luận văn công nghệ thực phẩm Công nghệ sản xuất đường Coupling sugar từ Tinh bột sắn

Oligoglucosyl fructoza được sản xuất từ sự kết hợp của tinh bột chuyểnhoá với đường sacaroza bằng mối liên kết α 1-4 glucozit, dưới tác dụng củaenzim cyclodextrin glucosyltransferaza.. M

MỞ ĐẦU

* Đặt vấn đề.

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nhận biết củacon người về mối quan hệ giữa thực phẩm và sức khỏe ngày càng được nângcao Yêu cầu của người tiêu dùng về thực phẩm vì thế cũng có nhiều thay đổi.Nếu như trước kia chúng ta đặt vấn đề hàng đầu là hàm lượng dinh dưỡngcao, khả năng cung cấp nhiều năng lượng của thực phẩm thì bây giờ khônghẳn là như vậy Đã có nhiều người chuyển hướng tìm cho mỡnh cỏc loại thức

ăn không có hoặc cú ớt dinh dưỡng, thức ăn thấp năng lượng Một số khác lại

có nhu cầu sử dụng thực phẩm để phòng và chữa bệnh v.v Và thế là có sự rađời của thực phẩm chức năng Thực phẩm chức năng được định nghĩa là mộtloại thực phẩm có chứa các hoạt tính sinh học, có khả năng phòng chống bệnhtật, tăng cường sức khỏe dựa trên cơ sở của quá trình dinh dưỡng

Đường chức năng là một bộ phận quan trọng trong nhóm thực phẩmchức năng, được tập trung nghiên cứu nhiều trong những năm gần đây do cónhiều đặc tinh có lợi cho sức khỏe như chống sâu răng, chống bệnh tiểuđường, khụng gõy béo phì, có khả năng kích thích hoạt động của hệ tiêu hóav.v…

Các loại đường chức năng mới xuất hiện là: đường panatinoza,maltooligosacarit,galactooligosacaritizo,v.v Trong đó, đường oligoglucosylfructoza hay “ Coupling sugar ” là loại đường chức năng được nhiều nhànghiên cứu chú ý bởi công nghệ sản xuất không phức tạp, mà lại có lợi cho cơthể con người

Oligoglucosyl fructoza được sản xuất từ sự kết hợp của tinh bột chuyểnhoá với đường sacaroza bằng mối liên kết α (1-4) glucozit, dưới tác dụng củaenzim cyclodextrin glucosyltransferaza 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, trong, mặc dù chịu sự tác dụng củanhiệt độ với sự có mặt của protein hoặc peptit

Oligoglucosyl fructoza có thể được cô đặc thành siro hay sấy phunthành dạng bột và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệpkhác nhau.

Đường Coupling sugar được nghiên cứu và sản xuất ở qui mô côngnghiệp lần đầu tiên tại Nhật Bản từ năm 1980 Cho tới nay sản phẩm trờn đóđược sản xuất đại trà ở rất nhiều nước trên thế giới, đặc biệt tại các nước NhậtBản, Hàn Quốc, Trung Quốc v.v Ở Nhật Bản, đường coupling sugar đượcdùng để thay thế đường sacaroza cho các đối tượng mắc bệnh béo phì và tiểuđường Ngoài ra một lượng lớn đường cũng được dùng như một chất ngọt bổsung Người ta đã tìm ra trên 500 loại sản phẩm thực phẩm có sử dụng đườngcoupling sugar như bánh quy, các sản phẩm sữa, bột dinh dưỡng trẻ em, nhiềuloại thực phẩm chức năng, thực phẩm điểm tâm, kẹo, bánh, kem đánh răng,vv

Xu hướng sử dụng đường chức năng ngày một tăng cao không chỉ ở trênthế giới mà còn ở trong nước Rất nhiều các sản phẩm đường chức năng nhậpngoại, giá thành rất đắt, trong khi đó, Việt Nam có nguồn nguyên liệu nh tinhbét, sacaroza,… dồi dào và hoàn toàn có thể nghiên cứu, sản xuất được trongnước

Tại Việt Nam, đã và đang có một số công trình nghiên cứu về đườngchức năng như đường sorbitol, fructooligosacarit (FOS), Còn việc nghiêncứu và sản xuất oligoglucosyl fructoza còn rất mới mẻ

Hiện nay oligoglucosyl fructoza sử dụng trong nước đều hoàn toàn thôngqua nhập khẩu từ nước ngoài Chính vì vậy, để đáp ứng nhu cầu trên, chúng

tôi đặt vấn đề nghiên cứu : “ Công nghệ sản xuất đường Coupling sugar từ Tinh bột sắn ’’.

* MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI.

Xây dựng được qui trình công nghệ sản xuất đường oligoglucosylfructoza bằng phương pháp

* NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

- Nghiên cứu các điều kiện thuỷ phân tinh bột làm nguyên liệu cho quá trìnhtạo liên kết giữa tinh bột và saccaroza

- Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất đường oligoglucosylfructoza bằng phương pháp enzim

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

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

- Nghiên cứu làm sạch và thu hồi sản phẩm siro oligoglucosyl fructoza

PHẦN I TỔNG QUAN

1.1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT ĐƯỜNG OLIGOGLUCOSYL FRUCTOZA (COUPLING SUGAR) TRÊN THẾ GIỚI

Thị trường tiêu thụ thực phẩm chức năng càng ngày càng lớn mạnh trêntoàn thế giới Năm 1999, thực phẩm chức năng của Mỹ có doanh thu đạt 250

tỷ USD, chiếm 50% tổng giá trị thực phẩm (507 tỷ USD) Trong khi đó, thịtrường châu Âu, tổng giá trị thực phẩm chức năng có thể đạt 500 tỷ USD.Theo Báo cáo phân tích chiến lược của các thị trường thực phẩm chức năng ởĐông Nam Á của hãng Frost và Sullivan cho biết thu nhập từ các thực phẩmchức năng trong khu vực đạt hơn 2.300 triệu USD trong năm 2005 và đượctrông đợi sẽ đạt 4.805 triệu USD vào năm 2012 Không chỉ các nước côngnghiệp sản xuất thực phẩm chức năng mà các nước đang phát triển cũng rấtchú trọng đến các loại mặt hàng mới này, đặc biệt là Trung Quốc, Braxin,Mexico, Thái Lan

Nghiên cứu sản xuất các thực phẩm chức năng để phòng bệnh và chữabệnh trong cuộc sống hiện đại ngày nay đang là vấn đề cấp bách được đạt ra,

mét trong những sản phẩm đó là đường oligoglucosyl fructoza hay "coupling

sugar”

Trên thế giới oligoglucosyl fructoza đã được nghiên cứu và sản xuất ởnhiều nước nh Nhật Bản, Mỹ, Pháp, Trung Quốc, đặc biệt ở Nhật việckhuyến cáo sử dụng đường oligoglucosyl fructoza để phòng bệnh sâu răng,béo phì rất phát triển Oligoglucosyl fructoza thường được sản xuất dưới dạngsiro hoặc dạng bột Teresa Martin và cộng sự (Tây ban Nha) [17] đã xác địnhảnh hưởng của tỷ lệ giữ tinh bột và sacaroza cho hiệu quả gắn kết của enzimCGTaza từ chế phẩm Toruzim 3.0L được hãng Novo enzim (Đan Mạch) tổng

hợp từ vi khuẩn Thermoanaerobacter.sp Phản ứng được tiến hành với các

điều kiện sau: nồng độ dịch tinh bét 10%, nhiệt độ gắn kết 55- 600C trong thờigian 48 giê.

Bảng 1.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ tinh bét / sacaroza đến quá trình tạo coupling sugar bằng enzim CGTaza [17]

Hiệu suất chuyểnhóa tinh bột thànhMatooligosylfructoza (%)

Hiệu suất chuyểnhóa tinh bột thành

Một số nhà nghiên cứu cho rằng khi xử lý dịch hóa tạo ra cácoligosacarit mạch thẳng có độ polime hóa (D.P) cao hay thấp là rất quantrọng, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Nếu dịch hóa có độ D.P > 10 thìdưới tác dụng của enzim, sù gắn kết xảy ra ở bên trong mạch của các phân tửdextrin sẽ tạo thành các phân tử vòng (ví dụ: cyclodextrin) làm đục sản phẩmcuối cùng Do vậy, một số nghiên cứu đã xác định được độ D.P của dịch hóa

< 8 không xảy ra sự gắn kết sacaroza vào bên trong phân tử dextrin do vậykhông có khả năng tạo ra các phân tử đường có cấu tạo vòng

Một số nghiên cứu xác định sự ảnh hưởng của DE trong quá trình dịchhóa đã được tiến hành trên loại tinh bét khoai tây, sử dông nồng độ tinh bét6% đem dịch hóa ở 650C dưới tác dụng của enzim amylaza, cho thấy mức độdịch hóa có DE đạt trên 10 thì khả năng gắn kết là tốt hơn so với DE đạt 7, vàkhông tạo ra sản phẩm phụ là các cyclodextrin

Bảng 1.3 Ảnh hưởng của DE dịch hóa tới sự tạo thành cyclodextrin [24]

-Thí nghiệm khác cho thấy, sau khi dịch hóa tinh bét khoai tây với nồng

độ 11% bằng enzim đạt DE 16, bổ sung 10% sacaroza (theo thể tích dịch

hóa), enzim chuyển hóa của Bacillus macerans với nồng độ 0,05% và phản

ứng được tiến hành ở 400C trong 2 ngày, dịch sau khi kết thúc phản ứng được

xử lý bằng than hoạt tính 0,5% (theo tỷ lệ chất khô), sau đó tiếp tục qua traođổi ion và cô đặc dưới điều kiện áp suất thấp, kết quả chỉ có 15% đườngsacaroza được gắn kết thành các oligosacharit, sản phẩm còn chứa nhiềusacaroza dư nhiều, nhưng cũng thí nghiệm này, tác giả chỉ bổ sung 1%sacaroza thì cho kết quả 50% lượng đường sacaroza đã gắn kết vớioligosacarit [24] Nh vậy tỉ lệ sacaroza đưa vào cũng là một yếu tố quan trọngảnh hưởng đến hiệu suất gắn kết và chất lượng của sản phẩm cuối cùng

Tinh bét khoai lang với nồng độ 40%, pH 6 được dịch hóa bằng enzim

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

Nh các điều kiện thí nghiệm trên, nhưng tác giả đã bổ sung lượngsacaroza so với tinh bột là 1 : 1 Kết quả cho thấy dịch tinh bột có DE 13 cóhiệu suất chuyển hóa tăng hơn nhưng lại xuất hiện 1% CD gây đục sản phẩm.Trong thí nghiệm 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 giảm thời gian lọc 20-50% [24]

Tinh bét khoai tây với nồng độ 45% được dịch hóa bằng axit oxalic vớinồng độ 0,2% (so với tinh bột) ở điều kiện áp suất 2 atm trong 10-15 phót đạt

DE 20, sau đó trung hòa đến pH 5 và bổ sung dung dịch 34% sacaroza với sốlượng tương đương với hàm lượng 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 được tiến hành ở pH 6, 550C, nồng độ cơ chất 45% vàtrong 60 giê Kết thúc phản ứng, làm bất hoạt enzim và xử lý than hoạt tính,trao đổi ion Dịch đường được cô đặc đến 75 - 80%, sản phẩm không có hiệntượng kết tinh và không tạo ra CD, thành phần chủ yếu là oligoglucosylfructoza [24]

Dưới đây là bảng số liệu cho thấy ảnh hưởng của các loại tinh bột, cácphương pháp dịch hóa và các giá trị DE khác nhau đến quá trình chuyển hóađường coupling sugar [24]

Bảng 1.4 Ảnh hưởng của các loại tinh bột, các phương pháp dịch hóa và các giá trị DE khác nhau đến quá trình chuyển hóa đường coupling sugar

sắn

Tinh bét khoai lang

Tinh bét khoai tây

CD 1 0 1 0 0 0 0 0

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

Có tác giả đã thí nghiệm trên tinh bột ngô sau khi được dịch hóa bằngenzim 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 đường đạt

35% [25] Nh vậy cơ chất tinh bột khác nhau thì cho kết quả gắn kết cũngkhác nhau

Naoto Tsuyama (Nhật bản) thì thử nghiệm 20 phần tinh bột được bổsung 60 phần là nước, sau đó tiến hành dịch hóa bằng enzim tại 88-900C tại

pH 6,0 đat được DE = 5 Dịch thủy phân được làm mát đến 550C, bổ sung tiếp

20 phần sacaroza và 10 đơn vị enzim glucosyltransferaza, phản ứng được tiếnhành ở 500C, pH 6 trong 72 h Sau đó dịch hỗn hợp được xử lý bằng than hoạttính và trao đổi nhựa ion Kết quả phân tích đường coupling sugar cho thấy tỷ

lệ đường sacaroza kết hợp với oligosacarit (hiệu suất chuyển hoá đường) đạt59,5% so tổng số sacaroza đưa vào [20]

1.1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT ĐƯỜNG OLIGOGLUCOSYL FRUCTOZA (COUPLING SUGAR) Ở VIỆT Nam

Xu hướng sử dụng đường chức năng ngày một tăng cao không chỉ ở trênthế giới mà còn ở trong nước Rất nhiều các sản phẩm đường chức năng nhậpngoại, giá thành rất đắt, trong khi đó, Việt Nam có nguồn nguyên liệu nh tinhbét, sacaroza,… dồi dào, và hoàn toàn có thể nghiên cứu, sản xuất được trongnước

Tại Việt Nam, đã và đang có một số công trình nghiên cứu về đườngchức năng như đường sorbitol, fructooligosacarit (FOS), Đường FOS làoligoza mạch thẳng bắt đầu bằng một phân tử đường sacaroza kết hợp với 1, 2hoặc 3 gốc fructoza thông qua mối liên kết β (1-2) glucozit bởi enzimfructosyltransferaza Đường FOS có độ ngọt thấp, có tác dụng chống béo phì,tiểu đường, không gây sâu răng

Trong khi đó tại Việt Nam, việc nghiên cứu và sản xuất oligoglucosylfructoza còn rất mới mẻ Đến nay, chưa thấy có một công bố nào về nghiên

cứu sản xuất oligoglucosyl fructoza Lượng oligoglucosyl fructoza sử dụngtrong nước đều hoàn toàn thông qua nhập khẩu từ nước ngoài Vì vậy, xâydựng được một quy trình sản xuất oligoglucosyl fructoza phù hợp với điềukiện trong nước rõ ràng là một hướng đầu tư rất hợp lý và hiệu quả Trướchết, sản xuất oligoglucosyl fructoza trong nước sẽ góp phần khai thác hiệuquả tiềm năng nguyên liệu (sắn) của nước ta Sản phẩm thu được sẽ đáp ứngnhu cầu trong nước mà không phải nhập khẩu từ nước ngoài nên giá thành sẽhợp lí hơn Hơn nữa nó sẽ đưa trình độ nghiên cứu và ứng dụng công nghệsinh học của Việt Nam lên tầm cao hơn.

Với mục tiêu đó và trong phạm vi của đề tài này, nhiệm vụ nghiên cứuđặt ra là xây dựng được một quy trình công nghệ sản xuất oligoglucosylfructoza từ tinh bột sắn bằng phương pháp enzim, phù hợp với điều kiện ViệtNam và ứng dụng oligoglucosyl fructoza vào công nghệ chế biến thực phẩm

có tính chất vật lý và thành phần hóa học khác nhau Chúng đều là gốcpolymer carbohydrat phức tạp của glucose (công thức phần tử là C6H12O6 )

Tinh bột, cùng với protein và chất béo là một thành phần quan trọngbậc nhất trong chế độ dinh dưỡng của loài người cũng như nhiều loài độngvật khác Ngoài sử dụng làm thực phẩm ra, tinh bột cũng được dùng trongcông nghiệp sản xuất giấy, rượu, băng bó xương Tinh bột được tách ra từ hạt

nh ngô và lúa mú, từ rễ và củ nh sắn, khoai tây, dong là những tinh bột chínhdùng trong công nghiệp

Thuốc thử tinh bột là iốt, khi gặp iốt, tinh bột sẽ cho màu xanh

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

Tinh bột là một loại polysacarit tồn tại chủ yếu trong các hạt hoà thảo,

củ, thân và lá cây dưới dạng các hạt có kích thước từ 0,02 đến 0,12mm Hạttinh bột của các nguồn thực vật khác nhau có hình dạng và kích thước khácnhau Nhìn chung hạt tinh bột có dạng hình tròn, hình bầu dục hay đa giác

Cấu tạo bên trong của hạt tinh bột khác phức tạp Hạt tinh bột có cấutạo líp, trong mỗi líp có lẫn lộn các tinh thể amiloza và amilopectin sắp xếptheo phương hướng tâm và có các lỗ xốp không đồng đều Bên ngoài hạt tinhbột còn có vỏ bao chứa Ýt Èm hơn bên trong, bền với các tác động bên ngoài

và có các lỗ nhỏ cho phép các chất hoà tan có thể khuếch tán qua

Thường trong các loại tinh bột nếp (gạo nếp, ngô nếp) có gần nh 100%

là amilopectin, trong khi đó ở tinh bột đậu xanh, có đến 50% là amiloza

Về cấu tạo hóa học, amiloza và amilopectin đều chứa các đơn vị cấutạo là glucoza Ở amiloza, các gốc glucoza được gắn với nhau nhờ liên kết α-1,4 glucosit tạo thành một chuỗi dài gồm từ 200 - 1.000 gốc

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

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

Hình 1.2 Cấu trúc phân tử amyloza và amilopectin

1.2.3 Tính chất của tinh bét [1]

Tính chất của tinh bột được quyết định bởi tính chất của 2 phân tử tạonên tinh bột là amiloza và amilopectin và tỉ lệ giữa chúng Do cấu tạo phân tửkhác nhau, amiloza và amilopectin có tính chất lý hoá khác nhau :

Amiloza tác dụng với iốt sẽ cho phức hợp mầu xanh trong khi đóamilopectin cho mầu nâu Đó là do phân tử amiloza có dạng hình xoắn ốc nênhấp thụ được các phân tử iốt Amiloza dễ hoà tan trong nước Êm, tạo nêndịch có độ nhít không cao còn amilopectin chỉ hoà tan khi đun nóng và chodịch có độ nhít cao Dịch amiloza không bền, nhất là ở nhiệt độ thấp, nó dễdàng tạo nên dạng gel vô định hình, sau đó trở thành các gel tinh thể và cáckết tủa không thuận nghịch

Các phân tử amilopectin không có xu hướng kết tinh, chúng có khảnăng giữ nước lớn nên dịch amilopectin thường không bị thoái hoá [1]

Hạt tinh bét khi được xử lý thủy nhiệt thì sẽ xảy ra hiện tượng hồ hoá

và hoà tan Trước hết, hạt tinh bột sẽ hấp thụ nước làm liên kết ở phân tử tinhbột bị yếu đi, phân tử tinh bột xê dịch, rão ra và trương phồng lên Độ nhítcủa dung dịch tăng mạnh Đến một mức độ nào đó, hạt tinh bột bị vỡ ra, phân

tử tinh bột bị thuỷ phân, hoà tan và độ nhít của dung dịch giảm Lúc này cácphân tử tinh bột phân bố đồng đều trong khối nước tạo thành một hệ thốngđồng thể (gọi là hồ tinh bột) Nhiệt độ hồ hoá (nhiệt độ để chuyển hạt tinh bột

từ trạng thái đầu có mức hộ hydrat hoá khác nhau thành dung dịch keo) phụthuộc kích thước hạt tinh bột, vào nguồn tinh bột và vào thành phần amiloza/amilopectin trong tinh bét

Hồ tinh bột có tính chất nhít dẻo Độ nhít của hồ tinh bột phụ thuộcnhiều yếu tố: Nồng độ tinh bột, đường kính của các hạt phân tán, nhiệt độ,pH Khi để nguội hồ tinh bột một thời gian dài, tinh bột bị thoái hoá kèmtheo tách nước và đặc cứng lại Tính chất thuỷ nhiệt và sự hồ hoá của tinh bột

là một đặc tính được quan tâm đến nhiều trong các phản ứng enzim

1.2.4 Tinh bột sắn [3, 5].

Tinh bột sắn có mầu trắng, độ pH từ 4,5 đến 6,5 Hạt tinh bột sắn cókích thước 5 - 40 mm, chủ yếu là hình tròn, có bề mặt nhẵn Hàm lượngamilopectin trong tinh bột sắn tương đối cao, chiếm 78 - 80%

Tinh bột sắn có độ nở, khả năng hồ hoá và độ hoà tan cao Khoảngnhiệt độ hồ hoá của tinh bột sắn là 58 - 700C, độ nhít dung dịch bột tăngnhanh và có độ dính cao so với tinh bột từ các nguồn khác

Ngoài ra, hồ tinh bột sắn có xu hướng thoái hoá thấp và độ bền gel cao

Độ nhít là tính chất quan trọng giúp tinh bột có nhiều ứng dụng trong côngnghiệp, khả năng hồ hóa sớm, độ nhít cao của tinh bột sắn thể hiện lực liênkết yếu giữa các phân tử tinh bét trong cấu trúc hạt

Xử lý hóa học và vật lý (gia nhiệt, tăng áp suất hơi), pH của môi trường

và sự có mặt của các chất nh protein, chất béo, chất có hoạt tính bề mặt đều

có ảnh hưởng tới độ nhít của tinh bột sắn

Có thể dùng tinh bột sắn để sản xuất miến, hạt trân châu… hoặc dùnglàm nguyên liệu thông qua các tác nhân hoá học hoặc enzim để sản xuất cácsản phẩm như: tinh bột biến 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 cây trồng quan trọng ở

nhiều nước nhiệt đới thuộc châu Á, Phi, Mỹ La tinh Do hàm lượng tinh bộtcao trong củ cũng như sản lượng hàng năm rất lớn nên sắn là nguồn nguyênliệu chủ lực để sản xuất tinh bột sau ngô, lúa mì, khoai tây Năm 2008 toànthế giới có 105 nước trồng sắn (FAO 2009) với tổng diện tích 18,69 triệu ha,năng suất 12,46 tấn/ ha, sản lượng 232,95 triệu tấn Sắn được trồng nhiều nhấttại châu Phi 11,98 triệu ha (64% diện tích sắn toàn cầu), kế đến là châu Á 3,96triệu ha (21%) và châu Mỹ La tinh 2,72 triệu ha (15%) Nước có sản lượngsắn nhiều nhất thế giới là Nigeria (44,58 triệu tấn), kế đến là Indonesia (21,59triệu tấn) và Thái Lan (27,56 triệu tấn) Việt Nam đứng thứ bảy trên thế giới

về sản lượng sắn (9,39 triệu tấn)với diện tích thu hoạch năm 2008 là 555,70

nghìn ha, năng suất bình quân 16,90 tấn/ha Việt Nam là điển hình của châu Á

và thế giới về tốc độ phát triển sắn, so với năm 2000, năng suất sắn là 8,36tấn/ha và sản lượng 1,99 triệu tấn thì năm 2008 năng suất sắn đã tăng gấp đôi

và sản lượng sắn đã tăng 4,72 lần Sắn là cây lương thực-thực phẩm chính củanhiều nước châu Phi và làm thức ăn cho gia cầm, gia súc Sắn cũng là nguyênliệu chính để chế biến cồn sinh học (bio-ethanol), rượu, tinh bột, tinh bột biếntính, xi rô, nước giải khát, bánh kẹo, bún miến, mì ăn liền, chất hồ vải, phụgia dược phẩm, màng phủ sinh học (bioplastic)

Mức tiêu thụ bình quân toàn thế giới khoảng 18 kg/người/năm Sảnlượng sắn của thế giới được tiêu dùng trong nước khoảng 85% (lương thực58%, thức ăn gia sóc 28%, chế biến công nghiệp 3%, hao hụt 11%), còn lại15% (gần 30 triệu tấn ) được xuất khẩu dưới dạng sắn lát khô, sắn viên vàtinh bét (CIAT,1993) Nhu cầu sắn làm thức ăn gia súc trên toàn cầu đang giữmức độ ổn định trong năm 2006 ( FAO, 2007)

Sắn chiếm tỷ trọng cao trong cơ cấu lương thực ở Châu Phi, bình quânkhoảng 96kg/người/năm Zaire là nước sử dụng sắn nhiều nhất với391kg/người/năm (hoặc 1123 calori/ngày) Nhu cầu sắn làm lương thực chủyếu tại vùng Saharan châu Phi cả hai dạng củ tươi và sản phẩm chế biến ướctính khoảng 115 triệu tấn, tăng hơn năm 2005 kkoảng 1 triệu tấn

Buôn bán sắn trên thế giới năm 2006 ước đạt 6,9 triệu tấn sản phẩm,tăng 11% so với năm 2005 (6,2 triệu tấn), giảm 14% so với năm 2004 (8,1triệu tấn) Trong đó, tinh bột sắn (starch) và bột sắn (flour) chiếm 3,5 triệutấn, sắn lát (chip) và sắn viên (pellets) là 3,4 triệu tấn

Trung Quốc hiện là nước nhập khẩu sắn nhiều nhất thế giới để làm cồnsinh học (bio ethanol), tinh bột biến tính (modify starch), thức ăn gia súc vàdùng trong công nghiệp thực phẩm dược liệu địa điểm chính tại tỉnh QuảngTây Năm 2005, Trung Quốc đã nhập khẩu 1,03 triệu tấn tinh bột, bột sắn và3,03 triệu tấn sắn lát, sắn viên Năm 2006, Trung Quốc đã nhập khẩu 1,15triệu tấn tinh bột, bột sắn và 3,40 triệu tấn sắn lát và sắn viên

Thái Lan chiếm trên 85% lượng xuất khẩu sắn toàn cầu, kế đến làIndonesia và Việt Nam Thị trường xuất khẩu sắn chủ yếu của Thái Lan làTrung Quốc, Đài Loan, Nhật Bản và cộng đồng Châu Âu với tỷ trọng xuấtkhẩu sắn khoảng 40% bột và tinh bột sắn, 25% là sắn lát và sắn viên (TTTA,

2006 ; FAO, 2007)

Năm 2006 được coi là năm có giá trị sắn cao dối với cả bột, tinh bột vàsắn lát Việc xuất khẩu sắn làm thức ăn gia sóc sang các nước cộng đồng châu

Âu hiện đã giảm sút nhưng giá sắn năm 2006 vẫn được duy trì ở mức cao do

có thị trường lớn tại Trung Quốc và Nhật Bản (FAO, 2007)

Viện nghiên cứu Chính sách lương thực thế giới (IFPRI), đã tính toánnhiều mặt và dù báo tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn toàn cầu với tầm nhìnđến năm 2020 Năm 2020, sản lượng sắn toàn cầu ước đạt 275,10 triệu tấn,trong đó sản xuất sắn chủ yếu ở các nước đang phát triển là 274,7 triệu tấn,các nước đã phát triển khoảng 0,40 triệu tấn Mức tiêu thụ sắn ở các nướcđang phát triển dự báo đạt 245,60 triệu tấn so với các nước đã phát triển là20,5 triệu tấn Khối lượng sản phẩm sắn toàn cầu sử dụng làm lương thựcthực phẩm dù báo nhu cầu là 176,3 triệu tấn và thức ăn gia sóc 53,4 triệu tấn.Tốc độ tăng hàng năm của nhu cầu sử dụng sản phẩm sắn làm lương thựcthực phẩm và thức ăn gia súc đạt tương ứng là 1,98% và 0,95% Châu Phi vẫn

là khu vực dẫn đầu sản lượng sắn toàn cầu với dự báo sản lượng năm 2020 sẽđạt 168,8 triệu tấn Trong đó, khối lượng sản phẩm sử dụng làm lương thựcthực phẩm là 77,2% làm thức ăn gia sóc 4,4% Châu Mỹ La tinh giai đoạn

1993 - 2020, ước tốc độ tiêu thụ sản phẩm sắn tăng hàng năm là 1,3%, so vớiChâu Phi là 2,44% và Châu Á là 0,84% - 0,95% Cây sắn tiếp tục giữ vai tròquan trọng trong nhiều nước châu Á, đặc biệt là các nước vùng Đông Nam Ánơi cây sắn có tổng diên tích đứng thứ ba sau lúa và ngô và tổng sản lượngđứng thứ ba thế giới sau lúa và mía Chiều hướng sản xuất sắn phụ thuộc vàokhả năng cạnh tranh cây trồng Giải pháp chính là tăng năng suất sắn bằngcách áp dụng giống mới và các biện pháp kỹ thuật tiến bộ

* Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn tại Việt Nam [4, 6, 32]

Ở Việt Nam, sắn là cây lương thực, thức ăn gia sóc quan trọng sau lúa

và ngô Năm 2005, cây sắn có diện tích thu hoạch 432 nghìn ha, năng suất15,35 tấn/ha, sản lượng 6,6 triệu tấn, so với cây lúa có diện tích 7,326 ha,năng suất 4,88 tấn/ha, sản lượng 35,8 triệu tấn, cây ngô có diện tích 995 ha,năng suất 3,51 tấn/ha, sản lượng gần một triệu tấn (FAO, 2007) Cây sắn lànguồn thu nhập quan trọng của các hộ nông dân nghèo do sắn dễ trồng, Ýtkén đất, Ýt vốn đầu tư, phù hợp sinh thái và điều kiện kinh tế nông hộ Sắnchủ yếu dùng để bán (48,6%) kế đến dùng làm thức ăn gia sóc (22,4%), chếbiến thủ công (16,8%), chỉ có 12,2% dùng tiêu thụ tươi

Sắn cũng là cây công nghiệp có giá trị xuất khẩu và tiêu thụ trongnước Sắn là nguyên liệu chính để chế biến bột ngọt, cồn sinh học, mì ăn liền,bánh kẹo, siro, nước giải khát, bao bì, ván Ðp, phô gia dược phẩm, màng phủsinh học và chất giữ Èm cho đất Toàn quốc hiện có trên 60 nhà máy chế biếntinh bột sắn với tổng công suất khoảng 3,8 triệu tấn củ tươi/năm và nhiều cơ

sở chế biến sắn thủ công rải rác tại hầu hết các tỉnh trồng sắn Việt Nam hiệnsản xuất mỗi năm khoảng 800.000 – 1.200.000 tấn tinh bột sắn, trong đó trên70% xuất khẩu và gần 30% tiêu thụ trong nước Sản phẩm sắn xuất khẩu củaViệt Nam chủ yếu là tinh bột, sắn lát và bột sắn, hiện là nước xuất khẩu tinhbột sắn đứng hàng thứ 3 trên thế giới chỉ sau Thái Lan và Indonesia Thịtrường chính là Trung Quốc, Đài Loan, Nhật Bản, Singapo, Hàn Quốc Đầu

tư nhà máy chế biến cồn sinh học, tinh bột biến tính là một hướng lớn triểnvọng

Sản xuất lương thực là ngành trọng tâm và có thế mạnh của Việt Namtầm nhìn đến năm 2020 Chính phủ Việt Nam chủ trương đẩy mạnh sản xuấtlúa, ngô và coi trọng việc sản xuất sắn, khoai lang ở những vùng, những vụ

có điều kiện phát triển

Thị trường 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, bộtngọt, thức ăn gia súc và những sản phẩm tinh bột biến tính Diện tích trồngsắn của Việt Nam dù kiến ổn định khoảng 450 nghìn ha nhưng sẽ tăng năng

suất và sản lượng sắn bằng cách chọn tạo và phát triển các giống sắn tốt cónăng suất củ tươi và hàm lượng tinh bét cao, xây dựng và hoàn thiện quytrình kỹ thuật canh tác sắn 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 +

α-D-glucopyranozyl-(1→2)-β-D-fructofuranozit (kết thúc bằng "ozit" vỡ nó khôngphải là đường khử) Nó được biết đến nhiều vì vai trò của nó trong khẩu phầndinh dưỡng của con người và vỡ nó được hình thành trong thực vật chứ khôngphải từ các sinh vật khác, ví dụ như động vật Sucroza còn được gọi với nhiều

tên như đường kính (đường có độ tinh khiết cao), đường ăn, đường cát, đường trắng, đường nâu (đường có lẫn tạp chất màu), đường mía (đường trong thân cây mía), đường phèn (đường ở dạng kết tinh), đường củ cải (đường trong củ cải đường), đường thốt nốt (đường trong cây thốt nốt) hay một cách đơn giản là đường.

Giống như các cacbohydrat khác, sucroza có tỷ lệ hiđrụ trên ụxy là 2:1.

Nó bao gồm 2 monosacarit là α-glucoza và fructoza, được kết nối bằng liên

của 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 đuụi khụng khử củamonosaccarit kia Do không có nguyên tử C tự do cú nhúm 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, điụxớt 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

ngọt 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 cải

ở quy mô thương mại (nhưng nhỏ) khỏc cũn có lúa miến (Sorghum spp.) ngọt,

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

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 cỏc axớt dễ dàng phá hủy men răng

Sucroza, như một cacbohydrat tinh khiết, cung cấp năng lượng 3,94

phẩm chứa nhiều sucroza được tiêu thụ thỡ cỏc 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 tiêu hóa nhanh sucroza gây ra sự gia tăng glucoza huyết và có thểgây ra một số vấn đề đối với những người có khuyết tật trong trao đổi chấtglucoza, chẳng hạn những người với các chứng bệnh giảm glucoza huyết hay

với 1/3 là sucroza, kết quả là sucroza đầu tiên làm tăng nồng độ của triglycerit

trong mỏu, nó gây ra tích lũy mỡ nội tạng và cuối cùng là đề kháng insulin

[30] Nghiên cứu khác phát hiện thấy chuột nuôi bằng các khẩu phần ăn giàusucroza sẽ phát triển tăng triglycerit huyết, tăng glucoza huyếtvà đề khánginsulin.[31]

1.4 GIỚI THIỆU VỀ ĐƯỜNG OLIGOGLUCOSYL FRUCTOZA

Đầu thập kỷ 70, rất nhiều các loại đường oligosacarit được tiến hànhnghiên cứu nh: fructo-oligosacarit, galacto-oligosacarit và xylo-oligosacarit.Nhưng kể từ khi các nhà khoa học tìm hiểu tính chất và đặc tính chức năng

của chúng có lợi cho sức khỏe con người thì mới được quan tâm nghiên cứu

nhiều Ứng dông enzim chuyển hóa để sản xuất đường “Coupling sugar” đã

được một số nhà khoa học Nhật Bản quan tâm nghiên cứu từ năm 1970 Đếnnăm 1979 thì sản phẩm “Coupling sugarđ” đã được sản xuất ở quy mô côngnghiệp và trở thành sản phẩm thương mại bán trên thị trường.[18]

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

TT Oligosacarit thương

mại

Năm sản xuất Đặc tính chức năng

(Lactosucroseđ) Hỗ trợ hệ VSV đường ruột

Năm 1983, đường “Coupling sugar” cũng được các nhà khoa học Anh

là K.J Parker và M.G Lindley quan tâm nghiên cứu Năm 1986, các tác giảngười Mỹ là L.O Nabors và R.C Gelard nghiên cứu và được công bố trongcuốn “Các chất ngọt thay thế” của nhà xuất bản New York [26]

Oligoglucosyl fructoza hay còn gọi là “coupling sugar” được sản xuất

từ sự kết hợp của tinh bột chuyển hoá với đường sacaroza bằng mối liên kết α(1-4) glucozit, dưới tác dụng của enzim cyclodextrin glucosyltransferaza

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

-α-D-có màu, mặc dù chịu sự tác dụng của nhiệt độ với sự -α-D-có mặt của protein hoặcpeptit [24]

Oligoglucosyl fructoza có thể được cô đặc thành siro hay sấy phunthành dạng bột được ứng dụng trong rất nhiều loại thực phẩm, đồng thời cònđược ứng dụng trong mỹ phẩm và hóa phẩm [19]

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

- Có độ ngọt vừa phải (bằng 60% so với đường sacaroza) vì vậy trong chếbiến thực phẩm có thể thay thế đường sacaroza để nâng cao chất lượng sảnphẩm

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

- Đặc biệt oligoglucosyl fructoza là chất ngọt có khả năng phòng 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 nước và axit từ đường

sacaroza, glucoza, fructoza

Theo tài liệu của Công ty Hayashibara (Nhật bản), thành phần siro

“coupling sugar” bao gồm: oligoglucosyl fructoza chiếm tới 50%, còn lại làglucoza, sacaroza dư, dextrin còn lại Việc nâng cao hàm lượng oligoglucosylfructoza trong sản xuất công nghiệp là rất khó khăn Tuy nhiên, Miyake vàcộng sự đã ứng dụng nhựa cation có tính axit mạnh vào xử lý dịch sirooligoglucosyl fructoza, kết quả là đã nâng cao hàm lượng đường này lên 60%[19]

Hiện nay, oligoglucosyl fructoza được sản xuất rộng rãi ở nhiều nước nh

Mỹ, Nhật, Trung Quốc Và với tiềm năng ứng dụng rộng lớn nh vậy, chắcchắn trong tương lai nhu cầu sử dụng loại đường này sẽ ngày càng gia tăng

Nh vậy, vấn đề đặt ra là phải tăng về số lượng và giảm về giá thành sản phẩm

1.3.1 CƠ CHẾ HÌNH THÀNH ĐƯỜNG OLIGOGLUCOSYL FRUCTOZA.

Oligoglucosyl fructoza là một loại đường được liên kết giữa các loạioligosacharid với sacaroza hoặc fructoza bằng liên kết α (1-4) glucozit Nghĩa

là loại đường này có thể được sản xuất bằng sự kết hợp tinh bột đã được dịchhóa là chất cho với sacaroza là chất nhận dưới tác dụng của enzimcyclodextrin glucosyltransferaza (CGTase)

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

Chất lượng của sản phẩm phụ thuộc vào hàm lượng tinh bột đưa vàodịch hóa và hàm lượng sacaroza thÝch hợp cho sự gắn kết, thông thường phụthuộc chủ yếu vào hàm lượng sacaroza, nếu nồng độ tinh bột dịch hóa cao mànồng độ sacaroza lại thấp thì lượng tinh bột đã được dịch hóa không thể kếthợp hoàn toàn với sacaroza, trong trường hợp nếu hàm lượng sacaroza lại caohơn nhiều so với tinh bột dịch hóa thì sau khi gắn kết hết với các dextrin thìsacaroza vẫn còn dư nhiều trong sản phẩm cuối cùng Ngoài ra dạng đườngnày cũng được tạo ra khi phối hợp giữa cyclodextrin với sacaroza dưới 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 là cyclodextringlucanotransferaza, danh pháp quốc tế là 1,4-α-D-glucan 4-α-D-(1,4-α-D-

Oligoglucosyl fructose

glucano) transferaza (EC 2.4.1.19) là enzim thuộc họ α-amylaza [14] Enzimnày còn được xếp vào loại exo- enzim và không có khả năng đi qua các điểmphân nhánh trong phân tử tinh bét Trong khi các enzim amylaza chủ yếu làthuỷ phân các cầu nối glycozit trong phân tử tinh bột thì CGTaza chủ yếu làxúc tác phản ứng chuyển glucozyl hoá với hoạt tính thuỷ phân tương đối thấp[8].

CGTaza được sinh tổng hợp từ nhiều chủng vi khuẩn thuộc giống

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 được đột biến hay tái tổ hợp gen nhằm có được một đặc tínhmong muốn nào đó Enzim từ các nguồn khác nhau có tính chất và độ đặchiệu sản phẩm khác nhau

1.3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của CGTaza

Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động xúc tác của CGTaza cũng tương tù

nh đối với một enzim nói chung Đó là nồng độ dịch tinh bột, nồng độ enzim,

pH, nhiệt độ, các chất hoạt hoá và kìm hãm… Sau đây ta sẽ lần lượt xem xét

sự ảnh hưởng của các yếu tố này

* Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất

Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đối với enzim được thể hiện quaphương trình Michaelis-Menten:

Trong đó: v : vận tốc của phản ứng

vmax : vận tốc cực đại của phản ứng

[S] : nồng độ cơ chất

Km : Hằng số Michaelis, thể hiện ái lực giữa enzim và cơ chất

Nh vậy ở nồng độ cơ chất rất thấp, v phụ thuộc tuyến tính vào [S] Ởnồng độ cơ chất lớn, vận tốc phản ứng đạt cực đại và không phụ thuộc [S].Nếu nồng độ cơ chất bằng Km thì vận tốc phản ứng bằng một nửa vận tốc cực

đại Tuy nhiên, còng nh mét sè enzim khác, CGTaza bị ức chế bởi cơ chấttrong trường hợp thừa cơ chất

* Ảnh hưởng của nồng độ enzim

Đối với các enzim nói chung, trong điều kiện thừa cơ chất, vận tốc phảnứng 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 tăngchậm [2]

* Ảnh hưởng của nhiệt độ

Đối với CGTaza, nhiệt độ tối ưu và độ bền nhiệt khác nhau tùy thuộcvào nguồn enzim Đa số các CGTaza có khoảng nhiệt độ hoạt động vàokhoảng 35 - 700 C, nhiệt độ tối ưu khoảng 50 - 650 C [7, 11, 22] Cá biệt có

một số enzim bền nhiệt từ các chủng nh B stearothermophilus,

Thermoanaerobacter, nhiệt độ tối ưu có thể lên tới 80 - 900C [14, 21] Độ bềnnhiệt của các CGTaza có thể tăng lên với sự có mặt của cơ chất (tinh bét) hay

* Ảnh hưởng của các chất kìm hãm

Hoạt độ của CGTaza có thể bị kìm hãm bởi một số chất như Cu2+, Fe2+,

Hg2+, N-bromosuccinimide,…Ngoài ra, CGTaza bị kìm hãm bởi thừa cơ chất[13] và bởi sản phẩm của phản ứng [10, 23, 27] Sù kìm hãm này làm giảmvận tốc và hiệu suất phản ứng nên cũng là một yếu tố rất đáng quan tâm

1.3.3 ỨNG DỤNG CỦA ĐƯỜNG COUPLING SUGAR

1.3.3.1 Ứng dông trong chế biến thực phẩm:

Oligoglucosyl fructoza hay “coupling sugar” là một loại đường chức

năng, có năng lượng thấp, dễ hấp thụ trong quá trình tiêu hóa [16] Với cácđặc tính hữu Ých của nó, trên thế giới các nhà sản xuất thực phẩm đang cónhu cầu sử dụng nhiều sản phẩm này thay thế các loại đường khác trong chếbiến thực phẩm như trong ngành sản xuất sữa (sữa đặc, sữa bột), sản xuấtbánh kẹo (kẹo cao su, bánh xốp, kẹo cứng, bánh bích qui, mứt quả, sup ănliền,…), đồ uống (nước quả, đồ uống lên men lactic, nước sô đa, ca phê tan,

…), thực phẩm đóng hộp (rau quả ,thịt cá) [25]

Naoto Tsuyama (Nhật bản) đã ứng dụng đường coupling sugar trongsản xuất sữa đặc và sữa bột Sau khi điều chỉnh hàm lượng chất béo thích hợptrong sữa, tác giả đã bổ sung 4% đường coupling sugar (trong đó hơn 50% làoligoglucosyl fructoza) vào sữa và đem cô đặc ở áp suất thấp tạo ra sản phẩmsữa đặc có độ chất khô 50% hoặc đem sấy phun được sản phẩm sữa bột Cácsản phẩm sữa này có độ hòa tan cao và có hàm lượng glucoza, sacaroza rấtnhỏ nên khi người tiêu dùng sử dụng chúng không bị ảnh hưởng tới răng dokhông tạo ra axit hữu cơ từ glucoza và sacaroza bởi vi sinh vật trong miệng[20]

Trong sản xuất bột cà phê tan, dịch chiết cà phê có nồng độ chất khô30% được bổ sung lượng đường coupling sugar tương ứng (trong đó > 50% làoligoglucosyl fructoza), sau đó cô dặc hỗn hợp đến 500Bx và đem sấy đôngkhô Bằng sử dụng loại đường này, sản phẩm đã giữ đương hương thơm tựnhiên của cà phê và không ảnh hưởng xấu đến răng

Trong sản xuất bánh mì, coupling sugar (50% là oligoglucosylfructoza) được sử dụng 5% (so với lượng bột mì), số glucoza và sacarozađược nấm men bánh mì sử dụng hết trong quá trình lên men để tạo độ mịn củabánh, do vậy oligoglucosyl fructoza đã tạo vị ngọt dịu trong sản phẩm và còn

có tác dụng ngăn chặn bệnh về răng

Trong sản xuất kẹo cứng, coupling sugar cũng được ứng dụng làm kẹoròn và không bị kết tinh đường và đặc biệt không có nguy cơ gây bệnh răngnhất là đối với trẻ em

Đồ uống lactic là một sản phẩm nước uống rất có lợi cho sức khỏe conngười, do vậy coupling sugar cũng đã được sử dụng trong quá trình sản xuất.Sản phẩm đồ uống này có vị ngọt mát và cũng ngăn chặn bệnh răng, bệnh béophì.

Trong sản xuất đào đóng lọ, dung dịch rót lọ đã sử dụng đườngcoupling sugar 30% Sản phẩm có độ ngọt dịu và giữ được hương thơm tựnhiên

Kẹo cao su có chứa đến 80% đường coupling sugar, 20% là gum và cáchương liệu Độ ngọt của kẹo được giữ lại trong miệng lâu hơn và còng nh cácsản phẩm khác cũng ngăn chặn các bệnh răng do sản phẩm không chứaglucoza, sacaroza

Trong sản xuất sô cô la, hàm lượng đường coupling sugar được sử dụng50% Sản phẩm có hình dạng đẹp và mịn, độ ngọt mát, giữ được vị đắng của

ca cao, hòa tan tốt và cũng ngăn chặn các bệnh răng.[20]

1.3.3.2 Ứng dông trong dược phẩm:

Oligoglucosyl fructoza hay coupling sugar được tạo ra bởi sự kết hợpsacaroza với các polisacarit dưới sự tác dụng của enzim glycosyltransferaza

mà không tạo thành các dextran, levan,…như ở trong miệng do một số vikhuẩn, các chất này bám trên bề mặt răng, sau đó được các vi khuẩn kị khí lênmen tạo ra axit hữu cơ làm háng men răng Hàm lượng đường oligoglucosylfructoza thường được bổ sung từ 5 – 20%, loại đường này không gây tác dụngvới các thành phần khác có trong thuốc đánh răng và còn kéo dài thời gian sửdụng sản phẩm [20]

Với đặc tính không gây ảnh hưởng xấu đến răng miệng nênoligoglucosyl fructoza được sử dụng trong quá trình sản xuất kem đánh răng.Thành phần kem đánh răng bao gồm: MgCO3 chiếm 40%, CMC(carboxylmethyl xenluloza) chiếm 50%, coupling sugar 1%, chất tẩy 1%, chấtmàu 0,02% và hương liệu 0,1% Trước tiên, CMC được hòa tan trong nước,sau đó coupling sugar được bổ sung vào và cuối cùng là MgCO3 và phụ giahương liệu Hỗn hợp này được đóng gói thành typ thuốc đánh răng [20]

Với tính năng dễ hấp thụ, không có tác dụng phụ, che giấu được vị đắngtrong thuốc,… nên oligoglucosyl fructoza được ứng dụng rất rộng rãi trongcác công thức thuốc giảm đau, thuốc chống nhiễm trùng, thuốc chống dị ứng,

… nhất là các sản phẩm si rô thuốc dành cho trẻ em

Ngoài ra, coupling sugar còn được ứng dụng trong sản xuất nước súcmiệng, hay làm tá dược, bổ xung vào các sản phẩm thuốc chức năng, vào sảnphẩm viên ngậm chống ho,

* Enzim gắn kết tạo đường “coupling sugar”:

- Toruzyme 3.0L (3 KNU/g) (Novoenzim - Đan Mạch) Đây là chế phẩmenzim dạng lỏng, màu nâu, có tỷ trọng xấp xỉ 1,2g/ml Chế phẩm Toruzyme

3.0L chứa CGTaza bền nhiệt sản xuất từ chủng Bacillus được biến đổi gen ( nhận gen từ chủng Thermoanaaerobacter) pH tối ưu 5,5 – 6,5; nhiệt độ

hoạt động tối ưu ở 55 - 600C

- Cyclodextrin glucanotransferaza (EC.2.4.1.19, CGTaza) (Amano – Nhật

Bản) được sản xuất trong quá trình lên men chủng Bacillus macerans Chế

phẩm enzim dạng dịch, có màu nâu nhạt, pH tối ưu: 6,0; nhiệt độ hoạt độngtối 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,… – Trung Quốc

* Butanol, Pyridine, analine hydroclorit – Nhật Bản

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

* Iốt, xanh metylen, cồn tuyệt đối, Giấy sắc ký Whatman No 1-2 (Anh),…

+) Máy đo pH Orion, Model 410 - Mỹ

+) Máy đo độ nhít Brookfield - Đức

+) Máy đo độ Èm Precisa HA60 - Thụy Sĩ

+) Máy cô chân không Yamoto RE 400 - Nhật Bản

+) Máy so mầu UV 1601PC- Nhật Bản

+) Tủ sấy hồng ngoại - Nhật Bản

+ Tủ sấy Sanyo – Nhật Bản

+) Tủ cấy VSV

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

+) Nhiệt kế, pipet, buret, phễu thủy tinh, bình chạy sắc ký giấy

+) Bếp điện, giấy lọc,

2.2 PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu.

2.2.1.1 Xác định mức độ thuỷ phân tinh bột để làm nguyên liệu cho quá trình gắn kết

Tinh bét được thuỷ phân ở nhiều mức độ khác nhau (tạo nhiều giá trị

DE khác nhau), sau đó cho gắn kết với đường saccaroza và được đánh giábởi kết quả cuối cùng có tạo CD không? dựa vào đó mà lựa chọn CD thíchhợp

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 hưởng tới quá trình dịch hoá tinh bét: nồng

độ cơ chất tinh bột, nồng độ enzim, nhiệt độ, pH, thời gian,

Đánh giá kết quả dịch hoá dùa vào chỉ số DE

2.2.1.3 Lùa chọn enzim gắn kết

Từ hai loại enzim CGTaza và Toruzim 3.0L trên thị trường Chúng tôitiến hành lùa chọn loại enzim thích hợp cho quá trình gắn kết tạo couplingsugar

Để đánh giá kết quả phải dùa 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 hưởng tới hoạt động của enzim nh: tỷ lệsacaroza/ tinh bột, nồng độ enzim, nhiệt độ, pH, thời gian,…

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

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

Phương pháp làm sạch dịch thủy phân hay dịch sản phẩm couplingsugar bằng than hoạt tính có tác dụng tẩy màu cho dịch và hấp phụ tạp chấttrong dịch Lượng than sử dụng phụ thuộc vào chất lượng dịch, theo yêu cầulàm sạch và khả năng hấp phụ của than Sau đó lọc than bằng lọc hót chânkhông hoặc máy lọc khung bản Sau khi tẩy màu bằng than hoạt tính cho dịchchạy qua hai cột trao đổi ion có tác dụng loại đi các cation, anion có trongdịch

2.2.1.6 Phương pháp cô đặc sản phẩm:

Dung dịch đường oligoglucosyl fructoza sau khi được làm sạch, đem côđặc bằng thiết bị cô chân không đến độ Bx yêu cầu.

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

Vi khuẩn răng miệng được nuôi trên môi trường MRS chứa đườngoligoglucosyl fructoza Sau khi kết thúc lên men (48 giê, 300C), xác địnhCFU/ml bằng phương pháp cấy VSV trên môi trường MRS thạch và phântích hàm lượng axit tổng bằng phương pháp chuẩn độ NaOH 0,1N So sánhvới mẫu MRS với nguồn đường glucoza, saccaroza

2.2.2 Phương pháp phân tích

2.2.2.1 Xác định nồng độ chất khô bằng chiết quang kế.

Chiết quang kế là một dụng cụ quang học dựa trên sự khúc xạ khác nhautrong môi trường có nồng độ chất tan khác nhau Dịch đem đo cần trong suốt,

ở 20ºC để đảm bảop chính xác

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

hạ nhiệt tới 20ºC rồi lấy một giọt dịch cho lên bề mặt của chiết quang kế rồiđậy nắp kín, điều chỉnh vít 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 máy đo pH : Làm sạch đầu đo bằng nước cất, khi đo lấy pHcủa nước cất bằng 7.0 và tren màn hình hiện chữ ready, ta nhúng đầu đo vàodịch cần đo Đợi cho tới khi trên màn hình hiện chữu ready thì đọc số liệuhiển thị trên màn hình 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 đã định sẵn, sau đó đổ đầy dịch vàoống đong, thổi hết bọt khí phía trên rồi thả nhẹ bome kế vào Đọc chỉ số ghitrên bome kế, đú chớnh là nồng độ dịch bột Đơn vị là Be

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

Thuỷ phân tinh bột theo các điều kiện đã quy định ( tỷ lệ bột/nước,nồng độ enzym, nhiệt độ thuỷ phân, thời gian thuỷ phân, pH), sau khi thuỷphân ta để dịch thuỷ phân nguội đến 80°C rồi đem đo độ nhớt bằng máy đo

độ nhớt Viscosimetre capillaire ( Germany )

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

Dùng máy sấy độ ẩm hồng ngoại ( Precisa ha 60 Precisa – Thuỵ sĩ ) đểxác định hàm lượng ẩm trong tinh bột Đây là phương pháp xác định hàm ẩmnhanh và rất thuận tiện

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

* Cơ sở của phương pháp.

Glucoza, maltoza và các dextrin là các loại đường khử vì trong phân tử

có nhóm aldehyt Trong môi trường kiềm yếu đường khử dễ dàng khử ion

Cu2+ thành Cu+ dưới dạng kết tủa CuO có màu đỏ nâu Để xác định DEphương pháp naf sử dụng dung dịch Fehling A có chứa Cu++ và dung dịchFehling B có chứa Natri Kalitatrat (KNaC4H4O6) trong môi trường kiềm yếu

Vì thời gian phản ứng diễn ra rất nhanh (khoảng 2 phót) nên trong dung dịchvẫn còn dư Cu++ Hiện tượng này có thể quan sát thấy nhờ khả năng tạo phứckhông màu của xanh metylen với dung dịch đường khử khi hết Cu++ Cô thể

là thêm hai ba giọt xanh metylen vào dung dịch phản ứng, khi vừa hết Cu++,đường khử sẽ tạo phức không màu với xanh metylen làm cho màu của dungdịch từ màu của xanh metylen chuyển thành màu trắng Căn cứ vào đó ta kếtthúc quá trình phản ứng

Dùa vào số ml dung dịch đường khử tiêu hao đem tra bảng Eynon Lane sẽ tính được đương lượng đường khử quy ra glucoza cần xác định.Lượng đường khử tính theo glucoza được tính theo phần trăm chất khô gọi làDE.

-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 hòa tan với nướccất rồi cho vào bình định mức 1000ml, cho nước cất đến ngấn định mức Đểcho hóa chất tan hoàn toàn, lọc

Dung dịch Fehling A: Cân 346g KNaC4H4O6 và 100g NaOH trộn lẫnvới nhau, dùng nước cất hòa tan rồi chuyển vào bình định mức 1000ml Chonước cất đến ngấn quy định, để qua ngày rồi lọc

Chỉ thị xanh metylen: Cân 1g xanh metylen hòa với nước cất rồi chovào bình định mức 100ml, để tan rồi lọc

* Cách tính kết quả.

DE tính theo công thức: