Ứng dụng công nghệ Enzyme để thu nhận đường chức năng Fructooligosaccharide (FOS) từ dịch mía

Chia sẻ: Sunshine_3 Sunshine_3 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

140
lượt xem 21
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo bài viết 'ứng dụng công nghệ enzyme để thu nhận đường chức năng fructooligosaccharide (fos) từ dịch mía', luận văn - báo cáo, báo cáo khoa học phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Ứng dụng công nghệ Enzyme để thu nhận đường chức năng Fructooligosaccharide (FOS) từ dịch mía

T¹p chÝ KHKT N«ng nghiÖp 2006: TËp IV, Sè 6: 105-111 §¹i häc N«ng nghiÖp I øng dông c«ng nghÖ enzyme ®Ó thu nhËn ®−êng chøc n¨ng fructooligosaccharide (FOS) tõ dÞch mÝa Application of enzyme technology for fructooligosaccharides (FOS) production from sugarcane juice Ng« Xu©n M¹nh1 v céng sù Summary The aim of the present research was to study the use β – D fructofuranosidase (EC: 3.2.1.26) in enzyme preparation Pectinex Ultra SP-L (Novozymes) for Fructooligosaccharide (FOS) production. Enzyme preparation Pectinex Ultra SP-L (Novozymes) contains β – D fructofuranosidase with the activity 58.1 U/ml. Optimal conditions were selected: Temperature = 40oC, pH 5.6, 240 mn and ratio enzyme: sugarcane juice of 2 : 100 (v/v). The FOS syrup obtained using Pectinex Ultra SP-L has following composition: 50,4% FOS; 10.4% saccharose; 3.9% fructose and 35.3% glucose. Key words: Fructooligosaccharide (FOS), β – D fructofuranosidase, optimal temperature and pH, sugarcane juice 1. §Æt vÊn ®Ò kh«ng ph¶i chØ bëi c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®¬n gi¶n, vÞ ngät thÊp nh−ng vÉn gi÷ ®−îc h−¬ng Tr−íc ®©y, con ng−êi th−êng quan t©m nghiªn cøu v sö dông nh÷ng s¶n phÈm thùc th¬m v vÞ ngät ®Æc tr−ng cña ®−êng phÈm gi u dinh d−ìng v gi¸ trÞ n¨ng l−îng saccharose, quan träng h¬n l FOS cã nhiÒu cao. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y ngo i nh÷ng ®Æc tÝnh cã lîi cho søc kháe con ng−êi: cã kh¶ s¶n phÈm thùc phÈm trªn, ng−êi ta cßn tËp n¨ng kÝch thÝch tiªu hãa, chèng bÖnh tiÓu trung v o nh÷ng s¶n phÈm thùc phÈm cã gi¸ trÞ ®−êng, l th nh phÇn trong chÕ ®é ¨n kiªng dinh d−ìng v møc n¨ng l−îng thÊp; nh−ng l¹i phßng chèng bÖnh bÐo ph×. §Æc biÖt FOS cßn chøa c¸c ho¹t chÊt cã t¸c dông tèt ®èi víi søc gióp t¨ng kh¶ n¨ng hÊp thu Fe, Mg, Ca, Cr... kháe cña con ng−êi - nh÷ng thùc phÈm chøc ng¨n ngõa bÖnh thiÕu m¸u, thiÕu s¾t, c©n b»ng n¨ng (functional foods), trong sè ®ã ®−êng ion Mg2+, Ca2+ trong c¬ thÓ, chèng bÖnh lo ng chøc n¨ng l mét nhãm thùc phÈm chøc n¨ng x−¬ng v bÖnh s©u r¨ng ë trÎ em (Gibson v quan träng (Gibson v William, 2000). William, 2000; Mazza, 1998). §−êng FOS Cã nhiÒu lo¹i ®−êng chøc n¨ng nh−: ®−îc t×m thÊy trong tù nhiªn ë mét sè lo¹i rau ®−êng panatinose, maltitol, sorbitol, lactitol, qu¶ nh−: chuèi, quÊt, mËn, ® o, c chua, h nh, fructoolygosaccharide (FOS), xyloolygosaccharide, tái, actiso... §i liÒn víi sù ph¸t triÓn ®ã, c«ng isomaltoolygosaccharide... Trong sè ®ã, nghÖ enzyme ng y c ng ®−îc sö dông réng r i ®−êng FOS ®−îc nghiªn cøu nhiÒu h¬n c¶ trong nhiÒu lÜnh vùc. 1 Khoa C«ng nghÖ thùc phÈm, §¹i häc N«ng nghiÖp I
N−íc ta l n−íc cã ng nh c«ng nghiÖp C¸c lo¹i ®−êng trong mÉu chuÈn (Trung mÝa ®−êng kh¸ ph¸t triÓn, c¸c vïng nguyªn Quèc) v mÉu nghiªn cøu ®−îc ph©n chia trªn liÖu mÝa ph©n bè kh¸ réng r i (5 vïng sinh cét s¾c ký supelco Ca 30cm x 7,8mm ID th¸i) tr¶i réng tõ B¾c v o Nam. Do ®ã chóng (h ng Supelco, Mü), tèc ®é dßng ch¶y ta s¶n xuÊt ®−êng FOS tõ nguyªn liÖu ban ®Çu 1ml/min, Detector l Detector ®o chØ sè khóc l mÝa kh¸ thuËn lîi. Trong b i b¸o n y tr×nh x¹ - RI. b y kÕt qu¶ nghiªn cøu øng dông chÕ phÈm enzyme pectinex ®Ó thu nhËn ®−êng chøc 3. KÕT QU¶ NGHI£N CøU V TH¶O LUËN n¨ng FOS tõ dÞch mÝa. 3.1 X¸c ®Þnh ho¹t tÝnh cña enzyme β-D fructofuranosidase trong chÕ phÈm 2. VËT LIÖU V PH¦¥NG PH¸P NGHI£N pectinex Ultra SP-L v h m l−îng ®−êng CøU saccharose trong dÞch mÝa 2.1 VËt liÖu §Ó cã ®Þnh h−íng sö dông chÕ phÈm DÞch mÝa cña gièng mÝa chÝn trung b×nh enzyme pectinex-Ultra SP-L, ho¹t tÝnh cña F156 trång trong vô 2005 - 2006 ®−îc sö dông enzyme β-D frutofuranosidase ® ®−îc x¸c ®Ó nghiªn cøu. §−êng saccharose l lo¹i ®Þnh. Sè ®¬n vÞ ho¹t tÝnh trong 1ml dung dÞch ®−êng tr¾ng tinh luyÖn cã h m l−îng 99,62%, chÕ phÈm enzyme l 58,1 U/ml. Do chÕ ph¶m cã ®é Èm 0,05% v ®−êng khö: < 0,05%. ChÕ pectin ex Ultra SP-L chøa enzyme β-D phÈm enzyme pectinex Ultra SP-L (h ng frutofuranosidase, do ®ã cã thÓ sö dông chÕ Novozymes, §an M¹ch) l chÕ phÈm d¹ng phÈm n y ®Ó thu nhËn c¸c fructooligosaccharide láng, m u n©u ®en, ®Æc s¸nh, cã mïi th¬m ®Æc (FOS) tõ ®−êng saccharose. tr−ng, trong ®ã cã chøa enzyme β-D- H m l−îng 3 lo¹i ®−êng chÝnh trong dÞch Fructofuranosidase ®−îc s¶n xuÊt tõ chñng mÝa thu ®−îc tr×nh b y ë b¶ng 1 aspergillus niger. B¶ng 1. Th nh phÇn ®−êng trong dÞch mÝa 2.2. Ph−¬ng ph¸p §ît kiÓm tra Saccharose Glucose Fructose TiÕn h nh 4 ®ît lÊy mÉu mÝa ë 4 giai (%w/w) (%w/w) (%w/w) ®o¹n (thêi ®iÓm) kh¸c nhau ®Ó kiÓm tra th nh phÇn ®−êng trong dÞch mÝa. Mçi ®ît tiÕn h nh 1 90,6 6,2 3,2 kiÓm tra 3 mÉu ®Ó lÊy kÕt qu¶ trung b×nh. Ho¹t 2 91,6 6,3 2,1 tÝnh cña enzyme β-D Fructofuranosidase ®−îc x¸c ®Þnh theo ph−¬ng ph¸p do Seikagaku ®Ò 3 90,6 6,2 3,2 xuÊt (tham kh¶o t i liÖu cña Whitaker &cs, 4 90,6 6,2 3,2 2004), h m l−îng ®−êng khö theo ph−¬ng Trung b×nh 90,9 6,2 2,9 ph¸p Lane - Eynone (tham kh¶o t i liÖu cña §Æng ThÞ Thu & cs, 1997), h m l−îng ®−êng theo ph−¬ng ph¸p ®−îc NguyÔn V¨n Mïi m« Sè liÖu cña b¶ng 1 cho thÊy th nh phÇn t¶ (2001) v th nh phÇn v h m l−îng ®−êng ®−êng trong n−íc mÝa t−¬ng ®èi ®ång ®Òu trªn trong s¶n phÈm FOS thu ®−îc b»ng ph−¬ng 4 mÉu n−íc mÝa ph©n tÝch. Trong sè 3 lo¹i ph¸p s¾c ký láng hiÖu n¨ng cao (HPLC) trªn ®−êng x¸c ®Þnh, dÞch mÝa chøa h m l−îng hÖ thèng s¾c ký HP 1100 (h ng Aligence, Mü) ®−êng saccharose l chñ yÕu (~ 90%). Ngo i t¹i Phßng ph©n tÝch v kiÓm ®Þnh chÊt l−îng ra dÞch mÝa cßn chøa ®−êng glucose (~6%) v thùc phÈm, ViÖn C«ng NghiÖp Thùc PhÈm. ®−êng fructose (~3%).
3.2. X¸c ®Þnh ®iÒu kiÖn tèi −u cho enzyme tÝnh transferase cña enzyme ®¹t cùc ®¹i t¹i gi¸ ho¹t ®éng trÞ nhiÖt ®é 400C. ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é, pH v thêi gian H×nh 2 cho thÊy khi gi¸ trÞ pH t¨ng tõ 4,5- ph¶n øng ®Õn ho¹t tÝnh cña enzyme v kh¶ 5,5, h m l−îng fructose ®−îc vËn chuyÓn t¹o n¨ng vËn chuyÓn ®−êng fructose ®Ó t¹o th nh FOS còng t¨ng lªn v ®¹t cùc ®¹i t¹i gi¸ trÞ pH ®−êng FOS ® ®−îc nghiªn cøu. H×nh 1 cho 5,5 víi h m l−îng fructose chuyÓn hãa ®¹t thÊy h m l−îng fructose ®−îc vËn chuyÓn t¹o 6,9%. Sau ®ã, khi tiÕp tôc t¨ng tõ pH 5,5-7, FOS t¨ng dÇn tõ nhiÖt ®é 25o- 400C v ®¹t cùc h m l−îng fructose ®−îc vËn chuyÓn l¹i gi¶m ®¹i t¹i gi¸ trÞ nhiÖt ®é 400C víi h m l−îng l xuèng. T¹i gi¸ trÞ pH = 7 h m l−îng fructose 6,9%. Sau ®ã h m l−îng fructose ®−îc vËn ®−îc vËn chuyÓn chØ b»ng 09%. T¹i gi¸ trÞ pH chuyÓn gi¶m dÇn tõ nhiÖt ®é 45- 500C. §iÒu 5,5 h m l−îng fructose ®−îc vËn chuyÓn t¹o ®ã chøng tá kh¶ n¨ng ph¶n øng thÓ hiÖn ho¹t FOS ®¹t gi¸ trÞ cao nhÊt. 10 9 8 7 H m l−îng (%) 6 5 Fructose vËn chuyÓn 4 3 2 1 0 25 30 35 40 45 50 NhiÖt ®é (0C) H×nh 1. ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ®Õn kh¶ n¨ng vËn chuyÓn Fructose 10 9 8 7 Hµm l−îng (%) 6 5 Fructose vËn chuyÓn 4 3 2 1 0 4,5 5 5,5 6 6,5 7 pH H×nh 2. ¶nh h−ëng cña pH ®Õn kh¶ n¨ng vËn chuyÓn Fructose
8 7 6 H m l−îng (%) 5 4 Fructose vËn chuyÓn 3 2 1 0 30 60 120 180 240 300 Thêi gian (phót) H×nh 3. ¶nh h−ëng cña thêi gian ®Õn kh¶ n¨ng vËn chuyÓn Fructose H×nh 3 cho ta thÊy thêi gian ph¶n øng tr×nh s¶n xuÊt cÇn ph¶i quan t©m ®Õn gi¸ th nh c ng t¨ng th× h m l−îng fructose ®−îc vËn cña enzyme. V× vËy ®Ó ®¶m b¶o c¶ yÕu tè kinh chuyÓn t¹o FOS c ng t¨ng. Thêi gian ph¶n tÕ v yÕu tè kü thuËt ph¶i chän ra mét tû lÖ øng t¨ng tõ 30 ®Õn 240 phót th× h m l−îng thÝch hîp gi÷a c¸c yÕu tè ®ã. fuctose ®−îc vËn chuyÓn t¹o FOS t¨ng cao Khi bæ sung enzyme víi c¸c l−îng kh¸c trªn 1%. H m l−îng fructose ®−îc vËn nhau tõ 0,005 ®Õn 0,04 v tiÕn h nh ph¶n øng chuyÓn ë møc thÊp nhÊt l 0.3% ë 30 phót. ë ®iÒu kiÖn: nhiÖt ®é: 400C, pH 5,5 v thêi Víi thêi gian tõ 240 phót ®Õn 300 phót th× gian ph¶n øng 240 phót, l−îng enzyme t¨ng h m l−îng fructose ®−îc vËn chuyÓn t¨ng lªn th× h m l−îng fructose vËn chuyÓn t¹o FOS kh«ng ®¸ng kÓ. V× vËy, thêi gian ph¶n øng còng t¨ng theo (b¶ng 2). §iÒu ®ã chøng tá cña chÕ phÈm enzyme ®−îc chän l 240 phót. ho¹t tÝnh transferase cña enzyme còng t¨ng Lóc n y, h m l−îng fructose ®−îc vËn khi nång ®é enzyme t¨ng. Khi l−îng enzyme chuyÓn t¹o FOS ®¹t 7,0%. t¨ng tõ 0,005 - 0,02 th× h m l−îng fructose Trªn c¬ së c¸c kÕt qu¶ thu ®−îc nhiÖt ®é ®−îc vËn chuyÓn t¹o FOS t¨ng tõ 0,6% ®Õn 40oC, pH 5,5 v thêi gian ph¶n øng 240 phót 6,9%. Nh−ng khi l−îng enzyme t¨ng tõ 0,02 ® ®−îc chän cho ph¶n øng thu nhËn ®−êng ®Õn 0,04 th× h m l−îng fructose ®−îc vËn FOS tõ dÞch mÝa. chuyÓn chØ t¨ng tõ 6,9% ®Õn 7,9% (=1%). Nh− vËy l h m l−îng fructose ®−îc vËn 3.2 ¶nh h−ëng cña tû lÖ enzyme/c¬ chÊt tíi chuyÓn t¨ng rÊt chËm tõ nång ®é ezyme trong sù biÕn ®æi th nh phÇn ®−êng kho¶ng n y. Bªn c¹nh ®ã h m l−îng L−îng chÕ phÈm enzyme bæ sung l mét saccharose +FOS gi¶m dÇn theo chiÒu t¨ng yÕu tè rÊt quan träng nh»m t¨ng kh¶ n¨ng cña l−îng enzyme, cßn ng−îc l¹i h m l−îng thñy ph©n v vËn chuyÓn, chÊt l−îng v gi¸ glucose t¨ng dÇn theo chiÒu t¨ng cña l−îng th nh s¶n phÈm. NÕu bæ sung víi l−îng enzyme. Sè liÖu còng cho thÊy kh¶ n¨ng thñy enzyme thÊp th× kh¶ n¨ng thñy ph©n thÊp, thêi ph©n cña enzyme t¨ng dÇn khi t¨ng nång ®é gian thñy ph©n kÐo d i l m cho s¶n phÈm biÕn enzyme. m u, chÊt l−îng v th nh phÇn ®−êng biÕn ®æi KÕt qu¶ thu ®−îc ë b¶ng 2 cho phÐp chän kh«ng nh− mong muèn. Ng−îc l¹i nÕu l−îng tû lÖ enzyme/c¬ chÊt: 2ml chÕ phÈm enzyme chÕ phÈm enzyme bæ sung c ng cao th× hiÖu cho 100ml dÞch mÝa trong quy tr×nh s¶n xuÊt qu¶ thñy ph©n còng c ng cao (®¹t ®Õn ®iÓm l hîp lý h¬n ®¸p øng yªu cÇu vÒ gi¸ th nh cùc ®¹i). Tuy nhiªn bæ sung enzyme trong qu¸ cho s¶n phÈm.
B¶ng 2. ¶nh h−ëng cña tû lÖ chÕ phÈm Enzyme/c¬ chÊt tíi sù biÕn ®æi th nh phÇn ®−êng Tû lÖ enzyme/n−íc mÝa Saccharose+ FOS Glucose Fructose Fructose vËn chuyÓn (v/v) (%w/w) (%w/w) (%w/w) (%w/w) 0 90,6 6,2 3,2 0 0.005 85,7 9,0 5,3 0,6 0.01 82,2 11,7 6,1 2,6 0.015 80,1 13,9 6,0 4,8 0.02 73,5 18,2 8,2 6,9 0.025 73,4 18,4 8,1 7,2 0.03 71,7 19,5 8,8 7,6 0.035 70,6 20,1 9,3 7,7 0.04 69,7 20,6 9,7 7,9 3.3 Th nh phÇn ®−êng FOS cã trong s¶n Sè liÖu b¶ng 3 v s¾c ký ®å (h×nh 4 v 5) cho phÈm thÊy h m l−îng FOS ®¹t gi¸ trÞ cao nhÊt, chiÕm 50,4%, h m l−îng fructose chiÕm tû lÖ Th nh phÇn v h m l−îng c¸c lo¹i ®−êng thÊp nhÊt 3,9%. Bªn c¹nh ®ã h m l−îng cã trong chÕ phÈm FOS ® ®−îc x¸c ®Þnh v saccharose cßn l¹i víi tû lÖ thÊp (10,4%) v ®Þnh l−îng (h×nh 4, 5 v b¶ng 3). Siro FOS thu l−îng glucose chiÕm tû lÖ kh¸ cao (35,3%). nhËn ®−îc theo quy tr×nh s¶n xuÊt tr×nh b y ë §iÒu n y chøng tá hiÖu qu¶ thñy ph©n v kh¶ s¬ ®å 1 ®−îc ph©n tÝch th nh phÇn v h m n¨ng vËn chuyÓn fructose cña chÕ phÈm l−îng c¸c lo¹i ®−êng trªn m¸y s¾c ký láng enzyme pectinex Ultra SP-L ®¹t tû lÖ cao. Víi hiÖu n¨ng cao (HPLC). MÉu ®èi chøng l h m l−îng fructose chiÕm 3,9% cho thÊy hiÖu ®−êng FOS b¸n trªn thÞ tr−êng Trung Quèc. suÊt chuyÓn hãa rÊt cao. Glucose 11.708 RID Sucrose 9.800 Lanhuong SV DHNN 08.5.2006 x20lan Name Fructose 15.158 0.050 7.975 Retention Time Volts FOS 8.608 0.025 0.000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Minutes MÉu kiÓm tra H×nh 4. S¾c ký ®å cña ®−êng FOS v c¸c lo¹i ®−êng trong mÉu nghiªn cøu
RID Fructose 15.100 Lanhuong 0.03 7.975 FOS 08.5.2006 Name Retention Time 0.02 Glucose 11.733 Volts sucrose 9.817 Fos 8.608 0.01 0.00 0 10 20 30 40 50 60 Minutes MÉu chuÈn H×nh 5. S¾c ký ®å cña ®−êng FOS chuÈn §iÒu kiÖn: Detector: RI MÝa nguyªn liÖu Tèc ®é dßng ch¶y: 1ml/phót Cét s¾c ký: Sulpelco Ca, 30cm x 7.8mm ID - Chän v l m B¶ng 3. Th nh phÈn v h m l−îng ®−êngcã s¹ch trong s¶n phÈm FOS - Ðp Lo¹i ®−êng H m l−îng (%) Dung dÞch n−íc mÝa FOS 50,4 - Xö lý enzyme Pectinex Ultra SP-L. (Tû lÖ enzyme: DÞch mÝa – 2: 100, Saccharose 10,4 T=40oC, pH 5,5, t=240 ph.) - V« ho¹t enzyme. Glucose 35,3 - Läc trong. Fructose 3,9 Dung dÞch Fructoolygosaccharide Ghi chó: KÕt qu¶ trªn tÝnh theo tæng c¸c lo¹i ®−êng cã trong mÉu (100%). - TÈy m u. - C« ®Æc ®Õn 700Bx Víi viÖc sö dông chÕ phÈm enzyme Pectinex Ultra SP-L cho siro FOS cã chÊt l−îng t−¬ng ®−¬ng nh− ®−êng FOS cña Trung Siro FOS 700Bx Quèc b¸n trªn thÞ tr−êng. S¬ ®å1. Quy tr×nh s¶n xuÊt siro FOS tõ n−íc mÝa cã sö dông enzyme Pectinex Ultra SP-L 3.4. Quy tr×nh s¶n xuÊt Trªn c¬ së c¸c kÕt qu¶ thu ®−îc, chóng 4. KÕT LUËN t«i ®Ò xuÊt quy tr×nh s¶n xuÊt siro FOS tõ n−íc Ho¹t tÝnh cña Enzyme β-D mÝa cã sö dông chÕ phÈm enzyme Pectinex fructofuranosidase cã trong chÕ phÈm Ultra SP-L nh− ë s¬ ®å 1. Pectinex Ultra SP- L l 58,1U/ml.
C¸c ®iÒu kiÖn cho viÖc xö lý enzyme T i liÖu tham kh¶o Pectinex Ultra SP-L ® ®−îc lùa chän gåm: NguyÔn V¨n Mïi (2001). Thùc h nh hãa sinh - NhiÖt ®é thÝch hîp l 400C. häc. §¹i Häc Quèc Gia H Néi. - pH thÝch hîp l 5,5. §Æng ThÞ Thu v CS., (1997). Thùc h nh ho¸ sinh c«ng nghiÖp. §HBK H Néi - Thêi gian ph¶n øng l 240 phót. Gibson G.R & William C.M., (2000). - Tû lÖ enzyme/n−íc mÝa (200Bx) l Functional foods - Concept to product. 2ml/100ml dÞch mÝa. Woodhead publishing Ltd. & CRC Press. 9 - 27 p. Tõ ®ã nghiªn cøu ®Ò xuÊt mét quy tr×nh J.R.Whitaker, A.G.J.Voragen, D.W.S. Wong, s¶n xuÊt siro FOS tõ n−íc mÝa cã sö dông chÕ (2004). Handbook of food Enzymology, 805 phÈm Pectinex Ultra SP-L víi Siro FOS th nh - 822p. Mazza G. Edt., 1998. Functional phÈm cã th nh phÇn v h m l−îng c¸c lo¹i foods: Biochemical and processing ®−êng l : ®−êng FOS: 50,4%, saccharose: aspects.Agriculture and agrifood, Canada, 10,4%, fructose: 3,9% v glucose: 35,3%. woodhead publishing Ltd..