Tăng hiệu suất tách vỏ hạt cà phê bằng enzyme cellulase

CELLULOSE _CELLULASE .1 Cấu tạo cellulose

Các sợi này liên kết lại thành những bó nhỏ gọi là các microfibin có cấu trúc không đồng nhất, chúng có những phần đặc (phần kết tinh) và những phần xốp hơn (phần vô định hình). Điều này ảnh hưởng rất nhiều đến sự phân hủy cellulose của enzim, chỉ trong một số trường hợp (ví dụ như sợi bông) cellulose mới tồn tại trong trạng thái một polime gần tinh khiết. Các loài vi sinh vật sẽ thay phiên nhau phân hủy cellulose để tạo ra mùn và từ đó các thành phần cấu tạo của cellulose lại được đi vào các con đường chuyển hóa trong chu trình chuyển hóa vô tận của thiên nhiên.

Từ những nghiên cứu riêng lẻ từng loài enzym đến nghiên cứu tác động tổng hợp của cả ba loại enzym cellulase, nhiều tác giả đều đưa ra kết luận chung là các loài enzym cellulase sẽ thay phiên nhau phân hủy cellulose để tạo thành sản phẩm cuối cùng là glucose. Các loài vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp cellulase trong điều kiện tự nhiên thường bị ảnh hưởng bởi tác động nhiều mặt của các yếu tố ngoại cảnh nên có loài phát triển rất mạnh, có loài phát triển yếu. Hoạt động sống và trao đổi chất của tế bào vi sinh vật phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt độ nờn yếu tố nhiệt độ rừ ràng ảnh hưởng sõu sắc đến cỏc quỏ trỡnh sống và sinh tổng hợp của vi sinh vật.

Trong điều kiện phòng thí nghiệm hay điều kiện công nghiệp, việc phân hủy cellulose bằng enzym, ngoài các yếu tố kỹ thuật như nhiệt độ, pH, nồng độ cơ chất, lượng enzym…, một yếu tố hết sức quan trọng cần phải được quan tâm, đó là tính đồng bộ của hệ enzym cellulse từ nhiều nguồn vi sinh vật khác nhau. Aspergillus niger là một trong những loài nấm mốc có khả năng sinh nhiều enzym trong quá trình phát triển của nó như enzym proteinase, pectinase và cellulase… và tùy theo điều kiện môi trường nuôi cấy mà nó tạo enzym nào với hàm lượng nhiều. Cây cà phê bình thường có thể sống kéo dài tới 30-40 năm, tuy nhiên trong thực tế sản xuất người ta điều chỉnh cây mọc theo nhiệm kỳ kinh tế 12 năm và khai thác 2 nhiệm kỳ rồi phá bỏ để trồng lại.

✔ Xã hội: Trồng cà phê là một trong các giải pháp tạo công ăn việc làm cho hàng triệu lao động miền núi hiện nay đang thiếu việc làm, đây chính là cách xóa đói giảm nghèo có ý nghĩa nhân văn sâu sắc.

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

• DỤNG CỤ VÀ HOÁ CHẤT

Các chủng nấm mốc trên được nhận từ phòng Công nghệ thực phẩm, phòng vi sinh –Trường Đại Học Mở- Bán Công tp Hồ Chí Minh. Canh trường nấm mốc nghiền và khuấy trộn với nước (tỉ lệ giữa nước cất và canh trường là 1: 6), lọc lấy dịch lọc, đem dịch lọc ly tâm (4000 vòng/ phút trong 10 phút), phần trên thu được là dung dịch chứa enzym. Để thu nhận enzym cellulase từ nấm sợi và xạ khuẩn, người ta thường nuôi cấy theo phương pháp bề mặt môi trường xốp (còn gọi là môi trường bán rắn).

Cả xạ khuẩn và nấm sợi đều phát triển rất tốt trên môi trường xốp có độ ẩm là 60-65%, có cơ chất là cellulose. Thành phần môi trường nuôi cấy xạ khuẩn và nấm sợi rất đa dạng, trong đó đó phải vừa đủ chất dinh dưỡng, vừa phải có cơ chất là cellulose và phải có độ xốp nhất định để không khí có thể lưu thông từ bên ngoài môi trường vào trong khối môi trường. Cả hai nhóm xạ khuẩn và nấm sợi đều là những vi sinh vật hiếu khí nên quá trình nuôi thường xuyên phải được cung caáp oxy.

Điểm khác biệt lớn nhất trong khi nuôi nấm sợi và xạ khuẩn là xạ khuẩn phát triển mạnh trong môi trường kiềm và môi trường acid yếu, còn nấm sợi phát triển trong môi trường acid. Sau khi nuôi cấy trong những điều kiện kỹ thuật tối ưu, người ta thu được chế phẩm cellulase ở dạng thô. Dùng môi trường thạch CMC đỗ đĩa, dùng ống đục lỗ có đường kính=8mm, cho dịch enenzymvào đầy lỗ đục.

Cân 100g cà phê tươi, lên men với các nồng độ enzym khác nhau, sau thời gian thích hợp, kiểm tra khả năng tách vỏ hạt của từng chủng VSV. Một đơn vị hoạt tính (UI) tương đương số mg đường (glucose hay manose) được tạo thành khi thuỷ phân cơ chất (CMC hay galactomanan) trong thời gian 1 giờ ở nhiệt độ và pH xác định bởi 1g chất khô (nguyên liệu). Nếu có một chất nhận hết ion Cu++, ví dụ oxalatkalium, thì trong dung dịch bây giờ chỉ có chất oxalo Cu++ và I- chứ không có iod tự do.

- Định lượng đường khử bằng phương pháp Scheffer- Hartman - Dịch từ phản ứng thuỷ phân lọc qua giấy lọc. - Từ đường chuẩn dựng được ta sẽ tính được hàm lượng đường khử trong maãu phaân tích. Ghi chú: do đây là thí nghiệm dịch chiết enzym nên A (khối lượng enzym thô, thu được từ Bg nguyên liệu khô ban đầu) được xem như là toàn bộ dịch chiết thu được (ml).

KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN

XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG PHÂN GIẢI CMC CỦA CHỦNG NẤM MOÁC

Thí nghiệm này nhằm giúp chúng tôi biết được loại nào của chủng vi sinh vật này có khả năng tổng hợp cellulose cao.

XÁC ĐỊNH HOẠT TÍNH DỊCH ENZYM CELLULASE CỦA ASPERGILLUS SPP

- Từ kết quả của đường kính thuỷ phân, kiểm nghiệm lại bằng hoạt tính enzym.Và nhận thấy: Asp.oryzae có hoạt tính cao nhất ở pH=5 đạt 26.6 (UI/g nguyên liệu).

XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT THÍ NGHIỆM ỨNG DỤNG ENZYM CELLULASE TRONG TÁCH VỎ HẠT CÀ PHÊ

Như vậy: với thời gian càng lâu khả năng tách vỏ của chủng Aspergillus spp càng cao. - Theo kết quả trên, chúng tôi đã kiểm chứng bằng mẫu trắng, hiệu suất tách vỏ của mẩu trắng thấp (đạt 4%).