các amylase dextrin hóa hay amylase dịch hóa, chúng cắt các liên kết α-1,4 glucoside trong mạch amylose và amylosepectin thành đường maltose hoặc các dextrin. Tiếp theo đó, enzyme glucoamylase sẽ thủy phân hoàn toàn tinh bột, dextrin, maltose thành glucose, nó được coi là enzyme đường hóa quan trọng nhất. Enzyme cellulase sẽ cắt các liên kết 1,4- β-glycoside trong cellulose thành các oligosaccharides và đường glucose. Việc đường hóa bã sẵn sẽ tạo cơ chất thuận lợi cho sự phát triển của các vi sinh vật, đặc biệt là các vi sinh vật có lợi để lên men chuyển hóa bã sắn thành thức ăn giàu dinh dưỡng cho động vật.
Đề tài tiến hành đường hóa và lên men đồng thời bã sắn bằng việc bổ sung chế phẩm đa enzyme (α-amylase, glucoamylase, cellulase), nấm men và vi khuẩn probiotic (Lactobacillus, Bacillus) để đường hóa tinh bột, xơ thành các đường đơn tạo cơ chất thích hợp cho sự sinh trưởng, phát triển của các vi sinh vật nhằm tạo ra sản phẩm lên men giàu protein, nhiều vi khuẩn có lợi có thể sử dụng làm thức ăn chất lượng cao cho các động vật dạ dày đơn. Mức độ đường hóa bã sắn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như: nồng độ enzyme, thời gian ủ và nồng độ cơ chất. Trong điều kiện thí nghiệm cơ chất không đổi, khi tăng nồng độ enzyme thì tốc độ phản ứng sẽ tăng, khi nồng độ enzyme và nồng độ cơ chất ở mức bão hòa, nếu tăng nồng độ enzyme thì tốc độ phản ứng không thay đổi. Để xác định nồng độ enzyme thích hợp cho đường hóa bã sắn, các nồng độ khác nhau của enzyme (từ 0 đến 10%) được thêm vào bã sắn và ủ ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ.
Sau 24 giờ ủ, tiến hành lấy mẫu và xác định hàm lượng đường khử, tinh bột và xơ thô. Kết quả cho thấy, khi tăng nồng độ enzyme từ 0 đến 8% thì hàm lượng đường khử tăng dần, tương ứng tăng từ 1,29 (g/l) đến 15,05 (g/l). Tuy nhiên, khi nồng độ enzyme tăng lên tới 10%, thì hàm lượng đường khử không có sự khác biệt so với ở nồng độ enzyme 8%. Khi hàm lượng đường khử tăng thì hàm lượng tinh bột và xơ (cơ chất cho sự xúc tác của enzyme) giảm. Hàm lượng tinh bột còn lại trong bã sắn cao nhất trong các mẫu không có sự bổ sung enzyme với 61,31% (VCK) và giảm dần khi tăng lượng enzyme bổ sung, giảm thấp nhất là khi bổ sung tương ứng 8 và 10% enzyme vào bã sắn, mức độ giảm so với không bổ sung tương ứng 59,11% và 60%. Hàm lượng xơ thô cũng giảm rõ rệt ở các mức bổ sung enzyme khác nhau (P<0,05), giảm thấp nhất khi bổ sung 8 và 10% enzyme, tương ứng với 14,79 và 14,69 % (VCK), tuy nhiên mức độ giảm cao nhất chỉ khoảng 24% so với không bổ sung enzyme (Bảng 4.12 và Hình 4.12). Như vậy, có thể nói enzyme bị bão hòa ở nồng độ 8% hay nói cách khác đây là nồng độ tối ưu cho hoạt động đường hóa bã sắn của enzyme.
Bảng 4.12. Hàm lượng đường khử, tinh bột và xơ của bã sắn ở các nồng độ enzyme khác nhau (n=3)
Chỉ tiêu | |||
Nồng độ enzyme (%) | Hàm lượng đường khử (g/l) (Mean ± SE) | Tinh bột (%, VCK) (Mean ± SE) | Xơ thô (%, VCK) (Mean ± SE) |
0 | 1,29e ± 0,21 | 61,31a ± 0,53 | 19,57a ± 0,25 |
2 | 3,53d ± 0,08 | 53,3b ± 1,35 | 18,89b ± 0,08 |
4 | 5,96c ± 0,27 | 46,73c ± 1,63 | 16,92c ± 0,09 |
6 | 10,05b ± 0,14 | 32,85d ± 1,39 | 16,82c ± 0,13 |
8 | 15,05a ± 0,34 | 25,07e ± 0,33 | 14,79d ± 0,15 |
10 | 15,23a ± 0,37 | 24,53e ± 0,46 | 14,69d ± 0.37 |
Có thể bạn quan tâm!
-
Gây Đột Biến Chủng Aspergillus Niger A45.1 Và Tối Ưu Điều Kiện Lên Men Chủng Đột Biến Chọn Lọc Cho Sinh Tổng Hợp Đa Enzyme (Α-Amylase, Glucoamylase Và -
Tính Ổn Định Của Các Chủng Đột Biến Chọn Lọc -
Hoạt Tính Enzyme Của Chủng Aspergillus Niger Ga15 Khi Lên Men Xốp Ở Các Thời Gian Khác Nhau -
Ảnh Hưởng Của Bã Sắn Lên Men Trong Chăn Nuôi Lợn Thịt -
Ảnh Hưởng Tương Tác Giữa Khẩu Phần Với Các Mức Sử Dụng Bslm Và Tính Biệt Đến Năng Suất Thân Thịt (Lsm) Của Lợn F1(Landracexyorkshire) -
Nghiên cứu phát triển chủng nấm sợi và tối ưu điều kiện lên men sản xuất đa enzyme α-amylase, glucoamylase, cellulase ứng dụng trong chế biến thức ăn chăn nuôi - 14
Xem toàn bộ 197 trang tài liệu này.
Ghi chú: Các chữ cái trong cùng một cột khác nhau thể hiện sự sai khác có ý nghĩa (p<0,05)
Hàm lượng đường khử Tinh bột, % VCK
Xơ, % VCK
18 70
16 60
14
% VCK
50
Đường khử, g/l
12
10 40
8 30
6
20
4
2 10
0 0
0 2 4 6 8 10 12
Nồng độ enzyme, %
Hình 4.12. Hàm lượng đường khử, tinh bột và xơ của bã sắn ở các nồng độ enzyme khác nhau
Việc bổ sung các enzyme bên ngoài khi lên men các bã thải nông nghiệp là cần thiết để nâng cao chất lượng và hiệu quả của quá trình lên men. Trong các sản phẩm đó, hàm lượng tinh bột và xơ còn lại tương đối cao, hầu như các chủng vi sinh vật sử dụng trong lên men không có hoạt tính phân giải tinh bột và cellulose
hoặc có hoạt tính thấp. Đường hóa bằng các enzyme của vi sinh vật cũng đã được tiến hành trên nhiều loại phụ phẩm và rác thải nông nghiệp. Vlasenko & cs. (1993) đã tiến hành đường hóa 30 nguyên liệu cellulose bởi cellulase của Penicillium sp. Latif & cs. (1994) đã nghiên cứu đường hóa rơm cỏ Kallar bằng cellulase của một số loài nấm, bao gồm Chaetomium thermophile, Trichoderma resei, Sporotrichum thermophile, Aspergillus fumigatus, Torula thermophila và Humicola grisea.
4.2.3. Tối ưu thời gian đường hóa bã sắn
Thời gian đường hoá có ý nghĩa thực tiễn trong sản xuất, quyết định năng suất, chất lượng dịch đường hoá. Tối ưu thời gian đường hóa bã sắn được tiến hành với việc sử dụng nồng độ enzyme tối ưu (8%) và tiến hành ủ trong thời gian 12, 24, 36, 48 và 60 giờ.
Tốc độ phản ứng của enzyme tăng theo thời gian phản ứng, do enzyme có thời gian tiếp xúc và gắn với cơ chất. Thời gian kết thúc phản ứng được xác định khi tốc độ phản ứng xảy ra chậm hoặc dừng lại, tức là nồng độ sản phẩm tăng ít hoặc không tăng nữa.
Bảng 4.13. Hàm lượng đường khử khi đường hóa bã sắn ở thời gian khác nhau
Hàm lượng đường khử (g/l), n = 3 (Mean ± SE) | P | |||
0 | 1.24d | ± | 0.10 | |
12 | 7.56c | ± | 0.12 | |
24 | 14.41a | ± | 0.47 | <0,0001 |
36 | 13.71a | ± | 0.32 | |
48 | 11.33b | ± | 0.16 | |
60 | 11.11b | ± | 0.15 |
Ghi chú: Các chữ cái trong cùng một cột khác nhau thể hiện sự sai khác có ý nghĩa (p<0,05)
Khi tăng thời gian thủy phân từ 0 đến 24 giờ, hàm lượng đường khử tăng lên đáng kể do enzyme dễ dàng tiếp xúc với cơ chất, hàm lượng đường khử cao nhất đạt được ở 24 giờ là 14,4 g/l. Nếu tiếp tục tăng thời gian thủy phân từ 24 giờ đến 60 giờ thì hàm lượng đường khử tạo thành không những không tăng lên mà còn giảm đi, hàm lượng đường khử ở 36, 48 và 60 giờ tương ứng lần lượt là 13,71; 11,33 và 11,11 (g/l) (Bảng 4.13 và Hình 4.13), sự giảm sút này có thể do sự sử dụng đường của các vi sinh vật có mặt trong bã sắn. Như vậy có thể chọn 24 giờ là thời gian tối ưu cho đường hóa bã sắn.
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0
10
20
30
40
50
60
70
Thời gian, giờ
Đường khử, g/l
Hình 4.13. Hàm lượng đường khử theo thời gian đường hóa bã sắn bằng enzyme
4.2.4. Đường hóa và lên men đồng thời bã sắn bằng enzyme và vi sinh vật
Lên men vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao giá trị dinh dưỡng của các phụ phẩm công nông nghiệp. Để tránh cho vật nuôi không bị ngộ độc HCN, đồng thời làm tăng giá trị dinh dưỡng của bã sắn, đề tài tiến hành đường hóa và lên men lỏng đồng thời bã sắn bằng cách hòa bã sắn tươi vào nước với tỷ lệ 30%, bổ sung 8% chế phẩm sinh học chứa đa enzyme và 0,5% chế phẩm probiotic cùng nguồn nitơ và thời gian lên men thích hợp.
4.2.4.1. Ảnh hưởng của bổ sung nitơ đến làm giàu protein từ bã sắn
Nitơ là nguồn thức ăn không thể thiếu được của vi sinh vật, nguồn nitơ dễ hấp thụ nhất đối với vi sinh vật là NH3 và NH4+. Chúng sẽ sử dụng nitơ cho sự sinh trưởng của mình từ đó làm tăng hàm lượng protein trong sản phẩm lên men.
Bã sắn được lên men lỏng với sự bổ sung nitơ bởi (NH4)2SO4 ở các nồng độ khác nhau (0; 0,5; 1; 1,5%). Sau 48 giờ lên men, tiến hành lấy mẫu bã sắn, xác định hàm lượng protein thô, protein thực. Kết quả cho thấy, hàm lượng protein thô, protein thực và sự tăng protein thực ở các mẫu bã sắn lên men khi bổ sung nitơ ở các nồng độ khác nhau là khác nhau (P<0.001) (bảng 4.14).
Khi nitơ được bổ sung vào môi trường lên men sẽ làm thay đổi pH của cơ chất trong dịch lên men. Trong nghiên cứu này, khi bổ sung (NH4)2SO4 sẽ làm pH của dịch lên men tăng theo sự tăng mức bổ sung bổ sung (NH4)2SO4, pH tăng từ 3,74 khi không bổ sung (NH4)2SO4 lên đến 5,03 khi bổ sung 1,5% (NH4)2SO4, Sự thay đổi pH này không ảnh hưởng đến kết quả vì ở pH 5 vẫn tốt cho sự sinh trưởng của nấm men
S.cerevisiae. Song nếu bổ sung quá nhiều nitơ thì hoạt động của vi sinh vật có thể bị ức chế do sự tăng cao của pH môi trường (Correia & cs., 2007). (NH4)2SO4 được bổ sung vào dịch lên men đóng vai trò là nguồn nitơ cho sự sinh trưởng của các vi sinh vật có mặt trong dung dịch lên men. Kết quả cho thấy việc bổ sung 1% và 1,5% của (NH4)2SO4 là tốt nhất để làm giàu protein của bã sắn trong lên men lỏng với nấm men
S. cerevisiae, Lacobacillus sp. và Bacillus sp.. Lượng protein thực sau lên men tăng 5,25 lần ở cả hai mức bổ sung (NH4)2SO4. Khi bổ sung 1,5% (NH4)2SO4 hàm lượng protein thô cao nhất, với 20,83% (VCK), song hàm lượng protein thực chỉ đạt 6,61% (VCK), tương đương với mức bổ sung 1% (NH4)2SO4. Như vậy, có thể chọn mức bổ sung 1% (NH4)2SO4 là mức bổ sung tối ưu trong lên men làm giàu protein của bã sắn.
Bảng 4.14. Hàm lượng Protein của bã sắn sau lên men khi bổ sung (NH4)2SO4 ở các nồng độ khác nhau (n=3)
Nồng độ (NH4)2SO4 | P | ||||
0% (Mean ± SE) | 0,5% (Mean ± SE) | 1% (Mean ± SE) | 1,5% (Mean ± SE) | ||
Protein thô | 5,82d ± 0,11 | 11,79c ± 0,15 | 15,81b ± 0,11 | 20,83a ± 0,10 | <0,0001 |
Protein thực | 3,71c ± 0,08 | 6,21b ± 0,11 | 6,73a ± 0,03 | 6,61a ± 0,01 | <0,0001 |
Tăng protein thực (PG) | 2,34c ± 0,13 | 4,79b ± 0,07 | 5,25a ± 0,13 | 5,27a ± 0,06 | <0,0001 |
Ghi chú: Các chữ cái trong cùng một hàng ngang khác nhau thể hiện sự sai khác có ý nghĩa (p<0,05)
Một số nghiên cứu cũng đã chỉ ra vai trò của nitơ trong quá trình lên men làm giàu protein. Haddadin & cs. (1999) cho biết, khi lên men xốp bã ô lưu, mức protein tăng khi cơ chất được bổ sung 0,5% (NH4)2SO4. Oboh & Akindahunsi (2003) cũng quan sát thấy khi lên men xốp các thành phần của sắn với S.cerevisiae trong môi trường có bổ sung ure, MgSO4 và axit citric thì lượng protein cuối cùng trong sản phẩm tăng gấp đôi ở gari và bột sắn. Aruna & cs. (2017) cho biết, khi tiến hành lên men vỏ khoai mỡ với S.cerevisiae có bổ sung (NH4)2SO4 đã làm tăng đáng kể lượng protein thô, protein thực sau 96 giờ lên men. Protein thô và protein thực tăng lên 15,54 và 13,37%. Ông cho rằng sự gia tăng đáng kể hàm lượng protein thô và protein thực có thể là do nitơ như nguồn dinh dưỡng và ảnh hưởng tích cực đến pH của môi trường lên men. Aruna & cs. (2017) cho biết vỏ khoai mỡ lên men có bổ sung S.cerevisiae (BY4743) có thành phần dinh dưỡng cao hơn so với vỏ khoai mỡ không lên men. Pandey & cs. (2000) cũng báo cáo rằng các sản phẩm lên men có thành phần dinh dưỡng tốt hơn và cải thiện cđược khả năng tiêu hóa của vật nuôi.
4.2.4.2. Tối ưu thời gian đường hóa và lên men bã sắn
Bã sắn được lên men lỏng với sự bổ sung 8% chế phẩm đa enzyme và vi sinh vật probiotic cùng 1% (NH4)2SO4 trong 96 giờ, sau mỗi 24 giờ tiến hành lấy mẫu phân tích hàm lượng protein thực.
Kết quả cho thấy, hàm lượng protein thực tăng tuyến tính trong suốt 48 giờ đầu lên men, tăng từ 1,37 đến 6,7 % (VCK), sau đó giảm dần, ở 96 giờ lên men lượng protein thực chỉ còn 5,54% (VCK). Lượng protein cao ở 48 giờ chỉ ra khả năng sinh trưởng cao của các vi sinh vật trên cơ chất này (Bảng 4.15 và Hình 4.14)
Bảng 4.15. Hàm lượng protein thực ở các thời điểm lên men khác nhau (n=3)
Hàm lượng protein thực (%, VCK) (Mean ± SE) | P | |||
0 | 1,37d | ± | 0,09 | |
24 | 3,69c | ± | 0,17 | |
48 | 6,73a | ± | 0,03 | <0,0001 |
72 | 5,70b | ± | 0,07 | |
96 | 5,54b | ± | 0,05 |
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
20
40
60
80
100
120
Thời gian lên men (giờ)
Protein thực (%CVK)
Ghi chú: Các chữ cái trong cùng một cột khác nhau thể hiện sự sai khác có ý nghĩa (p<0,05)
Hình 4.14. Hàm lượng protein thực ở các thời điểm lên men khác nhau
Trong 24 giờ đầu của quá trình lên men, lượng đường khử giải phóng ra nhiều, chúng được sử dụng nhanh chóng như cơ chất thích hợp cho sự nhân lên bởi nấm men và vi khuẩn. Đặc tính này của chúng cho thấy S.cerevisiae, Lacobacillus và Bacillus có khả năng chuyển hóa một cách có hiệu quả đường như là nguồn carbon của nó để làm giàu protein của bã sắn. Sau 48 giờ lên men, xảy ra quá trình phân hủy protein.
John & cs. (2006) cho rằng, ở tất cả các nồng độ cơ chất sử dụng cho lên men, quá trình đường hóa và lên men đồng thời sẽ cho năng suất cao hơn nhiều so với quá trình đường hóa đơn giản hoặc lên men không có sự bổ sung các enzyme bên ngoài. Tiến hành thủy phân bã mía bằng enzyme và sử dụng dịch thủy phân để lên men, nhận thấy hơn 7,5% tinh bột không thể được sử dụng, do có sự ức chế phản hồi do mức đường khử trong dịch thủy phân cao. Yang & cs. (2020) tiến hành thủy phân và lên men đồng thời bột đậu nành với sự tham gia của các chủng vi sinh vật Lactobacillus plantarum, L. casei, Bacillus subtilis, B.licheniformis và Aspergillus oryzae trong 24 giờ và thủy phân bằng alcalase trong 15 phút. Kết quả cho thấy, hàm lượng peptide và axit amin tổng số tăng lên đáng kể ở sản phẩm lên men cuối cùng.
4.2.5. Đánh giá chất lượng của bã sắn sau lên men
Kết quả phân tích thành phần dinh dưỡng của bã sắn sau lên men ở điều kiện tối ưu cho thấy: Thành phần dinh dưỡng của bã sắn sau lên men lỏng với chế phẩm đa enzyme, vi sinh vật probiotic được cải thiện rõ rệt (p<0,05) (ngoại trừ hàm lượng lipit) so với mẫu bã sắn tươi không lên men (Bảng 4.16). Hàm lượng protein thô và protein thực đạt tương ứng 16,02 và 6,79% (tính theo VCK), tăng 7,3 và 5,5 lần so với bã sắn tươi không lên men. Sự gia tăng hàm lượng protein này là do sự tăng trưởng và tăng sinh của nấm men và vi khuẩn trong việc tạo thành protein đơn bào và một phần do proetin của enzyme bổ sung vào mẫu lên men. Sau lên men, tinh bột và xơ trong bã sắn đều giảm đáng kể, tinh bột giảm từ 60,37
% (VCK) xuống còn 25,15 % (VCK), xơ thô giảm từ 21,01 xuống 15,01 % (VCK), sự giảm này là do sự thủy phân của enzyme trong chế phẩm đa enzyme được bổ sung vào và có thể do hoạt động của các vi sinh vật có khả năng tiết ra một số enzyme ngoại bào, chúng sẽ thủy phân tinh bột và xơ thành các đường đơn làm cơ chất cho sự sinh trưởng và phát triển của mình. Sự gia tăng lượng khoáng tổng số trong bã sắn sau lên men có thể do sự thêm vào của muối amoni sunphat trong môi trường lên men.
Bảng 4.16. Thành phần dinh dưỡng và cảm quan của bã sắn lên men và không lên men (n=3)
Bã sắn không lên men (Mean) | Bã sắn lên men (Mean) | |
Vật chất khô (%) | 15,91 | 10,45 |
Protein thô (%VCK) | 2,19b | 16,02a |
Protein thực (%VCK) | 1,23b | 6,79a |
Tinh bột (%VCK) | 60,37a | 25,15b |
Xơ thô (%VCK) | 21,01a | 15,01b |
Lipit (%VCK) | 0,52a | 0,61a |
Khoáng tổng số (%VCK) | 2,01b | 7,38a |
Axit hữu cơ (g/kg tươi) | 2,02b | 11,86a |
HCN (mg/kg tươi) | 9,4a | 1,4b |
pH | 4,5b | 3,7a |
Aflatoxin B1 | - | - |
Cảm quan | Màu vàng nhạt, mùi hắc | Màu vàng tương đỗ, thơm, chua |
Ghi chú: Các kết quả được tính theo vật chất khô, riêng axit hữu cơ và HCN tính theo mẫu tươi. Mỗi giá trị là trung bình của 3 lần lặp lại. Các chữ cái trong cùng một hàng ngang khác nhau thể hiện sự sai khác có ý nghĩa (p<0,05)
Ezekiel & cs. (2010) cũng báo cáo sự gia tăng hàm lượng tro của vỏ sắn lên men trong quá trình lên men chìm vỏ sắn với T. viride là do bổ sung amoni sunphat vào môi trường lên men. Oboh & Akindahunsi (2003) cũng đã báo cáo sự gia tăng hàm lượng tro trong các sản phẩm sắn lên men Saccharomyces cerevisiae. Hàm lượng lipit trong bã sắn lên men là 0,61 %, cao hơn không đáng kể so với bã sắn chưa lên men, sự gia tăng hàm lượng chất béo có thể là kết quả của khả năng chuyển hóa sinh học carbohydrate thành chất béo trong quá trình lên men. Hàm lượng axit hữu cơ của bã sắn sau lên men tăng 5,9 lần do hoạt động của các vi sinh vật có mặt trong dung dịch lên men đã sinh ra axit lactic, acetic và ethanol làm giảm pH của hỗn hợp, đồng thời làm cho sản phẩm có mùi thơm, chua. Việc giảm pH sẽ ức chế vi sinh vật gây bệnh phát triển trong sản phẩm lên men. Hơn thế, khi hỗn hợp có pH thấp này nếu sử dụng làm thức ăn cho gia súc sẽ làm giảm pH trong dạ dày của lợn và ngăn cản sự phát triển của các tác nhân gây bệnh như Coliforms and Salmonella trong đường tiêu hóa (Missotten & cs., 2015).
Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình lên men bao gồm: các vi sinh vật khởi động, số lượng và chất lượng của cơ chất, các thông số lên men (nhiệt độ, thời gian). Số lượng của vi khuẩn lactic trong sản phẩm lên men sẽ xác