42C

VIÊN SINH HỌC
' NHIỆT ĐỚI

. SỞ KHOA HỌC, CÔNG NGHỆ VÀ MƠI
TRƯỜNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT MALTODEXTRIN
DE<20 TỪ TINH BỘT SÁN BẰNG NGUỒN

ENZYME TRONG NƯỚC VÀ ỨNG DỤNG
TRONG CHẾ BIẾN THỰC PHẨM
BÁO CÁO NGHIỆM THU ĐỀ TÀI

Chủ nhiệm đề tài: NCV. Hoàng Kim Anh
Cố vấn: PGS. TS. Nguyễn Xích Liên
PGS. TSKH. Ngơ Kế Sương

Thành phố Hồ Chí Minh, 2003


MUCc

LUC
Gì m

DANH MUC CAC BANG, DANH MUC CAC DO THI, HINH VE, SAC KY DO

L TONG QUAN..

2
ro

mm ——

Đôi nét về enzyme amylase
Cơng nghệ thủy phân tỉnh bột ....................
Tình hình nghiên cứu và sản xuất trong nước.
Mục tiêu và nội dung của để tài

1. Nguyên liệu..........................ceieriieree

2. Phương pháp
2.1. Phương pháp thu nhận œ-amylase .
2.2. Phương pháp nghiên cứu sản xuất maltodextrin từ tỉnh bột sắn......................
2.3. Ứng dụng Maltodextrin DE 15-17 trong sản xuất bột sữa dừa và trà hòa tan
2.4. Ứng dụng Maltodextrin DE 10-12 trong sản xuất bơ đậu phộng.....................

“

2.5. Ứng dụng Maltodextrin DE 5-7 trong sản xuất tương ớt.

2.6. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu hố học của các sản phẩm bor sisữaa dita,
bơ đậu phông và tương ớt..:

1H. KẾT QUÁ.VÀ THẢO LUẬN .

1. Thu nhận œ-amylase từ Ö. subfilis.....................ceererreee
1.1. Kết tủa œ-amylase bằng PEG (poly-ethylen-glycol)..


se

1.2. So sánh khả năng trích ly và tủa enzyme bởi các tác nhân khác nhau.............

2. Nghiên cứu quá trình thuỷ phân tỉnh bột sắn bằng œ-amylase thu Maltodextrin..
2.1. So sánh khả năng hoạt động của Termamyl 1201. và œ-amylase từ B.subiilis
trên cơ sở xác định một số thông số động học phản ứng thủy phân và diễn biến

tạo ra các sản phẩm của quá trình thuỷ phân tỉnh bột sắn.

2.2. Nghiên cứu quá trình thủy phân tỉnh bột sắn bằng œ-amylase bằng quy
hoạch thực nghiệm của Box và Hunfer................................-ecsetetrrrerrrrrrrrrrrtrerrreree

2. Thu nhận sản phẩm Maltodextrin......
2.1. Quá trình sản xuất maltodextrin

2.2. Chất lượng của sản phẩm Maltodextrin.......
3. Ứng dung maltodextrin trong chế biến thực phẩm..

3.1. Ung dung Maltodextrin trong sản xuất bột sữa dừa hoà tan

3.2. Ứng dụng Maltodextrin DE15-17 trong sản xuất trà hòa tan...

3.3. Ung dung Maltodextrin DE 10-12 trong sản xuất bơ đậu phộng.

3.4. Ung dung Maltodextrin DE 5-7 trong sản xuất tương Ớt........................---:

IV. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ PHỤ LỤC


ee

—m

II. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP :

—

3.
4.
5.
6.

.

1. Tỉnh bột sắn......
2. Tỉnh bột biến tính.

17
18


ĐANH MỤC CÁC BẢNG
Bang 1: Hiện trạng và tiềm nãng sử dụng, chế biến sắn

Bang 2: Khối lượng tính bột sán biến tính xuất khẩu của Thái Lan
Bảng 3:

Các biến số độc lập và các mức nghiên cứu trong phương án quay bậc hai của


Box-Hunter

Bảng 4: Các hệ số quan trọng trong đánh giá cảm quan sản phẩm bột sữa dừa
Bảng 5: Các hệ số quan trọng trong đánh giá cảm quan sản phẩm trà hòa tan
Bảng 6: Hiệu suất tủa œ-amylase bằng PEG ở các nồng độ khác nhau

Bảng 7: Kết quả tủa œ-amylase bằng các tác nhân tủa khác nhau
Bảng 8: Các thông số số động học của œ-amylase từ Ö. subrilis và Termamyl 120L.
Bảng 9: Các hệ số của phương trình hồi quy, Y(vận tốc phân ứng) = dP/di.

Bang 1ô: Tiêu chuẩn chất lượng của sản phẩm Maltodextrin dạng bột
Bảng 11; Tiêu chuẩn chất lượng của sản phẩm Maltodextrin dạng dung dịch đậm đặc
Bang 12: Kết quả sấy phun sữa đừa tươi với các loại phụ gia khác nhau

Bảng 13: Thành phần hoá học của sản phẩm bột sữa đừa
dừa
Bảng 14: Kết quả phân tích, đánh giá chất lượng cảm quan của sản phẩm bột sữa
quan của sản
Bảng 15: Ảnh hưởng của thành phần maltodextrin đến điểm đánh giá cảm
phẩm trà gừng

Bảng 16: Công thức phối chế bo dau phong
Bảng 17: Chất lượng sản phẩm bơ đậu phông
phẩm tương ớt
Bảng 18: Ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia lên các tính chất của sản
sản phẩm tương ớt
Bảng 19: Ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia lên các tính chất của
.
hạt chua ngọt

(nước xốt chua ngọt)
Bảng 20: Một số chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm tương ớt hạt
Hóa học.
được phân tích tại phịng Hóa lý và Phân tích, Viện Cơng nghệ


&

DANH MỤC CAC DO THI, HINH VE VA SAC KY DO
Dé thí 1; Đồ thị biểu diễn mối liên quan giữa nồng độ cơ chất và vận tốc phản
ứng ban đầu khi thuỷ phân tỉnh bột sắn bang a-amylase tir B. subtilis.

Đơ thí 2: Phương trình đường thẳng biểu diễn tương quan giữa [S]/V và [Š].
Đồ thị 3: Sự thay đổi nồng độ tỉnh bột và DE san phẩm khi thủy phân tính bột sắn
bang a-amylase tir B. subtilis (néng độ enzyme 1,5% so với chất khô).
Đề thị 4: Lượng đường khử tạo ra theo thời gian khi thuỷ phân tỉnh bột sắn bằng
a-amylase tir B. subtilis.
Đề thị 5: Mặt biểu hiện phương trình hỏi quy bậc 2 giữa van tốc phản ứng. nhiệt
độ và nồng độ enzyme tại DE 5.
thi6: Ảnh hưởng tương hỗ giữa pH và nồng độ enzyme lên tốc độ phân ứng
Đồ

tại DE 10.
thị7: Ảnh hưởng của Ca?" và pH lên tốc độ phản ứng tại ĐE
Đồ

15.

Đề thị 8. Ảnh hưởng của Ca?" và nồng độ enzyme lên tốc độ phan img tai DE 15.


Sác ký đồ 1: Phân tích khối phổ sản phẩm sau 45 phút thuỷ phân tỉnh bột sắn
bang o-amylase tir B. subrilis-amylase tt B. subtilis (nồng độ enzyme 1.5% so với chất
khơ).
Hình 1: Tính chất của Maltodextrin
Hình 2: Sơ đồ các amylase tham gia vào quá trình thủy phan tinh bột (Nigam
1995).
Hình 3: Enzyme thuỷ phân tỉnh bột tiêu thụ trong năm 1996: 156 triệu đó la Mỹ
(Crabb 1997).
Hình 4: Điện di 46 két qua tia o-amylase ti Bac. subtilis bang PEG 6000 20%

Hình 5: Sơ đồ tổng qt quy trình cơng nghệ sản xuất Maltodextrin.


MỞ ĐẦU
Sắn (khoai mi - Manihot esculenta Crantz) được trồng chủ yếu ở châu Á. châu
Phi và một số nước Nam Mỹ. Trong những năm gần đây, Việt Nam đã vươn lên đứng

hàng thứ 3 trên thế giới về xuất khẩu tỉnh bột sắn với khối lượng xuất khẩu năm 2002
ước đạt 250-300 ngàn tấn. Một số hướng sử dụng và chế biến sắn như sản xuất sắn lát
làm thức ăn gia súc, sản xuất bột ngọt từ tỉnh bột sắn đã được quan tâm. Str dung tinh

bột sắn trong cơng nghệ chuyển hóa tỉnh bột bằng acid hoặc enzyme, tạo các sản phẩm
tỉnh bột sắn thuỷ phân, những sản phẩm có nhiều ứng dụng trong chế biến thực phẩm

là một trong những định hướng của chương trình sắn quốc gia nhằm nâng cao giá trị
của sắn và tạo ra những sản phẩm có giá trị kinh tế cao.

Trong bối cảnh cây sắn ở nước ta đang chuyển đổi nhanh chóng từ cây lương thực

sang cây cơng nghiệp, 42 nhà máy sản xuất tỉnh bột sắn đã, đang và sẽ được đưa vào

hoạt động ở 19 trên tổng số 61 tỉnh thành trong cả nước như Đồng Nai, Tây Ninh. Bình
Phước, Bình Định ... với tổng cơng suất thiết kế là 3,14 triệu tấn củ tươi/năm. Đó chắc

chắn-là nguồn cung cấp-tinh-bột sắn rẻ, chất lượng tốt-và-ổn định. Đã có nhiều cơng bố
vẽ sử dụng cdc amylase trong chuyển hóa tinh bột, chủ yếu để thu các sản phẩm như
đường glucose tỉnh thể, xi rô glucose hay maltose, hỗn hợp xi rơ glucose ~ Íructose,
Bài phát biểu “Định hướng phát triển Công nghệ sinh học Việt Nam đến năm 2010”
của ông Phạm Hữu Giục, Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường tại Hội nghị Cơng
nghệ sinh học tồn quốc năm 1999 tại Hà Nội đã khẳng định, một trong những thành
tựu đã đạt được của cơng nghệ enzyme là “hồn thiện công nghệ sản xuất đường
glucose tr tinh bét bằng enzyme va theo phương pháp acid, đã sản xuất thử nghiệm và
chuyển giao công nghệ cho một số cơ sở sẵn xuất với quy mô 20 tẩn nhà giucosefl
ngày".

Nhiều

công

ty trong nước đã sử dụng

các chế phẩm

enzyme

Termamyl,

của hãng Novo để sản xuất nha glucose ở quy mô công nghiệp như
(20
Công ty Bánh kẹo Hải Hà (1500 tấn/năm 1999), Công ty Minh Dương Sơn Tây
tấn/ngày), Công ty 19/5 Sơn Tây, nhà máy đường Quảng Ngãi, nhà máy đường Lam


Fungamyl, AMG

báo cáo
Sơn (Thanh Hóa), cơng ty ong Nam Hà (sản lượng trên 10.000 tấn/năm) (theo

“Một vài thành tựu của công nghệ lên men và enzyme” của ơng Ngơ Tiến Hiển tại Hội

Hồ Chí
nghị CNSH toàn quốc 12/1999 tại Hà Nội). Hiện nay trên thị trường thành phố


Minh có một số sản phẩm tỉnh bột thủy phân như mạch nha giau glucose (DE 40) của
Công ty Thực phẩm Sài Gịn, xi rơ glucose (DE 24-25) của Cơng ty đường Biên Hồ,
tỉnh bột biến tính bằng hố chất của hãng Vedan như tỉnh bột acetyl hóa, tỉnh bột oxy
hóa, tỉnh bột biến tính kép... Ngồi ra, cịn có các sản phẩm xi rô glucose, maltose và
dextrin phân tử lượng lớn của một số cơ sở sản xuất thủ công.
Trong số các sản phẩm nhận được do thuỷ phân tỉnh bột, Maltodextrin được ứng

dụng hết sức đa dạng trong cơng nghiệp thực phẩm, dược phẩm và đang có nhu cầu
ngày càng tăng. Nhiều lĩnh vực chế biến thực phẩm có tiểm năng phát triển trong nước
có sử dụng Maltodextrin như phối trộn với sữa để sản xuất thức ân trẻ em, dùng làm
phụ gia trong bột trái cây, cà phê, trà hoà tan, làm nguyên liệu trong sản xuất các loại
kem,

bánh

ngọt

có


nhân,

bơ

đậu

phơng,

nước

xốt, tương

ớt...

Các

sản

phẩm

Maltodextrin cũng có tiềm năng xuất khẩu lớn. Thái Lan hàng năm xuất khẩu gần 300
ngàn tấn các sản phẩm này sang các nước Nhật, Mỹ, Thuy Điển, Malalayxia... thu về
hàng trăm triệu đơ la. Trong khi đó, do những khó khăn thường gặp trong q trình sản
xuất các sản phẩm tinh bột thủy phân có giá trị DE thấp như sản phẩm khó lọc do dịch
thuỷ phân có độ nhớt cao nên Maltodextrin sản xuất trong nước còn nhiều hạn chế về
chất lượng và giá cả, chưa đáp ứng được nhu cẩu trong các lĩnh vực chế biến thực

phẩm. Hiện nay trên thị trường Việt Nam mới chỉ có các sản phẩm Maltodextrin nhập
từ Thái Lan, Pháp, Mỹ với giá tương đối cao và cũng chưa có mặt ổn định với số lượng


lớn.
“Trên cơ sở tình hình nghiên cứu và sản xuất trong nước như đã phân tích ở trên thì
ứng
việc nghiên cứu sản xuất các sản phẩm Maltodextrin có chất lượng cao nhằm đáp
ra
nhu cầu thị trường trong nước, cạnh tranh được với các sản phẩm nhập ngoại và mở
và
cơ hội cho xuất khẩu là một hướng nghiên cứu đầy tiềm năng cho cây sắn nói riêng

ngành cơng nghệ thực phẩm nói chung.


I.TỔNG QUAN
1. TINH BOT SAN
1.1. Tính chất và ứng dụng

Tình bột sắn có màu rất trắng. Theo tiêu chuẩn của Mỹ, các loại sắn tốt có pH từ
4,5 đến 6,5 và độ acid thấp. Tình bột sắn được sấy khơ tốt có tính đi động tốt.

Quan sát bằng SEM, hạt tinh bột sắn có kích thước từ 5 dén 40 jum và nhiều hình
dang, chủ yếu là hình trịn, bể mặt nhắn. Dưới ánh sáng phân cực, các liên kết ngang

với mật độ từ trung bình tới dày đặc có thể thấy rõ. Các nghiên cứu siêu cấu trúc bằng
tia X cho thấy tỉnh bột sắn có cấu trúc tinh thể dạng A (Balagopalan 1988) và hỗn hợp
A, B( Kossman 2000).
Tinh bột sắn có hàm lượng amylopectin tương đối cao, phân tử lượng trung bình
là 215.000 g/mol. Hàm lượng amylose trong tỉnh bột sắn biến thiên trong khoảng 8-

29%, nhưng nói chung với đa số các giống sắn, tỷ lệ này khoảng 16-18%. Tinh bột sắn

có những tính chất tương tự các loại tinh bột chứa nhiều amylopectin như độ nhớt cao,
xu hướng thoái hoá thấp và độ bền gel cao. Hàm lượng amylopectin, amylose tan trong
tinh bột sắn liên quan tới độ dính của củ nấu chín và nhiều tính chất trong các ứng
dụng cơng nghiệp.

Nhiệt độ hồ hố của tỉnh bột sắn trong khoảng 58,5-70°C. Độ nhớt là tính chất
quan trọng giúp tinh bột có nhiều ứng dụng trong cơng nghiệp. Khả năng hồ hố sớm.

độ nhớt cao của tỉnh bột sắn thể hiện lực liên kết yếu giữa các phân tử tính bột trong
cấu trúc hạt. Xử lý hoá học và vật lý (gia nhiệt, tăng áp suất hơi...), pH của mỗi trường
và các chất như protein, chất béo, chất có hoạt tính bé mat déu có ảnh hưởng tới độ

nhớt của tình bột sắn.
Tỉnh bột sắn có độ nở và độ hồ tan cao, điều này một lần nữa thể hiện lực liên
kết yếu trong cấu trúc hạt. Tỉnh bột sắn dạng kem có độ trong cao do có khả năng
trương nở tốt và xu thế thối hố thấp. Độ trong cao và tính khơng vị của tỉnh bột san
được sử dụng trong chế biến thực phẩm như làm nhân bánh, nước xốt trong các món xa
lát, tráng miệng... Khi làm nguội tính bột sắn dạng kem ở nồng độ cao, các phân tử
polysaccharide có thể tạo ra một dạng cấu trúc gel có độ bền cao, được sử dụng trong

các sân phẩm cần bảo quản trong thời gian đài (Balagopalan 1988, Moorthy 1982).


Nói chung. tỉnh bột sắn được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp: dệt, giấy,
thức ăn gia súc, thực phẩm, lên men cồn, sản xuất acid hữu cơ, Vitamin C, các chất

kháng sinh... Dạng sử dụng có thể là tính bột, cũng có thể là các sản phẩm tinh bột
thuỷ phân như maltodextrin, glucose, các loại xi rô giàu glucose, maltose, fructose,
cyclodextrin (Balagopalan 1988, 1995).
1.2. Sắn Việt nam trong vùng sắn châu Á

Việt Nam hiện sản xuất hàng năm hơn 2 triệu tấn sắn củ tươi, đứng hàng thứ i1

trên thế giới về sản lượng sắn nhưng lại là nước xuất khẩu tinh bột sắn đứng hàng thứ 3
trên thế giới sau Thái Lan và Indonesia. Thái Lan là nước trồng sắn và xuất khẩu các

sản phẩm sắn hàng đấu thế giới. Trên 55% sản lượng sắn của Thái Lan được sử dụng ở
dang lát phơi khô làm thức ăn gia súc, trong đó 90% được xuất khẩu trực tiếp sang
châu Âu, chỉ 10% tiêu thụ nội địa. Gần 45% sản lượng sắn cịn lại được chế biến tính

bột và tỉnh bột biến tính, 60% những sản phẩm này được xuất khẩu. ở Indonesia, ấn
Độ, Trung Quốc, sắn chủ yếu tiêu thụ nội địa (Bảng 1, 2) (Phạm Văn Biên 2001).
Trong chiến lược tồn cầu, sắn đang được tơn vinh là một trong những cây lương
thực dễ trồng, thích hợp với những vùng đất nghèo và là một cây công nghiệp triển

vọng có khả năng cạnh tranh cao với nhiều cây trồng khác. ở nước ta, sắn đang chuyển
đổi nhanh chóng vai trị từ cây lương thực truyền thống sang cây công nghiệp. Sự hội
nhập đang mở rộng thị trường sắn, tạo nên những cơ hội chế biến tinh bột, tỉnh bột biến

tính, sắn lát, sắn viên để xuất khẩu và sử dụng trong công nghiệp thực phẩm, thức ăn.
gia súc, nguyên liệu cho các ngành công nghiệp.
Hiện nay nhiều nhà máy chế biến tinh bột sắn đã và đang được đầu tư xây dựng,
trong đó nhà máy Vedan ở Đồng Nai là nhà máy có vốn đầu tư nước ngồi có cơng

suất lớn nhất Đơng Nam Á với các sản phẩm tỉnh bột sắn, tỉnh bột sắn biến tính bằng
hoá chất, bột ngọt, lysin ... phục vụ cho xuất khẩu và nhu cầu trong nước. Xây dựng
công nghệ sản xuất các sản phẩm tỉnh bột biến tính bằng phương pháp enzyme là một

hướng đâu tư có tiểm năng lớn cho cây sắn nói riêng và cho ngành cơng nghiệp thực
phẩm nói chung.



Bảng 1: Hiện trạng và tiểm năng sử dụng, chế biến sắn

Tiềm năng chế biến và sử

Sản lượng | Hiện trạng sử dụng sẵn (theo

Nước

(triệu tấn)* | mức đệ sử dụng từ nhiều đến ít) | dụng các sản phẩm sắn
Thai Lan

| 18,08

Indonesia | 16,1

Ấn Độ

5,98

Trung

3,5

Quốc

Việt Nam | 1,98

- Thức ăn gia súc
- Tỉnh bột biến tính

- Tỉnh bột và tinh bột biến tính | - Thức ăn gia súc

(ND&XK)

- Bột ngọt. Lysine

- Lương thực
- Tinh bot (ND &XK)
- Thức gia súc

- Tinh bột
- Tỉnh bột biến tính
~ Thức ăn gia súc, bột ngọt

- Lương thực

- Tỉnh bột

- Tinh bột sử đụng nội địa

- Tinh bột biến tính
- Thức uống, bánh kẹo

- Tĩnh bột sử dụng nội địa

-Tinh bot, Bột ngọt

-Tinh bột biến tính

- Thức ãn gia súc


-Thức ăn gia-súc

- Thức ăn gia súc

~ Tĩnh bột. Bột ngọt

- Tinh bét (ND&XK)

~ Thức ăn gia súc

- Lương thực

| - Tinh bot bién tinh

ND & XK: Nội địa và xuất khẩu; * Sản lượng sắn củ tươi năm 1997
Bảng 2: Khối lượng tinh bột sắn biến tính xuất khẩu của Thái Lan

.

Nước nhập khẩu

+ Nhật bản

[1994
|1197

|1995 | 1996 | 1997 | 1998 -2000*
|145.3 | 150.5 |57%
|1437


858

|92

|101

1993
1292

1143

|233

|378

|14%

|151

[106

[186

|115

[4%

5,7


7,0

10,3

7.4

9.6

-

1951

|1780

|215,0 | 2161 | 2641

+ Indonesia

42

+Mỹ

296

+ Malaysia

Tên th tạ

+ Thụy Điển


Khối lượng xuất khẩu (nghìn tấn) trong các năm

171

|268

[170

|6%

(Gid binh quan: baht/tan) | 11.239 | 12.287 | 13.375 | 13.724 | 15.475
* Khối lượng tính bột sắn biến tính xuất khẩu của Thái Lan từ 1997 đến 2000 ít biến
động (FAO 2000). Nguồn: đTp Studies Inc. 2000 (Phạm Văn Biên)

-


2. TINH BỘT BIẾN TÍNH
2.1. Giới thiệu chung
Tỉnh bột được dùng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, tuy nhiên các dac
tính của tỉnh bột khơng phải lúc nào cũng ứng dụng được trong các quy trình chẻ biến.

Do đó, việc biến đổi những đặc tính của tính bột để cải thiện chức năng và tính thích
hợp của nó trong các ứng dụng là một việc hết sức cần thiết. Công nghệ biến đổi được
thực hiện bằng các phương pháp hóa học, vật lý, chuyển hóa enzyme thơng qua các
phản ứng phân cắt, kết hợp, oxy hóa hoặc thay thế hóa học trong các hạt nhỏ nhằm
thay đổi đặc tính tỉnh bột để có được những ứng dụng thiết thực hon (Vedan — Tinh bột

và các dạng biến đổi). Theo Hebeda (1995), nh bột biến tính (tỉnh bột biển đổi modified starch) là những


sản phẩm

chuyển hoá từ tỉnh bột bằng hoá chất hoặc

enzyme, được ứng dụng rộng rãi trong chế biến thực phẩm và nhiều ngành công nghiệp
khác.
Tỉnh bột biến tính bằng hóa chất va dextrin là những sản phẩm quan trọng của
ngành cơng nghiệp biến tính tỉnh bột. Tinh bột biến tính bằng hóa chất có nhiều ứng
dụng thực tế trong công nghiệp đệt, công nghiệp bột giấy và giấy. công nghiệp thực
phẩm, thức ăn gia súc, trong được phẩm và khoan dầu... Các sản phẩm như tỉnh bột
acety] hóa, tỉnh bột oxy hóa, tỉnh bột biến tính kép acetyl phosphate và tình bột liên kết
ngang thường có các đặc tính tốt hơn so với tỉnh bột thơng thường như xu hướng thối
hóa thấp, có tính ổn định vượt trội trong q trình đơng đặc-làm tan. độ trong tốt hơn.
khả năng chịu nhiệt cao hơn. tỉnh bột liên kết ngang cịn có độ bền cơ học cao đo được
tăng cường các kết nối hydro. Hiện nay các loại tính bột biến tính kế trên đang được sử
dụng rộng rãi trong chế biến thực phẩm (Kovalxkaia 1993).
Dextrin là những phân tử polymer của đường D-glucose, có thể hồn tồn mạch
thẳng, phân nhánh ít, nhiều hay mạch vịng. Evans và Wurzburg đã phân loại dextrin
thành 4 nhóm đựa trên cách sản xuất ra chúng: dextrin nhận được nhờ thuỷ phân tỉnh
bot bang enzyme, Schardinger dextrin (cyclodextrin) nhận được nhờ tác dụng của
enzyme tit B. macerans, dextrin nhan duge bang cach thuy phan dung dich tinh bot
bằng acid, dextrin nhận được bằng tác dụng của nhiệt hay rang khô tỉnh bột với acid
(đây là loại dextrin thông dụng nhất và thường được gọi là pyrodextin). Thông thường
str
dextrin duoc chia thanh dextrin trang, canary dextrin va gum British; ching dugc


dụng chủ yếu trong sản xuất keo đán, các loại chất kết dính tan một phần hay hồn
tồn (Balagopalan 1988).


Tuy nhiên. cơng nghiệp chuyển hóa (thủy phân) tỉnh bột bằng enzyme mới là lĩnh
vực tiêu thụ tỉnh bột nhiều nhất, khoảng 60% sản lượng toàn thế giới (Hebeda 1995).
Các sản phẩm tỉnh bột thuỷ phân có nhiều ứng dụng bao gồm đường glucose dang tỉnh

thể hoặc dung dịch (D-glucose), xi rô giàu fructose (HFS) hoặc fructose tỉnh thể, xi 16
glucose va maltose, maltodextrin va cyclodextrin. Các sản phẩm như đường gÌucose,
các loại xi rơ và maltodextrin thường được phân loại dựa trén chi sé DE (Dextrose
equivalent) la dai lượng chỉ khả năng khử so với chuẩn là 100%

ở duong glucose

(dextrose}, hay là số gam tương đương D-glucose trong 100 gam chất khô của sản
phẩm. Chỉ số này thông thường được xác định bằng phương pháp so màu với thuốc thử
DNS

(3,5-dinitro salicilic acid) hay bằng phương pháp sắc ký (Bernetti

1992). Tuy

nhiên, DE khơng hồn tồn thể hiện đúng mức độ thuỷ phân, đặc biệt khi sản phẩm
chứa nhiều thành phần đường oligo do tình bột được thuỷ phân bởi những nguồn
enzyme và phương pháp khác nhau. Trong trường hợp này, sản phẩm được đánh giá bởi
thành phần và nồng độ các đường DPi glucose, DP2 maltose, DP3 maltotriose. DP4
maltotetraose...
Ngày nay, tỉnh bột biến tính được sản xuất trên khấp thế giới từ rất nhiều loại

tỉnh bột. Mặc dù từ trước tới nay tỉnh bột bắp vẫn là nguồn chủ yếu để sản xuất tính bột
biến tính, gần đây tỉnh bột từ lúa mì, gạo, khoai tây và đặc biệt là từ sắn và cọ đang
được sử dụng ngày càng nhiều (Hebeda


1995). Việc tiêu thụ các sản phẩm tỉnh bột

biến tính tăng một cách rõ rệt từ cuối những năm 1970, khi công nghiệp đồ uống sử
dung xi r6 fructose thay cho đường saccharose. Lượng tiêu thụ mỗi loại sản phẩm đều
tăng 10-12% từ 1988 đến

1992 và đạt 8,7 triệu tấn năm

1992 (U.S Department of

Agriculture 1992). Hiện nay, Mỹ sản xuất hàng năm khoảng 6 triệu tấn HFS, 2.8 triệu

tan xi r6 glucose, 680 nghin tén glucose. Khoảng 91 nghìn tấn maltodextrin được bán
rá hàng năm và một lượng còn khiêm tốn 850 tấn cyclodextrin 1a lugng sản xuất hàng
năm trên toàn cầu (Teague 1992).


2.2. Maltodextrin
Theo

nghĩa

định

của

cơ quan Thực phẩm

và Thuốc


của Hoa

Kỳ FDA

thì

Maltodextrin là các loại pohsaccharide khơng ngọi, có cơng thức (CuHuO,),;O, là
sẵn phẩm thuỷ phân tỉnh bột khơng hồn tồn (bằng enzyme hoặc acid), có đương
lượng dextrose (DE) từ 4 đến 20. Đặc tinh cla Maltodextrin phụ thuộc vào chỉ số DE
nhận được. Sản phẩm có thể ở dạng bột màu trắng hoặc dạng dung dịch đậm đặc.

Maltodextrin được thừa nhận là phụ gia cho thực phẩm và dược phẩm an toàn cho
người dùng trực tiếp. Đặc tính hố lý tăng, giảm phụ thuộc chỉ số DE được biểu diễn
trong hình 1 (Ngơ Kế Sương 1997, Grain Proces. Co. 1993).

Maltodextrin

Tinh

Sản phẩm

bat

DE

Mức độ kết tỉnh
Phản ứng nâu hóa

ức chế điểm hố đơng


Tính hút ẩm

0

5

10

.

15

—————
————

11.
mm...
—__——

Tính thẩm thấu

eke —
———_——

Kha nang hoa tan

———————

Độ nhớự yếu tố tạo hình


—————””

ức chế tăng trưởng tỉnh thể
Độ ngọt

.

20

———Ƒ——

—————Ễ————.

Hinh 1: Tinh chat cha Maltodextrin
Maltodextrin được ứng dung rộng rãi trong nhiều lĩnh vực chế biến thực phẩm và'

được phẩm. Sản phẩm có DE 4-7 dugc sit dung dé tao mang mong dé tan và tự huỷ
được ding dé boc kẹo, bọc trái cây khi bảo quản, đưa vào kem, làm phụ gia cho các
loại nước xốt, làm chất độn tạo viên trong cơng nghiệp dược. Sản phẩm có DE 9-12
được dùng trong công nghiệp sản xuất đỏ uống, đặc biệt là đồ uống cho trẻ em. đồ
uống và thức ăn riêng cho vận động viên thể thao, làm kẹo gum mềm, làm chất trợ sấy,
chất giữ hương, yếu tố tạo hình. Sản phẩm có DE 15-18 được sử dụng làm chất kết
dính, chất tăng vị cho đồ uống, đưa vào thành phần bơ, sữa bột, cà phê hòa tan, làm vật

mang các thành phần không phải đường.


3. ĐÔI NÉT VỀ ENZYME AMYLASE
Amylase là một trong số những enzyme được sử dụng rộng rãi nhất trong công
nghiệp, trong đó 2 enzyme được sử dụng nhiều nhất là GA (26%) và a-amylase bén

nhiệt (24%). Dưới đây là sơ đồ các amylase và tổng giá trị tính bang USD cdc enzyme
sử dụng trong cơng nghiệp biến tính tỉnh bột.
Endo-a-1,4
glucanase
a-1,4 glucanase

+

lá

Exomalto-hexahydrolase
Exomalto-pentahydrolase

glucanase

>

B-amylase

>

Glucoamylase
œ-amyloglucosidase

E

xo-erẻ;

> Exomalto-tetrahydrolase


bột

Pullulanase

Endo-a-1,6

Jsoamylase

temee

<<

Exeœlố6

.

amylase

>
>

Enzyme
thuy phan

œ-1,6 glucanase

œ.

glucanase


_„

Exopullulanse

Hình 2: Sơ đồ các amylase tham gia vào quá trình thủy phân tỉnh bét (Nigam 1995)

Glucoisomerase 23,

GA

15%

a—amylase bén|

nhiét, 37, 24%

Enzyme khac* 2.
16%

5

GA+Pullulanase
30, 19%

Hinh 3: Enzyme thuy phan tinh bot tiéu thy trong nam 1996: 156 triệu đô la Mỹ
(Crabb 1997).*Enzyme khác gồm œ-amyÏase từ nấm mốc bền trong môi trường acid,
ơ-amylase vi khuẩn không bén nhiệt và œ-amylase.


Mặc dù amylase có thể được tạo ra bởi rất nhiều vi sinh vật. nhưng việc nhận

được một chủng có khả năng ứng dụng trong sản xuất công nghiệp với hiệu suất cao
luôn là một thách thức với các nhà khoa học. Chọn chủng phù hợp là một đôi hỏi quan
trong trong quá trình sản xuất. Vi khudn Bacillus và nấm mốc Aspergillus là các chủng
vi sinh vật quan trọng nhất được sử dụng để sản xuất amylase trong công nghiệp.
Ngoài ra, các amylase từ các chủng chịu nhiệt và siêu chịu nhiệt hiện đang rất được

quan tâm do khả năng giảm nhiễm các vi sinh vật khác trong quá trình ni cấy. giảm
thời gian phản ứng và do đó tiết kiệm năng lượng. Quá trình thuỷ phân được tiến hành
ở nhiệt độ cao cũng đồng thời giảm tới mức tối thiểu các phản ứng ngược tạo ra isomaltose từ đường glucose (Coolbear 1992, Viele 1996).
Phương pháp ni cấy chìm các chủng chuyển gen thường được sử dụng tại các
nhà máy sản xuất enzyme công nghiệp. Một số nghiên cứu đã sử dụng phương pháp
lên men gián đoạn có bổ sung chất dinh đưỡng (fed-batch fermentation), sử dụng tế

bào vi sinh cố định để tăng hiệu suất sinh tổng hợp enzyme. Phương pháp nuôi cấy bê
mặt gần đây được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm, đặc biệt tại các nước đang phát triển
do các ưu điểm về giá cả, thuận lợi, dễ sử dụng trong các điều kiện kỹ thuật đơn giản.
Ở Việt Nam, cám trấu là môi trường hay được sử dụng nhất trong nuôi cấy bề mặt các
chủng sinh tổng hợp enzyme, đặc biệt là amylase ngoại bào. Lương Đức Phẩm (1999)
và nhiều tác giả khác đã công bố kết quả nghiên cứu thu nhận chế phẩm GA từ nấm
mốc và nấm men nuôi bằng phương pháp bể mặt trên môi trường cám gạo.
Trong công nghệ sản xuất enzyme, chỉ phí cho tính sạch chiếm khoảng 60-70%,
đặc biệt đối với các sản phẩm dùng trong y tế và cơng nghiệp dược. chỉ phí này lén tới
trên 85% so với giá bán. Chính vì vậy, việc tìm phương pháp tỉnh sạch đơn giản và rẻ
tiền, phù hợp với điều kiện sản xuất là một vấn đề hết sức quan trọng. PEG là loại dung
môi rẻ tiền đã được sử dụng để tỉnh sạch enzyme trong hệ 2 pha. Tuy nhiên chưa một
báo cáo nào để cập tới việc sử dụng PEG để tủa và tỉnh sạch amylase.
Đã có nhiều thông báo về sử dụng sinh học phân tử để nghiên cứu cấu trúc gen
mã hố, tính chất và cấu trúc của enzyme amylase, giải trình tự acid amin của phân tử
protein, các nghiên cứu về chủng, sản xuất và tỉnh sạch amylase. Bên cạnh các amylase
quan trọng như œ-, Š- và glucoamylase thì các nghiên cứu liên quan đến araylase tạo

các oligosaccharide cịn ít được để cập tới. Một số lồi Bacillus được cơng bố tạo các
10


amylase khong đặc trưng (atypical amylase) có khả năng thuỷ phân tỉnh bội tạo đường
oligo; đa số các enzyme này thuộc nhóm amylase khong bén nhiệt (T’opt trong khoảng
50-70°C). Với mục đích nâng cao chất lượng của các sản phẩm tỉnh bột thuỷ phản như
Maltodextrin, sản xuất các đạng xi rô đặc biệt hay các sản phẩm oligosaccharide tỉnh
khiết dùng trong phân tích và cơng nghiệp dược. việc tìm ra ching tao enzyme nay
cũng như nghiên cứu các đặc tính thuỷ phân của chúng có một ý nghĩa quan trọng.
Enzyme sử dụng trong cơng nghiệp thủy phân tính bột thu maltodextrin là ơamylase (endo-1,4-œ-D-glucan glucanhydrolase, EC 3.2.1.1). Đó là mot enzyme ngoai
bào thuỷ phân liên kết 1,4-œ-D-glucoside của phân tử amylose một cách ngẫu nhiên.
Nó cũng là những endo-enzyme phân cắt bên trong mach tinh bột. Các a-amylase được
phân loại theo hoạt động và tính chất của chúng. œ-Amylase thuỷ phân tỉnh bột cho sản
phẩm là các đường tự do được xếp vào nhóm “đường hố” và loại thuỷ phân tỉnh bột
không tạo ra các đường đơn được xếp vào loại “dịch hố” (Forgaty 1990). a-Amylase

có thể nhận được từ nhiều loài vi khuẩn, nấm men và nấm mốc. Tuy nhiên a-amylase
vi khuẩn vẫn được sử dụng nhiều hơn do một số đặc điểm ưu việt của nó so với œamylase từ nấm mốc.
Bên cạnh amylase bên nhiệt từ Ö. licheniformis (enzyme thương mại Termamv]
của hãng Novo), a-amylase từ Ö. subilis cũng là một enzyme thường được sử dụng
trong công nghiệp thủy phân tỉnh bột. Các tính chất của amylase ngoại bào dường như
phản ánh điểu kiện pH và nhiệt độ của mơi trường sống. Một số tính chất của œamylase ngoại bào bền nhiệt từ B. subtilis da được nghiên cứu, khả năng bền nhiệt của
enzyme phụ thuộc vào hàm lượng Ca?*, enzyme bị vô hoạt mạnh

bởi EDTA

va N-

bromosuccinimide. Một số tác giả đã nghiên cứu tính chất của œ-amylase chuyển gen.

Enzyme có phân tử lượng 48000 Da, thấp hơn so với enzyme gốc từ chủng Ö. subtilis

(57700 Da), chúng bị võ hoạt bởi các kim loại như Hg”*, Fe”, AI và được kích hoạt
bởi ion Mn”*, Co?*. Cho đã thu được amylase nội bào cha B. subtilis SUH4-2 voi ty 1é
monomer/dimer tương ứng là 3/2 trong đệm phosphate pH 7,0. Enzyme này được cho
là có vai trị quan trọng trong q trình đồng hóa carbon @ cytoplasm. Cac dang
amylase biến tính và sau khi đã khơi phục hoạt tính của B. subrilis cũng được nghiên

cứu nhờ sử dụng phát xạ huỳnh quang (Cho 2000).
li


Tóm lại, amylase là một trong những enzyme quan trọng nhất trong ngành cơng
nghệ sinh học hiện nay do có những ứng dụng hết sức rộng rãi trong công nghiệp thực
phẩm, dược phẩm, lên men, công nghiệp dệt và công nghiệp gidy. Amylase đầu tiên
được sản xuất ở quy mô cơng nghiệp năm 1894 có nguồn gốc từ nấm mốc và được sử

dụng như một dược phẩm để chữa bệnh về tiêu hod. Ngay nay cdc amylase vi sinh vật
đã thay thế thành công acid trong công nghiệp thủy phân tỉnh bội. Amylase cũng được
sử dụng rộng rãi để đường hóa tinh bột trong sản xuất rượu bia. Các enzyme có đỏ tỉnh

sạch cao và những tính chất phù hợp có triển vọng to lớn để sử dụng trong y tẻ. cơng
nghiệp được phẩm và cơng nghiệp hố chất tinh khiết.

4. CÔNG NGHỆ THUY PHAN TINH BỘT
4.1. Thuỷ phân tỉnh bột bằng acid
Acid được sử dụng trong công nghiệp để sản xuất dextrin, maltodextrin vi mét
vài loại xi rơ có giá trị DE khoảng 40. Sản phẩm có DE thấp thường bị thối hóa do

thủy phân khơng hồn hảo, cịn sản phẩm DE cao hơn lại có độ ổn định màu và vị kém.

Quá trình thuỷ phân được tiến hành trong thiết bị liên tục hoặc gián đoạn trong 15-20
phút, nồng độ tinh bột 35-40%, nồng độ HCI 0,015-0,2N. nhiệt do 140-160°C. Sau khi
dat gid tri DE yêu cầu, sản phẩm được trung hoà bằng carbonate sodium. Sit dung acid
để thuỷ phân tỉnh bột có một số hạn chế như hiệu suất thuỷ phân thấp, dung dich sau
thuỷ phân bị nâu hố mạnh và có nhiều sản phẩm phụ khơng mong muốn dẫn đến chỉ
phí tỉnh sạch cao. Ngồi ra, sử dụng các chất hố học như acid mạnh cịn gay anh
hưởng đến mơi trường sinh thái và khó khăn trong việc xử lý nước thải (Bamfurd 1995.
Coker 1984, Hebeda 1995).
4.2. Thuy phan tinh bot bang enzyme
Dịch hố tình bột.
Q trình dịch hố được thực hiện bởi acid cho đến khi œ-amylase bên nhiệt được
nghiên cứu. Cho đến nay, acid vẫn tiếp tục được sử dụng trong sản xuất maltodextrin
và một vài loại xi rơ (Hebeda 1995).
Mục đích của q trình dịch hố là chuyển hệ huyền phù các hạt tỉnh bột thành

dạng hồ tan với các dextrin có chiều dài mạch ngắn hơn. Để đảm bảo loại bỏ hoàn
toàn các phức lipid-amylose, nhiệt độ hồ hố tính bột phải vượt quá 100°C. Qua trình

12


địch hoá đầu tiên trong cong nghiép si dung a-amylase tir B. subtilis. Enzyme nay chi
có khả năng chịu nhiệt tới 90%C nên quá trình thuỷ phân xảy ra với hiệu suất khơng
cao. Việc sử dụng

œ-amylase

bên nhiệt có thể chịu được

nhiệt độ


105°C cua B.

licheniformis va B. stearothermophilus 44 giúp tăng nhiệt độ và hiệu suất thuy phân
(Reeve 1992). Hién nay, quá trình thuỷ phân ở nhiệt độ cao bằng enzyme bên nhiệt
được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất các sản phẩm tỉnh bột thuỷ phán và
được coi là phương pháp hữu hiệu để sản xuất đường glucose. Tuy nhiên, các enzvme
này có nhược điểm là khơng thể hoạt động ở pH thấp hơn 5,9 do độ bến nhiệt của
chúng giảm ở pH thấp. Trong quá trình dịch hóa, pH của dịch tỉnh bột cần phải được

điều chỉnh về vùng trung tính, thêm Ca”* để tăng độ bền của enzyme, sau đó pH lại
được chỉnh về vùng acid phù hợp với pHopt của q trình đường hố, điều này làm
tăng chỉ phí tỉnh sạch sản phẩm bằng sắc ký trao đổi ion để loại bớt các ion kim loại.
Một loại œ-amylase có khả năng thuỷ phân tỉnh bột ở nhiệt độ cao, pH thấp là giải
pháp giảm giá thành, đơn giản hố q trình và giảm các sản phẩm phụ tạo ra ở pH cao
(như maltulose). Hiện nay các nghiên cứu về amylase từ các chủng bền nhiệt, đặc biệt
các chủng vừa bền nhiệt vừa bền acid có rất nhiều triển vọng. Tuy nhiên chưa có một
sản phẩm enzyme nào được sản xuất dưới dạng thương phẩm (Crabb 1997).
Sản phẩm của q trình địch hố là các maltodextrin được lọc, tẩy màu. sau đó có

đặc hoặc sấy phun. Dung dịch dextrin cũng có thể tiếp tục được đường hố để thu các
sản phẩm khác.
Đường hố tỉnh bơt
Trong giai đoạn đường hố, dịch thu được sau q trình dịch hoá được tiếp tục
thuỷ phân tới glucose, maltose hay các oligosaccharide. Tuỳ thuộc vào tính chất của
san phẩm cuối cùng mà các enzyme được sử dụng có thể là GA, B-amylase, œ-amylase
tao maltose hay amylase tao oligosaccharide...
Cơ chất tối ưu cho q trình đường hố là các dextrin DP 8-12. Để đường hoá tiếp
tục bằng GA, pH của dịch được giảm xuống 4,2-4,5. Việc thay đổi pH giúp dừng phản
ứng của.œ-amylase


để giữ chiều đài mạch tối ưu và đưa pH về giá trị pHotp của

enzyme đường hố. Q trình này thường diễn ra trong thiết bị dòng chảy ở nhiệt độ
tối ưu của enzyme đường hoá (đối với GA là 60°C). Khé khan thường gặp trong quá

13


trình này là khả năng thuỷ phân kém các liên kết œ-l,6 của các enzyme đường hoá làm
hiệu suất thuỷ phân thấp và hiện tượng chuyển gốc glucose (transglucosidation) tạo ra
các sản phẩm phụ như ¡somaltose. Chìa khố của thành công là sử dụng kết hợp các
enzyme thủy phân liên kết nhánh có pH và nhiệt độ tối ưu giống với enzyme đường

hoá. Trong trường hợp này, hiệu suất của q trình có thể tăng lên 94-95,5%. Đẻ đảm
bảo tính kinh tế, nồng độ cơ chất ban đầu thường vào khoảng 30-35% dân tới nêng độ
glucose trong sản phẩm cao (có thể đạt 95%). ở nơng độ này, GA có xu hướng tạo các
sản phẩm ngược. Giải pháp của vấn để này là lựa chọn nồng độ enzyme, nhiệt độ và
thời gian phản ứng phù hợp. Hiện tượng biến tính enzyme đo nhiệt dẫn tới cịn ít hoạt
tính enzyme trong giai đoạn cuối của q trình đường hóa, hạn chế phản ứng ngược !ạo
các sản phẩm phụ không mong muốn. Tăng độ bền nhiệt của enzyme đường hoá cho
phép quá trình tiến hành trong thời gian ngắn ở nhiệt độ và nồng độ cơ chất cao là mục
đích của các nghiên cứu trong tương lai (Crabb 1997, Hebeda 1995).

5. TÌNH HÌNH NGHIEN CUU VA SAN XUẤT TRONG NƯỚC
5.1. Tính hình nghiên cứu trong nước về quá trình thủy phân tỉnh bột bằng
phương pháp enzyme
Tại Việt Nam,

các nghiên cứu cơ bản về q trình thủy phán tỉnh bột bảng


amylase vẫn cịn ít và chưa có hệ thống. Hầu như chưa có thông tin nào đề cập tới khả
năng thủy phân tỉnh bột chưa hồ hoá của amylase. Đỗ Thị Hồng Việt (1999) có thơng
báo về việc tun chon nhimg ching Bacillus tir dat có khả năng thuỷ phân tính bột
gạo sống. Tuy nhiên hoạt tính thuỷ phân tỉnh bột sống của amylase mới chỉ được xác
định bằng vòng phân giải trên thạch chứa tỉnh bột sống nhờ dung dịch Lugol hay định

lượng theo Nelson. Chưa có nghiên cứu nào sử dụng kính hiển vị điện tử để xem xét
những thay đổi về hình thái của hạt tỉnh bột đưới tác động của amylase cũng như
nghiên cứu về cơ chế tấn công hạt tinh bột cha enzyme.
Có một số nghiên cứu đáng ghỉ nhận như phân lập và nghiên cứu các vi khuẩn

Bacillus ưa kiếm và xác định các sản phẩm sau thủy phân tình bột bằng sắc kÝ giấy
(Nguyễn Văn Đạt, 1999). Một số tác giả để cập tới động thái của q trình đường hóa

bằng chế phẩm enzyme từ 4. awamori (Nguyễn Thanh Hằng, 1999) hay xác định
thông số cho mơ hình động hóa q trình chuyển hố tỉnh bột thành rượu ethylic (Ngõ

14


Kế Sương và Trần Hạnh Phúc, 1998). Tuy nhiên, các nghiên cứu cơ bản về động học
của amylase, ảnh hưởng của cấu trúc hạt tỉnh bột và hàm lượng amylose-amylopectin
lên hoạt động của enzyme, thành phần và nồng độ các oligosaccharide và dextrin trong

sản phẩm tính bột thuỷ phân cũng cịn ít được dé cập tới.
Hầu hết các nghiên cứu tập trung vào sử dụng hệ enzyme amylase để thuỷ phân
tỉnh bột thu một số sản phẩm như xi rô glucose, đường glucose tính thể (Nguyễn Đăng
Diệp 1998, Đỗ Thị Giang và cộng sự 1995, Nguyễn Thị Minh Hạnh và cộng sự 1995,
Ngơ Kế Sương 1997). Có một số cơng bố về sử dụng enzyme glucoisomerase cố định


để chuyển hoá đường glucose thành hỗn hợp xi rô glucose-fructose với chất lượng cao,
nhưng trong những điều kiện kỹ thuật còn hạn chế (Nguyễn Thị Minh Hạnh 1995. Ngô
Kế Sương 1994). Một số tác giả khảo sát sự biến tính của một số dạng bột dưới tác
dụng của enzyme œ-, B-, và glucoamylase (Võ Hồng Nhân 1994, Ngô Kế Sương và Lê
Thị Thanh Phượng

1998), hoặc sử đụng acid trong biến hình tinh bột (Trương Thị

Minh Hạnh 2000). Một số tác giả có để cập tới sản xuất dextrin và Maltodextrin
(Nguyễn Văn Việt 1996), tuy nhiên những nghiên cứu về lĩnh vực này cịn ít và chưa

sâu, sản phẩm vẫn cịn nhiều hạn chế về chất lượng.
Các nghiên cứu trong nước đa số còn tương đối đơn giản, việc chọn miền tối ưu

được thực hiện bằng phương pháp cổ điển hoặc bằng quy hoạch thực nghiệm, chủ yếu
là quy hoạch thực nghiệm bậc 1, các phần mềm thống kê chưa được sử dụng dé phân
tích và xử lý số liệu thực nghiệm nên các kết quả chưa có độ tin cậy cao, khó triển khai
sản xuất ra quy mó lớn.

5.2. Các dạng sản phẩm tỉnh bột biến tính và tình bột thuỷ phân hiện có trên
thị trường trong nước
Hiện nay, thị trường trong nước có một số sản phẩm chuyển hóa từ tỉnh bội như
sau: xỉ rô glucose của Công ty Bánh kẹo Hải Hà (sản lượng 1500 tấn/năm 1999). Công
ty Minh Dương Sơn Tây (sản lượng 20 tấn/ngày), Công ty 19/5 Sơn Tây, nhà máy

đường Quảng Ngãi, nhà máy đường Lam Sơn (Thanh Hóa), cơng ty ong Nam Hà (sản
lượng trên 10.000 tấn/năm), mạch nha giàu gÌucose DE~40 của Cơng ty Thực phẩm

Sài Gịn; sản phẩm dạng dung dich đậm đặc có DE 20-25 của Cơng ty đường Biên Hồ

và Cơng ty Thực phẩm Sài Gòn (sản xuất bằng phương pháp enzyme hoặc kết hợp
enzyme-acid);, Maltodexrrin DE<20 của Thái Lan, Pháp, Mỹ, đạng bột hoặc hạt mịn
15


màu trắng, chất lượng cao, thường chỉ nhập trực tiếp bởi các công ty sản xuất thực

phẩm, được phẩm tuỳ theo nhu cầu sản xuất, ít có mặt thường xun trên thị trường với
số lượng lớn; đextrin phân tử lượng lớn, sản xuất tại một số cơ sở thủ công bằng
phương pháp acid hoặc xuất hiện trên thị trường dưới nhãn hiệu hàng Trung Quốc,
khơng tan trong nước, có độ dẻo, dính và độ nhớt cao khi hồ hố; tính bột biến tính
bằng hố chất của hãng Vedan như tỉnh bột acetyl hoá AS, Tinh bot cationic CS. Tinh
bot oxy hod OS va tinh bột biến tính kép DM.

6. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CỦA ĐỂ TÀI
Trén co sé tinh hình nghiên cứu, sản xuất trong nước như đã phân tích ở trên. mục

tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài được xác định nhu sau:
1. Mục tiêu:

Xây dựng cơng nghệ thích hợp để sản xuất Maltodextrin từ tỉnh bột sắn bằng
nguồn enzyme trong nước và ứng dụng trong chế biến thực phẩm.

:

`2. Nội dung nghiên cứu:
2.1. Thu nhận œ-amylase có độ tỉnh sạch thích hợp tu B. subtilis,
2.2. Kay dựng quy trình cơng nghệ sản xuất Maltodextrin có các chỉ số DE khác
nhau với các thông số ký thuật tối ưu, cụ thể:
- So sánh khả năng thuỷ phân tỉnh bột sắn của œ-amylase từ B. subrilis của Viện

Sinh học nhiệt đới và Termamyl 120L của hãng Novo trên cơ sở xác định một số thông

số động học của phản ứng thủy phân và diễn biến tạo ra các sản phẩm sau thuỷ phân.
- Sử dụng quy hoạch thực nghiệm bậc 2 để tìm các điều kiện tối ưu của quá trình
thuỷ phân tỉnh bột sắn.
2.3. Nghiên cứu sử dụng maltodextrin như một loại phụ gia trong chế biến một số

sản phẩm thực phẩm:
tan.
- Ứng dụng Maltodextrin DE 15-17 trong sản xuất bột sữa dừa và trà hòa

- Ứng dung Maltodextrin DE 10-12 trong sản xuất bơ đậu phộng.
xốt
- Ung dung Maltodextrin DE 5 trong sản xuất tương ớt và các sản phẩm nước

thực phẩm.

16


HH. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
1. Nguyên liệu
Tinh bột sắn của hãng Vedan với các chỉ tiêu chất lượng cơ bản như sau:

- Hàm lượng tỉnh bột: min 85% (hay 95% chất khô)
- Ham lượng protein: 0,15%

- Độ ẩm: 9-10%
2. Phương pháp
2.1. Phương pháp thu nhận œ-amylase


Chế phẩm enzyme thơ

|

Trích ly enzyme

(bằng PBS hoặc dung dich NaCl 1%)

Tha enzyme

|

Chế phẩm enzyme
(có độ tỉnh sạch thích hợp để sử dụng
trong chế biến thực phẩm)
œ-amylase dạng thô từ Bacillus sutilis (cha phong Vi sinh vat img dung. Vién
SHND, Lé Thi Bich Phuong 1998) duge trich ly bang dung dich NaC] 1% hoac dung
dich dém phosphate (PBS) pH 5,7. Enzyme sau đó được tủa bằng polyethylengycol
(PEG) 4000 và PEG 6000 với nồng độ từ 10-30% để xác định nồng độ PEG tối ưu trên

cơ sở so sánh với các tác nhân sau:
- Cồn CH,OH nồng độ 72% (tỷ lệ Vdịch trích : Vcồn = 1:3)
- Aceton nồng độ 62% (tỷ lệ Vdịch trích : Vaceton = 1:2)
- lsopropanol nồng độ 54% (tý lệ Vdịch trích : V isopropanol = 1:1,3)
- NH,);SO, 45,5g/100ml dịch trích, khoảng 60% so với mức độ bão héa tai 25°C.

17



Quá trình tủa bằng PEG được tiến hành ở nhiệt độ phòng, khuấy liên tục trên máy
khuấy từ 30 phút. Các q trình tửa bằng dung mơi hữu cơ được tiến hành ở nhiệt độ
không quá 0 độ (nhiệt độ dịch trích O°C, 1° dung mdi —10°C). Thời gian tủa không quá
1h (khuấy 30 phút, lắng, ly tâm 10-20 phút), pH dung dịch 6,5. Quá trình tủa bằng
(NH,);SO, được tiến hành bằng cách cho từng lượng nhỏ muối và khuấy chậm ở nhiệt
độ phòng.
~- Enzyme đối chứng là Termamyl 120L của hãng Novo, Đan Mạch.

Xác định hoạt tính œ-amylase
Hoạt tính œ-amylase được xác định theo phương pháp Smith và Rose dựa trên sự

thay đổi màu sắc của phức tính bột-iod trước và sau khi thuỷ phân. Mật độ quang của
phức tỉnh bột/đod được đo ở bước sóng 595 nm trên máy quang phổ Hewlett Packard
8453 với chương trinh HPUV-Vis Chemstations. 1 don vị hoạt tính œ-amylase là lượng

enzyme cần thiết để thủy phân 10 mg tỉnh bột trong thời gian 1 phút, ở 50°C và pH 5.6.
Xác định hàm lượng protein tan
Coomassie brilliant blue G-250 trong mơi trường trung tính có màu xanh, trong
mơi trường acid cho màu cam với khả năng hấp thụ ánh sáng lớn nhất ở bước sóng
465nm-595nm. Phương pháp định lượng protein với sự giúp đỡ của Coomassie brilliant
blue dựa trên sự chuyển từ màu cam sang màu xanh khi chất màu liên kết với protein.
Nông độ protein trong dung dịch tỉ lệ thuận với nồng độ các chất màu tham gia vào
liên kết, vì thế tỉ lệ thuận với mức độ chuyển từ màu cam sang màu xanh. Phương pháp
xác định nồng độ protein theo Bradford có độ nhạy cao, có thể xác định được nồng độ
5 ug protein trong mẫu (so với phương pháp Lowry 5-100 j1g). tham chi c6é thể xác
định được hàm lượng 0.2 hs protein khi làm việc với các thiết bị đặc biệt dành cho các

thể tích siêu nhỏ.
2.2. Phương pháp nghiên cứu sản xuất maltodextrin từ tỉnh bột sắn
2.2.1. Quy trình cơng nghệ sản xuất Maltodextrin.

Maltodextrin được sản xuất theo sơ đồ sau:

18


Sửa tỉnh bột sấn (30-35%)

a-amylase

——*

Thiy phan (pH,

|

opt)

Lọc, tẩy màu

|

Cô chân không hoặc sấy phun

!

Sản phẩm
2.2.2. Phương pháp xác định một số thơng số động học của q trình thủy
phân tỉnh bột sắn bằng œ-amylase
Tỉnh bột sắn Vedan được chuẩn bị với nồng độ từ 5% đến 40% chất khô. Néng độ
enzyme sir dung là 0,1% Termamyl 120L (tương ứng với 3.18 đơn vị hoạt tính/1g tỉnh

bột sắn) và 0,75% a-amylase tir B. subtilis cha vién SHND (tuong tmg với 7,14 đơn vị
hoạt tính/1g tỉnh bột sắn). Q trình thuỷ phân xảy ra ở điều kiện pH 6,5. nhiệt độ
90%. Lượng đường khử tạo ra được tính bằng phương pháp so mầu với thuốc thử DNS.
Phương trình động học phản ứng được xây dựng dựa trên cơ sở phương trình của
Michaelis-Menten. Dé thi biểu diễn hàm lượng đường khử theo thời gian được sử dụng
để tính vận tốc phan ứng ban đầu. Kết quả thí nghiệm được xử lý thống kê bằng phần

mềm Exel. Vmax và hằng số Km được tính từ phương trình đường thẳng 1/V theo 1/S
va S/V theo S.
Để nghiên cứu diễn biến tạo thành các sản phẩm chính của q trình thuỷ phân.

hàm lượng các đường đơn, oligosaccharide và dextrin được phân tích bằng sắc ký khối
phổ MS trên thiết bị MS 1100 của hãng Agilent - Mỹ tại các thời điểm thuỷ phân khác

nhau. Ngoài ra, hàm lượng tính bột chưa phản ứng cũng được xác định để so sánh với

sự biến thiên giá trị DE của sản phẩm.
19


Lượng

tỉnh bột không

phản ứng được xác định theo phương

pháp của hang

Boehringer Mannheim GmbH Biochemica (Komolprasert 1991). Phần tỉnh bột đã thuỷ
phân (tan trong nước) được tách khỏi tỉnh bột chưa tham gia phản ứng (không tan)

bằng dung địch ethanol 40%. Sau khi rửa sạch vài lần với nước cất, tỉnh bột được thuỷ
phân bang HCl 2N, luong glucose tạo ra được xác định bằng phương pháp so màu với
DNS.
2.2.3. Áp

dụng phương

pháp

quy

hoạch

thực nghiệm

bậc 2 của Box và

Hunter để nghiên cứu quá trình thuỷ phan tinh bột sắn bằng œ-amylase.
Thuỷ phân tình bột
Tỉnh bột sắn của hãng Vedan được chuẩn bị với nước khử ion tới nông độ yêu
cầu. pH của dung dịch tinh bot thay đổi sau q trình hồ hố, việc điều chỉnh lại giá trị
pH thường gặp khó khăn do độ nhớt cao. Vì vậy một số thí nghiệm cơ sở được tiến
hành, pH được chỉnh với dung địch sữa tỉnh bột sao cho sau khi hồ hoá sẽ thu được giá
trị yêu cầu. Tinh bột được hồ hoá trong nổi hấp ở nhiệt độ 120°C trong 30 phút. Tỉnh
bột đã hồ hoá được cho vào cốc thuỷ tỉnh 1 lít trong thiết bị ổn nhiệt (hãng Fisher.

Mỹ), thêm Ca?* (dưới dạng CaCl,), enzyme và điểu chỉnh nhiệt độ ổn định trước khi
bất đầu thí nghiệm. Enzyme sử dụng là œ-amylase từ vi khuẩn 8. subiiliš của Viện
SHNĐ, được tỉnh sạch bằng polyethylenglycol và cồn tới độ tỉnh sạch thích hợp. Nồng
độ chất khơ được xác định bằng khúc xạ kế trước và sau khi thuỷ phân để điều chỉnh

lại do nước bị bay hơi trong quá trình thuỷ phân.
Quy hoạch thực nghiệm
Quy hoạch thực nghiệm được tiến hành theo phương án quay bậc 2 của Box và
Hunter gồm 28 thí nghiệm với 5 yếu tố cơng nghệ - biến số độc lập (independent

variable) Xi: t°, pH, nồng độ enzyme, nồng độ cơ chất và hàm lượng Ca’*, Biến số phụ

thuộc (dependent variable) là tốc độ phản ứng (mg/ml/phút) tại các giá trị DE 5, 10, 15
cia sin phdm Maltodextrin, được tính dựa trên lượng đường khử tạo ra. Sự khuấy trộn

chỉ cần thiết để khuấy trộn ban đầu enzyme với dung dịch cơ chất, sau đó khơng gây
đưa vào
ảnh hưởng tới hoạt tính enzyme (Marchal 1999) nên yếu tố này không được
quy hoạch thực nghiệm.

20


hệ số biểu điển ảnh hưởng bậc 1 của yếu tố đó ln được giữ lại trong phương trình.
Phương trình rút gọn được kiểm tra về tính tương thích với thực nghiệm theo tiêu chuẩn
Fisher (Nguyén Canh 1994, Marchal 1999, Sokal 1995).

2.3. Ung dung Maltodextrin DE 15-17 trong san xuất bot sta diva (coconut
milk powder) va tra héa tan

Quy trình kỹ thuật sản xuất bột sữa dừa
Sữa dừa tươi được chuẩn bị bằng cách ép từ cơm dừa nạo không thêm nước bằng
máy ép thuỷ lực (áp suất 80 kg/cm?). Do trong sữa dừa có mặt đường khử, protein, acid

amin (đù với hầm lượng không lớn) nên để chống hiện tượng nâu hoá sản phẩm do

phản ứng Maillard, Metabisulphite Natri được sử dụng Khi chần cơm đừa trước khi đem
nạo, ép lấy sữa.
Bột sữa dừa được sản xuất theo sơ đồ dưới đây:
Sữa dừa tươi
Phụgia

———y

|

Phối trộn
Đồng hoá
Sấy PP
Bột sữa dừa

BHT (butyl hydroxy toluen) duge ding để chống oxy hoá chất béo trong sữa đừa
trong q trình bảo quản. Hố chất này được trộn với một ít kem dừa, đun nóng và
sấy
khuấy mạnh để hồ tan hồn tồn, sau đó đưa vào sữa đừa trước khi đồng hoá và

phun. Phụ gia sử dụng để sấy phun sữa đừa tươi gồm Maltodextrin DE 10, 15 từ tỉnh
20-30 (thu
bột sắn, sữa gầy (sữa đã tách bơ có bán trên thị trường) và xi-rơ glucose DE

sấy
được sau khi thuỷ phân dung dịch tỉnh bột sắn bằng Termamyl 120L). Quá trình
cla Vién
được thực hiện trên thiết bị Mini Spray Dryer của hãng Yamoto (Nhat)

SHND.

Quy trình kỹ thuật sản xuất trà hòa tan

Trà Atiso được sản xuất theo sơ đồ dưới đây: