L ỜI CẢM TẠ
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
bằng enzyme -amylase
4.2.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độảnh hưởng rất lớn đến phản ứng enzyme. Tốc độ phản ứng enzyme không phải lúc nào cũng tỷ lệ thuận với nhiệt độ phản ứng. Tốc độ phản ứng chỉ tăng đến một giới hạn nhiệt độ nhất định. Vượt quá nhiệt độ đó, tốc độ phản ứng enzyme sẽ
giảm và dẫn đến mức triệt tiêu (Nguyễn Đức Lượng và ctv., 2004).
Kết quả ghi nhận ở bảng 4.5 cho thấy, độ Brix của dịch gạo khi dịch hóa bằng enzyme -amylase ở 70oC thấp hơn có khác biệt ý nghĩa so với khi dịch hóa dịch gạo bằng enzyme -amylase ở 80oC, trong khi độ nhớt lại lớn hơn khác biệt có ý nghĩa. Tuy nhiên, khi dịch hóa dịch gạo bằng enzyme -amylase ở 90oC thì độ Brix
không tăng hoặc tăng rất ít không khác biệt ý nghĩa, trong khi độ nhớt lại tăng khác
biệt có ý nghĩa. Khi thủy phân tinh bột ở nhiệt độ 90oC enzyme bắt đầu giảm hoạt tính, tốc độ phản ứng giảm do đó độ Brix không tăng, thêm vào đó sự tiếp xúc của
cơ chất với enzyme vì thế cũng giảm là cho dịch tinh bột có độ nhớt cao hơn khi
thủy phân nhiệt độ 80oC. Mặt khác, enzyme -amylase sử dụng trong thí nghiệm có nguồn gốc từ vi khuẩn Bacillus subtilis có nhiệt độ tối ưu là 80oC (Hoàng Kim Anh
và ctv., 2003) nên kết quả thí nghiệm phản ánh gần đúng cơ sở lý thuyết về ảnh
hưởng của nhiệt độ lên quá trình thủy phân của enzyme.
Bảng 4.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ Brix và độ nhớt
Nhiệt độ (oC) Chỉ tiêu
Độ Brix (%) Độ nhớt (cP)
70 12,8b 70,6a
80 13,6a 47,8c
90 13,6a 60,5b
Ghi chú: các giá trị là trung bình của hai lần lặp lại, các chữ cái khác nhau trong cùng một cột thể hiện sự
khác biệt ở mức ý nghĩa 5%
4.2.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme
Đối với trường hợp enzyme dịch hóa xúc tác trong môi trường hồ tinh bột giai đoạn
đầu tốc độ phản ứng tăng lên nhưng khi tăng nồng độ đến một giới hạn thì tốc độ
phản ứng không tăng lên nữa (Nguyễn Trọng Cẩn và ctv., 1998). Do ban đầu nồng
độ cơ chất thừa, enzyme luôn luôn đủ để xúc tác phân giải nên vận tốc phản ứng
tăng tuyến tính, hàm lượng chất khô hòa tan tăng. Càng về sau, cơ chất càng giảm, sản phẩm tạo thành tăng lên nên trong môi trường làm việc sẽ thiếu cơ chất. Do đó,
nếu có sử dụng nồng độ enzyme cao hơn thì vận tốc phản ứng vẫn không thể tăng
enzyme nhất định mà tại đó phản ứng xảy ra tốt nhất và hiệu quả nhất (Nguyễn Trọng Cẩn và ctv., 1998).
Kết quả ghi nhận ở bảng 4.6 cho thấy, có sự khác biệt vềđộBrix và độ nhớt. Khi sử
dụng enzyme -amylase với nồng độ từ 0,05 lên 0,15% thì độ Brix tăng dần và độ
nhớt giảm dần.
Đối với nồng độ enzyme 0,05% thì kết quả sau dịch hóa độ Brix thấp hơn và độ
nhớt cao hơn có ý nghĩa đối với nồng độ enzyme 0,10%, vì ở cùng một nồng độ cơ
chất lượng enzyme lớn hơn sẽ tiếp xúc với cơ chất nhiều hơn. Do đó phản ứng thủy phân cắt chuỗi mạch tinh bột thành các mạch ngắn hơn (dextrin và maltose) diễn ra
nhanh hơn và tại cùng một thời điểm khảo sát độ Brix của dịch thủy phân có nồng
độ enzyme thấp hơn thì thấp hơn, độ nhớt của dịch thủy phân có nồng độ enzyme thấp hơn thì cao hơn.
Bảng 4.6. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến độ Brix và độ nhớt
Nồng độ enzyme (%) Chỉ tiêu
Độ Brix (%) Độ nhớt (cP)
0,05 12,8b 75,2a
0,10 13,5a 53,6c
0,15 13,6a 50,1b
Ghi chú: các giá trị là trung bình của hai lần lặp lại, các chữ cái khác nhau trong cùng một cột thể hiện sự
khác biệt ở mức ý nghĩa 5%
4.2.2.3 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân
Theo Nguyễn Trọng Cẩn và ctv. (1998), với một lượng cơ chất đủ lớn thì thời gian xúc tác enzyme có ý nghĩa quan trọng. Về mặt lý thuyết, thời gian càng kéo dài thì phản ứng xảy ra càng triệt để và đạt thông số kỹ thuật cao. Tuy nhiên, với một phản
ứng mà xúc tác là enzyme thì đến một giai đoạn nào đó, khả năng xúc tác sẽ giảm và có thể dừng lại. Trong quá trình xúc tác phản ứng, hoạt tính của enzyme sẽ giảm dần do nhiều lý do như chất kìm hãm và các điều kiện khác của môi trường làm việc thay đổi. Trong sản xuất việc xác định thời gian hợp lý để dừng tiến trình có ý nghĩa quan trọng về mặt kỹ thuật và kinh tế.
Kết quả ghi nhận từ bảng 4.7 có sự khác biệt ý nghĩa của yếu tố thời gian ảnh hưởng
Bảng 4.7. Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến độ Brix và độ nhớt Thời gian (phút) Chỉ tiêu Độ Brix (%) Độ nhớt (cP) 20 12,8b 72,7a 40 13,6a 60,4b 60 13,6a 45,8c
Ghi chú: các giá trị là trung bình của hai lần lặp lại, các chữ cái khác nhau trong cùng một cột thể hiện sự
khác biệt ở mức ý nghĩa 5%
Độ Brix tăng có ý nghĩa khi tăng thời gian thủy phân từ 20 lên 40 phút. Tuy nhiên nếu tiếp tục tăng thời gian thủy phân lên 60 phút thì độ Brix không khác biệt ý nghĩa.Trong khi đó, độ nhớt giảm có ý nghĩa khi tăng thời gian thủy phân từ 20 đến 40 phút. Và nếu tiếp tục tăng thời gian thủy phân lên 60 phút thì độ nhớt vẫn giảm có khác biệt ý nghĩa bởi vì enzyme vẫn còn phản ứng cắt mạch tinh bột thành những mạch ngắn hơn, nhưng do sự giảm độ nhớt và sự tăng độ Brix không có quan hệ
tuyến tính nên ở thời điểm 60 phút, dịch thủy phân loãng hơn các thời điểm 20, 40
phút nhưng độ Brix lại không tăng hoặc tăng rất ít. Có thể nói càng về sau, tốc độ
phản ứng sinh ra sản phẩm mạch ngắn hơn càng giảm dần nên nếu tiếp tục kéo dài thời gian dịch hóa cũng không có hiệu quả. Điều này cũng tương đồng với nghiên cứu dịch hóa trên nguyên liệu tinh bột sắn của Hoàng Kim Anh (2006).
Từ các kết quả ghi nhận ở trên có thể thấy rằng: Khi tiến hành thủy phân tinh bột gạo lức bằng enzyme -amylase thì chọn thủy phân ở nhiệt độ 80oC, nồng độ
enzyme 0,10% và thời gian thủy phân là 40 phút sẽ thu được dịch gạo đạt hàm
lượng chất khô hòa tan (độ Brix) cao nhất, độ nhớt thích hợp, rút ngắn thời gian và
tăng hiệu quả kinh tế.
4.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ, nồng độ enzyme, thời gian đến quá trình thủy phân tinh bột gạo lức bằng enzyme glucoamylase phân tinh bột gạo lức bằng enzyme glucoamylase
Kết quả ghi nhận ở bảng 4.8 cho thấy, hàm lượng đường khử (%) ảnh hưởng bởi nhiệt độ, nồng độ enzyme và thời gian thủy phân. Hàm lượng đường khử tạo thành
tăng theo nồng độ enzyme và thời gian thủy phân, trong khi đó hàm lượng đường khử lại không tăng theo nhiệt độ. Khi thủy phân dịch gạo từ 50 lên 60oC, tại cùng thời điểm thì hàm lượng đường khửtăng lên. Tuy nhiên, khi thủy phân dịch gạo ở
70oC tại cùng thời điểm khảo sát thì hàm lượng đường khử lại giảm. Điều này cho thấy, hoạt tính của enzyme phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, khi thủy phân dịch gạo ở
nhiệt độ 50-60oC hoạt tính của enzyme mạnh và đạt tối thích ở 60oC nhưng khi thủy phân dịch gạo ở 70oC thì enzyme giảm hoạt tính. Bảng 4.8 còn cho thấy, tốc độ đường hóa tăng nhanh khi tăng thời gian thủy phân từ60 lên 120 phút và tăng nồng
độ enzyme từ 0,04 lên 0,06%, sau đó tăng thời gian thủy phân lên 180 phút và tăng
Bảng 4.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ, nồng độ enzyme và thời gian thủy phân đến hàm lượng đường khử tạo thành
Nhiệt độ (oC) Nồng độ enzyme (%) Thời gian thủy phân (phút)
60 120 180 50 0,04 7,719 8,824 8,829 0,06 8,044 8,849 8,934