Tinh bột (starch) là nguồn nguyên liệu cĩ nguồn gốc nơng nghiệp rất phổ biến, được sử dụng để sản xuất đường glucose, phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau trong lĩnh vực thực phẩm, lên men….
Phương trình phản ứng thủy phân tinh bột thành đường glucose: (C6H10O5)nH2O + (n-1)H2O nC6H12O6 MW: (162n+18) 180.n (n ≥ 1)
Hiệu suất đường hĩa = 180.n/(162.n+18) với n là số đơn phân glucose trong tinh bột. Tùy theo loại tinh bột mà n cĩ khoảng giá trị khác nhau. Do vậy, đối với mỗi loại tinh bột thì hiệu suất đường hĩa cực đại khác nhau. Hiệu suất đường hĩa lớn nhất khi tồn bộ các đơn phân glucose trong phân tử tinh bột được cắt rời hồn tồn, khi đĩ số lượng đơn phân trong dung dịch đạt cực đại.
Hiệu suất đường hĩa tối đa = n n n im(180 /(162 18) × 100 = 111,11%
Tác nhân thủy phân tinh bột thành đường glucose cĩ thể là H2SO4 hoặc enzyme. Việc sử dụng H2SO4 để thủy phân tinh bột trong cơng nghiệp gặp phải nhiều nhược điểm như hiệu suất thủy phân khơng cao, kém ổn định, thiết bị sử dụng đắt tiền, kém an tồn cho cơng nhân vận hành, dung dịch glucose cĩ độ màu cao, chứa nhiều dư lượng của SO42- gây ảnh hưởng xấu khi sử dụng cho mơi trường lên men. Do vậy trong sản xuất cơng nghiệp sản xuất đường glucose từ tinh bột hiện nay người ta thường dùng các enzyme như amyloase, glucose amylase để thủy phân.
Sử dụng phương pháp enzyme để thủy phân tinh bột thành đường cần thơng qua hai bước:
- Quá trình dịch hĩa (liquefaction):
Sử dụng enzyme a-amylase để thủy phân tinh bột thành các đoạn oligosacchride mạch ngắn. Phản ứng được thực hiện ở pH 5-6,5, nhiệt độ 70-105oC trong thời gian khoảng 90-120 phút với tỷ lệ enzyme sử dụng là 0,8-1,3 L/t DS. Nồng độ tinh bột trong dịch bột thích hợp cho phản ứng là 30-35%. Sản phẩm của quá trình dịch hĩa là dung dịch chứa các oligosacchride với DE (dextrose equivent) khoảng 12-20%. Với thành phần này thì sẽ rất thuận lợi cho giai đoạn phân cắt tiếp theo.
- Quá trình đường hĩa (saccharification):
Phản ứng thủy phân được thực hiện bởi enzyme glucose amylase, cĩ đặc điểm là thủy phân các oligosaccharide thành các đơn phân glucose.
Phản ứng diễn ra ở pH 4,0-4,5, nhiệt độ tối ưu khoảng 60-62oC. Với tỷ lệ enzyme sử dụng 0,35-0,5 L/t DBS (dried base starch) thì sau khoảng thời gian 60-80 giờ sẽ thu được dung dịch đường glucose với hiệu suất đường hĩa đạt khoảng 110%.