IV. KẾT LUẬN
Sau khi nghiên cứu, đưa ra các thông số kỹ thuật tối ưu cho các công đoạn xử lý rong bằng chế phẩm
Viscozyme L và đề xuất được quy trình công nghệ tách chiết carrageenan từ rong sụn trồng tại vùng biển
Khánh Hòa.
Chất lượng carrageenan tách chiết theo quy trình này được thể hiện qua các chỉ tiêu chất lượng sau:
+ Sức đông: 655 g/cm2
+ Hiệu suất thu nhận carrageenan đạt 34,5%
+ Màu sắc: trắng sáng
5 trang |
Chia sẻ: linhmy2pp | Ngày: 23/03/2022 | Lượt xem: 181 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu sử dụng Viscozyme L trong sản xuất carrageenan từ rong sụn (Kappaphycus alvarezii (Doty) doty), để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2013
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 107
KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CÖÙU ÑAØO TAÏO SAU ÑAÏI HOÏC
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VISCOZYME L TRONG SẢN XUẤT
CARRAGEENAN TỪ RONG SỤN (KAPPAPHYCUS ALVAREZII (DOTY) DOTY)
STUDIES ON THE USE OF VISCOZYME L FOR EXTRACTION OF CARRAGEENAN
FROM KAPPAPHYCUS ALVAREZII (DOTY) DOTY
Lê Thị Thúy Hằng1, Vũ Ngọc Bội2
Ngày nhận bài: 03/7/2012; Ngày phản biện thông qua: 07/01/2013; Ngày duyệt đăng: 15/5/2013
TÓM TẮT
Hiện nay, việc sử dụng chế phẩm enzyme để thay thế các hóa chất trong tách chiết carrgeenan từ rong sụn giảm thiểu
ô nhiễm môi trường đang là hướng đi mới rất được quan tâm. Viscozyme L là endo-beta-glucanase có thể thủy phân liên
kết (1-3)- hoặc (1-4)- trong beta-D-glucans nên có thể sử dụng để xử lý rong sụn trước khi nấu chiết carrageenan thay cho
xử lý bằng hóa chất. Nghiên cứu này đã tìm ra điều kiện tối ưu cho việc xử lý rong để sản suất carrageenan bằng enzyme
Viscozyme L như sau: tỷ lệ enzyme/rong = 1,45%; t0 = 420C; pH =5,1; t = 60 phút. Xử lý rong theo điều kiện tối ưu thu
được carrageenan có màu trắng sáng và sức đông là 655g/cm2.
Từ khóa: Kappaphycus alvarezii (Doty) Doty, carrageenan, Viscozyme L
ABSTRACT
The applying enzyme product replaced some chemicals to extract carrageenan from Kappaphycus alvarezii is the
new method which can reduce environmental pollution and up to now it would be more and more popular. Viscozyme L
is an endo-beta-glucanase that hydrolyzes (1,3)- or (1,4)-linkages in beta-D-glucans. Therefore, it can be use to treat
Kappaphycus alvarezii before extraction of carrageenan instead of chemical treatment. This study found that the optimal
condition for treating Kappaphycus alvarezii as follows: enzyme/seaweed ratio = 1,45%; t0 = 420C; pH =5,1; t = 60
minutes. Carrageenan obtained by treatment of seaweed under the optimal condition had white color with a gel strength
of 665g/cm2.
Keywords: Kappaphycus alvarezii (Doty) Doty, carrageenan, Viscozyme L
1 Lê Thị Thúy Hằng: Lớp Cao học Công nghệ Sau thu hoạch 2009 - Trường Đại học Nha Trang
2 TS. Vũ Ngọc Bội: Khoa Công nghệ thực phẩm - Trường Đại học Nha Trang
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Rong sụn (Kappaphycus alvarezii (Doty)
Doty) là loài rong biển nhiệt đới có giá trị kinh tế
cao. Thành phần hoá học chủ yếu của rong sụn là
Carrageenan, chiếm 40 - 55% khối lượng rong khô.
Việc sản xuất Carrageenan được bắt đầu từ năm
1862. Hiện nay, các nước sản xuất Carrageenan
nhiều trên thế giới là Philipine, Mỹ, Đan Mạch,
Pháp Năm 2001, tổng sản lượng Carrageenan
trên thế giới là 42.390 tấn, trong đó: Châu Âu chiếm
32%, Mỹ 21%, Châu Á - Thái Bình Dương 47%. Sản
lượng rong sụn của nước ta năm 2005 khoảng 150
tấn khô và tiếp tục gia tăng trong các năm tiếp bằng.
Tuy nhiên, các cơ sở sản xuất carrageenan từ rong
sụn còn rất hạn chế và nhỏ lẻ, nguồn carrageenan
thường được nhập khẩu để đáp ứng nhu cầu tiêu
dùng trong nước [1], [2].
Hiện nay, các công trình nghiên cứu về rong
sụn chủ yếu tập trung vào nghiên cứu nuôi trồng và
thu nhận carrageenan từ rong sụn bằng quy trình
xử lý rong bằng hóa chất. Phương pháp xử lý rong
bằng hóa chất để sản xuất carrageenan có nhược
điểm là carrageenan thu được thường lẫn với hóa
chất nên quá trình tinh chế gặp nhiều khó khăn nhất
là khi sử dụng carrageenan trong lĩnh vực y dược
và dược phẩm. Ngoài ra, việc sử dụng hóa chất còn
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2013
108 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
gây nên các vấn đề về ô nhiễm môi trường. Nhiều
nghiên cứu gần đây cho thấy việc sử dụng enzyme
polysaccharase để thu carrageenan có nhiều ưu
điểm về hiệu suất và carrageenan thu được sẽ dễ
dàng tinh chế. Nghiên cứu của Soovendran và cộng
sự (2009) cho thấy sử dụng enzyme cellulase để
thu nhận carrageenan từ rong sụn cho hiệu suất rất
cao khoảng 45%.
Viscozyme L là một phức hợp đa enzyme bao gồm
arabanase, cellulase, β-glucanase, hemicellulase
và xylanase, sử dụng chế phẩm này để xử lý nguyên
liệu thực vật có tác dụng làm giảm độ nhớt, cải thiện
tính chất của nguyên liệu và giúp tăng hiệu suất quá
trình tách chiết những thành phần mong muốn của
thực vật. Do vậy, đề tài này đã nghiên cứu sử dụng
chế phẩm enzyme Viscozyme L để thay thế hóa
chất trong xử lý rong sụn (Kappaphycus alvarezii
(Doty) Doty) để sản xuất carrageenan.
II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1. Đối tượng nghiên cứu
a. Rong sụn (Kappaphycus alvarezii (Doty)
Doty) được trồng ở vùng biển Khánh Hòa, Việt Nam.
Rong sụn sau khi được thu mua, rửa sạch cát, muối
và phơi khô để đạt được độ ẩm khoảng 30,5%. Sau
đó, rong được bảo quản tại phòng thí nghiệm và sử
dụng cho nghiên cứu.
b. Chế phẩm enzyme: Visozyme L của hãng
Novozymes, hoạt độ 100 FBG/g, điều kiện thích
hợp để chế phẩm hoạt động: pH 3,3 - 5,5 và nhiệt
độ 50 - 550C. Bảo quản chế phẩm ở nhiệt độ 1- 100C
c. Hóa chất: CH3COOH, NaOH, KCl là những hóa
chất đạt tiêu chuẩn phân tích do Trung Quốc sản xuất.
2. Phương pháp nghiên cứu
- Xác định hàm ẩm: bằng phương pháp sấy đến
khối lượng không đổi theo tiêu chuẩn TCVN 3700-90.
- Xác định đường tổng số: bằng phương pháp
Dubois [4].
- Xác định hàm lượng 3,6- anhydro-galactose:
bằng phương pháp Yaphe [7].
- Xác định hàm lượng sulfate: bằng phương
pháp Terho [6].
- Xác định độ nhớt: bằng phương pháp Craigle [3].
- Xác định độ bền gel: bằng phương pháp
Craigle [3].
- Phương pháp tối ưu hóa: tối ưu hóa quá trình
nghiên cứu bằng phương pháp quy hoạch thực
nghiệm trực giao cấp I.
Quá trình thu carrageenan được bố trí theo thí
nghiệm sau:
Rong sụn khô
Ngâm nước 8 – 10h
Xử lý bằng enzyme
Viscozyme L
Rửa
Nấu chiết
Lọc
Dịch lọc
Lạnh đông tan giá
Phơi khô
Carrageenan
Đánh giá chất lượng
Bã
KCl 0,3%
Tỷ lệ nước/rong khô: 50/1
Nhiệt độ: 900C
Thời gian 80 phút
E/R= 1% - 1,5%
t0 = 400C – 500C
pH : 4,6 – 5,2
Hình 1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm sử dụng Viscozyme L để xử lý rong sụn
trong sản xuất carrageenan
Giải thích sơ đồ:
rong sụn được ngâm
trương nở từ 8 -
10 giờ sau đó đem xử lý với
Viscozyme L trong thời gian
60 phút. Lần lượt nghiên
cứu các điều kiện thích hợp
để xử lý rong bằng enzyme
với tỷ lệ enzyme/rong từ
1% - 1,5%, nhiệt độ ngâm
rong 40 - 500C và pH 4,6 -
5,2. Sau đó, rong được
đem đi nấu chiết ở 900C, tỷ
lệ nước/rong khô: 50/1 và
thời gian 80 phút. Hỗn hợp
được lọc qua một lớp vải,
rồi bổ sung 0,3% KCl vào
dịch lọc, để đông tự nhiên,
cắt miếng, cấp đông, rã
đông và làm khô thu sản
phẩm carrageenan. Kết
quả đánh giá: hiệu suất
thu nhận và sức đông của
carrrageenan.
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2013
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 109
Tiếp theo, để khảo sát các giá trị tối ưu, áp dụng quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp I với 3 yếu tố và 2
hàm mục tiêu theo sơ đồ sau:
Ta có biến đầu vào: - Z1: nồng độ enzyme/rong 1% - 1,5%
- Z2: nhiệt độ xử xử lý rong 40
0C – 500C
- Z3: pH 4,6 – 5,2
Hàm mục tiêu: - Y1: Sức đông của carrageenan
- Y2 : Hiệu suất thu carrageenan
Các yếu tố ảnh hưởng n = 3 và số thí nghiệm N = 2k + 3 = 11.
Phương trình hồi quy có dạng: Y = b0 + b1x + b2x + b3x + b12x1x2 + b13x1x3 + b23x2x3 + b123x1x2x3
Hàm mục tiêu được lựa chọn trong quá trình tối ưu hóa là hàm sức đông và hàm hiệu suất thu carrageenan,
đây là các chỉ tiêu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng cũng như ảnh hưởng lớn đến chi phí sản xuất.
Thực tế không thể có một nghiệm chung cho cả hai quá trình để đạt được y1 và y2 gần y1max, y2max. Để tìm
được nghiệm thỏa mãn sử dụng phương pháp chập tuyến tính: YL = α1y1 + α2y2
Trong đó - α1: hệ số quan trọng ứng với hàm mục tiêu sức đông (y1)
- α2: hệ số quan trọng ứng với hàm mục tiêu hiệu suất (y2)
Với mục đích thu nhận carrageenan có chất lượng cao nên ưu tiên cho hàm mục tiêu là sức đông, chọn
α1 = 0,6, α2 = 0,4 (Vì sức đông là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến chất lượng carrageenan còn hiệu suất
ảnh hưởng nhiều đến chi phí sản xuất)
Ta có hàm đa mục tiêu: YL = 0,6y1 + 0,4y2
III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Tối ưu hóa công đoạn ngâm rong
Bảng 1. Khoảng biến đổi của các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thu carrageenan
Các mức
Các yếu tố ảnh hưởng
Z1 (tỷ lệ enzyme/rong) Z2 (nhiệt độ) Z1 (pH)
Mức trên (+1) 1,5% 500C 5,2
Mức cơ sở (0) 1,25% 450C 4,6
Mức dưới (-1) 1% 400C 4,9
Khoảng biến thiên 0,25% 50C 0,3
Quy hoạch thực nghiệm gồm 11 thí nghiệm, kết quả thực nghiệm được trình bày như sau:
STT Biến mã
Y1 Y2x1 x2 x3 x12 x13 x23 x123
1 -1 -1 -1 1 1 1 -1 569 33,9
2 1 -1 -1 -1 -1 1 1 571,3 36,5
3 -1 1 -1 -1 1 -1 1 529,4 33
4 1 1 -1 1 -1 -1 -1 564 34,9
5 -1 -1 1 1 -1 -1 1 567 35,5
6 1 -1 1 -1 1 -1 -1 581,4 36,8
7 -1 1 1 -1 -1 1 -1 563,3 35,2
8 1 1 1 1 1 1 1 582,9 33,9
T1 0 0 0 0 0 0 0 580,87 34,5
T2 0 0 0 0 0 0 0 577,57 34
T3 0 0 0 0 0 0 0 581 34,3
Công đoạn ngâm
rong
Z
1 Y1
Y
2
Z
2
Z3
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2013
110 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Hàm sức đông và hiệu suất thu hồi carrageenan được biểu diễn theo bằng mô hình sau:
Y1 = 566,04 + 8,86x1 – 6,14x2 + 7,6x3 + 4,69x12 + 5,59x23 - 3,39x123
Y2 = 34,96 + 0,56x1 - 0,71x2 + 0,39x3 - 0,41x12 - 0,56x13
Phân tích hồi quy cho thấy hai mô hình hoàn toàn có ý nghĩa thông kê với độ tin cậy 99,95%.
Lần lượt xét ảnh hưởng của từng yếu tố đến sức đông và hiệu suất thu nhận carrageenan. Khi tăng lượng
chế phẩm Viscozyme L bổ sung để ngâm rong thì cả sức đông và hiệu suất đều tăng theo, chế phẩm Viscozyme
L chứa enzyme polysacharase có tác dụng bào mòn tế bào thân rong thu được lượng carrageenan. Nhiệt độ
ngâm rong cũng ảnh hưởng lớn đến sức đông và hiệu suất, ở nhiệt độ thích hợp tạo điều kiện để enzyme xúc
tác phản ứng thủy phân thân rong. Trong khoảng nhiệt độ nghiên cứu 40- 550C, để tăng hai yếu tố này cần phải
giảm nhiệt độ xử lý vì khi nhiệt độ quá cao lại là yếu tố kìm hãm hoạt độ xúc tác enzyme khi thủy phân rong vì
bản chất enzyme cũng chính là protein, dễ bị biến tính bởi nhiệt độ cao. Ngoài ra, sức đông và hiệu suất cũng
chịu ảnh hưởng rõ rệt bởi pH ngâm rong, pH là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng thủy phân
màng cellulose của thân rong, nó làm thay đổi trạng thái ion hóa các nhóm định chức ở trung tâm hoạt động của
enzyme. Khi tăng pH trong khoảng nghiên cứu thì cả sức đông và hiệu suất thu nhận đều tăng theo.
Quá trình tách chiết carrageenan từ rong sụn được tiến hành sao cho thu được carrageenan có sức đông
và hiệu suất cao nhất. Vì vậy, nghiên cứu đã tối ưu hóa các hàm mục tiêu bằng phương pháp chập tuyến tính.
Bảng 2. Kết quả thí nghiệm theo hướng leo dốc của hàm chập YL
Hệ số b Y1 Y2 YL
b0 566,04 34,96 353,61
b1 8,86 0,56 5,54
b2 -6,14 -0,71 -3,97
b3 7,6 0,39 4,72
b12 4,69 -0,41 2,65
b13 -0,56 -0,65
b23 5,59 5,59
b123 -3,39 -3,39
Ta có phương trình hồi quy:
YL = 353,61 + 5,54x1 – 3,97x2 + 4,72x3 + 2,65x12 – 0,65x13 + 5,59x23 – 3,39x123
Kết quả tối ưu hóa thu
được như sau: tỷ lệ enzyme/
rong 1,45%, nhiệt độ ngâm
rong 420C, pH là 5,1. Khi đó
carrageenan thu được có sức
đông đạt 655g/cm2, hiệu suất thu
nhân đạt 34,5%.
2. Đề xuất quy trình công nghệ
Sau khi nghiên cứu, quy
trình công nghệ sử dụng chế
phẩm Viscozyme L thu nhận
carrageenan được đưa ra
như sau:
Hình 2. Quy trình công nghệ sử dụng chế phẩm Viscozyme L thu nhận carrageenan
Rong sụn khô
Ngâm nước 8 – 10h
Xử lý bằng
Viscozyme L
Nấu chiết
Lọc
Dịch lọc
Lạnh đông tan giá
Phơi khô
Carrageenan
Bã
KCl 0,3%
Nhiệt độ: 900C
Tỷ lệ nước/rong khô: 50/1
Thời gian nấu: 80 phút
Enzyme/rong:
1,45%; pH 5,1
Nhiệt độ: 420C
pH: 5,1
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2013
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 111
IV. KẾT LUẬN
Sau khi nghiên cứu, đưa ra các thông số kỹ thuật tối ưu cho các công đoạn xử lý rong bằng chế phẩm
Viscozyme L và đề xuất được quy trình công nghệ tách chiết carrageenan từ rong sụn trồng tại vùng biển
Khánh Hòa.
Chất lượng carrageenan tách chiết theo quy trình này được thể hiện qua các chỉ tiêu chất lượng sau:
+ Sức đông: 655 g/cm2
+ Hiệu suất thu nhận carrageenan đạt 34,5%
+ Màu sắc: trắng sáng
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Đào Trọng Hiếu, 2007. Tối ưu hóa quy trình công nghệ tách chiết carrageenan từ rong sụn Kappaphycus alvarezii. Tạp chí
Khoa học công nghệ và Kinh tế thủy sản, Tập số 7: trang 15 – 17.
2. Trần Đình Toại, Nguyễn Xuân Nguyên, Phạm Hồng Hải, Nguyễn Bích Thủy, Trần Thị Hồng (2006). Carrageenan từ rong
biển - Sản xuất và ứng dụng. NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
Tiếng Anh
3. Craigie, J.C, Leigh, C, 1978. Carrageenan and agar. In handbook of phycoligical method, Physiological and Biochemical
methods - Cambridge Univ. Press. 09 - 31
4. Dubois, W. S., Wilton, O. C., Cas Kill, J.MC., Humm, HJ.and Wolf, F.A. 1956. Colorimetric method for determination of
sugar and related subtances. Analytical Biochemistry, 28, 350 - 356
5. Soovendran A/l Varadarajan, Nazaruddin Ramli, Arbakariya Ariff, Mamot Said, Suhaimi Md Yasir, 2009. Development of
high yielding carragenan extraction method from Eucheuma Cotonii using cellulase and Aspergillus niger, Prosiding Seminar
Kimia Bersama UKM-ITB VIII - 461
6. Terho, T.T., Kartiala, 1971. Method for determinantion of the sulphate contenf of glycosaminoglycan. Analytical
Biochemistry, 41, 471 - 476
7. Yaphe, W., Arsenault, G. P., 1965. Improved resorciol reagent for the determination of fructose and 3,6 anhydrogeatose in
polysaccharides. Analytical Biochemistry, 3, 143 – 148
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- nghien_cuu_su_dung_viscozyme_l_trong_san_xuat_carrageenan_tu.pdf