NGHIÊN CỨU CHẾ BIẾN THỰC PHẨM CHỨC NĂNG TỪ BÃ ĐẬU NÀNH (OKARA) VÀ CÁM GẠO BẰNG CÔNG NGHỆ VI SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HỒ CHÍ MINH Tr ần Thị Thảo Nguyên NGHIÊN C ỨU CHẾ BIẾN THỰC PHẨM CHỨC NĂNG TỪ BÃ ĐẬU NÀNH OKARA VÀ CÁM G ẠO BẰNG CÔNG NGHỆ VI SINH Th

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HỒ CHÍ MINH

Tr ần Thị Thảo Nguyên

NGHIÊN C ỨU CHẾ BIẾN THỰC PHẨM CHỨC NĂNG TỪ BÃ ĐẬU NÀNH (OKARA) VÀ CÁM

G ẠO BẰNG CÔNG NGHỆ VI SINH

Thành ph ố Hồ Chí Minh-2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HỒ CHÍ MINH

Tr ần Thị Thảo Nguyên

NGHIÊN C ỨU CHẾ BIẾN THỰC PHẨM CHỨC NĂNG TỪ BÃ ĐẬU NÀNH (OKARA) VÀ CÁM

G ẠO BẰNG CÔNG NGHỆ VI SINH

Chuyên ngành: Vi sinh v ật học

Mã số: 60 42 01 07

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS LÊ CHI ẾN PHƯƠNG

Thành ph ố Hồ Chí Minh-2014

LỜI CẢM ƠN

Có được thành quả như ngày hôm nay, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu

sắc đến:

• Cán bộ hướng dẫn: TS Lê Chiến Phương đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức chuyên môn cũng như những kinh nghiệm quý báu trong

suốt quá trình thực hiện luận văn

• Ban giám hiệu trường ĐHSP TP.HCM, quý thầy cô bộ môn vi sinh vật

đã giảng dạy, hướng dẫn để tôi có được nền kiến thức như ngày hôm nay

• Các anh chị em phòng thí nghiệm Biến đổi sinh học - Viện Sinh học nhiệt đới TP.HCM đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

• Các bạn học viên cao học niên khóa 2012-2014 ngành Vi sinh vật đã giúp đỡ, động viên, đóng góp ý kiến cho tôi trong thời gian thực hiện luận văn

• Cuối cùng tôi xin cám ơn ba mẹ và những người thân yêu đã động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!

TP.HCM, tháng 09, năm 2014

Trần Thị Thảo Nguyên

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác

Tác giả luận văn

Trần Thị Thảo Nguyên

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình

Danh mục các sơ đồ

Danh mục các đồ thị

M Ở ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Thực phẩm chức năng 4

1.2 Nguyên liệu sử dụng trong đề tài 4

1.2.1 Bã đậu nành (Okara) 4

1.2.2 Cám gạo 6

1.2.3 Chất xơ và vai trò của chất xơ trong bã đậu nành và cám gạo 7

1.2.4 Những nghiên cứu và ứng dụng của bã đậu nành và cám gạo 9

1.3 Các chủng vi sinh vật sử dụng trong đề tài 11

1.3.1 Nấm Linh chi 11

1.3.2 Bacillus amyloliquefaciens và Bacillus natto 16

1.4 Sấy chân không 21

Chương 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 23

2.1 Vật liệu 23

2.1.1 Hóa chất 23

2.1.2 Thiết bị và dụng cụ 25

2.1.3 Các môi trường nghiên cứu đã sử dụng 26

2.2 Phương pháp nghiên cứu 26

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu vi sinh vật 26

2.2.2 Quy trình kỹ thuật chế biến sản phẩm 38

2.2.3 Phân tích chỉ tiêu dinh dưỡng sản phẩm 41

2.2.4 Phương pháp định tính một số HCSH của nấm sợi Linh chi 51

2.2.5 Phương pháp định lượng Ba tổng số và bào tử Ba trong sản phẩm .52

2.2.6 Phương pháp kiểm tra vệ sinh an toàn toàn thực phẩm 53

2.2.7 Phương pháp đánh giá cảm quan sản phẩm 54

2.2.8 Phương pháp xử lý số liệu 56

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 57

3.1 Kết quả nghiên cứu vi sinh vật 57

3.1.1 Đặc điểm hình thái, sinh hóa của nấm sợi Linh chi 57

3.1.2 Đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hóa của Ba, Bn 58

3.1.3 Kết quả xác định hoạt tính hệ enzyme của vi sinh vật sử dụng trong đề tài theo thời gian 62

3.2 Kết quả chế biến sản phẩm 66

3.2.1 Kết quả thủy phân xơ của hỗn hợp bã đậu nành và cám bằng các enzyme của tơ nấm Linh chi 66

3.2.2 Kết quả khảo sát khả năng thủy phân protein, tinh bột trên cơ chất bã đậu nành và cám gạo bằng các enzyme của Ba 67

3.2.3 Kết quả phân tích chỉ tiêu dinh dưỡng sản phẩm 71

3.2.4 Kết quả định tính một số HCSH của nấm sợi Linh chi trong sản

phẩm 72

3.2.5 Kết quả định lượng Ba tổng số và bào tử Ba trong sản phẩm 74

3.2.6 Hoạt tính enzyme có trong 1g sản phẩm 75

3.2.7 Kết quả kiểm tra vệ sinh an toàn thực phẩm 75

3.2.8 Kết quả đánh giá cảm quan sản phẩm 75

K ẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 79

PHỤ LỤC 1

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ba

Bn

CMC CMCase

CP

CFU/ml (g)

DNS

HCSH MPN NL

NNH3 Nformol NtsOD

SP

Bacillus amyloliquefaciens Bacillus natto Carboxymethyl cellulose Enzyme carboxymethyl cellulase Môi trường cá peptone

Số đơn vị khuẩn lạc trong 1ml hoặc 1g mẫu Acid 2-hydroxy-3,5 dinitrobenzoic

Hoạt chất sinh học

Kỹ thuật đếm số có xác suất lớn nhất

Nguyên liệu Đạm ammoniac Nitơ formol Nitơ tổng số

Mật độ quang học

Sản phẩm

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần bã đậu nành (100g)………6

Bảng 1.2 Thành phần dinh dưỡng của cám gạo……… 7

Bảng 1.3 Điều kiện cần thiết cho sự phát triển của nấm Linh chi………… 13

Bảng 1.4 Thành phần hoạt chất cơ bản và hoạt tính dược lý trong nấm Linh chi……… 14

Bảng 2.1 Đường glucose chuẩn……… 33

Bảng 2.2 Đường chuẩn tyrosine……….36

Bảng 2.3 Bố trí thí nghiệm định lượng enzyme amylase……… 38

Bảng 2.4 Chỉ tiêu và giới hạn vi sinh trong ngũ cốc và sản phẩm chế biến từ ngũ cốc……… 54

Bảng 3.1 Đặc điểm hình thái vi khuẩn Ba và Bn………59

Bảng 3.2 Kết quả mật độ tế bào theo thời gian……… 60

Bảng 3.3 Sự biến thiên hoạt tính CMCase của nấm sợi Linh chi theo thời gian………62

Bảng 3.4 Sự biến thiên hoạt tính protease của Ba, Bn theo thời gian………63

Bảng 3.5 Sự biến thiên hoạt tính amylase của Ba, Bn theo thời gian………65

Bảng 3.6 Kết quả khảo sát khả năng thủy phân xơ………67

Bảng 3.7 Kết quả khảo sát khả năng thủy phân protein………68

Bảng 3.8 Kết quả khảo sát khả năng thủy phân tinh bột………69

Bảng 3.9 Kết quả phân tích chỉ tiêu dinh dưỡng sản phẩm………71

Bảng 3.10 Kết quả định lượng Ba tổng số và bào tử Ba trong sản phẩm… 74

Bảng 3.11 Hoạt tính enzyme có trong 1g sản phẩm……… 75

Bảng 3.12 Kết quả kiểm tra vệ sinh an toàn toàn thực phẩm……….75

Bảng 3.13 Kết quả khảo sát………76

Bảng 3.14 Các tham số đặc trưng……… 76

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Bã đậu nành dạng bột……… …… 5

Hình 1.2 Cám gạo……….6

Hình 1.3 Lớp cám trong hạt lúa……….……… 6

Hình 1.4 Cellulose………8

Hình 1.5 Hemicellulose………9

Hình 1.6 Pectin……….9

Hình 1.7 Sự thủy phân các polysaccharide………11

Hình 1.8 Nấm Linh chi……… 11

Hình 1.9 Chu trình sống của Linh chi………12

Hình 1.10 Hình thái Ba ……… 17

Hình 1.11 Hình thái Bn ……… 17

Hình 1.12.Cấu trúc và bề mặt Bacillus………….……… 18

Hình 3.1 Hệ sợi nấm Linh chi trên môi trường thạch………57

Hình 3.2 Hình thái sợi nấm Linh chi trên tiêu bản phòng ẩm (100x)………57

Hình 3.3 Khả năng thủy phân cellulose……….57

Hình 3.4 Khuẩn lạc Ba (trái),Bn (phải)……….58

Hình 3.5 Tế bào Ba (trái),Bn (phải)……… 58

Hình 3.6 Khả năng thủy phân casein của Ba (trái), của Bn (phải)………….61

Hình 3.7 Khả năng thủy phân fibrin của Ba (trái), của Bn (phải)………… 62

Hình 3.8 Khả năng thủy phân tinh bột của Ba (trái), của Bn (phải)……… 62

Hình 3.9 Bịch cơ chất sau 9 ngày nuôi tơ nấm Linh chi………66

Hình 3.10 Mặt cắt đôi khối cơ chất sau 9 ngày nuôi tơ nấm Linh chi …… 66

Hình 3.11 Định tính saponin……… 73

Hình 3.12 Định tính steroid………73

Hình 3.13 Định tính alkaloid……… 73

Hình 3.14 Định tính triterpenoid………74

Hình 3.15 Sản phẩm dạng bột………75

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 1.1.Quy trình thu nhận bã đậu nành từ công nghệ sản xuất sữa………5 Hình 2.1.Sơ đồ bố trí thí nghiệm………36

DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ

Đồ thị 3.1 Đường cong sinh trưởng của Ba, Bn trên môi trường sữa đậu nành

60

Đồ thị 3.2 Sự biến thiên hoạt tính CMCase của nấm sợi Linh chi theo thời gian 63

Đồ thị 3.3 Sự biến thiên hoạt tính enzyme protease của Ba, Bn theo thời gian 64

Đồ thị 3.4 Sự biến thiên hoạt tính enzyme amylase của Ba, Bn theo thời gian 65

Đồ thị 3.5 Hàm lượng Nformol theo thời gian và tỉ lệ giống Ba sử dụng 68

Đồ thị 3.6 Hàm lượng tinh bột theo thời gian và tỉ lệ giống Ba sử dụng 70

Đồ thị 3.7 Kết quả phân phối tần suất 76

MỞ ĐẦU

1 Lí do ch ọn đề tài

Bã đậunành (okara)và cám gạo là hai nguồn phụ phế phẩm dồi dào của ngành công nghiệp chế biến sữa đậu nành và xay xát gạo ở nước ta Trong hai

loại phụphế phẩm này còn chứa rất nhiều thành phần dinh dưỡng,theo Vander

và cộng sự[32], hàm lượng protein trong bã đậu nành chiếm 25,4-25,8%, xơ thô chiếm 52,8-58,1% cùng một lượng lớn lipid và carbonhydrate Cám gạo chiếm 65% chất dinh dưỡng của gạo trong đó 28% là carbohydrate,13,3% là protein, chất xơ chiếm 21%, lipid 21% và nhiều loại vitamin nhóm B, E [36]

Do hàm lượng xơ cao và thành phần protein, tinh bột trong bã đậu nành

và cám gạo là những thành phần không tan, khó tiêu hóa đặc biệt trong cám

gạo chứa một lượng lớn lipid rất dễ bị oxi hóa gây khó khăn trong việc chế

biến và bảo quản vì vậy, hiện nay chúng vẫn chưa được tận dụng hiệu quả mà

chủ yếu được dùng làm thức ăn cho ngành chăn nuôi

Với khả năng hoạt động mạnh của enzyme cellulase từ hệ sợi nấm Linh

chi (Ganoderma lucidum) có thể thủy phân cellulose trong bã đậu nành và cám gạo, cùng enzyme amylase và protease từ Bacillus amyloliquefaciens

không tan, khó tiêu hóa thành những chất dễ hấp thu, đồng thời chứa các enzyme hỗ trợ tiêu hóa (cellulase, amylase, protease), dược chất từhệ sợi nấm Linh chi và cả sinh khối của Linh chi và vi khuẩn Ba, có thể biến những

nguồn nguyên liệu rẻ tiền thành sản phẩm có thể dùng làm thực phẩm chức năng góp phần bảo vệ sức khỏe con người, Do đó, việc thực hiện đề tài

“Nghiên c ứu chế biến thực phẩm chức năng từ bã đậu nành (okara) và cám gạo bằng công nghệ vi sinh” là điều hết sức cần thiết và có ý nghĩa thực

tiễn

2 M ục tiêu

Tạo thực phẩm dạng bột dùng ngay có thể được sử dụng làm thực phẩm

chức năng chứa các enzyme hỗ trợ tiêu hóa: amylase, protease, cùng sinh khối

của Ba; đặc biệt là cellulase cùng các hoạt chất sinh học (HCSH) có dược tính

từ sinh khối tơ nấm Linh chi từ bã đậu nành và cám gạo bằng công nghệ vi sinh

3 Nhi ệm vụ

- Nuôi sinh khối tơ nấm Linh chi và sinh khối các vi khuẩn Ba, Bacillus

cellulase của nấm sợi Linh Chi, amylase và protease của Ba, Bn

- Khảo sát khả năng thủy phân cellulose của bã đậu nành và cám gạo thông qua việc nuôi sinh khối tơ nấm Linh chi trên hai nguyên liệu nói trên

- Khảo sát khả năng thủy phân tinh bột và protein của bã đậu nành và cám bằng việc nuôi vi khuẩn Ba, Bn trên hai nguyên liệu đó

- Tạo sản phẩm dạng bột

- Định tính các HCSH của sinh khối tơ nấm Linh chi trong sản phẩm

- Định lượng các chất trong sản phẩm: cellulose, protein (NTS, NNH3,

NNH2), đường tổng, đường khử

- Định lượng vi sinh vật

- Xác định hoạt tính enzyme cellulase, amylase, protease

- Đánh giá an toàn vệ sinh thực phẩm

- Đánh giá cảm quan sản phẩm

4 Đối tượng nghiên cứu

Các chủng nấm Linh chi, Ba, Bndo phòng thí nghiệm Công nghệ biến

đổi Sinh học – Viện Sinh học nhiệt đới TP.HCM cung cấp

Bã đậu nành mua tại công ty cổ phần sữa Việt Nam Vinamilk

Cám gạo mua loại cám mịn lấy ngay sau khi xay, tại nhà máy xay lúa

Bảy Đạm, Long An

5 Ý nghĩa của đề tài

Tận dụng được các phụ phế phẩm công nghiệp để chế biến được các loại

sản phẩm có giá trị gia tăng cao, có thể làm thực phẩm chức năng góp phần

bảo vệ sức khỏe con người

6 Th ời gian, địa điểm thực hiện đề tài

Dự kiến thời gian: từ11/2013 đến tháng 08/2014

Địa điểm thực hiện đề tài: phòng thí nghiệm Công nghệ biến đổi Sinh

học – Viện Sinh học nhiệt đới TP.HCM

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Th ực phẩm chức năng

Một số khái niệm về thực phẩm chức năng[35]:

Cho đến nay chưa có một tổ chức quốc tế nào đưa ra định nghĩa đầy đủ

về thực phẩm chức năng, mặc dù đã có nhiều Hội nghị quốc tế và khu vực về

thực phẩm chức năng Gần đây các định nghĩa về thực phẩm chức năng được đưa ra nhiều hơn và có xu hướng gần thống nhất với nhau

- Hiệp Hội thông tin thực phẩm quốc tế (International Food Information Council), định nghĩa: “Thực phẩm chức năng là thực phẩm mang đến những

lợi ích cho sức khỏe vượt xa hơn dinh dưỡng cơ bản”

- Hiệp Hội nghiên cứu thực phẩm Leatherhead (châu Âu): “Thực phẩm

chức năng là thực phẩm được chế biến từ thức ăn thiên nhiên, được sử dụng như một phần của chế độ ăn hàng ngày và có khả năng cho một tác dụng sinh

lý nào đó khi được sử dụng”

- Bộ Y tế Việt Nam: Thông thư số 08/TT-BYT ngày 23/8/2004 về việc

“Hướng dẫn việc quản lý các sản phẩm thực phẩm chức năng” đã đưa ra định nghĩa: “Thực phẩm chức năng là thực phẩm dùng để hỗ trợ chức năng của các

bộ phận trong cơ thể người, có tác dụng dinh dưỡng, tạo cho cơ thể tình trạng thoải mái, tăng sức đề kháng và giảm bớt nguy cơ gây bệnh”

Khái quát lại có thể đưa ra một định nghĩa như sau: “Thực phẩm chức năng (TPCN) là thực phẩm (hoặc sản phẩm) dùng để hỗ trợ (phục hồi, duy trì

hoặc tăng cường) chức năng của các bộ phận trong cơ thể, có tác dụng dinh dưỡng, tạo cho cơ thể tình trạng thoải mái, tăng sức đề kháng và giảm bớt nguy cơ bệnh tật”

1.2 Nguyên li ệu sử dụng trong đề tài

1.2.1 Bã đậu nành (Okara)

1.2.1.1 Giới thiệu về bã đậu nành

Bã đậu nành hay còn được gọi là okara hoặc soy-pulp (okara đã trở thành thuật ngữ quốc tếđể gọi bã đậu nành) là

phần bãvà các chất dinh dưỡng khác không tan trong nước còn lại sau khi đã tách khỏi dịch các chất tan hoặc huyền phù trong nước, của công nghiệp sản

xuất sữa đậu nành hay đậu hũ [9]

Bã đậu nành có màu trắng hay trắng ngà, thường nằm trên mặt lưới lọc

sữa đậu nành, sau sấy khô có màu vàng, chứa một lượng lớn protein (chiếm khoảng 50% protein tinh chất), carbohydrate, lipid, có cả calci, sắt, riboflavin [9]

Quy trình thu nhận bã đậu nành từ công nghệ sản xuất sữa đậu nành

Sơ đồ 1.1 Quy trình thu nhận bã đậu nành từ công nghệ sản xuất sữa

H ạt đậu nành Ngâm nước nóng đối lưu (5 phút, 85-900C)

Nghi ền Trích ly

S ấy 15 phút, 150-170 0

C

S ấy rung

Bã đậu nành

Hình 1.1 Bã đậu nành dạng bột

1.2.1.2 Thành ph ầnbã đậu nành

Ở Việt nam, theo các thông tin của công ty sữa Vinamilk cung cấp cho

Viện Sinh học Nhiệt đới, nơi có công nghệ sản xuất sữa đậu nành tận thu bã đậu nành hiện đại của nước ngoài thì bã đậu nành có thành phần như sau[19]:

Bã đậu nành dạng bột có hàm ẩm: 6,7%; đạm: 36,43%; xơ: 1,99% và

chất béo: 10,59%

Tại công ty Tribeco theo quy trình sản xuất sữa đậu nành lọc sữa 1 lần

chỉ thu được khoảng 50% protein của hạt đậu nành Từ 1kg đậu nành thu được 1,5kg bã đậu nành ướt (sau ly tâm), chứa khoảng 20% chất khô Bã ướt

là dạng phế liệu cuối cùng của công nghệ sản xuất sữa đậu nành và mới chỉ được sử dụng cho chăn nuôi[11]

Theo một số nghiên cứu ngoài nước thành phần bã đậu nành như sau [32],[33]:

%Protein %Lipid %Carbohydrate %Xơ thô %Tinh bột

25,4-28,4 9,3-10,9 3,8-5,3 52,8-58,1

1.2.2 Cám gạo 1.2.2.1 Giới thiệu về cám gạo

Trong qui trình xay xát và chế biến gạo, sau khi thu được sản phẩm chính là gạo thì còn một sản phẩm phụ chiếm khoảng 65% chất dinh dưỡng

của gạo, có giá trị sử dụng khá cao nhưng giá thành lại rất thấp đó chính là cám gạo

Cám gạo là hỗn hợp các lớp vỏ ngoài của hạt gạo và lớp aleurone thường

có dạng bột, mềm và mịn

Hàng năm trên thế giới có khoảng 40–45 triệu tấn cám gạo được sản

suất, trong đó 90% là nằm ở châu Á[36], [37]

1.2.2.2 Thành phần dinh dưỡng của cám gạo

B ảng 1.2 Thành phần dinh dưỡng của cám gạo[38]

Thành phần Khối lượng/100g

Chất xơ tiêu hóa được 21g

1.2.3 Ch ất xơ và vai trò của chất xơ trong bã đậu nành và cám gạo

Chất xơ gồm các phần còn lại của tế bào thực vật, các polysaccharide, lignin và các chất liên quan chịu được sự thủy phân của các enzyme trong hệ tiêu hóa người Tùy theo độ phân tán trong nước mà chất xơ được chia thành hai loại là tan và không tan Tất cả các thức ăn có nguồn gốc từ thực vật đều

có cả hai loại chất xơ này

Trong bã đậu nành hàm lượng xơ không tan chiếm đa số, các xơ tan thì chiếm với hàm lượng thấp Chất xơ trong cám gạo có thể từ lớp aleurone,