Đồ án Nghiên cứu quy trình sản xuất nước uống thủy phân từ bột trái bí đỏ

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu quy trình sản xuất nước uống thủy phân từ bột trái bí đỏ

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KỸ THUẬT - KINH TẾ BIỂN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG THỦY PHÂN TỪ BỘT TRÁI BÍ ĐỎ SVTH : Tống Thị Hương MSSV : 13030483 GVHD : ThS. Chu Thị Hà Lớp : DH13TP Khóa học : 2013 - 2017 Vũng Tàu, tháng 7 năm 2017 i
2. TRƯỜNG ĐH BÀ RỊA VŨNG TÀU CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Viện Kỹ Thuật – Kinh Tế Biển Độc lập – Tự do – Hạnh phúc PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Tống Thị Hương MSSV: 13030483 Ngày, tháng, năm sinh: 24/02/1995 Nơi sinh: Thanh Hóa Địa chỉ: Xã Tân Lâm, Huyện Xuyên Mộc, Tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu. E- mail: tongthihuong24@gmail.com I. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu quy trình sản xuất nước uống thủy phân từ bột trái bí đỏ. II. NGÀY GIAO ĐỀ TÀI: 2/2017 III. NGÀY HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN: 6/2017 IV. HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Cô Chu Thị Hà Bà Rịa – Vũng Tàu, Ngày 26 tháng 6 năm 2017 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) ThS. Chu Thị Hà Tống Thị Hương TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) i
3. NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Vũng Tàu, tháng 7 năm 2017 Giảng viên hướng dẫn (kí và ghi rõ họ tên) ii
4. NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Vũng Tàu, tháng 7 năm 2017 Giảng viên phản biện (kí và ghi rõ họ tên) iii
5. LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô Viện kĩ thuật – kinh tế biển đã truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến cô Chu Thị Hà cô đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án, để em có thể hoàn thành tốt bài đồ án này. Trong thời gian làm việc với cô, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học tập và làm việc sau này. Do thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế nên bài đồ án còn nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được nhiều sự góp ý của các thầy, cô giáo và các bạn để bài đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Vũng Tàu, ngày 26 tháng 6 năm 2017 iv
6. LỜI CAM ĐOAN Trong quá trình thực hiện đồ án, tôi xin cam đoan những số liệu thu được từ quá trình thực nghiệm là hoàn toàn chính xác và không sao chép từ bất cứ đồ án, công trình nghiên cứu nào. Các phần có trích dẫn nội dung từ những tài liệu tham khảo đã được ghi rõ trong phần Tài liệu tham khảo cuối đồ án. Tôi xin cam đoan những điều trên là sự thật và chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan này. Sinh viên thực hiện Tống Thị Hương v
7. MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 2 1.1. Đặc điểm nguyên liệu 2 1.1.1. Giới thiệu về cây bí đỏ 2 1.1.1.1. Hình thái 2 1.1.1.2. Bột bí đỏ 2 1.1.1.3. Phân bố sinh học và sinh thái 3 1.1.1.4. Thành phần hóa học 3 1.1.1.5. Ý nghĩa kinh tế 4 1.2. Giới thiệu chung về tinh bột 5 1.3. Khái quát về quá trình thủy phân 7 1.3.1. Bản chất và ý nghĩa của quá trình thủy phân 7 1.3.2. Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân 8 1.3.3. Cơ chế của quá trình thủy phân 13 1.4. Quá trình thủy phân tinh bột 14 1.5. Enzyme sử dụng trong nghiên cứu Enzyme α-amylase (termamyl) 20 1.6. Phụ gia và hóa chất 23 1.6.1.Nước sử dụng trong nghiên cứu 23 1.6.2.Acid citric 23 1.6.3. Bao bì đề xuất 25 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 2.1. Đối tượng nghiên cứu 26 2.1.1. Bột bí đỏ 26 2.1.2. Các chế phẩm enzyme 26 2.2.1. Phương tiện thí nghiệm 29 2.2.2. Phương pháp hóa học 30 2.3. Bố trí thí nghiệm 42 2.3.1. Quy trình dự kiến 42 vi
8. 2.3.2. Bố trí thí nghiệm nghiên cứu 43 2.4. Phương pháp hoàn thiện sản phẩm 47 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48 3.1. Kết quả và thảo luận 48 3.1.1. Khảo sát tỉ lệ nước và bột bí đỏ phù hợp cho sản phẩm 48 3.1.2. Khảo sát nhiệt độ và thời gian thích hợp cho giai đoạn dịch hóa 50 3.1.3. Khảo sát nồng độ enzyme và thời gian thích hợp cho giai đoạn đường hóa 51 3.1.4. Quy trình đề xuất 54 3.1.4.1. Sơ đồ quy trình đề xuất 54 3.1.4.2. Thuyết minh quy trình 56 3.2. Sản xuất thử nghiệm sản phẩm theo quy trình đề xuất 57 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 59 4.1. Kết luận 59 4.2. Đề nghị 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 PHỤ LỤC 40 vii
9. DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1. Hình dáng trái bí đỏ 2 Hình 1.2. Bột bí đỏ 3 Hình 1.3. Một số sản phẩm khác từ bí đỏ 4 Hình 1.4. Một phần cấu trúc amylose 5 Hình 1.5. Một phần cấu trúc amylopectin 6 Hình 1.6. Biến thiên vận tốc phản ứng theo nồng độ cơ chất 10 Hình 1.7. Cấu trúc không gian của a-Amylase 15 Hình 1.8. Cấu trúc phân tử tinh bột bị phân cắt 17 Hình 2.1. Hình ảnh các enzyme sử dụng trong nghiên cứu 27 Hình 2.2. Sơ đồ quy trình dự kiến 42 Hình 2.3. Sơ đồ tóm tắt bố trí thí nghiệm 2 44 Hình 2.4. Sơ đồ tóm tắt bố trí thí nghiệm 3 46 Hình 2.5. Nước uống đóng chai thủy phân 47 Hình 3.1. Hình ảnh chuẩn bị mẫu cảm quan 48 Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn kết quả cảm quan sản phẩm với các tỉ lệ nước: bột bí đỏ khác nhau 49 Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian lên giai đoạn dịch hóa 51 Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nồng độ enzyme và thời gỉan đường hóa đến hiệu suất thủy phân (%) 53 Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nồng độ enzyme và thời gian đường hóa đến hàm lượng đường khử (%) 53 Hình 3.6. Sơ đồ quy trình đề xuất cho sản phẩm 55 viii
10. DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1. Nhiệt độ hồ hóa của một số tinh bột 7 Bảng 1.2. Một số tính chất khác nhau của α-amylase từ các nguồn khác nhau 18 Bảng 1.3. Các tính chất khác nhau của β-Amylase 19 Bảng 1.4. Độ ổn định của Termamyl (thời gian (phút) cần thiết để mất 50% hoạt tính) 21 Bảng 1.5. Quy định về chất lượng cảm quan của acid citric trong thực phẩm . 24 Bảng 1.6. Quy định về thành phần hoá học của acid citric trong thực phẩm 24 Bảng 2.1. Đặc tính sản phẩm 27 Bảng 2.2. Đặc điểm sản phẩm 28 Bảng 2.3. Bảng mô tả nội dung đánh giá cảm quan 32 Bảng 2.4. Bảng phân cấp chất lượng 38 Bảng 2.5. Bảng điểm về độ trong và màu sắc của sản phẩm 39 Bảng 2.6. Bảng về vị của nước giải khát thủy phân 40 Bảng 2.7. Bảng điểm về mùi của nước giải khát thủy phân 40 Bảng 2.8. Bảng tỉ lệ các mẫu trong thí nghiệm 43 Bảng 3.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ nước : bột bí đỏ đến giá trị cảm quan sản phẩm48 Bảng 3.2. Bảng đánh giá xếp loại chất lượng sản phẩm 49 Bảng 3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian trong giai đoạn dịch hóa 50 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ, thời gian lên giai đoạn đường hóa 52 ix
11. DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ‘: phút. ml: mililit. g: gram. mg: miligam STT: số thứ tự NXB: nhà xuất bản E. Termamyl Enzyme Termamyl. E. Fungamyl Enzyme Fungamy x
12. LỜI MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa nên thiên nhiên đã ban tặng cho thảm thực vật vô cùng phong phú và đa dạng, đặc biệt là sự phong phú của các loại rau củ. Mỗi mùa đều có những loại rau củ quả đặc trưng cho từng vùng miền – đây là đặc điểm mà không phải quốc gia nào trên thế giới cũng có được. Với những đặc điểm ấy, cộng với 70% dân số làm nghề nông và diện tích canh tác rau củ khoảng 1.500.000 ha, phát triển sản xuất rau củ quả là một trong những vấn đề mang tầm chiến lược quốc gia. Hầu hết rau củ quả không những cung cấp những chất bổ dưỡng cho cơ thể mà còn cung cấp các chất có hoạt tính sinh học cao, giúp con người phòng và chữa bệnh. Trong đó có thể kể đến một loại rau trái mà nhân dân ta quen dùng làm thực phẩm, đó là bí đỏ. Hiện nay, trên thị trường sử dụng bí đỏ để làm thực phẩm vẫn còn hạn chế. Một trong những nguyên nhân chính là các sản phẩm chế biến từ bí đỏ hiện có trên thị trường chưa được phong phú và đa dạng. Chính vì lẽ đó, với mong muốn đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng, một sản phẩm mới: nước giải khát từ trái bí đỏ, cho ra thành phẩm uống liền tiện lợi, góp phần làm phong phú thêm thị trường nước giải khát Việt Nam. Bên cạnh đó, giúp nông dân nâng cao hiệu quả kinh tế cây trồng (nhất là những vùng đất bạc màu), tăng thu nhập, góp phần xóa đói giảm nghèo. Từ đó, em đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu quy trình sản xuất nước uống đóng chai từ bột trái bí đỏ” Mục tiêu nghiên cứu Nhằm tạo ra sản phẩm nước uống đóng chai giàu dinh dưỡng, giữ được tính chất tự nhiên của nguyên liệu. không chứa chất bảo quản mà chất lượng vẫn ổn định. Để đạt được mục tiêu trên, chúng tôi tiến hành khảo sát những nội dung sau: - Tỉ lệ thích hợp của bột bí đỏ và nước - Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lên hiệu suất quá trình thủy phân. - Ảnh hưởng của nồng độ, thời gian lên giai đoạn đường hóa. 1
13. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1. Đặc điểm nguyên liệu 1.1.1. Giới thiệu về cây bí đỏ 1.1.1.1. Hình thái Bí ngô hay còn được gọi là bí đỏ là một loại cây thuộc chi Cucurbita, họ bầu bí (Cucurbitaceae). Đây là tên thông dụng để chỉ các loại cây thuộc các loài: Cucurbita pepo, Cucurbita mixta, Cucurbita maxima, và Cucurbita moschata. Nguồn gốc của bí ngô chưa được xác định tuy nhiên nhiều người cho rằng bí ngô có nguồn gốc ở Bắc Mỹ. Bằng chứng cổ nhất là các hạt bí ngô có niên đại từ năm 7000 đến 5500 trước Công nguyên đã được tìm thấy ở México. Đây là loại quả lớn nhất trên thế giới. Hình 1.1. Hình dáng trái bí đỏ 1.1.1.2. Bột bí đỏ Bột bí đỏ có màu vàng đặc trưng có thể lẫn vào các hạt màu nâu. Trong quá trình sản xuất, sấy bí đỏ ảnh hưởng đến màu sắc của bột bí đỏ. Màu sắc của bột ảnh hưởng nhiều đến chất lượng cũng như giá trị cảm quan của sản phẩm. 2
14. Hình 1.2. Bột bí đỏ 1.1.1.3. Phân bố sinh học và sinh thái Ở nước ta, bí đỏ được trồng ở nhiều nơi từ đồng bằng đến vùng núi. Cây ưa sáng biên độ sinh thái rộng, sinh trưởng tốt trên nhiều vùng đất có khí hậu khác nhau, được gieo vào tháng 4 - 5 dương lịch. Bí đỏ có thể thu non làm rau sử dụng ngay. Thu non, bí đỏ sẽ liên tục ra quả nhiều, dây trẻ lâu, nếu muốn bảo quản dự trữ dùng lâu dài cần để bí già mới thu hoạch. Có hai giống bí đỏ được ưa chuộng nhất ở nước ta: Giống Bí Vàm Răng: Trồng phổ biến ở Kiên Giang, Cần Thơ, Sóc Trăng. Trái tròn dẹp, có khía, nặng 3 - 5 kg, trái già màu vàng, vỏ hai da, thịt dầy, déo, màu vàng tươi. Giống bí trái dài Buôn Ma Thuột: Trồng phổ biến ở miền Đông Nam Bộ và cao nguyên. Trái bầu dục dài, nặng 1 – 2 kg, vỏ vàng xanh hay vàng, trơn láng hay sần sùi, thịt móng, màu vàng tươi đến vàng cam, ít dẻo, ngon ngọt. [15] 1.1.1.4. Thành phần hóa học Quả bí đỏ chứa 88,3-87,2% nước, 1,40-1,33 protid, 0,5-0,43% lipid, 5,6 % tinh bột, 0,08% vitamin C, 0,004% vitamin PP, 0,001% vitamin B1, 0,8-1,01% tro. Thịt quả tươi chứa 2,81% đường tổng số. 3
15. 1.1.1.5. Ý nghĩa kinh tế Bí đỏ là loại cây trồng lấy trái được chế biến như một loại rau. Bí đỏ được dùng để chế biến thực phẩm như: bí đỏ sấy, bánh bí đỏ, bột ăn dặm cho trẻ, Hình 1.3. Một số sản phẩm khác từ bí đỏ Ưu điểm của cây bí đỏ là loại cây dễ trồng, ít bị sâu bệnh, kỹ thuật trồng và chăm sóc rất đơn giản, không kén đất, có thể trồng được ở nhiều loại đất khác nhau. Tuy nhiên khó khăn của người dân hiện nay là khâu tiêu thụ sản phẩm. Vì vậy, để mở rộng và phát triển diện tích trồng cây bí đỏ, hệ thống khuyến nông và các ngành chức năng cần tăng cường quảng bá, giới thiệu giúp nông dân tiêu thụ sản phẩm trên thị trường, cần nghiên cứu sản xuất đa dạng hóa các sản phẩm ở quy mô công nghiệp. 1.1.1.6. Tác dụng của bí đỏ Bí đỏ là nguồn thức ăn cung cấp provitamin A thiên nhiên phong phú. Ngoài tỷ lệ chất xơ và sắt khá cao, bí đỏ còn mang lại vitamin C, axit folic, magic, kali và chất đạm. Trong đó, thịt bí đỏ là thành phần chứa nhiều vitamin A, đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của sự tăng trưởng xương và sinh sản, vitamin A còn tham gia vào quá trình sinh tổng hợp protein, điều hoà hệ miễn dịch, bão vệ cho da. Trong bí đỏ còn chứa một chất cần thiết cho sự phát triển của não bộ đó là acid glutamic, đây là chất đóng vai trò quan trọng trong bồi dưỡng thần kinh, làm tăng cường các phản ứng chuyển hoá trong tế bào thần kinh và não. Vì vậy, 4
16. bí đỏ được coi là thức ăn bổ não, trị suy nhược thần kinh và là thức ăn cho trẻ em chậm phát triển về trí óc. 1.2. Giới thiệu chung về tinh bột Tinh bột là thành phần chính của hạt ngũ cốc và củ lương thực. Hạt tinh bột được cấu tạo từ amylose và amylopectin, xung quanh là một lớp vỏ cấu tạo cũng bằng amylose và amylopectin. Các hạt xếp thành từng lớp. Hạt tinh bột từ những nguyên liệu khác nhau có hình dạng và kích thước khác nhau. Tinh bột là một carbohyđrate cao phân tử bao gồm các đơn vị D-glucose nối với nhau bởi liên kết α-glucoside. Công thức phân tử gần đúng là (C6H10O5)n trong đó n có giá trị từ vài trăm đến khoảng mười nghìn. Tinh bột có dạng hạt màu trắng tạo bởi hai loại polyme là amylose và amylopectin. Amylose là polyme mạch thẳng gồm các đơn vị D- glucose liên kết với nhau bởi liên kết α-1,4- glucoside. Hình 1.4. Một phần cấu trúc amylose Amylopectin là polyme mạch nhánh, ngoài chuỗi glucose thông thường còn có những chuỗi nhánh liên kết với chuỗi chính bằng liên kết α-l,6-glucoside. Các hạt tinh bột là những tinh thể đa hình. Bên trong hạt tinh bột có phần kết tinh do amylose và phần phân nhánh của amylopectin tạo thành làm cho chúng không tan trong nước lạnh và tương đối trơ với các enzyme. 5
17. Hình 1.5. Một phần cấu trúc amylopectin Tính chất của tinh bột ❖ Quá trình trương nở: Khi hòa tan tinh bột vào nước, đầu tiên các phân tử nước sẽ thâm nhập vào giữa các phân tử tinh bột có kích thước lớn và tương tác với các nhóm hoạt động của tinh bột, tạo ra lớp vỏ nước và làm cho mắt xích nào đó của phân tử tinh bột bị yếu đi. Kết quả, phân tử tinh bột bị xê dịch, hút nước rồi trương lên. Quá trình trương xảy ra không hạn chế sẽ làm bung ra các phân tử tinh bột và hệ chuyển thành dạng dung dịch. Quá trình trương luôn luôn đến trước quá trình hòa tan và đây là một quá trình phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ bên ngoài. ❖ Tính chất hồ hóa của tinh bột: Nhiệt độ để phá vỡ hạt chuyển tinh bột từ trạng thái đầu có mức độ hydrat hóa khác nhau thành dung dịch keo gọi là nhiệt độ hồ hóa. Các biến đổi hóa lí khi hồ hóa như sau: hạt tinh bột trương lên, tăng độ trong suốt và độ nhớt, các phân tử mạch thẳng và nhỏ thì hòa tan và sau đó tự liên hợp với nhau để tạo thành gel. Nhiệt độ hồ hóa không phải là một điểm mà là một khoảng nhiệt độ nhất định. Tùy điều kiện hồ hóa như nhiệt độ, nguồn gốc tinh bột, kích thước hạt và pH mà mức độ phá vỡ và trương nở của tinh bột khác nhau. 6
18. Bảng 1.1. Nhiệt độ hồ hóa của một số tinh bột [7] Nguyên liệu Nhiệt độ hồ hóa Tinh bột sắn 58,5-73°C Tinh bột bí đỏ 70-90°C Tinh bột huỳnh tinh 61-81°C Tinh bột khoai tây 56-66°C Tinh bột bắp 62-72°C ❖ Độ nhớt của hồ tinh bột: Một trong những tính chất quan trọng của tinh bột có ảnh hưởng đến chất lượng và kết cấu của nhiều sản phẩm thực phẩm đó là độ nhớt. Phân tử tinh bột có nhiều nhóm hydroxyl có khả năng liên kết được với nhau làm cho phân tử tinh bột tập hợp lại, giữ nhiều nước hơn khiến cho dung dịch có độ đặc, độ dính, độ dẻo và độ nhớt cao hơn. ❖ Khả năng tạo gel và sự thoái hóa gel: Tinh bột sau khi hồ hóa và để nguội, các phân tử tinh bột sẽ tương tác nhau và xắp xếp lại một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột. Để tạo được gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ đậm đặc vừa phải, phải được hồ hóa để chuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan và sau đó được để nguội ở trạng thái yên tĩnh. Trong gel tinh bột chỉ có các liên kết hydro tham gia, có thể nối trực tiếp các mạch polyglucoside hoặc gián tiếp qua phân tử nước. Khi gel tinh bột để nguội một thời gian dài sẽ co lại và lượng dịch thể sẽ thoát ra, gọi là sự thoái hóa. 1.3. Khái quát về quá trình thủy phân 1.3.1. Bản chất và ý nghĩa của quá trình thủy phân [8] Khái niệm quá trình thủy phân là quá trình phân cắt một hợp chất cao phân tử thành các phân tử đơn giản hơn dưới tác dụng của các xúc tác sinh học, hóa 7
19. học và có sự tham gia của nước. Phản ứng thủy phân là phản ứng rất phổ biến trong bảo quản và sản xuất thực phẩm. Do phản ứng thủy phân mà chất lượng các sản phẩm thực phẩm bị giảm đi nhưng cũng nhờ phản ứng thủy phân để tăng thêm phẩm chất cho thực phẩm. Qua phản ứng thủy phân, không những các tính chất cảm quan mà các tính chất hóa học của sản phẩm của bị biến đổi rất nhiều. Phản ứng thủy phân thường là mở đầu cho một loạt các phản ứng khác tiếp diễn. Các phản ứng có thể xảy ra khi phản ứng thủy phân đã kết thúc . Xét về mặt sinh học, phản ứng thủy phân thường đặc trưng cho giai đoạn phân giải, giai đoạn cuối cùng của một quá trình sinh học. Bên cạnh đó, trong kỹ thuật sản xuất các sản phẩm thực phẩm, phản ứng thủy phân có vai trò rất quan trọng. Để giảm bớt tổn thất các chất thực phẩm, người ta phải tìm những biện pháp kỹ thuật tương ứng để ngăn ngừa và hạn chế các sản phẩm thủy phân. Ngược lại, nếu qua phản ứng thủy phân mà chất lượng thành phẩm tăng lên thì người ta tạo điều kiện cho phản ứng thủy phân ấy xảy ra đến tận cùng. Chẳng hạn từ tinh bột, muốn có được dịch đường glucose người ta phải tạo điều kiện để phản ứng thủy phân tinh bột bằng enzyme đạt đến mức tối đa. 1.3.2. Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân [6] Vận tốc của quá trình thủy phân liên quan hoạt tính của enzyme xúc tác cho phản ứng. Hoạt tính của enzyme xúc tác càng mạnh thì quá trình thủy phân diễn ra càng nhanh và triệt để. ✓ Ảnh hưởng của chất xúc tác và nồng độ chất xúc tác [6] Phản ứng tăng khi nồng độ chất xúc tác tăng, nhưng đến một giới hạn nào đó, khi cơ chất thủy phân đã hết mà tiếp tục bổ sung chất xúc tác sẽ cho sản phẩm thủy phân mong muốn tiếp tục phân hủy. Do đó, cần kiểm tra thực nghiệm để xác định nồng độ chất xúc tác thích hợp cho quá trình thủy phân. ✓ Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất thủy phân [6] Nồng độ cơ chất đưa vào thủy phân tăng thì hiệu suất của quá trình thủy 8
20. phân tăng. Tuy nhiên, sự tăng nồng độ cơ chất này phải phù hợp với nồng độ chất xúc tác thì quá trình thủy phân mới diễn ra triệt để. Do đó, tùy theo yêu cầu chất lượng của sản phẩm mà ta khống chế nồng độ cơ chất cho phù hợp. Phương trình Michaelis-Menten biểu diễn mối quan hệ giữa vận tốc phản ứng với nồng độ cơ chất: E + S ↔ ES → E + P Trong đó - S: cơ chất - E: emzyme - P: sản phẩm - ES: phức trung gian Phản ứng enzyme được đặc trưng bởi các hằng số tốc độ phản ứng sau: - K1 : hằng số tốc độ của phản ứng tạo phức [ES] - K-1 : hằng số tốc độ của phản ứng phân ly phức [ES] ngược lại - K2: hằng số tốc độ của phản ứng phân ly phức thành sản phẩm Phương trình Michaelis-Menten được thể hiện qua công thức sau: Trong đó: [푺] V = V max × 푲 + [푺] - [S]: nồng độ cơ chất. - Km: hằng số Michaelis đặc trưng cho mỗi emzyme. Km đặc trưng cho ái lực enzyme đối với cơ chất. K−1 + K2 Đặt: Km = K1 V: vận tốc tạo thành sản phẩm. - vmax: vận tốc cực đại. 9
21. Hình 1.6. Biến thiên vận tốc phản ứng theo nồng độ cơ chất Qua đó cho thấy, khi tăng nồng độ cơ chất thì vận tốc phản ứng tăng và khi tăng nồng độ cơ chất tới một giá trị xác định nào đó thì vận tốc đạt giá trị cực đại Vmax. Sau đó vận tốc phản ứng không tăng nữa dù nồng độ cơ chất tiếp tục tăng. ✓ Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường [6] Theo quy luật của các phản ứng hóa học thông thường, vận tốc phản ứng enzyme càng tăng khi tăng nhiệt độ. Nhưng vì enzyme có bản chất là protein nên khi tăng nhiệt độ tới một giá trị giới hạn nào đó thì vận tốc phản ứng enzyme sẽ bị giảm do sự biến tính của protein. Trong khoảng nhiệt độ mà enzyme chưa bị biến tính thì hệ số nhiệt độ của đa số enzyme vào khoảng 1,4 đến 2. Nghĩa là khi tăng nhiệt độ lên 10°C thì vận tốc phản ứng tăng từ 1,4 đến 2 lần. Khi bắt đầu có sự biến tính protein thì xảy ra hiện tượng: một mặt vận tốc phản ứng vẫn tăng theo sự tăng nhiệt độ, mặt khác vận tốc biến tính protein xảy ra nhanh hơn. Kết quả là vận tốc phản ứng giảm dần tới đình chỉ hoàn toàn. Nhiệt độ ứng với vận tốc cực đại gọi là nhiệt độ tối thích. Nhiệt độ mà tại đó enzyme bị mất hoàn toàn hoạt tính gọi là nhiệt độ tới hạn. Nhiệt độ tối thích của cùng loại enzyme có nguồn gốc khác nhau thì không giống nhau, thường enzyme có nguồn gốc thực vật có nhiệt độ tối thích là 50 - 60°C, enzyme từ nguồn gốc động vật 40 - 50°C. Nhiệt độ quá thấp cũng làm giảm hoạt độ của enzyme, nhưng do trong điều kiện này enzyme không bị biến tính nên khi đưa nhiệt độ trở lại điều kiện thích hợp thì hoạt tính của enzyme lại được phục hồi. Nhiệt độ tối thích của enzyme không phải là hằng số mà nó phụ thuộc vào 10
22. nhiều yếu tố như cơ chất, pH môi trường, nồng độ enzyme, nguồn enzyme đặc biệt là thời gian tác dụng càng dài thì nhiệt độ tối thích càng giảm. ✓ Ảnh hưởng của thời gian thủy phân [6] Thời gian thủy phân dài hay ngắn là để cho quá trình phân giải, cắt đứt các liên kết glucoside trong chuỗi polypeptide của tinh bột dưới tác dụng của các chất xúc tác. Khi nhiệt độ tăng thì động năng tăng dẫn đến vận tốc phản ứng tăng. Tuy nhiên, nhiệt độ tăng cao, vì bản chất là protein nên enzyme bị biến tính và mất hoạt tính xúc tác. Do đó, thời gian thích hợp sẽ có tác dụng thúc đẩy quá trình thủy phân. ✓ Ảnh hưởng của chất kích thích và chất kìm hãm [6] Một số chất hóa học khi bổ sung vào phản ứng enzyme làm tăng hay làm giảm vận tốc phản ứng enzyme. Chất đó được gọi là chất kích thích hay chất kìm hãm. Ý nghĩa của sự phân chia này chỉ mang tính tương đối, vì một chất ở nồng độ này là kích thích nhưng ở nồng độ khác lại là kìm hãm. Hoặc chất kích thích ở phản ứng này mà lại là kìm hãm ở phản ứng khác. Chất kích thích (chất hoạt hóa): là chất có khả năng làm tăng tốc độ phản ứng enzyme, hoạt hóa enzyme từ trạng thái không hoạt động sang trạng thái hoạt động. Cơ chế: làm enzyme có khả năng tham gia vào phản ứng chuyển hóa nhóm, chuyển hóa hydro trong phản ứng xúc tác, biến đổi trung tâm hoạt động của enzyme tới trạng thái thích hợp, dẫn đến phục hồi những nhóm chức năng hoạt động trong trung tâm hoạt động của enzyme. Các ion kim loại có thể tham gia tạo thành trung tâm hoạt động của các enzyme, làm cầu nối cho enzyme và cơ chất. Các chất hoạt hóa có thể làm tăng hoạt độ enzyme bằng cách gián tiếp hay trực tiếp - Hoạt hóa gián tiếp: nếu chất hoạt hóa làm tăng tốc độ phản ứng enzyme bằng cách loại trừ chất kìm hãm khỏi hỗn hợp phản ứng hoặc tham gia phản ứng nhưng không tác dụng trực tiếp với phân tử enzyme. - Hoạt hóa trực tiếp: các chất hoạt hóa thường tác dụng vào trung tâm hoạt 11
23. động của enzyme hoặc làm biến đổi cấu hình không gian của phân tử enzyme theo hướng có lợi cho hoạt động xúc tác. Chất kìm hãm (chất ức chế): là những chất làm giảm tốc độ phản ứng enzyme, hoặc vô hoạt enzyme. Tất cả những chất gây biến tính protein đều là những chất kìm hãm không đặc hiệu của enzyme. Các chất này có tác dụng kìm hãm tất cả các enzyme. Ngoài ra, có nhiều chất khác không làm biến tính protein enzyme nhưng vẫn làm giảm hoạt độ xúc tác của nó. Nói chung, tác dụng kìm hãm có thể là do chất kìm hãm kết hợp với enzyme tạo thành phức Enzyme - chất kìm hãm theo phản ứng sau: K+i E + I = EI K-i - Nếu k = 0 phức chất EI hoàn toàn không phân li. Sự kìm hãm ở đây là không thuận nghịch. Dưới tác dụng của chất kìm hãm không thuận nghịch, mức độ kìm hãm tăng theo thời gian tác dụng, nếu nồng độ chất kìm hãm đủ lớn để bão hòa enzyme thì cuối cùng phản ứng enzyme sẽ ngừng hoàn toàn. Hơn nữa, khi loại chất kìm hãm hoạt độ của enzyme cũng không được phục hồi. - Trong trường hợp kìm hãm thuận nghịch, hình thành trạng thái cân bằng của phản ứng trên, mức độ kìm hãm được thể hiện bằng hằng số phân ly (K1) của phức chất enzyme - chất kìm hãm. - Giá trị K1 càng lớn, phức chất càng dễ phân ly. Dưới tác dụng của chất kìm hãm thuận nghịch, hoạt động của enzyme có thể được phục hồi sau khi loại chất kìm hãm. Các chất kìm hãm có thể tác dụng với enzyme theo nhiều cách như sau: - Kìm hãm thuận nghịch: khi loại bỏ chất kìm hãm thì hoạt tính enzyme trở lại như ban đầu. - Kìm hãm bất thuận nghịch: nếu loại bỏ chất kìm hãm thì enzyme cũng không có lại hoạt tính ban đầu. - Kìm hãm cạnh tranh: chất kìm hãm có cấu trúc hóa học gần giống cấu tạo 12
24. hóa học của cơ chất, do đó nó sẽ cạnh tranh trung tâm hoạt động của enzyme với cơ chất, chất kìm hãm sẽ kết hợp với trung tâm hoạt động, làm cho lượng cơ chất phản ứng với enzyme bị giảm xuống, tốc độ phản ứng giảm. Nồng độ chất kìm hãm càng cao, vận tốc phản ứng càng giảm, khắc phục bằng cách tăng nồng độ cơ chất để loại bỏ tác dụng của chất kìm hãm. - Kìm hãm không cạnh tranh: chất kìm hãm kết hợp với enzyme, làm thay đổi cấu trúc không gian của enzyme, làm cho enzyme không tác dụng được với cơ chất, vận tốc phản ứng lúc này chỉ phụ thuộc vào nồng độ chất kìm hãm mà không có cách khắc phục. 1.3.3. Cơ chế của quá trình thủy phân [13] 1. Quá trình hồ hoá tinh bột Ở nhiệt độ thường tinh bột không hòa tan được trong nước nhưng hòa tan tốt trong môi trường kiềm. Trong nước, khi nhiệt độ tăng, các hạt tinh bột sẽ hút nước và trương nở làm tăng độ nhớt của dung dịch. Khi thể tích của hạt tăng đến một lúc nào đó sẽ phá vỡ lớp vỏ bên ngoài, amylose và amypectin thoát ra, tạo thành các túi vô định hình, khả năng hút nước tăng tối đa. Các hạt tinh bột có kích thước khác nhau, hạt tinh bột lớn bị hồ hóa đầu tiên, hạt tinh bột nhỏ bị hồ hóa sau cùng. Vì vậy, nhiệt độ hồ hóa không phải là một điểm mà là một khoảng nhiệt độ. Nhiệt độ hồ hóa là nhiệt độ mà tại đó diễn ra và kết thúc quá trình chuyển tinh bột từ trạng thái tinh thể sang trạng thái lỏng. Nhiệt độ hồ hóa phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tính chất mỗi loại tinh bột, môi trường khuếch tán, nồng độ huyền phù của tinh bột, tốc độ đun nóng, độ ẩm ban đầu của tinh bột, khi tăng nồng độ huyền phù tinh bột thì nhiệt độ hồ hóa tăng lên chút ít, hoặc khi hạt tinh bột có kích thước nhỏ sẽ có nhiệt độ hồ hóa cao hơn so với hạt có kích thước lớn. Quá trình hồ hóa ở tất cả các loại tinh bột đều giống nhau: ban đầu độ nhớt của hồ tinh bột tăng dần lên sau đó qua một giá trị cực đại rồi giảm xuống. 2. Quá trình dịch hóa và đường hóa tinh bột 13
25. Tinh bột sau khi hồ hóa sẽ dễ dàng cho việc thực hiện các quá trình: dịch hóa, đường hóa gọi chung là quá trình thủy phân tinh bột. Sản phẩm của quá trình thủy phân tinh bột bằng enzyme là phân cắt amylose, amylopectin và dextrin bậc cao thành đường đường đơn giản mantose, một lượng nhỏ glucose và các dextrin bậc thấp dễ hòa tan trong nước trở thành chất hòa tan của dịch đường. Quá trình đường hóa tinh bột là kết quả của quá trình tác động của nhóm enzyme amylase. ❖ Cơ chế của phản ứng thủy phân: Không phụ thuộc vào nguồn gốc của chất xúc tác, mỗi khi các liên kết 훼- 1,4 và α- 1,6 glucoside bị phân cắt, thì tại các điểm đó ngay lập tức được liên kết với các nhóm ion của nước. Khảo sát quá trình thủy phân tinh bột ở môi trường giàu nước bởi enzyme amylose cho thấy rằng: các chất xúc tác bẻ gãy mối liên kết glucoside giữa nguyên tử carbon số 1 với nguyên tử oxy. Ở mạch amylose, khi mối liên kết 훼 - 1,4- glucoside bị phân cắt thì nhóm hydroxyl (OH) của nước sẽ liên kết với liên kết carbon số 1 ở gốc glucoside bên trái, còn cation hydro (H+) sẽ liên kết với nguyên tử carbon số 4 ở glucoside bên phải. Đối với mạch amylopeptide, khi mối liên kết 훼 -l,6-glucoside bị phân cắt, thì nhóm OH- của nước sẽ liên kết với nguyên tử carbon số 1 ở mạch chính, còn H+ sẽ liên kết với O2- ở nguyên tử carbon số 6. 1.4. Quá trình thủy phân tinh bột 1. Enzyme 훼 -amylase (훼 -l,4-glucanohydrolase) (EC 3.2.1.1) ❖ Cấu tạo Enzyme 훼 -amylase là protein có phân tử lượng thấp, thường nằm trong 14
26. Hình 1.7. Cấu trúc không gian của α-Amylase khoảng 50.000 đến 60.000 Dal. Có một số trường hợp đặc biệt như 훼 -amylase từ loài vi khuẩn Bacillus macerans có phân tử lượng lên đến 130.000 Dal. Mới đây các nghiên cứu về tính đồng nhất của chuỗi mạch acid amin và về vùng kỵ nước cho thấy các chuỗi mạch acid amin của tất cả các enzyme 훼 -amylase đều có cấu trúc bậc 3 tương tự nhau. ❖ Cơ chế tác dụng của enzyme a- amylase [2] 훼-amylase từ các nguồn khác nhau có nhiều điểm rất giống nhau, 훼 - amylase có khả năng phân cắt các liên kết 훼 -l,4-glucoside nằm ở phía bên trong phân tử cơ chất (tinh bột hoặc glycogen) một cách ngẫu nhiên, không theo một trật tự nào cả. 훼 - amylase không chỉ thủy phân hồ tinh bột mà nó thủy phân cả hạt tinh bột nguyên song với tốc độ rất chậm và hiệu suất thủy phân rất thấp. Quá trình thủy phân tinh bột bởi 훼 -amylase là quá trình đa giai đoạn: - Ở giai đoạn đầu (giai đoạn dextrin hóa): chỉ một số phân tử cơ chất bị thủy phân tạo thành một lượng lớn dextrin phân tử thấp (훼 -dextrin ), độ nhớt của hồ tinh bột giảm nhanh (các amylose và amylopectin đều bị dịch hóa nhanh). - Sang giai đoạn 2 (giai đoạn đường hóa): các dextrin phân tử thấp tạo thành bị thủy phân tiếp tục tạo ra các trimaltose, tetramaltose không cho màu với iodine. Các chất này bị thủy phân rất chậm bởi 훼 -amylase cho tới disaccharide và monosaccharide. Dưới tác dụng của 훼 -amylase, amylose bị phân giải khá nhanh thành oligosaccharide gồm 6-7 gốc glucose (vì vậy, người ta cho rằng 훼 - amylase luôn phân cắt amylose thành từng đoạn 6 -7 gốc glucose). - Sau đó, các polyglucose này bị phân cắt tiếp tục tạo nên các mạch polyglucose colagen cứ ngắn dần và bị phân giải chậm đến maltotetrose, 15
27. maltotriose và maltose. Qua một thời gian tác dụng dài, sản phẩm thủy phân của amylose chứa 13% glucose và 87% maltose [2], Tác dụng của 훼 -amylase lên amylopectin cũng xảy ra tương tự nhưng vì không phân cắt được liên kết 훼 -l,6- glycoside ở chỗ mạch nhánh trong phân tử amylopectin nên dù có chịu tác dụng lâu thì sản phẩm cuối cùng, ngoài các đường nói trên ( 72% maltose và 19% glucose ) còn có dextrin phân tử thấp và isomaltose 8%. Tóm lại, dưới tác dụng của 훼 –amylase, tinh bột có thể chuyển thành maltotetrose, maltose, glucose và dextrin phân tử thấp. Tuy nhiên, thông thường 훼-amylase chỉ thủy phân tinh bột chủ yếu thành dextrin phân tử thấp không cho màu với iodine và một ít maltose. Khả năng dextrin hóa cao của 훼 -amylase là tính chất đặc trưng của nó. Vì vậy, người ta thường gọi loại amylase này là amylase dextrin hóa hay amylase dịch hóa. ❖ Đặc tính 훼 -amylase [2] 훼 -amylase từ các nguồn khác nhau có thành phần amino acid khác nhau, mỗi loại 훼 - amylase có một tổ hợp amino acid đặc hiệu riêng, 훼 -amylase là một protein giàu tyrosine, tryptophan, acid glutamic và aspartic. Các glutamic acid và aspartic acid chiếm khoảng 1/4 tổng lượng amino acid cấu thành nên phân tử enzyme: - 훼 -amylase có ít methionine và có khoảng 7-10 gốc cysteine. - Amylase dễ tan trong nước, trong dung dịch muối và rượu loãng. Điểm đẳng điện nằm trong vùng pH= 4,2-5. Mỗi phân tử 훼 -amylase đều có chứa 1-30 nguyên tử gam Ca/mol, nhưng không ít hơn 1- 6 nguyên tử gam/mol Ca2+ tham gia vào sự hình thành và ổn định cấu trúc bậc 3 của enzyme, duy trì hoạt động của enzyme. Do đó, Ca2+ còn có vai trò duy trì sự tồn tại của enzyme khi bị tác động bởi các tác nhân gây biến tính và tác động của các enzyme phân giải protein. Nếu phân tử 훼 -amylase bị loại bỏ hết Ca2+ thì nó sẽ hoàn toàn bị mất hết khả năng thủy phân cơ chất, 훼 -amylase bền với nhiệt độ hơn các enzyme khác. Đặc tính này liên quan đến hàm lượng Ca2+ trong phân tử và nồng độ Mg2+. Tất cả các amylase đều bị kiềm hãm bởi các kim loại nặng như Cu2+ , 16
28. Ag+ , Hg2+ . Một số kim loại như: Na+ , Cr3+ , Mn2+ , Zn2+ , Co2+ , Sn2+ , Cr2+ . Không có ảnh hưởng mấy đến 훼 -amylase. Một đặc điểm cần lưu ý là hầu hết 훼 -amylase khá bền với tác động của protease như pepsin, trypsin, papain Hình 1.8. Cấu trúc phân tử tinh bột bị phân cắt Sản phẩm thủy phân cuối cùng của tinh bột dưới tác dụng của amylase nấm sợi chủ yếu là maltose, thứ đến là maltotriose. Nồng độ 훼 -amylase của vi sinh vật tương đối lớn có thể chuyển hóa 70 - 85% tinh bột thành đường lên men. Còn các 훼 -amylase của nấm mốc thì mức độ đường hóa đến glucose và maltose có thể lên tới 84 - 87%. Điều kiện hoạt động của α-amylase từ các nguồn khác nhau thường không giống nhau. pH tối thích cho hoạt động của từ nấm sợi là 5,0 - 6,0 và nhiệt độ tối ưu 50-70°C. Người ta thường thu nhận α-amylase của nấm sợi từ Aspergillus niger và Aspergillus oryzae. 훼 -amylase của nấm sợi thường kém bền nhiệt hơn 훼 - amylase của vi khuẩn và rất dễ bị biến tính trước tinh bột được hồ hóa. 17
29. Bảng 1.2. Các tính chất khác nhau của β-Amylase 2.Lo Enzymeại β-amylase (β-l,4-glucan-maltohydrolase) (EC 3.2.E2) [2] Khoảng Khoảng nhiệt Chất hoạt STT Nguồn enzyme pH tối ưu độ tối ưu (°C) hoá enzyme 1 Pancreatic 5,5-8,5 40-45 Mất Tuyển tụy động vật (6,0-7,0) hoạt tính ở enzyme 75°c 2 훼 -amylase 4,5-9,0 70-85 Mất vi khuẩn Bac. Subtilis (6,5-7,5) hoạt tính ở Bac.amyloliquefucieins 95°C 3 Ca++ 훼 -amylase 90-105 Bac. Lichenifomis 5,8-8,0 của vi khuẩn Mất hoạt tính (50- (7,0) ưa nhiệt ở 120°C 70ppm) 4 α-amylase 5,0-6,0 55-60 của nấm sợi Asp. oryzae Asp. Niger (4,0-70) Mất hoạt tính ở 80°C β-amylase hiện diện phố biến ở thực vật, đặc biệt là hạt nảy mầm. Ở trong các hạt ngũ cốc nảy mầm, β -amylase xúc tác sự thủy phân các liên kết 1,4 α-glucan trong tinh bột, glucogen và polysaccharide, phân cắt từng nhóm maltose từ đầu không khử của mạch. Maltose được tạo thành do sự xúc tác của β-amylase có cấu hình β. Ở ngũ cốc, β-amylase tham gia vào sự phân giải của tinh bột trong quá trình nảy mầm của hạt. Ở lúa, β-amylase được tổng hợp trong suốt quá trình của hạt và hầu như không được tổng hợp ở hạt khô. 18
30. Bảng 1.3. Các tính chất khác nhau của β-Amylase Nguồn gốc Phân tử lượng pHopt Totp Enzyme (kD) Đại mạch 5,2 - 56 Lúa mì 5,2-5,6 55 64,2 Đỗ tương 5,4 55 57 B.cerus 7,0 40 58 B.polymyxa 7,5 40 42 B.megaterium 6,5 40-65 58 3. Enzyme γ-Amylase (glucoamylase) (EC 3.2.E3)[2] Glucoamylase hay γ-amylase chủ yếu được tạo ra bởi các vi sinh vật. Đặc biệt là kiểu nấm mốc aspergillus, penicillium và Rhizopus. Nói chung thì các amyloglucosidase đều chứa các gốc methionin, tritophan, và một nửa gốc cysteine. Tuy nhiên mối quan hệ giữa chuỗi acid amin, cấu trúc bậc 3 và hoạt động của enzyme vẫn chưa được làm sáng tỏ tất cả các amyloglucosidase từ nấm mốc đều là glucoprotein chứa từ 5 - 20% glucid trong đó chủ yếu là các mono saccharide glucose mannose, galactose và glucosamine. Đa số glucoamylase có hoạt lực cao nhất ở vùng có pH 3,5 - 5,5 và nhiệt độ 50°C. Nó bền với acid hơn α-amylase nhưng kém bền hơn trong rượu, acetone và không được bảo vệ bởi Ca2+ . 4. Oligo 1,6-glucosidase (dextrinase tới hạn) (EC 3.2.E10) [2] Enzyme này có thể thủy phân liên kết α-l,6-glucoside trong isomaltose, panose và các dextrin tới hạn thành đường có thể lên men được. Enzyme này có ở vi sinh vật nhưng đồng thời cũng có trong các hạt nảy mầm (đại mạch, thóc nảy mầm). 5. Enzyme pullulanase (α-dextrin6-glucosidase) (EC 3.2.1.41) [2] Enzyme này có thể thủy phân các liên kết α-1,6 của tinh bột, glucogen và các dextrin tới hạn. Điều đáng chú ý là sự định vị của các liên kết α-1,6 có ảnh hưởng lớn đến tác động của enzyme. Đặc biệt là sự có mặt của hai liên kết α-1,4 19
31. nằm liền kề bên liên kết α-1,6 là điều kiện cần thiết cho enzyme phân cắt liên kết này. Pullulanase phân giải các liên kết α-1,6 glucoside bị bao quanh tứ phía bởi các liên kết α-1,4. Nó còn có khả năng thủy phân cả những dextrin phân tử thấp chỉ gồm có hai gốc maltose nối nhau bằng liên kết α-1,6 glucoside. Tác dụng hiệp đồng của α- amylase và pullulanase làm nó bị thủy phân hoàn toàn. 6. α-glucosidase hay maltase (α-D glucoside-glucohydrolase) (EC 3.2.1.20) [6] Nhiều loại nấm sợi sản sinh enzyme này. Giống như elucomylase, nó thủy phân maltose thành glucose nhưng không thủy phân tinh bột. Maltase và glucozyltranferase là một enzyme đồng nhất vừa có khả năng thủy phân liên kết α- 1,4-glucose trong các glucopiranoside vừa có khả năng chuyển các gốc glucoside sang đường và rượu. 1.5. Enzyme sử dụng trong nghiên cứu Enzyme α-amylase (termamyl) Alpha-amylase Novo gọi là termamyl, termamyl là chế phẩm lỏng, chịu được nhiệt độ cao và được sản xuất từ vi sinh vật Bacillus lichenifomis. Termamyl là một endo-amylase, có tác dụng thủy phân liên kết 1,4-α-glucoside thành amylose và amylopectin dưới tác dụng của termamyl cơ chất tinh bột nhanh chóng thủy phân tạo thành dextrin và oligo saccharise tan trong nước. Termamyl trong thực tế với sản phẩm là Termamyl 120L Enzyme termamyl dễ tan trong nước ở mọi nồng độ trong điều kiện thường dùng. Độ vẫn đục có thể xảy ra trong chế phẩm enzyme nhưng không ảnh hưởng đến hoạt tính chung hay tính năng của sản phẩm. Sản phẩm này không cháy và hoàn toàn hoà tan trong nước, nên tránh tiếp xúc da và hít phải, nếu tiếp xúc da phải rửa nhiều lần bằng nước. Ảnh hưởng của calci, pH, nhiệt độ đến độ ổn định của termamyl Trong bột nhão, tính ổn định của termamyl được thoả mãn với sự hiện diện từ 570ppm Ca2+. Trong bảng, các số liệu thấy ổn định của termamyl trong bột nhão ở nồng độ 30% trong vùng điều kiện nhiệt độ và pH ở các nồng độ ion 20
32. Ca2+ khác nhau. Các số liệu so sánh có cùng trị giá đương lượng DE và trong phạm vi 0-12. Bảng 1.4. Độ ổn định của Termamyl (thời gian (phút) cần thiết để mất 50% hoạt tính) [10] 93°C 98°C 103°C 107°C lon Ca2+ 70 ppm pH 6.5 1500 400 100 40 pH 6.0 800 200 75 20 pH 5.5 300 75 25 10 lon Ca2+ 20 ppm pH 6.5 450 125 40 10 pH 6.0 250 75 20 5 pH 5.5 100 25 5 2 lon Ca2+ 5 ppm pH 6.5 150 40 10 4 pH 6.0 75 20 5 2 Ứng dụng của Termamyl trong công nghiệp [10]. Trong kỹ nghệ tinh bột, termamyl được dùng cho dịch hoá liên tục tinh bột trong nồi hơi hoặc trong những thiết bị tương tự hoạt động ở nhiệt độ 105-110°C và vì vậy lợi dụng được tính ổn định nhiệt cực cao của enzyme. Trong kỹ nghệ nấu cồn, termamyl được sử dụng để phân tán tinh bột trong nghiền và chưng cất. Và ở giai đoạn này cũng lợi dụng được độ ổn định nhiệt của enzyme. Hơn nữa, rất có thể thực hiện chưng cất không cần điều chỉnh pH và thêm Ca mặc dù điều kiện có hơi khác điều kiện tối ưu. Điều này là do phạm vi pH tương đối lớn và việc đòi hỏi calci của enzyme tương đối thấp. Nó làm cho quy định sản xuất được đơn giản và mức độ rủi ro của cặn calci được giảm thiểu trong cột chưng cất. Trong kỹ nghệ nấu bia, termamyl được dùng để phụ giúp cho việc dịch hoá 21
33. được dễ dàng. Do độ ổn định ở nhiệt độ cao của enzyme quy trình nấu có thể được đơn giản hoá. Nhờ vậy, việc gia tăng tỷ lệ phụ cũng có thể thực hiện được. Trong kỹ nghệ đường, termamyl được sử dụng để phá lượng tinh bột hiện diện trong nước mía. Vì vậy, hàm lượng tinh bột trong đường thô được giảm và việc lọc đường tại nhà máy tinh luyện được dễ dàng hơn. Trong kỹ nghệ dệt, termamyl được sử dụng ở nhiệt độ cao để rủ hồ trước khi nhuộm, loại enzyme kỹ thuật được áp dụng trong công nghệ này. Sử dụng enzyme termamyl để hoạt hóa tinh bột. Giới thiệu Termamyl được dùng để dịch hóa tinh bột thành dextrin theo phương pháp enzyme, cầu nối 1,4 alpha của phân tử tinh bột được thủy giải một cách rải rác, đưa đến kết quả với sự giảm thấp độ nhớt của tinh bột đã được hồ hóa, và gia tăng lượng đường. Dịch hóa được tiến hành để đưa đến độ đường (DE) cần thiết cho công đoạn tiếp theo. Trong đường hóa cho đường dextrose (glucose), một độ DE 8-12 thường được sử dụng. Độ DE tối đa có thể đạt được khi sử dụng termamyl là khoảng 40. Dịch hóa Termamyl chịu được nhiệt độ cao. Tại nhiệt độ 105°C termamyl hoạt động rất cao và có tính ổn định một cách đầy đủ theo thời gian phản ứng để có thể đi qua giai đoạn dịch hóa của tinh bột mà hoạt tính enzyme bị mất không đáng kể. Cách tiến hành: Sau khi điều chỉnh pH, termamyl được đưa vào dung dịch tinh bột, đã được hồ hóa hoàn toàn ở 105°C, sau đó giảm nhiệt độ xuống khoảng 90-100°C, và enzyme có điều kiện thuận lợi tác dụng trong 1-2 giờ cho đến khi đạt được độ DE cần thiết. - Enzyme α-amylase (Fungamyl) [10] Alpha amylase của hãng novo được gọi là fungamyl thu được từ nấm mốc Aspergillus oryzae. Tên theo danh pháp là 1,4 alpha-D- glucan glucanohydraza. 22
34. Enzyme này thủy phân cầu nối 1,4 alpha glucoside của amylose và amylopectin tạo thành lượng lớn đường maltose. Sản phẩm ở dạng lỏng là một dung dịch có màu nâu với tỷ trọng 1,25 g/ml. Ngoài ra, còn ở dạng bột vô định hình và dạng cầu. Ứng dụng Trong công nghiệp tinh bột: fungamyl được dùng trong sản xuất đường maltose cao cấp, chẳng hạn như sản phẩm 45-60% đường maltose hay là đường glucose cao độ (DE 60-70: 35-43% glucose, 30-37% maltose). Sản phẩm maltose cao cấp có thể được chế tạo từ một dung dịch đã dịch hoá với enzyme. Sản phẩm đường glucose cao độ có thể chế tạo từ dung dịch tinh bột có DE 42 đã dịch hoá với enzyme. Trong công nghệ bia, fungamyl được dùng trong giai đoạn lên men để gia tăng hệ thống lên men của nước nha. Độ lên men có thể tăng lên đến 2-5%. Trong công nghệ chế tạo cồn, fungamyl được sử dụng trong giai đoạn dịch hoá tinh bột trong thiết bị với nhiệt độ thấp (55-60°C). Trong kỹ nghệ làm bánh (bisqui hay bánh mì), fungamyl được sử dụng để hổ trợ hàm lượng thấp của α-amylase chứa trong bột tiểu mạch. Sự áp dụng của fungamyl làm tăng cấu tạo và thể tích bánh. 1.6. Phụ gia và hóa chất 1.6.1. Nước sử dụng trong nghiên cứu [12] Đối với phản ứng thủy phân bằng enzyme thì nước không những là môi trường để khuếch tán enzyme và cơ chất mà còn mà còn là tác nhân tham gia vào phản ứng nữa. Nước không những ảnh hưởng đến vận tốc mà còn ảnh hưởng đến chiều hướng thủy phân. Như vậy nước cũng là một yếu tố điều chỉnh dùng nước để tăng cường tăng cường hay kìm hãm phản ứng thủy phân có xúc tác của enzyme. Nước sử dụng trong nghiên cứu phải là nước ăn uống đúng theo quy định. 1.6.2. Acid citric [TCVN 5516- 1991] Dùng điều chỉnh pH dung dịch sau khi dịch hoá tạo điều kiện thích hợp cho 23
35. quá trình đường hoá tiếp theo. Hàm lượng acid citric > 99%. Hàm lượng nước 99,5 99,5 Acid sunfuric tự do (%) <0,1 <0,3 Asen (%) <0.01 <0,03 < 0,00007 < 0,00007 24
36. 1.6.3. Bao bì đề xuất [12] Lọ thủy tinh được làm từ cát trắng, có thành phần chủ yếu là SiO2 và một số phối liệu khác Thủy tinh phải trong suốt, về độ bền hoá học không tác dụng với các thành phần hoá học trong sản phẩm mà nó chứa đựng. Chịu nhiệt được nhiệt độ cao trong quá trình thanh trùng sản phẩm, về độ bền cơ học, thủy tinh phải chịu lực kéo, nén và có độ đàn hồi, độ cứng, độ giòn nhất định. 25
37. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu 2.1.1. Bột bí đỏ Bí đỏ được mua tại chợ Rạch Dừa, phường Rạch Dừa, TP Vũng Tàu sau đó được sấy và xay thành bột tại phòng thí nghiệm. Bột bí đỏ dạng hạt, màu vàng. Các mong muốn về yêu cầu vệ sinh [ TCVN 4733-89] Chỉ tiêu độc chất: - Dư lượng hóa chất không vượt quá quy định. - Độc tố vi nấm Aflatoxin không phát hiện . Chỉ tiêu côn trùng nấm mốc: - Côn trùng các loại : không được có - Tổng số bào tử nấm mốc trong l kg nguyên liệu: không lớn hơn 10.000 bào tử. Chỉ tiêu vệ sinh dinh dưỡng: - Hàm lượng vitamin B1 trong 100g nguyên liệu: theo công nghệ chế biến. Chỉ tiêu cảm quan: - Màu sắc, mùi vị đặc trưng từng giống, từng loại, không biến màu, không bị hư hỏng và không có mùi lạ. 2.1.2. Các chế phẩm enzyme [2] Trong đề tài nghiên cứu này: sử dụng enzyme của hãng Novo, gồm ba loại enzyme: Termamyl, Fungamyl và Pectinex Utral Clear. Các loại enzyme được mua tại cửa hàng số 202 Hoàng Văn Thụ, phường 9, quận Phú Nhuận, TP. Hồ Chí Minh. 26
38. ❖ Giới thiệu về các chế phẩm enzyme sử dụng trong nghiên cứu. Termamyl ® 120L Hình 2.1. Hình ảnh enzyme Pectinex Utral Clear (bên trái) và enzyme Fungamyl (bên phải) sử dụng trong nghiên cứu Bảng 2.1. Đặc tính sản phẩm Nhóm enzymes Alpha – amylase (nấm) Hoạt tính công bố 120 KNU /g Màu nâu Nâu sáng đến nâu đen Màu sắc sản phẩm củ lô khác nhau có thể khác nhau. Cường độ màu không thể hiện hoạt tính enzyme. Trạng thái vật lý Dạng lỏng Khối lượng riêng 1.26 trung bình (g/ml) Chất ổn định Methionine Natri clorua Đường saccharose Chất bảo quản Kali sorbate Chiết suất từ vi sinh Baccilus lioheniformis vật Quy trình sản xuất Được sản xuất bởi quá trình lên men của một loại vi sinh vật, vi sinh sinh sản theo tiêu chuẩn châu Âu, enzyme là protein được trích ly và tinh chế từ môi trường nuôi cấy. 27
39. Bảng 2.2. Đặc điểm sản phẩm Giới hạn trên Giới hạn dưới Đơn vị Hoạt tính alpha – amylase 800 920 /g FAU-F Vi sinh tổng số - 10000 /g Nấm men - 100 /g Nấm mốc - 100 /g Coliform - 30 /g E.coli Không phát hiện, 5g Salmonella Không phát hiện, 5g Vi khuẩn lên men thối 100 /g Nấm men lên men thối 100 /g Sản phẩm enzyme tinh sạch được giới thiệu dùng như phụ gia thực phẩm và trong danh mục hóa chất dùng cho thực phẩm (Food Chemical Codex) theo tiêu chuẩn của tổ chức FAO/WHO. [DỊCH TỪ TÀI LIỆU CỦA NOVOZYME].2.2. Phương pháp nghiên cứu Phản ứng thủy phân là một tính chất quan trọng của tinh bột, nó cắt đứt liên kết giữa các đơn vị glucose bằng acid hoặc bằng enzyme. Acid có thể thủy phân tinh bột ở dạng hạt ban đầu hoặc dạng hồ hóa hay dạng paste, còn enzyme chỉ thủy phân hiệu quả ở dạng hồ hóa. Một số enzyme thường dùng là α- amylase, β-amylase Acid và enzyme giống nhau là đều thủy phân các phân tử tinh bột bằng cách thủy phân liên kết α-l,4-glycoside. Đặc trưng của phản ứng này là sự giảm nhanh độ nhớt và sinh ra đường. Sự thủy phân tinh bột bằng acid được sử dụng nhiều trong quá khứ. Nhưng 28
40. hiện nay được thay thế bằng các quá trình enzyme[3]. Vì sử dụng acid đòi hỏi các vật liệu chống ăn mòn, bên cạnh đó việc sử dụng acid để thủy phân tinh bột có một số hạn chế như hiệu suất thủy phân thấp, dung dịch sau thủy phân bị nâu hóa mạnh và có nhiều sản phẩm phụ không mong muốn dẫn đến chi phí để tinh sạch cao, cần nhiều năng lượng để nâng thêm độ phản ứng và tương đối khó kiểm soát sản phẩm về mức độ an toàn thực phẩm. Ngoài ra, việc sử dụng các chất hóa học như acid mạnh còn gây ảnh hưởng đến môi trường sinh thái và gây nhiều khó khăn trong việc xử lý nước thải. Đó chính là lý do chúng tôi chọn phương pháp thủy phân bằng enzyme trong đề tài nghiên cứu nước uống đóng chai từ bột bí đỏ. Đối tượng thủy phân là tinh bột. Tác nhân xúc tác là các enzyme. Những enzyme xúc tác đều có những đặc hiệu riêng điều kiện hoạt động thích hợp, nhiệt độ, pH môi trường khác nhau tùy từng loại. Ở điều kiện tối ưu enzyme hoạt động mạnh mẽ và thúc đẩy phản ứng diễn ra nhanh. Tùy vào mục đích và sản phẩm mong muốn sau quá trình thủy phân mà lựa chọn enzyme thích hợp . Dựa vào tính chất của các enzyme đã liệt kê và sản phẩm chúng tôi nghiên cứu là nước uống đóng chai thủy phân triệt để từ bột bí đỏ. Chúng tôi chọn enzyme termamyl cho quá trình dịch hóa và fungamyl cho quá trình đường hóa. 2.2.1. Phương tiện thí nghiệm ❖ Địa điểm: đề tài được thực hiện tại phòng thí nghiệm Viện kỹ thuật kinh tế ❖ Thời gian thực hiện từ 02/2017 đến 06/2017. ❖ Các thiết bị và dụng cụ trong nghiên cứu. Hóa chất: các hóa chất phục vụ phân tích. Dụng cụ và thiết bị: ✓ Thiết bị thanh trùng. ✓ pH kế. ✓ Khúc xạ kế. ✓ Cân kỹ thuật. ✓ Bể điều hòa nhiệt 29
41. ✓ Dụng cụ phân tích mẫu tại phòng thí nghiệm 2.2.2. Phương pháp hóa học • Xác định độ ẩm của nguyên liệu bằng máy đo độ ẩm. [TCVN 1643-1992] Mục đích: Xác định độ ẩm của bột bí đỏ. Cách tiến hành: Chỉnh bàn cân sao cho bọt thủy về tâm để cân chính xác nhất. cho mẫu lên cân đến khi đạt khối lượng cần phân tích độ ẩm. Chọn chế độ đo, thời gian và nhiệt độ sấy cần thiết đối với mẫu. Thông thường sấy thực phẩm từ 100 độ đến 105 độ C. • Xác định chỉ số DE [2] Trị số DE được biểu thị bằng lượng chất khử tính ra glucose so với lượng chất khô. Trị số DE dùng để đánh giá mức độ thuỷ phân của tinh bột. DE càng cao mức độ thuỷ phân càng sâu. Đường khử ( glucose) (%)= tinh bột • Xác định hàm lượng chất khô hòa tan bằng Brix kế. Cách tiến hành: dùng đũa thuỷ tinh đưa một giọt mẫu thử vào bề mặt phẳng khô của khúc xạ kế, áp tấm kính che lại, và đọc giá trị Brix ở thang đo. Sau khi dùng xong lau sạch bề mặt khúc xạ kế. • Xác định độ pH bằng máy đo pH cầm tay Mục đích: kiểm tra tính axit của bột bí đỏ. Phương pháp: sử dụng phương pháp đo pH của dung dịch tinh bột trong nước cất (25g tinh bột trong 50mL nước cất). • Phương pháp đánh giá cảm quan Đánh giá các chỉ tiêu độ trong, mùi, vị của bán thành phẩm và thành phẩm. 1. Cơ sở khoa học của phương pháp cảm quan Các chỉ tiêu cảm quan của thực phẩm là: mùi,vị, màu sắc và trạng thái. ❖ Mùi và khứu giác - Lý thuyết hóa học: cho rằng chất có mùi rơi vào mũi đầu tiên nó lan rộng trong chất lỏng bao phủ vùng khứu giác. Sau đó chất có mùi bắt liên kết với một 30
42. chất hóa học đặc biệt gọi là chất tiếp nhận mùi, tạo ra một chất mới và tác động đến đầu cuối dây thần kinh. Vì vậy cho ta cảm giác về mùi. Chất mới này không bền vững và nhanh chóng bị phân hủy, điều này giải thích tại sao mùi không duy trì được lâu. - Lý thuyết lý học: cho rằng nguyên nhân của mùi không phải là hình dáng của phân tử mà là khả năng phát sóng điện từ của chúng. Theo lý thuyết này, tất cả chất thơm đều phát ra tia hồng ngoại một cách mạnh mẽ, mỗi chất có phổ riêng. Các tia này được thu hồi bằng “máy thu” là tế bào thần kinh khứu giác và cho cảm nhận về mùi. ❖ Vị và vị giác. Các nhà khoa học đã công nhận có 4 vị cơ bản là: ngọt, mặn, chua và đắng. Tất cả các vị khác mà ta cảm nhận khi nếm là sự hỗn hợp theo tỉ lệ khác nhau của các vị cơ bản. Tế bào tiếp nhận mùi nằm trên lưỡi, chúng được tập hợp tạo thành cấu trúc gọi là “nụ vị giác” có đường kính khoảng 0,04 mm. Không có tế bào tiếp nhận đặc biệt cho mỗi loại vị. Thay vào đó mỗi tế bào tiếp nhận có thể truyền những xung điện theo dây thần kinh đến não một số hoặc tất cả các vị. Trên lưỡi có những vùng nhận được vị khác nhau. Ở đầu lưỡi nhận vị ngọt và mặn, hai rìa lưỡi nhận vị chua, gốc lưỡi nhận vị đắng ❖ Màu sắc cảm giác ❖ Trạng thái và xúc giác. Phương pháp cho điểm theo Tiêu chuẩn Việt Nam Trong phương pháp cho điểm, các cảm quan viên dựa vào sự đánh giá để cho điểm theo một thang điểm nhất định. Ở nước ta, phương pháp này được quy định trong Tiêu chuẩn Việt Nam — TCVN 3215 -79: Sản phẩm thực phẩm - Phân tích cảm quan - Phương pháp cho điểm. Tiêu chuẩn Việt Nam sử dụng hệ 20 điểm xây dựng trên một thang thống nhất có 6 bậc (từ 0 đến 5) và cho điểm 5 là cao nhất cho một tiêu chuẩn. So sánh đánh giá phải tương ứng với nội dung mô tả trong bảng sau 31
43. Bảng 2.3. Bảng mô tả nội dung đánh giá cảm quan Bậc Điểm đánh chưa có Cơ sở đánh giá giá trọng lượng Trong chỉ tiêu đang xét, sản phẩm có tính chất tốt đặc trưng và rõ 1 5 rệt cho chỉ tiêu đó, sản phẩm không có sai lỗi hay khuyết tật nào. Sảm phẩm có khuyết tật nhỏ hoặc sai lỗi nhỏ hoặc cả hai nhưng 2 4 không làm giảm giá trị cảm quan của sản phẩm đó. Sảm phẩm có khuyết tật nhỏ hoặc sai lỗi nhỏ hoặc cả hai. Số lượng hoặc mức độ khuyết tật hoặc sai lỗi làm giảm giá trị cảm 3 3 quan của sản phẩm nhưng sản phẩm vẫn đạt tiêu chuẩn. Sảm phẩm có khuyết tật nhỏ hoặc sai lỗi nhỏ hoặc cả hai. Số lượng hoặc mức độ khuyết tật hoặc sai lỗi làm cho sản phẩm 4 2 không đạt mức chất lượng trong tiêu chuẩn quy định, nhưng còn khả năng bán được. Sản phẩm có khuyết tật và sai lỗi trầm trọng, không đạt mục đích sử dụng chính của sản phẩm đó. Song sản phẩm chưa coi là 5 1 hỏng. Sản phẩm có không thể bán được nhưng khi tái chế thích hợp vẫn có thể sử dụng được. Sản phẩm khuyết tật và sai lỗi ở mức rất trầm trọng, sản phẩm bị 6 0 coi là hỏng không sử dụng được nữa. 32
44. Khi đánh giá, m ỗi kiểm nghiệm viên căn cứ kết quả ghi nhận được, đối chiếu với bảng mô tả các chỉ tiêu này. Nếu có nhiều kiểm nghiệm viên đánh giá (n) thì điểm trung bình là kết quả trung bình cộng của (n) kiểm nghiệm viên, lấy chính xác đến 2 chữ số thập phân sau dấu phẩy. Trong thực tế, các chỉ tiêu có mức độ quan trọng khác nhau, cần có một hệ số quan trọng để biểu thị mức độ quan trọng. Hệ số này được quy định cho từng loại sản phẩm cụ thể do các chuyên gia đề nghị. Tích các điểm trung bình của một số chỉ tiêu với hệ số quan trọng của chỉ tiêu đó là điểm trung bình có trọng lượng của chỉ tiêu đó. Bảng 2.4. Bảng phân cấp chất lượng Yêu cầu về điểm trung bình Cấp chất lượng Điểm chung chưa có trọng lượng đối với các chỉ tiêu Loại tốt 18,6-20 Các chỉ tiêu quan trọng nhất >= 4,7 Loại khá 15,2-18,5 Các chỉ tiêu quan trọng nhất >=3,8 Loại trung bình 11,2-15,1 Mỗi chỉ tiêu >= 2,8 Loại kém (không đạt mức chất lượng quy định trong tiêu chuẩn nhưng vẫn 7,2-11,1 Mỗi chỉ tiêu >= 1,8 còn khả năng bán được còn sử dụng được) Loại hỏng (không còn 0 -3,3 sử dụng được) Điểm chung là tổng số điểm có trọng lượng của tất cả các chỉ tiêu cảm quan. Để phân cấp chất lượng, người ta sử dụng điểm có trọng lượng. TCVN 3215 38
45. - 79 quy định các cấp chất lượng đối với sản phẩm có điểm chung và các điểm trung bình chưa có trọng lượng đối với một số chỉ tiêu tương ứng như sau. 2. Xây dựng thang điểm cảm quan. Đối với nước giải khát các chỉ tiêu cảm quan quan trọng cần kiểm tra là: độ trong, mùi, vị. Dựa trên các tài liệu về kiểm nghiệm, cách đánh giá tiêu chuẩn của nước quả lên men và TCVN 3215-79. Tiêu chuẩn phân tích cảm quan sản phẩm thực phẩm. Phương pháp cho điểm kiểm nghiệm cảm quan đối với nước giải khát thủy phân từ bột bí đỏ như sau: Bảng 2.5. Bảng điểm về độ trong và màu sắc của sản phẩm Bậc đánh Điểm chưa Cơ sở đánh giá giá có trọng 5lư ợng Nước giải khát thủy phân trong không vẩn đục và 1 vật thể lạ nhỏ. Màu hoàn toàn đặc trưng cho sản phẩm. 4 Nước giải khát thủy phân trong, không vẩn đục, có 2 ít nhất vật thể lạ nhỏ. Màu đặc trưng cho sản phẩm. 3 3 Nước giải khát thủy phân trong, có tương đối nhiều vật thể lạ nhỏ. Màu hơi khác một ít so với màu đặc trưng. Nước giải khát thủy phân hơi đục, có khá nhiều vật 4 2 thể lạ nhỏ, thô. Màu khác nhiều so với màu đặc trưng của sản phẩm. 5 Chất lỏng đục nhiều lắng cặn, có nhiều vật thể lạ, 1 thô. 6 0 Có nhiều cợn trắng, màu bẩn, sản phẩm bị hỏng. 39
46. Bảng 2.6. Bảng về vị của nước giải khát thủy phân Bậc Điểm chưa Cơ sở đánh giá đánh có trọng giá lượng 1 5 Vị ngọt thanh nhẹ của đường glucose hài hòa với vị đặc trưng cho nước giải khát thủy phân, dễ uống và lưu hậu vị. 2 4 Hơi thiếu đậm, ngọt dịu, vẫn đảm bảo vị hài hòa, lưu hậu vị. 3 3 Thiếu ngọt, vị hơi lợ làm cho sản phẩm ít hài hòa, ít lưu vị. 4 2 Vị ngọt hơi gắt làm ít hài hòa ít lưu vị. 5 1 Vị nhạt không cảm nhận được mùi. 6 0 Vị quá nhạt, có vị lạ, không cảm nhận được mùi. Bảng 2.7. Bảng điểm về mùi của nước giải khát thủy phân Bậc Điểm chưa có đánh Cơ sở đánh giá trọng lượng giá 1 5 Thơm dịu, hài hòa với mùi thơm của nguyên liệu 2 4 Có mùi thơm nhẹ, hài hòa, không có mùi lạ. Mùi thơm rất ít, vẫn có mùi đặc trưng của nước giải khát 3 3 thủy phân. Có mùi thoảng qua, ít có mùi thơm đặc trưng của nước giải 4 2 khát thủy phân. 40
47. Chỉ ngửi thấy mùi, khó cảm nhận được mùi nhưng không 5 1 có mùi lạ. 6 0 Có mùi lạ, không có mùi đặc trưng. Khi đánh giá các chỉ tiêu cảm quan trên thì có 5 kiểm nghiệm viên tham gia đánh giá cho điểm. Kết quả trình bày là trung bình cộng điểm của các kiểm nghiệm viên. Đối với nước giải khát thủy phân các chỉ tiêu cảm quan trên có các hệ số quan trọng như sau: Vị: hệ số quan trọng K = 2,0 Mùi: hệ số quan trọng K = 1,2 Màu sắc và độ trong: hệ số quan trọng K = 0,8 Tích điểm trung bình của một chỉ tiêu với hệ số quan trọng của các chỉ tiêu đó là điểm trung bình có trọng lượng của chỉ tiêu đó. Điểm chung về cảm quan của mẫu là tổng số điểm có trọng lượng của tất cả các chỉ tiêu cảm quan. Để đánh giá chất lượng sản phẩm nước giải khát thủy phân, tôi kiểm tra các thông số pH, DE, độ Brix, hàm lượng đường sau thủy phân. Ngoài ra sản phẩm được kiểm tra bằng phương pháp cảm quan (cho điểm). Dựa vào bảng điểm chuẩn xây dựng ở trên, hội đồng cảm quan bao gồm 5 người để đánh giá sản phẩm với các chỉ tiêu: Độ trong và màu sắc, mùi, vị. Việc đánh giá chất lượng theo phương pháp cảm quan được tuân thủ theo thủ tục và qui định của phương pháp cho điểm TCVN 3215-79. • Phương pháp xử lí số liệu Phân tích thống kê ANOVA theo chương trình Statgraphic centurion 16.1. Sự khác nhau giữa các trung bình nghiệm thức ( giữa các mẫu với nhau trong cùng thời điểm theo dõi) được so sánh thông qua LSD (Least Significant Difference) ở mức ý nghĩa 5%. Sử dụng phần mềm Microsoft Office Excel 2010 để vẽ đồ thị. 41
48. 2.3. Bố trí thí nghiệm 2.3.1. Quy trình dự kiến Bột bí đỏ Hồ hóa Enzyme Termamyl, Dịch hóa CaCl2 Làm nguội Axit citric Chỉnh pH Enzyme Đường hóa Fungamyl Lọc 1 Bã lọc Axit citric Chỉnh pH Enzyme Làm trong Pectinex Lọc 2 Đóng chai Thanh trùng Sản phẩm Maltose Hình 2.2. Sơ đồ quy trình dự kiến 42
49. 2.3.2. Bố trí thí nghiệm nghiên cứu Thí nghiệm 1: Khảo sát tỉ lệ nước : bột bí đỏ Mục đích: nhằm xác định được tỉ lệ nước và bột bí đỏ thích hợp cho giá trị cảm quan Yếu tố được cố định: - Khối lượng bột bí đỏ sử dụng: 20g - Nồng độ các enzyme: 0,2% - pH ban đầu của nguyên liệu: 6,7 Yếu tố thí nghiệm: giá trị cảm quan sản phẩm khảo sát 3 tỉ lệ bột bí đỏ : nước như sau: Bảng 2.8. Bảng tỉ lệ các mẫu trong thí nghiệm Bột bí đỏ : nước 1:25 1:30 1:35 Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Màu vàng hơi Màu vàng đậm, Màu vàng nhạt, Đặc điểm mẫu đậm, mùi bí vừa mùi nồng mùi bí ít phải Thí nghiệm 2: Khảo sát nhiệt độ và thời gian của quá trình dịch hóa Mô tả thí nghiệm: pha hỗn hợp bột nước với tỷ lệ 1:30. Theo các tài liệu tham khảo huyền phù tinh bột thủy phân thường ở các nồng độ 20-30%. Nhiệt độ hồ hóa 100°C, hồ hóa trong 15-30 phút [6]. Sau đó, làm nguội hỗn hợp xuống vùng nhiệt độ thích hợp của enzyme termamyl topt= 90-105°C [6]. Cho enzyme termamyl vào dịch hóa, khảo sát độ đường để tìm ra nhiệt độ, thời gian thích hợp cho quá trình thủy phân. Do pH của hỗn hợp bột ban đầu là 6,7 nằm trong vùng pH hoạt động tối ưu của emzyme termamyl là pH (5,8-8,0). Do đó, em không cần chỉnh pH ở giai đoạn dịch hóa. 43
50. Cố định nồng độ enzyme termamyl ở giai đoạn dịch hóa là: 0,2% Sau đó, dịch hóa hỗn hợp trong bể điều nhiệt nhằm tạo môi trường nhiệt độ ổn định trong suốt quá trình. Khảo sát ở các nhiệt độ: A1= 90°C; A2= 95°C; A3= 100°C; A4 =105°C. Ở mỗi chế độ nhiệt khảo sát kiểm tra hàm lượng chất khô hòa tan ở các khoảng thời gian: B1= 15’; B2= 30’; B3= 45’; B4= 60’; B5= 75’; B6= 90’; B7= 105’. Tiến trình thí nghiệm được mô tả cụ thể qua sơ đồ bố trí sau: Bột bí đỏ Rây, làm sạch Tỷ lệ bột: nước 1:30 Hồ hóa 100°C, 15 Phút Làm nguội Bổ sung enzyme dịch hóa Termamyl Nghiên cứu nhiệt độ thích hợp cho giai đoạn dịch hóa A1 A2 A3 A4 Nghiên cứu thời gian thích hợp cho giai đoạn dịch hóa B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 Kiểm tra °Brix Hình 2.3. Sơ đồ tóm tắt bố trí thí nghiệm 2 44
51. Thí nghiệm 3: Nghiên cứu nồng độ enzyme và thời gian thích hợp cho giai đoạn đường hóa Điều kiện hoạt động tối ưu của enzyme fungamyl [6] pHopt= 4,5- 6,5 totp=55-60°C Dung dịch sau dịch hóa được làm nguội xuống 55°C. Sau đó, bổ sung enzyme vào với các nồng độ khác nhau. Tiến hành khảo sát các yếu tố như: độ đường (°Brix), hàm lượng đường khử, DE, hiệu suất thủy phân. Để tìm ra điều kiện thích hợp cho giai đoạn đường hóa có hiệu quả thủy phân cao. Nghiên cứu ở bốn nồng độ: D1= 0,10%; D2= 0,15%; D3= 0,20%; D4= 0,25% Tại mỗi nồng độ kiểm tra ở sáu khoảng thời gian: E1 = 1 giờ; E2 = 2 giờ; E3 = 3 giờ; E4= 4 giờ; E5= 5 giờ; E6 = 6 giờ. Tiến trình thí nghiệm được mô tả cụ thể qua sơ đồ bố trí sau: 45
52. Dung dịch sau dịch hóa Làm nguội xuống 55°C Axit citric chỉnh pH dung dịch (về pH5,5) Bổ sung enzyme đường hóa Fungamyl 800L Nghiên cứu nồng độ enzyme cho giai đoạn đường hóa D1 D2 D3 D4 Nghiên cứu thời gian thích hợp cho giai đoạn đường hóa E1 E2 E3 E4 E5 E6 DE Chất khô hòa tan (° ) Hàm lượng đường khử Hiệu suất thủy phân Hình 2.4. Sơ đồ tóm tắt bố trí thí nghiệm 3 46
53. 2.4. Phương pháp hoàn thiện sản phẩm Dung dịch sau khi dịch hóa sẽ còn chứa nhiều tinh bột sót chưa được thủy phân, hoặc các chất xơ. Do đó, cần có quá trình lọc để hoàn thiện sản phẩm. Quá trình lọc bằng bình lọc hút chân không. Nhằm giúp quá trình lọc diễn ra nhanh hơn và dịch sau khi lọc được trong hơn. Dung dịch thu được sau khi lọc sẽ được rót nóng, đóng chai rồi đem thanh trùng ngay ở các chế độ nhiệt độ 100°C và thời gian 50 phút thích hợp đối với sản phẩm. Sau đó, tiến hành bảo ôn trong 10 ngày và kiểm tra lại sản phẩm. Thanh trùng nhằm kéo dài thời gian bảo quản của sản phẩm, nhiệt độ thanh trùng càng cao thời gian thanh trùng càng dài thì sản phẩm càng bảo quản được lâu. Tuy nhiên nếu thời gian quá dài và nhiệt quá cao sẽ ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng của sản phẩm và hiệu quả kinh tế do tiêu tốn nhiên liệu không cần thiết. Do đó, cần nghiên cứu một chế độ thanh trùng phù hợp cho sản phẩm. Sau khi thanh trùng sản phẩm cần phải làm nguội nhanh tạo sự chênh lệch nhiệt độ.[4] Hình 2.5. Nước uống đóng chai thủy phân Chú ý thời gian nâng nhiệt và hạ nhiệt trong chế độ thanh trùng phải tương đương với nhau. 47
54. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả và thảo luận 3.1.1. Khảo sát tỉ lệ nước và bột bí đỏ phù hợp cho sản phẩm Hình 3.1. Hình ảnh chuẩn bị mẫu cảm quan Nhằm tạo ra sản phẩm có màu sắc, mùi và vị hấp dẫn chúng tôi tiến hành thay đổi hàm lượng bột bí đỏ và nước với các tỷ lệ theo khối lượng như sau: 25:1; 30:1; 35:1. Sau đó sử dụng quy trình dự kiến để sản xuất nước bí đỏ. Kết quả xác định điểm cảm quan của các mẫu này được thể hiện ở hình 3.1 và bảng 3.1. Bảng 3.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ nước : bột bí đỏ đến giá trị cảm quan sản phẩm Điểm trung bình chưa có trọng lượng Mẫu Màu sắc Mùi Vị 1(25:1) (g) 4 ± 0,23a 4,2 ± 0,11a 1,4 ± 0,3a 2(30:1) (g) 4 ± 0,52a 4,6 ± 0,11ab 3,4 ± 0,61a 3(35:1) (g) 4 ± 0,2a 4,6 ± 0,34a 1,4 ± 0,83a (Trong cùng một cột (hoặc hàng), những số có mũ khác nhau thì khác biệt với độ tin cậy 95%) 48
55. Kết quả bảng 3.1 cho ta thấy có sự khác biệt ý nghĩa về các chỉ tiêu đánh giá cảm quan ở các sản phẩm có tỉ lệ nước : bột bí đỏ khác nhau, có ý nghĩa thống kê ở mức α = 0,05. Trong đó, mẫu 2 có điểm cảm quan cao nhất và có sự khác biệt ý nghĩa với các mẫu 1 và mẫu 3. Kết quả này cho thấy sử dụng với tỉ lệ nước : bí đỏ 30: 1 sẽ làm cho người uống dễ chịu, có màu vàng hơi đậm, thơm mùi đặc trưng của bí đỏ gây ấn tượng cho người tiêu dùng. Bảng 3.2. Bảng đánh giá xếp loại chất lượng sản phẩm Mẫu Điểm trung bình có trọng lượng Xếp loại 1 11,04 Trung bình 2 15,52 Khá 3 13,12 Trung bình Dựa vào kết quả điểm trung bình có trọng lượng ở bảng 3.2 theo tiêu chuẩn TCVN 3215-79 cho thấy sản phẩm mẫu 1 và mẫu 3 chỉ xếp loại trung bình, sản phẩm mẫu 2 xếp loại khá (15,52 điểm). Tỉ lệ nước : bột bí đỏ 18 15.52 16 14 13.12 12 11.04 10 8 6 4 2 Điểm trung bình có trọng trọng có bình trung Điểm lượng 0 25:1 30:1 35:1 Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn kết quả cảm quan sản phẩm với các tỉ lệ nước: bột bí đỏ khác nhau Qua đồ thị ta thấy mẫu 2 được đánh giá cảm quan là cao nhất với tỉ lệ nước: bột bí đỏ là 30:1 thì sẽ làm cho người uống có cảm giác dễ chịu, sản phẩm có 49
56. màu vàng hơi đậm, thơm mùi đặc trưng hài hòa của bí đỏ. Đối với mẫu 1 do nhiều bột hơn cho ra mùi bí nồng hơn và màu sắc sẫm đậm không đẹp mắt. Đối với mẫu 3 do ít bột hơn nên mùi vị nhạt hơn và màu cũng nhạt dần nhìn không hài hòa làm giảm giá trị cảm quan. Như vậy, căn cứ vào kết quả thu thập và xử lí được ta thấy mẫu 2 cho ra giá trị cảm quan cao (vừa làm cho người uống dễ chịu, màu sắc vàng hơi đậm, thơm mùi đặc trưng của bí đỏ không quá nồng), có ý nghĩa khác biệt nhất. Kết luận: Đối với tỉ lệ nước và bí đỏ ta chọn tỉ lệ 30:1 3.1.2. Khảo sát nhiệt độ và thời gian thích hợp cho giai đoạn dịch hóa Ta có, chế phẩm enzyme termamyl có khoảng pH hoạt động tối ưu là 5,8- 8,0. Khoảng nhiệt độ thích hợp là 90-105°C. Thí nghiệm được khảo sát: - Nhiệt độ 90°C, 95°C, 100°C, 105°C. - Nồng độ cơ chất tinh bột 20% - pH dịch ban đầu: 6,7 - Cố định nồng độ enzyme termamyl: 0,20% Ghi nhận kết quả khảo sát được: Bảng 3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian trong giai đoạn dịch hóa Nhiệt độ Thời gian (phút) (◦C) 15 30 45 60 75 90 105 90 2,1 3,8 4,0 5,0 5,5 6,3 6,4 95 2,3 4,0 4,1 5,5 5,9 6,8 6,9 100 2,3 4,2 4,2 5,5 5,9 6,9 6,8 105 2,3 4,2 4,3 5,6 5,9 6,7 6,7 50
57. 8 ) 7 Brix 0 ( 6 5 4 3 2 1 0 Hàm Hàm lượng chất khô hòa tan 0 20 40 60 80 100 120 Thời gian (phút) 90 95 100 105 Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian lên giai đoạn dịch hóa Nhận xét: ta thấy nồng độ chất khô tăng dần theo thời gian. Tuy nhiên ở nhiệt độ 95°C, 100°C, 105°C thì nồng chất khô tăng chậm. Nên chúng tôi chọn nhiệt độ dịch hóa là 95°C trong 90 phút là thích hợp. Trong quá trình dịch hóa độ nhớt của dung dịch lúc đầu giảm nhanh sau một thời gian thì độ nhớt giảm chậm lại. Kết luận: Từ kết quả nghiên cứu ta chọn được điều kiện thích hợp cho enzyme dịch hóa: Thời gian dịch hóa: 90 phút Nhiệt độ dịch hóa: 95℃ 3.1.3. Khảo sát nồng độ enzyme và thời gian thích hợp cho giai đoạn đường hóa Dung dịch sau khi dịch hóa ở điều kiện khảo sát thích hợp, sẽ được làm nguội xuống 55°C và điều chỉnh pH từ vùng trung tính về pH 5,5 nhằm tạo điều kiện thích cho enzyme hoạt động ở giai đoạn đường hóa. Sau đó bổ sung enzyme fungamyl. Khảo sát nồng độ enzyme fungamyl ở bốn nồng độ: 0,10%; 0,15%; 0,20%; 0,25%. Ở mỗi nồng độ nghiên cứu các yếu tố khảo sát ở các khoảng thời gian: 1 giờ, 2 giờ, 3 giờ, 4 giờ, 5 giờ, 6 giờ. 51
58. Hàm lượng bột bí đỏ 20% so với nước. Kiểm tra và so sánh độ đường, hàm lượng đường khử, ở các nồng độ enzyme. Từ đó chọn ra nồng độ enzyme thích hợp nhất. Ghi nhận kết quả khảo sát được. Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ, thời gian lên giai đoạn đường hóa Nồng độ Thời gian Yếu tố khảo sát enzyme (%) đường hóa Hàm lượng DE (%) Hiệu suất (giờ) đường khử (%) (%) 1,0 4,24 4,46 80,12 2,0 6,67 7,02 81,45 0,10 3,0 7,92 8,34 83,78 4,0 8,63 9,08 85,90 5,0 8,65 9,11 85,93 6,0 8,68 9,14 86,45 1,0 4,38 4,61 80,67 2,0 6,75 7,11 81,74 0,15 3,0 7,98 8,4 84,56 4,0 8,73 9,19 85,90 5,0 8,85 9,32 86,53 6,0 8,88 9,35 86,95 1,0 4,64 4,88 80,75 2,0 6,87 7,23 82,94 0,20 3,0 7,97 8,39 85,13 4,0 9,74 10,25 87,30 5,0 9,75 10,26 87,32 6,0 9,77 10,28 87,45 0,25 1,0 4,65 4,89 80,95 52
59. 2,0 6,91 7,27 83,94 3,0 7,97 8,39 85,53 4,0 9,76 10,27 87,39 5,0 9,77 10,28 87,42 6,0 9,77 10,28 87,45 Biểu diễn các số liệu khảo sát trong thí nghiệm lên đồ thị và nhận xét: Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nồng độ enzyme và thời gỉan đường hóa đến hiệu suất thủy phân (%) Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nồng độ enzyme và thời gian đường hóa đến hàm lượng đường khử (%) Nhận xét: Dựa vào đồ thị ta nhận thấy rằng, khi nồng độ enzyme fungamyl càng cao và thời gian đường hóa càng dài thì hàm lượng đường khử sản phẩm 53
60. và hiệu suất thủy phân càng cao. Tuy nhiên, ở nồng độ enzyme 0,20% và 0,25% thì hàm lượng đường khử của sản phẩm và hiệu suất thủy phân gần như bằng nhau. Tương tự ở giai đoạn đầu của quá trình thủy phân thì hàm lượng đường khử và hiệu suất thủy phân tăng nhanh chóng nhưng thời gian thủy phân càng dài thì tốc độ tăng chậm lại và kể từ sau 4 giờ hầu như không tăng nữa. Kết luận: theo kết quả nghiên cứu chúng tôi quyết định chọn nồng độ fungamyl thích hợp cho quá trình dịch hóa là 0,20% và thời gian dịch hóa là 4 giờ. 3.1.4. Quy trình đề xuất 3.1.4.1. Sơ đồ quy trình đề xuất 54
61. Bột bí đỏ Tỉ lệ bột:nước Hồ hóa 100˚C, trong 15phút 1:30 Làm nguội 95˚C Bổ sung enzyme termamyl 120L 0,2% Dịch hóa ở 95˚C, trong 90 phút Làm nguội 55˚C Axit citric Chỉnh pH sau dịch hóa, đạt pH 5,5) Bổ sung enzyme fungamyl 800L 0,2% Đường hóa 55˚C, trong 4 giờ Lọc 1 Axit citric Chỉnh pH 5,0 Bổ sung enzyme pectinex 0,2% Làm trong ở 45˚C, trong 60 phút Thành phẩm Lọc 2 Bao bì Đóng chai Thanh trùng, bảo ôn Hình 3.6. Sơ đồ55 quy trình đề xuất cho sản phẩm
62. 3.1.4.2. Thuyết minh quy trình ❖ Quá trình hồ hoá Để giúp enzyme tác dụng tốt hơn lên mạch tinh bột, cần phải có giai đoạn hồ hoá. Đây là hiện tượng xảy ra khi hạt tinh bột được xử lý đồng thời bằng nhiệt và ẩm. Nhiệt độ hồ hoá tinh bột thường là phải cao hơn 100°C. Ở đây chúng tôi chọn nồng độ thủy phân bột bí đỏ là 20%. Theo các tài liệu tham khảo huyền phù tinh bột thủy phân thường ở các nồng độ 20-30%, để tránh hiện tượng cháy khét, vón cục trong quá trình hồ hóa. Nhiệt độ hồ hóa 100°C, hồ hoá trong 15 phút. ❖ Quá trình dịch hoá Trong quá trình dịch hoá, độ pH của tinh bột cần phải được điều chỉnh về vùng trung tính, bổ sung enzyme dịch hoá termamyl với nồng độ thích hợp. Quá trình này cắt đứt mạch tinh bột tạo những phân tử hoà tan trong nước nóng. Hiện tượng này làm các liên kết trong tinh bột đã hồ hoá trở nên lỏng lẻo, độ nhớt của dung dịch hồ hoá giảm xuống. Điều kiện dịch hóa thích hợp khảo sát được là nhiệt độ 95°C, dịch hóa trong 90 phút. Do pH của hỗn hợp nằm trong vùng pH hoạt động tối thích của enzyme termamyl nên chúng tôi không chỉnh pH ở giai đoạn này. ❖ Quá trình đường hoá Hỗn hợp sau khi dịch hoá được làm nguội xuống khoảng 55°C, được điều chỉnh về pH thích hợp là pH=5,5 bổ sung enzyme đường hoá fungamyl vào với nồng độ thích hợp được khảo sát là 0,20%, đường hóa trong liên tục trong 4 giờ. Trong quá trình này các hợp chất, phân tử thấp sẽ hoà tan vào nước và trở thành chất chiết của dịch đường sau này. Các hợp chất cao phân tử như tinh bột oligosaccharide sẽ bị tác động bởi enzyme tương ứng phân huỷ thành các phân tử đơn giản hoà tan vào nước. 56
63. ❖ Quá trình lọc 1 Sau khi quá trình thủy phân kết thúc, trong hỗn hợp thu được còn chứa nhiều chất xơ, tinh bột sót mà enzyme chưa thủy phân triệt để, làm cho dung dịch không đồng nhất, do đó cần phải tiến hành lọc để loại bỏ phần bã này. Quá trình lọc được tiến hành bằng máy lọc hút chân không. ❖ Quá trình làm trong Hỗn hợp sau khi lọc 1 lấy hết bã đi được làm nguội khoảng 45°C, được điều chỉnh về pH thích hợp là pH=5,0 bổ sung enzyme pectinex utral clear vào với nồng độ là 0,20%, để liên tục trong 1 giờ. Sau quá trình giúp sản phẩm có được sự đồng nhất. ❖ Quá trình lọc 2 Quá trình lọc thứ 2 này giúp sản phẩm được trong hơn, loại bỏ những chất xơ còn sót lại. ❖ Quá trình thanh trùng [4] Mục đích của quá trình thanh trùng là giúp sản phẩm được ổn định và bảo quản được lâu hơn ở điệu kiện nhiệt độ bình thường mà duy trì được mức dinh dưỡng của sản phẩm. ❖ Quá trình bảo ôn Sản phẩm sau khi hoàn thiện được bảo ôn ít nhất mười 10-15 ngày nhằm phát hiện những sản phẩm hư hỏng. 3.2. Sản xuất thử nghiệm sản phẩm theo quy trình đề xuất Sản xuất thử nghiệm 1000 ml nước uống đóng chai theo quy trình đề xuất đã nghiên cứu. Giai đoạn hồ hóa: nồng độ bột bí đỏ là 20%, pH của hỗn hợp bột đo được là 6,7. Hỗn hợp nước bột được hồ hóa trong 15-30 phút ở 100°C. Giai đoạn dịch hóa: cho dịch hồ hóa nguội xuống khoảng 95°C, bổ sung enzyme termamyl ở nồng độ 0,20% so với cơ chất thủy phân. Dịch hóa liên tục trong 90 phút ở nhiệt độ 95°C. 57
64. Giai đoạn đường hóa: sau khi dịch hóa dung dịch tiếp tục được làm nguội xuống nhiệt độ 55°C, dùng acid citric 1% chỉnh pH của dung dịch về 5,5. Bổ sung enzyme Fungamyl với nồng độ 0,20% rồi đường hóa liên tục trong 4 giờ. Nhiệt độ luôn phải giữ ổn định ở 55°C. Dung dịch sau khi đường hóa được lọc cặn thường là một lượng nhỏ tinh bột còn sót chưa được thủy phân và xơ. Giai đoạn làm trong: Hỗn hợp sau khi lọc 1 lấy hết bã đi được làm nguội khoảng 45°C, được điều chỉnh về pH thích hợp là pH=5,0 bổ sung enzyme pectinex utral clear vào với nồng độ là 0,20%, để liên tục trong 1 giờ. Lọc lần 2 bỏ đi cặn còn sót lại. Cuối cùng rót chai, thanh trùng, bảo ôn và hoàn thiện sản phẩm. ❖ Sản phẩm được đánh giá cảm quan - Màu sắc: màu vàng đậm - Vị: ngọt nhẹ - Mùi: thơm dịu, đặc trưng ❖ Giá trị dinh dưỡng của sản phẩm được đánh giá - Độ Brix: 6,9% - Hàm lượng đường khử (g/100ml): 9,74% - Hàm lượng đường tổng (g/100ml): 18,23% 58
65. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 4.1. Kết luận ❖ Các thông số công nghệ từ nước uống thủy phân từ bột bí đỏ. • Quá trình hồ hóa được thực hiện ở 100°C trong 15 phút. • Quá trình dịch hóa - Tỉ lệ nước và nguyên liệu 30:1 - Nhiệt độ dịch hóa: 95°C trong 90 phút - Enzyme dịch hóa: Termamyl 120L, nồng độ 0,20% • Quá trình đường hóa: - Nhiệt độ đường hóa: 55°C trong 4 giờ - Enzyme đường hóa: Fungamyl 800L, nồng độ 0,20% - pH dung dịch đường hóa: 5,5 • Quá trình làm trong Enzyme Pectinex Utral Clear cố định 0,2% • Quá trình lọc: hỗn hợp sau khi đường hóa được lọc bàng máy lọc hút chân không. Để loại cặn lắng và màu trong suốt có giá trị cảm quan cao. Sau đó được rót nóng và đóng chai thanh trùng. Sản phẩm được bảo ôn 10 ngày và sau đó kiểm tra độ ổn định của sản phẩm 4.2. Đề nghị Đây loại nước uống đóng chai có giá trị dinh dưỡng cao, hàm lượng carbohydrate cao trong sản phẩm cũng là nguồn cung cấp năng lượng thiết yếu cho cơ thể trong các hoạt động hằng ngày. Sản phẩm thích hợp cho mọi lứa tuổi. Do đề tài nghiên cứu nước uống đóng chai thủy phân từ bột bí đỏ tương đối mới và thời gian thực hiện đề tài tương đối nên còn một số vấn đề chưa được nghiên cứu sâu. 59
66. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hoàng Kim Anh, Ngô Kế Sương, Nguyễn Xích Liên (2006). Tinh bột sắn và các sản phẩm từ tinh bột sắn, Nxb khoa học và kỹ thuật. [2] Nguyễn Trọng Cẩn, Nguyễn Thị Hiền, Đổ Thị Giang, Trần Thị Luyến (1998). Công nghệ enzyme, Nxb Nông nghiệp. [3] Lê Văn Hoàng (2008). Giáo trình tinh bột thực phẩm, Đại học Đà Nẵng. [4] Lê Mỹ Hồng (2006). Giáo trình công nghệ chế biến đồ hộp, Trường Đại học Cần Thơ. [5] Bùi Đức Hợi (2009). Kỹ thuật chế biến lương thực, tập 2, Nxb Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội. [6] Nguyễn Đức Lượng (chủ biên), Cao Cường, Nguyễn Ánh Tuyết, Lê Thị Thủy Tiên, Tạ Thu Hằng, Huỳnh Ngọc Oanh, Nguyễn Thúy Hương, Phan Thị Huyền (2010). Công nghệ enzyme, Nxb Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh. [7] Lương Tuyết Liên (2011). Nghiên cứu thí nghiệm sản xuất nước uống thủy phân từ bột bí đỏ bằng enzyme alpha amylase, Đồ án tốt nghiệp đại học khóa 2, trường đại học Bà Rịa Vũng Tàu. [8] Lê Văn Việt Mẫn (2010). Công nghệ chế biến thực phẩm, Nxb Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh. [9] Trần Thị Thu Trà (2007). Công nghệ bảo quản và chế biến lương thực tập 1, Nxb Đại học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh. [10] Phạm Minh Tâm (1992). Thỉ nghiệm hóa sinh, Nxb Trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh. [11] Nguyễn Đình Thưởng, Nguyễn Thanh Hằng (2005). Công nghệ sản xuất và Kiểm tra cồn Etylic, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. [12] Lê Ngọc Tú (2000). Biến hình sinh học các sản phẩm từ hạt, Nxb Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội. [13] Lê Ngọc Tú (chủ biên), Phạm Quốc Thắng, La Văn Chứ, Đặng Thị Thu, Nguyễn Thị Thịnh, Bùi Đức Hợi, Lưu Duẩn, Lê Doãn Biên (2000). Hóa sinh
67. công nghiệp, Nxb Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội [14] Lê Ngọc Tú (chủ biên) (1999). Hóa học thực phẩm, Nxb Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội. [15] Lê Bạch Tuyết và các tác giả (1996). Các quá trình công nghệ cơ bản trong sản xuất thực phẩm, Nxb Giáo dục [16] www.wikipedia.org
68. PHỤ LỤC Phục lục 1: Phương pháp đánh giá cảm quan Mẫu Số lần đánh Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 giá CQV Màu sắc 1 3 3 4 2 4 4 5 3 4 4 5 Lần 1 4 5 4 4 5 4 4 4 Tổng 20 19 22 Trung bình 4,0 3,8 4,4 1 4 4 4 2 3 4 5 3 4 4 5 Lần 2 4 5 4 4 5 4 4 5 Tổng 20 20 23 Trung bình 4,0 4,0 4,6 1 4 4 5 2 4 5 5 3 4 5 4 Lần 3 4 5 5 5 5 5 5 5 Tổng 22 24 24
69. Trung bình 4,4 4,8 4,8 Trung bình 3 4,13 4,2 4,6 lần đánh giá Mùi 1 4 5 4 2 5 5 4 3 5 5 4 Lần 1 4 3 5 3 5 4 4 5 Tổng 21 24 20 Trung bình 4,2 4,8 4,0 1 4 4 5 2 5 5 4 3 5 5 4 Lần 2 4 4 5 5 5 3 4 5 Tổng 21 23 23 Trung bình 4,2 4,6 4,6 1 4 5 4 2 4 5 5 3 5 4 4 Lần 3 4 4 5 5 5 5 5 5 Tổng 22 24 23 Trung bình 4,4 4,8 4,6 Trung bình 3 4,26 4,73 4,4 lần đánh giá
70. Vị 1 1 3 1 2 3 3 1 3 1 1 1 Lần 1 4 1 1 1 5 1 3 3 Tổng 7 11 7 Trung bình 1,4 2,2 1,4 1 3 3 1 2 1 4 3 3 3 3 4 Lần 2 4 1 4 1 5 1 3 4 Tổng 9 17 13 Trung bình 1,8 3,4 2,6 1 1 3 4 2 3 4 3 3 1 1 1 Lần 3 4 4 3 4 5 1 4 3 Tổng 10 15 15 Trung bình 2,0 3,0 3,0 Trung bình 3 1,73 2,86 2,33 lần đánh giá
71. Bảng phân tích ANOVA cảm quan về màu sắc của mẫu Source Sum of Df Mean F-Ratio P-Value Squares Square Between 0.382222 2 0.191111 1.54 0.2894 groups Within 0.746667 6 0.124444 groups Total 1.12889 8 (Corr.) Bảng kết quả trung bình Stnd. error Mẫu Count Mean (pooled s) 1 3 4.13333 0.20367 2 3 4.2 0.20367 3 3 4.6 0.20367 Total 9 4.31111 Bảng kiểm định LSD về màu sắc ở 95% Method: 95.0 percent LSD Mẫu Coun Mean Homogeneous t Groups 1 3 4.1333 X 3 2 3 4.2 X 3 3 4.6 X
72. Bảng phân tích ANOVA cảm quan về mùi của sản phẩm Source Sum of Df Mean F-Ratio P-Value Squares Square Between 0.346667 2 0.173333 3.55 0.0963 groups Within 0.293333 6 0.0488889 groups Total 0.64 8 (Corr.) Bảng kết quả trung bình Stnd. Error Mẫu Count Mean (pooled s) 1 3 4.26667 0.127657 2 3 4.73333 0.127657 3 3 4.4 0.127657 Total 9 4.46667 Bảng kiểm định LSD về mùi ở 95% Method: 95.0 percent LSD mâ Coun Mean Homogeneo u t us Groups 1 3 4.2666 X 7 3 3 4.4 XX 2 3 4.7333 X 3
73. Bảng phân tích ANOVA cảm quan về vị của sản phẩm Source Sum of Df Mean F-Ratio P-Value Squares Square Between 1.92889 2 0.964444 2.49 0.1628 groups Within 2.32 6 0.386667 groups Total 4.24889 8 (Corr.) Bảng kết quả trung bình Stnd. error Mẫu Count Mean (pooled s) 1 3 1.73333 0.359011 2 3 2.86667 0.359011 3 3 2.33333 0.359011 Total 9 2.31111 Bảng kiểm định LSD về màu sắc ở 95% Method: 95.0 percent LSD Mẫu Count Mean Homogeneous Groups 1 3 1.73333 X 3 3 2.33333 X 2 3 2.86667 X
74. Kết quả đánh giá cảm quan theo TCVN 3215 – 79 của mẫu 1 Các chỉ Điểm từng thành viên TB Hệ số TB tiêu trọng có Tổng Chưa lượng TL T1 T2 T3 T4 T5 TL Màu sắc 3 4 4 5 4 20 4 0,8 3,2 Mùi 4 5 5 3 4 21 4,2 1,2 5,04 Vị 1 3 1 1 1 7 1,4 2 2,8 Điểm chất lượng 11,04 Xếp loại: Trung bình Kết quả đánh giá cảm quan theo TCVN 3215 – 79 của mẫu 2 Các chỉ Điểm từng thành viên TB Hệ số TB tiêu trọng có Tổng Chưa lượng TL T1 T2 T3 T4 T5 TL Màu sắc 4 4 4 4 4 20 4 0,8 3,2 Mùi 4 5 5 5 4 23 4,6 1,2 5,52 Vị 3 4 3 4 3 17 3,4 2 6,8 Điểm chất lượng 15,52 Xếp loại: Khá
75. Kết quả đánh giá cảm quan theo TCVN 3215 – 79 của mẫu 3 Phục lục 2: Xác định hàm lượng đường khử bằng phương pháp chuẩn độ oxy hóa khử với ferrycyanure Các chỉ Điểm từng thành viên TB Hệ số TB tiêu trọng có Tổng Chưa lượng TL T1 T2 T3 T4 T5 TL Màu sắc 5 5 4 5 5 24 4 0,8 4,8 Mùi 4 5 4 5 5 23 4,6 1,2 5,52 Vị 1 1 1 1 3 7 1,4 2 2,8 Điểm chất lượng 13,12 Xếp loại: Trung bình Nguyên tắc Khi cho ferrycyanure K3Fe(CN)6 phản ứng với đường khử, sản phẩm thu được là ferrocyanure. Dựa vào phản ứng này, ta có thể suy ra lượng đường khử có mặt trong dung dịch cần xác định. Việc chuẩn độ được tiến hành trong môi trường kiềm NaOH, khi đun nóng với chỉ thị xanh (methylen blue). Phương trình phản ứng: CH2CH-(CHOH)4-CHO + K3Fe(CN)6 + 2NaOH -» CH2OH-(CHOH)4-COONa + Na K3Fe(CN)6 + H2O Tác dụng oxy hoá của K3Fe(CN)6 phụ thuộc vào bản chất và nồng độ đường, nồng độ kiềm, thời gian đun nóng và những yếu tố khác nên khi tiến hành trình tự thí nghiệm và thao tác là quan trọng nhất. Các oligosacchride và polysaccharide dễ bị thuỷ phân thành monosaccharide vì vậy có thể định lượng đường khử trước và sau khi thuỷ phân của chúng Hoá chất dụng cụ Hoá chất . - Bếp điện , kẹp, lưới amiang, nồi cách thuỷ - Phễu, ống đong, bình định mức, becher, erlen, burette, pipette.
76. Dụng cụ - K3Fe(CN)6 1% - Đường glucose 0,5% - NaOH 5% ; 2,5 N - HC1 5% - CCl3COOH 10% - Methyl red 1% - Methyl blue 0,04% Cách tiến hành: cho vào erlen 10ml dung dịch K3Fe(CN)6 1% và 2,5 ml dung dịch NaOH 2,5 N; thêm vào một giọt methyl blue. Đun sôi và chuẩn độ ngay trên bếp bằng dung dịch đương khử cần xác định đã chuẩn bị trên buret, cho từng giọt một. Sau vài giây dung dịch màu xanh chuyển sang màu trắng và giọt thừa đầu tiên sẽ làm dung dịch có màu tím cho biết phản ứng đã kết thúc. Sau lần chuẩn độ đầu tiên mang tính định hướng ấy, tiến hành chuẩn độ lần thứ hai. Chỉ để khoảng dưới 1 ml để chuẩn độ tiếp theo. Chú ý đun thế nào, để sau 45-60 giây dung dịch bắt đầu sôi, tiếp tục đun thêm một phút nữa, cho vào một giọt methyl blue, làm nhỏ lửa và chuẩn độ đến khi mất màu xanh. Tiến hành thí nghiệm tương tự với dung dịch glucose chuẩn 0,5%. Để xác định đường tổng, lấy chính xác 50 ml dung dịch đường khử vào bình định mức 100, thêm vào 20 ml dung dịch HC1 5% đun cách thuỷ hỗn hợp trong 35-40 phút. Và cũng tiến hành chuẩn độ tương tự như xác định đường khử. Công thức tính 0,5×Vg × V1 × V2 × 100 100 × VT × m × 50 Lượng đường khử được tính bằng công thức: 0,5×Vg × V × 100 X = T 100 × Vk × m Trong đó - Xk: lượng đường khử (g/ml hay g/l00ml)
77. - Vg: thể tích dung dịch Glugcose 0,5% cho chuẩn độ (ml) - Vk: thể tích dung dịch đường khử cho chuẩn độ (ml) - V: thể tích bình định mức (ml). - M: lượng mẫu thí nghiệm (g) hoặc (ml). Lượng đường tổng được tính bằng công thức: 0,5×Vg × V1 × V2 × 100 X = T 100 × VT × m × 50 Trong đó: - XT: lượng đường tổng (%) - Vg : thể tích dung dịch glucose 0,5% cho chuẩn độ (ml) - VT : thể tích dung dịch đường tổng cho chuẩn độ (ml) - V1 :thể tích bình định mức của dung dịch xác định đường khử (ml) - V2 : thể tích bình định mức (ml). - m : lượng mẫu thí nghiệm (g). Công thức tính hiệu suất: 퐾ℎố𝑖 푙ượ푛𝑔 ℎấ푡 푡ℎự 푡ế 푡ℎ đượ H% = ℎố𝑖 푙ượ푛𝑔 ℎấ푡 푡í푛ℎ 푡ℎ푒표 푙í 푡ℎ ế푡 Phụ lục 3: Ảnh hưởng của hàm lượng chất khô hòa tan đến nhiệt độ và thời gian trong quá trình dịch hóa. Bảng phân tích ANOVA về hàm lượng chất khô hòa tan, nhiệt độ ở 90°C Source Sum of Df Mean F-Ratio P-Value Squares Square Between 1.68 2 0.84 252.00 0.0000 groups Within groups 0.02 6 0.00333 333 Total (Corr.) 1.7 8
78. Bảng kết quả trung bình Stnd. error phút Count Mean (pooled s) Lower limit Upper limit 105 3 6.56667 0.0333333 6.50899 6.62434 75 3 5.56667 0.0333333 5.50899 5.62434 90 3 6.36667 0.0333333 6.30899 6.42434 Total 9 6.16667 Bảng so sánh các nghiệm thức Method: 95.0 percent LSD phút Count Mean Homogeneous Groups 75 3 5.56667 X 90 3 6.36667 X 105 3 6.56667 X Bảng phân tích ANOVA về hàm lượng chất khô hòa tan, nhiệt độ ở 95°C Source Sum of Df Mean F-Ratio P-Value Squares Square Between groups 1.93556 2 0.967778 290.33 0.0000 Within groups 0.02 6 0.00333333 Total (Corr.) 1.95556 8 Bảng kết quả trung bình Stnd. error phút Count Mean (pooled s) Lower limit Upper limit 105 3 6.83333 0.0333333 6.77566 6.89101 75 3 5.86667 0.0333333 5.80899 5.92434 90 3 6.86667 0.0333333 6.80899 6.92434 Total 9 6.52222
79. Bảng so sánh các nghiệm thức Method: 95.0 percent LSD phút Count Mean Homogeneous Groups 75 3 5.86667 X 105 3 6.83333 X 90 3 6.86667 X Bảng phân tích ANOVA về hàm lượng chất khô hòa tan, nhiệt độ ở 100°C Source Sum of Squares Df Mean Square F-Ratio P-Value Between groups 1.80667 2 0.903333 162.60 0.0000 Within groups 0.0333333 6 0.00555556 Total (Corr.) 1.84 8 Bảng kết quả trung bình Stnd. error phut Count Mean (pooled s) Lower limit Upper limit 105 3 6.86667 0.0430331 6.79221 6.94112 75 3 5.9 0.0430331 5.82554 5.97446 90 3 6.83333 0.0430331 6.75888 6.90779 Total 9 6.53333 Bảng so sánh các nghiệm thức Method: 95.0 percent LSD phút Count Mean Homogeneous Groups 75 3 5.9 X 90 3 6.83333 X 105 3 6.86667 X
80. Phụ lục 4: Ảnh hưởng của hiệu suất đến nồng độ enzyme trong quá trình đường hóa. Bảng phân tích ANOVA về ảnh hưởng của hiệu suất đến nồng độ enzyme, trong thời gian 3 giờ Source Sum of Squares Df Mean Square F-Ratio P-Value Between 2.73042 2 1.36521 153.78 0.0000 groups Within 0.0532667 6 0.00887778 groups Total 2.78369 8 (Corr.) Bảng kết quả trung bình Stnd. error Nồng độ Count Mean (pooled s) Lower limit Upper limit 0.15 3 84.42 0.0543991 84.3259 84.5141 0.2 3 85.58 0.0543991 85.4859 85.6741 0.25 3 85.5967 0.0543991 85.5025 85.6908 Total 9 85.1989 Bảng so sánh các nghiệm thức Method: 95.0 percent LSD Nồng độ Count Mean Homogeneous Groups 0.15 3 84.42 X 0.2 3 85.58 X 0.25 3 85.5967 X
81. Bảng phân tích ANOVA về ảnh hưởng của hiệu suất đến nồng độ enzyme, trong thời gian 4 giờ Source Sum of Squares Df Mean Square F-Ratio P-Value Between 4.73429 2 2.36714 189.54 0.0000 groups Within 0.0749333 6 0.0124889 groups Total 4.80922 8 (Corr.) Bảng kết quả trung bình Stnd. error Nồng độ Count Mean (pooled s) Lower limit Upper limit 0.15 3 85.91 0.064521 85.7984 86.0216 0.2 3 87.4333 0.064521 87.3217 87.545 0.25 3 87.4633 0.064521 87.3517 87.575 Total 9 86.9356 Bảng so sánh các nghiệm thức Method: 95.0 percent LSD Nồng độ Count Mean Homogeneous Groups 0.15 3 85.91 X 0.2 3 87.4333 X 0.25 3 87.4633 X
82. Bảng phân tích ANOVA về ảnh hưởng của hiệu suất đến nồng độ enzyme, trong thời gian 5 giờ Source Sum of Squares Df Mean Square F-Ratio P-Value Between 1.53147 2 0.765733 106.52 0.0000 groups Within 0.0431333 6 0.00718889 groups Total (Corr.) 1.5746 8 Bảng kết quả trung bình Stnd. error Nồng độ Count Mean (pooled s) Lower limit Upper limit 0.15 3 86.6033 0.048952 86.5186 86.688 0.2 3 87.37 0.048952 87.2853 87.4547 0.25 3 87.5567 0.048952 87.472 87.6414 Total 9 87.1767 Bảng so sánh các nghiệm thức Method: 95.0 percent LSD Nồng độ Count Mean Homogeneous Groups 0.15 3 86.6033 X 0.2 3 87.37 X 0.25 3 87.5567 X