Nghiên cứu thu nhận và sấy khô sinh khối tảo nannachloropsis oculata để phục vụ sản xuất thực phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG PHẠM HUY HƢNG NGHIÊN CỨU THU NHẬN VÀ SẤY KHÔ SINH KHỐI TẢO NANNOCHLOROPSIS OCULATA ĐỂ PHỤC VỤ SẢN SUẤT THỰC PHẨM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHÁNH HÒA- 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG PHẠM HUY HƢNG NGHIÊN CỨU THU NHẬN VÀ SẤY KHÔ SINH KHỐI TẢO NANNOCHLOROPSIS OCULATA ĐỂ PHỤC VỤ SẢN SUẤT THỰC PHẨM LUẬN VĂN THẠC SĨ Ngành: Công nghệ Sau thu hoạch Mã số: 60540104 Quyết định giao đề tài: 1692/QĐ-ĐHNT ngày 20/12/2013 Quyết định thành lập HĐ: Ngày bảo vệ: Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS TS Vũ Ngọc Bội TS Nguyễn Văn Nguyên (chữ ký) Chủ tịch Hội đồng: (chữ ký) Khoa sau đại học: (chữ ký) KHÁNH HỊA - 2016 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi hoàn thành tài trợ Chủ nhiệm đề tài độc lập cấp Nhà nước“Nghiên cứu công nghệ sản xuất thực phẩm chức từ tảo Nannochloropsis oculata” Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực, chưa cơng bố cơng trình khác Lãnh đạo Viện Nghiên cứu Hải sản với Chủ nhiệm đề tài cho phép sử dụng Tác giả luận văn Phạm Huy Hƣng iii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Luận văn Trước hết xin gửi tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban Chủ nhiệm Khoa Công nghệ Thực phẩm Khoa Sau đại học kính trọng, niềm tự hào học tập nghiên cứu trường năm qua Sự biết ơn sâu sắc xin gửi PGS TS Vũ Ngọc Bội TS Nguyễn Văn Nguyên tận tình hướng dẫn động viên tơi suốt q trình thực luận văn Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Lãnh đạo Viện Nghiên cứu Hải sản Hải Phòng tạo điều kiện cho phép học tập nghiên cứu để nâng cao trình độ Xin cám ơn quý thầy cô giáo khoa Công nghệ Thực phẩm, Lãnh đạo phịng Cơng nghệ Sinh học biển - Viện Nghiên cứu Hải sản bạn bè đồng nghiệp tận tình giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi suốt thời gian thực luận văn vừa qua Xin cảm ơn Ban chủ nhiệm đề tài - phịng Cơng nghệ Sinh học biển - Viện Nghiên cứu Hải sản ln động viên, hỗ trợ nhiệt tình, cung cấp tài liệu hỗ trợ kinh phí thực đề tài nghiên cứu từ nguồn kinh phí thực đề tài độc lập cấp Nhà nước “Nghiên cứu công nghệ sản xuất thực phẩm chức từ tảo Nannochloropsis oculata” Đặc biệt, xin ghi nhớ tình cảm, giúp đỡ gia đình bạn bè ln ln đồng hành, chia sẻ khó khăn tơi q trình nghiên cứu iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN viii DANH MỤC HÌNH ix DANH MỤC BẢNG x TRÍCH YẾU LUẬN VĂN xi “Vi tảo Nannochloropsis oculata; thời điểm thu hoạch; thu hồi sinh khối; sấy khô sinh khối; hiệu suất thu hồi” xii MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ TẢO N OCULATA 1.1.1 Đặc điểm phân loại 1.1.2 Đặc điểm hình thái 1.1.3 Thành phần dinh dưỡng tảo N oculata 1.1.4 Một số ứng dụng tảo thực phẩm đời sống 1.1.5 Tình hình nghiên cứu ứng dụng tảo N oculata Thế giới 1.1.6 Tình hình nghiên cứu ứng dụng N.oculata nước 1.2 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH THU SINH KHỐI TẢO 1.2.1 Pha sinh trưởng 1.2.2 Các phương pháp thu sinh khối 10 1.2.2.1 Phương pháp kết tảo chất tạo 12 1.2.2.2 Phương pháp kết tạo điểu chỉnh pH 15 1.2.2.3 Phương pháp thu sinh khối tảo ly tâm liên tục 16 1.3 TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP LÀM KHÔ 16 1.3.1 Khái niệm phương pháp làm khô 16 1.3.2 Phân loại phương pháp sấy 17 1.3.2.1 Phương pháp sấy nóng 17 1.3.2.2 Phương pháp sấy lạnh 18 1.3.3 Một số nghiên cứu phương pháp làm khô tảo 19 1.3.3.1 Sấy bơm nhiệt (Heat pump drying - HPD) 20 1.3.3.2 Sấy chân không thăng hoa (đông khô) 21 1.3.3.3 Giới thiệu công nghệ sấy phun 26 CHƢƠNG NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31 v 2.1 NGUYÊN VẬT LIỆU 31 2.2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.2.1 Các phương pháp phân tích 32 2.2.2 Phương pháp xác định mật độ tế bào tốc độ tăng trưởng vi tảo 33 2.2.3 Phương pháp xác định suất nuôi vi tảo 33 2.2.4 Phương pháp xác định tốc độ tăng trưởng tương đối tảo 34 2.2.5 Phương pháp bố trí thí nghiệm 34 2.2.5.1 Bố trí thí nghiệm tổng thể nghiên cứu thu nhận sấy khô sinh khối tảo N Oculata 34 2.2.5.2 Bố trí thí nghiệm xác định thông số tối ưu 35 2.3 HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 39 2.4 PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 39 CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 40 3.1 XÁC ĐỊNH THỜI ĐIỂM THU HOẠCH TẢO 40 3.1.1 Sự biến đổi sinh khối tảo theo pha sinh trưởng 40 3.1.2 Sự biến đổi hàm lượng lipid, protein carbohydrat theo pha sinh trưởng 42 3.2 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐIỀU KIỆN THÍCH HỢP CHO Q TRÌNH THU NHẬN SINH KHỐI TẢO 45 3.2.1 Thu nhận sinh khối phương pháp kết 45 3.2.1.1 Ảnh hưởng pH đến khả kết tảo N oculata 45 3.2.1.2 Ảnh hưởng mật độ sinh khối đến khả kết tảo N oculata 46 3.2.1.3 Ảnh hưởng chất tạo khác đến hiệu suất kết vi tảo N oculata 47 3.2.1.4 Ảnh hưởng chitosan kết hợp với pH đến hiệu suất kết tảo 49 3.2.1.5 Ảnh hưởng nồng độ chitosan đến hiệu suất kết mật độ tảo khác 51 3.2.2 Thu sinh khối phương pháp ly tâm 53 3.2.2.1 Ảnh hưởng tốc độ ly tâm lưu lượng đầu vào đến hiệu suất thu hồi tảo N oculata 53 3.2.2.2 Xác định số thành phần dinh dưỡng sinh khối vi tảo N oculata 54 3.3 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƢƠNG PHÁP SẤY KHÔ SINH KHỐI TẢO 55 3.3.1 Nghiên cứu sấy khô sinh khối tảo N oculata kỹ thuật sấy bơm nhiệt 55 3.3.2 Nghiên cứu sấy khô sinh khối tảo N oculata phương pháp đông khô 56 3.3.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ lạnh đông đến độ ẩm sản phẩm 56 3.3.2.2 Ảnh hưởng thời gian nhiệt độ sấy đến độ ẩm sản phẩm 57 3.3.3 Nghiên cứu sấy khô sinh khối tảo phương pháp sấy phun 59 vi 3.3.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ khơng khí sấy 59 3.3.3.2 Ảnh hưởng tốc độ bơm nhập liệu 59 3.3.3.3 Ảnh hưởng tốc độ quay đầu phun sương 61 3.3.3.4 Ảnh hưởng nồng độ tảo ban đầu đến chất lượng sản phẩm 61 3.3.4 Tối ưu hóa làm khơ sinh khối tảo phương pháp sấy phun 62 3.4 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH THU NHẬN, TẠO BỘT SINH KHỐI TẢO VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG SẢN PHẨM 67 3.4.1 Đề xuất quy trình thu nhận, tạo bột sinh khối tảo 67 3.4.2 Đánh giá chất lượng bột vi tảo 69 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 72 PHỤ LỤC i PHỤ LỤC CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU i PHỤ LỤC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Q TRÌNH THU NHẬN VÀ SẤY KHƠ SINH KHỐI TẢO N OCULATA vi PHỤ LỤC MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM VÀ SẢN PHẨM ix vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN Kí hiệu viết tắt EPA PUFA Diễn giải : Eicosapentaenoic acid : Các acid béo chưa bão hịa có nhiều nối đơi (Polyunsatured fatty acids) (có từ nối đôi trở lên) PAM : Polymer polyacrylaminde TNS : Tác nhân sấy HPD : Heat Pump Drying - Sấy bơm nhiệt ATTP : An toàn thực phẩm TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam KPH : Negative (không phát hiện) VSV : Vi sinh vật viii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Vi tảo N Oculata kính hiển vi Hình 1.2 Các pha tăng trưởng vi tảo Hình 1.3: Cơng thức cấu tạo chitosan 13 Hình 1.4 Cơ chế tạo bơng Chitosan 15 Hình 1.5 : Đồ thị biểu trình sấy thăng hoa 23 Hình 1.6 Đường cong sấy .25 Hình 2.1 Hình ảnh vi tảo Nannochloropsis oculata (Droop) D J Hibberd kính hiển vi 31 Hình 2.2 Sơ đồ tổng quát nội dung nghiên cứu 35 Hình 2.2a Sơ đồ bố trí thí nghiệm lựa chọn thời điểm thu hoạch tảo thích hợp 36 Hình 2.2b Sơ đồ bố trí thí nghiệm lựa chọn phương pháp thu sinh khối 37 Hình 2.2c Sơ đồ bố trí thí nghiệm lựa chọn phương pháp sấy khô 38 Hình 3.1 Ảnh hưởng thời gian nuôi đến mật độ tế bào sinh khối tảo N oculata 40 Hình 3.2 Sự biến đổi hàm lượng lipid, protein carbohydrat theo pha sinh trưởng .42 Hình 3.3 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất tạo tảo .46 Hình 3.4 Ảnh hưởng mật độ sinh khối đến khả kết tảo .47 Hình 3.5 Ảnh hưởng chất tạo đến hiệu suất tạo tảo: 48 (a) Al2SO4, (b) Ca(OH)2, (c) Chitosan (d) PAM .48 Hình 3.6 Ảnh hưởng chất tạo bơng pH đến hiệu suất tạo tảo 50 Hình 3.7 Mối tương quan mật độ sinh khối tảo liều lượng chất tạo 51 Hình 3.8 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian sấy đến hiệu suất làm khô sản phẩm .55 Hình 3.9: Ảnh hưởng nhiệt độ lạnh đơng đến q trình sấy thăng hoa 57 Hình 3.10: Ảnh hưởng thời gian nhiệt độ sấy đến hàm ẩm sản phẩm 58 Hình 3.11: Tảo N.oculata sấy phương pháp đông khô 58 Hình 3.12 Ảnh hưởng tốc độ bơm nhập liệu đến hiệu suất thu hồi độ ẩm sản phẩm 60 Hình 3.13 Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng nồng độ chất tan tốc độ bơm đến độ ẩm tảo 65 Hình 3.14 Đồ thị đường đồng mức biểu diễn ảnh hưởng nồng độ chất tan tốc độ bơm đến độ ẩm tảo 65 Hình 3.15 Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng nhiệt độ sấy tốc độ bơm đến độ ẩm tảo .65 Hình 3.16 Đồ thị đường đồng mức biểu diễn ảnh hưởng nhiệt độ sấy tốc độ bơm đến độ ẩm tảo 65 Hình 3.17 Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng nhiệt độ sấy nồng độ chất tan đến độ ẩm tảo .65 Hình 3.18 Đồ thị đường đồng mức biểu diễn ảnh hưởng nhiệt độ sấy nồng độ chất tan đến độ ẩm tảo 65 ix DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật chitosan 32 Bảng 3.1 Tốc độ tăng trưởng tích lũy sinh khối theo thời gian ni .41 Bảng 3.2 Kết phân tích số tiêu chất lượng 43 Bảng 3.3 Ảnh hưởng tốc độ ly tâm lưu lượng đầu vào đến hiệu suất thu hồi tảo 53 Bảng 3.4: Thành phần dinh dưỡng tảo N oculata xử lý sau thu sinh khối 54 Bảng 3.5 Ảnh hưởng nhiệt độ khơng khí đầu vào 59 Bảng 3.6 Ảnh hưởng tốc độ quay đầu phun sương 61 Bảng 3.7 Ảnh hưởng nồng độ tảo ban đầu đến chất lượng sản phẩm sấy 62 Bảng 3.8 Kết thí nghiệm mơ hình Box-Behnken 63 Bảng 3.9 Kết xử lý số liệu phần mềm Stargraphic XV 63 Bảng 3.10 Kết dự đoán tối ưu cho hàm ẩm theo mơ hình Box-Behnken 66 Bảng 3.11 Kết kiểm chứng tối ưu theo tiên đoán thực nghiệm 66 Bảng 3.12 Kết đánh giá số tiêu chất lượng bột vi tảo N oculata 70 Bảng 3.13 Kết đánh giá số tiêu kim loại nặng bột vi tảo N oculata .70 Bảng 3.14 Kết đánh giá số tiêu vi sinh vật bột vi tảo N oculata 71 Bảng Thành phần dinh dưỡng môi trường F/2 v x ... thu hồi tảo N oculata 53 3.2.2.2 Xác định số thành phần dinh dưỡng sinh khối vi tảo N oculata 54 3.3 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƢƠNG PHÁP SẤY KHÔ SINH KHỐI TẢO 55 3.3.1 Nghiên cứu sấy khô sinh khối. .. DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG PHẠM HUY HƢNG NGHIÊN CỨU THU NHẬN VÀ SẤY KHÔ SINH KHỐI TẢO NANNOCHLOROPSIS OCULATA ĐỂ PHỤC VỤ SẢN SUẤT THỰC PHẨM LUẬN VĂN THẠC SĨ Ngành: Công nghệ Sau thu. .. nguyên liệu để sản xuất thực phẩm nói chung thực phẩm chức nói riêng Sản phẩm sau sấy bao gói bảo quản thời gian dài Việc tạo sản phẩm từ vi tảo N oculata ứng dụng vào sản xuất thực phẩm, luận