Điều kiện ủ thích hợp và khả năng thủy phân tinh bột và protein trong bã sắn của chủng Bacillus subtilis C7

Chia sẻ: Thi Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

62
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chủng Bacillus subtilis C7 có khả năng sinh các enzyme amylase và protease để thủy phân tinh bột và protein có trong bã sắn. Bã sắn được ủ với chủng Bacillus subtilis C7 ở mật độ 106 CFU/g hỗn hợp để nâng cao hiệu quả sử dụng tinh bột và protein. Chế độ ủ bã sắn với chủng Bacillus subtilis C7 thích hợp như sau: Nhiệt độ ủ 36 ± 1°C, thời gian ủ 48 giờ, tỉ lệ nước/hỗn hợp là 2/1 (v/w), tỉ lệ đậu nành bổ sung 10% (w/w). Hiệu suất thủy phân tinh bột sau khi ủ theo chế đô trên là 26,42 ± 0,43%; hàm lượng axit amin đạt 0,87 ± 0,01%.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Điều kiện ủ thích hợp và khả năng thủy phân tinh bột và protein trong bã sắn của chủng Bacillus subtilis C7

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2016 THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC ĐIỀU KIỆN Ủ THÍCH HỢP VÀ KHẢ NĂNG THỦY PHÂN TINH BỘT VÀ PROTEIN TRONG BÃ SẮN CỦA CHỦNG BACILLUS SUBTILIS C7 SUITABLE FERMENTING CONDITIONS AND HYDROLYSIS OF STARCH AND PROTEIN IN CASSAVA RESIDUE OF BACILLUS SUBTILIS C7 Phạm Hồng Ngọc Thùy1, Nguyễn Thị Thanh Hải2, Nguyễn Minh Trí3 Ngày nhận bài: 09/10/2014; Ngày phản biện thông qua: 21/6/2015; Ngày duyệt đăng: 15/6/2016 TÓM TẮT Chủng Bacillus subtilis C7 có khả năng sinh các enzyme amylase và protease để thủy phân tinh bột và protein có trong bã sắn. Bã sắn được ủ với chủng Bacillus subtilis C7 ở mật độ 106CFU/g hỗn hợp để nâng cao hiệu quả sử dụng tinh bột và protein. Chế độ ủ bã sắn với chủng Bacillus subtilis C7 thích hợp như sau: Nhiệt độ ủ 36 ± 1°C, thời gian ủ 48 giờ, tỉ lệ nước/hỗn hợp là 2/1 (v/w), tỉ lệ đậu nành bổ sung 10% (w/w). Hiệu suất thủy phân tinh bột sau khi ủ theo chế đô trên là 26,42 ± 0,43%; hàm lượng axit amin đạt 0,87 ± 0,01%. Từ khóa: Bacillus subtilis C7, bã sắn, tinh bột, protein ABSTRACT Bacillus subtilis C7 has ability to synthesize amylase and protease to hydrolyze starch and protein in cassava residue. Cassava residue was added Bacillus subtilis C7 at the bacterial density 106CFU/g mixture and fermented in order to enhance the effect of utilizing starch and protein. Suitable fermenting conditions of cassava residue with Bacillus subtilis C7 are as follows: Fermenting temperature was 36 ± 1oC, fermenting time was 48 hours, the ratio of water to mixture was 2/1 (v/w), the content of added soybean was 10% (w/w). The hydrolysis productivity of starch after the fermentation was 26.42 ± 0.43% and the content of amino acid was 0.87 ± 0.01%. Keywords: Bacillus subtilis C7, cassava residue, starch, protein I. ĐẶT VẤN ĐỀ Sắn được xem là cây lương thực có sản lượng lớn thứ hai sau cây lúa và đang có xu hướng tiếp tục tăng về diện tích và sản lượng. Hiện nay, sắn chủ yếu được dùng làm nguyên liệu cho các nhà máy chế biến tinh bột; bã sắn công nghiệp là phụ phẩm của quá trình sản xuất tinh bột, nó chiếm khoảng 45% so với khối lượng sắn nguyên củ [6]. Thành phần bã sắn chứa chất hữu cơ chiếm 97,2% chất khô, trong đó có tinh bột chiếm 68%, protein thô 3,6% [11]. Nếu không sử dụng nguồn bã sắn hiệu quả sẽ gây lãng phí và ô nhiễm môi trường. Hiện nay, bã sắn đã và đang được sử dụng làm nguồn thức ăn chăn nuôi, nhưng nhằm cung cấp thêm chất xơ là chính, chưa chú ý đến khai thác hiệu quả các chất khác có trong bã sắn như tinh bột và protein. Khoa Công nghệ thực phẩm – Trường Đại học Nha Trang, Viện Công nghệ sinh học và Môi trường – Trường Đại học Nha Trang, 3 Trường Đại học Nha Trang 1 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 101 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2016 Chủng vi khuẩn Bacillus subtilis C7 được phân lập và tuyển chọn từ đất cho thấy có khả năng tinh bột và hàm lượng axit amin sau khi ủ sinh bốn loại enzyme: amylase, protease, cho quá trình ủ bã sắn với chủng Bacillus phytase, cellulose [5]; hiệu quả thủy phân subtilis C7. cellulose và phytase đã được khảo sát bởi 2.2. Phương pháp phân tích các chất Mạch Trần Phương Thảo và các cộng sự 2.2.1. Xác định độ ẩm (2014) [4]. Nghiên cứu này tập trung vào tìm được xác định để chọn thông số thích hợp Độ ẩm được xác định theo TCVN điều kiện ủ thích hợp và đánh giá khả năng 4326:2001 [7]. thủy phân tinh bột và protein của chủng 2.2.2. Xác định hàm lượng tinh bột Bacillus subtilis C7 với mục đích nâng cao hiệu quả khi dùng bã sắn làm thức ăn chăn nuôi. II. ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Hàm lượng tinh bột trong 2g mẫu được xác định thông qua hàm lượng đường glucose tạo thành từ quá trình thủy phân tinh bột bằng HCl, trong đó hàm lượng glucose được xác định bằng thuốc thử DNS (3,5-Axit Dinitrosalicylic). 1. Đối tượng và vật liệu nghiên cứu Hàm lượng tinh bột được tính bằng cách lấy 1.1. Chủng Bacillus subtilis C7: Được phân hiệu số giữa hàm lượng glucose trong mẫu lập từ mẫu đất (lấy mẫu từ đất vườn, thuộc sau khi thủy phân bằng HCl và trước khi thủy phường Vĩnh Hải, thành phố Nha Trang). phân nhân với hệ số 0,9 [3], thí nghiệm được Chủng này được lưu trữ tại Phòng thí nghiệm thực hiện với 3 lần lặp. Vi sinh thuộc Trung tâm thí nghiệm thực hành, 2.2.3. Xác định hàm lượng nitơ axit amin Trường Đại học Nha Trang. Hàm lượng nitơ axit amin được tính bằng 1.2. Bã sắn: Bã sắn được thu nhận từ các nhà cách lấy hàm lượng đạm formol trừ đi hàm máy chế biến tinh bột sắn tại Cam Ranh, tỉnh lượng nitơ NH3. Trong đó hàm lượng đạm Khánh Hòa và sấy khô đến hàm lượng ẩm từ formol được xác định bằng phương pháp 5 – 6% để tiến hành nghiên cứu. chuẩn độ, hàm lượng NH3 được xác định theo 1.3. Đậu nành: Đậu nành được sấy khô đến phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước [2]. hàm lượng ẩm khoảng 5 – 6%, sau đó xay nhỏ Khối lượng mẫu dùng để xác định hàm lượng và sử dụng cho nghiên cứu. đạm formol và hàm lượng nitơ NH3 là 2g, thí 2. Phương pháp nghiên cứu nghiệm được lặp lại 3 lần. 2.1. Bố trí thí nghiệm 3. Phương pháp xử lý số liệu Bã sắn xay nhỏ được bổ sung thêm bột Kết quả trình bày là trung bình cộng của đậu nành với tỉ lệ lần lượt là 0%, 5%, 10%, 3 lần thí nghiệm ± Độ lệch chuẩn SD. Số liệu 15%, 20% (w/w), sau đó được thêm nước được xử lý bằng phần mềm MS. Excel 2003, với tỉ lệ nước/hỗn hợp lần lượt là 1/1; 1,5/1; SPSS 16.0. 2/1; 2,5/1 (v/w) và được hấp vô trùng ở nhiệt độ 121oC trong 15 phút rồi làm nguội. Chủng III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Bacillus subtilis C7 được bổ sung với tỷ lệ 1. Ảnh hưởng của thời gian ủ đến sự thủy 10 CFU/g hỗn hợp và ủ ở các mức nhiệt độ phân tinh bột và protein 6 khác nhau 24 ± 1°C; 30 ± 1°C và 36 ± 1°C Bã sắn được phối trộn với 5% bột đậu với các khoảng thời gian từ 12 đến 96 giờ nành (w/w), tỷ lệ nước/hỗn hợp là 2/1 (v/w) (bước nhảy là 12 giờ). Hiệu suất thủy phân và được hấp vô trùng. Sau đó, hỗn hợp được 102 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2016 làm nguội, bổ sung Bacillus subtilis C7 với hiệu suất thủy phân tinh bột và hàm lượng tỷ lệ 10 CFU/g hỗn hợp và được ủ ở nhiệt axit amin trong hỗn hợp để chọn thời gian ủ độ phòng trong thời gian từ 12 đến 96 giờ. thích hợp. Kết quả được thể hiện trên hình 1 Sau từng thời gian ủ, chúng tôi xác định và hình 2. 6 Hình 1. Hiệu suất thủy phân tinh bột theo thời gian ủ Hình 2. Hàm lượng nitơ axit amin theo thời gian ủ (Các chữ cái a, b, c, d thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa giữa các giá trị trung bình (p ≤ 0,05)) Khi tăng thời gian ủ từ 0 giờ đến 48 giờ Đối với quá trình thủy phân protein, khi tăng thì hiệu suất thủy phân tinh bột tăng. Cụ thể, thời gian ủ bã sắn với vi khuẩn Bacillus subtilis sau khi ủ 12 giờ hiệu suất thủy phân tinh bột C7 từ 12 đến 36 giờ thì hàm lượng axit amin là 12,29 ± 0,34%, nếu tăng thời gian ủ lên 48 tăng và đạt cực đại ở thời gian ủ từ 24 - 36 giờ thì hiệu suất thủy phân tinh bột tăng lên giờ. Nhưng nếu tiếp tục tăng thời gian ủ lên 48 gấp đôi. Tuy nhiên tiếp tục tăng thời gian ủ thì giờ thì hàm lượng nitơ axit amin giảm 8% và hiệu suất thủy phân tinh bột thay đổi không tiếp tục giảm hơn 40% khi ủ đến 84 giờ. Hiện đáng kể (p > 0,05). Điều này có thể giải thích tượng này có thể được giải thích là do khi kéo như sau: Từ 12 giờ tới 48 giờ hiệu suất thủy dài thời gian thủy phân thì một phần axit amin phân tinh bột tăng dần do đây là giai đoạn sinh tổng hợp mạnh mẽ các enzyme thủy phân cơ chất trong quá trình sinh trưởng của Bacillus subtilis C7. Ở giai đoạn này hoạt độ amylase được vi khuẩn Bacillus subtilis C7 sử dụng và một phần axit amin tiếp tục bị phân hủy tạo thành các sản phẩm cấp thấp nên hàm lượng axit amin giảm. Như vậy, thời gian ủ thích hợp cao, quá trình thủy phân diễn ra mạnh. Sau đó để thủy phân tinh bột và protein là 48 giờ. tiếp tục tăng thời gian lên thì hoạt độ amylase 2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ đến sự thủy giảm nên hiệu suất thủy phân tinh bột không phân tinh bột và protein tăng lên nữa. Kết quả nghiên cứu của Bã sắn được phối trộn với 5% bột đậu Gaewchingduang và cộng sự (2010) cũng nành (w/w), tỷ lệ nước/hỗn hợp là 2/1 (v/w). cho thấy lượng đường khử thu hồi lớn nhất Hỗn hợp được hấp vô trùng và làm nguội, sau khi tiến hành ủ bã sắn với a - amylase thương đó chủng Bacillus subtilis C7 được bổ sung với mại trong điều kiện nhiệt độ 55 C trong thời tỷ lệ 106CFU/g hỗn hợp và ủ ở các nhiệt độ 24 gian 48 giờ [9]. Do đó, thời gian ủ bã sắn với ± 1oC, 30 ± 1oC, 36 ± 1oC, thời gian ủ được xác Bacillus subtilis C7 thích hợp là 48 giờ để quá định từ kết quả thí nghiệm trên. Kết quả được trình thủy phân tinh bột đạt hiệu suất cao. thể hiện trên hình 3 và hình 4. o TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 103 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2016 Hình 3. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ đến hiệu suất Hình 4. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ đến hàm thủy phân tinh bột lượng nitơ axit amin (Các chữ cái a, b, c thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa giữa các giá trị trung bình (p ≤ 0,05)) Ba mức nhiệt độ là 24 ± 1oC, 30 ± 1oC và 36 ± 1oC được chọn để nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự thủy phân tinh bột và protein vì kết quả nghiên cứu sẽ được ứng dụng thủy phân bã sắn dùng trong chăn nuôi heo thịt, việc lựa chọn ba mức nhiệt độ này có thể áp dụng vào thực tế sản xuất ở Việt Nam khi điều kiện thời tiết thay đổi giữa các mùa trong năm; ở các địa phương trồng sắn và sản xuất tinh bột. Khi tăng nhiệt độ từ 24 ± 1oC đến 36 ± 1oC thì hiệu suất thủy phân tinh bột tăng. Nghiên cứu của Suman và Ramesh (2010) trên B. subtilis KCPSS-12SS cho thấy 35oC là nhiệt độ tối ưu để chủng này sinh tổng hợp α-amylase cực đại [12]. Ngoài ra, Kokab và cộng sự (2003) khi nuôi cấy rắn chủng B. subtilis trên môi trường vỏ chuối được băm nhỏ cũng cho kết quả tương tự [10]. Hàm lượng nitơ axit amin tăng cao nhất khi ủ ở nhiệt độ 36 ± 1°C. Kết quả này tương tự như kết quả của Ahaotu và cộng sự (2011) khi nghiên cứu thủy phân protein sắn ở nhiệt độ 36 ± 1°C thì hiệu suất thủy phân đạt hiệu quả cao [8]. Từ những kết quả trên cho thấy khi thủy phân bã sắn ở nhiệt độ 36 ± 1°C thì hiệu quả thủy phân tinh bột và hàm lượng axit amin cao hơn nhiệt độ ủ ở 24 ± 1°C và 30 ± 1°C. Vì vậy, chúng tôi chọn nhiệt độ ủ bã sắn với chủng Bacillus subtilis C7 là 36 ± 1°C. 3. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước đến sự thủy phân tinh bột và protein Bã sắn được phối trộn 5% đậu nành (w/w), tỷ lệ nước/hỗ hợp được nghiên cứu lần lượt là 1/1; 1,5/1; 2/1; 2,5/1 (v/w). Sau đó hỗn hợp được hấp vô trùng, làm nguội và bổ sung chủng Bacillus subtilis C7 với tỷ lệ 106CFU/g hỗn hợp. Sau 48 giờ ủ ở nhiệt độ 36 ± 1oC, tiến hành xác định hiệu suất thủy phân tinh bột và hàm lượng axit amin trong các mẫu có tỷ lệ nước bổ sung khác nhau. Kết quả được thể hiện trên hình 5 và hình 6. Hình 5. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước/hỗn hợp Hình 6. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước/hỗn hợp đến hiệu suất thủy phân tinh bột đến hàm lượng nitơ axit amin (Các chữ cái a, b, c thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa giữa các giá trị trung bình (p ≤ 0,05)) 104 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Khi tăng tỷ lệ nước/hỗn hợp từ 1/1 (v/w) lên 2/1 (v/w) thì hiệu suất thủy phân tinh bột tăng. Hiệu suất thủy phân tinh bột đạt cao nhất ở tỷ lệ nước/hỗn hợp là 2/1 (v/w) và thấp nhất ở tỷ lệ nước/hỗn hợp là 1/1 (v/w). Nếu tăng tỷ lệ nước/hỗn hợp lên 2,5/1 (v/w) thì hiệu suất thủy phân tinh bột thay đổi không đáng kể (p > 0,05). Điều này có thể giải thích như sau: Nếu độ ẩm tăng cao quá 55 - 70% sẽ làm giảm độ thoáng khí của môi trường, còn thấp hơn sẽ kìm hãm sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn cũng như sự sinh tổng hợp tạo enzyme amylase. Trong điều kiện vô trùng tốt (trong tủ ấm phòng thí nghiệm) hoạt lực amylase cao nhất thu được ở độ ẩm môi trường 65-68% [1]. Do đó, khi ủ bã sắn với Bacillus subtilis C7 nên chọn tỷ lệ nước/hỗn hợp là 2/1 (v/w) sẽ thích hợp cho quá trình thủy phân tinh bột. Đối với quá trình thủy phân protein, khi tăng tỷ lệ nước/hỗn hợp từ 1/1 (v/w) đến 2,5/1 (v/w) Số 2/2016 thì hàm lượng nitơ axit amin tăng. Cụ thể, ở tỷ lệ 1/1 (v/w) hàm lượng nitơ axit amin là 0,61 ± 0,01%; tăng tỷ lệ lên 2/1 (v/w) thì hàm lượng nitơ axit amin là 0,81 ± 0,01%. Khi tỷ lệ nước/hỗn hợp tăng đến 2,5/1 (v/w) thì hàm lượng nitơ axit amin thay đổi không đáng kể (p > 0,05). Từ những kết quả trên cho thấy tỷ lệ nước/ hỗn hợp là 2/1 (v/w) là thích hợp nhất. 4. Ảnh hưởng của tỉ lệ đậu nành đến sự thủy phân tinh bột và protein Bã sắn được bổ sung thêm bột đậu nành với tỷ lệ bột đậu nành lần lượt là 0%, 5%, 10%, 15% và 20% (w/w). Sau đó cho thêm nước với tỷ lệ nước/hỗn hợp là 2/1 (v/w) và hấp vô trùng. Hỗn hợp được để nguội và bổ sung chủng Bacillus subtilis C7 với mật độ 106CFU/g rồi tiến hành ủ ở nhiệt độ 36 ± 1oC trong 48 giờ. Hiệu suất thủy phân tinh bột và hàm lượng axit amin được thể hiện trên hình 7 và hình 8. Hình 7. Ảnh hưởng của tỷ lệ đậu nành đến hiệu Hình 8. Ảnh hưởng của tỷ lệ đậu nành đến hàm suất thủy phân tinh bột lượng nitơ axit amin (Các chữ cái a, b, c, d thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa giữa các giá trị trung bình (p ≤ 0,05)) Hiệu suất thủy phân tinh bột đạt cao nhất khi bổ sung 10% đậu nành, thấp nhất khi không bổ sung đậu nành. Khi tiếp tục tăng tỷ lệ đậu nành bổ sung lên 15% và 20% thì hiệu suất thủy phân tinh bột lại giảm. Cụ thể, hiệu suất thủy phân tinh bột ở mẫu không bổ sung đậu nành là 15,27 ± 0,22%, khi bổ sung 10% đậu nành thì hiệu suất thủy phân tinh bột tăng lên, đạt 26,42 ± 0,43%. Hiệu suất thủy phân tinh bột ở tỷ lệ đậu nành 15% và 20% giảm so với bổ sung 10% đậu nành, lần lượt là 24,29 ± 0,19 % và 24,75 ± 0,45%. Hàm lượng nitơ axit amin tăng ở tỷ lệ đậu nành 5% và 10%, giảm dần khi tỷ lệ đậu nành bổ sung tăng hơn 10%. Cụ thể, ở 5% hàm lượng nitơ axit amin 0,83 ± 0,03%, nếu tăng tỷ lệ đậu nành lên 10% thì hàm lượng nitơ axit amin tăng lên 0,87 ± 0,01%. Nếu tiếp tục tăng tỷ lệ đậu nành lên 20% thì hàm lượng nitơ axit amin giảm còn 0,84 ± 0,01%. Khi tăng tỷ lệ đậu nành lên 15% và 20% thì hàm lượng nitơ axit amin và hiệu suất thủy phân tinh bột có xu hướng giảm dần do trong môi trường ủ có nhiều thành phần chất dinh dưỡng nên TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 105