Nghiên cứu sản xuất bột đạm thủy phân từ sụn cá mập trắng (carcharhinus dussumieri) bằng enzyme protease

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ĐINH HỮU ĐÔNG NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BỘT ĐẠM THỦY PHÂN CHỨA CHONDROITIN SULFATE TỪ SỤN CÁ MẬP TRẮNG (CARCHARHINUS DUSSUMIERI) BẰNG ENZYME PROTEASE LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHÁNH HÒA - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ĐINH HỮU ĐÔNG NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BỘT ĐẠM THỦY PHÂN CHỨA CHONDROITIN SULFATE TỪ SỤN CÁ MẬP TRẮNG (CARCHARHINUS DUSSUMIERI) BẰNG ENZYME PROTEASE LUẬN ÁN TIẾN SĨ Chuyên ngành : Công nghệ Chế biến Thủy sản Mã số : 9540105 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Vũ Ngọc Bội PGS.TS Nguyễn Anh Tuấn KHÁNH HỊA - 2021 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân Các số liệu, kết qủa nêu Luận án trung thực chưa công bố cơng trình nghiên cứu trước Đinh Hữu Đơng LỜI CẢM ƠN Để hồn thành Luận án Trước hết xin gửi tới Ban Giám hiệu, Lãnh đạo phòng Đào tạo Sau đại học Ban Chủ nhiệm Khoa Công nghệ Thực phẩm kính trọng, niềm tự hào học tập nghiên cứu Trường năm qua Sự biết ơn sâu sắc xin giành cho PGS.TS Vũ Ngọc Bội - Trưởng Khoa Công nghệ Thực phẩm - Trường Đại học Nha Trang PGS TS Nguyễn Anh Tuấn - Bộ môn Công nghệ Chế biến Thủy sản hết lịng hướng dẫn, giúp đỡ tơi suốt trình thực luận án Xin chân thành cám ơn thầy phản biện góp ý cho lời khuyên quý báu để luận án hoàn thành với chất lượng cao Xin cám ơn Lãnh đạo Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm - TP Hồ Chí Minh cho tơi học tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập thực luận án Xin gửi lời cám ơn thầy cô giáo Khoa Công nghệ Thực phẩm giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập trường Đặc biệt, xin ghi nhớ tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân bạn bè quan tâm, chia sẻ khó khăn động viên tơi để tơi hồn thành luận án MỤC LỤC Trang DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH vi TÓM TẮT NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN xii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CHONDROITIN SULFATE VÀ ỨNG DỤNG .4 1.2 TÌNH HÌNH KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG SỤN CÁ MẬP 12 1.3 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ THỦY PHÂN SỤN CÁ MẬP .14 1.4 GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT SẤY PHUN 17 CHƯƠNG NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 2.1 NGUYÊN VẬT LIỆU 19 2.1.1 Sụn cá mập 19 2.1.2 Enzyme protease 19 2.1.3 Chất mang 20 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.2.1 Các phương pháp nghiên cứu protease chondroitin sulfate 20 2.2.2 Các phương pháp phân tích hóa học 23 2.2.3 Các phương pháp phân tích cấu trúc 24 2.2.4 Phương pháp định lượng vi sinh vật 24 2.3 PHƯƠNG PHÁP BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM 25 2.3.1 Phương pháp tiếp cận nội dung nghiên cứu 25 2.3.2 Bố trí thí nghiệm xác định thơng số q trình nghiên cứu 27 2.4 HÓA CHẤT VÀ CÁC THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM CHỦ YẾU ĐÃ SỬ DỤNG 41 2.5 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 42 i CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 43 3.1 NGHIÊN CỨU THỦY PHÂN SỤN CÁ MẬP (C DUSSUMIERI) BẰNG ENZYME PROTEASE 43 3.1.1 Phân tích thành phần sụn cá mập trắng 43 3.1.2 Xác định loại enzyme protease thích hợp cho q trình thủy phân 43 3.1.3 Xác định tỷ lệ enzyme alcalase/papain thích hợp cho q trình thủy phân 50 3.1.4 Xác định nồng độ hỗn hợp enzyme alcalase - papain thích hợp cho trình thủy phân 56 3.1.5 Xác định tỷ lệ nước bổ sung thích hợp cho q trình thủy phân 63 3.1.6 Xác định pH thích hợp cho q trình thủy phân 69 3.1.7 Xác định nhiệt độ thích hợp cho q trình thủy phân 76 3.1.8 Xác định thời gian thích hợp cho q trình thủy phân 83 3.1.9 Tối ưu hóa q trình thủy phân sụn cá mập hỗn hợp enzyme alcalase-papain87 3.1.10 Đề xuất quy trình thủy phân sụn cá mập hỗn hợp enzyme alcalase papain 95 3.2 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH THỦY PHÂN SỤN CÁ MẬP BẰNG HỖN HỢP ENZYME ALCALASE - PAPAIN VÀ PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA CHONDROITIN SULFATE 97 3.2.1 Đánh giá chất lượng dịch thủy phân sụn cá mập 97 3.2.2 Phân tích cấu trúc chondroitin sulfate có dịch thủy phân sụn cá mập 100 3.3 NGHIÊN CỨU SẤY PHUN TẠO BỘT ĐẠM THỦY PHÂN CHỨA CHONDROITIN SULFATE 121 3.3.1 Xác định chất mang thích hợp cho trình sấy phun 121 3.3.2 Xác định tỉ lệ chất mang thích hợp cho trình sấy phun 124 3.3.3 Xác định nhiệt độ khơng khí buồng sấy thích hợp 125 3.3.4 Xác định tốc độ bơm nhập liệu 128 3.3.5 Xác định áp suất buồng sấy 130 3.3.6 Tối ưu hóa q trình sấy phun tạo bột đạm chứa chondroitin sulfate từ dịch thủy phân sụn cá mập 133 ii 3.3.7 Đề xuất quy trình sản xuất đánh giá chất lượng bột đạm chứa chondroitin sulfate từ sụn cá mập 139 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 143 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 145 TÀI LIỆU THAM KHẢO 146 PHỤ LỤC iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Naa : Hàm lượng nitơ acid amin NNH3 : Nitơ NH3 NTS : Nitơ tổng số pHopt : pH thích hợp topt : Nhiệt độ thích hợp V : Thể tích [E] : Nồng độ enzyme GAG: Glycosaminoglycan GalNAc : N-acetyl-D- galactosamine GlcA CS : D-glucuronic acid : Chondroitin sulfate CTAB : Cetyltrimethylamnonium bromide CS4 : Chondroitin-4-sulphate (dermatant sulphate) CS6 : Chondroitin-6-sulphate CPC : Cetylpyridium chloride HPLC : (High Performance Liquid Chromatography) Sắc ký lỏng FT-IR hiệu cao : (Fourrier Transformation InfraRed) Quang phổ hồng ngoại COSY : (Correlation Spectroscopy) Phổ cộng hưởng từ hạt nhân HSQC chiều COSY :(Heteronuclear Single Quantum Cohenrence) Phổ cộng HMBC hưởng từ hạt nhân chiều HSQC : (Heteronuclear Muntiple-Bond Correlation) Phổ cộng hưởng NMR từ hạt nhân chiều HMBC : (Nuclear Magnetic Resonance) Phổ cộng hưởng từ hạt nhân chiều NMR iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Phân loại chondroitin sulfate Bảng 1.2 Hàm lượng chondroitin sulfate số loại sụn động vật Bảng 2.1 Mã hóa biến nồng độ enzyme, nhiệt độ, thời gian thủy phân mức độ khảo sát 34 Bảng 2.2 Mã hóa biến nhiệt độ buồng sấy, tỷ lệ maltodextrin bổ sung, tốc độ nhập liệu mức độ khảo sát 40 Bảng 3.1 Kết phân tích số tiêu hóa học sụn cá mập trắng 43 Bảng 3.2 Bảng ma trận thực nghiệm ảnh hưởng biến mã hóa tới hiệu suất thủy phân tạo chondroitin sulfate 88 Bảng 3.3 Kết phân tích phương sai hệ số tuyến tính, tương tác bình phương phương trình hồi quy để dự đốn mức độ ảnh hưởng nhân tố thủy phân đến hàm mục tiêu 89 Bảng 3.4 Thành phần hóa học lượng dịch thủy phân sụn cá mập 98 Bảng 3.5 Trạng thái cảm quan dịch thủy phân 99 Bảng 3.6 Kết phân tích số tiêu vi sinh dịch thủy phân sụn cá mập 99 Bảng 3.7 Bảng gắn tín hiệu dị nhân proton H/C phổ HSQC .107 Bảng 3.8 Bố trí thí nghiệm kết qui hoạch trực tâm quay (RCCD) hàm mục tiêu Y (hiệu suất thu chondroitin sulfate) theo biến nhiệt độ buồng sấy (X4), tỷ lệ maltodextrin (X5) tốc độ nhập liệu (X6) 133 Bảng 3.9 Kết phân tích phương sai hệ số tuyến tính, tương tác bình phương phương trình hồi quy để dự đốn mức độ ảnh hưởng nhân tố sấy đến hàm mục tiêu 137 Bảng 3.10 Kết tối ưu hóa hiệu suất thu chondroitin sulfate theo biến X 4, X5, X6 137 Bảng 3.11 Giá trị tối ưu hàm mục tiêu hiệu suất thu chondroitin sulfate theo nhiệt độ, tỷ lệ maltodextrin tốc độ nhập liệu tìm từ mơ hình dự đốn 138 Bảng 3.12 Kết số tiêu hóa học bột đạm thủy phân 141 Bảng 3.13 Kết phân tích số tiêu vi sinh bột đạm chứa chondroitin sulfate 141 v DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc hoá học đơn vị chuỗi chondroitin sulfate Hình 1.2 Cấu trúc mạch chondroitin sulfate Hình 1.3 Cấu trúc đơn vị chondroitin sulfate A Hình 1.4 Cấu trúc chondroitin sulfate B Hình 1.5 Cấu trúc chondroitin sulfate - C (GlcA-GalNAc-6S ) - CS6 Hình 1.5 Hình ảnh số sản phẩm từ sụn cá mập 14 Hình 2.1 Hình ảnh sụn cá mập trước sau xử lý 19 Hình 2.2 Sơ đồ cách tiếp cận nội dung nghiên cứu 25 Hình 2.3 Sơ đồ thí nghiệm lựa chọn loại enzyme proetase thích hợp cho q trình thủy phân sụn cá mập 27 Hình 2.4 Sơ đồ thí nghiệm lựa chọn tỷ lệ hỗn hợp enzyme thích hợp cho trình thủy phân sụn cá mập 28 Hình 2.5 Sơ đồ thí nghiệm xác định nồng độ hỗn hợp enzyme protease thích hợp cho q trình thủy phân sụn cá mập 29 Hình 2.6 Sơ đồ thí nghiệm xác định tỉ lệ nước bổ sung thích hợp cho q trình thủy phân sụn cá mập 30 Hình 2.7 Sơ đồ thí nghiệm xác định pH thích hợp cho q trình thủy phân sụn cá mập 31 Hình 2.8 Sơ đồ thí nghiệm xác định nhiệt độ thích hợp cho q trình thủy phân sụn cá mập 32 Hình 2.9 Sơ đồ thí nghiệm xác định biên thời gian thích hợp cho trình thủy phân sụn cá mập 33 Hình 2.10 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định loại chất mang phù hợp 36 Hình 2.11 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ chất mang bổ sung 37 Hình 2.12 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ buồng sấy thích hợp .38 Hình 2.13 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định áp suất buồng sấy thích hợp 39 Hình 2.14 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tốc độ nhập liệu thích hợp 40 Hình 3.1 Sự thay đổi hàm lượng protein theo thời gian thủy phân loại enzyme vi ... việc nghiên cứu thủy phân sụn sụn cá mập tươi mẻ chưa có cơng trình đề cập đến vấn đề Do vậy, Luận án tiến hành: ? ?Nghiên cứu sản xuất bột đạm thủy phân chứa chondroitin sulfate từ sụn cá mập trắng. .. Nghiên cứu thủy phân sụn cá mập (C dussumieri) enzyme protease 2) Đánh giá chất lượng dịch thủy phân sụn cá mập xác định cấu trúc chondroitin sulfate 3) Nghiên cứu sấy phun tạo bột đạm thủy phân. .. ĐÔNG NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BỘT ĐẠM THỦY PHÂN CHỨA CHONDROITIN SULFATE TỪ SỤN CÁ MẬP TRẮNG (CARCHARHINUS DUSSUMIERI) BẰNG ENZYME PROTEASE LUẬN ÁN TIẾN SĨ Chuyên ngành : Công nghệ Chế biến Thủy sản