Tối ưu hóa quá trình trích ly protein từ bèo tấm với sự hỗ trợ của sóng siêu âm

Bài viết trình bày vấn đề sóng siêu âm được sử dụng để hỗ trợ quá trình trích ly protein từ bèo tấm. Thông qua quá trình sàng lọc bằng mô hình Plackett Burman với 4 yếu tố là tỉ lệ nguyên liệu : dung môi, thời gian siêu âm, công suất siêu âm, nhiệt độ đầu vào, hai yếu tố ảnh hưởng mạnh đến hàm mục tiêu hiệu suất trích ly protein là tỷ lệ nguyên liệu: Dung môi và thời gian siêu âm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tối ưu hóa quá trình trích ly protein từ bèo tấm với sự hỗ trợ của sóng siêu âm Hội thảo khoa học khoa Công nghệ thực phẩm 2018 TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH TRÍCH LY PROTEIN TỪ BÈO TẤM VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA SÓNG SIÊU ÂM Lưu Thị Kim Hoa1, Trương Quang Hiển1 , Trần Chí Hải1 1 Khoa công nghệ thực phẩm, Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.Hồ Chí Minh * Email: qhien442@gmail.com Ngày nhận bài: 07/7/2018; Ngày đăng: 12/7/2018 TÓM TẮT Bèo tấm là loài thực vật một lá mầm thủy sinh có phổ phân bố rất rộng cùng với tốc độ sinh trưởng nhanh. Trong nghiên cứu này, sóng siêu âm được sử dụng để hỗ trợ quá trình trích ly protein từ bèo tấm. Thông qua quá trình sàng lọc bằng mô hình Plackett Burman với 4 yếu tố là tỉ lệ nguyên liệu : dung môi, thời gian siêu âm, công suất siêu âm, nhiệt độ đầu vào, hai yếu tố ảnh hưởng mạnh đến hàm mục tiêu hiệu suất trích ly protein là tỷ lệ nguyên liệu : dung môi và thời gian siêu âm. Quá trình tối ưu hóa hai yếu tố này bằng mô hình bề mặt đáp ứng, hiệu suất trích ly protein đạt cực đại 41,76% trong điều kiện: tỷ lệ nguyên liệu : dung môi 25,936, thời gian siêu âm 14,776 phút, nhiệt độ đầu vào 55oC, công suất siêu âm 300 W/g. Như vậy ở điều kiện tối ưu, hiệu suất trích ly protein từ bèo tấm tăng 19,12% so với không siêu âm. Từ khóa: Bèo tấm, protein, sóng siêu âm, Plackett Burman 1. GIỚI THIỆU Bèo tấm (Duckweed) là loài thực vật đơn giản, thiếu thân hoặc lá, có hoặc không có rễ con, chủ yếu sinh sản vô tính, sống trôi nổi trên mặt nước. Thành phần và hàm lượng các hợp chất hóa học trong bèo bao gồm: 6,8-45% protein, 14,1-43,6% carbohydrate, 1,8-9,2% lipit, 12-27,6% khoáng và nhiều hợp chất khác. Ở điều kiện sinh trưởng tốt, hàm lượng protein có thể lên đến 45%, tương đương với lượng protein có trong đậu nành. Thành phần dinh dưỡng trong bèo tấm rất đa dạng. Đặc biêt, bèo tấm có chứa hàm lượng protein khá cao, xấp xỉ hàm lượng protein có trong đậu nành, cụ thể là : Protein (6,8 – 45%), Lipid (1,8 – 9,2%), Xơ (5,7 – 16,2%), Đường tổng (14,1 – 43,6%), Tro khoáng (12,0 – 27,6%) [1]. Sóng siêu âm được ứng dụng vào hỗ trợ trích ly protein dựa trên các tác động hóa học và cơ học của sự sủi bong bóng. Hiện tượng xâm thực khí sẽ tạo ra một sóng năng lượng có lực cắt lớn và tạo ra sự hỗn loạn trong vùng sủi bong bóng. Nhờ sự đảo trộn và tốc độ truyền khối trong quá trình trích ly sẽ được tăng cường, thành tế bào bị phá vỡ, giảm diện tích tiếp xúc giữa bề mặt nguyên liệu và dung môi nên protein dễ dàng được trích ly [2]. Trong nghiên cứu này, quá trình trích ly protein từ bèo tấm với sự hỗ trợ của sóng siêu âm đã được tiến hành qua hai giai đoạn. Đầu tiên, bốn yếu tố tỉ lệ nguyên liệu : dung môi, thời gian siêu âm, công suất siêu âm, nhiệt độ đầu vào đã được sàng lọc bằng mô hình Plackett Burman. Kế đến, các yếu tố có ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly protein được tối ưu hóa bằng phương pháp bề mặt đáp ứng. Kết quả thu được từ nghiên cứu này là nền tảng và cơ sở để sản xuất protein concentrate từ bèo tấm 202 Lưu Thị Kim Hoa, Trương Quang HIển, Trần Chí Hải (Lemnoideae), mang lại hiệu quả kinh tế trong công nghiệp. Đồng thời kết quả này cũng sẽ làm tiền đề cho các nghiên sau về cứu trích ly protein trên các loài thực vật khác 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu Nguyên liệu được chọn nghiên cứu là bèo tấm, có tên khoa học là Lemna minor L (Theo E.Landolt). Trong nghiên cứu này, thân và lá bèo tấm 7-10 ngày tuổi được sử dụng. Bèo tấm được mua từ các tỉnh thuộc Đồng Bằng Sông Cửu Long (cụ thể là tỉnh Tiền Giang). Bèo được rửa sạch 4 lần bằng nước, phơi khô bằng cách trải đều bèo trên các tấm bạt được rửa sạch, phơi khoảng 2-3 ngày, sau đó xay mịn thành dạng bột. Bột bèo đạt yêu cầu là phải lọt qua rây có kích thước 0,3m, không lẫn tạp chất, có độ ẩm khoảng 5%, lipid khoảng 2%, đường tổng 40-50%, tro 12-13%, protein 24,23%. Thuốc thử Nessler (Merck), các hóa chất còn lại được sử dụng đều đạt yêu cầu cơ bản của phòng thí nghiệm, và được cung cấp bởi Công Ty Cổ Phần Thiết Bị và Hóa Chất TechLab. 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Quá trình trích ly protein với sự hỗ trợ của sóng siêu âm Bèo tấm sau khi đã được xay mịn với kích thước 0,3mm được hòa tan với nước cất. Sau đó, tiến hành trích ly bằng phương pháp siêu âm với thiết bị siêu âm có tên là VC 750 (Sonic & Materials Inc., Newtown, Mỹ) và thay đổi các yếu tố: tỷ lệ nguyên liệu : dung môi, thời gian siêu âm, công suất siêu âm, nhiệt độ đầu vào. Mẫu sau siêu âm được ly tâm bằng thiết bị ly tâm HERMLE 5500rpm trong 15 phút, thu lấy dịch để tiến hành phá mẫu và đo hàm lượng protein bằng máy đo quang phổ UV-Vis PhotoLab 6100 Vis với bước sóng 400nm [3] . 2.2.2. Thí nghiệm sàng lọc theo mô hình Plackett Burman Để xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trinh trích ly protein từ bèo tấm bằng phương pháp siêu âm, bốn yếu tố được chọn từ khảo sát trên bao gồm tỉ lệ nguyên liệu : dung môi, thời gian siêu âm, công suất siêu âm và nhiệt độ đầu vào. Thí nghiệm được thiết kế theo ma trận Plackett-Burman với 4 yếu tố và 16 thí nghiệm (Bảng 2) để sàng lọc các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình trích ly protein từ Bèo tấm (Bảng 3). Mức thấp (-1) và cao (+1) của các yếu tố được thể hiện qua (Bảng 1). [4] Kết quả thí nghiệm sàng lọc được thể hiện qua Bảng 2 và Bảng 3. 203 Tối ưu hóa quá trình trích ly protein từ bèo tấm có sự hỗ trợ của sóng siêu âm Bảng 1: Các biến trong ma trận Placket – Burman và ảnh hưởng của chúng Mức độ dao động của các yếu tố ...