Đang tải... (xem toàn văn)
I MỤC LỤC MỤC LỤC 1 I NGUYÊN LIỆU 2 1) TINH BỘT 2 2) HỆ ENZYME 6 2 1) α amylase (1,4 α D glucan Glucanohydrolase EC 3 2 1 1) 7 2 2) β amylase (1,4 α glucan maltohydrolase) (EC 3 2 1 2) 8 3) NƯỚC 11 4)[.]
MỤC LỤC MỤC LỤC .1 I- NGUYÊN LIỆU .2 1) TINH BỘT: 2) HỆ ENZYME: 2.1) α-amylase: (1,4-α-D-glucan Glucanohydrolase EC 3.2.1.1) 2.2) β-amylase: (1,4-α-glucan-maltohydrolase) (EC 3.2.1.2) 3) NƯỚC: 11 4) CHẤT ỔN ĐỊNH HOẠT TÍNH ENZYME: 12 II- QUY TRÌNH CHẾ BIẾN .12 1) QUY TRÌNH 1: 12 1.1) Sơ đồ khối: .12 1.2) Giải thích quy trình: 13 2) QUI TRÌNH 2: .24 2.1) Sơ đổ khối: 24 2.2) Giải thích quy trình: 25 3) SO SÁNH QUI TRÌNH: .26 III- TIÊU CHUẨN CHO SẢN PHẨM ĐƯỜNG NHA 27 IV- THÀNH TỰU CÔNG NGHỆ: 28 1- Phương pháp sản xuất đường nha có nồng độ maltose cao 28 2- Việc sản xuất maltose liên tục sử dụng hệ thống enzym kép cố định 30 VI)- TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 -1- I1) NGUYÊN LIỆU TINH BỘT: Nguyên liệu để sản xuất đuờng nha chất giàu tinh bột Nguồn tinh bột chứa nhiều ngũ cốc (lúa gạo, lúa mì, khoai, ngơ, đại mạch, yến mạch, ), củ (khoai tây, sắn ), số lồi thực vật (đậu) Cấu tạo: Hình : Sự hình thành phân tử tinh bột Phân tử tinh bột cấu tạo từ hai thành phần amylose amylopectin Amylose: chiếm khoảng 20-30% Amylose polymer có cấu trúc mạch thẳng, cấu tạo từ gốc α-D- glucopyranosyl liên kết với liên kết α-1,4-glycoside Trong cấu trúc amylose cịn có liên kết α-1,6-glycoside với hàm lượng nhỏ vào khoảng 0.30.5% Hình 2: Cấu tạo mạch amylose phân tử tinh bột Mức độ polymer hóa thay đổi tùy theo nguồn tinh bột, lúa mì 1000-2000, khoai tây 4500 Phân tử lượng amylose vào khoảng 150-750 kDa Amylose tồn dạng xoắn kép -2- Ngoài cấu trúc mạch amylose chứa lượng lipid nhỏ vào khoảng 0.5-1% hợp chất Phospho Nitơ Trong Phospho thường dạng phospholipid, Nitơ tham gia vào cấu trúc enzyme Amylopectin: chiếm khoảng 70-80% Amylopectin polymer có cấu trúc mạch nhánh, cấu tạo từ gốc α-D- glucopyranosyl liên kết với liên kết α-1,4-glycoside α-1,6-glycoside (khoảng 5% tổng số liên kết) Hình 3: Cấu trúc mạch amylopectin phân tử tinh bột Mức độ polymer hóa phân tử amylopectin cao, khoảng vài triệu Phân tử lượng amylopectin vào khoảng 104-7.105 kDa Ngồi ra, phân tử cịn chứa gốc acid phosphoric Phân tử amylopectin có cấu trúc xoắn kép xếp song song Hình dạng hạt tinh bột đa dạng (hình oval, cầu ) có kích thước vào khoảng 2-150 µm tùy theo nguồn gốc tinh bột Tinh bột có cấu trúc vơ định hình (trong có amylose phần lớn amylopectin) vùng kết tinh (chủ yếu amylopectin) Vùng kết tinh có cấu tạo chặt, khó bị thủy phân -3- Hình 4: Cấu trúc vùng kết tinh vùng vơ định hình Tính chất cơng nghệ cảm quan sản phẩm từ tinh bột định bởi: Tỷ lệ amylose/ amylopectin Mức độ polymer hóa (tổng số gốc glucose tham gia tạo nên tinh bột): mức độ polymer hóa cao mạch tinh bột dài khối lượng phân tử cao Mức độ phân nhánh (tức số liên kết α-1,6 so với liên kết α-1,4): mức độ phân nhánh cao cấu tạo phân tử tinh bột phức tạp, làm tăng độ nhớt độ dai cho sản phẩm Ở đây, nguồn nguyên sử dụng gạo, Việt Nam, gạo nguyên liệu phong phú Gạo: - Hạt tinh bột có hình dạng đa giác đặc trưng có kích thước 2-10 µm (kích thước nhỏ hạt lương thực) - Thành phần glucid chiếm khoảng 75 % khối lượng, chủ yếu tập trung nội nhũ Chủ yếu saccharose, đường glucose, fructose rafinose - Hàm lượng protein tinh bột gạo không cao thay đổi khoảng rộng 4.3-18.2 %, glutelin chiếm đa số (gọi oryzenin) Nhiệt độ hồ hóa 70- 80 oC Ngồi ra, ta dùng loại nguyên liệu khác: Bảng 1: Thành phần hoá học số loại ngũ cốc (% khối lượng) -4- Giống hạt Protein Tinh bột Chất béo Cellulose Đường Lúa mì Ngơ Yến mạch Đại mạch Gạo tẻ 16 10 12 12 60 70 45 55 63 1.9 4.6 5.5 2.3 2.8 2.1 14 12 4.3 3.6 Chất khoáng 2.2 1.3 3.8 3.5 Hạt lúa mì: - Pentose carbohydrat khác 13 11 1.5 Hạt tinh bột có dạng hình cầu, hình bầu dục với đường kính 10-40 µm Cấu trúc hạt tinh bột có 26 % amylose - Tinh bột chiếm 50-73 % khối lượng - Trong hạt tồn hai enzyme α β-amylase Trong đó, β-amylase thủy phân 60% tinh bột thành đường maltose Ngô: - Thành phần tinh bột ngô chiếm từ 60-70 % khối lượng, amylose chiếm 28% lượng tinh bột Thành phần amylose lên đến 70% loại ngơ giàu amylose 0% loại ngơ nếp - Kích thước hạt tinh bột vào khoảng 5-25 µm - Thành phần đường chiếm 1-3 %, đường D-glucose, D-fructose saccharose - Nhiệt độ hồ hóa tinh bột 55-67.5oC Yến mạch: Hàm lượng tinh bột chiếm 55.8-68.3 % khối lượng cấu trúc hạt tinh bột giống cấu trúc tinh bột gạo - Kích thước hạt tinh bột 2-5 µm - Nhiệt độ hồ hóa thấp 55oC nồng độ 50 % - Sắn: Sắn lương thực ưa ấm ẩm, mọc nhiều nước nhiệt đới Sắn loại tương đối dễ trồng sinh trưởng nhiều loại đất -5- - Thành phần hóa học củ sắn tươi là: tinh bột 20-34 %, protein 0.8-1.2 %, chất béo 0.3- 0.4 %, xellulose 1-3 %, tro 0.54 %, polyphenol 0.1-0.3 %, nước 60-74.2 % - Kích thước hạt tinh bột 5- 40 µm - Tinh bột sắn xốp tinh bột ngô có hàm lượng amylose 8-29 % - Độ nhớt tinh bột sắn khoai tây, lớn ngơ - Nhiệt độ hồ hóa: 51-79oC 2) HỆ ENZYME: - Hệ enzym sử dụng trình sản xuất đường nha hệ enzym thủy phân tinh bột (chủ yếu amylase gồm có α-amylase, β-amylase, ngồi cịn có maltase, sitase, invertase ) - Hiện có loại amylase, chia làm nhóm endoamylase (enzyme nội bào) exoamylase (enzyme ngoại bào) Endoamylase gồm có α-amylase nhóm khử nhánh Exoamylase gồm có β-amylase γ-amylase Các loại amylase khác có đặc tính thủy phân khác -6- Hình 5: Hoạt động enzyme amylase khác phân tử tinh bột AA-α-amylase (Endo 1,4-α-D-glucan glucanohydrolase) GA-glucoamylase (Exo 1,4-α-D-glucan glucanohydrolase) BA-β-amylase (Exo 1,4-α-D-glucan maltohydrolase) PA-Pullulanase (Endo α-dextrin 6-glucanohydrolase) RE-đầu khử, NRE-đầu không khử F-α-1,6- liên kếtglucoside, G-α-1,4- liên kết glucoside 2.1) α-amylase: (1,4-α-D-glucan Glucanohydrolase EC 3.2.1.1) Đây endoenzyme, xúc tác thủy phân liên kết α-1,4-glycoside phân tử amylose amylopectin Phân tử lượng enzyme nằm khoảng 45-60 kDa tùy theo nguồn thu nhận Cơ chế tác dụng enzyme: α-amylase có khả phân cắt liên kết α-1,4-glycoside chất cách ngẫu nhiên Enzyme trước tiên thủy phân tinh bột tạo dextrin phân tử lượng -7- thấp, sau enzyme tiếp tục phân hủy dextrin tạo maltose glucose Khả dextrin hóa cao α-amylase tính chất đặc trưng Vì người ta cịn gọi enzyme amylase dextrin hóa hay amylase dịch hóa Đặc tính: Protein α-amylase có tính chất globulin, có tâm hoạt động nhóm –COOH, – NH3 Tất α-amylase thu từ nguồn khác metalloenzyme Người ta tìm thấy ion Calci phân tử enzyme Do đó, trình thủy phân tinh bột, người ta thường bổ sung ion Calci vào để ổn định hoạt tính enzyme Ở nhiệt độ cao, hoạt tính enzyme α-amylase trì nhờ ion Calci Tuy nhiên, αamylase bền nhiệt thu từ vi khuẩn B.licheniformis, nhu cầu ion Calci mức tương đối thấp Điều kiện hoạt động enzyme từ nguồn khác khơng giống Độ bền α-amylase phụ thuộc vào nhiệt độ pH pH tối thích enzyme 5.3-5.8 Nhiệt độ tối thích 70-75oC α-amylase có nguồn gốc từ vi khuẩn enzyme ngoại bào hoạt động vùng pH trung tính Tuy nhiên, pH tối ưu enzyme từ vi khuẩn B.stearothermophilus phụ thuộc vào nhiệt độ Chế phẩm α –amylase từ vi khuẩn bền nhiệt, có khả xúc tác phản ứng thủy phân nhiệt độ 100 oC Còn vi khuẩn Bacillus spp hoạt động pH cao 9.0 11 Chế phẩm α-amylase từ hai loài B.stearothermophilus B.licheniformis chịu nhiệt nên sử dụng nhiều thị trường giới hoạt tính trì giai đoạn dịch hóa hồ hóa tinh bột nhiệt độ cao Vì làm tăng hiệu kinh tế rút ngắn thời gian sản xuất 2.2) β-amylase: (1,4-α-glucan-maltohydrolase) (EC 3.2.1.2) β-amylase phổ biến thực vật, đặc biệt hạt nảy mầm Đây enzyme ngoại bào (exoenzym) Enzyme có hoạt tính tốt thu nhận từ vi khuẩn Clostridium thermosulfurogenes B.polymyxa Cơ chế tác dụng enzyme: -8- β-amylase xúc tác thủy phân liên kết α-1,4-glycoside, cắt nhóm maltose từ đầu không khử mạch phân tử tinh bột, gặp liên kết α-1,4-glycoside đứng kế cận liên kết α-1,6-glycoside enzyme ngừng tác dụng Tinh bột β -amylase maltose (54-58%) + β-dextrin (42-46%) Đặc tính: β-amylase albumin, tâm xúc tác có nhóm –SH, -COOH vòng imidazol gốc histidine exoenzyme Enzyme khơng bền có mặt ion Calci bị kìm hãm có mặt ion đồng, ion thủy ngân, urea β-amylase bền acid chịu nhiệt α-amylase pH tối thích 5.2-5.6 Nhiệt độ hoạt động tối thích enzyme 60-65oC Sự khác α-amylase β-amylase xúc tác thủy phân tinh bột: β-amylase không thủy phân hạt phân tử tinh bột nguyên vẹn phân hủy hồ tinh bột mạnh β-amylase phân giải 100 % amylose thành maltose β-amylase phân giải 54-58 % amylopectin thành maltose β-amylase không bền có ion Calci β-amylase chịu nhiệt α-amylase bền acid β-amylase bị vô hoạt 70oC pHopt = 5.1-5.5, topt = 55oC Nguồn enzyme amylase thu nhận từ vi khuẩn, nấm mốc, nấm men, làm tăng hiệu trình Tuy nhiên, đa số trường hợp, nguồn enzyme thu nhận từ vi khuẩn có khả bền nhiệt cao Termamyl 120L: chế phẩm enzyme α- amylase chịu nhiệt, pH trung tính dạng lỏng, sản xuất từ dịch nuôi cấy vi khuẩn Bacillus lischeniformis phân tử có ion Ca2+ Nhiệt độ dịch hóa 90- 105 0C, hoạt động ổn dịnh nhiệt độ có 50- 70 ppm Ca2+ Fungamyl 800L: chế phẩm enzyme α- amylase từ nấm mốc Aspergillus Oryzae, dạng lỏng, chế phẩm cắt liên kết α- 1,4 glucozit phân tử amylase va amylopectin tinh bột dextrin, oligosacarit dịch Kết lượng -9- lớn maltose tạo thành Chế phẩm cho thêm vào trình nấu nhiệt độ 55- 600C, pH = 4- để tăng khả đường hóa Bảng 2: Enzyme Amylase từ nguồn vi sinh vật Vi sinh vật Aspergillus awamori A.niger A.oryzae Bacillus amyloliquefaciens B.licheniformis B.stearothermophilus B.subtilis B.megaterium B.acidopullulyticus Clostridium thermosulfurogens Chalara paradoxa Lactobacillus amylovorus Thermomonospora Enzyme Glucoamylase α -Glucosidase α -Amylase Glucoamylase α -Glucosidase Glucoamylase α -Amylase α -Amylase α -Amylase α -Amylase α -Amylase Pullulanase β-Amylase α -Amylase α -Amylase Maltogenic amylase Tác dụng Exo Exo Endo Exo Exo Exo Endo Endo Endo Endo Endo Endo Exo Endo Endo Endo Bảng 3: Đặc tính enzyme từ số nguồn vi sinh vật khác Enzyme Nguồn enzyme Khoảng pH Khoảng nhiệt độ (0C) Chất hoạt hóa α-amylase Aspergillus niger 4–6 50 – 70 nấm sợi A.oryzae 6–7 60 – 80 Ca2+ 90 – 120 Ca2+ A.awamori α-amylase vi khuẩn Bacillus subtilis B.amylo liquefaciens α-amylase B.licheniformis 5.5 – 6.5 vi khuẩn B.stearothermophilus 4.5 – 6.5 B.polymyxa 4–7 chịu nhiệt β-amylase -10- 55 – 75 - Biến đổi: + Vật lý: nhiệt độ giảm + Hóa lý: độ nhớt tăng - Phương pháp thực thông số công nghệ: cho dịch sau dịch hóa bơm vào Mash Tub, làm nguội thiết bị nhờ vỏ áo “ ruột gà” Đường hóa: - Mục đích: chế biến Đường hóa q trình thủy phân tinh bột thành đường, chủ yếu sản phẩm thu nhận maltose, maltosetriose, oligosacchride glucose - Biến đổi: + Vật lý: nhiệt độ giảm + Hóa học: thay đổi thành phần chất, tăng hàm lượng đường + Hóa sinh: xảy phản ứng thủy phân enzyme β- amylase xúc tác + Cảm quan: tăng độ - Phương pháp thực thông số công nghệ: Dịch sau hồ hóa dịch hóa thoát từ đáy Henze cooker, bơm vào Mash tub phía đỉnh Sau đó, dịch cần làm nguội, cách cho nước lạnh t= 100C vào vỏ áo, “ruột già”, dịch đạt nhiệt độ 55- 65 0C ta bổ sung chế phẩm βamylase vào với hàm lượng 2000 IU/kg Lúc này, người ta điều chỉnh pH 5.5 lượng acid phosphoric thích hợp Giữ nhiệt độ thùng ln ổn định 55- 650C Ở giai đoạn này, để sản xuất đường nha, thành phần hỗn hợp đường sau thủy phân phải có lượng maltose chiếm đa số, số loại đường khác Sau kết thúc giai đoạn này, thành phần hỗn hợp đường thu 56% maltose, 28% maltotriose, 12% oligosaccharide 4% D-glucose - Thiết bị: mash tub: nồi có hệ thống cánh khuấy, có lớp vỏ áo hệ thống ống ruột gà, giúp hạ nhiệt nhanh chóng -18- Hình 10: Mash tub Tẩy màu: - Mục đích: hồn thiện Q trình tẩy màu với mục đích hồn thiện sản phẩm: loại chất màu carotenoide, chlorophyll , chất mùi, loại tạp chất - Biến đổi: + Cảm quan: dung dịch + Hóa lý: cặn bẩn hấp phụ bề mặt than hoạt tính - Phương pháp thực thông số công nghệ: Phương pháp tẩy màu sử dụng phổ biến sử dụng than hoạt tính hấp phụ chất màu lên bề mặt Than hoạt tính loại vật liệu có độ xốp cao, bề mặt riêng dao động khoảng 500 – 1500 m2/g Nhờ đó, than hoạt tính hấp phụ chất màu , mùi số hợp chất cao phân tử có chứa Nitơ Dịch nha sau đường hóa đưa vào thùng có cánh khuấy, gia nhiệt đến khoảng 70-75oC để làm giảm độ nhớt dịch nha, sau bổ sung thêm than hoạt tính, tỷ lệ than sử dụng 0.3 – 0.75 % so với lượng chất khơ có dịch nha Thông thường, ta chuẩn bị sẵn huyền phù than nước với nồng độ 15% để bổ sung vào dịch nha Thời gian hấp phụ chất màu tạp chất 25 – 30 phút - Thiết bị: sử dụng thùng có cánh khuấy có lớp vỏ gia nhiệt -19- Lọc : - Mục đích: Đây q trình chuẩn bị hồn thiện sản phẩm Q trình lọc nhằm tách bỏ than hoạt tính cặn dịch + Chuẩn bị cho trình đặc + Hồn thiện chất lượng sản phẩm - Biến đổi: + Cảm quan: tăng độ - Phương pháp thực thông số công nghệ: Quá trình lọc sử dụng máy lọc khung - Thiết bị: máy lọc khung Các khung có kích thước xếp liền khung máy Hình dạng hình vng, chữ nhật trịn Bản thường đứng, vài máy lọc khung đặt ngang Khung rỗng bên và bên có lỗ dịch lọc vào Kích thước bản: rộng từ – 56 inch, dày từ 1/4 – inch Kích thước khung: dày từ 1/4 – inch Dịch nha sau bơm vào máy, chất rắn giữ lại bề mặt vải Dịch lọc qua lớp vải, xuống rãnh bề mặt bản, Sau buồng ép đầy, bã thổi khí (khơng khí khí Nitơ) để tách hết phần dư đến Sau bã tháo ngồi Thời gian lọc từ – tùy thuộc vào hiệu suất lọc Nhiệt độ lọc 70 – 75oC Áp suất lọc thay đổi từ 0.3 – MPa Năng suất lọc từ 10000 lb/h (khoảng 4500kg/h) -20- ... giai đoạn này, để sản xuất đường nha, thành phần hỗn hợp đường sau thủy phân phải có lượng maltose chiếm đa số, số loại đường khác Sau kết thúc giai đoạn này, thành phần hỗn hợp đường thu 56% maltose,... dụng nguồn CaCl2 Ca(OH)2 II- QUY TRÌNH CHẾ BIẾN 1) QUY TRÌNH 1: 1.1) Sơ đồ khối: Gạo Xử lý nguyên liệu α-amylase bền nhiệt, nước, Ca2+ Hồ hóa Dịch hóa Làm nguội Đường hóa βamylase Than hoạt tính... thành dextrin, làm độ nhớt hồ tinh bột giảm mạnh Quá trình dịch hóa diễn nhanh Mức độ dịch hóa cao trình thủy phân tinh bột thành đường diễn nhanh, hiệu suất cao - Phương pháp thực thông số công