Nghiên cứu sử dụng enzyme lipase cố định trên vật liệu hydrotalcite để thủy phân dầu hạt bụp giấm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA


VÕ THỊ HỒNG LINH

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ENZYME LIPASE CỐ ĐỊNH
TRÊN VẬT LIỆU HYDROTALCITE ĐỂ THỦY PHÂN
DẦU HẠT BỤP GIẤM

Chuyên ngành: Công Nghệ Thực phẩm – Đồ uống
Mã số học viên: 13110564

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2014.


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA


VÕ THỊ HỒNG LINH

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ENZYME LIPASE CỐ ĐỊNH
TRÊN VẬT LIỆU HYDROTALCITE ĐỂ THỦY PHÂN
DẦU HẠT BỤP GIẤM

Chuyên ngành: Công Nghệ Thực phẩm – Đồ uống
Mã số học viên: 13110564

LUẬN VĂN THẠC SĨ

i


Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2014.

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS PHAN NGỌC HÒA
TS TRẦN THỊ NGỌC YÊN
Cán bộ nhận xét 1: TS. NGUYỄN THẢO TRANG
Cán bộ nhận xét 2: TS. TRỊNH KHÁNH SƠN
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM
ngày
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS. TS. LÊ VĂN VIỆT MẪN
2. TS. NGUYỄN THẢO TRANG
3. TS. TRỊNH KHÁNH SƠN
4. TS. PHAN TẠI HUÂN
5. TS. VÕ ĐÌNH LỆ TÂM
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn

Bộ mơn quản lý chuyên ngành

ii

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

oOo

oOo

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: VÕ THỊ HỒNG LINH

MSHV: 13110564

Ngày, tháng, năm sinh: 01/12/1989

Nơi sinh: Phú Yên

Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm – Đồ uống
1. TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ENZYME LIPASE CỐ ĐỊNH TRÊN VẬT LIỆU
HYDROTALCITE ĐỂ THỦY PHÂN DẦU HẠT BỤP GIẤM
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
-

Nghiên cứu tính chất của enzyme lipase và chất mang hydrotalcite.

-

Cố định enzyme lipase lên chất mang hydrotalcite Mg/Al.

-

Thủy phân dầu hạt bụp giấm với hệ enzyme cố định.

-

Bước đầu xác định khả năng chống oxy hóa của sản phẩm thủy phân.

-

Tách phân đoạn sản phẩm thủy phân.

2. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

18/08/2014.

3. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/12/2014.
4. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

TS. PHAN NGỌC HÒA.
TS. TRẦN THỊ NGỌC YÊN
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 01/12/2014

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MƠN ĐÀO TẠO

PHAN NGỌC HỊA

LÊ VĂN VIỆT MẪN

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

iii


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

oOo

oOo

NHẬN XÉT LUẬN VĂN THẠC SĨ
(Nhận xét của CB hướng dẫn 

Nhận xét của CB phản biện  )

Họ và tên học viên: VÕ THỊ HỒNG LINH
Đề tài luận văn: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ENZYME LIPASE CỐ ĐỊNH TRÊN

VẬT LIỆU HYDROTALCITE ĐỂ THỦY PHÂN DẦU HẠT BỤP GIẤM.
Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm – Đồ uống
Người nhận xét (họ tên, học hàm , học vị) : .................................................................
Cơ quan cơng tác (nếu có): ..........................................................................................
Ý KIẾN NHẬN XÉT

1- Về nội dung & đánh giá thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
2- Về phương pháp nghiên cứu, độ tin cậy của các số liệu:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
iv


.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
3- Về kết quả khoa học của luận văn:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
4- Về kết quả thực tiễn của luận văn:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
5- Những thiếu sót & vấn đề cần làm rõ (nếu có):
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
v


.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

6. Ý kiến kết luận (mức độ đáp ứng yêu cầu đối với LVThS; cho điểm đánh giá
LV):
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
7. Câu hỏi của người nhận xét dành cho học viên (nếu có):
......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày..... tháng..... năm 2014

vi


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cơ TS Phan Ngọc
Hịa và cơ TS Trần Thị Ngọc n đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn cho em trong suốt
quá trình thực hiện luận văn này.

Ngồi ra, em cũng xin bày tỏ lịng biết ơn đến tập thể quý thầy cô bộ môn
Công nghệ thực phẩm, những người đã dẫn dắt, hỗ trợ em trong suốt quá trình thực
hiện luận văn.
Con xin cảm ơn gia đình đã hỗ trợ và động viên con trong suốt quá trình con
học tập tại trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG thành phố Hồ Chí Minh.

Tp Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 12 năm 2014
Người viết

Võ Thị Hồng Linh

vii


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, ết
quả nêu trong luận văn này đều là trung thực.

Học viên thực hiện

VÕ THỊ HỒNG LINH

viii


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Những năm gần đây, enzyme cố định đang ngày càng được quan tâm nghiên
cứu để ứng dụng vào quy mô công nghiệp, thay thế cho enzyme tự do bởi chúng có
nhiều ưu điểm như: bền với pH, nhiệt độ, cơ chất..., dễ tách ra khỏi sản phẩm để tái
sử dụng; sản phẩm tinh khiết; giảm giá thành enzyme và có thể sử dụng cho q

trình sản xuất liên tục.
Trong luận văn này, chúng tôi tập trung nghiên cứu những vấn đề sau:
-

Vấn đề 1: Khảo sát tính chất của enzyme lipase Porcine pancreas và hai
loại vật liệu hydrotalcite Mg:Al – acetate tỷ lệ mol 2:1, nồng độ 0,15M,
chưa nung và đã nung.

-

Vấn đề 2: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện cố định phù hợp
enzyme Porcine pancreas trên chất mang hydrotalcite Mg:Al – acetate chưa
nung, đã nung và hoạt tính enzyme cố định trên cơ chất dầu hạt bụp giấm.

-

Vấn đề 3: Nghiên cứu hoạt tính xúc tác cho phản ứng thủy phân dầu hạt bụp
giấm của enzyme Porcine pancreas tự do và cố định trên hai chất mang
chưa nung và đã nung.

-

Vấn đề 4: Sơ bộ xác định tính chất sản phẩm thủy phân dựa trên việc tách
phân đoạn sản phẩm và xác định khả năng kháng oxy hóa của sản phẩm.

ix


MỤC LỤC
MỤC LỤC .................................................................................................................... i

DANH MỤC BẢNG ................................................................................................... v
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... vi
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................. viii
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ....................................................................................... 3
1.1

Thành phần dầu bụp giấm ................................................................................. 3
1.1.1. Giới thiệu chung về hạt bụp giấm .......................................................... 3
1.1.2. Thành phần dầu hạt bụp giấm ................................................................ 4

1.2

Enzyme lipase .................................................................................................. 8
1.2.1 Định nghĩa. .............................................................................................. 8
1.2.2 Nguồn thu nhận. ...................................................................................... 8
1.2.3 Cấu trúc hóa học của enzyme lipase Porcine Pancrease. ...................... 10
1.2.4 Tính chất của enzyme lipase Porcine Pancrease. .................................. 11
1.2.5 Cơ chế hoạt động của enzyme lipase Porcine Pancrease. ..................... 13
1.2.6 Ứng dụng của enzyme lipase. ............................................................... 15

1.3

Enzyme lipase cố định .................................................................................... 17
1.3.1 Định nghĩa. ............................................................................................ 17
1.3.2 Tính chất enzyme lipase cố định. .......................................................... 17
1.3.3 Cơ chế cố định enzyme lipase lên chất mang hydrotalcite. .................. 17
1.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cố định enzyme LPP. .................. 18

1.4

Vật liệu hydrotalcite ....................................................................................... 19
1.4.1 Định nghĩa. ............................................................................................ 19
1.4.2 Tính chất của vật liệu hydrotalcite. ....................................................... 17

CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................... 22
2.1

Nguyên liệu và hóa chất .................................................................................. 22
2.1.1. Dầu hạt bụp giấm ................................................................................. 22
x


2.1.2. Chế phẩm enzyme lipase Porcine Pancrease ....................................... 22
2.1.3. Chất mang hydrotalcite Mg / Al - acetate ............................................ 23
2.1.4. Hóa chất khác ....................................................................................... 23
2.2

Dụng cụ và thiết bị ......................................................................................... 23
2.2.1 Dụng cụ. ................................................................................................ 23
2.2.2 Thiết bị. ................................................................................................. 23

2.3

Nội dung và phương pháp nghiên cứu ............................................................ 25
2.3.1 Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 25
2.3.2 Bố trí thí nghiệm. .................................................................................. 26

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN............................................................... 51
3.1

Tính chất dầu hạt bụp giấm ............................................................................. 51
3.1.1. Hiệu suất trích ly dầu ........................................................................... 51
3.1.2. Chỉ số acid và hàm lượng acid béo tự docủa dầu hạt bụp giấm .......... 52
3.1.3. Chỉ số peroxyd của dầu hạt bụp giấm .................................................. 53
3.1.4. Hàm lượng chất khô của dầu hạt bụp giấm ......................................... 53
3.1.5. Hàm lượng lipid tổng của dầu hạt bụp giấm ........................................ 53
3.1.6. Độ tro của dầu hạt bụp giấm ................................................................ 54

3.2

Tính chất của enzyme LPP và vật liệu hydrotalcite ......................................... 54
3.2.1. Vật liệu hydrotalcite ............................................................................. 52
3.2.2. pHpzc của vật liệu hydrotalcite............................................................ 53

3.3

Điều kiện tối ưu cho quá trình cố định enzyme lên chất mang hydrotalcite . 54
3.3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme / chất mang. ............................................ 54
3.3.2 Ảnh hưởng của pH ................................................................................ 57
3.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ. ....................................................................... 60
3.3.4 Ảnh hưởng của thời gian cố định .......................................................... 62

3.4

Điều kiện tối ưu cho quá trình thủy phân dầu hạt bụp giấm .......................... 63
3.4.1 Độ bền pH và thời gian bán hủy của enzyme lipase cố định. ............... 64
3.4.2 Độ bền nhiệt độ và thời gian bán hủy của enzyme lipase cố định ........ 66
3.4.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ dầu / đệm ............................................................. 69
xi

3.4.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme / cơ chất .................................................. 71
3.4.5 Ảnh hưởng của pH ................................................................................ 73
3.4.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ ........................................................................ 74
3.4.7 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân ...................................................... 76
3.4.8 Số lần tái sử dụng .................................................................................. 78
3.5

Khảo sát tính chất của sản phẩm thủy phân ................................................... 80
3.5.1 Kết quả tách phân đoạn. ........................................................................ 80
3.5.2 Khả năng háng oxy hóa theo cơ chế bắt gốc tự do ............................. 83

CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................ 84
4.1

Kết luận ........................................................................................................... 84

4.2

Kiến nghị ......................................................................................................... 85

xii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Thành phần acid béo có trong dầu hạt bụp giấm ......................................... 4
Bảng 1.2 Thành phần các phenolic acid trong dầu hạt bụp giấm ............................... 5
Bảng 1.3 Thành phần sterol thực vật có trong dầu hạt bụp giấm ............................... 7
Bảng 1.4 Thành phần tocopherols trong dầu hạt bụp giấm ....................................... 7

Bảng 1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của lipase từ các nguồn khác nhau .. 12
Bảng 1.6 Các lĩnh vực ứng dụng của enzyme lipase ................................................ 16
Bảng 2.1 Thành phần dầu hạt bụp giấm.................................................................... 22
Bảng 3.1 Thành phần acid béo trong các giống hạt bụp giấm .................................. 51
Bảng 3.2 Kết quả phân tích acid béo trong dầu hạt bụp giấm .................................. 52
Bảng 3.3 Chỉ số acid và hàm lượng acid béo tự do của dầu hạt bụp giấm .............. 53
Bảng 3.4 Hệ số ức chế và thời gian bán hủy của enzyme lipase tự do và enzyme
lipase cố định tại các pH khác nhau .......................................................................... 69
Bảng 3.5 Hệ số ức chế và thời gian bán hủy của enzyme lipase tự do và enzyme
lipase cố định tại các nhiệt độ khác nhau .................................................................. 69
Bảng 3.6 Thành phần acid béo dịch thủy phân dầu bụp giấm (enzyme LPP tự do) . 82
Bảng 3.7 Thành phần acid béo dịch thủy phân dầu bụp giấm (enzyme LPP cố định
trên chất mang chưa nung ......................................................................................... 53
Bảng 3.8 Thành phần acid béo dịch thủy phân dầu bụp giấm (enzyme LPP cố định
trên chất mang đã nung ............................................................................................. 53
Bảng 3.9 Khả năng kháng oxy hóa của dịch thủy phân hạt bụp giấm sử dụng
enzyme LPP tự do, cố định trên LDHs chưa nung và đã nung ................................. 53

xiii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Cây bụp giấm và hạt bụp giấm..................................................................... 3
Hình 1.2 Cấu trúc lipase và mơ hình trung tâm xúc tác của chúng .......................... 10
Hình 1.3 Mơ hình đóng và mở của nắp trong lipase ................................................. 11
Hình 1.4 Cơ chế thủy phân dầu của enzyme lipase .................................................. 13
Hình 1.5 Các bước xúc tác cho phản ứng thủy phân của enzyme lipase .................. 15
Hình 1.6 Cấu trúc hydrotalcite và một đơn vị bát diện của vật liệu ......................... 20
Hình 1.7: Sơ đồ tái cấu trúc hydrotalcite .................................................................. 21
Hình 2.1 Quy trình cơng nghệ trích ly dầu hạt bụp giấm.......................................... 26

Hình 2.2 Quy trình cố định enzyme lipase trên chất mang hydrotalcite.................. 37
Hình 2.3 Quy trình thủy phân dầu hạt bụp giấm sử dụng enzyme lipase tự do và cố
định ............................................................................................................................ 43
Hình 2.4 Quy trình tách phân đoạn sản phẩm thủy phân .......................................... 48
Hình 2.5 Phản ứng trung hịa gốc DPPH .................................................................. 49
Hình 3.1 Bề mặt chất mang LDHs Mg / Al – acetate 2:1 ......................................... 57
Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn điểm đẳng điện của chất mang chưa nung và đã nung .... 58
Hình 3.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme / chất mang .................................................. 60
Hình 3.4 Ảnh hưởng của pH ..................................................................................... 62
Hình 3.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ ............................................................................. 64
Hình 3.6 Ảnh hưởng của thời gian cố định ............................................................... 66
Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn độ bền pH ........................................................................ 84
Hình 3.8 Đồ thị biễu diễn độ bền nhiệt độ ................................................................ 85
Hình 3.9 Ảnh hưởng của tỷ lệ dầu / nước ................................................................. 73
Hình 3.10 Ảnh hưởng của tỷ lên enzyme / cơ chất .................................................. 74
Hình 3.11 Ảnh hưởng của pH đến tốc độ thủy phân ................................................ 76
Hình 3.12 Ảnh hưởng của pH đến hoạt tính tương đối của enzyme......................... 76
Hình 3.13 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ thủy phân ........................................ 77
Hình 3.14 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt tính tương đối của enzyme ................ 78
xiv


Hình 3.15 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân lên mức độ thủy phân ..................... 79
Hình 3.16 Số lần tái sử dụng của enzyme cố định .................................................... 80

xv


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
BSA: Bovine serum albumin

LDHs: hydrotalcite (layer double hydroxyts)
LPP: lipase Porcine pancreas
MCT: acid béo mạch trung bình
pHpzc: pH đẳng điện
PZC: điểm đẳng điện
SEM: Scanning Electron Microscope
XRD: X-Ray Diffraction.

xvi


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: TS. PHAN NGỌC HÒA

MỞ ĐẦU
Ngày nay, việc sử dụng enzyme làm xúc tác cho phản ứng thủy phân chất béo đang
ngày càng được quan tâm nghiên cứu do những ưu việt về cơng nghệ và tính thân thiện
với môi trường của chúng so với các xúc tác hóa học. Là thành phần cấu tạo của mang
tế bào và có hoạt tính sinh học cao, tính kháng khuẩn, các acid béo thu được sau quá
trình thủy phân là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho công nghệ thực phẩm và dược
phẩm, đặc biệt là nhóm sản phẩm thực phẩm chức năng. Nhược điểm của thủy phân
chất béo bằng phương pháp hóa học là có lẫn các sản phẩm phụ trong quá trình phản
ứng nên độ tinh khiết của sản phẩm khơng cao. Ngồi ra, quy trình này tốn nhiều năng
lượng và địi hỏi phải có lị phản ứng rất tốn kém. Thủy phân chất béo với xúc tác
enzyme lipase khắc phục những nhược điểm trên, đó là phản ứng xảy ra ở áp suất khí
quyển và nhiệt độ tương đối thấp, vì enzyme có tính đặc hiệu cao đối với cơ chất trong
điều kiện nhiệt độ, pH nhất định, nên sản phẩm thu được đạt độ tinh sạch cao, hàm
lượng tạp chất chiếm tỷ lệ rất nhỏ.
Lipase (triacylglycerol acylhydrolases, EC 3.1.1.3) là enzyme đóng vai trị xúc tác

sinh học cho phản ứng thủy phân triglyceride tạo thành các tri-, di-, monoglyceride,
glycerol và các acid béo tự do. Đây là enzyme được ứng dụng rộng rãi trong nhiều
ngành công nghiệp như : thực phẩm, hóa học, mỹ phẩm,…nhờ khả năng xúc tác phản
ứng thủy phân triglyceride hoạt động trên bề mặt phân cách pha dầu – nước. Lipase
được thu nhận từ nhiều nguồn: động vật, thực vật, vi sinh vật, trong đó, enzyme
Porcine pancreas là enzyme lipase được thu nhận từ tuyến tụy của lợn. Theo một số
nghiên cứu, enzyme này có tính ổn định cao. Bất lợi chính cho việc sử dụng lipase
trong sản xuất công nghiệp là giá của enzyme quá cao, enzyme hòa tan lẫn trong sản
phẩm, gây khó khăn trong việc tinh sạch, do đó không mang lại hiệu quả về mặt kinh
tế.
Việc sử dụng enzyme cố định trên các loại chất mang đã khắc phục được những
điểm trên nhờ các ưu điểm vượt trội sau:

1


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: TS. PHAN NGỌC HÒA

-

Tái sử dụng nhiều lần.

-

Tăng độ tinh khiết sản phẩm.

-

Dễ điều khiển thành phần.

-

Có thể ngưng phản ứng tại mọi thời điểm.

-

Dễ dàng tách ra khỏi sản phẩm sau khi phản ứng kết thúc.

-

Giữ hoạt tính trong thời gian lâu hơn.

-

Cố định nhiều enzyme thực hiện một chuỗi phản ứng liên tục.

-

Có thể tiêu thụ lượng cơ chất lớn.

-

Sử dụng cho các đầu dị sinh học.

-

Ngăn cản hiện tượng rửa trơi.

-

Ổn định và bền hơn với các yếu tố môi trường (pH, nhiệt độ, dung môi,…)

Các chất mang thường dùng để cố định lipase là các polyme như: agaroza, chitin,
collagen, keratin, polyurethan, các dẫn xuất N-vinylpyrolidin, celite, kaolin, oxit kim
loại, silica gel, chitosan, các hydrotalcide,...Trong số các vật liệu dùng để cố định trên,
thì hydrotalcite là chất mang có các tính chất rất phù hợp để làm chất mang cho các
enzyme có pH tối thích trong khoảng bazơ như lipase.
Các phương pháp chính được sử dụng để cố định enzyme là: khâu mạch thành
chuỗi enzyme, nhốt enzyme vào trong khuôn gel, gắn enzyme trên chất mang không
tan và kết hợp các phương pháp lại với nhau.
Mục đích chính của nghiên cứu này là sử dụng enzyme lipase từ Porcine pancreas
cố định lên vật liệu hydrotalcite của Mg / Al - acetate bằng phương pháp hấp phụ trao
đổi ion, tìm hiểu sơ lược động học về quy luật ảnh hưởng và tác động của các yếu tố
như pH, nhiệt độ, độ bền pH, độ bền nhiệt độ, năng lượng hoạt hóa,…của phản ứng
thủy phân dầu hạt bụp giấm đồng thời đánh giá khả năng tái sử dụng của hệ enzyme cố
định này.

2


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: TS. PHAN NGỌC HÒA

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1

Thành phần dầu hạt bụp giấm

1.1.1 Giới thiệu chung về hạt bụp giấm
Cây bụp giấm có tên khoa học là Hibiscus sabdariffa L., còn gọi là cây giấm

hay bụp giấm, thuộc họ bông Malvaceae, cùng họ với cây bông bụt. Tên tiếng anh phổ
biến của loại cây thực vật này là Roselle, ngoài ra một số tên địa phương khác cũng
được sử dụng như Karkade, Mesta, Sorrel,…
Cây bụt giấm được trồng khá rộng rãi ở nước ta và được đánh giá như là cây
thuốc của Châu Á, hầu như các thành phần của cây được tận dụng khá triệt để. Tuy
nhiên hạt bụp giấm chứa dầu béo với hàm lượng khá cao vẫn chưa được chú trọng
nhiều. Nguồn dầu béo này chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học cao, có tính kháng
khuẩn, là nguồn ngun liệu tiềm năng cho thực phẩm.

Hình 1.1 Cây bụp giấm và hạt bụp giấm
Hạt bụp giấm là phế phẩm sau khi thu hoạch đài hoa. Hạt bụp giấm là một
nguồn nguyên liệu giàu dinh dưỡng và năng lượng, bao gồm các thành phần protein,
chất béo, carbohydrate và chất xơ.
Dầu hạt bụp giấm chứa khoảng 18,8 – 22,3% protein, 39,5 – 42,6% chất xơ,
19,1 – 22,8% chất béo, đặc biệt hàm lượng acid béo khơng bão hịa chiếm đến 70%,
trong đó acid linoleic chiếm tỷ lệ 44%. Ngồi ra hạt bụp giấm cịn là một nguồn giàu
các loại khoáng chất như phosphorus, magnesium, calcium và nhiều hợp chất có lợi
khác. (Gummadi và cộng sự, 2009)

3


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: TS. PHAN NGỌC HÒA

1.1.2 Thành phần dầu hạt bụp giấm

1.1.2.1 Thành phần acid béo
Hạt bụp giấm là nguồn nguyên liệu giàu hàm lượng các acid béo, đặc biệt hàm
lượng các acid béo không no chiếm tỷ lệ khá cao (74,33%) với các acid béo quan trọng
như acid linoleic (35,55%), acid oleic (36,64%), acid palmitic (19,34%), acid stearic
(4,86%) (Juana Sanchez và cộng sự, 2008).
Bảng 1.1 Thành phần các acid béo có trong dầu hạt bụp giấm. (Hainida và
cộng sự, 2008)
Hàm lượng acid béo (%)

Hạt bụp giấm

Hạt bụp giấm đã luộc

Myristoleic acid (C14:0)

0,21

0,23

Palmetic acid (C16:0)

19,21

19,34

Stearic acid (C18:0)

5,13

4,86

Arachidic acid (C20:0)

0,67

0,64

Total

25,22

25,07

Palmitoleic acid (C16:1)

0,36

0,36

Oleic acid (C18:1)

36,9

36,64

Linoleic acid (C18:2)

35,02

35,55

Alpha-linolenic acid (C18:3)

1,85

1,78

Total

74,13

74,33

Acid béo no

Acid béo khơng no

Chất béo có vai trị quan trọng trong quá trình vận chuyển các loại vitamin tan
trong dầu mỡ như Vitamin A, D, E, K, các acid béo khơng no có vai trị quan trọng
trong sự phát triển bình thường của cơ thể, tăng sức đề kháng và có hoạt tính sinh học
cao.

4


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: TS. PHAN NGỌC HÒA

Acid oleic là thành phần chính của chất myelin bao quanh sợi trục tế bào thần

kinh, giúp dẫn truyền tín hiệu thần kinh. Acid linoleic (omega - 6) là tiền chất của ARA
thành phần quan trọng của màng tế bào (kể cả tế bào não), là tiền chất của nhiều chất
kháng viêm,…giúp tăng cường sức đề kháng. Hàm lượng linoleic là tiêu chuẩn quan
trọng để đánh giá giá trị sinh học của chất béo. Acid linolenic (omega - 3) là tiền chất
của DHA, là acid béo quan trọng trọng việc việc phát triển não bộ, mắt và hệ thần kinh
(DHA chiếm ¼ não bộ người lớn). Các acid béo chưa no kết hợp với các cholesterol
tạo thành các ester cơ động, không bền vững và dễ bài tiết ra khỏi cơ thể, giúp ngăn
ngừa xơ vữa động mạch và có tác dụng cao trong q trình điều hịa thành mạch máu,
nâng cao tính đàn hồi và hạ thấp khả năng thẩm thấu của thành mạch máu, giúp hạn
chế nghẽn động mạch vành tim. Ngồi ra các acid béo cịn có mối quan hệ mật thiết
với các vitamin nhóm B và khả năng hợp mỡ của Cholin (Nzikou và cộng sự, 2011)
1.1.2.2 Phenolic acid
Thành phần dầu hạt bụp giấm chứa một lượng lớn hàm lượng hợp chất
polyphenol khá cao (1,95mg / 100g dầu), đặc biệt là các phenolic acid, bao gồm các
hợp chất ở dạng hydroxybenzoic và hydroxycinnamic: gallic, protocatechuic, p –
hydroxybenzoic, caffeic, vanillic, syringic, p – coumaric và ferulic acid,…K. L. Nyam
và cộng sự, 2009 đã nghiên cứu và so sánh thành phần hợp chất phenolic acid trong
dầu các hạt thực vật, kết quả cho thấy hàm lượng ferulic acid chiếm hàm lượng cao
nhất trong dầu hạt bụp giấm (0,25mg / 100g dầu). (Nyam và cộng sự, 2009)

5


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: TS. PHAN NGỌC HÒA

Bảng 1.2 Thành phần các phenolic acid trong dầu hạt bụp giấm (Nyam và cộng
sự, 2009)
Hàm lượng (mg / 100g dầu)

Phenolic acid
Vanillic acid

0,55 + 0,01

Caffeic acid

0,41 + 0,01

Gallic acid

0,29 + 0,02

Ferulic acid

0,25 + 0,01

p – hydroxybenzoic acid

0,21 + 0,03

p – coumaric acid

0,18 + 0,03

Protocatechuic acid

0,06 + 0,02

Các hợp chất phenolic acid được đánh giá cao dựa trên tính chống oxi hóa,
caffeic acid, chlogennic acid, ferulic acid, sinapic acid và p – coumaric acid có hoạt
tính chống oxi hóa cao hơn hẳn so với benzoic acid, p – hydroxybenzoic acid, vanillic
acid và syringic.
Bên cạnh tác dụng chống oxi hóa cao, hợp chất phenolic acid là những thành
phần có hoạt tính sinh học quan trọng như tính kháng khuẩn, tính kháng nấm, kháng tế
bào ung thư, chống viêm nhiễm và tác động giãn mạch của cơ thể, các hợp chất
phenolic acid tự nhiên được đánh giá là một phương pháp điều trị bệnh tim hiệu quả.
acid (Neha Babbar và cộng sự, 2013)
1.1.2.3 Sterol và Squalene
Theo Y. B. Che Man và cộng sự, 2009, hoạt tính chống oxy hóa cao nhất được
biết đến là ở hợp chất phenol và tocopherol. Squalene được xếp hạng thứ hai với tác
dụng chống oxy hóa các hợp chất lipid trong cơ thể người, bao gồm các acid béo khơng
bão hịa nhiều nối đôi và các thành phần lipid trong tế bào và màng bào quan.
Squalene là một hydrocarbon có chứa nhiều nối đơi với nhiều hoạt tính sinh học
quan trọng. Squalene là tiền chất để tổng hợp nên cholesterol, nó cũng được đề cập là
một trong những hợp chất có tác dụng kháng các loại tế bào ung thư.

6


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: TS. PHAN NGỌC HÒA

Hợp chất sterol có tác dụng cao trong việc làm giảm cholesterol và những tác
động tốt đến sức khỏe. Hàm lượng sterol có trong dầu hạt bụp giấm như là chất chỉ thị
để xác định dầu, các dẫn xuất của dầu và chất lượng của dầu. (Nyam và cộng sự,
2009).
Các hợp chất phytosterol trong dầu hạt bụp giấm chiếm tỷ lệ rất cao (772,06 mg

/ 100g dầu), bao gồm squalene, cholesterol, ergosterol, campesterol, sitosterol ,..trong
đó sitosterol chiếm hàm lượng cao nhất với 602,42 mg / 100g dầu.
Bảng 1.3 Thành phần sterol thực vật có trong dầu hạt bụp giấm (Che Man và cộng
sự, 2009)
Hàm lượng (mg / 100g dầu)

Sterol
Sitosterol

602,42 + 1,32

Campesterol

102,35 + 3,94

Stigmasterol

38,53 + 2,43

Squalene

14,51 + 6,79

Cholesterol

14,25 + 0,75

Trong thành phần các hợp chất sterol từ thực vật, sitosterol được nghiên cứu sâu
hơn cả vì các đặc tính đặc biệt của nó, sitosterol có tác dụng điều hịa chuyển hóa mỡ
và cholesterol. Sitosterol sẽ kết hợp với cholesterol thành những hợp chất không tan

không bị hấp thu, giúp ngăn ngừa tăng cholesterol trong máu.
1.1.2.4 Tocopherols
Tocopherols là hợp chất sinh học có khả năng chống oxy hóa rất mạnh. α –
tocopherols, cịn gọi là vitamin E, có hoạt tính chống oxy hóa mạnh Vitamin E có tác
dụng bảo vệ chất béo, đặc biệt là các acid béo chưa no nhiều nhánh (polyunsaturates
fatty acid – PUFAs), các thành phần khác ở màng tế bào và các low – density
lipoproteins chống lại các gốc tự do (FAO / WHO, 2002), sản phẩm sinh ra trong quá
trình chuyển hóa của cơ thể - hay có thể nói vitamin E là một trong những chất chống

7


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: TS. PHAN NGỌC HỊA

oxi hóa chủ yếu, bảo vệ cơ thể. Dầu hạt bụp giấm chứa nhiều đồng phân tocopherols
với hàm lượng khá cao (82,12mg/100g).
Bảng 1.4 Thành phần tocopherols trong dầu hạt bụp giấm (Sarana Sommano và
cộng sự, 2013)
Hàm lượng (mg / 100g dầu)

Hoạt tính sinh học (%)

α - tocopherols

3,68 + 0,23

100

β - tocopherols

3,19 + 0,01

50

γ - tocopherols

70,65 + 2,98

10

δ - tocopherols

4,60 + 0,50

3

Tocopherols

1.2

Enzyme lipase
1.2.1 Định nghĩa
Enzyme lipase (triacylglycerol acylhydrolases, EC 3.1.1.3) là enzyme xúc tác

thủy phân và tổng hợp các este được hình thành từ triglycerol và các acid béo. Chúng
có bản chất là protein. Đặc tính kỹ thuật của lipase là hoạt động tại liên pha dầu –
nước. (Mendes và cộng sự, 2012)
Lipase được tìm thấy trong động vật, thực vật, nấm và vi khuẩn, có ý nghĩa sinh

lý và tiềm năng trong cơng nghiệp. Chức năng sinh học của lipase là xúc tác q trình
thủy phân của triacylglycerol giải phóng acid béo tự do, diacylglycerols,
monoacylglycerols và glycerol. Lipase thủy phân chất béo thành acid béo và glycerol
tại bề mặt phân pha dầu - nước và đảo chiều các phản ứng trong môi trường khơng có
nước: tổng hợp các este từ glycerol và acid béo chuỗi dài. Sản phẩm thu được bằng
cách sử dụng lipase tinh khiết hơn so với sử dụng các chất xúc tác hóa học vì sử dụng
chất xúc tác hóa học sinh ra nhiều sản phẩm không mong muốn và tạp chất, nhiệt độ,
áp suất cao và không tái sử dụng được. Như các xúc tác khác, lipase chỉ làm tăng tốc
độ phản ứng nhưng không tham gia trực tiếp vào phản ứng. Tuy nhiên, do khả năng
xúc tác chọn lọc, các enzyme có thể xúc tác phản ứng xảy ra ở một số liên kết nhất
định. Vì vậy, mỗi loại enzyme khác nhau có thể xúc tác cho các phản ứng xảy ra theo

8