Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất nước uống từ khoai lang tím (ipomoea batatas l )

Củ khoai lang tím là bộ phận được sử dụng làm lương thực thực phẩm, phần thịt củ chứa các thành phần dinh dưỡng như tinh bột, protein và các loại vitamin, acid amin, nhiều nguyên tố vi l

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP.HỒ CHÍ MINH

GVHD: Th.S Như Xuân Thiện Chân

SVTH: Trương Hùng Tuyết Như MSSV: 1153010604

Bình Dương, tháng 5 năm 2015

LỜI CẢM ƠN

Thời gian trôi qua thật nhanh, nhớ ngày nào khi tôi mới chỉ là sinh viên năm nhất với nhiều bỡ ngỡ, khi lần đầu bước chân vào trường thì bây giờ tôi đã là sinh viên năm cuối Bốn năm qua không quá dài cũng không quá ngắn, đủ để tôi có được những kỉ niệm vui buồn bên thầy cô, bạn bè dưới mái trường đại học, cùng với những kiến thức, những kĩ năng, những kinh nghiệm sẽ là hành trang luôn bên tôi trên con đường tương lai phía trước_con đường mà tôi phải đi trên chính đôi chân của mình

Đầu tiên, em xin chân thành cám ơn Ban giám hiệu trường Đại học Mở TP Hồ Chí Minh đã tạo cho em một môi trường học tập tốt với những chương trình giảng dạy bổ ích

Tiếp theo, em xin gửi lời tri ân sâu sắc, chân thành nhất của em đến thầy Như Xuân Thiện Chân_giảng viên Khoa Công nghệ sinh học, chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm cũng là giảng viên hướng dẫn cho em thực hiện đề tài khóa luận này Em xin cảm

ơn thầy đã tận tình hướng dẫn cho em thực hiện đề tài này, giúp em giải đáp những thắc mắc, cho em những kiến thức và lời khuyên bổ ích để em có thể hoàn thành tốt khóa luận của mình Em cám ơn thầy rất nhiều, cám ơn những chỉ bảo thầy đã dành cho em

Em xin chúc thầy luôn khỏe mạnh, hạnh phúc bên gia đình, thành công trong công việc cũng như trong cuộc sống

Lời cảm ơn tiếp theo em xin dành cho các thầy cô, bạn bè mà em có cơ hội được tiếp xúc và học hỏi… trong suốt thời gian em ngồi trên ghế nhà trường, đặc biệt là các thầy cô trong khoa Công nghệ sinh học nói chung và các thầy cô chuyên ngành thực phẩm nói riêng của truờng Ðại học Mở Em xin chúc cho quí thầy cô cùng những người bạn luôn dồi dào sức khoẻ và tràn đầy niềm vui để có thể gặt hái được nhiều thành công trong cuộc sống cũng như có nhiều đóng góp cho xã hội

Cuối cùng con xin dành lời cảm ơn sâu sắc nhất đến ba mẹ_người đã sinh thành, nuôi dưỡng, dạy dỗ và luôn dõi theo từng bước con đi Ba mẹ đã luôn quan tâm, lo lắng, động viên con và luôn bên con những lúc con gặp khó khăn, tạo điều kiện cho con được học hỏi và tiếp xúc với mọi người Con xin chúc ba mẹ luôn khỏe mạnh, bình an, hạnh phúc và luôn bên con ba mẹ nhé! Hãy luôn là chỗ dựa vững chắc nhất cho con!

MỤC LỤC

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Phần I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 TỔNG QUAN VỀ KHOAI LANG TÍM 3

1.1.1 Phân loại và nguồn gốc 3

1.1.2 Đặc tính thực vật 4

1.1.3 Cấu tạo và thành phần hóa học của củ khoai lang 4

1.1.4 Giá trị dinh dưỡng và công dụng của khoai lang 7

1.1.5 Tình hình sản xuất khoai lang trên Thế giới và Việt Nam 9

1.2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC UỐNG RAU QUẢ 10

1.2.1 Giới thiệu về đồ hộp rau quả 10

1.2.2 Phân loại nước uống từ rau quả 10

1.2.3 Một số quy trình sản xuất nước uống rau quả tiêu biểu 11

1.3 TỔNG QUAN VỀ TINH BỘT 14

1.3.1 Giới thiệu về tinh bột 14

1.3.2 Cấu tạo của tinh bột 14

1.3.3 Tính chất của tinh bột 16

1.4 TỔNG QUAN VỀ ENZYME AMYLASE 18

1.4.1 Giới thiệu chung về enzyme amylase 18

1.4.2 Enzyme α-amylase 19

1.4.3 Enzyme glucoamylase (γ-amylase) 20

1.5 TỔNG QUAN VỀ PHỤ GIA Carboxymethyl cellulose (CMC) 21

1.5.1 Định nghĩa, nguồn gốc và cấu tạo 21

1.5.2 Tính chất, đặc tính của carboxymethyl cellulose (CMC) 22

1.5.3 Ứng dụng của carboxymethyl cellulose (CMC) trong thực phẩm 23

Phần II VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1 Vật liệu nghiên cứu 25

2.1.1 Địa điểm nghiên cứu 25

2.1.2 Nguyên liệu 25

2.2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ dự kiến 26

2.2.2 Thuyết minh quy trình 27

2.3 Sơ đồ nghiên cứu tổng quát 29

2.4.1 Xác định thành phần nguyên liệu ban đầu 30

2.4.2 Khảo sát các thông số tối ưu cho quá trình sản xuất nước uống từ khoai lang tím 30

2.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của chế độ thanh trùng đến chất lượng sản phẩm 40

2.4.4 Đánh giá chất lượng sản phẩm cuối 41

Phần III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 45

3.1 Khảo sát thành phần nguyên liệu ban đầu 45

3.2 Khảo sát quy trình sản xuất nước uống từ khoai lang tím 45

3.2.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát quá trình hấp khoai 45

3.2.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát quá trình xử lý enzyme 48

3.2.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát quá trình hồ hóa không xử lý enzyme 51

3.2.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát quá trình phối chế sản phẩm 53

3.3 Khảo sát ảnh hưởng của chế độ thanh trùng đến chất lượng sản phẩm 62

3.4 Đánh giá chất lượng sản phẩm cuối 67

Phần IV KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 71

4.1 Kết luận 71

4.2 Kiến nghị 72

Tài liệu tham khảo 73 PHỤ LỤC I

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần hóa học trung bình của khoai lang 5

Bảng 1.2: Giá trị dinh dưỡng của khoai lang (100g) 8

Bảng 1.3: Diện tích, năng suất và sản lượng khoai lang ở Việt Nam 9

Bảng 2.1: Phương pháp xác định các chỉ tiêu trong nguyên liệu ban đầu 30

Bảng 2.2: Bảng bố trí thí nghiệm hấp khoai 30

Bảng 2.3: Bảng bố trí thí nghiệm xử lý enzyme 𝜶-amylase 32

Bảng 2.4: Bảng bố trí thí nghiệm xử lý enzyme glucoamylase 33

Bảng 2.5: Bảng bố trí thí nghiệm quá trình hồ hóa không xử lý enzyme 34

Bảng 2.6: Bảng bố trí thí nghiệm 4.1 35

Bảng 2.7: Bảng điểm cảm quan về màu sắc của sản phẩm 35

Bảng 2.8: Bảng điểm cảm quan về vị của sản phẩm 36

Bảng 2.9: Bảng bố trí thí nghiệm 4.2.1 36

Bảng 2.10: Bảng điểm về màu sắc của sản phẩm sau phối trộn 37

Bảng 2.11: Bảng điểm về trạng thái của sản phẩm sau phối trộn 37

Bảng 2.12: Bảng bố trí thí nghiệm 4.2.2 38

Bảng 2.13: Điểm cảm quan về vị và trạng thái của sản phẩm sau phối chế 38

Bảng 2.14: Bảng bố trí thí nghiệm 4.3 39

Bảng 2.15: Điểm đánh giá cảm quan về màu sắc của các nghiệm thức 39

Bảng 2.16: Bảng bố trí thí nghiệm thanh trùng 40

Bảng 2.17: Bảng cho điểm về sản phẩm nước khoai lang tím theo TCVN 3215-79 41

Bảng 2.18: Bảng cho điểm về sản phẩm nectar khoai lang tím theo TCVN 3215-79 42 Bảng 2.19: Thang điểm đánh giá mức độ ưa thích đối với sản phẩm 43

Bảng 3.1: Kết quả các thành phần trong nguyên liệu ban đầu (phụ lục B1) 45

Bảng 3.2: Hàm lượng anthocyanin trong khoai lang tím ở các thời gian hấp (%) 45

Bảng 3.3: Điểm cảm quan về cấu trúc của khoai sau khi hấp 47

Bảng 3.4: Kết quả đánh giá cảm quan về cấu trúc 47

Bảng 3.7: Hàm lượng đường của dịch khoai lang tím sau khi xử lý 𝜶-amylase 49

Bảng 3.8: Hàm lượng đường của dịch khoai lang tím sau khi xử lý glucoamylase 50

Bảng 3.9: Độ nhớt của dịch khoai của các nghiệm thức 52

Bảng 3.10: Điểm cảm quan về trạng thái của dịch khoai của các nghiệm thức 52

Bảng 3.11: Kết quả đánh giá cảm quan màu sắc và vị sản phẩm sau phối chế 54

Bảng 3.12: Kết quả đánh giá cảm quan màu sắc và trạng thái sản phẩm sau phối chế 56

Bảng 3.13: Kết quả đánh giá cảm quan vị và trạng thái sản phẩm sau phối chế 57

Bảng 3.14: Thời gian lắng của các nghiệm thức 59

Bảng 3.15: Thời gian lắng của các mẫu với thời gian đồng hóa khác nhau 61

Bảng 3.16: Kết quả điểm cảm quan màu sắc của các nghiệm thức 61

Bảng 3.17: Bảng theo dõi ảnh hưởng của chế độ thanh trùng đến chỉ tiêu hóa lý và cảm quan của sản phẩm có xử lý enzyme 63

Bảng 3.18: Bảng theo dõi ảnh hưởng của chế độ thanh trùng đến chỉ tiêu hóa lý và cảm quan của sản phẩm có xử lý enzyme 65

Bảng 3.19: Các chỉ tiêu hóa lý của 2 sản phẩm 68

Bảng 3.20: Kết quả đánh giá cảm quan theo TCVN 3215 – 79 của sản phẩm 1 68

Bảng 3.21: Kết quả đánh giá cảm quan theo TCVN 3215 – 79 của sản phẩm 2 68

Bảng 3.22: Kết quả đánh giá mức độ ưa thích của người tiêu dùng đối với sản phẩm 1 69

Bảng 3.23: Kết quả đánh giá mức độ ưa thích của người tiêu dùng đối với sản phẩm 2 69

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Khoai lang tím 3

Hình 1.2 Cấu trúc cơ bản của aglucon của anthocyanin 6

Hình 1.3 Sự biến đổi màu của anthocyanin theo pH 7

Hình 1.5 Cấu trúc các thành phần của tinh bột: (A) amylose và (B) amylopectin 15

Hình 1.6 Hạt tinh bột khoai lang dưới kính hiển vi 18

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ dự kiến sản xuất nước uống từ khoai lang tím 26

Hình 3.1 Biểu đồ biểu diễn hàm lượng anthocyanin trong khoai lang tím ở các thời gian hấp khác nhau 46

Hình 3.2 Biểu đồ biểu diễn hàm lượng đường khử của các nghiệm thức 50

Hình 3.3 Biểu đồ thể hiện hàm lượng đường khử của các nghiệm thức 51

Hình 3.4 Biểu đồ thể hiện điểm cảm quan về trạng thái và độ nhớt của dịch khoai lang tím sau khi hồ hóa 53

Hình 3.5 Điểm cảm quan về màu sắc và vị của các nghiệm thức sau phối chế 55

Hình 3.6 Điểm cảm quan về màu sắc và trạng thái của các nghiệm thức sau phối chế

56

Hình 3.7 Điểm cảm quan về vị và trạng thái của các nghiệm thức sau phối chế 58

Hình 3.8 Biểu đồ biểu diễn thời gian lắng của các nghiệm thức 60

Hình 3.9 Biểu đồ điểm cảm quan về màu sắc và thời gian lắng của các nghiệm thức

62

ĐẶT VẤN ĐỀ

Khoai lang tím có tên khoa học là Ipomoea batatas, thuộc họ Convolvulaceae,

là một trong năm loại cây lương thực dạng củ quan trọng (khoai mì, khoai lang, khoai

mỡ, khoai sọ và khoai tây) và được trồng phổ biến ở Việt Nam Củ khoai lang tím là

bộ phận được sử dụng làm lương thực thực phẩm, phần thịt củ chứa các thành phần dinh dưỡng như tinh bột, protein và các loại vitamin, acid amin, nhiều nguyên tố vi lượng, chất xơ, sắt, kali, acid folic đem lại nhiều lợi ích cho sức khỏe con người, đặc biệt trong khoai lang tím còn chứa hàm lượng cao anthocyanin_ một nhóm chất màu

tự nhiên có tác dụng trung hòa gốc tự do, hạn chế sự tổn thương thành mạch, cải thiện lưu lượng máu lên não, cải thiện trí nhớ,…

Ở nước ta hiện nay, khoai lang tím được trồng rất phổ biến và sản lượng thu hoạch cũng khá lớn, năng suất cao nhưng mức độ tiêu thụ và việc bảo quản còn hạn chế, vẫn chưa được sử dụng đúng mức, chưa được khai thác tốt về tiềm năng kinh tế cũng như về vai trò đối với sức khỏe Hầu như khoai lang tím thường được tiêu thụ dưới dạng chế biến quy mô gia đình như khoai luộc, nấu chè, làm bánh, trong khi các sản phẩm chế biến quy mô công nghiệp thì chưa được quan tâm nhiều Trước tình hình đó, việc chế biến khoai lang tím thành một sản phẩm dùng ngay cần được thực hiện nhằm nâng cao giá trị sử dụng của nguyên liệu, giá thành rẻ mà chất lượng tốt vừa tiện lợi vừa tốt cho sức khỏe người tiêu dùng

Với ý tưởng trên, chúng tôi quyết định thực hiện đề tài “Nghiên cứu xây dựng

quy trình công nghệ sản xuất nước uống từ khoai lang tím (Ipomoea batatas (L.))”

nhằm tạo ra loại thức uống vừa dễ sử dụng vừa cung cấp phần nào các dưỡng chất có lợi cho người tiêu dùng lại có thể giúp khai thác tốt nguồn nguyên liệu khoai lang tím tại Việt Nam Trong đề tài này chúng tôi tiến hành các thí nghiệm khảo sát về quá trình xử lý để thu dịch khoai lang tím, quá trình phối chế và thanh trùng để tìm được các thông số tối ưu Từ đó xây dựng quy trình sản xuất nhằm tạo ra sản phẩm thức uống từ khoai lang tím và dinh dưỡng cho người tiêu dùng

PHẦN I

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

Phần I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 TỔNG QUAN VỀ KHOAI LANG TÍM

1.1.1 Phân loại và nguồn gốc [4] [12]

– Giới (Kingdom): Plantae

– Chi (Genus): Ipomoea

– Loài (Species):Ipomoea batatas.

Hình 1.1 Khoai lang tím

Khoai lang có tên khoa học là Ipomoea Batatas (L), thuộc họ Bìm bìm, chi

Khoai lang Khoai lang có nguồn gốc từ vùng nhiệt đới châu Mỹ Sau đó lan truyền rất sớm sang các quần đảo Thái Bình Dương rồi trở thành cây trồng quan trọng ở New Zealand (Yen, 1974) Với sự hình thành và phát triển của thương mại

quốc tế, cây khoai lang lan nhanh ra các vùng nhiệt đới Người Tây Ban Nha mang khoai lang từ Mehico và Philippines phát tán sang các đảo khác, còn người Bồ Đào Nha đã đưa khoai lang từ vùng Caribe và Nam Mỹ sang châu Âu, Châu Phi, Đông Nam Châu Á và Ấn Độ (Yen, 1976) Cây khoai lang du nhập vào Việt Nam vào cuối thế kỉ 16, có lẻ từ Phúc Kiến (Trung Quốc) hay đảo Lu-zôn của Philippines Hiện nay, khoai lang được trồng ở khắp các vùng nhiệt đới và một số vùng cận nhiệt đới, ôn đới

và được coi là nguồn lương thực quan trọng của người Mayan ở Trung Mỹ, người Péruvian ở vùng núi Andet (Nam Mỹ),và các nước khác ở Châu Âu như Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha, Châu Á như Ấn Độ, Trung Quốc, Philippin, Indonesia, Việt Nam,…

1.1.2 Đặc tính thực vật [9]

Khoai lang là loài cây thân thảo, dạng dây leo hoặc bò, rễ củ ăn được có hình dạng thuôn dài và thon, lớp vỏ nhẵn nhụi có màu từ đỏ, tím, nâu hay trắng, lớp cùi thịt có màu từ trắng, vàng, cam hay tím tùy theo giống

- Thân: chủ yếu là thân bò, dài 1,5 – 2 m, có thể dài từ 3 – 4 m đến 7 m nếu cho mọc tự nhiên, thân phát triển thành nhiều nhánh

- Rễ: rễ phình thành củ tròn dài, màu đỏ, trắng, nâu hay tím Lớp cùi thịt có màu

từ trắng, vàng, cam hay tím Trên đốt thân có rễ khí sinh, khi chạm đất các rễ này phát triển thành rễ dinh dưỡng

- Lá: có nhiều dạng, các lá mọc cách, thường là hình tim xẻ ba thùy sâu hay cạn,

có cuống dài

- Hoa: hình chuông có cuống dài, màu tím nhạt, trắng hay vàng Hoa thường mọc

ở nách lá hoặc đầu ngọn thân, mọc riêng rẽ hoặc thành chùm 3 – 7 hoa Mỗi hoa chỉ

nở một lần vào lúc sáng sớm và héo vào lúc giữa trưa

1.1.3 Cấu tạo và thành phần hóa học của củ khoai lang [1][5][11][13]

1.1.3.1 Cấu tạo của củ khoai lang

Khoai lang là loại củ không có lõi Cuống củ nối với thân cây có hệ xơ chạy dọc theo củ, có khi kéo dài đến hết củ tạo thành rễ đuôi củ

Củ khoai lang gồm có 3 phần:

- Lớp vỏ bao (vỏ lụa) ngoài cùng thường chiếm 1% trọng lượng củ, gồm các tế bào sít, có thành dày và chứa sắc tố, tùy theo giống mà chứa các sắc tố khác nhau Thành tế bào cấu tạo chủ yếu là cellulose giúp giữ nước và bảo vệ củ khỏi bị tác động bên ngoài

- Lớp vỏ cùi chiếm khoảng 5 – 12 % gồm các tế bào thành mỏng, chứa tinh bột, nguyên sinh chất và dịch thể (mủ khoai) Trong dịch thể chứa nhiều chất khác nhau bao gồm tannin, sắc tố, enzyme Hàm lượng tinh bột trong tế bào này ít hơn so với

tế bào thịt củ

- Thịt củ gồm các tế bào nhu mô có chứa tinh bột, các hợp chất nito và một số nguyên tố vi lượng Giữa các lớp tế bào nhu mô, đôi khi còn có các lớp tế bào thành

dày, cấu tạo từ cellulose chạy dọc theo củ Tinh bột của khoai lang tập trung chủ yếu

ở phần thịt củ Mủ khoai lang không những có nhiều ở lớp vỏ cùi mà còn có nhiều trong lớp thịt củ

1.1.3.2 Thành phần hóa học của củ khoai lang

Bảng 1.1: Thành phần hóa học trung bình của khoai lang

Nước Protein Glucid Lipid Cellulose Tro

68,1 1,6 27,9 0,5 0,9 1,0 (Nguồn: Bùi Đức Hợi, 2009) Thành phần chủ yếu của củ khoai lang là đường và tinh bột Lượng tinh bột trong khoai lang thường dao động từ 15 –31%, kích thước hạt tinh bột từ 15 - 80µm Khoai lang còn chứa một lượng đường từ 5 – 10% Ngoài ra còn các thành phần khác như protein, các vitamin (vitamin C, tiền vitamin A, B1, B2, B6,…), các chất khoáng (K, Ca, Mg, P, Fe…) góp phần quan trọng trong dinh dưỡng của con người, nhất là các nước nghèo, đang phát triển

Tuy nhiên thành phần hóa học của củ khoai lang không ổn định mà thường dao động trong khoảng rộng tùy thuộc giống cây, khí hậu, thổ nhưỡng, điều kiện canh tác

và mức độ già,…

Những khám phá gần đây cho thấy trong khoai lang có chứa hoạt chất sinh học

có lợi cho sức khỏe con người, đặc biệt là khoai lang tím_giống khoai có chứa hàm lượng anthocyanin cao, là một hợp chất thuộc nhóm flavonoid Anthocyanin là chất màu tự nhiên, có tác dụng chống oxy hóa mạnh, ngăn ngừa ung thư, chức năng bảo

vệ gan và giảm các nguy cơ về tim mạch

 Anthocyanin trong khoai lang tím

Anthocyanin (Anthos – nghĩa là hoa và Kysanesos – nghĩa là màu xanh) là sắc

tố màu tan trong nước thuộc nhóm hợp chất màu flavonoid, rất phổ biến trong thực vật Anthocyanin hiện diện trong hoa, lá, thân và cả rễ của thực vật Anthocyanin là thành phần hóa học cung cấp màu sắc tự nhiên cho nhiều loại trái cây và rau củ quả như quả việt quất, khoai lang tím, bắp cải tím và nho đỏ

Anthocyanin là những glycoside của các gốc aglucon có màu (anthocyanidin) với monosaccharide (glucose, galactose,…), disaccharide và trisaccharide ở các vị trí 3; 3 và 5; 5 và 7 Anthocyanidin ít tan trong nước hơn anthocyanin và không thấy tồn tại tự do trong tự nhiên Cấu tạo khung cơ bản của anthocyanin được thể hiện ở hình 1.2 Các gốc đường có thể được gắn vào vị trí 3, 5, 7; thường được gắn vào vị trí 3 và

5 còn vị trí 7 rất ít

Hình 1.2 Cấu trúc cơ bản của aglucon của anthocyanin Anthocyanin tinh khiết ở dạng tinh thể hoặc vô định hình là hợp chất khá phân cực nên tan tốt trong dung môi phân cực Anthocyanin hòa tan tốt trong nước và trong dịch bão hòa, khi kết hợp với phân tử đường anthocyanin sẽ hòa tan hơn

Màu của anthocyanin còn bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như pH, nhiệt độ, oxy, ánh sáng và cấu trúc, Tuy nhiên, màu của anthocyanin thay đổi mạnh nhất phụ thuộc vào pH môi trường Ở pH thấp (pH<7), anthocyanin thường có màu đỏ và trở nên không màu khi ở pH cao rồi thành xanh dương ở pH cao hơn nữa (pH>7).Sự biến đổi màu anthocyanin theo pH được biểu diễn ở hình 1.3

Hình 1.3 Sự biến đổi màu của anthocyanin theo pH Anthocyanin có bước sóng hấp thụ trong miền nhìn thấy, khả năng hấp thụ cực đại tại bước sóng 510 – 540 nm Độ hấp thụ là yếu tố liên quan mật thiết đến màu sắc của các anthocyanin, chúng phụ thuộc vào pH của dung dịch, nồng độ anthocyanin: thường pH thuộc vùng mạnh có độ hấp thụ lớn, nồng độ anthocyanin càng lớn độ hấp thụ càng mạnh

1.1.4 Giá trị dinh dưỡng và công dụng của khoai lang [1]

Năm 1992 người ta đã so sánh giá trị dinh dưỡng của khoai lang với các loại rau

củ khác Lưu ý với hàm lượng xơ, carbohydrate, protein, vitamin A và C, sắt thì khoai lang đứng vị trí cao nhất về giá trị dinh dưỡng hơn cả khoai tây Khoai lang thường được luộc, rán hay nướng Chúng có thể được chế biến thành tinh bột và được thay thế một phần bột mì Trong công nghiệp nói chung người ta dùng khoai lang để sản xuất tinh bột và cồn công nghiệp, riêng ngành công nghiệp thực phẩm thì khoai lang

là nguồn nguyên liệu chính cho các sản phẩm như khoai lang sấy, mì khoai lang,…Tuy nhiên nước uống từ khoai lang thì vẫn đang là một tiềm năng lớn cần được hướng đến

Bảng 1.2: Giá trị dinh dưỡng của khoai lang (100g) [15]

Theo nghiên cứu thực hiện tại Mỹ do ông Joe Vinson đứng đầu cho thấy, khoai lang tím có tác dụng trong việc phòng ngừa bệnh cao huyết áp Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã chọn nhóm người tình nguyện ăn 6 – 8 củ khoai lang tím loại nhỏ mỗi ngày trong vòng 1 tháng, sau đó đo huyết áp, kết quả giảm được 4,3 % huyết

áp tâm trương (tối thiểu) và 3,5 % huyết áp tâm thu (tối đa) Những nghiên cứu gần đây cho thấy khoai lang tím còn chứa hàm lượng anthocyanin và vitamin C có tiềm năng chống oxy hóa lớn giúp cho cơ thể loại bỏ các gốc tự do một cách hiệu quả, giúp chống lão hóa, phòng ngừa bệnh tim mạch, ngăn ngừa ung thư, giảm huyết áp, ngăn ngừa các bệnh lý do gốc tự do gây ra Ngoài ra khoai lang tím còn có các chất như chất như sắt, kali, vitamin C, acid folic có tác dụng kháng viêm làm mờ vết thâm, ngăn ngừa mụn nhọt, chữa vàng da,…

1.1.5 Tình hình sản xuất khoai lang trên Thế giới và Việt Nam

Khoai lang là cây lương thực đứng thứ năm trên thế giới sau cây lúa, lúa mì, bắp và khoai mì (sắn) Trên thế giới, cây khoai lang được trồng ở 111 nước khác nhau, trong đó có 101 nước là các nước đang phát triển sản xuất và tiêu thụ hầu hết sản lượng khoai lang trên toàn thế giới, châu Á (31 nước), châu Phi (39 nước), châu Mĩ Latin (31 nước) Theo số liệu thống kê của FAO năm 2009, diện tích trồng khoai lang của thế giới là 8,17 triệu ha, trong đó 95% tại các nước đang phát triển, năng suất bình quân 13,46 tấn/ha, sản lượng 110,13 triệu tấn (so với năm 2005 là 123,27 triệu tấn và năm 1961 là 98,19 triệu tấn)

Ở Việt Nam, khoai lang được trồng chủ yếu ở các tỉnh phía nam như Vĩnh Long, Kiên Giang, An Giang,…cho sản lượng khá lớn và mang lại nguồn thu nhập ổn định cho khu vực này Diện tích, năng suất và sản lượng khoai lang ở Việt Nam được trình bày trong bảng

Bảng 1.3: Diện tích, năng suất và sản lượng khoai lang ở Việt Nam

316

35 105,7

370

37,6 111,4 419,2

38,4 113,6 436,7

41,2 118,2 486,2

37,5 117,9 442,8

Ngày nay khoai lang nói chung và khoai lang tím nói riêng được trồng ở nhiều nơi trên nước ta với sản lượng ngày càng tăng Để tiêu thụ được lượng lớn khoai trên ngoài việc xuất khẩu, phụ vụ cho các món ăn đời thường thì làm nguyên liệu cho

ngành công nghiệp thực phẩm, đặc biệt là ngành công nghiệp nước uống là một hướng

đi mới và đầy triển vọng Khoai lang tím với những thành phần dinh dưỡng có sẵn trong nó là một nguyên liệu tốt cho dòng nước uống từ rau củ quả, cả nước quả trong

và nước quả đục (nectar)

1.2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC UỐNG RAU QUẢ

1.2.1 Giới thiệu về đồ hộp rau quả

Trong rau quả, những chất có giá trị dinh dưỡng cao nhất như đường, acid hữu

cơ, vitamin…đều tập trung trong phần thịt rau quả Nhờ có đầy đủ và cân đối các chất

đó nên có hương vị rất thơm ngon

Đồ hộp nước rau quả rất phổ biến trên thị trường với nhiều chủng loại đa dạng, phong phú, nhưng chủ yếu dùng để uống, ngoài ra còn dùng để chế biến siro rau quả, rượu mùi, rượu lên men nhẹ, nước giải khát có gas, mứt,…sản phẩm này được sản xuất từ các loại rau quả được xử lý qua một vài công đoạn nhất định để thu lấy nước,

có giá trị dinh dưỡng cao, cung cấp vitamin, khoáng chất,…tùy loại có tác dụng chữa bệnh

1.2.2 Phân loại nước uống từ rau quả

1.2.2.1 Căn cứ theo mức độ tự nhiên:

- Nước rau quả tự nhiên: Chế biến từ các loại rau quả tự nhiên, không pha đường, tinh dầu, chất màu,…Được dùng để uống trực tiếp hoặc để chế biến các loại nước quả ngọt, rượu mùi

- Nước rau quả hỗn hợp: Chế biến từ nhiều loại nước rau quả khác nhau, lượng nước quả pha thêm ≤ 35 % nước quả chín

- Nước quả pha đường: Để tăng vị ngọt nước quả

- Nước quả cô đặc: Chế biến bằng cách cô đặc nước quả tự nhiên theo phương pháp đun nóng (bốc hơi) hay phương pháp lạnh đông

1.2.2.2 Căn cứ theo phương pháp bảo quản:

- Nước quả thanh trùng: Đóng vào bao bì kín, thanh trùng bằng cách đun nóng trước hoặc sau khi ghép nắp kín

- Nước quả bảo quản lạnh: Bảo quản ở nhiệt độ 0 – 2 oC

- Nước quả nạp khí: Nạp CO2 để ức chế sự hoạt động của vi sinh vật và tăng tính chất giải khát

- Nước quả sulfit hóa: Bảo quản bằng SO2, dùng làm bán chế phẩm

- Nước quả rượu hóa: Pha rượu để ức chế sự hoạt động của vi sinh vật rồi đựng trong bao bì đã thanh trùng

1.2.2.3 Căn cứ theo độ trong:

- Nước quả không thịt quả: Dịch bào được tách ra khỏi mô rau quả

- Nước quả có thịt quả (nectar): Dịch bào lẫn với các mô được nghiền mịn và pha chế với nước đường

1.2.3 Một số quy trình sản xuất nước uống rau quả tiêu biểu

1.2.3.1 Quy trình sản xuất nước quả không thịt quả

1.2.3.2 Quy trình sản xuất nước quả có thịt quả

1.2.3.3 Thuyết minh quy trình chung cho nước quả không thịt quả và nước quả có thịt quả

 Lựa chọn, rửa, cắt nhỏ: Nhằm chọn ra những nguyên liệu phù hợp với yêu cầu sản xuất, giúp làm sạch nguyên liệu và chuẩn bị cho những công đoạn xử lý tiếp theo

 Chần: Trong sản xuất nectar chần giúp phá vỡ các liên kết, làm cho nguyên liệu dễ chà, giảm bớt mật độ vi sinh vật trên nguyên liệu, kéo dài thời gian bảo quản; đồng thời vô hoạt enzyme oxy hóa, bảo vệ màu sắc tự nhiên cho nguyên liệu

 Xay nghiền: Giúp cắt nhỏ nguyên liệu, phá vỡ lớp vỏ tế bào, hỗ trợ tăng hiệu suất cho quá trình chà,ép

 Chà: Giúp phân chia nguyên liệu thành 2 phần: bột chà hay puree chứa dịch cùng với thịt trái mịn và bã chà chứa các phần không sử dụng được như xơ, vỏ, cuống, hạt,…

 Ép/ Xử lý thu dịch: Thu lấy dịch trong nguyên liệu, bỏ phần thịt quả của nguyên liệu

 Làm trong và ổn định độ trong: Giúp làm trong dịch nguyên liệu và duy trì độ trong đối với các sản phẩm nước quả trong

 Phối trộn: Giúp điều chỉnh các thành phần hóa học của sản phẩm, nhằm đáp ứng nhu cầu cảm quan của người tiêu dùng

 Đồng hóa: Sẽ tiếp tục làm giảm kích thước của thịt quả, tăng khả năng phân tán, lơ lửng, giảm hiện tượng tách lớp trong quá trình bảo quả sản phẩm

 Bài khí: Giúp quá trình thanh trùng ít bị phồng hộp, giảm các phẩn ứng hóa học, tạo độ chân không bên trong hộp và cải thiện tính chất dẫn nhiệt

 Đóng chai, ghép nắp: Làm giảm tối thiểu oxy hòa tan, giảm sự nhiễm khuẩn

từ môi trường vào sản phẩm; Tạo vẽ mỹ quan cho sản phẩm; Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình vận chuyển và phân phối sản phẩm

 Thanh trùng: Nhằm ức chế bất thuận nghịch enzyme và tiêu diệt một phần hệ

vi sinh vật có trong sản phẩm, hạn chế chúng đến mức chấp nhận được trong sản phẩm Nhờ vậy thời gian bảo quan sản phẩm kéo dài, chất lượng sản phẩm ổn định Các phản ứng phân hủy xảy ra làm tổn thất các thành phần dinh dưỡng như vitamin trong sản phẩm Các thành phần đường khử và acid amin sẽ tham gia phản ứng Maillard làm sản phẩm bị sậm màu.Quá trình thanh trùng được tiến hành trong thiết

bị thanh trùng với thời gian và nhiệt độ thích hợp

 Bảo ôn: Sản phẩm sau khi hoàn thiện được đem bảo ôn trong 20 ngày nhằm phát hiện những sản phẩm không đạt yêu cầu về chế độ thanh trùng hay có bài khí hết không, đồng thời xem có biến đổi gì trong thời gian bảo quản sản phẩm trước khi đưa sản phẩm ra thị trường

Nước uống từ khoai lang tím cũng giống như các loại nước rau quả khác, cũng được sản xuất dựa trên quy trình công nghệ chung của nước uống từ rau quả Tuy nhiên quá trình xử lý nguyên liệu có chút khác biệt so với các loại quả khác do thành phần chủ yếu của của khoai lang tím chính là tinh bột Để thu được dịch khoai lang tím bán thành phẩm ta cần phải có công đoạn xử lý tinh bột Vì thế ta cần phải biết rõ bản chất của tinh bột và cách xử lý để có được bán thành phẩm khoai lang tím có chất lượng tốt nhất

1.3 TỔNG QUAN VỀ TINH BỘT

1.3.1 Giới thiệu về tinh bột [2] [16]

Tinh bột là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu cho cuộc sống của con người, được biết đến từ hàng nghìn năm Tinh bột là nguồn carbohydrate dự trữ của thực vật do quá trình quang hợp tạo nên Vì vậy nó được tìm thấy phổ biến trong tự nhiên Tinh bột có nguồn gốc từ các loại cây khác nhau có tính chất vật lý và thành phần hóa học khác nhau Tinh bột được tách ra từ hạt như ngô và lúa mì, từ rễ và củ như sắn, khoai tây, dong là những loại tinh bột chính dùng trong công nghiệp

Ta có thể chia tinh bột ra làm ba hệ thống:

- Hệ thống tinh bột của các hạt ngũ cốc: lúa mì, gạo, ngô,…

- Hệ thống tinh bột của các hạt họ Đậu: đậu nành, đậu đen, đậu xanh,…

- Hệ thống tinh bột của các loại củ: sắn, khoai tây, khoai lang, khoai môn,…

1.3.2 Cấu tạo của tinh bột [2]

Tinh bột có công thức hóa học là (C6H10O5)n, là một polysaccharide, bao gồm 2 thành phần là amylose và amylopectin Cả hai thành phần trên đều có đơn vị cấu tạo hóa học là 𝛼 – glucose Tỷ lệ phần trăm amylose và amylopectin thay đổi tùy thuộc vào từng loại tinh bột, tỷ lệ này thường từ 20:80 đến 30:70 Trong khi đó cũng có tinh bột

có amylose với hàm lượng cao (hơn 50% khối lượng tinh bột) như tinh bột đậu xanh, dong riềng và hàm lượng amylopectin xấp xỉ 100 % khối lượng tinh bột như tinh bột bắp nếp, gạo nếp

 Amylose

Amylase chiếm 20 – 30% khối lượng tinh bột, được cấu tạo nên từ các phân tử D – glucose nối với nhau nhờ liên kết 𝛼 1,4 glycoside tạo thành một chuỗi dài không phân nhánh Kích thước của các polysaccharide này phụ thuộc vào nguồn gốc của nó Các amylose có thể được tạo nên từ hang ngàn phân tử glucose, khối lượng phân tử của

nó khoảng từ 150.000 đến 600.000 (ứng với n khoảng 1000 – 4000) Phân tử cuối của cấu trúc có chứa một nhóm – OH glycoside do đó nó có tính khử Tuy nhiên trong các cấu trúc giữa thì không có Trong không gian các amylose sẽ tạo thành cấu trúc

xoắn tương tự như cấu trúc alpha helix của polypeptide Amylose tác dụng với iode tạo thành màu xanh

 Amylopectin

Amylopectin chiếm khoảng 70 – 80 % có cấu trúc phân nhánh Trong cấu trúc phân

tử nó chứa cả liên kết 𝛼 - 1,4 glycoside và 𝛼 - 1,6 glycoside Cứ khoảng 20 – 30 % mắt xích 𝛼 - glucose nối với nhau bởi liên kết 𝛼 - 1,4 glycoside tạo thành một chuỗi mạch thẳng ở trung tâm, từ nhánh này phát ra các nhánh phụ dài chừng vài chục glucose liên kết với mạch chính qua liên kết 𝛼 - 1,6 glycoside Khối lượng phân tử của amylopectin khoảng từ 500.000 đến 1.000.000 dalton Các amylopectin thường phân bố ở bên ngoài các hạt tinh bột Amylopectin tác dụng với iod tạo thành màu tím đỏ [2] [14]

Hình 1.5 Cấu trúc các thành phần của tinh bột: (A) amylose và (B) amylopectin Tinh bột có khả năng bị thủy phân bởi enzyme amylase và acid Trước tiên các dextrin hình thành (đây là oligosaccharide có khoảng 8 glucose với ít nhất một nối

α - 1,6 glycoside, sau đó chất này có thể bị thủy phân tận cùng đến glucose Tùy theo

độ lớn của phân tử mà các dextrin sẽ có phản ứng màu khác nhau với iode

1.3.3 Tính chất của tinh bột [2]

1.3.3.1 Sự trương nở của tinh bột

Ở trạng thái tự nhiên, tinh bột liên kết với nhau qua liên kết hydro, tạo thành trạng thái rất bền, do đó khi ở trong nước lạnh rất khó hấp thụ nước Nhưng khi tăng nhiệt

độ, tinh bột có trạng thái mới, thể tích của hạt tinh bột tăng do nước được hấp thu vào trong, làm cho hạt tinh bột trương phồng lên, đây chính là hiện tượng trương nở của hạt tinh bột Khả năng trương nở của hạt tinh bột trong nước tăng khi nhiệt độ tăng

và đến một lúc nào đó tạo thành dung dịch keo gọi là hồ tinh bột

1.3.3.2 Sự hồ hóa của tinh bột

Nhiệt độ để phá vỡ tinh bột chuyển từ trạng thái có mức hydrate hóa khác nhau thành dạng keo gọi là nhiệt độ hồ hóa Phần lớn tinh bột hồ hóa khi nấu và trạng thái trương

nở được sử dụng nhiều hơn trạng thái tự nhiên Các biến đổi hóa lí khi hồ hóa như sau: hạt tinh bột trương lên, tăng độ trong suốt và độ nhớt, các phân tử mạch thẳng

và nhỏ thì hòa tan và tự liên hợp với nhau để tạo thành gel Nhiệt độ hồ hóa không phải là một điểm mà là một khoảng nhiệt độ nhất định Nhiệt độ hồ hóa phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Kích thước (lớn trước, bé sau)

- Thành phần

- Các ion liên kết với tinh bột

- Các muối vô cơ

- Môi trường: trong môi trường kiềm thì sự hồ hóa diễn ra dễ dàng hơn

- Hàm lượng các không chất điện ly như đường, rượu cũng làm tăng nhiệt độ hồ hóa

1.3.3.3 Độ nhớt của tinh bột

Phân tử tinh bột có nhiều nhóm hydroxyl có khả năng liên kết được với nhau làm cho phân tử tinh bột tập hợp lại, giữ nhiều nước hơn khiến cho dung dịch có độ đặc, độ dính, độ dẻo và độ nhớt cao hơn Tính chất này tăng trong môi trường kiềm, thể hiện mạnh ở các tinh bột giàu amylopectin Yếu tố chính ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch tinh bột là đường kính biểu kiến của các phân tử hoặc của các hạt phân tán, đặc

H+, to

tính bên trong của tinh bột như kích thước, thể tích, cấu trúc của tinh bột; vào sự tương tác của tinh bột với nước và với nhau; vào nồng độ tinh bột; pH; nhiệt độ; Ca2+; tác nhân oxy hóa

1.3.3.4 Các phản ứng tiêu biểu của tinh bột

 Phản ứng thủy phân [14]

Một tính chất quan trọng của tinh bột là quá trình thủy phân liên kết giữa các đơn vị glucose bằng acid hoặc bằng enzyme Acid có thể thủy phân tinh bột ở dạng ban đầu hoặc ở dạng hồ hóa, còn enzyme thì thủy phân hiệu quả ở dạng hồ hóa Acid và enzyme giống nhau đều thủy phân các phân tử từ tinh bột bằng cách thủy phân liên kết α-D (1,4) glycoside Đặc trưng của phản ứng này là sự giảm nhanh độ nhớt và sinh đường

 Thủy phân nhờ xúc tác acid

Dung dịch tinh bột không có phản ứng tráng bạc nhưng sau khi đun nóng với acid vô

cơ loãng ta được dung dịch có phản ứng tráng bạc Nguyên nhân là do tinh bột bị thủy phân hoàn toàn cho glucose

(C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6

 Thủy phân nhờ enzyme

Phản ứng thủy phân tinh bột cũng xảy ra nhờ hệ enzyme amylase Nhờ hệ enzyme này tinh bột bị thủy phân thành α - dextrin (C6H10O5)x (x < n), các phân tử α-dextrin tiếp tục bị thủy phân tạo thành các disaccharide và cuối cùng là monosaccharide Quá trình thủy phân gồm có 3 giai đoạn:

- Hồ hóa: Là hiện tượng tinh bột hút nước dưới tác dụng của nhiệt, hạt tinh bột trương nở tối đa và độ nhớt của tinh bột – nước tăng tối đa

Khoảng giá trị nhiệt độ làm xảy ra nhiệt độ hồ hóa tinh bột gọi là nhiệt độ hoof hóa tinh bột

Nhiệt độ hồ hóa phụ thuộc vào cấu trúc hạt tinh bột (độ xốp của hạt tinh bột), hạt càng xốp nhiệt độ hồ hóa càng thấp

- Dịch hóa: Là hiện tượng hạt tinh bột bị phá vỡ cấu trúc do nước trong hạt tinh bột bốc hơi (to ≥ 100 oC), hỗn hợp tinh bột – nước sẽ giảm độ nhớt (bị lỏng hóa) giải phóng các phân tử amylose và amylopectin ở dạng tự do

- Đường hóa: Các phân tử amylose và amylopectin ở dạng tự do được xúc tác để thủy phân thành đường nhờ hệ enzyme amylase

 Phản ứng tạo phức

Phản ứng rất đặc trưng của tinh bột là phản ứng với iod Khi tương tác với iod, amylose sẽ cho phức màu xanh đặc trưng

1.3.3.5 Tinh bột khoai lang

Tinh bột khoai lang thuộc nhóm tinh bột có hàm lượng amylose thấp hơn amylopectin (AM/AP = 1/4) Hàm lượng tinh bột của khoai lang chiếm 15 – 31 % khối lượng khô, trong đó hàm lượng amylose chiếm khoảng 23 % theo tinh bột Hạt tinh bột khoai lang chủ yếu là dạng tròn, có kích thước 15 – 80 μm

Hình 1.6 Hạt tinh bột khoai lang dưới kính hiển vi Sau khi biết rõ đặc điểm cũng như tính chất của tinh bột, thì để có được dịch khoai lan tím chúng ta cần phải tiến hành thủy phân tinh bột Trong lĩnh vực thực phẩm tinh bột cần được thủy phân bằng enzyme mà enzyme được sử dụng ở đây chính là

hệ enzyme amylase_hệ enzyme được sử dụng khá nhiều trong ngành thực phẩm

1.4 TỔNG QUAN VỀ ENZYME AMYLASE

1.4.1 Giới thiệu chung về enzyme amylase [2]

Amylase là một hệ enzyme rất phổ biến trong thế giới sinh vật, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, y học,…Các enzyme amylase có trong nước bọt, dịch tiêu hóa của người và động vật, trong hạt nảy mầm, nấm sợi, xạ khuẩn, nấm men và vi khuẩn

Các enzyme này thuộc nhóm hydrolase (nhóm enzyme thủy phân), xúc tác phân giải liên kết nội phân tử trong nhóm polysaccharide với sự tham gia của nước

Có 6 loại enzyme được xếp vào hai nhóm: endoamylase và exoamylase

- Endoamylase: gồm có 𝛼 -amylase và nhóm enzyme khử nhánh Nhóm khử nhánh này được chia thành hai loại: khử trực tiếp là Pullulanase (α-dextrin 6-glucosidase); khử gián tiếp là Transglucosidase (oligo-1,6-glucosidase) và malto-1,6-glucosidase Các enzyme này thủy phân các liên kết bên trong của chuỗi polysaccharide

- Exoamylase: gồm có β-amylase và γ-amylase (glucoamylase) Các enzyme này thủy phân tinh bột từ đầu không khử của chuỗi polysaccharide

1.4.2 Enzyme 𝛂-amylase

Enzyme α -amylase (1,4-α-glucan-glucanhydrolase, EC.3.2.1.1) thuộc nhóm enzyme endoamylase có khả năng cắt liên kết α-1,4-glucoside của mạch tinh bột một cách ngẫu nhiên Các α-amylase được phân loại theo hoạt động và tính chất của chúng Enzyme α-amylase thủy phân tinh bột cho sản phẩm là các đường tự do được xếp vào nhóm “đường hóa” và loại thủy phân tinh bột không tạo ra các đường được xếp vào loại “dịch hóa”

1.4.2.1 Cấu tạo và đặc tính của α-amylase

Enzyme α-amylase từ các nguồn khác nhau có thành phần amino acid khác nhau, mỗi loại α-amylase có một tổ hợp amino acid đặc hiệu riêng Enzyme α-amylase là một protein giàu tyrosine, tryptophan, acid glutamine và aspartic Các glutamic acid

và aspartic acid chiếm khoảng 1/4 tổng lượng amino acid cấu thành nên phân tử enzyme α-amylase có ít methionine và có khoảng 7 – 10 gốc cysteine

Tâm hoạt động của α-amylase chứa các nhóm –COOH và –NH3, α-amylase dễ tan trong nước, trong dung dịch muối và rượu loãng Protein của các α-amylase có tính acid yếu và có tính chất của globuline Phân tử lượng của các α-amylase từ các nguồn gốc khác nhau tương đối gần nhau (của nấm mốc 45.000 – 50.000 Da, của malt 59.000 Da) Điểm đẳng điện nằm trong vùng pH = 4,2 – 5,7

Enzyme α-amylase là một metaloenzyme, bền nhiệt hơn so với các amylase khác Người ta cho rằng đặc tính này liên quan tới hàm lượng calcium trong phân tử của nó Mỗi phân tử 𝛼-amylase đều chứa 1 – 30 nguyên tử gam Ca/mol, nhưng không

ít hơn 1 – 6 nguyên tử gam/mol Ca tham gia vào sự hình thành và ổn định cấu trúc bậc 3 của enzyme, duy trì hoạt động của enzyme, đảm bảo độ bền cực lớn đối với tác động gây biến tính và sự phân hủy bởi các enzyme phân giải protein Khi phân tử α-amylase bị loại hết Ca2+ thì nó sẽ mất hết khả năng thủy phân cơ chất Tất cả các amylase đều bị kìm hãm bởi các kim loại nặng như Cu2+, Ag+, Hg2+

1.4.2.2 Cơ chế tác dụng của α-amylase

Enzyme amylase từ các nguồn khác nhau có nhiều điểm rất giống nhau amylase có khả năng phân cắt các liên kết α-1,4-glucoside nằm ở phía bên trong phân

α-tử cơ chất (tinh bột hay glycogen) một cách ngẫu nhiên, không theo một trật tự nào

cả α-amylase không chỉ thủy phân hồ tinh bột mà còn thủy phân cả hạt tinh bột nguyên song với tốc độ rất chậm

Các giai đoạn của quá trình thủy phân tinh bột của 𝛼-amylase:

- Giai đoạn dextrin hóa: tinh bột chuyển thành các dextrin phân tử thấp

- Giai đoạn đường hóa: chuyển hóa dextrin thành dextrin tetra và trimaltose, di

và monosaccharide, amylase oligosaccharide poliglucose, maltose, maltotriose, maltotetrose

1.4.3 Enzyme glucoamylase ( 𝜸-amylase) [7]

Enzymeglucoamylase (γ-amylase hay α-1,4-glucan-glucohyrolase, EC 3.2.1.3) thuộc nhóm enzyme exoamylase có khả năng cắt liên kết α-1,4 và 𝛼-1,6 glucoside từ đầu không khử của mạch tinh bột tạo ra đường glucose Glucoamylase có thể thu nhận từ nhiều nguồn như thực vật, động vật và vi sinh vật Tuy nhiên enzyme vi sinh vật vẫn được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp Chủng sử dụng chính để thu nhận

glucoamylase là các loại nấm mốc Aspergillus

1.4.3.1 Cấu tạo và đặc tính của glucoamylase

Glucoamylase từ nấm mốc là các protein có khối lượng phân tử dao động rất lớn từ 27.000 đến 112.000 Da, tùy thuộc vào nguồn gốc của enzyme

Glucoamylase tinh khiết tồn tại ở hai dạng glucoamylase I và glucoamylase II, khác nhau ở khả năng thủy phân tinh bột ở trạng thái rắn và bởi độ bền của chúng Glucoamylase I tự hấp thụ và thủy phân tinh bột ở trạng thái rắn, ngược lại glucoamylase II không có cả hai tính chất này Glucoamylase bị vô hoạt mạnh bởi

Hg2+, trong khi Mn2+ và Fe2+ lại có khả năng hoạt hóa enzyme

So với α-amylase, glucoamylase bền đối với acid hơn nhưng lại kém bền đối với tác dụng của rượu etylic, aceton và không được bảo vệ bằng Ca2+ Hầu hết glucoamylase mất hoạt tính ở nhiệt độ 70 oC

1.4.3.2 Cơ chế tác dụng của enzyme glucoamylase

Glucoamylase có khả năng tách β-D-glucose bằng cách thủy phân lặp lại nhiều lần các liên kết α-1,4 của mạch 𝛼-glucan từ đầu không khử , chúng cũng thủy phân được liên kết α-1,6 nhưng chậm hơn 10 – 30 lần so với liên kết α-1,4 Tốc độ thủy phân cũng phụ thuộc vào bản chất của các liên kết kề cận với các liên kết glucoside được thủy phân, kích thước và cấu trúc của cơ chất được thủy phân

Enzyme glucoamylase xúc tác tách tuần tự từng gốc glucose từ đầu không khử của chuỗi polysaccharide Gốc glucose từ đầu không khử được gọi là glucone, chuỗi ligosaccharide sau khi glucose được tách ra gọi là alglycone

Cơ chế xúc tác thủy phân liên kết O-glucoside là do hoạt động chủ yếu của một cặp acid amin đóng vai trò như một cặp acid – base Khi tương tác với cơ chất, acid glutamic ở vị trí thứ 179 đóng vai trò như một chất xúc tác acid, nó sẽ proton hóa oxy-glycosidic (phân tử oxy ở vị trí liên kết O-glucoside) Acid glutamic ở vị trí 400 đóng vai trò như một chất xúc tác base, acid amin này sẽ thu hút và tạo liên kết với proton H+ của phân tử nước làm giải phóng gốc OH–, gốc OH– này sẽ tấn công vào

vị trí carbon glycosidic và như vậy liên kết O-glucoside của phân tử cơ chất sẽ bị phá hủy

1.5 TỔNG QUAN VỀ PHỤ GIA Carboxymethyl cellulose (CMC)

1.5.1 Định nghĩa, nguồn gốc và cấu tạo

Carboxymethyl cellulose (CMC-INS E466) là một polymer, là dẫn xuất cellulose với các nhóm carboxymethyl (-CH2COOH) liên kết với một số nhóm hydroxyl của các glucopyranose monomer tạo nên khung sườn cellulose, nó thường được sử dụng dưới dạng muối natri carboxymethyl cellulose Các tính chất chức năng của CMC phụ thuộc vào mức độ thay thế của cấu trúc cellulose, cũng như độ dài chuỗi cellulose

và mức độ phân nhóm của nhóm thế carboxymethyl

Carboxymethyl cellulose được sản xuất lần đầu tiên vào năm 1918 Kể từ khi được giới thiệu thương mại tại Hoa Kì bởi Hercules Incorporated vào năm 1946, CMC (carboxymethyl cellulose, một dẫn xuất của cellulose với acid chloroacetic) được sử dụng ngày càng rộng rãi bởi những chức năng quan trọng của nó như: chất làm đặc,

ổn định nhũ tương, chất kết dính,…

CMC bán tinh khiết và tinh khiết đều được sử dụng trong thực phẩm, dược phẩm,

mỹ phẩm,…

Hình 1.7 Cấu tạo của carboxymethyl cellulose (CMC)

1.5.2 Tính chất, đặc tính của carboxymethyl cellulose (CMC)

- Là chế phẩm ở dạng bột trắng, hơi vàng, hầu như không mùi hạt hút ẩm CMC tạo dung dịch dạng keo với nước, không hòa tan trong ethanol

- Phân tử ngắn hơn so với cenllulose Cả dạng muối và acid đều là tác nhân tạo đông tốt

- CMC có khả năng tạo đông thành khối vững chắc với độ ẩm rất cao (98%)

Độ chắc và tốc độ tạo đông phụ thuộc vào nồng độ CMC, độ nhớt của dung dịch và lượng nhóm acetate thêm vào để tạo đông Nồng độ tối thiểu để CMC tạo đông là 0,2% và của nhóm acetate là 7% so với CMC

- Hầu hết các CMC tan nhanh trong nước lạnh.Giữ nước ở bất cứ nhiệt độ nào

 Độ tan và nhiệt độ: Phụ thuộc vào giá trị DS tức là mức độ thay thế, giá trị DS cao cho độ hòa tan thấp và nhiệt độ tạo kết tủa thấp hơn do sự cản trở của các nhóm hydroxyl phân cực Tan tốt ở 40 oC và 50 oC

 Độ nhớt: Dung dịch 1% thông thường có pH = 7 – 8,5, ở pH< 3 độ nhớt tăng, thậm chí kết tủa Do đó không sử dụng được CMC cho các sản phẩm có pH thấp,

pH >7 độ nhớt giảm ít Độ nhớt CMC giảm khi nhiệt độ tăng, và ngược lại

1.5.3 Ứng dụng của carboxymethyl cellulose (CMC) trong thực phẩm

 Một số ứng dụng của CMC trong thực phẩm

- Làm dày, tạo đặc cho sản phẩm

- Cải thiện cấu trúc sản phẩm

- Tạo cảm giác ngon miệng

- Tăng khả năng giữ nước

- Ổn định sản phẩm

- Kiểm soát sự hình thành tinh thể đá trong thực phẩm đông lạnh

CMC được dùng nhiều trong ngành sản xuất các loại nước uống, sản xuất kem và các sản phẩm cùng loại, sản xuất bánh kẹo và các sản phẩm từ tinh bột, sản xuất các dạng nước sốt,…

 Độ an toàn của carboxymethyl cellulose (CMC)

- Carboxymethyl cellulose (CMC) phù hợp với các Quy định liên bang của Luật Hoa Kỳ, Điều 21, phần 182.1745, “Các chất được công nhận là an toàn” (GRAS) để

sử dụng trong thực phẩm và đáp ứng các yêu cầu riêng biệt trong Tiêu chuẩn Hóa chất Codex và JECFA, phiên bản hiện hành

- Ngưỡng sử dụng: ADI 0 - 25mg/kg

- Liều dùng: 25 mg/kg thể trọng

- Liều lượng sử dụng trong các sản phẩm nước quả nectar là 0,3 – 0,5 %

PHẦN II

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phần II VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu nghiên cứu

2.1.1 Địa điểm nghiên cứu

Tất cả các thí nghiệm sẽ được tiến hành nghiên cứu tai phòng thí nghiệm Công nghệ Thực phẩm – khoa Công nghệ Sinh học – Trường Đại học Mở TP.Hồ Chí Minh (68 đường Lê Thị Trung, phường Phú Hòa, TP Thủ Dầu Một, tỉnh Bình Dương)

- Nồi nấu, nhiệt kế, bercher, erlen, đũa thủy tinh và một số dụng cụ khác

o Hóa chất: HCl 37 %, H2SO4 đậm đặc, KCl, NaOH, CH3COONa, KMnO4, CuSO4.5H2O, C4H4O6NaK.4H2O, chì acetate, Fe2(SO4)3

Enzyme Termamyl SC và Dextrozyme GA thương phẩm

2.2 Quy trình công nghệ dự kiến

2.2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ dự kiến

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ dự kiến sản xuất nước uống từ khoai lang tím

Khoai lang tím

Hấp Làm sạch

Đồng hóa Phối trộn

Rót chai, ghép nắp

Bài khí, rót chai-ghép mí

tinh

2.2.2 Thuyết minh quy trình [6]

Nhằm làm chín nguyên liệu để chuẩn bị cho quá trình chà được thuận lợi, giảm lượng

vi sinh vật có trong nguyên liệu

Cách tiến hành: Khoai được cho vào nồi hấp lúc nước đã được đun sôi, nhiệt độ hấp

 Đồng hóa:

Đối với sản phẩm 2, quá trình này giúp làm tăng độ đồng nhất của sản phẩm, giúp cải thiện một số chỉ tiêu cảm quan như trạng thái, vị,…của sản phẩm Đồng thời đồng hóa sẽ giúp làm tăng độ bền của dịch khoai lang, giúp thời gian bảo quản sản phẩm được lâu hơn

 Bài khí:

Nhằm hạn chế các quá trình oxy hóa làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, giảm

áp suất trong chai trước khi thanh trùng để khỏi bị biến dạng, bật nắp Đồng thời hạn chế vi sinh vật hiếu khí tồn tại gây hỏng sản phẩm

Cách tiến hành: Sản phẩm được rót nóng vào chai

 Đóng chai, ghép nắp

Làm giảm tối thiểu oxy hòa tan, giảm sự nhiễm khuẩn từ môi trường vào sản phẩm; Tạo vẻ mỹ quan cho sản phẩm; Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình vận chuyển và phân phối sản phẩm

Cách tiến hành: Lấy chai và nắp đã được thanh trùng, sau đó cho sản phẩm vào chai

và tiến hành ghép nắp thật kĩ

 Thanh trùng:

Nhằm ức chế bất thuận nghịch enzyme và tiêu diệt hệ vi sinh vật trong sản phẩm, hạn chế chúng đến mức chấp nhận được trong sản phẩm Nhờ vậy thời gian bảo quản sản phẩm kéo dài, chất lượng sản phẩm ổn định Các phản ứng phân hủy xảy ra làm tổn thất các thành phần dinh dưỡng như vitamin trong sản phẩm Các thành phần đường khử và acid amin sẽ tham gia phản ứng Maillard làm sản phẩm bị sậm màu

Cách tiến hành: Quá trình thanh trùng được tiến hành trong thiết bị thanh trùng với

thời gian và nhiệt độ thích hợp

2.3 Sơ đồ nghiên cứu tổng quát

Thí nghiệm 2.2: Khảo sát quá trình xử lý enzyme glucoamylase

Thí nghiệm 2.1:Khảo sát quá trình xử lý enzyme α-amylase

Giai đoạn 2: Khảo sát các

thông số tối ưu cho quá

trình sản xuất nước uống từ

khoai lang tím

Thí nghiệm 1: Khảo sát quá trình hấp khoai

Thí nghiệm 2: Khảo sát quá trình xử lý enzyme

Thí nghiệm 3: Khảo sát quá trình hồ hóa không

xử lý enzyme

Thí nghiệm 4: Khảo sát quá trình phối trộn

Giai đoạn 3: Khảo sát chế độ

Xác định hàm lượng anthocyanin

Khảo sát nhiệt độ và thời gian thanh trùng

Kiểm tra chỉ tiêu vi sinh Đánh giá các chỉ tiêu hóa lý của sản phẩm

2.4 Bố trí thí nghiệm

2.4.1 Xác định thành phần nguyên liệu ban đầu

 Mục đích: Xác định được các thành phần trong nguyên liệu khoai lang tím tươi

ban đầu như độ ẩm, độ tro, hàm lượng đường, hàm lượng anthocyanin

 Cách tiến hành: Khoai lang tím được làm sạch gọt vỏ sau đó tiến hành khảo

sát các thành phần theo các phương pháp phân tích như bảng 2.1

Bảng 2.1: Phương pháp xác định các chỉ tiêu trong nguyên liệu ban đầu [5] [8]

Độ tro Nung nóng đến 550oC (phụ lục A2)

Độ ẩm Sấy đến khối lượng không đổi ở 105 oC (phụ lục

A1) Hàm lượng đường Phương pháp Bertrand (phụ lục A4)

Hàm lượng anthocyanin Phương pháp pH vi sai (phụ lục A3)

2.4.2 Khảo sát các thông số tối ưu cho quá trình sản xuất nước uống từ khoai lang tím

Thí nghiệm 1: Khảo sát thời gian hấp khoai

 Mục đích: Xác định được thông số thời gian hấp thích hợp

 Bố trí thí nghiệm:

 Thông số cố định: Nhiệt độ hấp 100 oC

 Thông số khảo sát: thời gian hấp

- Thí nghiệm một yếu tố: thời gian hấp khoai

- Yếu tố thời gian hấp (T) có 5 mức độ: 15 phút; 30 phút; 45 phút; 60 phút; 75 phút

Thí nghiệm 2: Khảo sát quá trình xử lý enzyme

Thí nghiệm 2.1: Khảo sát quá trình xử lý enzyme α-amylase

Khảo sát nồng độ và thời gian xử lý enzyme 𝛼-amylase

 Mục đích: Xác định được nồng độ enzyme tối ưu và thời gian xử lý thích hợp

 Thông số khảo sát: Nồng độ enzyme 𝛼-amylase và thời gian xử lý

- Thí nghiệm 2 yếu tố: nồng độ enzyme 𝛼-amylase (A) và thời gian xử lý (B)

- Yếu tố nồng độ enzyme 𝛼-amylase có 3 mức độ: 0,03 %; 0,04 %; 0,05 %

- Yếu tố thời gian có 3 mức độ: 30 phút, 45 phút, 60 phút

- Số nghiệm thức: 3x3=9 nghiệm thức

- Thí nghiệm được lặp lại 3 lần

Bảng 2.3: Bảng bố trí thí nghiệm xử lý enzyme 𝜶-amylase

Nồng độ enzyme (%) Thời gian (phút) 0,03 (A1) 0,04 (A2) 0,05 (A3)

 Cách tiến hành:

- Nguyên liệu khoai lang tím được rửa sạch, hấp chín, bóc vỏ rồi đem chà qua rây

và trộn với nước với tỷ lệ 2 nước: 1 bột chà

- Lấy 180g (mỗi mẫu) dịch khoai lang tím đã trộn với nước, bổ sung thêm chế phẩm enzyme 𝛼-amylase với nồng độ khảo sát, chỉnh pH thích hợp

- Gia nhiệt nhanh đến 90 oC, dừng lại ở thời gian khảo sát, sau đó gia nhiệt lên trên 100 oC/15 phút

- Đem dịch đã xử lý với α-amylase, tiếp tục xử lý với enzyme glucoamylase

 Chỉ tiêu chọn mẫu

- Hàm lượng đường khử

Thí nghiệm 2.2: Khảo sát quá trình xử lý enzyme glucoamylase

Khảo sát nồng độ và thời gian xử lý glucoamylase

 Mục đích: Xác định được nồng độ enzyme glucoamylase sử dụng tối ưu và

thời gian xử lý thích hợp để quá trình thủy phân tạo được sản phẩm tốt

- Yếu tố thời gian xử lý có 3 mức độ: 30 phút; 60 phút; 90 phút

- Số nghiệm thức là 3x3=9 nghiệm thức

- Thí nghiệm được lặp lại 3 lần

Bảng 2.4: Bảng bố trí thí nghiệm xử lý enzyme glucoamylase

Nồng độ enzyme glucoamylase (%) Thời gian xử lý

- Hồ hóa dịch khoai lang tím với enzyme 𝛼-amylase theo nồng độ và thời gian

xử lý đã được khảo sát, tiếp tục thủy phân dịch bằng chế phẩm enzyme glucoamylase với nồng độ và thời gian xử lý như bảng bố trí thí nghiệm ở

58 – 60 oC, chỉnh pH thích hợp

 Chỉ tiêu chọn mẫu:

- Hàm lượng đường khử

Thí nghiệm 3: Khảo sát quá trình hồ hóa không xử lý enzyme

Khảo sát thời gian hồ hóa dịch khoai lang tím

 Mục đích: Xác định được thời gian hồ hóa thích hợp để thu được dịch khoai lang tím bán thành phẩm sau quá trình hồ hóa được tốt hơn

 Bố trí thí nghiệm:

 Thông số cố định:

- Nhiệt độ hồ hóa: 90oC

 Thông số khảo sát: Thời gian hồ hóa

- Thí nghiệm một yếu tố: thời gian hồ hóa

- Yếu tố thời gian hồ hóa (A) có 4 mức độ: 15 phút; 30 phút; 45 phút; 60 phút