Nghiên cứu thủy phân sụn khớp chân gà bằng xúc tác enzyme protamex nhằm thu dịch axit amin

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HĨA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THỦY PHÂN SỤN KHỚP CHÂN GÀ BẰNG XÚC TÁC ENZYME PROTAMEX NHẰM THU DỊCH AXIT AMIN Người hướng dẫn: Th.S BÙI VIẾT CƯỜNG Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ KIM CHI Số thẻ sinh viên: 107140059 Lớp: 14H2A Đà Nẵng, 06/2019 TÓM TẮT Tên đề tài: Nghiên cứu thủy phân sụn khớp chân gà xúc tác enzyme Protamex nhằm thu dịch axit amin Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Kim Chi Số thẻ SV: 107140059 Lớp: 14H2A Mục đích nghiên cứu sử dụng sụn khớp chân gà để sản xuất axit amin thủy phân phản ứng thủy phân xúc tác enzyme Protamex Sụn khớp chân gà nguyên liệu thích hợp để sản xuất axit amin thủy phân với hàm lượng protein (13,337± 0,075%) Điều kiện phản ứng thủy phân tối ưu tương ứng với yếu tố ảnh hưởng xác định: Nhiệt độ phản ứng 400C; tỉ lệ enzyme so với thể tích phản ứng 0,52%; thời gian phản ứng 40 phút; thể tích phản ứng 90ml pH Hiệu suất thu hồi axit amin đạt giá trị cực đại (30,254 ± 1,860%) điều kiện phản ứng thủy phân khảo sát Nghiệm tối ưu phương trình hồi quy xác định phần mềm Minitab 16 Với giá trị nghiệm tối ưu, hiệu suất thu nhận N-axit amin đạt giá trị cực đại có Hmax= 87,7980%, với kì vọng d = 0,876748 nhiệt độ phản ứng thủy phân: 28,1079°C, pH môi trường: 3,92793, nồng độ enzyme protamex: 0,282159%, thời gian phản ứng thủy phân: 63,7841 phút, thể tích phản ứng: 137,568 mL Nghiên cứu cung cấp thông tin quan trọng vấn đề ứng dụng xúc tác enzyme Protamex để thủy phân nguyên liệu sụn khớp chân gà nhằm thu dịch axit amin thủy phân Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm chương: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Đối tượng phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết thảo luận Chương 4: Kết luận kiến nghị LỜI CẢM ƠN Sau tháng nghiên cứu, hướng dẫn tận tình thầy Bùi Viết Cường, với giúp đỡ thầy cô bạn sinh viên phịng thí nghiệm, tơi hồn thành đồ án tốt nghiệp Đầu tiên, tơi xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Bùi Viết Cường hết lòng bảo tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi từ Commented [CVB1]: Lưu ý lần cuối, 01 đoạn văn có 02 câu việc chọn đề tài hoàn thành đồ án tốt nghiệp Thầy cấp cho tơi nhiều kiến thức bổ ích, ln định hướng, góp ý sửa chửa, để từ giúp nắm bắt kĩ lưỡng, chi tiết nội dung, vấn đề liên quan đến đồ án hoàn thành đồ án cách tốt Tôi chân thành cảm ơn thầy, cô giáo mơn Cơng nghệ Thực phẩm, thầy, phịng thí nghiệm tất bạn bè giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian thực đề tài tốt nghiệp Tơi xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè quan tâm, chia sẻ động viên để tơi hồn thành cơng việc Cuối cho cảm ơn thầy cô hội đồng bảo vệ tốt nghiệp dành thời gian quý báu để đọc nhận xét cho đồ án Trân trọng cảm ơn! Đà Nẵng, ngày 02 tháng 06 năm 2019 Sinh viên thực Nguyễn Thị Kim Chi i Commented [D2]: Một đoạn văn có 02 câu Đã dặn CAM ĐOAN Với danh dự trách nhiệm cá nhân, xin cam đoan đồ án “Nghiên cứu thủy phân sụn khớp chân gà xúc tác enzyme Protamex nhằm thu dịch axit amin” hướng dẫn thầy Bùi Viết Cường cơng trình nghiên cứu độc lập thực thân tơi Việc hồn thành đồ án tốt nghiệp soạn thảo hoàn thành cách độc lập, sáng tạo, không chép từ đề tài khác Các kết số liệu thu trung thực, khách quan, khơng có chỉnh sửa, chép Tài liệu tham khảo sử dụng đồ án xác, có độ tin cậy cao, trích dẫn đầy đủ quy định Đà Nẵng, ngày 02 tháng 06 năm 2019 Sinh viên Nguyễn Thị Kim Chi ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ vi LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan 1.1.1 Tình hình sản xuất gà giới .3 1.1.2 Sụn khớp chân gà .4 1.1.3 Thành phần hóa học sụn khớp chân gà 1.1.4 Ứng dụng sụn khớp chân gà ý nghĩa xử lý sụn khớp chân gà .6 1.1.4.1 Trong lĩnh vực thực phẩm 1.1.4.2 Ý nghĩa xử lý sụn khớp chân gà 1.2 Quá trình thủy phân 1.2.1 Bản chất chế 1.2.2 Chất xúc tác thủy phân 1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình thủy phân protein sụn khớp chân gà enzyme .10 1.2.3.1 Chất xúc tác 10 1.2.3.2 Hàm lượng chất 10 1.2.3.3 Nồng độ xúc tác 10 1.2.3.4 Nhiệt độ phản ứng thủy phân 10 1.2.3.5 Thời gian thủy phân 10 1.2.4 Các biến đổi trình thủy phân 11 1.3 Axit amin 11 1.3.1 Giới thiệu axit amin .11 1.3.2 Giá trị sinh học axit amin có sụn khớp chân gà .13 1.3.2.1 Glycine .13 1.3.2.2 Proline .13 1.3.2.3 Alanine .14 1.3.2.4 Axit glutamic 14 1.3.3 Khả tiêu hóa protein axit amin thực phẩm người 15 1.3.4 Các ứng dụng thương mại axit amin có sụn chân gà 16 iii 1.3.4.1 Trong công nghiệp thực phẩm 16 1.3.4.2 Trong công nghiệp dược phẩm .16 1.3.4.3 Trong cơng nghiệp hóa chất .17 1.3.5 Tối ưu hóa phương pháp bề mặt 18 1.3.5.1 Nguyên tắc phương pháp bề mặt đáp ứng 18 1.3.5.2 Ứng dụng RSM 18 1.3.5.3 Các mơ hình xây dựng ma trận thí nghiệm RSM 19 1.4 Tình hình nghiên cứu chiết protein từ sụn khớp gà 20 1.4.1 Tình hình nghiên cứu giới .20 1.4.2 Tình hình nghiên cứu nước .22 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23 2.1 Nguyên liệu hóa chất 23 2.1.1 Nguyên liệu chuẩn bị nguyên liệu .23 2.1.2 Chất xúc tác 23 2.1.3 Hóa chất 23 2.2 Phương pháp nghiên cứu 24 2.2.1 Quá trình thủy phân sụn khớp chân gà .24 2.2.1.1 Thủy phân khơng xử lí nhiệt 24 2.2.1.2 Thủy phân xử lí nhiệt .24 2.2.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình thủy phân 24 2.2.2.1 Quá trình thực thủy phân 24 2.2.2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng 25 2.2.2.3 pH phản ứng .25 2.2.2.4 Nồng độ enzyme .25 2.2.2.5 Thời gian phản ứng 25 2.2.2.6 Thể tích phản ứng .26 2.3 Phương pháp phân tích .26 2.3.1 Thành phần hóa học tương đối sụn khớp chân gà .26 2.3.1.1 Độ ẩm .26 2.3.1.2 Hàm lượng tro 26 2.3.1.3 Hàm lượng protein 27 2.3.1.4 Hàm lượng lipit 27 2.3.2 Hiệu suất trình thủy phân sụn khớp chân gà .27 2.3.3 Hiệu suất thu nhận N-axit amin 27 2.3.4 Tối ưu hóa trình phương pháp bề mặt 29 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 30 iv 3.1 Thành phần sụn khớp chân gà 30 3.2 Thủy phân không xử lí nhiệt có xử lí nhiệt 31 3.3 Khảo sát ảnh hưởng yếu tố đến phản ứng thủy phân sụn khớp chân gà với xúc tác enzyme Protamex 31 3.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng 31 3.2.2 Ảnh hưởng pH môi trường 33 3.2.3 Ảnh hưởng nồng độ enzyme Protamex .34 3.2.4 Ảnh hưởng thời gian phản ứng 36 3.2.5 Ảnh hưởng thể tích phản ứng 37 3.4 Tối ưu hóa yếu tố ảnh hưởng đến trình thủy phân sụn khớp chân gà với xúc tác Protamex thu dịch axit amin phương pháp bề mặt .38 3.4.1 Mức, khoảng biến thiên yếu tố ảnh hưởng .38 3.4.1 Ma trận quy hoạch thực nghiệm .39 3.4.2 Kết tối ưu hóa 41 3.4.2.1 Phương trình hồi quy 41 3.4.2.2 Ứng dụng phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM) để tối ưu hóa yếu tố ảnh hưởng đến trình thủy phân sụn khớp chân gà 43 CHƯƠNG CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52 4.1 Kết luận 52 4.2 Kiến nghị 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 PHỤ LỤC 57 v DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ Bảng 1.1 Sản xuất thương mại thịt gà toàn cầu năm 2015 – 2019 .3 Bảng 1.2 Thành phần hóa học sụn gà Bảng 1.3 Thành phần axit amin sụn khớp gà .5 Bảng 1.4 Các axit amin cần thiết không cần thiết 12 Bảng 1.5 Khả tiêu hóa bổ sung protein dạng thực phẩm axit amin chiết tách từ thực phẩm(%) 15 Bảng 1.6 Ứng dụng axit amin công nghiệp 17 Bảng 2.1 Hóa chất sử dụng nghiên cứu .23 Bảng 3.1 Thành phần hóa học sụn khớp chân gà 30 Bảng 3.2 Hiệu suất thu nhận N-axit amin khơng xử lí nhiệt xử lí nhiệt 31 Bảng 3.3 Kết phân tích khác biệt có ý nghĩa nhiệt độ ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi N- axit amin .32 Bảng 3.4 Kết phân tích khác biệt có ý nghĩa ảnh hưởng pH môi trường đến hiệu suất thu hồi N- axit amin .34 Bảng 3.5 Kết phân tích khác biệt có ý nghĩa nồng độ enzyme protamex ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi N- axit amin .35 Bảng 3.6 Kết phân tích khác biệt có ý nghĩa thời gian thủy phân ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi N- axit amin .37 Bảng 3.7 Kết phân tích khác biệt có ý nghĩa thể tích mơi trường ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi N- axit amin .38 Bảng 3.8 Mức, khoảng biến thiên yếu tố ảnh hưởng 39 Bảng 3.9 Ma trận kết thí nghiệm……………………………………… 38 Bảng 3.10 Hệ số phương trình hồi quy giá trị P 42 Bảng 3.11 Kiểm tra độ lặp lại mơ hình tối ưu hóa 50 Hình 1.1 Sụn khớp chân gà .4 Hình 1.2 Cấu tạo sụn gà Hình 1.3 Mơ hình Box-Behnken cho biến đầu vào dạng hình học (khối lập phương) Thiết kế kết hợp 22 giai thừa………………………………………… 19 Hình 2.1 Mơ tả q trình thủy phân sụn khớp chân gà nhằm thu dịch axit amin…… 25 Hình 3.1 Thành phần hóa học sụn khớp chân gà 30 Hình 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất thủy phân hiệu suất 32 Hình 3.3 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất thủy phân 33 vi Hình 3.4 Ảnh hưởng nồng độ enzyme protamex đến hiệu suất thủy phân hiệu suất thu nhận N-axit amin 35 Hình 3.5 Ảnh hưởng thời gian thủy phân đến hiệu suất thủy phân 36 Hình 3.6 Ảnh hưởng thể tích mơi trường đến hiệu suất thủy phân hiệu suất thu nhận N-axit amin 37 Hình 3.7 Đồ thị dạng 2D (a) 3D (b) ảnh hưởng cặp yếu tố nhiệt độ thủy phân pH môi trường đến hiệu suất thu nhận N-axit amin .43 Hình 3.8 Đồ thị dạng 2D (a) 3D (b) ảnh hưởng cặp yếu tố nhiệt độ thủy phân nồng độ enzyme đến hiệu suất thu nhận N-axit amin 44 Hình 3.9 Đồ thị dạng 2D (a) 3D (b) ảnh hưởng cặp yếu tố nhiệt độ thủy phân thời gian thủy phân đến hiệu suất thu nhận N-axit amin .44 Hình 3.10 Đồ thị dạng 2D (a) 3D (b) cho biết ảnh hưởng cặp yếu tố nhiệt độ thủy phân thời gian thủy phân đến hiệu suất thu nhận N-axit amin 45 Hình 3.11 Đồ thị dạng 2D (a) 3D (b) cho biết ảnh hưởng cặp yếu tố pH môi trường nồng độ enzyme đến hiệu suất thu nhận N-axit amin 46 Hình 3.12 Đồ thị dạng 2D (a) 3D (b) cho biết ảnh hưởng cặp yếu tố pH môi trường thời gian phản ứng đến hiệu suất thu nhận N-axit amin .47 Hình 3.13 Đồ thị dạng 2D (a) 3D (b) cho biết ảnh hưởng cặp yếu tố pH mơi trường thể tích phản ứng đến hiệu suất thu nhận N-axit amin 47 Hình 3.14 Đồ thị dạng 2D (a) 3D (b) cho biết ảnh hưởng cặp yếu tố nồng độ enzyme thời gian phản ứng đến hiệu suất thu nhận N-axit amin .48 Hình 3.15 Đồ thị dạng 2D (a) 3D (b) cho biết ảnh hưởng cặp yếu tố nồng độ enzyme thể tích phản ứng đến hiệu suất thu nhận N-axit amin 49 Hình 3.16 Đồ thị dạng 2D (a) 3D (b) cho biết ảnh hưởng cặp yếu tố thời gian thủy phân thể tích phản ứng đến hiệu suất thu nhận N-axit amin 49 vii Nghiên cứu thủy phân sụn khớp chân gà enzyme Protamex nhằm thu dịch axit amin LỜI MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Công nghiệp chế biến giết mổ gà đóng vai trị quan trọng kinh tế nhiều quốc gia giới sản lượng thịt gà dự đoán đạt đến mức 97,8 triệu năm 2019 [22] Tuy nhiên, khoảng 63% khối lượng thịt gà sử dụng làm thức ăn cho người phần lại thải môi trường dạng chất thải rắn chân gà, đầu, da, xương, máu lông Trong đó, chân gà chiếm 3,9 - 5,3% khối lượng gà sản xuất phụ phẩm công nghiệp chế biến gà [1] So với phụ phẩm gà khác, sụn khớp chân gà có giá trị dinh dưỡng cao đặc biệt có axit amin không thay người động vật Các giải pháp sử dụng lượng phụ phẩm chưa tương xứng với giá trị dinh dưỡng nó: sử dụng trực tiếp làm thức ăn gia súc, bán chợ đầu mối với giá thành thấp thải trực tiếp môi trường Sụn khớp chân gà xem loại thức ăn bổ dưỡng chứa nhiều thành phần có giá trị dinh dưỡng cao có lợi cho việc giữ gìn sức khỏe xương khớp chữa bệnh đau lưng, thoát vị đĩa đệm thối hóa cột sống Ngồi ra, nghiên cứu collagen chiết từ sụn gà có tác dụng xóa nếp nhăn da, cho da trơn mượt, chống lão hóa, giúp thể khỏe mạnh Nghiên cứu khai thác ưu điểm xúc tác enzyme Protamex thủy phân sụn khớp chân gà để thu dịch axit amin thủy phân nhằm nâng cao giá trị sử dụng sụn khớp chân gà, giảm lượng chất thải rắn hệ sinh thái, môi trường Axit amin thủy phân từ động vật có nhiều ứng dụng quan trọng ngành công nghiệp thực phẩm: chất tăng cường hương vị, hoạt động chất chống oxy hóa để bảo quản sữa bột Ngồi ưu điểm dinh dưỡng axit amin so với protein thô khả hấp thụ, khả tiêu hóa tốt cảm quan axit amin có phần bật Chính lí đó, tiến hành thực nghiên cứu: “Thủy phân sụn khớp chân gà enzyme Protamex nhằm thu dịch axit amin” Mục tiêu nghiên cứu - Xác định thành phần hóa học sụn khớp chân gà - Khảo sát ảnh hưởng yếu tố đến trình thủy phân sụn khớp chân gà nhờ enzyme Protamex : + Nhiệt độ phản ứng thủy phân + pH môi trường phản ứng + Nồng độ enzyme Protamex SVTH: Nguyễn Thị Kim Chi GVHD: ThS Bùi Viết Cường Nghiên cứu thủy phân sụn khớp chân gà xúc tác enzyme Protamex nhằm thu dịch axit amin Đồ thị cho thấy cặp yếu tố pH môi trường thể tích phản ứng ảnh hưởng đến hàm mục tiêu nghiên cứu (trị số P =0,837) Hiệu suất thu nhận N-axit amin cao >50% vùng thể tích lớn (>110 mL), lúc pH khơng tác động đáng kể Khi khảo sát điều kiện thể tích