Nghiên cứu sử dụng vi khuẩn lactic để khử khoáng và protein trên đầu và vỏ tôm trong sản xuất chitosan

Chia sẻ: Thi Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

170
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sản xuất chitin và chitosan từ đầu vỏ tôm theo phương pháp hóa học để khử tạp chất có nhược điểm là ô nhiễm môi trường, chi phí sản xuất cao, các sản phẩm phụ lẫn với hoá chất nên việc tận dụng gặp nhiều khó khăn… Nghiên cứu này đã thử nghiệm sử dụng 2 chủng vi khuẩn lactic có hoạt tính mạnh là Lactobacillus plantarum VTCC 431 và Lactobacillus bulgaricus VTCC 703 từ Bảo tàng giống chuẩn Việt Nam (VTCC) để khử khoáng và protein trên đầu vỏ tôm. Trong điều kiện lên men kỵ khí, với tỉ lệ vi khuẩn bổ sung 10%, thời gian lên men 132h, pH của môi trường 7.2, kết quả đã khử được hơn 85% protein và khoáng trong đầu vỏ tôm.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu sử dụng vi khuẩn lactic để khử khoáng và protein trên đầu và vỏ tôm trong sản xuất chitosan

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016 THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VI KHUẨN LACTIC ĐỂ KHỬ KHOÁNG VÀ PROTEIN TRÊN ĐẦU VÀ VỎ TÔM TRONG SẢN XUẤT CHITOSAN STUDY ON USING LACTIC ACID BACTERIA FOR DEMINERALIZATION AND DEPROTEINIZATION OF HEADS AND SHELLS OF SHRIMP IN CHITOSAN PRODUCTION Vũ Ngọc Bội1, Nguyễn Thị Mỹ Trang2, Ngô Thị Phương Thảo3 Lê Phương Chung4, Hoàng Thị Bảo Yến5 Ngày nhận bài: 01/9/2015; Ngày phản biện thông qua: 11/11/2015; Ngày duyệt đăng: 15/3/2016 TÓM TẮT Sản xuất chitin và chitosan từ đầu vỏ tôm theo phương pháp hóa học để khử tạp chất có nhược điểm là ô nhiễm môi trường, chi phí sản xuất cao, các sản phẩm phụ lẫn với hoá chất nên việc tận dụng gặp nhiều khó khăn… Nghiên cứu này đã thử nghiệm sử dụng 2 chủng vi khuẩn lactic có hoạt tính mạnh là Lactobacillus plantarum VTCC 431 và Lactobacillus bulgaricus VTCC 703 từ Bảo tàng giống chuẩn Việt Nam (VTCC) để khử khoáng và protein trên đầu vỏ tôm. Trong điều kiện lên men kỵ khí, với tỉ lệ vi khuẩn bổ sung 10%, thời gian lên men 132h, pH của môi trường 7.2, kết quả đã khử được hơn 85% protein và khoáng trong đầu vỏ tôm. Kết quả nghiên cứu này cho thấy khả năng sử dụng vi sinh vật trong cải tiến quy trình sản xuất chitin và chitosan từ đầu và vỏ tôm, hạn chế ô nhiễm môi trường, cải thiện chất lượng chitin và chitosan. Từ khóa: L. plantarum VTCC 431, L. bulgaricus VTCC 703, vỏ đầu tôm, chitosan, chitin ABSTRACT Some weakpoints of chemical method to remove impurities from heads and shells of shrimp in chitin and chitosan production are environmental pollution, high production costs, by products contain extraneous matters so difﬁcult to retrieve…This study tested the use of two strains of lactic acid bacteria have strong activity, Lactobacillus plantarum VTCC 431 and Lactobacillus bulgaricus VTCC 703 from Vietnam Type Culture Collection (VTCC) to demineralize and deproteinize heads and shells of shrimp. In anaerobic fermentation conditions, additional bacteria ratio of 10%, 132 hours fermentation time, pH of 7.2, the results showed that more than 85% protein and mineral were removed from heads and shells of shrimp. These results suggested the possibility of using microorganisms in process improvement chitin and chitosan produced from heads and shells of shrimp, limit environmental pollution and improve the quality of chitin and chitosan. Keywords: L. plantarum VTCC 431, L. bulgaricus VTCC 703, heads and shells of shrimp, chitosan, chitin I. ĐẶT VẤN ĐỀ Ngành thủy sản nước ta trong những năm gần đây đã đạt được những thành tựu đáng kể về nuôi trồng, chế biến cũng như xuất khẩu và thực sự đã trở thành ngành kinh tế trọng điểm, đóng góp một phần không nhỏ vào sự phát triển kinh tế của đất nước. Trong đó, ngành chế biến thủy sản luôn giữ vai trò chủ đạo và đóng TS. Vũ Ngọc Bội, 2 ThS. Nguyễn Thị Mỹ Trang: Khoa Công nghệ thực phẩm - Trường Đại học Nha Trang KS. Ngô Thị Phương Thảo: Trường Cao đẳng Nghề - Nha Trang 4 ThS. Lê Phương Chung, 5 Hoàng Thị Bảo Yến: Viện Công nghệ sinh học và Môi trường - Trường Đại học Nha Trang 1 3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 11 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản góp một tỷ trọng lớn trong kim ngạch xuất khẩu thủy sản. Theo sự phát triển chế biến thủy sản, một vấn đề lớn, đang được quan tâm là phế liệu từ công nghiệp chế biến, trong đó có phế liệu từ chế biến tôm xuất khẩu. Nguồn phế liệu này nếu không được xử lý hay tận dụng một cách hiệu quả sẽ gây ô nhiễm môi trường. Trong phế liệu tôm có chứa protein, astaxanthin, chitin,... là những chất rất hữu ích. Do đó, ngoài việc dùng phế liệu tôm để chế biến thức ăn chăn nuôi, chúng ta có thể sử dụng chúng để sản xuất chitin và chitosan mang lại giá trị kinh tế cao (Trần Thị Luyến, 1995). Chitin và dẫn xuất của nó là chitosan là những polysaccharid mạch thẳng. Chitin tồn tại ở cả động vật và thực vật. Ở động vật thủy sản, chitin có nhiều ở vỏ tôm, cua ghẹ… (Trần Thị Luyến và cộng sự, 2005). Vì vậy, vỏ tôm, cua ghẹ là nguyên phế liệu dồi dào để sản xuất chitin-chitosan. Hiện nay, công nghệ sản xuất chitin và chitosan chủ yếu theo phương pháp hóa học dùng HCl, NaOH để khử protein và khoáng chất. Nhược điểm của công nghệ này là gây ô nhiễm môi trường, ăn mòn thiết bị, chi phí sản xuất cao, chưa tận thu được các thành phần có giá trị như protein, chất màu từ phế liệu thủy sản. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện nhằm cải thiện quy trình, hạn chế nhược điểm, tăng hiệu suất thu hồi các thành phần có ích, trong đó sử dụng vi sinh vật hỗ trợ là một trong những giải pháp được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm (Trang Sĩ Trung, 2008). Lên men lactic là một trong những kỹ thuật phát triển từ lâu đời và được con người ứng dụng sớm nhất trong bảo quản và chế biến thực phẩm (sữa lên men, thịt lên men, rau lên men, các sản phẩm đồ uống…) cũng như trong nhiều lĩnh vực khác như y dược, hóa chất và chăn nuôi (Nguyễn Trọng Cẩn và cộng sự, 2006). Trong điều kiện có mặt nguồn cơ chất carbohydrat (saccharose, glucose, fructose, tinh bột ngô, tinh bột sắn…), vi khuẩn lactic sẽ lên men carbohydrat tạo thành acid lactic và sản sinh enzyme protease. Acid lactic sẽ tác dụng với phần canxicacbonat 12 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Số 1/2016 trong vỏ tôm để tạo thành lactatcanxi ở dạng không hòa tan (Nguyễn Đức Lượng, 2001). Phản ứng này gần tương ứng với quá trình khử khoáng bởi HCl trong phương pháp hóa học. Đồng thời hệ enzyme protease sẽ thủy phân một phần protein có trong vỏ tôm làm tăng quá trình khử protein khỏi vỏ đầu tôm. Vì vậy việc sử dụng vi khuẩn lactic trong quá trình lên men khử khoáng và protein trên vỏ đầu tôm hứa hẹn sẽ nâng cao hiệu quả sản xuất chitin, chitosan và hạn chế ô nhiễm môi trường. II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Đối tượng nghiên cứu Vi khuẩn giống: sử dụng hai chủng vi khuẩn lactic: L. plantarum VTCC 431 và L. bulgaricus VTCC 703 do Bảo tàng giống chuẩn Việt Nam (VTCC), Đại học Quốc gia Hà Nội cung cấp. Nguyên liệu đầu tôm thẻ chân trắng: đầu vỏ tôm thẻ chân trắng thu nhận tại bàn chế biến của Công ty Cổ phần Nha Trang Seafoods - F17. Vỏ đầu tôm sau khi thu nhận, rửa sạch, vận chuyển về Phòng thí nghiệm Công nghệ Thực phẩm - Trường Đại học Nha Trang, đông lạnh và bảo quản ở -200C để dùng dần trong quá trình nghiên cứu. 2. Phương pháp nghiên cứu 2.1. Phương pháp xử lý mẫu: Trước khi tiến hành nghiên cứu, nguyên liệu đầu tôm được rửa sạch, xay nhỏ bằng máy xay với kích cỡ nguyên liệu từ 4÷6 mm, trộn đều, cân cho vào túi polymer (1000g/túi) và bảo quản đông ở nhiệt độ -200C để dùng cho quá trình nghiên cứu. 2.2. Phương pháp phân tích: - Xác định hàm lượng ẩm bằng phương pháp sấy khô ở nhiệt độ 105oC theo TCVN 3700 - 1990. - Xác định hàm lượng khoáng bằng phương pháp nung ở 5500C theo TCVN 4588 - 1988. - Xác định hàm lượng protein còn lại bằng phương pháp Microbiuret. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016 - Xác định mật độ tế bào vi khuẩn bằng phương pháp đo OD ở bước sóng 600 nm kết hợp phương pháp đếm khuẩn lạc (Trần Linh Thước, 2007). - Xác định hiệu suất khử khoáng và khử protein dựa trên công thức của Rao và cộng sự (2000) ● Các số liệu được xử lý và vẽ đồ thị bằng phần mềm MS EXCEL 2010 III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 1. Thành phần hóa học của đầu tôm thẻ chân trắng Kết quả phân tích thành phần hóa học cơ bản của đầu vỏ tôm thẻ chân trắng được trình bày ở bảng 1. Bảng 1. Thành phần hóa học của đầu vỏ tôm thẻ chân trắng STT Chỉ tiêu Đơn vị đo Hàm lượng (*) 1 Hàm lượng protein % 48,6 ± 1,3 2 Hàm lượng khoáng % 25,2 ± 0,6 3 Hàm lượng lipid % 5,8 ± 0,3 4 Chitin % 17,9 ± 0,5 *Kết quả tính theo hàm lượng chất khô tuyệt đối. Kết quả phân tích cho thấy đầu tôm chứa 4 thành phần chính là protein, khoáng, lipid và chitin. Trong đó protein chiếm hàm lượng lớn nhất (48,6%) - kết quả nghiên cứu này cao hơn sơ với thành phần proetin đầu vỏ tôm thẻ chân trắng mà Trang Sĩ Trung đã phân tích năm 2008. Sự khác biệt này có thể là do mùa vụ và thời điểm lấy mẫu. Hàm lượng lipid (5,8%) cũng cao hơn nhiều so với hàm lượng lipid chỉ có ở phần vỏ tôm (4,7%). 2. Nhân giống vi khuẩn Chủng giống L. plantarum VTCC 431 và L. bulgaricus VTCC 703 được hoạt hóa trên môi trường MRS agar. Khuẩn lạc đặc trưng cho L. plantarum VTCC 431 có hình tròn, nhẵn, mịn, Hình 1. Ảnh hưởng của thời gian nuôi đến sự sinh trưởng của vi khuẩn L. plantarum VTCC 431 màu trắng sữa. Quan sát vi khuẩn L. plantarum VTCC 431 dưới kính hiểu vi thấy rằng L. plantarum VTCC 431 là trực khuẩn Gram dương, có dạng hình que nhỏ, không sinh bào tử, không di động. Khuẩn lạc đặc trưng cho L. bulgaricus VTCC 703 phẳng, hơi vàng, đường kính 2 ÷ - 3 mm, khuẩn lạc càng già thì càng trở nên sậm màu. Vi khuẩn L. bulgaricus VTCC 703 là trực khuẩn Gram dương, hình que dài, mảnh, thường xếp thành chuỗi dài, không có khả năng di động. Tiến hành nhân giống trên môi trường MRS lỏng và lắc 150 vòng/phút. Sau các khoảng thời gian 2, 4,…, 30h, tiến hành xác định mật độ tế bào trong dịch nuôi cấy, kết quả thể hiện ở hình 1 và hình 2 như sau. Hình 2. Ảnh hưởng của thời gian nuôi đến sự sinh trưởng của vi khuẩn L. bulgaricus VTCC 703 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 13 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Kết quả nuôi cấy các chủng vi khuẩn ở trên cho thấy trong 20h đầu của quá trình nuôi, các chủng vi khuẩn phát triển chậm. Bắt đầu từ giờ thứ 20 trở đi, vi khuẩn bắt chuyển sang pha sinh trưởng và phát triển rất nhanh. Từ giờ nuôi từ 28h đến 30h, mật độ tế bào đạt cao nhất, vi khuẩn đang ở cuối pha log, đầu pha ổn định. Đây là thời điểm vi khuẩn sinh tổng hợp enzyme mạnh cũng như nhiều hợp chất có hoạt tính mạnh khác. Sau 30h nuôi cấy vi khuẩn chuyển sang pha ổn định. Vì vậy, dịch vi khuẩn sử dụng trong quá trình lên men khử protein và khoáng ở đầu tôm ở các thí nghiệm tiếp theo sẽ được nhân giống và dừng quá trình nuôi ở thời gian từ 28 ÷ 30h nuôi cấy. Số 1/2016 3. Sử dụng vi khuẩn L. plantarum VTCC 431, L. bulgaricus VTCC 703 trong xử lý đầu tôm 3.1. Xác định tỉ lệ vi khuẩn bổ sung vào nguyên liệu: Vi khuẩn L. plantarum VTCC 431 và L. bulgaricus VTCC 703 được nhân giống trên môi trường MRS. Sau đó tiến hành các mẫu thí nghiệm xác định khả năng lên men khử khoáng và khử protein của chúng. Quá trình lên men thực hiện ở nhiệt độ phòng, trong 6 ngày (144h) ở pH 7,2 trong điều kiện kị khí. Sau khi lên men ép tách vỏ, rửa sạch, cân, sấy khô đến độ ẩm 11% và tiến hành phân tích hàm lượng protein và khoáng còn lại. Kết quả thể hiện ở hình 3, hình 4, hình 5 và hình 6. Hình 3. Ảnh hưởng của tỷ lệ vi khuẩn L.plantarum bổ sung đến hàm lượng khoáng còn lại ở vỏ đầu tôm Hình 4. Ảnh hưởng của tỷ lệ vi khuẩn L.bulgaricus bổ sung đế hàm lượng khoáng còn lại ở vỏ đầu tôm Hình 5. Ảnh hưởng của tỷ lệ vi khuẩn L.plantarum bổ sung đến hàm lượng protein còn lại ở vỏ đầu tôm Hình 6. Ảnh hưởng của tỷ lệ vi khuẩn L.bulgaricus bổ sung đến hàm lượng protein còn lại ở vỏ đầu tôm Từ kết quả phân tích cho thấy tỷ lệ dịch vi khuẩn càng tăng, lượng protein và khoáng còn lại trong vỏ đầu tôm càng thấp. Sau 6 ngày bổ sung vi khuẩn L. plantarum VTCC 431và L. bulgaricus VTCC 703 đã nhân giống trên môi trường MRS hàm lượng protein và khoáng còn lại trong mẫu giảm đáng kể. Kết quả này là do vi 14 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG khuẩn L. plantarum VTCC 431 và L. bulgaricus VTCC 703 trong quá trinh lên men đã sinh ra enzyme protease và acid lactic. Enzyme protease sinh ra sẽ thủy phân protein của vỏ đầu tôm tạo thành các peptid mạch ngắn, các acid amin hòa tan vào dịch lên men. Còn acid lactic sẽ phản ứng với CaCO3 tạo thành Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản lactatcanxi ở dạng không hòa tan (Rao và cs, 2001 và 2005). Vì vậy hàm lượng protein và khoáng còn lại trong đầu vỏ tôm giảm đáng kể. Từ phân tích ở trên cho thấy tỷ lệ dịch vi khuẩn bổ sung vào nguyên liệu đầu tôm thích hợp là 10%. 3.2. Xác định thời gian lên men khử protein và khử khoáng Sử dụng 2 chủng L. plantarum VTCC 431 Số 1/2016 và L. bulgaricus VTCC 703 để lên men vỏ đầu tôm với tỉ lệ vi khuẩn bổ sung 10% (v/w) ở pH 7,2 và lên men ở nhiệt độ phòng với thời gian lên men khác nhau. Sau khi lên men tiến hành ép tách dịch lên men, rửa sạch và sấy khô đến cùng độ ẩm là 11%. Kết quả phân tích hàm lượng protein và khoáng còn lại ở vỏ đầu tôm được trình bày ở các hình 7 ÷10. Hình 7. Sự thay đổi hàm lượng khoáng còn lại ở vỏ đầu tôm theo thời gian lên men bằng vi khuẩn L.plantarum Hình 8. Sự thay đổi hàm lượng khoáng còn lại ở vỏ đầu tôm theo thời gian lên men bằng vi khuẩn L.bulgaricus Hình 9. Sự thay đổi hàm lượng protein còn lại ở vỏ đầu tôm theo thời gian lên men bằng vi khuẩn L.plantarum Hình 10. Sự thay đổi hàm lượng protein còn lại ở vỏ đầu tôm theo thời gian lên men bằng vi khuẩn L.bulgaricus Kết quả phân tích cho thấy thời gian lên men có quan hệ nghịch biến với hàm lượng protein và khoáng còn lại ở vỏ đầu tôm sau quá trình lên men. Trong giới hạn nghiên cứu, càng tăng thời gian lên men thì hàm lượng protein và khoáng còn lại ở đầu vỏ tôm càng giảm. Nhưng càng về cuối quá trình lên men, mức độ giảm hàm lượng protein và khoáng chất còn lại ở vỏ đầu tôm càng chậm. Do vậy để tiết kiệm thời gian mà hiệu quả khử protein và khoáng vẫn đạt yêu cầu, nên dừng thời gian lên men ở giai đoạn 132 h. Từ kết quả phân tích trên cho phép lựa chọn thông số thích hợp cho quá trình khử khoáng và protein trên đầu vỏ tôm thể bằng các chủng vi khuẩn L. plantarum VTCC 431 và L. bulgaricus VTCC 703 ở bảng 2. Bảng 2. Thông số thích hợp cho quá trình khử khoáng và protein bằng dịch vi khuẩn L. plantarum VTCC 431và L. bulgaricus VTCC 703 STT 1 2 3 4 Yếu tố Nồng độ dịch vi khuẩn/phế liệu Thời gian pH Nhiệt độ phòng Thông số tối ưu 10% (v/w) 132 h 7,2 300C TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 15