I 1 MỞ ĐẦU * Đặt vấn đề Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nhận biết của con người về mối quan hệ giữa thực phẩm và sức khỏe ngày càng được nâng cao Yêu cầu của người tiêu dùng về[.]
MỞ ĐẦU * Đặt vấn đề Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật, nhận biết người mối quan hệ thực phẩm sức khỏe ngày nâng cao Yêu cầu người tiêu dùng thực phẩm có nhiều thay đổi Nếu trước đặt vấn đề hàng đầu hàm lượng dinh dưỡng cao, khả cung cấp nhiều lượng thực phẩm khơng Đã có nhiều người chuyển hướng tìm cho loại thức ăn khơng có có dinh dưỡng, thức ăn thấp lượng Một số khác lại có nhu cầu sử dụng thực phẩm để phòng chữa bệnh v.v Và có đời thực phẩm chức Thực phẩm chức định nghĩa loại thực phẩm có chứa hoạt tính sinh học, có khả phịng chống bệnh tật, tăng cường sức khỏe dựa sở trình dinh dưỡng Đường chức phận quan trọng nhóm thực phẩm chức năng, tập trung nghiên cứu nhiều năm gần có nhiều đặc tinh có lợi cho sức khỏe chống sâu răng, chống bệnh tiểu đường, không gây béo phì, có khả kích thích hoạt động hệ tiêu hóa v.v… Các loại đường chức xuất là: đường panatinoza, maltooligosacarit,galactooligosacaritizo,v.v Trong đó, đường oligoglucosyl fructoza hay “ Coupling sugar ” loại đường chức nhiều nhà nghiên cứu ý công nghệ sản xuất khơng phức tạp, mà lại có lợi cho c th ngi Oligoglucosyl fructoza đợc sản xuất từ kết hợp tinh bột chuyển hoá với ®êng sacaroza b»ng mèi liªn kÕt α (14) glucozit, díi tác dụng enzim cyclodextrin glucosyltransferaza Oligoglucosyl fructoza có công thức: [-Dglucopyranosyl-(1-4)]n --D-glucopyranosyl-(1-2)--D- fructofuranoside Đặc điểm sản phẩm màu, trong, chịu tác dụng nhiệt độ với có mặt protein peptit Oligoglucosyl fructoza đợc cô đặc thành siro hay sấy phun thành dạng bột đợc ứng dụng rộng rÃi nhiều ngành công nghiệp khác Đường Coupling sugar nghiên cứu sản xuất qui mô công nghiệp lần Nhật Bản từ năm 1980 Cho tới sản phẩm sản xuất đại trà nhiều nước giới, đặc biệt nước Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc v.v Ở Nhật Bản, đường coupling sugar dùng để thay đường sacaroza cho đối tượng mắc bệnh béo phì tiểu đường Ngoài lượng lớn đường dùng chất bổ sung. Người ta tìm 500 loại sản phẩm thực phẩm có sử dụng đường coupling sugar bánh quy, sản phẩm sữa, bột dinh dưỡng trẻ em, nhiều loại thực phẩm chức năng, thực phẩm điểm tâm, kẹo, bánh, kem đánh răng, vv Xu hớng sử dụng đờng chức ngày tăng cao không giới mà nớc Rất nhiều sản phẩm đờng chức nhập ngoại, giá thành đắt, đó, ViƯt Nam cã ngn nguyªn liƯu nh tinh bét, sacaroza,… dồi hoàn toàn nghiên cứu, sản xuất đợc nớc Tại Việt Nam, đà có số công trình nghiên cứu đờng chức nh đờng sorbitol, fructooligosacarit (FOS), Còn việc nghiên cứu sản xuất oligoglucosyl fructoza mẻ Hiện oligoglucosyl fructoza sử dụng nớc hoàn toàn thông qua nhập từ nớc Chớnh vỡ vậy, để đáp ứng nhu cầu trên, đặt vấn đề nghiên cứu : “ Công nghệ sản xuất đường Coupling sugar từ Tinh bột sắn ’’ * mục tiêu đề tài Xây dựng đợc qui trình công nghệ sản xuất đờng oligoglucosyl fructoza phơng pháp * nội dung nghiên cứu đề tài. - Nghiên cứu điều kiện thuỷ phân tinh bột làm nguyên liệu cho trình tạo liên kết tinh bột saccaroza - Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất đờng oligoglucosyl fructoza phơng pháp enzim - Nghiên cứu lựa chọn enzim gắn kết tinh bột sacaroza - Nghiên cứu điều kiện công nghệ thích hợp cho trình gắn kết - Nghiên cứu làm thu hồi sản phẩm siro oligoglucosyl fructoza PHẦN I TỔNG QUAN 1.1 tỉng quan tµi liƯu 1.1.1 Tình hình nghiên cứu sản xuất đờng oligoglucosyl fructoza (coupling sugar) giới Thị trờng tiêu thụ thực phẩm chức ngày lớn mạnh toàn giới Năm 1999, thực phẩm chức Mỹ có doanh thu đạt 250 tỷ USD, chiếm 50% tổng giá trị thực phẩm (507 tỷ USD) Trong đó, thị trờng châu Âu, tổng giá trị thực phẩm chức đạt 500 tỷ USD Theo Báo cáo phân tích chiến lợc thị trờng thực phẩm chức Đông Nam hÃng Frost Sullivan cho biÕt thu nhËp tõ c¸c thùc phÈm chøc khu vực đạt 2.300 triệu USD năm 2005 đợc trông đợi đạt 4.805 triệu USD vào năm 2012 Không nớc công nghiệp sản xuất thực phẩm chức mà nớc phát triển trọng đến loại mặt hàng này, đặc biệt Trung Quốc, Braxin, Mexico, Thái Lan Nghiên cứu sản xuất thực phẩm chức để phòng bệnh chữa bệnh sống đại ngày vấn đề cấp bách đợc đạt ra, sản phẩm ®êng oligoglucosyl fructoza hay "coupling sugar” Trªn thÕ giíi oligoglucosyl fructoza đà đợc nghiên cứu sản xuất nhiều nớc nh Nhật Bản, Mỹ, Pháp, Trung Quốc, đặc biệt Nhật việc khuyến cáo sử dụng đờng oligoglucosyl fructoza để phòng bệnh sâu răng, béo phì phát triển Oligoglucosyl fructoza thờng đợc sản xuất dới dạng siro dạng bột Teresa Martin cộng (Tây ban Nha) [17] đà xác định ảnh hởng tỷ lệ giữ tinh bột sacaroza cho hiệu gắn kết enzim CGTaza từ chế phẩm Toruzim 3.0L đợc hÃng Novo enzim (Đan Mạch) tổng hợp từ vi khuẩn Thermoanaerobacter.sp Phản ứng đợc tiến hành với điều kiện sau: nồng độ dịch tinh bột 10%, nhiệt độ gắn kÕt 55- 600C thêi gian 48 giê B¶ng 1.2 ¶nh hëng cđa tû lƯ tinh bét / sacaroza ®Õn trình tạo coupling sugar enzim CGTaza [17] TT Tû lÖ tinh Matooligo HiÖu suÊt HiÖu suÊt bét/sacaroz syl chun hãa chun hãa a (w/w) fructoza tinh bét thµnh tinh bét thµnh (g/l) Matooligosyl CD (%) fructoza (%) 2: 74 72 7,2 1: 99 79 3,1 1: 161 92 - Kết cho thÊy víi tû lƯ tinh bét/ sacaroza = : tạo đờng coupling sugar với hiệu suất chuyển hóa tinh bột thành maltooligosyl fructoza đạt 92% không tạo thành sản phẩm CD Một số nhà nghiên cứu cho xử lý dịch hóa tạo oligosacarit mạch thẳng có độ polime hóa (D.P) cao hay thấp quan trọng, ảnh hởng đến chất lợng sản phẩm Nếu dịch hóa có độ D.P > 10 dới tác dụng enzim, gắn kết xảy bên mạch phân tử dextrin tạo thành phân tử vòng (ví dụ: cyclodextrin) làm đục sản phẩm cuối Do vậy, số nghiên cứu đà xác định đợc độ D.P dịch hóa < không xảy gắn kết sacaroza vào bên phân tử dextrin khả tạo phân tử đờng có cấu tạo vòng Một số nghiên cứu xác định ảnh hởng DE trình dịch hóa đà đợc tiến hành loại tinh bột khoai tây, sử dụng nồng độ tinh bột 6% đem dịch hãa ë 650C díi t¸c dơng cđa enzim amylaza, cho thấy mức độ dịch hóa có DE đạt 10 khả gắn kết tốt so với DE đạt 7, không tạo sản phẩm phụ cyclodextrin Bảng 1.3 ảnh hởng DE dịch hóa tới tạo thành cyclodextrin [24] T Thời gian dịch hóa T (phút) DE Mức độ tạo thành cyclodextrin 30 4,0 +++ 60 7,0 + 180 16,4 - 360 19,7 - ThÝ nghiƯm kh¸c cho thấy, sau dịch hóa tinh bột khoai tây với nồng độ 11% enzim đạt DE 16, bổ sung 10% sacaroza (theo thĨ tÝch dÞch hãa), enzim chun hóa Bacillus macerans với nồng độ 0,05% phản ứng đợc tiến hành 400C ngày, dịch sau kết thúc phản ứng đợc xử lý than hoạt tính 0,5% (theo tỷ lệ chất khô), sau tiếp tục qua trao đổi ion cô đặc dới điều kiện áp suất thấp, kết có 15% đờng sacaroza đợc gắn kết thành oligosacharit, sản phÈm cßn chøa nhiỊu sacaroza d nhiỊu, nhng cịng thÝ nghiệm này, tác giả bổ sung 1% sacaroza cho kết 50% lợng đờng sacaroza đà gắn kết với oligosacarit [24] Nh tỉ lệ sacaroza đa vào yếu tố quan trọng ảnh hởng đến hiệu suất gắn kết chất lợng sản phẩm ci cïng Tinh bét khoai lang víi nång ®é 40%, pH đợc dịch hóa enzim có nồng độ 0,2% 85-900C thành dịch có DE 13,4 22,6 Dịch hóa đợc bổ sung đơn vị dịch môi trờng lên men Bacillus macerans 10 đơn vị enzim 1,6-glucozidaza Lactobacillus platarum ATCC 8008 gam tinh bột, đồng thời bổ sung dung dịch fructoza theo tû lƯ : so víi tinh bét Hỗn hợp đợc giữ nhiệt độ 550C, pH 6,0 72 Kết thúc phản ứng đợc diệt enzim cách đun sôi Sau tiếp tục xử lý than hoạt tính, trao đổi ion cô đặc Kết cho thấy dịch đờng có nồng độ 75% không bị kết tinh trở lại tỉ lệ chuyển hóa đạt đợc: dịch tinh bột có DE 13,4 22,6 cho hiệu suất chuyển hóa tơng ứng 50,2% 40,8% dịch tinh bột DE 13,4 tạo lợng CD, dịch có DE 22,6 không phát thấy tạo thành CD [24] Nh điều kiện thí nghiệm trên, nhng tác giả đà bổ sung lợng sacaroza so với tinh bột : Kết cho thấy dÞch tinh bét cã DE 13 cã hiƯu st chun hóa tăng nhng lại xuất 1% CD gây đục sản phẩm Trong thí nghiệm tác giả đà bổ sung 15 đơn vị -1,6-glucozidaza chủng Lactobacillus amylaza Bacillus macerans cho kết chuyển hóa tăng 2-3% đồng thời giảm thời gian lọc 20-50% [24] Tinh bột khoai tây với nồng độ 45% đợc dịch hóa axit oxalic với nồng độ 0,2% (so với tinh bột) điều kiện áp suất atm 10-15 phút đạt DE 20, sau trung hòa đến pH bổ sung dung dịch 34% sacaroza với số lợng tơng đơng với hàm lợng chất khô có dịch đơn vị enzim amylaza Bacillus macerans cho hỗn hợp dung dịch có nồng độ chất 45% Phản ứng đợc tiến hành pH 6, 550C, nồng độ chất 45% 60 Kết thúc phản ứng, làm bất hoạt enzim xử lý than hoạt tính, trao đổi ion Dịch đờng đợc cô đặc đến 75 - 80%, sản phẩm tợng kết tinh không tạo CD, thành phần chủ yếu oligoglucosyl fructoza [24] Dới bảng số liệu cho thấy ảnh hởng loại tinh bột, phơng pháp dịch hóa giá trị DE khác đến trình chuyển hóa đờng coupling sugar [24] Bảng 1.4 ảnh hởng loại tinh bột, phơng pháp dịch hóa giá trị DE khác đến trình chuyển hóa đờng coupling sugar Loại tinh bột Tinh bột Tinh bột Tinh bột Tinh sắn Phơng pháp dịch hóa Enzim khoai khoai lang tây Enzim Axit bột ngô Enzi Axi DE 13, 22, 13, 22, 20 Loại đờng bổ sung 6 F F F F S3 m t 20 19 20 S Date S3 syru 4 p Tû lƯ bỉ sung ®- 1:3 1:3 1:1 1:1 1:1 1:1 3:1 2:1 ờng/tinh bột Đờng lại (%) HiÖu suÊt 49, 59, 65 77, 55, 73 chuyÓn 50, 40, 35 hãa (%) CD 1 74,9 1 22, 26, 27 0 60, 25,1 20, 0 (F: fructoza; S34- dung dÞch chøa 34%sacaroza, s- saccaroza) Có tác giả đà thí nghiệm tinh bột ngô sau đợc dịch hóa enzim đạt DE = 5, sau ®ã bỉ sung sacaroza víi tØ lƯ 1:1 víi sù t¸c dơng cđa enzim CGTaza cđa Asperillus niger cho kết chuyển hóa đờng đạt 35% [25] Nh chất tinh bột khác cho kết gắn kết khác Naoto Tsuyama (Nhật bản) thử nghiệm 20 phần tinh bột đợc bổ sung 60 phần nớc, sau tiến hành dịch hóa enzim 88-900C pH 6,0 đat đợc DE = Dịch thủy phân đợc làm mát đến 55 0C, bổ sung tiếp 20 phần sacaroza 10 đơn vị enzim glucosyltransferaza, phản ứng đợc tiến hành 500C, pH 72 h Sau dịch hỗn hợp đợc xử lý than hoạt tính trao đổi nhựa ion Kết phân tích đờng coupling sugar cho thấy tỷ lệ đờng sacaroza kết hợp với oligosacarit (hiệu suất chuyển hoá đờng) đạt 59,5% so tổng số sacaroza đa vào [20] 1.1.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất đờng oligoglucosyl fructoza (coupling sugar) Việt Nam Xu hớng sử dụng đờng chức ngày tăng cao không giới mà nớc Rất nhiều sản phẩm đờng chức nhập ngoại, giá thành đắt, đó, Việt Nam cã ngn nguyªn liƯu nh tinh bét, sacaroza,… dåi dào, hoàn toàn nghiên cứu, sản xuất đợc nớc Tại Việt Nam, đà có số công trình nghiên cứu đờng chức nh đờng sorbitol, fructooligosacarit (FOS), Đờng FOS oligoza mạch thẳng bắt đầu phân tử đờng sacaroza kết hợp với 1, gốc fructoza thông qua mèi liªn kÕt β (1-2) glucozit bëi enzim fructosyltransferaza Đờng FOS có độ thấp, có tác dụng chống béo phì, tiểu đờng, không gây sâu Trong Việt Nam, việc nghiên cứu sản xuất oligoglucosyl fructoza mẻ Đến nay, cha thấy có công bố nghiên cứu sản xuất oligoglucosyl fructoza Lợng oligoglucosyl fructoza sử dụng nớc hoàn toàn thông qua nhập từ nớc Vì vậy, xây dựng đợc quy trình sản xuất oligoglucosyl fructoza phù hợp với điều kiện nớc rõ ràng hớng đầu t hợp lý hiệu qu¶ Tríc hÕt, s¶n xt oligoglucosyl fructoza níc sÏ góp phần khai thác hiệu tiềm nguyên liệu (sắn) nớc ta Sản phẩm thu đợc đáp ứng nhu cầu nớc mà nhập từ nớc nên giá thành hợp lí Hơn đa trình độ nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học Việt Nam lên tầm cao Với mục tiêu phạm vi đề tài này, nhiệm vụ nghiên cứu đặt xây dựng đợc quy trình