BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI      TRẦN THỊ LÝ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ENZYME ðỂ SẢN XUẤT ðƯỜNG CHỨC NĂNG XYLOSE TỪ LÕI NGÔ DÙNG TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ Sau thu hoạch Mã số: 60.54.10 Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Nguyễn Duy Lâm Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch 2. ThS. Nguyễn Tất Thắng Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch HÀ NỘI – 2012 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………… i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa ñược sử dụng trong bất kỳ một nghiên cứu nào. Tôi xin cam ñoan, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 30 tháng 7 năm 2012 Tác giả Trần Thị Lý Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………… ii LỜI CẢM ƠN ðể hoàn thành ñề tài tốt nghiệp, ngoài sự cố gắng của bản thân tôi ñã nhận ñược rất nhiều sự quan tâm giúp ñỡ nhiệt tình của thầy cô, bạn bè và người thân. Trước tiên, tôi xin ñược bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Duy Lâm - Giám ñốc Trung tâm Nghiên cứu và Kiểm tra chất lượng nông sản thực phẩm - Viện Cơ ñiện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch ñã tận tình hướng dẫn, giúp ñỡ tôi trong quá trình thực hiện ñề tài và hoàn thành bản luận văn này. ðồng thời, tôi xin ñược cảm ơn Th.S. Nguyễn Tất Thắng - Viện Cơ ñiện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch ñã nhiệt tình giúp ñỡ và tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình làm ñề tài. Tôi xin ñược gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong Khoa Công nghệ thực phẩm, Viện ðào tạo Sau ñại học - Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội. Bên cạnh ñó tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tất cả người thân, bạn bè và ñồng nghiệp, những người luôn bên cạnh ñộng viên giúp ñỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện bản luận văn này. Hà Nội, ngày 30 tháng 7 năm 2012 Tác giả Trần Thị Lý Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………… iii MỤC LỤC PHẦN I. MỞ ðẦU 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Mục đích và yêu cầu của đề tài 2 1.2.1. Mục đích của đề tài 3 1.2.2. Yêu cầu của đề tài 3 PHẦN II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4 2.1. Giới thiệu chung về đường xylose 4 2.1.1. Đặc điểm của đường xylose 4 2.1.2. Các phương pháp sản xuất đường xylose ………………………… 6 2.1.3. Ứng dụng của ñường xylose …………………………………… 10 2.2. Enzyme xylanase 12 2.2.1. Cấu tạo và cơ chế xúc tác của enzyme xylanase ………………… 12 2.2.2. Nguồn enzyme xylanase …………………………………………… 14 2.2.3. Ứng dụng thực tiễn của xylanase ………………………………… 16 2.3. Lõi ngô - nguồn xylan ……………………………………………… 19 2.4. Tình hình nghiên cứu và sản xuất đường xylose trên thế giới và ở Việt Nam …………………………………………………………… 22 2.4.1. Tình hình nghiên cứu và sản xuất đường xylose trên thế giới…… 22 2.4.2. Tình hình nghiên cứu và sản xuất đường xylose ở Việt Nam 24 PHẦN III. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 3.1. Đối tượng và vật liệu nghiên cứu………………………………… 26 3.1.1. Đối tượng và vật liệu …………………………………………… 26 3.1.2. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất ………………………………… 26 3.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ………………………………… 27 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………… iv 3.3. Nội dung nghiên cứu …………………………….……………… 27 3.4. Phương pháp bố trí thí nghiệm……………………………………… 28 3.4.1. Sơ đồ qui trình xuất đường xylose từ lõi ngô………………… 28 3.4.2. Bố trí các thí nghiệm xác định các thông số công nghệ trong xử lý nguyên liệu lõi ngô……………………………………………………… 30 3.4.3. Bố trí thí nghiệm xác định các thông số quá trình thủy phân dịch chứa xylan thành đường xylose bằng enzyme xylanase…… 31 3.4.4. Bố trí thí nghiệm xác định một số thông số công nghệ của quá trình tách chiết, làm sạch và thu hồi đường xylose quy mô phòng thí nghiệm 32 3.5. Phương pháp phân tích ………………………………………………. 33 3.5.1. Các phương pháp vật lý ……………………………………………. 33 3.5.2. Phương pháp phân tích chỉ tiêu hóa học ………………………… 34 3.5.3. Phương pháp đánh giá cảm quan………………………………… 36 3.5.4. Phương pháp xử lý số liệu……………………………………… 36 PHẦN IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN …………………………… 37 4.1. Xác định các thông số công nghệ trong xử lý nguyên liệu lõi ngô … 37 4.1.1. Lựa chọn dung môi xử lý ………………………………………… 37 4.1.2. Xác định tỷ lệ nguyên liệu/dung môi thích hợp trong xử lý lõi ngô 38 4.1.3. Xác định nhiệt độ thủy phân axit thích hợp trong xử lý lõi ngô…… 40 4.1.4. Xác định thời gian thủy phân axit thích hợp trong xử lý lõi ngô… 42 4.2. Xác định các thông số của quá trình thủy phân dịch xylan thành đường xylose bằng enzyme xylanase …………………………………… 43 4.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme xylanase đến hiệu quả thủy phân xylan ……………………………………………………………………… 43 4.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đến hiệu quả thủy phân xylan … 45 4.2.3. Ảnh hưởng của thời gian thuỷ phân đến hiệu quả thủy phân xylan 47 4.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu quả thủy phân xylan …………… 49 4.2.5. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả thủy phân xylan ………………… 51 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………… v 4.3. Nghiên cứu công nghệ tách chiết, làm sạch và thu hồi đường xylose quy mô thí nghiệm ……………………………………………………… 52 4.3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ than hoạt tính đến hiệu quả tinh sạch dịch đường sau thủy phân …………………………………………………… 52 4.3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ tinh thể đường xylose bổ sung để làm mồi đến quá trình kết tinh thu hồi đường xylose …………………………………. 54 4.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình sấy khô đường … 56 4.4. Đánh giá chất lượng của đường xylose thành phẩm và đưa ra quy trình sản xuất xylose từ lõi ngô ………………………………………… 57 PHẦN V. KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ ………………………………… 60 5.1. Kết luận ………………………….………………………………… 60 5.2. Đề nghị ………………………….…………………………………… 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………….………………… 61 PHỤ LỤC ………………………….………………………………… 66 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………… vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.6. Khả năng sinh enzyme xylanase trên phế phụ phẩm nông nghiệp của một số chủng Aspergillus 16 Bảng 2.7. Tình hình sản xuất ngô Việt Nam ………………………… 20 Bảng 2.8. Thành phần các hợp chất của lõi ngô 22 Bảng 2.9. Thành phần hemicellulose trong sinh khối thực vật 20 Bảng 2.10. Lượng sản xuất và giá cả các loại đường trên thế giới 23 Bảng 4.1. Hiệu quả thủy phân nguyên liệu lõi ngô bằng axit 37 Bảng 4.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu trên dung môi tới hiệu quả xử lý lõi ngô 39 Bảng 4.3. Ảnh hư ởng của nhiệt độ thủy phân axit tới hiệu quả xử lý lõi ngô 41 Bảng 4.4. Ảnh hưởng thời gian thủy phân axit tới hiệu quả xử lý lõi ngô. 42 Bảng 4.5. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme xylanase đến hiệu quả thủy phân dịch xylan lõi ngô 44 Bảng 4.6. Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đến hiệu quả thủy phân dịch xylan lõi ngô 46 Bảng 4.7. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu quả thủy phân dịch xylan lõi ngô 48 Bảng 4.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu quả thủy phân xylan …… 50 Bảng 4.9. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả thủy phân xylan …………… 52 B ảng 4.10. Ảnh h ư ởng của tỷ lệ than hoạt tính đến hiệu quả tinh sạch 53 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………… vii dịch đường sau thủy phân Bảng 4.11. Ảnh hưởng của tỷ lệ mầm tinh thể đường xylose bổ sung để làm mồi đến hiệu suất kết tinh 55 Bảng 4.12. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình sấy khô đường 56 Bảng 4.13. Thành phần của đường xylose sản xuất 57 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………… viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1. Công thức cấu tạo của đường xylose 4 Hình 2.2. Công thức cấu tạo của Xylan 5 Hình 2.3. Công thức cấu tạo hóa học của một số loại xylan 6 Hình 2.4. Ứng dụng chính của đường Xylose 11 Hình 2.5. Tác ñộng của các loại enzyme xylanase lên mạch xylan …… 14 DANH MỤC CÁC SƠ ðỒ Sơ đồ 3.1. Quy trình dự kiến sản xuất đường xylose bằng enzyme xylanase …………………………………………………………………. 29 Sơ đồ 4.14. Quy trình công nghệ sản xuất đường xylose từ lõi ngô…… 58 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………… ix DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết thường CNTP g l ml mg Xyl FOS XOS DNS Công nghiệp thực phẩm gam lit mililit miligam Xylose Fructooligosaccharide Xylooligosaccharide Dinitro Salicylic [...]... qui trình công ngh s n xu t ñư ng xylose t lõi ngô b ng phương pháp c a công ngh sinh h c ðư c s ñ ng ý c a Vi n Cơ ñi n nông nghi p và Công ngh sau thu ho ch cho tham gia th c hi n m t ph n ñ tài nêu trên, chúng tôi ñã ti n hành nghiên c u v i ch ñ Nghiên c u ng d ng công ngh enzyme ñ s n xu t ñư ng ch c năng xylose t lõi ngô dùng trong công nghi p th c ph m” 1.2 M c ñích và yêu c u c a nghiên c u... t ngô t o ra như thân ngô, lá ngô, lõi ngô Trong ñó lõi ngô chi m t l khá l n Hi n nay các gi ng ngô thư ng có t l lõi/ h t chi m t 30 - 40% Như v y v i s n lư ng ngô kho ng 4,5 tri u t n m i năm thì lư ng lõi ngô th i ra tương ñương m i năm kho ng 1,35 - 1,8 tri u t n, ñây là m t con s r t l n Thành ph n các h p ch t trong lõi ngô ñư c th hi n qua b ng 2.8 [9] B ng 2.8 Thành ph n các h p ch t c a lõi. .. hành nghiên c u ñ tài “ ng d ng công ngh enzyme trong s n xu t ñư ng ch c năng XOS - xylooligosaccharide” tác gi Nguy n Th H ng Nhung xác ñ nh ñư c nguyên li u phù h p nh t ñ s n xu t ñư ng XOS là lõi ngô Phương pháp x lý lõi ngô thích h p nh t là h p lõi ngô 120oC/30 phút, sau khi xay h p ti p 120oC/25 phút ði u ki n t i thích cho Viscoenzyme thu phân xylan trong lõi ngô thành ñư ng XOS là: N ng ñ enzyme/ cơ... p …………………… 14 2.2.2 Ngu n enzyme xylanase Trong th i gian g n ñây vi c nghiên c u s n xu t enzyme xylanase ñã thu hút ñư c s quan tâm c a nhi u nhà khoa h c, trong ñó các công trình nghiên c u s n xu t enzyme xylanase ch y u t vi sinh v t như n m và vi khu n [6] Enzyme xylanase t vi khu n: Là m t trong s r t nhi u enzyme xylanase ñư c nghiên c u và ng d ng trong công nghi p Trong s ñó, chi Bacillus... nông nghi p …………………… 21 lõi ngô không ñư c x lý (nh t là ñ i v i các vùng tr ng ngô t p trung có di n tích l n) Hi n nay có m t s nghiên c u t n d ng lõi ngô làm giá th ñ tr ng n m, nhưng k t qu r t h n ch và h u như không ñư c ng d ng trong s n xu t th c ti n S n lư ng ngô ngày càng l n thì lư ng lõi ngô th i ra ngày càng cao Vi c nghiên c u và áp d ng s n xu t ñư ng xylose t lõi ngô không ch giúp t n... 1.2.1 M c ñích c a nghiên c u Xác ñ nh ñư c các thông s cơ b n c a các công ño n chính trong quy trình s n xu t ñư ng xylose t lõi ngô b ng phương pháp th y phân enzyme dùng trong công nghi p th c ph m 1.2.2 Yêu c u c a nghiên c u - Xác ñ nh các ñi u ki n x lý nguyên li u t o d ch xylan; - Xác ñ nh các ñi u ki n th y phân d ch xylan b ng enzyme xylanase; - Xác ñ nh m t s thông s công ngh c a quá trình... VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U 3.1 ð i tư ng và v t li u nghiên c u 3.1.1 ð i tư ng và v t li u - ð i tư ng: ðư ng xylose - V t li u: Lõi ngô thu mua t i các h gia ñình Vĩnh Tư ng, Vĩnh Phúc và Mê Linh, Hà N i Lõi ngô ñư c thu gom, lo i b nh ng ph n lõi b h ng, m c và ñem phơi khô ñ n ñ m < 5% S d ng máy nghi n, nghi n nh lõi ngô khô ñ n kích thư c kho ng 0,1-0,5mm) Lõi ngô ñư c b o qu n trong các bao ni... trình s n xu t XOS t lõi ngô [8] ð n năm 2009 Nguy n T t Th ng và c ng s bư c ñ u ti n hành nghiên c u công ngh s n xu t ñư ng xylose t lõi ngô K t qu ñã phân l p, tuy n ch n ñư c 27 ch ng n m m c Aspergillus niger có kh năng chuy n hóa xylan thành ñư ng xylose Trong ñó ch ng Aspergillus niger DL1 có kh năng thu phân xylan t t nh t Khi ng d ng ch ng n m này ñ thu phân xylan thành ñư ng xylose cho hi u su... Mannan Thân ngô, lõi ngô khô 1,0 - 1,2 19,0 - 23,0 1,8 - 3,4 0,3 - 0,7 C Switchgass khô 1,0 - 1,1 23,0 - 25,0 3,0 - 3,4 0,1 - 0,8 Cây g ng n ngày 0,7 - 1,2 13,0 – 17,0 0,4 - 1,1 0,9 - 1,3 3,8 25,0 18,0 - S i khô Theo nghiên c u c a Nguy n Th Minh H nh khi ti n hành l a ch n nguyên li u trong quá trình th c hi n ñ tài c p B Nghiên c u xây d ng công ngh s n xu t các lo i ñư ng ch c năng dùng trong công nghi... (k c ph th i c a ngành công nghi p mía ñư ng) trong khi giá thành c a xylose trên th trư ng cao hơn t i 15 l n so v i ñư ng mía Vì v y mà trong nh ng năm g n ñây xu hư ng s n xu t xylose có chi u hư ng tăng nhi u qu c gia trên th gi i 2.4.2 Tình hình nghiên c u và s n xu t ñư ng xylose Hi n nay Vi t Nam trong nư c ñã có m t s công trình nghiên c u s n xu t các lo i ñư ng ch c năng như fructooligosaccharides, . ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI      TRẦN THỊ LÝ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ENZYME ðỂ SẢN XUẤT ðƯỜNG CHỨC NĂNG XYLOSE TỪ LÕI NGÔ DÙNG TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM LUẬN. của nghiên cứu Xác định được các thông số cơ bản của các công đoạn chính trong quy trình sản xuất đường xylose từ lõi ngô bằng phương pháp thủy phân enzyme dùng trong công nghiệp thực phẩm. . nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch cho tham gia thực hiện một phần đề tài nêu trên, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu với chủ đề Nghiên cứu ứng dụng công nghệ enzyme ñể sản xuất ñường chức