TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH ĐƯỜNG HÓA TINH BỘT BẮP NẾP BẰNG ENZYME GLUCOAMYLASE

- Chất khô hòa tan, đường khử, glucoamylase, nhiệt độ, thời gian.
- nhiệt độ (60÷70 o C) và thời gian thủy phân được thực hiện trong khoảng 30 đến 240 phút.
- Mức độ đường hóa được kiểm soát bằng tốc độ tạo thành các chất khô hòa tan và hàm lượng đường khử (glucose) sau các điều kiện xử lý bằng enzyme glucoamylase.
- Kết quả phân tích bằng sử dụng mô hình bề mặt đáp ứng cho thấy điều kiện tối ưu để thủy phân tinh bột bắp bằng glucoamylase với nồng độ enzyme 0,12% ở nhiệt độ 66,76 o C trong 237 đến 240 phút cho hàm lượng đường khử đạt được cao nhất .
- đây thủy phân tinh bột bằng acid được sử dụng phổ biến thì hiện nay đã được thay thế phần lớn bởi các tiến trình xử lý bằng enzyme với nhiều loại enzyme được sử dụng.
- Mặc dù, tinh bột từ các loại thực vật khác nhau có thể được sử dụng nhưng bắp vẫn là nguồn phong phú nhất trên thế giới và cung cấp hầu hết các chất nền sử dụng cho quá trình thủy phân tinh bột.
- quá trình hóa lỏng, liên quan đến sự thủy phân một phần của tinh bột, với sự mất mát đồng thời độ nhớt.
- và đường hóa, liên quan đến việc sản xuất glucose và maltose bằng cách thủy phân tiếp tục.
- Trong hai thành phần của tinh bột, amylopectin hiện diện cũng là thách thức lớn cho các nhóm enzyme thủy phân.
- Hầu hết các enzyme thủy phân liên kết 1,4-glucoside nhưng các liên kết 1,6-glucoside cũng phải được cắt để thủy phân hoàn toàn amylopectin thành glucose (Nguyễn Đức Lượng và ctv., 2004).
- Dịch đường thủy phân từ tinh bột bắp theo tiến trình này có thể thay thế cho các chất tạo ngọt khác trong các sản phẩm bánh kẹo do không có mùi đặc trưng.
- Sữa bắp được sản xuất với nguyên liệu là sản phẩm của quá trình thủy phân này.
- Vì vậy, mục tiêu nghiên cứu là tối ưu hóa quá trình thủy phân tinh bột bắp nếp bằng glucoamylase với hàm lượng đường khử đạt được là cao nhất..
- Thực hiện hồ hóa hỗn hợp ở nhiệt độ 70÷80 o C trong 10 phút và tiếp tục dịch hóa hỗn hợp bằng α-amylase.
- Hỗn hợp được hạ nhiệt độ để tiếp tục quá trình đường hóa bằng glucoamylase (được bố trí theo các thí nghiệm).
- Hàm lượng đường khử của các mẫu sau khi xử lý được phân tích..
- Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 3 nhân tố: nhiệt độ thủy phân: 60, 65 và 70 o C,.
- nồng độ enzyme glucoamylase và 0,15%.
- và thời gian thủy phân thay đổi 30 đến 240 phút..
- Xác định hàm lượng chất khô hòa tan ( o Brix) bằng chiết quang kế Alla (Pháp)..
- Hàm lượng đường khử được xác định theo phương pháp Miller (1959), trong đó nhóm aldehyde hoặc cetone trong đường khử phản ứng với acid dinitrosalicylic tạo 3-amino-5- nitrosalicylic có màu đỏ.
- Quá trình đường hóa là quá trình chuyển hóa hoàn toàn dextrin thành đường khử..
- 3.1 Ảnh hưởng của các điều kiện thủy phân đến hàm lượng chất khô hòa tan của dịch đường.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian thủy phân (ở nồng độ enzyme 0,15%) đến hàm lượng chất khô hòa tan.
- Do đó, hàm lượng chất khô hòa tan tăng hơn so với giai đoạn dịch hóa.
- Khi tăng nhiệt độ, nồng độ enzyme và thời gian thủy phân thì hàm lượng chất khô hòa tan tăng nhưng không đáng kể.
- Kết quả tương tự đạt được khi sử dụng enzyme với các nồng độ khác nhau..
- Thời gian thủy phân (phút).
- Hình 1: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian thủy phân đến hàm lượng chất khô hòa tan của dịch thủy phân (nồng độ glucoamylase 0,15%).
- Ghi chú: Các sai số thể hiện trên hình là độ lệch chuẩn (STD) của giá trị trung bình Ảnh hưởng của nồng độ và thời gian thủy phân.
- (ở nhiệt độ thủy phân 65 o C) đến hàm lượng chất khô hòa tan.
- Kết quả khảo sát cho thấy khi nồng độ enzyme tăng trong thời gian đầu của quá trình thủy phân (từ 30 đến 120 phút) thì hàm lượng chất khô hòa tan tăng nhẹ..
- Tuy nhiên đến giai đoạn thủy phân tiếp theo (từ 120 đến 240 phút), hàm lượng chất khô hòa tan.
- Đồng thời không tìm thấy sự khác biệt có ý nghĩa giữa nồng độ enzyme 0,1 và 0,15% sử dụng..
- Kết quả tương tự đạt được khi thủy phân bằng glucoamylase ở các nhiệt độ thủy phân khác (60 và 70 o C) (dữ liệu không đưa ra đầy đủ ở đây)..
- Hình 2: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme và thời gian thủy phân đến hàm lượng chất khô hòa tan của dịch thủy phân (nhiệt độ thủy phân 65 o C).
- 3.2 Ảnh hưởng của các điều kiện thủy phân trọng chứng minh hiệu quả của enzyme.
- Kết quả thống kê thể hiện ở bảng ANOVA diễn tả sự biến đổi của hàm lượng đường khử (HLDK) phụ thuộc và có sự đóng góp của các nhân tố khác nhau.
- 3.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ.
- Tốc độ phản ứng của enzyme tăng giảm theo nhiệt độ, tuy nhiên sự tăng giảm này chỉ thể hiện trong một giới hạn nhiệt độ nhất định.
- Kết quả thống kê ANOVA (Bảng 1) cho thấy khi tăng nhiệt độ từ 60 lên 65 o C thì hàm lượng đường khử tăng có ý nghĩa.
- Tuy nhiên, nếu tiếp tục tăng nhiệt độ lên 70 o C thì hàm lượng đường khử giảm.
- Mặt khác, trong thí nghiệm này, enzyme sử dụng để thủy phân cơ chất có nguồn gốc từ nấm mốc Aspergillus niger có nhiệt độ tối ưu là 60-65 o C (Hoàng Kim Anh và ctv., 2003).
- Vì vậy, kết quả thí nghiệm đã phản ánh đúng lý thuyết về ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình thủy phân của enzyme..
- Bảng 1: Phân tích ANOVA (Multiple Range Tests) của hàm lượng đường khử (thông qua kiểm định Fisher's LSD) theo nhiệt độ thủy phân (nồng độ glucoamylase và thời gian thủy phân 30240 phút).
- Nhiệt độ ( o C) Hàm lượng đường khử.
- 3.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme.
- Khi nồng độ cơ chất không đổi và tăng nồng độ enzyme thì ban đầu vận tốc phản ứng sẽ tăng nhanh do thừa cơ chất.
- Sau một thời gian thì nồng độ cơ chất và nồng độ enzyme bão hòa, lúc đó nếu tăng nồng độ enzyme thì vận tốc phản ứng vẫn không đổi.
- Sau một thời gian hoạt động, cơ chất bị.
- phân giải dần và giảm nồng độ nên tốc độ phản ứng không tăng lên nữa mà có khuynh hướng giảm dần hoặc ngừng hẳn khi gặp điều kiện bất lợi như sự thay đổi nồng độ sản phẩm, chất kìm hãm, pH, nhiệt độ… (Nguyễn Trọng Cẩn và ctv., 1998).
- Kết quả thể hiện ở Bảng 2 cho thấy khi tăng nồng độ enzyme từ 0,05 lên 0,1% thì hàm lượng đường khử tăng dần.
- Tuy nhiên, khi tăng nồng độ enzyme từ 0,1 lên 0,15% thì hàm lượng đường khử không thể hiện sự khác biệt ý nghĩa..
- Bảng 2: Phân tích ANOVA (Multiple Range Tests) của hàm lượng đường khử (thông qua kiểm định Fisher's LSD) theo nồng độ glucoamylase sử dụng (nhiệt độ 6065 o C, thời gian thủy phân 30240 phút).
- Nồng độ enzyme.
- Hàm lượng đường khử.
- 3.2.3 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân Bảng 3: Phân tích ANOVA (Multiple Range.
- Tests) của hàm lượng đường khử (thông qua kiểm định Fisher's LSD) theo thời gian thủy phân (với nồng độ enzyme và nhiệt độ 6065 o C).
- Thời gian thủy.
- phân (phút) Hàm lượng đường khử.
- Theo Crabb và Colin (1997), tốc độ phản ứng sẽ tăng theo thời gian phản ứng do enzyme có thời gian để tiếp xúc với cơ chất.
- Thời gian kết thúc phản ứng được xác định khi tốc độ phản ứng xảy ra chậm hoặc dừng lại, tức là nồng độ sản phẩm tăng ít hoặc không tăng nữa.
- Ngoài ra, nhiệt độ tối ưu.
- còn phụ thuộc vào thời gian tác dụng.
- Thời gian tác dụng lâu sẽ làm giảm khả năng chịu nhiệt của enzyme, khi đó hoạt tính của enzyme sẽ giảm khi kéo dài thời gian phản ứng.
- Khi tăng thời gian thủy phân từ 30 đến 180 phút, kết quả cho thấy hàm lượng đường khử tăng lên đáng kể do enzyme dễ dàng tiếp xúc với cơ chất (Bảng 3).
- Nếu tiếp tục tăng thời gian thủy phân từ 180 đến 240 phút thì hàm lượng đường khử tạo thành không thể hiện sự khác biệt ý nghĩa (độ tin cậy 95%)..
- 3.3 Tối ưu hóa quá trình thủy phân dịch tinh bột bắp bằng enzyme glucoamylase.
- Quá trình đường hóa cũng chịu ảnh hưởng quan trọng từ ba nhân tố nhiệt độ, nồng độ enzyme và thời gian thủy phân.
- Như đã thảo luận, hàm lượng đường khử là chỉ số quan trọng để đánh giá năng lực thủy phân của enzyme glucoamylase, do vậy tối ưu hóa quá trình thủy phân với các thông số nhiệt độ, thời gian thủy phân và nồng độ enzyme nhằm chọn được các điều kiện kỹ thuật phù hợp cho quá trình thủy phân dịch tinh bột với hiệu quả cao nhất..
- Trên cơ sở toàn bộ dữ liệu thu thập (với nhiệt độ thủy phân 6070 o C, nồng độ enzyme glucoamylase và thời gian thủy phân 30240 phút), kết quả cho thấy có thể xây dựng mô hình hồi quy đa chiều diễn tả mối quan hệ giữa.
- hàm lượng đường khử và các biến độc lập.
- Trong đó, HLĐK là hàm lượng đường khử.
- X là nhiệt độ thủy phân ( o C), Y là nồng độ glucoamylase.
- và Z là thời gian thủy phân (phút)..
- Trong đó chỉ có giá trị P của tương tác nồng độ (Y) và thời gian (Z) bằng 0,164 (lớn hơn 0,05), do đó biến này đã được rút ra khỏi phương trình.
- Trong khoảng nhiệt độ thủy phân 60÷70 o C, nồng độ enzyme và thời gian thủy phân 30÷240 phút, hàm lượng đường khử được tính bằng cách thay giá trị X Y và Z vào phương trình 2..
- Tương quan giữa hàm lượng đường khử theo mô hình dự đoán và hàm lượng đường khử thực nghiệm được tìm thấy (hệ số xác định tương quan R Hình 3)..
- HL đường khử dự đoán.
- HL đường khử thực nghiệm.
- Hình 3: Tương quan giữa hàm lượng đường khử dự đoán và hàm lượng đường khử thực nghiệm (HL:.
- hàm lượng).
- glucoamylase sử dụng 0,1%) và (iii) nhiệt độ và.
- Hình 4: Mô hình bề mặt đáp ứng thể hiện tương quan giữa hàm lượng đường khử trong dịch thủy phân với nồng độ glucoamylase và thời gian thủy phân (nhiệt độ 65 o C).
- Hình 5: Mô hình bề mặt đáp ứng thể hiện tương quan giữa hàm lượng đường khử trong dịch thủy phân với nhiệt độ và thời gian thủy phân (nồng độ glucoamylase sử dụng 0,1%).
- Hình 6: Mô hình bề mặt đáp ứng thể hiện tương quan giữa hàm lượng đường khử trong dịch thủy phân với nhiệt độ và nồng độ glucoamylase sử dụng (thời gian thủy phân 180 phút).
- nhận cho thấy hiệu quả thủy phân tối ưu của glucoamylase có thể đạt được (với hàm lượng đường khử của dịch đường cao nhất) khi thực hiện ở nhiệt độ 66,76 o C, nồng độ enzyme sử dụng là 0,12% và thời gian thủy phân trong khoảng 237 đến 240 phút (tùy điều kiện sản xuất có thể chọn thời gian thích hợp)..
- hình Hàm lượng đường khử.
- và thời gian Nhiệt độ (65 o C) 0,12%.
- Nhiệt độ và thời.
- gian Nồng độ o C.
- Nhiệt độ và.
- nồng độ enzyme Thời gian (180.
- Ngoài ra, Kunamneni và Singh (2005), nhiệt độ và nồng độ tối ưu cho quá trình đường hóa của glucoamylase tương ứng là 54,9 o C và 0,069 U/mg.
- enzyme 12 mg, nhiệt độ 55°C) để thu được 0,4851 mg đường/mg cơ chất (Chowdary et al., 2000)..
- Kết quả nghiên cứu cho thấy có thể thiết lập được tương quan tốt giữa hàm lượng đường khử tạo thành từ quá trình thủy phân dịch tinh bột bắp với nhiệt độ, nồng độ enzyme và thời gian thủy phân (hệ số xác định tương quan cao).
- Mô hình bề mặt đáp ứng có thể được sử dụng để tối ưu hóa các điều kiện thủy phân dịch tinh bột bắp bằng enzyme glucoamylase.
- Hiệu quả thủy phân cao nhất đạt được khi sử dụng glucoamylase với nồng độ 0,12%, nhiệt độ 66,76 o C và thời gian 237 đến 240 phút.
- Ở các điều kiện tối ưu được chọn, hàm lượng đường khử trong dịch đường đạt được là cao nhất sau quá trình thủy phân..
- Tính chất và khả năng thủy phân tinh bột sắn của một số amylase vi sinh vật