Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp dệt may truyền thống, quá trình sản xuất tơ lụa từ kén tằm dâu (Bombyx mori) tập trung chủ yếu vào việc thu hồi sợi protein fibroin. Để thu được sợi tơ bóng mịn và có độ bền cơ học cao, lớp keo sericin bao bọc bên ngoài sợi fibroin bắt buộc phải được loại bỏ thông qua công đoạn nấu tẩy (degumming). Ước tính trên phạm vi toàn cầu, mỗi năm có khoảng 50.000 tấn sericin bị thải bỏ trực tiếp ra môi trường dưới dạng nước thải công nghiệp. Lượng nước thải này chứa nồng độ chất hữu cơ rất cao, làm gia tăng đột biến nhu cầu oxy hóa học (COD) và nhu cầu oxy sinh học (BOD), gây ra tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng đối với nguồn nước và hệ sinh thái xung quanh các làng nghề, nhà máy ươm tơ dệt lụa.

Sericin là một biopolymer tự nhiên dạng protein cầu (globular protein), chiếm khoảng 17% đến 25% (hoặc lên đến 25% - 30%) tổng khối lượng kén tằm khô, trong khi fibroin chiếm 75% đến 83%. Về mặt cấu trúc hóa học và sinh học, sericin sở hữu 18 loại acid amin khác nhau với hàm lượng cao các nhóm chức phân cực (như hydroxyl, carboxyl, amino), đem lại khả năng liên kết nước, chống oxy hóa, kháng khuẩn, tương thích sinh học và tự phân hủy sinh học. Các nghiên cứu trên thế giới đã chứng minh tiềm năng ứng dụng của sericin trong công nghệ thực phẩm (làm chất chống oxy hóa, chất nhũ hóa thay thế lòng đỏ trứng và casein trong sốt salad, phụ gia bổ sung vào bánh mì, màng bao sinh học kéo dài thời gian bảo quản cà chua) cũng như trong y dược và mỹ phẩm (chống lão hóa, kích thích tổng hợp collagen loại I, giảm cholesterol huyết thanh).

Xuất phát từ thực tiễn môi trường và giá trị sinh học của phụ phẩm tơ tằm, đề tài khóa luận tốt nghiệp ngành Công nghệ Thực phẩm tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh với tên gọi "Effect of high pressure and high temperature on sericin protein properties from silkworm" (Tác động của áp suất cao và nhiệt độ cao đến tính chất protein sericin từ kén tằm) đã được thực hiện. Đề tài tập trung vào việc ứng dụng kỹ thuật xử lý nhiệt độ cao kết hợp áp suất cao (High Temperature and High Pressure - HTHP) chỉ sử dụng nước cất nhằm thu hồi sericin sạch, không lẫn hóa chất, đồng thời đánh giá toàn diện các đặc tính hóa lý và hoạt tính sinh học của protein thu được.

Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài bao gồm 6 nội dung cụ thể:

  1. Đánh giá thành phần hóa học cơ bản của vỏ kén tằm Bombyx mori nguyên liệu: độ ẩm, hàm lượng tro tổng số, protein tổng số, lipid và carbohydrate.
  2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly đến hiệu suất thu hồi protein sericin từ vỏ kén tằm.
  3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hiệu suất thu hồi protein sericin tại điều kiện nhiệt độ tối ưu.
  4. Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc của protein sericin thu nhận được thông qua phương pháp điện di SDS-PAGE và quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR).
  5. Đánh giá các đặc tính hóa lý và hoạt tính sinh học của dung dịch sericin: quang phổ hấp thụ tử ngoại - khả kiến (UV-Vis), điểm đẳng điện (pI), hoạt tính chống oxy hóa quét gốc tự do ABTS và hoạt tính kháng khuẩn đối với vi khuẩn Staphylococcus aureus, Escherichia coli.
  6. Xác định thành phần và hàm lượng các acid amin có trong sericin sau trích ly.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Dung dịch protein sericin trích ly từ vỏ kén tằm Bombyx mori thu mua tại khu vực Nam Định. Kén được thu hoạch vào vụ thu (từ ngày 5-10 tháng 9 đến tháng 11 hàng năm, mẫu nghiên cứu được mua vào cuối tháng 9), đạt yêu cầu nguyên vẹn cấu trúc, sạch tạp chất và đã loại bỏ nhộng bên trong.
  • Phạm vi nghiên cứu: Thực nghiệm được tiến hành ở quy mô phòng thí nghiệm tại Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Đào tạo Chất lượng cao / Khoa Đào tạo Quốc tế, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh trong khoảng thời gian từ ngày 10/08/2023 đến ngày 19/01/2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và nguyên lý trích ly HTHP

Kén tằm Bombyx mori được hình thành từ hai sợi đơn fibroin liên kết với nhau bởi lớp keo sericin. Sericin được cấu tạo từ các đại phân tử protein chứa nhiều acid amin ưa nước, có khối lượng phân tử dao động rộng từ 10 đến 300 kDa tùy thuộc vào phương pháp và dung môi phân tách. Cấu trúc kén tằm chia thành 3 lớp sericin: lớp ngoài (chiếm 15%), lớp giữa (chiếm 10,5%) và lớp trong. Ở điều kiện nước lạnh, sericin không tan; tuy nhiên khi gia nhiệt và tăng áp suất, các chuỗi polypeptide dài của sericin bị bẻ gãy một phần qua phản ứng thủy phân nhiệt, chuyển sang trạng thái phân tán và hòa tan vào nước nóng mà vẫn giữ được các hoạt tính chức năng quan trọng.

So với các phương pháp trích ly truyền thống như xử lý kiềm ($Na_2CO_3$, $NaOH$), xử lý acid hữu cơ (acid citric, acid lactic), dùng chất tẩy rửa hoặc enzyme, phương pháp nhiệt độ cao áp suất cao (HTHP) sử dụng hoàn toàn nước cất làm dung môi. Phương pháp này mang lại ưu điểm vượt trội về độ tinh khiết hóa học, không để lại tồn dư hóa chất độc hại trong sản phẩm sericin, đáp ứng tiêu chuẩn an toàn cho ứng dụng trong chế biến thực phẩm và dược phẩm.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Quá trình nghiên cứu thực nghiệm được thiết kế theo sơ đồ tuần tự từ phân tích nguyên liệu thô, tối ưu hóa quá trình trích ly, đến phân tích hóa lý và hoạt tính sinh học của sericin:

  1. Chuẩn bị nguyên liệu: Vỏ kén tằm sạch được cắt nhỏ thành từng sợi có kích thước 1–2 mm để tăng diện tích tiếp xúc với dung môi trích ly. Tỷ lệ nguyên liệu vỏ kén trên dung môi nước cất được cố định ở mức 1:30 (g/mL).

  2. Khảo sát thành phần hóa học của vỏ kén thô:

    • Độ ẩm: Xác định bằng phương pháp sấy đối lưu ở 105 °C trong 6 giờ đến khối lượng không đổi theo công thức: $$\text{Độ ẩm (%)} = \frac{G_1 - G_2}{G} \times 100$$ (trong đó $G_1$ là khối lượng đĩa và mẫu trước khi sấy, $G_2$ là khối lượng sau khi sấy, $G = G_1 - G_0$ là khối lượng mẫu ban đầu).
    • Tro tổng số: Xác định bằng phương pháp nung vô cơ hóa trong lò nung ở 600 °C trong 7 giờ theo công thức: $$\text{Tro tổng số (%)} = \frac{G_2 - G}{G_1 - G} \times 100$$ (trong đó $G$ là khối lượng chén nung rỗng, $G_1$ là khối lượng chén chứa mẫu, $G_2$ là khối lượng chén chứa tro).
    • Protein tổng số: Xác định theo phương pháp Kjeldahl. Mẫu được vô cơ hóa bằng 15 mL $H_2SO_4$ đậm đặc cùng hỗn hợp xúc tác gồm 2,5 g $K_2SO_4$, 0,075 g $CuSO_4$ và 0,075 g $TiO_2$ trong 3 giờ ở 75% công suất máy. Sau đó, tiến hành chưng cất giải phóng $NH_3$ hấp thụ vào dung dịch $H_3BO_3$ (chỉ thị bromocresol green 0,1% và methyl red) và chuẩn độ bằng dung dịch chuẩn $HCl$ 0,1 N: $$%N = \frac{0,14 \times K \times V_{HCl}}{m}, \quad % \text{Protein} = %N \times \frac{1}{17}$$
    • Lipid tổng số: Xác định bằng phương pháp trích ly Soxhlet với hỗn hợp dung môi diethyl ether và petroleum ether trong thời gian 6–8 giờ: $$\text{Lipid (%)} = \frac{m_1 - m_2}{m_1} \times 100$$
    • Carbohydrate tổng số: Tính toán gián tiếp theo phương pháp chênh lệch: $$\text{Carbohydrate (%)} = 100% - %\text{Protein} - %\text{Lipid} - %\text{Ẩm}$$
  3. Bố trí thí nghiệm trích ly và định lượng protein sericin:

    • Khảo sát nhiệt độ trích ly: Tiến hành ở 7 mức nhiệt độ: 70 °C, 80 °C, 90 °C (sử dụng bể ổn nhiệt), 100 °C (bếp điện đun sôi có kiểm soát nhiệt kế), 110 °C, 120 °C và 130 °C (sử dụng nồi hấp autoclave) trong thời gian cố định 30 phút.
    • Khảo sát thời gian trích ly: Khảo sát tại các mốc thời gian 15, 30, 45 và 60 phút tại mức nhiệt độ tối ưu đã xác định.
    • Định lượng protein sericin: Sử dụng phương pháp Lowry đo quang ở bước sóng 660 nm với đường chuẩn xây dựng từ huyết thanh bò chuẩn (BSA). Hỗn hợp phản ứng gồm dung dịch A ($Na_2CO_3$, $NaOH$, muối kali natri tartrat $K_2C_4H_4O_6$), dung dịch B ($CuSO_4 \cdot 5H_2O$ trong natri citrat 1%), dung dịch C (hỗn hợp A:B tỷ lệ 50:1) và thuốc thử Folin–Ciocalteu pha loãng 5 lần.
  4. Phương pháp phân tích cấu trúc, hóa lý và hoạt tính sinh học:

    • Quang phổ hấp thụ tử ngoại - khả kiến (UV-Vis): Quét phổ hấp thụ ánh sáng của dung dịch sericin.
    • Điện di gel polyacrylamide có natri dodecyl sulfat (SDS-PAGE): Xác định khối lượng phân tử phân bố của các phân đoạn sericin bằng gel phân tách (separation gel) và gel cô đặc (stacking gel) với các hóa chất APS, TEMED.
    • Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR): Phân tích các nhóm chức đặc trưng và cấu trúc bậc hai của bột sericin trên máy FTIR-4700 (Jasco, Nhật Bản).
    • Xác định điểm đẳng điện (pI): Đánh giá độ đục và mức độ kết tủa của sericin ở các dải pH khác nhau.
    • Phân tích thành phần acid amin: Định lượng thành phần các gốc acid amin có trong dịch trích sericin.
    • Hoạt tính chống oxy hóa ABTS: Đánh giá khả năng dập tắt gốc tự do $2,2'$-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) ($ABTS^{\bullet+}$), tính toán giá trị $IC_{50}$ so sánh với đối chứng acid ascorbic chuẩn.
    • Hoạt tính kháng khuẩn: Thử nghiệm bằng phương pháp pha loãng thạch (agar dilution method) đối với vi khuẩn Gram dương Staphylococcus aureus và vi khuẩn Gram âm Escherichia coli, theo dõi mật độ vi khuẩn sống sót ($\log \text{CFU/mL}$) sau 24 giờ nuôi cấy ở các nồng độ dịch trích khác nhau.
Nhóm danh mục Tên thiết bị / Hóa chất Xuất xứ / Nhà sản xuất Ứng dụng trong nghiên cứu
Thiết bị Cân phân tích 2 và 4 số lẻ Sartorius (Đức) Cân khối lượng mẫu, hóa chất
Hệ thống Kjeldahl Đức Phân tích nitơ và protein tổng số
Máy đo pH Ý Đo pH dung dịch, xác định pI
Nồi hấp vô trùng Autoclave Đức Trích ly sericin ở 110 °C, 120 °C, 130 °C
Bể ổn nhiệt (Thermostat tank) Đức Trích ly mẫu ở nhiệt độ 70 °C, 80 °C, 90 °C
Máy quang phổ FTIR-4700 Jasco (Nhật Bản) Phân tích nhóm chức cấu trúc sericin
Máy quang phổ UV-Vis Nhật Bản Định lượng Lowry, đo quang phổ UV-Vis
Tủ an toàn sinh học cấp II (BSC) Singapore Thao tác cấy vi sinh vật S. aureus, E. coli
Bình hút ẩm, tủ sấy Đức Sấy mẫu, bảo quản mẫu phân tích độ ẩm, tro
Hóa chất $NaOH$, $Na_2CO_3$, $CuSO_4 \cdot 5H_2O$ Trung Quốc Phản ứng Lowry, xử lý hóa học
Thuốc thử Folin–Ciocalteu Chuẩn phân tích Định lượng protein theo phương pháp Lowry
Gốc tự do ABTS, Acid ascorbic Chuẩn phân tích Khảo sát hoạt tính chống oxy hóa
Hóa chất điện di (Acrylamide, APS, TEMED) Chuẩn sinh hóa Phân tích điện di SDS-PAGE
Môi trường nuôi cấy vi sinh Chuẩn vi sinh Nuôi cấy kiểm tra kháng khuẩn S. aureus, E. coli

Nội dung chính theo từng chương

CHAPTER 1: INTRODUCTION

Chương này giới thiệu bối cảnh thực tiễn của ngành trồng dâu nuôi tằm và sản xuất tơ lụa có lịch sử hơn 5.000 năm bắt nguồn từ Trung Quốc. Tác giả nhấn mạnh vấn đề môi trường nảy sinh từ quy đoạn degumming khi loại bỏ sericin vào nguồn nước thải công nghiệp. Chương 1 xác định rõ mục tiêu tổng quát, 6 nhiệm vụ cụ thể, đối tượng nghiên cứu là kén tằm Bombyx mori tại Việt Nam, quy mô phòng thí nghiệm và ý nghĩa thực tiễn của việc tái sử dụng sericin trong công nghệ thực phẩm nhằm giảm thiểu tải lượng ô nhiễm môi trường.

CHAPTER 2: LITERATURE REVIEW

Chương tổng quan tài liệu hệ thống hóa các công trình nghiên cứu trong nước và quốc tế liên quan đến:

  • Tổng quan về kén tằm và sericulture: Sản lượng tơ lụa toàn cầu đạt khoảng 100.000 tấn/năm, trong đó Trung Quốc đóng góp 70%, tiếp theo là Brazil, Nhật Bản, Ấn Độ, Thái Lan và Việt Nam. Quá trình nhả tơ của tằm tạo ra sợi kép fibroin được bao bọc bởi lớp keo sericin nhằm bảo vệ ấu trùng trong giai đoạn biến thái thành nhộng.
  • Cấu trúc hóa học và đặc tính của sericin: Cấu trúc chuỗi polypeptide liên kết hydro với fibroin; phân loại các nhóm acid amin tích điện (aspartic acid), phân cực (serine) và kỵ nước (glycine). Tỷ lệ mol của serine chiếm ưu thế (~30%), aspartic acid và glycine chiếm 10-20%. Tỷ lệ $C/N$ ảnh hưởng trực tiếp đến độ hòa tan trong nước nóng.
  • Các phương pháp tách chiết sericin: So sánh các phương pháp đun sôi ở áp suất khí quyển, xử lý kiềm, acid hữu cơ, enzyme và phương pháp nhiệt độ cao áp suất cao (HTHP).
  • Ứng dụng của sericin: Hoạt tính kháng khuẩn chống lại E. coli và S. aureus; hoạt tính chống oxy hóa nhờ hàm lượng polyphenol, flavonoid và các acid amin cho hydro làm mất màu gốc tự do DPPH/ABTS; khả năng chống lão hóa và giữ ẩm trong mỹ phẩm; ứng dụng trong màng bao sinh học kéo dài độ tươi của cà chua, chất nhũ hóa trong sốt salad và cải thiện chất lượng bánh mì.
  • Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam và thế giới: Điểm lại các công trình của Lê Hồng Vân và cộng sự về trích ly protein tơ tằm bằng nước tinh khiết ở 126 °C, áp suất 0,14 MPa trong 5 giờ, làm cơ sở thực tiễn để nhóm tác giả phát triển quy trình rút ngắn thời gian và tối ưu hóa điều kiện HTHP.

CHAPTER 3: MATERIALS AND METHODS

Chương này mô tả chi tiết toàn bộ tiến trình thực nghiệm bao gồm: nguồn gốc nguyên liệu vỏ kén tằm Bombyx mori Nam Định, hệ thống trang thiết bị thí nghiệm và danh mục hóa chất. Tác giả trình bày chi tiết quy trình trích ly sericin bằng phương pháp HTHP, các phương thức lấy mẫu, công thức toán học tính toán thành phần hóa học thô (độ ẩm, tro, protein Kjeldahl, lipid Soxhlet, carbohydrate), phương pháp xây dựng đường chuẩn BSA định lượng protein bằng Lowry, cùng quy trình kiểm tra SDS-PAGE, quang phổ FTIR, UV-Vis, điểm đẳng điện (pI), đo hoạt tính chống oxy hóa ABTS và kỹ thuật kháng khuẩn bằng pha loãng thạch.

CHAPTER 4: RESULTS AND DISCUSSIONS

Chương này trình bày các số liệu đo đạc thực nghiệm, phân tích biểu đồ và thảo luận kết quả:

  • Thành phần hóa học của vỏ kén thô: Cung cấp các thông số định lượng về độ ẩm, tro, protein, lipid và carbohydrate của nguyên liệu kén tằm Bombyx mori tại Nam Định.
  • Tối ưu hóa điều kiện trích ly: Phân tích hàm lượng sericin thu hồi (mg/mL) theo các mức nhiệt độ từ 70 °C đến 130 °C và các mốc thời gian từ 15 đến 60 phút. Xác lập điều kiện tối ưu đạt hiệu suất cao nhất là 120 °C trong 30 phút.
  • Đặc tính quang phổ và cấu trúc phân tử: Phổ UV-Vis ghi nhận đỉnh hấp thụ đặc trưng của protein sericin; phổ FTIR ghi nhận peak hấp thụ rộng tại vùng số sóng 3273,57 cm⁻¹ biểu thị liên kết của các phân tử nước và nồng độ cao của nhóm hydroxyl (-OH); kết quả điện di SDS-PAGE cho thấy sự hiện diện của hai vạch protein rõ nét tại 13 kDa và 24 kDa.
  • Thành phần acid amin và điểm đẳng điện: Xác định các acid amin chủ đạo gồm glycine, serine và aspartic acid; ghi nhận điểm đẳng điện pI thực nghiệm của dung dịch sericin trích ly.
  • Đánh giá hoạt tính sinh học:
    • Khả năng chống oxy hóa dập tắt gốc tự do $ABTS^{\bullet+}$ thể hiện qua giá trị $IC_{50} = 2,77 \text{ mg/g}$, chứng minh sericin có hoạt tính chống oxy hóa mạnh (mặc dù thấp hơn chất chuẩn acid ascorbic).
    • Hoạt tính kháng khuẩn đối với S. aureus (Gram dương) và E. coli (Gram âm): Mật độ tế bào vi khuẩn sống sót ($\log \text{CFU/mL}$) sau 24 giờ giảm rõ rệt theo sự gia tăng nồng độ dịch trích sericin, chứng minh khả năng ức chế vi sinh vật gây bệnh truyền qua thực phẩm.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm chính

Các kết quả định lượng cụ thể thu được từ nghiên cứu được tổng hợp trong bảng dưới đây:

Chỉ tiêu phân tích / Thông số thực nghiệm Phương pháp đánh giá Giá trị / Kết quả ghi nhận trong nghiên cứu
Điều kiện trích ly HTHP tối ưu Khảo sát nhiệt độ & thời gian (định lượng Lowry) Nhiệt độ: 120 °C; Thời gian: 30 phút (tỷ lệ mẫu/nước 1:30)
Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) Đo trên thiết bị FTIR-4700 Xuất hiện peak hấp thụ rộng đặc trưng tại 3273,57 cm⁻¹
Khối lượng phân tử protein Điện di SDS-PAGE Xuất hiện 2 vạch phân đoạn protein tại 13 kDa và 24 kDa
Thành phần acid amin chủ đạo Phân tích thành phần acid amin Chiếm ưu thế bởi Glycine, Serine và Aspartic acid
Hoạt tính chống oxy hóa Thử nghiệm quét gốc tự do $ABTS^{\bullet+}$ Giá trị $IC_{50} = 2,77 \text{ mg/g}$ (thể hiện hoạt tính chống oxy hóa mạnh)
Hoạt tính kháng khuẩn Phương pháp pha loãng thạch sau 24 giờ Giảm mật độ tế bào ($\log \text{CFU/mL}$) của cả S. aureus và E. coli

Đóng góp khoa học và giải pháp thực tiễn của đề tài

  1. Xác lập quy trình trích ly xanh không hóa chất: Đề tài đã xây dựng thành công chế độ công nghệ trích ly sericin bằng nhiệt độ cao và áp suất cao (120 °C, 30 phút, tỷ lệ 1:30) chỉ sử dụng nước cất. Quy trình này loại bỏ hoàn toàn việc sử dụng muối kiềm hay dung môi hữu cơ, giúp thu hồi sericin có độ tinh khiết cao, an toàn cho thực phẩm.
  2. Minh chứng hoạt tính chức năng sinh học: Xác định được giá trị chống oxy hóa $IC_{50} = 2,77 \text{ mg/g}$ cùng khả năng ức chế trực tiếp hai chủng vi khuẩn chỉ thị gây ngộ độc thực phẩm phổ biến (S. aureus và E. coli), khẳng định sericin là nguồn phụ gia tự nhiên tiềm năng để bảo quản chống ôi hóa lipid và ức chế vi sinh vật.
  3. Giải pháp gia tăng giá trị kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường: Việc thu hồi sericin từ phụ phẩm ngành dệt lụa mở ra hướng tái chế phụ phẩm nông nghiệp tại Việt Nam, góp phần giải quyết vấn đề nước thải có chỉ số COD/BOD cao tại các vùng ươm tơ như Nam Định.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên các nội dung được trình bày trong văn bản khóa luận, một số hạn chế và hướng mở của đề tài bao gồm:

  • Hạn chế về quy mô nghiên cứu: Thí nghiệm mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm (laboratory scale) với các mẻ trích ly nhỏ trong nồi hấp autoclave, chưa được thử nghiệm ở quy mô pilot hoặc công nghiệp liên tục.
  • Hạn chế về độ phân giải phân đoạn protein: Quá trình xử lý nhiệt độ cao áp suất cao có thể gây ra hiện tượng cắt đứt thủy phân nhiệt chuỗi polypeptide, tạo ra các đoạn phân tử nhỏ (13 kDa và 24 kDa), đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ để tránh làm suy giảm chất lượng nếu kéo dài thời gian xử lý quá mức.
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo:
    • Nghiên cứu ứng dụng dịch trích sericin vào các mô hình thực phẩm cụ thể (như tạo màng bao sinh học bảo quản rau quả tươi, bổ sung vào cấu trúc bánh nướng hoặc sản xuất sốt nhũ tương).
    • Khảo sát chuyên sâu hơn về tính chất công nghệ của sericin (độ tạo gel, độ bền bọt, độ ổn định nhũ hóa ở các mức pH khác nhau).
    • Thử nghiệm mở rộng quy mô thu hồi sericin từ dòng nước thải degumming thực tế của các nhà máy ươm tơ dệt lụa.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho nhiều đối tượng trong nghiên cứu và học thuật:

  • Sinh viên và học viên ngành Công nghệ Thực phẩm, Công nghệ Sinh học, Kỹ thuật Hóa học: Cung cấp tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp phân tích thành phần thực phẩm thô (Kjeldahl, Soxhlet, tro, ẩm), kỹ thuật định lượng protein bằng phương pháp Lowry và các thử nghiệm sinh hóa đánh giá hoạt tính chống oxy hóa (ABTS), kháng khuẩn.
  • Cán bộ nghiên cứu về vật liệu sinh học và phụ phẩm nông nghiệp: Cung cấp thông số vận hành chi tiết của quá trình trích ly HTHP (nhiệt độ, thời gian, tỷ lệ dung môi) cùng các dữ liệu phân tích cấu trúc protein tơ tằm bằng FTIR và SDS-PAGE.
  • Doanh nghiệp và cơ sở sản xuất tơ lụa, chế biến thực phẩm: Cung cấp cơ sở khoa học cho việc định hướng xây dựng hệ thống thu hồi phụ phẩm sericin từ nước thải nấu tơ, hướng tới mô hình kinh tế tuần hoàn trong ngành dệt may và chế biến phụ gia thực phẩm.

Câu hỏi thường gặp

1. Điều kiện nhiệt độ và thời gian tối ưu để trích ly sericin bằng phương pháp HTHP trong nghiên cứu này là bao nhiêu?
Điều kiện tối ưu được nhóm tác giả xác định là nhiệt độ 120 °C và thời gian trích ly 30 phút, sử dụng dung môi nước cất với tỷ lệ vỏ kén tằm trên nước là 1:30 (g/mL).

2. Kết quả phân tích điện di SDS-PAGE cho thấy protein sericin thu được có khối lượng phân tử bao nhiêu?
Kết quả phân tích SDS-PAGE ghi nhận dung dịch sericin trích ly bằng HTHP xuất hiện hai vạch phân đoạn protein chính tại mức khối lượng phân tử 13 kDa và 24 kDa.

3. Khả năng chống oxy hóa của sericin trích ly được đánh giá bằng phương pháp nào và đạt kết quả ra sao?
Khả năng chống oxy hóa được đánh giá thông qua phương pháp quét gốc tự do $ABTS^{\bullet+}$, kết quả xác định giá trị $IC_{50} = 2,77 \text{ mg/g}$, cho thấy sericin có hoạt tính chống oxy hóa mạnh (dù thấp hơn so với đối chứng acid ascorbic chuẩn).

4. Khả năng kháng khuẩn của sericin được thử nghiệm trên những chủng vi sinh vật nào và theo phương pháp gì?
Hoạt tính kháng khuẩn được thử nghiệm trên hai chủng vi khuẩn chỉ thị là vi khuẩn Gram dương Staphylococcus aureus và vi khuẩn Gram âm Escherichia coli bằng phương pháp pha loãng thạch (agar dilution method), ghi nhận sự suy giảm mật độ vi khuẩn ($\log \text{CFU/mL}$) phụ thuộc vào nồng độ dịch trích sau 24 giờ nuôi cấy.

5. Đặc trưng cấu trúc nào của sericin được ghi nhận trên phổ hồng ngoại FTIR?
Trên phổ FTIR, sericin thể hiện một đỉnh hấp thụ rộng đặc trưng tại số sóng 3273,57 cm⁻¹, xuất phát từ sự hiện diện của phân tử nước và nồng độ cao của các nhóm hydroxyl (-OH) tự do trong cấu trúc protein.


Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của nhóm tác giả Nguyễn Thảo Hiền và Nguyễn Ngọc Lam Vy (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh) đã thiết lập thành công quy trình trích ly protein sericin từ vỏ kén tằm Bombyx mori bằng phương pháp nhiệt độ cao áp suất cao (120 °C, 30 phút) không sử dụng hóa chất. Sản phẩm sericin thu được có cấu trúc đặc trưng với các phân đoạn 13 kDa và 24 kDa, giàu các acid amin serine, glycine, aspartic acid cùng nhóm chức hydroxyl phản ánh qua peak FTIR 3273,57 cm⁻¹. Nghiên cứu đã chứng minh sericin sở hữu hoạt tính chống oxy hóa ABTS ($IC_{50} = 2,77 \text{ mg/g}$) và khả năng ức chế vi khuẩn S. aureus, E. coli, khẳng định tiềm năng ứng dụng thực tiễn của nguồn phụ phẩm này làm nguyên liệu sinh học giá trị cao trong ngành thực phẩm và dược phẩm.