Nghiên cứu quá trình lên men sinh tổng hợp gamma aminobutyric acid (gaba) từ môi trường hạt bụp giấm sử dụng chủng lactobacillus plantarum

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỊ BÍCH LIÊN NGHIÊN CỨU Q TRÌNH LÊN MEN SINH TỔNG HỢP GAMMA AMINOBUTYRIC ACID (GABA) TỪ MÔI TRƯỜNG HẠT BỤP GIẤM SỬ DỤNG CHỦNG LACTOBACILLUS PLANTARUM Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm Mã số: 60540101 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2017 Cơng trình hồn thành tại: Trường Ðại học Bách Khoa – ÐHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS Trần Thị Ngọc Yên (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Ðại học Bách Khoa, ÐHQG Tp HCM ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ÐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ÐẠI HỌC BÁCH KHOA Ðộc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Thị Bích Liên MSHV: 1570427 Ngày, tháng, năm sinh: 20/09/1988 Nơi sinh: Bình Định Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm Mã số : 60540101 I TÊN ÐỀ TÀI: Nghiên cứu trình lên men sinh tổng hợp Gamma Aminobutyric acid (GABA) từ môi trường hạt bụp giấm sử dụng chủng Lactobacillus plantarum NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Xác định thành phần hóa học hạt bụp giấm  Khảo sát ảnh hưởng q trình xử lí ngun liệu đến tổng hợp GABA  Khảo sát điều kiện lên men phù hợp cho trình sinh tổng hợp GABA  Khảo sát ảnh hưởng việc xử lí enzyme protease đến trình tổng hợp GABA  Khảo sát ảnh hưởng việc bổ sung coenzyme Pyridoxal 5-Phosphate (PLP) đến trình sinh tổng hợp GABA II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 16/01/2017 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 18/06/2017 IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Trần Thị Ngọc Yên Tp HCM, ngày 18 tháng 06 năm 2017 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ÐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC Luận văn thạc sĩ i LỜI CẢM ƠN Để hồn thành đƣợc nghiên cứu này, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Trần Thị Ngọc Yên tận tình hƣớng dẫn tạo điều kiện để tơi thực luận văn cách thuận lợi Đồng thời xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô Bộ môn Công nghệ thực phẩm, bạn làm chung phịng thí nghiệm nhiệt tình giúp đỡ để tơi hồn thành luận văn thời hạn Đặc biệt, xin gửi cảm ơn đến gia đình, bạn bè ngƣời ln ủng hộ, động viên tơi để tơi vƣợt qua khó khăn q trình thực luận văn Tp HCM, ngày 10 tháng 06 năm 2017 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Bích Liên HVTT: Nguyễn Thị Bích Liên Luận văn thạc sĩ ii TĨM TẮT LUẬN VĂN Hạt bụp giấm nguồn nguyên liệu dồi nhƣng hầu nhƣ đƣợc xem nhƣ phế liệu nƣớc ta Nghiên cứu tận dụng nguồn phế liệu hạt bụp giấm để lên men sinh tổng hợp hoạt chất sinh học Gamma aminobutyric acid (GABA), sử dụng chủng Lactobacillus plantarum, nhằm mở đầu cho việc sản xuất GABA với chi phí thấp nâng cao giá trị bụp giấm nƣớc ta Nghiên cứu khảo sát điều kiện xử lý nguyên liệu hạt bụp giấm để tạo dịch lên men GABA điều kiện lên men tối ƣu để sản xuất hàm lƣợng GABA cao Kết cho thấy trình xử lý hạt bụp giấm tối ƣu là: bột hạt bụp giấm đƣợc tách béo, ngâm với tỷ lệ nguyên liệu : nƣớc = 1: 20 (w/v), tách bã khỏi dịch bụp giấm trƣớc lên men Các thông số tối ƣu trình lên men là: pH ban đầu = 5, nhiệt độ 350C, tỷ lệ giống cấy 15 % , hàm lƣợng saccharose bổ sung %, thời gian lên men 36 Việc xử lý nguyên liệu với enzyme proteinase (Flavourzyme) nồng độ % (w/w) cho hàm lƣợng GABA tăng 1,44 lần Bổ sung coenzyme PLP hàm lƣợng tối ƣu 100 μg/ml làm hàm lƣợng GABA tăng lên 1,34 lần Quá trình lên men tổng hợp GABA từ hạt bụp giấm cho hàm lƣợng GABA 19,86 mg/g bụp giấm điều kiện tối ƣu nghiên cứu Nhƣ vậy, hạt bụp giấm thể nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất GABA Đồng thời cho thấy vi khuẩn Lactobacillus plantarum có khả sản xuất GABA tốt HVTT: Nguyễn Thị Bích Liên Luận văn thạc sĩ iii ABSTRACT Hibiscus sabdariffa L (Roselle) seed is a plentiful material source, but almost considered as a scrap in our country This study use Hibiscus sabdariffa L (Roselle) seed as a material of gamma aminobutyric acid (GABA) biosynthesis by fermentation, using Lactobacillus plantarum strain This study aim to initiate low-cost GABA production and enhance the value of Hibiscus Sabdariffa L seed in our country This study investigated the treatment method of Hibiscus sabdariffa L seed to prepare for GABA fermentation medium and optimum fermentation conditions to produce the highest GABA content The results showed that the optimal treatment of Hibiscus sabdariffa L seed is: defatted Hibiscus sabdariffa L seed flour, immersed with ratio of flour : water = 1: 20 (w/v) The optimal parameters of fermentation conditions are: initial pH = 5, temperature of 350C, ratio of culture 15 %, saccharose addition of 5%, fermentation time of 36 hours The treatment of raw materials with enzyme proteinase (Flavourzyme) at concentration % (w/w) will increase GABA content to 1,44 times The adition of coenzyme PLP at an optimum concentration of 100 μg/ml will increase the GABA content to 1,34 times The GABA fermentation from Hibiscus sabdariffa L seed gained concentration of GABA was 19,86 mg/g material at optimal conditions in this study Therefore, Hibiscus sabdariffa L seed showed that it is a good material for GABA production It also has been shown that Lactobacillus plantarum have good capability of GABA producing HVTT: Nguyễn Thị Bích Liên Luận văn thạc sĩ iv LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi thực dƣới hƣớng dẫn cô Trần Thị Ngọc Yên Các kết luận văn thật chƣa đƣợc công bố nghiên cứu khác Tác giả luận văn Nguyễn Thị Bích Liên HVTT: Nguyễn Thị Bích Liên Luận văn thạc sĩ v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN ii ABSTRACT iii LỜI CAM ĐOAN iv DANH MỤC BẢNG .ix DANH MỤC HÌNH x DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xii CHƢƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài nội dung nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu đề tài 1.2.2 Nội dung nghiên cứu 1.3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 1.3.1 Đối tƣợng nghiên cứu 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.4.1 Ý nghĩa khoa học 1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn CHƢƠNG TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan GABA 2.1.1 Giới thiệu GABA 2.1.2 Cơ chế tổng hợp GABA ngƣời 2.1.3 Chức sinh lý GABA thể ngƣời 2.1.3.1 Hoạt động GABA hệ thần kinh ngƣời 2.1.3.2 Các chức sinh lý GABA thể ngƣời 2.1.4 Cơ chế sinh tổng hợp GABA vi sinh vật 10 2.1.4.1 Cơ chế tổng hợp 10 HVTT: Nguyễn Thị Bích Liên Luận văn thạc sĩ vi 2.1.4.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình tổng hợp GABA vi sinh vật 14 2.2 Tổng quan bụp giấm 20 2.2.1 Cây bụp giấm 20 2.2.2 Thành phần hóa học hạt bụp giấm 22 2.2.2.1 Protein 23 2.2.2.2 Chất béo 25 2.2.2.3 Carbohydrate 27 2.2.2.4 Khoáng chất vitamin 28 2.2.2.5 Một số thành phần độc tố kháng dinh dƣỡng hạt bụp giấm 29 2.3 Tổng quan vi khuẩn Lactobacillus plantarum 30 2.3.1 Phân lớp, hình thái, đặc tính sinh hóa 30 2.3.2 Các đƣờng trao đổi chất 31 2.3.3 Đƣờng cong sinh trƣởng 33 2.4 Tình hình nghiên cứu GABA nƣớc 34 2.4.1 Các nghiên cứu nƣớc sản xuất GABA 34 2.4.2 Các nghiên cứu nƣớc sản xuất GABA 35 CHƢƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37 3.1 Vật liệu nghiên cứu 37 3.1.1 Hạt bụp giấm 37 3.1.2 Vi sinh vật 37 3.1.3 Enzyme proteinase 37 3.1.4 Các vật liệu hóa chất khác 38 3.1.5 Máy móc, thiết bị sử dụng 39 3.2 Nội dung phƣơng pháp nghiên cứu 39 3.2.1 Nội dung nghiên cứu 39 3.2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 41 3.2.2.1 Quy trình lên men sinh tổng hợp GABA phân tích mẫu 41 3.2.2.2 Khảo sát thành phần hóa học hạt bụp giấm 45 HVTT: Nguyễn Thị Bích Liên Luận văn thạc sĩ vii 3.2.2.3 Khảo sát ảnh hƣởng chất béo nguyên liệu 46 3.2.2.4 Khảo sát ảnh hƣởng bã nguyên liệu 46 3.2.2.5 Khảo sát ảnh hƣởng tỷ lệ nguyên liệu nƣớc 47 3.2.2.6 Khảo sát ảnh hƣởng pH 48 3.2.2.7 Khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ 49 3.2.2.8 Khảo sát ảnh hƣởng tỷ lệ giống cấy 50 3.2.2.9 Khảo sát hàm lƣợng đƣờng saccharose bổ sung 51 3.2.2.10 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian lên men 51 3.2.2.11 Khảo sát ảnh hƣởng enzyme proteinase (Flavourzyme) 52 3.2.2.12 Khảo sát hàm lƣợng coenzyme PLP bổ sung 53 3.2.2.13 Xác định hàm lƣợng GABA tối ƣu phƣơng pháp HPLC 54 3.3 Các phƣơng pháp phân tích 55 3.3.1 Xác định hàm lƣợng ẩm 55 3.3.2 Xác định hàm lƣợng tro tổng 55 3.3.3 Xác định hàm lƣợng protein thô (nitơ tổng) 55 3.3.4 Xác định hàm lƣợng lipid 55 3.3.5 Xác định hàm lƣợng đƣờng khử 55 3.3.6 Xác định hàm lƣợng đƣờng tổng tinh bột 55 3.3.7 Xác định số tế bào vi sinh vật 55 3.3.8 Xác định hàm lƣợng GABA glutamic 55 3.4 Phƣơng pháp xử lý số liệu 55 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 56 4.1 Thành phần hóa học hạt bụp giấm 56 4.2 Kết khảo sát trình xử lý nguyên liệu 57 4.2.1 Ảnh hƣởng chất béo nguyên liệu 57 4.2.2 Ảnh hƣởng bã nguyên liệu 59 4.2.3 Ảnh hƣởng tỷ lệ nguyên liệu nƣớc dịch lên men 60 4.3 Kết khảo sát điều kiện lên men GABA 63 HVTT: Nguyễn Thị Bích Liên ... ? ?Nghiên cứu trình lên men sinh tổng hợp Gamma Aminobutyric acid (GABA) từ môi trường hạt bụp giấm sử dụng chủng Lactobacillus plantarum? ?? lựa chọn thực 1.2 Mục tiêu đề tài nội dung nghiên cứu 1.2.1 Mục... đến trình sinh tổng hợp GABA 1.3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 1.3.1 Đối tƣợng nghiên cứu Tối ưu hóa điều kiện trình lên men sinh tổng hợp GABA từ môi trường hạt bụp giấm vi khuẩn Lactobacillus plantarum. .. nhƣ phế liệu nƣớc ta Nghiên cứu tận dụng nguồn phế liệu hạt bụp giấm để lên men sinh tổng hợp hoạt chất sinh học Gamma aminobutyric acid (GABA), sử dụng chủng Lactobacillus plantarum, nhằm mở đầu