Sản xuất thử nghiệm tinh bột biến tính bằng công nghệ enzym làm nguyên liệu cho công nghiệp dược, công nghiệp thực phẩm

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM --- BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ DỰ ÁN Tên Dự án: “SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM TINH BỘT BIẾN TÍNH BẰNG CÔNG NGHỆ ENZIM LÀM NGUYÊN LIỆU

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

-

ĐỀ ÁN PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG LĨNH VỰC

CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN ĐẾN NĂM 2020

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ DỰ ÁN

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

-

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ DỰ ÁN

Tên Dự án:

“SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM TINH BỘT BIẾN TÍNH BẰNG CÔNG NGHỆ ENZIM LÀM NGUYÊN LIỆU CHO CÔNG NGHIỆP DƯỢC,

CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM.”

Thuộc Đề án phát triển và ứng dụng công nghệ sinh học trong lĩnh vực

công nghiệp chế biến đến năm 2020

Chủ nhiệm Dự án

ThS Vũ Thị Thuận BAN CHỦ NHIỆM ĐỀ ÁN

Cơ quan chủ trì Dự án

PGS.TS Lê Đức Mạnh

BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Hà Nội, ngày 16 tháng 08 năm 2010

BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN DỰ ÁN SXTN

I THÔNG TIN CHUNG

1 Tên dự án: “Sản xuất thử nghiệm tinh bột biến tính bằng phương pháp enzim làm

nguyên liệu cho công nghiệp dược phẩm, công nghiệp thực phẩm”

Chức danh khoa học: Nghiên cứu viên chính

Chức vụ: Chủ nhiệm Bộ môn Công nghệ Đường bột

Điện thoại:Tổ chức: 04 38582749; Nhà riêng: 0438432403; Mobile: 0916957112

Fax: 04 38584554 E-mail: firithuan@yahoo.com

Tên tổ chức đang công tác: Viện Công nghiệp Thực phẩm

Địa chỉ tổ chức: 301-Nguyễn Trãi – Thanh Xuân – Hà Nội

Địa chỉ nhà riêng: 18 ngõ 317- Hoàng Hoa Thám – Ba đình - Hà Nội

3 Tổ chức chủ trì dự án:

Tên tổ chức chủ trì đề tài: Viện Công nghiệp Thực phẩm

Điện thoại: 04.38584318; 04.38585107 Fax: 04 38584554

Website: www.firi.ac.vn

Địa chỉ: 301-Nguyễn Trãi – Thanh Xuân – Hà Nội

Họ và tên thủ trưởng tổ chức: TS Lê Đức Mạnh

Số tài khoản: 931-01-016 tại Kho bạc Thanh Xuân, Hà Nội

Ngân hàng: Ngân hàng Công thương Việt Nam

Tên cơ quan chủ quản đề tài: Bộ Công Thương

Thời gian (Tháng, năm)

Kinh phí (Tr.đ)

Ghi chú

(Số đề nghị quyết toán)

1 1/2008 – 12/2009 3000 1/2009 – 3/2011 3000

c) Kết quả sử dụng kinh phí theo các khoản chi:

- Lý do thay đổi (nếu có):

3 Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện dự án:

(Liệt kê các quyết định, văn bản của cơ quan quản lý từ công đoạn xác định nhiệm vụ, xét chọn, phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực hiện nếu có); văn bản của tổ chức chủ trì đề tài, dự

án (đơn, kiến nghị điều chỉnh nếu có)

Số

TT

Số, thời gian ban

Ghi chú A- Văn bản của tổ chức quản lý

nghiệp chế biến đến năm 2020

Hợp đồng nghiên cứu Khoa học và Công

nghệ Dự án: “Sản xuất thử nghiệm tinh

bột biến tính bằng phương pháp enzim làm nguyên liệu cho công nghiệp dược phẩm, công nghiệp thực phẩm” giữa Bộ

Công Thương với Viện CNTP

Gia hạn (lần 2) thời gian thực hiện nhiệm

vụ KHCN giao năm 2008 thuộc Đề án phát triển CNSH trong chế biến đến năm

2 Đơn đề nghị của Cty

CP phát triển CN Việt

Ý, ngày 02/08/2009

Cty CP phát triển CN Việt Ý xin không tiếp tục tham gia thực hiện Dự án

3 Đơn đề nghị của Cty

Tên tổ chức đã tham gia thực hiện

Nội dung tham gia chủ yếu

Sản phẩm chủ yếu đạt được

Ghi chú

Dương

- Đầu tư máy móc, cải tạo và lắp đặt thiết bị, nhà xưởng

- Chuẩn bị nhân lực và tiếp nhận công nghệ sản xuất tinh bột biến tính từ tinh bột sắn và gạo có

DE 8-12

- Phối hợp sản xuất tinh bột biến tính ở quy mô công nghiệp tại Công ty

Qui trình công nghệ

và dây truyền thiết

bị sản xuất tinh bột biến tính từ tinh bột sắn

và gạo có

DE 8-12

- Lý do thay đổi (nếu có): Thay đổi công ty tham gia thực hiện Dự án theo Công văn số 10728/BCT-KHCN ngày 27/10/2009 của Bộ Công Thương

5 Cá nhân tham gia thực hiện dự án:

(Người tham gia thực hiện đề tài thuộc tổ chức chủ trì và cơ quan phối hợp, không quá 10 người kể

cả chủ nhiệm)

Số

TT

Tên cá nhân đăng

ký theo Thuyết minh

Tên cá nhân

đã tham gia thực hiện

Nội dung tham gia chính

Sản phẩm chủ yếu đạt được

Ghi chú

*

1 ThS Vũ Thị

Thuận

ThS Vũ Thị Thuận

Chủ nhiệm Dự án, Thực hiện hoàn thiện công nghệ và chuyển giao công nghệ

Báo cáo tiến độ, có báo cáo chuyên đề

Thực hiện hoàn thiện công nghệ và chuyển giao công nghệ

Có báo cáo chuyên

đề

3 ThS Ngô

Thị Vân

ThS Ngô Thị Vân

Thực hiện hoàn thiện công nghệ và chuyển giao công nghệ

Có báo cáo chuyên

đề

4 ThS Đỗ

Trọng Hưng

ThS Đỗ Trọng Hưng

Thực hiện hoàn thiện công nghệ và chuyển giao công nghệ

Có báo cáo chuyên

Thực hiện hoàn thiện công nghệ và chuyển giao công nghệ

Có báo cáo chuyên

Thực hiện hoàn thiện công nghệ và chuyển giao công nghệ

Có báo cáo chuyên

đề

7 KS Đinh KS Nguyễn Tiếp nhận công

nghệ và phối hợp Đã tiếp nhận được công nghệ và sản

Công Quyết Duy Hồng sản xuất xuất ra sản phẩm

Tiếp nhận công nghệ và phối hợp sản xuất

Đã tiếp nhận được công nghệ và sản xuất ra sản phẩm TBBT

9 KS Nguyễn

Thị Tân

KS Nguyễn Duy Phú

Tiếp nhận công nghệ và phối hợp sản xuất

Đã tiếp nhận được công nghệ và sản xuất ra sản phẩm TBBT

- Lý do thay đổi (nếu có): Thay đổi công ty tham gia thực hiện Dự án theo Công văn số 10728/BCT-KHCN ngày 27/10/2009 của Bộ Công Thương

1

2

- Lý do thay đổi (nếu có):

7 Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị:

1 ND:

- Giới thiệu công nghệ sản xuất tinh bột biến tính bằng phương pháp enzim

ND:

- Giới thiệu công nghệ sản xuất tinh bột biến tính bằng phương pháp enzim

- Ứng dụng của tinh bột biến

tính trong một số sản phẩm thực phẩm và dược phẩm TG: 2008

KP: 5 tr.đ

- Ứng dụng của tinh bột biến tính trong một số sản phẩm thực phẩm và dược phẩm

TG: 2009 KP: 5 tr.đ

- Lý do thay đổi (nếu có):

8 Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu:

Người,

cơ quan thực hiện

1 Hoàn thiện công nghệ sản xuất

tinh bột biến tính từ tinh bột

sắn và gạo có DE 8-12

2008 2009 Viện CNTP

2 Xây dựng dây chuyền thiết bị

sản xuất tinh bột biến tính tại

Viện Công nghiệp Thực phẩm

2008 2009 Viện CNTP

3 Thiết kế thiết bị thiết bị thuỷ

phân sản xuất tinh bột biến tính

quản tinh bột biến tính (xác

định vật liệu bảo quản, một số

thông số kt của vật liệu bảo

số Cty chế biến thực phẩm khác

7 Ứng dụng sản phẩm tinh bột

biến tính trong dược phẩm

2008 2009 Viện CNTP, Cty

Dược phẩm Mê Linh, Xí nghiệp Dược phẩm Á Châu

8 Xây dựng mô hình thiết bị sản

xuất tinh bột biến tính ở quy

mô công nghiệp 1-3 tấn/ ngày

tại công ty CP Thực phẩm

Minh Dương

2009 2010 Viện CNTP,

Cty CP TP Minh Dương

11 Biên soạn tài liệu và tổ chức

đào tạo

2009 2010 Viện CNTP, Cty

CP TP Minh Dương

- Lý do thay đổi (nếu có): Do một số nguyên nhân khách quan nên dự án đã triển khai chậm so với tiến độ đã đăng ký

III SẢN PHẨM KH&CN CỦA DỰ ÁN

1 Sản phẩm KH&CN đã tạo ra:

Theo kế hoạch

Thực tế đạt được

1 Tinh bột biến tính từ gạo

- Độ mịn: 99% đi qua rây 150micro

-Vi sinh vật: Đảm bảo tiêu chuẩn

- Độ mịn: 98% đi qua rây 150micro

-Vi sinh vật: Đảm bảo tiêu chuẩn

Ghi chú

1 Quy trình công nghệ sản xuất tinh

bột biến tính bằng enzim từ tinh

bột sắn và gạo

2 quy trình

2 quy

trình

Theo đúng thuyết minh

và hợp đồng

2 Xây dựng mô hình dây chuyền sản

xuất tinh bột biến tính bằng enzim

với quy mô 1tấn/ngày/loại sản

phẩm

1 mô hình

1 mô

hình

Theo đúng thuyết minh

Theo

kế hoạch

Thực tế đạt được

- Lý do thay đổi (nếu có):

d) Kết quả đào tạo:

Số lượng

Số

TT

Cấp đào tạo, Chuyên ngành

hoạch

Thực tế đạt được

Ghi chú

(Thời gian kết thúc)

- Lý do thay đổi (nếu có):

đ) Tình hình đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp, quyền đối với giống cây trồng:

Ghi chú

(Thời gian kết thúc)

- Lý do thay đổi (nếu có):

e) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN đã được ứng dụng vào thực tế

Đã có sản phẩm tinh bột gạo có chất lượng tốt

Sản phẩm tinh bột biến tính DE 8-12 đã được thị

Hoài Đức - Hà Nội trường chấp nhận

Sản phẩm tinh bột biến tính DE 8-12 đã được thị trường chấp nhận

2 Đánh giá về hiệu quả do dự án mang lại:

a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ:

- Dự án góp phần đẩy mạnh ứng dụng công nghệ sinh học trong chế biến thực phẩm, trong đó có công nghệ ứng dụng enzim trong chế biến tinh bột nhằm tạo ra sản phẩm theo hướng công nghệ nền – công nghệ sinh học, công nghệ sản xuất sạch hơn, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm Đây là công nghệ hiện nay được các nước trong khu vực và trên thế giới ứng dụng trong rất nhiều sản phẩm thực phẩm Đó cũng là hướng đầu tư trọng điểm, ưu tiên của Đảng và Nhà nước ta

- Dự án ứng dụng công nghệ enzim trong sản xuất tinh bột biến tính làm giảm ô nhiễm môi trường, nước thải dễ xử lý (COD thấp)

- Dự án góp phần nâng cao trình độ chuyên môn cho các doanh nghiệp về lĩnh vực chế biến tinh bột nhằm đa dạng hoá sản phẩm

b) Hiệu quả về kinh tế xã hội:

- Dự án sản xuất tinh bột biến tính bằng công nghệ enzim được phát triển ở các nhà máy chế biến thực phẩm làm phong phú thêm các sản phẩm từ tinh bột, nâng cao được giá trị của sản phẩm nông nghiệp, đồng thời tạo thêm công ăn việc làm cho người lao động

- Dự án tận dụng được nguồn nguyên liệu dồi dào và nguồn lao động sẵn có trong nước

- Sản phẩm tinh bột biến tính được sản xuất theo công nghệ của Dự án có giá thành thấp hơn so với sản phẩm tinh bột biến tính cùng loại trên thị trường khu vực

Dự án góp phần làm cho các doanh nghiệp chế biến thực phẩm trong nước chủ động nguồn liệu sản xuất và hạ giá thành sản phẩm

- Dự án phát triển quan hệ hợp tác cùng có lợi giữa Công ty với Viện Công nghiệp thực phẩm, giữa nhà sản xuất với các nhà khoa học nhằm phát triển công nghệ nội

sinh, công nghệ cao, sản phẩm tinh bột biến tính

3 Tình hình thực hiện chế độ báo cáo, kiểm tra của dự án:

Số

Thời gian thực hiện

Ghi chú

(Tóm tắt kết quả, kết luận chính,

người chủ trì…)

I Kiểm tra định kỳ

Lần 1 6/2009 Do một số nguyên nhân khách quan

nên dự án đã triển khai chậm so với tiến độ đã đăng ký, xong đã thực hiện đúng, đủ các nội dung đã đăng ký

II Báo cáo định kỳ

Lần 1

Lần 2

12/2009 6/2010

Đã thực hiện đúng, đủ các nội dung đã đăng ký

III Nghiệm thu cấp cơ

sở

31/08/2010 Đã nghiệm thu cấp cơ sở, Dự án được

đánh giá Đạt và được Hội đồng nghiệm thu cấp cơ sở đề nghị cho nghiệm thu cấp nhà nước

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5

1.1 TINH BỘT BIẾN TÍNH 5

1.1.1 Giới thiệu tinh bột biến tính 5

1.1.2 Sản xuất tinh bột biến tính bằng phương pháp enzim 6

1.1.2.1 Quy trình công nghệ chung sản xuất tinh bột biến tính bằng enzim 6

1.1.2.2 Enzim α- amylaza thuỷ phân tinh bột 7

1.1.2.3 Nguồn sinh tổng hợp enzim 7

1.1.2.4 Cơ chế thuỷ phân tinh bột của α- amylaza 8

1.1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng tới enzim α - amylaza 9

1.1.2.6 Giới thiệu enzim Termamyl 11

1.1.2.7 Giới thiệu enzim SEB Star- HTL 11

1.1.2.8 Giới thiệu enzim Amylex®HT 12

1.2 ỨNG DỤNG CỦA TINH BỘT BIẾN TÍNH (MALTODEXTRIN) 13

1.2.1 Ứng dụng tinh bột biến tính trong sản xuất thức ăn trẻ em, đồ ăn kiêng 13

1.2.2 Ứng dụng tinh bột biến tính trong sản xuất bánh kẹo 13

1.2.3 Ứng dụng tinh bột biến tính trong sản xuất nhiều loại đồ uống 14

1.2.4 Ứng dụng tinh bột biến tính trong các sản phẩm sữa, kem 15

1.2.5 Ứng dụng tinh bột biến tính trong sản xuất dược phẩm 16

1.2.6 Các ứng dụng khác của tinh bột biến tính 16

1.3 TINH BỘT - NGUỒN NGUYÊN LIỆU ĐỂ SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH 17

1.3.1 Nguồn gốc tinh bột 17

1.3.2 Cấu trúc của tinh bột 17

1.3.3 Tính chất của tinh bột 18

1.4 TINH BỘT SẮN 19

1.4.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn 19

1.4.2 Đặc tính tinh bột sắn 20

1.5 NGUỒN NGUYÊN LIỆU GẠO 20

1.5.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ lúa gạo 20

1.5.2 Cấu tạo và thành phần hóa học của hạt gạo 21

1.5.3 Vài nét về tinh bột gạo 23

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 25

2.1 PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU 25

2.1.1 Phương pháp phân tích hoá lý 25

2.1.1.1 Phương pháp xác đinh hàm ẩm 25

2.1.1.2 Xác định nồng độ chất khô (0Bx) bằng chiết quang kế 25

2.1.1.3 Xác định pH bằng máy đo pH 25

2.1.1.4 Xác định nồng độ dịch bột bằng bome kế 25

2.1.1.5 Phương pháp xác định độ nhớt của dịch thủy phân 25

2.1.1.6 Phương pháp xác định hàm lượng tinh bột bằng phương pháp Béc - tơ - răng 25

2.1.1.7 Xác định DE theo phương pháp phân tích Lane- Eynon 25

2.1.1.8 Xác định hàm lượng một số loại đường bằng phương pháp sắc ký lỏng cao áp (HPLC) hoặc bằng thiết bị phân cực kế (polarimeter) 25

2.1.1.9 Phân tích protein tổng theo phương pháp Kjeldahl 25

2.1.1.10 Phân tích các kim loại nặng bằng phương pháp hấp phụ nguyên tử (AAS) 25

2.1.2 Phương pháp vi sinh vật học 26

2.1.2.1 Xác định sự sống xót của tế bào vi khuẩn Lactobacillus acidophillus 26

2.1.2.2 Kiểm tra tổng số vi sinh vật hiếu khí 26

2.1.2.3 Kiểm tra Coliform và E.coli 26

2.1.2.4 Kiểm tra Salmonella 26

2.1.2.5 Kiểm tra nấm men, nấm mốc 26

2.1.3 Phương pháp công nghệ 26

2.1.3.1 Hoàn thiện công nghệ xử lý tinh bột sắn 26

2.1.3.2 Nghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột gạo 26

2.1.3.3 Nghiên cứu lựa chọn enzim thích hợp cho quá trình dịch hoá 26

2.1.3.4 Xác định các điều kiện thích hợp của quá trình dịch hoá tinh bột 26

2.1.3.5 Phương pháp làm sạch dịch thủy phân và thu hồi sản phẩm 26

2.1.3.6 Bảo quản sản phẩm 27

2.1.4 Phương pháp xây dựng mô hình 27

2.1.4.1 Xây dựng mô hình thiết bị qui mô pilot xưởng thực nghiệm Viện CNTP 27

2.1.4.2 Xây dựng mô hình sản xuất tinh bột biến tính qui mô công nghiệp 27

2.1.5 Phương pháp đánh giá cảm quan 28

2.2 THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ HOÁ CHẤT 28

2.2.1 Nguyên vật liệu, hóa chất 28

2.2.2 Thiết bị, dụng cụ: 28

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30

3.1 HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ TINH BỘT SẮN 30

3.1.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ nước rửa đến chất lượng tinh bột sắn 30

3.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ nước ngâm rửa đến chất lượng bột 31

3.1.3 Ảnh hưởng của thời gian ngâm rửa đến chất lượng bột 32

3.1.4 Ảnh hưởng của chế độ sấy đến chất lượng nguyên liệu tinh bột sắn 33

3.1.5 Xây dựng sơ đồ công nghệ xử lý tinh bột sắn 35

3.2 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT GẠO 36

3.2.1 Nghiên cứu điều kiện xử lý gạo để loại bỏ protein 37

3.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ NaOH trong nước ngâm gạo đến chất lượng tinh bột gạo 38

3.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ nước ngâm gạo đến chất lượng tinh bột 39

3.2.4 Ảnh hưởng thời gian ngâm gạo đến chất lượng tinh bột 40

3.2.5 Xác định ảnh hưởng của tỷ lệ nước ngâm gạo 41

3.2.6 Xác định số lần rửa tinh bột gạo thích hợp sau khi nghiền 42

3.2.7 Xác định điều kiện sấy tinh bột gạo 42

3.2.8 Xây dựng sơ đồ công nghệ sản xuất tinh bột gạo 43

3.3 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG TIÊU CHUẨN CHẤT LƯỢNG NGUYÊN LIỆU TINH BỘT DÙNG CHO SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH 44

3.3.1 Xây dựng tiêu chuẩn chất lượng nguyên liệu tinh bột sắn dùng cho sản xuất tinh bột biến tính 44

3.3.2 Nghiên cứu xây dựng tiêu chuẩn chất lượng nguyên liệu tinh bột gạo dùng cho sản xuất tinh bột biến tính 46

3.4 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN ENZIM THÍCH HỢP CHO QUÁ TRÌNH DỊCH HÓA 48

3.4.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của mỗi loại enzim trong quá trình thủy phân tinh bột 48

3.4.2 Xác định thời gian vô hoạt enzim Amylex HT 49

3.5 HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ THỦY PHÂN TINH BỘT SẮN DE 8-12 50

3.5.1 Ảnh hưởng của nồng độ tinh bột tới quá trình thủy phân 50

3.5.3 Xác định ảnh hưởng của pH tới quá trình dịch hóa 53

3.5.4 Xác định ảnh hưởng của nồng độ enzim tới quá trình dịch hóa 54

3.5.5 Xác định ảnh hưởng của thời gian thủy phân tới quá trình dịch hóa 55

3.6 HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ THUỶ PHÂN TINH BỘT GẠO DE 8-12 56

3.6.1 Xác định ảnh hưởng của nồng độ tinh bột gạo tới quá trình thủy phân 56

3.6.2 Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đối với tinh bột gạo đến chất lượng sản phẩm 57

3.6.3 Xác định ảnh hưởng của pH tới quá trình dịch hóa tinh bột gạo 58

3.6.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ enzim tới quá trình dịch hóa tinh bột gạo 59

3.6.5 Xác định ảnh hưởng của thời gian thủy phân tới quá trình dịch hóa tinh bột gạo 60 3.7 NGHIÊN CỨU LÀM SẠCH DỊCH TINH BỘT BIẾN TÍNH 61

3.7.1 Làm sạch dịch bằng than hoạt tính 61

3.7.2 Nghiên cứu xác định nồng độ dịch thích hợp cho quá trình lọc 62

3.8 NGHIÊN CỨU THU HỒI TINH BỘT BIẾN TÍNH CÓ DE 8-12 BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẤY PHUN 64

3.8.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy phun tới chất lượng sản phẩm 64

3.8.2 Xác định ảnh hưởng của nồng độ chất khô đến quá trình sấy phun tạo sản phẩm dạng bột 65

3.9.THIẾT KẾ THIẾT BỊ THỦY PHÂN TINH BỘT 67

3.9.1.Bản thiết kế thiết bị thủy phân tinh bột dung tích 1500 l 67

3.9.2.Thuyết minh bản thiết kế thiết bị thủy phân tinh bột 69

3.10 XÂY DỰNG DÂY CHUYỀN THIẾT BỊ SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH QUY MÔ XƯỞNG THỰC NGHIỆM TẠI VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM .72

3.10.1 Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất thử nghiệm tinh bột biến tính 72

3.10.2 Thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ 73

3.10.3 Lựa chọn thiết bị 75

3.10.4 Xây dựng mô hình hệ thống thiết bị sản xuất tại xưởng thực nghiệm 78

3.11 SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM TINH BỘT BIẾN TÍNH TẠI XƯỞNG THỰC NGHIỆM VIỆN CNTP 80

3.11.1 Sản xuất thử nghiệm TBBT từ tinh bột sắn 80

3.11.2 Sản xuất thử nghiệm TBBT từ gạo 82

3.11.3 Một số hình ảnh sản xuất thử nghiệm tại xưởng Viện CNTP 84

3.12 PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 86

3.13 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THIẾT BỊ SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH Ở QUI MÔ CÔNG NGHIỆP 1-3 TẤN / NGÀY TẠI CÔNG TY CỔ PHẦN THỰC PHẨM MINH DƯƠNG 88

3.13.1 Lựa chọn thiết bị phù hợp sản xuất tinh bột biến tính ở quy mô công nghiệp 88

3.13.2 Xây dựng mô hình dây chuyền thiết bị sản xuất tinh bột biến tính tại Công ty CP Thực phẩm Minh Dương 92

3.13.3 Kết quả sản xuất tinh bột biến tính từ tinh bột sắn và gạo ở qui mô công nghiệp.95 3.13.4 Qui trình công nghệ sản xuất tinh bột biến tính từ tinh bột sắn, gạo 96

3.13.5 Một số hình ảnh sản xuất tinh bột biến tính trên dây chuyền thiết bị tại Công ty CP Thực phẩm Minh Dương 100

3.14 XÁC ĐỊNH PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN TINH BỘT BIẾN TÍNH 103

3.14.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số loại bao bì 103

3.14.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của độ dầy bao bì (độ dầy của túi PE) 104

3.14.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của mức độ hút chân không đến quá trình bảo quản sản phẩm 105

3.15 ỨNG DỤNG TINH BỘT BIẾN TÍNH TRONG CÔNG NGHIỆP DƯỢC PHẨM 106

3.15.1 Ứng dụng tinh bột biến tính làm chất mang trong quá trình sản xuất chế phẩm probiotic 107

3.15.1.1 Ảnh hưởng của một số chất mang trong quá trình sản xuất chế phẩm probiotic 107

3.15.1.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn TBBT với sinh khối tế bào vi khuẩn đến khả năng sống sót của chúng 108

3.15.1.3 So sánh các loại tinh bột biến tính dùng làm chất mang trong quá trình sản xuất chế phẩm probiotic 109

3.15.2 Kết quả ứng dụng tinh bột biến tính của Dự án đối với một số công ty Dược phẩm 111

3.16 ỨNG DỤNG TINH BỘT BIẾN TÍNH TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM .112

3.16.1 Ứng dụng tinh bột biến tính trong sản xuất đồ uống sữa đậu nành 112

3.16.2 Ứng dụng tinh bột biến tính trong sản xuất bánh tại công ty bánh kẹo Hải Hà 114 3.16.3 Ứng dụng tinh bột biến tính trong sản xuất kem 115

3.17 XÂY DỰNG VÀ CÔNG BỐ TIÊU CHUẨN CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM TINH BỘT BIẾN TÍNH 116

3.17.1 Xây dựng tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm tinh bột biến tính từ tinh bột sắn và gạo 116 3.17.2 Công bố tiêu chuẩn chất lượng 118 3.18 XÁC ĐỊNH THỊ TRƯỜNG TIÊU THỤ SẢN PHẨM 118 3.18.1 Nhu cầu sử dụng tinh bột biến tính 118 3.18.2 Tình hình tiêu thụ tinh bột biến tính 120

3.18.2.1 Tình hình tiêu thụ tinh bột biến tính trên thế giới 120 3.18.2.2 Tình hình tiêu thụ tinh bột biến tính ở Việt Nam 121

3.18.3 Khảo sát giá thành tinh bột biến tính trên thị trường 122 3.18.4 Tính toán hiệu quả kinh tế 123 3.18.4.1 Tính toán giá thành sản phẩm của tinh bột biến tính 123 3.18.4.2.Tính toán thu hồi vốn 126 3.18.5 Tiếp thị và thử nghiệm chào bán sản phẩm 126 3.19 CÔNG TÁC ĐÀO TẠO VÀ CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ .128 3.19.1 Biên soạn tài liệu dùng cho công tác đào tạo 128 3.19.2 Kết quả đào tạo và chuyển giao công nghệ 128 CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 129 LỜI CẢM ƠN……….133

TÀI LIỆU THAM KHẢO 134

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 1.1 Hiện trạng sản xuất, chế biến và sử dụng sắn ở một số nước năm 2009 19 Bảng 1.2 Thành phần hoá học của hạt gạo 23 Bảng 3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ nước rửa đến chất lượng tinh bột sắn 31 Bảng 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ nước ngâm rửa đến chất lượng bột 32 Bảng 3.3 Ảnh hưởng của thời gian ngâm rửa đến chất lượng bột 33 Bảng 3.4 Xác định chế độ sấy tinh bột sắn 34 Bảng 3.5 Ảnh hưởng của phương pháp xử lý gạo tới chất lượng tinh bột 38 Bảng 3.6 Ảnh hưởng của nồng độ kiềm trong dịch ngâm gạo đến chất lượng tinh bột 39 Bảng 3.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ ngâm gạo đến chất lượng tinh bột 39 Bảng 3.8 Ảnh hưởng của thời gian ngâm gạo đến chất lượng tinh bột 40 Bảng 3.9 Xác định tỷ lệ lượng nước ngâm gạo thích hợp nhất 41 Bảng 3.10 Ảnh hưởng của quá trình rửa bột đến chất lượng tinh bột gạo 42 Bảng 3.11 Tiêu chuẩn tinh bột nguyên liệu tinh bột sắn dùng cho sx tinh bột biến tính 46 Bảng 3.12 Tiêu chuẩn tinh bột gạo dùng cho sản xuất tinh bột biến tính 47 Bảng 3.13 Nghiên cứu lựa chọn enzim có hoạt lực cao trong quá trình thủy phân tinh bột 48 Bảng 3.14 Xác định độ bền nhiệt enzim Amylex HT ở 100 0 C 50 Bảng 3.15 Ảnh hưởng của nồng độ tinh bột tới quá trình thuỷ phân 51 Bảng 3.16 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân tinh bột sắn đến chất lượng dịch thủy phân52 Bảng 3.17 Ảnh hưởng của pH đến quá trình thuỷ phân tinh bột sắn 53 Bảng 3.18 Ảnh hưởng của nồng độ enzim tới quá trình thủy phân tinh bột sắn 54 Bảng 3.19 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân tới quá trình dịch hóa tinh bột sắn 55 Bảng 3.20 Ảnh hưởng của nồng độ tinh bột gạo tới quá trình thủy phân 57 Bảng 3.21 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình dịch hoá tinh bột gạo 58 Bảng 3.22 Ảnh hưởng của pH đến quá trình thuỷ phân tinh bột gạo 58 Bảng 3.25 Ảnh hưởng của tỷ lệ than hoạt tính và chất trợ lọc đến độ trong của dịch 61 Bảng 3.26 Ảnh hưởng của nồng độ dịch tinh bột sắn đến khả năng lọc 63 Bảng 3.27 Ảnh hưởng của nồng độ dịch tinh bột gạo đến khả năng lọc 63 Bảng 3.28 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy phun tới chất lượng sản phẩm 64 Bảng 3.29 Ảnh hưởng của nồng độ dịch tới quá trình sấy phun 65

Bảng 3.30 Kết quả sản xuất thực nghiệm tinh bột biến tính từ tinh bột sắn tại VCNTP 81 Bảng 3.31 Kết quả sản xuất thực nghiệm tinh bột biến tính từ gạo tại xưởng thực nghiệm Viện CNTP 83 Bảng 3.32 Kết quả phân tích tinh bột biến tính từ tinh bột sắn 86 Bảng 3.33 Kết quả phân tích tinh bột biến tính từ gạo 87 Bảng 3.34 Xác định các thông số kỹ thuật sản xuất tinh bột biến tính từ tinh bột sắn ở qui

mô công nghiệp 95 Bảng 3.35 Xác định các thông số kỹ thuật sản xuất tinh bột biến tính từ gạo ở qui mô công nghiệp 96 Bảng 3.36 Ảnh hưởng của một số loại bao bì trong quá trình bảo quản sản phẩm 103 Bảng 3.37 Ảnh hưởng độ dầy của túi PE trong quá trình bao gói và bảo quản sản phẩm 104 Bảng 3.39 Ảnh hưởng của chất mang đến sự sống sót của tế bào vi khuẩn 107 Bảng 3.40 Ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn giữa sinh khối tế bào vi khuẩn với chất mang đến

sự sống sót của tế bào 109 Bảng 3.41 So sánh các loại tinh bột biến tính dùng làm chất mang trong quá trình sản xuất chế phẩm probiotic 110 Bảng 3.42 Ảnh hưởng của tỷ lệ bổ sung tinh bột biến tính đến chất lượng sữa đậu nành 113 Bảng 3.43 Ảnh hưởng của tỷ lệ tinh bột biến tính bổ sung để thay thế đường kính trong sản xuất bánh kẹp kem 114 Bảng 3.44 Tiêu chuẩn chất lượng tinh bột biến tính từ tinh bột sắn 116 Bảng 3.45 Tiêu chuẩn chất lượng tinh bột biến tính từ gạo 117 Bảng 3.46 khảo sát giá tinh bột biến tính trên thị trường 123 Bảng 3.47 Tính toán giá thành cho 10 tấn tinh bột biến tính từ tinh bột sắn 124 Bảng 3.48 Tính toán giá thành cho 10 tấn tinh bột biến tính từ gạo 125 Bảng 3.49 Kết quả thử nghiệm tinh bột biến tính tại một số cơ sở 126

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH

Trang

Sơ đồ 1.1 Quy trình sản xuất tinh bột biến tính bằng enzim 6

Sơ đồ 3.1 Quy trình công nghệ xử lý tinh bột sắn 35

Sơ đồ 3.2 Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột gạo 43

Sơ đồ 3.3 Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột biến tính từ gạo 72

Sơ đồ 3.4 Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột biến tính từ tinh bột sắn 73

Sơ đồ 3.5 Qui trình công nghệ sản xuất tinh bột biến tính từ TB sắn ở qui mô công nghiệp 97

Sơ đồ 3.6 Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột biến tính từ gạo ở qui mô công nghiệp 98 Hình 1.1 Cấu tạo của hạt lúa 22 Hình 3.1 Bản thiết kế thiết bị thuỷ phân tinh bột dung tích 1500 lít 68 Hình 3.2 Thiết bị thủy phân để sản xuất tinh bột biến tính (V = 1500 L) 71 Hình 3.3 Mô hình hệ thống thiết bị sản xuất tinh bột biến tính bằng enzim tại xưởng thực nghiệm Viện Công nghiệp Thực phẩm 79 Hình 3.4 Mô hình dây chuyền thiết bị sản xuất tinh bột biến tính tại Công ty CP Thực phẩm Minh Dương 93 Hình 3.5 Mặt bằng nhà xưởng sản xuất tinh bột biến tính qui mô công nghiệp tại Công ty

CP Thực phẩm Minh Dương 94

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, diện tích trồng sắn nước ta tăng rất nhanh, năm

2007 đạt 497.000 ha, năm 2008 đạt 557.000 ha, và vượt 135.000 ha so với qui hoạch năm 2010 [2] Theo thống kê, sản lượng sắn năm 2009 của cả nước đạt 9,38 triệu tấn, vươn lên đứng hàng thứ 3 trên thế giới về khối lượng xuất khẩu tinh bột sắn Ở nước ta nguyên liệu sắn chủ yếu được dùng để chế biến thức ăn gia súc, sản xuất bột ngọt, cồn từ tinh bột sắn, Tuy nhiên việc sử dụng tinh bột sắn còn rất hạn chế, chủ yếu được xuất khẩu sang nước ngoài dưới dạng tinh bột thô chưa được chế biến, như vậy không mang lại hiệu quả kinh tế cao cho người trồng và chế biến sắn

Bên cạnh sản lượng sắn đứng thứ 3 trên thế giới về xuất khẩu thì sản lượng lúa gạo cũng phát triển ngày một tăng Thu hoạch năm 2009 lập kỷ lục, với sản lượng 38,9 triệu tấn lúa, tăng 116 nghìn tấn so với năm 2008 Theo bản phân tích dữ liệu sản lượng gạo thế giới của Bộ Nông Nghiệp Mỹ (USDA), trong giai đoạn tới, Việt Nam với mức tăng 2,5 triệu tấn sẽ đứng thứ 3 trên thế giới về sản lượng lúa gạo [3] Ở nước ta nguyên liệu gạo chủ yếu được sử dụng làm lương thực cho con người và xuất khẩu sang nước ngoài Còn việc chế biến tinh bột biến tính, hoặc các sản phẩm khác từ gạo còn rất hạn chế, chưa được quan tâm

Để nâng cao giá trị cho hàng nông sản Việt Nam nói chung, nguyên liệu sắn, gạo nói riêng, việc nghiên cứu sản xuất những sản phẩm sau thu hoạch là một trong những định hướng quan trọng của nước ta, đó là sản xuất tinh bột biến tính Tinh bột biến tính gồm rất nhiều loại và được biến tính bằng nhiều phương

pháp khác nhau tùy thuộc vào mục đích sử dụng Tinh bột được biến tính bằng phương pháp enzim mang lại hiệu quả cao, an toàn cho sản phẩm, giảm thiểu gây ô nhiễm môi trường và được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm

Tinh bột biến tính bằng bằng phương pháp enzim được định nghĩa là polysacarit có giá trị năng lượng, độ ngọt thấp, là sản phẩm thủy phân tinh bột không hoàn toàn, được cấu thành từ các D-glucoza nhờ các liên kết α-1,4 glucosit và có chỉ số DE < 20 [4, 7].Tinh bột biến tính bằng phương pháp enzim được phân loại dựa trên chỉ số DE (Dextroza Equyvalent), sản phẩm này được nhiều nước trên thế giới như: Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản nghiên cứu, sản xuất

Nó có đặc tính của chất mang (cariers), chất kết dính (binderers), chất độn (fillers), chất trơn (lubricants), chất rã (disintegrants), chất tạo khối (bulkers), Trong khu vực, một số nước như Thái Lan, Trung Quốc, hàng năm xuất khẩu hơn 500 nghìn tấn tinh bột biến tính bằng phương pháp enzim sang các nước Châu Âu, Châu Á trong đó có Việt Nam

Việt Nam có tiềm năng về nguyên liệu để sản xuất tinh bột biến tính, nhưng việc sản xuất tinh bột biến tính ở quy mô công nghiệp còn rất hạn chế

Năm 2003, Viện Công nghiệp Thực phẩm đã thực hiện đề tài nhánh:

“Nghiên cứu qui trình công nghệ, thiết bị và mô hình chế biến tinh bột biến tính” thuộc đề tài cấp Nhà nước: “Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ và thiết bị

chế biến một số nông sản với quy mô vừa và nhỏ” mã số KC.07.14 Đề tài đã

xây dựng được qui trình công nghệ sản xuất tinh bột biến tính bằng phương pháp enzim có DE ≥ 12 Với qui trình này, tinh bột biến tính bằng phương pháp enzim (maltodextrin) cũng đã được sản xuất, nhưng mới chỉ sản xuất sản phẩm có DE cao từ nguyên liệu tinh bột sắn và chủ yếu dùng enzim termamyl 120L Còn sản phẩm tinh bột biến tính có DE thấp từ gạo và sắn vẫn chưa được nghiên cứu và

sản xuất Do vậy, sự cần thiết phải hoàn thiện công nghệ sản xuất tinh bột biến tính có DE thấp (DE 8-12) từ tinh bột sắn và gạo ở qui mô thực nghiệm để tiến hành sản xuất ở qui mô công nghiệp Hiện nay, trong ngành công nghiệp dược phẩm, thực phẩm và một số ngành công nghiệp khác nhu cầu sử dụng tinh bột biến tính có DE thấp là rất lớn Để đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước và

xuất khẩu, chúng tôi tiến hành thực hiện dự án: “Sản xuất thử nghiệm tinh bột

biến tính bằng công nghệ enzim làm nguyên liệu cho công nghiệp dược, công nghiệp thực phẩm.”

I Mục tiêu dự án: Đưa ra qui trình công nghệ và mô hình thiết bị sản xuất tinh

bột biến tính từ tinh bột sắn và gạo bằng phương pháp enzim có DE 8-12 ở qui

mô công nghiệp, tạo được sản phẩm có chất lượng đáp ứng các tiêu chuẩn làm nguyên liệu cho công nghiệp dược và công nghiệp thực phẩm

II Nội dung thực hiện Dự án:

1 Hoàn thiện công nghệ sản xuất tinh bột biến tính có DE 8-12 từ tinh bột sắn, gạo bằng công nghệ enzim

- Hoàn thiện công nghệ sản xuất tinh bột biến tính từ tinh bột sắn bằng phương pháp enzim

- Hoàn thiện công nghệ sản xuất tinh bột biến tính từ gạo bằng phương pháp enzim

2 Xây dựng mô hình thiết bị sản xuất tinh bột biến tính quy mô thực nghiệm tại xưởng Viện Công Nghiệp Thực Phẩm và tiến hành sản xuất thử nghiệm

3 Xây dựng mô hình thiết bị sản xuất tinh bột biến tính trên quy mô công nghiệp tại Công ty CP thực phẩm Minh Dương và tổ chức phối hợp sản xuất

4 Phân tích chất lượng và xây dựng tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm

5 Ứng dụng sản phẩm tinh bột biến tính trong sản xuất một số sản phẩm thực phẩm và dược phẩm

6 Đánh giá hiệu quả kinh tế và xác định thị trường tiêu thụ sản phẩm

7 Đào tạo và chuyển giao công nghệ sản xuất tinh bột biến tính cho cán bộ, công nhân viên Công ty CP Thực phẩm Minh Dương

8 Nộp ngân sách thu hồi vốn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 TINH BỘT BIẾN TÍNH

1.1.1 Giới thiệu tinh bột biến tính [16]

Tinh bột biến tính có thể sản xuất bằng nhiều phương pháp: vật lý, hoá học, sinh học (enzim) Dựa vào phương pháp biến tính và tác nhân biến tính phân ra một số loại tinh bột biến tính như sau:

- Tinh bột biến tính bằng phương pháp vật lý: tinh bột tiền gel hoá

- Tinh bột biến tính bằng phương pháp hoá học: tinh bột axetat, tinh bột phốt phát, tinh bột axit, tinh bột cation, tinh bột cacboxyl hoá,

- Tinh bột biến tính bằng phương pháp enzim hay còn gọi là maltodextrin

Là loại tinh bột được thuỷ phân không hoàn toàn, dưới tác dụng của enzim tinh bột được thuỷ phân tạo ra các sản phẩm tinh bột biến tính có DE khác nhau Tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng và nhu cầu của thị trường mà người ta tiến hành sản xuất ra sản phẩm có giá trị DE tương ứng Mỗi khoảng DE khác nhau cho đặc tính của sản phẩm khác nhau

Tuy nhiên tinh bột biến tính bằng phương pháp enzim đã và đang được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng sản xuất nhiều hơn cả

Năm 1959, Tinh bột biến tính bằng phương pháp enzim lần đầu tiên có mặt trên thị trường Mỹ với thương hiệu Frodex Theo cơ quan quản lý thực phẩm

và thuốc của Mỹ (United State Food and Drug Administration), tinh bột biến tính bằng phương pháp enzim được định nghĩa là polysacarit cấu thành từ các D-glucoza nhờ các liên kết α-1,4 glucozit và có chỉ số DE < 20 [4, 7] Tinh bột biến tính bằng phương pháp enzim được phân loại dựa trên chỉ số DE (Dextroza Equivalent), đó là đương lượng đường khử qui ra D - glucoza được tạo thành

trong quá trình thủy phân tinh bột tính theo % chất khô DE có thể được xác định bằng phương pháp Lane-Eynon, hoặc phương pháp so màu với thuốc thử DNS, hoặc bằng phương pháp sắc kí [21]

Trong khuôn khổ của dự án này, chúng tôi tiến hành hoàn thiện công nghệ

và thiết bị để sản xuất tinh bột biến tính bằng phương pháp enzim có DE 8-12 trên qui mô công nghiệp

1.1.2 Sản xuất tinh bột biến tính bằng phương pháp enzim [7, 8, 22, 33, 36]

1.1.2.1 Quy trình công nghệ chung sản xuất tinh bột biến tính bằng enzim

Sơ đồ 1.1 Quy trình sản xuất tinh bột biến tính bằng enzim

Tinh bột

Hoà bột

Dịch hoá Enzim

1.1.2.2 Enzim α- amylaza thuỷ phân tinh bột [25, 43]

Enzim α- amylaza (endo - 1,4 α- D glucan glucohydrolaza) là enzim nội bào thủy phân liên kết α-1,4 glucosit của phân tử amyloza một cách ngẫu nhiên

Đó cũng là những endo - enzim phân cắt bên trong mạch tinh bột Các α- amylaza được phân loại theo tính chất và hoạt động của nó α-amylaza thủy phân tinh bột chủ yếu tạo ra dextrin được xếp vào loại “dịch hóa” Enzim α-amylaza

có thể nhận được từ nhiều loại vi khuẩn, nấm men, nấm mốc Tuy nhiên α- amylaza vi khuẩn vẫn được sử dụng nhiều nhất do một số đặc điểm ưu việt như:

Có hoạt tính cao hơn, có nhiệt độ tối ưu cao hơn so với các α-amylaza thu được

từ nấm mốc, nấm men

1.1.2.3 Nguồn sinh tổng hợp enzim

+) Vi khuẩn :

Bacillus là chủng vi khuẩn quan trọng nhất được sử dụng để sản xuất

amylaza trong công nghiệp bằng phương pháp nuôi cấy bề mặt và phương pháp nuôi cấy chìm Hiện nay có nhiều phương pháp nghiên cứu sản xuất α- amylaza

bền nhiệt từ B.licheniformis, trong đó phương pháp nuối cấy bề mặt cho hiệu

suất kinh tế cao

+) Nấm mốc :

Nấm mốc Aspergillus là loài phổ biến trong sản xuất enzim ngoại bào

Hiệu suất sinh tổng hợp enzim có thể tăng lên nhiều nhờ điều kiện nuôi cấy và thành phần môi trường Phương pháp sử dụng trong nuôi cấy enzim α- amylaza

từ nấm mốc là phương pháp nuôi cấy bề mặt, sử dụng chủng Asp.oryzae trong

thiết bị với dòng khí phun từ dưới lên có tác dụng đảo trộn các hạt trong môi trường, giúp tăng tốc độ truyền nhiệt và truyền khối, tăng hiệu suất sinh tổng hợp

enzim Các điều kiện trao đổi oxy, đặc biệt là áp suất oxy hòa tan là những yếu

tố quan trọng trong sản xuất α- amylaza [9]

1.1.2.4 Cơ chế thuỷ phân tinh bột của α- amylaza

Enzim amylaza thủy phân tinh bột một cách ngẫu nhiên các liên kết 1,4 glucosit, khi thủy phân, α- amylaza tấn công amyloza phân cắt thành maltoza, maltotrioza, oligosacarit Giai đoạn tiếp theo là qúa trình thủy phân thành các dextrin phân tử lượng thấp, nhưng quá trình này xảy ra chậm, đặc biệt

α-là các maltotrioza vì cơ chất này không thích hợp với α- amylaza Nếu chịu tác dụng lâu dài thì α- amylaza có thể chuyển phần lớn các chất trên thành maltoza

và glucoza

Khi thủy phân amylopectin, giai đoạn đầu dẫn tới hình thành các dextrin giới hạn, có nhánh, và trọng lượng phân tử thấp là maltoza và glucoza Giai đoạn sau, thủy phân maltotrioza với tốc độ rất chậm Sản phẩm cuối cùng ngoài maltoza và glucoza còn có các dextrin phân tử lượng thấp và izomaltoza Thủy phân tinh bột bằng α- amylaza dịch hóa, mức độ polyme không vượt quá 30 - 40% và tạo thành chủ yếu là dextrin và một ít đường

Tinh bột ⎯α⎯−amylaza⎯ ⎯,H⎯2O→

α- dextrin + glucoza + maltoza

Cơ chế tác dụng của α- amylaza lên phân tử tinh bột là thủy phân không định vị các liên kết α-1,4 glucosit trong các polysacarit, dịch tinh bột loãng ra và

độ nhớt giảm [9, 10] Quá trình thủy phân tinh bột bằng enzim tiến hành qua một loạt các sản phẩm trung gian có phân tử lượng khác nhau gọi là dextrin Lúc đầu thu được các dextrin có phân tử lượng lớn, khác biệt so với tinh bột về cấu trúc cũng như tính chất tác dụng với iot Sau đó các dextrin thu được có phân tử lượng ngày càng thấp dần và tính chất tác dụng với iot cũng thay đổi.[15]

1.1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng tới enzim α - amylaza

+) Độ hòa tan :

Enzim α- amylaza có bản chất protein đơn cấu tử được tạo thành từ một chuỗi polypeptit Hầu hết các α- amylaza đều tan tốt trong nước Trong dung dịch protein, protein - enzim được tồn tại ở dạng hình cầu Ở các nồng độ muối cao > 20%, protein - enzim bị kết tủa Hiện tượng kết tủa cũng xảy ra trong các dung môi hữu cơ như etanol, axetol… Nồng độ muối và dung môi hữu cơ làm kết tủa enzim phụ thuộc vào kích thước, cấu tạo của enzim và điểm đẳng điện của nó

+) Trọng lượng phân tử :

Trọng lượng phân tử của các α- amylaza phụ thuộc vào thành phần axit amin có trong mạch polypeptit cấu tạo nên nó Enzim do gen mã hóa sinh tổng hợp α- amylaza quyết định Sự đa dạng của gen này dẫn tới sự thay đổi trọng lượng phân tử của enzim Trọng lượng phân tử α- amylaza từ nấm mốc, nấm men và cả động vật, thực vật có sự khác biệt không nhiều Thường gặp nhất là các α-amylaza có trọng lượng phân tử khoảng 50.000 - 60.000 Datol

+) Ảnh hưởng của pH lên hoạt độ của α- amylaza :

Mỗi α- amylaza phụ thuộc vào nguồn gốc thu nhận mà có pH thích hợp và đặc trưng riêng Thường gặp là các α- amylaza có pH hoạt động khoảng 5.0 - 7.0, một số loại có pH hoạt động khá cao 7.5 – 10, các enzim này thường gặp ở các chủng ưa kiềm, thuộc nhóm enzim kiềm tính Enzim hoạt động ở vùng pH thấp, thuộc nhóm enzim axit Một số α- amylaza có vùng pH hoạt động khá rộng, tối ưu ở pH = 6.0 - 7.0, nhưng ở vùng pH axit thấp và axit cao chúng vẫn

giữa được với 70 - 80% họat tính

+) Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt động của α- amylaza :

Enzim α- amylaza có nguồn gốc khác nhau thì có nhiệt độ tối thích khác nhau Phần lớn α- amylaza của động vật, thực vật và một số loại vi sinh vật có nhiệt độ tối ưu nằm trong khoảng 40 – 500C Một số loại enzim ưa lạnh và chủ yếu là các loại enzim có nhiệt độ tối ưu cao hay còn gọi là enzim chịu nhiệt Nhiệt độ tối ưu của enzim chịu nhiệt thường > 650C Maining và Campell đã xác định nhiệt độ tối thích của các enzim có nguồn gốc khác nhau như :

B.stearothermophilus: 55 – 700C, B.subtilus: 600C, B.licheliformis: 90 -1050C

+) Ảnh hưởng của nồng độ enzim

Đối với các enzim nói chung, trong điều kiện thừa cơ chất, vận tốc phản ứng phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ enzim:

v = k [E] với [E] là nồng độ enzim Cũng có trường hợp khi nồng độ enzim quá lớn, vận tốc phản ứng tăng chậm [6]

+) Các chất kìm hãm hoạt động của α- amylaza :

Các chất kìm hãm hoạt động của enzim α-amylaza có cơ chế tác động hoàn toàn khác với cơ chế hoạt động của một số chất bất hoạt enzim Các chất kìm hãm hoạt động của enzim hoạt động theo cơ chế cạnh tranh và không cạnh tranh với cơ chất Khi giải phóng khỏi chất kìm hãm enzim lại hoạt động trở lại Nghiên cứu cơ chế hoạt động của chất kìm hãm là một biện pháp hữu hiệu để nghiên cứu hoạt động của enzim, xác định vị trí của tâm gắn cơ chất, tâm hoạt động trên các cấu trúc bậc ba của α- amylaza Các chất kìm hãm của α- amylaza chia làm hai loại:

- Chất kìm hãm có cấu trúc tương tự cơ chất

- Chất kìm hãm có bản chất protein

Nhiều chất kìm hãm có bản chất protein chỉ tìm thấy ở thực vật và vi sinh vật Các chất này có tính chất đặc biệt là kìm hãm hoạt động của α- amylaza

động vật và một số chủng Streptomyces, nhưng lại không kìm hãm hoạt động của

α- amylaza thực vật và hầu hết các loại vi sinh vật khác Tất cả các chất kìm hãm này đều có vùng đặc trưng chứa trình tự Trp - Arg - Tyr

+) Ảnh hưởng của Ca 2+ lên hoạt tính và độ bền nhiệt của α- amylaza :

Phần lớn α- amylaza có hoạt tính và độ bền nhiệt phụ thuộc vào Ca2+nhưng ở mức độ khác nhau Ở một số α- amylaza cả hoạt tính và độ bền nhiệt đều phụ thuộc vào Ca2+ Một số khác chỉ làm tăng độ bền nhiệt mà không ảnh hưởng đến hoạt tính của enzim α- amylaza Ở nhiệt độ thấp Ca2+ hoàn toàn có thể thay thế bằng các ion kim loại hóa trị hai khác thuộc nhóm kiềm thổ, ở nhiệt

độ cao thì không thể thay thế Chỉ có một số ít α- amylaza mà Ca2+ không ảnh hưởng tới hoạt tính cũng như độ bền nhiệt của enzim EDTA là chất khử Ca2+ nênlàm giảm hoạt lực của α- amylaza Ca2+ làm giảm hoạt tính α- amylaza mạnh nhất (gần 80%) ở nồng độ 5 mM

1.1.2.6 Giới thiệu enzim Termamyl [40]

Termamyl 120L là chế phẩm enzim dạng lỏng của hãng Novo - Đan Mạch, chịu được nhiệt độ cao và pH trung tính Chế phẩm này được sản xuất từ

vi sinh vật Bacillus licheniformis Termamyl là enzim ở dạng endo - amylaza, có

tác dụng thủy phân α-1,4 glucosit Cơ chất tinh bột dưới tác dụng của Termamyl

sẽ tạo thành dextrin và oligosacarit tan trong nước Termamyl hoạt động ổn định

ở 90 - 1000C, pH 5 - 6 Termamyl nếu được bảo quản ở 50C thì hoạt tính có thể duy trì tối thiểu là 1 năm

1.1.2.7 Giới thiệu enzim SEB Star- HTL.[46]

SEB Star-HTL là tên thương mại của enzim thuộc nhóm α-amylaza (có nguồn gốc từ Mỹ), dạng lỏng, được sản xuất bằng công nghệ lên men từ chủng

vi khuẩn Bacillus không biến đổi gen Enzim tan trong nước, nhiệt độ dịch hoá tinh bột ở 80-900C, tối ưu từ 80-850C, bị ức chế ở trên 900C và pH 5,6 SEB Star-HTL mất hoạt tính hoàn toàn khi đưa lên 950C, pH 4.0 trong 5 phút Hoạt tính SEB Star-HTL ổn định khi có mặt ion Ca++ và bị ức chế bởi nồng độ cao kim loại nặng Hàm lượng enzim sử dụng tuỳ thuộc chủng loại và tỷ lệ chất khô trong cơ chất, chỉ số DE (tương đương dextroza), nhiệt độ và pH dịch hoá, thời gian dịch hoá (thông thường là 30-120 phút) Tỷ lệ sử dụng không quá 800g SEB Star-HTL/ tấn tinh bột khô SEB Star-HTL là enzim đạt tiêu chuẩn thực phẩm, được dùng trong công nghiệp đồ uống, nước giả khát, sản xuất rượu bia, thuỷ phân tinh bột

1.1.2.8 Giới thiệu enzim Amylex ® HT [26]

Amylex®HT là tên thương mại của enzim thuộc nhóm α- amylaza, dạng lỏng và chịu nhiệt Amylex®HT có xuất xứ từ Mỹ được sản xuất bằng công nghệ cao, tự động hóa Amylex®HT là enzim đạt tiêu chuẩn thực phẩm, làm giảm nhanh độ nhớt của dịch tinh bột và sinh ra một lượng lớn các dextrin phân tử thấp

Công dụng: Amylex®HT sử dụng trong công nghệ tinh bột để dịch hóa tinh bột tạo ra dextrin phân tử thấp Do khả năng chịu nhiệt, khoảng pH hoạt động rộng 4,0 - 7,0 và nhu cầu canxi thấp nên Amylex®HT có thể dịch hóa tinh bột ở nhiệt độ cao khoảng 80 - 900C mà không cần bổ sung thêm ion canxi

Đặc điểm: Amylex®HT là dung dịch màu nâu, có mùi nhẹ đặc trưng của những sản phẩm lên men, tan trong nước, bị mất hoạt tính ở pH < 4,0, pH > 7,0,

bị ức chế ở nhiệt độ trên 900C; mất hoạt tính hoàn toàn khi đưa lên 1000C, trong thời gian nhất định

Liều lượng: Liều lượng sử dụng tùy thuộc bản chất và tỷ lệ chất khô trong

cơ chất, chỉ số DE của dịch dextroza cuối, nhiệt độ và pH dịch hóa, thời gian dịch hóa (thông thường là 30 - 120 phút) Liều lượng enzim khuyến cáo: Tỷ lệ sử dụng không quá 0,5 kg Amylex®HT /tấn tinh bột khô

1.2 ỨNG DỤNG CỦA TINH BỘT BIẾN TÍNH (MALTODEXTRIN)

1.2.1 Ứng dụng tinh bột biến tính trong sản xuất thức ăn trẻ em, đồ ăn kiêng

Tinh bột biến tính có cấu trúc đường đơn giản, tạo cảm giác ngon miệng

và tiêu hóa dễ dàng, nhờ tính chất này nên tinh bột biến tính được sử dụng nhiều trong thức ăn trẻ em, người già và cho bệnh nhân [15, 18] Tinh bột biến tính được sử dụng trong các thực phẩm bổ dưỡng mà không ảnh hưởng đến cân bằng

độ ngọt Tinh bột biến tính được dùng để sản xuất thức ăn trẻ em vì khả năng dễ tiêu hóa hơn tinh bột nên thường được dùng thay thế cho tinh bột khi khả năng tiêu hoá của trẻ bị giảm sút Tinh bột biến tính được bổ sung vào sữa bò thay thế lactoza nhằm điều chỉnh hàm lượng hydratcacbon trong sữa pha loãng cho gần giống với hàm lượng trong sữa người [14] Tinh bột biến tính dùng sản xuất đồ

ăn kiêng (diet) có thành phần cacbohydrat thấp, thay thế nguyên liệu bột hoặc đường kể cả mật ong, dành cho người giữ cân, người sút cân, người bệnh tiểu đường và người cao tuổi [5, 24], dùng trong công nghiệp chế biến thịt, bột súp, thực phẩm cô đặc

1.2.2 Ứng dụng tinh bột biến tính trong sản xuất bánh kẹo

Trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo, tinh bột biến tính được sử dụng để làm vỏ bánh thay thế cho tinh bột để tăng khả năng định hình cho sản phẩm Tinh bột biến tính được dùng làm nhân kẹo trong sản xuất các loại kẹo mềm

Trong sản xuất kẹo cứng, tinh bột biến tính có vai trò làm tăng khả năng định hình bánh ngọt, súp, đồ ăn tráng miệng đông lạnh, các sản phẩm bánh tươi, chất giữ ẩm cho bánh mì [16, 41] Tinh bột biến tính làm tăng độ mềm dẻo, ngăn ngừa kẹo chảy, có độ ngọt thấp thay đổi cảm quan, nâng cao khả năng ổn định tạo hình và thời gian bảo quản, giảm nguy cơ sâu răng, huyết áp và tiểu đường[28, 47].

1.2.3 Ứng dụng tinh bột biến tính trong sản xuất nhiều loại đồ uống

Tinh bột biến tính được sử dụng trong sản xuất một số đồ uống như: mật ong, linh chi, trà hoà tan, các loại nước quả như: dâu, cam quýt, mâm xôi, chuối, soài, cà chua, mơ mận [16, 20] Trong công nghiệp đồ uống dạng bột, tinh bột biến tính được dùng làm chất mang tinh dầu hương liệu, chất ổn định, giữ hương

vị trong sản xuất bột sôcôla, cacao, cà phê, chè hoà tan, bột quả, bột thảo mộc (dịch chiết suất từ thảo mộc được cô đặc sau đó được sấy phun thành dạng bột mịn) Bột quả các loại này được dùng làm nguyên liệu sản xuất jam và jelly, các loại bánh tươi, các loại đồ uống hoà tan, thức ăn trẻ em, kem, đồ ăn điểm tâm, hương liệu, đồ ăn liền, nước sốt, bánh kẹo và dược phẩm Ngoài ra tinh bột biến tính còn làm màng bọc bảo quản hoa quả, sản xuất sữa bột, các loại kem [37]

Tinh bột biến tính bổ sung với vai trò thay thế tỷ lệ malt sử dụng trong sản xuất bia làm tăng giá trị cảm quan, cải thiện chất lượng màu Để sử dụng tinh bột biến tính trong bia cần lưu ý giai đoạn lên men chính triệt để và sử dụng phương pháp vi lọc để tránh ảnh hưởng của dầu trong hoa Hublon và làm cho bia chai ổn định về hương vị và mầu sắc [30]

Đồ uống không chứa coffein có ảnh hưởng hỗ trợ giảm cân, năm 2001 hãng Chrome Mate giới thiệu đồ uống Metabolife, hoàn toàn không cung cấp vitamin và chất khoáng, hỗ trợ ngon miệng bảo vệ sức khoẻ, không làm dư thừa năng lượng cho cơ thể bạn ban ngày và buổi tối, phù hợp với lối sống của bạn

Thành phần chính là: Vitamin B1, B2, B3, B6, dioxit titan, canxi, natri, kali, tinh bột biến tính, xenluloza biến tính, dextrin, dextroza, lexitin, xitrat natri, chất màu [38]

Sandeep De đã giới thiệu công thức pha chế đồ uống đặc biệt cho người lao động mệt nhọc, bao gồm: Bột protein thuỷ phân 30-50g, tinh bột biến tính tuỳ theo cường độ luyện tập 75-150g (1g tinh bột biến tính tương đương 1g cacbohydrat), nước quả cô đặc 750 - 1000 ml Có thể bổ sung thêm một lượng nhỏ cacbohydrat khác bằng một lượng nhỏ nước dứa và nước cam [44]

Các loại nước ép quả tự nhiên như: nước chuối, táo, cam, đào, nho, mận

có chất điện giải: Na, K, Cl, phốt phát Các đồ uống của vận động viên giàu tinh bột biến tính và chất điện giải như: Gatorade, powerade nhằm bổ sung năng lượng [16]

1.2.4 Ứng dụng tinh bột biến tính trong các sản phẩm sữa, kem

Tại Châu Âu, các nhà sản xuất kem đã sản xuất một số loại kem tốt cho sức khoẻ (rất ít hoặc không có chất béo và đường ), trong đó tinh bột biến tính được sử dụng để thay thế đường [18, 24] Công ty Food Ingredient First thông báo xu hướng phát triển mạnh kem chức năng có lợi cho sức khoẻ tại thị trường kem châu Âu Các sản phẩm kem có thành phần thấp hoặc không có chất béo hoặc không đường, chỉ số glycaemic Index thấp, chất xơ 85% Hơn nữa, đường còn được thay thế bằng tinh bột biến tính có DE thấp (4 kcal/g) và chất béo có

năng lượng thấp (9 kcal/g) Sản phẩm giảm 30% năng lượng quy đổi ra calo

Kem không béo được sản suất từ một loại hỗn hợp: sữa bột 12%, đường sacaroza 12%, sirô ngô 5%, tinh bột biến tính 3,5% và chất ổn định, hương màu 0,25%, chất nhũ tương (emulsifier) là 0,52% Thành phần chất béo của khối trộn là 0,14% và tổng chất khô đạt 34,16% [21, 29, 39, 50]