Nghiên cứu quá trình tinh sạch gamma aminobutyric acid (gaba) từ canh trường lên men cám gạo

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VI NHÃ TUẤN NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TINH SẠCH GAMMA AMINOBUTYRIC ACID (GABA) TỪ CANH TRƯỜNG LÊN MEN CÁM GẠO Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm Mã số: 60540101 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2016 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS Lại Quốc Đạt PGS TS Lê Thị Kim Phụng Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS.Phan Tại Huân (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: TS.Lê Minh Hùng (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 11 tháng 07 năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: GS.TS.Đống Thị Anh Đào PGS.TS.Phan Tại Huân TS.Lê Minh Hùng TS.Huỳnh Tiến Phong TS.Trần Thị Thu Trà 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 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Vi Nhã Tuấn MSHV: 7140474 Ngày, tháng, năm sinh: 11/11/1992 Nơi sinh: Cần Thơ Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm Mã số: 60540101 I TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TINH SẠCH GAMMA AMINOBUTYRIC AICD (GABA) TỪ CANH TRƯỜNG LÊN MEN CÁM GẠO II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Xác định thời gian cân nhựa trao đổi ion với GABA - Từ xây dựng phương trình đẳng nhiệt hấp phụ nhựa trao đổi ion với GABA - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình tinh GABA từ canh trường lên men cám gạo phương pháp trao đổi ion III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 17/08/2015 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/05/2016 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Lại Quốc Đạt PGS TS Lê Thị Kim Phụng Tp HCM, ngày 22 tháng 07 năm 2016 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC Luận văn thạc sĩ i LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy/cô hướng dẫn khoa học là: TS Lại Quốc Đạt PGS TS Lê Thị Kim Phụng Hai thầy/cơ tận tình hướng dẫn, truyền dạy động viên em suốt trình nghiên cứu, thực đề tài trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM Sự dẫn thầy/cô không nguồn kiến thức khoa học quý báu mà kinh nghiệm tư duy, lý luận khoa học quan trọng để xây dựng tảng vững cho nghiệp chuyên môn em tương lai Những phương pháp giải vấn đề khoa học hai thầy/cô ươm mầm cho em vốn tư liệu sống quý giá trước bước chân rời khỏi ghế nhà trường Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn hai thầy/cô hướng dẫn kính mến Ngồi ra, em xin cảm ơn đến q thầy quản lý phịng thí nghiệm môn Công nghệ Thực phẩm tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn Cuối cùng, em xin cảm ơn bạn đồng học hỗ trợ, giúp đỡ trình nghiên cứu trường TP Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 07 năm 2016 Học viên thực Vi Nhã Tuấn HVTH: Vi Nhã Tuấn Luận văn thạc sĩ ii TÓM TẮT LUẬN VĂN Cám gạo Việt Nam nguồn nguyên liệu dồi chưa khai thác hiệu Do đó, sử dụng cám gạo để làm môi trường lên men sinh tổng hợp chất có giá trị kinh tế cao góp phần việc sử dụng nguồn cám gạo nước cách có hiệu mang lại lợi ích kinh tế, hạn chế nguồn nhập giá cao, hạ giá thành sản phẩm nhằm đáp ứng tốt cho người tiêu dùng nước Tuy nhiên, canh trường sau lên men có nhiều thành phần khác ngồi GABA protein, acid amin, carbohydrate,…Vì có nhiều nghiên cứu tinh GABA từ canh trường lên men nhằm loại bỏ thành phần khác GABA khỏi dịch lên men nhiều phương pháp khác lọc membrane, keo tụ, Mặt khác việc tinh GABA phương pháp trao đổi ion bước đầu nghiên cứu Đây tính đề tài hứa hẹn ứng dụng sản xuất GABA có độ tinh cao quy mô công nghiệp Trong nghiên cứu này, kết cho thấy trình trao đổi ion nhựa cation GABA dung dịch khảo sát đạt cân thời gian 120 phút Bên cạnh trình tuân theo phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich X  0,062  C 0,721 Với nồng độ GABA dịch lên men C = 6000 mg/l nồng độ GABA bị nhựa trao đổi ion hấp phụ X = 32,8 mg/g Vậy lượng nhựa trao đổi ion cần sử dụng để hấp phụ 32,8 mg/g GABA dịch 183 g Nồng độ GABA thu sau trao đổi ion với cột sử dụng dung dịch rửa giải pH = 6,5, tốc độ dòng 0,012 mm/s nồng độ NaCl 0,8 M 100 phút thu 5610 mg/l Hiệu suất thu hồi đạt 93,57%; độ tinh đạt 73,87% phương trình nồng độ GABA tức thời theo thời gian C(t) = 885 ,45  exp( 0,0009  (t  40 ) ) Tóm lại, q trình tinh GABA từ canh trường lên men sử dụng phương pháp trao đổi ion cho kết tốt ứng dụng vào quy mô công nghiệp HVTH: Vi Nhã Tuấn Luận văn thạc sĩ iii ABSTRACT Rice bran in Viet Nam is abundant material resources but are not exploited efficiently Therefore, the use of grains to make environmental fermented substances biosynthesis which has high economic value will contribute in effectively using the rice bran of our country and economic benefits, restrict high cost of imports, cut the prices of products in order to satisfy the consumers better However, besides GABA the broth after the fermentation has a lot of other components such as proteins, amino acids, carbohydrates, There are many studies about purifing GABA from the fermentation broth to remove other ingredients except GABA in fermentive solution by different methods such as membrane filtration, flocculation,… In the other hand, purifing GABA by ion exchange column is only the first step to research nowaday This is also the novelty of the study and promising to apply producing highly purified GABA in industrial scale The results in this research showed that the ion exchange of cationic resin with GABA in surveyed solution to reach equilibrium in 120 minutes In addition, that process according to Freundlich adsorption equation X  0,062  C 0,721 GABA concentrations in the fluid of fermentation C = 6000 mg/l, the concentration of GABA were adsorbed in ion exchange resins X = 32,8 mg/g Based on this equation, the amount of plastic was used 183 g GABA content after exchanging ion in column obtained 5610 mg/l with pH = 6,5, flow rate 0,012 mm/s and 0,8 M NaCl concentration in 100 minutes The recovery efficiency reached 93,57%; reached 73,87% purity and GABA instantaneous concentration quation follow the time is C(t) = 885 ,45  exp( 0,0009  (t  40 ) ) Briefly, the purify GABA process from fermentation broth by using ion exchange method gives good results and promising to apply producing highly purified GABA in industrial scale HVTH: Vi Nhã Tuấn Luận văn thạc sĩ iv LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng việc tơi thực hướng dẫn thầy Lại Quốc Đạt cô Lê Thị Kim Phụng Các kết luận văn thật chưa công bố nghiên cứu khác Tôi xin chịu trách nhiệm công việc thực TP Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 07 năm 2016 Học viên thực Vi Nhã Tuấn HVTH: Vi Nhã Tuấn Luận văn thạc sĩ v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN ii ABSTRACT iii LỜI CAM ĐOAN iv MỤC LỤC v DANH MỤC BẢNG ix DANH MỤC HÌNH x DANH MỤC VIẾT TẮT xii CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lý hình thành đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài 1.2.1 Mục tiêu tổng quát 1.2.2 Mục tiêu cụ thể 1.3 Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan GABA 2.1.1 Giới thiệu GABA 2.1.2 Chức sinh lý GABA 2.1.3 Cơ chế sinh tổng hợp GABA 2.1.4 Tình hình nghiên cứu – sản xuất GABA 2.2 Tổng quan cám gạo 2.2.1 Thành phần hóa học cám gạo 2.2.1.1 Protein thành phần nitrogen 2.2.1.2 Carbohydrate 2.2.1.3 Lipit cám gạo 2.2.1.4 Một số thành phần khác cám gạo 10 2.2.2 Tình hình nghiên cứu cám gạo giới Việt Nam 12 2.3 Tổng quan phương pháp trao đổi ion 13 2.3.1 Giới thiệu trình trao đổi ion 13 HVTH: Vi Nhã Tuấn Luận văn thạc sĩ vi 2.3.2 Nhựa trao đổi đường đẳng nhiệt hấp phụ 13 2.3.2.1 Nhựa trao đổi ion 13 2.3.2.2 Đường đẳng nhiệt hấp phụ 15 2.3.3 Cơ chế động học trình trao đổi ion 15 2.3.4 Cột trao đổi ion 16 2.3.4.1 Chuẩn bị cột trao đổi ion 16 2.3.4.2 Quá trình trao đổi ion cột 16 2.3.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình trao đổi ion cột 18 2.3.5 Ứng dụng kỹ thuật ion trình tinh 22 2.3.6 Tình hình nghiên cứu ứng dụng phương pháp trao đổi ion để tinh GABA 22 CHƯƠNG 3: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24 3.1 Nguyên liệu - vật liệu 24 3.1.1 Cám gạo 24 3.1.2 Vi khuẩn Lb brevis 26 3.1.3 Enzyme thủy phân 26 3.1.4 Nhựa trao đổi ion 26 3.2 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 28 3.2.1 Hóa chất 28 3.2.2 Dụng cụ thiết bị 28 3.3 Nội dung nghiên cứu 28 3.3.1 Sơ đồ nghiên cứu – quy trình thí nghiệm 28 3.3.1.1 Quy trình cơng nghệ sản xuất GABA dự kiến 28 3.3.1.2 Sơ đồ nghiên cứu 32 3.3.2 Nội dung 1: Khảo sát đặc trưng trình đẳng nhiệt hấp phụ nhựa trao đổi ion 33 3.3.2.1 Thí nghiệm 1: Xác định thời gian cân nhựa trao đổi ion 33 3.3.2.2 Thí nghiệm 2: Xây dựng phương trình đẳng nhiệt hấp phụ nhựa trao đổi ion 33 HVTH: Vi Nhã Tuấn Luận văn thạc sĩ vii 3.3.3 Nội dung 2: Khảo sát yếu tố ảnh hưởng trình trao đổi ion nhằm thu nồng độ GABA cao dung dịch 34 3.3.3.1 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng dung dịch rửa giải đến giải hấp phụ 34 3.3.3.2 Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng tốc độ dịng chảy đến q trình trao đổi ion 35 3.3.3.3 Thí nghiệm 5: Khảo sát ảnh hưởng nồng độ muối NaCl dung dịch rửa giải đến trình thu nồng độ GABA 35 3.4 Phương pháp phân tích 36 3.4.1 Xác định độ ẩm 36 3.4.1.1 Nguyên tắc 36 3.4.1.2 Cách tiến hành 36 3.4.2 Phương pháp xác định đường tổng khử 36 3.4.2.1 Xác định hàm lượng đường tổng phương pháp acid sulfuricphenol 36 3.4.2.2 Xác định hàm lượng khử phương pháp acid dinitrosalicylic (DNS) 37 3.4.3 Phương pháp xác định hàm lượng acid amin 37 3.4.3.1 Nguyên tắc 37 3.4.3.2 Cách tiến hành 37 3.4.4 Định lượng hàm lượng chất khô 37 3.4.4.1 Nguyên tắc 37 3.4.4.2 Cách tiến hành 37 3.4.5 Định lượng nồng độ GABA 38 3.4.5.1 Nguyên tắc 38 3.4.5.2 Cách tiến hành 38 3.5 Tính tốn - Xử lý thống kê 38 3.5.1 Tính tốn 38 3.5.2 Xử lý thống kê 38 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 39 HVTH: Vi Nhã Tuấn ... thực đề tài: ? ?Nghiên cứu trình tinh Gamma aminobutyric acid (GABA) từ canh trường lên men cám gạo? ?? 1.2 Mục tiêu đề tài 1.2.1 Mục tiêu tổng quát Tận dụng nguồn phụ phẩm cám gạo từ trình sản xuất... phẩm giàu GABA cần phải tinh canh trường lên men cám gạo Chính thế, có nhiều nghiên cứu tinh GABA từ canh trường lên men nhằm loại bỏ thành phần khác GABA khỏi dịch lên men nhiều phương pháp khác... TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TINH SẠCH GAMMA AMINOBUTYRIC AICD (GABA) TỪ CANH TRƯỜNG LÊN MEN CÁM GẠO II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Xác định thời gian cân nhựa trao đổi ion với GABA - Từ xây dựng