Một tính chất quan trọng của tinh bột là quá trình thủy phân liên kết giữa các đơn vị glucose bằng acid hoặc bằng enzyme. Acid có thể thủy phân tinh bột ở dạng hạt ban đầu hoặc ở dạng hồ hóa, enzyme chỉ thủy phân tinh bột ở dạng hồ hóa. Một số enzyme thường được sử dụng để thủy phân tinh bột là - amylase, - amylase. Khi thủy phân tinh bột acid và enzyme đều thủy phân liên kết - 1,4 – glycozide. Phản ứng thủy phân làm giảm nhanh độ nhớt của tinh bột và tạo ra đường.
* Sự thủy phân tinh bột bằng axit
Phản ứng thủy phân tinh bột có thể biểu diễn bằng phương trình phản ứng (C6H10O5)n + (n- 1) H2O n C6H12O6
Phản ứng thủy phân trong dung dịch nước có tốc độ rất bé ngay cả khi ở nhiệt độ cao. Tốc độ của phản ứng sẽ tăng nhanh khi thêm một lượng nhỏ ion hydro, tạo sản phẩm là glucose.
Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 20
Hình 2.12: Sơ đồ thủy phân tinh bột
(Nguồn: http://en.wikibooks.org/wiki/Brewing/Mashing)
Các yếu tố ảnh hưởng:
Ảnh hưởng của acid: tốc độ thủy phân giảm dần từ HI > HClO4 > HBr > HCl > HNO3 > H2SO4 > HCOOH.
Ảnh hưởng của tinh bột: lượng acid cho thêm vào nhỏ hơn so với lượng tinh bột thì khuynh hướng tinh bột và các chất liên kết với tinh bột sẽ kết hợp với acid do đó ảnh hưởng đến hoạt động acid. Như vậy có thể chứng tỏ rằng tinh bột và các tạp chất liên kết với tinh bột như lipid, SiO2, phosphat, muối kim loại Ca, Mg, K, Na,...đã ảnh hưởng đến hoạt độ của axit.
* Sự thủy phân dưới xúc tác enzyme
Những emzyme thuỷ phân tinh bột gọi là amylase, hiện nay người ta biết rõ có 6 loại enzyme amylase trong đó:
Ba loại: - amylase, - amylase và glucamylase cắt đứt lien kết 1-4 glucozit của tinh bột và của polysaccharic cùng loại.
Ba loại: dextridase, 6 glucanhydrolase và dextrinase cắt đứt lien kết 1-6 glycozit trong polysaccharic và dextrin cuối.
- amylase
Hình 2.13: Enzyme - amylase
Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 21 Quá trình thuỷ phân của - amylase xảy ra theo nhiều giai đoạn, nhưng sản phẩm cuối cùng thuỷ phân amylase là 13% glucose và 87% maltose, còn thuỷ phân amylase pectin cũng tương tự nhưng vì - amylase không phân cắt được lien kết 1- 6 glucozit nên sản phẩm cuối cùng ngoài glucose, maltose còn có dextrin và izomailtose.
Khả năng dextrin hoá của - amylase là tính chất đặc trưng của enzyme này vì vậy
- amylase được gọi là enzyme dịch hoá trung tâm hoạt động chưa có nhóm – COOH và –NH2. - amylase từ vi khuẩn và động vật đều được hoạt hoá bởi các ion hoá trị I, còn - amylase từ thực vật thì được hoạt hoá bởi các ion hoá trị II.
Cơ chế tác dụng của - amylase
Hình 2.14: Sơ đồ tác dụng của của hệ enzyme amylase lên tinh bột
- amylase
Hình 2.15: Enzyme - amylase
Là emzyme thuỷ phân liên kết -1,4 glucozit trong tinh bột, glycogen và các polysaccharic. - amylase thuỷ phân 100% amylose và 87% amylopectin, phần còn lại là các pectin có chứa nhiều -1,6 glucozit được gọi là dextrin cho màu tím với iot. - amylase rất bến khi không có ion canxi trong phân tử, bởi kiềm hảm bởi ion đồng và ion magie, pH thích hợp 4,6 – 5,6, - amylase bị vô hoạt 60oC.
Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 22 Glucoamylase ( - amylase)
Enzyme này có khả năng cắt dứt liên kết, -1,3 glycozide, -1,4 glycozide lẫn - 1,6 glycozide. Thuỷ phân hoàn toàn tinh bột tạo glucose.
Trong suốt quá trình thuỷ phân có 3 hiện tượng xảy ra:
Hiện tượng dịch hoá: khi enzyme tác dụng lên hồ tinh bột thì hiện tượng đầu tiên là độ nhớt của dung dịch bị giảm và dung dịch bị loãng ra, sản phẩm của giai đoạn này là dextrin và một lượng nhỏ đường do - amylase gây nên.
Hiện tượng dextrin hoá: là quá trình thuỷ phân bằng acid hay enzyme phân giải tinh bột thành dextrin mạch ngắn (không có màu với iod). Các enzyme này là
- amylase và - amylase.
Hiện tượng đường hoá: là quá trình phân ly tinh bột thành đường đơn giản như glucose và maltose. Quá trình này có ý nghĩa quan trọng trong công nghiệp lên men.
Enzyme này còn có nhiều tên gọi khác như - amylase, amyloglucosidase, taka – amylase, maltulase,… là enzyme ngoại bào.
Ngoài các liên kết -1,4-glycozide và -1,6-glycozide glucoamylase còn có khả năng thủy phân các liên kết -1,2- glycozide và -1,3- glycozide. Đa số các glucoamylase có hoạt lực cao nhất ở vùng pH = 3,5 – 5,5, ở nhiệt độ 500C.