TÁCH TINH BỘT GẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT HỢP

PROTEASE TRUNG TÍNH VÀ SÓNG SIÊU ÂM:

Hiệu quả của protease trung tính và sự kết hợp của protease trung tính và sóng siêu âm trong sản xuất tinh bột gạo đã được nghiên cứu. Huyền phù tinh bột gạo (33%) được xử lí với protease nồng độ 0.01, 0.03 hay 0.05% (so với bột), hoặc xử lí kết hợp với nồng độ 0.03% protease trung tính và sóng siêu âm cường độ cao tại biên độ 25, 50, hay 75% trong 15, 30 hay 60 phút đồng thời hay liên tục. Sản lượng tinh bột tăng lên đến 79.886.7% với hàm lượng protein sót lại 0.50.96% và hàm lượng tinh bột bị phá hủy là 0.981.87% khi xử lí protease trung tính kết hợp với sóng siêu âm cường độ cao. Sự kết hợp được ưu tiên là xử lí protease trung tính trong 2 giờ, tiếp theo xử lí sóng siêu âm với biên độ 75 hay 50% trong 15 đến 30 phút. Tinh bột thu được cho thấy không có sự phá hủy cấu trúc phân tử hay bề mặt hạt tinh bột.

4.1.Tiến trình thí nghiệm:

Chuẩn bị: Bột gạo (RL – 100) được mua từ Rivland Partnership, Houston, Texas. Protease trung tính (N “Amano” với hoạt tính 150,000~190,000 đơn vị/g, pH tối ưu 7.5 và nhiệt độ 55o

C) dạng bột khô. Máy xử lí sóng siêu âm cường độ cao (750 Watt Model, 20 kHz) .

Phương pháp tách tinh bột bằng cách ngâm kiềm: được xem như là phương pháp kiểm chứng. 100g bột gạo được ngâm trong 200 ml 0,1% NaOH trong 18 giờ. Dung dịch huyền phù được khuấy trộn bằng máy trộn Waring tốc độ cao trong 2 phút, đi qua rây 63μm, sau đó li tâm tại 1400.g trong 10 phút. Lớp tinh bột ở dưới đáy được hòa tan lại và rửa với 0.1% NaOH và nước, sau đó trung hòa với 1N HCl đến pH 6.5 và li tâm. Tinh bột sau đó được rửa với nước loại ion hơn 3 lần, sấy ở 45oC trong lò trong 48 giờ.

Tách tinh bột gạo bằng protease trung tính: sử dụng bột gạo (100g) trộn với nước loại ion (200ml) trong becher 500ml. Nhiệt độ được giữ ở 50oC, pH được điều chỉnh ở 7.0 với 1.0N NaOH. Nồng độ khác nhau của protease trung tính (0.01, 0.03, hay 0.05% trên lượng bột gạo) được thêm vào huyền phù và cho phản ứng trong 1, 3 hay 5 giờ, khuấy liên tục bằng cánh khuấy có từ tính. Huyền phù bột sau đó được trộn bằng máy trộn Waring với tốc độ cao trong 2 phút sau khi xử lí với protease. Cho huyền phù đi qua rây 63- μm rồi li tâm tại 1400.g trong 10 phút. Lớp tinh bột được hòa tan trở lại và rửa 3 lần với nước loại ion. Tinh bột thu được sau đó đem đi sấy ở 45°C trong 48 giờ.

Tách tinh bột bằng phương pháp kết hợp protease trung tính và sóng siêu âm cường độ cao: Xử lí sóng siêu âm được thực hiện trước, trong, và sau quá trình xử lí protease. Bột gạo (100g) trộn với nước loại ion (200ml) trong becher 500ml. Protease trung tính được thêm vào với hàm lượng 0.03% (trên lượng bột), nhiệt độ của hỗn hợp huyền phù được giữ ở 50oC, khuấy liên tục. Trong quá trình xử lí sóng siêu âm , nhiệt độ được giữ ở 40o

C (Wang and Wang, 2001). Biên độ sóng là 25%, 50%, hay 75% với 5 giây bật (on) và 5 giây tắt (off) trong 15, 30, hay 60 phút. Thời gian xử lí siêu âm không bao gồm thời gian tắt (off). Tinh bột thu được cũng được xử lí giống như tiến trình được diễn tả trong phương pháp xử lí protease.

Độ ẩm, hàm lượng protein, tổng lượng tinh bột, và tinh bột bị phá hủy được xác định bằng phương pháp AACC. Hàm lượng amylose của tinh bột được xác định bằng cách sử dụng sắc kí cao áp (Wang and Wang, 2000).

4.2.Kết quả:

Chất lượng của tinh bột thu được của phương pháp xử lí bằng protease trung tính và phương pháp kết hợp protease và sóng siêu âm được liệt kê trong các bảng:

Bảng 16: Hàm lượng tinh bột, protein sót lại, tinh bột bị phá hủy trong tinh bột gạo thu được bằng phương pháp xử lí protease trung tính ở những nồng độ và thời gian

zgiá trị trung bình trong những cột giống nhau theo sau bởi những chữ cái khác nhau là khác nhau có ý nghĩa (P<0.05)

y

protease với lượng 0.01% và xử lí trong 1 giờ.

Bảng 17: Hàm lượng tinh bột, protein sót lại, tinh bột bị phá hủy trong tinh bột gạo thu được bằng phương pháp xử lí kết hợp 0.03% protease trung tính và sóng siêu âm

cường độ cao z

zgiá trị trung bình trong những cột giống nhau theo sau bởi những chữ cái khác nhau là khác nhau có ý nghĩa (P<0.05)

y

xử lí sóng siêu âm trong 15 phút, biên độ sóng 50%, sau đó xử lí với protease trong 2 giờ.

x

xử lí protease và sóng siêu âm (biên độ 25%) đồng thời trong 30 phút.

w

xử lí protease trong 2 giờ, sau đó xử lí sóng siêu âm biên độ 50% trong 15 phút.

Bột gạo sử dụng trong nghiên cứu có: tổng hàm lượng tinh bột 87.6%, protein 7.7%, tinh bột bị phá hủy 5.4% (trên chất khô). Khi protease được sử dụng một mình,

sản lượng tinh bột tăng lên và protein sót lại giảm xuống theo sự tăng lên mức độ sử dụng protease và thời gian xử lí. Tinh bột thu được ở mức từ 62.5% đến 71.8% , trong khi đó lượng protein sót lại và tinh bột bị phá hủy lần lượt là 0.530.88% và 0.991.81%. Mẫu kiểm chứng (bằng phương pháp ngâm kiềm) có sản lượng tinh bột là 71.6%, hàm lượng protein sót là 0.12%, tinh bột bị phá hủy 1.59%. Kết quả này cho thấy xử lí protease với nồng độ 0.01% thì không hiệu quả trong việc phân tách protein và tinh bột thậm chí sau 5 giờ xử lí. Khi tăng lượng protease trung tính lên đến 0.03% và 0.05%, tinh bột thu được có thể so sánh với phương pháp ngâm kiềm. Sản lượng tinh bột và lượng protein sót lại tương đương với những mẫu được xử lí với 0,03% và 0.05% protease trung tính trong 3 và 5 giờ. Vì thế, phương pháp xử lí với 0.03% protease trung tính trong 2 giờ được chọn cho nghiên cứu tiếp theo so sánh với phương pháp xử lí kết hợp dùng enzyme và sóng siêu âm.

Protease sẽ thủy phân protein trên bề mặt hạt tinh bột, kết quả là phá vỡ mạng protein thành những phần nhỏ và làm gia tăng tính mẫn cảm của bột gạo với hiện tượng xâm thực của sóng siêu âm. Hiệu ứng xâm thực do sóng siêu âm cường độ cao trong môi trường nước được áp dụng để phá vỡ liên kết giữa hạt tinh bột và mạng lưới protein.

Sản lượng tinh bột cải thiện đáng kể khi xử lí sóng siêu âm kết hợp với protein trung tính, từ 80.8 đến 86.7%, so sánh với phương pháp chỉ xử lí protease và phương pháp ngâm kiềm (bảng 16).

Lượng protein sót lại là 0.50.96% (trên chất khô) thì cao hơn nhưng lượng tinh bột bị phá hủy khoảng 0.981.87% thì tương đương với các mẫu của phương pháp ngâm kiềm. Tuy nhiên, protein còn sót lại trong tinh bột được xử lí bằng phương pháp kết hợp enzyme – sóng siêu âm thì thấp hơn một loại tinh bột gạo thương mại (3.1%) (StarchPlus SPR rice starch từ California Natural Products, Lathrop, Calif.).

Sản lượng tinh bột gia tăng khi thời gian xử lí sóng siêu âm tăng lên ở biên độ thấp (25 – 50%), tuy nhiên sản lượng tinh bột lại tương đương (84%) tại biên độ sóng 75%. Ngoài ra ta thấy tinh bột dễ tách khỏi protein khi sóng siêu âm được sử dụng sau khi xử lí protease, và protease thì hiệu quả trong việc làm lỏng lẻo mạng lưới protein xung quanh hạt tinh bột hơn là sóng siêu âm. Vì thế, sự kết hợp giữa enzyme và sóng siêu âm thích hợp nhất là đầu tiên xử lí protease trong 2 giờ, sau đó xử lí sóng siêu âm tại biên độ sóng 50% hay 75% trong 15 đến 30 phút (bảng 17) vì sản lượng tinh bột cao hơn, hàm lượng protein sót lại thấp hơn, và sự tách ra dễ dàng hơn.

Hàm lượng amylose trong tinh bột gạo chiết xuất được tương tự trong các phương pháp, điều đó đề nghị rằng xử lí sóng siêu âm dưới nhiệt độ hồ hóa thì không de- polime hóa hạt tinh bột. Kết quả SEM không cho thấy bấy kì sự phá hủy nào trên bề mặt hạt tinh bột gạo (Hình 14). Sự kết hợp giữa protease và sóng siêu âm cường độ cao chỉ ảnh hưởng đến liên kết không hóa trị giữa tinh bột và protein mà không phá hủy đến phân tử tinh bột và cấu trúc của nó.

Hình 13: Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của tinh bột gạo tách từ: (A) khuấy nhiệt độ phòng không dùng sóng siêu âm, (B) xử lí sóng siêu âm biên độ 75% trong 30 phút

sau khi xử lí protease trong 2 giờ

4.3.Kết luận:

Với phương pháp kết hợp protease trung tính và sóng siêu âm cường độ cao, hiệu quả của việc tách tinh bột được cải thiện đáng kể, và xử lí sóng siêu âm sau khi xử lí protease làm quá trình phân tách tiện lợi hơn. Phương pháp này cho thấy một tiềm năng để đạt được sản lượng tinh bột cao với những tính chất hóa lí tương tự với những phương pháp thông thường khác nhưng trong thời gian ngắn hơn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Lê Văn Việt Mẫn (chủ biên), Công nghệ chế biến thực phẩm, NXB Đại Học Quốc Gia TPHCM, 2009.

2. Trần Thị Thu Trà, Công nghệ bảo quản và chế biến lương thực, NXB Đại Học Quốc Gia TPHCM, 2007.

3. Lê Ngọc Thúy, Máy và thiết bị trong sản xuất thực phẩm, NXB Bách Khoa Hà Nội, 2009.

4. Ann-Charlotte Eliasson, Starch in food – Structure, function and applications, CRC Press, 2004.

5. James BeMiller and Roy Whistler, Starch – Chemistry and technology, Third edition, Food science and technology, 2009.

6. L. Wang và Y. J. Wang, Rice starch isolation by neutral protease and high- tensity ultrasound, AAES Research Series, 2003.

7. Linfeng Wang và Ya-Jane Wang, Application of High-Intensity Ultrasound and Surfactants in Rice Starch Isolation, 2004.

8. N. Lumdubwong and P. A. Seib, Rice Starch Isolation by Alkaline Protease Digestion of Wet-milled Rice Flour, 1996.

9. Thawien Bourtoom, Manjeet S. Chinnan, Preparation and properties of rice starch – chitosan blend biodegradable film, 2007.