Sử dụng enzyme α amylase trong thủy phân tinh bột từ gạo huyết rồng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC – CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM HỌC PHẦN: ENZYME HỌC BF4712 SỬ DỤNG ENZYME α-AMYLASE TRONGAMYLASE TRONG THỦY PHÂN TINH BỘT TỪ GẠO HUYẾT RỒNG Bố cục: • Phần 1: Khát quát • Phần 2: Phương pháp nghiên cứu • Phần 3: Kết thảo luận • Phần 4: Kết luận Phần 1:Khái quát chung • Tinh bột nguồn dự trữ nhiều trồng quan trọng lúa mì, gạo, ngơ, sắn khoai tây - Ví dụ gạo có khoảng 28g/100g gạo nấu chín sắn mì khoảng 20-34% • Trong thập kỷ qua, có chuyển dịch từ phương pháp thủy phân tinh bột acid sang việc sử dụng enzyme chuyển hóa tinh bột + Ví dụ sản xuất maltodextrin, tinh bột biến tính, dịch đường glucose fructose Phương pháp thủy phân tinh bột sản xuất maltodextrin Phương pháp thủy phân tinh bột sản xuất glucose • Ứng dụng: Chuyển hóa tinh bột enzyme công nghệ thực phẩm Sản xuất etanol Sản xuất bánh mì (Enzyme Amylase ) Ứng dụng ngành thịt ( Enzyme Protease) Sản xuất thức ăn chăn nuôi gia súc (Enzyme Cellulase) Sản xuất rượu vang ( Enzyme Pectinase ) ENZYME AMYLASE • Thuộc nhóm enzyme thủy phân, xúc tác phân giải liên kết nội phân tử nhóm polysaccharide với tham gia nước, thường sử dụng để thủy phân tinh bột • Enzyme amylase góp phần quan trọng cho nhiều ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, dùng phổ biến số lãnh vực công nghiệp thực phẩm sản xuất bánh mì, glucose, rượu, bia,… + Trong sản xuất bánh mì, chế phẩm amylase làm thay đổi chất lượng bánh mì hương vị, màu sắc, độ xốp,… + Trong sản xuất rượu, bia việc sử dụng amylase có hạt nẩy mầm thay malt góp phần đáng kể việc giảm giá thành • Có thể tìm thấy nhiều nguồn khác từ thực vật động vật, mầm thóc, mầm đại mạch (malt), hạt bắm nảy mầm hay từ nấm mốc,… nguyên liệu cho sản xuất gạo, bắp, khoai mì… ngun liệu dễ tìm, rẻ dễ dàng tìm thấy Việt Nam Enzyme alpha- amylase (EC.3.2.1.1, 1,4-α-D-glucan glucanohydrolase) ⮚ Alpha-amylase (α-amylase) dạng chủ yếu enzyme amylase tìm thấy người động vật có vú khác ⮚ Giúp thủy phân liên kết alpha polysaccharide tinh bột glycogen, tạo chất đơn giản glucose maltose ⮚ Alpha-amylase có mặt hạt thực vật sử dụng tinh bột loại lượng dự trữ, vi khuẩn chất tiết số loại nấm + Hoạt động với khoảng pH 5.0 – 7.0, tối ưu 5.5 – 6.0 + Hoạt lực : 40 000 U/ml (minimum) + Đặc điểm : dung dịch lỏng màu nâu đậm + Nhiệt độ tối ưu sản phẩm 90oC, hoạt động 95 – 97oC trì hoạt lực cao 100oC Đối với trình thủy phân liên tục, sản phẩm ổn định nhiệt độ lên đến 105 - 110oC, tiếp tục trì ổn định -7 phút, thủy phân nhanh chóng, hiệu hoàn toàn (Cty TNHH Đầu tư Phát triển Thị trường Hóa chất - Mdi Chemical Co) Gạo huyết rồng: +giống gạo đỏ truyền thống vùng đất ngập nước, chua phèn Đồng Tháp Mười +hạt dài màu đỏ sậm, thơm, nhai có vị bùi, hạt mẩy, màu đỏ nâu, bẻ đơi hạt gạo cịn màu đỏ bên trong, nấu chín thơm ngậy +ưu vượt trội chất đạm, vitamin B1, chất xơ tiêu hóa, chất sắt, có giá trị dinh dưỡng cao tốt cho sức khỏe g +Tiêu thụ cịn nên chưa nâng cao giá trị thương phẩm chúng🡪 việc đa dạng hóa sản phẩm từ gạo góp phần thỏa mãn nhu cầu ăn uống người, tăng thu nhập cho người trồng lúa nâng cao giá trị kinh tế giống gạo huyết rồng + Gạo chứa hàm lượng tinh bột cao chuyển hóa thành đường để tăng tính hữu dụng cho sản phẩm giai đoạn Enzyme thủy phân amylase, α-amylase tìm thấy từ thực vật động vật Phần 2: Phương pháp nghiên cứu 2.1 Nguyên liệu - Gạo huyết rồng (Oryza sativa) có nguồn gốc từ Tiền Giang - Enzyme α–amylase có nguồn gốc từ vi khuẩn Bacillus subtilis sử dụng 2.2 Phương pháp thủy phân - Phân tích tiêu lý hóa học, bao gồm độ Brix, hàm lượng đường khử độ nhớt - Bố trí ngẫu nhiên với nhân tố nồng độ enzyme α-amylase thay đổi từ 0,05 đến 0,25% (cách 0,05%), nhiệt độ dịch hóa từ 70 đến 90oC (cách 10o C) thời gian thủy phân khảo sát thời gian từ 10 đến 60 phút - Đo giá trị độ nhớt, độ Brix hàm lượng đường khử dịch thủy phân theo mức độ thời gian thí nghiệm bố trí Gạo huyết rồng xay Trộn với nước theo tỉ lệ 1:5 Hồ hóa 70oC – 30 phút Nâng nhiệt cần đo Thủy phân với enzyme α– amylase Làm nguội đến nhiệt độ phịng Phân tích 2.3 Phương pháp phân tích liệu • • • • • • • • • Độ ẩm: phương pháp sấy khô đến khối lượng không đổi (TCVN 1867:2001) Protein: phương pháp chưng cất đạm Kjeldahl (AOAC, 2000) Lipid: hàm lượng lipid thô (TCVN 4331:2001) Glucid: phân tích theo phương pháp sử dụng acid sulfuric (Dubois, 1956) Tinh bột: xác định máy spectrophotometer (Jarvis and Walker, 1993) Tro: phương pháp nung nhiệt độ 500o C (AOAC, 2000) Nồng độ chất khơ hịa tan (o Brix): xác định chiết quang kế Alla (France) Hàm lượng đường khử (DE %): xác định theo phương pháp Miller (1959) Độ nhớt dịch thủy phân: đo máy đo độ nhớt Brookfield (USA) 2.4 Xử lý số liệu Sử dụng phần mềm Excel STATGRAPHIC Centurion XVI.I để tính tốn, thống kê số liệu vẽ biểu đồ Phần 3: Kết thảo luận 3.1 Giá trị dinh dưỡng gạo huyết rồng Phân tích giá trị dinh dưỡng gạo huyết rồng Nhận thấy hàm lượng tinh bột cao gạo huyết rồng (77,54%) nguồn chất tốt cho trình thủy phân enzyme α-amylase 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ, nồng độ enzyme thời gian đến trình thủy phân enzyme α-amylase Ảnh hưởng nhiệt độ +Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến phản ứng enzyme Tốc độ enzyme tăng đến giới hạn nhiệt độ định, vượt giới hạn tốc độ enzyme giảm dẫn đến mức triệt tiêu + Giá trị độ Brix nhỏ độ nhớt đạt cao thủy phân 70o C ngược lại giá trị độ Brix đạt cao độ nhớt thấp thủy phân 90o C Như vậy, nhiệt độ nhiệt độ thích hợp cho hoạt động enzyme -amylase Kết phù hợp enzyme có nguồn gốc từ vi khuẩn Bacillus subtilis hoạt động mạnh 90o C, có khả dịch hóa tinh bột làm giảm độ nhớt dịch hồ hóa 2 Ảnh hưởng nồng độ enzyme -Trong điều kiện nồng độ chất thích hợp vận tốc phản ứng tuyến tính với nồng độ enzyme Khi nồng độ enzyme tăng đến giới hạn tốc độ phản ứng không tăng lên -Giai đoạn đầu nồng độ chất thừa, vận tốc phản ứng tỷ lệ thuận với nồng độ enzyme, hàm lượng chất khô hòa tan tăng Càng sau sản phẩm tạo thành tăng lên, vừa chất ức chế không cạnh tranh, vừa làm cho lượng chất môi trường giảm nên tiếp tục tăng nồng độ enzyme vận tốc phản ứng tăng không đáng kể 3 Ảnh hưởng thời gian thủy phân đến thay đổi độ Brix, đường khử độ nhớt - Quá trình thủy phân tinh bột -amylase gồm nhiều giai đoạn Ban đầu chất bị thủy phân tạo lượng lớn dextrin phân tử thấp, độ nhớt hồ tinh bột giảm nhanh Sau dextrin bị phân cách tiếp tục tạo mạch ngắn dần bị phân giải chậm đến glucose maltose 🡪Điều phù hợp với lý thuyết, enzyme tạo lực với sản phẩm tạo thành phản ứng chất, sản phẩm sinh đóng vai trị chất kìm hãm khơng cạnh tranh kìm hãm hoạt động enzyme 3.3 Tương quan biến phụ thuộc (độ Brix, đường khử độ nhớt) biến độc lập (nhiệt độ, nồng độ enzyme thời gian thủy phân) trình thủy phân Độ Brix Khi nồng độ enzyme sử dụng tăng giá trị độ Brix đạt lớn đạt giá trị cao nồng độ enzyme 0,15% (nồng độ enzyme khoảng 0,05–0,25%) Ở thời gian 40 phút cho hiệu suất thủy phân tốt, giá trị độ Brix tương đối cao so với thời gian khảo sát lại (trong khoảng 10–60 phút) Đồng thời, nhiệt độ tăng độ Brix tăng cho giá trị cao 90o C (nhiệt độ thủy phân khoảng 70–90o C) 2 Đường khử Kết khảo sát cho thấy nồng độ enzyme tăng hàm lượng đường khử sau thủy phân cao đạt cao 0,15% Tiếp tục tăng nồng độ enzyme tốc độ phản ứng không tăng lên Ở thời gian 40 phút cho hiệu suất thủy phân tốt, hàm lượng đường khử thủy phân mức nhiệt độ 70, 80 90o C cao khác biệt có ý nghĩa so với thời gian khảo sát lại (trong khoảng 10 đến 60 phút) Bên cạnh đó, hàm lượng đường khử tỷ lệ với nhiệt độ cho giá trị cao 90o C (nhiệt độ thủy phân khoảng 70–90o C) Ở nhiệt độ thủy phân 90o C, mơ hình bề mặt đáp ứng (Hình 3) thể ảnh hưởng nồng độ enzyme thời gian thủy phân đến hàm lượng đường khử tạo thành 3.Độ nhớt Sau hồ hóa 70o C 30 phút, hạt tinh bột hút nước, bắt đầu trương nở trở nên đặc Enzyme amylase sử dụng có nguồn gốc từ vi khuẩn Bacillus subtilis nên thủy phân nhiệt độ 90o C hoạt tính enzyme thể cao nhất, thu dung dịch có độ nhớt thấp khác biệt có ý nghĩa so với nhiệt độ lại (trong khoảng 70 90o C) Nồng độ enzyme 0,25% sử dụng cho dung dịch có độ nhớt thấp khác biệt có ý nghĩa so với nồng độ cịn lại (trong khoảng 0,05 0,25%) Độ nhớt dung dịch giảm có ý nghĩa tăng thời gian thủy phân từ 10 đến 50 phút, tiếp tục tăng thời gian thủy phân lên 60 phút độ nhớt giảm enzyme tiếp tục cắt mạch tinh bột thành mạch ngắn khơng khác biệt có ý nghĩa Hình 4, cho thấy: Ở nhiệt độ 90o C, biểu đồ bề mặt đáp ứng thể ảnh hưởng nồng độ enzyme thời gian thủy phân đến độ nhớt dịch thủy phân biểu diễn Phần 4: Kết luận Enzyme α-amylase tỏ hiệu cao trình thủy phân dịch tinh bột, chuẩn bị nguyên liệu cho trình chế biến sản phẩm từ nguồn nguyên liệu gạo huyết rồng Với điều kiện kỹ thuật tối ưu chọn lựa, nồng độ enzyme α-amylase 0,18% sử dụng cho trình thủy phân nhiệt độ 90o C thời gian 41,44 phút cho dịch thủy phân đạt độ Brix hàm lượng đường khử cao (14,30% 11,82%, tương ứng), với độ nhớt dịch thủy phân đạt tương đối thấp (31,2 cP) Các phương trình tương quan thiết lập hữu dụng cho việc dự đoán hàm lượng đường khử theo độ Brix, độ Brix, hàm lượng đường khử độ nhớt dịch tinh bột theo nhiệt độ, nồng độ enzyme -amylase thời gian thủy phân Tài liệu tham khảo: file:///C:/Users/admin/Downloads/TP10-DUONG%20THI%20NGOC%20HANH(61-67)%20(2).pdf Công ty TNHH Đầu tư Phát triển Thị trường Hóa chất - Mdi Chemical Co ... trị dinh dưỡng gạo huyết rồng Phân tích giá trị dinh dưỡng gạo huyết rồng Nhận thấy hàm lượng tinh bột cao gạo huyết rồng (77,54%) nguồn chất tốt cho trình thủy phân enzyme α- amylase 3.2 Ảnh... phương pháp thủy phân tinh bột acid sang việc sử dụng enzyme chuyển hóa tinh bột + Ví dụ sản xuất maltodextrin, tinh bột biến tính, dịch đường glucose fructose Phương pháp thủy phân tinh bột sản... phẩm từ nguồn nguyên liệu gạo huyết rồng Với điều kiện kỹ thuật tối ưu chọn lựa, nồng độ enzyme α- amylase 0,18% sử dụng cho trình thủy phân nhiệt độ 90o C thời gian 41,44 phút cho dịch thủy phân