- Hàm lượng đường khử trong nguyên liệu được tính theo công thức sau:
4.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ lên khả năng thủy phân BĐN bởi chế phẩm vi sinh B subtilis DC
Chủng vi khuẩn B. subtilis DC5 có khả năng sinh enzyme (amylase, protease) ngoại bào cao. Các enzyme này có khả năng thủy phân các hợp chất cacbohydrate (rafinose, stachyose,...) và protein của BĐN (kết quả thu được ở phần 4.1). Vì vậy, trong nghiên cứu tiếp theo chúng tôi khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ủ chế phẩm trong BĐN.
Để thực hiện nghiên cứu này, chúng tôi phối trộn chế phẩm trên với tỉ lệ khác nhau và thay đổi nhiệt độ ủ. Kết quả xác định hoạt độ enzyme còn lại trong BĐN sau khi xử lý được thể hiện ở bảng 4.4 và bảng 4.5. Mức độ xử lý BĐN của chế phẩm thông qua: hàm lượng đường khử và nitơ formol, thể hiện qua các hình: 4.3, 4.4, 4.5.
Bảng 4.4. Hoạt độ enzyme ngoại bào còn lại trong bã đậu nành khi bổ sung 5% chế phẩm vi sinh B. subtilis DC5 sau 4 giờ ủ
Hoạt độ enzyme Mẫu khảo sát (oC) Amylase (UI/g) Protease (Hp/g) 40 17,370a 0,570a 45 10,769b 3,790b 50 9,520c 0,260c
(Kết quả xử lý sai khác theo cột, các chữ cái khác nhau biểu thị sự sai khác có ý nghĩa thống kê, Duncan’test (P< 0,05))
Từ kết quả ở bảng 4.4 cho thấy, khi xử lý BĐN bởi chế phẩm vi sinh chứa
B. subtilis DC5 với tỉ lệ 5% thì sau 4 giờ ủ: hoạt độ enzyme ngoại bào còn lại ở
nhiệt độ ủ 40oC vẫn ở mức cao (amylase: 17,370 UI/g, protease: 0,57 Hp/g). Các mẫu ủ ở nhiệt độ càng cao thì hoạt độ enzyme còn lại càng thấp. Nhiệt độ có tác động đến hoạt độ của enzyme và kết quả của tác động là: nhiệt độ làm hoạt hóa các phản ứng hóa học và làm biến tính protein và làm vô hoạt enzyme. Tức là, mỗi enzyme đều có một khoảng nhiệt độ tối thích để hoạt động, vượt ra ngoài khoảng đó thì hoạt độ enzyme giảm đi hoặc bị bất hoạt hoàn toàn.
Điều này có thể được giải thích là: ở nhiệt độ càng lên cao thì hoạt độ enzyme (đặc biệt là protease) bị bất hoạt dần. Mặt khác, một số chất kìm hãm hoạt động của enzyme sinh ra trong quá trình trao đổi chất của vi sinh vật và sau khi phản ứng với cơ chất thì hoạt độ enzyme cũng phần nào giảm đi.
Bảng 4.5. Hoạt độ enzyme ngoại bào còn lại trong bã đậu nành khi bổ sung 10% chế phẩm vi sinh B. subtilis DC5 sau 4 giờ ủ
Hoạt độ enzyme Mẫu khảo sát (oC) Amylase (UI/g) Protease (Hp/g) 40 16,989a 0,253a 45 13,873b 0,161b 50 5,680c 0,056c
(Kết quả xử lý sai khác theo cột, các chữ cái khác nhau biểu thị sự sai khác có ý nghĩa thống kê, Duncan’test (P< 0,05))
Cũng như hoạt độ enzyme còn lại sau ở kết quả ủ thủy phân BĐN trong bảng bảng 4.4. Khi bổ sung 10% chế phẩm vi sinh B. subtilis DC5 trong BĐN, hoạt độ enzyme (bảng 4.5) cũng có xu hướng giảm dần khi nhiệt độ tăng từ 40oC lên 50oC. Hoạt độ amylase còn lại sau khi ủ 4 giờ ở nhiệt độ 40oC là cao nhất (16,989 UI/g), thấp nhất là ở nhiệt độ ủ 50 oC (5,680 UI/g). Hoạt độ protease còn lại ở nhiệt độ ủ 40oC cũng cao nhất (0,253 HP/g), hoạt độ thấp nhất ở nhiệt độ ủ là 50oC (0,056 HP/g)
Hầu hết hoạt độ enzyme tương ứng với các nhiệt độ khảo sát 10% chế phẩm đều nhỏ hơn ở 5%. Với mật độ ban đầu từ chế phẩm là giống nhau, nhưng khi bổ sung với hàm lượng 10% thì lượng chế phẩm đưa vào xử lý sẽ gấp đôi khi bổ sung chế phẩm 5%. Tuy nhiên, khi mật độ tế bào vi khuẩn đưa vào lớn thì sẽ giảm thời gian từ pha lag (pha tiềm ẩn) đến pha lũy tiến (trong cùng một điều kiện nuôi cấy khi bổ sung 5% chế phẩm). Sự giảm hoạt độ enzyme khi bổ sung lượng chế phẩm lớn hơn của chủng B.subtilis DC5 có lẽ là do sự phát triển để đạt pha cân bằng động của vi khuẩn trong BĐN quá nhanh. Do đó, enzyme ngoại bào sinh ra dễ giảm hoạt độ hơn do chịu tác động của các chất kìm hãm do vi khuẩn sinh ra trong môi trường và đặc biệt là sự giảm pH trong thời gian dài.
So với các mẫu đối chứng không bổ sung chế phẩm thì các mẫu thí nghiệm có sự sai khác có ý nghĩa về mặt thống kê (P<0,05) (phần phụ lục)
Kết quả đo hàm lượng đường khử trong BĐN sau khi thủy phân BĐN bởi chế phẩm B. subtilis DC5 được thể hiện ở hình 4.3:
Hình 4.3. Hàm lượng đường khử sinh ra sau khi xử lý BĐN bởi chế phẩm vi sinh B. subtilis DC5 qua các nhiệt độ ủ.
48H H à m lư ợ ng đ ư ờ ng kh
(Các chữ cái in thường khác nhau thể hiện sự sai khác có ý nghĩa (Duncan’test (P<0,05) đối với BĐN có bổ sung 5% chế phẩm, các chữ cái in hoa thể hiện sai
khác có ý nghĩa với BĐN có bổ sung 10% chế phẩm)
Kết quả ở hình 4.3 cho thấy ở nhiệt độ ủ là 40oC thì hàm lượng đường khử ở cả hai thí nghiệm (bổ sung 5% và 10% chế phẩm vi sinh chứa B. subtilis DC5) sinh ra là lớn nhất: với tỉ lệ phối trộn 5% chế phẩm thì lượng đường khử sinh ra là 1,122%, tỉ lệ phối trộn 10% chế phẩm thì hàm lượng đường khử đạt 0,821%. Ở cùng một nhiệt độ ủ, hàm lượng đường khử sinh ra sau khi xử lý BĐN bằng chế phẩm với tỉ lệ 5% lớn hơn hàm lượng đường khử sinh ra ở tỉ lệ phối trộn 10% chế phẩm. Nhiệt độ ủ càng cao thì hàm lượng đường khử sinh ra thấp. Các mẫu so sánh đều có sự sai khác có ý nghĩa về mặt thống kê (P<0,05).
Nhiệt độ ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của enzyme, qua đó tác động đến khả thủy phân cơ chất để sinh ra đường khử của enzyme amylase. Tại nhiệt độ thích hợp cho enzyme được vi khuẩn sinh ra thì hoạt độ chúng sẽ cao và hàm lượng cơ chất được thủy phân sinh ra đường khử nhiều hơn.
Hàm lượng nitơ formol sinh ra trong BĐN đã xử lý bởi chế phẩm B. subtilis DC5 đo được thể hiện ở hình 4.4:
Hình 4.4. Hàm lượng nitơ formol sinh ra sau khi xử lý BĐN bởi chế phẩm vi sinh B. subtilis DC5 qua các nhiệt độ ủ.
(Các chữ cái in thường khác nhau thể hiện sự sai khác có ý nghĩa (Duncan’test (P<0,05) đối với BĐN có bổ sung 5% chế phẩm, các chữ cái in hoa thể hiện sai
khác có ý nghĩa với BĐN có bổ sung 10% chế phẩm)
Kết quả ở hình 4.4 thấy được khi xử lý BĐN bằng chế phẩm vi sinh B. subtilis DC5 sẽ tạo ra được lượng nitơ formol cao. Đặc biệt, khi phối trộn với tỉ
lệ 5% cho kết quả cao hơn 10% ở cùng một nhiệt độ ủ và thời gian ủ (4 giờ). Cùng nhiệt độ ủ là 40oC thì hàm lượng nitơ formol tạo ra cao nhất (cả ở tỉ lệ phối trộn 5% và 10%). Ở nhiệt độ ủ 40oC, hàm lượng nitơ formol tạo thành cao nhất: 2,287 mg đối với quá trình bổ sung 5% chế phẩm và 1,96 mg khi bổ sung 10% chế phẩm. Điều này có thể giải thích là: ở nhiệt độ 40oC, enzyme protease ngoại bào của chủng B. subtilis DC5 sinh ra hoạt động tốt để thủy phân protein trong BĐN. Ở nhiệt độ cao hơn (45oC và 50oC) thì protease của chủng này có hoạt lực kém hơn nên lượng nitơ formol sinh ra có phần thấp hơn.
Quá trình xử lý BĐN bởi chế phẩm vi sinh phụ thuộc vào khả năng thủy phân cơ chất trong BĐN để tạo thành các hợp chất đơn giản là: đường khử và
Nhiệt độ ủ (oC) Hà m lư ợn g nit ơ for mo l (m g)
nitơ formol từ các hợp chất cacbohydrate và protein trong BĐN. Từ kết quả của hai đồ thị hình 4.3 và 4.4, có thể thấy rằng: khi cho ủ xử lý BĐN ở 40oC thì khả năng xử lý của chế phẩm chứa B. subtilis DC5 là tốt nhất (hàm lượng đường khử và nitơ formol sinh ra là lớn nhất so với các nhiệt độ ủ còn lại). Kết quả so sánh sai khác giữa khả năng thủy phân BĐN bởi chế phẩm vi sinh B. subtilis DC5 ở hai tỉ lệ 5% và 10% được thể hiện ở hình 4.5:
Hình 4.5. Hàm lượng đường khử và nitơ fomol sinh ra trong BĐN khi được xử lý bởi chế phẩm vi sinh B. subtilis DC5 ở nhiệt độ ủ là 40oC. (Các chữ cái in thường khác nhau thể hiện sự sai khác có ý nghĩa (Duncan’test (P<0,05) đối với hàm lượng nitơ formol sinh ra trong BĐN, các chữ cái in hoa
thể hiện sai khác có ý nghĩa với hàm lượng đường khử sinh ra trong BĐN )
Từ kết quả ở hình 4.5 cho thấy rằng hàm lượng đường khử và nitơ formol sinh ra trong BĐN sau khi xử lý bởi 5% chế phẩm vi sinh B. subtilis DC5 cao hơn ở 10%. Hàm lượng đường khử sinh ra có sự sai khác và sự sai khác này có ý nghĩa thống kê (P< 0,05). Khi bổ sung chế phẩm vi sinh này ở tỉ lệ 5% để xử lý BĐN không tiệt trùng thì hàm lượng đường khử đạt 1,122% gấp 1,367 lần khi hàm lượng đường khử sinh ra khi bổ sung 10% (đường khử 0,821%) .
Lượng nitơ formol sinh ra thì không có sự sai khác về mặt thống kê giữa hai tỉ lệ. Tuy nhiên, lượng nitơ amin sinh ra ở tỉ lệ 5% là 2,287 mg lớn hơn gấp 1,17 lần khi bổ sung chế phẩm tỉ lệ 10% (1,96 mg). Và về hiệu quả kinh tế khi xử lý thì việc bổ sung 5% chế phẩm B. subtilis DC5 để thủy phân BĐN là hợp lý nhất.
Do đó, chúng tôi lựa chọn tỉ lệ phối trộn chế phẩm B. subtilis DC5 để xử lý BĐN không tiệt trùng là 5% và nhiệt độ ủ xử lý tối ưu là 40oC cho quy trình công nghệ xử lý BĐN.
4.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ lên khả năng thủy phân BĐN bởi chế phẩm vi sinh B. amyloliquefacien N1