Nghiên cứu quy trình sản xuất nước uống thuỷ phân từ bột trái bí đỏ

Một phần cấu trúc amylopectin Tính chất của tinh bột ❖ Quá trình trương nở: Khi hòa tan tinh bột vào nước, đầu tiên các phân tử nước sẽ thâm nhập vào giữa các phân tử tinh bột có kích

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG

THỦY PHÂN TỪ BỘT TRÁI BÍ ĐỎ

i

Viện Kỹ Thuật – Kinh Tế Biển Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Tống Thị Hương MSSV: 13030483

Ngày, tháng, năm sinh: 24/02/1995 Nơi sinh: Thanh Hóa

Địa chỉ: Xã Tân Lâm, Huyện Xuyên Mộc, Tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu

E- mail: tongthihuong24@gmail.com

I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu quy trình sản xuất nước uống thủy phân từ

bột trái bí đỏ

II NGÀY GIAO ĐỀ TÀI: 2/2017

III NGÀY HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN: 6/2017

IV HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Cô Chu Thị Hà

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

ThS Chu Thị Hà Tống Thị Hương

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

ii

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Vũng Tàu, tháng 7 năm 2017 Giảng viên hướng dẫn (kí và ghi rõ họ tên)

iii

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

Vũng Tàu, tháng 7 năm 2017 Giảng viên phản biện (kí và ghi rõ họ tên)

iv

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô Viện kĩ thuật – kinh tế biển đã truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến cô Chu Thị Hà cô đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án, để em có thể hoàn thành tốt bài đồ án này Trong thời gian làm việc với cô, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá

trình học tập và làm việc sau này

Do thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế nên bài đồ án còn nhiều thiếu sót Em rất mong nhận được nhiều sự góp ý của các thầy, cô giáo và các bạn để bài đồ án được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Vũng Tàu, ngày 26 tháng 6 năm 2017

v

LỜI CAM ĐOAN

Trong quá trình thực hiện đồ án, tôi xin cam đoan những số liệu thu được từ quá trình thực nghiệm là hoàn toàn chính xác và không sao chép từ bất cứ đồ án, công trình nghiên cứu nào Các phần có trích dẫn nội dung từ những tài liệu tham khảo đã được ghi rõ trong phần Tài liệu tham khảo cuối đồ án Tôi xin cam đoan những điều trên là sự thật và chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan này

Sinh viên thực hiện

Tống Thị Hương

vi

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 2

1.1 Đặc điểm nguyên liệu 2

1.1.1 Giới thiệu về cây bí đỏ 2

1.1.1.1 Hình thái 2

1.1.1.2 Bột bí đỏ 2

1.1.1.3 Phân bố sinh học và sinh thái 3

1.1.1.4 Thành phần hóa học 3

1.1.1.5 Ý nghĩa kinh tế 4

1.2 Giới thiệu chung về tinh bột 5

1.3 Khái quát về quá trình thủy phân 7

1.3.1 Bản chất và ý nghĩa của quá trình thủy phân 7

1.3.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân 8

1.3.3 Cơ chế của quá trình thủy phân 13

1.4 Quá trình thủy phân tinh bột 14

1.5 Enzyme sử dụng trong nghiên cứu Enzyme α-amylase (termamyl) 20

1.6 Phụ gia và hóa chất 23

1.6.1.Nước sử dụng trong nghiên cứu 23

1.6.2.Acid citric 23

1.6.3 Bao bì đề xuất 25

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

2.1 Đối tượng nghiên cứu 26

2.1.1 Bột bí đỏ 26

2.1.2 Các chế phẩm enzyme 26

2.2.1 Phương tiện thí nghiệm 29

2.2.2 Phương pháp hóa học 30

2.3 Bố trí thí nghiệm 42

2.3.1 Quy trình dự kiến 42

vii

2.3.2 Bố trí thí nghiệm nghiên cứu 43

2.4 Phương pháp hoàn thiện sản phẩm 47

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48

3.1 Kết quả và thảo luận 48

3.1.1 Khảo sát tỉ lệ nước và bột bí đỏ phù hợp cho sản phẩm 48

3.1.2 Khảo sát nhiệt độ và thời gian thích hợp cho giai đoạn dịch hóa 50

3.1.3 Khảo sát nồng độ enzyme và thời gian thích hợp cho giai đoạn đường hóa 51

3.1.4 Quy trình đề xuất 54

3.1.4.1 Sơ đồ quy trình đề xuất 54

3.1.4.2 Thuyết minh quy trình 56

3.2 Sản xuất thử nghiệm sản phẩm theo quy trình đề xuất 57

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 59

4.1 Kết luận 59

4.2 Đề nghị 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

PHỤ LỤC 40

viii

DANH MỤC HÌNH

Trang

Hình 1.1 Hình dáng trái bí đỏ 2

Hình 1.2 Bột bí đỏ 3

Hình 1.3 Một số sản phẩm khác từ bí đỏ 4

Hình 1.4 Một phần cấu trúc amylose 5

Hình 1.5 Một phần cấu trúc amylopectin 6

Hình 1.6 Biến thiên vận tốc phản ứng theo nồng độ cơ chất 10

Hình 1.7 Cấu trúc không gian của a-Amylase 15

Hình 1.8 Cấu trúc phân tử tinh bột bị phân cắt 17

Hình 2.1 Hình ảnh các enzyme sử dụng trong nghiên cứu 27

Hình 2.2 Sơ đồ quy trình dự kiến 42

Hình 2.3 Sơ đồ tóm tắt bố trí thí nghiệm 2 44

Hình 2.4 Sơ đồ tóm tắt bố trí thí nghiệm 3 46

Hình 2.5 Nước uống đóng chai thủy phân 47

Hình 3.1 Hình ảnh chuẩn bị mẫu cảm quan 48

Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn kết quả cảm quan sản phẩm với các tỉ lệ nước: bột bí đỏ khác nhau 49

Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian lên giai đoạn dịch hóa 51

Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nồng độ enzyme và thời gỉan đường hóa đến hiệu suất thủy phân (%) 53

Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nồng độ enzyme và thời gian đường hóa đến hàm lượng đường khử (%) 53

Hình 3.6 Sơ đồ quy trình đề xuất cho sản phẩm 55

ix

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 1.1 Nhiệt độ hồ hóa của một số tinh bột 7

Bảng 1.2 Một số tính chất khác nhau của α-amylase từ các nguồn khác nhau 18 Bảng 1.3 Các tính chất khác nhau của β-Amylase 19

Bảng 1.4 Độ ổn định của Termamyl (thời gian (phút) cần thiết để mất 50% hoạt tính) 21

Bảng 1.5 Quy định về chất lượng cảm quan của acid citric trong thực phẩm 24 Bảng 1.6 Quy định về thành phần hoá học của acid citric trong thực phẩm 24

Bảng 2.1 Đặc tính sản phẩm 27

Bảng 2.2 Đặc điểm sản phẩm 28

Bảng 2.3 Bảng mô tả nội dung đánh giá cảm quan 32

Bảng 2.4 Bảng phân cấp chất lượng 38

Bảng 2.5 Bảng điểm về độ trong và màu sắc của sản phẩm 39

Bảng 2.6 Bảng về vị của nước giải khát thủy phân 40

Bảng 2.7 Bảng điểm về mùi của nước giải khát thủy phân 40

Bảng 2.8 Bảng tỉ lệ các mẫu trong thí nghiệm 43

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ nước : bột bí đỏ đến giá trị cảm quan sản phẩm48 Bảng 3.2 Bảng đánh giá xếp loại chất lượng sản phẩm 49

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian trong giai đoạn dịch hóa 50

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của nồng độ, thời gian lên giai đoạn đường hóa 52

E Termamyl Enzyme Termamyl

1

LỜI MỞ ĐẦU Đặt vấn đề

Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa nên thiên nhiên đã ban tặng

cho thảm thực vật vô cùng phong phú và đa dạng, đặc biệt là sự phong phú của

các loại rau củ Mỗi mùa đều có những loại rau củ quả đặc trưng cho từng vùng

miền – đây là đặc điểm mà không phải quốc gia nào trên thế giới cũng có được

Với những đặc điểm ấy, cộng với 70% dân số làm nghề nông và diện tích canh

tác rau củ khoảng 1.500.000 ha, phát triển sản xuất rau củ quả là một trong

những vấn đề mang tầm chiến lược quốc gia Hầu hết rau củ quả không những

cung cấp những chất bổ dưỡng cho cơ thể mà còn cung cấp các chất có hoạt tính

sinh học cao, giúp con người phòng và chữa bệnh Trong đó có thể kể đến một

loại rau trái mà nhân dân ta quen dùng làm thực phẩm, đó là bí đỏ

Hiện nay, trên thị trường sử dụng bí đỏ để làm thực phẩm vẫn còn hạn chế

Một trong những nguyên nhân chính là các sản phẩm chế biến từ bí đỏ hiện có

trên thị trường chưa được phong phú và đa dạng Chính vì lẽ đó, với mong muốn

đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng, một sản phẩm mới: nước

giải khát từ trái bí đỏ, cho ra thành phẩm uống liền tiện lợi, góp phần làm phong

phú thêm thị trường nước giải khát Việt Nam

Bên cạnh đó, giúp nông dân nâng cao hiệu quả kinh tế cây trồng (nhất là

những vùng đất bạc màu), tăng thu nhập, góp phần xóa đói giảm nghèo

Từ đó, em đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu quy trình sản xuất nước uống

đóng chai từ bột trái bí đỏ”

Mục tiêu nghiên cứu

Nhằm tạo ra sản phẩm nước uống đóng chai giàu dinh dưỡng, giữ được tính

chất tự nhiên của nguyên liệu không chứa chất bảo quản mà chất lượng vẫn ổn

định

Để đạt được mục tiêu trên, chúng tôi tiến hành khảo sát những nội dung sau:

- Tỉ lệ thích hợp của bột bí đỏ và nước

- Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lên hiệu suất quá trình thủy phân

- Ảnh hưởng của nồng độ, thời gian lên giai đoạn đường hóa

2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1.1 Đặc điểm nguyên liệu

1.1.1 Giới thiệu về cây bí đỏ

1.1.1.1 Hình thái

Bí ngô hay còn được gọi là bí đỏ là một loại cây thuộc chi Cucurbita, họ bầu bí (Cucurbitaceae) Đây là tên thông dụng để chỉ các loại cây thuộc các loài: Cucurbita pepo, Cucurbita mixta, Cucurbita maxima, và Cucurbita moschata

Nguồn gốc của bí ngô chưa được xác định tuy nhiên nhiều người cho rằng

bí ngô có nguồn gốc ở Bắc Mỹ Bằng chứng cổ nhất là các hạt bí ngô có niên đại

từ năm 7000 đến 5500 trước Công nguyên đã được tìm thấy ở México Đây là loại quả lớn nhất trên thế giới

Hình 1.1 Hình dáng trái bí đỏ 1.1.1.2 Bột bí đỏ

Bột bí đỏ có màu vàng đặc trưng có thể lẫn vào các hạt màu nâu Trong quá trình sản xuất, sấy bí đỏ ảnh hưởng đến màu sắc của bột bí đỏ Màu sắc của bột ảnh hưởng nhiều đến chất lượng cũng như giá trị cảm quan của sản phẩm

3

Hình 1.2 Bột bí đỏ 1.1.1.3 Phân bố sinh học và sinh thái

Ở nước ta, bí đỏ được trồng ở nhiều nơi từ đồng bằng đến vùng núi Cây ưa sáng biên độ sinh thái rộng, sinh trưởng tốt trên nhiều vùng đất có khí hậu khác nhau, được gieo vào tháng 4 - 5 dương lịch Bí đỏ có thể thu non làm rau sử dụng ngay Thu non, bí đỏ sẽ liên tục ra quả nhiều, dây trẻ lâu, nếu muốn bảo quản dự trữ dùng lâu dài cần để bí già mới thu hoạch

Có hai giống bí đỏ được ưa chuộng nhất ở nước ta:

Giống Bí Vàm Răng: Trồng phổ biến ở Kiên Giang, Cần Thơ, Sóc Trăng Trái

tròn dẹp, có khía, nặng 3 - 5 kg, trái già màu vàng, vỏ hai da, thịt dầy, déo, màu vàng tươi

Giống bí trái dài Buôn Ma Thuột: Trồng phổ biến ở miền Đông Nam Bộ và

cao nguyên Trái bầu dục dài, nặng 1 – 2 kg, vỏ vàng xanh hay vàng, trơn láng hay sần sùi, thịt móng, màu vàng tươi đến vàng cam, ít dẻo, ngon ngọt [15]

1.1.1.4 Thành phần hóa học

Quả bí đỏ chứa 88,3-87,2% nước, 1,40-1,33 protid, 0,5-0,43% lipid, 5,6 % tinh bột, 0,08% vitamin C, 0,004% vitamin PP, 0,001% vitamin B1, 0,8-1,01% tro Thịt quả tươi chứa 2,81% đường tổng số

Tuy nhiên khó khăn của người dân hiện nay là khâu tiêu thụ sản phẩm Vì vậy,

để mở rộng và phát triển diện tích trồng cây bí đỏ, hệ thống khuyến nông và các ngành chức năng cần tăng cường quảng bá, giới thiệu giúp nông dân tiêu thụ sản phẩm trên thị trường, cần nghiên cứu sản xuất đa dạng hóa các sản phẩm ở quy

mô công nghiệp

1.1.1.6 Tác dụng của bí đỏ

Bí đỏ là nguồn thức ăn cung cấp provitamin A thiên nhiên phong phú Ngoài tỷ

lệ chất xơ và sắt khá cao, bí đỏ còn mang lại vitamin C, axit folic, magic, kali và chất đạm Trong đó, thịt bí đỏ là thành phần chứa nhiều vitamin A, đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của sự tăng trưởng xương và sinh sản, vitamin A còn tham gia vào quá trình sinh tổng hợp protein, điều hoà hệ miễn dịch, bão vệ cho da Trong bí đỏ còn chứa một chất cần thiết cho sự phát triển của não bộ đó

là acid glutamic, đây là chất đóng vai trò quan trọng trong bồi dưỡng thần kinh,

làm tăng cường các phản ứng chuyển hoá trong tế bào thần kinh và não Vì vậy,

5

bí đỏ được coi là thức ăn bổ não, trị suy nhược thần kinh và là thức ăn cho trẻ

em chậm phát triển về trí óc

1.2 Giới thiệu chung về tinh bột

Tinh bột là thành phần chính của hạt ngũ cốc và củ lương thực Hạt tinh bột được cấu tạo từ amylose và amylopectin, xung quanh là một lớp vỏ cấu tạo cũng bằng amylose và amylopectin Các hạt xếp thành từng lớp Hạt tinh bột từ những nguyên liệu khác nhau có hình dạng và kích thước khác nhau

Tinh bột là một carbohyđrate cao phân tử bao gồm các đơn vị D-glucose nối với nhau bởi liên kết α-glucoside Công thức phân tử gần đúng là (C6H10O5)n trong đó n có giá trị từ vài trăm đến khoảng mười nghìn Tinh bột có dạng hạt màu trắng tạo bởi hai loại polyme là amylose và amylopectin Amylose

là polyme mạch thẳng gồm các đơn vị D- glucose liên kết với nhau bởi liên kết α-1,4- glucoside

Hình 1.4 Một phần cấu trúc amylose

Amylopectin là polyme mạch nhánh, ngoài chuỗi glucose thông thường còn

có những chuỗi nhánh liên kết với chuỗi chính bằng liên kết α-l,6-glucoside Các hạt tinh bột là những tinh thể đa hình Bên trong hạt tinh bột có phần kết tinh do amylose và phần phân nhánh của amylopectin tạo thành làm cho chúng không tan trong nước lạnh và tương đối trơ với các enzyme

6

Hình 1.5 Một phần cấu trúc amylopectin Tính chất của tinh bột

❖ Quá trình trương nở:

Khi hòa tan tinh bột vào nước, đầu tiên các phân tử nước sẽ thâm nhập vào giữa các phân tử tinh bột có kích thước lớn và tương tác với các nhóm hoạt động của tinh bột, tạo ra lớp vỏ nước và làm cho mắt xích nào đó của phân tử tinh bột

bị yếu đi Kết quả, phân tử tinh bột bị xê dịch, hút nước rồi trương lên Quá trình trương xảy ra không hạn chế sẽ làm bung ra các phân tử tinh bột và hệ chuyển thành dạng dung dịch Quá trình trương luôn luôn đến trước quá trình hòa tan và

đây là một quá trình phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ bên ngoài

❖ Tính chất hồ hóa của tinh bột:

Nhiệt độ để phá vỡ hạt chuyển tinh bột từ trạng thái đầu có mức độ hydrat hóa khác nhau thành dung dịch keo gọi là nhiệt độ hồ hóa 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 sau đó 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 Tùy điều kiện hồ hóa như nhiệt độ, nguồn gốc tinh bột, kích thước hạt và pH mà mức độ phá vỡ và trương nở của tinh bột khác nhau

7

Bảng 1.1 Nhiệt độ hồ hóa của một số tinh bột [7]

độ dẻo và độ nhớt cao hơn

❖ Khả năng tạo gel và sự thoái hóa gel:

Tinh bột sau khi hồ hóa và để nguội, các phân tử tinh bột sẽ tương tác nhau và xắp xếp lại một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột Để tạo được gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ đậm đặc vừa phải, phải được hồ hóa để chuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan và sau đó được để nguội ở trạng thái yên tĩnh Trong gel tinh bột chỉ có các liên kết hydro tham gia, có thể nối trực tiếp các mạch polyglucoside hoặc gián tiếp qua phân tử nước Khi gel tinh bột

để nguội một thời gian dài sẽ co lại và lượng dịch thể sẽ thoát ra, gọi là sự thoái hóa

1.3 Khái quát về quá trình thủy phân

1.3.1 Bản chất và ý nghĩa của quá trình thủy phân [8]

Khái niệm quá trình thủy phân là quá trình phân cắt một hợp chất cao phân

tử thành các phân tử đơn giản hơn dưới tác dụng của các xúc tác sinh học, hóa

8

học và có sự tham gia của nước

Phản ứng thủy phân là phản ứng rất phổ biến trong bảo quản và sản xuất thực phẩm Do phản ứng thủy phân mà chất lượng các sản phẩm thực phẩm bị giảm đi nhưng cũng nhờ phản ứng thủy phân để tăng thêm phẩm chất cho thực phẩm Qua phản ứng thủy phân, không những các tính chất cảm quan mà các tính chất hóa học của sản phẩm của bị biến đổi rất nhiều

Phản ứng thủy phân thường là mở đầu cho một loạt các phản ứng khác tiếp diễn Các phản ứng có thể xảy ra khi phản ứng thủy phân đã kết thúc

Xét về mặt sinh học, phản ứng thủy phân thường đặc trưng cho giai đoạn phân giải, giai đoạn cuối cùng của một quá trình sinh học

Bên cạnh đó, trong kỹ thuật sản xuất các sản phẩm thực phẩm, phản ứng thủy phân có vai trò rất quan trọng Để giảm bớt tổn thất các chất thực phẩm, người ta phải tìm những biện pháp kỹ thuật tương ứng để ngăn ngừa và hạn chế các sản phẩm thủy phân Ngược lại, nếu qua phản ứng thủy phân mà chất lượng thành phẩm tăng lên thì người ta tạo điều kiện cho phản ứng thủy phân ấy xảy ra đến tận cùng Chẳng hạn từ tinh bột, muốn có được dịch đường glucose người ta phải tạo điều kiện để phản ứng thủy phân tinh bột bằng enzyme đạt đến mức tối

đa

1.3.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân [6]

Vận tốc của quá trình thủy phân liên quan hoạt tính của enzyme xúc tác cho phản ứng Hoạt tính của enzyme xúc tác càng mạnh thì quá trình thủy phân diễn

ra càng nhanh và triệt để

✓ Ảnh hưởng của chất xúc tác và nồng độ chất xúc tác [6]

Phản ứng tăng khi nồng độ chất xúc tác tăng, nhưng đến một giới hạn nào

đó, khi cơ chất thủy phân đã hết mà tiếp tục bổ sung chất xúc tác sẽ cho sản phẩm thủy phân mong muốn tiếp tục phân hủy Do đó, cần kiểm tra thực nghiệm

để xác định nồng độ chất xúc tác thích hợp cho quá trình thủy phân

✓ Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất thủy phân [6]

Nồng độ cơ chất đưa vào thủy phân tăng thì hiệu suất của quá trình thủy

9

phân tăng Tuy nhiên, sự tăng nồng độ cơ chất này phải phù hợp với nồng độ chất xúc tác thì quá trình thủy phân mới diễn ra triệt để Do đó, tùy theo yêu cầu chất lượng của sản phẩm mà ta khống chế nồng độ cơ chất cho phù hợp

Phương trình Michaelis-Menten biểu diễn mối quan hệ giữa vận tốc phản ứng với nồng độ cơ chất:

E + S ↔ ES → E + P Trong đó

- S: cơ chất

- E: emzyme

- P: sản phẩm

- ES: phức trung gian

Phản ứng enzyme được đặc trưng bởi các hằng số tốc độ phản ứng sau:

- K1 : hằng số tốc độ của phản ứng tạo phức [ES]

- K-1 : hằng số tốc độ của phản ứng phân ly phức [ES] ngược lại

10

Hình 1.6 Biến thiên vận tốc phản ứng theo nồng độ cơ chất

Qua đó cho thấy, khi tăng nồng độ cơ chất thì vận tốc phản ứng tăng và khi tăng nồng độ cơ chất tới một giá trị xác định nào đó thì vận tốc đạt giá trị cực đại Vmax Sau đó vận tốc phản ứng không tăng nữa dù nồng độ cơ chất tiếp tục tăng

✓ Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường [6]

Theo quy luật của các phản ứng hóa học thông thường, vận tốc phản ứng enzyme càng tăng khi tăng nhiệt độ Nhưng vì enzyme có bản chất là protein nên khi tăng nhiệt độ tới một giá trị giới hạn nào đó thì vận tốc phản ứng enzyme sẽ bị giảm do sự biến tính của protein

Trong khoảng nhiệt độ mà enzyme chưa bị biến tính thì hệ số nhiệt độ của

đa số enzyme vào khoảng 1,4 đến 2 Nghĩa là khi tăng nhiệt độ lên 10°C thì vận tốc phản ứng tăng từ 1,4 đến 2 lần Khi bắt đầu có sự biến tính protein thì xảy ra hiện tượng: một mặt vận tốc phản ứng vẫn tăng theo sự tăng nhiệt độ, mặt khác vận tốc biến tính protein xảy ra nhanh hơn Kết quả là vận tốc phản ứng giảm dần tới đình chỉ hoàn toàn

Nhiệt độ ứng với vận tốc cực đại gọi là nhiệt độ tối thích Nhiệt độ mà tại

đó enzyme bị mất hoàn toàn hoạt tính gọi là nhiệt độ tới hạn Nhiệt độ tối thích của cùng loại enzyme có nguồn gốc khác nhau thì không giống nhau, thường enzyme có nguồn gốc thực vật có nhiệt độ tối thích là 50 - 60°C, enzyme từ nguồn gốc động vật 40 - 50°C Nhiệt độ quá thấp cũng làm giảm hoạt độ của enzyme, nhưng do trong điều kiện này enzyme không bị biến tính nên khi đưa nhiệt độ trở lại điều kiện thích hợp thì hoạt tính của enzyme lại được phục hồi Nhiệt độ tối thích của enzyme không phải là hằng số mà nó phụ thuộc vào

11

nhiều yếu tố như cơ chất, pH môi trường, nồng độ enzyme, nguồn enzyme đặc biệt là thời gian tác dụng càng dài thì nhiệt độ tối thích càng giảm

✓ Ảnh hưởng của thời gian thủy phân [6]

Thời gian thủy phân dài hay ngắn là để cho quá trình phân giải, cắt đứt các liên kết glucoside trong chuỗi polypeptide của tinh bột dưới tác dụng của các chất xúc tác Khi nhiệt độ tăng thì động năng tăng dẫn đến vận tốc phản ứng tăng Tuy nhiên, nhiệt độ tăng cao, vì bản chất là protein nên enzyme bị biến tính và mất hoạt tính xúc tác Do đó, thời gian thích hợp sẽ có tác dụng thúc đẩy quá trình thủy phân

✓ Ảnh hưởng của chất kích thích và chất kìm hãm [6]

Một số chất hóa học khi bổ sung vào phản ứng enzyme làm tăng hay làm giảm vận tốc phản ứng enzyme Chất đó được gọi là chất kích thích hay chất kìm hãm Ý nghĩa của sự phân chia này chỉ mang tính tương đối, vì một chất ở nồng độ này là kích thích nhưng ở nồng độ khác lại là kìm hãm Hoặc chất kích thích ở phản ứng này mà lại là kìm hãm ở phản ứng khác

Chất kích thích (chất hoạt hóa): là chất có khả năng làm tăng tốc độ phản ứng enzyme, hoạt hóa enzyme từ trạng thái không hoạt động sang trạng thái hoạt động

Cơ chế: làm enzyme có khả năng tham gia vào phản ứng chuyển hóa nhóm, chuyển hóa hydro trong phản ứng xúc tác, biến đổi trung tâm hoạt động của enzyme tới trạng thái thích hợp, dẫn đến phục hồi những nhóm chức năng hoạt động trong trung tâm hoạt động của enzyme Các ion kim loại có thể tham gia tạo thành trung tâm hoạt động của các enzyme, làm cầu nối cho enzyme và cơ chất

Các chất hoạt hóa có thể làm tăng hoạt độ enzyme bằng cách gián tiếp hay trực tiếp

- Hoạt hóa gián tiếp: nếu chất hoạt hóa làm tăng tốc độ phản ứng enzyme bằng cách loại trừ chất kìm hãm khỏi hỗn hợp phản ứng hoặc tham gia phản ứng nhưng không tác dụng trực tiếp với phân tử enzyme

- Hoạt hóa trực tiếp: các chất hoạt hóa thường tác dụng vào trung tâm hoạt

12

động của enzyme hoặc làm biến đổi cấu hình không gian của phân tử enzyme theo hướng có lợi cho hoạt động xúc tác

Chất kìm hãm (chất ức chế): là những chất làm giảm tốc độ phản ứng enzyme, hoặc vô hoạt enzyme Tất cả những chất gây biến tính protein đều là những chất kìm hãm không đặc hiệu của enzyme Các chất này có tác dụng kìm hãm tất cả các enzyme Ngoài ra, có nhiều chất khác không làm biến tính protein enzyme nhưng vẫn làm giảm hoạt độ xúc tác của nó Nói chung, tác dụng kìm hãm có thể là do chất kìm hãm kết hợp với enzyme tạo thành phức Enzyme - chất kìm hãm theo phản ứng sau:

- Trong trường hợp kìm hãm thuận nghịch, hình thành trạng thái cân bằng của phản ứng trên, mức độ kìm hãm được thể hiện bằng hằng số phân ly (K1) của phức chất enzyme - chất kìm hãm

- Giá trị K1 càng lớn, phức chất càng dễ phân ly Dưới tác dụng của chất kìm hãm thuận nghịch, hoạt động của enzyme có thể được phục hồi sau khi loại chất kìm hãm Các chất kìm hãm có thể tác dụng với enzyme theo nhiều cách như sau:

- Kìm hãm thuận nghịch: khi loại bỏ chất kìm hãm thì hoạt tính enzyme trở lại như ban đầu

- Kìm hãm bất thuận nghịch: nếu loại bỏ chất kìm hãm thì enzyme cũng không có lại hoạt tính ban đầu

- Kìm hãm cạnh tranh: chất kìm hãm có cấu trúc hóa học gần giống cấu tạo

13

hóa học của cơ chất, do đó nó sẽ cạnh tranh trung tâm hoạt động của enzyme với

cơ chất, chất kìm hãm sẽ kết hợp với trung tâm hoạt động, làm cho lượng cơ chất phản ứng với enzyme bị giảm xuống, tốc độ phản ứng giảm Nồng độ chất kìm hãm càng cao, vận tốc phản ứng càng giảm, khắc phục bằng cách tăng nồng

độ cơ chất để loại bỏ tác dụng của chất kìm hãm

- Kìm hãm không cạnh tranh: chất kìm hãm kết hợp với enzyme, làm thay đổi cấu trúc không gian của enzyme, làm cho enzyme không tác dụng được với

cơ chất, vận tốc phản ứng lúc này chỉ phụ thuộc vào nồng độ chất kìm hãm mà không có cách khắc phục

1.3.3 Cơ chế của quá trình thủy phân [13]

1 Quá trình hồ hoá tinh bột

Ở nhiệt độ thường tinh bột không hòa tan được trong nước nhưng hòa tan tốt trong môi trường kiềm Trong nước, khi nhiệt độ tăng, các hạt tinh bột sẽ hút nước và trương nở làm tăng độ nhớt của dung dịch Khi thể tích của hạt tăng đến một lúc nào đó sẽ phá vỡ lớp vỏ bên ngoài, amylose và amypectin thoát ra, tạo thành các túi vô định hình, khả năng hút nước tăng tối đa

Các hạt tinh bột có kích thước khác nhau, hạt tinh bột lớn bị hồ hóa đầu tiên, hạt tinh bột nhỏ bị hồ hóa sau cùng Vì vậy, nhiệt độ hồ hóa không phải là một điểm mà là một khoảng nhiệt độ

Nhiệt độ hồ hóa là nhiệt độ mà tại đó diễn ra và kết thúc quá trình chuyển tinh bột từ trạng thái tinh thể sang trạng thái lỏng Nhiệt độ hồ hóa phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tính chất mỗi loại tinh bột, môi trường khuếch tán, nồng độ huyền phù của tinh bột, tốc độ đun nóng, độ ẩm ban đầu của tinh bột, khi tăng nồng độ huyền phù tinh bột thì nhiệt độ hồ hóa tăng lên chút ít, hoặc khi hạt tinh bột có kích thước nhỏ sẽ có nhiệt độ hồ hóa cao hơn so với hạt có kích thước lớn

Quá trình hồ hóa ở tất cả các loại tinh bột đều giống nhau: ban đầu độ nhớt của hồ tinh bột tăng dần lên sau đó qua một giá trị cực đại rồi giảm xuống

2 Quá trình dịch hóa và đường hóa tinh bột

Quá trình đường hóa tinh bột là kết quả của quá trình tác động của nhóm enzyme amylase

❖ Cơ chế của phản ứng thủy phân:

Không phụ thuộc vào nguồn gốc của chất xúc tác, mỗi khi các liên kết 1,4 và α- 1,6 glucoside bị phân cắt, thì tại các điểm đó ngay lập tức được liên kết với các nhóm ion của nước

𝛼-Khảo sát quá trình thủy phân tinh bột ở môi trường giàu nước bởi enzyme amylose cho thấy rằng: các chất xúc tác bẻ gãy mối liên kết glucoside giữa nguyên tử carbon số 1 với nguyên tử oxy Ở mạch amylose, khi mối liên kết 𝛼 -1,4- glucoside bị phân cắt thì nhóm hydroxyl (OH) của nước sẽ liên kết với liên kết carbon số 1 ở gốc glucoside bên trái, còn cation hydro (H+) sẽ liên kết với nguyên tử carbon số 4 ở glucoside bên phải Đối với mạch amylopeptide, khi mối liên kết 𝛼 -l,6-glucoside bị phân cắt, thì nhóm OH- của nước sẽ liên kết với nguyên tử carbon số 1 ở mạch chính, còn H+ sẽ liên kết với O2- ở nguyên tử carbon số 6

1.4 Quá trình thủy phân tinh bột

1 Enzyme 𝛼 -amylase (𝛼 -l,4-glucanohydrolase) (EC 3.2.1.1)

❖ Cấu tạo

Enzyme 𝛼 -amylase là protein có phân tử lượng thấp, thường nằm trong

15

Hình 1.7 Cấu trúc không gian của α-Amylase

khoảng 50.000 đến 60.000 Dal Có một số trường hợp đặc biệt như 𝛼 -amylase

từ loài vi khuẩn Bacillus macerans có phân tử lượng lên đến 130.000 Dal Mới

đây các nghiên cứu về tính đồng nhất của chuỗi mạch acid amin và về vùng kỵ nước cho thấy các chuỗi mạch acid amin của tất cả các enzyme 𝛼 -amylase đều

có cấu trúc bậc 3 tương tự nhau

❖ Cơ chế tác dụng của enzyme a- amylase [2]

𝛼amylase từ các nguồn khác nhau có nhiều điểm rất giống nhau, 𝛼 amylase có khả năng phân cắt các liên kết 𝛼 -l,4-glucoside nằm ở phía bên trong phân tử cơ chất (tinh bột hoặc glycogen) một cách ngẫu nhiên, không theo một trật tự nào cả 𝛼 - amylase không chỉ thủy phân hồ tinh bột mà nó thủy phân cả hạt tinh bột nguyên song với tốc độ rất chậm và hiệu suất thủy phân rất thấp Quá trình thủy phân tinh bột bởi 𝛼 -amylase là quá trình đa giai đoạn:

Ở giai đoạn đầu (giai đoạn dextrin hóa): chỉ một số phân tử cơ chất bị thủy phân tạo thành một lượng lớn dextrin phân tử thấp (𝛼 -dextrin ), độ nhớt của hồ tinh bột giảm nhanh (các amylose và amylopectin đều bị dịch hóa nhanh)

- Sang giai đoạn 2 (giai đoạn đường hóa): các dextrin phân tử thấp tạo thành

bị thủy phân tiếp tục tạo ra các trimaltose, tetramaltose không cho màu với iodine Các chất này bị thủy phân rất chậm bởi 𝛼 -amylase cho tới disaccharide

và monosaccharide Dưới tác dụng của 𝛼 -amylase, amylose bị phân giải khá nhanh thành oligosaccharide gồm 6-7 gốc glucose (vì vậy, người ta cho rằng 𝛼 -amylase luôn phân cắt amylose thành từng đoạn 6 -7 gốc glucose)

- Sau đó, các polyglucose này bị phân cắt tiếp tục tạo nên các mạch polyglucose colagen cứ ngắn dần và bị phân giải chậm đến maltotetrose,

16

maltotriose và maltose Qua một thời gian tác dụng dài, sản phẩm thủy phân của amylose chứa 13% glucose và 87% maltose [2], Tác dụng của 𝛼 -amylase lên amylopectin cũng xảy ra tương tự nhưng vì không phân cắt được liên kết 𝛼 -l,6-glycoside ở chỗ mạch nhánh trong phân tử amylopectin nên dù có chịu tác dụng lâu thì sản phẩm cuối cùng, ngoài các đường nói trên ( 72% maltose và 19% glucose ) còn có dextrin phân tử thấp và isomaltose 8%

Tóm lại, dưới tác dụng của 𝛼 –amylase, tinh bột có thể chuyển thành maltotetrose, maltose, glucose và dextrin phân tử thấp Tuy nhiên, thông thường 𝛼-amylase chỉ thủy phân tinh bột chủ yếu thành dextrin phân tử thấp không cho màu với iodine và một ít maltose Khả năng dextrin hóa cao của 𝛼 -amylase là tính chất đặc trưng của nó Vì vậy, người ta thường gọi loại amylase này là amylase dextrin hóa hay amylase dịch hóa

❖ Đặc tính 𝛼 -amylase [2]

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, 𝛼 -amylase là một protein giàu tyrosine, tryptophan, acid glutamic 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

- Amylase dễ tan trong nước, trong dung dịch muối và rượu loãng

Điểm đẳng điện nằm trong vùng pH= 4,2-5 Mỗi phân tử 𝛼 -amylase đều có chứa 1-30 nguyên tử gam Ca/mol, nhưng không ít hơn 1- 6 nguyên tử gam/mol

Ca2+ tham gia vào sự hình thành và ổn định cấu trúc bậc 3 của enzyme, duy trì hoạt động của enzyme Do đó, Ca2+ còn có vai trò duy trì sự tồn tại của enzyme khi bị tác động bởi các tác nhân gây biến tính và tác động của các enzyme phân giải protein Nếu phân tử 𝛼 -amylase bị loại bỏ hết Ca2+ thì nó sẽ hoàn toàn bị mất hết khả năng thủy phân cơ chất, 𝛼 -amylase bền với nhiệt độ hơn các enzyme khác Đặc tính này liên quan đến hàm lượng Ca2+ trong phân tử và nồng

độ Mg2+ Tất cả các amylase đều bị kiềm hãm bởi các kim loại nặng như Cu2+ ,

17

Ag+ , Hg2+ Một số kim loại như: Na+ , Cr3+ , Mn2+ , Zn2+ , Co2+ , Sn2+ , Cr2+ Không có ảnh hưởng mấy đến 𝛼 -amylase Một đặc điểm cần lưu ý là hầu hết 𝛼 -amylase khá bền với tác động của protease như pepsin, trypsin, papain

Hình 1.8 Cấu trúc phân tử tinh bột bị phân cắt

Sản phẩm thủy phân cuối cùng của tinh bột dưới tác dụng của amylase nấm sợi chủ yếu là maltose, thứ đến là maltotriose Nồng độ 𝛼 -amylase của vi sinh vật tương đối lớn có thể chuyển hóa 70 - 85% tinh bột thành đường lên men Còn các 𝛼 -amylase của nấm mốc thì mức độ đường hóa đến glucose và maltose có thể lên tới 84 - 87%

Điều kiện hoạt động của α-amylase từ các nguồn khác nhau thường không giống nhau pH tối thích cho hoạt động của từ nấm sợi là 5,0 - 6,0 và nhiệt độ tối ưu 50-70°C

Người ta thường thu nhận α-amylase của nấm sợi từ Aspergillus niger và

-amylase của vi khuẩn và rất dễ bị biến tính trước tinh bột được hồ hóa

18

Bảng 1.2 Các tính chất khác nhau của β-Amylase

2 Enzyme β-amylase (β-l,4-glucan-maltohydrolase) (EC 3.2.E2) [2]

β-amylase hiện diện phố biến ở thực vật, đặc biệt là hạt nảy mầm Ở trong các hạt ngũ cốc nảy mầm, β -amylase xúc tác sự thủy phân các liên kết 1,4 α-glucan trong tinh bột, glucogen và polysaccharide, phân cắt từng nhóm maltose từ đầu không khử của mạch Maltose được tạo thành do sự xúc tác của β-amylase có cấu hình β

Ở ngũ cốc, β-amylase tham gia vào sự phân giải của tinh bột trong quá trình nảy mầm của hạt Ở lúa, β-amylase được tổng hợp trong suốt quá trình của hạt và hầu như không được tổng hợp ở hạt khô

1 Pancreatic

enzyme

Tuyển tụy động vật

5,5-8,5 (6,0-7,0)

40-45 Mất hoạt tính ở 75°c

2 𝛼 -amylase

vi khuẩn Bac Subtilis

Bac.amyloliquefucieins

4,5-9,0 (6,5-7,5) 70-85 Mất

hoạt tính ở 95°C

(50-4 α-amylase

của nấm sợi Asp oryzae Asp Niger

5,0-6,0 (4,0-70)

55-60 Mất hoạt tính

ở 80°C

19

Bảng 1.3 Các tính chất khác nhau của β-Amylase

3 Enzyme γ-Amylase (glucoamylase) (EC 3.2.E3)[2]

Glucoamylase hay γ-amylase chủ yếu được tạo ra bởi các vi sinh vật Đặc

biệt là kiểu nấm mốc aspergillus, penicillium và Rhizopus

Nói chung thì các amyloglucosidase đều chứa các gốc methionin, tritophan,

và một nửa gốc cysteine Tuy nhiên mối quan hệ giữa chuỗi acid amin, cấu trúc bậc 3 và hoạt động của enzyme vẫn chưa được làm sáng tỏ tất cả các amyloglucosidase từ nấm mốc đều là glucoprotein chứa từ 5 - 20% glucid trong

đó chủ yếu là các mono saccharide glucose mannose, galactose và glucosamine

Đa số glucoamylase có hoạt lực cao nhất ở vùng có pH 3,5 - 5,5 và nhiệt độ 50°C Nó bền với acid hơn α-amylase nhưng kém bền hơn trong rượu, acetone

và không được bảo vệ bởi Ca2+

4 Oligo 1,6-glucosidase (dextrinase tới hạn) (EC 3.2.E10) [2]

Enzyme này có thể thủy phân liên kết α-l,6-glucoside trong isomaltose, panose và các dextrin tới hạn thành đường có thể lên men được Enzyme này có

ở vi sinh vật nhưng đồng thời cũng có trong các hạt nảy mầm (đại mạch, thóc nảy mầm)

5 Enzyme pullulanase (α-dextrin6-glucosidase) (EC 3.2.1.41) [2]

Enzyme này có thể thủy phân các liên kết α-1,6 của tinh bột, glucogen và các dextrin tới hạn Điều đáng chú ý là sự định vị của các liên kết α-1,6 có ảnh hưởng lớn đến tác động của enzyme Đặc biệt là sự có mặt của hai liên kết α-1,4

Nguồn gốc

Enzyme

(kD)

20

nằm liền kề bên liên kết α-1,6 là điều kiện cần thiết cho enzyme phân cắt liên kết này Pullulanase phân giải các liên kết α-1,6 glucoside bị bao quanh tứ phía bởi các liên kết α-1,4 Nó còn có khả năng thủy phân cả những dextrin phân tử thấp chỉ gồm có hai gốc maltose nối nhau bằng liên kết α-1,6 glucoside Tác dụng hiệp đồng của α- amylase và pullulanase làm nó bị thủy phân hoàn toàn

6 α-glucosidase hay maltase (α-D glucoside-glucohydrolase) (EC 3.2.1.20) [6]

Nhiều loại nấm sợi sản sinh enzyme này Giống như elucomylase, nó thủy phân maltose thành glucose nhưng không thủy phân tinh bột Maltase và glucozyltranferase là một enzyme đồng nhất vừa có khả năng thủy phân liên kết α- 1,4-glucose trong các glucopiranoside vừa có khả năng chuyển các gốc glucoside sang đường và rượu

1.5 Enzyme sử dụng trong nghiên cứu

Enzyme α-amylase (termamyl)

Alpha-amylase Novo gọi là termamyl, termamyl là chế phẩm lỏng, chịu

được nhiệt độ cao và được sản xuất từ vi sinh vật Bacillus lichenifomis

Termamyl là một endo-amylase, có tác dụng thủy phân liên kết 1,4-α-glucoside thành amylose và amylopectin dưới tác dụng của termamyl cơ chất tinh bột nhanh chóng thủy phân tạo thành dextrin và oligo saccharise tan trong nước Termamyl trong thực tế với sản phẩm là Termamyl 120L

Enzyme termamyl dễ tan trong nước ở mọi nồng độ trong điều kiện thường dùng Độ vẫn đục có thể xảy ra trong chế phẩm enzyme nhưng không ảnh hưởng đến hoạt tính chung hay tính năng của sản phẩm

Sản phẩm này không cháy và hoàn toàn hoà tan trong nước, nên tránh tiếp xúc da và hít phải, nếu tiếp xúc da phải rửa nhiều lần bằng nước

Ảnh hưởng của calci, pH, nhiệt độ đến độ ổn định của termamyl

Trong bột nhão, tính ổn định của termamyl được thoả mãn với sự hiện diện

từ 570ppm Ca2+ Trong bảng, các số liệu thấy ổn định của termamyl trong bột nhão ở nồng độ 30% trong vùng điều kiện nhiệt độ và pH ở các nồng độ ion

Ứng dụng của Termamyl trong công nghiệp [10]

Trong kỹ nghệ tinh bột, termamyl được dùng cho dịch hoá liên tục tinh bột trong nồi hơi hoặc trong những thiết bị tương tự hoạt động ở nhiệt độ 105-110°C

và vì vậy lợi dụng được tính ổn định nhiệt cực cao của enzyme

Trong kỹ nghệ nấu cồn, termamyl được sử dụng để phân tán tinh bột trong nghiền và chưng cất Và ở giai đoạn này cũng lợi dụng được độ ổn định nhiệt của enzyme Hơn nữa, rất có thể thực hiện chưng cất không cần điều chỉnh pH

và thêm Ca mặc dù điều kiện có hơi khác điều kiện tối ưu Điều này là do phạm

vi pH tương đối lớn và việc đòi hỏi calci của enzyme tương đối thấp Nó làm cho quy định sản xuất được đơn giản và mức độ rủi ro của cặn calci được giảm thiểu trong cột chưng cất

Trong kỹ nghệ nấu bia, termamyl được dùng để phụ giúp cho việc dịch hoá

22

được dễ dàng Do độ ổn định ở nhiệt độ cao của enzyme quy trình nấu có thể được đơn giản hoá Nhờ vậy, việc gia tăng tỷ lệ phụ cũng có thể thực hiện được Trong kỹ nghệ đường, termamyl được sử dụng để phá lượng tinh bột hiện diện trong nước mía Vì vậy, hàm lượng tinh bột trong đường thô được giảm và việc lọc đường tại nhà máy tinh luyện được dễ dàng hơn

Trong kỹ nghệ dệt, termamyl được sử dụng ở nhiệt độ cao để rủ hồ trước khi nhuộm, loại enzyme kỹ thuật được áp dụng trong công nghệ này

Sử dụng enzyme termamyl để hoạt hóa tinh bột

Giới thiệu

Termamyl được dùng để dịch hóa tinh bột thành dextrin theo phương pháp enzyme, cầu nối 1,4 alpha của phân tử tinh bột được thủy giải một cách rải rác, đưa đến kết quả với sự giảm thấp độ nhớt của tinh bột đã được hồ hóa, và gia tăng lượng đường

Dịch hóa được tiến hành để đưa đến độ đường (DE) cần thiết cho công đoạn tiếp theo Trong đường hóa cho đường dextrose (glucose), một độ DE 8-12 thường được sử dụng Độ DE tối đa có thể đạt được khi sử dụng termamyl là khoảng 40

Dịch hóa

Termamyl chịu được nhiệt độ cao Tại nhiệt độ 105°C termamyl hoạt động rất cao và có tính ổn định một cách đầy đủ theo thời gian phản ứng để có thể đi qua giai đoạn dịch hóa của tinh bột mà hoạt tính enzyme bị mất không đáng kể Cách tiến hành:

Sau khi điều chỉnh pH, termamyl được đưa vào dung dịch tinh bột, đã được

hồ hóa hoàn toàn ở 105°C, sau đó giảm nhiệt độ xuống khoảng 90-100°C, và enzyme có điều kiện thuận lợi tác dụng trong 1-2 giờ cho đến khi đạt được độ

DE cần thiết

- Enzyme α-amylase (Fungamyl) [10]

Alpha amylase của hãng novo được gọi là fungamyl thu được từ nấm mốc

Aspergillus oryzae Tên theo danh pháp là 1,4 alpha-D- glucan glucanohydraza

đã dịch hoá với enzyme

Trong công nghệ bia, fungamyl được dùng trong giai đoạn lên men để gia tăng hệ thống lên men của nước nha Độ lên men có thể tăng lên đến 2-5% Trong công nghệ chế tạo cồn, fungamyl được sử dụng trong giai đoạn dịch hoá tinh bột trong thiết bị với nhiệt độ thấp (55-60°C)

Trong kỹ nghệ làm bánh (bisqui hay bánh mì), fungamyl được sử dụng để

hổ trợ hàm lượng thấp của α-amylase chứa trong bột tiểu mạch Sự áp dụng của fungamyl làm tăng cấu tạo và thể tích bánh

1.6 Phụ gia và hóa chất

1.6.1 Nước sử dụng trong nghiên cứu [12]

Đối với phản ứng thủy phân bằng enzyme thì nước không những là môi trường để khuếch tán enzyme và cơ chất mà còn mà còn là tác nhân tham gia vào phản ứng nữa Nước không những ảnh hưởng đến vận tốc mà còn ảnh hưởng đến chiều hướng thủy phân Như vậy nước cũng là một yếu tố điều chỉnh dùng nước để tăng cường tăng cường hay kìm hãm phản ứng thủy phân có xúc tác của enzyme Nước sử dụng trong nghiên cứu phải là nước ăn uống đúng theo quy định

1.6.2 Acid citric [TCVN 5516- 1991]

Dùng điều chỉnh pH dung dịch sau khi dịch hoá tạo điều kiện thích hợp cho

24

quá trình đường hoá tiếp theo

Hàm lượng acid citric > 99%

Hàm lượng nước < 0.3% Ở dạng tinh thể: Không lẫn tạp

Acid citric dùng trong thực phẩm phải đảm bảo yêu cầu về thành phần hoá học cũng như các chỉ tiêu cảm quan

Bảng 1.5 Quy định về chất lượng cảm quan của acid citric trong thực

phẩm [12]

Bảng 1.6 Quy định về thành phần hoá học của acid citric trong thực phẩm

[11]

Trạng thái và màu sắc Các tinh thể không màu hoặc bột trắng không vón

cục

Mùi Dung dịch acid citric trong nước cất không có mùi

Tên chỉ tiêu Yêu cầu chất lượng

Acid citric tính trong

- Dư lượng hóa chất không vượt quá quy định

- Độc tố vi nấm Aflatoxin không phát hiện

Chỉ tiêu côn trùng nấm mốc:

- Côn trùng các loại : không được có

- Tổng số bào tử nấm mốc trong l kg nguyên liệu: không lớn hơn 10.000 bào tử

Chỉ tiêu vệ sinh dinh dưỡng:

- Hàm lượng vitamin B1 trong 100g nguyên liệu: theo công nghệ

chế biến

Chỉ tiêu cảm quan:

- Màu sắc, mùi vị đặc trưng từng giống, từng loại, không biến màu, không

bị hư hỏng và không có mùi lạ

2.1.2 Các chế phẩm enzyme [2]

Trong đề tài nghiên cứu này: sử dụng enzyme của hãng Novo, gồm ba loại enzyme: Termamyl, Fungamyl và Pectinex Utral Clear

Các loại enzyme được mua tại cửa hàng số 202 Hoàng Văn Thụ, phường

9, quận Phú Nhuận, TP Hồ Chí Minh

27

❖ Giới thiệu về các chế phẩm enzyme sử dụng trong nghiên cứu

Termamyl ® 120L

Hình 2.1 Hình ảnh enzyme Pectinex Utral Clear (bên trái) và enzyme

Fungamyl (bên phải) sử dụng trong nghiên cứu

Bảng 2.1 Đặc tính sản phẩm

Hoạt tính công bố 120 KNU /g

Màu nâu Nâu sáng đến nâu đen

Màu sắc sản phẩm củ lô khác nhau có thể khác nhau Cường độ màu không thể hiện hoạt tính enzyme

Chiết suất từ vi sinh

vật

Baccilus lioheniformis

Quy trình sản xuất Được sản xuất bởi quá trình lên men của một loại vi sinh

vật, vi sinh sinh sản theo tiêu chuẩn châu Âu, enzyme là protein được trích ly và tinh chế từ môi trường nuôi cấy

28

Bảng 2.2 Đặc điểm sản phẩm

Giới hạn trên Giới hạn dưới Đơn vị

Hoạt tính alpha – amylase

Sản phẩm enzyme tinh sạch được giới thiệu dùng như phụ gia thực phẩm và trong danh mục hóa chất dùng cho thực phẩm (Food Chemical Codex) theo tiêu chuẩn của tổ chức FAO/WHO

[DỊCH TỪ TÀI LIỆU CỦA NOVOZYME].2.2 Phương pháp nghiên cứu

Phản ứng thủy phân là một tính chất quan trọng của tinh bột, nó cắt đứt liên kết giữa các đơn vị glucose bằng acid hoặc bằng enzyme Acid có thể thủy phân tinh bột ở dạng hạt ban đầu hoặc dạng hồ hóa hay dạng paste, còn enzyme chỉ thủy phân hiệu quả ở dạng hồ hóa Một số enzyme thường dùng là α- amylase, β-amylase Acid và enzyme giống nhau là đều thủy phân các phân tử tinh bột bằng cách thủy phân liên kết α-l,4-glycoside Đặc trưng của phản ứng này là sự giảm nhanh độ nhớt và sinh ra đường

Sự thủy phân tinh bột bằng acid được sử dụng nhiều trong quá khứ Nhưng

Đó chính là lý do chúng tôi chọn phương pháp thủy phân bằng enzyme trong đề tài nghiên cứu nước uống đóng chai từ bột bí đỏ Đối tượng thủy phân

là tinh bột Tác nhân xúc tác là các enzyme

Những enzyme xúc tác đều có những đặc hiệu riêng điều kiện hoạt động thích hợp, nhiệt độ, pH môi trường khác nhau tùy từng loại Ở điều kiện tối ưu enzyme hoạt động mạnh mẽ và thúc đẩy phản ứng diễn ra nhanh Tùy vào mục đích và sản phẩm mong muốn sau quá trình thủy phân mà lựa chọn enzyme thích hợp

Dựa vào tính chất của các enzyme đã liệt kê và sản phẩm chúng tôi nghiên cứu là nước uống đóng chai thủy phân triệt để từ bột bí đỏ Chúng tôi chọn enzyme termamyl cho quá trình dịch hóa và fungamyl cho quá trình đường hóa

2.2.1 Phương tiện thí nghiệm

❖ Địa điểm: đề tài được thực hiện tại phòng thí nghiệm Viện kỹ thuật kinh tế

❖ Thời gian thực hiện từ 02/2017 đến 06/2017

❖ Các thiết bị và dụng cụ trong nghiên cứu

Hóa chất: các hóa chất phục vụ phân tích