Tối ưu hóa điều kiện lên men bán rắn khô dầu đậu nành nhằm nâng cao khả năng sinh protease của chủng Bacillus subtilis N6 bằng phương pháp đáp ứng bề mặt quy mô pilot
Khô dầu đậu nành là nguồn cung cấp protein rất tốt cho vật nuôi do có hàm lượng các axít amin không thay thế cao.
Khô dầu đậu nành, sản phẩm của quá trình tách chiết dầu từ hạt đậu nành, là nguồn cung cấp protein rất tốt cho vật nuôi do có hàm lượng các axít amin không thay thế cao. Tuy nhiên, việc sử dụng khô dầu đậu nành trong khẩu phần thức ăn cho gia súc, gia cầm non có hệ tiêu hóa chưa hoàn thiện bị hạn chế, hiệu quả không cao do khô dầu đậu nành chứa một số protein gây dị ứng, làm tăng nhu động và sự bài tiết nước của ruột non, dẫn đến tăng tỷ tiêu chảy ở heo con, giảm hấp thụ dinh dưỡng, giảm năng suất.
Lên men bán rắn là phương pháp lên men trên cơ chất rắn và hầu như chứa rất ít hay không có nước tự do. Trong đó, phương pháp lên men sử dụng vi khuẩn Bacillus tỏ ra có nhiều lợi thế hơn so với các vi khuẩn khác, nấm men hay nấm mốc do sản phẩm khô dầu đậu nành sau lên men có lượng protein hòa tan cao hơn, khả năng phân giải các protein gây dị ứng tốt hơn và sinh trưởng nhanh hơn. Tuy nhiên, hầu như không có bất kỳ nghiên cứu dạng này được công bố tại Việt Nam. Phương pháp đáp ứng bề mặt giờ đây đã được sử dụng phổ biến để nghiên cứu tối ưu hóa các quy trình công nghệ sinh học hay quy trình sản xuất công nghiệp. Tối ưu hóa quy trình lên men bằng phương pháp đáp ứng bề mặt (response surface methodology - RSM) là cách tiếp cận hiệu quả hơn so với phương pháp nghiên cứu truyền thống khảo sát từng yếu tố (one-factor-at-a-time). Phương pháp RSM gồm các kỹ thuật toán học, thống kê để mô hình hóa và phân tích các vấn đề (thiết kế, phát triển, tối ưu quy trình hay sản phẩm). Do được tích hợp các kỹ thuật hồi quy, ANOVA nên RSM làm giảm đáng kể số thí nghiệm phải tiến hành, từ đó làm giảm chi phí và thời gian nghiên cứu. Sử dụng RSM để thiết kế tối ưu bao gồm ba bước: sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng chính, xác định khoảng tối ưu của từng yếu tố, và ước lượng mô hình đáp ứng bằng thiết kế phức tạp như Box-Behnken (box-behnken design - BBD) nhằm xác định tổ hợp tối ưu giá trị của các yếu tố đầu vào.Một nghiên cứu của Phạm Huỳnh Ninh và ctv. đã nghiên cứu sử dụng mô hình Plackett-Burman (PB) để sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng tới hoạt tính protease của chủng B. subtilis N6, sau đó các điểm tối ưu của từng yếu tố mà tại đó hoạt tính protease đạt giá trị cao nhất được xác định bằng mô hình Box-Behnken nhằm phân giải tối đa các protein gây dị ứng, cải thiện chất lượng khô dầu đậu nành.
Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sản sinh protease của chủng vi khuẩn B. subtilis N6 được sàng lọc bằng thiết kế thí nghiệm Plackett-Burman. Trong các điều kiện lên men khảo sát thì nhiệt độ, độ dày cơ chất và thời gian lên men là ba yếu tố tác động đáng kể nhất (p<0,05). Thí nghiệm được thiết kế theo phương pháp đáp ứng bề mặt (response surface methodology - RSM). Kết quả cho thấy, điều kiện lên men thích hợp cho quá trình sinh tổng hợp protease là: nhiệt độ 35o C, độ dày cơ chất lên men là 1 cm và thời gian lên men là 35 giờ. Sau lên men 35 giờ, hoạt tính protease lên đến 632 U/g, cao hơn trước khi tối ưu 1,65 lần (382 U/g).><0,05) Thí nghiệm được thiết kế theo phương pháp đáp ứng bề mặt (response surface methodology - RSM). Kết quả cho thấy, điều kiện lên men thích hợp cho quá trình sinh tổng hợp protease là: nhiệt độ 35o C, độ dày cơ chất lên men là 1 cm và thời gian lên men là 35 giờ. Sau lên men 35 giờ, hoạt tính protease lên đến 632 U/g, cao hơn trước khi tối ưu 1,65 lần (382 U/g).
Tạp chí Khoa học Công nghệ Việt Nam Tập 61 số 9 9/2019