TC.DD & TP 15 (5,6) - 2019 NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH DỊCH HĨA VÀ TẠO MALTODEXTRIN TỪ TINH BỘT KHOAI LANG BẰNG CHẾ PHẨM ENZYME CÔNG NGHIỆP Bùi Thị Hồng Phương1, Nguyễn Mạnh Đạt2, Đỗ Thị Thủy Lê3, Đỗ Thị Thanh Huyền3, Nguyễn Thị Hồng Lĩnh3 Khoai lang loại củ lương thực có chứa hàm lượng tinh bột cao có sản lượng lớn Việt Nam Tuy nhiên, việc sản xuất sản phẩm tinh bột, maltodextrin từ khoai lang nhằm ứng dụng cho ngành cơng nghiệp thực phẩm cịn hạn chế Do đó, việc nghiên cứu sản xuất maltodextrin từ khoai lang góp phần nâng cao giá trị kinh tế cho loại nông sản Nghiên cứu tiến hành khảo sát điều kiện thích hợp cho q trình dịch hóa tinh bột khoai lang cách sử dụng chế phẩm enzyme α-amylase thương mại Termamyl, SEBstar HTL Các kết thu cho thấy lựa chọn chế phẩm enzyme SEBstar HTL sử dụng cho trình dịch hóa với điều kiện thủy phân thích hợp nồng độ tinh bột 25%, nhiệt độ 900C, pH 6,0; nồng độ enzyme 0,04%, thời gian 30 phút đạt giá trị DE 6,48, dịch tinh bột thủy phân dùng cho q trình đường hóa giai đoạn để tạo sản phẩm Matodextrin Từ khóa: Khoai lang, α-amylase, thủy phân, tinh bột, DE (dextrose) I ĐẶT VẤN ĐỀ Maltodextrin gồm nhiều loại sản xuất nhiều phương pháp khác phương pháp enzyme mang lại hiệu cao, an tồn cho sản phẩm, giảm thiểu nhiễm môi trường ứng dụng rộng rãi ngành công nghiệp thực phẩm thức ăn trẻ em, đồ ăn kiêng, đồ uống, bánh kẹo, sữa, kem dược phẩm thuốc bổ, thực phẩm chức Maltodextrin có tính chất có độ thấp, dễ tiêu hóa, có khả tạo màng, tạo gel, giữ nước, làm chất độn, chất mang nên ThS – Viện Công nghiệp Thực phẩm Email: bhphuong1980@gmail.com TS – Viện Công nghiệp Thực phẩm Viện Công nghiệp Thực phẩm tiềm ứng dụng chúng rộng Việc sản xuất maltodextrin từ nguyên liệu giàu tinh bột ngô, sắn thực nhiều nghiên cứu trước Đối với maltodextrin từ khoai lang chưa có báo cáo nghiên cứu thức việc sản xuất sản phẩm Do đó, nghiên cứu điều kiện thủy phân tinh bột khoai lang giai đoạn dịch hóa tạo sản phẩm DE cao thực nhằm đưa quy trình sản xuất maltodextrin từ loại nguyên liệu dồi khoai lang Việt Nam Ngày gửi bài: 1/9/2019 Ngày phản biện đánh giá: 20/11/2019 Ngày đăng bài: 30/12/2019 TC.DD & TP 15 (5,6) - 2019 II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.2.1 Đối tượng nghiên cứu - Tinh bột khoai lang Gia Bảo thu mua Công ty TNHH Gia Bảo - Tinh bột khoai lang sản xuất môn Công nghệ Enzyme Protein – Viện CNTP - Các chế phẩm enzyme thương mại sử dụng: Bảng 1: Thông số kỹ thuật chế phẩm enzyme Tên chế phẩm Termamyl SC 120L SEBstar HTL Nhà cung cấp Bản chất Điều kiện khuyến cáo Novozymes, Đan Mạch α-amylase pH 5,5 – 6,5; nhiệt độ 85 - 1000C 0,2 – 0,5g/ kg tinh bột SEB company, Mỹ α-amylase pH 5,6 – 6,5; nhiệt độ 80 - 900C 0,2 – 0,8g/ kg tinh bột 2.2.2 Phương pháp nghiên cứu Qui trình thí nghiệm - Tiền xử lý tinh bột: Xử lý nguyên liệu nhằm nâng cao chất lượng nguyên liệu, nâng cao hàm lượng tinh bột khả hoà tan tinh bột Phối trộn với nước theo tỷ lệ 1: 1: để tạo nồng độ 20-25% Sau hòa dịch bột, nâng dần nhiệt độ khối bột lên 45-550C Đảo trộn liên tục, tiếp tục nâng dần nhiệt độ lên 60-950C Bổ sung lượng enzyme với tỷ lệ 0,01-0,05% so với khối lượng tinh bột Nhiệt độ dịch hóa từ 75-950C Thời gian dịch hoá từ 10-60 phút, khuấy liên tục Quá trình nhằm phân cắt cấu trúc hạt tinh bột, thủy phân phần tinh bột tạo dextrin có mạch ngắn hơn, làm giảm độ nhớt tạo điều kiện cho ß- amylase phân cắt tốt giai đoạn đường hóa Tinh bột khoai lang Tiền xử lý Thủy phân Dịch thuỷ phân tinh bột khoai lang Phương pháp phân tích Xác định độ ẩm TCVN9934:2013 Xác định hàm lượng tinh bột theo TCVN 8765:2012 Xác định hàm lượng amylose [1] Xác định hàm lượng đường khử (DE) [3] Xác định hàm lượng tinh bột sót 10 Liều lượng khuyến cáo TC.DD & TP 15 (5,6) - 2019 Bố trí thí nghiệm Q trình thủy phân tinh bột loại enzyme điều kiện sau: - Termamyl: nồng độ tinh bột 20% (20 g tinh bột + 80 g nước); nồng độ enzyme 0,03%; nhiệt độ 900C; pH 6; thời gian 20 phút - SEB- Star HTL; Amylex 4T; Liquozyme X; nồng độ tinh bột 20% (20g tinh bột + 80 g nước); nồng độ enzyme 0,03%; nhiệt độ 850C; pH 6,0; thời gian 20 phút Dịch sau thủy phân làm nguội bổ sung axit HCl 0,5M đến pH để vô hoạt enzyme Sau đem xác định số đường khử (DE) hàm lượng tinh bột sót III KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Đánh giá chất lượng nguyên liệu tinh bột khoai lang Để so sánh đánh giá tiêu chất lượng tinh bôt khoai lang chúng tơi tiến hành lấy mẫu phân tích loại ngun liệu tinh bột khoai lang, mẫu thứ thu mua từ cơng ty TNHH Gia Bảo mẫu cịn lại môn Công nghệ Enzyme & Protein sản xuất Sau phân tích chúng tơi thu kết thể bảng sau: Bảng 2: Một số tiêu phân tích tinh bột khoai lang Chỉ tiêu Độ ẩm (%) Hàm lượng tinh bột (%) Hàm lượng amylose (%) Hàm lượng amylopectin (%) Độ hòa tan (%) Tinh bột khoai lang thị trường 11,32 83,25 27,54 72,46 12,19 Kết phân tích cho thấy độ ẩm nguyên liệu tinh bột khoai lang thu mua công ty TNHH Gia Bảo tinh bột khoai lang tự sản xuất Viện Công nghiệp thực phẩm < 13% - độ ẩm bảo quản yêu cầu hầu hết loại tinh bột Hàm lượng amylose loại tinh bột tương đương thuộc khoảng từ 15,3% đến 28,8%, tương tự nghiên cứu Lilia cộng [2] Độ hòa tan đạt mức cao khoảng kết mà Moorthya nghiên cứu từ 1,5% đến 13,65% [4] Hàm lượng tinh bột khoai lang loại nguyên liệu có giá trị cao Tinh bột khoai lang sản xuất 10,76 84,64 24,31 75,69 10,57 80% nên thấy chất lượng nguyên liệu tinh bột đạt chuẩn 3.2.Nghiên cứu ảnh hưởng loại enzyme trình thủy phân tinh bột Như nghiên cứu thủy phân biến tính tinh bột tinh bột sắn loại tinh bột dễ bị thủy phân nhất, sau đến tinh bột khoai lang tinh bột dong Trong trình tiến hành thực nghiệm, tinh khoai lang có khả chống lại hoạt động enzyme cao đứng thứ sau tinh bột sắn Enzyme thủy phân tinh bột có nhiều loại, tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu để lựa chọn en11 TC.DD & TP 15 (5,6) - 2019 zyme cho phù hợp Do vậy, sản xuất tinh bột biến tính có DE thấp, nghiên cứu lựa chọn loại enzyme thuộc nhóm enzyme α- amylase sử dụng cho q trình dịch hóa Hiện nay, enzyme dịch hóa thị trường có số loại chủ yếu enzyme Termamyl SC, Termamyl 120L, SEB-Star HTL, Amylex 4T, Liquorzyme X Vì vậy, tiến hành khảo sát khả thủy phân enzyme đến q trình dịch hóa tinh bột khoai lang Chất lượng thủy phân loại enzyme đánh giá số DE độ nhớt [5] Các thông số cố định là: Nồng độ enzyme loại 0,03%, thời gian dịch hóa 20 phút, nồng độ bột 20%, nhiệt độ dịch hóa enzyme SEB- Star HTL; Amylex 4T; Liquozyme X 85 – 900C; enzyme Termamyl 90-950C Kết thu thể bảng Bảng 3: Nghiên cứu lựa chọn enzim có hoạt lực trình thủy phân tinh bột Enzim Tinh bột khoai lang Termamyl SC Termamyl 120L SEB-Star HTL Amylex 4T Liquozyme X Nồng độ chất khô (o Bx) DE Độ nhớt (cP) 18,62 ±0,18 18,51 ±0,18 18,53 ±0,18 18,59 ±0,11 18,32 ±0,15 18,41 ±0,12 6,15 ±0,25 6,27 ±022 6,41 ±0,29 5,97 ±0,21 6,12 ±0,22 1197±0,35 126,2 ±0,35 121,6 ±0,19 120,8±0,27 122,3±0,22 121,8±0,03 Kết quả thí nghiệm của lần chuyển hoá lặp lại được trình bày bảng Qua bảng cho thấy enzim SEB-Star HTL có mức độ thủy phân cao thể giá trị DE cao so với loại enzyme thí nghiệm đạt giá trị DE 6,41 độ nhớt mẫu xác định thấp tương ứng với 120,8 (cp), với enzyme có mức độ thủy phân cao nồng độ enzyme dùng phù hợp qui mô công nghiệp với độ nhớt thấp trình lọc tiến hành dễ dàng hiệu thu hồi cao 3.3.Nghiên cứu lựa chọn nồng độ tinh bột thích hợp cho trình thủy phân tinh bột khoai lang enzyme SEB-Star HTL Khi nồng độ chất cao tiết kiệm 12 nhiều chi phí sản xuất tiết kiệm lượng nước sử dụng, tiết kiệm lượng cô đặc Tuy nhiên enzyme bị ức chế thừa chất dẫn tới hiệu suất thu hồi sản phẩm thấp Do vậy, ảnh hưởng nồng độ tinh bột đến hiệu trình thủy phân sau: tiến hành thủy phân sử dụng enzyme SEBstar HTL nồng độ 0,03% điều kiện nhiệt độ 850C; pH 6,0 thời gian 20 phút với nồng độ tinh bột thay đổi từ 15 – 35% Kết nghiên cứu thể sau: Khi khảo sát nồng độ tinh bột từ 15 – 35% điều kiện thủy phân, ta thấy sau 20 phút phản ứng, nồng độ 15, 20, 25; 30% tạo TC.DD & TP 15 (5,6) - 2019 sản phẩm có giá trị DE nằm khoảng 4,19 ; 5,11; 6,35 & 6,39 Trong nồng độ 25% 30% có giá trị DE tương đương nhau, cịn nồng độ 35% DE sản phẩm có cao chứa hàm lượng tinh bột sót cịn lại sản phẩm sử dụng nồng độ 35% cao DE Hàm lượng tinh bột sót 6,39 6,35 6,48 5,11 DE 4,19 2,17 0,65 15% 0,95 20% 1,19 25% 1,71 30% 35% NỒNG ĐỘ TB (%) Hình 1: Ảnh hưởng nồng độ tinh bột đến giá trị DE hàm lượng tinh bột sót sản phẩm Do vậy, từ kết nghiên cứu thấy, sử dụng nồng độ tinh bột 35% hoạt động enzyme bị ức chế, giảm nồng độ xuống 25% khả thủy phân tốt hẳn Do đó, xét mặt lợi ích kinh tế nhằm tiết kiệm lượng cho trình sau ta lựa chọn sử dụng nồng độ tinh bột sử dụng cho nghiên cứu 25% 3.4.Nghiên cứu lựa chọn nồng độ enzyme, nhiệt độ, thời gian pH thích hợp cho trình thủy phân tinh bột khoai lang 3.4.1 Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ enzyme Trong điều kiện nồng độ chất thích hợp vận tốc phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ enzyme Tuy nhiên, nồng độ enzyme tăng đến giá trị định tốc độ phản ứng khơng tăng Do đó, tiến hành khảo sát sử dụng nồng độ enzyme khác nhau: 0,01; 0,02 ; 0,03 ; 0,04 ; 0,05% (so với trọng lượng tinh bột khoai lang) điều kiện nồng độ tinh bột 25%, nhiệt độ 850C; pH 6,0; thời gian 20 phút Theo kết hình nồng độ enzyme 0,01% hàm lượng đường khử thu sau thủy phân 3,38 mg/ml đạt cao nồng độ enzyme 0,05% với hàm lượng đường khử 6,95 mg/ml giảm dần Nhưng nồng độ 0,04% hàm lượng đường khử đạt 6,89 mg/ ml khơng có khác biệt nhiều sử dụng nồng độ enzyme SEB-Star HTL 0,05% Do vậy, nhận thấy sử dụng nồng độ chất thay đổi nồng độ enzyme 13 TC.DD & TP 15 (5,6) - 2019 nồng độ enzyme thấp không đủ tác động phản ứng làm kìm hãm vận tốc phản ứng nên tốc độ phản ứng khơng tăng lên mà có khuynh hướng giảm dần ngừng hẳn [4] Với việc ng- hiên cứu ảnh hưởng nồng độ enzyme ghi nhận nồng độ 0,04% thu hàm lượng đường khử cao nhất, chọn nồng độ enzyme 0,04% cho nghiên cứu 800 6,36 6,95 5,15 600 DE 6,89 3,38 400 DE 200 000 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Hình 2: Ảnh hưởng nồng độ enzyme đến q trình dịch hóa 7.04 6.37 6.81 5.03 4.03 75oC 80oC 85oC Nhiệt độ ( oC) 90oC 95oC Hình 3: Ảnh hưởng nhiệt độ đến q trình dịch hóa 3.4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến q trình dịch hóa Sau tìm nồng độ enzyme thích hợp, chúng tơi tiến hành thí nghiệm với nồng độ enzyme SEBstar HTL 0,04% thời gian 20 phút, pH 6,0 mức nhiệt độ thủy phân khảo sát là: 75, 80, 85, 90, 95 (0C) Kết ghi nhận hình Theo hình 3.3 nhiệt độ 750C hàm lượng đường khử ghi nhận giá trị 4,03 (mg/ml) Ở nhiệt độ 800C hàm lượng đường khử đạt 5,03 (mg/ml) 14 tăng lên 6,37 mg/ml 850C Khi nhiệt độ đạt 900C, hàm lượng đường khử đạt cao với 7,04 mg/ml Ở nhiệt độ 950C, hàm lượng đường khử bắt đầu giảm xuống 6,81 mg/ml Qua kết trên, nhận thấy tốc độ enzyme tăng đến giới hạn nhiệt độ định, vượt giới hạn nhiệt độ tốc độ enzyme giảm Cũng thông cáo nhà sản xuất hoạt động tối ưu loại enzyme ghi nhận hoạt động tốt nhiệt độ từ 85-900C, nhiệt độ thấp TC.DD & TP 15 (5,6) - 2019 cao ảnh hưởng đến hoạt động enzyme dẫn đến hiệu không đạt giá trị mong muốn Do vậy, xác định giai đoạn dịch hóa tinh bột khoai lang chọn nhiệt độ trình 900C 3.4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian q trình dịch hóa Thời gian yếu tố quan trọng trình khảo sát thủy phân tinh bột khoai lang Nên sau tìm nồng độ enzyme nhiệt độ thích hợp, chúng tơi tiếp tục tiến hành thí nghiệm với mức thời gian thủy phân khảo sát là: 20, 30, 40, 50, 60 (phút) Kết ghi nhận bảng 4: Bảng 4: Khảo sát ảnh hưởng thời gian q trình dịch hóa Thời gian (phút) Hàm lượng đường khử (mg/ml) 20 7,04 Kết bảng cho thấy: hàm lượng đường khử đạt thời gian 20 phút ,04 mg/ml đạt cao thời gian 30 phút 8,75 mg/ml, sau giảm dần qua mốc thời gian cuối đạt 7,61 mg/ml thời gian 60 phút Nghiên cứu cho thấy kéo dài thời gian thủy phân, hàm lượng đường khử giảm chất sinh qúa trình thủy phân kìm hãm hoạt lực enzyme [2]; nồng độ enzyme bị bão hòa với nồng độ chất để tiết kiệm lượng sử dụng dùng 30 8,75 40 8,59 50 8,27 60 7,61 để dịch hóa [3] Do để q trình dịch hóa đạt kết tốt chúng tơi chọn thời gian dịch hóa 30 phút 3.4.4 Nghiên cứu ảnh hưởng pH đến trình dịch hóa Để enzyme hoạt động tốt pH đối tượng quan trọng trình chuyển hóa, chúng tơi tiến hành thí nghiệm khảo sát pH dịch tinh bột khoai lang ảnh hưởng đến trình dịch hóa với mức pH khảo sát là: 5,5; 6,0; 6,5; 7,0 Kết ghi nhận bảng Bảng 5: Khảo sát ảnh hưởng pH đến q trình dịch hóa pH 5,5 6,0 6,5 7,0 Hàm lượng đường khử (mg/ml) 8,14 8,75 8,70 8,38 Theo bảng 5, pH tối ưu q trình dịch hóa 6,0 tương ứng với hàm lượng đường khử đạt cao 8,75 (mg/ml).Nếu lấy pH 6,0-6,5 làm trọng tâm, ta thấy hàm lượng đường khử giảm trước sau điểm trọng tâm Qua bảng số liệu, chúng tơi thấy pH giảm phía axit tăng phía kiềm hoạt tính tương đối enzyme giảm kết ghi nhận giảm đường có dịch Chính pH có ảnh hưởng mạnh đến phản ứng enzyme Nhiều enzyme hoạt động mạnh pH trung tính Do trùng hợp với kết khuyến cáo nhà sản xuất cho hoạt động loại enzyme này, chọn pH cho q trình dịch hóa pH= 6,5 15 ... TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.2.1 Đối tượng nghiên cứu - Tinh bột khoai lang Gia Bảo thu mua Công ty TNHH Gia Bảo - Tinh bột khoai lang sản xuất môn Công nghệ Enzyme Protein – Viện CNTP - Các chế phẩm enzyme. .. biến tính tinh bột tinh bột sắn loại tinh bột dễ bị thủy phân nhất, sau đến tinh bột khoai lang tinh bột dong Trong trình tiến hành thực nghiệm, tinh khoai lang có khả chống lại hoạt động enzyme. .. liệu tinh bột khoai lang thu mua công ty TNHH Gia Bảo tinh bột khoai lang tự sản xuất Viện Công nghiệp thực phẩm < 13% - độ ẩm bảo quản yêu cầu hầu hết loại tinh bột Hàm lượng amylose loại tinh bột