Luận văn Thạc sĩ Công nghệ thực phẩm: Nghiên cứu xử lý nâng cao giá trị của bã đậu nành (okara) bởi Bacillus amyloliquefaciens N1 và Lactobacillus fermentum DC4t2

Chia sẻ: Xedapbietbay Xedapbietbay | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:89

Thêm vào BST

Báo xấu

43
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài “Nghiên cứu xử lý nâng cao giá trị của bã đậu nành (okara) bởi Bacillus amyloliquefaciens N1 và Lactobacillus fermentum DC4t2” với mục đích nâng cao giá trị sử dụng của bã đậu nành, phế phụ phẩm của nhà máy sản xuất sữa đậu nành.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Công nghệ thực phẩm: Nghiên cứu xử lý nâng cao giá trị của bã đậu nành (okara) bởi Bacillus amyloliquefaciens N1 và Lactobacillus fermentum DC4t2

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan luận văn được tiến hành nghiên cứu một cách nghiêm túc và kết quả của các nhà nghiên cứu đi trước đã được tiếp thu một cách chân thực, cẩn thận, có trích nguồn dẫn cụ thể trong luận văn. Nếu không đúng như đã nêu trên, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về đề tài của mình. Huế, ngày 27 tháng 9 năm 2017 Tác giả luận văn Lê Thị Kim Anh PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
ii LỜI CẢM ƠN Để thực hiện và hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được nhiều sự quan tâm giúp đỡ nhiệt tình của các tổ chức và cá nhân. Tôi xin cảm ơn đến các Thầy Cô giáo khoa Cơ Khí - Công Nghệ, Phòng Đào tạo Sau đại học, cùng tất cả quý Thầy Cô khác trong Trường Đại học Nông Lâm Huế đã truyền đạt những kiến thức quý giá cho tôi trong suốt quá trình học tại trường. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô giáo PGS.TS. Đỗ Thị Bích Thủy đã tận tình, chỉ bảo và giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các giáo viên và các bạn tại phòng thí nghiệm khoa Cơ Khí - Công Nghệ, Trường Đại học Nông Lâm và các anh, chị công tác tại Phòng thí nghiệm khoa Hóa Học, Trường Đại Học Khoa Học, Đại học Huế đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, Lãnh đạo và các anh, chị đồng nghiệp của Trung tâm Y tế huyện Bố Trạch - tỉnh Quảng Bình đã ủng hộ, chia sẻ, giúp đỡ và hỗ trợ tôi về mọi mặt trong suốt thời gian qua. Do bản thân còn thiếu kinh nghiệm nên luận văn này còn hạn chế và thiếu sót. Rất mong sự thông cảm và đóng góp ý kiến từ quý thầy cô và bạn bè để luận văn hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Huế, ngày 27 tháng 9 năm 2017 Tác giả luận văn Lê Thị Kim Anh PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
iii TÓM TẮT PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii TÓM TẮT...................................................................................................................... iii MỤC LỤC ......................................................................................................................iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................... vii DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................... viii DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ ...............................................................................ix MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 1. Đặt vấn đề ....................................................................................................................1 2. Mục tiêu của đề tài ......................................................................................................2 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .....................................................................................2 4. Tính mới của đề tài ......................................................................................................2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................3 1.1. TỔNG QUAN VỀ BÃ ĐẬU NÀNH ......................................................................3 1.1.1. Giới thiệu chung ....................................................................................................3 1.1.2. Thành phần của bã đậu nành và tác dụng của sự lên men bởi vi sinh vật .............3 1.2. TỔNG QUAN VỀ Bacillus sp. ................................................................................7 1.2.1. Khả năng sinh tổng hợp amylase của Bacillus sp. ................................................7 1.2.2. Khả năng sinh tổng hợp protease của Bacillus sp. ................................................8 1.2.3. Khả năng sinh tổng hợp cellulase của Bacillus sp. ...............................................9 1.2.4. Khả năng sinh tổng hợp lipase của Bacillus sp. ....................................................9 1.3. TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN LACTIC .............................................................. 10 1.3.1. Tiềm năng probiotic của vi khuẩn lactic ............................................................. 11 1.3.2. Lên men lactic của vi khuẩn lactic ......................................................................12 1.4. MỘT SỐ CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI .........13 1.4.1. Các công trình nghiên cứu ở nước ngoài............................................................. 13 1.4.2. Các công trình nghiên cứu ở trong nước ............................................................. 17 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
v CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................... 20 2.1. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ....................................................... 20 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu .......................................................................................... 20 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................. 20 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..................................................................................20 2.2.1. Nghiên cứu xây dựng quy trình thuỷ phân bã đậu nành bởi Bacillus amyloliquefciens N1 .....................................................................................................20 2.2.2. Nghiên cứu xây dựng quy trình lên men bã đậu nành bởi Lactobacillus fermentum DC4t2 ..........................................................................................................20 2.2.3. Nghiên cứu xác định tỷ lệ phối trộn của bã đậu nành đã được xử lý riêng rẽ bởi Bacillus amyloliquefaciens N1 và Lactobacillus fermentum DC4t2 ảnh hưởng đến một số chỉ tiêu trong thời gian bảo quản .............................................................................20 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..........................................................................20 2.3.1. Các phương pháp sử dụng để phân tích vi sinh và hóa sinh ............................... 20 2.3.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm để nghiên cứu nội dung của đề tài .....................23 2.3.3. Phương pháp xử lý số liệu ...................................................................................23 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................................25 3.1. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH THUỶ PHÂN BÃ ĐẬU NÀNH BỞI Bacillus amyloliquefaciens N1 .................................................................25 3.1.1. Ảnh hưởng của mật độ gieo cấy ban đầu Bacillus amyloliquefaciens N1 lên hoạt độ enzyme và khả năng thủy phân bã đậu nành ............................................................ 25 3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy lên khả năng sinh enzyme ngoại bào trong bã đậu nành ......................................................................................................................... 26 3.1.3. Ảnh hưởng của thời gian ủ lên mật độ tế bào sống trong bã đậu nành ...............27 3.1.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ lên khả năng thủy phân bã đậu nành bởi chế phẩm vi sinh Bacillus amyloliquefaciens N1 ..............................................................................28 3.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH LÊN MEN BÃ ĐẬU NÀNH BỞI Lactobacillus fermentum DC4t2 ............................................................... 29 3.2.1. Ảnh hưởng của mật độ gieo cấy ban đầu lên sự phát triển số lượng tế bào sống của Lactobacillus fermentum DC4t2 trong bã đậu nành ...............................................30 3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy lên sự phát triển số lượng tế bào sống của Lactobacillus fermentum DC4t2 trong bã đậu nành ......................................................30 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
vi 3.3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TỶ LỆ PHỐI TRỘN CỦA BÃ ĐẬU NÀNH ĐÃ ĐƯỢC XỬ LÝ RIÊNG RẼ BỞI Bacillus amyloliquefaciens N1 VÀ Lactobacillus fermentum DC4t2 ẢNH HƯỞNG ĐẾN MỘT SỐ CHỈ TIÊU TRONG THỜI GIAN BẢO QUẢN............................................................................................. 31 3.3.1. Biến đổi của hoạt độ amylase ..............................................................................32 3.3.2. Biến đổi của hoạt độ protease ..............................................................................32 3.3.3. Biến đổi của hàm lượng nitơ formol ...................................................................34 3.3.4. Sự biến đổi của hàm lượng đường khử ............................................................... 35 3.3.5. Sự biến đổi của giá trị pH và hàm lượng acid tổng trong quá trình bảo quản ....36 3.3.6. Hàm lượng NH3 trong hỗn hợp sau khi bảo quản 15 ngày .................................37 3.3.7. Mật độ tế bào sống trong hỗn hợp sau 15 ngày bảo quản ...................................38 3.4. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NÂNG CAO GIÁ TRỊ SỬ DỤNG BÃ ĐẬU NÀNH Ở QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM ..................................39 3.4.1. Giai đoạn xử lý riêng rẽ ....................................................................................... 39 3.4.2. Giai đoạn xử lý kết hợp ....................................................................................... 39 3.4.3. Tính chất của chế phẩm thu được ........................................................................39 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .....................................................................41 4.1. KẾT LUẬN ............................................................................................................41 4.2. ĐỀ NGHỊ ................................................................................................................41 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 42 PHỤ LỤC ......................................................................................................................49 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ được viết tắt BĐN : Bã đậu nành DNS : Dinitrosalisilic acid ĐC : Đối chứng LAB : Lactic acid bacteria MRS : The Man, Rogosa and Sharpes NMR : Monophosphate nucleoside OD : Optical Density TCA : Trichloacetic acid PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần của bã đậu nành ...........................................................................5 Bảng 3.1. Ảnh hưởng của mật độ tế bào ban đầu của B. amyloliquefaciens N1 lên hoạt độ enzyme trong BĐN ...................................................................................................26 Bảng 3.2. Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy B. amyloliquefaciens N1 lên hoạt độ enzyme ngoại bào trong BĐN ....................................................................................... 27 Bảng 3.3. Hoạt độ enzyme và hàm lượng nitơ formol và đường khử trong BĐN khi ủ với B. amyloliquefaciens N1 ở các nhiệt độ khác nhau.................................................29 Bảng 3.4. Mật độ tế bào sống tương ứng với các tỷ lệ phối trộn khác nhau của BĐN đã được xử lý bởi B. amyloliquefaciens N1 và L. fermentum DC4t2 sau 15 ngày bảo quản (lg CFU/g)......................................................................................................................38 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
ix DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Sơ đồ chế biến hạt đậu nành và sự tạo thành okara .........................................4 Hình 1.2. Trạng thái của okara ........................................................................................4 Hình 3.1. Ảnh hưởng của thời gian lên số lượng tế bào sống trong bã đậu nành sau khi ủ với B. amyloliquefaciens N1 ......................................................................................28 Hình 3.2. Ảnh hưởng của mật độ gieo cấy ban đầu lên số lượng tế bào sống trong bã đậu nành sau khi ủ với L. fermentum DC4t2 .................................................................30 Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy lên số lượng tế bào sống L. fermentum DC4t2 trong bã đậu nành sau khi ủ ...............................................................................31 Hình 3.4. Sự biến đổi của hoạt độ amylase theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ thường khi phối trộn BĐN đã được xử lý bởi B. amyloliquefaciens N1 và L. fermentum DC4t2 (1:1, 1:2, 2:1 và 0:1 là tỷ lệ giữa bã đậu nành đã được xử lý bởi B. amyloliquefaciens N1 và L. fermentum DC4t2) .......................................................................................... 32 Hình 3.5. Sự biến đổi của hoạt độ protease theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ thường khi phối trộn BĐN đã được xử lý bởi B. amyloliquefaciens N1 và L. fermentum DC4t2 (1:1, 1:2, 2:1 và 0:1 là tỷ lệ giữa BĐN đã được xử lý bởi B. amyloliquefaciens N1 và L. fermentum DC4t2) .....................................................................................................33 Hình 3.6. Sự biến đổi của hàm lượng nitơ formol theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ thường khi phối trộn BĐN đã được xử lý bởi B. amyloliquefaciens N1 và L. fermentum DC4t2 (1:1, 1:2, 2:1 và 0:1 là tỷ lệ giữa BĐN đã được xử lý bởi B. amyloliquefaciens N1 và L. fermentum DC4t2) .......................................................................................... 34 Hình 3.7. Sự biến đổi của hàm lượng đường khử theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ thường khi phối trộn BĐN đã được xử lý bởi B. amyloliquefaciens N1 và L.fermentum DC4t2 (1:1, 1:2, 2:1 và 0:1 là tỷ lệ giữa BĐN đã được xử lý bởi B. amyloliquefaciens N1 và L. fermentum DC4t2) .......................................................................................... 35 Hình 3.8. Sự biến đổi của pH theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ thường khi phối trộn BĐN đã được xử lý bởi B. amyloliquefaciens N1 và L. fermentum DC4t2 (1:1, 1:2, 2:1 và 0:1 là tỷ lệ giữa BĐN đã được xử lý bởi B. amyloliquefaciens N1 và L. fermentum DC4t2) ........................................................................................................................... 36 Hình 3.9. Sự biến đổi của hàm lượng acid tổng theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ thường khi phối trộn BĐN đã được xử lý bởi B. amyloliquefaciens N1 và L. fermentum DC4t2 (1:1, 1:2, 2:1 và 0:1 là tỷ lệ giữa BĐN đã được xử lý bởi B. amyloliquefaciens N1 và L. fermentum DC4t2) .......................................................................................... 36 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
x Hình 3.10. Hàm lượng NH3 trong hỗn hợp đã bảo quản 15 ngày sau khi phối trộn BĐN đã được xử lý bởi B. amyloliquefaciens N1và L. fermentum DC4t2 ...................37 Hình 3.11. Sơ đồ công nghệ xử lý bã nâng cao giá trị sử dụng của bã đậu nành hai giai đoạn ............................................................................................................................... 40 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Ở Việt Nam có nhiều thương hiệu lớn về sản xuất sữa đậu nành như: Vinamilk, Tribico, Vinasoy. Hằng năm, lượng bã đậu nành (okara), phế phụ phẩm của quá trình sản xuất sữa đậu nành, được thải ra khá lớn. Hiện nay, hầu hết số lượng bã được bán cho các công ty thức ăn chăn nuôi do còn chứa một lượng lớn các chất dinh dưỡng như protein, carbohydrate, chất béo, chất khoáng và chất chống oxy hóa. Tuy nhiên do bã đậu nành chứa hàm lượng nước lớn nên bị thối hỏng chỉ sau 2 đến 3 ngày bảo quản. Các hợp chất carbohydrate có trong bã đậu nành thường khó tiêu hóa như rafinose, stachyose, chất xơ nên giá trị dinh dưỡng của nó không cao. Nếu chúng được xử lý bằng cách thủy phân các thành phần phức tạp thành đơn giản, tăng khả năng tiêu hóa và hấp thụ thì sẽ mở ra một cơ hội cho bã đậu nành được tham gia vào sản xuất các thực phẩm cho con người, ứng dụng vào các lĩnh vực khác như sản xuất cồn, thực phẩm cho thú cưng, phân bón… Lactobacillus fermentum thuộc nhóm vi khuẩn lactic, có khả năng lên men yếm khí tạo ra sản phẩm chính là lactic acid làm giảm pH môi trường xuống dưới 5. Bên cạnh đó, nhóm vi khuẩn này còn có khả năng sinh tổng hợp bacteriocine tiết ra ngoài môi trường. Sự giảm pH cùng với bacteriocin có tác dụng ức chế sự hoạt động của vi khuẩn gây thối. Vì vậy, hoạt động sống của vi khuẩn lactic có tác dụng kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm. Hơn nữa, lượng lactic acid sinh ra vừa có tác dụng hoàn thiện hương vị cho sản phẩm. Một ý nghĩa lớn của nhóm vi khuẩn lactic cần được đề cập đến là chúng có tiềm năng probiotic lớn với nhiều tác động có lợi cho sức khỏe con người cũng như động vật. Vi khuẩn lactic trong đường ruột còn tạo ra một số vitamin như thiamine, nicotin, folic acid, pyridoxin, Vitamin B12, …; tiết ra enzyme có lợi như lactase; giải phóng các amino acid tự do, các acid béo mạch ngắn. Vì vậy, việc sử dụng vi khuẩn lactic để lên men bã đậu nành đã được xử lý sẽ vừa kéo dài thời gian bảo quản vừa tăng hiệu quả sử dụng lên rất lớn. Mặt khác, các chủng vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens được công bố là có khả năng sinh tổng hợp nhiều enzyme ngoại bào như: cellulase, protease, amylase, lipase…. Từ đó cho thấy có thể sản xuất chế phẩm enzyme hỗn hợp từ vi khuẩn này để xử lý phế phụ phẩm này sẽ tăng khả năng hòa tan của một số hợp chất nên làm tăng giá trị dinh dưỡng. Xuất phát từ cơ sở trên, chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu xử lý nâng cao giá trị của bã đậu nành (okara) bởi Bacillus amyloliquefaciens N1 và Lactobacillus fermentum DC4t2” với mục đích nâng cao giá trị sử dụng của bã đậu nành, phế phụ phẩm của nhà máy sản xuất sữa đậu nành. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
2 2. Mục tiêu của đề tài Nâng cao giá trị sử dụng và kéo dài thời gian bảo quản của bã đậu nành. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1) Ý nghĩa khoa học Cung cấp các thông số công nghệ trong việc xử lý nâng cao giá trị sử dụng của bã đậu nành bởi Bacillus amyloliquefaciens N1 và Lactobacillus fermentum DC4t2. 2) Ý nghĩa thực tiễn - Nâng cao giá trị sử dụng của bã đậu nành thông qua khả năng dễ tiêu hóa và kéo dài thời gian bảo quản. - Giảm thiểu ô nhiễm môi trường. 4. Tính mới của đề tài Lần đầu tiên sử dụng hỗn hợp vi khuẩn có khả năng sinh tổng hợp enyme ngoại bào (Bacillus amyloliquefaciens N1) và vi khuẩn lactic (Lactobacillus fermentum DC4t2) có khả năng kéo dài thời gian bảo quản và chức năng probiotic trong việc xử lý nâng cao giá trị sử dụng của bã đậu nành. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. TỔNG QUAN VỀ BÃ ĐẬU NÀNH 1.1.1. Giới thiệu chung Hiện nay, ở Việt Nam, diện tích trồng và sản lượng đậu nành (Glycine max) thu được khá cao qua các năm. Theo Tổng cục thống kê Việt Nam và Bộ Nông nghiệp- Phát triển Nông thôn, năm 2012 diện tích trồng đậu nành là 119,6 nghìn ha với tổng sản lượng thu được là 173,7 nghìn tấn. Năm 2013, diện tích trồng đậu nành là 117,8 nghìn ha với tổng sản lượng 168,4 nghìn tấn. Năm 2014, diện tích trồng sẽ đạt 120 nghìn ha, sản lượng dự kiến là 176,4 nghìn tấn [71]. Cùng với diện tích và sản lượng đậu nành không ngừng tăng lên, lượng bã đậu nành (BĐN) (okara), phế phụ phẩm của quá trình chế biến đậu nành, dự báo cũng sẽ tăng theo. Sau quá trình nghiền hạt đậu nành và trích ly các chất hòa tan, phần bã còn lại gọi là BĐN. Khi sử dụng 1 kg hạt đậu nành khô để sản xuất sữa đậu nành, người ta thu được 1,1 đến 1,2 kg BĐN ướt (Khare và cộng sự, 1995) [27]. Vì vậy, hằng năm lượng bã đậu nành, phế phụ phẩm của quá trình sản xuất sữa đậu nành, được thải ra khá lớn. Lượng này được thải ra từ các nhà máy sản xuất đậu phụ ở Nhật Bản, Hàn Quốc và Trung Quốc lần lượt là 800.000 tấn, 310.000 tấn và 2.800.000 tấn (Li và cộng sự, 2011) [33]. Ở nước ta, chỉ tính riêng công ty sản xuất sữa đậu nành VINASOY, lượng BĐN thải ra hằng ngày ở cơ sở Quảng Ngãi là 40-45 tấn và ở Bắc Ninh là 60 tấn tương ứng với 12000 - 13500 tấn/ năm và 18000 tấn/ năm. Lượng bã này hiện nay chỉ bán làm thức ăn giá súc với giá rẻ (800 đồng/kg ở Quảng Ngãi và chỉ 300 đồng/kg ở Bắc Ninh) [Nguồn: Công ty VINASOY]. 1.1.2. Thành phần của bã đậu nành và tác dụng của sự lên men bởi vi sinh vật BĐN là phế phụ phẩm của các quá trình chế biến hạt đậu nành tạo nên sữa đậu nành, đậu phụ. Quá trình chế biến này được thể hiện trên hình 1.1. Ở Nhật, đầu tiên hạt đậu nành được ngâm và gia nhiệt trước khi nghiền và lọc; trong khi đó, ở Trung Quốc, hạt đậu nành được nghiền trước, sau đó mới dùng nước để ngâm trích ly, lọc và sau đó mới gia nhiệt [65]. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
4 Hạt đậu nành khô Ngâm (Đậu: nước =1:10 Phương pháp Gia nhiệt Nhật Bản Xay Lọc Phương pháp Trung Quốc Gia nhiệt Okara Sữa đậu nành Đậu phụ Đông tụ và ép Whey đậu nành Hình 1.1. Sơ đồ chế biến hạt đậu nành và sự tạo thành okara (Vong & Liu, 2016) [65]. BĐN có hàm lượng nước cao (70-80%). Hầu hết, nước liên kết với các chất xơ nên BĐN có bề ngoài và cấu trúc như mùn cưa ướt (Hình 1.2). Hình 1.2. Trạng thái của okara PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
5 Bảng 1.1. Thành phần của bã đậu nành Thành phần Đơn vị tính Hàm lượng Carbohydrate mg/100 g chất khô 3,8-5,3 Protein mg/100 g chất khô 15,2-33,4 Chất béo mg/100 g chất khô 8,3-10,9 Chất xơ ăn được mg/100 g chất khô 42,4-58,1 Chất xơ ăn được không hòa tan mg/100 g chất khô 40,2-50,8 Chất xơ ăn được hòa tan mg/100 g chất khô 4,2-14,6 Tro mg/100 g chất khô 3-4,5 Thiamin (B1) mg/100 g chất khô 0,48-0,59 Riboflavine (B2) mg/100 g chất khô 0,03-0,04 Niacin (B3) mg/100 g chất khô 0,82-1,04 K mg/100 g chất khô 396-1350 Na mg/100 g chất khô 16-96 Ca mg/100 g chất khô 260-428 Mg mg/100 g chất khô 130-165 Fe mg/100 g chất khô 0,6-11 Cu mg/100 g chất khô 0,1-1,2 Mn mg/100 g chất khô 0,2-3,1 Zn mg/100 g chất khô 0,3-3,5 Isoflavone aglycone g/100 g chất khô 5,41 Isoflavone glucoside g/100 g chất khô 10,3 Malonyl glucoside g/100 g chất khô 19,7 Acetyl glucoside g/100 g chất khô 0,32 Phytic acid g/100 g chất khô 0,5-1,2 Saponin g/100 g chất khô 0,10 (Nguồn: Vong và Liu, 2016)[65]. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
6 Thành phần của BĐN phụ thuộc vào giống, phương pháp chế biến hạt đậu nành và lượng nước cho vào để tách chiết các chất hòa tan. Nhìn chung, thành phần các hợp chất trong BĐN được thể hiện trên Bảng 1.1. Giống đậu nành ảnh hưởng đến hàm lượng protein thô, lipid, hoạt độ lipoxygenase và thành phần của acid béo. Theo đó, tính theo khối lượng chất khô, hàm lượng protein có trong BĐN dao động từ 15,2% đến 33,4%, hàm lượng chất xơ ăn được là 42,4 - 58,1%. Các hợp chất này có thể được thủy phân tạo nên các hợp chất đơn giản như amino acid, đường khử bởi các enzyme đặc hiệu. Kết quả của quá trình thủy phân này sẽ làm tăng giá trị tiêu hóa của okara, đồng thời là môi trường tốt cho vi sinh vật sử dụng để lên men. Chất xơ trong BĐN ở dạng không hòa tan, ở dạng cellulose và hemicelluloses, chiếm khoảng 40 - 60% chất khô. Hàm lượng các hợp chất carbohydrate tự do trong BĐN thấp (4 - 5%) (Redondo-Cuenca và cộng sự, 2008) [52] và thiếu các carbohydrate có khả năng lên men. Đây là yếu tố chính làm cho sự phát triển của vi sinh vật trong BĐN không được tốt. Đáng chú ý là trong BĐN có chứa 1,4% stachyose và rafinose. Các hợp chất này rất khó bị thủy phân bởi enzyme trong đường tiêu hóa nên là yếu tố gây đầy hơi. Các đường đơn có trong polysaccharide của thành tế bào của BĐN chủ yếu là galacturonic acid, galactose, arabinose, glucose, xylose, fucose và một số lượng thấp của rhamnose và mannose (Mateos-Aparicio và cộng sự, 2010) [38]. Protein trong BĐN chiếm 15,2 - 33,4% chất khô. Trong đó có hai protein chính là globulin 7S và globulin 11S (Singh và cộng sự, 2015) [59]. Protein của BĐN chứa tất cả các amino acid thiết yếu nhưng có độ hòa tan trong nước thấp. BĐN protein cũng được chứng minh là chất ức chế hoàn toàn khả năng tiêu hóa bởi các enzyme trong đường tiêu hóa như pepsin và pancreatin. Các protein này là các petide có trọng lượng phân tử thấp (< 1 kDa) và có hoạt tính chống oxy hóa cao do chúng chứa nhiều amino acid kỵ nước (Jim_enez-Escrig và cộng sự, 2010) [24]. Nhờ vào quá trình chuyển hóa của vi sinh vật mà protein cao phân tử trong BĐN có thể được thủy phân thành các phân tử nhỏ hơn làm tăng khả năng hòa tan đồng thời làm tăng hoạt tính sinh học của các peptide và amino acid. Các chất ức chế trypsin cũng bị phân hủy bởi vi sinh vật là tăng giá trị dinh dưỡng của BĐN. BĐN cũng chứa một lượng đáng kể các chất béo 8,3 - 10,9% so với chất khô. Hầu hết các acid béo trong chất béo của BĐN là các acid béo không bão hòa, bao gồm linoleic (54,1% tổng số acid béo), oleic (20,4%), palmitic (12,3%), linolenic (8,8%) và stearic(4,7%) (Mateos-Aparicio và cộng sự, 2010a) [37]. Trong quá trình lên men, vi sinh vật có thể chuyển hóa các acid béo và các dẫn xuất của chúng tạo nên các hợp chất thơm. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
7 Trong BĐN còn chứa một lượng đáng kể, khoảng 12 - 30% isoflavone trong đậu nành được giữ lại trong BĐN trong quá trình sản xuất sữa đậu nành. Các isoflavone chính trong BĐN là glucoside (28,9%) và aglycone (15,4%), cùng với với một lượng nhỏ acetyl genistin (0,89%) (Jackson và cộng sự, 2002) [23]. Enzyme β- glucosidase có thể thủy phân các glucoside tạo nên các dạng aglycone là tăng giá trị dinh dưỡng (Izumi và cộng sự, 2000) [22]. Một số chủng vi sinh vật có khả năng lên men BĐN có thể tiết ra enzyme β-glucosidase (Bhatia và cộng sự, 2002) [16] nên có thể thực hiện quá trình chuyển hóa này làm tăng giá trị của BĐN. Bên cạnh đó, BĐN còn chứa các chất khoáng với một lượng đáng kể như kali, canxi và sắt (Stanojevic và cộng sự, 2014) [62]. Nhìn chung, thành phần dinh dưỡng và dạng kết cấu của BĐN là thích hợp cho sự phát triển của vi sinh vật bằng phương pháp lên men bán rắn cũng như lên men chìm. Chính vì vậy, đã có nhiều công bố liên quan đến việc lên men BĐN bởi các chủng vi sinh vật khác nhau thuộc các nhóm nấm mốc, nấm men và vi khuẩn. 1.2. TỔNG QUAN VỀ Bacillus sp. Bacillus là tên của một chi gồm các vi khuẩn hình que, hiếu khí thuộc họ Bacillaceae trong Firmicutes. Chúng phân bố rộng rãi trong tự nhiên, đa dạng về sinh thái. Các loài Bacillus đã, đang và ngày càng trở thành những vi sinh vật quan trọng hàng đầu về mặt ứng dụng. Các ứng dụng của chúng bao trùm hàng loạt lĩnh vực, từ sản xuất thực phẩm thủ công truyền thống đến công nghệ lên men hiện đại, đến sinh học phân tử, y-dược học chữa các bệnh hiểm nghèo, mỹ phẩm, xử lý môi trường ô nhiễm…. Chính vì lẽ đó nên đã có ngày càng nhiều các nghiên cứu sâu về chi Bacillus này cũng như mở rộng ứng dụng của chúng đối với đời sống con nguời. Các chủng thuộc chi Bacillus như: B. anthracis, B. amyloliquefaciens, B. cereus, B. licheniformis, B. pumilus, B. sphaericus, B. subtilis, B. thuringensis. 1.2.1. Khả năng sinh tổng hợp amylase của Bacillus sp. Nhiều công bố cho thấy khả năng sinh tổng hợp amylase ngoại bào bởi Bacillus sp. và ứng dụng enzyme này trong công nghệ thực phẩm. Chủng B. acidicola được Sharma và Satyanarayana (2011) [56] kết luận là có khả năng sinh tổng hợp α-amylase ngoại bào cực đại (10.100 IU/l) sau 36 giờ lên men ở 33oC, pH môi trường 4,5 và thành phần môi trường gồm 2,75% tinh bột, 0,01% K2HPO4. Saxena và cộng sự (2007) [55] đã tuyển chọn chủng Bacillus sp. PN5 có khả năng sinh tổng hợp amylase kiềm tính và chịu nhiệt. Chủng này sinh enzyme cao nhất (65,23 U/ml) khi được nuôi cấy trong môi trường có 0,6% tinh bột, 0,5% peptone và 0,3% cao nấm ở 60oC, pH 7,0 trong 60 giờ. Enzyme này có hoạt độ cực đại ở pH 10,0 và 90oC. Sau 1 giờ ủ ở pH 10,0, hoạt độ còn lại của enzyme là 80%. Ở nhiệt độ 105 oC, PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
8 hoạt độ của enzyme vẫn còn 65%. Nhóm tác giả này công bố rằng enzyme này có thể được ứng dụng trong quá trình sản xuất các sản phẩm thủy phân tinh bột và công nghiệp xà phòng. Enzyme α-amylase có khả năng thủy phân tinh bột thô sinh tổng hợp bởi chủng Bacillus sp. YX-1 được tinh sạch và xác định một số tính chất bởi Liu và Xu (2008) [36]. Hoạt độ cực đại (53 U/ml) đạt được khi nuôi chủng này trong 44 giờ ở 45 oC. Phân tử lượng của enzyme thu được là 56 kDa. Enzyme này có thể hoạt động ở pH 4,5-11,0 và nhiệt độ 40-50oC. Chế phẩm enzyme này có thể thủy phân nhiều loại bột thô khác nhau và đặc biệt có hiệu quả khi thủy phân bột ngô ở nồng độ 20%, pH 5 trong thời gian 12 giờ. Đây là điều kiện thủy phân phổ biến trong công nghiệp. Chủng B. licheniformis AS08E được phân lập và định danh bởi Roy và Mukherjee (2013) [53] có khả năng sinh tổng hợp α-amylase ngoài bào kiềm tính, chịu nhiệt. Nhóm tác giả này công bố rằng enzyme này có phân tử lượng 55 kDa, hoạt động mạnh ở pH 10 và nhiệt độ 80oC, có tác dụng thủy phân tinh bột tạo ra sản phẩm giàu maltose. Emzyme này còn có tiềm năng ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm và xà phòng. Như vậy, có nhiều loài Bacillus sp. được công bố là có khả năng sinh tổng hợp amylase ngoại bào. Amylase sinh ra bởi các chủng khác nhau có những tính chất khác nhau về điều kiện hoạt động thích hợp như pH, nhiệt độ, tính đặc hiệu với cơ chất… 1.2.2. Khả năng sinh tổng hợp protease của Bacillus sp. Việc nghiên cứu về sự sinh tổng hợp protease ngoại bào bởi các chủng Bacillus sp. khác nhau đã được thực hiện bởi nhiều nhà khoa học trên thế giới cũng như trong nước. Suganthi và cộng sự (2013) [63] đã tuyển chọn và tối ưu hóa điều kiện sinh tổng hợp protease ngoại bào của B. licheniformis TD4. Điều kiện thích hợp để chủng này sinh tổng hợp protease ngoại bào cao (141,46 U/mg) sau khi nuôi cấy 8 giờ với tốc độ khuấy 250 vòng/phút trong môi trường có 1% NaCl, pH 8, 1% ure và 1% xylose. Hai loại protease ngoại bào chịu nhiệt P1 và P2 sinh tổng hợp bởi chủng B. megaterium được tinh chế và xác định tính chất bởi Asker và cộng sự (2013) [14]. Phân tử lượng của P1 và P2 được công bố lần lượt là 28 và 25 kDa. Cả hai loại enzyme này đều có điều kiện hoạt động thích hợp là 50oC, pH 7,5. Một số tính chất của chế phẩm protease ngoại bào sinh tổng hợp bởi chủng B. firmus CAS khi nuôi cấy trong môi trường có bổ sung bột vỏ tôm, cua đã được công bố (Annamalai và cộng sự, 2014) [12]. Enzyme này có phân tử lượng 21 kDa và ổn định cao ở 70oC, pH 11,0 và 30% NaCl. B. cereus TKU022 có khả năng sinh tổng hợp một protease với phân tử lượng 45 kDa. pH thích hợp cho enzyme này hoạt động là 10. Nó có khả năng thủy phân casein và elastin nhưng không thể thủy phân fibrin (Liang và cộng sự, 2012) [34]. Enzyme protease ngoại bào của B. alveayuensis GAS 5 được thu nhận sau 60 giờ nuôi cấy ở nhiệt độ 55oC trong môi trường có bổ sung 1% bột vỏ tôm. Điều kiện thích PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
9 hợp để enzyme này hoạt động được công bố là 50oC, pH 12 và 35% NaCl. Enzyme này có thể sử dụng để làm sạch vết máu trên vải (Annamalai và cộng sự, 2013) [11]. Tương tự như khả năng sinh tổng hợp amylase ngoại bào, nhiều protease được tiết ra môi trường bởi các chủng Bacillus sp. khác nhau mang tính chất khác nhau về điều kiện hoạt động và khả năng ứng dụng. 1.2.3. Khả năng sinh tổng hợp cellulase của Bacillus sp. Enzyme cellulase ngoại bào của hai chủng B. subtilis CH43 và HR68 được Mawadza và cộng sự (2000) [42] công bố về tính chất. Cả hai enzyme này có phân tử lượng và điểm đẳng điện lần lượt là 40 kDa và 5,4 và là các endoglucanase. Chúng có thể hoạt động trong vùng pH 5-6,5. Nhiệt độ thích hợp cho endoglucanase CH43 và endoglucanase HR68 hoạt động là 65 và 70oC. Cả hai enzyme đều giữ được hoạt độ sau 24 giờ ở 50oC. Nghiên cứu tinh chế và xác định một số tính chất của cellulase ngoại bào sinh tổng hợp bởi B. amyloliquefaciens DL-3, Lee và cộng sự (2008) [30] đã công bố rằng enzyme này có phân tử lượng 54 kDa, hoạt động thích hợp ở 50oC, pH 7,0. Nhóm tác giả cũng cho thấy rằng chủng này có khả năng sử dụng vỏ trấu để phát triển. Harshvardhan và cộng sự (2013) [21] cho thấy rằng cellulase ngoại bào tinh chế từ môi trường nuôi cấy B. licheniformis H1666 có phân tử lượng 40 kDa và có thể hoạt động trong vùng pH 3-9. Enzyme này hoạt động thích hợp nhất ở pH 7, nhiệt độ 50oC và có hoạt độ còn lại là 40% sau khi ủ ở 60oC trong 4 giờ. Chế phẩm của enzyme có khả năng thủy phân rong biển khô tạo ra lượng glucose là 450mg/g. Chủng B. carboniphilus GAS 3 có khả năng sinh tổng hợp cellulase ngoại bào hoạt động thích hợp ở 50oC, pH 9. Enzyme này khá bền ở nhiệt độ 80oC, pH 12 và nồng độ NaCl 35%. Chế phẩm này có thể sử dụng để thủy phân phế thải có bản chất cellulose giải phóng glucose nên có thể ứng dụng trong sản xuất cồn từ chất xơ (Annamalai và cộng sự, 2014) [12]. B. pumillus S124A được Balasubramanian và Simões (2014) [15] phân lập từ đất có khả năng sinh tổng hợp cellulase ngoại bào. Chế phẩm tinh khiết của enzyme này hoạt động thích hợp ở 50oC, pH 6. Trong khoảng pH 4 - 8, hoạt độ còn lại của enzyme này là 75%. Và 70% hoạt độ còn lại trong khoảng nhiệt độ 40-70oC. 1.2.4. Khả năng sinh tổng hợp lipase của Bacillus sp. Nghiên cứu về tách chiết và xác định tính chất của enzyme lipase của Bacillus sp. đã được công bố ở nhiều công trình. Theo Casttro-Ochoa và cộng sự (2005) [17], chủng B. thermoleovorans CCR11 có khả năng sinh tổng hợp lipase ngoại bào. Tính chất của chế phẩm lipase tinh khiết do nhóm này tinh chế cũng được công bố. Phân tử lượng của enzyme này là 11 kDa. Điều kiện tối ưu cho enzyme này hoạt động là 60oC, pH 9-10. Kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả này cũng cho thấy enzyme này có thể hoạt động xúc tác trong điều kiện không có nước. Chủng B. sphaericus MTCC 7542 có khả năng sinh tổng hợp lipase PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
10 ngoại bào ổn định trong dung môi hữu cơ như n-butanol, benzene, hexane và toluene. Enzyme này có phân tử lượng 69 kDa, hoạt động thích hợp và bền ở 40oC, pH 8,0 (Tamilarasan & Kumar, 2012) [64]. Enzyme lipase ngoại bào của Bacillus sp. RSJ-1 được tách, tinh chế và xác định một số tính chất bởi Sharma và cộng sự (2002) [56]. Công trình này cho thấy enzyme này có điều kiện hoạt động thích hợp nhất là 50oC, pH 8,0-9,0. Sau khi ủ enzyme này 60 phút ở 50oC, hoạt độ còn lại của nó >90%. Lipase kiềm tính được sinh tổng hợp bởi chủng B. coagulans BTS-3 được công bố bởi Kumar và cộng sự (2005) [29]. Trong công trình này, nhóm tác giả đã nghiên cứu điều kiện thích hợp để chủng này sinh lipase ngoại bào cao và khảo sát một số tính chất của enzyme thu được. Theo đó, hoạt độ lipase trong môi trường đạt được 1,16 U/ml sau 48 giờ nuôi cấy ở 55oC, pH 8 trong môi trường có peptone và cao thịt theo tỷ lệ 1:1. Enzyme tinh chế có phân tử lượng 31 kDa và hoạt động thích hợp ở 55oC, pH 8,0-10,5. Nói tóm lại, các chủng Bacillus sp. có khả năng sinh tổng hợp hỗn hợp các enzyme ngoại bào như protease, amylase, cellulase, lipase… Từ đó cho thấy có thể sản xuất chế phẩm enzyme hỗn hợp từ vi khuẩn Bacillus sp. để xử lý BĐN sẽ tăng khả năng hòa tan của một số hợp chất vì thế sẽ làm tăng giá trị dinh dưỡng. 1.3. TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN LACTIC Vi khuẩn lactic là những vi khuẩn gram dương, catalase âm tính, sống trong điều kiện từ vi hiếu khí đến kị khí nghiêm ngặt, không có khả năng tạo bào tử. Có tất cả 20 chi thuộc nhóm vi khuẩn lactic. Theo quan điểm về công nghệ thực phẩm, các chi sau đây được xem là các vi khuẩn lactic: Aerococcus, Carnobacterium, Enterococcus, Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc, Oenococcus, Pediococcus, Streptococcus, Tetragenococcus, Vagococcus và Weissella. Chi Lactobacillus là chi lớn nhất trong nhóm vi khuẩn lactic, gồm khoảng 80 loài với mức độ khác nhau rất nhiều về hình thái, đặc điểm sinh hóa và sinh lý. Chúng là những vi khuẩn gram dương, catalase âm tính, sinh trưởng trong điều kiện kỵ khí không bắt buộc hoặc vi hiếu khí. Chúng có vai trò quan trọng trong việc duy trì sự ổn định của hệ vi sinh trong cơ thể, tạo ra những lợi ích sức khỏe cho vật chủ và ức chế một số vi sinh vật gây bệnh khác. Chi Streptococcus là các vi khuẩn lactic dạng cầu và lên men lactic đồng hình. Loài được ứng dụng quan trọng trong công nghệ thực phẩm là S. thermophilus, sử dụng trong chế biến sữa chua và trong chế biến một số loại phomat. Lactococcus là chi liên quan chặt chẽ đến công nghệ chế biến sữa. Chúng được phát hiện nhiều ở các môi trường có sữa trong tự nhiên hoặc quanh các khu vực chế biến sữa. Bifidobacterium là vi khuẩn kỵ khí, gram dương, không di động, lên men nguồn PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma