intTypePromotion=1

Khả năng thủy phân Phytate và Cellulose trong bã sắn của chủng Bacillus subtilis C7

Chia sẻ: Thi Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

0
66
lượt xem
3
download

Khả năng thủy phân Phytate và Cellulose trong bã sắn của chủng Bacillus subtilis C7

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bacillus subtilis C7 có khả năng sinh các enzyme cellulase, phytase để thủy phân cellulose và phytate trong bã sắn. Nghiên cứu tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả thủy phân cellullose và phytate khi ủ bã sắn với chủng vi khuẩn Bacillus subtilis C7, từ đó xác định các thông số thích hợp cho quá trình ủ. Kết quả cho thấy thời gian ủ thích hợp là 48 giờ, nhiệt độ ủ 36 ± 10 C, tỷ lệ nước: hỗn hợp là 2:1, tỷ lệ đậu nành bổ sung 10%. Hiệu suất thủy phân cellulose, phytate sau khi ủ lần lượt là 35,27 ± 2,81% và 39,48 ± 0,05%

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Khả năng thủy phân Phytate và Cellulose trong bã sắn của chủng Bacillus subtilis C7

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> <br /> Số 3/2014<br /> <br /> KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CÖÙU ÑAØO TAÏO SAU ÑAÏI HOÏC<br /> <br /> KHẢ NĂNG THỦY PHÂN PHYTATE VÀ CELLULOSE TRONG BÃ SẮN<br /> CỦA CHỦNG BACILLUS SUBTILIS C7<br /> THE HYDROLYSIS ABILITY OF BACILLUS SUBTILIS C7 ON CELLULOSE<br /> AND PHYTATE IN CASSAVA RESIDUE<br /> <br /> Mạch Trần Phương Thảo1, Phạm Hồng Ngọc Thùy2, Nguyễn Minh Trí3<br /> Ngày nhận bài: 21/11/2013; Ngày phản biện thông qua: 21/02/2014; Ngày duyệt đăng: 13/8/2014<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Bacillus subtilis C7 có khả năng sinh các enzyme cellulase, phytase để thủy phân cellulose và phytate trong bã sắn.<br /> Nghiên cứu tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả thủy phân cellullose và phytate khi ủ bã sắn với chủng vi<br /> khuẩn Bacillus subtilis C7, từ đó xác định các thông số thích hợp cho quá trình ủ. Kết quả cho thấy thời gian ủ thích hợp là<br /> 48 giờ, nhiệt độ ủ 36 ± 10C, tỷ lệ nước: hỗn hợp là 2:1, tỷ lệ đậu nành bổ sung 10%. Hiệu suất thủy phân cellulose, phytate<br /> sau khi ủ lần lượt là 35,27 ± 2,81% và 39,48 ± 0,05%.<br /> Từ khóa: Bacillus subtilis C7, cellulose, phytate, bã sắn<br /> <br /> ABSTRACT<br /> Bacillus subtilis C7 has ability to synthesize cellulase and phytase to hydrolyze cellulose and phytate in cassava<br /> residue. This research studied factors that were influential in the productivity of cellulose and phytate hydrolysis in<br /> cassava residue with Bacillus subtilis C7 to choose suitable factors for fermentation. Research results showed that suitable<br /> fermenting time was 48 hours, fermenting temperature was 36 ± 10C , the ratio of water and mixture was 2:1, the content<br /> of added soybean was 10%. The hydrolysis productivity of cellulose and phytate after the fermentation was 35,27 ± 2,81%<br /> and 39,48 ± 0,05%, respectively.<br /> Keywords: Bacillus subtilis C7, cellulose, phytate, cassava residue<br /> <br /> I. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Sắn là cây lương thực quan trọng, được trồng<br /> ở rất nhiều nước trên thế giới. Tổ chức Nông Lương<br /> Liên hiệp quốc (FAO) xếp sắn là cây lương thực quan<br /> trọng ở các nước đang phát triển sau lúa gạo, ngô<br /> và lúa mì. Ở Việt Nam, cây sắn đã chuyển đổi vai<br /> trò từ cây lương thực thành cây công nghiệp với tốc<br /> độ cao, năng suất và sản lượng sắn đã tăng nhanh<br /> ở thập kỷ đầu của thế kỷ XXI. Hiện nay, sắn được<br /> sử dụng chính trong chế biến tinh bột sắn, sản xuất<br /> ethanol, thức ăn chăn nuôi và ăn tươi. Phần bã sắn<br /> còn lại từ quá trình sản xuất tinh bột là nguồn thức ăn<br /> tiềm năng cho gia súc, nhất là trong tình trạng hiện<br /> nay, nguồn thức ăn gia súc trong nước không cung<br /> ứng đủ, thường phải nhập từ nước ngoài, chi phí<br /> thức ăn ảnh hưởng lớn đến thu nhập các hộ gia đình,<br /> cơ sở chăn nuôi và ảnh hưởng đến sự phát triển<br /> 1<br /> 2<br /> <br /> của ngành chăn nuôi. Tuy nhiên, trong bã sắn còn<br /> chứa thành phần khó hấp thu được là cellulose.<br /> Ngoài ra, trong bã sắn chứa axit phytic - yếu tố kháng<br /> dinh dưỡng - là chất có khả năng tạo phức chặt chẽ<br /> với các ion kim loại tạo nên các muối phytate (muối<br /> của axit phytic với Na+), phytin (muối của axit phytic<br /> với Ca2+, Mg2+) và các hợp chất khác như axit amin,<br /> protein, làm ức chế các enzyme tiêu hóa, ngăn cản<br /> sự hấp thu các chất này vào cơ thể sống [8].<br /> Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra Bacillus spp. có khả<br /> năng sinh tổng hợp enzyme cellulase, phytase [1],<br /> [2], [3], [10] để thủy phân cellulose và phytate. Do<br /> đó, việc nghiên cứu khả năng thủy phân cellulose<br /> và phytate trong bã sắn từ chủng Bacillus subtilis C7<br /> là cần thiết, góp phần nâng cao giá trị sử dụng, giá<br /> trị kinh tế cho bã sắn và hạn chế ô nhiễm môi trường<br /> do quá trình sản xuất tinh bột sắn gây ra.<br /> <br /> Mạch Trần Phương Thảo: Cao học Công nghệ sau thu hoạch 2011 - Trường Đại học Nha Trang<br /> ThS. Phạm Hồng Ngọc Thùy, 3 TS. Nguyễn Minh Trí: Khoa Công nghệ thực phẩm - Trường Đại học Nha Trang<br /> <br /> 180 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG<br /> <br /> Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> II. ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP<br /> NGHIÊN CỨU<br /> 1. Đối tượng nghiên cứu<br /> Chủng vi khuẩn Bacillus subtilis C7 được lấy từ<br /> Phòng Thí nghiệm Vi sinh, Khoa Công nghệ thực<br /> phẩm, Trường Đại học Nha Trang.<br /> 2. Vật liệu nghiên cứu<br /> Bã sắn: Sau quá trình chế biến tinh bột sắn, bã<br /> sắn được thu nhận và sấy khô đến hàm lượng ẩm<br /> từ 5 - 6% để tiến hành nghiên cứu. Bã sắn mua từ<br /> Công ty Trách nhiệm hữu hạn Ánh Tuyết, Cam Hải<br /> Tây, Cam Lâm, Khánh Hòa.<br /> Đậu nành: Đậu nành được được tiến hành phân<br /> loại để loại bỏ các hạt bị hư hỏng, sâu mọt, sau đó<br /> tiến hành sấy khô đến hàm lượng ẩm khoảng 5 - 6%,<br /> xay nhỏ để sử dụng cho nghiên cứu. Đậu nành<br /> được mua tại chợ Đầm (Nha Trang, Khánh Hòa).<br /> Cám gạo: Sử dụng cám mới, không có dư vị<br /> chua hay đắng, không có mùi hôi. Độ ẩm của cám<br /> không quá 15%.<br /> Rỉ đường: Rỉ đường được mua ở Công ty Cổ<br /> phần Đường Ninh Hòa có độ ẩm 48%, bảo quản nơi<br /> khô ráo để sử dụng cho nghiên cứu.<br /> 3. Phương pháp nghiên cứu<br /> 3.1. Phương pháp phân tích<br /> 3.1.1. Xác định hàm lượng cellulose theo TCVN<br /> 4329-93 [9]<br /> Nguyên tắc: Dùng dung dịch axit và kiềm với<br /> nồng độ nhất định thủy phân và tách khỏi mẫu thử<br /> các chất bột đường, protein, dầu mỡ, một phần<br /> hemicelulose và lignin còn lại là cellulose thô.<br /> 3.1.2. Xác định hàm lượng phytate theo phương<br /> pháp Wade [4]<br /> Nguyên tắc: Sử dụng dung dịch HCl 2,4% để<br /> chiết axit phytic ra khỏi mẫu, sau đó bổ sung dung<br /> dịch Wade (0,03% FeCl3 và 0,3% axit sulfosalisylic) để<br /> phản ứng với axit phytic, lượng dung dịch Wade không<br /> tác dụng với axit phytic được xác định bằng cách so<br /> màu ở bước sóng 500 nm, từ đó tính được hàm lượng<br /> axit phytic đã tác dụng với dung dịch Wade.<br /> III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN<br /> <br /> Số 3/2014<br /> 3.1.3. Xác định hoạt độ enzyme bằng phương pháp<br /> đo đường kính vòng thủy phân [5], [6]<br /> Nguyên tắc: Cho enzyme tác dụng lên cơ chất<br /> đặc hiệu cho từng enzyme (carboxy metyl cellulose<br /> (CMC) đối với cellulase, phytate đối với phytase)<br /> trong môi trường thạch, cơ chất bị phân giải, độ đục<br /> của môi trường bị giảm, môi trường trở nên trong<br /> suốt. Độ lớn của vòng phân giải phản ánh mức độ<br /> hoạt động của enzyme.<br /> 3.2. Bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng của tỷ lệ<br /> đậu nành, nhiệt độ ủ, tỷ lệ nước bổ sung, thời gian<br /> và thành phần môi trường đến khả năng thủy phân<br /> cellulose và phytate<br /> Bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng của tỷ lệ<br /> đậu nành, nhiệt độ ủ, tỷ lệ nước bổ sung, thời gian<br /> và thành phần môi trường đến quá trình thủy phân<br /> cellulose và phytate với khoảng biến thiên của các<br /> yếu tố như sau:<br /> - Tỷ lệ đậu nành: từ 0 đến 20% với bước nhảy<br /> là 5%.<br /> - Nhiệt độ ủ: khảo sát ở ba mức nhiệt độ là<br /> 24 ± 10C, 31 ± 10C, 36 ± 10C.<br /> - Tỷ lệ hỗn hợp (bã sắn + đậu nành): nước:<br /> 1:1; 1:1,5; 1:2; 1:2,5.<br /> - Thời gian: khảo sát thời gian ủ từ 0 giờ đến<br /> 72 giờ với bước nhảy là 12 giờ.<br /> - Thành phần môi trường: khảo sát bốn công<br /> thức môi trường:<br /> Công thức 1 (CT1): 5% Đậu nành + 5% cám<br /> gạo + 90% bã sắn;<br /> Công thức 2 (CT2): 5% Đậu nành + 5% rỉ<br /> đường + 90% bã sắn;<br /> Công thức 3 (CT3): 5% Đậu nành + 5% cám<br /> gạo + 5% rỉ đường + 85% bã sắn;<br /> Công thức 4 (CT4): 10% Đậu nành + 90% bã sắn.<br /> Cố định mật độ vi khuẩn là 106 CFU/g.<br /> 3.3. Phân tích số liệu<br /> Mỗi thí nghiệm được tiến hành 3 lần, kết quả<br /> trình bày là trung bình cộng của 3 lần thí nghiệm ±<br /> độ tin cậy 95%. Số liệu được phân tích phương sai<br /> (ANOVA), sự khác biệt có ý nghĩa với p ≤ 0,05.<br /> <br /> 1. Ảnh hưởng của tỷ lệ đậu nành đến khả năng thủy phân cellulose và phytate<br /> <br /> Hình 1. Ảnh hưởng của tỷ lệ đậu nành đến khả năng thủy phân cellulose và phytate<br /> <br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 181<br /> <br /> Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> Từ đồ thị hình 1 cho thấy, khi tỷ lệ đậu nành<br /> bổ sung là 10%, đường kính vòng phân giải CMC<br /> và phytate đạt cực đại, lần lượt là 9,08 ± 0,95 mm<br /> và 7,08 ± 0,96 mm. Hiệu suất thủy phân phytate và<br /> cellulose cũng tăng dần khi tăng tỷ lệ đậu nành từ<br /> 0% đến 10%, cụ thể khi không bổ sung đậu nành<br /> thì hiệu suất thủy phân phytate và cellulose là<br /> 9,36 ± 0,35% và 25,6 ± 2,90%, khi tỷ lệ đậu nành là<br /> 10% thì hiệu suất thủy phân phytate và cellulose đạt<br /> <br /> Số 3/2014<br /> cao nhất, lần lượt là 39,48 ± 0,05% và 35,27 ± 2,81%.<br /> Nếu tiếp tục tăng tỷ lệ đậu nành lên 15% và 20% thì<br /> hiệu suất thủy phân phytate và cellulose giảm dần.<br /> Do đó, chọn tỷ lệ đậu nành bổ sung là 10%,<br /> kết quả này tương tự với kết quả nghiên cứu của<br /> L. Noubi và cs (1995) [7].<br /> 2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ đến khả năng thủy<br /> phân cellulose và phytate<br /> <br /> Hình 2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng thủy phân cellulose và phytate<br /> <br /> Nghiên cứu lựa chọn 3 mức nhiệt độ 24 - 30<br /> - 36 C nhằm theo thang nhiệt độ thực tế ở các địa<br /> phương những vùng hay trồng và chế biến tinh bột<br /> sắn như Quảng Trị, Quảng Bình, Khánh Hòa… Khi<br /> tăng nhiệt độ ủ từ 24 ± 10C lên 36 ± 10C thì đường<br /> kính thủy phân CMC và phytate tăng; hiệu suất thủy<br /> phân cellulose và phytate cũng tăng tương ứng. Ở<br /> nhiệt độ ủ là 36 ± 1oC thì đường kính thủy phân<br /> CMC và phytate là 9,17± 0,72 mm và 7,75 ± 0,5 mm;<br /> 0<br /> <br /> hiệu suất thủy phân cellulose đạt 33,30 ± 0,57% và<br /> phytate đạt 39,66 ± 0,02%; tăng 19% và 21% so với<br /> khi ủ ở nhiệt độ 24 ± 10C. Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ<br /> lên 400C vẫn là điều kiện vi khuẩn Bacillus subtilis C7<br /> thích nghi và sinh enzyme phản ứng tiếp tục thủy<br /> phân tuy nhiên mức nhiệt độ này không thể duy<br /> trì một cách tự nhiên mà chỉ rơi vào trong khoảng<br /> 24 - 360C. Vì vậy, nhiệt độ 36 ± 10C thích hợp cho<br /> quá trình thủy phân cellulose và phytate.<br /> <br /> 3. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước bổ sung đến khả năng thủy phân cellulose và phytate<br /> <br /> Hình 3. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước bổ sung đến khả năng thủy phân cellulose và phytate<br /> <br /> Từ hình 3 cho thấy, khi tỷ lệ hỗn hợp: nước tăng dần từ 1:1 lên 1: 2 thì đường kính thủy phân CMC và<br /> phytate tăng từ đó hiệu suất thủy phân cellulose và phytate cũng tăng dần. Ở mức tỷ lệ hỗn hợp: nước là<br /> 1 : 2, hiệu suất thủy phân cellulose là 31,54 ± 1,32% và hiệu suất thủy phân phytate là 37,01 ± 0,67%. Tuy<br /> nhiên khi tiếp tục tăng tỷ lệ hỗn hợp:nước lên 1:2,5 thì hiệu suất thủy phân cellulose và phytate không khác biệt<br /> (p > 0,05). Vì thế chọn tỷ lệ hỗn hợp: nước là 1 : 2 (độ ẩm tương ứng là 70%) cho quá trình ủ.<br /> <br /> 182 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG<br /> <br /> Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> <br /> Số 3/2014<br /> <br /> 4. Ảnh hưởng của thời gian ủ đến khả năng thủy phân cellulose và phytate<br /> <br /> Hình 4. Ảnh hưởng của thời gian ủ đến khả năng thủy phân cellulose và phytate<br /> <br /> Từ hình 4 cho thấy, khi tăng thời gian ủ từ 12 giờ<br /> đến 48 - 60 giờ thì đường kính CMC và phytate tăng<br /> từ đó hiệu suất thủy phân cellulose và phytate cũng<br /> tăng. Hiệu suất thủy phân cellulose sau khi ủ 48 giờ,<br /> đạt 31,54 ± 0,82%; nếu tiếp tục tăng thời gian ủ lên<br /> 60 giờ và 72 giờ thì hiệu suất thủy phân cellulose<br /> <br /> không có sự khác biệt (p > 0,05). Thời gian ủ là<br /> 48 giờ và 60 giờ thì hiệu suất thủy phân phytate lần<br /> lượt là 36,98 ± 0,47% và 40,06 ± 1,71%. Sau 48 giờ<br /> ủ thì hiệu suất thủy phân cellulose và phytate đều<br /> cao hơn 30%, do đó chọn thời gian ủ bã sắn với<br /> chủng vi khuẩn Bacillus subtilis C7 là 48 giờ.<br /> <br /> 5. Ảnh hưởng của thành phần môi trường đến khả năng thủy phân cellulose và phytate<br /> <br /> Hình 5. Ảnh hưởng của thành phần môi trường đến khả năng thủy phân cellulose và phytate<br /> <br /> Công thức 1 (CT1): 5% đậu nành + 5% cám gạo<br /> + 90% bã sắn;<br /> Công thức 2 (CT2): 5% đậu nành + 5% rỉ đường<br /> + 90% bã sắn;<br /> Công thức 3 (CT3): 5% đậu nành + 5% cám gạo<br /> + 5% rỉ đường + 85% bã sắn;<br /> Công thức 4 (CT4): 10% đậu nành + 90% bã sắn.<br /> Kết quả trong hình 5 cho thấy, đường kính CMC<br /> và hiệu suất thủy phân cellulose ở CT1, CT2, CT3<br /> <br /> không có sự khác biệt (p > 0,05), trong khi ở CT4<br /> đường kính CMC đạt cao nhất 8,58 ± 0,36 mm hiệu<br /> suất thủy phân cellulose cao nhất ở 31,54 ± 0,82.<br /> Hiệu suất thủy phân phytate ở CT3, CT4 cũng cao<br /> hơn ở CT1 và CT2 (p < 0,05); đường kính thủy<br /> phytate đạt cao nhất ở CT4 là 6,08 ± 0,15 mm và<br /> hiệu suất đạt 36,74 ± 1,49. Vì vậy có thể bổ sung<br /> đậu nành nhằm tăng hàm lượng chất dinh dưỡng và<br /> tăng hiệu suất thủy phân cellulose và phytate.<br /> <br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 183<br /> <br /> Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ<br /> 1. Kết luận<br /> Xác định được các thông số của quá trình ủ<br /> bã sắn với chủng Bacillus subtilis C7 để quá trình<br /> thủy phân cellulose và phytate đạt hiệu quả cao.<br /> Kết quả cho thấy thời gian ủ thích hợp là 48 giờ,<br /> nhiệt độ ủ 36 ± 10C, tỷ lệ nước: hỗn hợp là 2:1, tỷ lệ<br /> đậu nành bổ sung 10%. Hiệu suất thủy phân<br /> <br /> Số 3/2014<br /> cellulose, phytate sau khi ủ lần lượt là 35,27 ± 2,81%<br /> và 39,48 ± 0,05%.<br /> 2. Kiến nghị<br /> Nghiên cứu sử dụng kết hợp giữa chủng<br /> Bacillus subtilis C7 và các chủng vi sinh vật khác để<br /> tăng hiệu quả thủy phân cellulose và phytate, giảm<br /> hàm lượng độc tố cyanua để ứng dụng trong sản<br /> xuất thức ăn chăn nuôi.<br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> Tiếng Việt<br /> 1.<br /> <br /> Nguyễn Minh Trí, Mạch Trần Phương Thảo, Nguyễn Thị Thanh Hải, Phạm Hồng Ngọc Thùy, 2013. Tuyển chọn chủng Bacillus<br /> spp. sinh enzyme và nhân sinh khối trên môi trường bã sắn. Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, 223: 84-88.<br /> <br /> 2.<br /> <br /> TCVN 4329-93. Xác định chất xơ thô.<br /> <br /> 3.<br /> <br /> Crispen Mawadza, Rajni Hatti-Kaul, Remigio Zvauya, Bo Mattiasson, 2000. Purification and characterization of cellulases<br /> produced by two Bacillus strains. Journal of Biotechnology, 83: 177 – 187.<br /> <br /> 4.<br /> <br /> Deepmoni Deka, P.Bhargavi, Ashish Sharma, Dinesh Goyal, and M. Jawed, and Arun Goyal, 2011. Enhancement of Cellulase<br /> Activity from a New Strain of Bacillus subtilis by Medium Optimization and Analysis with Various Cellulosic Substrates.<br /> Enzyme Research.<br /> <br /> 5.<br /> <br /> Frühbeck G, Alonso R, Marzo F, Santidrián S., 1995. A modified method for the indirect quantitative analysis of phytate in<br /> foodstuffs. Anal biochem.<br /> <br /> 6.<br /> <br /> Jacob, M.B. and Gerstein, M.J., 1960. Hand book of Microbiology. D. Van Nostrand Co. Inc. Princeton. New Jersey, USA, 61.<br /> <br /> 7.<br /> <br /> Ji Hwan Yoon, Ji Eun Park, Dong Yeon Suk, 2007. Comparision of Dyes for easy detection of Extracellular Cellulase in<br /> Fungi. Mycobiology, 35.<br /> <br /> 8.<br /> <br /> Noubi, Festus A. Numfor and L., 1995. Effect of full-fat soya bean flour on the quality and acceptabiIity of fermented cassava<br /> flour. The United Nations University Press, Food and Nutrition Bulletin, 16.<br /> <br /> 9.<br /> <br /> Oboh, Ganiyu, 2006. Nutrient enrichment of cassava peels using a mixed culture of Saccharomyces cerevisae and Lactobacillus spp.<br /> solid media fermentation techniques. Electronic Journal of Biotechnology: 46-49.<br /> <br /> Tiếng Anh<br /> <br /> 10. Thuy Thi Tran, Suhaila Omar Hashim, Yasser Gaber, Gashaw Mamo, Bo Mattiasson, Rajni Hatti-Kaul, 2011. Thermostable<br /> alkaline phytase from Bacillus sp. MD2: Effect of divalent metals on activity and stability. Journal of Inorganic Biochemistry,<br /> 105: 1000-1007.<br /> <br /> 184 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG<br /> <br />
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2