Tài liệu Nghiên cứu thu nhận enzyme nattokinase bằng phương pháp lên men bề mặt từ phế liệu bã đậu nành

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --------------------------------------- VĂN THỊ DIỆU LINH NGHIÊN CỨU THU NHẬN ENZYME NATTOKINASE BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN BỀ MẶT TỪ PHẾ LIỆU BÃ ĐẬU NÀNH LUẬN VĂN THẠC SĨ Công nghệ sinh học Đà Nẵng – Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --------------------------------------- VĂN THỊ DIỆU LINH NGHIÊN CỨU THU NHẬN ENZYME NATTOKINASE BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN BỀ MẶT TỪ PHẾ LIỆU BÃ ĐẬU NÀNH Chuyên ngành : Công nghệ sinh học Mã số: 60.42.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Trương Thị Minh Hạnh Đà Nẵng – Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Trương Thị Minh Hạnh. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác. Ngày 11 tháng 01 năm 2018 Văn Thị Diệu Linh NGHIÊN CỨU THU NHẬN ENZYME NATTOKINASE BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN BỀ MẶT TỪ PHẾ LIỆU BÃ ĐẬU NÀNH Họ và tên: Văn Thị Diệu Linh Mã số: 60.42.02.01 Chuyên ngành: Công nghệ Sinh học Khóa: K32.CSH Trường Đại học Bách Khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Nattokinase là enzyme có khả năng làm tiêu huyết khối, giúp ngăn ngừa các bệnh lý liên quan đến chứng huyết khối. Sản xuất enzyme nattokinase từ lên men phế liệu bã đậu nành là một phương pháp chẳng những góp phần tăng cường hiệu quả kinh tế, mà việc tận dụng phế phẩm bã đậu nành còn có nhiều ý nghĩa về mặt bảo vệ môi trường. Nghiên cứu này tiến hành khảo sát điều kiện thích hợp lên men bề mặt vi khuẩn Bacillus subtilis natto trên cơ chất bã đậu nành và thu nhận enzyme. Kết quả nghiên cứu cho thấy quá trình lên men bã đậu nành với tỷ lệ giống 14% (v/w), có bổ sung 20% (w/w) bột đậu nành, sau 24 giờ lên men thu được enzyme nattokinase với hoạt lực cao nhất là 11,67 đv/ml. Nghiên cứu cũng đã tiến hành kết tủa enzyme bằng dung dịch ethanol 96%, sau đó sấy thăng hoa thu chế phẩm enzyme thô có hoạt độ riêng 35,29đv/g. Các đề xuất về quy trình sản xuất chế phẩm protease giàu enzyme nattokinase và sinh khối vi khuẩn Bacillus subtilis natto, quy trình sản xuất chế phẩm enzyme nattokinase ở quy mô phòng thí nghiệm cũng được trình bày trong nghiên cứu này. Từ khóa – nattokinase; bã đậu nành; Bacillus subtilis natto; lên men bề mặt; tiêu huyết khối . EXTRACTION ENZYME NATTOKINASE BY SOLID STATE FERMENTATION SOYBEAN CURD RESIDUES Abstract - Nattokinase is an enzyme with fibrinolytic activity that can be used for preventing thrombolytic diseases. Production nattokinase enzyme by fermentation soybean curd residues does not only increase economic value, but also brings many enviromental benefits. In this study, I make survey the effect fermentation conditions to Bacillus subtilis natto strain on the soybean curd residues substrate to enhance the nattokinase activity and extraction nattokinase enzyme. It is showed that when ferment conditions were involved with 14% (v/w) of Bacillus subtilis natto, 20% (w/w) soybean power added, for 24 hours, the highest protease activity could reach 11,67 units/ml. I also try to extract enzyme by ethanol 96% and create dried products by freeze drying process and obtain nattokinase activity 35,29 units/g. Offerings of the process of receiving nattokinase and Bacillus subtilis natto rich protease and receiving crude nattokinase enzyme in laborary were showed in this research. Key words – nattokinase; soybean curd residues; Bacillus subtilis natto; solid state fermentation; fibrinolytic activity. MỤC LỤC MỞ ĐẦU .……………………………………………………………… ……..1 1. Tính cấp thiết của đề tài…………………………………………….................1 2. Mục tiêu nghiên cứu……………………………………………………. ........2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ………………………....................... .........3 4. Phương pháp nghiên cứu………………………………………………… …...3 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu…………………… ........4 6. Bố cục đề tài…………………………………………………………....... .......4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN……………….…....…………………………...5 1.1. TỔNG QUAN VỀ BÃ ĐẬU NÀNH..………………………………… …..5 1.1.1. Giới thiệu về bã đậu nành……………………………………………….5 1.1.2. Một số ứng dụng của bã đậu nành……………………...…….………...8 1.2. TỔNG QUAN VỀ ENZYME NATTOKINASE…………………… …..10 1.2.1. Giới thiệu về nattokinase…………………………………………… …10 1.2.2. Cơ chế tác dụng của nattokinase………………………………………12 1.3. TỔNG QUAN VỀ BACILLUS SUBTILIS NATTO…….………… ……13 1.3.1. Giới thiệu về Bacillus subtilis natto……………………………….… ...13 1.3.2. Đặc điểm hình thái và sinh hóa của Bacillus subtilis natto …..…… ...15 1.3.3. Khả năng sinh tổng hợp enzyme của Bacillus subtilis natto …………………………………………………………………………… …….16 1.3.3.1. Các enzyme nội bào Bacillus subtilis natto............................................16 1.3.3.2. Các enzyme ngoại bào của Bacillus subtilis natto.......................... .......16 1.3.4. Các phương pháp lên men................................................................ ......16 1.3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men sinh tổng hợp enzyme của vi khuẩn Bacillus subtilis natto..................................................................... ....17 1.3.5.1. Nhiệt độ............................................................................................. .....17 1.3.5.2. pH........................................................................................................ ...18 1.3.5.3. Thời gian nuôi cấy............................................................................. .....18 1.3.5.4. Thành phần môi trường..................................................................... .....18 1.4. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC...…… ……18 1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới……………………………… ……18 1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước………………………………… …..19 CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU …………………………………………...……………………… …..21 2.1. NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT….………………………………… …….21 2.1.1. Nguyên liệu……………………………………………………………...21 2.1.2. Thiết bị…………………………………………………………………..21 2.1.3. Hóa chất………...……………………………………………………….22 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…………………………………… ….23 2.2.1. Phương pháp xác định một số thành phần hóa học của bã đậu nành………………………………………………………………...….…… …24 2.2.2. Phương pháp hoạt hóa và giữ giống ............................................... ......24 2.2.3. Phương pháp nhân giống …………................................................. ......24 2.2.4. Phương pháp xác định mật độ tế bào …………………………… …...24 2.2.5. Phương pháp lên men .......................................................................... ...25 2.2.5.1. Khảo sát thời gian lên men……… ……………...……………………..26 2.2.5.2. Khảo sát tỷ lệ giống……………………………………… ……………26 2.2.5.3. Khảo sát tỷ lệ bột đậu nành được bổ sung……………………………..26 2.2.6. Phương pháp thu nhận dịch chiết enzyme thô………… ……….........26 2.2.7. Phương pháp kết tủa enzyme nattokinase bằng dung môi ethanol 96%............................................................................................... .....................27 2.2.8. Phương pháp xác định hoạt độ enzyme protease ............... ..................27 3.2.9. Phương pháp sấy thăng hoa…………… ……………………………...29 2.2.10. Phương pháp xử lý số liệu…..…………… ………………………......30 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN… ………………………........30 3.1. XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA BÃ ĐẬU NÀNH………...….......................................... ....................................................31 3.2. XÂY DỰNG ĐƯỜNG CHUẨN TYROSIN.… ……………………........32 3.3. KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH NHÂN GIỐNG… ...…………………..........32 3.4. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG QUÁ TRÌNH LÊN MEN.34 3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lên men … ……….........................34 3.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ giống……………...................................36 3.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ bột đậu nành bổ sung vào môi trường lên men........................................................... ..... .....................................................38 3.5. KIỂM TRA KHẢ NĂNG LÀM TAN HUYẾT KHỐI CỦA ENZYME NATTOKINASE................................................................................................41 3.6. KHẢO SÁT TỶ LỆ ETHANOL 96% TRÊN DỊCH CHIẾT ENZYME THÔ THU NHẬN KẾT TỦA ENZYME… ……............................................42 3.7. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHẾ PHẨM PROTEASE GIÀU ENZYME NATTOKINASE VÀ SINH KHỐI VI KHUẨN BACILLUS SUBTILIS NATTO.................................... . .......................................................45 3.8. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH THU NHẬN CHẾ PHẨM ENZYME NATTOKINASE THÔ QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM.. .......................48 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………… ...............................51 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO……… ……………………...52 PHỤ LỤC BIÊN BẢN HỌP HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ LUẬN VĂN THẠC SỸ (bản sao) NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA CÁC PHẢN BIỆN (bản sao) QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao) DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ANOVA CFU Analysis of Variance Colony Forming Unit DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1 Thành phần acid amin trong bã đậu nành 6 1.2 Thành phần khoáng chất có trong bã đậu nành 7 1.3 Các sản phẩm lên men từ bã đậu nành 9 2.1 Các thiết bị và dụng cụ chính được sử dụng trong nghiên cứu 21 2.2 Các hóa chất chính sử dụng trong nghiên cứu 22 2.3 Bảng pha dung dịch xây dựng đường chuẩn tyrosine 28 3.1 Một số thành phần hóa học của bã đậu nành 30 3.2 Kết quả lên men thu nhận enzyme 38 3.3 Kết quả thử khả năng làm tan huyết khối của dịch chiết enzyme 40 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ Trang 1.1. Bã đậu nành 5 1.2. Quy trình thu nhận bã đậu nành của các cơ sở sản xuất đậu phụ 8 1.3. Cấu trúc bậc 3 của nattokinase 10 1.4 Một số sản phẩm thương mại chứa nattokinase 12 1.5 Cơ chế tác dụng của enzyme nattokinase 12 1.6 Các sản phẩm natto truyền thống (C) và natto hiện đại (A, B) 14 1.7. Vi khuẩn Bacillus subtilis natto 15 1.8. Khuẩn lạc vi khuẩn Bacillus subtilis natto 15 2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 23 2.2. Quy trình lên men bã đậu nành bằng phương pháp lên men bề mặt 25 2.3. Sơ đồ quy trình thu nhận dịch chiết enzym nattokinase thô 27 3.1 Đồ thị đường chuẩn tyrosine 31 3.2. Đường cong sinh trưởng của Bacillus subtilis natto 32 3.3 Dịch tăng sinh 24 giờ 33 3.4 Ảnh hưởng của thời gian lên men đối với quá trình lên men bã đậu nành thu nhận enzyme nattokinase 34 3.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ giống đối với quá trình lên men bã đậu nành thu nhận enzyme nattokinase 35 3.6 Ảnh hưởng của tỷ lệ bột đậu nành bổ sung đối với quá trình lên men bã đậu nành thu nhận enzyme nattokinase 37 3.7 Bã đậu nành lên men không bổ sung bột đậu nành 38 3.8 Bã đậu nành lên men có bổ sung 20% bột đậu nành 39 3.9 Dịch chiết enzyme nattokinase thô 39 3.10 Thí nghiệm kiểm tra khả năng làm tan huyết khối của dịch chiết enzyme 40 3.11 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol 96% đối với quá trình kết tủa enzyme nattokinase 42 3.12 Kết tủa enzyme bằng ethanol 96% 42 3.13 Sơ đồ qui trình sản xuất chế phẩm protease giàu enzyme nattokinase và sinh khối vi khuẩn Bacillus subtilis natto 44 3.14 Chế phẩm protease giàu enzyme nattokinase và sinh khối vi khuẩn Bacillus subtilis natto 45 3.15 Sơ đồ qui trình sản xuất chế phẩm enzyme nattokinase thô ở quy mô phòng thí nghiệm 47 3.16 Chế phẩm thô enzyme nattokinase 48 1 MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trên thế giới cũng như ở Việt Nam, các bệnh liên quan đến tim mạch như: nhồi máu cơ tim, suy tim, rối loạn nhịp tim, cao huyết áp, đột quỵ,…đang gia tăng một cách báo động. Theo thống kê của Tổ chức Y tế thế giới (WHO), mỗi năm có khoảng 17,5 triệu người tử vong do các bệnh liên quan đến tim mạch. Trong khi đó tại Việt Nam, theo số liệu của Hội Tim mạch, hàng năm, các bệnh lý về tim mạch cướp đi sinh mạng của 200.000 người, chiếm ¼ tổng số trường hợp tử vong của cả nước. Bên cạnh đó, số ca tử vong do bệnh lý tim mạch có xu hướng ngày càng tăng và trẻ hóa [39]. Song song với đó, chi phí điều trị, chăm sóc, phục hồi chức năng cho các bệnh nhân cũng là gánh nặng lớn cho các quốc gia, trong đó có Việt Nam. Theo các nghiên cứu, nguyên nhân chính gây ra các bệnh lý tim mạch là do sự hình thành các cục máu đông hay còn gọi là huyết khối. Các cục máu đông gây tắc nghẽn các mạch máu, gây tổn hại đến các cơ quan trong cơ thể và là nguyên nhân trực tiếp gây ra các bệnh nguy hiểm như: tai biến do tăng huyết áp, nhồi máu cơ tim, nhồi máu não, suy tim, thuyên tắc phổi,…Nhiều phương pháp đã được áp dụng để điều trị huyết khối như: sử dụng các chất chống đông như heparin, coumarin; sử dụng các enzyme làm tan huyết khối như: streptokinase, urokinase,…thậm chí là phương pháp phẫu thuật. Tuy nhiên, chi phí điều trị bằng các biện pháp trên rất cao, ngoài ra các loại thuốc điều trị chỉ có tác dụng trong thời gian ngắn, không có tác dụng phòng ngừa, đồng thời gây ra các tác dụng phụ như xuất huyết toàn thân, dị ứng [22, 37]. Do đó, việc tìm kiếm các phương pháp có giá thành rẻ và an toàn hơn thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học trong những năm qua. Việc phát hiện nattokinase mở ra một triển vọng mới cho việc điều trị và phòng ngừa chứng huyết khối. Nattokinase được thu nhận từ các thực phẩm lên men truyền thống như: natto Nhật Bản, douche Hàn Quốc, nước tương Chung kook-jang Hàn Quốc và Thua nao từ phía Bắc Thái Lan. So với các loại thuốc tan huyết khối sẵn có hiện nay, nattokinase có nhiều ưu thế như an toàn, giá thành thấp hơn, hiệu quả, tác dụng kéo dài, sử dụng phòng ngừa và sử dụng qua đường ăn uống dễ dàng [16, 21]. Hiện nay, enzyme nattokinase chủ yếu được thu nhận từ quá trình lên men với cơ chất là hạt đậu nành. Một số nghiên cứu đã đề cập đến các nguồn nguyên liệu khác thay thế như: gạo lức, cao ngô, bã đậu nành,…Trong đó, bã đậu nành từ các nhà máy sản xuất đậu phụ là nguồn nguyên liệu rẻ tiền cần được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng vào sản xuất. 2 Bã đậu nành hiện được sử dụng làm thức ăn gia súc hoặc đạm đậu tương dùng cho người. Một số nghiên cứu đề cập sử dụng bã đậu nành làm cơ chất cho các quá trình lên men ethanol, methanol, axit xitric; xử lý kỹ thuật để thay thế một phần bột mì trong sản xuất bánh mì, bánh cookie, cracker. Mặc dù bã đậu nành đã được nghiên cứu ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nhưng lượng bã đậu nành chưa được xử lý trên thế giới vẫn chiếm lượng lớn. Tại các nước Châu Á, các sản phẩm thực phẩm làm từ đậu nành như đậu phụ, sữa đậu nành, nước tương, dầu đậu nành, tempeh,...được sử dụng phổ biến rộng rãi. Do đó, lượng phế liệu bã đậu nành phát sinh ra tại khu vực này là khá lớn. Thống kê trên toàn thế giới, hàng năm xấp xỉ 14 triệu tấn phế liệu bã đậu nành được thải ra chủ yếu từ các nước Châu Á và Châu Mỹ [34]. Riêng tại Nhật Bản, lượng bã đậu nành được xử lý là 800.000 tấn với chi phí xử lý lên đến 16 tỷ yên mỗi năm, số còn lại được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi, phân bón và lượng lớn trở thành rác thải được xử lý bằng cách đốt hoặc chôn lấp. Đây cũng là thực trạng chung của các nước còn lại trong khu vực. Những vấn đề môi trường phát sinh từ nguồn phế phẩm khổng lồ này đã đặt ra nhiều thách thức cho các nhà quản lý và các nhà khoa học [32]. Trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi ước tính có khoảng hơn 100 cơ sở sản xuất đậu phụ. Tuy nhiên, hiện nay phần lớn bã đậu nành được bán cho các hộ gia đình nhỏ lẻ làm thức ăn chăn nuôi ở dạng thô chưa qua xử lý, số lượng còn lại tạo thành rác thải dẫn đến nguy cơ gây ô nhiễm môi trường. Trong sản xuất công nghiệp, bên cạnh việc sản xuất ra các chính phẩm, việc tận dụng các phụ phẩm, phế phẩm là rất cần thiết. Ngoài ý nghĩa về mặt tăng cường hiệu quả kinh tế, việc tận dụng các phụ phẩm, phế phẩm còn có nhiều ý nghĩa về mặt bảo vệ môi trường. Từ yêu cầu thực tiễn đó, tôi quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu thu nhận enzyme nattokinase bằng phương pháp lên men bề mặt từ phế liệu bã đậu nành” 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Xác định điều kiện thích hợp lên men bề mặt vi khuẩn Bacillus subtilis natto thu nhận enzyme nattokinase trên bã đậu nành. - Xác định tỷ lệ thích hợp ethanol 96% trên dịch chiết enzyme thô trong quá trình thu nhận enzyme nattokinase. - Thu nhận chế phẩm enzyme thô. 3 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU * Đối tượng nghiên cứu - Chủng vi khuẩn Bacillus subtilis natto do phòng thí nghiệm Vi sinh thuộc trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng cung cấp. - Bã đậu nành lấy từ 03 cơ sở sản xuất đậu phụ trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi. * Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu khả năng sinh tổng hợp enzyme nattokinase trên chủng vi khuẩn Bacillus subtilis natto với cơ chất là bã đậu nành ở quy mô phòng thí nghiệm. 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU * Nghiên cứu lý thuyết Trên cơ sở tìm hiểu thông tin khoa học về bã đậu nành, vi khuẩn Bacillus subtilis natto, natto, enzyme nattokinase, những nghiên cứu về tổng hợp thu nhận enzyme nattokinase trong nước và trên thế giới, tiến hành tổng hợp, phân tích các công trình nghiên cứu, các tài liệu khoa học nhằm định hướng và thực hiện đề tài. * Nghiên cứu thực nghiệm Phương pháp hóa học - Phân tích một số thành phần hóa học của bã đậu nành. - Xác định hoạt lực enzyme bằng phương pháp Amano. Phương pháp vi sinh - Nhân giống và hoạt hóa vi khuẩn Bacillus subtilis natto - Khảo sát quá trình nhân giống và xây dựng đường cong sinh trưởng. - Thực hiện lên men bằng phương pháp lên men bề mặt. Phương pháp xử lý số liệu Xử lý số liệu thí nghiệm bằng phần mềm ANOVA trên Excel 2016. Kết quả thí nghiệm là giá trị trung bình của 2 lần lặp lại thí nghiệm. 4 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU * Ý nghĩa khoa học - Đóng góp thông tin khoa học về bã đậu nành và làm phong phú thêm những nghiên cứu về ứng dụng của bã đậu nành, cung cấp thêm giải pháp xử lý và tận dụng nguồn phế liệu bã đậu nành. - Đóng góp thông tin khoa học về điều kiện nuôi cấy vi khuẩn Bacillus subtilis natto thu nhận enzyme nattokinase bằng phương pháp lên men bề mặt với cơ chất là bã đậu nành. * Ý nghĩa thực tiễn Cung cấp thông tin công nghệ của quá trình lên men bề mặt vi khuẩn Bacillus subtilis natto trên bã đậu nành thu enzyme nattokinase nhằm ứng dụng vào quy mô sản xuất công nghiệp, tạo ra sản phẩm có khả năng ứng dụng trong dược phẩm và thực phẩm chức năng, cải thiện sức khỏe người tiêu dùng. Góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do tận dụng phế thải bã đậu nành. 6. BỐ CỤC ĐỀ TÀI Mở đầu Chương 1: Tổng quan tài liệu Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết quả và bàn luận Chương 4: Kết luận và kiến nghị Danh mục tài liệu tham khảo Phụ lục 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. TỔNG QUAN VỀ BÃ ĐẬU NÀNH 1.1.1. Giới thiệu về bã đậu nành (okara) Bã đậu nành (okara) là phần phế phẩm dạng rắn thu được sau quá trình lọc thu dịch sữa đậu nành trong quá trình sản xuất sữa đậu nành, đậu phụ (đậu khuôn) và các sản phẩm khác từ đậu nành. Bã đậu nành (Hình 1.1.) có màu trắng ngà hoặc vàng nhạt, dạng rắn tơi hơi ướt, như mùn cưa ướt, chủ yếu chứa nước (60-80%), protein (4-25%), chất xơ và các thành phần khác như lipit, khoáng chất, các vitamin [34]. Hình 1.1. Bã đậu nành [40] Bã đậu nành có chứa 6.99% H, 46.34% C, 3.99% N, 0.25% S, và 3.59% oxit kim loại. Thành phần bã đậu nành phụ thuộc vào giống đậu nành, thổ nhưỡng canh tác và công nghệ sản xuất. Phế phẩm bã đậu nành có protein chất lượng cao, đặc biệt là acid amin thiết yếu như: aspartic acid, threonine, serine, glutamic acid, glycine, alanine, cysteine, methionine, valine, isoleucine, leucine, tyrosine, ... (Bảng 1.1.) 6 Bảng 1.1. Thành phần acid amin trong bã đậu nành [32] TT Acid amin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Aspartic acid Threonine Serine Glutamic acid Glycine Alanine Cysteine + methionine Valine Isoleucine Leucine Tyrosine + phenylalanine Lysine Histidine Arginine Proline Khối lượng (mg/g protein) 117 41 50 195 46 46 26 51 51 81 95 65 28 75 36 Chất xơ đậu nành rất giàu xenlulose, chiếm khoảng 50% trọng lượng khô. Đây là một chất xơ ăn kiêng tốt, có lợi cho sức khoẻ liên quan đến chức năng tiêu hóa. Một số nghiên cứu cho thấy chất xơ trong bã đậu nành có thể làm giảm lượng mỡ trong máu và huyết áp, hạ thấp mức cholesterol trong máu, bảo vệ chống lại bệnh mạch vành, ngăn ngừa sự xuất hiện táo bón, ung thư ruột kết và điều chỉnh mức đường trong máu của bệnh nhân tiểu đường. Các thành phần khác trong bã đậu nành bao gồm khoáng chất (Bảng 1.2.), lignan, phytosterols, coumantans và phytates. Các hợp chất này có nhiều chức năng sinh lý và điều trị như chất chống oxy hoá, phòng chống các bệnh tim mạch và ngăn ngừa các tác nhân gây ung thư đối với một số loại ung thư [32]. 7 Bảng 1.2. Thành phần khoáng chất có trong bã đậu nành [32] TT 1 2 3 4 5 6 7 8 Khoáng chất P Na Ca Mg Fe Cu Mn Zn Khối lượng (mg/100g khối lượng khô) 1.35 ± 0.1 0.03 ± 0.0 0.32 ± 0.0 0.13 ± 0.0 0.62 ± 0.1 0.10 ± 0.0 0.21 ± 0.1 0.29 ± 0.1 Trong nghiên cứu này, tôi sử dụng bã đậu nành từ các cơ sở sản xuất đậu phụ được sản xuất theo sơ đồ hình 1.2. Đậu nành được làm sạch loại bỏ tạp chất, cho vào ngâm với nước nhằm mục đích làm cho hạt đậu mềm hơn, dễ tách vỏ, loại bỏ các oligosaccharide (nguyên nhân gây khó tiêu). Sau đó, đậu nành đã tách vỏ được xay và lọc thu dịch sữa đậu nành. Phần bã loại bỏ sau quá trình lọc gọi là bã đậu nành, đây chính là đối tượng nghiên cứu của đề tài. Dịch sữa đậu nành được nấu chín và đông tụ, tạo hình thu được sản phẩm đậu phụ. Trung bình cứ 1kg đậu nành sản xuất sẽ phát sinh ra 1,1kg bã đậu nành [18] Hiện nay, phần lớn bã đậu nành được bán cho các cơ sở chăn nuôi để làm thức ăn gia súc, gia cầm ở dạng thô. Tuy nhiên, đây là một phụ phẩm giàu dinh dưỡng có tiềm năng lớn trong ứng dụng sản xuất thực phẩm, chế phẩm sinh học,... bên cạnh việc sử dụng làm thức ăn chăn nuôi. Bã đậu nành được chọn là cơ chất lên men cho nghiên cứu này vì đây là nguồn nguyên liệu rẻ tiền, phong phú, dễ kiếm, có thành phần dinh dưỡng đa dạng phù hợp cho quá trình lên men. Bên cạnh đó, việc tận dụng nguồn phế phẩm bã đậu nành là một giải pháp hữu ích trong việc giải quyết vấn đề môi trường do các hoạt động sản xuất các sản phẩm thực phẩm từ đậu nành. 8 Đậu nành Loại bỏ tạp chất Ngâm, tách vỏ Xay Bã đậu nành – Đối tượng nghiên cứu Lọc Nấu dịch lọc Tác nhân đông tụ Đông tụ Ép khuôn, tạo hình Đậu phụ Hình 1.2. Quy trình thu nhận bã đậu nành của các cơ sở sản xuất đậu phụ [41] 1.1.2. Một số ứng dụng của bã đậu nành [18, 19, 32] Bã đậu nành là một phế phẩm có hàm lượng dinh dưỡng khá cao, đặc biệt là hàm lượng protein cao tùy thuộc vào giống và công nghệ sản xuất. Đây là nguồn nguyên liệu rẻ tiền cho ngành chăn nuôi và công nghệ sinh học. Một số ứng dụng của bã đậu nành: - Làm thức ăn chăn nuôi: phần lớn bã đậu nành được sử dụng làm thức ăn cho gia súc, gia cầm tại các cơ sở, trang trại chăn nuôi gần cơ sở, nhà máy sản xuất, đặc biệt là 9 làm thức ăn cho tằm vì bã đậu nành cung cấp nhiều chất dinh dưỡng, tận dụng nguồn nguyên liệu tại chỗ, giảm chi phí mua thức ăn. - Làm phân bón: bã đậu nành được sử dụng làm phân bón sinh học cung cấp dinh dưỡng cho đất phục vụ hoạt động trồng trọt. - Làm bao bì: với hàm lượng chất xơ cao, bã đậu nành đã được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất giấy gói thực phẩm. - Làm vật liệu xây dựng: bã đậu nành là thành phần chính phối hợp với đất sét và một số phụ gia để sản xuất gạch gia cố được cấp bằng sáng chế tại Nhật Bản, bã đậu nành còn được dùng làm phụ gia trong sản xuất gốm. - Làm thức ăn cho thú cưng: bã đậu nành được xử lý sấy khô và tạo thành dạng hạt, đóng gói để thuận lợi dùng làm thức ăn cho động vật nuôi cảnh. - Làm cơ chất cho quá trình lên men: bã đậu nành là nguồn cơ chất dinh dưỡng và rẻ tiền cho các quá trình lên men như lên men ethanol, methan, axit xitric, surfactin, iturin (thuốc diệt nấm), thuốc trừ sâu,...( Bảng 1.3.). Một số nghiên cứu sử dụng bã đậu nành là cơ chất lên men vi khuẩn Bacillus subtilis natto nhằm sản xuất enzyme nattokinase [24, 36]. Đây cũng là một hướng đi mới trong việc ứng dụng bã đậu nành. Bảng 1.3. Các sản phẩm lên men từ bã đậu nành [32] TT Vi sinh vật Sản phẩm 1 Aspergillus japonicus MU-2 β-Fructofuranosidase 2 NRRL 330 + NCIM 653 Citric acid 3 Bacillus natto Chất chống oxy hóa 4 Bacillus subtilis NB22 Iturin A 5 Methanogens I and II Methane 6 Lactobacillus paracasei Hydrogen 7 Lactobacillus paracasei Lactic acid 8 Bacillus subtilis B2 Chất chống oxy hóa 9 Bùn lắng Methane 10 B. subtilis Các hợp chất Phenolic 11 Flammulina velutipes Polysaccharides - Làm thực phẩm: bã đậu nành được xử lý làm thực phẩm hoặc làm nguyên liệu thay thế một số nguyên liệu truyền thống trong sản xuất thực phẩm. Bã đậu nành được sử dụng làm tương xay do thành phần dinh dưỡng cao. Bã đậu nành còn được xử lý tạo thành thực phẩm giàu chất xơ hoặc bổ sung vào các loại thực phẩm khác nhau nhờ vào đặc điểm có hàm lượng chất xơ cao và có giá trị trong hỗ trợ ngăn ngừa các bệnh khác nhau ở người.