Khảo sát quá trình tạo chế phẩm bromelain dạng bột từ phụ phẩm dứa
Hiện nay, việc sản xuất chế phẩm enzyme đã và đang phát triển mạnh mẽ trên quy mô
công nghiệp. Các loại chế phẩm enzyme được bày bán trên thị trường với nhiều mức độ tinh
khiết khác nhau theo tiêu chuẩn công nghiệp và ứng dụng. Một số loại chế phẩm phổ biến
như amylase, protease, cellulose, lipase,
Bromelain là tên gọi chung cho các enzyme phân giải protein chứa nhóm sulfhydryl
được tách chiết chủ yếu từ các mô của thực vật thuộc họ bromeliaceae, tiêu biểu nhất là cây
dứa. Hiện nay, ngoài hai loại bromelain thương mại được tách chiết từ thân (stem bromelain
- SBM - EC 3.4.22.32) và từ trái (fruit bromelain - FBM - EC 3.4.22.33), bromelain còn
được nghiên cứu tách chiết từ phụ phẩm như vỏ, lõi, lá, chồi ngọn của quả dứa [1, 2].
Ở Việt Nam, dứa được trồng khắp từ Bắc tới Nam trên diện tích khoảng 40 ngàn hecta,
với sản lượng trên 500 ngàn tấn/năm, 90% diện tích tập trung ở phía Nam. Các tỉnh có diện
tích trồng dứa lớn gồm Tiền Giang (14800 ha), Kiên Giang (10000 ha), Hậu Giang (gần 1600
ha), Long An (1000 ha) [3]. Cùng với đó là sự phát triển những nhà máy chế biến các sản
phẩm từ quả dứa như Đồng Giao (Tam Điệp - Ninh Bình), KIVECO (Kiên Giang) và
VEGETIG (Tiền Giang) do vậy đã tạo ra một lượng phế phụ phẩm lớn, hiện nay chủ yếu
được sử dụng là nguyên liệu để sản xuất phân bón hữu cơ, ủ chua làm thức ăn gia súc. Tuy
nhiên nguồn phụ phẩm này còn chứa bromelain có hoạt tính [1, 2, 4, 5]. Nếu tận dụng, khai
thác tốt enzyme từ các nguồn phụ phẩm này sẽ góp phần nâng cao giá trị kinh tế của cây dứa.
Do vậy, đề tài được thực hiện nhằm tạo chế phẩm bromelain dạng bột từ phụ phẩm dứa
hướng đến ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp da giày, mỹ phẩm và đặc biệt
trong công nghiệp thực phẩm.
Tóm tắt nội dung tài liệu: Khảo sát quá trình tạo chế phẩm bromelain dạng bột từ phụ phẩm dứa
![Khảo sát quá trình tạo chế phẩm bromelain dạng bột từ phụ phẩm dứa Khảo sát quá trình tạo chế phẩm bromelain dạng bột từ phụ phẩm dứa](https://s1.tailieubachkhoa.net/rl6k7x3q9zfh00j8/thumb/2022/01/01/khao-sat-qua-trinh-tao-che-pham-bromelain-dang-bot-tu-phu-ph_4RryNkuzzI.jpg)
Bùi Văn Hoài, Đào An Quang, Nguyễn Thị Nam Phương, Võ Đình Nguyên 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Muanprasat C. and Chatsudthipong V. - Chitosan oligosaccharide: Biological activities and potential therapeutic applications, Pharmacology & Therapeutics 170 (2016) 80-97. 2. Lillo L. et al - Antibacterial Activity of Chitooligosaccharides, Carbohydrate Polymers 63 (2008) 644-648. 3. Jeon Y. J. and Kim S. K. - Continuous production of chitooligosaccharides using a dual reactor system, Process Biochemistry 35 (2000) 623-632. 4. Kim S. K. and Rajapakse N. - Enzymatic production and biological activities of chitosan oligosaccharides (COS): A review, Carbohydrate Polymers 62 (2005) 357–368. 5. Xie Y., Jingang H., Wei Y., and Hong X. - Preparation of chitooligosaccharides by the enzymatic hydrolysis of chitosan, Polymer Degradation and Stability 94 (2009) 1895–1899. 6. Xia W., Liu P., and Liu J. - Advance in chitosan hydrolysis by non-specific cellulases, Bioresource Technology 99 (2008) 6751–6762. 7. Jeon Y. J. and Kim S. K. - Production of chitooligosaccharides using an ultrafiltration membrane reactor and their antibacterial activity, Carbohydrate Polymers 41 (2000) 133-141. 8. Wood T. M. and Bhat K. M. - Methods for measuring cellulase activities. In: Wood WA, Kellogg ST (ed.), Methods in enzymology 160 (1988) 87-112. 9. Nguyễn Anh Dũng và ctv. - Chitin, chitosan và các dẫn xuất: hoạt tính sinh học và ứng dụng, NXB Giáo dục Việt Nam, 2012, tr.348. ABSTRACT RESEARCH OF CHITOSAN HYDROLYSIS BY CELLULASE TO PRODUCE CHITOOLIGOSACCHARIDE Bui Van Hoai1*,2, Dao An Quang1, Nguyen Thi Nam Phuong1, Vo Dinh Nguyen1, Tran Thi Kim Quyen1, Ngo Dai Nghiep2 1Ho Chi Minh City University of Food Industry 2University of Natural Science Ho Chi Minh City-VNU *Email: hoaibv@cntp.edu.vn To increase the water solubility of chitosan and the potential application for many good products for human health is the primary objective of this study. Cellulase is non-specific enzyme used in this study, the reducing sugar content is determined using the DNS method, the molecular weight of chitooligosaccharide (COS) is determined by gel permeation chromatography (GPC). The research shows that the suitable parameters for the hydrolysis process include: temperature (50 oC), pH (5.5), substrate concentration (0.8%), enzyme activity (7 UI/g), hydrolysis duration (150 minutes). Average molecular weight of COS is 4,325.8 (Da). The research results may be applied to produce COS. Keywords: Chitooligosaccharide, chitosan, cellulase, hydrolysis. Tạp chí Khoa học công nghệ và Thực phẩm 12 (1) (2017) 19-32 19 KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH TẠO CHẾ PHẨM BROMELAIN DẠNG BỘT TỪ PHỤ PHẨM DỨA Đào Thị Mỹ Linh*, Nguyễn Thị Quỳnh Mai, Đỗ Thị Hoàng Tuyến, Nguyễn Thị Như Phượng Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM *Email: linhdtm@cntp.edu.vn Ngày nhận bài: 11/7/2017; Ngày chấp nhận đăng: 20/9/2017 TÓM TẮT Nghiên cứu này được thực hiện nhằm thu chế phẩm bromelain dạng bột từ phụ phẩm dứa bằng phương pháp sấy phun. Kết quả cho thấy, chất trợ sấy phù hợp là sữa tách béo (skim milk) với nồng độ 10% (w/v), quá trình sấy thực hiện ở nhiệt độ không khí đầu vào 110 oC, nhiệt độ không khí đầu ra 60 oC, tốc độ bơm nhập liệu 288 mL/h (8 rpm). Tạo được chế phẩm bromelain có hoạt tính 1542,550 ± 98,384 (UI/g), thông số động học Km = 2,031 mM và Vmax = 0,054 mM/phút với cơ chất là casein, hoạt động thủy phân tốt nhất ở pH 7, nhiệt độ 40 oC. Chế phẩm thích hợp bảo quản ở 0 oC trong bao nhôm và có thể giữ được 50% hoạt tính sau 20 ngày. Từ khóa: Enzyme, bromelain, lọc tiếp tuyến, phụ phẩm dứa, sấy phun. 1. MỞ ĐẦU Hiện nay, việc sản xuất chế phẩm enzyme đã và đang phát triển mạnh mẽ trên quy mô công nghiệp. Các loại chế phẩm enzyme được bày bán trên thị trường với nhiều mức độ tinh khiết khác nhau theo tiêu chuẩn công nghiệp và ứng dụng. Một số loại chế phẩm phổ biến như amylase, protease, cellulose, lipase, Bromelain là tên gọi chung cho các enzyme phân giải protein chứa nhóm sulfhydryl được tách chiết chủ yếu từ các mô của thực vật thuộc họ bromeliaceae, tiêu biểu nhất là cây dứa. Hiện nay, ngoài hai loại bromelain thương mại được tách chiết từ thân (stem bromelain - SBM - EC 3.4.22.32) và từ trái (fruit bromelain - FBM - EC 3.4.22.33), bromelain còn được nghiên cứu tách chiết từ phụ phẩm như vỏ, lõi, lá, chồi ngọn của quả dứa [1, 2]. Ở Việt Nam, dứa được trồng khắp từ Bắc tới Nam trên diện tích khoảng 40 ngàn hecta, với sản lượng trên 500 ngàn tấn/năm, 90% diện tích tập trung ở phía Nam. Các tỉnh có diện tích trồng dứa lớn gồm Tiền Giang (14800 ha), Kiên Giang (10000 ha), Hậu Giang (gần 1600 ha), Long An (1000 ha) [3]. Cùng với đó là sự phát triển những nhà máy chế biến các sản phẩm từ quả dứa như Đồng Giao (Tam Điệp - Ninh Bình), KIVECO (Kiên Giang) và VEGETIG (Tiền Giang) do vậy đã tạo ra một lượng phế phụ phẩm lớn, hiện nay chủ yếu được sử dụng là nguyên liệu để sản xuất phân bón hữu cơ, ủ chua làm thức ăn gia súc. Tuy nhiên nguồn phụ phẩm này còn chứa bromelain có hoạt tính [1, 2, 4, 5]. Nếu tận dụng, khai thác tốt enzyme từ các nguồn phụ phẩm này sẽ góp phần nâng cao giá trị kinh tế của cây dứa. Do vậy, đề tài được thực hiện nhằm tạo chế phẩm bromelain dạng bột từ phụ phẩm dứa hướng đến ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp da giày, mỹ phẩm và đặc biệt trong công nghiệp thực phẩm. Đào Thị Mỹ Linh, Nguyễn Thị Quỳnh Mai, Đỗ Thị Hoàng Tuyến, Nguyễn Thị Như Phượng 20 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên liệu Phụ phẩm gồm vỏ, chồi ngọn của quả dứa thu nhận từ các chợ trên địa bàn quận Tân Phú. Bromelain thương mại (EC 3.4.22.32) CAS 9001-00-7 (Merck), ≥2,0 mAnsonU/mg (cơ chất hemoglobine, pH 6, nhiệt độ 35,5 oC). Các hóa chất chính sử dụng bao gồm coomassie brilliant blue G250, albumin, casein, tyrosine, cysteine của Merck (Đức). Trichloroacetic acid, sodium acetate, acid acetic, acid phosphoric của Himedia (Ấn Độ). Các chất trợ sấy sử dụng gồm skim milk (sữa tách béo) của Merck, maltodextrin DE 10 của Himedia (Ấn Độ), lactose, beta-cyclodextrin của Trung Quốc, whey protein của Mỹ. Sử dụng các thiết bị như máy đo pH InoLab pH 7110, cân điện tử TE-Sartorius, máy đo OD photoLab 6600 UV-VIS, thiết bị sấy phun Lab plant SD-06AG serial No.487, máy ly tâm HermLe Z206A. 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Chuẩn bị dung dịch enzyme bromelain cho sấy phun Phụ phẩm dứa được thu mua mang về phòng thí nghiệm, tiến hành thu nhận enzyme ngay. Tiến hành rửa sạch phụ phẩm phối trộn chồi ngọn và vỏ tỷ lệ 1:4 (w/w). Cân phụ phẩm và bổ sung đệm phosphate pH 7 tỉ lệ 1:1 (w/v), xay nhuyễn bằng máy xay sinh tố trong 10 phút, sau đó lọc bằng vải màn và bông thấm nước, ly tâm ở 3720 RCF (5500 vòng/phút) trong 15 phút. Dịch nổi sau ly tâm được cô đặc bằng cách lọc tiếp tuyến với thiết bị lọc QuixStand System, sử dụng cột lọc cut-off 3 kDa, với tốc độ bơm nhập liệu 85 rpm và điều chỉnh sao cho áp suất trên bề mặt màng không quá 15 psi. Dịch lọc trên màng (dòng retentate) được sử dụng cho phần sấy phun tạo chế phẩm bromelain dạng bột. 2.2.2. Sấy phun thu chế phẩm bromelain Quá trình sấy phun được khảo sát lần lượt các thông số: Các chất trợ sấy gồm skim milk (sữa tách béo), maltodextrin, lactose, whey protein, beta-cyclodextrin ở các nồng độ 10 - 30% (w/v), thông số sấy cố định gồm nhiệt độ không khí đầu vào 110 oC, đầu ra 60 oC, tốc độ bơm nhập liệu 6 rpm (216 mL/h), áp suất 3 psi. Tốc độ bơm nhập liệu 5 - 10 rpm (180 - 360 mL/h), thông số sấy cố định gồm nhiệt độ không khí đầu vào 110 oC, đầu ra 60 oC, áp suất 3 psi, chất trợ sấy lựa chọn theo khảo sát trước. Khảo sát nhiệt độ không khí sấy đầu vào trong khoảng 100 - 170 oC, thông số cố định gồm nhiệt độ không khí đầu ra 60 oC, áp suất 3 psi, tốc độ nhập liệu và chất trợ sấy được lựa chọn theo các khảo sát trước. Các khảo sát được đánh giá dựa trên hoạt tính enzyme bromelain chế phẩm (UI/g) 2.2.3. Đánh giá một số tính chất của bromelain chế phẩm Thông số động học Vmax và Km: Pha dung dịch casein với nồng độ tăng dần từ 2,4 − 12 mM, bổ sung dung dịch bromelain có nồng độ 0,1g/20 mL đệm phosphate 7,2, ủ ở 30 oC trong 10 phút. Xác định lượng tyrosine tạo thành theo phương pháp Murachi [6], qua tính đó tính được lượng cơ chất thuỷ phân và vận tốc phản ứng của enzyme bromelain. Nhiệt độ và pH hoạt động tốt nhất khảo sát sự thay đổi hoạt tính enzyme bromelain trong khoảng nhiệt độ 30 - 90 oC và khoảng pH 4-10. Đào Thị Mỹ Linh, Nguyễn Thị Quỳnh Mai, Đỗ Thị Hoàng Tuyến, Nguyễn Thị Như Phượng 20 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên liệu Phụ phẩm gồm vỏ, chồi ngọn của quả dứa thu nhận từ các chợ trên địa bàn quận Tân Phú. Bromelain thương mại (EC 3.4.22.32) CAS 9001-00-7 (Merck), ≥2,0 mAnsonU/mg (cơ chất hemoglobine, pH 6, nhiệt độ 35,5 oC). Các hóa chất chính sử dụng bao gồm coomassie brilliant blue G250, albumin, casein, tyrosine, cysteine của Merck (Đức). Trichloroacetic acid, sodium acetate, acid acetic, acid phosphoric của Himedia (Ấn Độ). Các chất trợ sấy sử dụng gồm skim milk (sữa tách béo) của Merck, maltodextrin DE 10 của Himedia (Ấn Độ), lactose, beta-cyclodextrin của Trung Quốc, whey protein của Mỹ. Sử dụng các thiết bị như máy đo pH InoLab pH 7110, cân điện tử TE-Sartorius, máy đo OD photoLab 6600 UV-VIS, thiết bị sấy phun Lab plant SD-06AG serial No.487, máy ly tâm HermLe Z206A. 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Chuẩn bị dung dịch enzyme bromelain cho sấy phun Phụ phẩm dứa được thu mua mang về phòng thí nghiệm, tiến hành thu nhận enzyme ngay. Tiến hành rửa sạch phụ phẩm phối trộn chồi ngọn và vỏ tỷ lệ 1:4 (w/w). Cân phụ phẩm và bổ sung đệm phosphate pH 7 tỉ lệ 1:1 (w/v), xay nhuyễn bằng máy xay sinh tố trong 10 phút, sau đó lọc bằng vải màn và bông thấm nước, ly tâm ở 3720 RCF (5500 vòng/phút) trong 15 phút. Dịch nổi sau ly tâm được cô đặc bằng cách lọc tiếp tuyến với thiết bị lọc QuixStand System, sử dụng cột lọc cut-off 3 kDa, với tốc độ bơm nhập liệu 85 rpm và điều chỉnh sao cho áp suất trên bề mặt màng không quá 15 psi. Dịch lọc trên màng (dòng retentate) được sử dụng cho phần sấy phun tạo chế phẩm bromelain dạng bột. 2.2.2. Sấy phun thu chế phẩm bromelain Quá trình sấy phun được khảo sát lần lượt các thông số: Các chất trợ sấy gồm skim milk (sữa tách béo), maltodextrin, lactose, whey protein, beta-cyclodextrin ở các nồng độ 10 - 30% (w/v), thông số sấy cố định gồm nhiệt độ không khí đầu vào 110 oC, đầu ra 60 oC, tốc độ bơm nhập liệu 6 rpm (216 mL/h), áp suất 3 psi. Tốc độ bơm nhập liệu 5 - 10 rpm (180 - 360 mL/h), thông số sấy cố định gồm nhiệt độ không khí đầu vào 110 oC, đầu ra 60 oC, áp suất 3 psi, chất trợ sấy lựa chọn theo khảo sát trước. Khảo sát nhiệt độ không khí sấy đầu vào trong khoảng 100 - 170 oC, thông số cố định gồm nhiệt độ không khí đầu ra 60 oC, áp suất 3 psi, tốc độ nhập liệu và chất trợ sấy được lựa chọn theo các khảo sát trước. Các khảo sát được đánh giá dựa trên hoạt tính enzyme bromelain chế phẩm (UI/g) 2.2.3. Đánh giá một số tính chất của bromelain chế phẩm Thông số động học Vmax và Km: Pha dung dịch casein với nồng độ tăng dần từ 2,4 − 12 mM, bổ sung dung dịch bromelain có nồng độ 0,1g/20 mL đệm phosphate 7,2, ủ ở 30 oC trong 10 phút. Xác định lượng tyrosine tạo thành theo phương pháp Murachi [6], qua tính đó tính được lượng cơ chất thuỷ phân và vận tốc phản ứng của enzyme bromelain. Nhiệt độ và pH hoạt động tốt nhất khảo sát sự thay đổi hoạt tính enzyme bromelain trong khoảng nhiệt độ 30 - 90 oC và khoảng pH 4-10. Khảo sát quá trình tạo chế phẩm bromelain dạng bột từ phụ phẩm dứa 21 Độ bền nhiệt ủ bromelain chế phẩm đã hòa tan trong đệm ở các nhiệt độ từ 30 - 90 oC trong khoảng thời gian 30 phút, 60 phút và 90 phút, xác định hoạt tính tương đối (%). Bao bì và nhiệt độ bảo quản cân 1g bromelain chế phẩm và bảo quản trong chai thủy tinh, bao polyethylene (PE) và bao nhôm ở các nhiệt độ 0 oC, 10 oC và 30 oC, theo dõi sự thay đổi hoạt tính enzyme trong 20 ngày. 2.2.4. Phương pháp phân tích - Xác định hàm lượng protein tổng bằng phương pháp Bradford Dựa vào phản ứng màu của protein với thuốc thử Coomassie (Coomassie Brilliant Blue G-250) và khả năng hấp thụ ánh sáng ở bước sóng 595 nm. Cường độ màu tỷ lệ với nồng độ protein trong dung dịch. Bovine serum albumin (BSA) được sử dụng xây dựng đường chuẩn có hàm lượng protein từ 10 − 50 mg/mL, dựa vào đường chuẩn protein suy ra hàm lượng protein trong dung dịch mẫu phân tích [7]. - Xác định hoạt tính enzyme theo phương pháp Murachi Cân 0,1g chế phẩm bromelain vào 10 mL dung dịch đệm photphat 0,03 M pH 7,2. Bổ sung 5mL cơ chất casein 0,6% (w/v) (pha trong cùng loại đệm như trên có bổ sung 0,03 M L-cysteine HCL và 0,006 M EDTA). Phản ứng được thực hiện ở 35 oC trong 10 phút. Ngưng phản ứng bằng cách thêm 5mL TCA 5% giữ trong 30 phút. Lọc bỏ kết tủa thu dịch nổi đo độ hấp thu ở bước sóng 280 nm. Thí nghiệm kiểm chứng (không có enzyme) ở điều kiện tương tự. Tyrosine được sử dụng làm đường chuẩn có nồng độ 18,1 − 90,5 µg/mL, dựa vào đường chuẩn tyrosine suy ra hàm lượng tyrosine có trong mẫu thủy phân. Một đơn vị hoạt tính bromelain được định nghĩa là lượng enzyme tác dụng với cơ chất casein giải phóng ra 1 µg tyrosine trong một phút ở pH 7,2 tại 35 oC [6]. Hoạt tính tương đối (%) = Hoạt tính enzyme ở điều kiện khảo sát (UI/mL) Hoạt tính enzyme điều kiện chuẩn (UI/mL) Xác định độ ẩm theo phương pháp sấy đến khối lượng không đổi sử dụng cân sấy ẩm Ohaus MB 45, dựa trên nguyên tắc bột chế phẩm có khối lượng m1 sau đó cho vào sấy ở 105 oC đến khối lượng không đổi, xác định khối lượng m2. Độ ẩm của bột chế phẩm được tính theo công thức: % 𝑾𝑾 = 𝒎𝒎𝟏𝟏 − 𝒎𝒎𝟐𝟐 𝒎𝒎𝟏𝟏 × 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 Trong đó: m1: Khối lượng mẫu trước khi sấy; m2: khối lượng mẫu sau khi sấy. - Phương pháp xử lý số liệu tất cả các thí nghiệm được lặp lại 3 lần, thực hiện theo thể thức hoàn toàn ngẫu nhiên. Kết quả thu được xử lý bằng phần mềm xử lý thống kê Statgraphics Centurion XV.I. 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1. Thu nhận chế phẩm enzyme bromelain bằng phương pháp sấy phun 3.1.1. Khảo sát chất trợ sấy trong quá trình sấy phun thu bromelain chế phẩm Sấy phun là công nghệ tiên tiến tạo nên các sản phẩm dạng bột chất lượng cao, thuận tiện trong quá trình sử dụng và bảo quản. Quá trình sấy phun thời gian sấy ngắn, dễ sản xuất ở quy mô công nghiệp [8], sấy phun cũng là một phương thức bao gói bằng cách bổ sung các Đào Thị Mỹ Linh, Nguyễn Thị Quỳnh Mai, Đỗ Thị Hoàng Tuyến, Nguyễn Thị Như Phượng 22 chất trợ sấy tùy thuộc theo mục đích sử dụng [9]. Chất trợ sấy nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của nhiệt độ đối với các protein và giảm sự bám dính do sự có mặt của các loại đường phân tử thấp glucose, sucrose và một số acid hữu cơ có trong dịch dứa ảnh hưởng đến sự tạo bột chế phẩm [10] bên cạnh đó chất trợ sấy có vai trò bao gói enzyme, bảo vệ chúng khỏi tác động của nhiệt độ, pH và kéo dài thời gian bả ... ết quả thể hiện ở Hình 3.10 cho thấy khi bảo quản bromelain chế phẩm trong chai thủy tinh, bao PE và bao nhôm hoạt tính enzyme đều giảm dần theo thời gian bảo quản. Khi bảo quản ở nhiệt độ 30 oC, hoạt tính tương đối bromelain chế phẩm giảm mạnh, sau 5 ngày hoạt tính đã giảm hơn 50% và đến ngày 20 hoạt tính tương đối enzyme chỉ còn dưới 5% so với ban đầu. Đối với bromelain chế phẩm bảo quản ở 4 oC hoạt tính tương đối của chế phẩm giảm dần nhưng với mức độ giảm thấp hơn so với bảo quản ở 30 oC, đến ngày 20 hoạt tính tương đối chỉ còn khoảng 30% so với ban đầu. Đối với nhiệt độ 0 oC sau 5 ngày hoạt tính tương đối enzyme còn khoảng 90% so với ban đầu nhưng qua ngày 10 hoạt tính bắt đầu giảm mạnh và sau ngày 20 hoạt tính tương đối chỉ còn 50% so với ban đầu. Đào Thị Mỹ Linh, Nguyễn Thị Quỳnh Mai, Đỗ Thị Hoàng Tuyến, Nguyễn Thị Như Phượng 28 3.3.4. Khảo sát độ bền nhiệt của chế phẩm enzyme bromelain Kết quả Hình 3.9 cho thấy ở khoảng nhiệt độ 30 - 50 oC sau thời gian 30 và 60 phút, hoạt tính enzyme thay đổi không đáng kể so với ban đầu, sau 90 phút hoạt tính enzyme giảm nhưng không quá 30% so với ban đầu. Với khoảng nhiệt độ 60-90 oC, sau 30 phút, hoạt tính enzyme bắt đầu giảm và sau 90 phút đã giảm hơn 50% so với hoạt tính ban đầu. Ở nhiệt độ 90 oC, enzyme bị biến tính và mất hoạt tính hoàn toàn. Hình 3.9. Sự thay đổi hoạt tính còn lại (%) của bromelain chế phẩm ở các nhiệt độ khác nhau theo thời gian Một số nghiên cứu khảo sát độ bền nhiệt của bromelain có thể kể đến như nghiên cứu của Jutamongkon và Charoenrein (2010) khảo sát bền nhiệt đối với dịch bromelain thô từ quả dứa với khoảng nhiệt độ 40 - 80 oC trong 60 phút cho kết quả ở bromelain bảo toàn hoạt tính ở 40 oC trong 60 phút, ở 50 oC hoạt tính còn 83% so với ban đầu và ở 80 oC hoạt tính enzyme bị mất hoàn toàn sau 8 phút [27]. Nghiên cứu của Lại Thị Ngọc Hà (2009) cho rằng bromelain là enzyme không chịu nhiệt và mức giảm hoạt tính phụ thuộc vào nhiệt tồn trữ khi bromelain được ủ ở các nhiệt độ 30 oC, 40 oC và 50 oC trong 72 giờ. Ảnh hưởng của điều kiện bảo quản đến sự biến đổi hoạt tính của chế phẩm bromelain Dựa vào kết quả thể hiện ở hình 3.10 cho thấy khi bảo quản bromelain chế phẩm trong chai thủy tinh, bao PE và bao nhôm hoạt tính enzyme đều giảm dần theo thời gian bảo quản. Khi bảo quản ở nhiệt độ 30 oC , hoạt tính tương đối bromelain chế phẩm giảm mạnh, sau 5 ngày hoạt tính đã giảm hơn 50% và đến ngày 20 hoạt tính tương đối enzyme chỉ còn dưới 5% so với ban đầu. Đối với bromelain chế phẩm bảo quản ở 4 oC hoạt tính tương đối của chế phẩm giảm dần nhưng với mức độ giảm thấp hơn so với bảo quản ở 30 oC, đến ngày 20 hoạt tính tương đối chỉ còn khoảng 30% so với ban đầu. Đối với nhiệt độ 0 oC sau 5 ngày hoạt tính tương đối enzyme còn khoảng 90% so với ban đầu nhưng qua ngày 10 hoạt tính bắt đầu giảm mạnh và sau ngày 20 hoạt tính tương đối chỉ còn 50% so với ban đầu. Khảo sát quá trình tạo chế phẩm bromelain dạng bột từ phụ phẩm dứa 29 Hình 3.10. Sự thay đổi hoạt tính tương đối (%) theo thời gian của bromelain chế phẩm bảo quản trong chai thủy tinh (a), bao PE (b) và bao nhôm (c) Hình 3.11. Sự thay đổi hoạt tính tương đối (%) của bromelain chế phẩm bảo quản ở 0 oC trong chai thủy tinh, bao PE và bao nhôm Kết quả Hình 3.11 cho thấy khi bảo quản bromelain chế phẩm trong chai thủy tinh sau 5 ngày hoạt tính tương đối không thay đổi nhiều nhưng sau ngày 10 hoạt tính bắt đầu giảm mạnh chỉ còn 58,813 ± 9,6635% so với ban đầu, đối với bromelain chế phẩm bảo quản trong bao PE sau 5 ngày hoạt tính tương đối giảm còn 91,538 ± 3,670% so với ban đầu nhưng sau ngày 10 hoạt tính bắt đầu giảm mạnh chỉ còn 56,135 ± 1,065% so với ban đầu, đối với bromelain chế phẩm bảo quản trong bao nhôm, hoạt tính enzyme có phần ổn định hơn, sau Đào Thị Mỹ Linh, Nguyễn Thị Quỳnh Mai, Đỗ Thị Hoàng Tuyến, Nguyễn Thị Như Phượng 30 ngày 20 hoạt tính còn 57,818 ± 1,301% so với ban đầu. Do đó, bromelain chế phẩm bảo quản trong bao nhôm ở 0 oC là thích hợp nhất. Một số nghiên cứu về bảo quản enzyme bromelain có thể kể đến như nghiên cứu của Nguyễn Văn Thành (2013) về ảnh hưởng của điều kiện bảo quản đến sự biến đổi chất lượng enzyme bromelain thô cho thấy rằng khi bảo quản ở -20 oC hoạt tính enzyme ít thay đổi và bảo quản bromelain trong chai thủy tinh tốt hơn so với bao PE. Nghiên cứu của Devakate et al (2009) thực hiện bảo quản chế phẩm bromelain sau sấy thăng hoa ở các nhiệt độ 4; 30 và 60 oC và nhận thấy hoạt tính enzyme bị mất 4%, 50% và 90% tương ứng với các nhiệt độ trên sau 4 ngày bảo quản. Nghiên cứu của Azura 2012 thực hiện so sánh hoạt tính chế phẩm enzyme bromelain tái tổ hợp (thu được bằng phương pháp sấy đông khô) và chế phẩm bromelain thương mại [28]. 4. KẾT LUẬN Như vậy, ở điều kiện sấy phun có nhiệt độ không khí đầu vào 110 oC, nhiệt độ không khí đầu ra 60 oC, tốc độ bơm nhập liệu 288 mL/h (8 rpm) cho chế phẩm bromelain thu được có hoạt tính cao nhất là 1542,550 ± 98,384 UI/g. Khi sử dụng sản phẩm enzyme, độ bền hoạt tính enzyme là rất quan trọng. Tuy nhiên trong nghiên cứu này chế phẩm enzyme giảm 50% hoạt tính sau 20 ngày bảo quản, hiệu suất thu hồi hoạt tính enzyme còn thấp đạt 49,16%. Do đó, các nghiên cứu sâu hơn về quá trình sấy, vật liệu bảo quản, chất bảo quản nhằm tăng hiệu suất thu hồi, giữ hoạt tính enzyme trong thời gian dài để tăng giá trị kinh tế, đạt hiệu quả trong các lĩnh vực ứng dụng khác nhau. LỜI CẢM ƠN Trân trọng cảm ơn trường ĐH Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM đã hỗ trợ kinh phí giúp chúng tôi hoàn thành nghiên cứu này. Chân thành cảm ơn Khoa Công nghệ Sinh học và Kỹ thuật Môi trường, TT Công nghệ Việt Đức, TT Thí nghiệm Thực hành và Thầy Trần Quốc Tuấn - Bộ môn Sinh hóa trường ĐH Khoa học Tự nhiên đã giúp đỡ chúng tôi hoàn thành nghiên cứu này. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Vibhuti B. R., Lakshminarasimaiah N., Ghosh B. - Extraction of bromelain from pineapple waste, International Journal of Scientific & Engineering Research 5 (6) (2014) 763-766. 2. Ketnawa S., Chaiwut, P., Rawdkuen, S. - Extraction of bromelain from pineapple peels, Food Science and Technology International 17 (4) (2011) 395-402. 3. V. Đức - Định hướng phát triển cây dứa Việt Nam, 2013, te/Dinh-huong-phat-trien-cay-dua-Viet-Nam-231310/. 4. Nguyễn Văn Thành, Nguyễn Minh Thủy, Dương Thị Diễm Trang - Tận dụng phế phẩm khóm Cầu Đúc (Hậu Giang) cho quá trình trích ly enzyme bromelain, Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ 26 (2013) 162-170. 5. Saran C. R, Umesh H. H. - Extraction of bromelain from pineapple core and purification by RME and precipitation methods, Separation and Purification Technology 111 (2013) 190-197. Đào Thị Mỹ Linh, Nguyễn Thị Quỳnh Mai, Đỗ Thị Hoàng Tuyến, Nguyễn Thị Như Phượng 30 ngày 20 hoạt tính còn 57,818 ± 1,301% so với ban đầu. Do đó, bromelain chế phẩm bảo quản trong bao nhôm ở 0 oC là thích hợp nhất. Một số nghiên cứu về bảo quản enzyme bromelain có thể kể đến như nghiên cứu của Nguyễn Văn Thành (2013) về ảnh hưởng của điều kiện bảo quản đến sự biến đổi chất lượng enzyme bromelain thô cho thấy rằng khi bảo quản ở -20 oC hoạt tính enzyme ít thay đổi và bảo quản bromelain trong chai thủy tinh tốt hơn so với bao PE. Nghiên cứu của Devakate et al (2009) thực hiện bảo quản chế phẩm bromelain sau sấy thăng hoa ở các nhiệt độ 4; 30 và 60 oC và nhận thấy hoạt tính enzyme bị mất 4%, 50% và 90% tương ứng với các nhiệt độ trên sau 4 ngày bảo quản. Nghiên cứu của Azura 2012 thực hiện so sánh hoạt tính chế phẩm enzyme bromelain tái tố hợp (thu được bằng phương pháp sấy đông khô) và chế phẩm bromelain thương mại [28]. 4. KẾT LUẬN Như vậy, ở điều kiện sấy phun có nhiệt độ không khí đầu vào 110 oC, nhiệt độ không khí đầu ra 60 oC, tốc độ bơm nhập liệu 288 mL/h (8 rpm) cho chế phẩm bromelain thu được có hoạt tính cao nhất là 1542,550 ± 98,384 UI/g. Khi sử dụng sản phẩm enzyme, độ bền hoạt tính enzyme là rất quan trọng. Tuy nhiên trong nghiên cứu này chế phẩm enzyme giảm 50% hoạt tính sau 20 ngày bảo quản, hiệu suất thu hồi hoạt tính enzyme còn thấp đạt 49,16%. Do đó, các nghiên cứu sâu hơn về quá trình sấy, vật liệu bảo quản, chất bảo nhằm tăng hiệu suất thu hồi, giữ hoạt tính enzyme trong thời gian dài để tăng giá trị kinh tế, đạt hiệu quả trong các lĩnh vực ứng dụng khác nhau. LỜI CẢM ƠN Trân trọng cảm ơn trường ĐH Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM đã hỗ trợ kinh phí giúp chúng tôi hoàn thành nghiên cứu này. Chân thành cảm ơn Khoa Công nghệ Sinh học và Kỹ thuật Môi trường, TT Công nghệ Việt Đức, TT Thí nghiệm Thực hành và Thầy Trần Quốc Tuấn - Bộ môn Sinh hóa trường ĐH Khoa học Tự nhiên đã giúp đỡ chúng tôi hoàn thành nghiên cứu này. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Vibhuti B. R., Lakshminarasimaiah N., Ghosh B. - Extraction of bromelain from pineapple waste, International Journal of Scientific & Engineering Research 5 (6) (2014) 763-766. 2. Ketnawa S., Chaiwut, P., Rawdkuen, S. - Extraction of bromelain from pineapple peels, Food Science and Technology International 17 (4) (2011) 395-402. 3. V. Đức - Định hướng phát triển cây dứa Việt Nam, 2013, te/Dinh-huong-phat-trien-cay-dua-Viet-Nam-231310/. 4. Nguyễn Văn Thành, Nguyễn Minh Thủy, Dương Thị Diễm Trang - Tận dụng phế phẩm khóm Cầu Đúc (Hậu Giang) cho quá trình trích ly enzyme bromelain, Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ 26 (2013) 162-170. 5. Saran C. R, Umesh H. H. - Extraction of bromelain from pineapple core and purification by RME and precipitation methods, Separation and Purification Technology 111 (2013) 190-197. Khảo sát quá trình tạo chế phẩm bromelain dạng bột từ phụ phẩm dứa 31 6. Murachi T. - Bromelain enzymes, Methods Enzymol 19 (1970) 273-284. 7. Bradford M. M. - A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding, Analytical biochemistry 72 (1976) 248-254. 8. Nguyễn Minh Thủy, Nguyễn Văn Thành, Lê Hà Ny và Lê Trung Hiếu - Trích ly enzyme Bromelain từ phế phẩm khóm Cầu Đúc-Hậu Giang, Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ 28 (2013) 21-27. 9. Kashappa Goud H. Desai, Jin Park Hyun. - Recent Developments in Microencapsulation of Food Ingredients, Drying Technology 23 (7) (2005) 1361-1394. 10. Cabral A. C. S., Said S., Oliveira W. P. - Retention of the enzymatic activity and product properties during spray drying of pineapple stem extract in presence of maltodextrin, International Journal of Food Properties 12 (3) (2009) 536-548. 11. Amid Azura. - Recombinant enzymes-from basic science to commercialization, Springer, 2015. 12. Zhao G., Zhang G. - Effect of protective agents, freezing temperature, rehydration media on viability of malolactic bacteria subjected to freeze-drying, Journal of Applied Microbiology 99 (2) (2005) 333-338. 13. Maciel G. M., Chaves K. S., Grosso C. R., Gigante M. L. - Microencapsulation of Lactobacillus acidophilus La-5 by spray-drying using sweet whey and skim milk as encapsulating materials, Journal of Dairy Science 97 (4) (2014) 1991-1998. 14. Ananta E., Volkert M., Knorr D. - Cellular injuries and storage stability of spray-dried Lactobacillus rhamnosus GG, International Dairy Journal 15 (4) (2005) 399-409. 15. Song Huang, Yang Yi, Fu Nan, et al. - Calcium-aggregated milk: a potential new option for improving the viability of lactic acid bacteria under heat stress, Food and Bioprocess Technology 7 (11) (2014) 3147-3155. 16. Xufeng Zheng, Fu Nan, Huang Song, et al. - Exploring the protective effects of calcium-containing carrier against drying-induced cellular injuries of probiotics using single droplet drying technique, Food Research International 90 (2016) 226-234. 17. Devakate R. V., Patil V. V., Waje S. S., et al. - Purification and drying of bromelain, Separation and Purification Technology 64 (3) (2009) 259-264. 18. Nguyễn Thị Thùy Ninh, Nguyễn Thị Hồng Minh - Tối ưu hóa quá trình sấy phun dịch cà chua, Tạp chí Khoa học và Phát triển 9 (6) (2011) 1014 - 1020. 19. Dorota Witrowa-Rajchert Katarzyna Samborska, Andre Gonçalves. - Spray-drying of α-Amylase—The effect of process variables on the enzyme inactivation, Drying Technology: An International Journal 23 (4) (2005) 941-953. 20. Đặng Thị Thu, Lê Ngọc Tú, Tô Kim Anh, Phạm Xuân Thủy, Nguyễn Xuân Sâm - Công nghệ Enzyme, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2012. 21. Cheong Choi, Son Gyu-Mok, Cho Young-Je, et al. - Purification and characteristics of bromelain from Korean pineapple, Journal of the Korean Society for Applied Biological Chemistry 35 (1) (1992) 23-29. 22. Hung Tung-Hsin, Chang Ya-Min, Sung Hsien-Yi, et al. - Purification and characterization of hydrolase with chitinase and chitosanase activity from Đào Thị Mỹ Linh, Nguyễn Thị Quỳnh Mai, Đỗ Thị Hoàng Tuyến, Nguyễn Thị Như Phượng 32 commercial stem bromelain, Journal of Agricultural and Food Chemistry 50 (16) (2002) 4666-4673. 23. Corzo C. A., Waliszewski, K. N., Welti-Chanes J. - Pineapple fruit bromelain affinity to different protein substrates, Food Chemistry 133 (3) (2012) 631-635. 24. Martins C. Bianca, Rescolino Robson, Coelho Diego F., et al. - Characterization of bromelain from Ananas comosus agroindustrial residues purified by ethanol factional precipitation, Chemical Engineering Transactions 37 (2014) 781-786. 25. Lại Thị Ngọc Hà - Nghiên cứu tách và tạo chế phẩm bromelain từ phế phẩm dứa, Tạp chí Khoa học và Phát triển 7 (2009) 203-211. 26. Sunantha Ketnawa, Chaiwut Phanuphong, Rawdkuen Saroat. - Pineapple wastes: A potential source for bromelain extraction, Food and Bioproducts Processing 90 (3) (2012) 385-391. 27. Rungtip Jutamongkon, Charoenrein Sanguansri. - Effect of temperature on the stability of fruit bromelain from smooth cayenne pineapple, Kasetsart Journal, Natural Sciences 44 (5) (2010) 943-948. 28. Azura A., Nurul A. I. - Differential scanning calorimetry as tool in observing thermal and storage stability of recombinant bromelain, International Food Research Journal 19 (2) (2012) 727-731. ABSTRACT STUDY ON PRODUCTION OF BROMELAIN POWDER FROM PINEAPPLE WASTES Dao Thi My Linh*, Nguyen Thi Quynh Mai, Do Thi Hoang Tuyen, Nguyen Thi Nhu Phuong Ho Chi Minh City University of Food Industry *Email: linhdtm@cntp.edu.vn This study was conducted to produce bromelain powders from pineapple wastes by spray drying. The results showed that the suitable carrier agent was skim milk at a concentration of 10% (w/v). To obtain the highest activity of bromelain enzyme, the drying process was carried out at inlet air temperature of 110 °C, outlet air temperature of 60 °C, feed flow rate of 288 mL/h (8 rpm). The obtained bromelain powder had activity of 1542,550 ± 98,384 (UI/g), dynamic parameters Km = 2,031 mM and Vmax = 0,054 mM/min with casein substrate, hydrolysis activity at pH 7 and 40 oC. Bromelain powder was stored at 0 °C in aluminum bags and can be kept 50% activity after 20 days. Keywords: Enzyme, bromelain, membrane processing, pineapple wastes, spray drying.
File đính kèm:
khao_sat_qua_trinh_tao_che_pham_bromelain_dang_bot_tu_phu_ph.pdf