Nghiên cứu, thu nhận protein từ sinh khối rong nước lợ (chaetomorpha sp ) để ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - BẠCH NGỌC MINH NGHIÊN CỨU, THU NHẬN PROTEIN TỪ SINH KHỐI RONG NƯỚC LỢ (Chaetomorpha sp.) ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Tp Hồ Chí Minh - 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Bạch Ngọc Minh NGHIÊN CỨU, THU NHẬN PROTEIN TỪ SINH KHỐI RONG NƯỚC LỢ (Chaetomorpha sp.) ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM Chuyên ngành: Công nghệ Sinh học Mã sỗ: 42 02 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Hoàng Kim Anh PGS.TSKH Ngơ Kế Sương Tp Hồ Chí Minh - 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng tơi hướng dẫn khoa học PGS.TS Hoàng Kim Anh PGS.TSKH Ngô Kế Sương Các số liệu sử dụng phân tích luận án có nguồn gốc rõ ràng, công bố theo quy định Các kết nghiên cứu luận án tự bố trí thí nghiệm, phân tích số liệu cách trung thực, khách quan Các kết chưa công bố nghiên cứu khác Nghiên cứu sinh Bạch Ngọc Minh ii LỜI CẢM ƠN Để hồn thành luận án tiến sĩ này, tơi xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Hồng Kim Anh PGS.TSKH Ngơ Kế Sương tận tình hướng dẫn suốt trình nghiên cứu thực nghiệm q trình chỉnh sửa nội dung luận án Tơi chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo đồng nghiệp Viện Sinh học Nhiệt đới tạo điều kiện thuận lợi để giúp tơi hồn thành luận án Tôi đặc biệt cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Phương Thảo bạn Phòng Quản lý Tổng hợp hỗ trợ tơi thủ tục hành dể hoàn thành trinhg học tập thực luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Học viện Khoa học Công nghệ hỗ trợ tơi mặt hành tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập thực luận án Học viện Tôi xin cảm ơn đồng nghiệp Phịng Cơng nghệ Biến đổi Sinh học, nơi công tác, hộ trợ cơng việc tạo nhiều điều kiện thuận lợi để tơi có thời gian học tập thực luận án Tôi chân thành gửi lời cảm ơn đến đơn vị hợp tác: Đại học Khoa học Tự nhiên Tp.Hồ Chí Minh, Bệnh viện 115, Trung tâm phân tích Kỹ thuật cao Sài Gịn, Viện Cơng nghệ Nano, Trung tâm Sâm Dược liệu hỗ trợ tơi q trình thực luận án Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, ln bên cạnh nguồn động viên to lớn cho tơi để hồn thành q trình học tập nghiên cứu Trân trọng Bạch Ngọc Minh iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ x MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan rong 1.1.1 Tổng quan rong biển 1.1.2 Rong lục 1.1.3 Rong Chaetomorpha 1.2 Protein thu nhận từ rong 1.2.1 Đặc điểm protein thu nhận từ rong 1.2.2 Thành phần acid amin rong 10 1.2.3 Protein có hoạt tính sinh học 11 1.2.4 Khả tiêu hoá protein 12 1.3 Kỹ thuật thu nhận protein 13 1.3.1 Kỹ thuật trích ly protein 13 1.3.2 Kỹ thuật tinh protein 15 1.3.2.1 Phương pháp kết tủa 15 1.3.2.2 Phương pháp thẩm tích 17 1.3.2.3 Phương pháp sắc kí 18 1.3.2.4 Phương pháp lọc membrane 18 1.4 Phân tích tính chất chế phẩm protein concentrate 19 1.4.1 Tính chất sinh học chế phẩm protein concentrate 19 1.4.2 Tính chất chức chế phẩm protein concentrate 20 1.4.2.1 Khả hòa tan protein 21 iv 1.4.2.2 Khả hấp thu nước protein 21 1.4.2.3 Khả tạo gel 21 1.4.2.4 Khả tạo bọt 22 1.4.2.5 Khả tạo làm bền nhũ tương 22 1.4.3 Giá trị dinh dưỡng chế phẩm protein concentrate 23 1.4.3.1 Tiêu hóa protein hấp thu protein 23 1.4.3.2 Đánh giá giá trị dinh dưỡng protein điều kiện in vitro 24 1.4.2.3 Đánh giá giá trị dinh dưỡng protein điều kiện in vivo 24 CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 27 2.1 Vật liệu nghiên cứu 27 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 27 2.1.2 Dụng cụ, thiết bị, hoá chất 27 2.2 Sơ đồ nghiên cứu 28 2.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm 30 2.3.1 Xác định nhóm protein rong 30 2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng trình xử lý nguyên liệu đến hiệu suất trích ly protein 31 2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng yếu tố đến q trình trích ly protein tan nước có hỗ trợ enzyme cellulase 31 2.3.4 Tối ưu hóa q trình trích ly protein tan kiềm có hỗ trợ enzyme 33 2.3.5 Khảo sát ảnh hưởng yếu tố đến q trình trích ly nhóm protein tan kiềm dung môi NaOH 34 2.3.6 Tối ưu hóa q trình trích ly nhóm protein tan kiềm dung mơi NaOH 34 2.3.7 Nghiên cứu trình tinh protein 35 2.3.7.1 Khảo sát trình kết tủa đẳng điện 35 2.3.7.2 Khảo sát trình kết tủa protein ethanol 35 2.3.7.3 Khảo sát trình kết tủa protein muối (NH4)2SO4 36 2.3.7.4 Nâng cao hàm lượng protein phương pháp thẩm tích 36 2.3.8 Nghiên cứu đặc điểm hình thái cấu trúc chế phẩm protein từ rong 36 2.3.9 Xác định tính chất sinh học chế phẩm protein concentrate 37 2.3.9.1 Thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn 37 2.3.9.2 Thử nghiệm khả kháng oxy hoá 37 v 2.3.10 Xác định tính chất chức protein 38 2.3.11 Đánh giá giá trị dinh dưỡng điều kiện in vitro 38 2.3.11.1 Khả tiêu hóa – in vitro protein digestibility (IVPD) 38 2.3.11.2 Chỉ số AAS – Amino acid score 39 2.3.11.3 Chỉ số PDCAAS (Protein Digestibility Corrected Amino Acid Scoring) 39 2.3.12 Đánh giá giá trị dinh dưỡng điều kiện in vivo 39 2.4 Phương pháp phân tích 40 2.5 Phương pháp xử lý số liệu 41 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 3.1 Thành phần protein rong 42 3.1.1 Xác định thành phần sinh hóa rong 42 3.1.2 Xác định nhóm protein rong 44 3.2 Khảo sát ảnh hưởng trình xử lý nguyên liệu đến hiệu suất trích ly protein 46 3.3 Q trình trích ly nhóm protein tan nước với hỗ trợ cellulase 47 3.3.1 Ảnh hưởng yếu tố đến q trình trích ly protein với hỗ trợ cellulase 47 3.3.2 Tối ưu hóa q trình trích ly nhóm protein tan nước 52 3.4 Khảo sát q trình trích ly nhóm protein tan kiềm dung môi NaOH 55 3.4.1 Ảnh hưởng yếu tố cơng nghệ đến q trình trích ly protein NaOH 55 3.4.2 Tối ưu hố q trình trích ly nhóm protein tan kiềm 58 3.5 Đánh giá hiệu trích ly protein phương pháp 61 3.6 Nghiên cứu trình tinh protein 64 3.6.1 Khảo sát ảnh hưởng yếu tố đến trình kết tủa đẳng điện 64 3.6.2 Khảo sát ảnh hưởng yếu tố đến trình kết tủa protein ethanol 66 3.6.3 Khảo sát trình kết tủa protein (NH4)2SO4 67 3.6.4 So sánh hiệu phương pháp kết tủa protein 70 3.7 Xác định tính chất chế phẩm protein concentrate 72 3.7.1 Thành phần protein chế phẩm protein concentrate 72 3.7.2 Thành phần acid amin chế phẩm protein 72 3.7.3 Hình thái cấu trúc chế phẩm protein concentrate 74 3.8 Xác định tính chất sinh học chế phẩm protein concentrate 81 3.8.1 Thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn 81 vi 3.8.2 Thử nghiệm khả kháng oxy hóa chế phẩm protein từ rong 83 3.8.2.1 Khả bắt gốc tự DPPH 83 3.8.2.2 Khả trung hoà gốc tự ABTS•+ 85 3.8.2.3 Đánh giá khả kết hợp với ion Fe2+ 86 3.8.2.4 Đánh giá hoạt tính ức chế peroxy hóa lipid tế bào (thử nghiệm MDA) 87 3.9 Xác định tính chất chức protein 89 3.9.1 Khả hòa tan 89 3.9.2 Khả hấp thu nước 90 3.9.3 Khả tạo bọt ổn định hệ bọt thực phẩm 92 3.9.4 Khả tạo gel 93 3.9.5 Khả tạo nhũ 94 3.10 Đánh giá giá trị dinh dưỡng điều kiện in vitro 96 3.10.1 Khả tiêu hóa – in vitro protein digestibility (IVPD) 96 3.10.2 Chỉ số AAS PDCAAS 97 3.11 Đánh giá giá trị dinh dưỡng chế phẩm APC-K điều kiện in vivo 99 3.11.1 Nhóm sử dụng thức ăn không chứa protein 100 3.11.2 Nhóm sử dụng thức ăn chứa protein 100 3.11.3 Hệ số tăng trọng (PER) tỷ lệ hấp thu protein tịnh (NPR) 102 3.11.4 Giá trị sinh học (Biological value – BV) 103 3.11.5 Các số máu chuột thí nghiệm 105 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 106 Kết luận 106 Đề nghị 107 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 PHỤ LỤC 123 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT APC algae protein concentrate protein cô đặc từ rong PC protein concentrate protein cô đặc PI protein isolate protein lập SFE supercritical fluid extraction trích ly CO2 siêu tới hạn PLE pressurized liquid extraction trích ly dung mơi lỏng SEM scanning electron microscope kính hiển vi điện tử quét MF micro filtration vi lọc NF nano filtration lọc nano UF ultra filtration siêu lọc RO reverse osmosis thẩm thấu ngược BV biological value giá trị sinh học PER protein efficiency ratio hệ số tăng trọng lượng NPR Net Protein Ratio tỉ lệ hấp thu protein tịnh AAS điểm acid amin amino acid score PDCAAS Protein Digestibility Corrected Amino Acid Scoring số tiêu hoá protein dựa theo acid amin ATCC American Type Culture Collection Bảo tàng giống chuẩn vi sinh vật Mỹ viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1 Bố trí thí nghiệm cho trình tiền xử lý nguyên liệu 31 Bảng 2.2 Bố trí thí nghiệm khảo sát q trình trích ly protein có hỗ trợ enzyme 32 Bảng 2.3 Mơ hình tối ưu hóa yếu tố với thí nghiệm tâm 33 Bảng 2.4 Bố trí thí nghiệm nghiên cứu trình trích ly protein tan kiềm dung mơi NaOH 34 Bảng 2.5 Mơ hình tối ưu hóa yếu tố với thí nghiệm tâm 35 Bảng 2.6 Thành phần thức ăn thiết kế theo AIN 93 dành cho chuột trưởng thành [101] 40 Bảng 3.1 Kết phân tích thành phần sinh hóa rong 43 Bảng 3.2 Kết phân tích nhóm protein rong Chaetomorpha sp 45 Bảng 3.3 Ảnh hưởng pH đến hàm lượng Phycocyanin protein tan nước 48 Bảng 3.4 Ảnh hưởng tỷ lệ dung môi nồng độ enzyme đến hàm lượng Phycocyanin protein tan nước 49 Bảng 3.5 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hàm lượng Phycocyanin protein tan nước 50 Bảng 3.6 Ảnh hưởng thời gian đến hàm lượng Phycocyanin protein tan nước 51 Bảng 3.7 Mơ hình quy hoạch thực nghiệm kết q trình trích ly nhóm protein tan nước hỗ trợ enzyme 53 Bảng 3.8 Ảnh hưởng biến độc lập đến hiệu suất trích ly protein 54 Bảng 3.9 Ảnh hưởng nồng độ tỷ lệ dung môi đến hiệu suất trích ly nhóm protein tan kiềm 56 Bảng 3.10 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất trích ly nhóm protein tan kiềm 57 Bảng 3.11 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất trích ly nhóm protein tan kiềm 58 ... CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Bạch Ngọc Minh NGHIÊN CỨU, THU NHẬN PROTEIN TỪ SINH KHỐI RONG NƯỚC LỢ (Chaetomorpha sp. ) ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM... lại chưa nghiên cứu sử dụng Chính vậy, mục tiêu đề tài thu nhận protein từ sinh khối rong nước lợ (Chaetomorpha sp. ), tạo nguồn protein concentrate từ thực vật để sử dụng công nghiệp thực phẩm Đề... lam) Trong số loại rong tự nhiên rong biển sử dụng rộng rãi đa dạng chủng loại suất thu hoạch cao Rong biển sử dụng ngành thực phẩm, y học hợp chất trích ly từ chúng ứng dụng nhiều ngành công nghiệp