L ỜI CẢM TẠ
2.5.2.2 Quá trình đường hóa bằng enzyme glucoamylase
Đường hóa là quá trình phân ly tinh bột thành đường đơn giản như glucose hoặc maltose.
Quá trình đường hóa xảy ra hai giai đoạn:
- Giai đoạn thứ nhất: lượng đường tạo thành nhanh và phụ thuộc tuyến tính và nồng
độ enzyme.
- Giai đoạn thứ hai: phản ứng tiến hành chậm và không có sự phụ thuộc tuyến tính giữa lượng đường và nồng độ enzyme.
CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Phương tiện nghiên cứu
3.1.1 Thờigian và địa điểm
Nghiên cứu được thực hiện tại các phòng thí nghiệm thuộc Bộ môn Công nghệ
Thực phẩm, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ.
Thời gian thực hiện: từ ngày 12/08/2013 đến ngày 22/11/2013.
3.1.2 Nguyên vật liệu
Gạo lức Một bụi hồng được bảo quản trong bao bì có khối lượng tịnh 5 kg. Các chế phẩm enzyme amylase thương mại (Trung Quốc) bao gồm:
- Enzyme -amylase có nguồn gốc từ vi khuẩn chịu nhiệt Bacillus.sp
- Enzyme glucoamylase (AMG 300L) là chế phẩm có nguồn gốc từ nấm mốc
Aspergillus niger
Cooking cream (Emborgh - Đức, thể tích 200 mL/hộp chứa 15% chất béo) Chất ổn định glycerol (E422) (Trung Quốc)
3.1.3 Thiết bị vàdụng cụ thí nghiệm
- Micropipet (0-1000 l) - Water bath (Memmert)
- Nhiệt kế thủy ngân (0-100oC) (Trung Quốc)
- Chiết quang kế (0–30oBrix)(Malwaukee, Romania) - Cân phân tích độ chính xác 0,0001 g (Ohaus, Nhật) - Nhớt kế (DV-E Viscometer, Broofield, USA)
- Tủ hút (Dalton), tủ sấy (Sibata SD, Nhật) - Thiết bị tiệt trùng (Trung Quốc)
- Máy xay sinh tố (Panasonic) - Máy ảnh
3.1.4 Hóa chất sử dụng
Thuốc thử xanh methylen Chất chỉ thị phenolphthalein Iod KI NaOH Na2SO4 CuSO4.5H2O Pb(CH3COO)2
Kali natri tetratartrate (KNaC4H4O6)
HCl đậm đặc H2SO4 đậm đặc
3.2 Nội dung nghiên cứu
3.2.1 Phương pháp thí nghiệm
Gạo lức được loại bỏ sạn thóc, làm sạch bằng nước 2-3 lần, ngâm nước ấm (45- 50oC) trong 30 phút. Sau đó xay gạo với nước theo tỷ lệ gạo : nước = 1:6. Tiến hành hồ hóa dịch gạo trên bếp ở nhiệt độ 95-100oC trong 15 phút, phân chia mẫu nhằm chuẩn bị cho các thí nghiệm sau. Thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên với 2 lần lặp lại.
3.2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát
Các bố trí thí nghiệm được thực hiện theo quy trình hình 3.1.
Hình 3.1. Quy trình chế biến sữa gạo lức Một bụi hồng
Làm sạch
Ngâm nước ấm (45-50oC, 30 phút)
Hồ hóa (95-100oC, 15 phút)
Dịch hóa bằng enzyme -amylase
Đường hóa bằng enzyme glucoamylase
Gia nhiệt (70-80oC) Lọc nóng Lắng 30 phút Gạn, lọc Phối chế Gia nhiệt (40-50oC)
Vô chai, bài khí
Làm nguội Chất béo sữa Glycerol Xay Đồng hóa Gia nhiệt (80-90oC) Bảo ôn Dán nhãn Sản phẩm Nước Gạo lức Tiệt trùng Ghép nắp Dịch trong Cặn lắng
3.3 Bố trí thí nghiệm
3.3.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ, nồng độ enzyme, thời
gian đến hiệu quả thủy phân tinh bột gạo lức bằng enzyme -amylase
Mục đích: Chọn ra nhiệt độ, nồng độ enzyme -amylase và thời gian thủy phân tốt nhất cho thí nghiệm tiếp theo.
Cách bố trí thí nghiệm:
Thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên với 3 nhân tố và 2 lần lặp lại - Nhân tố A: Nhiệt độ (oC)
A1:70 A2:80 A3:90
- Nhân tố B: Nồng độ enzyme -amylase (%)
B1: 0,05 B2: 0,10 B3:0,15 - Nhân tố C: Thời gian thủy phân (phút)
C1: 20 C2: 40 C3: 60
Phương pháp bố trí thí nghiệm 1 được thể hiện ở bảng 3.1.
Bảng 3.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm 1 A B C C1 C2 C3 A1 B1 A1B1C1 A1B1C2 A1B1C3 B2 A1B2C1 A1B2C2 A1B2C3 B3 A1B3C1 A1B3C2 A1B3C3 A2 B1 A2B1C1 A1B1C2 A1B1C3 B2 A2B2C1 A1B2C2 A1B2C3 B3 A2B3C1 A1B3C2 A1B3C3 A3 B1 A3B1C1 A3B1C2 A3B1C3 B2 A3B2C1 A3B2C2 A3B2C3 B3 A3B3C1 A3B3C2 A3B3C3 Tổng số nghiệm thức: 3 x 3 x 3 = 27 nghiệm thức Sốđơn vị thí nghiệm: 27 x 2 = 54 đơn vị thí nghiệm Chỉ tiêu khảo sát:
- Độ Brix (%) - Độ nhớt (cP)
3.3.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ, nồng độ enzyme và thời
gian đến hiệu quả thủy phân tinh bột gạo lức bằng enzyme glucoamylase
Mục đích: Chọn ra nhiệt độ, nồng độ enzyme glucoamylase và thời gian thủy phân tốt nhất cho thí nghiệm tiếp theo.
Cách bố trí thí nghiệm:
Thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên với 3 nhân tố và 2 lần lặp lại - Nhân tố D: Nhiệt độ (oC)
D1:50 D2:60 D3:70
- Nhân tố E: Nồng độ enzyme glucoamylase (%) E1: 0,04 E2: 0,06 E3:0,08 - Nhân tố F: Thời gian thủy phân (phút)
F1: 60 F2: 120 F3: 180
Phương pháp bố trí thí nghiệm 2 được thể hiện ở bảng 3.2.
Bảng 3.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm 2 D E F F1 F2 F3 D1 E1 D1E1F1 D1E1F2 D1E1F3 E2 D1E2F1 D1E2F2 D1E2F3 E3 D1E3F1 D1E3F2 D1E3F3 D2 E1 D2E1F1 D2E1F2 D2E1F3 E2 D2E2F1 D2E2F2 D2E2F3 E3 D2E3F1 D2E3F2 D2E3F3 D3 E1 D3E1F1 D3E1F2 D3E1F3 E2 D3E2F1 D3E2F2 D3E2F3 E3 D3E3F1 D3E3F2 D3E3F3 Tổng số nghiệm thức: 3 x 3 x 3 = 27 nghiệm thức Sốđơn vị thí nghiệm: 27 x 2 = 54 đơn vị thí nghiệm Chỉ tiêu khảo sát:
- Hàm lượng đường khử (%)
3.3.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của các tỷ lệ phối chế chất béo sữa đến chất lượng sản phẩm sữa gạo lức Một bụi hồng
Mục đích: Chọn ra tỷ lệ phối chế thích hợp nhất cho sản phẩm
Tiến hành thí nghiệm: Thí nghiệm được tiến hành với mẫu tốt nhất đã chọn ở thí nghiệm 2.
Cách bố trí thí nghiệm:
Thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên với 1 nhân tố và 2 lần lặp lại Nhân tố G: Tỷ lệ chất béo sữa (%)
G1: 3 G2: 4 G3: 5
Tổng số nghiệm thức: 1 x 3 = 3 nghiệm thức Sốđơn vị thí nghiệm: 3 x 2 = 6 đơn vị thí nghiệm Chỉ tiêu khảo sát:
- Đánh giá cảm quan (cho điểm trạng thái, màu sắc, mùi, vị) bằng phương pháp
mô tả
- So sánh màu sắc bằng phầm mềm so màu Color Express. Bố trí thí nghiệm được thể hiện ở hình 3.2.
::::::::
Hình 3.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 3
3.3.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của các tỷ lệ phối chế glycerol đến
chất lượng sản phẩm sữa gạo lức Một bụi hồng
Mục đích: Chọn ra tỷ lệ phối chế thích hợp nhất cho sản phẩm
Tiến hành thí nghiệm: Thí nghiệm được tiến hành với mẫu tốt nhất đã chọn ở thí nghiệm 3.
Cách bố trí thí nghiệm:
Thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên với 1 nhân tố và 2 lần lặp lại Nhân tố H: Tỷ lệ glycerol (%)
H1: 0,1 H2: 0,3 H3: 0,5
Tổng số nghiệm thức: 1 x 3 = 3 nghiệm thức Sốđơn vị thí nghiệm: 3 x 2 = 6 đơn vị thí nghiệm Chỉ tiêu khảo sát:
- So sánh màu sắc bằng phần mềm so màu Color Express Bố trí thí nghiệm được thể hiện ở hình 3.3.
Phối chế (Chất béo sữa)
G1 G2 G3
::::::::
Hình 3.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 4
3.3.5 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu
Phân tích các chỉ tiêu: độ Brix, độ nhớt, hàm lượng đường khử, màu sắc, phân tích thành phần chính trong sữa gạo lức. Phương pháp phân tích thể hiện ở bảng 3.3.
Phối chế (Chất béo sữa)
H1 H2 H3
Gạo lức
Bảng 3.3. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu trong chế biến sữa gạo
STT Chỉ tiêu Phương pháp
1 Độ Brix (%) Sử dụng chiết quang kế cầm tay (0-30
o
Brix), (Malwaukee, Romania)
2 Độ nhớt (cP)
Sử dụng thiết bị đo độ nhớt DV-E Viscometer (Brookfield, USA)
Sử dụng đầu đo số 1, tốc độ quay 50 vòng/phút, nhiệt độ đo 25oC
3 Hàm lượng đường khử (%)
Dùng phương pháp phân tích Lane–Eynon, dựa vào tính chất oxy của nhóm aldehyde hay cetone tự do có trong phân tử glucid để định lượng (Ranganna, 1986)
4 Đánh giá cảm quan
Phương pháp mô tả thông qua việc cho điểm các chỉ tiêu về trạng thái, màu sắc, mùi, vị. Phương pháp được lặp lại hai lần, hội đồng gồm 10 cảm quan viên/1 lần đánh giá
5 Màu sắc: thể hiện qua: L
* , a*, b* và sự khác màu E* Sử dụng phần mềm Color Express để đọc các giá trị L*, a*, b* từ đó xác định sự khác màu * E
6 Phân tích thành phần sữa Sử dụng máy phân tích sữa JULLIE - C3
3.3.6 Phương pháp xử lý số liệu
Số liệu được xử lý bằng phần mềm Statgraphics Centurion 15.2.11.0 và vẽ đồ thị
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Thành phần chính trong gạo lức Một bụi hồng
Thành phần nguyên liệu là một trong những yếu tố quyết định đến chất lượng sản phẩm sữa gạo lức. Vì vậy trước khi tiến hành nghiên cứu chế biến sữa gạo lức, việc phân tích thành phần nguyên liệu là rất cần thiết.
Kết quả thể hiện ở bảng 4.1 cho thấy, trong gạo lức hàm lượng tinh bột cao (74,23%) là nguồn cơ chất tốt mang lại hiệu quả cao trong quá trình thủy phân tinh bột bằng enzyme amylase.
Bảng 4.1. Thành phần hóa học chính trong gạo lức Một bụi hồng
Chỉ tiêu Độẩm (%) Tinh bột (% CBK) Lipid (% CBK) Protein (% CBK) Tro (% CBK) Khác (% CBK) Giá trị 12,34*±0,32a 74,23±0,33 1,31±0,27 7,89±0,07 1,32±0,01 2,91±0,03
Ghi chú: * giá trị đo trung bình của 3 lần lặp lại và a độ lệch chuẩn của giá trị trung bình %CBK :các giá trị được tính theo căn bản khô
4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ, nồng độ enzyme, thời gian đến quá trình thủy phân tinh bột gạo lức bằng -amylase phân tinh bột gạo lức bằng -amylase
Theo Bùi Ái (2003), trong quá trình thủy phân tinh bột, hiện tượng hồ hóa tinh bột có ảnh hưởng khá lớn đến tốc độ thủy phân của tinh bột. Tinh bột đã qua hồ hóa thủy phân dễdàng hơn tinh bột chưa qua hồ hóa.
Huyền phù bột gạo thu được sau khi xay với nước (tỷ lệ 1 gạo : 6 nước) được tiến hành hồ hóa ở 95-100oC trong 15 phút. Lúc này, tinh bột hút nước và bắt đầu trương
nở khi nóng lên, màu của dịch bắt đầu sậm hơn và trở nên đặc hơn. Cuối cùng, thu
được dịch hồcó độ nhớt cao với hàm lượng chất khô hòa tan rất thấp. Khi dịch hóa dịch hồ bằng enzyme -amylase thì dịch hồ trở nên loãng dần và hàm lượng chất khô hòa tan bắt đầu tăng lên. Theo Nguyễn Thị Hiền và ctv. (2009), khi enzyme tiếp xúc với cơ chất là tinh bột thì phản ứng thủy phân diễn ra, enzyme sẽ cắt chuỗi mạch dài của tinh bột thành những mạch ngắn hơn. Điều này làm độ nhớt của dịch hồ giảm nhanh và độ Brix tăng.
Ba nhân tố có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình thủy phân (dịch hóa) bằng enzyme - amylase là nhiệt độ, nồng độ enzyme và thời gian thủy phân. Hiệu quả của quá trình thủy phân được đánh giá thông qua độ Brix và độ nhớt. Bảng 4.2 tổng hợp các giá trị trung bình của độ Brix và độ nhớt của hai lần lặp lại ứng với các điều kiện khảo sát ở nhiệt độ (70–90oC), nồng độ enzyme (0,05-0,15%) và thời gian thủy phân (20- 60 phút).
Bảng 4.2. Giá trị trung bình của độ Brix và độ nhớt của sản phẩm
Nhiệt độ (oC) Nồng độ
enzyme (%) Thời gian (phút)
Chỉ tiêu Độ Brix (%) Độ nhớt (cP) 70 0,05 20 12,1 105,1 40 12,5 96,9 60 12,5 53,6 0,10 20 12,7 90,5 40 13,0 67,7 60 13,2 44,5 0,15 20 12,9 80,2 40 13,0 58,3 60 13,2 39,1 80 0,05 20 12,4 73,1 40 13,4 57,7 60 13,4 50,0 0,10 20 13,2 44,2 40 14,2 40,5 60 14,5 36,2 0,15 20 13,2 43,7 40 14,2 38,2 60 14,4 35,6 90 0,05 20 12,4 87,5 40 13,3 80,1 60 13,4 73,0 0,10 20 13,0 63,1 40 14,2 55,5 60 14,5 40,8 0,15 20 13,1 59,4 40 14,3 48,2 60 14,4 36,9
Ghi chú: các giá trị trung bình của hai lần lặp lại
4.2.1 Tương tác giữa nhiệt độ, nồng độ enzyme, thời gian đến quá trình thủy
phân tinh bột gạo lức bằng enzyme -amylase
Dựa trên các nghiên cứu và lý thuyết về các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân tinh bột từ enzyme -amylase, nhận thấy nhiệt độ, nồng độ enzyme và thời gian là 3 nhân tố quan trọng ảnh hưởng lớn đến quá trình thủy phân. Chính vì thế, nghiên cứu xác định mối tương quan 3 nhân tố, bao gồm nhiệt độ thủy phân (70– 90oC), nồng độ enzyme (0,05-0,15%) và thời gian thủy phân (20–60 phút).
Bảng 4.3. Ảnh hưởng của các nhân tố mã hóa đối với phương trình hồi quy của độ Brix Nhân tố Tổng bình phương Bậc tự do Bình phương trung bình Tỷ số F Giá trị P x 0,3733 1 0,3733 6,83 0,0123 y 3,1464 1 3,1464 57,55 0,0000 z 0,9533 1 0,9533 17,44 0,0001 x2 1,6626 1 1,6626 30,41 0,0000 xy 0,1204 1 0,1204 2,20 0,1451 xz 1,2150 1 1,2150 22,22 0,0000 y2 2,2245 1 2,2245 40,69 0,0000 yz 0,0000 1 0,0000 0,00 1,0000 z2 1,6626 1 1,6626 29,06 0,0000 Sai số 2,3509 43 0,0546 Từ bảng tổng hợp (Bảng 4.3) cho thấy các giá trị P của các thừa số x, y, z, x2, xz, y2, z2đều nhỏhơn 0,05 còn các giá trị P của các thừa số xy và yz lại lớn hơn 0,05. Điều này chứng tỏ các nhân tố khảo sát đều ảnh hưởng đến quá trình thủy phân. Hệ số
hồi quy x, y, z cũng như hệ sốtương tác của xz đều khác biệt ý nghĩa về mặt thống
kê nhưng hệ số tương tác xy và yz lại không khác biệt ý nghĩa thống kê. Điều này cho thấy mức độ ảnh hưởng của từng biến độc lập là có ý nghĩa đến quá trình thủy phân khảo sát nhưng các tương tác thì ít có ý nghĩa đến quá trình thủy phân được khảo sát.
Phương trình hồi quy thể hiện sự tương quan của các điều kiện thủy phân đến độ Brix được thiết lập. Độ Brix mô phỏng (TSS) được xác định bằng cách thay các biến với giá trị thực vào phương trình (4.1) sau:
TSS (%) = -14,009+0,590x+41,389y-0,004x2-172,222y2 - 0,0009z2 + 0,0012xz (R2 = 0,906) (4.1)
Trong đó:
TSS (Total Soluble Solids) : Tổng chất khô hòa tan (độ Brix) mô phỏng (%) x là nhiệt độ (oC), y là nồng độ enzyme (%), z là thời gian thủy phân (phút)
Độ Brix thu được từ thực nghiệm và tính toán theo phương trình có độ tương thích
R2 = 0,957 (Hình 4.1). Như vậy có thể kết luận rằng phương trình hồi quy đã mô tả
Brix là do ảnh hưởng của các biến độc lập x, y, z và 4,3% sựthay đổi là do các yếu tốkhông xác định gây ra.
Hình 4.1. Tương quan giữa độ Brix thực nghiệm và tính toán theo phương trình hồi quy
Từ bảng tổng hợp (Bảng 4.4) cho thấy các giá trị P của các thừa số x, y, z, x2, xz, y2, z2 đều nhỏ hơn 0,05, còn giá trị P của các thừa số yz lại lớn hơn 0,05. Điều này chứng tỏ các nhân tố khảo sát đều ảnh hưởng đến quá trình thủy phân. Hệ số hồi quy x, y, z cũng như hệ số tương tác của xy, xz đều khác biệt ý nghĩa về mặt thống kê nhưng yz lại không khác biệt ý nghĩa thống kê. Điều này nói lên rằng mức độ ảnh hưởng của các biến độc lập x, y, z là có ý nghĩa đến quá trình thủy phân khảo sát và các tương tác thì ít có ý nghĩa đến quá trình thủy phân khảo sát.
Phương trình hồi quy thể hiện sự tương quan của các điều kiện thủy phân đến độ
nhớt được thiết lập. Độ nhớt mô phỏng (V) được xác định bằng cách thay các biến với giá trị thực vào phương trình (4.2):
V(cP)=1411,75-30,2169x-970,722y-0,320z+0,177x2+3596,67y2+0,033xz (R2 = 0,906) (4.2)
Trong đó:
V (Viscosity) : Độ nhớt mô phỏng (cP)
x là nhiệt độ (oC), y là nồng độ enzyme (%), z là thời gian thủy phân (phút)
Độ nhớt thu được từ thực nghiệm và tính toán theo phương trình có độ tương thích
R2 = 0,916 (Hình 4.4). Như vậy có thể kết luận rằng phương trình hồi quy đã mô tả
gần đúng các kết quả thực nghiệm. Hệ sốtương quan cho biết 91,6% sự biến đổi độ
nhớt là do ảnh hưởng của các biến độc lập x, y, z và 8,4% sựthay đổi là do các yếu tốkhông xác định gây ra.
Bảng 4.4. Ảnh hưởng của các nhân tố mã hóa đối với phương trình hồi quy của độ nhớt Nhân tố Tổng bình phương Bậc tự do Bình phương trung bình Tỷ số F Giá trị P x 21,85 1 21,85 0,50 0,0000 y 1730,76 1 1730,76 39,89 0,0000 z 1233,80 1 1233,80 28,44 0,0000 x2 3777,20 1 3777,20 87,05 0,0000 xy 54,30 1 54,30 1,25 0,0004 xz 1050,73 1 1050,73 24,22 0,0000 y2 970,20 1 970,20 22,36 0,0000 yz 24,40 1 24,40 0,56 0,4574 z2 17,28 1 17,28 0,40 0,0000 Sai số 1865,74 43 43,3894
4.2.2 Ảnh hưởng của từng nhân tố khảo sátđến quá trình thủy phân tinh bột