Đề tài: Ảnh hưởng của pH và nhiệt độ liên hoạt tính xúc tác của Enzyme Bromelain trong quả dứa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM LÊ KIM THANH ẢNH HƯỞNG CỦA pH VÀ NHIỆT ĐỘ LÊN HOẠT TÍNH XÚC TÁC CỦA ENZYME BROMELAIN TRONG QUẢ DỨA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Mã ngành: 08 Người hướng dẫn TRẦN THANH TRÚC NĂM 2007 Trường Đại học Cần Thơ Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 - 2007 Luận văn đính kèm theo đây, với tựa đề tài :” Ảnh hưởng pH nhiệt độ lên hoạt tính xúc tác enzyme bromelain dứa” Lê Kim Thanh thực báo cáo, hội đồng chấm luận văn thông qua Cán hướng dẫn Trần Thanh Trúc Cán phản biện Nguyễn Thị Thu Thủy Cần Thơ, ngày …tháng…năm 2007 Chủ tịch hội đồng Nguyễn Văn Mười Ngành Công Nghệ Thực Phẩm - Khoa Nông Nghiệp Và Sinh Học Ứng Dụng Trang ii Trường Đại học Cần Thơ Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 - 2007 LỜI CẢM TẠ
Em xin chân thành gửi lời cảm tạ biết ơn sâu sắc đến: Cô Trần Thanh Trúc tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp; Và cô Nguyễn Thị Thu Thủy nhiệt tình truyền thụ kiến thức quý báu, tạo sở khoa học vững cho em trình thực đề tài; Em xin chân thành cảm ơn q thầy phịng thí nghiệm Cơng Nghệ Enzyme, Viện Nghiên Cứu Và Phát Triển Công Nghệ Sinh Học nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ em suốt thời gian thực đề tài Em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô môn Công nghệ Thực Phẩm tận tình giảng dạy truyền thụ tri thức quý báu cho chúng em suốt thời gian học tập Em xin cảm ơn thầy cố vấn Nhan Minh Trí tập thể bạn lớp Cơng Nghệ Thực Phẩm khóa 28 động viên giúp đỡ em suốt khóa học vừa qua Cần Thơ, ngày 15 tháng năm 2007 Sinh viên thực Lê Kim Thanh Ngành Công Nghệ Thực Phẩm - Khoa Nông Nghiệp Và Sinh Học Ứng Dụng Trang i Trường Đại học Cần Thơ Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 - 2007 TĨM TẮT Trong cơng nghiệp chế biến thực phẩm từ dứa, biến đổi thành phần giá trị dinh dưỡng sản phẩm thường xảy trình tiền xử lý Bên cạnh đó, tương tác thành phần bên nguyên liệu dẫn đến biến đổi không mong muốn Một nguyên nhân gây điều đáng quan tâm hệ enzyme dứa mà tiêu biểu hệ enzyme protease_bromelain Đề đặt với mục đích tìm quy luật hoạt động hệ enzyme bromelain từ dịch chiết dứa điều kiện xử lý pH = 4,6 – 9,5 nhiệt độ từ 10 – 75 0C Kết nghiên cứu cho thấy dịch chiết từ dứa sử dụng cho nghiên cứu enzyme bromelain tốt từ ngày bảo quản thứ tư trở đi; bảo quản dịch chiết chứa enzyme tốt điều kiện lạnh đơng Đồng thời, có tương tác pH nhiệt độ xử lý lên hoạt tính hệ enzyme bromelain dịch chiết Hệ enzyme thể hoạt tính tối thích khoảng nhiệt độ từ 10 – 20 0C môi trường pH thấp, 30 – 40 0C môi trường pH kiềm (pH = 7,5 – 9,5) 40 – 60 0C môi trường pH trung tính (pH = 6,8 -7,1) Ngành Cơng Nghệ Thực Phẩm - Khoa Nông Nghiệp Và Sinh Học Ứng Dụng Trang i Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 - 2007 Trường Đại học Cần Thơ MỤC LỤC TÓM TẮT trang i MỤC LỤC ii DANH SÁCH HÌNH iv DANH SÁCH BẢNG iv CHƯƠNG ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 TỔNG QUAN 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CHƯƠNG LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 GIỚI THIỆU VỀ CÂY DỨA 2.2 GIỚI THIỆU VỀ ENZYME TRONG DỨA 2.2.1 Sơ lược hệ enzyme dứa 2.2.2 Sơ lược enzyme bromelain 2.2.3 Cấu tạo hoạt tính chung enzyme bromelain i Cấu tạo ii Hoạt tính enzyme bromelain 2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme bromelain i Ảnh hưởng nhân tố nhiệt độ ii Ảnh hưởng nhân tố pH 2.3 GIỚI THIỆU VỀ PHẢN ỨNG ENZYME 2.3.1 Động hóa học phản ứng 2.3.2 Động học phản ứng enzyme 10 2.4 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ CASEIN 11 2.5 SƠ LƯỢC CÁC NGHIÊN CỨU VỀ ENZYME BROMELAIN 12 2.6 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 13 CHƯƠNG PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 3.1 PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 15 Ngành Công Nghệ Thực Phẩm - Khoa Nông Nghiệp Và Sinh Học Ứng Dụng Trang ii Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 - 2007 Trường Đại học Cần Thơ 3.1.1 Nguyên liệu 15 3.1.2 Hóa chất thí nghiệm 15 3.1.3 Thiết bị thí nghiệm 15 3.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 3.2.1 Phương pháp chuẩn bị mẫu hóa chất nghiên cứu 16 3.2.2 Bố trí thí nghiệm 17 CHƯƠNG KẾT QUẢ THẢO LUẬN 20 4.1 Ảnh hưởng thời gian bảo quản dịch chiết từ dứa chứa bromelain đến đặc tính enzyme 20 4.2 Khảo sát ảnh hưởng pH nhiệt độ lên hoạt tính xúc tác phản ứng thủy phân enzyme bromelain chất casein 22 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 26 5.1 Kết luận 26 5.2 Đề nghị 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 PHỤ LỤC v Ngành Công Nghệ Thực Phẩm - Khoa Nông Nghiệp Và Sinh Học Ứng Dụng Trang iii Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 - 2007 Trường Đại học Cần Thơ DANH SÁCH HÌNH Hình 1: Các giống dứa ăn phổ biến Hình 2: Quả dứa (Ananase Comosus) Hình 3: Cách xếp amino acid phân tử bromelain Hình 4: Cấu trúc phân tử proteases cysteine Hình 5: Hình vẽ minh họa tác động pHmơi trường lên hoạt tính enzyme Hình 6: Sơ đồ quy trình trích ly bromelain (thô) 16 Hình 7: Sơ đồ chuẩn bị dung dịch casein 1% 16 Hình 8: Đồ thị biểu diễn thay đổi hoạt tính enzyme bromelain dịch theo thời gian bảo quản 21 Hình 9: Mẫu dung dịch chiết chứa enzyme bromelain sau 12 ngày bảo quản 22 Hình 10: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tương tác pH nhiệt độ xử lý lên hoạt tính enzyme bromelain dịch dứa 23 Hình 11: Đồ thị biểu diễn thay đổi hoạt tính bromelain xử lý nhiệt độ khác 24 Hình 12: Đồ thị biểu diễn hoạt tính bromelain xử lý nhiệt độ khác pH thấp 25 Hình 13 Đường chuẩn tyrosine vii DANH SÁCH BẢNG Bảng 1: Thành phần acid amine casein 12 Bảng 2: Kết theo dõi hoạt tính enzyme bromelain dung dịch dứa tươi theo thời gian bảo quản 20 Bảng 3: Kết thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng pH nhiệt độ môi trường xử lý lên hoạt tính enzyme bromelain xii Ngành Công Nghệ Thực Phẩm - Khoa Nông Nghiệp Và Sinh Học Ứng Dụng Trang iv Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 - 2007 CHƯƠNG 1.1 Trường Đại học Cần Thơ ĐẶT VẤN ĐỀ TỔNG QUAN Khoảng 20 năm gần đây, với 400 đề tài nghiên cứu, giới khoa học Châu Âu đưa khuyến cáo “với dứa ngày, bạn không cần gặp bác sĩ” (Harvey and Ross, 1985) Câu nói khoa học thực tiễn xác minh phù hợp với dược tính đặc biệt dứa Qua nhiều nghiên cứu cho thấy dứa loài Ananas có khả dược lý cao thành phần có hệ enzyme bromelain, hay cịn gọi enzyme dứa Bromelain tên gọi chung nhóm enzyme thực vật, tìm thấy từ dứa loài Ananas, họ Bromeliaceae Enzyme mang đến cho giống dứa Ananas tiếng khả dược lý việc chữa trị bệnh đường tiêu hóa giảm đau, giảm sưng viêm nhiễm Về mặt thực phẩm, dứa loại ăn có nhiều giá trị dinh dưỡng ưa chuộng Về mặt khoa học, dứa nguồn thực vật chứa loại enzyme đặc biệt có dược tính cao Trong chế biến thực phẩm từ dứa, vấn đề đặt cần quan tâm đến biến đổi thành phần, giá trị dinh dưỡng hệ enzyme dứa Với vai trị khơng phần quan trọng, hệ enzyme dứa cần quan tâm mức Tuy nhiên, để biết biến đổi hoạt tính hệ enzyme bromelain quả, cần phải biết quy luật chung hoạt tính xúc tác chúng Giống enzyme khác, hoạt tính xúc tác enzyme “bromelain quả” chịu ảnh hưởng nhiều nhân tố, nhân tố pH nhiệt độ, hai nhân tố quan tâm nhiều trình chế biến thực phẩm từ dứa Từ vấn đề đặt trên, việc nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng pH nhiệt độ lên hoạt tính xúc tác hệ enzyme bromelain dứa cần thiết, nhằm tạo tiền đề sở cho việc nghiên cứu lâu dài hệ enzyme 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Khảo sát tác động việc xử lý pH nhiệt độ lên hoạt tính xúc tác enzyme bromelain loại chất Trên sở đó, tìm hiểu quy luật biến thiên hoạt tính hệ enzyme theo thay đổi pH nhiệt độ chế biến nhằm phục vụ cho công nghệ chế biến sản phẩm từ dứa Ngành Công Nghệ Thực Phẩm - Khoa Nông Nghiệp Và Sinh Học Ứng Dụng Trang Trường Đại học Cần Thơ Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 - 2007 CHƯƠNG 2.1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU GIỚI THIỆU VỀ CÂY DỨA Dứa loại ăn nhiệt đới có nguồn gốc từ Nam Mỹ, đưa tới đảo khu vực Caribe nhờ thổ dân Anhdieng Carib Năm 1493, Christopher Columbus lần nhìn thấy loại chi Guadeloupe Ông đem chúng Châu Âu từ chúng người Anh Tây Ban Nha phát tán tới đảo Thái Bình Dương (Morrison, 1963) Năm 1813, cánh đồng trồng dứa thương phẩm thành lập Hawaii, Philippines, Đông Nam Á, Florida Cuba Dứa trở thành loại ăn phổ biến giới, sau chuối loại họ citrus (Anon, 1993) Dứa có tên khoa học Ananas comosus Thuộc lồi Ananas, họ Bromeliaceae Một số giống dứa trồng phổ biến giống Queen Cayenne, tên khoa học Ananas comosus (Linnaeus) merril (Brasil) Ngồi ra, cịn có số giống dứa ăn phổ biến khác Ananas sativus, Ananas bracteatur (Lindley) (Nam Mỹ) (Collin et al., 1931) Dứa Queen Dứa Cayenne Ruộng dứa Hình 1: Các giống dứa ăn phổ biến Hiện nay, giới dứa trồng hầu nhiệt đới Philippines, Thái Lan, Malaysia, Brazil, Mexico, Cuba, Nam Phi số nước cận nhiệt đới đảo Hawaii, Đài Loan Ở nước ta, dứa trồng từ Bắc đến Nam, diện tích trồng nước khoảng 40.000 với sản lượng khoảng 500.000 90% phía Nam Các tỉnh trồng dứa nhiều miền Nam Kiên Giang, Tiền Giang, Cà Mau, Cần Thơ, Long An… miền Bắc có Thanh Hóa, Ninh Bình, Tun Giang, Phú Thọ….miền Trung có Nghệ An, Quảng Ngành Công Nghệ Thực Phẩm - Khoa Nông Nghiệp Và Sinh Học Ứng Dụng Trang Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 - 2007 Trường Đại học Cần Thơ Nam, Bình Định,… Năng suất bình quân năm tỉnh phía Bắc khoảng 10 tấn, phía Nam 15 tấn/ha Dứa loại nhiệt đới có giá trị dinh dưỡng giá trị lượng cao Dứa sử dụng chế biến thực phẩm ưa chuộng Thành phần hóa học dứa bao gồm nước (81 – 87%), sacharose (4,59 – 12%), glucose, fructose, vitamine nhóm B, vitamine C khống chất Fe, Na, K, P, Mg Ngoài dứa cịn có hệ acid hữu đa dạng, tạo nên vị chua, thơm hấp dẫn cho acid citric (28 – 66% tổng lượng acid quả) (Gortner, 1963), acid ascorbic (từ 200 – 710 mg/l) (Singleton, 1955), acid malic (18 – 30% tổng lượng acid (Chan et al.,1973), acid oxalic, acid formic Hàm lượng acid thay đổi theo độ chín dứa chúng phản ánh thông số pH Khi trái chín chuyển sang màu vàng, độ pH giảm xuống từ 3,9 – 3,7 (Teisson Pineau, 1982) 2.2 GIỚI THIỆU VỀ ENZYME TRONG DỨA 2.2.1 Sơ lược hệ enzyme dứa Trong dịch chiết từ thân dứa dứa có hệ enzyme đa dạng phức tạp, chúng thay đổi suốt trình phát triển dứa Giống loại thực vật khác, hệ enzyme dứa bao gồm nhiều nhóm enzyme với đặc tính khác nhau, đó, nhóm enzyme protease chiếm đa số Protease dứa gồm có cysteine protease, nhóm enzyme với đại diện enzyme bromelain; ngồi cịn có lượng enzyme peroxidase, amylase, cellulase, acid phosphatase (Nguồn: http://www.greatvistachemicals.com/biochemicals/bromelain.html, truy cập ngày: 13/11/2006) - Enzyme peroxidase, tồn có hoạt tính khơng đổi suốt trình phát triển Tuy nhiên, chín lượng enzyme giảm dần, khoảng 1/3 so với ban đầu (Gortner Singleton, 1965) - Cysteine protease nhóm enzyme proteolytic chủ yếu tìm thấy dịch thân dứa Protease xuất từ lúc bắt đầu hoa, tăng dần số lượng suốt thời kỳ phát triển Ở giai đoạn chín, lượng enzyme có xu hướng giảm dần (Gortner Singleton, 1965; Lodh et al., 1972) - Từ dứa lồi Ananas, người ta tìm thấy có tối thiểu loại cysteine protease khác (Rowan et al., 1988) Protease diện chủ yếu dịch từ thân dứa bromelain thân, ngồi cịn có ananain (EC 3.4.22.31) Ngành Công Nghệ Thực Phẩm - Khoa Nông Nghiệp Và Sinh Học Ứng Dụng Trang ... đó, nhiệt độ ph? ??n ứng xúc tác chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố, đặc biệt thời gian ph? ??n ứng, thời gian tác dụng dài nhiệt độ có tác động làm ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme, nồng độ enzyme, nồng độ. .. gọi pH tối thích Độ hoạt động enzyme pHtối thích pH tối thích pH Hình 5: Hình vẽ minh họa tác động pH mơi trường lên hoạt tính enzyme (Nguyễn Đức Lượng, 2004) Độ pH ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme. .. hoạt tính xúc tác chúng Giống enzyme khác, hoạt tính xúc tác enzyme ? ?bromelain quả? ?? chịu ảnh hưởng nhiều nhân tố, nhân tố pH nhiệt độ, hai nhân tố quan tâm nhiều trình chế biến thực ph? ??m từ dứa