thủy phõn tinh bột tạo dịch DE 15
Nồng độ enzim là một yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ và hiệu suất của phản ứng enzim. Vỡ vậy, việc xỏc định được một liều lượng enzim trong quỏ trỡnh dịch hoỏ sao cho đạt được mục đớch đó đặt ra đối với quỏ trỡnh này là một điều cần thiết.
Thớ nghiệm được tiến hành như sau: nồng độ bột 10%, nhiệt độ thủy phõn 850C, thời gian thủy phõn 15 phỳt, pH 6, nồng độ enzim được thử từ
0,01- 0,05% (so với nồng độ cơ chất)
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ enzim đến quỏ trỡnh thủy phõn tinh bột tạo dịch thuỷ phõn DE 15 TT Nồng độ enzim (%) Nồng độ chất khụ (0Bx) DE 1 0,01 9,1 8,5 2 0,02 9,8 12,3 3 0,03 9,9 15,4 4 0,04 9,9 18,2 5 0,05 9,9 21,0
Qua bảng 3.2 cho thấy, nồng độ enzim tỷ lệ thuận với giỏ trị DE. Nồng
độ enzim tăng thỡ DE cũng tăng và với nồng độ enzim là 0,03% cho kết quả
tốt nhất, dịch bột đó được thủy phõn hoàn toàn, giỏ trị DE đạt 15,4 đỏp ứng yờu cầu đặt ra. Do vậy, chỳng tụi chọn nồng độ enzim thớch hợp cho quỏ trỡnh thủy phõn tinh bột để tạo dịch DE 15 là 0,03% (so với nồng độ tinh bột).
3.1.2.2. Xỏc định nồng độ tinh bột thớch hợp cho quỏ trỡnh dịch húa tạo dịch DE 15
Nồng độ tinh bột là một yếu tố xỏc định năng suất và giỏ thành sản phẩm. Sử dụng được dịch bột cú nồng độ cao cho phộp giảm lượng nước sử
dụng cũng như chi phớ trong quỏ trỡnh chuyển hoỏ và thu hồi sản phẩm. Tuy nhiờn, nồng độ tinh bột cũn ảnh hưởng đến khả năng dịch húa của enzim cũng nhưđộ nhớt của dịch thủy phõn thu được. Ảnh hưởng này được xỏc định bằng cỏch thay đổi nồng độ dịch bột đem dịch húa từ 5 - 30% (w/v). Cỏc mẫu thớ nghiệm được tiến hành dịch húa ở điều kiện pH 6,0, nhiệt độ 85oC, thời gian 15 phỳt, enzim dịch húa là Amilex HT với nồng độ 0,03%.
Cỏc mẫu sau khi dịch hoỏ được xỏc định nồng độ chất khụ, DE, độ
nhớt. Kết quảđược trỡnh bày trong bảng 3.3
Bảng 3.3. Tớnh chất của dịch thủy phõn tinh bột ở cỏc nồng độ tinh bột khỏc nhau Dịch sau dịch hoỏ Nồng độ tinh bột (% w/v) Nồng độ chất khụ (Bx) DE Độ nhớt (cp) 5 4,9 15,4 6 10 9,9 15,3 8 15 14,5 13,7 9 20 19,1 12,2 12 25 23,9 10,7 17 30 28,3 10,1 25
Kết quả cho thấy, nồng độ tinh bột cú ảnh hưởng rừ rệt đến DE cũng nhưđộ nhớt của dịch thuỷ phõn thu được:
Nồng độ tinh bột tăng từ 5 - 30%, DE của dịch thủy phõn thu được giảm đều và chậm dần. Điều đú chứng tỏ, khi tăng nồng độ tinh bột, tỷ lệ cỏc phõn tử tinh bột được thủy phõn thành đường khử sẽ giảm đi. Điều này được giải thớch là do ở nồng độ tinh bột thấp, dịch tinh bột loóng, enzim tiếp xỳc dễ
dàng hơn với cơ chất vỡ vậy cú thể phõn cắt mạch tinh bột một cỏch sõu hơn là khi dịch tinh bột ở nồng độ cao.
Trong khoảng nồng độ tinh bột từ 5 - 20% thỡ độ nhớt của dịch thủy phõn nhận được tăng đều. Điều này cú hai lớ do: một là độ nhớt của dịch vốn sẽ cao hơn khi nồng độ chất khụ của nú cao hơn, hai là hoạt tớnh dịch húa của enzim giảm khi nồng độ cơ chất tăng. Nhưng khi nồng độ tinh bột tăng đến 25 - 30%, độ nhớt của dịch thủy phõn thu được tăng mạnh. Điều đú chứng tỏ lỳc này, hoạt tớnh thủy phõn tinh bột của enzim trở nờn giảm đi rất nhiều. Vỡ vậy,
khi dịch húa, nồng độ tinh bột khụng nờn quỏ 20%, và đểđỏp ứng với yờu cầu
đặt ra chỳng tụi chọn nồng độ bột 10% là phự hợp nhất.
3.1.2.3. Nghiờn cứu ảnh hưởng của nhiệt độ trong quỏ trỡnh thủy phõn tinh bột tạo dịch DE 15.
Nhiệt độ cũng là một yếu tốảnh hưởng đến hoạt tớnh thuỷ phõn tinh bột của enzim. Mỗi enzim cú một nhiệt độ hoạt động tối ưu khỏc nhau. Vỡ vậy để
tăng hiệu quả trong sản xuất cần xỏc định nhiệt độ thớch hợp cho enzim. Trong quỏ trỡnh sản xuất cần duy trỡ nhiệt độổn định trong thời gian xỏc định.
Điều kiện thớ nghiệm: Nồng độ bột 10%, nồng độ enzim 0,03%, thời gian thủy phõn 15 phỳt, pH 6, nhiệt độ thủy phõn được thử từ 70 - 950C. Kết quảđược thể hiện trong bảng 3.4
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ trong quỏ trỡnh thủy phõn tinh bột tạo dịch DE 15 TT Nhiệt độ (0C) Nồng độ chất khụ (0Bx) DE 1 70 6,2 5,5 2 75 7,7 6,7 3 80 9,4 12,6 4 85 9,9 15,4 5 90 9,9 15,3 6 95 9,5 13,0
Theo quy luật cỏc phản ứng hoỏ học thụng thuờng, nhiệt độ càng cao thỡ vận tốc phản ứng càng tăng. Ở nhiệt độ càng cao thỡ độ nhớt càng giảm. Tuy nhiờn do enzim cú bản chất của protein nờn ở nhiệt độ quỏ cao, protein bị
biến tớnh, làm hoạt tớnh của enzim giảm hẳn và khụng hoạt động trở lại được.
Ở nhiệt độ 70-80oC hoạt động thuỷ phõn chưa đạt mức cao nhất. Ở nhiệt độ
tới ngưỡng của nhiệt độ bất hoạt enzim, nờn hiệu suất thuỷ phõn bắt đầu giảm. Vỡ vậy, chỳng tụi chọn nhiệt độ thủy phõn là 85 - 900C để tiến hành nghiờn cứu tiếp theo.
3.1.2.4. Nghiờn cứu ảnh hưởng của thời gian thủy phõn tinh bột tạo dịch DE 15
Trong quỏ trỡnh thủy phõn, thời gian đúng vai trũ rất quan trọng nếu thời gian dịch húa quỏ dài hoặc quỏ ngắn đều ảnh hưởng đến chất lương sản phẩm và giỏ thành sản phẩm. Vỡ vậy, trong thớ nghiệm này chỳng tụi tiến hành thửảnh hưởng của thời gian đến quỏ trỡnh dịch húa. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thớ nghiệm được tiến hành với điều kiện như sau: Nồng độ cơ chất: 10%; nhiệt độ dịch hoỏ: 850C; pH6; nồng độ enzim: 0,03%; thời gian dich húa được thử từ : 5 - 25 phỳt. Kết quảđược ghi trong bảng 3.5.
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của thời gian thủy phõn tinh bột tạo dịch bột DE 15 TT Thời gian (phỳt) Nồng độ chất khụ (0Bx) DE 1 5 9,5 13,1 2 10 9,9 14,9 3 15 9,9 15,5 4 20 9,9 16,1 5 25 9,9 16,3
Thời gian thuỷ phõn càng kộo dài, DE của dịch thuỷ phõn tăng chậm dần theo thời gian, và sau 20 phỳt dịch hoỏ, chỉ số DE tăng khụng đỏng kể, trong khi đú lượng tinh bột đó được thuỷ phõn hoàn toàn sau 10 - 15 phỳt. Như vậy, kộo dài thời gian dịch hoỏ quỏ mức chỉ làm tăng lượng đường khử
tạo ra trong dịch.
Qua bảng trờn ta thấy với thời gian thủy phõn 10– 15 phỳt cho giỏ trị
DE nằm trong khoảng cho phộp. Do vậy, chỳng tụi chọn thời gian dịch hoỏ 10 phỳt là phự hợp nhất.
3.1.2.5. Nghiờn cứu ảnh hưởng của pH đến quỏ trỡnh thủy phõn tinh bột tạo dịch DE 15
Mỗi enzim đều cú pH hoạt động thớch hợp, tại pH thớch hợp enzim hoạt
động mạnh nhất. Quỏ trỡnh dịch hoỏ tinh bột được tiến hành với chế độ như
sau:
Nồng độ cơ chất là : 10% Nồng độ enzym : 0,03%; Nhiệt độ dịch húa: 85oC. Thời gian dịch hoỏ : 10 phỳt.
Thay đổi giỏ trị pH từ : 5,0 – 7,5 để xỏc định mức độ ảnh hưởng của pH
đến quỏ trỡnh thuỷ phõn tinh bột. Kết quảđược thể hiện qua bảng 3.6
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của pH đến quỏ trỡnh thủy phõn tinh bột tạo dịch DE 15 TT pH Nồng độ chất khụ (0Bx) DE 1 5,0 8,7 10,5 2 5,5 9,4 12,8 3 6,0 9,9 14,9 4 6,5 9,9 15,0 5 7,0 9,9 14,9 6 7,5 9,6 13,2
Ở pH 5,0 - 5,5 tinh bột chưa được thuỷ phõn hoàn toàn (nồng độ chất khụ đạt 8,7 – 9,4), chỉ số DE thấp. Chứng tỏ hoạt tớnh thủy phõn của enzim ở
pH này khụng thớch hợp.
Khi pH của dịch bột tăng 6,0 - 7,0, hiệu suất thủy phõn tinh bột tương
đương nhau và cao nhất, thể hiện ở việc tinh bột đó được thuỷ phõn hoàn toàn (nồng độ chất khụ đạt 9,9) và giỏ trị DE cũng cao nhất, đạt yờu cầu của đề tài.
Tiếp tục tăng pH của dịch bột đến 7,5, hiệu suất thủy phõn tinh bột giảm xuống, thể hiện ở việc tinh bột chưa được thuỷ phõn hoàn toàn (nồng độ chất khụ đạt 9,6) và giỏ trị DE giảm xuống cũn 13,2.
Với kết quả nhận được ở trờn, cú thể thấy rừ pH thớch hợp cho quỏ trỡnh dịch hoỏ của enzim là 6,0-7,0. Giỏ trị pH này là pH của bột nờn trong quỏ trỡnh thủy phõn tạo dextrin DE 15 khụng cần phải điều chỉnh pH.
Kết luận: Điều kiện thớch hợp cho quỏ trỡnh thủy phõn tinh bột tạo dịch cú DE 15 làm nguyờn liệu cho quỏ trỡnh gắn kết với đường sacaroza:
- Nồng độ tinh bột 10%
- Nhiệt độ thủy phõn 85 - 900C - Nồng độ enzim dịch hoỏ 0,03% - Thời gian thủy phõn: 10 phỳt - pH thủy phõn: 6 – 7
3.2. NGHIấN CỨU XÂY DỰNG QUY TRèNH CễNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG OLIGOGLUCOSYL FRUCTOZA
3.2.1. NGHIấN CỨU LỰA CHỌN ENZIM THÍCH HỢP TRONG QUÁ TRèNH GẮN KẾT TINH BỘT THUỶ PHÂN VỚI SACAROZA
Để sản xuất đường coupling sugar bằng phương phỏp enzim. Trước hết phải tỡm hiểu những loại enzim cú khả năng gắn kết, từ những enzim đú lựa chọn được enzim cho hiệu suất chuyển húa sacaroza và tinh bột cao. Hiện nay trờn thị trường Việt Nam cú hai loại enzim cú khả năng gắn kết giữa tinh bột chuyển hoỏ và sacaroza với tờn thương phẩm là Toruzim (Novoenzim - Đan Mạch) và CGTaza (Amano - Nhật Bản).
Vỡ vậy trong thớ nghiệm này, chỳng tụi tiến hành khảo sỏt khả năng gắn kết của hai loại enzim này với điều kiện sau: Nồng độ enzim: Toruzim và CGTaza đều là 1% (so với nồng độ chất khụ). Tỷ lệ sacaroza / dịch tinh bột thuỷ phõn DE 15 là 1,5 : 1, nhiệt độ gắn kết 550C trong thời gian 24 giờ, pH 6. Kết quả thớ nghiệm được thể hiện trong bảng 3.7
Bảng 3.7. Lựa chọn enzim thớch hợp trong quỏ trỡnh gắn kết tinh bột thuỷ phõn với sacaroza TT Enzim Hiệu suất chuyển hoỏ sacaroza (%) Hiệu suất chuyển hoỏ tinh bột (%) Định tớnh dextrin bằng cồn 1 Toruzim 43,1 66,1 Đục 2 CGTaza 40,0 61 Rất đục
Qua bảng 3.7, ta thấy enzim Toruzim cú khả năng gắn kết cho hiệu suất chuyển húa sacaroza và hiệu suất chuyển húa tinh bột cao hơn so với CGTaza. Vỡ vậy chỳng tụi chọn enzim Toruzim để tiến hành nghiờn cứu sản xuất đường oligoglucosyl fructoza.
3.2.2. NGHIấN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN THÍCH HỢP TRONG QUÁ TRèNH GẮN KẾT TINH BỘT THUỶ PHÂN DE 15 VỚI SACAROZA (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dịch tinh bột sau khi đó dịch hoỏ theo yờu cầu được chuyển tiếp ngay sang giai đoạn gắn kết với sacaroza. Ở giai đoạn này, mục tiờu đặt ra là phải thu được hiệu suất gắn kết cao nhất. Cỏc thớ nghiệm tiếp theo nhằm xỏc định cỏc điều kiện thớch hợp nhất cho hoạt động xỳc tỏc phản ứng gắn kết của enzim.
3.2.2.1. Nghiờn cứu ảnh hưởng của tỷ lệ sacaroza / tinh bột thuỷ phõn đến hiệu suất chuyển húa tạo đường oligoglucosyl fructoza
Sau khi tinh bột được dịch hoỏ tạo dịch thuỷ phõn cú DE 15, nồng độ
chất khụ 100Bx, hạ nhiệt độ xuống 550C, bổ sung enzim Toruzim với nồng độ
1% (so với nồng độ chất khụ), gắn kết trong điều kiện nhiệt độ 550C, thời gian 24 giờ, pH 6. Tiến hành xỏc định tỷ lệ sacaroza / tinh bột thủy phõn được thể
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của tỷ lệ sacaroza / tinh bột thuỷ phõn đến hiệu suất chuyển húa tạo đường oligoglucosyl fructoza
Tỷ lệ phối trộn TT Sacaroza TB thuỷ phõn* Hiệu suất chuyển hoỏ sacaroza (%) Hiệu suất chuyển hoỏ tinh bột (%) 1 0,5 1 47,6 56,3 2 1 1 46,1 64,5 3 1,5 1 42,7 66,4 4 2 1 37,8 68,1
* TB thuỷ phõn được tớnh theo nồng độ chất khụ của dịch để bổ sung sacaroza
Qua bảng 3.8 cho thấy, nếu tỷ lệ đường sacaroza / tinh bột thuỷ phõn tăng dần thỡ hiệu suất chuyển hoỏ đường giảm dần và ngược lại hiệu suất chuyển hoỏ tinh bột tăng, nhưng với tỷ lệ sacaroza / tinh bột thủy phõn là 1/1 cho thấy bước nhảy của hiệu suất chuyển húa sacaroza giảm ớt nhất và bước nhảy của hiệu suất chuyển húa tinh bột tăng mạnh nhất. Cũn ở tỷ lệ 1,5/1 và 2/1 thỡ bước nhảy của hiệu suất chuyển húa sacaroza giảm mạnh và bước nhảy của hiệu suất chuyển húa tinh bột tăng chậm. Vỡ vậy, chỳng tụi chọn tỷ
lệ sacaroza / tinh bột thuỷ phõn là 1/1 là phự hợp nhất.
3.2.2.2. Nghiờn cứu ảnh hưởng của nồng độ enzim đến hiệu suất chuyển húa trong quỏ trỡnh gắn kết.
Mục đớch của thớ nghiệm là xỏc định được liều lượng enzim tối thiểu cần dựng trong quỏ trỡnh gắn kết sao cho đạt hiệu suất chuyển húa cao nhất. Cỏc mẫu thớ nghiệm được tiến hành với cỏc nồng độ enzim khỏc nhau, cỏc điều kiện khỏc như sau: Dịch thuỷ phõn tinh bột cú DE 15 và nồng độ
chất khụ 100Bx. Tỷ lệ sacaroza / tinh bột thuỷ phõn là 1:1, nhiệt độ gắn kết 550C trong thời gian 24 giờ, pH 6, Toruzim được thử với nồng độ từ 0,5 – 2,5% (so với nồng độ chất khụ). Kết quả thớ nghiệm được thể hiện ở bảng 3.9
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ enzim đến hiệu suất chuyển húa trong quỏ trỡnh gắn kết tạo đường oligoglucosyl fructoza
TT Nồng độ enzim (%) Hiệu suất chuyển hoỏ sacaroza (%) Hiệu suất chuyển hoỏ tinh bột (%) 1 0,5 40,5 58,6 2 1,0 46,0 64,1 3 1,5 47,1 68,7 4 2,0 47,3 69,0 5 2,5 47,4 69,1 Từ kết quả trờn ta nhận thấy khi nồng độ enzim tăng dần, hiệu suất chuyển húa sacaroza và tinh bột thủy phõn đều tăng, nhưng khi nồng độ
enzim tăng từ 1,5 – 2,5% thỡ hiệu suất chuyển húa tăng khụng đỏng kể. Vỡ vậy chỳng tụi chọn nồng độ enzim là 1,5% là thớch hợp nhất.
3.2.2.3. Nghiờn cứu ảnh hưởng của nhiệt độ trong quỏ trỡnh gắn kết đến hiệu suất chuyển húa
Nhiệt độ là một yếu tố ảnh hưởng mạnh đến hoạt tớnh xỳc tỏc của enzim. Do đú nú là một yếu tố cụng nghệ thường được sử dụng để điều hoà cỏc phản ứng enzim theo chiều mong muốn. Để xỏc định ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độđến quỏ trỡnh gắn kết.
Thớ nghiệm được tiến hành như sau: Dịch thuỷ phõn cú DE 15 và nồng
độ chất khụ 100Bx. Tỷ lệ sacaroza / tinh bột thuỷ phõn là 1 : 1, nhiệt độ gắn kết được thử từ 40- 650C trong thời gian 24 giờ, pH 6, nồng độ Toruzim 1,5% (so với nồng độ chất khụ). Kết quả thớ nghiệm được thể hiện trong bảng 3.10.
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ trong quỏ trỡnh gắn kết đến hiệu suất chuyển húa tạo đường oligoglucosyl fructoza
TT Nhiệt độ (0C) Hiệu suất chuyển hoỏ sacaroza (%) Hiệu suất chuyển hoỏ tinh bột (%) 1 40 30,2 47,2 2 45 34,6 50,1 3 50 42,4 59,3 4 55 47,0 68,7 5 60 48,4 70,1 6 65 44,7 63,1
Kết quả bảng 3.10 cho thấy, mỗi loại enzim đều cú nhiệt độ hoạt động tối ưu của nú. Nhiệt độ tăng từ 40 - 600C, hiệu suất chuyển húa sacaroza và tinh bột thủy phõn cũng tăng theo, nhưng đến 650C hiệu suất chuyển húa giảm hẳn. Do vậy ta chọn nhiệt độ để enzim hoạt động gắn kết là 600C cho hiệu suất chuyển húa cao nhất.
3.2.2.4. Nghiờn cứu ảnh hưởng của thời gian trong quỏ trỡnh gắn kết đến hiệu suất chuyển húa
Trong giai đoạn gắn kết, thời gian phản ứng cũng quan trọng như giai
đoạn dịch hoỏ. Ảnh hưởng của thời gian tới hiệu suất chuyển hoỏ được khảo sỏt bằng thớ nghiệm với cỏc điều kiện: Dịch bột thuỷ phõn cú DE 15 và nồng độ chất khụ 100Bx; Tỷ lệ sacaroza / dịch bột DE 15 = 1 : 1; Nhiệt độ gắn kết 600C; pH 6; Nồng độ Toruzim 1,5% (so với nồng độ chất khụ); Thời gian gắn kết được thử 12 - 72 giờ.
Theo dừi hiệu suất chuyển húa sacaroza và tinh bột thủy phõn trong quỏ trỡnh gắn kết. Kết quả thớ nghiệm được thể hiện trong bảng 3.11
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của thời gian trong quỏ trỡnh gắn kết đến hiệu suất chuyển húa sacaroza và dịch bột DE 15
TT Thời gian (giờ) Hiệu suất chuyển hoỏ sacaroza (%) Hiệu suất chuyển hoỏ tinh bột (%) 1 12 42,9 62,4
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});