3.3. Nghiên cứu điều kiện thu nhận isomaltooligosaccharide
Trong nghiên cứu, isomaltooligosaccharide được tổng hợp từ tinh bột khoai lang thông qua hai phương pháp: phân đoạn và đường hóa – gắn nhánh đồng thời. Ở mỗi phương pháp, các thông số công nghệ được điều tra và đánh giá mức độ ảnh hưởng đến hiệu quả tổng hợp IMO.
3.3.1. Điều kiện thu nhận isomaltooligosaccharide bằng phương pháp phân đoạn
Để tổng hợp isomaltooligosaccharide từ tinh bột khoai lang bằng enzyme transglucosidase với khả năng tạo liên kết α-1,6 glycosidic thì cần quá trình thủy phân trước đó đưa tinh bột từ thể rắn sang dịch lỏng với thành phần chính là oligosaccharide mạch ngắn như maltose và maltotriose. Đây là những cơ chất hoạt động tối ưu nhất của enzyme transglucosidase [146], [151]. Nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới đã thực hiện tạo hỗn hợp cơ chất oligosaccharide mạch ngắn cho transglucosidase bằng cách thực hiện 2 giai đoạn trước đó là dịch hóa và đường hóa tinh bột bằng enzyme [146], [154]. Trong nghiên cứu này, mức độ thủy phân (DE) và vai trò của thành phần oligosaccharide mạch ngắn được nghiên cứu kỹ lưỡng nhằm tìm ra tác động của chúng đến hiệu suất tạo thành IMO. Sau đó, nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố bao gồm nồng độ tinh bột, nồng độ enzyme, nhiệt độ, pH, thời gian đến sự tạo thành các sản phẩm trong các giai đoạn dịch hóa, đường hóa và gắn nhánh nhằm đưa ra thông số cụ thể cho quá trình sản xuất IMO.
3.3.1.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của mức độ thủy phân đến hiệu quả tổng hợpisomaltooligosaccharide isomaltooligosaccharide
Thành phần oligosaccharide trong sản phẩm của quá trình thủy phân tinh bột bằng enzyme là cơ chất được sử dụng bởi enzyme transglucosidase để tổng hợp IMO. Đương lượng dextrose DE (dextrose equivalent) biểu thị sự gia tăng của hàm lượng đường khử trong dịch thủy phân và thể hiện cho mức độ thủy phân của dịch. Do đó, việc khảo sát ảnh hưởng của mức độ thủy phân (DE) dịch tinh bột trước khi bước vào giai đoạn gắn nhánh có ý nghĩa quan trọng. Để đánh giá ảnh hưởng của quá trình thủy phân (bao gồm dịch hóa và đường hóa) tinh bột trước khi đưa vào giai đoạn gắn nhánh đến khả năng tổng hợp IMO, tiến hành tạo các dịch thủy phân có mức độ thủy phân (DE) khác nhau và thực hiện gắn nhánh các dung dịch đã chuẩn bị. Thành phần IMO trong dịch sản phẩm được phân tích bằng máy sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) và tính toán hàm lượng IMO234 là tổng của ba thành phần chính isomaltose (IMO2), isomaltotriose (IMO3) và isomaltotetraose (IMO4) trong hỗn hợp sản phẩm (Hình 3.12).
Hình 3.32. Ảnh hưởng của mức độ thủy phân đến hàm lượng IMO tạo thành
Kết quả đã chỉ ra mối tương quan thuận giữa hàm lượng IMO tổng và mức độ thủy phân của dịch đưa vào gắn nhánh. Khi DE tăng dần từ 12 đến 36, hàm lượng IMO234 thu được tăng dần từ 36,4 đến 52,3 g/l. Trong đó, với DE tăng từ 12 đến 20, kết quả thu được không có sự khác biệt có nghĩa (p < 0,05), lần lượt là 36,4 đến 38,3 g/l; khi tiếp tục tăng DE từ 26 đến 36, hàm lượng IMO thu được có xu hướng tăng nhanh hơn, từ 43,6 lên 52,3g/l. Có thể thấy, dịch có mức độ thủy phân cao thuận lợi hơn cho quá trình chuyển hóa tạo IMO, từ đó hàm lượng IMO thu được cao hơn so với dịch có mức độ thủy phân thấp trong cùng thời gian gắn nhánh. Điều này được giải thích rằng, enzyme transglucosidase vẫn có khả năng hoạt động trên dịch có mức độ thủy phân thấp nhưng kém hơn hẳn. Kết quả này phù hợp với một số nhận định đã được báo cáo trước đó. Theo Niu và cộng sự (2017) [151], việc tăng mức độ hóa lỏng của tinh bột (DE tăng từ 12 đến 30) đã rút ngắn thời gian transglycosyl hóa cần thiết để đạt được hiệu suất IMO cao nhất. Do đó, tinh bột có mức độ hóa lỏng cao tạo điều kiện tốt hơn cho sự hình thành IMO với hiệu suất tạo IMO trên thời gian phản ứng tăng.
Trên thực tế, hỗn hợp maltodextrins có thể hoạt động như cả chất cho và nhận glucosyl trong phản ứng chuyển hóa bởi transglucosidase. Tuy nhiên, enzyme transglucosidase có nguồn gốc từ Aspergillus niger được nhận định chỉ hoạt động tối ưu trên các oligosaccharide có mức độ trùng hợp thấp (DP) như maltose và maltotriose [7]. Như vậy, trước khi bước vào giai đoạn gắn nhánh, dịch tinh bột cần được tiến hành thủy phân để thu được nền cơ chất phù hợp nhất cho quá trình gắn nhánh bằng transglucosidase. Trong nghiên cứu này, dịch tinh bột khoai lang được