TINH BỘT SẮN [43].
Hình 1.6 Mô hình sơđồ công nghệ sản xuất polymaltose từ tinh bột sắn.
Hòa bột
Tinh bột sắn
Dịch hóa
Đường hóa tạo polymaltose
Cô đặc Làm sạch, lọc tinh Lọc sơ bộ Sấy phun Enzyme dịch hóa Enzyme đường hóa Polymaltose dạng bột Bã Nước
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 26
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT
2.1.1. Nguyên liệu
* Tinh bột sắn do Công ty cổ phần thực phẩm Minh Dương cung cấp có chất lượng như sau: - Hàm lượng tinh bột: ≥ 85%
- Độẩm: 12-14% * Enzyme:
- Chế phẩm enzyme dịch hóa: Amylex®HT (Mỹ), Termamyl (Novozyme-
Đan Mạch), Liquozyme Supra (Novozyme-Đan Mạch)
- Chế phẩm enzyme đường hóa: Promozyme D2 (Novozyme-Đan Mạch), Pullulanase “Amano” 3 (Amanozyme-Nhật Bản), Kleistase PL (Amanozyme- Nhật Bản).
- Than hoạt tính (Trung Quốc)
2.1.2. Hóa chất
CuSO4.5H2O, KNaC4H4O6, NaOH, HCl, KOH, K3Fe(CN)6, nước cất, glucose, Acetonitril (ACN), chỉ thị xanh metylen,…
2.1.3. Thiết bị
Thiết bị phòng thí nghiệm:
- Chiết quang kế, Brome kế (Gremany)
- Máy đo pH Thermor Orion – Model 410 (China) - Máy đo độ nhớt: Viscosimeftre capillaire (Germany) - Máy đo độ ẩm: Precisa HA60 (Switzerland)
- Máy sắc kí lỏng cao áp HPLC Shimadzu (Japan) - Máy li tâm (China)
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 27
- Máy cô quay Yamato RE400 (Japan)
- Máy sấy phun Yamato Pulvis GB22 (Japan)
- Nồi ổn nhiệt (Germany) và các dụng cụ thí nghiệm thông thường.
2.2. PHƯƠNG PHÁP
2.2.1. Phương pháp phân tích
2.2.1.1. Xác định nồng độ chất khô bằng chiết quang kế.
Chiết quang kế là một dụng cụ quang học dựa trên sự khúc xạ khác nhau trong môi trường có nồng độ chất tan khác nhau. Dịch đem đo cần trong suốt, ở
20ºC đểđảm bảo chính xác.
Tiến hành đo: Sau khi dịch hóa xong ta lấy một phần dịch đem lọc, làm lạnh tới 20ºC rồi lấy một giọt dịch lọc cho lên bề mặt của chiết quang kế. Đậy nắp kính lại, điều chỉnh vít xoáy sao cho đọc rõ kết quả trên chiết quang kế, ta ghi lại kết quảđó chính là nồng độ phần trăm chất khô.
2.2.1.2. Xác định pH bằng máy đo pH
Sử dụng máy đo pH Thermor Orion, Model 410 (China).
2.2.1.3. Xác định nồng độ dịch bột bằng brome kế
Bột được hòa với nước theo tỉ lệ đã định sẵn, sau đó đổđầy dịch vào ống
đong, thổi hết bọt khí phía trên rồi thả nhẹ brome kế vào. Đọc số ghi trên brome kế, đó chính là nồng độ dịch bột. Đơn vị tính là Be.
2.2.1.4. Xác định độ nhớt của dịch thủy phân
Bằng máy đo độ nhớt Viscosimètre capillaire (Germany).
2.2.1.5. Xác định độẩm của tinh bột sắn
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 28
2.2.1.6. Phương pháp xác định hàm lượng tinh bột
Sử dụng phương pháp Béc-tơ-răng là phương pháp dựa trên tính chất tinh bột bị phân hủy bởi axit HCl thành đường glucose. Trong điều kiện này, dextrin cũng bị axit thủy phân thành glucose. Dung dịch sau khi thủy phân được xác định tổng lượng đường glucose theo phương pháp Béc-tơ-răng rồi trừđi lượng đường glucose và dextrin.
Cách tiến hành: Cân 2 g mẫu cho vào bình nón dung tích 250 ml, thêm vào 10 ml nước cất, 5 ml axit HCl 2%. Đậy bằng nút cao su có gắn thủy tinh dài (ống sinh hàn) lắc nhẹ và đem đun nóng trong nồi cách thủy ở 100ºC trong 3 giờ
liền, kể từ lúc bắt đầu sôi. Thủy phân xong hoàn toàn ra làm nguội tới nhiệt độ
phòng rồi cho vào 4-5 giọt metyl da cam và dùng NaOH đặc trung hòa tới đổi màu. Trung hòa xong ta chuyển toàn bộ dung dịch vào bình định mức 250 ml rồi thêm nước cất tới ngấn bình và đem lọc. Sau đó ta có thể dùng một trong những phương pháp xác định đường về định lượng glucose chứa trong dung dịch pha loãng và suy ra hàm lượng tinh bột trong nguyên liệu. Dùng pipet hút 20 ml dung dịch ferixyanua kali cho vào bình nón dung tích 250 ml. Thêm 5 ml KOH 2,5 N và 2 giọt xanh metylen 0,5% rồi lắc đều, đặt trên bếp 1,2 phút thì sôi. Dung dịch lọc xong đem ra chuẩn tới khi mất màu xanh metylen.
Cách tính kết quả:
Hàm lượng đường glucose được tính theo công thức:
Trong đó: X - là hàm lượng đường glucose cần tìm.
m - là số ml dịch đường tiêu hao khi chuẩn 20 ml dịch ferixyanua kali
Hàm lượng tinh bột trong nguyên liệu tính theo công thức:
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 29
Trong đó:
a: Số gam glucose tương ứng 20 ml dung dịch ferixyanua kali. b: Số ml dịch đường loãng tiêu hao khi định phân.
m: Số gam bột thủy phân.
0,9: Hệ số chuyển glucose thành tinh bột.
2.2.1.7. Xác định DE theo phương pháp phân tích Lane- Eynon
Định nghĩa: DE là số đương lượng đường khử quy ra glucose được tạo thành trong quá trình thủy phân tinh bột tính theo phần trăm chất khô.
Mục đích: Trong quá trình thủy phân tinh bột, việc xác định giá trị DE cho biết mức độ thủy phân tinh bột thành đường khử.
Cơ sở phương pháp: Glucose, maltose và các dextrin là các loại đường khử vì trong phân tử có nhóm aldehyt. Trong môi trường kiềm yếu đường khử dễ
dàng khử ion Cu2+ thành Cu+ dưới dạng kết tủa CuO có màu đỏ nâu. Để xác định DE, sử dụng dung dịch Fehling A có chứa Cu2+ và dung dịch Fehling B có chứa natri kalitatrat (KNaC4H4O6) trong môi trường kiềm yếu. Vì thời gian phản ứng diễn ra nhanh chóng (khoảng 2 phút) nên dung dịch vẫn còn dư Cu2+. Hiện tượng này có thể quan sát thấy nhờ khả năng tạo phức không màu của xanh metylen với dung dịch đường khử khi hết Cu2+ . Cụ thể là thêm hai ba giọt xanh metylen vào dung dịch phản ứng, khi vừa hết Cu2+ , đường khử sẽ tạo thành phức không màu với xanh metylen làm cho màu của dung dịch từ màu xanh của metylen chuyển thành màu trắng. Căn cứ vào đó kết thúc quá trình phản ứng.
Dựa vào số ml dung dịch đường khử tiêu hao đem tra bảng Eymon-Lane sẽ tính được đương lượng đường khử qui ra glucose cần xác định. Lượng đường khử tính theo glucose được tính theo phần trăm chất khô gọi là DE.
Hóa chất:
- Dung dịch Fehling A: CuSO4.5H2O - Dung dịch Fehling B: KNaC4H4O6, NaOH
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 30
- Chỉ thị xanh metylen tinh thể
Cách tiến hành: Dung dịch đường được pha loãng sao cho sau khi pha loãng có nồng độ đường khử phù hợp. Trong khi tiến hành thường hút 0.01% dịch đường đinh mức 100 ml.
Dịch đường đã chuẩn bịở trên cho vào buret 50 ml. Chuẩn bị ba bình tam giác 250 ml, hút vào mỗi bình 5 ml Fehling A và 5ml Fehling B. Sau đó cho vào bình 15-20 ml dịch. Đun hỗn hợp cho đến khi sôi. Sau khi sôi 2-3 phút cho 2-3 giọt xanh metylen vào và tiếp tục định phân bằng dung dịch đường đã pha loãng
đến khi mất màu chỉ thị chuyển sang màu đỏ nâu. Kết thúc quá trình định phân ta ghi lượng đường đã định phân được. Định phân 3 lần và lấy kết quả trung bình. Căn cứ theo lượng dịch tiêu hao ta tra bảng Eynon-Lane để tính DE.
Cách tính kết quả: Ta xác định một số yếu tố:
- Xác định nồng độ chất khô bằng chiết quang kế. - Xác định pH bằng máy đo pH.
- Xác định nồng độ bột bằng brome kế. Sau đó tính DE theo công thức :
Trong đó: A: Lượng đường khử tra bảng Lane-Eynon B: Tỷ lệ pha loãng
Bx: Nồng độ % chất khô.
2.2.1.8. Xác định một sốđường glucose, maltose, maltotriase bằng phương pháp sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC) pháp sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC)
Thông số kỹ thuật chạy máy: - Pha động: ACN/H2O : 75/25 - Cột: GL NH2 Japan
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 31
- Tốc độ dòng: 1 ml/phút
2.2.2. Phương pháp công nghệ
2.2.2.1. Nghiên cứu các điều kiện thích hợp cho dịch hóa tinh bột
Xác định các điều kiện ảnh hưởng tới hoạt động của enzyme dịch hóa Amylex®HT như: nồng độ cơ chất tinh bột, tỷ lệ enzyme, nhiệt độ, pH, thời gian và các yếu tố khác. Kết quảđược đánh giá bởi chỉ số DE và độ nhớt.
2.2.2.2. Nghiên cứu các điều kiện thích hợp của quá trình đường hóa
Xác định điều kiện ảnh hưởng tới hoạt động của enzyme đường hóa Promozyme D2 tạo polymaltose như: nồng độ cơ chất, tỷ lệ enzyme, nhiệt độ, pH, thời gian và các yếu tố khác. Kết quả được đánh giá bởi chỉ số DE, độ
nhớt,…
2.2.2.3. Hoàn thiện phương pháp làm sạch dịch đường polymaltose và thu hồi sản phẩm dạng bột bằng phương pháp sấy phun. sản phẩm dạng bột bằng phương pháp sấy phun.
Phương pháp làm sạch dịch đường bằng than hoạt tính có tác dụng tẩy màu cho dịch và hấp thụ tạp chất trong dịch. Lượng than sử dụng phụ thuộc vào chất lượng dịch, theo yêu cầu làm sạch và khả năng hấp thụ của than.
Cách tiến hành: tẩy màu dịch đường bằng than hoạt tính ở 80ºC trong thời gian 20-30 phút. Sau đó lọc than hoạt tính bằng giấy lọc. Sau khi tẩy màu bằng than hoạt tính cho dịch đường đã sạch có nồng độ nhất định phù hợp với yêu cầu
đầu vào của máy sấy phun và sấy phun để thu hồi sản phẩm dạng bột.
2.2.3. Phương pháp đánh giá cảm quan: TCVN 3215-79
Tiêu chuẩn này quy định phương pháp kiểm tra chất lượng sản phẩm thực phẩm bằng cảm quan cho điểm, áp dụng để kiểm tra tất cả các chỉ tiêu cảm quan hoặc từng chỉ tiêu riêng biệt (trạng thái, màu sắc, mùi vị,…) của từng loại sản phẩm.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 32
2.2.4. Phương pháp sử dụng enzyme
Trong quá trình sản xuất thường xuyên phải kiểm tra hoạt lực enzyme. Nếu hoạt lực giảm thì phải tăng lượng enzyme sử dụng cho phù hợp. Để thuận tiện cho công nhân sản xuất chúng tôi quy đổi lượng enzyme theo hoạt lực ra lượng enzyme theo %.
Ví dụ: Liquozyme Supra có hoạt lực 135 KNU/g, tức là 1 g chế phẩm enzyme có 135 KNU. Nếu sử dụng enzyme với nồng độ 0,1% (0,1 g chế phẩm enzyme/100 g tinh bột) thì nồng độ enzyme theo đơn vị hoạt lực là 13,5 KNU/100 g tinh bột.
2.2.5 Phương pháp xử lý số liệu
Thí nghiệm được tiến hành lập lại 3 lần, lấy kết quả trung bình. Kết quả
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 33
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN DỊCH HÓA TINH BỘT ĐỂ LÀM NGUYÊN LIỆU PHÙ HỢP CHO QUÁ TRÌNH ĐƯỜNG HÓA TẠO NGUYÊN LIỆU PHÙ HỢP CHO QUÁ TRÌNH ĐƯỜNG HÓA TẠO POLYMALTOSE.
3.1.1. Lựa chọn enzyme dịch hóa thích hợp cho quá trình sản xuất polymaltose. polymaltose.
Enzyme thủy phân tinh bột có rất nhiều loại, tùy thuộc vào mục đích sử
dụng mà ta lựa chọn enzyme cho phù hợp. Hiện nay, enzyme dịch hóa trên thị
trường có một số loại mới, để đánh giá hiệu quả của chúng, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đánh giá khả năng thủy phân tinh bột thông qua chỉ số DE, khả năng làm giảm độ nhớt (cP), nồng độ chất hòa tan trong dịch, khả năng cung cấp của ba loại enzyme là Termamyl, Amylex HT, Supra liquor. Quá trình dịch hóa được tiến hành với các điều kiện sau: Nồng độ bột 25%, nồng độ enzyme của mỗi loại là 0,03% (so với bột), nhiệt độ dịch hóa 900C, thời gian dịch hóa 20 phút, pH 6. Kết quảđược ghi trong bảng 3.1.
Bảng 3.1 Ảnh hưởng của mỗi loại enzyme đến kết quả dịch hóa Tên chế phẩm Enzyme Nồng độ chất khô trong dịch (0Bx) DE Độ nhớt (cP) Termamyl 22,8 12,3 17 Supra liquor 24,3 14,9 15 Amylex HT 24,4 14,8 15
Qua bảng 3.1 cho thấy enzyme Supra liquor và Amylex HT có hoạt lực tương đương nhau và mạnh hơn enzyme Termamyl, bởi trong quá trình dịch hóa có giá trị DE cao hơn, độ nhớt thấp hơn, nồng độ chất hòa tan cao hơn và ba loại enzyme này đều có sẵn trên thị trường. Nếu enzyme có hoạt lực cao thì trong sản xuất lượng enzyme cần dùng là ít hơn, độ nhớt giảm nhanh giúp quá trình lọc dễ
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 34
hoạt ở 1000C, đây là một yếu tố quan trọng là không cần dùng đến thiết bị áp lực
để bất hoạt enzyme. Vì vậy chúng tôi chọn enzyme Amylex HT cho quá trình dịch hóa tạo nguyên liệu 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 25
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 25 thì phải xác định được mức độ thủy phân tinh bột đến mức độ
nào là phù hợp để lựa chọn được giá trị DE thích hợp cho quá trình đường hóa tiếp theo. Do vậy trong thí nghiệm này chúng tôi muốn tìm được giá trị DE thích hợp trong quá trình dịch hóa làm nguyên liệu trong quá trình đường hóa để sản xuất polymaltose DE 25 đạt được chất lượng như yêu cầu đặt ra.
Điều kiện thí nghiệm: Hòa tinh bột sắn với nồng độ 25% và tiến hành dịch hóa bằng enzyme Amylex HT nhằm tạo ra các giá trị DE khác nhau, sau đó tiến hành bổ sung enzyme đường hóa pullulanase 0,5% (so với bột) vào các mẫu dịch hóa có DE khác nhau, tiến hành đường hóa ở pH 6, nhiệt độ 550C, thời gian 24 giờ. Kiểm tra phân tích DE đường hóa, hàm lượng glucose, maltose, maltotriose và các oligosaccharide khác tạo thành bằng phương pháp sắc ký lỏng cao áp (HPLC). Kết quảđược ghi trong bảng 3.2:
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của DE dịch hóa đến quá trình đường hóa tạo polymaltose DE 25
TT DE dịch hóa DE đường hóa
Tỷ lệ các thành phần đường trong dịch so với đường tổng Tên đường % 1 4,0 20,0 Glucose Maltose Maltotriose Các oligo khác 0,5 4,9 10,7 84,54
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 35 2 6,0 25,1 Glucose Maltose Maltotriose Các oligo khác 0,54 5,34 11,38 82,74 3 8,0 26,5 Glucose Maltose Maltotriose Các oligo khác 0,97 8,86 16,7 73,47 4 10,0 32,2 Glucose Maltose Maltotriose Các oligo khác 1,4 10,92 17,04 70,64 5 12,0 34,5 Glucose Maltose Maltotriose Các oligo khác 1,9 13,1 18,27 66,73 Qua bảng trên cho thấy giá trị DE đường hóa tăng theo tỷ lệ thuận với DE dịch hóa. Nhưng với DE dịch hóa là 4 cho giá trị DE đường hóa là 20,0 không
đạt yêu cầu đặt ra, mặc dù ở giá trị DE này cho hàm lượng glucose và maltose thấp nhất (hàm lượng glucose, maltose càng thấp càng tốt cho quá trình tạo phức). Còn với DE dịch hóa là 6 cho giá trị DE đường hóa 25,1 đạt yêu cầu đặt ra, mặt khác ở giá trị DE này cho hàm lượng glucose và maltose cũng rất thấp chỉ
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 36
dịch hóa 8, 10, 12 đều cho giá trị DE đường hóa không đạt yêu cầu. Do vậy ta chọn mức độ thủy phân trong quá trình dịch hóa là DE 6.
3.1.3. Xác định nồng độ enzyme thích hợp trong quá trình dịch hóa đạt DE 6
Trong điều kiện nồng độ cơ chất thích hợp, vận tốc phản ứng phụ thuộc tuyến tính với nồng độ enzyme. Tuy nhiên khi nồng độ enzyme quá cao, vận tốc phản ứng tăng chậm và tốn kém hơn trong sản xuất, nếu nồng độ enzyme quá