Luận án TS Bạch Ngọc Minh: Thu nhận protein rong Chaetomorpha ứng dụng thực phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- BẠCH NGỌC MINH NGHIÊN CỨU, THU NHẬN PROTEIN TỪ SINH KHỐI RONG NƯỚC LỢ (Chaetomorpha sp.) ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Tp. Hồ Chí Minh - 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Bạch Ngọc Minh NGHIÊN CỨU, THU NHẬN PROTEIN TỪ SINH KHỐI RONG NƯỚC LỢ (Chaetomorpha sp.) ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM Chuyên ngành: Công nghệ Sinh học Mã sỗ: 9 42 02 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1.TS Hoàng Kim Anh 2.TSKH Ngô Kế Sương Tp. Hồ Chí Minh - 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Hoàng Kim Anh và PGS.TSKH Ngô Kế Sương. Các số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định.

Các kết quả nghiên cứu trong luận án do tôi tự bố trí thí nghiệm, phân tích số liệu một cách trung thực, khách quan. Các kết quả này chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác. Nghiên cứu sinh Bạch Ngọc Minh ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được luận án tiến sĩ này, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Hoàng Kim Anh và PGS.TSKH Ngô Kế Sương đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình nghiên cứu thực nghiệm và quá trình chỉnh sửa nội dung của luận án. Tôi chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo và các đồng nghiệp tại Viện Sinh học Nhiệt đới đã tạo điều kiện thuận lợi để giúp tôi hoàn thành luận án này.

Tôi đặc biệt cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Phương Thảo và các bạn trong Phòng Quản lý Tổng hợp đã hỗ trợ tôi trong các thủ tục hành chính dể hoàn thành quá trinhg học tập và thực hiện luận án này. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Học viện Khoa học và Công nghệ đã hỗ trợ tôi về mặt hành chính và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận án tại Học viện. Tôi cũng xin cảm ơn các đồng nghiệp trong Phòng Công nghệ Biến đổi Sinh học, nơi tôi công tác, đã hộ trợ tôi hết mình trong công việc và tạo nhiều điều kiện thuận lợi để tôi có thời gian học tập và thực hiện luận án. Tôi chân thành gửi lời cảm ơn đến các đơn vị hợp tác: Đại học Khoa học Tự nhiên Tp.Hồ Chí Minh, Bệnh viện 115, Trung tâm phân tích Kỹ thuật cao Sài Gòn, Viện Công nghệ Nano, Trung tâm Sâm và Dược liệu đã hỗ trợ tôi trong quá trình thực hiện luận án.

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, đã luôn bên cạnh và là nguồn động viên to lớn cho tôi để hoàn thành quá trình học tập và nghiên cứu. Trân trọng Bạch Ngọc Minh iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN. ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT. vii DANH MỤC CÁC BẢNG .viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ.

Tổng quan về rong. Tổng quan về rong biển. Protein thu nhận từ rong. Đặc điểm protein thu nhận từ rong.

Thành phần acid amin trong rong. Protein có hoạt tính sinh học. Khả năng tiêu hoá của protein. Kỹ thuật thu nhận protein.

Kỹ thuật trích ly protein. Kỹ thuật tinh sạch protein. Phương pháp kết tủa. Phương pháp thẩm tích.

Phương pháp sắc kí. Phương pháp lọc membrane. Phân tích tính chất của chế phẩm protein concentrate. Tính chất sinh học của chế phẩm protein concentrate.

Tính chất chức năng của chế phẩm protein concentrate. Khả năng hòa tan của protein. Khả năng hấp thu nước của protein. Khả năng tạo gel.

Khả năng tạo bọt. Khả năng tạo và làm bền nhũ tương. Giá trị dinh dưỡng của chế phẩm protein concentrate. Tiêu hóa protein và hấp thu protein.

Đánh giá giá trị dinh dưỡng của protein trong điều kiện in vitro. Đánh giá giá trị dinh dưỡng của protein trong điều kiện in vivo. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP. Vật liệu nghiên cứu.

Đối tượng nghiên cứu. Dụng cụ, thiết bị, hoá chất. Phương pháp bố trí thí nghiệm. Xác định các nhóm protein trong rong.

Khảo sát ảnh hưởng của quá trình xử lý nguyên liệu đến hiệu suất trích ly protein. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình trích ly protein tan trong nước có sự hỗ trợ của enzyme cellulase. Tối ưu hóa quá trình trích ly protein tan trong kiềm có sự hỗ trợ của enzyme. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình trích ly nhóm protein tan trong kiềm bằng dung môi NaOH.

Tối ưu hóa quá trình trích ly nhóm protein tan trong kiềm bằng dung môi NaOH. Nghiên cứu quá trình tinh sạch protein. Khảo sát quá trình kết tủa đẳng điện. Khảo sát quá trình kết tủa protein bằng ethanol.

Khảo sát quá trình kết tủa protein bằng muối (NH4)2SO4. Nâng cao hàm lượng protein bằng phương pháp thẩm tích. Nghiên cứu các đặc điểm hình thái và cấu trúc của chế phẩm protein từ rong. Xác định tính chất sinh học của các chế phẩm protein concentrate.

Thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn. Thử nghiệm khả năng kháng oxy hoá. Xác định tính chất chức năng của protein. Đánh giá giá trị dinh dưỡng trong điều kiện in vitro.

Khả năng tiêu hóa – in vitro protein digestibility (IVPD). Chỉ số AAS – Amino acid score. Chỉ số PDCAAS (Protein Digestibility Corrected Amino Acid Scoring). Đánh giá giá trị dinh dưỡng trong điều kiện in vivo.

Phương pháp phân tích. Phương pháp xử lý số liệu. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Thành phần protein trong rong.

Xác định thành phần sinh hóa của rong. Xác định các nhóm protein trong rong. Khảo sát ảnh hưởng của quá trình xử lý nguyên liệu đến hiệu suất trích ly protein. Quá trình trích ly nhóm protein tan trong nước với sự hỗ trợ của cellulase.

Ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình trích ly protein với sự hỗ trợ của cellulase. Tối ưu hóa quá trình trích ly nhóm protein tan trong nước. Khảo sát quá trình trích ly nhóm protein tan trong kiềm bằng dung môi NaOH. Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến quá trình trích ly protein bằng NaOH.

Tối ưu hoá quá trình trích ly nhóm protein tan trong kiềm. Đánh giá hiệu quả trích ly protein bằng các phương pháp. Nghiên cứu quá trình tinh sạch protein. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình kết tủa đẳng điện.

Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình kết tủa protein bằng ethanol. Khảo sát quá trình kết tủa protein bằng (NH4)2SO4. So sánh hiệu quả của các phương pháp kết tủa protein. Xác định tính chất của chế phẩm protein concentrate.

Thành phần protein của chế phẩm protein concentrate. Thành phần acid amin trong các chế phẩm protein. Hình thái và cấu trúc của chế phẩm protein concentrate. Xác định tính chất sinh học của chế phẩm protein concentrate.

Thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn. Thử nghiệm khả năng kháng oxy hóa của chế phẩm protein từ rong. Khả năng bắt gốc tự do DPPH. Khả năng trung hoà gốc tự do ABTS•+.

Đánh giá khả năng kết hợp với ion Fe2+. Đánh giá hoạt tính ức chế peroxy hóa lipid tế bào (thử nghiệm MDA). Xác định tính chất chức năng của protein. Khả năng hòa tan.

Khả năng hấp thu nước. Khả năng tạo bọt và ổn định hệ bọt thực phẩm. Khả năng tạo gel. Khả năng tạo nhũ.

Đánh giá giá trị dinh dưỡng trong điều kiện in vitro. Khả năng tiêu hóa – in vitro protein digestibility (IVPD). Chỉ số AAS và PDCAAS. Đánh giá giá trị dinh dưỡng của chế phẩm APC-K trong điều kiện in vivo.

Nhóm sử dụng thức ăn không chứa protein. Nhóm sử dụng thức ăn chứa protein. Hệ số tăng trọng (PER) và tỷ lệ hấp thu protein tịnh (NPR). Giá trị sinh học (Biological value – BV).

Các chỉ số máu chuột thí nghiệm. 105 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 107 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ. 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

123 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT APC algae protein concentrate protein cô đặc từ rong PC protein concentrate protein cô đặc PI protein isolate protein cô lập SFE supercritical fluid extraction trích ly bằng CO2 siêu tới hạn PLE pressurized liquid extraction trích ly bằng dung môi lỏng SEM scanning electron microscope kính hiển vi điện tử quét MF micro filtration vi lọc NF nano filtration lọc nano UF ultra filtration siêu lọc RO reverse osmosis thẩm thấu ngược BV biological value giá trị sinh học PER protein efficiency ratio hệ số tăng trọng lượng NPR Net Protein Ratio tỉ lệ hấp thu protein tịnh AAS amino acid score điểm acid amin PDCAAS Protein Digestibility Corrected Amino Acid Scoring chỉ số tiêu hoá protein dựa theo acid amin ATCC American Type Culture Collection Bảo tàng giống chuẩn vi sinh vật Mỹ viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Trang Bảng 2. Bố trí thí nghiệm cho quá trình tiền xử lý nguyên liệu. Bố trí thí nghiệm khảo sát quá trình trích ly protein có sự hỗ trợ của enzyme. Mô hình tối ưu hóa 3 yếu tố với 3 thí nghiệm tại tâm.

Bố trí thí nghiệm nghiên cứu quá trình trích ly protein tan trong kiềm bằng dung môi NaOH. Mô hình tối ưu hóa 2 yếu tố với 3 thí nghiệm tại tâm. Thành phần thức ăn được thiết kế theo AIN 93 dành cho chuột trưởng thành [101]. Kết quả phân tích thành phần sinh hóa của rong.

Kết quả phân tích các nhóm protein rong Chaetomorpha sp. Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng Phycocyanin và protein tan trong nước. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi và nồng độ enzyme đến hàm lượng Phycocyanin và protein tan trong nước. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng Phycocyanin và protein tan trong nước.

Ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng Phycocyanin và protein tan trong nước. Mô hình quy hoạch thực nghiệm và kết quả của quá trình trích ly nhóm protein tan trong nước dưới sự hỗ trợ enzyme. Ảnh hưởng của các biến độc lập đến hiệu suất trích ly protein. Ảnh hưởng của nồng độ và tỷ lệ dung môi đến hiệu suất trích ly nhóm protein tan trong kiềm.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất trích ly nhóm protein tan trong kiềm .