Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu quy trình sản xuất bromelain từ phế phẩm dứa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN VÕ MINH TÚ

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT BROMELAIN
TỪ PHẾ PHẨM DỨA

Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
Mã số: 8520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2019


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: 1/ TS. Trần Tấn Việt

2/ PGS.TS. Lê Thị Kim Phụng


Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Lê Ngọc Liễu

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Phạm Thị Hồng Phượng

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 20 tháng 07 năm 2019
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS.TS Phạm Thành Quân
2. TS. Lê Ngọc Liễu
3. TS. Phạm Thị Hồng Phượng
4. TS. Trần Tấn Việt
5. TS. Châu Ngọc Đỗ Quyên
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận vãn
đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA
KỸ THUẬT HÓA HỌC


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Trần Võ Minh Tú

MSHV: 1870271

Ngày, tháng, năm sinh: 04/09/1994

Nơi sinh: Tiền Giang

Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học

Mã số : 8520301



I. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu quy trình sản xuất Bromelain từ phế phẩm dứa
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1/ Khảo sát quá trình ưích ly enzyme từ phế phẩm dứa.
2/ Khảo sát quá trình tinh sạch enzyme bằng kỹ thuật lọc màng.
3/ Khảo sát quá trình sấy đông khô enzyme Bromelain.
4/ Nghiên cứu động học enzyme.
5/ Đánh giá chất lượng che phẩm Bromelain so với thị trường.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo trong QĐ giao đề tài) 11/02/2019
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài) 08/12/2019
V.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: 1/ TS. Trần Tấn Việt
2/ PGS. TS. Lê Thị Kim Phụng

Tp. HCM, ngày 10 tháng 06 năm 2019
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC


LỜI CẢM ƠN
Ngành công nghiệp enzyme phát triển ngày càng mạnh, mở ra những cơ hội và thách thức lớn,
đặc biệt là enzyme từ nguồn phế phẩm Dứa ở một quốc gia nồng nghiệp là ngành phát triển nhất như
Việt Nam. Trước hiện trạng đó, vẩn đề nghiên cứu cẩp thiết được đặt ra và sau không ít những khó
khăn, trở ngại nhưng với sự nỗ lực của bản thân cùng sự hỗ trợ của Thầy Cô, gia đình, đồng nghiệp
và bạn bè, luận án đã hoàn thành.
Tôi xỉn gửi lời tri ân sấu sẳc đến Thầy, Cô hướng dẫn khoa học là TS. Trần Tấn Việt và PGS.
TS. Lê Thị Kim Phụng - những người đã tận tình hướng dẫn, định hướng và hỗ trợ tôi rẩt nhiều từ
những ngày đầu tiên thực hiện đề tài cho đến tận ngày hôm nay.
Tôi xin gửi lòng biết ơn đến quý Thầy, Cô trong khoa Kỹ thuật hóa học và phòng thí nghiệm
nhiên liệu sinh học và biomass — Viện nghiên cứu năng lượng bền vững - Đại học Bách khoa Thành
phố Hồ Chỉ Minh cũng như các anh chị trong phòng phân tích trung tâm, trường Đại học Khoa Học
Tự Nhiên TP.HCM luôn giúp đỡ tôi trong suốt thời gian làm thí nghiệm với điều kiện tốt nhất.
Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn vô hạn đến gia đình và ba mẹ - chính gia đình là nguồn động
lực giúp tôi kiên trì vượt qua mọi khó khăn, quyết tâm hoàn thành luận án.
Luận án này là món quà vô giá tôi xin trân trọng dành tặng cho Gia đình, Thầy Cô - những người
luôn yêu thương, bên cạnh tôi trong cuộc song cũng như trong sự nghiệp.
TPHCM, ngày 10 tháng 06 năm 2019
TRẦN VÕ MINH TÚ


ii
TÓM TẮT LUẬN VĂN

Việt Nam là một quốc gia có nền nông nghiệp phát triển đặc biệt là cây ăn quả. Trong đó,
dứa là một loại cây ăn quả được trồng phổ biến ở đồng bằng sông Cửu Long với năng suất đứng
thứ 14 trên thế giới với trên 500,000 tấn/năm theo thống kê của FAO 2017. Bên cạnh đó, có
khoảng 50% khối lượng quả dứa là phế phẩm bao gồm: chồi, vỏ, mắt và lá, đây là nguồn nguyên
liệu dồi dào nhiều tiềm năng để thu nhận các enzyme protease. Do đó, luận văn “Nghiên cứu
quy trình sản xuất Bromelain từ phế phẩm dúa” đã được đề xuất phương pháp chiết tách, tinh
sạch, tạo chế phẩm enzyme có giá trị sử dụng cao từ phế liệu. Nghiên cứu đã đúc kết được những
kết quả như sau:
1- Điều kiện tốt nhất để trích ly enzyme từ phế phẩm dứa: tỷ lệ nguyên liệu/dung môi là 1/2
(w/v) với dung môi trích ly là dung dịch đệm photphat 1/15 M, pH 7,0, nhiệt độ 4°c, thời
gian 10 phút với sự hỗ trợ siêu âm.
2- Sử dụng phương pháp lọc màng có thể tinh sạch enzyme qua ba giai đoạn lọc: dịch thô
được lọc qua màng MF lpm và 0,2pm, siêu lọc UF -100 kDa với hiệu suất 92,13% và NF
-10 kDa để thu enzyme tinh sạch với độ tinh sạch 1,37 lần.
3- Sử dụng kỹ thuật sấy đông khô để tạo chế phẩm Bromelain: sữa tách béo được chọn làm
chất trợ sấy với nồng độ 10% và tỷ lệ chất trợ sất/dịch tinh sạch (v:v) là 1/4. Chế phẩm
sau sấy được đánh giá một số tính chất: enzyme tinh sạch cho thấy sự ổn định ở pH 7,0,
protease được giữ lại 80% hoạt độ trong 2 giờ; enzym giữ được độ ổn định hơn 90% ở
30°C sau một giờ ủ sau đó hai giờ giảm còn 71%; hằng số động học Km và Vmax để thủy
phân chất nền gelatin bằng protease tinh sạch lần lượt là 11,98 (mg/ml) và 111,11
(GDU/g/phút).
4- Chế phẩm được mang đi kiểm tra chất lượng theo tiêu chuẩn của bộ y tế và một số công
bố chất lượng từ các nhà sản xuất enzyme lớn trên thế giới: sản phẩm đạt yêu cầu về cảm
quan, vi sinh. Trong đó, hàm lượng vitamin c và hàm lượng Bromelain lần lượt là 746,2
pg/g và 229,2 mg/g.


iii

ABSTRACT

Vietnam is a country with developed agriculture, especially fruit trees. Pineapple is among
one of the most popular fruit trees that is grown in the Mekong Delta with its productivity peaked
14th in the world with over 500,000 tons/year according to FAO in 2017. Besides, about 50% the
mass of pineapples are waste including: crowns, peels, eyes and leaves, which are a rich source
of potential materials to acquhe protease enzymes. Therefore, the thesis "The process of
producing Bromelain from pineapple waste" has proposed method of extracting, purifying,
creating enzyme products with high nutrition value from pinepple waste. The research has
summarized the following results:
1/ Optimal conditions for extracting enzymes from pineapple waste products: raw ratio
material/solvent: 1/2 (w/v) with solvent extraction is phosphate buffer solutio 1/15 M, pH 7.0,
4°c temperature in 10 minutes with the support of ultrasonic.
2/ Using membrane filtration method can purify enzyme through three stages of filtration:
raw extract is filtered through MF membrane 1pm and 0.2 pm, UF membrane filter ~100 kDa
with efficiency of 92.13% and NF ~10 kDa to collect purified enzyme with purity of 1.37 folds.
3/ Use the freeze-drying technique to create Bromelain powder: skim milk is selected as
a cryoprotectant at a concentration of 10% and the ratio of liquid/cryoprotectant (v:v) is 1/4.
After-drying preparations were assessed some properties: purified enzyme showed stability at
pH 7.0, protease was retained 80% of activity in 2 hours; over 90% enzymes retained stability at
30°C after one hour of incubation then two hours reduced to 71%; Km and Vmax kinetic
constants to hydrolyze gelatin substrate with purified protease are 11.98 (mg/ml) and 111.11
(GDU/g/min) respectively.
4/ The product is taken out for quality inspection according to the standards of the
Ministry of Health and some quality claims from major enzyme manufacturers in the world:
products meet the requirements of sensory and microbiological. The amount of vitamin c and
Bromelain content are 746.2 pg/g and 229.2 mg/g respectively.


iv

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu và kết quả trình bày
trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn
Trần Võ Minh Tú


V

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG ......................................................................................... viii
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................ ix
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................... xi
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU ...................................................................................... xii
1.1

Đặt vấn đề ............................................................................................ xii

1.2

Đối tượng nghiên cứu .......................................................................... xii

1.3

Nội dung nghiên cứu........................................................................... xiii

CHƯƠNG 2 TÔNG QUAN ................................................................................. 1
2.1

Giới thiệu về dứa ................................................................................... 1

2.1.1 Khái quát chung ............................................................................... 1
2.1.2 Giá trị dinh dưỡng trong dứa ........................................................... 1
2.1.3 Tình hình sản xuất trên thế giới và Việt Nam ................................. 2
2.1.4 Phế phẩm dứa .................................................................................. 4
2.1.5 Tình hình nghiên cứu các ứng dụng từ phế phẩm dứa trên thế giới
và Việt Nam ......................................................................................................... 5
2.2

Enzyme .................................................................................................. 6

2.2.1 Khái quát về enzyme ....................................................................... 6
2.2.2 Enzyme bromelain ........................................................................... 7
2.2.3 Công dụng của enzyme Bromelain .................................................. 9
2.2.4 Các chất bảo vệ enzyme ................................................................ 12
2.3

Các nghiên cứu về enzyme Bromelain ................................................ 13

2.3.1 Chiết tách enzyme ......................................................................... 13
2.3.2 Các phương pháp tinh sạch Bromelain .......................................... 14


vi

2.3.3 Các phương pháp sấy enzyme Bromelain ..................................... 19
2.3.4 Nghiên cứu động học enzyme ....................................................... 22
CHƯƠNG 3 NỘI DUNG THựC HIỆN ............................................................. 26
3.1

Đối tượng và phương pháp nghiên cứu ................................................ 26

3.1.1 Nguyên liệu..................................................................................... 26
3.1.2 Hóa chất .......................................................................................... 26
3.2

Phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 28

3.2.1 Quy trình chung .............................................................................. 28
3.2.2 Trích ly enzyme trong phế phụ phẩm dứa ...................................... 30
3.2.3 Tinh sạch enzyme bàng kỹ thuật lọc màng..................................... 30
3.2.4 Sấy đông khô enzyme ..................................................................... 33
3.2.5 Xác định một số yếu tố ảnh hưởng đến enzyme protease .............. 34
3.2.6 Đánh giá chất lượng sản phẩm ....................................................... 35
3.3

Các phương pháp phân tích .................................................................. 35

3.3.1 Hàm lượng protein tổng.................................................................. 35
3.3.2 Hoạt độ enzyme .............................................................................. 37
3.3.3 Độ ẩm ............................................................................................. 38
3.3.4 Hàm lượng Bromelain (HPLC-RID) .............................................. 39
3.3.5 VitamineC ....................................................................................... 39
3.3.6 Vi sinh vật ....................................................................................... 40
3.4

Công thức tính toán .............................................................................. 42

3.5

Phương pháp xử lý số liệu .................................................................... 42

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ......................................................... 43
4.1

Khảo sát quá trình trích ly thu nhận dịch enzyme thô .......................... 43

4.1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình trích ly ...............................43


vii

4.1.2 Ảnh hưởng của pH đến quá trình trích ly .......................................44
4.1.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ rắn lỏng đến quá trình trích ly.......................45
4.1.4 Ảnh hưởng của thời gian chiết đến quá trình trích ly .....................46
4.2

Khảo sát quá trình tinh sạch enzyme bằng phương pháp lọc màng....47

4.3

Khảo sát quá trình sấy đông khô ..........................................................54

4.3.1 Khảo sát loại chất trợ sấy ...............................................................54
4.3.2 Khảo sát nồng độ chất trợ sấy ........................................................56
4.3.3 Khảo sát tỷ lệ chất trợ sấy và chiết xuất enzyme............................57
4.4

Nghiên cứu động học enzyme ..............................................................58

4.4.1 Ảnh hưởng pH đến độ bền của enzyme .........................................58
4.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền của protease tinh sạch.......... 59
4.4.3 Động học phản ứng enzyme bằng phương pháp LineweaverBurk .....................................................................................................................59
4.5

Đánh giá chất lượng sản phẩm .............................................................61

CHƯƠNG 5KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................63
5.1

Kết luận ................................................................................................63

5.2

Kiến nghị ..............................................................................................63

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................65
PHỤ LỤC ............................................................................................................73


8
DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Thành phần của các giống dứa ở Việt Nam ................................................ 1
Bảng 2.2: Top 10 quốc gia có sản lượng dứa cao nhất trên thế giới trong những năm
1990, 2000,2014 ........................................................................................................... 3
Bảng 2.3: Các thông số vận hành được báo cáo trong quá trình vi lọc MF của nước
ép dứa ......................................................................................................................... 17
Bảng 2.4: Các thông số vận hành được báo cáo trong quá trình siêu lọc nước ép dứa
.................................................................................................................................... 18
Bảng 3.1: Các chỉ tiêu và phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm ..................... 35
Bảng 3.2: Chuẩn bị đường chuẩn Albumin ................................................................ 36
Bảng 3.3: Xác định hoạt tính của enzyme .................................................................. 38
Bảng 3.4: Các thông số chạy máy HPLC-UV ............................................................ 39
Bảng 4.1: Độ tinh sạch và hiệu suất thu hồi qua quá trình lọc ................................... 52
Bảng 4.2: Kết quả kiểm tra chất lượng sản phẩm ...................................................... 61


9
DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Phân bố địa lý của dứa năm 2018................................................................. 2
Hình 2.2: Phân bố địa lý của năng xuất dứa Việt Nam năm 2018 ............................... 4
Hình 2.3: cấu trúc hóa học của Bromelain ................................................................... 8
Hình 2.4: Sơ đồ biểu diễn máy sấy phun .................................................................... 19
Hình 2.5: Sơ đồ biểu diễn hệ thống sấy đông khô ...................................................... 22
Hình 2.6: Biến thiên vận tốc phản ứng theo nồng độ cơ chất .................................... 24
Hình 2.7: Sụ phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ cơ chất theo LineweaverBurk ............................................................................................................................ 25
Hình 3.1: Phế phẩm dứa ........................................................................................... 26
Hình 3.2: Hệ thống vi lọc (MF) ............................................................................... 27
Hình 3.3: Hệ vi lọc UF (trái) - Hệ lọc nano NF (phải) ............................................... 28
Hình 3.4: Máy sấy đông khô Eyela FDU-2110 .......................................................... 28
Hình 3.5: Quy trình tạo chế phẩm enzyme Bromelain từ phế phẩm Dứa .................. 29
Hình 3.6: Hệ thống lọc MF......................................................................................... 31
Hình 3.7: Quy trình sấy đông khô .............................................................................. 33
Hình 3.8: Khảo sát scan buớc sóng ............................................................................ 36
Hình 3.9: Đuờng chuẩn BSA ...................................................................................... 37
Hình 4.1: Ảnh huởng của nhiệt độ trích ly đến hoạt độ protease ............................... 43
Hình 4.2: Ảnh huởng của pH đến hoạt độ protease.................................................... 45
Hình 4.3: Ảnh huởng của tỷ lệ lỏng/rắn đến hoạt độ protease ................................... 46
Hình 4.4: Ảnh huởng của thời gian trích ly đến hoạt độ protease .............................. 47
Hình 4.5: Hoạt độ của enzyme thông qua quá trình vi lọc ......................................... 49
Hình 4.6: Tốc độ dòng permeate và thu hồi enzyme theo thể tích dịch chiết tinh sạch
.................................................................................................................................... 50
Hình 4.7: Tốc độ dòng permeate và độ tinh sạch theo VFR ...................................... 51
Hình 4.8: So sánh độ tinh sạch của enzyme Bromelain thông qua sắc ký đồ HPLC
.................................................................................................................................... 53
Hình 4.9: Ảnh huởng của các loại chất trợ sấy đến hàm luợng protein và hoạt độ
enzyme ........................................................................................................................ 55


Hình 4.10: Ảnh hưởng của nồng độ chất trợ sấy đến hàm lượng protein và hoạt độ enzyme
..................................................................................................................................... 56
Hình 4.11: Ảnh hưởng của tỉ lệ chất trợ sấy đến hàm lượng protein và hoạt độ enzyme57
Hình 4.12: Ảnh hưởng của pH theo thời gian đến hoạt độ tương đối của protease..58 Hình 4.13:
Ảnh hưởng của nhiệt độ theo thời gian đến hoạt độ tương đối của protease .............. 59
Hình 4.14: Tuyến tính hóa dữ liệu động học của quá trình thủy phân gelatin ........... 60


xi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Man

Mannose

Fruc

Frucose

Xyl

Xylose

GlcNAc

N-acetylglycosamine

RFLP

Restriction fragment length polymorphism

TOSC

Total oxyradical scavenging capacity

AEDA

Aroma extract dilution analysis

SAFE

Solvent-assisted flavor evaporation

MS

Murashige and Skoog

BA r1

benzyladenine

MF

Micro-filtration

UF

Ultra-filtration

NF

Nano-filtration


12
CHƯƠNG 1 MỞĐẰU
1.1

Đặt vấn đề

Việt Nam là một quốc gia thuộc khu vực khí hậu nhiệt đới thích hợp với nhiều loại
cây ăn trái trong đó cây dứa là loài cây quen thuộc được trồng hầu hết trên cả nước tập trung
chủ yếu ở đồng bằng sông Cửu Long và Sông Hồng với năng suất đứng thứ 14 trên thế giới
với trên 500,000 tấn/ năm theo thống kê của FAO 2017. Tuy nhiên ở nước ta dứa hầu như
chỉ được biết đến như một loại trái cây để sản xuất nước ép hay làm thực phẩm sấy khô trong
khi phế phẩm của nó chiếm hơn 50% trọng lượng quả dứa. Thế nhưng trong phế phẩm từ
dứa có chứa rất nhiều chất dinh dưỡng đặc biệt là enzyme Bromelain với nhiều công dụng
nổi bật như chống viêm, trị tiêu chảy, rối loạn tiêu hóa, chống ung thư v.v. Enzyme
Bromelain không tồn tại độc lập mà hòa tan trong dịch dứa với nhiều chất khác như đường,
vitamin, và các chất khác không phải enzyme. Do đó việc loại bỏ bớt tạp chất và cô đặc
Bromelain là cần thiết khi sản xuất enzyme.
Mặc dù trên thế giới đã có nghiên cứu về vấn đề này nhưng giá thành khi nhập về đến
Việt Nam rất cao trong khi đó các công trình nghiên cứu về enzyme Bromelain này ở nước
ta còn hạn chế với quy mô nhỏ lẻ chưa có ứng dụng nhiều trong sản xuất chế phẩm thương
mại. Do đó việc tận dụng nguồn phế phẩm này để tạo ra Bromelain là một công trình có ý
nghĩa thực tiễn cao nhằm góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra giá trị về
kinh tế. Chính những lí do trên, tôi chọn đề tài: Nghiên cứu qui trình sản xuất Bromelain từ
phế phẩm dứa làm đề tài nghiên cứu, nhằm xây dựng quy trình chiết, tinh sạch và cô đặc

Bromelain hiệu quả.
1.2

Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là enzyme Bromelain có trong phế phẩm Dứa. Trong
đề tài này tôi thực hiện các quá trình chiết tách, tinh sạch bằng hệ thống màng sau đó sấy
thành bột Bromelain tại Trung tâm nghiên cứu lọc hóa dầu - ĐH Bách Khoa TPHCM và
phòng thí nghiệm Biomass. Chất lượng sản phẩm được phân tích tại Phòng phân tích trung
tâm - ĐH Khoa Học Tự Nhiên TPHCM và trung tâm CASE.


13
1.3

Nội dung nghiên cứu

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly enzyme.
Các thông số ảnh hường đến quá trình tinh sạch.
Khảo sát ảnh hưởng chất trợ sấy đến quá trình đông khô tạo chế phẩm Bromelain.
Nghiên cứu động học enzyme.
Đánh giá chất lượng chế phẩm với một số sản phẩm trên thị trường.


CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN
2.1

Giói thiệu về dứa
2.1.1

Khái quát chung

Dứa là một trong những loại trái cây nhiệt đới có sản lượng đứng thứ 3 trên thế giới
sau chuối và cam quýt và có nguồn gốc ở Nam Mỹ (Brazil, Argentina, Paraguay). Dứa
thuộc họ Bromeliaceae, chi Ananas tên khoa học là Ananas comosus L. Merryl[Y\. Tương
tự như các loại trái cây khác, dứa đóng vai trò quan họng trong chế độ ăn uống của chúng
ta vì có chứa enzyme, protein, vitamin và khoáng chất. Thịt dứa tươi có thể dùng để sản
xuất thành một loạt các sản phẩm như dứa đóng hộp, nước ép dứa cô đặc, và mứt dứa[2].
Trên thế giới có khoảng 60-70 giống dứa, gồm 7 nhóm trong đó có 3 nhóm chính là
nhóm Cayen, nhóm Queen và nhóm Spanish[3].
2.1.2

Giá trị dinh dưỡng trong dứa

Bảng dưới đây cho thấy thông tin về giá trị dinh dưỡng của ba loại dứa chính ở
Việt Nam.
Bảng 2.1: Thành phần của các giống dứa ở Việt Nam (giá trị/lOOg dứa)

Thành phần

Smooth Cayenne

Pineapple MD2

Queen

Nước

87g

86g

89g

Năng lượng

190kJ

215kJ

186kJ

Protein

0.55g

0.53g

0.45g

Total lipid (fat)

0.13g

o.llg

0.10g

Carbohydrate
Fiber

11.82g

13.50g
1.4g

10.22g
1.3g

Đường tong

8.29g

10.32g

7.02g

Fructose

1.94g

2.15g

Tinh bột

0.047g

Sắt

0.25mg

0.28mg

0.23mg

Magnesium

12mg

12mg

12mg


2
Phosphorus

9mg

8mg

7mg

Potassium

125mg

108mg

45mg

Kẽm
Copper

0.08mg
0.081mg

0.12mg
0.113mg

0.08mg
0.095mg

Vitamin c

16.9mg

56.4mg

21.09mg

Vitamin B1

0.078mg

0.080mg

0.08 lmg

Vitamin B2

0.029mg

0.033mg

0.02 lmg

Số liệu cho thấy dứa có độ ẩm khá cao (> 85g/100 g mẫu) cung cấp lượng năng
lượng lớn (-200 KJ/100 g mẫu). Ngoài ra dứa cũng chứa một lượng tương đối vitamin c,
magie, carbohydrate, canxi.
2.1.3

Tình hình sản xuất trên thế giói và Việt Nam

- Trên thế giới:
Dứa là nông sản có ý nghĩa hết sức quan trọng, đứng thứ 2 sau chuối; đóng góp trên
20% sản lượng trái cây nhiệt đới trên thế giới.

Hình 2.1: Phân bố địa lý của dứa năm 2018

Top 10 quốc gia sản xuất dứa lớn thay đổi qua các năm, tuy nhiên Brazil,


3
Philippines vẫn là 2 nước có sản lượng dứa trong top 3 qua nhiều năm. Từ số liệu ta thấy
năng suất dứa trên thế giới tăng khá nhanh, cho thấy mức độ phát triển cũng như sự ưa
chuộng mà trái dứa mang lại [4].
Bảng 2.2: Top 10 quốc gia có sản lưựng dứa cao nhất trên thế giói trong những năm
1990,2000,2014

1990

2014

2000

Thái Lan

1865

Thái Lan

2248

Costa Rica

2915

Philippines

1421

Brazil

2004

Brazil

2646

Brazil

1104

Philippines

1559

Philippines

2507

Ấn Độ

Ấn Độ

1915

Costa Rica

1020
903

Thái Lan

Nigeria

881
763

Indonesia

1835

USA

521

Nigeria

885

Ấn Độ

1737

Việt Nam

468

Trung Quốc

856

Nigeria

1465

Trung Quốc

462

Kenya

Trung Quốc

1433

Mexico

455

Mexico

606
522

Mexico

817

Costa Rica

423

Indonesia

399

Ghana

661

- Ở Việt Nam:


4

I Over 100,000 tonnes
I 10,000 to 70,000 tonnes
1,000 to 6,000 tonnes

Hình 2.2: Phân bố địa lý của nâng xuất dứa Việt Nam nãm 2018

Ở nước ta dứa được trồng từ Bắc đến Nam, diện tích trồng cả nước khoảng 40.000
ha với sản lượng khoảng 500.000 tấn trong đó 90% ở phía Nam. Các tỉnh trồng nhiều dứa
ở miền Nam là Kiên Giang, Tiền Giang, Cà Mau, cần Thơ, Long An. Năng suất quả bình
quân một năm ở các tỉnh phía Bắc là 10 tấn/ha và ở miền Nam là 15 tấn/ha [3].
Trong năm cây dứa ra hoa nhiều vụ. Ở miền Bắc, vụ chính ra hoa vào tháng 2-3,
thu hoạch tháng 6-7; trái vụ ra hoa tháng 6-8, thu hoạch tháng 10-12. Ở miền Nam, cây
dứa có thể ra hoa quanh năm, song thường tập trung vào tháng 4-5 và tháng 9-10 [3],
2.1.4

Phế phẩm dứa

Hơn 50% khối lượng của quả dứa là phế phẩm (lá, cùi, vỏ, chồi). Hằng năm có hơn
250,000 tấn phế phẩm dứa thải ra môi trường. Đây là nguồn nguyên liệu dồi dào sẵn có
cho những nhà máy sản xuất Bromelain và thức ăn gia súc.
2.1.5

Tình hình nghiên cứu các ứng dụng từ phế phẩm dứa trên thế giói và Việt Nam

2.1.5.1 Trên thế giới
- Nghiên cứu những hợp chất có khả năng chống oxy hóa từ phế phẩm dứa. Năm 2002,
Jie Sun và các cộng sự đã chỉ ra rằng khả năng chống oxy hóa từ 100 g dứa tương
đương với 298 mg vitamin c bằng cách phân tích hàm lượng phenolic dạng tự do và
dạng liên kết sau đó sử dụng phương pháp TOSC để đo tổng hoạt tính chống oxy hóa
[5]. Kết quả thu được tuy không cao nhưng cũng cho thấy hiệu quả của trái dứa đối
với khả năng chống oxy hóa.


5
- Sản xuất ethanol từ nước dứa và phế phẩm dứa. Nhận thấy lượng dứa có chất lượng
thấp bị bỏ đi rất lớn trên thế giới, K. Tanaka và cộng sự đã nghiên cứu khả năng sản
xuất ethanol từ nước dứa bằng cách thủy phân saccharose thành glucose và fructose,
sau đó lên men bằng vi sinh vật z. mobilis ATCC 10988. Kết quả cho thấy nước ép từ
dứa bị loại bỏ là nguồn nguyên liệu giá rẻ để sản xuất ethanol [6].
- Nghiên cứu hoạt tính kháng nấm từ phế phẩm lá dứa. Năm 2005, T. Taữa, N. Toma
và M. Ishihara đã xác định được 3 chitinase từ lá dứa bằng cách sử dụng cột sắc kí ái
lực cao. Kết quả thu nhận cho thấy PL Chi-A không có hoạt tính kháng nấm trong khi
PL Chi-B có hoạt tính kháng nấm mạnh đối với Trichoderma ở nồng độ ion thấp. Đối
với nồng độ ion cao thì hoạt tính kháng nấm của PL Chi-B và c tương ứng là mạnh và
yếu [7].
2.1.5.2 Ở Việt Nam
- Phạm Thị Trân Châu và ctv (1987) nghiên cứu một số tính chất của enzyme Bromelain
tách từ chồi dứa tây cho thấy trong chồi dứa có chứa hai protease và Bromelain có hoạt
tính cực đại ở pH 6,5 và nhiệt độ tối ưu là 60 °C[8J.
- Lê Thị Thanh Mai (1997) nghiên cứu các phương pháp tinh sạch và ứng dụng
Bromelain cho thấy có thể thu nhận bromelain theo phương pháp kết tủa bằng aceton
hay cô đặc theo phương pháp siêu lọc rồi kết tủa bằng aceton, cũng như có thể tinh sạch
bromelin bằng phương pháp lọc gel Sephadex G75 với hiệu suất cao [9].
- Nghiên cứu về quá trình lên men từ chất thải dứa. Năm 2015, Nguyễn Thúy Nga và
Nguyễn Thế Trang đã nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình lên men chất thải từ dứa
bằng Methanobacterium. Nhận thấy chất thải dứa thu được sau quá trình sản xuất chiếm
tới 30-50% trọng lượng nguyên liệu; tuy nhiên trong những chất thải này còn chứa
lượng đường, albumin, lipid và vitamin có thể phân hủy dưới tác động của vi sinh vật.
Sau khi nghiên cứu, nhóm tác giả nhận thấy chất thải dứa là nguyên liệu tốt để lên men
tạo nguồn khí biogas lớn, điều này không những tạo nên những lợi ích to lớn trong kinh
tế mà còn giúp bảo vệ môi trường[10].
- Nghiên cứu ảnh hưởng của siêu âm lên pectinase trong quá trình chế biến nước dứa từ
bã. Năm 2011, Lê Văn Việt Mẩn và cộng sự đã nghiên cứu tập trung vào tác động của
siêu âm đến hoạt tính xúc tác pectinase. Kết quả cho thấy sự thay đổi về thời gian và
nồng độ enzyme gây ảnh hưởng lớn đến hoạt tính pectolytic. Dung dịch sử dụng là


6
pectinase chứa 63,3 đơn vị polygalacturonase/ml được siêu âm trong 60s với công suất
225 w. Kết quả thu được pectinase tăng 5,6 % so với dung dịch ban đầu. Từ đó cho
thấy trong điều kiện nhất định siêu âm không làm giảm hay biến tính enzyme mà còn
giúp tăng chất lượng nước dứa thu được [11].
2.2

Enzyme

2.2.1

Khái quát về enzyme

Enzyme là một loại protein hoạt động như một loại xúc tác sinh học trong tế bào
sống. Nó giúp tăng tốc độ và khả năng phản ứng hóa sinh mà không bị hao hụt hay mất
đi sau quá trình phản ứng[12].
Enzyme tồn tại trong hầu hết tế bào động vật, thực vật và vi sinh vật, có thể xúc tác
các phản ứng ngay ở trong và ngoài cơ thể.
Xúc tác enzyme có các ưu điểm như:
- Làm giảm năng lượng hoạt hóa cần thiết của các phản ứng hóa học.
- Làm tăng tốc độ phản ứng nhưng không làm thay đổi chiều phản ứng.
- Có tính đặc hiệu cao: mỗi enzyme đều có tính chọn lọc cao đối với một cơ chất hoặc
một phản ứng nhất định, một vài enzyme có tính đặc hiệu hóa học lập thể (đặc hiệu
quang học).
Cơ chế xúc tác của enzyme:
E+S -> ES -> ES*^ E+P
- Ở giai đoạn 1: cơ chất s liên kết với enzyme E bằng liên kết yếu tạo ra phức hợp
enzyme-cơ chất. Phản ứng này thường rất nhanh và đòi hỏi một ít năng lượng.
- Ở giai đoạn tiếp theo: enzyme tác động lên cơ chất làm biến đổi cấu hình không gian
và các liên kết bên trong cơ chất, từ đó phá vỡ liên kết và tạo ra sản phẩm.
- Giai đoạn cuối cùng: sản phẩm được tạo ra tách khỏi enzyme.
—> Do đó chỉ cần 1 lượng năng lượng nhỏ cũng làm biến đổi cơ chất s thành sản
phẩm p.
2.2.2

Enzyme bromelain

Trong dịch chiết thô từ thân dứa có tới 4 protein cysteine là Bromelain thân (thành
phần chính), Ananain, Comosain (thường gộp chung vô nhóm Ananain do khi chạy sắc kí
thì Comosaỉn thường trùng peak với Ananaỉrì) và Bromelain quả. Còn trong dịch chiết từ


7
trái dứa chứa chủ yếu là Bromelain quả và 1 lượng nhỏ Bromelain thân. Ananain có trọng
lượng phân tử gần bằng Bromelain quả trong khi Bromelain thân thì lớn hơn. Tuy Ananaỉn
và Bromelain khác nhau về hoạt lực với cơ chất nhưng Ananaỉn chỉ chiếm vài phần trăm
trong tổng số protein trong dứa nên không cần phân tách trong quá trình tinh sạch[13].
Bromelain là một loại enzyme thu được từ thân và trái dứa chứa nhóm sulfhydryl
thủy phân protein, chiếm khoảng 50% tổng lượng protein trong dứa. Ngoài ra trong dịch
chiết Bromelain còn chứa 1 ít peroxidase, acid phosphate, một vài chất ức chế protease;
tuy nhiên peroxidase chỉ tồn tại trong dứa tươi, còn khi lưu trữ Bromelain từ 3-6 tháng thì
peroxidase sẽ biến mất [14],
Bromelain có trọng lượng phân tử khoảng 30 kDa [15]. Người ta đã tìm được 2
loại Bromelain từ cây dứa là Bromelain thân (từ gốc dứa) và Bromelain quả (từ trái dứa);
cả 2 loại này đều thuộc nhóm EC 3.4.22.4. Thành phần chính của Bromelain thân là
proteinase F4, F5 và proteinase F9; tuy proteinase F9 chỉ chiếm 2% tổng lượng protein
nhưng hoạt tính lại cao hơn khoảng 15 lần so với thành phần chính là F4. Bromelain thân
là một chuỗi 212 amino acid hoàn chỉnh, thường bắt đầu chuỗi bằng valine hoặc alanin.
Đối với pH, proteinase F4 và F5 tối ưu ở pH=4~4,5; trong khi F9 có pH tối ưu là trung
tính [16].
Bromelain quả có amino acid ở đầu và cuối chuỗi đều là alanin; là 1 protein đơn
giản, không chứa đường amino hay carbohydrate có trọng lượng phân tử khoảng 31kDa,
pH = 4,6; một phần chuỗi amino acid là Ala-Val-Pro-Gln-Ser-Ile- Asp-Trp-Arg-Asp-TyrGly-Ala. Trong khi Bromelain thân là một glycoprotein cơ bản, có chứa một vài nhóm
monosaccharide. Trình tự acid amin trong Bromelain quả và thân giống hệt nhau, chỉ có
khác nhau khối lượng, số lượng và cách sắp xếp các amino acid nhưng cũng thể hiện sự
khác biệt đáng kể tới hoạt tính xúc tác. Giá trị pH tối ưu là 8,0 và 8,3 đối với hemoglobin
và casein [17].
2.2.2.7 Cấu tạo hóa học
Năm 1970, Yoko Yasuda và cộng sự đã nghiên cứu cấu trúc của Bromelain thân và
chỉ ra trong 1 đơn vị carbohydrate của Bromelain chứa 3 mannose, 1 frucose, 1 xylose
và 2 N-acetylglycosamine [18]
Fruc


8

OH

Hình 2.3: cấu trúc hóa học của Bromelain

Từ thực nghiệm ta thấy Bromelain thân có hoạt tính enzyme cao hơn nhiều so với
Bromelain quả khi cho 2 enzyme này thủy phân gelatin [15].
2.2.2.2 Các yểu tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme Bromelain
- Ảnh hưởng bởi cơ chất: trên những cơ chất khác nhau thì Bromlain có hoạt tính khác
nhau. Neu cơ chất là Hemoglobin thì khả năng phân giải của Bromelain mạnh hơn
Papain 4 lần, nếu cơ chất là Casein thì hoạt tính Bromelain tương tự như Papain hoặc
nếu là BAEE (Benzoyl-L-Arginine ethyl ester) thì hoạt tính Bromelain chỉ bằng 0,065
lần so với Papain [19].
- Ảnh hưởng bởi nhiệt độ.
- Ảnh hưởng bời pH: Xác định sự ảnh hưởng của enzyme Bromelain bởi pH bằng cách
thử với Hemoglobin, ta thấy pH=2,9 và nhiệt độ =37°c là điều kiện enzyme hoạt động
tối ưu. Còn khi thử với Azoalbumin thì pH=7,5 và pH=6,5 đối với Azocasein , cùng ở
nhiệt độ 55°c [20]. Như vậy pH tối ưu của Bromelain không ổn định mà phụ thuộc vào
nhiệt độ, thời gian phản ứng, bản chất và nồng độ cơ chất, độ tinh sạch của enzyme,
bản chất dung dịch đệm, sự hiện diện của chất tăng hoạt [12].
- Ảnh hưởng bởi ion kim loại: hoạt tính của Bromelain bị ức chế mạnh bời HgCh, thực
tế cho thấy hoạt lực sẽ giảm 50% khi có HgCh 0,45.10'6M [19].
- Ảnh hưởng bời trạng thái và điều kiện bảo quản.
2.2.3

Công dụng của enzyme Bromelain

2.2.3.1 ứng dụng trong y học


9
Năm 2001, Christian R. Engwerda và cộng sự đã nghiên cứu sự tác động của
enzyme Bromelain lên quá trình đáp ứng miễn dịch. Bằng cách thử hoạt tính in vitro trên
tế bào lá lách chuột và in vivo trên chuột cái từ 6-8 tuần tuổi đã nhận thấy Bromelain có
thể tăng cường receptor tế bào T (T cell receptor- TCR) và kích thích sự phát triển tế bào
T qua CD28 trong splenocyt bằng cách tăng costimulatory. Tuy vậy Bromelain đồng thời
làm giảm sản xuất IL-2 trong splenocyt, được coi như tín hiệu kích thích tế bào T. Do đó,
Bromelain được nhận định là vừa kích thích và ức chế đáp ứng miễn dịch, có ý nghĩa quan
trọng trong việc sản xuất vaccine hay thuốc điều hòa miễn dịch, thuốc chống viêm từ cây
dứa [21],
Năm 1999, Klaus Eckert và cộng sự đã nghiên cứu tác động của Bromelain lên tế
bào ung thu vú. Nghiên cứu đuợc thục hiện bằng đuờng uống trên 20 bệnh nhân ung thu
vú chua từng sử dụng thuốc hay liệu pháp chữa trị nào, với tình trạng bệnh >70 % và độ
tuổi trung bình là 56. Song song với 20 bệnh nhân này, Klaus Eckert và cộng sụ cũng
kiểm tra ảnh huởng trên 17 nguời tình nguyện khỏe mạnh với độ tuổi từ 28-51. Bromelain
đuợc dùng trong 10 ngày với liều dùng hằng ngày là 3000 đơn vị F.I.P. Sau đó, tế bào
monocyte và lymphocyte đuợc lấy ra khảo sát ảnh huởng sau khi sử dụng Bromelain. Kết
quả thu đuợc cho thấy Bromelain làm tăng hoạt tính tế bào bMAK và tế bào MAK trên
monocyte tới 2 lần và giảm CD4 trên lymphocyte của nguời bệnh; có khoảng 40% bệnh
nhân thể hiện đáp ứng miễn dịch với Bromelain. Trong khi đó, Bromelain lại ít ảnh huởng
tới monocyte của nguời tình nguyện, nhung lại kích thích tiết IL-ip. Từ đó cho ta thấy khả
năng kích thích độc tính trong monocyte của bệnh nhân duới tác động Bromelain, đây
chính là lí do Bromelain có thể ứng dụng nhu chất chống ung thu [22].
Năm 2005, Laura p. Hale và cộng sụ đã nghiên cứu làm rõ tác dụng lâm sàng của
Bromelain đối với bệnh viêm đại tràng. Chuột 5 tuần tuổi đuợc gây bệnh và điều trị
Bromelain bằng đuờng uống với liều dùng tối đa 1000 mg bromelainỉkgỉngầỴ trong 18
tuần. Kết quả thu đuợc cho thấy mức độ an toàn cũng nhu hiệu quả của Bromelain lên tình
trạng bệnh ở chuột [23].
Năm 2004, Lior Rosenberg và cộng sụ đã thục hiện nghiền cứu tác dụng của
enzyme Bromelain tới việc điều trị bỏng. Nghiên cứu đuợc thục hiện tại Trung tâm y tế
Đại học Soroka với bệnh nhân từ 1-80 tuổi có vết bỏng cấp độ 2-3. Bệnh nhân đuợc làm
sạch vết bỏng, sau đó phủ 1 lớp băng duỡng ẩm từ 2-24h. Đánh giá chiều sâu của vết bỏng


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×