STT pH Hàm lượng đường khử (mg/g) 1 5 131,33±3,01b 2 5,5 149,24±5,88b 3 6 160,01±1,86c 4 6,5 137,74±5,81b 5 7 104,76±10,54a
(Các chữ cái khác nhau trong cùng một cột biểu thị sự khác biệt có ý nghĩa ở độ tin cậy 95%)
Kết quả từ Bảng 4.3 cho thấy khi pH tăng thì hàm lượng đường khử tạo thành cũng tăng, trong đó mẫu ở pH 6 có hàm lượng đường khử cao nhất (160,01 mg/g). Kết quả thống kê cho thấy tất cả các mẫu đều có sự khác biệt ý nghĩa so với mẫu pH 6. Khi tiếp tục tăng giá trị pH đến 7 thì hàm lượng đường khử lại có chiều hướng giảm.
Khi điều chỉnh pH của dung dịch tinh bột ở khoảng pH trung tính (pH 7) thì có sự giảm hàm lượng đường khử tạo ra. Từ kết quả phân tích có thể thấy hoạt tính enzyme β-amylase thể hiện tốt nhất ở khoảng giá trị pH từ 5 đến 6 và đạt cao nhất ở pH 6. Có thể đây là giá trị pH thích hợp cho enzyme hoạt động.
pH trong mơi trường phản ứng có khả năng tác động lên trạng thái tích điện của nhóm carboxyl hoặc nhóm amin qua đó làm thay đổi các mối liên kết ion (vốn có chức năng tạo cấu hình khơng gian cho phân tử protein), chính vì vậy sẽ làm thay đổi cấu hình khơng gian của phân tử enzyme. Tại pH tối ưu, cấu hình khơng gian của enzyme hoặc trạng thái tích điện của cơ chất là phù hợp cho phản ứng xảy ra nhất. Ngoài pH tối ưu, khả năng xúc tác của enzyme yếu hơn hoặc bị bất hoạt (Lê Ngọc Tú và ctv., 1997; Hoàng Kim Anh và ctv., 2005; Shih et al., 2007). Theo kết quả phân tích, khi tăng giá trị pH hàm lượng đường khử tạo thành thay đổi không nhiều, kết quả thống kê cho thấy ở nhiều mẫu sự khác biệt này là khơng đáng kể. Hay nói cách khác với khoảng pH từ 5- 6,5 hoạt tính enzyme tương đối ổn định.
Kết quả này cũng gần tương đồng với kết quả của các nghiên cứu khác. Femi-Ola
et al. (2013) đã khảo sát ảnh hưởng của pH đến hoạt tính β-amylase từ Bacillus subtilis
với khoảng pH thay đổi từ 3 đến 8. Kết quả hoạt tính β-amylase cao nhất ở giá trị pH 5. Kết quả này cũng phù hợp với nhận định của Federico Battista & David Bolzonella
(2018) khi cho rằng hầu hết β-amylase đều có pH tối thích trong khoảng pH acid từ 4,5- 6,2. Theo nghiên cứu của Obineme et al. (2003) thì pH tối thích cho β-amylase từ Aspergillus niger là 5, kết quả tương tự cho β-amylase từ Volvariella volvacea (Olaniyi et al., 2010). Sarowar et al. (2009) cho rằng pH tối thích cho β-amylase từ rễ Raphanus sativus là 6. Sự khác nhau này có thể là do nguồn gốc của enzyme hay mỗi enzyme chỉ
Kết quả phân tích thống kê cho thấy mẫu thủy phân ở giá trị pH 5,5 có lượng đường khử tạo ra là 149,24 mg/g khác biệt khơng có ý nghĩa so với mẫu ở pH 6 có lượng đường khử tạo ra là 160,01 mg/g.
4.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian và nồng độ enzyme β-amylase đến quá trình thủy phân tinh bột sắn dây quá trình thủy phân tinh bột sắn dây
Hiệu quả thủy phân tinh bột của enzyme phụ thuộc vào nhiều yếu tố, đặc biệt là nhiệt độ, nồng độ sử dụng và thời gian thủy phân (Kunamneni & Singh, 2005). Trong sản xuất, việc xác định được thời gian thủy phân hợp lý có ý nghĩa quan trọng về mặt kỹ thuật.
Mẫu bột sắn dây 10%, pH 6 được đem đi hồ hóa trong thời gian 30 phút ở nhiệt độ 90oC, sau khi hồ hóa, dịch hồ tinh bột được hạ nhiệt độ xuống 60 oC, thực hiện q trình đường hóa với việc bổ sung enzyme β-amylase.
(a)
(b)
Hình 4.4: Tinh bột sắn dây sau khi hồ hóa (a) và thủy phân (b)
Thí nghiệm được bố trí hồn tồn ngẫu nhiên với 3 nhân tố khảo sát (nhiệt độ, thời gian và nồng độ enzyme), các nhân tố còn lại được cố định. Phương pháp bề mặt đáp ứng theo mơ hình Box-Behnken được sử dụng để xác định các thông số tối ưu (Bảng 4.4).
Bảng 4.4: Bố trí thí nghiệm theo mơ hình Box-Behnken và kết quả hàm lượng đường khử tạo thành theo thực nghiệm và theo mơ hình
STT Nhiệt độ (oC) Thời gian (giờ) Nồng độ (U/g tinh bột) Hàm lượng đường khử (mg/g) (theo thực nghiệm) Hàm lượng đường khử (mg/g) (theo mơ hình) 1 45 2 40 *134,29±1,43 133,53 2 45 6 40 137,51±0,79 137,14 3 45 4 20 124,97±2,81 125,42 4 45 4 60 123,40±0,92 124,08 5 65 2 40 127,14±1,64 127,56 6 65 6 40 130,46±2,21 131,17 7 65 4 20 112,63±1,16 111,96 8 65 4 60 126,04±2,28 125,59 9 55 2 20 128,07±0,71 128,35 10 55 2 60 138,65±3,68 138,71 11 55 6 20 136,23±1,63 136,18 12 55 6 60 138,38±1,62 138,11 13 55 4 40 160,05±2,18 159,91 14 55 4 40 159,57±1,17 159,91 15 55 4 40 160,11±1,27 159,91
*: giá trị trung bình của 3 lần thí nghiệm
Hiệu quả thủy phân tinh bột của enzyme phụ thuộc vào nhiều yếu tố, đặc biệt là nhiệt độ, nồng độ sử dụng và thời gian thủy phân (Annor et al. 2017). Li et al. (2016) đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện thủy phân bao gồm nồng độ enzyme, pH, nhiệt độ và tốc độ khuấy đến quá trình thủy phân chất thải nhà bếp để sản xuất xanthan bằng enzyme. Nồng độ đường khử được theo dõi theo thời gian trong suốt quá trình thực hiện cho đến khi đạt giá trị không đổi. Shokrkar et al. (2017) cũng tiến hành khảo sát các yếu tố nhiệt độ, nồng độ enzyme α-amylase, pH và thời gian thủy phân cho quá trình chiết xuất đường từ hỗn hợp nuôi cấy vi tảo bằng phương pháp thủy phân enzyme. Kết quả chỉ ra rằng hàm lượng đường khử tối đa đạt được là 96,3% bằng cách thêm các enzyme theo thứ tự là enzyme cellulase ở 50 ºC với pH 4,5; sau đó bổ sung enzyme α-amylase ở 70 ºC và pH 6 với nồng độ cơ chất là 50 g/L.
Tối ưu hóa q trình thủy phân trong nghiên cứu này được thực hiện bằng phương pháp bề mặt đáp ứng, các nghiệm thức được bố trí theo mơ hình Box-Behnken. Ba yếu tố được lựa chọn cho quá trình là nhiệt độ, thời gian và nồng độ enzyme. Hàm lượng đường khử sinh ra được dùng để đánh giá hiệu quả của quá trình thủy phân. Kết quả được thể hiện ở Bảng 4.5.