Nghiên cứu điều kiện thuỷ phân tinh bột sắn để sản xuất polymaltose de 30 bằng phương pháp enzyme

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề Tài NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN THỦY PHÂN TINH BỘT SẮN ĐỂ SẢN XUẤT POLYMALTOSE DE 30 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ENZYME Người hướng dẫn: TH.S VŨ THỊ THUẬN Sinh viên thực hiện: NGÔ THỊ TRANG Lớp: 1203 Hà Nội – 2016 VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề Tài NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN THỦY PHÂN TINH BỘT SẮN ĐỂ SẢN XUẤT POLYMALTOSE DE 30 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ENZYME Người hướng dẫn: TH.S VŨ THỊ THUẬN Sinh viên thực hiện: NGÔ THỊ TRANG Lớp: 1203 Hà Nội – 2016 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, trước tiên xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo toàn thể cán khoa Công nghệ Sinh học – Viện Đại Học Mở Hà Nội dạy dỗ, bảo tận tình thời gian học tập trường, nơi trang bị kiến thức giúp bước vào sống Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới Ths Vũ Thị Thuận, chủ nhiệm môn công nghệ đường bột- Viện Công nghiệp Thực phẩm tận tình hướng dẫn, truyền đạt cho kinh nghiệm chuyên môn giúp đỡ, động viên tinh thần cho Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến anh chị cán phòng thí nghiệm tạo điều kiện tốt để hoàn thiện luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình bạn bè động viên, giúp đỡ hoàn thành luận văn tốt nghiệp Do thời gian trình độ hạn chế, không tránh khỏi thiếu sót Tôi mong bảo giúp đỡ thầy cô Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2016 Sinh viên Ngô Thị Trang MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU VỀ POLYMALTOSE 1.1.1 Cấu tạo tính chất 1.1.2 Ứng dụng polymaltose 1.1.2.1 Ứng dụng dược phẩm 1.1.2.2 Ứng dụng thực phẩm 1.2 TINH BỘT- NGUYÊN LIỆU ĐỂ SẢN XUẤT POLYMALTOSE 1.2.1 Giới thiệu tinh bột 1.2.2 Tinh bột sắn 1.2.2.1 Cấu tạo tính chất tinh bột sắn 1.2.2.2 Tình hình sản xuất tiêu thụ sắn 1.3 ENZYM SỬ DỤNG TRONG SẢN XUẤT POLYMALTOSE 1.3.1 Quá trình dịch hóa tinh bột enzym α- amylase 1.3.1.1 Giới thiệu enzym α- amylase nguồn sinh tổng hợp 1.3.1.2 Cơ chế thủy phân tinh bột enzym α- amylase 10 1.3.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới enzym α- amylase [5,9] 10 1.3.1.4 Giới thiệu số enzym dịch hóa 13 1.3.2 Quá trình đường hóa tinh bột enzym pullulanase 14 1.3.2.1 Giới thiệu enzym pullulanase nguồn sinh tổng hợp 14 1.3.2.2 Cơ chế thủy phân tinh bột enzym pullulanase 16 1.3.2.3 Giới thiệu số chế phẩm enzym pullulanase 16 CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 2.1 NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT 17 2.1.1 Nguyên liệu 17 2.1.2 Hóa chất 17 2.1.3 Thiết bị 17 2.2 PHƯƠNG PHÁP 17 2.2.1 Phương pháp phân tích 17 2.2.1.1 Xác định nồng độ chất khô chiết quang kế 17 2.2.1.2 Xác định pH máy đo pH 18 2.2.1.3 Xác định nồng độ dịch bột brome kế 18 2.2.1.4 Xác định độ nhớt dịch thủy phân máy đo độ nhớt 18 2.2.1.5 Xác định độ ẩm tinh bột sắn máy sấy hồng ngoại 18 2.2.1.6 Xác định hàm lượng tinh bột theo phương pháp Béc-tơ-răng 18 2.2.1.7 Xác định hàm lượng đường khử (DE) theo phương pháp phân tích LaneEynon 19 2.2.1.8 Xác định số đường glucose, maltose phương pháp sắc kí lỏng cao áp (HPLC) 21 2.2.2 Phương pháp công nghệ 21 2.2.2.1 Nghiên cứu điều kiện thích hợp cho trình dịch hóa tinh bột 21 2.2.2.2 Nghiên cứu điều kiện thích hợp cho trình đường hóa tinh bột 21 2.2.2.3 Xây dựng quy trình công nghệ thủy phân tinh bột sắn để sản xuất polymaltose DE 30 21 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 22 3.1 NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN DỊCH HÓA TINH BỘT LÀM NGUYÊN LIỆU PHÙ HỢP CHO QUÁ TRÌNH ĐƯỜNG HÓA TẠO POLYMALTOSE DE 30 22 3.1.1 Lựa chọn enzyme dịch hóa thích hợp cho trình sản xuất polymaltose 22 3.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng mức độ thủy phân tinh bột trình dịch hóa đến trình đường hóa tạo polymaltose DE 30 23 3.1.3 Xác định nồng độ enzyme thích hợp trình dịch hóa tạo DE 10 25 3.1.4 Ảnh hưởng nồng độ dịch bột đến trình dịch hóa tạo DE 10 26 3.1.5 Ảnh hưởng thời gian dịch hóa tinh bột sắn tạo dịch có DE 10 27 3.1.6 Ảnh hưởng nhiệt độ thủy phân tới trình dịch hóa 28 3.1.7 Xác định ảnh hưởng pH tới trình dịch hóa 29 3.2 NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN ĐƯỜNG HÓA THÍCH HỢP ĐỂ TẠO POLYMALTOSE DE 30 30 3.2.1 Lựa chọn enzyme thích hợp cho đường hóa tạo tạo polymaltose 30 3.2.2 Xác định nồng độ enzyme promozyme D2 thích hợp trình đường hóa tạo polymaltose DE 30 31 3.2.3 Xác định nồng độ chất thích hợp cho trình đường hoá 32 3.2.4 Nghiên cứu điều kiện pH thích hợp cho trình đường hoá 34 3.2.5 Xác định nhiệt độ thích hợp cho trình đường hóa 35 3.2.6 Xác định thời gian thích hợp cho trình đường hoá 36 3.3 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG DỊCH POLYMALTOSE 38 3.4 XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ THỦY PHÂN TINH BỘT SẮN TẠO DỊCH POLYMALTOSE CÓ DE 30 39 3.4.1 Quy trình công nghệ thủy phân tinh bột sắn tạo dịch polymaltose DE 30 40 3.4.2 Thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ 40 KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 NHỮNG TỪ VIẾT TẮT Arg Arginine cP (CentiPoise) Đơn vị đo độ nhớt Da (Dalton) Đơn vị trọng lượng phân tử DE (Dextrose Equivalent) Số đương lượng đường khử quy glucose EDTA Ethylenediaminetetraacetic acid HPLC (High performance Sắc kí lỏng cao áp liquid chromatography) IPC Phức hợp sắt-polymaltose KNU/g Đơn vị đo hoạt lực enzyme TB Tinh bột Trp Tryptophan Tyr Tyrosine DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Một số tính chất enzyme pullulanase Error! Bookmark not defined Bảng 3.1 Ảnh hưởng loại enzyme đến kết dịch hóa .22 Bảng 3.2 Ảnh hưởng DE dịch hóa đến trình đường hóa tạo polymaltose .24 Bảng 3.3 Ảnh hưởng nồng độ enzyme đến trình dịch hóa 25 Bảng 3.4 Ảnh hưởng nồng độ tinh bột đến trình dịch hóa 26 Bảng 3.5 Ảnh hưởng thời gian dịch hóa đến chất lượng dịch hóa 27 Bảng 3.6 Ảnh hưởng nhiệt độ dịch hóa đến chất lượng dịch hóa 28 Bảng 3.7 Ảnh hưởng pH đến trình dịch hóa 29 Bảng 3.8 Ảnh hưởng enzyme đường hóa đến trình đường hóa 30 Bảng 3.9 Ảnh hưởng nồng độ Promozyme D2 đến trình đường hoá 31 Bảng 3.10 Ảnh hưởng nồng độ chất trình đường hóa 33 Bảng 3.11 Xác định pH thích hợp cho trình đường hóa 34 Bảng 3.12 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình đường hóa 36 Bảng 3.13 Ảnh hưởng thời gian đến trình đường hóa 37 Bảng 3.14 Kết phân tích chất lượng dịch polymaltose 38 DANH MỤC HÌNH Hình 1.Cấu tạo polymaltose Hình 1.2 Cấu tạo Amylose Hình 1.3 Cấu tạo Amylopectin Hình 3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ thủy phân tinh bột sắn tạo dịch polymaltose DE 30 40 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Ngô Thị Trang_1203_CNTP MỞ ĐẦU Tinh bột nguồn nguyên liệu dồi chứa loại rau, củ, ngũ cốc, có vai trò quan trọng việc cung cấp dinh dưỡng thiết yếu cho thể Ngoài tinh bột sử dụng làm nguyên liệu ngành công nghiệp như: thực phẩm, dược phẩm, dệt Một loại nguyên liệu sử dụng phổ biến tinh bột sắn Hiện nay, sắn dần chuyển đổi từ lương thực thực phẩm sang công nghiệp có lợi cạnh tranh cao, nhờ sản lượng tinh bột sắn năm ngày tăng Sản lượng lớn, giá thành rẻ so với loại tinh bột khác tinh bột sắn dần khẳng định vị trở thành nguồn nguyên liệu sản suất công nghiệp Ngoài ra, tinh bột sắn biết đến nguồn nguyên liệu sản xuất polymaltose để ứng dụng tạo phức sắt- polymaltose (IPC) Phức sắt- polymaltose có khả chữa bệnh thiếu máu - bệnh quan tâm hàng đầu giới Thiếu máu thiếu sắt bệnh phổ biến trẻ em phụ nữ mang thai, thiếu máu làm ảnh hưởng đến chức hệ miễn dịch, hệ thần kinh, suy giảm nhận thức… Phức sắt- polymaltose giới chuyên gia Thế Giới đánh giá cao khả hấp thu tốt độ an toàn chúng, sản xuất rộng rãi quy mô công nghiệp nhiều quốc gia Ở Việt Nam, phức sắtpolymaltose (IPC) hầu hết hàng nhập nguồn nguyên liệu sản xuất IPC chưa nghiên cứu sản xuất Vì việc nghiên cứu sản xuất polymaltose để ứng dụng sản xuất phức sắt- polymaltose - bào chế thuốc chống thiếu máu phục vụ nhu cầu nước vấn đề cần thiết mang tính khoa học thực tiễn cao Polymalose sản phẩm thủy phân từ tinh bột, dễ tan nước, có cấu trúc polyme mạch thẳng bao gồm phân tử D-glucose liên kết với nhau, có công thức cấu tạo (C6H10O5)n với khối lượng phân tử dao dộng tương đối lớn khoảng 25000- 32000 Dalton, gồm từ 3- 20 gốc glucose liên kết với chủ yếu liên kết α-1,4 glucoside Polymaltose sản xuất ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực chế biến dược phẩm thực phẩm Để tổng hợp phức sắt- polymaltose (IPC) đạt hiệu chất lượng cao nguồn nguyên liệu polymaltose phải có giá trị DE thích hợp cho KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Ngô Thị Trang_1203_CNTP trình tạo phức Đây phần nghiên cứu thuộc đề tài cấp nhà nước Viện Công nghiệp Thực phẩm Theo nghiên cứu này, polymaltose có mức độ thủy phân phù hợp DE 30 Với DE 30, polymaltose cho hiệu suất gắn kết hiệu suất thu hồi trình tạo phức IPC đạt kết tốt Để chủ động nguồn nguyên liệu polymaltose sản xuất phức sắtpolymaltose (IPC) tránh phụ thuộc vào việc nhập việc nghiên cứu công nghệ sản xuất polymaltose DE 30 cần thiết Quá trình sản xuất polymaltose DE 30 bao gồm trình thủy phân tinh bột sắn tạo dịch polymaltose trình thu hồi sản phẩm polymaltose dạng bột Nhưng thời gian thực tập có hạn nên đặt vấn đề: “Nghiên cứu điều kiện thủy phân tinh bột sắn để sản xuất polymaltose DE 30 phương pháp enzym” Mục tiêu đề tài Nghiên cứu điều kiện thủy phân tinh bột sắn tạo dịch polymaltose phương pháp enzyme đạt chất lượng DE 30, glucose (G1) maltose oligomers (G 3) 3%, maltose (G2) 15%, 80% Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu điều kiện dịch hóa tinh bột làm nguyên liệu phù hợp cho trình đường hóa tạo dịch polymaltose DE 30 Nghiên cứu điều kiện đường hóa tạo dịch polymaltose DE 30 Xây dựng quy trình công nghệ thủy phân tinh bột sắn tạo dịch polymaltose DE 30 KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Ngô Thị Trang_1203_CNTP Qua bảng 3.8 cho thấy điều kiện đường hóa enzyme Kleistase PL cho kết thủy phân DE đường hóa đạt thấp nhất, độ nhớt đạt cao nhất, điều giải thích enzyme có hoạt lực thấp nên với nồng độ enzyme chưa đủ để cắt hết mạch nhánh Còn enzyme Pullulanase “Amano” 3, Promozyme D2 cho kết gần tương đương đáp ứng với yêu cầu chất lượng đưa Vì để sản xuất polymaltose DE 30 chọn chế phẩm Promozyme D2 Novozyme enzyme có sẵn thị trường, giá thành hạ dễ mua 3.2.2 Xác định nồng độ enzyme promozyme D2 thích hợp trình đường hóa tạo polymaltose DE 30 Mục đích thí nghiệm xác định lượng enzyme tối thiểu đủ để xúc tác phản ứng chuyển hóa đạt hiệu suất cao nhất, tạo sản phẩm mong muốn Các thí nghiệm tiến hành với điều kiện đường hoá: - DE dịch hóa 10 - Nồng độ chất 250Bx - Nhiệt độ 550C, pH 6, thời gian đường hóa 30 - Nồng độ enzyme đường hóa thử 0,1- 0,5% ( so với nồng độ chất) Kết ghi bảng 3.9: Bảng 3.9 Ảnh hưởng nồng độ Promozyme D2 đến trình đường hoá TT Nồng độ Enzyme DE đường hóa Độ nhớt (%) (%) (cP) 0,1 21,8 18 0,2 24,7 18 0,3 30,1 17 0,4 30,2 17 0,5 30,2 17 KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC 31 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Ngô Thị Trang_1203_CNTP Kết bảng cho thấy: Với nồng độ enzyme 0,1- 0,2 % cho giá trị DE đường hóa thấp không đạt yêu cầu Còn với nồng độ enzyme 0,3 - 0,5% cho giá trị DE độ nhớt tương đương đáp ứng yêu cầu đặt ra, mặt khác qua bảng ta thấy với nồng độ enzyme đường hóa 0,3% đủ để cắt hết mạch nhánh ta có tăng nồng độ enzyme lên DE không tăng Do nồng độ enzyme đường hóa chọn 0,3% 3.2.3 Xác định nồng độ chất thích hợp cho trình đường hoá Khi nồng độ chất cao tiết kiệm 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 Vì cần nghiên cứu lựa chọn nồng độ chất thích hợp nhất, thu sản phẩm với hàm lượng hiệu suất chuyển hóa cao Các thí nghiệm tiến hành với điều kiện: - Dịch hóa DE 10, tiến hành pha loãng cô đặc dịch sau dịch hóa tạo nồng độ chất khác để thử - Đường hóa với điều kiện: pH = 6.0, nhiệt độ 550C, thời gian 30 giờ, nồng độ enzyme promozyme D2 0,3% so với chất, nồng độ chất thử khác từ 15 -300 Bx Kết đánh giá dựa vào DE đường hóa số thành phần đường dịch KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC 32 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Ngô Thị Trang_1203_CNTP Bảng 3.10 Ảnh hưởng nồng độ chất trình đường hóa Tỷ lệ thành phần đường so TT Nồng độ chất DE đường hóa ( 0Bx) (%) 15 20 25 30 30,3 30,1 30,0 28,7 với đường tổng Tên đường (%) Glucose 0,85 Maltose 6,4 Các oligo khác 92,75 Glucose 0,61 Maltose 5,5 Các oligo khác 93,89 Glucose 0,58 Maltose 5,4 Các oligo khác 94,02 Glucose 0.49 Maltose 4,7 Các oligo khác 94,81 Kết từ bảng 3.10 cho thấy: Với nồng độ dịch bột 300Bx DE đường hóa không đạt yêu cầu, mặt khác nồng độ dịch bột 300Bx trình lọc khó khăn Còn nồng độ chất 15, 20, 250Bx cho giá trị DE đường hóa gần tương đương đạt yêu cầu hàm lượng glucose, maltose tạo thấp điều tốt cho trình tạo phức Nhưng nồng độ dịch bột 15, 200Bx thu hồi lại thời gian cô sấy lâu ảnh hưởng đến giá thành Do nồng độ dịch bột thích hợp để sản xuất polymaltose 250Bx KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC 33 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Ngô Thị Trang_1203_CNTP 3.2.4 Nghiên cứu điều kiện pH thích hợp cho trình đường hoá Mỗi loại enzyme chủng vi sinh vật có khoảng pH hoạt động tối thích khác Nếu nằm khoảng pH tối ưu enzyme hoạt động hiệu Để xác định khoảng pH thích hợp cho enzyme pullulanase hoạt động tốt nhất, tiến hành thực thí nghiệm giá trị pH khác Điều kiện trình đường hoá: - DE dịch hóa 10 - Nồng độ dịch bột 250Bx - Nồng độ enzyme 0,3 %, nhiệt độ 550C, thời gian đường hóa 30 Kết trình bày bảng 3.11: Bảng 3.11 Xác định pH thích hợp cho trình đường hóa TT pH DE đường hóa (%) Tên đường % Glucose Maltose Các oligo khác Glucose Maltose Các oligo khác Glucose Maltose Các oligo khác Glucose Maltose Các oligo khác 0,30 4,1 95,6 0,37 4,9 94,73 0,49 5,4 94,11 0,51 5,3 94,19 23,3 Glucose Maltose Các oligo khác 0,43 4,8 94,77 21,4 Glucose Maltose Các oligo khác 0,35 4,6 95,05 5,0 22,5 5,5 27,2 6,0 30,0 6,5 30,1 7,0 7,5 Tỷ lệ thành phần đường dịch so với đường tổng KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC 34 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Ngô Thị Trang_1203_CNTP Từ kết bảng 3.11 dễ dàng nhận thấy: pH yếu tố có ảnh hưởng lớn đến trình đường hóa, với pH < 6,0 pH ≥ 7,0 DE đường hóa không đạt yêu cầu đặt Điều giải thích enzyme hoạt động khoảng pH thích hợp, làm tăng vận tốc phản ứng, khoảng ức chế hoạt động Như qua kết bảng cho thấy enzyme promozyme D2 hoạt động tốt khoảng pH = 6,0 6,5 cho giá trị DE đạt cao 30-30,1 thành phần đường glucose, maltose, đạt yêu cầu chất lượng để tham gia phản ứng tạo phức Do pH chọn cho giảm hoạt lực enzyme nhanh chóng nhiệt độ phản ứng tăng cao Mặt khác ưu điểm loại enzyme bền nhiệt vô hoạt nâng nhiệt độ cao, nhiệt độ yếu tố công nghệ thường sử dụng để điều tiết phản ứng enzyme theo chiều hướng mong muốn 3.2.5 Xác định nhiệt độ thích hợp cho trình đường hóa Mỗi loại enzyme từ chủng vi sinh vật khác có khoảng nhiệt độ hoạt động tối thích khác Do cần phải xác định nhiệt độ thích hợp để enzyme hoạt động thuỷ phân mức độ cao Quá trình đường hoá với điều kiện: - Nồng độ chất 250Bx - DE dịch hoá 10 - Nồng độ enzyme Promozyme D2 0,3% so với chất - pH = 6,0 - Thời gian đường hóa 30 Kết trình bày bảng 3.12: KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC 35 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Ngô Thị Trang_1203_CNTP Bảng 3.12 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình đường hóa TT Nhiệt độ ( C) DE đường hóa (%) 50 55 60 65 26,5 30,1 25,6 18,4 Tỷ lệ thành phần đường so với đường tổng Tên đường % Glucose 0,47 Maltose 4,5 Các oligo khác 95,03 Glucose 0,57 Maltose 5,6 Các oligo khác 93,83 Glucose 0,44 Maltose 3,9 Các oligo khác 95,66 Glucose 0,28 Maltose 2,1 Các oligo khác 97,62 Kết bảng 3.12 cho thấy đường hóa nhiệt độ 550C cho giá trị DE 30,1 đạt yêu cầu cho tạo phức tốt hàm lượng đường glucose, maltose,… tạo có cao nhiệt độ đường hóa 50, 60, 650C cao không đáng kể đảm bảo chất lượng sản phẩm so với đăng ký Còn đường hóa nhiệt độ 50, 60, 650C cho giá trị DE đường hóa không đạt yêu cầu, tức enzyme hoạt động chưa cắt hết mạch nhánh, điều cho thấy enzyme xúc tác mạnh nhiệt độ thích hợp Do nhiệt độ đường hóa chọn để sản xuất polymaltose DE 30 55 0C 3.2.6 Xác định thời gian thích hợp cho trình đường hoá Nghiên cứu xác định thời gian đường hóa tối thiểu mà enzyme cắt hết mạch nhánh tạo polymaltose DE 30 việc cần xác định Vì thời gian định enzyme đường hóa thủy phân cắt hết mạch nhánh tạo polymaltose, có kéo dài thêm thời gian không làm chất lượng sản phẩm tốt mà gây lãng phí KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC 36 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Ngô Thị Trang_1203_CNTP lượng, nhân công,… Sau khoảng thời gian khác tiến hành lấy mẫu phân tích đánh giá chất lượng sản phẩm Quá trình đường hóa với điều kiện: - Nồng độ enzyme Promozyme D2 0,3% so với chất - DE dịch hóa 10 - Nồng độ chất: 250 Bx - pH = 6,0 - Nhiệt độ đường hóa 550C Kết trình bày bảng 3.13: Bảng 3.13 Ảnh hưởng thời gian đến trình đường hóa Thời gian TT Tỷ lệ thành phần đường so với đường hóa DE đường hóa (giờ) (%) 10 15 20 25 30 21,6 25,1 30,1 30,2 30.2 KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC đường tổng Tên đường % Glucose 0,36 Maltose 4,4 Các oligo khác 95,24 Glucose 0,47 Maltose 4,9 Các oligo khác 94,63 Glucose 0,55 Maltose 5,4 Các oligo khác 94,05 Glucose 0,59 Maltose 5,7 Các oligo khác 93,71 Glucose 0,60 Maltose 5,7 Các oligo khác 93,7 37 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Ngô Thị Trang_1203_CNTP Kết bảng 3.13 cho thấy: Giá trị DE tăng theo thời gian đường hoá thời gian đường hóa tăng đến 20 DE đường hóa gần không tăng thêm Điều giải thích trình thủy phân với thời gian < 20 mạch nhánh chưa cắt hết, enzyme tiếp tục thủy phân, trình thủy phân kéo dài 20 giá trị DE đường hóa không tăng, chứng tỏ mạch nhánh thủy phân hết, nên có kéo dài thời gian thủy phân 20 không cần thiết mà gây lãng phí Do thời gian thích hợp chọn để đường hóa tạo polymaltose DE 30 20 Kết luận: Nồng độ enzyme đường hóa 0,3% , nồng độ dịch bột thích hợp cho trình đường hóa 250Bx, pH thích hợp cho trình đường hóa pH 6, nhiệt độ thích hợp cho trình đường hóa 550C thời gian thủy phân thích hợp cho trình đường hóa 20 3.3 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG DỊCH POLYMALTOSE Sau dịch hóa, đường hóa thu dịch polymaltose, tiến hành phân tích chất lượng dịch polymaltose Kết ghi bảng 3.14: Bảng 3.14 Kết phân tích chất lượng dịch polymaltose TT Tên tiêu Nồng độ chất khô Đơn vị tính Kết Bx 25 DE % 30 Glucose % 0,55 Maltose % 5,6 Oligosaccharide (G≥3) % 93,85 pH Độ nhớt 6,0 cP 17 Qua kết phân tích cho thấy chất lượng dịch polymaltose đạt chất lượng tốt, đảm bảo yêu cầu đặt đề tài, đáp ứng cho trình tạo phức IPC KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC 38 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Ngô Thị Trang_1203_CNTP Sắc ký đồ phân tích hàm lượng glucoza maltoza dịch polymaltose 0.4 0.2 Volts Glucose std Volts 7.013 Maltose std 9.767 0.4 0.2 0.0 0.0 10 Minutes 10 15 Minutes Sắc ký đồ HPLC chất chuẩn glucose Sắc ký đồ HPLC chất chuẩn Maltose M altose 9.953 0.2 Glucose 7.060 Volts 0.4 0.0 10 Minutes Sắc ký đồ HPLC mẫu polymaltose 3.4 XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ THỦY PHÂN TINH BỘT SẮN TẠO DỊCH POLYMALTOSE CÓ DE 30 Từ kết nghiên cứu điều kiện thủy phân tinh bột sắn tạo dịch polymaltose có DE 30 qui mô phòng thí nghiệm Chúng tiến hành xây dựng sơ đồ quy trình công nghệ thủy phân tinh bột sắn tạo dịch polymaltose DE 30 để sản xuất polymaltose KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC 39 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Ngô Thị Trang_1203_CNTP 3.4.1 Sơ đồ quy trình công nghệ thủy phân tinh bột sắn tạo dịch polymaltose DE 30 Tinh bột sắn Hòa bột 25% Dịch hóa (tº = 85-90ºC, T= 20 phút) Amylex HT 0,04% Đường hóa tº= 55ºC, T= 20 Promozyme D2 0,3% Dịch thủy phân polymaltose DE 30 Hình 3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ thủy phân tinh bột sắn tạo dịch polymaltose DE 30 3.4.2 Thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ Hòa bột: Lựa chọn tinh bột sắn đạt tiêu chuẩn chất lượng cho sản xuất polymaltose, hoà với nước tạo thành dạng sữa tinh bột nồng độ 25% Sau hoà dịch bột tiến hành trình dịch hoá Dịch hoá: Dịch sữa bột nâng nhiệt từ từ, nhiệt độ đạt 50OC cho enzyme dịch hoá với tỷ lệ 0,04% so với nồng độ tinh bột Khuấy tiếp tục nâng nhiệt từ từ lên nhiệt độ dịch hoá 85-90OC Khi đạt nhiệt độ dịch hoá giữ nhiệt độ 20 phút Trong trình dịch hóa phải thường xuyên phân tích, kiểm tra DE Đường hoá: Dịch bột hòa tan sau dịch hóa làm nguội điều chỉnh pH = 6,0 kiểm tra nhiệt độ đạt 550C, cho enzyme đường hoá với nồng độ 0,3%, khuấy giữ nhiệt độ ổn định 550C suốt trình đường hoá 20 Khi kết thúc nâng nhiệt lên 1000C 10 phút để diệt enzyme, thu dịch polymaltose có DE 30 KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC 40 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Ngô Thị Trang_1203_CNTP KẾT LUẬN Sau trình nghiên cứu rút số kết luận sau: Xác định điều kiện dịch hóa tinh bột làm nguyên liệu phù hợp cho trình đường hóa tạo polymaltose DE 30 + Nồng độ tinh bột: 25% + Nồng độ enzyme Amylex®HT: 0,04% + Nhiệt độ dịch hóa: 85-900C + Thời gian dịch hóa: 20 phút + pH dịch bột trình dịch hóa: 5-6 Nghiên cứu điều kiện thích hợp cho trình đường hóa tạo dịch polymaltose DE 30 + Nồng độ tinh bột: 250Bx + Nồng độ enzyme Promozyme D2: 0,3% + Nhiệt độ đường hóa: 550C + Thời gian đường hóa: 20 + pH dịch bột trình dịch hóa: Xây dựng quy trình công nghệ thủy phân tinh bột sắn tạo dịch polymaltose DE 30 KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC 41 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Ngô Thị Trang_1203_CNTP TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Lê Ngọc Tú, La Văn Chứ, Đặng Thị Thu, Phạm Quốc Thắng, Nguyễn Thị Thịnh, Bùi Đức Hợi, Lưu Duẩn, Lê Doãn Diên (1997) Hóa sinh công nghiệp NXB KHXH Nguyễn Chí Thanh (2000) Nghiên cứu sử dụng hệ enzym amylase để nâng cao hiệu sản xuất glucose tinh thể từ bột sắn Luận văn thạc sỹ khoa học - Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội Nguyễn Thị Hạnh, Đào Quốc Hương (2009) Nghiên cứu tổng hợp phức chất sắt-polymaltose Viện Hóa học, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Nguyễn Thị Minh Hạnh, Nguyễn Thị Bích Liên, Ngô Thị Vân, Phan Thị Khánh Hoa Nguyễn Thùy Linh (2003) Nghiên cứu quy trình công nghệ, thiết bị mô hình chế biến tinh bột biến tính Báo cáo khoa học kỹ thuật Đề tài nhánh thuộc đề tài cấp Nhà nước KC 07-14 Viện Công nghiệp Thực phẩm Trương Anh Tuấn (2003) “Tối ưu hóa trình sản xuất tinh bột biến tính DE 12 phương pháp enzym” Luận văn tốt nghiệp-Đại Học Bách Khoa Hà Nội Vũ Thị Thuận (2010) Sản xuất thử nghiệm tinh bột biến tính công nghệ enzyme làm nguyên liệu cho công nghiệp dược, công nghiệp thực phẩm Báo cáo khoa học kỹ thuật Dự án cấp nhà nước SXTN 01.08/CNSHCB Viện Công nghiệp Thực phẩm TIẾNG ANH Abbas K A, Sahar K Khalil, Anis Shobirin Meor Hussin (2010) Modified Starches and Their Usages in Selected Food Products: A Review Study Journal of Agricultural Science Vol No P.90-100 Barker, S.A (1980), EconomicMicrobiology: Microbial Enzymes and Bioconversion, 5, AcademicPress, pp331 KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC 42 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Ngô Thị Trang_1203_CNTP Bender et al (1985) Studies on production of maltooligosaccharides by pullulananse from K Pneumoniae Carbonhydrate research 135, 291-302 10 Borgia P.T and Campell L.L(1978) Amylase in food processing J Bacteriology Vol 134 P.223-232 11 Burkhardt- Herold Susanna et al(2007) Interaction between iron(III)- hydroxide polymaltose complex and commonly used drug/ simulation and in vitro studies Arzneimittel-Forschung 57(6A) P.126-131 12 Chang-Kyu Lee, Quang-Tri Le, Yung-Hee Kim, Jae-Hoon Shim and Kwan-Hwa Park (2008) Enzymatic Synthesis and Properties of Highly Branched Rice Starch Amylose and Amylopectin Cluster J Agric Food Chem 56 P, 126-131 13 Clark, D.S, Estell D,A 1992 Enzyme Engineering XI Academy of Sciences New York 14 Danisco company, Amylex® HT – Production description – PD 215999-4.0 15 Fiona Dufner, Costanzo Bertoldo, Jens T Andersen, Karen Wagener and Garaabeb Antrannikian (2000) “A new thermoactive pullulanase from Desulfurococcus characterization of mucosus: cloning, sequencing, purification, the recombiant enzyme after expression in and Bacillus subtilis” 16 Hannes Melasniemi, Vantaa, Matti (1990) “Amylase of new type” United States 4971906 17 K Eichsen, R J Ulvik et al (2005) Effects of ferrous sulphate and non-ionic iron-polymaltose complex on markers of oxidative tissue damage in patients with inflammatory bowel disease Aliment Phamarcol Ther 22, 831-838 18 Kainuma, K Lobaysahi, S Harado T (1978) Carbonhydrate research P.345357 19 Lekha Saha, Promila Pandhi et al (2007) Comparison of efficacy, tolerability, and cost of iron polymaltose complex with ferrous sulphate in the treatment of iron deficiency anemia in pregnant womer MedGenMed, 9(1):1 KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC 43 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Ngô Thị Trang_1203_CNTP 20 Lincon P.S (1975) Starch conversion by soluble and immobilized amylase Biodeechnol Bioeng Vol 17 P.153-165 21 Liquozyme supra Abstract 22 Mac Allister A (1975) Technologies based on enzymatic catalysis Enzymes in food processing Academic press New York P.230-340 23 Novo enzyme at work (1989) Pp.12-13 24 Novo NordishTermamyl 120L, Product sheet 25 Novo Nordisk Enzyme for conversion of starch 26 Okada Shigetaka et al (1988) “Maltotriose- Rich maltooligosaccharide Mixture” Handbook of Amylases and related enzymes Pergamon press Pp.210213 27 Pantet US 5208151 (1993) A process for the preparation of derivatives of maltooligosaccharides 28 Pauline T Lieu, marja Heiskala et.al The role of iron in healthand disease Molecuala Aspects of Medicine 22 1-87 29 Promozyme D2 (2001) Product sheet 30 Sakian Khatoon, Y N Sreerama, D Raghavendra, Suvendu Bhattacharya and K K Bhat (2009) Properties of enzyme modified corn, rice and tapioca starches Food Research International J Vol 42 Issue 10 P.1426-1433 31 Shinke, Ryu,Takashi (1989) “Thermostable amylase and use there of” European Patent Application 0357137A2 32 Ueda , S., Nanri, N (1967) Aplication of microbiology, 15, pp 492-296 33 Whistel, R L Pashall (1967), Starch: Chemistry and technology, Academic prees, Neww York anh London 34 Yamamoto Takehiko et al (1988) Pullulanese in several microorganisms and plan Handbook of amylase related enzymes: Their sources, isolation method, properties and application Pergamon Press P.131-159 KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC 44 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Ngô Thị Trang_1203_CNTP 35 Yamamoto Takehiko, Kitahata Sumio, Chiba Seiya, Noshi minamiura, Yamane Kunio Et.al (1995) Enzyme chemistry and moleccular biology of amylasae and related enzymes CRC Press Inc INTERNET 36 http://acacl.ethz.ch/koppenol/IRON_Metabolism_2012_E.pdf 37 http://chauduc.vn/view-127751/thi-truong-san-lat-va-tinh-bot-san-nam-2015trien-vong-nam-2016/ 38 http://www.omard.gov.vn/site//vi-VN/50/11447/9950/Phat-huy-tiem-nang-tucay-san.aspx 39 http://orientbiofuels.com.vn/index.php/vi/cay-san/tong-quan-ve-cay-san 40 http://thanhnien.vn/doi-song/nhip-song-dia-phuong/phat-trien-ben-vung-caysan-viet-nam-526380.html 41 http://thitruongsan.com/toan-canh-thi-truong-san-thang-9_2560.html 42 http://www.amano-enzyme.co.jp/eng/enzyme/15.html KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC 45 [...]... của enzyme đường hóa tạo polymaltose như: nồng độ cơ chất tinh bột, tỷ lệ enzyme, nhiệt độ, pH, thời gian và các yếu tố khác Kết quả được đánh giá bởi chỉ số DE, độ nhớt và đường khử… 2.2.2.3 Xây dựng quy trình công nghệ thủy phân tinh bột sắn để sản xuất polymaltose DE 30 Từ kết quả thu được trong quá trình nghiên cứu, tiến hành xây dựng quy trình công nghệ thủy phân tinh bột sắn để sản xuất polymaltose. .. cho quá trình sản xuất polymaltose 3.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của mức độ thủy phân tinh bột trong quá trình dịch hóa đến quá trình đường hóa tạo polymaltose DE 30 Trước khi nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện thủy phân tinh bột trong quá trình dịch hóa làm nguyên liệu cho quá trình đường hóa tạo polymaltose DE 30 thì phải xác định được mức độ dịch hóa tinh bột đến mức độ nào là phù hợp để lựa chọn... DE 30 KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC 21 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Ngô Thị Trang_1203_CNTP CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN DỊCH HÓA TINH BỘT LÀM NGUYÊN LIỆU PHÙ HỢP CHO QUÁ TRÌNH ĐƯỜNG HÓA TẠO POLYMALTOSE DE 30 3.1.1 Lựa chọn enzyme dịch hóa thích hợp cho quá trình sản xuất polymaltose Enzyme thủy phân tinh bột có rất nhiều loại, tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà ta lựa chọn enzyme. .. mạch tinh bột, phân cắt liên kết glucoside, nhưng nếu hàm lượng tinh bột quá thấp hoặc quá cao, sẽ ngăn cản enzyme tiếp xúc với cơ chất, do đó làm giảm tốc độ phản ứng thủy phân của enzyme Trong quá trình thủy phân, nồng độ cơ chất ảnh hưởng đến chỉ số DE, độ nhớt của dịch thuỷ phân Quá trình thuỷ phân tinh bột sắn được thực hiện ở các nồng độ tinh bột khác nhau trong điều kiện sau: - Nồng độ enzyme: ... độ tinh bột, đường kính của các hạt phân tán, nhiệt độ, pH Khi để nguội hồ tinh bột một thời gian dài, tinh bột bị thoái hóa kèm theo tách nước và đặc cứng Tính chất thủy nhiệt và sự hồ hóa của tinh bột là một đặc tính được quan tâm đến nhiều trong các phản ứng enzyme [18,33] 1.2.2 Tinh bột sắn 1.2.2.1 Cấu tạo và tính chất của tinh bột sắn Tinh bột sắn có màu sáng trắng, có độ pH từ 4,5 đến 6,5 Hạt tinh. .. sản xuất α-amylase trong công nghiệp bằng phương pháp nuôi cấy bề mặt và phương pháp nuôi cấy chìm Hiện nay có nhiều phương pháp nghiên cứu sản xuất α- amylase bền nhiệt từ B licheniformis, trong đó phương pháp nuối cấy bề mặt cho hiệu suất kinh tế cao [5,16,31] Nấm mốc thuộc chi Aspergillus rất phổ biến trong sản xuất enzyme ngoại bào Hiệu suất sinh tổng hợp enzyme có thể tăng lên nhiều nhờ điều kiện. .. các phân tử tinh bột phân bố đồng đều trong các khối nước tạo thành một hệ thống đồng thể (gọi là hồ tinh bột) Nhiệt độ hồ hóa (nhiệt độ để chuyển hạt tinh bột từ trạng thái ban đầu có mức độ hydrat hóa khác nhau thành dung dịch keo) phụ thuộc vào kích thước của hạt tinh bột, nguồn tinh bột, và thành phần amylose/ amylopectin có trong tinh bột Hồ tinh bột có tính chất nhớt dẻo Độ nhớt của tinh bột. .. yếu là dextrin và một ít đường Tinh bột α- amylase, H2O α- dextrin+ glucose+maltose Cơ chế tác dụng của α- amylase lên phân tử tinh bột là thủy phân không định vị các liên kết α-1,4 glucoside trong các polysaccharid, kết quả là dịch tinh bột loãng ra và có độ nhớt giảm Quá trình thủy phân tinh bột bằng enzyme được thực hiện qua một loạt các sản phẩm trung gian có phân tử lượng khác nhau gọi là dextrin... SỬ DỤNG TRONG SẢN XUẤT POLYMALTOSE Quá trình thủy phân tinh bột để sản xuất polymaltose gồm hai giai đoạn Giai đoạn 1 là giai đoạn dịch hóa tinh bột làm giảm độ nhớt của tinh bột và làm cho tinh bột tan hoàn toàn giúp cho quá trình đường hóa tốt Giai đoạn 2 là giai đoạn đường hóa tạo polymaltose mạch thẳng tức là trong giai đoạn đường hóa chỉ tiến hành thủy phân liên kết α-1,6 glucoside [9,26,27] KHOA... thủy phân, pH), sau thủy phân ta để dịch thủy phân nguội đến 800C rồi đem đo độ nhớt bằng máy đo độ nhớt Viscosimetre capillaire (Germany) 2.2.1.5 Xác định độ ẩm của tinh bột sắn bằng máy sấy hồng ngoại Dùng máy sấy hồng ngoại (Precisa HA60 – Thụy Sỹ) để xác định hàm lượng ẩm trong tinh bột Đây là phương pháp xác định hàm ẩm nhanh và thuận tiện nhất 2.2.1.6 Xác định hàm lượng tinh bột theo phương pháp