Ứng Dụng Kỹ Thuật Màng Trong Phân Tách Gamma Aminobutyric Acid (GABA) Từ Canh Trường Lên Men Cám Gạo

Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật màng trong việc phân tách gamma aminobutyric acid từ canh trường lên men cám gạo, mang lại tiềm năng cho công nghệ thực phẩm.

• Tác giả: Phạm Thanh Tâm
• Người hướng dẫn: TS. Lại Quốc Đạt
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm
• Đề tài: Ứng Dụng Kỹ Thuật Màng Trong Phân Tách Gamma Aminobutyric Acid (GABA) Từ Canh Trường Lên Men Cám Gạo
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Mục tiêu tổng quát
• 1.2. Mục tiêu cụ thể
• 1.3. Nội dung nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. Giới thiệu về GABA
• 2.2. Chức năng sinh lý của GABA
• 2.3. Cơ chế sinh tổng hợp GABA
• 2.4. Quá trình sản xuất GABA từ nhóm vi khuẩn acid lactic
• 2.5. Tổng quan về kỹ thuật siêu lọc
• 2.5.1. Giới thiệu về kỹ thuật phân riêng bằng màng siêu lọc
• 2.5.2. Động lực học của quá trình phân riêng bằng màng siêu lọc
• 2.5.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phân riêng của màng
• 2.5.4. Tính chất của nguyên liệu cần phân riêng
• 2.5.5. Tính chất của màng
• 2.5.6. Các thông số công nghệ
• 2.5.7. Hiện tượng tập trung nồng độ và hiện tượng tắc nghẽn màng
• 2.5.8. Kỹ thuật diafiltration
• 2.5.9. Ứng dụng kỹ thuật màng trong quá trình phân riêng các hợp chất sinh học
• 3. CHƯƠNG 3: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Mục tiêu đề tài
• 3.2. Vi khuẩn Lb. brevis
• 3.3. Thiết bị lọc màng mô hình dead-end
• 3.4. Màng siêu lọc
• 3.5. Nội dung nghiên cứu
• 3.5.1. Sơ đồ nghiên cứu – quy trình thí nghiệm
• 3.5.2. Quy trình chuẩn bị dịch lên men cám gạo
• 3.5.3. Nội dung 1: Xác định thành phần hóa học của canh trường lên men cám gạo
• 3.5.4. Nội dung 2: Khảo sát ảnh hưởng của quá trình tiền xử lý dịch cám gạo lên men đến khả năng phân riêng của màng siêu lọc
• 3.5.5. Nội dung 3: Khảo sát ảnh hưởng áp suất vận hành đến khả năng phân riêng
• 3.5.6. Nội dung 4: Xây dựng mô hình toán học cho quá trình phân riêng GABA từ canh trường lên men cám gạo
• 3.5.7. Nội dung 5: Khảo sát ảnh hưởng của giải pháp bổ sung nước vào dòng không qua màng đến khả năng phân riêng của màng siêu lọc
• 3.6. Phương pháp phân tích
• 3.6.1. Xác định hàm lượng chất khô tổng
• 3.6.2. Phương pháp xác định đường tổng và khử
• 3.6.3. Phương pháp xác định hàm lượng axit amin
• 3.6.4. Phương pháp xác định hàm lượng protein hòa tan
• 3.6.5. Phương pháp xác định hàm lượng GABA
• 3.6.6. Tính toán - Xử lý thống kê
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 4.1. Thành phần hóa học của canh trường cám gạo lên men
• 4.2. Ảnh hưởng của quá trình tiền xử lý canh trường lên men cám gạo đến quá trình phân riêng GABA bằng màng siêu lọc
• 4.2.1. Ảnh hưởng đến độ phân riêng các cấu tử trong quá trình phân riêng sử dụng màng siêu lọc
• 4.2.2. Ảnh hưởng đến thông lượng dòng qua màng của các cấu tử
• 4.3. Ảnh hưởng của áp suất vận hành đến quá trình phân riêng sử dụng màng siêu lọc
• 4.3.1. Ảnh hưởng đến độ phân riêng các cấu tử trong quá trình phân riêng
• 4.3.2. Ảnh hưởng đến thông lượng dòng qua màng
• 4.4. Mô hình toán học của quá trình phân riêng GABA từ canh trường lên men
• 4.5. Ảnh hưởng của giải pháp bổ sung nước vào dòng không qua màng đến quá trình phân riêng sử dụng màng siêu lọc
• 4.5.1. Ảnh hưởng đến độ phân riêng của các cấu tử
• 4.5.2. Ảnh hưởng đến thông lượng trong quá trình phân riêng GABA
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về ứng dụng kỹ thuật màng trong phân tách GABA

Gamma Aminobutyric Acid (GABA) là một axit amin quan trọng trong hệ thần kinh, có vai trò điều hòa hoạt động sống của tế bào thần kinh. Việc ứng dụng kỹ thuật màng trong phân tách GABA từ canh trường lên men cám gạo đang trở thành một xu hướng nghiên cứu mới. Nghiên cứu này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả thu hồi GABA mà còn góp phần tạo ra sản phẩm có giá trị gia tăng từ nguồn nguyên liệu sẵn có.

1.1. Ứng dụng GABA trong ngành thực phẩm và dược phẩm

GABA được sử dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm và dược phẩm nhờ vào khả năng cải thiện sức khỏe. Nghiên cứu cho thấy GABA có thể giúp giảm lo âu và cải thiện giấc ngủ, từ đó nâng cao chất lượng cuộc sống.

1.2. Tầm quan trọng của cám gạo trong sản xuất GABA

Cám gạo là nguồn nguyên liệu phong phú, chứa nhiều chất dinh dưỡng. Việc sử dụng cám gạo làm nguồn cơ chất cho vi khuẩn Lactobacillus brevis không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất GABA.

II. Thách thức trong quá trình phân tách GABA từ canh trường lên men

Quá trình phân tách GABA từ canh trường lên men cám gạo gặp nhiều thách thức. Các thành phần phức tạp trong canh trường như sinh khối vi khuẩn và các tạp chất khác có thể làm giảm hiệu suất thu hồi GABA. Do đó, việc tối ưu hóa quy trình là rất cần thiết.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi GABA

Nhiều yếu tố như áp suất, nhiệt độ và thời gian xử lý có thể ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi GABA. Việc nghiên cứu và điều chỉnh các yếu tố này là cần thiết để đạt được kết quả tốt nhất.

2.2. Khó khăn trong việc loại bỏ tạp chất

Việc loại bỏ các tạp chất trong canh trường lên men là một thách thức lớn. Các tạp chất này không chỉ làm giảm độ tinh sạch của GABA mà còn ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng.

III. Phương pháp phân tách GABA hiệu quả bằng kỹ thuật màng

Kỹ thuật màng siêu lọc đã được chứng minh là một phương pháp hiệu quả trong việc phân tách GABA từ canh trường lên men cám gạo. Phương pháp này không chỉ đơn giản mà còn tiết kiệm năng lượng, giữ lại các hợp chất sinh học nhạy cảm.

3.1. Quy trình siêu lọc trong phân tách GABA

Quy trình siêu lọc sử dụng màng PES 45 kDa cho phép thu hồi GABA với hiệu suất cao. Nghiên cứu cho thấy hiệu suất thu hồi GABA đạt 88,6% và độ tinh sạch là 6,2%.

3.2. Ảnh hưởng của áp suất đến quá trình phân tách

Áp suất là yếu tố quan trọng trong quá trình siêu lọc. Nghiên cứu cho thấy áp suất 6 bar mang lại hiệu suất thu hồi GABA cao nhất, với nồng độ GABA trong dòng qua màng đạt 5,072 g/L.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc ứng dụng kỹ thuật màng trong phân tách GABA từ canh trường lên men cám gạo mang lại hiệu quả cao. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc kết hợp giữa siêu lọc và diafiltration có thể nâng cao hiệu suất thu hồi GABA lên đến 19,47%.

4.1. Hiệu suất thu hồi GABA từ canh trường lên men

Kết quả thực nghiệm cho thấy nồng độ GABA thu được từ canh trường lên men cám gạo đạt 9,507 g/L, cho thấy tiềm năng lớn trong việc sản xuất GABA từ nguồn nguyên liệu này.

4.2. Ứng dụng GABA trong sản xuất thực phẩm

GABA có thể được ứng dụng trong sản xuất thực phẩm chức năng, giúp cải thiện sức khỏe và chất lượng cuộc sống. Việc sản xuất GABA từ cám gạo không chỉ mang lại giá trị kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về ứng dụng kỹ thuật màng trong phân tách GABA từ canh trường lên men cám gạo mở ra nhiều triển vọng mới. Việc tối ưu hóa quy trình và nâng cao hiệu suất thu hồi GABA sẽ là hướng đi quan trọng trong tương lai.

5.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc cải thiện quy trình phân tách và tinh sạch GABA, nhằm nâng cao hiệu quả và giảm chi phí sản xuất.

5.2. Tiềm năng ứng dụng GABA trong ngành công nghiệp

GABA có tiềm năng lớn trong ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm. Việc phát triển các sản phẩm từ GABA sẽ đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Gamma Aminobutyric Acid (GABA) là một axit amin phi protein đóng vai trò quan trọng trong hệ thần kinh trung ương và có nhiều tác dụng sinh học như điều hòa hoạt động tế bào thần kinh, cải thiện sức khỏe, giảm lo âu, mất ngủ và hỗ trợ điều trị các bệnh thần kinh. Ở Việt Nam, nguồn nguyên liệu cám gạo là phế phẩm của ngành lúa gạo, chứa nhiều protein và axit amin, đặc biệt là axit glutamic – tiền chất quan trọng cho quá trình sinh tổng hợp GABA bằng vi khuẩn Lactobacillus brevis. Nồng độ GABA thu được từ quá trình lên men cám gạo có thể đạt khoảng 9,507 g/L, tương đương 10% hàm lượng cám gạo ban đầu, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tách và tinh sạch GABA.

Nghiên cứu tập trung ứng dụng kỹ thuật màng siêu lọc để phân riêng GABA từ canh trường lên men cám gạo, khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố tiền xử lý, áp suất vận hành, và giải pháp bổ sung nước trong quá trình phân riêng. Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. HCM trong năm 2015-2016. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả khai thác nguồn phế liệu cám gạo, đồng thời phát triển công nghệ thu nhận GABA với hiệu suất và độ tinh sạch cao, góp phần nâng cao giá trị gia tăng sản phẩm trong ngành công nghệ thực phẩm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết về Gamma Aminobutyric Acid (GABA): GABA là axit amin phi protein, có cấu trúc hóa học đặc trưng với nhóm amino tại vị trí cacbon γ, tồn tại ở nhiều dạng cấu trúc khác nhau trong môi trường nước, đóng vai trò là chất dẫn truyền thần kinh và có nhiều tác dụng sinh học quan trọng.

• Mô hình sinh tổng hợp GABA từ glutamate: Quá trình chuyển hóa glutamate thành GABA được xúc tác bởi enzyme glutamate decarboxylase (GAD) trong vi khuẩn Lactobacillus brevis, dưới điều kiện pH 5 và nhiệt độ khoảng 30°C, với sự hỗ trợ của coenzyme pyridoxal 5’-phosphate (vitamin B6).

• Lý thuyết kỹ thuật màng siêu lọc: Màng siêu lọc có kích thước mao quản từ 1 kDa đến 100 kDa, cho phép phân tách các phân tử dựa trên kích thước và điện tích. Quá trình phân riêng được điều khiển bởi áp suất vận hành, tốc độ khuấy, và các đặc tính của màng và nguyên liệu.

• Hiện tượng tập trung nồng độ và tắc nghẽn màng: Là các hiện tượng làm giảm hiệu suất lọc do sự tích tụ các đại phân tử và tạp chất trên bề mặt màng, gây giảm thông lượng dòng permeate và ảnh hưởng đến độ tinh sạch sản phẩm.

• Kỹ thuật diafiltration: Phương pháp bổ sung dung môi vào dòng retentate để tăng hiệu suất thu hồi và độ tinh sạch của GABA trong quá trình siêu lọc.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nguyên liệu cám gạo tách béo lấy từ nhà máy xay xát lúa gạo tại TP. HCM, vi khuẩn Lactobacillus brevis VTCC-B-397 phân lập từ cải chua, màng siêu lọc ETNA01 PP (MWCO 45 kDa) của Alfa Laval.

• Phương pháp phân tích: Xác định thành phần hóa học của canh trường lên men cám gạo gồm hàm lượng chất khô tổng, đường tổng, đường khử, axit amin tổng, protein hòa tan và GABA bằng các phương pháp quang phổ, phản ứng hóa học đặc hiệu (phương pháp Berthelot cho GABA).

• Thiết bị và quy trình: Sử dụng thiết bị lọc màng mô hình dead-end Sterlitech HP4750 Stirred Cell với diện tích màng 14.6 cm², áp suất vận hành từ 2 đến 10 bar, nhiệt độ 28 ± 2°C, tốc độ khuấy 100 rpm.

• Tiền xử lý mẫu: So sánh các phương pháp lọc thô, ly tâm, lọc màng vi lọc (MF 0.45 µm) và kết hợp các phương pháp để lựa chọn quy trình tiền xử lý tối ưu.

• Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng: Thực hiện thí nghiệm thay đổi áp suất vận hành, khảo sát ảnh hưởng của giải pháp bổ sung nước vào dòng retentate với tỷ lệ 1:1, 0.75:1, 0.5:1, 0.25:1 so với thể tích dòng permeate.

• Mô hình toán học: Xây dựng mô hình dự đoán thông lượng dòng qua màng và hiệu quả phân riêng dựa trên hệ số cô đặc thể tích (VCR) và các thông số vận hành.

• Xử lý số liệu: Mỗi thí nghiệm lặp lại ba lần, kết quả phân tích bằng phần mềm STAGRAPHICS Centurion XV với phân tích phương sai ANOVA, độ tin cậy 95%.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thành phần hóa học của canh trường lên men cám gạo: Hàm lượng GABA đạt 9,507 g/L, tương đương khoảng 10% so với hàm lượng cám gạo ban đầu. Protein hòa tan chiếm khoảng 12-15%, đường tổng chiếm 3-5%, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phân riêng.

2. Ảnh hưởng của tiền xử lý: Phương pháp ly tâm kết hợp lọc màng vi lọc (MF 0.45 µm) cho kết quả tối ưu với nồng độ GABA trong dòng permeate đạt 5,072 g/L, cao hơn 1,02 lần so với mẫu đối chứng, đồng thời tỷ lệ loại bỏ protein đạt khoảng 90%. Thông lượng dòng qua màng ổn định ở áp suất 6 bar, nhiệt độ 28 ± 2°C, tốc độ khuấy 100 rpm.

3. Ảnh hưởng của áp suất vận hành: Khi tăng áp suất từ 2 đến 10 bar, thông lượng dòng permeate tăng nhưng không tuyến tính, đạt giới hạn tại áp suất 6 bar do hiện tượng tập trung nồng độ và tắc nghẽn màng. Độ phân riêng GABA đạt tối đa khoảng 88,6%, trong khi protein bị loại bỏ khoảng 90%.

4. Mô hình toán học: Mô hình dự đoán thông lượng dòng qua màng dựa trên hệ số cô đặc thể tích (VCR) phù hợp với dữ liệu thực nghiệm. Khi VCR tiến về giá trị a, thông lượng dòng permeate giảm về 0, báo hiệu cần vệ sinh màng để loại bỏ tắc nghẽn.

5. Ảnh hưởng của giải pháp bổ sung nước (diafiltration): Tỷ lệ bổ sung nước 1:1 so với thể tích dòng permeate làm tăng hiệu suất thu hồi GABA lên 19,47%, tăng 1,17 lần so với mẫu không bổ sung nước, độ tinh sạch GABA đạt 9,6%, tỷ lệ loại bỏ protein khoảng 80%. Giải pháp này giúp giảm tắc nghẽn màng và nâng cao hiệu quả phân riêng.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy kỹ thuật màng siêu lọc là phương pháp hiệu quả để phân riêng và tinh sạch GABA từ canh trường lên men cám gạo. Việc tiền xử lý bằng ly tâm kết hợp lọc màng vi lọc giúp loại bỏ phần lớn vi sinh vật và tạp chất, giảm độ nhớt và hiện tượng tắc nghẽn màng, từ đó tăng thông lượng và độ phân riêng GABA. Áp suất vận hành tối ưu là 6 bar, vượt quá áp suất này không làm tăng thông lượng do hiện tượng tập trung nồng độ và tắc nghẽn màng.

Mô hình toán học xây dựng giúp dự đoán hiệu quả phân riêng và xác định thời điểm cần vệ sinh màng, góp phần tối ưu hóa quy trình vận hành. Giải pháp diafiltration bổ sung nước vào dòng retentate làm giảm nồng độ các đại phân tử trên bề mặt màng, giảm tắc nghẽn và tăng hiệu suất thu hồi GABA, phù hợp với các nghiên cứu trước đây trong ngành công nghệ màng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa áp suất vận hành và thông lượng dòng permeate, đồ thị mô tả hiệu suất thu hồi GABA theo tỷ lệ bổ sung nước, và bảng so sánh độ phân riêng các thành phần trước và sau các bước tiền xử lý.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng quy trình tiền xử lý kết hợp ly tâm và lọc màng vi lọc: Để tối ưu hóa hiệu quả phân riêng GABA, cần thực hiện tiền xử lý dịch lên men bằng ly tâm 6.000 rpm trong 30 phút, sau đó lọc qua màng vi lọc 0,45 µm trước khi siêu lọc. Chủ thể thực hiện: nhà máy sản xuất; Thời gian: ngay trong quy trình sản xuất.

2. Vận hành màng siêu lọc ở áp suất 6 bar, nhiệt độ 28 ± 2°C, tốc độ khuấy 100 rpm: Đây là điều kiện tối ưu giúp cân bằng giữa thông lượng và độ phân riêng, hạn chế tắc nghẽn màng. Chủ thể thực hiện: kỹ thuật viên vận hành; Timeline: áp dụng liên tục trong quá trình lọc.

3. Thực hiện vệ sinh màng định kỳ dựa trên mô hình toán học: Sử dụng mô hình dự đoán để xác định thời điểm thông lượng giảm về gần 0, tiến hành vệ sinh màng bằng phương pháp phù hợp nhằm loại bỏ tắc nghẽn và duy trì hiệu suất. Chủ thể thực hiện: bộ phận bảo trì; Timeline: theo lịch vận hành và mô hình dự báo.

4. Áp dụng kỹ thuật diafiltration với tỷ lệ bổ sung nước 1:1: Giải pháp này giúp tăng hiệu suất thu hồi GABA lên 19,47% và nâng cao độ tinh sạch sản phẩm, đồng thời giảm hiện tượng tắc nghẽn màng. Chủ thể thực hiện: kỹ thuật viên vận hành; Timeline: trong giai đoạn cô đặc cuối cùng của quá trình siêu lọc.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về ứng dụng kỹ thuật màng siêu lọc trong phân riêng hợp chất sinh học, đặc biệt là GABA từ nguyên liệu lên men, hỗ trợ phát triển đề tài nghiên cứu mới.

2. Doanh nghiệp sản xuất thực phẩm chức năng và dược phẩm: Thông tin về quy trình thu nhận GABA hiệu quả từ phế phẩm cám gạo giúp doanh nghiệp tối ưu hóa công nghệ sản xuất, nâng cao giá trị sản phẩm và giảm chi phí nguyên liệu.

3. Chuyên gia kỹ thuật vận hành thiết bị màng siêu lọc: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực nghiệm và mô hình toán học giúp cải tiến quy trình vận hành, kiểm soát hiện tượng tắc nghẽn và nâng cao hiệu suất thiết bị.

4. Cơ quan quản lý và phát triển ngành nông nghiệp và công nghiệp chế biến lúa gạo: Luận văn góp phần thúc đẩy khai thác hiệu quả nguồn phế liệu nông nghiệp, phát triển công nghệ xanh, bền vững và nâng cao giá trị gia tăng cho ngành lúa gạo.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao chọn Lactobacillus brevis để sinh tổng hợp GABA?
   Lactobacillus brevis là vi khuẩn axit lactic có khả năng sinh tổng hợp GABA cao nhờ enzyme glutamate decarboxylase hoạt động hiệu quả, an toàn cho người sử dụng và được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm.

2. Kỹ thuật màng siêu lọc có ưu điểm gì trong phân riêng GABA?
   Màng siêu lọc vận hành ở nhiệt độ thấp, không cần chất phụ gia, giữ được các hợp chất sinh học nhạy cảm, tiết kiệm năng lượng và cho hiệu suất thu hồi GABA cao, đồng thời loại bỏ protein và tạp chất hiệu quả.

3. Hiện tượng tắc nghẽn màng ảnh hưởng thế nào đến quá trình lọc?
   Tắc nghẽn màng làm giảm thông lượng dòng permeate, tăng áp suất vận hành, giảm hiệu quả phân riêng và độ tinh sạch sản phẩm. Cần vệ sinh màng định kỳ và áp dụng kỹ thuật diafiltration để giảm thiểu hiện tượng này.

4. Giải pháp bổ sung nước (diafiltration) giúp gì cho quá trình phân riêng?
   Diafiltration bổ sung nước vào dòng retentate giúp pha loãng các đại phân tử, giảm tắc nghẽn màng, tăng hiệu suất thu hồi GABA và nâng cao độ tinh sạch sản phẩm, đặc biệt hiệu quả khi tỷ lệ bổ sung nước là 1:1 so với dòng permeate.

5. Mô hình toán học được sử dụng để làm gì?
   Mô hình toán học dự đoán thông lượng dòng qua màng và hiệu quả phân riêng dựa trên hệ số cô đặc thể tích, giúp xác định thời điểm cần vệ sinh màng, tối ưu hóa quy trình vận hành và nâng cao hiệu quả sản xuất.

Kết luận

• Kỹ thuật màng siêu lọc là phương pháp hiệu quả để phân riêng và tinh sạch GABA từ canh trường lên men cám gạo với nồng độ GABA thu được lên đến 9,507 g/L.
• Tiền xử lý bằng ly tâm kết hợp lọc màng vi lọc giúp tăng nồng độ GABA trong dòng permeate lên 5,072 g/L và loại bỏ protein khoảng 90%.
• Áp suất vận hành tối ưu là 6 bar, nhiệt độ 28 ± 2°C, tốc độ khuấy 100 rpm, cân bằng giữa thông lượng và độ phân riêng.
• Mô hình toán học xây dựng giúp dự đoán hiệu quả phân riêng và xác định thời điểm vệ sinh màng để duy trì hiệu suất.
• Giải pháp diafiltration với tỷ lệ bổ sung nước 1:1 làm tăng hiệu suất thu hồi GABA lên 19,47% và nâng cao độ tinh sạch sản phẩm.

Next steps: Áp dụng quy trình nghiên cứu vào quy mô công nghiệp, mở rộng nghiên cứu tối ưu hóa các thông số vận hành và kết hợp với kỹ thuật sắc ký để nâng cao độ tinh sạch GABA.

Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm nên tiếp cận và ứng dụng kỹ thuật màng siêu lọc kết hợp diafiltration để phát triển sản phẩm GABA chất lượng cao từ nguồn nguyên liệu phế liệu nông nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAM THANH TÂM UNG DỤNG KY THUẬT MANG DE PHAN RIENG GAMMA AMINOBUTYRIC ACID (GABA) TU CANH TRUONG LEN MEN CAM GAO Chuyên ngành : Công nghệ Thực phẩm Mã số: 60540101 LUẬN VÁN THẠC SĨ TP. HO CHI MINH, tháng 07 năm 2016 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRUONG ĐẠI HỌC BACH KHOA —DHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Lại Quốc Đạt Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS.

Lê Minh Hùng. ---ẶẶẶẶSSsSSSSSSSSs, (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vi và chữ ký) Cán bộ cham nhận xét 2 : TS. Huỳnh Tiến Phong .------ 5-5: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vi và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Dai học Bách Khoa, DHQG Tp. HCM ngày 11 tháng 07 năm 2016.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. Đống Thị Anh Đào 2. Lê Minh Hùng 3. Huỳnh Tiến Phong 4.

Phan Tai Huân 5. Trần Thị Thu Trà Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CONG HOA XÃ HOI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Phạm Thanh Tâm MSHV: 13111028 Ngày, tháng, năm sinh: 16/04/1990 Nơi sinh: Đồng Nai Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm Mã số : 60540101 TEN DE TÀI: Ứng dung kỹ thuật màng trong quá trình phân riêng Gamma Aminobutyric Acid (GABA) từ canh trường lên men cám gạo NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1. Xác định thành phần hóa học của canh trường lên men cám gạo 2.

Khảo sát ảnh hưởng quá trình tiền xử lý canh trường lên men cám gạo trong quá trình phân riêng GABA sử dụng màng siêu lọc. Khảo sát ảnh hưởng của áp suất vận hành thiết bị đến quá trình phân riêng GABA từ canh trường lên men cám gạo. Xây dựng mô hình toán học của quá trình phân riêng GABA từ canh trường lên men cám gạo. Khao sát ảnh hưởng của quá trình diafiltration đến quá trình phân riêng GABA từ canh trường lên men cám gạo NGÀY GIAO NHIỆM VU: 17/08/2015 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 6/2016 CÁN BỘ HƯỚNG DÂN: TS Lại Quốc Đạt Tp.

HCM, ngày 30 tháng 06 năm 2016 CÁN BỘ HƯỚNG DAN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) TRUONG KHOA KY THUẬT HOA HỌC (Ho tén va chit ky) Luận văn thạc sĩ | LOI CAM ON Đề hoan thành được luận văn này em đã nhận được rất nhiều sự động viên, giúp đỡ của nhiều cá nhân và tập thé. Đầu tiên, em xin gui lời cảm ơn chân thành đến Thầy TS. Lại Quốc Đạt. Thay đã tận tình hướng dan, truyền day và động viên em trong suốt quá trình nghiên cứu, thực hiện dé tai tại trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thành viên trong gia đình em đã tạo điều kiện vật chat và tinh thần để em có thé hoàn thành quá trình học tập của mình. Ngoài ra, em cũng xin trân trọng cảm ơn đến quý thay cô trong khoa Kỹ thuật hóa học, bộ môn Công nghệ Thực phẩm đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hòan thành luận văn. Cuối cùng, em xin cảm ơn các anh, chị, bạn học cùng lớp và các em ở phòng thí nghiệm công nghệ thực phẩm đã tận tình giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu tại trường. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 6 năm 2015 Học viên thực hiện HVTH: Phạm Thanh Tâm Luận văn thạc sĩ ll TOM TAT LUAN VAN Kỹ thuật phân riêng băng màng siêu lọc được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp dược phẩm và thực phẩm với những ưu điểm: vận hành đơn giản, không cần thêm bat cứ chất phụ gia, được tiến hành ở nhiệt độ thấp nên giữ được các hợp chat sinh học nhạy cảm trong nguyên liệu, tiết kiệm năng lượng.

Tận dụng cám gạo, nguồn phế liệu của công nghiệp với sự hỗ trợ của enzyme tạo thành canh trường lên men của vi khuẩn Lactobacillus brevis nhằm nâng cao khả năng sinh tong hop GABA với nồng độ GABA thu được 9,507 g/L, đạt năng suất xấp xỉ 10% so với hàm lượng cám gạo ban đầu sử dụng, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phân tach và tinh sạch GABA sử dụng màng siêu lọc. Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật phân riêng GABA từ canh trường lên men cám gạo sử dụng màng siêu lọc. Với khảo sát ảnh hưởng của quá trình tiền xử lý và thông số vận hành của thiết bị đến quá trình phân riêng GABA bằng màng siêu lọc thì kết quả cho thay qua trinh tiền xử lý ly tam két hop loc MF tai ap suất 6 bar, nhiệt độ vận hành là 28+2°C, tốc độ khuấy 100rpm.thì thu được nồng độ GABA trong dòng qua màng là 5,072 g/L, cao gấp 1,02 lần so với mẫu đối chứng, ngoài ra tỷ lệ loại bỏ protein vẫn xấp xỉ 90%. Từ mô hình toán học của quá trình phân riêng GABA từ canh trường lên men cám gạo có thể xác định được hệ số cô đặc thể tích thông qua giá trị thông lượng, khi CF tiến về giá tri a, tại đó thông lượng băng 0.

Quá trình phân riêng bị gián đoạn do đó cần tiễn hành các phương pháp vệ sinh mang phù hợp nhăm loại bỏ các cau tử bám trong mao quản. Việc kết hợp quá trình diafiltration trong phân riêng GABA băng màng siêu lọc làm tăng thêm hiệu suất thu hồi và độ tinh sạch của GABA trong canh trường lên men cám gạo. Với khảo sát ảnh hưởng của giải pháp b6 sung nước vào dòng không qua màng với các ti lệ lần lượt là 1:1; 0,75:1; 0,5:1; 0.25:1 so với thể tích dong qua mang thi thu được kết quả tai tỉ lệ 1:1 đạt được hiệu suất thu hoi GABA là 19,47%, tăng 1,17 lần so với mẫu nhập liệu, độ tinh sạch là 9,6%,ty lệ loại bỏ protein 80% HVTH: Phạm Thanh Tâm Luận văn thạc sĩ lil Như vậy, sử dung kỹ thuật siêu loc là một phương pháp có hiệu quả trong việc thu nhận GABA từ canh trường lên men cám gạo. HVTH: Phạm Thanh Tâm Luận văn thạc sĩ IV ABSTRACT Membrane technology using ultrafiltration is the advantages of easy operation and low energy cost, no requirement any additives, low temperatures, keeping sensitive biomolecules with temperatures and less energy consumption which is widely used in the separation industry.

Appication of advantages of rice bran in Vietnam to create GABA biosynthesis using Lb. brevis with the support of the enzyme and the amount of gamma aminobutyric acid (GABA) can reach 9,507 g/L, approximately 1% of the amount of original rice bran. It’s the advantages of separation and purification GABA using ultrafiltration. Ultrafiltration (UF) process in separation and purification GABA fermentation broth is studied.

The experiment of influence of pre-treatment and pressure on the concentration of GABA fermented broth using ultrafiltration process. After pre- treatment with high speed centrifugation and filtration using MF, at pressure 6 bar, temperatures 28°C, with stirred I00rpm, recycle rate of GABA can reach 14,41%, with the amount of GABA in permeate is 5,072 g/L, which is almost 1,02 times higher than the control sample, moreover, protein is removed approximately 90%. Moreover, mathematical modelling can determinate the value of permeate through the value of volume concentration fator. When volume concentration factor is similar to a, the value of permeate is zero.

Thus, ultrafiltration is interrupted, so, cleaning membrane using suitable methods, in purpose, remove impurities from capillaries. Application of diafiltration, influence of adding volume of water into retentate which is the ratio of 1:1 of permeate, recycle of GABA in permeate is approximately 19,7%, which is 1,17 times higher than the control sample, and purity of GABA is 9,6%. Thus, ultrafiltration process is an effective method to separation and purification GABA from fermented broth. HVTH: Phạm Thanh Tâm Luận văn thạc sĩ V LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rang đây là công trình nghiên cứu của tôi, có sự hỗ trợ từ giáo viên hướng dẫn là TS Lại Quốc Đạt.

Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa từng được ai công bồ trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trước đây. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước hội đồng, cũng như kết quả luận văn của mình. Học viên thực hiện Phạm Thanh Tâm HVTH: Phạm Thanh Tâm Luận văn thạc sĩ VI MỤC LỤC LOL CAM ON 017. i TOM TAT LUẬN VAN .cecccccccscscscscscscscscscececscscscacscececscecscscsssssevevavavavavavacaracasacacacaceceees ii ABSTRACT oe.IV LOL CAM 8909.V DANH MUC BANG 22 X DANH MỤC HÌNH.-G- E1 51919191 1E 91119121 1 11101511110 11101211 1 ng gi xi DANH MỤC VIET TẮT.

t3 911 E93 111 8E 13115811 E11 11 512813 5 11g18 xe ri xii CHUONG 1. MO DAU wu oeecsccssesssssssseseeseesesecsecsesussucssesecsecsecsssueaucsussesecsecsecseaueaeaeeseeneans 1 1.- - ng nH 1g TT TT TH TT HT TH TH ng gi | 1. Mục tiêu để tài.- --- cv 1191 11v 010111111 111111111 HT HT ng gi 2 1.1 Muc ti€u tong 8.2 Mục tiêu CU thé v.3) Nội dung nghiÊn COU. nọ ke 2 CHUONG 2: TONG QUAN 1 4 2.1 Giới thiệu về GA A.

Chức năng sinh lý của GABA ooo.3 Cơ chế sinh tong hợp GABA.4 Quá trình sản xuất GABA từ nhóm vi khuẩn acid lactic. Tổng quan về kỹ thuật siêu ỌC.---- ¿2 5256 E+E2SE‡E#EEE‡E#EEEEEEEEEEEErkrrerkrrerrred 9 2.1 Giới thiệu về kỹ thuật phân riêng bằng màng siêu lọc. Kỹ thuật phân riêng bằng màng siêu lọc. Động lực học của quá trình phân riêng băng màng siêu lọc .2 Các yếu tô ảnh hưởng đến khả năng phân riêng của màng.

Tính chat của nguyên liệu cần phân riêng: .2 Tinh chat của màng. Các thông số công nghỆ. Hiện tượng tập trung nông độ và hiện tượng tắc nghẽn màng. 13 HVTH: Phạm Thanh Tâm Luận văn thạc sĩ Vu 2.

Hiện tượng tập trung nông độ (Concentration polarIzatIlon). Hiện tượng tắc nghẽn MAN. KY thuật diafiltration. Ứng dụng kỹ thuật membrane trong quá trình phân riêng các hợp chất sinh học từ 62110818)010/)15019)0:/11:0 02120708787.

18 CHUONG 3: NGUYEN LIEU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.1 Mục tiêu dé tài.- sec Esesereseseree Error! Bookmark not defined.1 Mục tiêu tổng quat .cceccccceeseseseseeeseseeeeen Error! Bookmark not defined.2 Mục tiêu cụ thé .cccccccecececesssessscscessssevevsceceees Error! Bookmark not defined.2 Vi khuẩn Lb.3 Thiết bị lọc màng mô hình dead-end.4 Màng SIÊU ÏỌC .3 Nội dung nghiÊn CUU .1 Sơ đồ nghiên cứu — quy trình thí nghiệm .1 Quy trình chuẩn bị dịch lên men cám 2. Nội dung 1: Xác định thành phân hóa học của canh trường cám gạo 00 0. Nội dung 2: Khảo sát ảnh hưởng của quá trình tiền xử lý dịch cám gạo lên men đến khả năng phân riêng của màng siêu lọc. Nội dung 3: Khảo sát ảnh hưởng áp suất vận hành đến khả năng phân riêng li 80105190010.

Nội dung 4: Xây dựng mô hình toán học cho quá trình phân riêng GABA từ canh trường lên men CAM ØẠO.