành thí nghiệm 27 3.2 Nguyên liệu, hóa chất trang thiết bị 27 3.2.1 Gấc 27 3.2.2 Enzyme 27 3.2.3 Hóa chất 28 3.2.4 Trang thiết bị 28 3.2.5 Quy trình thực 29 3.3 Phương pháp nghiên cứu 30 3.3.1 Xác định thành phần, đặc tính hóa lý màng hạt gấc 30 3.3.1.1 Xác định độ ẩm tuyệt đối 30 3.3.1.2 Xác định hàm lượng carotenoid tổng nguyên liệu phương pháp trích ly Soxhlet phương pháp đo quang 30 3.3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng trình bảo quản lên hàm lượng carotenoid màng hạt gấc 31 3.3.2 Thí nghiệm thăm dò 31 3.3.1.1 Khảo sát loại enzyme sử dụng q trình enzyme hóa màng hạt gấc 32 3.3.1.2 Khảo sát sơ ảnh hưởng nồng độ enzyme lên q trình enzyme hóa màng hạt gấc 32 3.3.1.3 Khảo sát sơ ảnh hưởng thời gian lên q trình enzyme hóa màng hạt gấc 32 ix Lack Of Fit Source Lack Of Fit Pure Error Total Error DF 13 14 Sum of Squares 313687.30 6.37 313693.67 Mean Square 24129.8 6.4 F Ratio 3785.305 Prob > F 0.0127 Max RSq 1.0000 Parameter Estimates Term Intercept Nong enzym (%)(12,16)&RS Thoi gian (phut)(90,150)&RS Nhiet do(45,55)&RS Toc khuay(100,200)&RS Nong enzym (%)(12,16)*Nhiet do(45,55) Thoi gian (phut)(90,150)*Nhiet do(45,55) Nong enzym (%)(12,16)*Toc khuay(100,200) Thoi gian (phut)(90,150)*Toc khuay(100,200) Nhiet do(45,55)*Toc khuay(100,200) Thoi gian (phut)(90,150)*Thoi gian (phut)(90,150) Toc khuay(100,200)*Toc khuay(100,200) Estimate 1148.9397 -53.86418 -53.80727 10.667833 -46.90785 56.873277 -29.06615 62.272395 -12.88334 80.862451 -84.06231 -64.79511 Std Error 52.92293 30.55507 30.55507 30.55507 30.55507 37.42216 37.42216 37.42216 37.42216 37.42216 30.31542 30.31542 t Ratio 21.71 -1.76 -1.76 0.35 -1.54 1.52 -0.78 1.66 -0.34 2.16 -2.77 -2.14 Prob>|t| F 3.1077 0.0997 3.1011 0.1001 0.1219 0.7322 2.3568 0.1470 2.3097 0.1508 0.6033 0.4503 2.7691 0.1183 1 1 1 2655.69 104619.78 172287.30 0.1185 4.6691 7.6891 0.7358 0.0485 0.0150 1 102361.15 4.5683 0.0507 Response Surface Coef Nhiet Toc khuay Ham luong (45,55) (100,200) carotenoid (mg/g DW) 56.873277 62.272395 -53.86418 Thoi gian Nong enzym (phut)(90,150 ) (%)(12,16) 0 Nong enzym (%)(12,16) Thoi gian -84.06231 (phut)(90,150) Nhiet do(45,55) Toc khuay(100,200) Couldn't Solve Critical Values Singular Canonical Curvature EigenValues and EigenVectors Variable Nong enzym (%)(12,16) Thoi gian (phut)(90,150) Nhiet do(45,55) Toc khuay(100,200) Scaled Estimates 77 -29.06615 -12.88334 -53.80727 80.862451 -64.79511 10.667833 -46.90785 Interaction Profiles Prediction Profiler 78 Phụ lục 3.3: Contour Profiler Phụ lục 3.3.1: Contour Profiler (Nồng độ enzyme Thời gian) Horiz Vert Factor Current X Nong enzym (%)(12,16) Thoi gian (phut)(90,150) Nhiet do(45,55) Toc khuay(100,200) Response 14 120 50 150 Contour Current Y Lo Limit Hi Limit Ham luong carotenoid (mg/g DW) 1016.3877 1146.6148 4.61705 Khôi luong dâu (g) 3.5925 Thoi gian (phut)(90,150) 180 Ham luong carotenoid (mg/g DW) Ham luong carotenoid (mg/g DW) Khôi luong dâu (g) Thoi gian (phut)(90,150) Nong enzym (%) 60 Khôi luong dâu (g) 10 Nong enzym (%)(12,16) 18 Thoi gian (phut)(90,150) 79 Nong enzym (%) Phụ lục 3.3.2: Contour Profiler (Nồng độ enzyme Nhiệt độ) Horiz Vert Factor Current X Nong enzym (%)(12,16) Thoi gian (phut)(90,150) Nhiet do(45,55) Toc khuay(100,200) Response 14 120 50 150 Contour Current Y Lo Limit Hi Limit Ham luong carotenoid (mg/g DW) 1016.3877 1146.6148 4.61705 Khôi luong dâu (g) 3.5925 Nhiet do(45,55) 60 Ham luong carotenoid (mg/g DW) Khôi luong dâu (g) Ham luong carotenoid (mg/g DW) Nhiet do(45,55) Nong enzym (%) 40 Khôi luong dâu (g) 10 Nong enzym (%)(12,16) 18 Nhiet do(45,55) 80 Nong enzym (%) Phụ lục 3.3.3: Contour Profiler (Nồng độ enzyme Tôc độ khuấy) Horiz Vert Factor Current X Nong enzym (%)(12,16) Thoi gian (phut)(90,150) Nhiet do(45,55) Toc khuay(100,200) Response 14 120 50 150 Contour Current Y Lo Limit Hi Limit Ham luong carotenoid (mg/g DW) 1016.3877 1146.6148 4.61705 Khôi luong dâu (g) 3.5925 Ham luong carotenoid (mg/g DW) 250 Ham luong carotenoid (mg/g DW) Toc khuay(100,200) Khôi luong dâu (g) Toc khuay(100,200) Nong enzym (%)(1 50 Khôi luong dâu (g) 10 Nong enzym (%)(12,16) 18 Toc khuay(100,200) 81 Nong enzym (%)(1 Phụ lục 3.3.4: Contour Profiler (Thời gian Nhiệt độ) Horiz Vert Factor Current X Nong enzym (%)(12,16) Thoi gian (phut)(90,150) Nhiet do(45,55) Toc khuay(100,200) Response 14 120 50 150 Contour Current Y Lo Limit Hi Limit Ham luong carotenoid (mg/g DW) 1016.3877 1146.6148 4.61705 Khôi luong dâu (g) 3.5925 Nhiet do(45,55) 60 Khôi luong dâu (g) Ham luong carotenoid (mg/g DW) Nhiet do(45,55) Ham luong carotenoid (mg/g DW) Thoi gian (phut)(90 40 Khôi luong dâu (g) 60 Thoi gian (phut)(90,150) 180 Nhiet do(45,55) 82 Thoi gian (phut)(90 Phụ lục 3.3.5: Contour Profiler (Thời gian Tốc độ khuấy) Horiz Vert Factor Current X Nong enzym (%)(12,16) Thoi gian (phut)(90,150) Nhiet do(45,55) Toc khuay(100,200) Response 14 120 50 150 Contour Current Y Lo Limit Hi Limit Ham luong carotenoid (mg/g DW) 1016.3877 1146.6148 4.61705 Khôi luong dâu (g) 3.5925 Toc khuay(100,200) 250 Ham luong carotenoid (mg/g DW) Khôi luong dâu (g) Toc khuay(100,200) Ham luong carotenoid (mg/g DW) Thoi gian (phut)(90,1 50 Khôi luong dâu (g) 60 Thoi gian (phut)(90,150) 180 Toc khuay(100,200) 83 Thoi gian (phut)(90,1 Phụ lục 3.3.6: Contour Profiler (Nhiệt độ Tốc độ khuấy) Horiz Vert Factor Current X Nong enzym (%)(12,16) Thoi gian (phut)(90,150) Nhiet do(45,55) Toc khuay(100,200) Response 14 120 50 150 Contour Current Y Lo Limit Hi Limit Ham luong carotenoid (mg/g DW) 1016.3877 1146.6148 4.61705 Khôi luong dâu (g) 3.5925 Toc khuay(100,200) 250 Ham luong carotenoid (mg/g DW) Toc khuay(100,200) Nhiet do(45,55) Khôi luong dâu (g) Ham luong carotenoid (mg/g DW) 50 Khôi luong dâu (g) 40 Nhiet do(45,55) 60 Toc khuay(100,200) 84 Nhiet do(45,55) Phụ lục 4: Kết phân tích thành phần acid béo hàm lượng -carotene 85 86 Phụ lục 5: Kết đo phân bố kích thước hạt phân tán Phụ lục 5.1: Kết đo phân bố kích thước hạt phân tán mẫu dầu gấc 87 Phụ lục 5.2: Kết đo phân bố kích thước hạt phân tán mẫu dầu dung mơi 88 89 90 ... TÁCH CAROTENOID TỪ MÀNG HẠT GẤC BẰNG KỸ THUẬT SIÊU LỌC KẾT HỢP XỬ LÝ ENZYME Tác giả NGUYỄN HỮU CHUNG Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp kỹ sư ngành Cơng Nghệ Hóa Học Giáo viên hướng dẫn:... Minh giúp đỡ thời gian thực đề tài Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 08/2011 Sinh viên thực Nguyễn Hữu Chung ii TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu ”NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM TÁCH CAROTENOID TỪ MÀNG HẠT GẤC BẰNG KỸ... Kết phân tích ảnh hưởng yếu tố khảo sát đến hàm lượng carotenoid 48 4.3.3 Nhận xét chung 51 x 4.4 Khảo sát khả sử dụng dầu nành kết hợp xử lý enzyme trình tách dầu (TN2)