Công Nghệ Sản Xuất Đường Coupling Sugar Từ Tinh Bột Sắn.docx

I 1 MỞ ĐẦU * Đặt vấn đề Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nhận biết của con người về mối quan hệ giữa thực phẩm và sức khỏe ngày càng được nâng cao Yêu cầu của người tiêu dùng về[.]

MỞ ĐẦU

* Đặt vấn đề.

Ngày nay cựng với sự phỏt triển của khoa học kỹ thuật, nhận biết củacon người về mối quan hệ giữa thực phẩm và sức khỏe ngày càng được nõngcao Yờu cầu của người tiờu dựng về thực phẩm vỡ thế cũng cú nhiều thay đổi.Nếu như trước kia chỳng ta đặt vấn đề hàng đầu là hàm lượng dinh dưỡngcao, khả năng cung cấp nhiều năng lượng của thực phẩm thỡ bõy giờ khụnghẳn là như vậy Đó cú nhiều người chuyển hướng tỡm cho mỡnh cỏc loại thức

ăn khụng cú hoặc cú ớt dinh dưỡng, thức ăn thấp năng lượng Một số khỏc lại

cú nhu cầu sử dụng thực phẩm để phũng và chữa bệnh v.v Và thế là cú sự rađời của thực phẩm chức năng Thực phẩm chức năng được định nghĩa là mộtloại thực phẩm cú chứa cỏc hoạt tớnh sinh học, cú khả năng phũng chống bệnhtật, tăng cường sức khỏe dựa trờn cơ sở của quỏ trỡnh dinh dưỡng

Đường chức năng là một bộ phận quan trọng trong nhúm thực phẩmchức năng, được tập trung nghiờn cứu nhiều trong những năm gần đõy do cúnhiều đặc tinh cú lợi cho sức khỏe như chống sõu răng, chống bệnh tiểuđường, khụng gõy bộo phỡ, cú khả năng kớch thớch hoạt động của hệ tiờu húav.v…

Cỏc loại đường chức năng mới xuất hiện là: đường panatinoza,maltooligosacarit,galactooligosacaritizo,v.v Trong đú, đườngoligoglucosyl fructoza hay “ Coupling sugar ” là loại đường chứcnăng được nhiều nhà nghiờn cứu chỳ ý bởi cụng nghệ sản xuất khụng phứctạp, mà lại cú lợi cho cơ thể con người

Oligoglucosyl fructoza đợc sản xuất từ sự kết hợp củatinh bột chuyển hoá với đờng sacaroza bằng mối liên kết α (1-4) glucozit, dới tác dụng của enzim cyclodextringlucosyltransferaza Oligoglucosyl fructoza có công thức: [α-D-glucopyranosyl-(1-4)]n -α-D-glucopyranosyl-(1-2)-β-D-fructofuranoside Đặc điểm của sản phẩm là không có màu,

Đường Coupling sugar được nghiờn cứu và sản xuất ở qui mụ cụngnghiệp lần đầu tiờn tại Nhật Bản từ năm 1980 Cho tới nay sản phẩm trờn đóđược sản xuất đại trà ở rất nhiều nước trờn thế giới, đặc biệt tại cỏc nước NhậtBản, Hàn Quốc, Trung Quốc v.v Ở Nhật Bản, đường coupling sugar đượcdựng để thay thế đường sacaroza cho cỏc đối tượng mắc bệnh bộo phỡ và tiểuđường Ngoài ra một lượng lớn đường cũng được dựng như một chất ngọt bổsung. Người ta đó tỡm ra trờn 500 loại sản phẩm thực phẩm cú sử dụng đườngcoupling sugar như bỏnh quy, cỏc sản phẩm sữa, bột dinh dưỡng trẻ em, nhiềuloại thực phẩm chức năng, thực phẩm điểm tõm, kẹo, bỏnh, kem đỏnh răng,vv

Xu hớng sử dụng đờng chức năng ngày một tăng caokhông chỉ ở trên thế giới mà còn ở trong nớc Rất nhiều cácsản phẩm đờng chức năng nhập ngoại, giá thành rất đắt,trong khi đó, Việt Nam có nguồn nguyên liệu nh tinh bột,sacaroza,… dồi dào và hoàn toàn có thể nghiên cứu, sản xuất

đợc trong nớc

Tại Việt Nam, đã và đang có một số công trình nghiêncứu về đờng chức năng nh đờng sorbitol, fructooligosacarit(FOS), Còn việc nghiên cứu và sản xuất oligoglucosylfructoza còn rất mới mẻ

Hiện nay oligoglucosyl fructoza sử dụng trong nớc đềuhoàn toàn thông qua nhập khẩu từ nớc ngoài Chớnh vỡ vậy, để

đỏp ứng nhu cầu trờn, chỳng tụi đặt vấn đề nghiờn cứu : “ Cụng nghệ sản xuất đường Coupling sugar từ Tinh bột sắn ’’.

* mục tiêu của đề tài.

Xây dựng đợc qui trình công nghệ sản xuất đờngoligoglucosyl fructoza bằng phơng pháp

* nội dung nghiên cứu của đề tài. 

- Nghiên cứu các điều kiện thuỷ phân tinh bột làm nguyênliệu cho quá trình tạo liên kết giữa tinh bột và saccaroza

- Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất đờngoligoglucosyl fructoza bằng phơng pháp enzim

- Nghiên cứu lựa chọn enzim gắn kết tinh bột và sacaroza

- Nghiên cứu các điều kiện công nghệ thích hợp cho quátrình gắn kết

- Nghiên cứu làm sạch và thu hồi sản phẩm siro oligoglucosylfructoza

PHẦN I TỔNG QUAN

1.1 tổng quan tài liệu

1.1.1 Tình hình nghiên cứu sản xuất đờng oligoglucosyl fructoza (coupling sugar) trên thế giới

Thị trờng tiêu thụ thực phẩm chức năng càng ngày cànglớn mạnh trên toàn thế giới Năm 1999, thực phẩm chức năngcủa Mỹ có doanh thu đạt 250 tỷ USD, chiếm 50% tổng giátrị thực phẩm (507 tỷ USD) Trong khi đó, thị trờng châu

Âu, tổng giá trị thực phẩm chức năng có thể đạt 500 tỷ USD.Theo Báo cáo phân tích chiến lợc của các thị trờng thựcphẩm chức năng ở Đông Nam á của hãng Frost và Sullivan chobiết thu nhập từ các thực phẩm chức năng trong khu vực đạthơn 2.300 triệu USD trong năm 2005 và đợc trông đợi sẽ đạt4.805 triệu USD vào năm 2012 Không chỉ các nớc côngnghiệp sản xuất thực phẩm chức năng mà các nớc đang pháttriển cũng rất chú trọng đến các loại mặt hàng mới này, đặcbiệt là Trung Quốc, Braxin, Mexico, Thái Lan

Nghiên cứu sản xuất các thực phẩm chức năng để phòngbệnh và chữa bệnh trong cuộc sống hiện đại ngày nay

đang là vấn đề cấp bách đợc đạt ra, một trong những sản

phẩm đó là đờng oligoglucosyl fructoza hay "coupling sugar”

Trên thế giới oligoglucosyl fructoza đã đợc nghiên cứu vàsản xuất ở nhiều nớc nh Nhật Bản, Mỹ, Pháp, Trung Quốc,

đặc biệt ở Nhật việc khuyến cáo sử dụng đờngoligoglucosyl fructoza để phòng bệnh sâu răng, béo phì rấtphát triển Oligoglucosyl fructoza thờng đợc sản xuất dới dạngsiro hoặc dạng bột Teresa Martin và cộng sự (Tây ban Nha)[17] đã xác định ảnh hởng của tỷ lệ giữ tinh bột và sacarozacho hiệu quả gắn kết của enzim CGTaza từ chế phẩmToruzim 3.0L đợc hãng Novo enzim (Đan Mạch) tổng hợp từ vi

khuẩn Thermoanaerobacter.sp Phản ứng đợc tiến hành với

các điều kiện sau: nồng độ dịch tinh bột 10%, nhiệt độgắn kết 55- 600C trong thời gian 48 giờ

Bảng 1.2 ảnh hởng của tỷ lệ tinh bột / sacaroza

đến quá trình tạo coupling sugar bằng enzim CGTaza

Hiệu suấtchuyển hóatinh bột thànhMatooligosylfructoza (%)

Hiệu suấtchuyển hóatinh bột thành

Một số nhà nghiên cứu cho rằng khi xử lý dịch hóa tạo ra

thấp là rất quan trọng, ảnh hởng đến chất lợng sản phẩm.Nếu dịch hóa có độ D.P > 10 thì dới tác dụng của enzim, sựgắn kết xảy ra ở bên trong mạch của các phân tử dextrin sẽtạo thành các phân tử vòng (ví dụ: cyclodextrin) làm đục sảnphẩm cuối cùng Do vậy, một số nghiên cứu đã xác định đợc

độ D.P của dịch hóa < 8 không xảy ra sự gắn kết sacarozavào bên trong phân tử dextrin do vậy không có khả năng tạo

ra các phân tử đờng có cấu tạo vòng

Một số nghiên cứu xác định sự ảnh hởng của DE trongquá trình dịch hóa đã đợc tiến hành trên loại tinh bột khoaitây, sử dụng nồng độ tinh bột 6% đem dịch hóa ở 650C dớitác dụng của enzim amylaza, cho thấy mức độ dịch hóa có

DE đạt trên 10 thì khả năng gắn kết là tốt hơn so với DE đạt

7, và không tạo ra sản phẩm phụ là các cyclodextrin

Bảng 1.3 ảnh hởng của DE dịch hóa tới sự tạo thành cyclodextrin [24]

-Thí nghiệm khác cho thấy, sau khi dịch hóa tinh bộtkhoai tây với nồng độ 11% bằng enzim đạt DE 16, bổ sung10% sacaroza (theo thể tích dịch hóa), enzim chuyển hóa

của Bacillus macerans với nồng độ 0,05% và phản ứng đợc

tiến hành ở 400C trong 2 ngày, dịch sau khi kết thúc phảnứng đợc xử lý bằng than hoạt tính 0,5% (theo tỷ lệ chất khô),sau đó tiếp tục qua trao đổi ion và cô đặc dới điều kiện

áp suất thấp, kết quả chỉ có 15% đờng sacaroza đợc gắnkết thành các oligosacharit, sản phẩm còn chứa nhiềusacaroza d nhiều, nhng cũng thí nghiệm này, tác giả chỉ bổsung 1% sacaroza thì cho kết quả 50% lợng đờng sacaroza

đã gắn kết với oligosacarit [24] Nh vậy tỉ lệ sacaroza đavào cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hởng đến hiệu suấtgắn kết và chất lợng của sản phẩm cuối cùng

Tinh bột khoai lang với nồng độ 40%, pH 6 đợc dịch hóabằng enzim có nồng độ 0,2% ở 85-900C thành dịch có DE13,4 và 22,6 Dịch hóa này đợc bổ sung 2 đơn vị dịch môi

trờng lên men của Bacillus macerans và 10 đơn vị enzim 1,6-glucozidaza của Lactobacillus platarum ATCC 8008 trên

α-một gam tinh bột, đồng thời bổ sung dung dịch fructozatheo tỷ lệ 1 : 3 so với tinh bột Hỗn hợp này đợc giữ nhiệt độ

550C, pH 6,0 trong 72 giờ Kết thúc phản ứng đợc diệt enzimbằng cách đun sôi Sau đó tiếp tục xử lý bằng than hoạttính, trao đổi ion và cô đặc Kết quả cho thấy dịch đờng

có nồng độ 75% không bị kết tinh trở lại và tỉ lệ chuyểnhóa đạt đợc: đối với dịch tinh bột có DE 13,4 và 22,6 chohiệu suất chuyển hóa tơng ứng là 50,2% và 40,8% và dịchtinh bột DE 13,4 tạo ra một lợng ít CD, trong khi đó dịch có

DE 22,6 thì không phát hiện thấy tạo thành CD [24]

Nh các điều kiện thí nghiệm trên, nhng tác giả đã bổsung lợng sacaroza so với tinh bột là 1 : 1 Kết quả cho thấydịch tinh bột có DE 13 có hiệu suất chuyển hóa tăng hơn nh-

ng lại xuất hiện 1% CD gây đục sản phẩm Trong thínghiệm này tác giả đã bổ sung 15 đơn vị α-1,6-glucozidaza

của chủng Lactobacillus và amylaza của Bacillus macerans

thì cho kết quả chuyển hóa tăng 2-3% và đồng thời giảmthời gian lọc 20-50% [24]

Tinh bột khoai tây với nồng độ 45% đợc dịch hóa bằngaxit oxalic với nồng độ 0,2% (so với tinh bột) ở điều kiện ápsuất 2 atm trong 10-15 phút đạt DE 20, sau đó trung hòa

đến pH 5 và bổ sung dung dịch 34% sacaroza với số lợng

t-ơng đt-ơng với hàm lợng chất khô có trong dịch và 2 đơn vị

enzim amylaza của Bacillus macerans sao cho hỗn hợp dung

dịch có nồng độ cơ chất 45% Phản ứng đợc tiến hành ở pH

6, 550C, nồng độ cơ chất 45% và trong 60 giờ Kết thúc phảnứng, làm bất hoạt enzim và xử lý than hoạt tính, trao đổi ion.Dịch đờng đợc cô đặc đến 75 - 80%, sản phẩm không cóhiện tợng kết tinh và không tạo ra CD, thành phần chủ yếu làoligoglucosyl fructoza [24]

Dới đây là bảng số liệu cho thấy ảnh hởng của các loạitinh bột, các phơng pháp dịch hóa và các giá trị DE khácnhau đến quá trình chuyển hóa đờng coupling sugar [24]

Bảng 1.4 ảnh hởng của các loại tinh bột, các phơng pháp dịch hóa và các giá trị DE khác nhau đến quá trình chuyển hóa đờng coupling sugar

Loại tinh bột Tinh bột

sắn

Tinh bột khoai lang

Tinh bột khoai tây

Tinh bột ngô

Phơng pháp dịch hóa Enzim Enzim Axit Enzi Axi

m t

4

22, 6

13, 4

22, 6

4

S Date syru p

S3 4

65 77, 5

55, 1

73 74,9 60,

1 Hiệu suất chuyển

hóa (%)

50, 2

40, 8

35 22, 5

26, 1

27 25,1 20,

4

(F: fructoza; S34- dung dịch chứa 34%sacaroza, s- saccaroza)

Có tác giả đã thí nghiệm trên tinh bột ngô sau khi đợcdịch hóa bằng enzim đạt DE = 5, sau đó bổ sung sacaroza

với tỉ lệ 1:1 với sự tác dụng của enzim CGTaza của Asperillus niger thì cho kết quả chuyển hóa đờng đạt 35% [25] Nh

vậy cơ chất tinh bột khác nhau thì cho kết quả gắn kếtcũng khác nhau

Naoto Tsuyama (Nhật bản) thì thử nghiệm 20 phần tinhbột đợc bổ sung 60 phần là nớc, sau đó tiến hành dịch hóabằng enzim tại 88-900C tại pH 6,0 đat đợc DE = 5 Dịch thủyphân đợc làm mát đến 550C, bổ sung tiếp 20 phầnsacaroza và 10 đơn vị enzim glucosyltransferaza, phản ứng

đợc tiến hành ở 500C, pH 6 trong 72 h Sau đó dịch hỗn hợp

đợc xử lý bằng than hoạt tính và trao đổi nhựa ion Kết quảphân tích đờng coupling sugar cho thấy tỷ lệ đờngsacaroza kết hợp với oligosacarit (hiệu suất chuyển hoá đờng)

đạt 59,5% so tổng số sacaroza đa vào [20]

1.1.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất đờng oligoglucosyl fructoza (coupling sugar) ở Việt Nam

Xu hớng sử dụng đờng chức năng ngày một tăng caokhông chỉ ở trên thế giới mà còn ở trong nớc Rất nhiều cácsản phẩm đờng chức năng nhập ngoại, giá thành rất đắt,trong khi đó, Việt Nam có nguồn nguyên liệu nh tinh bột,sacaroza,… dồi dào, và hoàn toàn có thể nghiên cứu, sảnxuất đợc trong nớc

Tại Việt Nam, đã và đang có một số công trình nghiêncứu về đờng chức năng nh đờng sorbitol, fructooligosacarit(FOS), Đờng FOS là oligoza mạch thẳng bắt đầu bằng mộtphân tử đờng sacaroza kết hợp với 1, 2 hoặc 3 gốc fructozathông qua mối liên kết β (1-2) glucozit bởi enzimfructosyltransferaza Đờng FOS có độ ngọt thấp, có tác dụngchống béo phì, tiểu đờng, không gây sâu răng

Trong khi đó tại Việt Nam, việc nghiên cứu và sản xuấtoligoglucosyl fructoza còn rất mới mẻ Đến nay, cha thấy cómột công bố nào về nghiên cứu sản xuất oligoglucosylfructoza Lợng oligoglucosyl fructoza sử dụng trong nớc đềuhoàn toàn thông qua nhập khẩu từ nớc ngoài Vì vậy, xâydựng đợc một quy trình sản xuất oligoglucosyl fructoza phùhợp với điều kiện trong nớc rõ ràng là một hớng đầu t rất hợp

lý và hiệu quả Trớc hết, sản xuất oligoglucosyl fructoza trongnớc sẽ góp phần khai thác hiệu quả tiềm năng nguyên liệu(sắn) của nớc ta Sản phẩm thu đợc sẽ đáp ứng nhu cầu trongnớc mà không phải nhập khẩu từ nớc ngoài nên giá thành sẽ hợp

lí hơn Hơn nữa nó sẽ đa trình độ nghiên cứu và ứng dụngcông nghệ sinh học của Việt Nam lên tầm cao hơn

Với mục tiêu đó và trong phạm vi của đề tài này,nhiệm vụ nghiên cứu đặt ra là xây dựng đợc một quy trình

công nghệ sản xuất oligoglucosyl fructoza từ tinh bột sắnbằng phơng pháp enzim, phù hợp với điều kiện Việt Nam vàứng dụng oligoglucosyl fructoza vào công nghệ chế biến thựcphẩm và dợc phẩm

1.2 Tinh bột.

1.2.1 Nguồn gốc tinh bột [33]

Tinh bột tiếng Hy Lạp là amilon có công thức hóa học :(C6H10O5)n, là một polysacarit chứa hỗn hợp amyloza vàamylopectin, tỷ lệ phần trăm amiloza và amilopectin thay

đổi tùy thuộc vào từng loại tinh bột, tỷ lệ này thờng từ 20:80

đến 30:70 Tinh bột có nguồn gốc từ các loại cây khác nhau

có tính chất vật lý và thành phần hóa học khác nhau Chúng

đều là gốc polymer carbohydrat phức tạp của glucose (côngthức phần tử là C6H12O6 )

Tinh bột, cùng với protein và chất béo là một thành phầnquan trọng bậc nhất trong chế độ dinh dỡng của loài ngờicũng nh nhiều loài động vật khác Ngoài sử dụng làm thựcphẩm ra, tinh bột cũng đợc dùng trong công nghiệp sản xuấtgiấy, rợu, băng bó xơng Tinh bột đợc tách ra từ hạt nh ngô vàlúa mỳ, từ rễ và củ nh sắn, khoai tây, dong là những tinhbột chính dùng trong công nghiệp

Thuốc thử tinh bột là iốt, khi gặp iốt, tinh bột sẽ cho màuxanh

1.2.2 Cấu trúc của tinh bột [1, 2, 33].

Tinh bột là một loại polysacarit tồn tại chủ yếu trong cáchạt hoà thảo, củ, thân và lá cây dới dạng các hạt có kích thớc

từ 0,02 đến 0,12mm Hạt tinh bột của các nguồn thực vậtkhác nhau có hình dạng và kích thớc khác nhau Nhìn chunghạt tinh bột có dạng hình tròn, hình bầu dục hay đa giác

Cấu tạo bên trong của hạt tinh bột khác phức tạp Hạt tinhbột có cấu tạo lớp, trong mỗi lớp có lẫn lộn các tinh thể amiloza

và amilopectin sắp xếp theo phơng hớng tâm và có các lỗxốp không đồng đều Bên ngoài hạt tinh bột còn có vỏ baochứa ít ẩm hơn bên trong, bền với các tác động bên ngoài và

có các lỗ nhỏ cho phép các chất hoà tan có thể khuếch tánqua

Thờng trong các loại tinh bột nếp (gạo nếp, ngô nếp) cógần nh 100% là amilopectin, trong khi đó ở tinh bột đậuxanh, có đến 50% là amiloza

Về cấu tạo hóa học, amiloza và amilopectin đều chứacác đơn vị cấu tạo là glucoza ở amiloza, các gốc glucoza đợcgắn với nhau nhờ liên kết α-1,4 glucosit tạo thành một chuỗidài gồm từ 200 - 1.000 gốc

Phân tử amiloza bao gồm một số chuỗi sắp xếp songsong với nhau, trong đó các gốc glucoza của từng chuỗi cuộnvòng lại theo hình xoắn ốc Trong phân tử amilopectin, cácgốc glucoza gắn với nhau bằng liên kết α-1,4 glucosit và α-1,6glucosit Vì vậy, amilopectin thờng có 20- 30 gốc glucozagiữa 2 điểm phân nhánh và chỉ có một đầu khử

phõn tử amylose (glucose-α-1,4-glucose) phõn tử amylopectin

Hình 1.2 Cấu trúc phân tử amyloza và amilopectin

1.2.3 Tính chất của tinh bột [1]

Tính chất của tinh bột đợc quyết định bởi tính chấtcủa 2 phân tử tạo nên tinh bột là amiloza và amilopectin và

tỉ lệ giữa chúng Do cấu tạo phân tử khác nhau, amiloza vàamilopectin có tính chất lý hoá khác nhau :

Amiloza tác dụng với iốt sẽ cho phức hợp mầu xanh trongkhi đó amilopectin cho mầu nâu Đó là do phân tử amiloza

có dạng hình xoắn ốc nên hấp thụ đợc các phân tử iốt.Amiloza dễ hoà tan trong nớc ấm, tạo nên dịch có độ nhớtkhông cao còn amilopectin chỉ hoà tan khi đun nóng và chodịch có độ nhớt cao Dịch amiloza không bền, nhất là ởnhiệt độ thấp, nó dễ dàng tạo nên dạng gel vô định hình,sau đó trở thành các gel tinh thể và các kết tủa không thuậnnghịch

Các phân tử amilopectin không có xu hớng kết tinh,chúng có khả năng giữ nớc lớn nên dịch amilopectin thờngkhông bị thoái hoá [1]

Hạt tinh bột khi đợc xử lý thủy nhiệt thì sẽ xảy ra hiệntợng hồ hoá và hoà tan Trớc hết, hạt tinh bột sẽ hấp thụ nớclàm liên kết ở phân tử tinh bột bị yếu đi, phân tử tinh bột

xê dịch, rão ra và trơng phồng lên Độ nhớt của dung dịch tăngmạnh Đến một mức độ nào đó, hạt tinh bột bị vỡ ra, phân tửtinh bột bị thuỷ phân, hoà tan và độ nhớt của dung dịchgiảm Lúc này các phân tử tinh bột phân bố đồng đềutrong khối nớc tạo thành một hệ thống đồng thể (gọi là hồtinh bột) Nhiệt độ hồ hoá (nhiệt độ để chuyển hạt tinh bột

từ trạng thái đầu có mức hộ hydrat hoá khác nhau thành dungdịch keo) phụ thuộc kích thớc hạt tinh bột, vào nguồn tinh bột

và vào thành phần amiloza/ amilopectin trong tinh bột

Hồ tinh bột có tính chất nhớt dẻo Độ nhớt của hồ tinh bột

các hạt phân tán, nhiệt độ, pH Khi để nguội hồ tinh bộtmột thời gian dài, tinh bột bị thoái hoá kèm theo tách nớc và

đặc cứng lại Tính chất thuỷ nhiệt và sự hồ hoá của tinh bột

là một đặc tính đợc quan tâm đến nhiều trong các phảnứng enzim

1.2.4 Tinh bột sắn [3, 5].

Tinh bột sắn có mầu trắng, độ pH từ 4,5 đến 6,5 Hạttinh bột sắn có kích thớc 5 - 40 mm, chủ yếu là hình tròn, có

bề mặt nhẵn Hàm lợng amilopectin trong tinh bột sắn tơng

đối cao, chiếm 78 - 80%

Tinh bột sắn có độ nở, khả năng hồ hoá và độ hoà tancao Khoảng nhiệt độ hồ hoá của tinh bột sắn là 58 - 700C,

độ nhớt dung dịch bột tăng nhanh và có độ dính cao so vớitinh bột từ các nguồn khác

Ngoài ra, hồ tinh bột sắn có xu hớng thoái hoá thấp và

độ bền gel cao Độ nhớt là tính chất quan trọng giúp tinh bột

có nhiều ứng dụng trong công nghiệp, khả năng hồ hóa sớm,

độ nhớt cao của tinh bột sắn thể hiện lực liên kết yếu giữacác phân tử tinh bột trong cấu trúc hạt

Xử lý hóa học và vật lý (gia nhiệt, tăng áp suất hơi), pHcủa môi trờng và sự có mặt của các chất nh protein, chấtbéo, chất có hoạt tính bề mặt đều có ảnh hởng tới độ nhớtcủa tinh bột sắn

Có thể dùng tinh bột sắn để sản xuất miến, hạt trânchâu… hoặc dùng làm nguyên liệu thông qua các tác nhânhoá học hoặc enzim để sản xuất các sản phẩm nh: tinh bộtbiến tính, dextrin, maltoza, glucoza, fructoza, cồn, mìchính, axit xitric

1.2.5 Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn trên thế giới

và Việt Nam.

* Sản xuất và tiêu thụ sắn trên thế giới [4, 32].

Sắn ( Manihot esculenta Crantz) là một loại cõy trồng quan trọng ở

nhiều nước nhiệt đới thuộc chõu Á, Phi, Mỹ La tinh Do hàm lượng tinh bộtcao trong củ cũng như sản lượng hàng năm rất lớn nờn sắn là nguồn nguyờnliệu chủ lực để sản xuất tinh bột sau ngụ, lỳa mỡ, khoai tõy Năm 2008 toànthế giới cú 105 nước trồng sắn (FAO 2009) với tổng diện tớch 18,69 triệu ha,năng suất 12,46 tấn/ ha, sản lượng 232,95 triệu tấn Sắn được trồng nhiều nhấttại chõu Phi 11,98 triệu ha (64% diện tớch sắn toàn cầu), kế đến là chõu Á3,96 triệu ha (21%) và chõu Mỹ La tinh 2,72 triệu ha (15%) Nước cú sảnlượng sắn nhiều nhất thế giới là Nigeria (44,58 triệu tấn), kế đến là Indonesia(21,59 triệu tấn) và Thỏi Lan (27,56 triệu tấn) Việt Nam đứng thứ bảy trờnthế giới về sản lượng sắn (9,39 triệu tấn)với diện tớch thu hoạch năm 2008 là555,70 nghỡn ha, năng suất bỡnh quõn 16,90 tấn/ha Việt Nam là điển hỡnh củachõu Á và thế giới về tốc độ phỏt triển sắn, so với năm 2000, năng suất sắn là8,36 tấn/ha và sản lượng 1,99 triệu tấn thỡ năm 2008 năng suất sắn đó tănggấp đụi và sản lượng sắn đó tăng 4,72 lần Sắn là cõy lương thực-thực phẩmchớnh của nhiều nước chõu Phi và làm thức ăn cho gia cầm, gia sỳc Sắn cũng

là nguyờn liệu chớnh để chế biến cồn sinh học (bio-ethanol), rượu, tinh bột,tinh bột biến tớnh, xi rụ, nước giải khỏt, bỏnh kẹo, bỳn miến, mỡ ăn liền, chất

hồ vải, phụ gia dược phẩm, màng phủ sinh học (bioplastic)

Mức tiêu thụ bình quân toàn thế giới khoảng 18 ời/năm Sản lợng sắn của thế giới đợc tiêu dùng trong nớckhoảng 85% (lơng thực 58%, thức ăn gia súc 28%, chế biếncông nghiệp 3%, hao hụt 11%), còn lại 15% (gần 30 triệutấn ) đợc xuất khẩu dới dạng sắn lát khô, sắn viên và tinh bột(CIAT,1993) Nhu cầu sắn làm thức ăn gia súc trên toàn cầu

kg/ng-đang giữ mức độ ổn định trong năm 2006 ( FAO, 2007)

Sắn chiếm tỷ trọng cao trong cơ cấu lơng thực ở ChâuPhi, bình quân khoảng 96kg/ngời/năm Zaire là nớc sử dụngsắn nhiều nhất với 391kg/ngời/năm (hoặc 1123 calori/ngày).Nhu cầu sắn làm lơng thực chủ yếu tại vùng Saharan châuPhi cả hai dạng củ tơi và sản phẩm chế biến ớc tính khoảng

115 triệu tấn, tăng hơn năm 2005 kkoảng 1 triệu tấn

Buôn bán sắn trên thế giới năm 2006 ớc đạt 6,9 triệu tấnsản phẩm, tăng 11% so với năm 2005 (6,2 triệu tấn), giảm14% so với năm 2004 (8,1 triệu tấn) Trong đó, tinh bột sắn(starch) và bột sắn (flour) chiếm 3,5 triệu tấn, sắn lát (chip)

và sắn viên (pellets) là 3,4 triệu tấn

Trung Quốc hiện là nớc nhập khẩu sắn nhiều nhất thếgiới để làm cồn sinh học (bio ethanol), tinh bột biến tính(modify starch), thức ăn gia súc và dùng trong công nghiệpthực phẩm dợc liệu địa điểm chính tại tỉnh Quảng Tây.Năm 2005, Trung Quốc đã nhập khẩu 1,03 triệu tấn tinh bột,bột sắn và 3,03 triệu tấn sắn lát, sắn viên Năm 2006, TrungQuốc đã nhập khẩu 1,15 triệu tấn tinh bột, bột sắn và 3,40triệu tấn sắn lát và sắn viên

Thái Lan chiếm trên 85% lợng xuất khẩu sắn toàn cầu,

kế đến là Indonesia và Việt Nam Thị trờng xuất khẩu sắnchủ yếu của Thái Lan là Trung Quốc, Đài Loan, Nhật Bản vàcộng đồng Châu Âu với tỷ trọng xuất khẩu sắn khoảng 40%bột và tinh bột sắn, 25% là sắn lát và sắn viên (TTTA, 2006 ;FAO, 2007)

Năm 2006 đợc coi là năm có giá trị sắn cao dối với cảbột, tinh bột và sắn lát Việc xuất khẩu sắn làm thức ăn giasúc sang các nớc cộng đồng châu Âu hiện đã giảm sút nhnggiá sắn năm 2006 vẫn đợc duy trì ở mức cao do có thị trờnglớn tại Trung Quốc và Nhật Bản (FAO, 2007)

Viện nghiên cứu Chính sách lơng thực thế giới (IFPRI),

đã tính toán nhiều mặt và dự báo tình hình sản xuất vàtiêu thụ sắn toàn cầu với tầm nhìn đến năm 2020 Năm

2020, sản lợng sắn toàn cầu ớc đạt 275,10 triệu tấn, trong

đó sản xuất sắn chủ yếu ở các nớc đang phát triển là 274,7triệu tấn, các nớc đã phát triển khoảng 0,40 triệu tấn Mứctiêu thụ sắn ở các nớc đang phát triển dự báo đạt 245,60triệu tấn so với các nớc đã phát triển là 20,5 triệu tấn Khối l-ợng sản phẩm sắn toàn cầu sử dụng làm lơng thực thựcphẩm dự báo nhu cầu là 176,3 triệu tấn và thức ăn gia súc53,4 triệu tấn Tốc độ tăng hàng năm của nhu cầu sử dụngsản phẩm sắn làm lơng thực thực phẩm và thức ăn gia súc

đạt tơng ứng là 1,98% và 0,95% Châu Phi vẫn là khu vựcdẫn đầu sản lợng sắn toàn cầu với dự báo sản lợng năm 2020

sẽ đạt 168,8 triệu tấn Trong đó, khối lợng sản phẩm sử dụnglàm lơng thực thực phẩm là 77,2% làm thức ăn gia súc 4,4%.Châu Mỹ La tinh giai đoạn 1993 - 2020, ớc tốc độ tiêu thụsản phẩm sắn tăng hàng năm là 1,3%, so với Châu Phi là2,44% và Châu á là 0,84% - 0,95% Cây sắn tiếp tục giữ vaitrò quan trọng trong nhiều nớc châu á, đặc biệt là các nớcvùng Đông Nam á nơi cây sắn có tổng diên tích đứng thứ basau lúa và ngô và tổng sản lợng đứng thứ ba thế giới sau lúa

và mía Chiều hớng sản xuất sắn phụ thuộc vào khả năngcạnh tranh cây trồng Giải pháp chính là tăng năng suất sắnbằng cách áp dụng giống mới và các biện pháp kỹ thuật tiếnbộ

* Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn tại Việt Nam [4,

6, 32]

ở Việt Nam, sắn là cây lơng thực, thức ăn gia súc quantrọng sau lúa và ngô Năm 2005, cây sắn có diện tích thuhoạch 432 nghìn ha, năng suất 15,35 tấn/ha, sản lợng 6,6triệu tấn, so với cây lúa có diện tích 7,326 ha, năng suất4,88 tấn/ha, sản lợng 35,8 triệu tấn, cây ngô có diện tích

995 ha, năng suất 3,51 tấn/ha, sản lợng gần một triệu tấn(FAO, 2007) Cây sắn là nguồn thu nhập quan trọng của các

hộ nông dân nghèo do sắn dễ trồng, ít kén đất, ít vốn đầu

t, phù hợp sinh thái và điều kiện kinh tế nông hộ Sắn chủyếu dùng để bán (48,6%) kế đến dùng làm thức ăn gia súc(22,4%), chế biến thủ công (16,8%), chỉ có 12,2% dùng tiêuthụ tơi

Sắn cũng là cây công nghiệp có giá trị xuất khẩu vàtiêu thụ trong nớc Sắn là nguyên liệu chính để chế biến bộtngọt, cồn sinh học, mì ăn liền, bánh kẹo, siro, nớc giải khát,bao bì, ván ép, phụ gia dợc phẩm, màng phủ sinh học vàchất giữ ẩm cho đất Toàn quốc hiện có trên 60 nhà máychế biến tinh bột sắn với tổng công suất khoảng 3,8 triệutấn củ tơi/năm và nhiều cơ sở chế biến sắn thủ công rải ráctại hầu hết các tỉnh trồng sắn Việt Nam hiện sản xuất mỗinăm khoảng 800.000 – 1.200.000 tấn tinh bột sắn, trong đótrên 70% xuất khẩu và gần 30% tiêu thụ trong nớc Sản phẩmsắn xuất khẩu của Việt Nam chủ yếu là tinh bột, sắn lát vàbột sắn, hiện là nớc xuất khẩu tinh bột sắn đứng hàng thứ 3trên thế giới chỉ sau Thái Lan và Indonesia Thị trờng chính

là Trung Quốc, Đài Loan, Nhật Bản, Singapo, Hàn Quốc Đầu tnhà máy chế biến cồn sinh học, tinh bột biến tính là một h-ớng lớn triển vọng

Sản xuất lơng thực là ngành trọng tâm và có thế mạnhcủa Việt Nam tầm nhìn đến năm 2020 Chính phủ Việt

Nam chủ trơng đẩy mạnh sản xuất lúa, ngô và coi trọng việcsản xuất sắn, khoai lang ở những vùng, những vụ có điềukiện phát triển.

Thị trờng xuất khẩu sắn lát và tinh bột sắn Việt Nam

dự báo thuận lợi và có lợi thế cạnh tranh cao do có nhu cầu cao

về chế biến cồn sinh học, bột ngọt, thức ăn gia súc và nhữngsản phẩm tinh bột biến tính Diện tích trồng sắn của ViệtNam dự kiến ổn định khoảng 450 nghìn ha nhng sẽ tăngnăng suất và sản lợng sắn bằng cách chọn tạo và phát triểncác giống sắn tốt có năng suất củ tơi và hàm lợng tinh bộtcao, xây dựng và hoàn thiện quy trình kỹ thuật canh tácsắn bền vững và thích hợp vùng sinh thái

1.3 Sacaroza [1,2,34]

1.3.1 Cấu tạo

Sucroza hay saccarụzơ, saccharose là một disacarit (glucose +

fructose) với cụng thức phõn tử C12H22O11 Tờn gọi hệ thống của nú là glucopyranozyl-(1→2)-β-D-fructofuranozit (kết thỳc bằng "ozit" vỡ nú khụngphải là đường khử) Nú được biết đến nhiều vỡ vai trũ của nú trong khẩu phầndinh dưỡng của con người và vỡ nú được hỡnh thành trong thực vật chứ khụngphải từ cỏc sinh vật khỏc, vớ dụ như động vật Sucroza cũn được gọi với nhiều

α-D-tờn như đường kớnh (đường cú độ tinh khiết cao), đường ăn, đường cỏt,

đường trắng, đường nõu (đường cú lẫn tạp chất màu), đường mớa (đường

trong thõn cõy mớa), đường phốn (đường ở dạng kết tinh), đường củ cải (đường trong củ cải đường), đường thốt nốt (đường trong cõy thốt nốt) hay một cỏch đơn giản là đường.

Giống như các cacbohydrat khác, sucroza có tỷ lệ hiđrô trên ôxy là 2:1

Nó bao gồm 2 monosacarit là α-glucoza và fructoza, được kết nối bằng liênkết glicozit giữa nguyên tử cacbon 1 của khối glucoza với nguyên tử cacbon 2của khối fructoza Cần phải chú ý vì sucroza không giống các polisaccaritkhác, liên kết glicozit được tạo giữa đuôi khử của cả glucozơ và fructozơ,không phải là đuôi khử của monosaccarit này và đuôi không khử củamonosaccarit kia Do không có nguyên tử C tự do có nhóm epime, nó đượccoi là đường không khử

Sucroza nóng chảy và phân hủy ở 186 °C để tạo ra caramen (đườngthắng), và khi cháy tạo ra cacbon, điôxít cacbon, nước Nước có thể phá vỡcấu trúc của sucroza nhờ thủy phân, tuy nhiên quá trình này là rất chậm và vìthế sucroza có thể tồn tại trong dung dịch trong nhiều năm mà gần như khôngthay đổi Tuy nhiên, nếu enzym sucrazơ được thêm vào thì phản ứng sẽ diễn

1.3.3 Sản xuất và ứng dụng

Sucroza là chất tạo ngọt thực phẩm phổ biến nhất mặc dù tại một sốquốc gia, như ở Mỹ, người ta đã thay thế nó bằng các chất tạo ngọt khác nhưcác xi rô fructoza hay các loại đường chức năng và các chất tạo ngọt có độngọt cao Sucroza là loại đường quan trọng nhất trong thực vật và có thể tìmthấy trong nhựa libe Nói chung nó hay được tách ra từ mía đường hay củ cảiđường rồi sau đó được làm tinh khiết và kết tinh Các nguồn sản xuất sucroza

ở quy mô thương mại (nhưng nhỏ) khác còn có lúa miến (Sorghum spp.) ngọt, thích đường (Acer saccharum) và thốt nốt (Borassus spp.).

Sucroza thường gặp trong chế biến thực phẩm do nó vừa là chất tạo ngọtvừa là chất dinh dưỡng; nó là thành phần quan trọng trong nhiều loại thựcphẩm như bánh bích quy, kẹo ngọt, kem và nước trái cây, trong hỗ trợ trongbảo quản thực phẩm

1.3.4 Dinh dưỡng

Sucroza là chất dinh dưỡng vĩ mô dễ dàng tiêu hóa, là nguồn cung cấpnăng lượng nhanh chóng cho cơ thể, tạo ra sự gia tăng của glucoza huyếttrong quá trình tiêu hóa Tuy nhiên, sucroza tinh khiết thông thường không làthành phần trong khẩu phần ăn của con người để có thành phần dinh dưỡngcân đối, mặc dù nó có thể thêm vào để làm cho một số loại thực phẩm trở nênngon hơn

Việc sử dụng quá nhiều sucroza có liên quan tới một số các bệnh tật.Phổ biến nhất là sâu răng, trong đó các vi khuẩn chuyển hóa đường (bao gồm

cả sucroza) từ thức ăn thành các axít dễ dàng phá hủy men răng

Sucroza, như một cacbohydrat tinh khiết, cung cấp năng lượng 3,94kilocalo trên một gam (hay 17 kilojoule trên gam) Khi một lượng lớn thựcphẩm chứa nhiều sucroza được tiêu thụ thì các thành phần dinh dưỡng có ích

có thể bị loại ra khỏi thức ăn, và điều này làm gia tăng nguy cơ mắc các bệnhkinh niên Người ta khuyến cáo rằng các đồ uống chứa sucroza có thể liênquan với sự phát triển của bệnh béo phì và đề kháng insulin [28]

Sự tiờu húa nhanh sucroza gõy ra sự gia tăng glucoza huyết và cú thểgõy ra một số vấn đề đối với những người cú khuyết tật trong trao đổi chấtglucoza, chẳng hạn những người với cỏc chứng bệnh giảm glucoza huyết hayđỏi thỏo đường Sucroza cú thể gúp phần vào sự gia tăng của cỏc hội chứngtrao đổi chất [29] Trong thực nghiệm với chuột được nuụi bằng khẩu phần ănvới 1/3 là sucroza, kết quả là sucroza đầu tiờn làm tăng nồng độ của triglycerittrong mỏu, nú gõy ra tớch lũy mỡ nội tạng và cuối cựng là đề khỏng insulin[30] Nghiờn cứu khỏc phỏt hiện thấy chuột nuụi bằng cỏc khẩu phần ăn giàusucroza sẽ phỏt triển tăng triglycerit huyết, tăng glucoza huyếtvà đề khỏnginsulin.[31]

1.4 Giới thiệu về đờng oligoglucosyl fructoza

Đầu thập kỷ 70, rất nhiều các loại đờng oligosacarit đợctiến hành nghiên cứu nh: fructo-oligosacarit, galacto-oligosacarit và xylo-oligosacarit Nhng kể từ khi các nhà khoahọc tìm hiểu tính chất và đặc tính chức năng của chúng

có lợi cho sức khỏe con ngời thì mới đợc quan tâm nghiên cứunhiều ứng dụng enzim chuyển hóa để sản xuất đờng

“Coupling sugar” đã đợc một số nhà khoa học Nhật Bản quan

tâm nghiên cứu từ năm 1970 Đến năm 1979 thì sản phẩm

“Coupling sugarđ” đã đợc sản xuất ở quy mô công nghiệp vàtrở thành sản phẩm thơng mại bán trên thị trờng.[18]

Bảng 1.1 Các oligosacarit thơng mại và chức năng của chúng [18]

TT Oligosacarit

th-ơng mại

Năm sản xuất

Đặc tính chức năng

1 Maltooligosylsucros

7 Gal-sucrose

(Lactosucroseđ)

Hỗ trợ hệ VSV đờngruột

Năm 1983, đờng “Coupling sugar” cũng đợc các nhà

khoa học Anh là K.J Parker và M.G Lindley quan tâm nghiêncứu Năm 1986, các tác giả ngời Mỹ là L.O Nabors và R.C.Gelard nghiên cứu và đợc công bố trong cuốn “Các chất ngọtthay thế” của nhà xuất bản New York [26]

Oligoglucosyl fructoza hay còn gọi là “coupling sugar”

đợc sản xuất từ sự kết hợp của tinh bột chuyển hoá với đờngsacaroza bằng mối liên kết α (1-4) glucozit, dới tác dụng củaenzim cyclodextrin glucosyltransferaza Oligoglucosyl fructoza

có công thức: [α-D-glucopyranosyl-(1-4)]n (1-2)-β-D-fructofuranoside (n = 1 - 15) Sản phẩm này không

có màu, mặc dù chịu sự tác dụng của nhiệt độ với sự có mặtcủa protein hoặc peptit [24]

Oligoglucosyl fructoza có thể đợc cô đặc thành siro haysấy phun thành dạng bột đợc ứng dụng trong rất nhiều loạithực phẩm, đồng thời còn đợc ứng dụng trong mỹ phẩm vàhóa phẩm [19]

* Tính chất của oligoglucosyl fructoza [16, 19]:

- Có độ ngọt vừa phải (bằng 60% so với đờng sacaroza)vì vậy trong chế biến thực phẩm có thể thay thế đờngsacaroza để nâng cao chất lợng sản phẩm

- Có năng lợng thấp - chống bệnh béo phì, huyết áp…

- Đặc biệt oligoglucosyl fructoza là chất ngọt có khả năngphòng chống các bệnh sâu răng bởi các vi khuẩn miệng nh

Streptococcus mutans và các vi khuẩn miệng khác sản xuất

ra glucan không tan trong nớc và axit từ đờng sacaroza,glucoza, fructoza

Theo tài liệu của Công ty Hayashibara (Nhật bản), thànhphần siro “coupling sugar” bao gồm: oligoglucosyl fructozachiếm tới 50%, còn lại là glucoza, sacaroza d, dextrin còn lại.Việc nâng cao hàm lợng oligoglucosyl fructoza trong sản xuấtcông nghiệp là rất khó khăn Tuy nhiên, Miyake và cộng sự đãứng dụng nhựa cation có tính axit mạnh vào xử lý dịch sirooligoglucosyl fructoza, kết quả là đã nâng cao hàm lợng đ-ờng này lên 60% [19]

Hiện nay, oligoglucosyl fructoza đợc sản xuất rộng rãi ởnhiều nớc nh Mỹ, Nhật, Trung Quốc Và với tiềm năng ứngdụng rộng lớn nh vậy, chắc chắn trong tơng lai nhu cầu sửdụng loại đờng này sẽ ngày càng gia tăng Nh vậy, vấn đề

đặt ra là phải tăng về số lợng và giảm về giá thành sảnphẩm

1.3.1 Cơ chế hình thành đờng Oligoglucosyl fructoza.

Oligoglucosyl fructoza là một loại đờng đợc liên kết giữacác loại oligosacharid với sacaroza hoặc fructoza bằng liên kết

α (1-4) glucozit Nghĩa là loại đờng này có thể đợc sản xuấtbằng sự kết hợp tinh bột đã đợc dịch hóa là chất cho vớisacaroza là chất nhận dới tác dụng của enzim cyclodextringlucosyltransferaza (CGTase)

Hình 1.1 Cơ chế gắn kết tạo thành đờng coupling sugar [17]

Chất lợng của sản phẩm phụ thuộc vào hàm lợng tinh bột

đa vào dịch hóa và hàm lợng sacaroza thích hợp cho sự gắnkết, thông thờng phụ thuộc chủ yếu vào hàm lợng sacaroza,nếu nồng độ tinh bột dịch hóa cao mà nồng độ sacaroza lạithấp thì lợng tinh bột đã đợc dịch hóa không thể kết hợphoàn toàn với sacaroza, trong trờng hợp nếu hàm lợngsacaroza lại cao hơn nhiều so với tinh bột dịch hóa thì saukhi gắn kết hết với các dextrin thì sacaroza vẫn còn d nhiềutrong sản phẩm cuối cùng Ngoài ra dạng đờng này cũng đợc

Oligoglucosyl fructose

tạo ra khi phối hợp giữa cyclodextrin với sacaroza dới tác dụng

của một loại enzym của vi khuẩn Bacillus macerans [24]

1.3.2 Enzim cyclodextrin glucosyltransferaza (CGTaza) 1.3.2.1 Nguồn sinh tổng hợp CGTaza

Cyclodextrin glucosyltransferaza (CGTaza) hay còn gọi làcyclodextrin glucanotransferaza, danh pháp quốc tế là 1,4-α-D-glucan 4-α-D-(1,4-α-D-glucano) transferaza (EC 2.4.1.19) làenzim thuộc họ α-amylaza [14] Enzim này còn đợc xếp vàoloại exo- enzim và không có khả năng đi qua các điểm phânnhánh trong phân tử tinh bột Trong khi các enzim amylazachủ yếu là thuỷ phân các cầu nối glycozit trong phân tử tinhbột thì CGTaza chủ yếu là xúc tác phản ứng chuyển glucozylhoá với hoạt tính thuỷ phân tơng đối thấp [8]

CGTaza đợc sinh tổng hợp từ nhiều chủng vi khuẩn thuộcgiống Bacillus, nh B.macerans, B.ohbensis, B.stearothermophilus, B.firmus, B licheniformis, B.agaradhaerens và từ các chủng khác nh Flavobacterium sp., Klebsiella pneumoniae, Brevibacterium, Micrococcus sp.[7, 9,

12] Các chủng này còn đợc đột biến hay tái tổ hợp gennhằm có đợc một đặc tính mong muốn nào đó Enzim từcác nguồn khác nhau có tính chất và độ đặc hiệu sản phẩmkhác nhau

1.3.2.2 Các yếu tố ảnh hởng đến hoạt động của CGTaza

Các yếu tố ảnh hởng đến hoạt động xúc tác của CGTazacũng tơng tự nh đối với một enzim nói chung Đó là nồng độdịch tinh bột, nồng độ enzim, pH, nhiệt độ, các chất hoạthoá và kìm hãm… Sau đây ta sẽ lần lợt xem xét sự ảnh hởngcủa các yếu tố này

* ảnh hởng của nồng độ cơ chất

Ảnh hởng của nồng độ cơ chất đối với enzim đợc thểhiện qua phơng trình Michaelis-Menten:

Km thì vận tốc phản ứng bằng một nửa vận tốc cực đại Tuynhiên, cũng nh một số enzim khác, CGTaza bị ức chế bởi cơchất trong trờng hợp thừa cơ chất

* ảnh hởng của nồng độ enzim

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

v = k [E] với [E] là nồng độ enzim

Cũng có trờng hợp khi nồng độ enzim quá lớn, vận tốcphản ứng tăng chậm [2]

* ảnh hởng của nhiệt độ

Đối với CGTaza, nhiệt độ tối u và độ bền nhiệt khácnhau tùy thuộc vào nguồn enzim Đa số các CGTaza có khoảngnhiệt độ hoạt động vào khoảng 35 - 700 C, nhiệt độ tối ukhoảng 50 - 650 C [7, 11, 22] Cá biệt có một số enzim bềnnhiệt từ các chủng nh B stearothermophilus, Thermoanaerobacter, nhiệt độ tối u có thể lên tới 80 - 900C

[14, 21] Độ bền nhiệt của các CGTaza có thể tăng lên với sự

có mặt của cơ chất (tinh bột) hay Ca2+ và một số ion khác

* ảnh hởng của pH

pH tối u của các CGTaza thay đổi nhiều, trong khoảng5.0-9.0 phụ thuộc vào nguồn enzim, nhiệt độ, cơ chất, sự cómặt của ion Ca2+… pH cũng là một yếu tố công nghệ thờng

đợc sử dụng để điều hoà phản ứng enzim (đối với CGTaza,

đó chủ yếu là tăng hiệu suất phản ứng và độ đặc hiệu sảnphẩm)

* ảnh hởng của các chất kìm hãm

Hoạt độ của CGTaza có thể bị kìm hãm bởi một số chất

nh Cu2+, Fe2+, Hg2+, N-bromosuccinimide,…Ngoài ra, CGTaza

bị kìm hãm bởi thừa cơ chất [13] và bởi sản phẩm của phảnứng [10, 23, 27] Sự kìm hãm này làm giảm vận tốc và hiệusuất phản ứng nên cũng là một yếu tố rất đáng quan tâm

1.3.3 ứng dụng của đờng coupling sugar

1.3.3.1 ứng dụng trong chế biến thực phẩm:

Oligoglucosyl fructoza hay “coupling sugar” là một loại

đờng chức năng, có năng lợng thấp, dễ hấp thụ trong quátrình tiêu hóa [16] Với các đặc tính hữu ích của nó, trênthế giới các nhà sản xuất thực phẩm đang có nhu cầu sửdụng nhiều sản phẩm này thay thế các loại đờng khác trongchế biến thực phẩm nh trong ngành sản xuất sữa (sữa đặc,sữa bột), sản xuất bánh kẹo (kẹo cao su, bánh xốp, kẹo cứng,bánh bích qui, mứt quả, sup ăn liền,…), đồ uống (nớc quả,

đồ uống lên men lactic, nớc sô đa, ca phê tan,…), thực phẩm

đóng hộp (rau quả ,thịt cá) [25]

Naoto Tsuyama (Nhật bản) đã ứng dụng đờng couplingsugar trong sản xuất sữa đặc và sữa bột Sau khi điềuchỉnh hàm lợng chất béo thích hợp trong sữa, tác giả đã bổ

sung 4% đờng coupling sugar (trong đó hơn 50% làoligoglucosyl fructoza) vào sữa và đem cô đặc ở áp suấtthấp tạo ra sản phẩm sữa đặc có độ chất khô 50% hoặc

đem sấy phun đợc sản phẩm sữa bột Các sản phẩm sữa này

có độ hòa tan cao và có hàm lợng glucoza, sacaroza rất nhỏnên khi ngời tiêu dùng sử dụng chúng không bị ảnh hởng tớirăng do không tạo ra axit hữu cơ từ glucoza và sacaroza bởi visinh vật trong miệng [20]

Trong sản xuất bột cà phê tan, dịch chiết cà phê cónồng độ chất khô 30% đợc bổ sung lợng đờng couplingsugar tơng ứng (trong đó > 50% là oligoglucosyl fructoza),sau đó cô dặc hỗn hợp đến 500Bx và đem sấy đông khô.Bằng sử dụng loại đờng này, sản phẩm đã giữ đơng hơngthơm tự nhiên của cà phê và không ảnh hởng xấu đến răng

Trong sản xuất bánh mì, coupling sugar (50% làoligoglucosyl fructoza) đợc sử dụng 5% (so với lợng bột mì), sốglucoza và sacaroza đợc nấm men bánh mì sử dụng hếttrong quá trình lên men để tạo độ mịn của bánh, do vậyoligoglucosyl fructoza đã tạo vị ngọt dịu trong sản phẩm vàcòn có tác dụng ngăn chặn bệnh về răng

Trong sản xuất kẹo cứng, coupling sugar cũng đợc ứngdụng làm kẹo ròn và không bị kết tinh đờng và đặc biệtkhông có nguy cơ gây bệnh răng nhất là đối với trẻ em

Đồ uống lactic là một sản phẩm nớc uống rất có lợi chosức khỏe con ngời, do vậy coupling sugar cũng đã đợc sửdụng trong quá trình sản xuất Sản phẩm đồ uống này có vịngọt mát và cũng ngăn chặn bệnh răng, bệnh béo phì

Trong sản xuất đào đóng lọ, dung dịch rót lọ đã sửdụng đờng coupling sugar 30% Sản phẩm có độ ngọt dịu

Kẹo cao su có chứa đến 80% đờng coupling sugar,20% là gum và các hơng liệu Độ ngọt của kẹo đợc giữ lạitrong miệng lâu hơn và cũng nh các sản phẩm khác cũngngăn chặn các bệnh răng do sản phẩm không chứa glucoza,sacaroza

Trong sản xuất sô cô la, hàm lợng đờng coupling sugar

đợc sử dụng 50% Sản phẩm có hình dạng đẹp và mịn, độngọt mát, giữ đợc vị đắng của ca cao, hòa tan tốt và cũngngăn chặn các bệnh răng.[20]

1.3.3.2 ứng dụng trong dợc phẩm:

Oligoglucosyl fructoza hay coupling sugar đợc tạo ra bởi

sự kết hợp sacaroza với các polisacarit dới sự tác dụng củaenzim glycosyltransferaza mà không tạo thành các dextran,levan,…nh ở trong miệng do một số vi khuẩn, các chất nàybám trên bề mặt răng, sau đó đợc các vi khuẩn kị khí lênmen tạo ra axit hữu cơ làm hỏng men răng Hàm lợng đờngoligoglucosyl fructoza thờng đợc bổ sung từ 5 – 20%, loại đ-ờng này không gây tác dụng với các thành phần khác có trongthuốc đánh răng và còn kéo dài thời gian sử dụng sản phẩm[20]

Với đặc tính không gây ảnh hởng xấu đến răng miệngnên oligoglucosyl fructoza đợc sử dụng trong quá trình sảnxuất kem đánh răng Thành phần kem đánh răng bao gồm:MgCO3 chiếm 40%, CMC (carboxylmethyl xenluloza) chiếm50%, coupling sugar 1%, chất tẩy 1%, chất màu 0,02% và h-

ơng liệu 0,1% Trớc tiên, CMC đợc hòa tan trong nớc, sau đócoupling sugar đợc bổ sung vào và cuối cùng là MgCO3 và phụgia hơng liệu Hỗn hợp này đợc đóng gói thành typ thuốc

đánh răng [20]

Với tính năng dễ hấp thụ, không có tác dụng phụ, che giấu

đợc vị đắng trong thuốc,… nên oligoglucosyl fructoza đợcứng dụng rất rộng rãi trong các công thức thuốc giảm đau,thuốc chống nhiễm trùng, thuốc chống dị ứng,… nhất là cácsản phẩm si rô thuốc dành cho trẻ em

Ngoài ra, coupling sugar còn đợc ứng dụng trong sản xuấtnớc súc miệng, hay làm tá dợc, bổ xung vào các sản phẩmthuốc chức năng, vào sản phẩm viên ngậm chống ho,

PHẦN II

NGUYấN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

2.1 Thiết bị, dụng cụ, nguyên vật liệu và hoá chất

- Enzim AMYLEXHT (Mỹ) là enzim α -amylaza chịu nhiệt

đợc sản xuất từ chủng vi khuẩn đột biến

* Enzim gắn kết tạo đờng “coupling sugar”:

- Toruzyme 3.0L (3 KNU/g) (Novoenzim - Đan Mạch) Đây làchế phẩm enzim dạng lỏng, màu nâu, có tỷ trọng xấp xỉ1,2g/ml Chế phẩm Toruzyme 3.0L chứa CGTaza bền nhiệt

sản xuất từ chủng Bacillus đợc biến đổi gen ( nhận gen từ chủng Thermoanaaerobacter) pH tối u 5,5 – 6,5; nhiệt độ

hoạt động tối u ở 55 - 600C

- Cyclodextrin glucanotransferaza (EC.2.4.1.19, CGTaza)(Amano – Nhật Bản) đợc sản xuất trong quá trình lên men

chủng Bacillus macerans Chế phẩm enzim dạng dịch, có

màu nâu nhạt, pH tối u: 6,0; nhiệt độ hoạt động tối thích ở

60 - 650C

* Than hoạt tính (Nhật)

* Nhựa trao đổi ion (Nhật)

2.1.2 Hoá chất, dụng cụ và thiết bị

2.1.2.1 Hóa chất.

* CuSO4.5H2O, KNaC4H4O6, NaOH, HCl, K3Fe(CN) 6,… – TrungQuốc

* Butanol, Pyridine, analine hydroclorit – Nhật Bản

* Hoá chất chạy HPLC: các loại đờng chuẩn: glucoza,saccaroza, maltoza, fructoza, CD và dung môi chạy sắc ký

* Iốt, xanh metylen, cồn tuyệt đối, Giấy sắc ký Whatman

+) Máy đo pH Orion, Model 410 - Mỹ

+) Máy đo độ nhớt Brookfield - Đức

+) Máy đo độ ẩm Precisa HA60 - Thụy Sĩ

+) Bình tam giác, bình định mức, cốc thủy tinh, ống

Tinh bột đợc thuỷ phân ở nhiều mức độ khác nhau (tạonhiều giá trị DE khác nhau), sau đó cho gắn kết với đờngsaccaroza và đợc đánh giá bởi kết quả cuối cùng có tạo CDkhông? dựa vào đú mà lựa chọn CD thớch hợp

2.2.1.2 Thủy phân tinh bột làm nguyên liệu cho quá trình gắn kết giữa tinh bột và sacaroza

Xác định các điều kiện ảnh hởng tới quá trình dịchhoá tinh bột: nồng độ cơ chất tinh bột, nồng độ enzim,nhiệt độ, pH, thời gian,

Đánh giá kết quả dịch hoá dựa vào chỉ số DE

2.2.1.3 Lựa chọn enzim gắn kết

Từ hai loại enzim CGTaza và Toruzim 3.0L trên thị trờng.Chúng tôi tiến hành lựa chọn loại enzim thích hợp cho quátrình gắn kết tạo coupling sugar

Để đánh giá kết quả phải dựa vào hiệu suất gắn kết

2.2.1.4 Xác định các điều kiện thích hợp cho quá trình gắn kết

Xác định các điều kiện ảnh hởng tới hoạt động củaenzim nh: tỷ lệ sacaroza/ tinh bột, nồng độ enzim, nhiệt

độ, pH, thời gian,…

2.2.1.5 Phơng pháp làm sạch dịch bằng than hoạt tính và trao đổi ion

Phơng pháp làm sạch dịch thủy phân hay dịch sảnphẩm coupling sugar bằng than hoạt tính có tác dụng tẩymàu cho dịch và hấp phụ tạp chất trong dịch Lợng than sửdụng phụ thuộc vào chất lợng dịch, theo yêu cầu làm sạch vàkhả năng hấp phụ của than Sau đó lọc than bằng lọc hútchân không hoặc máy lọc khung bản Sau khi tẩy màu bằngthan hoạt tính cho dịch chạy qua hai cột trao đổi ion có tácdụng loại đi các cation, anion có trong dịch

2.2.1.6 Phơng pháp cô đặc sản phẩm:

Dung dịch đờng oligoglucosyl fructoza sau khi đợc làmsạch, đem cô đặc bằng thiết bị cô chân không đến độ Bxyêu cầu

2.2.1.7 Phơng pháp đánh giá sự ảnh hởng của oligoglucosyl fructoza đến sự phát triển vi khuẩn răng miệng.

Vi khuẩn răng miệng đợc nuôi trên môi trờng MRS chứa

đờng oligoglucosyl fructoza Sau khi kết thúc lên men (48giờ, 300C), xác định CFU/ml bằng phơng pháp cấy VSV trênmôi trờng MRS thạch và phân tích hàm lợng axit tổng bằngphơng pháp chuẩn độ NaOH 0,1N So sánh với mẫu MRS vớinguồn đờng glucoza, saccaroza

Tiến hành đo: Sau khi dịch hoỏ xong, ta lấy một phần dịch mới đem lọc,

hạ nhiệt tới 20ºC rồi lấy một giọt dịch cho lờn bề mặt của chiết quang kế rồiđậy nắp kớn, điều chỉnh vớt xoay sao cho kết quả hiện rừ,đọc được Ta ghi lạikết quả đú chớnh là nồgn độ phần trăm chất khụ cú tỏng dịch

2.2.2.2 Xác định pH bằng máy đo pH Orion, Model

410 (Mỹ)

Sử dụng mỏy đo pH : Làm sạch đầu đo bằng nước cất, khi đo lấy pHcủa nước cất bằng 7.0 và tren màn hỡnh hiện chữ ready, ta nhỳng đầu đo vàodịch cần đo Đợi cho tới khi trờn màn hỡnh hiện chữu ready thỡ đọc số liệuhiển thị trờn màn hỡnh thỡ đú chớnh là pH của dịch cần đo

2.2.2.3 Xác định nồng độ dịch bột bằng bome kế

Bột được hoà với nước theo tỷ lệ đó định sẵn, sau đú đổ đầy dịch vàoống đong, thổi hết bọt khớ phớa trờn rồi thả nhẹ bome kế vào Đọc chỉ số ghitrờn bome kế, đú chớnh là nồng độ dịch bột Đơn vị là Be

2.2.2.4 Xác định độ nhớt của dịch thủy phân bằng máy đo độ nhớt Brookfield (Đức)

Thuỷ phõn tinh bột theo cỏc điều kiện đó quy định ( tỷ lệ bột/nước,nồng độ enzym, nhiệt độ thuỷ phõn, thời gian thuỷ phõn, pH), sau khi thuỷphõn ta để dịch thuỷ phõn nguội đến 80°C rồi đem đo độ nhớt bằng mỏy đo

độ nhớt Viscosimetre capillaire ( Germany )

2.2.2.5 Xác đinh độ ẩm của tinh bột sắn bằng máy phân tích độ ẩm Precisa HA 60 (Thụy Sĩ)

Dựng mỏy sấy độ ẩm hồng ngoại ( Precisa ha 60 Precisa – Thuỵ sĩ ) đểxỏc định hàm lượng ẩm trong tinh bột Đõy là phương phỏp xỏc định hàm ẩmnhanh và rất thuận tiện

2.2.2.6 Xác định DE theo phơng pháp phân tích Lane- Eynon

* Định nghĩa.

DE là số đơng lợng đờng khử quy ra glucoza đợc tạothành trong quá trình thủy phân tinh bột tính theo phầntrăm chất khô

B có chứa Natri Kalitatrat (KNaC4H4O6) trong môi trờng kiềmyếu Vì thời gian phản ứng diễn ra rất nhanh (khoảng 2phút) nên trong dung dịch vẫn còn d Cu++ Hiện tợng này cóthể quan sát thấy nhờ khả năng tạo phức không màu củaxanh metylen với dung dịch đờng khử khi hết Cu++ Cụ thể làthêm hai ba giọt xanh metylen vào dung dịch phản ứng, khivừa hết Cu++, đờng khử sẽ tạo phức không màu với xanhmetylen làm cho màu của dung dịch từ màu của xanhmetylen chuyển thành màu trắng Căn cứ vào đó ta kếtthúc quá trình phản ứng

Dựa vào số ml dung dịch đờng khử tiêu hao đem trabảng Eynon - Lane sẽ tính đợc đơng lợng đờng khử quy raglucoza cần xác định Lợng đờng khử tính theo glucoza đợctính theo phần trăm chất khô gọi là DE

Hóa chất :

Dung dịch Fehling A: CuSO4.5H2O

Dung dịch Fehling B: KNaC4H4O6 + NaOH

Chỉ thị xanh metylen: Xanh metylen tinh thể

* Cách pha hóa chất.

Dung dịch Fehling A: Cân khoảng 70g CuSO4.5H2O hòatan với nớc cất rồi cho vào bình định mức 1000ml, cho nớccất đến ngấn định mức Để cho hóa chất tan hoàn toàn,lọc

Dung dịch Fehling A: Cân 346g KNaC4H4O6 và 100gNaOH trộn lẫn với nhau, dùng nớc cất hòa tan rồi chuyển vàobình định mức 1000ml Cho nớc cất đến ngấn quy định,

để qua ngày rồi lọc

Chỉ thị xanh metylen: Cân 1g xanh metylen hòa với nớccất rồi cho vào bình định mức 100ml, để tan rồi lọc

2 - 3 giọt xanh metylen vào và tiếp tục định phân bằngdung dịch đờng đã pha loãng cho đến khi mất mầu chỉ thị(quá trình đun sôi và định phân không quá 3 phút) chuyểnsang màu đỏ nâu Kết thúc quá trình định phân ta ghi l-ợng đờng đã định phân Định phân ba lần và lấy kết quảtrung bình Căn cứ vào lợng dịch tiêu hao ta tra bảng Lane-Eynon để tính ra DE

* Cách tính kết quả.

DE tính theo công thức:

DE =

Aì100 BìBx (%)