ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỊ HƯƠNG NGHIÊN CỨU CỐ ĐỊNH TẾ BÀO LACTOBACILLUS ACIDOPHILUS GIÀU β-GALACTOSIDASE Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số : 605402 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 8 năm 2012 CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA–ĐHQG-HCM Cán bộ hƣớng dẫn khoa học : TS. TRẦN BÍCH LAM Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Cán bộ chấm nhận xét 2 : PGS.TS NGUYỄN THÚY HƢƠNG Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.
HCM ngày 16 tháng 08 năm 2012. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1.TS ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO. : Chủ tịch Hội đồng 2.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN .TS NGUYỄN THÚY HƢƠNG. TRẦN BÍCH LAM.
LẠI QUỐC ĐẠT. : Thƣ ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trƣởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa. CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THỊ HƢƠNG MSHV: 10110179 Ngày, tháng, năm sinh: 10/12/1987 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm và đồ uống Mã số : 605402 I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CỐ ĐỊNH TẾ BÀO LACTOBACILLUS ACIDOPHILUS GIÀU β-GALACTOSIDASE.
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Điều kiện tạo sinh khối tế bào Lactobacillus acidophilus giàu β-galactosidase Xác định vị trí enzyme β-galactosidase trong tế bào Khảo sát tính năng tạo thấm cho tế bào Cố định tế bào chứa β-galactosidase đã đƣợc tạo thấm trong alginate Xác định tính chất chế phẩm Ứng dụng thủy phân lactose trong sữa III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 06/02/2012 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/06/2012 V. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN : TS.
TRẦN BÍCH LAM Tp. HCM, ngày 16 tháng 08 năm 2012 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC (Họ tên và chữ ký) LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Trần Bích Lam. Cô đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ, động viên những lúc em gặp trở ngại khó khăn, tạo mọi điều kiện tốt nhất để em có thể hoàn thành luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Bộ môn công nghệ thực phẩm đã truyền đạt kiến thức, cũng nhƣ kinh nghiệm quý báu trong suốt những năm học tại trƣờng. Em xin thành cảm ơn Chị Phƣợng, các bạn ở Phòng thí nghiệm Vi sinh đã tạo điều kiện, chia sẻ và động viên trong thời gian thực hiện luận văn. Con xin cảm ơn ba má, các anh chị đã luôn yêu thƣơng và là chỗ dựa vững chắc về mọi mặt trong cuộc sống. Xin cảm ơn các thành viên trong Lớp Cao học thực phẩm 2010, cũng nhƣ các anh chị và bạn bè thân quen đã luôn chia sẻ, động viên và giúp đỡ tôi trong học tập cũng nhƣ trong cuộc sống.
Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 08 năm 2012 NGUYỄN THỊ HƢƠNG TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong luận văn này, chúng tôi nghiên cứu việc cố định tế bào Lactobacillus acidophilus đã tạo thấm trên alginate, bƣớc đầu thủy phân lactose trong sữa tƣơi. Kết quả thu đƣợc nhƣ sau: 1- Hoạt tính β-galactosidase trong tế bào đạt 0.8U/ml canh trƣờng khi bổ sung vào môi trƣờng lên men thành phần nhƣ sau: tỷ lệ phần trăm cao nấm men và cao thịt là 6:1, nồng độ khoáng MgSO4.7H2O 6mM và NaCl 2mM. Lên men trong thời gian 50 giờ. 2- Xác định vị trí của enzyme β-galactosidase trong tế bào L.
acidophilus nhận thấy enzyme này không có ở vách tế bào, periplasmic có 11.18%, màng tế bào chiếm 34.89% và cytoplasmic chiếm 53.93% so với tổng β-galactosidase trong tế bào. 3- Sau khi tạo thấm cho tế bào bằng ethanol hoạt tính β-galactosidase trong tế bào đạt 554.12U/g tế bào khô hay 0.837U/ml khi xử lý tế bào với ethanol 40%(v/v), nhiệt độ xử lý 37oC trong thời gian 10 phút. 4- Hoạt tính còn lại của tế bào cố định trong gel alginate đạt 1.CP khi dùng 13.59mg tế bào khô cố định trong 10ml dung dịch alginate 2%. 5- Chế phẩm có hoạt tính β-galactosidase cao và bền ở nhiệt độ 45oC và pH tối ƣu ở 6.5 6- Chế phẩm có khả năng thủy phân 70% lactose trong sữa với tỷ lệ chế phẩm 0.216g (khối lƣợng khô) trong 10ml sữa sau 3 giờ, trong 5 chu kỳ đầu không làm thay đổi hiệu suất thủy phân lactose trong sữa.
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân tôi và đƣợc thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của TS. Trần Bích Lam. Các số liệu, những kết luận nghiên cứu trong luận văn là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác cũng nhƣ chƣa từng đƣợc công bố dƣới bất cứ hình thức nào, các thông tin trích dẫn trong luận văn đã đƣợc chỉ rõ nguồn gốc. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Học viên thực hiên NGUYỄN THỊ HƢƠNG i MỤC LỤC Nội dung Trang MỤC LỤC .i DANH MỤC BẢNG. v DANH MỤC HÌNH .vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT. viii Chƣơng 1: GIỚI THIỆU. 1 Chƣơng 2: TỔNG QUAN.
Khái quát về L. Đặc điểm hình thái. Cấu tạo vách và màng tế bào. Đặc điểm sinh hóa.
Điều kiện lên men. Vai trò của L. acidophilus trong các sản phẩm sữa lên men. Enzyme β-galactosidase (EC 3.
Sơ lƣợc về enzyme β-galactosidase. Nguồn β-galactosidase từ động thực vật. Nguồn β-galactosidase từ vi sinh vật. Cấu trúc của enzyme β-galactosidase.
Cơ chế hoạt động β-galactosidase. Phƣơng pháp thủy phân lactose. Thủy phân lactose bằng acid. Thủy phân lactose bằng enzyme β-galactosidase.
Thủy phân lactose trong sữa. Thủy phân lactose trong whey. Tổng hợp GOS. Kỹ thuật tạo thấm.
Kỹ thuật cố định tế bào vi sinh vật. Các phƣơng pháp cố định tế bào vi sinh vật. Cấu tạo của alginate. Sự hình thành gel.
Các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng tạo gel. Đặc tính hóa học. Một kết quả nghiên cứu cố định tế bào giàu β-galactosidase. 26 Chƣơng 3: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP.
Vật liệu và hóa chất. Giống vi sinh vật. Môi trƣờng nuôi cấy. Thiết bị và dụng cụ.
Bố trí thí nghiệm. Lên men thu nhận tế bào L. acidophilus giàu β-galactosidase. Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của nguồn nitrogen.
Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của khoáng chất. Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của thời gian lên men. Khảo sát tính năng tạo thấm cho tế bào L. Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ ethanol.
Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ xử lý ethanol. Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của thời gian xử lý ethanol. Cố định tế bào L. acidophilus đã tạo thấm trong gel alginate.
Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ gel alginate. Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của tế bào khô/gel alginate. Tính chất chế phẩm. Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ.
Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của pH. Ứng dụng thủy phân lactose trong sữa tƣơi. Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ chế phẩm. Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của thời gian thủy phân.
Khả năng tái sử dụng chế phẩm. Các phƣơng pháp phân tích. Phƣơng pháp định lƣợng tế bào vi sinh vật bằng mật độ quang. Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng tế bào khô.
Phƣơng pháp xác định vị trí của enzyme β-galactosidase trong tế bào. Phƣơng pháp chụp SEM (Scanning Electron Microscope). Phƣơng pháp xác định hoạt tính β-galactosidase. Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng lactose trong sữa.
Phƣơng pháp xử lý số liệu .41 Chƣơng 4: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN. Lên men thu nhận tế bào giàu β-galactosidase. Ảnh hƣởng của nguồn nitrogen đến quá trình lên men thu tế bào giàu β-galactosidase. Ảnh hƣởng của của thành phần chất khoáng đến quá trình lên men thu tế bào giàu β-galactosidase.
Ảnh hƣởng của thời gian lên men đến quá trình lên men thu tế bào giàu β-galactosidase. Xác định vị trí của β-galactosidase trong tế bào L. Khảo sát tính năng tạo thấm cho tế bào L. Ảnh hƣởng của nồng độ ethanol đến tính năng tạo thấm cho tế bào.
Ảnh hƣởng của nhiệt độ xử lý ethanol đến tính năng tạo thấm cho tế bào. Ảnh hƣởng của thời gian xử lý ethanol đến tính năng tạo tính thấm cho tế bào. Cố định tế bào L. acidophilus đã tạo thấm có hoạt tính β-galactosidase trong gel alginate.
Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ gel alginate đến hoạt tính β-galactosidase của tế bào L. acidophilus đã tạo thấm. Khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng tế bào trong gel alginate đến hoạt tính β-galactosidase. Tính chất chế phẩm.
Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hoạt tính β-galactosidase trong chế phẩm. Ảnh hƣởng của pH đến hoạt tính β-galactosidase trong chế phẩm. Khảo sát khả năng ứng dụng chế phẩm thủy phân lactose trong sữa. Khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ chế phẩm/thể tích sữa đến hiệu suất thủy phân lactose trong sữa tƣơi.
Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian thủy phân đến hiệu suất thủy phân lactose trong sữa. Khả năng tái sử dụng .68 Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO .84 v DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Nguồn β-galactosidase từ vi sinh vật .2: Các tác nhân tạo thấm ở Kluyveromyces sp. và Lactobacillus sp.1: Thành phần MT1 .2: Thành phần MT3.3: Pha loãng ONP .4: Các bƣớc tiến hành dựng đƣờng chuẩn ONP.5: Các bƣớc xác định hoạt tính β-galactosidase .1: Ảnh hƣởng của khoáng trong môi trƣờng lên men đến mật độ tế bào và hoạt tính β-galactosidase .47 vi DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Mô hình cấu tạo vách tế bào nhƣ L.2: Thành phần của peptidoglycan ở vi khuẩn lactic.4: Cấu trúc của enzyme β-galactosidase của E.5: Cơ chế hoạt động của β-galactosidase trên galactoside .6: Tế bào trƣớc và sau khi tạo thấm .7: Các kỹ thuật cơ bản cố định tế bào .8: Các dạng xử lý và cố định tế bào .9: Ba kiểu block.10: Phƣơng pháp tạo gel từ bên ngoài và bên trong.11: Sự hình thành gel với ion Ca.1: Sơ đồ nội dung nghiên cứu .2: Sơ đồ xác định vị trí của enzyme β-galactosidase trong tế bào .3: Phản ứng phân giải ONPG dƣới tác dụng của β-galactosidase .1: Ảnh hƣởng của tỷ lệ phần trăm cao nấm men:cao thịt trong môi trƣờng lên men đến mật độ tế bào và hoạt tính β-galactosidae .2: Ảnh hƣởng của nồng độ MgSO4.