Tinh bột và một số polysaccharide khác chứa những liên kết α-1,4 glycoside, bị thủy phân bởi một nhóm enzyme thường được gọi là amylase.
Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 22 a. α-amylase( α-1,4-glucan-4-glucanohydolase)
Là một endo enzyme (nội enzyme) xúc tác thủy phân những liên kết không hoàn toàn tạo thành dextrin mạch thẳng và mạch phân nhánh.
Điều kiện hoạt động của α-amylase từ các nguồn khác nhau thường không giống nhau: pH tối thích cho hoạt động của α-amylase từ nấm sợi là 4,5 ÷ 4,8 (có thể hoạt động tốt trong vùng pH từ 4,7 ÷ 5,4) và của vi khuẩn là 5,8 ÷ 6,0 (hoạt động tốt trong vùng pH 5,8 ÷ 7,0). Nhiệt độ tối thích cho hoạt động xúc tác của α- amylase ở nấm sợi là 50oC. Amylase của thóc mầm và của malt bền nhiệt hơn và hoạt động tối thích ở 58 ÷ 60oC.
Dưới tác dụng của enzyme α-amylase, amylose bị phân giải khá nhanh tạo thành oligosaccharide gồm 6 ÷ 7 gốc glucose, sau này các mạch này bị phân cắt giảm dần và bị phân giải chậm đến maltose tetrose, maltose triose, maltose. Sau thời gian thủy phân amylase sản phẩm bao gồm: 87% maltose, 13% glucose.
Dưới tác dụng của enzyme α-amylase, amylosepectin bị phân giải khá nhanh nhưng vì α-amylase không cắt được liên kết α-1,6-glucoside nên dù có kéo dài thời gian thủy phân nhưng sau cùng sản phẩm có khoảng: 72% maltose, 19% glucose, dextrin phân tử thấp và izomaltose là 8%.
b. β-amylase (α-1,4-glucan maltohydrolas)
Là một exo enyme (ngoại enzyme) xúc tác cắt đứt liên kết glycoside của α-1,4- glucanhình thành maltose, bắt đầu ở giai đoạn cuối không khử của mạch.
pH tối thích trong dung dịch bột thuần khiết là 4 ÷ 6, trong dung dịch nấu là 5 ÷ 5,6; nhiệt độ tối thích trong tinh bột thuần khiết là 40 ÷ 50˚C, trong dung dịch nấu là 60 ÷ 65˚C; β-amylase bị vô hoạt ở 70˚C.
Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 23 β-amylase phân giải 100% amylose thành maltose. Phân giải 54 ÷ 58% amylosepectin thành maltose. Do mỗi nhánh của amylosepectin có từ 20 ÷ 25 phân tử glucose nên sau khi thủy phân tạo 10 ÷ 12 phân tử maltose. Khi tới liên kết α- 1,4-glucoside gắn với liên kết α-1,6-glucoside, β-amylase sẽ ngưng tác dụng, phần saccharide còn lại là dextrin phân tử lớn. Có chứa rất nhiều liên kết α-1,6- glucoside gọi là dextrin có màu tím đỏ với Iod.
c. Glucoamylase hay amyloseglucosidase (α-1,4-glucan gluco hydrolas )
Là một exo enzyme xúc tác cắt những liên kết còn lại từ đầu cuối không khử của polymer tinh bột để tạo thành glucose. Nhưng nó cũng có thể cắt liên kết α-1,6 và α-1,4 ở những mức độ khác nhau.
Đa số γ-amylase đã biết đều thuộc loại enzyme “acid”. Hoạt động tốt ở 50˚C, hoạt lực tối đa trong vùng pH = 3,5 ÷ 5,5. So với α-amylase, γ-amylase bền với acid hơn nhưng lại kém bền dưới tác dụng của rượu etylic, acetone.
Khi thủy phân tinh bột, cùng với việc tạo thành glucose còn có thể tạo thành oligosaccharide. Ngoài ra γ-amylase còn có khả năng cắt cả liên kết α-1,2- glucoside và liên kết α-1,3-glucoside nữa.
Hình 5: Cơ chế tác dụng của enzyme glucoamylase lên tinh bột
d. Các yếu tốảnh hưởng đến hoạt động của enzyme
Ảnh hưởng của nồng độ enzyme và cơ chất
Ảnh hưởng của nồng độ enzyme
Khi cơ chất đầy đủ thì vận tốc của phản ứng enzyme tỉ lệ thuận với nồng độ enzyme. Ta có: V = k * [E] (1)
Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 24 K3 K1 Trong đó: v: vận tốc của phản ứng k: hằng số vận tốc [E]: nồng độ của enzyme Hình 6: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến tốc độ phản ứng
Nồng độ của enzyme càng lớn bao nhiêu thì lượng cơ chất bị biến đổi càng nhiều bấy nhiêu. Tuy nhiên có trường hợp khi nồng độ enzyme quá lớn thì vận tốc phản ứng chậm.
Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất
Enzyme tham gia quá trình xúc tác tạo phức hợp enzyme – cơ chất (ES). Trường hợp đơn giản nhất, phản ứng chỉ có một cơ chất (S), enzyme (E) xúc tác cho sự chuyển hóa cơ chất tạo thành một sản phẩm (P), phản ứng xảy ra như sau:
E + S ES E + P (1)
Trong đó: K1: hằng số vận tốc phản ứng tạo ES
K2: hằng số vận tốc phân ly ES và cơ chất ban đầu K3: hằng số vận tốc phân ly phức hợp ES tạo sản phẩm P
Mối quan hệ giữa vận tốc phản ứng do enzyme xúc tác và nồng độ cơ chất được biểu diễn theo phương trình Michaelis – Menten như sau:
[ ] [ ]S K S V v m + = max (2) Trong đó: v : vận tốc phản ứng Km : hằng số Michaelis – Menten Vmax: vận tốc phản ứng cực đại [S] : nồng độ cơ chất Vận tốc phản ứng, m/s Thời gian, phút
Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 25
Hình 7: Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đến tốc độ phản ứng
Km gọi là hằng số Michaelis – Menten và đặc trưng cho mỗi enzyme – Km đặc trưng cho ái lực của enzyme với cơ chất. Km có trị số càng nhỏ thì ái lực của enzyme đối với cơ chất càng lớn, nghĩa là vận tốc enzyme càng lớn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Qua đồ thị chung của đường biểu diễn cho thấy khi tăng nồng độ cơ chất, vận tốc phản ứng tăng. Khi tăng nồng độ cơ chất đến một giá trị nào đó, vận tốc phản ứng đạt giá trị cực đại Vmax , sau đó vận tốc phản ứng sẽ không tăng nữa nếu ta tiếp tục tăng nồng độ cơ chất.
Ảnh hưởng của nhiệt độđến hoạt động của enzyme
Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến phản ứng của enzyme. Tốc độ phản ứng enzyme không phải lúc nào cũng tỉ 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 giảm và dẫn đến mức triệt tiêu. Nhiệt độ tương ứng với tốc độ phản ứng enzyme cao nhất được gọi là tốc độ tối ưu. Phần lớn enzyme hoạt động mạnh nhất ở nhiệt độ 40 ÷ 50oC. Nhiệt độ tối ưu của những enzyme khác nhau thì khác nhau. Nếu đưa nhiệt độ cao hơn mức nhiệt độ tối ưu, hoạt tính của enzyme sẽ bị giảm. Khi đó enzyme không có khả năng phục hồi lại hoạt tính.
Nhiệt độ tối ưu của một enzyme phụ thuộc rất nhiều vào sự có mặt của cơ chất, kim loại, pH và các chất bảo vệ. Người ta thường sử dụng yếu tố nhiệt độ để điều khiển hoạt động của enzyme và tốc độ phản ứng trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm. Temperature / pH - Profile
=alpha-amylase, =beta-glucanase) =alpha-amylase, =beta-glucanase
Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 26
Ảnh hưởng của pH đến phản ứng enzyme
pH môi trường thường ảnh hưởng đến mức độ ion hóa cơ chất, enzyme và đặc biệt ảnh hưởng đến độ bền của enzyme. Chính vì thế pH có ảnh hưởng rất mạnh đến phản ứng của enzyme.
Nhiều enzyme hoạt động rất mạnh ở pH trung tính. Tuy nhiên cũng có nhiều enzyme hoạt động ở pH acid yếu. Một số khác lại hoạt động mạnh ở pH kiềm và cả pH acid. pH tối ưu cũng phụ thuộc vào nhiệt độ, khi tăng nhiệt độ phản ứng thì pH tối ưu sẽ chuyển dịch về phía pH lớn hơn.
Người ta thường sử dụng ảnh hưởng của pH đểđiều hòa phản ứng trong bảo quản, chế biến thực phẩm, tuyển chọn giống vi sinh vật.
Ngoài ra, các chất hoạt hóa như NAP+, NADP+, acid ascorbic (chuyển hydro), ADP (chuyển photphat)…hay các chất kìm hàm như ion kim loại nặng Cu2+, Ag+, Hg+... cũng ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme.
Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 27
CHƯƠNG III. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Phương tiện nghiên cứu
3.1.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu
Địa điểm: phòng thí nghiệm bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm - Khoa Nông Nghiệp - Trường Đại Học Cần Thơ
Thời gian: từ ngày 26/2/2007 đến 18/5/2007.
3.1.2 Nguyên liệu dùng trong sản xuất sữa khoai môn tiệt trùng
Sữa bò tươi: được cung cấp từ trang trại chăn nuôi bò hộ gia đình của ông Lý Thanh Tòng ở Tổ 7, Lợi Vũ A, Phường An Bình, Thành phố Cần thơ.
Khoai môn: sử dụng khoai Môn loại củ vừa, được mua từ ông Lý Thanh Tòng. Đường.
3.1.3 Hoá chất
Cồn 75oC, NaHCO3. Enzyme amylase.
Hóa chất chuẩn đường: Fehling A, Fehling B, Na2SO4 bão hòa (30%)… Hóa chất cất đạm, đốt đạm: acid boric, H2SO4 0,1N, NaOH 30%... Ete dầu hỏa, ete thường.
3.1.4 Thiết bị, dụng cụ
Hình 9: Hệ thống Soxlet Hình 10: Thiết bị sấy Hình 11: pH kế
Hình 12: Thiết bị tiệt trùng Hình 13: Máy đo màu Hình 14: Thiết bị cất đạm
Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 28
Hình 15: Cân điện tử Hình 16: Cân phân tích Hình 17: Thiết bịđồng hóa (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ngoài ra, còn sử dụng một số thiết bị khác như: Brix kế, Water park, máy đo độ nhớt, máy xay sinh tố và các dụng cụ chứa đựng khác.
3.2 Phương pháp nghiên cứu
3.2.1 Thí nghiệm 1:Khảo sát ảnh hưởng của quá trình thủy phân khoai môn đến chất lượng sữa khoai môn tiệt trùng. chất lượng sữa khoai môn tiệt trùng.
a. Mục đích thí nghiệm: Tìm ra nhiệt độ và thời gian thủy phân khoai môn cho chất lượng sản phẩm tốt nhất.
Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 29 b. Sơđồ bố trí thí nghiệm
Khoai môn làm sạch
Hấp chín Sữa nguyên liệu
Nước Nghiền (Khoai:nước = 1:1)
Thủy phân bằng enzyme Làm sạch, lọc A1 A2
B1 B2 B3 B4 B1 B2 B3 B4
Lọc
Kiểm tra Dịch trích Đánh giá chất lượng
Phối trộn (dịch khoai môn:sữa = 20:80) Chuẩn hóa (pH: 6,5; oBrix: 15 ÷ 16 ) Gia nhiệt (65 ÷ 70oC) Đồng hóa Bổ sung màu (1%) Rót chai, đóng nắp Tiệt trùng (125oC, 5 phút) Kiểm tra chất lượng Bảo quản Hình 18: Sơđồ bố trí thí nghiệm 1
Thí nghiệm được bố trí tập trung ở khâu xử lý khoai môn, với hai nhân tố khảo sát là nhiệt độ và thời gian thủy phân tinh bột khoai môn.
A: nhiệt độ thủy phân: A1: 52 ÷ 55oC A2: 62 ÷ 65oC
Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 30 B: thời gian thủy phân: B1: 0 phút (không thủy phân)
B2: 30 phút B3: 60 phút B4: 90 phút
Thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên với 2 lần lặp lại. c. Tiến hành thí nghiệm
Khoai môn được làm sạch, gọt vỏ, nấu chín, nghiền với nước theo tỷ lệ cố định 1 nước : 1 khoai (đã qua thí nghiệm thăm dò). Dịch trích khoai môn sau khi lọc được thủy phân bằng chế phẩm enzyme amylase theo các nhiệt độ và thời gian thủy phân như phần bố trí thí nghiệm.
Lá cẩm được nấu với nước theo tỷ lệ nước:lá cẩm là 1:0,3 sau đó được lọc và bổ sung vào dịch trích sau khi đồng hóa sản phẩm.
Sữa tiệt trùng được xử lý với qui trình phổ biến đã biết. Dịch trích khoai môn sau khi thủy phân được cho vào sữa trước khi đồng hoá với tỷ lệ dịch khoai : sữa = 20 : 80. Điều chỉnh các thành phần theo yêu cầu của sản phẩm cuối cùng (pH 6,5; oBrix = 15 ÷ 16). Quá trình tiệt trùng sữa được thực hiện ở 125oC trong thời gian 5 phút.
d. Các chỉ tiêu đánh giá
Dịch sau thủy phân được phân tích các thành phần: đường khử.
Sản phẩm được kiểm tra trên các chỉ tiêu vật lý như độ nhớt và các chỉ tiêu cảm quan của sản phẩm.
3.2.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dịch khoai môn và sữa đến chất lượng sản phẩm.
Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 31 b. Sơđồ bố trí thí nghiệm
Khoai môn Sữa tươi
… … Dịch thủy phân Đánh giá chất lượng Phối trộn C1 C2 C3 C4 … Đồng hóa Bổ sung màu [D1, D2, D3, D4] … Bảo quản Hình 19: Sơđồ bố trí thí nghiệm thí nghiệm 2
Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên dựa trên sự thay đổi kết hợp nhân tố C là tỷ lệ phối trộn (dịch khoai môn : sữa) và D là tỷ lệ màu bổ sung với 3 lần lặp lại. C1= 0:100 + D1 = 0 C2= 10 : 90 + D2 = 0,8% C3 = 20 : 80 + D3 = 1% C4 = 30 : 70 + D4 = 1,2% Như vậy, thí nghiệm có 4 mẫu là C1D1, C2D2, C3D3 và C4D4
c. Tiến hành thí nghiệm: Thí nghiệm được tiến hành hoàn toàn tương tự như ở thí nghiệm 1. Dịch thủy phân được lấy từ kết quả tốt nhất ở thí nghiệm 1. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
d. Các chỉ tiêu đo đạc, phân tích:Đo độ nhớt, màu sắc và đánh giá các chỉ tiêu cảm quan chính của sản phẩm.
Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 32
3.2.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của chế độ tiệt trùng đến chất lượng cảm quan và khả năng bảo quản sản phẩm cảm quan và khả năng bảo quản sản phẩm
a. Mục đích thí nghiệm: Xác định chế độ tịêt trùng phù hợp cho sản phẩm nhằm kéo dài thời gian sử dụng đồng thời giữđược giá trị cảm quan tốt cho sản phẩm. b. Sơđồ bố trí thí nghiệm … Tiệt trùng 121oC 125oC 15 phút 20 phút 5 phút 10 phút Kiểm tra chất lượng Bảo quản Hình 20: Sơđồ bố trí thí nghiệm 3
Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên tiến hành trên hai nhân tố là nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt, với 3 lần lặp lại.
c. Tiến hành thí nghiệm: Hoàn toàn tương tự nhưở thí nghiệm 1. Tỷ lệ dịch khoai môn sử dụng từ kết quả tốt nhất của thí nghiệm 2.
d. Các chỉ tiêu đo đạc, phân tích, nhận xét đánh giá sản phẩm Chỉ tiêu cảm quan, độ nhớt, màu sắc.
Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 33
CHƯƠNG IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1Kết quả phân tích thành phần hóa học nguyên liệu
Bảng 6: Kết quả phân tích thành phần hóa học của khoai môn và sữa nguyên liệu
Thành phần,(%) Sữa nguyên liệu* Khoai môn* Ẩm Đạm Béo Đường khử 88,5 3,14 3,08 4,6 66,88 4,2 0,13 13,38
Ghi chú: *: các giá trịđược tính theo căn bản ướt.
Hình 21: Nguyên liệu khoai môn
4.2 Ảnh hưởng của quá trình thủy phân khoai môn đến chất lượng sữa khoai môn tiệt trùng môn tiệt trùng
Hình thái (sự phân lớp) của sản phẩm phụ thuộc vào hàm lượng tinh bột khoai môn có trong sản phẩm. Chính vì vậy, để tránh hiện tượng phân lớp sản phẩm cần giảm hàm lượng tinh bột trong khoai môn qua quá trình thủy phân bằng enzyme amylase. Hiệu quả của quá trình thủy phân được kiểm tra thông qua hàm lượng đường khử tạo thành trong dịch khoai môn thủy phân và giá trị độ nhớt của sản phẩm sau quá trình thủy phân.
4.2.1 Ảnh huởng của nhiệt độ và thời gian xử lý đến hàm lượng đường khử tạo thành trong dịch thủy phân khoai môn thành trong dịch thủy phân khoai môn
Thí nghiệm được tiến hành khảo sát ở hai khoảng nhiệt độ thủy phân là 52 ÷ 55oC và 62 ÷ 65oC trong thời gian 30 phút, 60 phút và 90 phút. Enzyme amylase sử dụng trong quá trình thủy phân có nguồn gốc từ nấm mốc Aspergillus, pH tối thích là 3,5 ÷ 5,5 (thí nghiệm tiến hành ở pH 4,3 ÷ 4,5) và hàm lượng enzyme sử dụng là 1,5%. Kết quả thống kê hàm lượng đường khử trong dịch thủy phân theo nhiệt độ và thời gian thủy phân được cho trong bảng 7.
Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 34
Hình 22: Khoai môn sau quá trình thủy phân ở các chếđộ khác nhau