Báo cáo Hoàn thiện công nghệ, thiết bị sản xuất và ứng dụng maltodextrin từ tinh bột sắn, ngô trong sản xuất dược phẩm và thực phẩm - Ngô Tiến Hiển

B C N V C N T P B C N V C N T P BCN VCNTP Bộ công nghiệp Viện Công nghiệp thực phẩm 301 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội Báo cáo tổng kết Khoa học và kỹ thuật tên dự án: hOàN THIệN CÔNG NGHệ, THIếT Bị SảN XUấT Và ứNG DụNG MALTODEXTRIN Từ TINH BộT SắN, NGÔ TRONG SảN XUấT DƯợC PHẩM Và THựC PHẩM Mã Số kc 07- da 08 Tên cơ quan chủ trì: Viện Công nghiệp thực phẩm Chủ nhiệm dự án: PGS. TS. Ngô Tiến Hiển 6232 15/12/2006 Hà Nội, 03-2006 Bản quyền: Đơn xin sao chép toàn bộ hoặc từng phần tài liệu này phải gửi đến Viện tr−ởng Viện Công nghiệp thực phẩm, trừ trong tr−ờng hợp sử dụng với mục đích nghiên cứu. B C N V C N T P B .C N V C N T P BCN VCNTP Bộ công nghiệp Viện Công nghiệp thực phẩm 301 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội Báo cáo tổng kết Khoa học và kỹ thuật tên dự án: hOàN THIệN CÔNG NGHệ, THIếT Bị SảN XUấT Và ứNG DụNG MALTODEXTRIN Từ TINH BộT SắN,NGÔ) TRONG SảN XUấT DƯợC PHẩM Và THựC PHẩM Mã Số kc 07- da 08 Tên cơ quan chủ trì: Viện Công nghiệp thực phẩm Chủ nhiệm dự án: PGS. TS. Ngô Tiến Hiển Hà Nội, 03-2006 Tài liệu này đ−ợc chuẩn bị trên cơ sở kết quả thực hiện đề tài cấp Nhà n−ớc, Mã số: KC 07 -DA 1 Mở đầu Nhiều n−ớc trên thế giới (Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản...) đã nghiên cứu, sản xuất maltodextrin từ tinh bột sắn và ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp nh−: Thực phẩm, d−ợc phẩm, dệt may, sơn, giấy. Maltodextrin có đặc tính quý giá của chất mang (cariers), chất dính (binderers), chất độn, chất nhồi (fillers), chất bôi trơn (lubricants), chất rã (disintegrants), chất tạo khối l−ợng (bulkers)... nên đ−ợc ứng dụng rộng rãi. Trong công nghiệp thực phẩm, maltodextrin dùng để làm phụ gia trong sản xuất đồ uống trái cây dạng bột, chè và cà phê hòa tan, sản xuất các loại bánh kẹo, bánh t−ơi, các sản phẩm sữa, kem, t−ơng ớt, n−ớc chấm, n−ớc sốt, mì sợi... trong công nghiệp d−ợc, maltodextrin làm tá d−ợc đóng viên nén, vỏ capsule viên nang, làm chất mang biệt d−ợc (đặc biệt từ Linh chi) có khả năng bảo vệ các chất có hoạt tính sinh học. Một số n−ớc trong khu vực (Thái lan, Trung Quốc...) hàng năm xuất khẩu maltodextrin sang các n−ớc Mỹ, Nhật, Thụy Điển... Hiện nay, n−ớc ta đã v−ơn lên đứng hàng thứ 3 trên thế giới về sản l−ợng tinh bột sắn xuất khẩu. Cây sắn không còn là cây l−ơng thực, cây cứu đói, mà đã lên ngôi, trở thành cây công nghiệp. Nguyên liệu tinh bột sắn th−ờng đ−ợc dùng để chế biến thức ăn gia súc, sản xuất bột ngọt, lysin, cồn, đ−ờng mật tinh bột. Việt Nam có tiềm năng về nguyên liệu để sản xuất maltodextrin, nh−ng ch−a có Công ty nào sản xuất maltodextrin, trong khi đó nhiều Công ty phải nhập khẩu maltodextrin để làm nguyên liệu bổ sung, chất phụ gia với giá cao, khối l−ợng lớn và dùng ngoại tệ mạnh [10]. Các nghiên cứu trong n−ớc về công nghệ sản xuất maltodextrin, chủ yếu là dùng enzym Termamyl 120 L của hãng Novo (Đan Mạch). Chất l−ợng sản phẩm ch−a cao do phải sử dụng hóa chất để vô hoạt enzym và cố định giá trị DE ngay sau khi thuỷ phân [1, 17, 18, 20, 21]. Enzym SEB- Star HTL (Mỹ) là một sản phẩm th−ơng mại mới xuất hiện trên thị tr−ờng, ch−a đ−ợc nghiên cứu ứng dụng rộng rãi ở Việt Nam. Với đặc tính dễ bị vô hoạt ở nhiệt độ thấp hơn so với nhiệt độ vô hoạt enzym Termamyl 120 L, để ổn định giá trị DE, không cần dùng hóa chất để vô hoạt, không cần cột trao đổi ion để làm sạch sản phẩm. Xuất phát từ thực trạng nghiên cứu và sản xuất, nhu cầu của khách hàng, thị tr−ờng trong và ngoài n−ớc, chúng tôi xây dựng Thuyết minh dự án và tham gia tuyển chọn đã trúng thầu Dự án mã số KC07-DA08, thuộc Ch−ơng trình trọng điểm cấp Nhà n−ớc, giai đoạn 2001-2005: “Khoa học và Công nghệ phục vụ công nghiệp hóa và hiện 2 đại hóa nông nghiệp và nông thôn”, mã số KC 07. Bộ tr−ởng Bộ Khoa học và Công nghệ có Quyết định số: 2585/ QĐ-BKHCN ngày 30 tháng 12 năm 2003 về việc phê duyệt Chủ nhiệm, Cơ quan chủ trì và kinh phí Dự án sản xuất thử nghiệm, thuộc Ch−ơng trình Khoa học và Công nghệ trọng điểm cấp Nhà n−ớc. Tên Dự án: “Hoàn thiện công nghệ, thiết bị sản xuất và ứng dụng maltodextrin từ tinh bột (sắn, ngô) trong sản xuất d−ợc phẩm và thực phẩm”. Căn cứ Thuyết minh Dự án sản xuất thử nghiệm, Hợp đồng thực hiện Dự án sản xuất thử nghiệm cấp Nhà n−ớc số: DA.08./2004/ HĐ- ĐTCT- KC 07, ngày 15 tháng 01 năm 2004 và Phụ lục kèm theo hợp đồng, Dự án phải thực hiện các nhiệm vụ sau đây: 1. Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ và xây dựng 6 quy trình công nghệ: 1.1. Quy trình phân tích kiểm tra, đo l−ờng, chất l−ợng nguyên liệu, bán thành phẩm và sản phẩm. 1.2. Quy trình xử lý nguyên liệu tinh bột sắn, ngô và xây dựng tiêu chuẩn chất l−ợng nguyên liệu. 1.3. Quy trình hồ hóa, dịch hóa và đ−ờng hóa bằng công nghệ enzym. 1.4. Quy trình sấy phun và thu hồi sản phẩm. 1.5. Quy trình vận hành thiết bị. 1.6. Quy trình vệ sinh và bảo d−ỡng thiết bị. 2. Xây dựng 2 mô hình thiết bị. 2.1. Quy mô x−ởng thực nghiệm tại Viện Công nghiệp thực phẩm. 2.2. Quy mô công nghiệp tại Công ty Cổ phần thực phẩm Minh D−ơng, Hà Tây. 3. Sản xuất maltodextrin (DE12) và xây dựng tiêu chuẩn chất l−ợng sản phẩm. 4. ứng dụng maltodextrin trong công nghiệp thực phẩm và d−ợc phẩm 5. Đào tạo cán bộ và công nhân. 6. Chuyển giao công nghệ cho cơ sở sản xuất. 7. Nộp Ngân sách thu hồi vốn. 8. Báo cáo tổng kết và giao nộp các loại báo cáo khác theo quy định. Báo cáo Tổng kết khoa học kỹ thuật và các báo cáo khác trong bộ Hồ sơ báo cáo các cấp quản lý và Hội đồng Khoa học công nghệ các cấp cơ sở và Nhà n−ớc sẽ phản ánh các kết quả thực hiện 8 nội dung Dự án. 3 Phần I: Tổng quan 1.1. Tinh bột sắn- nguồn nguyên liệu để sản xuất maltodextrin. Diện tích trồng sắn n−ớc ta tăng đáng kể, đạt 371.900 ha/ năm 2003, sản l−ợng sắn đạt 5.228.000 tấn/ năm 2003, tăng 17,8% so với năm 2002, đứng thứ 11 trên thế giới nh−ng lại là n−ớc xuất khẩu tinh bột sắn đứng hàng thứ 3 trên thế giới chỉ sau Thái Lan và Indonesia [19]. ở n−ớc ta, cây sắn chuyển đổi nhanh chóng vai trò từ cây l−ơng thực truyền thống thành cây công nghiệp ngắn ngày. Sự hội nhập kinh tế toàn cầu đang mở rộng thị tr−ờng sắn, tạo nên những cơ hội chế biến tinh bột, maltodextrin, các sản phẩm đ−ờng mật tinh bột và các sản phảm khác để xuất khẩu và sử dụng trong công nghiệp thực phẩm, d−ợc phẩm, thức ăn chăn nuôi, nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác (Bảng 1). Bảng 1. Hiện trạng sản xuất, chế biến và sử dụng sắn và tinh bột sắn ở một số n−ớc [2, 21, 26]. N−ớc Sản l−ợng (triệu tấn) Hiện trạng sử dụng sắn Tiềm năng sản xuất và sử dụng tinh bột sắn Thái Lan 18,08 Thức ăn gia súc, tinh bột, tinh bột biến tính Tinh bột biến tính, maltodextrin, thức ăn gia súc, bột ngọt. Indonesia 16,10 L−ơng thực, tinh bột, thức ăn gia súc. Tinh bột, Tinh bột biến tính, thức ăn gia súc, bột ngọt ấn Độ 5,98 L−ơng thực, tinh bột sử dụng nội địa Tinh bột, tinh bột biến tính, đồ uống, maltodextrin, bánh kẹo Việt Nam 5,22 Thức ăn gia súc, tinh bột, l−ơng thực, xuất khẩu. Tinh bột xuất khẩu, thức ăn gia súc, tinh bột biến tính, maltodextrin Nhà máy Vedan ở Đồng Nai có vốn đầu t− n−ớc ngoài, công suất lớn nhất Đông Nam á với các sản phẩm tinh bột, tinh bột biến tính bằng hóa chất, bột ngọt, lysin [2, 15]. Trong 2-3 năm gần đây, công nghiệp chế biến tinh bột sắn đã tăng quá mức, không theo quy hoạch và trở thành “hội chứng”, tới mức đã đ−ợc cảnh báo các rủi ro. Nghiên cứu sản xuất những sản phẩm mới sau công nghiệp tinh bột sắn là một trong những định h−ớng quan trọng của Bộ Nông nghiệp và PTNT. 1.2. Đặc tính tinh bột sắn. 1.2.1. Cấu trúc phân tử tinh bột: Tinh bột là một loại polysacarit tồn tại chủ yếu trong các hạt hoà thảo, củ, thân và lá cây d−ới dạng các hạt có kích th−ớc từ 0,02 đến 0,12mm. Hạt tinh bột có hình tròn, hình bầu dục hay đa giác, có cấu tạo lớp, trong mỗi lớp có các tinh thể amiloza và amilopectin sắp xếp theo ph−ơng h−ớng tâm và có các lỗ xốp không đồng đều. Bên ngoài hạt tinh bột còn có vỏ bao, bền vững với các tác động bên ngoài. Các loại tinh bột 4 nếp (gạo nếp, ngô nếp) có gần nh− 100% là amilopectin, trong khi đó ở tinh bột đậu xanh, có đến 50% là amiloza. Về cấu tạo hóa học, amiloza và amilopectin đều chứa các đơn vị cấu tạo là glucoza. ở amiloza, các gốc glucoza đ−ợc gắn với nhau nhờ liên kết 1,4 glucozit tạo thành một chuỗi dài gồm từ 200- 1.000 gốc [16]. Amilopectin có 20- 30 gốc glucoza gắn với nhau bằng liên kết 1- 4 và 1- 6 glucozit. 1.2.2. Tính chất của tinh bột: Amiloza tác dụng với iốt sẽ cho phức hợp mầu xanh trong khi đó amilopectin cho mầu nâu. Đó là do phân tử amiloza có dạng hình xoắn ốc nên hấp thụ đ−ợc các phân tử iốt. Amiloza dễ hoà tan trong n−ớc ấm, tạo nên dịch có độ nhớt không cao còn amilopectin chỉ hoà tan khi đun nóng và cho dịch có độ nhớt cao. Dịch amiloza không bền, nhất là ở nhiệt độ thấp, nó dễ dàng tạo nên dạng gel vô định hình, gel tinh thể và các kết tủa không thuận nghịch. Amilopectin không có xu h−ớng kết tinh, chúng có khả năng giữ n−ớc. Hạt tinh bột khi đ−ợc thủy phân, xử lý bằng nhiệt thì sẽ xảy ra hiện t−ợng hồ hoá và hoà tan. Tr−ớc hết, hạt tinh bột sẽ hấp thụ n−ớc làm cho liên kết các phân tử bị yếu đi, phân tử tinh bột bị tr−ơng nở, độ nhớt của dung dịch tăng mạnh. Nhiệt độ hồ hoá phụ thuộc kích th−ớc hạt tinh bột, nguồn tinh bột và tỷ lệ amiloza/ amilopectin. Hồ tinh bột có tính chất nhớt dẻo. Độ nhớt của hồ tinh bột phụ thuộc nhiều yếu tố: Nồng độ tinh bột, đ−ờng kính của các hạt phân tán, nhiệt độ, pH... Hồ hoá và thuỷ phân của tinh bột là đặc tính đ−ợc quan tâm đến nhiều trong các phản ứng thủy phân bằng enzym lên cơ chất [12, 16]. Tinh bột sắn có mầu sáng trắng, có độ pH từ 4,5 đến 6,5. Hạt tinh bột sắn có kích th−ớc 5- 40 àm, chủ yếu là hình tròn, có bề mặt nhẵn. Hàm l−ợng amilopectin trong tinh bột sắn t−ơng đối cao, chiếm 78 - 80%. Tinh bột sắn có độ nở, khả năng hồ hoá và độ hoà tan cao. Nhiệt độ hồ hoá của tinh bột sắn 58- 700C. Độ nhớt dung dịch tinh bột sắn tăng nhanh và có độ dính cao so với tinh bột từ các nguồn khác. Hồ tinh bột sắn có xu h−ớng thoái hoá thấp và độ bền gel cao [6]. Có thể dùng tinh bột sắn để sản xuất thức ăn chăn nuôi, miến, hạt trân châu và các sản phẩm khác nh−: Tinh bột biến tính, maltodextrin, dextrin, maltoza, glucoza, fructoza, cồn, mì chính, axit xitric. N−ớc ta, nguyên liệu tinh bột sắn là rất dồi dào, rẻ tiền tạo lợi thế cho sản xuất và ứng dụng maltodextrin. 1.3. Sản xuất maltodextrin Năm 1959, maltodextrin lần đầu tiên có mặt trên thị tr−ờng Mỹ với th−ơng hiệu Frodex. Theo cơ quan FDA của Mỹ (United State Food and Drug Administration), 5 maltodextrin đ−ợc định nghĩa là polysacarit có giá trị dinh d−ỡng cao, độ ngọt thấp, là sản phẩm thủy phân tinh bột không hoàn toàn, đ−ợc cấu thành từ các D-glucoza nhờ các liên kết α-1,4 glucozit và có chỉ số DE < 20 [15]. Maltodextrin đ−ợc phân loại dựa trên chỉ số DE (Dextrose Equivalent). Đó là đ−ơng l−ợng đ−ờng khử qui ra D- Glucoza đ−ợc tạo thành trong quá trình thủy phân tinh bột tính theo % chất khô. DE có thể đ−ợc xác định bằng ph−ơng pháp Lane- Eynon, hoặc ph−ơng pháp so màu với thuốc thử DNS, hoặc bằng ph−ơng pháp sắc kí [27]. Maltodextrin đ−ợc sản xuất bằng nhiều ph−ơng pháp: Lý hoá học, sinh học. Tuy nhiên ph−ơng pháp enzym đang đ−ợc quan tâm nghiên cứu và ứng dụng nhiều hơn. 1.3.1. Sản xuất maltodextrin bằng ph−ơng pháp lý hóa học. Để sản xuất maltodextrin bằng ph−ơng pháp hóa học, ng−ời ta hòa tinh bột vào dung dịch axit H2SO4 hoặc HCl, khuấy đều. Tùy theo chỉ số DE mà chọn nồng độ axit, nhiệt độ, thời gian ngâm thích hợp. D−ới tác dụng của axit, các liên kết mạch amylopectin bị phân cắt, độ nhớt của dịch tinh bột giảm và khả năng tr−ơng nở của dịch tinh bột cũng giảm. Maltodextrin hồ hóa ở nhiệt độ 700C và hòa tan ở nhiệt độ 800C. Sản phẩm này đ−ợc dùng trong công nghiệp giấy [5, 12, 57, 58]. 1.3.2. Sản xuất Maltodexttrin bằng ph−ơng pháp enzym [1, 5, 6, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 20, 21, 24, 28, 41, 46]. Các điều kiện kỹ thuật tối −u sản xuất maltodexttrin theo ph−ơng pháp enzym và ứng dụng đã đ−ợc nghiên cứu ở quy mô phòng thí nghiệm hoặc x−ởng thực nghiệm. Nồng độ dịch tinh bột 20-25%, pH 6- 6,5. Dịch hoá ở 90-950C bằng enzym Termamyl 120L tới DE cần thiết. Điều chỉnh pH, nâng nhiệt để bất hoạt enzym. Lọc. Tẩy màu bằng than hoạt tính. Cô đặc 45-50%. Trao đổi cation và anion. Cô đặc 70-75%. Sấy phun tạo sản phẩm độ ẩm 5-8%. Cơ chế thủy phân tinh bột: Enzym α- amylaza thủy phân tinh bột một cách ngẫu nhiên các liên kết α-1,4 glucozit, nh−ng không có khả năng thủy phân các mối liên kết α-1,3 và α-1,6 glucozit. Khi thủy phân, amyloza đ−ợc phân cắt chậm thành maltoza, maltotrioza, oligosacarit. Nếu chịu tác dụng lâu dài thì α- amylaza thủy phân thành maltoza và glucoza. Khi thủy phân amylopectin hình thành các dextrin tới hạn, có nhánh, có trọng l−ợng phân tử thấp, maltoza, izomaltoza và glucoza. Thủy phân tinh bột bằng α- amylaza dịch hóa tạo thành chủ yếu là dextrin, glucoza và maltoza. Tinh bột ⎯⎯⎯⎯ →⎯ − OHamylaza 2,α α- dextrin + glucoza + maltoza 6 Cơ chế tác dụng của α- amylaza là thủy phân không định vị các liên kết α-1,4 glucozit trong các polysacarit. Khi liên kết glucozit bị đứt sẽ tạo nên một ion oxycacboni. Ion này đ−ợc ổn định điện bởi một điện tích âm của một axit amin khác trong trung tâm xúc tác. Cuối cùng ion oxycacboni kết hợp với một phân tử n−ớc và hai oligosacarit đ−ợc tạo thành tách ra khỏi trung tâm hoạt động của enzym. Các axit amin tham gia vào tâm xúc tác của α-amylaza xác định gồm hai axit aspartic và glutamic [5, 14, 16]. Tinh bột đ−ợc thủy phân thành các sản phẩm trung gian: Amylodextrin, erythrodextrin, maltodextrin, maltoza và glucoza [17]. Với iot, amylodextrin có mầu xanh tím, erythrodextrin có màu từ tím nhạt đến đỏ nâu, maltodextrin không màu. Enzym thủy phân tinh bột: Enzym dùng để thuỷ phân tinh bột thuộc hệ α- amylaza (endo- 1,4 α- D glucan glucohydrolaza) là enzym nội bào thủy phân liên kết α-1,4 glucozit của phân tử amyloza một cách ngẫu nhiên. Đó cũng là những endo- enzym phân cắt bên trong mạch tinh bột. Các α- amylaza thủy phân tinh bột không tạo ra các đ−ờng đơn đ−ợc xếp vào nhóm “dịch hóa” và khi tạo ra các sản phẩm đ−ờng đơn, đ−ợc xếp vào nhóm “đ−ờng hóa”. Enzym α- amylaza vi khuẩn đ−ợc sử dụng nhiều nhất, có hoạt tính cao hơn ở nhiệt độ tối −u cao hơn so với các α-amylaza thu đ−ợc từ nấm mốc, nấm men. Nguồn sinh tổng hợp enzym từ vi khuẩn: Bacillus là chủng vi khuẩn quan trọng nhất đ−ợc sử dụng để sản xuất α- amylaza trong công nghiệp bằng ph−ơng pháp nuôi cấy bề mặt hoặc nuôi cấy bề sâu. Có nhiều thành tựu nghiên cứu và sản xuất α- amylaza bền nhiệt từ Bacillus licheniformis. Môi tr−ờng nuôi cấy bề mặt có lõi ngô và cám lúa mỳ, cám gạo, bột ngô, hàm l−ợng α- amylaza thu đ−ợc cao nhất. Có nhiều yếu tố ảnh h−ởng nh− nồng độ và nguồn cácbon (glucoza, maltoza, tinh bột) tới khả năng sinh tổng hợp α-amylaza của vi khuẩn. Khi tinh sạch α- amylaza từ vi khuẩn các tính chất đ−ợc quan tâm là: Hoạt tính, độ bền nhiệt, các chất hoạt hóa và vô hoạt enzym, pH và nhiệt độ tối −u, sản phẩm của quá trình thủy phân. Ví dụ nh−: α- amylaza bền nhiệt từ Bac. licheniformis đ−ợc tách trong hệ hai pha PEG/ dextran, sau đó cho chạy qua sắc ký lọc gel và sắc ký trao đổi ion. Với enzym từ Bac.subtilis sử dụng ph−ơng pháp gradien pH. Hoạt tính enzym từ dịch nuôi cấy ban đầu có thể đ−ợc nâng cao dần bằng ph−ơng pháp cô đặc ở nhiệt độ thấp, lọc phân tử... Nguồn sinh tổng hợp enzym từ nấm mốc: Nấm mốc Aspergillus đuợc dùng phổ biến trong sản xuất enzym ngoại bào. Hiệu suất sinh tổng hợp enzym có thể tăng lên 7 nhiều nhờ tối −u hóa điều kiện nuôi cấy và thành phần môi tr−ờng. Một số công trình đã công bố kết quả sử dụng ph−ơng pháp nuôi cấy bề mặt, chủng Aspergillus usamii và A. niger dể sinh tổng hợp và thu nhận enzym α- amylaza [3, 13, 14]. Các tính chất của α - amylaza Độ hòa tan: Enzym α- amylaza có bản chất protein đơn cấu tử, đ−ợc tạo thành từ một chuỗi polypeptit. Hầu hết các α- amylaza đều tan tốt trong n−ớc. Hiện t−ợng kết tủa cũng xảy ra trong các dung môi hữu cơ nh− etanol, axetol. Nồng độ muối và dung môi hữu cơ làm kết tủa enzym phụ thuộc vào kích th−ớc, cấu tạo của protein, enzym và điểm đẳng điện của chúng. Trọng l−ợng phân tử: Trọng l−ợng phân tử của các α- amylaza phụ thuộc vào thành phần axit amin có trong mạch polypeptit cấu tạo nên nó. Protein của α- enzym do gen mã hóa sinh tổng hợp α- amylaza quyết định. Trọng l−ợng phân tử α- amylaza 50.000- 60.000 Da. ảnh h−ởng của pH lên hoạt độ của α - amylaza: Vùng pH hoạt động của α- amylaza của vi sinh vật t−ơng đối rộng. Th−ờng gặp là các α- amylaza có pH hoạt động khoảng 5,0- 7,0. Enzym α- amylaza của nấm mốc hoạt động mạnh ở pH 4,5- 4,9, của vi khuẩn pH 5,9- 6,1. Một số loại enzym kiềm tính có pH hoạt động khá cao 7.5-10. Enzym hoạt động ở vùng pH thấp, thuộc nhóm enzym axit. Có một số α- amylaza có vùng pH hoạt động khá rộng, tối −u ở pH = 6.0- 7.0, nh−ng ở vùng pH axit thấp và axit cao chúng vẫn giữ đ−ợc với 70- 80% họat tính. ảnh h−ởng của nhiệt độ lên hoạt động của α - amylaza: Phần lớn α- amylaza của động vật, thực vật và một số loại vi sinh vật có nhiệt độ tối −u nằm trong khoảng 40- 60oC. Một số loại enzym −a lạnh. Các loại enzym có nhiệt độ tối −u cao hay còn gọi là enzym chịu nhiệt. Nhiệt độ tối −u của enzym chịu nhiệt th−ờng > 65oC. Nhiệt độ tối −u (topt) của các enzym có nguồn gốc khác nhau sau: B. stearothermophillus 55- 70oC; B. subtilis 60oC; B. licheniformis: 90 – 105oC. Các chất kìm h∙m hoạt động của α - amylaza: Đó là các chất hoạt động theo cơ chế cạnh tranh và không cạnh tranh với cơ chất. Khi giải phóng khỏi chất kìm hãm, enzym lại hoạt động trở lại. Chất kìm hãm của α- amylaza gồm hai loại: Chất kìm hãm có cấu trúc t−ơng tự cơ chất và chất kìm hãm có bản chất protein có vùng đặc tr−ng chứa trình tự các axitamin Trp - Arg - Tyr. 8 ảnh h−ởng của Ca2+ lên hoạt tính và độ bền nhiệt của α-amylaza: Trong thành phần của enzym α- amylaza có chứa ion canxi. Tất cả các α- amylaza từ các nguồn khác nhau đều chứa 1-30 nguyên tử gam canxi/ mol enzym. Canxi đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hoạt động của enzym, tham gia vào sự hình thành và ổn định cấu trúc bậc 3 của enzym. Các ion Ca++ còn có tác dụng bảo vệ cho α- amylaza có độ bền nhiệt cao và bền vững với các tác nhân gây biến tính khác. Khi tách Ca++ ra khỏi phân tử enzym thì α- amylaza mất khả năng thuỷ phân tinh bột, bị biến tính khi đun nóng, đặc biệt bị thuỷ phân bởi proteaza. Phần lớn α- amylaza có hoạt tính và độ bền nhiệt phụ thuộc vào hàm l−ợng Ca++. ở nhiệt độ thấp, Ca++ hoàn toàn có thể thay thế bằng các ion kim loại hóa trị hai khác thuộc nhóm kiềm thổ. EDTA là chất khử Ca++ nên làm giảm hoạt lực của α- amylaza. Hàm l−ợng ion Ca++ 5 mM, làm giảm hoạt tính α- amylaza mạnh nhất (80%). 1.3.3. Chế phẩm enzym Termamyl 120 L và SEB- Star HTL. Enzym Termamyl 120L (Novo- Đan mạch). Giới thiệu: Termamyl 120L là chế phẩm enzym dạng lỏng có chứa enzym dịch hoá, chịu đ−ợc nhiệt độ cao và pH trung tính. Chế phẩm này đ−ợc sản xuất từ vi sinh vật Bacillus licheniformis. Termamyl 120L là một endo- amylaza, có tác dụng thuỷ phân α- 1,4 glucozit thành amiloza và amilopectin. Cơ chất tinh bột d−ới tác dụng của Termamyl 120L sẽ nhanh chóng tạo thành dextrin và oligo sacarit tan trong n−ớc. Termamyl 120L dễ tan trong n−ớc ở mọi điều kiện. Độ vẩn đục có thể xảy ra trong chế phẩm Termamyl 120L nh−ng không ảnh h−ởng tới hoạt tính chung hoặc tính năng của sản phẩm. Termamyl 120L hoạt động ổn định ở 95- 100oC. ở pH thấp 4-5 Termamyl 120L nếu đ−ợc bảo quản ở 5oC thì hoạt tính có thể duy trì tối thiểu là 1 năm. xác định hoạt tính của Termamyl 120L. Một đơn vị Kilo Termamyl 120L, là l−ợng enzym cần thiết để thuỷ phân 5,26 g tinh bột trong một giờ theo ph−ơng pháp tiêu chuẩn của hãng Novo trong điều kiện cơ chất là tinh bột hoà tan, hàm l−ợng canxi là 0,0043 M, thời gian phản ứng là 7- 20 phút, nhiệt độ: 37oC; pH= 5,6. Enzym SEB Star- HTL (Mỹ) SEB Star- HTL là tên th−ơng mại của enzym (có nguồn gốc từ Mỹ) thuộc nhóm α- amylaza, dạng lỏng, đ−ợc sản xuất bằng công nghệ lên men của chủng vi khuẩn Bacillus không biến đổi gen. Enzym tan trong n−ớc. Nhiệt độ dịch hóa tinh bột ở 80- 90oC, tối −u từ 80 - 85oC. Enzym bị ức chế ở trên 90oC và pH 5,6. SEB Star - HTL 9 mất hoạt tính hoàn toàn khi đ−a lên 95oC, pH 4.0 trong 5 phút. Hoạt tính của SEB Star- HTL sẽ đ−ợc ổn định khi có mặt ion Ca++ và bị ức chế ở nồng độ cao của kim loại nặng. Hàm l−ợng enzym sử dụng tùy thuộc chủng loại và tỷ lệ chất khô trong cơ chất, chỉ số DE (t−ơng đ−ơng dextroza), nhiệt độ và pH dịch hóa, thời gian dịch hóa (thông th−ờng là 30- 120 phút). Tỷ lệ sử dụng không quá 800g SEB Star- HTL/ tấn tinh bột khô. SEB Star- HTL là enzym đạt tiêu chuẩn thực phẩm, đ−ợc dùng trong công nghiệp đồ uống, n−ớc giải khát, sản xuất r−ợu bia để dịch hóa, thủy phân tinh bột, giảm nhanh độ nhớt của dịch tinh bột [50]. Sơ đồ 1. Qui trình sản xuất Maltodexttrin bằng enzym Termamyl và enzym SEB- Star HTL[50]. Trên sơ đồ (Sơ đồ 1), ta có thể thấy rằng, nếu sản xuất maltodextrin DE12 bằng enzym Termamyl 120 L sẽ có những bất lợi sau: Do việc phải sử dụng hoá chất (axit) để giảm pH, để vô hoạt enzym sau khi kết thúc quá trình dịch hoá, buộc phải thêm công đoạn sử dụng cột trao đổi ion để loại các tạp chất khỏi dịch thuỷ phân. Điều đó sẽ làm Sản xuất bằng Termamyl 120 L Tinh bột Dịch hóa Termamyl 120L Vô hoạt enzym Hóa chất Tẩy màu Lọc Trao đổi Ion Cô Đặc Sấy phun Sản phẩm Sản xuất bằng SEB- Star HTL Tinh bột Dịch hoá SEB- Star HTL Vô hoạt enzym Nhiệt (toC) Tẩy màu Lọc Cô đặc Sấy phun Sản phẩm 10 tăng chi phí trong sản xuất, hao mòn thiết bị, kéo dài thời gian sản xuất, Không an toàn cho ng−ời vận hành. Nếu vô hoạt enzym Termamyl 120L bằng nhiệt độ thì cần phải dùng thiết bị đặc biệt cooker, chịu áp lực hơi cao 7 KG/ cm2, dẫn đến chi phí tăng, giảm chất l−ợng sản phẩm. Khi sử dụng axit, pH của sản phẩm sẽ thấp, khả năng ứng dụng maltodextrin sản xuất bằng ph−ơng pháp này sẽ bị hạn chế. 1.3.4. Tẩy màu bằng than hoạt tính: Than hoạt tính có thành phần chủ yếu là cacbon (85-98%), phần còn lại là chất vô cơ, chất khoáng d−ới dạng tro (5-15%). Nguồn nguyên liệu để sản xuất than hoạt tính khá phong phú nh− sọ dừa, gỗ, mạt c−a, các loại x−ơng, các loại cây, than bùn, polime, dầu mỏ. Than hoạt tính có khả năng hấp phụ chất khí, chất màu, là một trong các vật liệu mao dẫn dùng để lọc hơi, khí độc, tẩy màu, lọc n−ớc, đồ uống. Than hoạt tính, đ−ợc sử dụng rộng rãi công nghiệp hóa chất, khai thác và chế biến dầu mỏ, công nghiệp thực phẩm và xử lý môi tr−ờng [1]. 1.3.5. ứng dụng maltodextrin - Maltodextrin đ−ợc dùng sản xuất thức ăn trẻ em, đồ ăn kiêng: Maltodextrin có cấu trúc đ−ờng đơn giản, tạo cảm giác ngon miệng, tiêu hóa dễ dàng, bổ d−ỡng mà không ảnh h−ởng đến cân bằng đ−ờng trong máu. Nhờ tính chất này, maltodextrin đ−ợc sử dụng nhiều trong thức ăn cho trẻ em, ng−ời già và ng−ời bệnh [17, 36, 45]. Maltodextrin đ−ợc bổ sung vào sữa bò thay thế lactoza [20, 51]. Maltodextrin dùng sản xuất đồ ăn kiêng (diet) có cacbohydrat thấp, dành cho ng−ời giữ cân, giảm cân, bệnh tiểu đ−ờng, dùng trong công nghiệp thịt, bột súp, thực phẩm cô đặc [1, 7, 47, 48]. Maltodextrin đ−ợc dùng sản xuất bánh t−ơi, kẹo gôm, kẹo dẻo, bánh snack, có tác dụng ổn định hình dạng sản phẩm, giữ h−ơng, ngăn ngừa kẹo chảy, trong sản xuất các loại kẹo mềm và kẹo cứng, bánh ngọt, súp, đồ ăn tráng miệng đông lạnh, bánh t−ơi, bánh mì có tác dụng phòng chống sâu răng, dùng cho ng−ời bị bệnh huyết áp và tiểu đ−ờng [23, 31, 48, 51]. - Maltodextrin đ−ợc dùng trong nhiều loại bánh kẹo. - Maltodextrin đ−ợc dùng trong sản xuất nhiều loại đồ uống. Maltodextrin đ−ợc dùng làm chất mang tinh dầu h−ơng liệu, chất ổn định, giữ h−ơng vị trong sản xuất bột sôcôla, cacao, cà phê, chè hoà tan, n−ớc quả và bột quả. Dịch chiết suất từ thảo mộc đ−ợc cô đặc, phối trộn với maltodextrin, sấy phun thành dạng bột mịn, làm màng bọc bảo quản quả, Linh chi-mật ong, trà hoà tan, các loại bột quả nh−: Bột dâu, cam quýt, mâm xôi, chuối, soài, cà chua, mơ mận [29], sản xuất sữa 11 bột, các loại cream [47, 48, 51], kem giảm 30% năng l−ợng quy đổi ra calo, [31, 32, 45, 47] và bổ sung trong sản xuất bia [34]. Năm 2001 hãng Chrome Mate giới thiệu đồ uống Metabolife giàu Vitamin B1, B2, B3, B6, chất khoáng, maltodextrin, chất màu, đồ uống không có Coffein [44]. Sandeep De đã giới thiệu đồ uống đặc biệt cho ng−ời lao động mệt nhọc [52] và cho vận động viên [36]. - Maltodextrin đ−ợc dùng trong d−ợc phẩm: Maltodexttrin có trong các thực đơn ăn kiêng, làm thuốc bổ, nh− một thực phẩm bổ sung, tăng khả năng hoà tan của thuốc, thực phẩm dành cho ng−ời bệnh hấp thu tốt hơn. Trong sản xuất thuốc viên, maltodextrin đ−ợc sử dụng làm tá d−ợc đóng viên nén, làm màng capsule đóng viên nang [47,48,54]. Khi bổ sung maltodextrin, enzym đ−ợc bảo vệ ngăn ngừa tham gia phản ứng với cơ chất hoặc bị ôxi hoá. Maltodextrin đ−ợc dùng trong đồ uống Linh chi. Tên khoa học của Linh chi là Ganoderma lucidum, chứa gần 100 chất có hoạt tính sinh học nh−: Nucleotit, protein, triterpenoit, polysacarit, steroit, axit ganoderic, nguyên tố hiếm Germanium, enzym, kháng sinh. Những chất này có tác dụng điều hòa sự hấp thu chuyển hóa trong cơ thể, nâng cao tính miễn dịch, tác dụng đối với hệ thần kinh trung −ơng, hệ hô hấp, hệ tiêu hóa, hệ tim mạch, hệ bài tiết, giúp kéo dài tuổi thọ, tăng c−ờng sự thích nghi của cơ thể, tăng sức đề kháng đối với bệnh tật nan y nh− ung th−, giải độc toàn thân, thải nhanh các chất độc, kim loại nặng, chất độc hóa học, độc tố vi khuẩn, chống tia chiếu xạ, chống viêm, chống dị ứng. Linh chi không độc tính, không tác dụng phụ. Linh chi điều trị viêm gan mãn, viêm gan B, điều trị giảm huyết áp, loạn nhịp tim và các bệnh về hô hấp. Năm 1993, Chính phủ Nhật Bản đã chính thức cho phép sử dụng Linh chi trong điều trị ung th−. Nghiên cứu chế biến Linh chi thành đồ uống chức năng cũng đ−ợc đẩy mạnh ở Việt Nam [4, 8, 9, 11]. Công bố gần đây (02/2006), đánh giá maltodextrin thay đ−ợc Lycatab DSH trong bào chế các dạng thuốc có d−ợc chất paracetamol, ibuprofen, indomethacin, natri diclofenac và rutin [12]. - Các ứng dụng khác của maltodextrin: Maltodextrin đ−ợc dùng trong công nghiệp sản xuất các loại gia vị dạng bột, bột súp, sản phẩm n−ớc chấm cô đặc [37], snach food rất phổ thông ở Mỹ [36, 56], làm chất mang dùng trong công nghiệp dệt [53, 43], chất độn trong công nghiệp giấy [51], làm tăng tính bền vững của sơn nhũ, làm chất phủ bề mặt, chất hấp phụ trong công nghệ mỹ phẩm, sản xuất bột thuốc trừ sâu [49, 51], chất mang dùng trong n−ớc tắm nhãn hiệu “Hoa hồng núi” [38]. Vi khuẩn L. casei ASCC 292 phát triển tốt trên môi tr−ờng có maltodextrin và hỗn hợp vi khuẩn với maltodextrin 6,8% với đ−ờng FOS 4,5% có hiệu quả cao làm giảm cholesterol [42]. 12 PHần II. Nguyên liệu và Ph−ơng pháp. 2.1. Nguyên vật liệu, thiết bị - Tinh bột sắn: Thu mua trực tiếp và chủ yếu từ ng−ời sản xuất tinh bột sắn làng nghề tại Minh D−ơng, D−ơng Liễu, Hà Tây. Tinh bột sắn khô có độ ẩm 12%. Tinh bột sắn t−ơi có độ ẩm 40-42%. - Than hoạt tính (Ký hiệu Z1) của Nhật. - Chế phẩm enzym Termamyl 120L là chế phẩm enzym dạng lỏng có chứa enzym dịch hoá, chịu đ−ợc nhiệt độ cao và pH trung tính. Độ vẩn đục có thể xảy ra trong chế phẩm Termamyl 120L nh−ng không ảnh h−ởng tới hoạt tính chung hoặc tính năng của sản phẩm. Termamyl 120L hoạt động ổn định ở 95- 100oC. ở pH thấp 4-5 Termamyl 120L nếu đ−ợc bảo quản ở 5oC thì hoạt tính có thể duy trì tối thiểu là 1 năm. - Enzym SEB Star- HTL (Mỹ) SEB Star- HTL là tên th−ơng mại của enzym (có nguồn gốc từ Mỹ) thuộc nhóm α- amylaza, dạng lỏng, đ−ợc sản xuất bằng công nghệ lên men của chủng vi khuẩn Bacillus không biến đổi gen. Enzym tan trong n−ớc. Nhiệt độ dịch hóa tinh bột ở 80- 90oC, tối −u từ 80 - 85oC. Enzym bị ức chế ở trên 90oC và pH 5,6. SEB Star - HTL mất hoạt tính hoàn toàn khi đ−a lên 95oC, pH 4.0 trong 5 phút. Hoạt tính của SEB Star- HTL sẽ đ−ợc ổn định khi có mặt ion Ca++ và bị ức chế ở nồng độ cao của kim loại nặng. Hàm l−ợng enzym sử dụng tùy thuộc chủng loại và tỷ lệ chất khô trong cơ chất, chỉ số DE (t−ơng đ−ơng dextroza), nhiệt độ và pH dịch hóa, thời gian dịch hóa (thông th−ờng là 30- 120 phút). Tỷ lệ sử dụng không quá 800g SEB Star- HTL/ tấn tinh bột khô. SEB Star- HTL là enzym đạt tiêu chuẩn thực phẩm, đ−ợc dùng trong công nghiệp đồ uống, n−ớc giải khát, sản xuất r−ợu bia để dịch hóa, thủy phân tinh bột, giảm nhanh độ nhớt của dịch tinh bột [50]. - Hóa chất: Pepton, cao nấm men (Difco), hóa chất thông dụng (Trung Quốc), agar (Việt Nam), hóa chất dùng cho phân tích sắc ký, HPLC (Nhật) - Thiết bị: Dùng thiết bị hiện có trong các phòng thí nghiệm và x−ởng thực nghiệm của Viện Công nghiệp thực phẩm, các thiết bị trên dây chuyền sản xuất công nghiệp của Công ty Cổ phần thực phẩm Minh D−ơng Hà Tây. 2.2. Ph−ơng pháp phân tích. 2.2.1. Xác định nồng độ chất khô bằng chiết quang kế ở 20 oC. 2.2.2. Xác định pH bằng máy đo pH. 13 Làm sạch đầu đo bằng n−ớc cất, khi đo thấy pH của n−ớc cất bằng 7.0 và trên màn hình hiện lên chữ ready, nhúng đầu đo vào dịch cần đo. Đợi cho đến khi trên màn hình lại hiện lên chữ ready thì đọc số hiển thị trên máy. Đó là pH của dịch cần đo. 2.2.3. Xác định nồng độ dịch bột bằng bome kế, brix kế Bột hòa tan với n−ớc theo tỷ lệ đã định sẵn, sau đó đổ dịch vào ống đong rồi đo bằng Baume kế (hoặc Brix kế). Đơn vị tính là Bé (hoặc Bx). 2.2.4. Xác định DE theo ph−ơng pháp phân tích Lane- Eynon [27]. DE là số đ−ơng l−ợng đ−ờng khử quy ra glucoza đ−ợc tạo thành trong [27]. quá trình thủy phân tinh bột. Glucoza, maltoza và các dextrin là các phân tử có nhóm aldehyt. Trong môi tr−ờng kiềm yếu đ−ờng khử dễ dàng khử ion Cu2+ thành Cu+ d−ới dạng kết tủa CuO có màu đỏ nâu khi phản ứng xảy ra trong dung dịch Fehling A có chứa Cu++ và dung dịch Fehling B có chứa Natri Kalitatrat (KNaC4H4O6), có chất chỉ thị xanh metylen. Dựa vào số ml dung dịch đ−ờng khử tiêu hao, tra bảng Lane- Eynon (Phần phụ lục) sẽ tính đ−ợc −ợng đ−ờng khử để xác định DE. 2.2.5. Ph−ơng pháp xác định độ nhớt của dịch thủy phân. Độ nhớt của dịch thuỷ phân đ−ợc tính dựa trên mối t−ơng quan giữa tỷ trọng của dịch thuỷ phân, tỷ trọng của n−ớc cất, độ nhớt của n−ớc cất, thời gian chảy của dịch thuỷ phân và thời gian chảy của n−ớc cất trong dụng cụ đo độ nhớt. 2.2.6. Ph−ơng pháp xác đinh độ ẩm của tinh bột sắn. 2.2.6.1. Ph−ơng pháp sấy khô. Độ ẩm của tinh bột sắn đ−ợc tính dựa vào tỷ số giữa khối l−ợng tinh bột sắn ban đầu và khối l−ợng tinh bột sắn đó đem sấy đến khối l−ợng không đổi. 2.2.6.2. Ph−ơng pháp xác định hàm ẩm bằng máy sấy ẩm nhanh hồng ngoại (Precisa H6.0. Switzerlland). Sử dụng máy sấy ẩm hồng ngoại Ha 60 Precisa- Thuỵ Sỹ để xác định hàm l−ợng ẩm trong tinh bột. Đây là ph−ơng pháp xác định hàm ẩm nhanh và rất thuận tiện. 2.2.7. Ph−ơng pháp xác đinh hàm l−ợng chất tro. Hàm l−ợng chất tro đ−ợc xác định theo ph−ơng pháp cân trọng l−ợng tr−ớc và sau khi mẫu đ−ợc nung ở 600oC trong 4 giờ. 2.2.8. Ph−ơng pháp xác đinh độ đạm tổng số. Độ đạm có trong nguyên liệu bột sắn, maltodextrin và các mẫu phân tích khác đ−ợc xác định bằng ph−ơng pháp Kijeldal. 14 2.2.9. Xác định hàm l−ợng tinh bột. 2. 2.9.1. Xác định hàm l−ợng tinh bột bằng ph−ơng pháp Mecke cải tiến. Tinh bột đ−ợc đ−ờng hoá bằng enzym, lọc thu nhận dịch đ−ờng, rửa sạch bã để thuỷ phân bằng axit. Dung dịch đ−ợc xác định đ−ờng theo ph−ơng pháp Bectơran. Hàm l−ợng tinh bột trong nguyên liệu đ−ợc tính dựa trên mối t−ơng quan giữa l−ợng glucoza trong dịch đ−ờng thí nghiệm, l−ợng glucoza trong dịch amylaza pha loãng và l−ợng bột t−ơng đ−ơng với l−ợng dịch đ−ờng thủy phân. 2.2.9.2.xác định hàm l−ợng tinh bột bằng ph−ơng pháp thuỷ phân trong dung dịch axit hcl 2%. Dịch bột thô đ−ợc đun cách thuỷ với HCl, sau đó trung hoà bằng NaOH với chỉ thị màu metyl da cam, sau đó đ−ợc phân tích hàm l−ợng đ−ờng theo ph−ơng pháp Graxianop dùng kali ferixyanua. 2.2.10. Phương pháp xác định hàm lượng rượu Nguyên tắc: Tách r−ợu ra khỏi dung dịch bằng ph−ơng pháp ch−ng cất. Dùng r−ợu kế đo độ r−ợu của dịch cất ở 20oC. Từ đó suy ra hàm l−ợng r−ợu có trong n−ớc Linh chi có chứa maltodextrin (% v/ v). 2.2.11. Xác định đường khử bằng phương pháp Graxianop dùng Kali ferixyanua Tiến hành: Dùng pipet hút 20ml dung dịch K3Fe(CN)6 1% cho vào bình tam giác dung tích 100ml, sau đó thêm 5 ml KOH 2,5N và 3-4 gịot xanh metylen. Lắc đều và đun sôi trên bếp điện. Dùng dung dịch cần chuẩn, chuẩn tới khi mất màu xanh metylen, chuyển sang tím hồng và cuối cùng là mầu da cam thì kết thúc. Hàm l−ợng đ−ờng trong dung dịch đ−ợc tính theo công thức: )/(000.1 lgx m ax = . Trong đó: a: L−ợng đ−ờng lucoza chứa trong m ml dịch pha loãng và t−ơng ứng với 20 ml K3Fe(CN)6 1%. m: Số ml dịch đ−ờng tiêu hao khi chuẩn 20 ml K3Fe(CN)6 1%. 2.2.12. Xác định độ axit Axit tự do đ−ợc chuẩn độ bằng NaOH 0,1N, chỉ thị phenolphtalein 1%. Độ axit (AC) đ−ợc tính theo công thức: xKxVxKVAC 100000.1 10 == Trong đó: AC: L−ợng axit trong mẫu phân tích (g/l). V: L−ợng NaOH 0,1N 15 tiêu tốn khi chuẩn độ (ml) và k là hệ số đặc tr−ng cho từng loại axit, với axit lactic k = 0,009. 2.2.13. Ph−ơng pháp sắc ký lớp mỏng xác định β-D-glucan theo Chen Ry, Yu D.Q. (in Chinese) [29] và He Y. et al. [33] Dùng bản kính hoặc giấy trắng hỗn hợp để chạy sắc ký. Thành phần hỗn hợp tráng nóng lên giấy gồm: Hồ tinh bột, lithicitrat, silicagel G. Hệ dung môi để chạy sắc ký lớp mỏng là Toluen: Ethylacetat: axeton: acid formic theo tỷ lệ t−ơng đ−ơng 5:2:2:1 Hiện mầu bằng đèn tử ngoại. Xác định Rf của mẫu thí nghiệm và của chuẩn đối chiếu 2.2.14. Ph−ơng pháp xác định thành phần đ−ờng bằng HPLC - Chuẩn bị mẫu: Mẫu Cân Hoà tan Loại tạp chất Lọc qua màng 0,5àm Dịch phân tích Chạy trên HPLC. - Điều kiện chạy mẫu: Cột tách Supel Co- NH2, pha động Acetonitril: n−ớc (75:25), Detector: RID, tốc độ dòng: 1ml/ phút 2.3. Ph−ơng pháp vi sinh vật học (Xem quy trình phân tích trang 20- 31) 2.3.1. Kiểm tra tổng số vi khuẩn hiếu khí (WL) Gieo cấy 0.1 ml dung dịch mẫu pha loãng 10- 4 đến 10- 6 cần kiểm tra lên bề mặt môi tr−ờng thạch đĩa, trang đều và nuôi cấy ở 370C/ 48 giờ. Số l−ợng vi khuẩn hiếu khí đ−ợc xác định từ số l−ợng khuẩn lạc trung bình mọc trên đĩa thạch petri nhân với hệ số pha loãng. Đơn vị tính CFU/ mg (hoặc ml). 2.3.2. Kiểm tra Coliform và E. coli (môi tr−ờng Endo) 2.3.3.Kiểm tra Clostrdium perfringens (Môi tr−ờng Wilson Blair cải tiến) 2.3.4. Kiểm tra Staphylococcus aureus(môi tr−ờng canh thang tăng sinh chọn lọc) 2.3.5. Kiểm tra tổng số vi sinh vật ( môi tr−ờng thạch đĩa có thành phần đặc tr−ng) 2.4. Ph−ơng pháp công nghệ 2.4.1. Lựa chọn enzym: Sử dụng và lựa chọn các loại enzym thích hợp với điều kiện sản xuất, sẵn có trên thị tr−ờng, có hiệu quả cao bao gồm enzym dịch hoá: Termamyl 120L, SEB star HTL. 16 2.4.2. Xác định các điều kiện tối −u Xác định các điều kiện ảnh h−ởng tới hoạt động của enzym nh−: Nồng độ cơ chất tinh bột, tỷ kệ và chủng loại enzym, nhiệt độ, pH, thời gian và các yếu tố khác. 2.4.3. Ph−ơng pháp làm sạch dịch đ−ờng Mục đích: Nhằm loại bỏ các tạp chất, vi sinh vật, kết tủa các hợp chất keo, nâng cao pH thích hợp, dễ lọc và thu hồi dịch, tăng độ trong dịch đ−ờng, tạo ra sản phẩm có màu trắng sáng. Làm sạch dịch đ−ờng bằng than hoạt tính. Tỷ lệ than sử dụng phụ thuộc vào chất l−ợng than, chất l−ợng dịch đ−ờng, theo yêu cầu sản phẩm. Tẩy màu dịch đ−ờng bằng than hoạt tính ở 80o C trong thời gian 20- 30 phút. Sau đó lọc than bằng lọc hút chân không hoặc máy lọc khung bản. Làm sạch bằng nhựa trao đổi ion có tác dụng loại đi các cation, anion có trong dịch đ−ờng. Sau khi tẩy màu bằng than hoạt tính cho dịch đ−ờng chạy qua hai cột trao đổi cation và anion (quy mô phòng thí nghiệm) [13]. 2.4.4. Bảo quản sản phẩm Mẫu sản phẩm đ−ợc cân định l−ợng, bao bì bằng màng 2 lớp PE/PP hoặc màng 3 lớp có lớp tráng kim loại. Xác định thời gian, điều kiện bảo quản, chất l−ợng và khối l−ợng sản phẩm. 2.5. Ph−ơng pháp toán học. Tối −u hoá bằng ma trận Dohlert: Tìm giá trị của các yếu tố Xi để tại đó quá trình thủy phân tinh bột là hiệu quả nhất, nghĩa là hàm mục tiêu Y đạt cực đại. Ph−ơng pháp qui hoạch thực nghiệm cho phép đánh giá tác động đồng thời của các yếu tố tới quá trình và tác động qua lại của các yếu tố đó. Ph−ơng pháp cho phép tiến hành số thí nghiệm ít nhất để có thể diễn tả đ−ợc nhiều nhất ảnh h−ởng của các yếu tố đã chọn. Có nhiều yếu tố ảnh h−ởng đến quá trình dịch hóa, trong đó nồng độ enzym và nồng độ dịch bột có ảnh hửơng lớn nhất, nên đ−ợc chọn là hai yếu tố để tối −u hóa. Tối −u bằng ma trận Dohlert cho phép tìm ra vùng tối −u trong khoảng giới hạn đã chọn và dùng để tối −u hoá. Ma trận cho phép chia cân đối các điểm thí nghiệm trong giới hạn theo bất kỳ h−ớng nào. Dựa vào ma trận ta có thể thêm một số các biến số khác mà không làm mất tính đúng đắn của ma trận. Trong ma trận, số thí nghiệm là N, số các biến số là K đ−ợc tính nh− sau: N= K2 + K +1 Với K = 2 thì số điểm cần thực hiện là N=7. Thực hiện theo sơ đồ sau: 17 Tất cả các điểm đã chọn đ−ợc xác định theo ph−ơng trình hồi quy sau: Y= bo+b1X1 + b2X2 + b11X1 2 + b22X2 2 + b12X1X2 Trong đó : Y : Hàm mục tiêu; b: Các hệ số hồi quy và X: Các biến số. Sơ đồ 2: Sơ đồ ma trận các điểm đ∙ chọn để xác định ph−ơng trình hồi quy X2 6 0,886 3 1 2 0 7 1’ 1 X2 4 5 0,886 Bảng 2. Các yếu tố ảnh h−ởng có khoảng biến đổi nh− sau: Các yếu tố Mức d−ới Mức 0 Mức trên 1. Nồng độ dịch bột ( bôt : n−ớc ) 2. Nồng độ enzym 1:6 Bx = 25 0,05 1:4,5 Bx=20 0,075 1:3 Bx = 15 0,1 Trong quá trình dịch hóa một số yếu tố đ−ợc xác định nh− sau: - L−ợng đ−ờng khử DE (%). - Độ nhớt dịch thủy phân (cp). Quá trình tính toán đ−ợc xử lý bằng máy tính theo ch−ơng trình: “ NEMROD- New Efficient Methodology for Research using Optimal Design”. 2.6. Ph−ơng pháp xây dựng mô hình. 2.6.1. Xây dựng mô hình sấy phun phòng thí nghiệm Thiết bị sấy phun đ−ợc sử dụng là PULVIS MINI SPRAY GB22 với 2 công dụng: Giảm độ ẩm và tạo hạt. Pulvis đ−ợc dùng trong các phòng thí nghiệm để làm khô các loại bột −ớt hoặc tạo bột có kích cỡ khác nhau và đ−ợc dùng để sấy khô dung dịch. Mẫu sấy phun ở dạng dung dịch hoặc dạng huyền phù đ−ợc sấy phun để tạo sản phẩm dạng bột. Công nghệ sấy bao gồm các công đoạn sau đây: Chiết suất, thu hồi dịch lọc, 18 tách bã, cô đặc, sấy phun, tạo hạt, tuyển chọn và nghiền nhỏ. Phải thực hiện đúng quy trình thao tác, vận hành, vệ sinh và bảo d−ỡng thiết bị. Các thông số kỹ thuật sấy phun nh− nhiệt độ, thời gian, hàm ẩm có thể đ−ợc cài đặt bằng ch−ơng trình phần mềm, có bảng điều khiển, có thiết bị đo kèm theo máy [39]. 2.6.2. Xây dựng mô hình thiết bị, qui mô pilot, x−ởng thực nghiệm Viện Công nghiệp thực phẩm. - Các kết quả hòan thiện công nghệ ứng dụng enzym (Termamyl 120L và SEB- Star HTL) đ−ợc thử nghiệm ở qui mô pilot x−ởng thực nghiệm 100 kg/ mẻ/ ngày. Hệ thống các thiết bị cần thiết của mô hình bao gồm : - Thiết bị phối trộn nguyên liệu dung tích 500 lít, chế tạo bằng inox SUS 304, có cánh khuấy, van xả đáy, nối với bơm ly tâm để bơm dịch vào thiết bị dịch hóa. - Thiết bị dịch hóa và làm sạch maltodextrin dung tích 5.000 lít, chế tạo bằng inox SUS 304, có 2 vỏ để cấp hơi nóng để nấu chín tinh bột và n−ớc lạnh làm nguội để điều chỉnh nhiệt độ dịch theo yêu cầu công nghệ, có cánh khuấy tốc độ 40 vòng/ phút, có nắp đậy, cửa vào thùng để vệ sinh, có van đáy nối với bơm ly tâm để bơm dịch vào máy lọc. Sau khi dịch hóa, có thể nâng nhiệt làm bất hoạt enzym và bổ sung than hoạt tính để làm sạch dịch maltodextrin tại thiết bị này. - Máy lọc khung bản: Máy lọc gồm khung và bản hoặc chỉ có các bản lọc đ−ợc lắp đặt xem kẽ với nhau. Vải lọc đ−ợc lắp đặt vao khung bản, sao cho trong quá trình vận hành thiết bị, bã đ−ợc l−u lại một mặt của vải lọc chứa trong khung và dịch trong đ−ợc thấm qua mặt bên kia của bản lọc đ−ợc thu hồi và dẫn về thùng chứa. - Thiết bị cô đặc: bao gồm nồi cô 2 vỏ để giữ nhiệt, máy bơm chân không vòng n−ớc, tạo độ chân không cao trong nồi cô. Dịch cô đặc có nhiệt độ sôi thấp và bốc hơi ở áp suất chân không thấp. Do đó dịch maltodetrin ít bị biển đổi màu. Dịch đ−ợc cô đặc tới 32- 40%. - Thiết bị sấy phun có công suất 10- 15 kg/ giờ. Tùy thuộc vào thành phần dịch cô đặc và các yếu tố khác nh− nhiệt độ, áp suất chân không, độ khô của gió nóng, hàm ẩm của sản phẩm, l−u l−ợng, nồng độ dịch sấy phun. - Các thông số kỹ thuật đạt đ−ợc là rất có ý nghĩa để tham khảo và ứng dụng xây dựng mô hình sản xuất maltodextrin qui mô công nghiệp tại Công ty Cổ phần thực phẩm Minh D−ơng, Hà Tây. 19 2.6.3. Xây dựng mô hình sản xuất maltodextrin qui mô công nghiệp - Hệ thống thiết bị sản xuất maltodextrin qui mô công nghiệp đ−ợc lắp đặt tại Công ty Cổ phần thực phẩm Minh D−ơng, Hà Tây, cũng bao gồm các thiết bị t−ơng tự qui mô x−ởng pilot thực nghiệm của Viện Công nghiệp thực phẩm. Hệ thống thiết bị này do Công ty Cổ Phần Thực phẩm Minh D−ơng, Hà Tây đầu t−. Các thiết bị sản xuất trong n−ớc nh− các thiết bị phụ trợ cung cấp hơi, điện, n−ớc sạch, xử lý n−ớc thải, hệ thống xử lý nguyên liệu, thiết bị cân định l−ợng và bao bì. Các thiết bị nhập bao gồm: Máy lọc khung bản, thiết bị dịch hóa, máy lọc, nồi cô, thiết bị sấy phun. - Hệ thống thiết bị này có thể sản xuất liên tục hoặc bán liên tục đạt công suất 480-500kg/ giờ, t−ơng đ−ơng 7- 10 tấn/ 2 ca/ ngày, cao hơn và gấp 80- 100 lần so với qui mô x−ởng thực nghiệm Viện Công nghiệp thực phẩm. - Ngoài maltodextrin, trên hệ thống thiết bị này còn có thể sản xuất các sản phẩm thủy phân khác bằng enzyn từ tinh bột. 2.7. Ph−ơng pháp đánh giá cảm quan Cảm quan là ph−ơng pháp đánh giá chất l−ợng sản phẩm bằng giác quan, xác định h−ơng, vị, độ trong, mầu sắc, độ bọt, hình dạng, tính chất cơ lý hóa học của sản phẩm mà không định l−ợng. Từ đó, có thể phân loại hoặc đánh giá bằng điểm hoặc rút ra kết luận cảm quan cần thiết. 2.8. Các ph−ơng pháp khác: áp dụng các ph−ơng pháp khảo sát, điều tra, kế thừa kinh nghiệm sản xuất, tham khảo các công trình công bố, các báo cáo khoa học, các tài liệu kỹ thuật để áp dụng thích ứng với điều kiện sản xuất hiện tại của Tổng Công ty Cổ phần thực phẩm Minh D−ơng, Hà Tây. 20 Phần III. Kết quả và thảo luận 1. Nội dung I. Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ và xây dựng 6 quy trình công nghệ Trên cơ sở nghiên cứu hoàn thiện công nghệ, xác định các điều kiện tối −u cho quá trình thủy phân tinh bột thành maltodextrin quy mô phòng thí nghiệm, pilot x−ởng thực nghiệm và sản xuất công nghiệp để xây dựng 6 quy trình công nghệ, đáp ứng yêu cầu chuyển giao công nghệ, đào tạo và sản xuất tại Công ty Cổ phần thực phẩm Minh D−ơng, Hà Tây. 1. Xây dựng quy trình phân tích nguyên liệu, bán thành phẩm và thành phẩm 1.1. Các chỉ tiêu phân tích 1.1.1. Nguyên liệu sắn củ, bột sắn, tinh bột sắn, ngô hạt, bột ngô: Các loại nguyên liệu này th−ờng đ−ợc phân tích các chỉ tiêu chính: Độ ẩm, chất khô, hàm l−ợng tinh bột, đạm tổng số, 1.1.2. Bán thành phẩm: Bao gồm: Dịch tinh bột đang thủy phân, hồ hóa, dịch hóa, dịch lọc maltodextrin, dịch cô đặc maltodextrin, maltodextrin dạng lỏng. Các loại bán thành phẩm này th−ờng đ−ợc phân tích các chỉ tiêu: pH, nồng độ Baumé, Bx, DE, thành phần các loại đ−ờng, chỉ tiêu vi sinh vật. 1.1.3. Thành phẩm: Maltodextrin đ−ợc phân tích các chỉ tiêu: Độ ẩm, chất khô, hàm l−ợng tinh bột, tro, đạm tổng số, pH, DE, thành phần đ−ờng, chỉ tiêu vi sinh vật và cảm quan. 1.2. Ph−ơng pháp hoá lý 1.2.1. Xác định nồng độ chất khô bằng chiết quang kế Dịch đem đo cần trong suốt, ở 20oC để đảm bảo độ chính xác. Lấy một giọt dịch lọc cho lên bề mặt của chiết quang kế. Đậy nắp kính. Ghi lại kết quả tính theo % chất khô. 1.2.2. Xác định pH. 21 Làm sạch đầu đo bằng n−ớc cất. Chỉnh pH của n−ớc cất bằng 7.0 Nhúng đầu đo vào dịch. Đọc giá trị pH hiển thị trên máy. 1.2.3. Xác định nồng độ dịch bột bằng baume kế, brix kế 1.2.4. Ph−ơng pháp xác định độ nhớt của dịch thủy phân Hút 2ml dịch đã thủy phân cho vào dụng cụ đo độ nhớt. Dùng quả bóp đẩy dịch lên trên vạch đo thứ nhất đợi dịch chảy đến vạch đo ta bắt đầu bấm giờ tính thời gian cho đến khi dịch chảy đến vạch đo thứ hai. Ghi thời gian và lấy kết quả trung bình. Tính toán kết quả: + Đo tỷ trọng của dịch thủy phân: Lấy 5ml dịch đem cân khối l−ợng bằng cân tiểu ly, sau đó tính ra tỷ trọng của dịch thủy phân theo công thức d= m/ V + Đo tỷ trọng của n−ớc: T−ơng tự nh− đo với dịch thủy phân Độ nhớt của dịch thủy phân tính theo công thức: à = ào ì 00 11 td td ì ì (cp) Trong đó: ào: Độ nhớt của n−ớc, d1: Tỷ trọng của dịch thủy phân, do: Tỷ trọng của n−ớc (do = 0.997), t1: Thời gian chảy của 2ml dịch (giây), to: Thời gian chảy của 2ml n−ớc (giây). 1.2.5. Ph−ơng pháp xác đinh độ ẩm của tinh bột sắn 1.2.5.1. Ph−ơng pháp sấy khô. Sấy khô là ph−ơng pháp xác định đ−ợc độ ẩm tự do, tuy nhiên một l−ợng n−ớc nhỏ còn lại trong nguyên liệu. Nhiệt độ sấy 130oC trong thời gian 40 phút. Đối với bột quá −ớt (độ ẩm trên 18%) thì cần sấy sơ bộ ở 105oC trong thời gian 30 phút, rồi sau đó sấy ở 130oC/ 40 phút. Làm khô mẫu trong bình hút ẩm có sillicagel hoặc axit sunfuric (d=1,84) hoặc canxi clorua khan. Kết quả đ−ợc tính khi sai số giữa hai lần cân không quá 0,2% theo công thức: W = %100 ) )( x ca ba − − Trong đó: a trọng l−ợng hộp nhôm + nguyên liệu tr−ớc khi sấy (gram), b trọng l−ợng hộp nhôm + nguyên liệu sau khi sấy (gram) và c trọng l−ợng hộp nhôm (gram). 1.2.5.2. Ph−ơng pháp xác định hàm ẩm bằng máy sấy ẩm nhanh hồng ngoại (Precisa H 6.0. Switzerlland). 22 Đặt nhiệt độ sấy mẫu. Đặt thời gian sấy mẫu. Đặt mẫu trên khay. Màn hình tinh thể lỏng luôn hiển thị kết quả về độ ẩm hiện lại ở mẫu đang sấy. Khi giá trị khối l−ợng hiện lên ổn định thì kết thúc quá trình sấy. 1.2.6. Xác định DE theo ph−ơng pháp phân tích Lane- Eynon [27]. DE là số đ−ơng l−ợng đ−ờng khử quy ra glucoza đ−ợc tạo thành trong quá trình thủy phân tinh bột tính theo phần trăm chất khô. Trong quá trình thủy phân tinh bột, giá trị DE cho biết mức độ thủy phân tinh bột thành đ−ờng khử. Glucoza, maltoza và các dextrin là các loại đ−ờng khử vì trong phân tử có nhóm aldehyt. Trong môi tr−ờng kiềm yếu đ−ờng khử dễ dàng khử ion Cu2+ thành Cu+ d−ới dạng kết tủa CuO có màu đỏ nâu. Để xác định DE, ph−ơng pháp này sử dụng dung dịch Fehling A có chứa Cu++ và dung dịch Fehling B có chứa Natri Kalitatrat (KNaC4H4O6) trong môi tr−ờng kiềm yếu. Vì thời gian phản ứng diễn ra rất nhanh (khoảng 2 phút) nên trong dung dịch vẫn còn d− Cu++. Hiện t−ợng này có thể quan sát thấy nhờ khả năng tạo phức không màu của xanh metylen với dung dịch đ−ờng khử khi hết Cu++. Khi thêm hai ba giọt xanh metylen vào dung dịch phản ứng, khi vừa hết Cu++, đ−ờng khử sẽ tạo phức không màu với xanh metylen làm cho màu của dung dịch từ màu của xanh metylen chuyển thành màu trắng. Căn cứ vào đó ta kết thúc quá trình phản ứng. Dựa vào số ml dung dịch đ−ờng khử tiêu hao đem tra bảng Lane- Eynon sẽ tính đ−ợc l−ợng đ−ờng khử quy ra glucoza cần xác định. Đơn vị DE đ−ợc tính theo phần trăm chất khô (%). Dung dịch Fehling A: Cân khoảng 70g CuSO4.5H2O hòa tan với n−ớc cất rồi cho vào bình định mức 1000ml, lắc đều, bổ sung n−ớc cất đến ngấn định mức. Lọc. Dung dịch Fehling B: Cân 346g KNaC4H4O6 và 100g NaOH trộn lẫn với nhau, dùng n−ớc cất hòa tan rồi chuyển vào bình định mức 1.000ml. Cho n−ớc cất đến ngấn quy định, để qua ngày rồi lọc. Chỉ thị xanh metylen: 1g xanh metylen hòa với n−ớc cất, định mức 100ml, lọc. Cách tiến hành: Dung dịch đ−ờng đ−ợc pha loãng sao cho sau khi pha loãng có nồng độ đ−ờng khử phù hợp. Trong khi tiến hành th−ờng hút 0,01% dịch đ−ờng định mức 100 ml. Dịch đ−ờng đã chuẩn bị ở trên cho vào buret 50ml. Chuẩn bị ba bình tam giác 250ml, hút vào mỗi bình 5ml Fehling A và 5ml Fehling B. Sau đó cho vào bình 15- 20 ml dịch. Đun 23 hỗn hợp cho đến khi sôi. Sau khi sôi 2- 3 phút cho 2- 3 giọt xanh metylen vào và tiếp tục định phân bằng dung dịch đ−ờng đã pha loãng cho đến khi mất mầu chỉ thị (quá trình đun sôi và định phân không quá 3 phút) chuyển sang màu đỏ nâu. Kết thúc quá trình định phân ta ghi l−ợng đ−ờng đã định phân. Định phân ba lần và lấy kết quả trung bình. Căn cứ vào l−ợng dịch tiêu hao ta tra bảng Lane- Eynon để tính ra DE. Tính DE theo công thức: DE = BxB A ì ì100 (%). Trong đó: A: L−ợng đ−ờng khử tra từ bảng Lane- Eynon (Phụ lục báo cáo), B: Tỷ lệ pha loãng, Bx: nồng độ % chất khô. 1.2.7. Xác định hàm l−ợng tinh bột. 1.2.7.1. Xác định hàm l−ợng tinh bột bằng ph−ơng pháp Mecke cải tiến. Nguyên lý: Ph−ơng pháp Mecke cải tiến, có 2 giai đoạn: Giai đoạn I: Dịch hóa, đ−ờng hoá bằng α- amylaza để hạn chế việc thuỷ phân hemixenluloza và pentozan thành đ−ờng đơn. Pentoza cũng nh− glucoza, có phản ứng với dung dịch chuẩn độ và làm tăng hàm l−ợng thực của tinh bột đ−ợc cấu thành chỉ từ các phân tử glucoza. Sau khi đ−ờng hoá, lọc, rửa sạch bã lọc và thu hồi dịch. Dịch thu đ−ợc thuỷ phân bằng axit. Giai đoạn II: Thuỷ phân bằng axit để chuyển hóa triệt để dextrin và maltoza thành glucoza. Hoá chất: - Dịch enzym α- amylaza. - Dung dịch Fehling A: Cân 40 gam CuSO4.5H2O, hoà tan, pha thành 1 lít ở bình định mức. Sau đó đem lọc, chứa trong bình màu, khô có nút nhám. - Dung dịch Fehling B: Cân 200 gram KNaC4H4O6 và 150 gram NaOH vào hai cốc khác nhau. Sau đó đem hoà tan lẫn và định mức bằng n−ớc cất tới 1 lít. Lọc dịch và bảo quản trong bình màu, khô có nút nhám.. - Dung dịch Iốt 0,5%: Cân 1 gram KI hoà tan trong 3-5 ml, rồi cho vào đó 0,5 gram I2. Sau khi hoà tan thêm n−ớc cất tới 100 ml. - Dung dịch HCL 35%. - Dung dịch NaOH 30 hoặc 15%. - Dung dịch phenolphtalein 1%. 24 Ph−ơng pháp tiến hành: Cân 3 gram tinh bột (hoặc nguyên liệu) đã nghiền nhỏ, cho vào cốc hoặc bình tam giác 250 ml. Thêm vào đó 120 ml n−ớc cất, khuấy đều rồi đặt vào nồi cách thuỷ để hồ hoá ở 70 0C rồi đun sôi trong 30 phút. Làm nguội 700C rồi cho vào 1 ml dịch α- amylaza để dịch hoá. Làm nguội 600C rồi cho thêm 5 ml dịch α- amylaza để đ−ờng hoá. Sau 1 giờ lại đặt cốc vào nồi cách thuỷ và đun sôi 30 phút. Làm nguội 600C rồi bổ sung 4 ml dịch α- amylaza để đ−ờng hoá đến khi dung dịch không làm đổi màu iốt. Dung dịch đ−ợc định mức tới 250 ml, lắc đều, lọc và thu dịch lọc. Lấy 100 ml dịch lọc cho vào bình định mức 250 ml và thêm 6 ml HCl 35%. Đậy kín, nối với ống sinh hàn khí rồi đặt vào nồi cách thuỷ trong 2 giờ. Làm nguội tới nhiệt độ phòng, thêm 3- 4 giọt methyl da cam hoặc phenolphtalein rồi dùng NaOH đặc để trung hoà tới đổi màu. Định mức 250 ml và xác định l−ợng glucoza theo ph−ơng pháp Bectơran. Lấy 20 ml Fehling A, 20 ml Fehling B và 20 ml dịch đ−ờng glucoza vào bình. L−ợng đ−ờng chứa trong dịch pha loãng này (a), bao gồm đ−ờng từ tinh bột, đ−ờng và chất khử sẵn có trong dịch α- amylaza. Do đó cần loại trừ l−ợng đ−ờng và chất khử sẵn có trong dịch α- amylaza. Lấy 3 ml α- amylaza và 2 ml dung dịch HCl 35% cho vào bình định mức 100 ml. Lắc đều rồi tiến hành thuỷ phân nh− trên. Sau khi trung hoà, định mức tới 100 ml, rồi lấy 20 ml dung dịch để xác định đ−ờng theo ph−ơng pháp Bectơran (b). Hàm l−ợng tinh bột trong nguyên liệu đ−ợc tính theo công thức sau: W= {(a-b/10) x 100 } x 0,9 : c Trong đó: a: L−ợng glucoza (mg) có trong 20 ml dịch đ−ờng thí nghiệm b: L−ợng glucoza (mg) có trong 20 ml dịch α- amylaza pha loãng c: L−ợng bột (mg) t−ơng đ−ơng với 20 ml dịch đ−ờng thí nghiệm. 0,9: Hệ số chuyển hóa tinh bột thành glucoza. 1. 2. 7. 2. xác định hàm l−ợng tinh bột theo ph−ơng pháp thuỷ phân bằng hCl 2%. Ph−ơng pháp chỉ chính xác khi xác định hàm l−ợng tinh bột trong nguyên liệu bột khá tinh khiết. Đối với bột thô, kết quả cao hơn so với thực tế. Trong điều kiện thuỷ 25 phân hầu hết pentozan biến thành đ−ờng pentoza. Ngoài ra, còn có một phần hemixenluloza và xenluloza (chất bán xơ và chất xơ) cũng biến thành đ−ờng. Ph−ơng pháp tiến hành:Cân 2 gram bột thô cho vào bình tam giác hoặc bình cầu có dung tích 250 ml. Sau đó cho vào bình 100 ml dung dịch HCl 2%. Đậy nút cao su nối với ống sinh hàn khí. Lắc nhẹ, rồi đặt bình vào nồi cách thuỷ. Đun sôi mẫu 2 giờ. Dịch tinh bột đã thuỷ phân đ−ợc làm nguội tới nhiệt độ phòng, rồi cho vào 4-5 giọt methyl da cam và dùng NaOH đặc trung hoà tới khi đổi màu. Định mức 250ml, lọc, xác định l−ợng glucoza chứa trong dịch pha loãng và quy ra hàm l−ợng đ−ờng. tính toán kết quả: Hàm l−ợng tinh bột trong nguyên liệu tính theo công thức: W = bxm xaxx 9,0100250 Trong đó: W: Hàm l−ợng tinh bột (%), a: Số gram glucoza t−ơng ứng với 20 ml dung dịch ferixyanua kali, b: Số ml dịch đ−ờng loãng tiêu hao khi thuỷ phân, m: Số gram bột đem định phân, 0,9: Hệ số chuyển glucoza thành tinh bột. 1.2.8. Ph−ơng pháp xác định thành phần đ−ờng bằng HPLC - Chuẩn bị mẫu: Mẫu Cân Hoà tan Loại tạp chất Lọc qua màng 0,5àm Dịch phân tích Chạy trên HPLC. - Điều kiện chạy mẫu: Cột tách Supel Co- NH2, pha động Acetonitril: n−ớc (75:25), Detector: RID, tốc độ dòng: 1ml/ phút - Tính toán kết quả: Hoặc sử dụng phần mềm tính kết quả ngay trên máy, hoặc có thể áp dụng công thức: Cmẫu= Cchuẩn x Smẫu : Schuẩn Trong đó: Cmẫu nồng độ đ−ơng trong mẫu(g/l); Cchuẩn nồng độ đ−ờng trong mẫu chuẩn (/l); Smẫu diện tích Pic mẫu phân tích; Schuẩn diện tích Pic mẫu chuẩn 1.2.9. Ph−ơng pháp sắc ký lớp mỏng xác định β-D-glucan theo Chen Ry, Yu D.Q. (in Chinese) [29] và He Y. et al. [33] Ph−ơng pháp sắc ký lớp mỏng xác định β-D-glucan, chất có hoạt tính sinh học ngăn chặn phát triẻn khối u. Dùng ph−ơng pháp bản kính hoặc giấy chạy sắc ký lớp mỏng: 26 - Bản kính: Bản kính có kích th−ớc 12,5 x 22 cm; Silicagel G cỡ hạt 1-10 àm trang đều trên kính một lớp dầy 0,25 mm hoặc sử dụng bản mỏng Silicagel GF 254. Hoạt hoá ở 105-110 0C tr−ớc khi sử dụng. - Giấy chạy sắc ký: Giấy FN3 kích th−ớc 60 x 15 cm (thông th−ờng giấy tráng lớp mỏng chỉ sử dụng khi hàm l−ợng hoạt chất cần phân tích β-D-glucan- thấp). Thành phần hỗn hợp tráng nóng lên giấy: 50 ml hồ tinh bột 1%, 8 ml lithicitrat 5% và 1 gram silicagel G (cỡ hạt 1- 10 àm). Tinh bột và silicagel đ−ợc phủ lên mặt giấy sắc ký là tăng khả năng hấp phụ bề mặt, lithicitrat thêm vào làm chất đệm giữ pH=8,0. Hệ dung môi để chạy sắc ký lớp mỏng: Toluen/ Ethylacetat/ axeton/ axit formic theo tỷ lệ: 5/ 2/ 2/ 1. Thao tác: Chuẩn bị mẫu chấm sắc ký: Lấy 0,3 g mẫu nấm Linh chi cắt nhỏ cho vào bình nón nút mài, thêm 20 ml chloroform và đun hồi l−u trong cách thuỷ 30 phút. Lọc lấy dịch chiết chloroform đem cho bay hơi trong nồi cách thuỷ đến cạn. Hòa tan cặn trong 0,3 ml ethanol tuyệt đói, thu đ−ợc dung dịch chấm sắc ký. Hút 2 ml dung dịch axit phosphoric 25 %, 8 ml dung dịch vanillin 2% trong cồn và pha vào l−ợng axit phophoric kể trên (theo tỷ lệ 4:1). Thể tích mẫu chiết xuất chấm lên bản mỏng: 10 àl (5-15 àl đối với bản kính) và 50- 80 àl (đối với giấy tráng hỗn hợp chất). Hiện mầu kết quả: Sau khi triển khai sắc ký khoảng 12-14 cm lấy bản mỏng ra để khô ở nhiệt độ phòng rồi mới hiện mầu theo 02 cách: Soi d−ới ánh sáng đèn tử ngoại ở b−ớc sóng 366 nm, hoặc phun dung dịch vanillin 1% trong axit phosphoric, sấy bản mỏng ở 1200C đến khi các vệt hiện rõ. Xác định Rf của mẫu và của chuẩn đối chiếu (β-D-glucan nồng độ khác nhau) để phát hiện chất hoạt tính sinh học, đồng thời so độ đậm nhạt với mẫu chuẩn để có thể −ớc l−ợng về hàm l−ợng mẫu thử. 1.3. Ph−ơng pháp vi sinh vật học 1.3.1. Kiểm tra tổng số vi khuẩn hiếu khí Sử dụng môi tr−ờng phân lập và nuôi cấy có cao nấm men và cazein thủy phân (Bảng 3). Hòa tan các chất, điều chỉnh pH= 5.5, khuấy, đun sôi cho tan. Hòa tan Bromocresol green 0.022g/ lit, thanh trùng 1200C/15 phút. Gieo cấy 0,1 ml dung dịch mẫu (đã pha loãng) cần kiểm tra lên bề mặt môi tr−ờng thạch đĩa, trang đều và nuôi cấy ở 370C/ 48 giờ. Số l−ợng vi khuẩn hiếu khí có trong 1 ml dịch đ−ợc là số l−ợng khuẩn 27 lạc trung bình mọc trên đĩa thạch petri nhân với hệ số pha loãng, ta có số l−ợng tổng số vi khuẩn hiếu khí tính theo CFU/ ml. Bảng 3: Thành phần môi trường phân lập. Thành phần môi tr−ờng Hàm lượng (g/l) Cao nấm men 4 Cazein thủy phân 5 Glucoza 50 KH2PO4 0.55 KCL 0.425 CaCL2 0.125 MgSO4 0.125 FeCL3 0.025 MnSO4 0.025 pH 5.5 Thạch 20 1.3.2. Kiểm tra coliform và E. coli (môi tr−ờng Endo). Sử dụng môi tr−ờng phân lập và nuôi cấy Endo (Bảng 4). Đun sôi môi tr−ởng, khuấy đều, hòa tan các chất. Thêm vào 1 lít môi tr−ờng 4ml dung dịch Fuchsin Base 10% trong cồn etylic 960. Chỉnh pH 7.5. Thanh trùng 120oC/15 phút. Bảng 4: Thành phần môi tr−ờng kiểm tra Coliform và E. coli: Thành phần Hàm l−ợng (g/l) Pepton 10 Lactoza 10 K2HPO4 3,5 Na2SO3 2,5 Fuchsin base10% 4 ml pH 7.5 Cách tiến hành: Dùng ống hút vô trùng gieo cấy 0,1ml mẫu đã pha loãng cần kiểm tra trên đĩa thạch có chứa môi tr−ờng trên. Nuôi cấy ở nhiệt độ 370C/ 18- 24 giờ. Khuẩn lạc E. coli mầu đỏ hoặc hồng và có ánh kim, trong khi đó khuẩn lạc của coliform không có ánh kim. Số l−ợng coliform và E. coli có trong 1ml mẫu đ−ợc thể hiện bằng số l−ợng 28 khuẩn lạc trung bình của 3 đĩa thạch petri nhân với hệ số pha loãng, ta có số l−ợng coliform và E.coli tính theo CFU/ ml. 1.3.3. Phương phỏp kiểm tra Clostridium perfringens (Môi tr−ờng Wilson Blair cải tiến) Sử dụng môi tr−ờng phân lập và nuôi cấy Wilson Blair cải tiến (Bảng 5). Bảng 5: Thành phần môi tr−ờng kiểm tra Clostridium perfringens Thành phần Hàm l−ợng (g/l) Glucoza 20 Cao thịt bò 5 Pepton 10 NaCl 5 Thạch 20 pH 7 Đun sôi để hòa tan hoàn toàn thành phần. Phân phối 20ml môi tr−ờng vào mỗi ống nghiệm 20x220 mm. Thanh trùng ở 1210C/ 15 phút. Tr−ớc khi sử dụng đem đun tan chảy. Thêm vào mỗi ống (bằng thao tác vô trùng) 2 ml dung dịch NaSO3 20% và 5 giọt dung dịch phèn sắt amoni 5% (NH4Fe (SO4)2. 12 H2O 5%). Cách tiến hành: Dùng ống hút vô khuẩn hút 0,1 ml dịch mẫu đã pha loãng cần kiểm tra cấy vào ống nghiệm môi tr−ờng trên (đã đ−ợc đun tan thạch và để nguội đến 45-500C). Lắc tròn ống để trộn đều mẫu trong môi tr−ờng. Đặt ống đã cấy mẫu vào bể điều nhiệt ở 800C/10 phút. Lấy ra làm lạnh ngay d−ới vòi n−ớc, hoặc trong tủ lạnh, khi thạch đông đ−a ống mẫu vào nuôi trong tủ ấm ở 370C trong 24- 72 giờ. Sau 24 giờ đọc kết quả sơ bộ. Cl. Perfringens tạo các khuẩn lạc tròn mầu đen, có đ−ờng kính trên 1mm (sau 24 giờ), để lâu các khuẩn lạc sẽ lớn hơn có đ−ờng kính 4- 6mm có thể xuất hiện các vết nứt hay bọt khí trong cột thạch do hiện t−ợng tạo khí. Bào tử của Cl. Perfringens bền ở nhiệt độ 80oC trong 10 phút, khi phát triển trong môi tr−ờng có sulfit có khả năng sinh H2S làm khuẩn lạc có mầu đen. Nếu trong môi tr−ờng xuất hiện nhiều khuẩn lạc tạp hoặc nghi ngờ, tiến hành thuần khiết giống và kiểm tra tiêu bản qua kính hiển vi. Cl. Perfringens là vi khuẩn dạng thẳng hình que, gram d−ơng, có hình thành bào tử, không di động và một vài chủng có khả năng khử nitrat. Số l−ợng Cl. Perfringens đ−ợc tính bằng số khuẩn lạc 29 trung bình nhân với hệ số pha loãng và tính theo CFU/ ml. 1.3.4. Kiểm tra Staphylococcus aureus. Dùng môi tr−ờng phân lập và nuôi cấy canh thang Mannit muối tăng sinh chọn lọc(Bảng 6) Bảng 6: Môi tr−ờng kiểm tra Staphylococcus aureus Thành phần môi tr−ờng Hàm l−ợng (g/ l) Cao thịt bò 5 Pepton 10 NaCl 75 Manitol 10 Phenol đỏ 0,025 Thạch 20 pH 7,4 Đun sôi để hòa tan các thành phần, chỉnh pH=7,4. Phân phối vào các ống nghiệm 18 x 189mm. Thanh trùng ở 1210C/12 phút. Cách tiến hành: Dùng ống hút vô trùng, hút 0,1ml dịch mẫu đã pha loãng cần kiểm tra vào ống nghiệm môi tr−ờng canh thang tăng sinh chọn lọc, lắc nhẹ để trộn mẫu vào môi tr−ờng. Nuôi mẫu cấy trong tủ ấm ở 370C/ 24 giờ. Từ các ống đã cấy ở trên, cấy truyền lên bề mặt môi tr−ờng thạch đĩa sao cho nhận đ−ợc các khuẩn lạc riêng rẽ. Nuôi các đĩa thạch này ở tủ ấm 370C/ 24-48 giờ. Trên môi tr−ờng thạch Mannit-muối Sta. aureus hình thành các khuẩn lạc tròn, lồi, bóng, đ−ờng kính từ 1-3mm. Khuẩn lạc và môi tr−ờng xung quanh chúng có mầu vàng sáng hoặc hơi sẫm (sau 24 giờ). Sau 48 giờ, đ−ờng kính khuẩn lạc tăng lên, mầu khuẩn lạc và môi tr−ờng xung quanh trở nên vàng sẫm hơn. Vi khuẩn Sta. aureus có dạng hình cầu, gram d−ơng, sắp xếp hình chùm nho, thành đám hoặc từng cặp. Lên men đ−ờng mannitol làm chuyển mầu môi tr−ờng từ đỏ sang vàng. Phản ứng coagulaza d−ơng tính. 1.3.5. Kiểm tra nấm men, nấm mốc Dùng môi tr−ờng phân lập và nuôi cấy Sabouraud , thanh trùng 1200C/ 15 phút. Bảng 7: Thành phần môi tr−ờng Sabouraud. Thành phần môi tr−ờng Hàm l−ợng (g/l) Cao nấm men 5 Dextroza 20 Thạch 20 Cách tiến hành: Gieo cấy 0,1 ml mẫu đã pha loãng cần kiểm tra trên đĩa thạch có chứa môi tr−ờng trên. Nuôi cấy ở nhiệt độ 300C/ 48 giờ. Khuẩn lạc nấm men có vàng 30 kem, bề mặt trơn nhẵn, bóng. Khuẩn lạc nấm mốc còn non có sợi khuẩn ty mầu trắng hoặc xám. Bề mặt khuẩn lạc có xu h−ớng lan bè ra xung quanh. Khi già khuẩn lạc sinh bào tử. Bào tử có mầu mầu xám, đen hoặc xanh. Số l−ợng nấm men hoặc nấm mốc có trong 1 ml mẫu đ−ợc thể hiện bằng số l−ợng khuẩn lạc mọc trên đĩa thạch petri. Số l−ợng nấm men, nấm mốc tính bằng số khuẩn lạc nấm men và nấm mốc trung bình trên đĩa thạch nhân với hệ số pha loãng và tính theo CFU/ ml. 1.4. Ph−ơng pháp đánh giá cảm quan. Cảm quan là ph−ơng pháp đánh giá các chỉ tiêu chất l−ợng sản phẩm nói chung và n−ớc Linh chi mật ong nói riêng bằng giác quan để mô tả chất l−ợng sản phẩm không định l−ợng. Từ mô tả có thể phân loại và cho điểm hoặc rút ra kết luận về các chỉ tiêu chất l−ợng nh− h−ơng, vị, độ trong, mầu sắc, độ bọt và mức độ bão hòa khí cacbonic cũng nh− tính chất giải khát, giải nhiệt của n−ớc giải khát. Có bốn vị cơ bản: Ngọt, chua, mặn, đắng. Ngoài ra còn có một số vị phụ nh− cay của ớt, gừng, chát của trà, tanh của kim loại. Bên cạnh cảm giác về vị ta còn nhận biết thêm nhiều mùi khác nhau. Những mùi vị này sẽ gây ra cho ng−ời uống khoái cảm nhất định. Nhiệt độ của n−ớc giải khát có ảnh h−ởng nhiều tới độ nhậy cảm của giác quan. Điều đó phản ánh sự phụ thuộc vào nhiệt độ của các phản ứng hóa học xảy ra trong n−ớc giải khát. Kinh nghiệm cho biết trong khoảng nhiệt độ 10- 200C, độ nhậy cảm tăng gấp hai lần so với nhiệt độ d−ới 100C, trong khoảng 20-300C độ nhậy cảm hầu nh− không thay đổi và nếu tăng tới 30-400C thì độ nhậy cảm sẽ giảm sút. Chất gây vị ngọt: từ đ−ờng của mật ong, của n−ớc quả, của sacaroza. Chất gây vị đắng: từ là magiê clorua và các muối của canxi, liti, bari và iốt. Các muối này th−ờng có trong n−ớc khoáng thiên nhiên với hàm l−ợng rất nhỏ. Chất gây vị chua: Gồm axit hữu cơ và axit vô cơ. Ng−ời ta nhận thấy rằng khi cho thêm vào dung dịch chua 3% đ−ờng thì cảm giác chua sẽ giảm mặc dù pH của dung dịch không thay đổi. Do đó hai dung dịch có cùng độ chua nh− nhau nh−ng chứa l−ợng đ−ờng khác nhau thì cảm giác chua sẽ thể hiện rõ hơn đối với dung dịch có nồng độ đ−ờng thấp và ng−ợc lại. Vị chua còn phụ thuộc tính chất của axit. Chất gây vị mặn: Những muối có vị mặn là clorua, bromua, và iod của natri, kali và liti, nh−ng đặc tr−ng nhất là clorua natri. 31 Khứu giác có thể nhận biết đơn giản đối với các đơn h−ơng và và phức tạp đối với các đa h−ơng. Nhận biết đơn giản th−ờng từ một chất thơm xác định nào đó, còn nhận biếtt phức tạp lại từ một tổ hợp nhiều chất rất khó xác định nh− mùi thơm hình thành trong quá trình lên men n−ớc quả hay lên men bia. Trong sản xuất n−ớc Linh chi mật ong ngoài các chất thơm tự nhiên của mật ong có thể bổ sung h−ơng của một số loại quả nh− chanh, cam, quýt, táo, dâu để đa dạng hóa sản phẩm. Bình th−ờng ph−ơng pháp đánh giá cảm quan không cần dụng cụ đo l−ờng mà chỉ dùng các giác quan để đánh giá chất l−ợng sản phẩm. Tuy nhiên trong nhiều tr−ờng hợp ng−ời ta phải tiến hành phân tích các chỉ tiêu lý, hóa và vi sinh vật, kết hợp với giác quan để đánh giá chất l−ợng đ−ợc chính xác hơn. Hội đồng cảm quan có thể đ−ợc thành lập ở cấp Nhà n−ớc, cấp ngành hay cơ sở. Các ủy viên hội đồng phải là những ng−ời có kiến thức cảm quan, có kinh nghiệm sản xuất, nhất là phải có năng khiếu và giác quan nhậy cảm. Chất l−ợng sản phẩm đ−ợc đánh giá theo thang điểm qui định. N−ớc giải khát đ−ợc đánh giá theo thang điểm 100 và chia thành các chỉ tiêu chất l−ợng. Trong đó: Độ trong 10 điểm, h−ơng vị 40 điểm, bão hòa CO2 35 điểm, mầu sắc 5 điểm, hình dáng bên ngoài 10 điểm. N−ớc giải khát có chất l−ợng tốt phải đạt từ 96 điểm trở lên; loại khá 90-95 điểm; loại trung bình 85-89 điểm; loại kém là d−ới 85 điểm. ở Việt Nam, nhà n−ớc ch−a đ−a ra tiêu chuẩn cụ thể để đánh giá chất l−ợng cảm quan n−ớc giải khát. Hiện nay khi đánh giá chất l−ợng sản phẩm này ng−ời ta dựa vào sự −a thích để đánh giá và cho điểm. Trong đó: Cực kì thích 9 điểm, rất thích 8 điểm, thích vừa 7 điểm, không thích lắm 6 điểm, không thích, không chê 5 điểm, chê ít 4 điểm, chê vừa 3 điểm, rất chê 2 điểm, cực kỳ chê 1 điểm. Bằng mắt th−ờng ta có thể xác định đ−ợc độ trong, độ sủi bọt và độ bền bọt của n−ớc giải khát. Mỗi loại n−ớc giải khát đều có mầu đặc tr−ng. Màu của n−ớc giải khát có thể là xanh, vàng, hồng, có thể chỉ là đơn mầu hoặc phối hợp nhiều mầu với tỷ lệ nào đó để tạo ra mầu mới, đẹp và hấp dẫn cảm quan. 32 2. Quy trình xử lý nguyên liệu tinh bột sắn, ngô và xây dựng tiêu chuẩn chất l−ợng nguyên liệu. 2.1. Xác định các yếu tố ảnh h−ởng tới quy trình xử lý tinh bột sắn, ngô. Tinh bột sắn mua ngoài thị tr−ờng do ng−ời dân từ các làng nghề, hộ gia đình sản xuất. Tinh bột khô có mầu trắng sáng, ngà, hơi vàng tùy thuộc tạp chất nh− xơ, tanin, các ion kim loại đặc biệt là Fe++. Nguyên liệu tinh bột sắn có hàm l−ợng tinh bột 85%, độ ẩm 12%. Do chất l−ợng nguyên liệu không đồng đều nên cần phải nghiên cứu ph−ơng pháp xử lý nguyên liệu để nâng cao hàm l−ợng và chất l−ợng tinh bột sử dụng sản xuất maltodextrin có chất l−ợng cao. Màu sắc của tinh bột là một trong những tính chất cảm quan để đánh giá chất l−ợng bột. Tinh bột đạt chất l−ợng tốt th−ờng có màu trắng sáng khi sấy khô. Bột sắn đ−ợc sàng, rây bằng máy hoặc bằng tay để loại đi các tạp chất lạ có kích th−ớc lớn. Kích th−ớc lỗ sàng cũng rất quan trọng. Dùng kích th−ớc lỗ sàng là 0,2 mm và 0,5mm, cho bột lọt qua và các vật lạ hoặc nguyên liệu tinh bột có kích th−ớc lớn hơn lỗ sàng sẽ nằm lại trên rây. 2.1.1. Xác định tỷ lệ n−ớc rửa. Để tinh bột có màu trắng sáng, chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm làm sạch tinh bột bằng cách loại tạp chất đơn giản nhất nhằm nâng cao chất l−ợng, giảm hao hụt là dùng n−ớc sạch để rửa bột. Bột đ−ợc hoà với n−ớc, khuấy đều trong khoảng 10 phút, sau đó ngâm để lắng và loại bỏ n−ớc bằng cách ly tâm. Bột đ−ợc rửa nh− vậy nhiều lần đến khi có mầu trắng (Bảng 8). Bảng 8. ảnh h−ởng số lần rửa và l−ợng n−ớc rửa đến chất l−ợng màu bột Số lần rửa L−ợng n−ớc rửa (%) Màu bột L−ợng N−ớc rửa (%) Màu bột 1 500 Trắng vàng 400 Trắng vàng 2 500 Trắng vàng nhạt 400 Trắng vàng nhạt 3 500 Trắng 400 Trắng ngà 4 500 Trắng 400 Trắng Qua kết quả thử nghiệm chúng tôi thấy rửa lại bột 3 lần với tỷ lệ n−ớc dùng là: 1:5 thì kinh tế hơn, tiết kiệm đ−ợc n−ớc và công lao động trong các lần thay n−ớc và lắng bột. Sau các lần thay n−ớc, để lắng tinh bột, chúng tôi quan sát thấy tinh bột sẽ lắng xuống d−ới và các chất bẩn đen nổi trên mặt đ−ợc gạn bỏ. Sau đó thu hồi, sấy khô bột đến độ ẩm 12-15% sử dụng cho quá trình thuỷ phân tạo maltodextrin. 33 2.1.2. ảnh h−ởng của thời gian ngâm đến chất l−ợng bột. Độ sạch của nguyên liệu có ảnh h−ởng nhiều đến quá trình cắt phân mạch tinh bột của enzym, chúng làm thay đổi độ nhớt của dịch bột nóng. Enzym có tác dụng phân cắt một cách có chọn lọc các liên kết trong phân tử tinh bột. Để có đ−ợc nguyên liệu có độ sạch cao, giữ đ−ợc tính chất của nguyên liệu ban đầu thì thời gian ngâm bột cũng là một yếu tố rất quan trọng cần đ−ợc xác định, nhất là đối với các nhà máy công suất lớn. Các kết quả thí nghiệm đ−ợc so sánh giữa độ nhớt của tinh bột tr−ớc và sau thời gian xử lý (Bảng 9). Bảng 9. ảnh h−ởng của thời gian ngâm lên độ nhớt của tinh bột (dung dịch 5% nhiệt độ 80 OC) STT Thời gian ngâm (ngày) Thời gian chảy (phút) 1 1 0,4 2 2 0,4 3 3 0,3 4 4 0,3 5 5 0,2 6 6 0,2 Nh− vậy sau 3 ngày ngâm rửa bột trắng sạch, không có mùi chua, độ nhớt giảm, nếu thời gian ngâm bột quá 3 ngày (thời tiết mùa hè) dịch ngâm bị sủi bọt, bột sắn có mùi chua. 2.1.3. Xác định độ nhớt của nguyên liệu. Chúng tôi đã tiến hành xác định độ nhớt của các loại tinh bột ngô, tinh bột sắn, tinh bột gạo có bán trên thị tr−ờng. Do dịch có độ nhớt cao nên thời gian chảy của dịch kéo dài khi đo ở máy đo độ nhớt Labor Muszeriparimuvek Esztergom của Hungari. Kết quả cho thấy độ nhớt của tinh bột gạo và tinh bột ngô rất lớn, có thể là do ngoài tinh bột ra còn có nhiều tạp chất khác nh− protein, chất xơ, lipit (Bảng 10). Bảng 10: So sánh độ nhớt của tinh bột sắn, ngô, gạo Loại tinh bột Nhiệt độ hồ hoá (oC) Thời gian chảy của dịch tinh bột (phút) Tinh bột gạo 78 30 Tinh bột ngô 75 15 Tinh bột sắn 70 0,4 34 2.1.4. Xử lý nguyên liệu là tinh bột ngô. Trong thành phần của tinh bột ngô có nhiều protein và lipit, xơ... Để sử dụng cho sản xuất thực phẩm tinh bột ngô th−ờng đ−ợc xử lý để loại bỏ protein. Chính thành phần protein trong bột ngô làm cho dịch sau thuỷ phân có váng và dễ bị sủi bọt. Đã tiến hành xử lý bột ngô bằng cách ngâm, xác định khối l−ợng n−ớc rửa khác nhau. Các mẫu đều đ−ợc thay n−ớc 1 lần mỗi ngày (bảng 11). Bảng 11: ảnh h−ởng của thời gian ngâm, tỷ lệ n−ớc ngâm tới qúa trình loại bỏ protein và làm sạch tinh bột ngô L−ợng n−ớc rửa (so với tinh bột) Ngày 1 2 3 4 1 Sủi bọt Sủi bọt Nổi váng Nổi váng 4 Sủi bọt Sủi bọt Nổi váng Nổi váng 8 Chua Chua Váng ít Váng ít 10 Sủi bọt Mùi chua Mùi chua Mùi chua 12 Lắng ít Lắng Lắng trong Lắng trong Nhận xét: Những ngày đầu có mùi chua. Sau thay n−ớc vẫn sủi bọt. Bột không lắng. Sau 10 ngày dich ít chua và lắng trong. 2.1.5. Qúa trình làm sạch tinh bột sắn, ngô sau khi sử lý bằng axít. Tinh bột sau khi sử lý bằng axit sẽ làm thay đổi pH của tinh bột vì chứa một l−ợng axit và các chất sinh ra trong quá trình ngâm rửa. Cần qua khâu làm sạch dịch tinh bột. N−ớc dùng để rửa tinh bột phải có độ sạch cao, không chứa các ion lạ, đặc biệt là ion Fe++. Thí nghiệm đ−ợc tiến hành rửa và ghi lại số lần rửa, trung hòa axit, chỉnh pH trung tính. Nh− vậy sau 6 lần rửa n−ớc và l−ợng n−ớc sử dụng cho mỗi lần là 200 % so với l−ợng tinh bột xử lý, kết quả pH đ−a về pH trung tính (Bảng 12). Bảng 12. Xác định l−ợng n−ớc rửa phù hợp Số lần rửa L−ợng n−ớc (%) pH 1 200 1,49 2 200 2,1 3 200 2,7 4 200 3,3 5 200 5,7 6 200 6,2 35 2.1.6. Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý làm sạch tinh bột sắn. Sơ đồ 3. Quy trình xử lý nguyên liêu tinh bột sắn. 2.1.7. Thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ xử lý tinh bột sắn Tinh bột: Có thể dùng các loại nguyên liệu tinh bột sắn, ngô có trên thị tr−ờng. Tinh bột sắn −ớt có độ ẩm 40%. Tinh bột sắn khô có độ ẩm 12- 14 %, hàm l−ợng tinh bột 80- 85%. Tinh bột sắn −ớt dễ nhiễm trùng, làm tăng độ chua, đòi hỏi hoá chất (NaOH, NaHCO3) trung hoà khi phối trộn nguyên liệu và n−ớc, tr−ớc khi bổ sung enzym dịch hoá và nâng nhiệt độ hồ hoá. Sàng lọc: Sàng lọc cho phép các tinh bột có kích th−ớc nhỏ đi qua lỗ rây và giữ lại các vật lạ hoặc nguyên liệu tinh bột bị vón cục tránh các sự cố nh−: Tinh bột Để lắng Phối trộn (Tỷ lệ tinh bột khô: n−ớc là 1:4) Sàng lọc (Lỗ sàng 0,2 mm và 0,5mm) Ly tâm (900 vòng / phút/ 20 phút) Phối trộn, ngâm (Tỷ lệ tinh bột −ớt: n−ớc là 1: 2) Ly tâm (900 vòng / phút/ 20 phút) Sấy khô (Nhiệt độ 50-55oC/ 4 giờ, tiếp theo 70oC/2 giờ và 80oC/ 1 giờ). Tinh bột sắn khô (Độ ẩm 12-15%) N−ớc sạch N−ớc thải N−ớc sạch N−ớc thải 36 - Sợi, dây, rác, nilon làm tắc bơm, tắc ống, tắc van, cuốn vào trục cánh khuấy. - Tránh các cục tinh bột bị hồ hoá ở bên ngoài, làm mất khả năng thấm n−ớc, hòa tan và truyền nhiệt làm chín bên trong các cục tinh bột cỡ lớn. Phối trộn: Cấp đủ n−ớc vào nồi theo tỷ lệ tinh bột khô: n−ớc là 1:5 (đối với tinh bột −ớt có tỷ lệ 1:3), khối l−ợng nguyên liệu phụ thuộc vào dung tích thiết bị phối trộn nguyên liệu và n−ớc. Chạy đều cánh khuấy vừa đảo trộn liên tục, vừa bổ sung nguyên liệu vào nồi. Các tạp chất nh− đất, cát, protein, chất khoáng, các hợp chất keo, chất mầu và các tạp chất khác đ−ợc hoà tan vào n−ớc, bị loại bỏ khi lắng, lọc, ly tâm tách n−ớc. Quá trình hoà tan, lắng lọc, ly tâm tách tinh bột và n−ớc đ−ợc thực hiện lặp lại 2-3 lần t−ơng tự tuỳ thuộc vào chất l−ợng tinh bột sắn ban đầu vào và các yêu cầu chất l−ợng tinh bột sắn nguyên liệu cho maltodextrin. Sấy khô: Tuỳ điều kiện thực tế của cơ sở sản xuất có thể sấy khô hoặc không sấy khô tinh bột −ớt. Nhiệt độ và thời gian sấy khô phụ thuộc vào ph−ơng pháp công nghệ sấy. Dịch tinh bột −ớt có dạng sữa tinh bột có nồng độ 38- 40oBx có thể sử dụng ngay trong sản xuất maltodextrin. Tuy nhiên, tinh bột sắn khô dễ bảo quản hơn. Tinh bột sắn khô có độ ẩm 12-15%. 2.2. Xây dựng tiêu chuẩn chất l−ợng nguyên liệu Tinh bột sắn để sản xuất maltodextrin. Hiện nay Công ty Cổ phần thực phẩm Minh D−ơng, Hà Tây sản xuất các sản phẩm nh− glucoza tinh khiết dạng bột, các loại si rô maltoza, glucoza và fructoza chủ yếu từ nguyên liêụ thô là: Tinh bột sắn khô, sắn lát và tinh bột sắn −ớt đ−ợc chế biến thủ công tại làng nghề truyền thống ở Hoài Đức, Hà Tây. Nếu sản xuất maltodextrin, cần sử dụng nguyên liệu có chất l−ợng cao hơn, ở mức t−ơng đ−ơng với các loại tinh bột sản xuất trong n−ớc đạt các tiêu chuẩn chất l−ợng tinh bột để xuất khẩu. Chúng tôi căn cứ yêu cầu chất l−ợng sản phẩm maltodextrin dùng trong công nghiệp d−ợc phẩm và thực phẩm, căn cứ vào khả năng cung cấp nguyên liệu tinh bột sắn trong n−ớc, căn cứ vào kết cấu giá thành sản phẩm, căn cứ rủi ro có thể xảy ra nếu dùng nguyên liệu chất l−ợng thấp... để xây dựng tiêu chuẩn nguyên liệu và khuyến cáo Công ty Cổ phần thực phẩm Minh D−ơng, Hà Tây tham khảo thực hiện và điều chỉnh trong quá trình sản xuất. 37 Bảng 13. Tiêu chuẩn tinh bột sắn khô làm nguyên liệu sản xuất maltodextrin TT Chỉ tiêu chất l−ợng Đơn vị Trong n−ớc Quốc tế Công ty Minh D−ơng 1. Hàm l−ợng tinh bột % >85 >85 >85 2. Độ ẩm % 12-14 12 12 3. Protein % 0,1 0,1 4. Hàm l−ợng chất sơ % 0,05- 0,7 0,05 - 0,7 5. Axit asenic mg/ kg 0,05 0,05 6. Xenluloza % 0,2 0,3 7. Độ mịn (Qua rây 150 micron) % 95 99,6 99,6 8. Chì mg/Kg 1 1 9. Năng l−ợng Calo/100g 1400 1470 1470 10. Bao bì 50kg/ bao Loại PP/PE PP/PE PP/PE 11. Vi sinh vật Theo TCVN 12. Cảm quan Trắng, không mùi vị lạ Trắng, không mùi vị lạ Trắng, không mùi vị lạ 38 3. Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ, Xác định 6 yếu tố ảnh h−ởng tới quá trình thủy phân tinh bột và xây dựng Quy trình hồ hóa, dịch hóa và đ−ờng hóa bằng công nghệ enzym. 3.1. Xác định 6 yếu tố ảnh h−ởng tới quá trình thủy phân tinh bột 3.1.1. Nghiên cứu ảnh h−ởng của nhiệt độ tới quá trình thủy phân tinh bột Nhiệt độ là yếu tố quan trọng có ảnh h−ởng trực tiếp đến họat lực của enzym thủy phân. Tốc độ phản ứng do enzym xúc tác chỉ tăng theo nhiệt độ trong giới hạn nhất định, mà ở đó phân tử protein của enzym vẫn còn bền ch−a bị biến tính. Mục đích của phần nghiên cứu này là khảo sát ảnh h−ởng của nhiệt độ tới quá trình thủy phân tinh bột, từ đó lựa chọn nhiệt độ thích hợp nhất cho quá trình thủy phân. Nhiệt độ thích hợp phải nằm trong biên độ nhiệt độ hoạt động của enzym. Dịch sau thủy phân phải có DE 12- 20. Tuy nhiên, một trong những yếu tố phải đặc biệt quan tâm độ nhớt của dịch sau thủy phân. Độ nhớt cao có ảnh h−ởng kéo dài thời gian lọc, gây hao phí và tổn thất. Các thông số cố định là: Nồng độ enzim 0,1%, tỷ lệ bột: n−ớc 1:4, pH = 7,0, thời gian dịch hoá 10 phút. Tinh bột đ−ợc phối trộn với n−ớc theo tỷ lệ 1: 4, điều chỉnh pH 7,0. Bổ sung enzym Termamyl 120L với nồng độ 0,1%. Dịch hoá trong thời gian 10 phút ở các nhiệt độ thay đổi từ 80- 1000C (Bảng 14). Sau đó làm nguội dịch và đ−a pH xuống 4,5- 5 để ức chế, kìm hãm hoạt động của enzym. Tiến hành đo DE và độ nhớt của dịch (Bảng 14). Bảng 14: Xác định ảnh h−ởng của nhiệt độ tới quá trình dịch hoá STT Nhiệt độ Bx DE Độ nhớt àBx=18 (cp) 1 80 18 8,04 4,94 2 85 18,5 9,18 4,51 3 90 19 10,07 3,98 4 95 19,5 11,67 3,60 5 98 20 12,08 2,9 6 100 21 12,84 2,78 Giá trị DE tăng dần theo nhiệt độ. Khi đ−a nhiệt độ lên 1000C, tốc độ phản ứng thuỷ phân tăng, DE tiếp tục tăng nh−ng không tăng nhiều. Cùng lúc đó độ nhớt của dịch cũng giảm theo. Ta thấy rằng ở nhiệt độ từ 95- 980C, tinh bột đ−ợc dịch hoá thành maltodextrin DE 12. Độ nhớt của dịch thủy phân ở nhiệt độ 980C tuy có thấp hơn độ 39 nhớt ở 950C, nh−ng trong điều kiện sản xuất, để tránh sự cố trào bọt dẫn đến tổn thất dịch, chúng tôi đã chọn nhiệt độ thích hợp là 950C. Tại nhiệt độ này độ nhớt có thể chấp nhận đ−ợc cho quá trình lọc. 3.1.2. Nghiên cứu ảnh h−ởng của pH tới quá trình dịch hoá: pH có ảnh h−ởng lớn đến vận tốc phản ứng của enzym. Mỗi một enzym đều có một pH tối −u khác nhau. Mục đích của phần nghiên cứu này là xem xét ảnh h−ởng của pH tới hoạt động của enzym thuỷ phân. Từ đó chọn pH thích hợp cho sản xuất maltodextrin DE12 Các thông số cố định là: Nhiệt độ 950C, nồng độ enzym 0,1%, tỷ lệ bột: n−ớc là 1:4, thời gian dịch hoá 10 phút. Tinh bột đ−ợc hoà với n−ớc theo tỷ lệ 1:4. Sử dụng enzym Termamyl 120L với nồng độ 0,1%. Thay đổi pH của dịch từ 5,5 đến 9. Thời gian dịch hóa 10 phút ở nhiệt độ 950C. Sau đó làm nguội dịch và đ−a pH xuống 4,5- 5 để ức chế enzym. Tiến hành đo DE và độ nhớt của dịch nh− đ−ợc mô tả trong bảng 15. Bảng 15: Xác định ảnh h−ởng của pH tới quá trình dịch hoá. STT pH Bx DE Độ nhớt à (cp) 1 5,5 20 8,23 4,84 2 6,0 20 9,04 4,71 3 6,5 20 9,58 4,62 4 7,0 20 11,37 3,76 5 7,5 20 12,28 3,54 6 8,0 20 11,68 3,12 7 8,5 20 10,17 3,33 8 9 20 9,82 3,67 Ta thấy rằng: pH tăng dần làm tốc độ phản ứng thuỷ phân tăng lên sau đó khi tiếp tục tăng pH (pH > 8) tốc độ phản ứng giảm. Điều đó đ−ợc giải thích là ban đầu pH thấp, ch−a hoạt hoá đ−ợc enzym, do đó khả năng xúc tác phản ứng thuỷ phân không cao. Khi tiếp tục tăng dần pH thì enzym đ−ợc hoạt hoá mạnh hơn, làm tăng khả năng xúc tác phản ứng thuỷ phân rõ rệt. Khi pH trong khoảng 7,0- 7,5 thì giá trị DE thay đổi từ 11,37- 12,28. Độ nhớt cũng giảm dần. Mặt khác khi pH cao trên pH7,0 sẽ ảnh h−ởng đến quá trình tẩy màu sau này. Từ đó ta chọn đ−ợc pH thích hợp là 7,0. 3.1.3. Nghiên cứu ảnh h−ởng của nồng độ tinh bột tới quá trình dịch hoá. Nồng độ cơ chất cũng là yếu tố quan trọng ảnh h−ởng tới khả năng xúc tác của enzym. Nếu hàm l−ợng tinh bột thấp, enzym sẽ dễ dàng tiếp xúc và xúc tác phân hủy 40 mạch phân tử tinh bột, phân cắt liên kết giữa glucozit. Nếu hàm l−ợng tinh bột quá cao, sẽ ngăn cản enzym tiếp xúc với cơ chất do đó làm giảm tốc độ phản ứng thủy phân của enzym. Mục đích của phần này là khảo sát các nồng độ tinh bột khác nhau để lựa chọn nồng độ tinh bột thích hợp cho quá trình dịch hoá thu đ−ợc dịch có DE 12 và độ nhớt thích hợp. Các thông số cố định là: Nồng độ enzym 0,1%, pH = 7,0, nhiệt độ 950C, thời gian dịch hoá 10 phút. Tinh bột đ−ợc hoà với n−ớc theo một tỷ lệ thay đổi từ 10 đến 35%. Tiến hành đo DE và độ nhớt của dịch (Bảng 16). Bảng 16. Xác định ảnh h−ởng của nồng độ tinh bột tới quá trình dịch hoá STT Nồng độ tinh bột (%) Bx DE Độ nhớt à (cp) 1 10 12 15,80 2,15 2 15 15,5 14,46 2,58 3 18 17,5 13,06 2,79 4 20 20 12,20 3,46 5 22 20,5 12,07 3,54 6 25 23 11,76 3,65 7 30 26 10,74 4,73 8 35 27 10,22 5,27 Khi tăng nồng độ tinh bột thì tốc độ phản ứng giảm dần. Điều đó thể hiện ở chỉ số DE giảm và độ nhớt tăng lên. Khi nồng độ bột tăng từ 20-22% thì DE giảm từ 12,20- 12,07. Tuy nhiên ở nồng độ bột 20% có độ nhớt thấp, đáp ứng quá trình lọc. Để thu đ−ợc dịch có DE 12, đã chọn nồng độ tinh bột là 20% cho quy mô x−ởng thực nghiệm. 3.1.4. Nghiên cứu ảnh h−ởng của nồng độ enzym tới quá trình dịch hoá. Nồng độ enzym cũng là yếu tố quan trọng không chỉ về mặt kỹ thuật mà cả về mặt kinh tế. Nồng độ enzym quá nhiều sẽ giúp cho quá trình dịch hoá đ−ợc nhanh chóng. Tuy nhiên sẽ tốn kém vì giá thành enzym cao. Mặt khác do enzym có bản chất là protein nên sẽ dẫn tới trong dịch sau thuỷ phân chứa hàm l−ợng protein cao vì thế ảnh h−ởng đến chất l−ợng của sản phẩm và tăng chi phí cho quá trình làm sạch protein. Nếu l−ợng enzym quá ít sẽ kéo dài chu kỳ sản xuất, gây tổn thất nhiệt năng và làm giảm hiệu suất sử dụng thiết bị. Các thông số cố định là: Nhiệt độ 950C, tỷ lệ bột là 20%, thời gian dịch hoá 10 phút, pH = 7,0 (Bảng 17). 41 Bảng 17. Xác định ảnh h−ởng của nồng độ enzym tới quá trình dịch hoá STT Nồng độ enzym so với tinh bột (%) Bx DE Độ nhớt à (cp) 1 0,04 20 7,67 5,48 2 0,06 20 9,20 4,98 3 0,07 20 10,46 3,76 4 0,08 20 11,86 3,12 5 0,1 20 12,30 2,58 6 0,12 20 14,91 2,47 7 0,14 20 17,21 2,26 8 0,16 20 18,56 2,15 Nồng độ enzym tăng thì tốc độ phản ứng tăng lên. Nồng độ enzym Termamyl 120L từ 0,08-1,0% thì DE thay đổi từ 11,86- 12,30. Trong khoảng này ta thấy rằng ở nồng độ enzym 0,80% tuy độ nhớt có cao hơn chút ít so với độ nhớt ở nồng độ 0,1% nh−ng tại nồng độ enzym 0,08% cho hiệu quả kinh tế cao hơn. Vì thế ta chọn nồng độ enzym 0,08%. 3.1.5. Nghiên cứu ảnh h−ởng của thời gian tới quá trình dịch hoá. Thời gian là yếu tố ảnh h−ởng nhiều đến quá trình dịch hoá. Nếu thời gian ngắn thì dịch sẽ có độ nhớt cao dẫn đến khó lọc và giá trị DE thấp. Nếu thời gian dài hơn, sẽ gây lãng phí nhiệt năng, quá trình thủy phân triệt để hơn, hàm l−ợng chất khử cao hơn và DE cao hơn. Các thông số cố định là: Nhiệt độ: 950C (Bảng 18). Bảng 18: ảnh h−ởng của thời gian tới mức độ thuỷ phân Thời gian (Phút) Bx (%) DE (%) Độ nhớt à (cp)/ Bx = 19 3 19 6,78 5,21 5 19 8,13 4,63 7 19,5 8,39 4,22 10 20 8,92 3,92 12 20 9,09 3,53 15 20 10,68 3,04 17 20,5 11,38 2,75 20 21 12,91 2,55 22 21,5 13,64 2,46 25 22 13,89 2,32 27 23 15,66 2,11 30 24 16,61 1,8 42 Thời gian dịch hoá tăng, mức độ dịch hoá cũng tăng, DE tăng. ở 800C phải kéo dài thời gian dịch hoá khoảng 20 phút thì dịch thuỷ phân mới đạt yêu cầu, tuy nhiên ở 950C ta chỉ cần duy trì thời gian dịch hoá trong 10 phút. 3.1.6. Xác định nồng độ tối đa của dịch thủy phân (Bx) Khi xác định đ−ợc các chỉ tiêu của dịch đã thuỷ phân có DE phù hợp, một yếu tố cần đ−ợc quan tâm đó là độ nhớt của dịch thủy phân để đảm bảo quá trình lọc đ−ợc dễ dàng. Độ nhớt tăng tỷ lệ thuận với nồng độ dịch lọc và nồng độ dịch tinh bột ban đầu. Bảng 19. ảnh h−ởng nồng độ đến độ nhớt dịch thuỷ phân vàcông nghệ lọc. Bx (%) Thời gian lọc (phút) Độ nhớt (cp) Nhận xét 8 4,13 1,29 Rất dễ lọc 10 6,55 1,78 Rất dễ lọc 12 8,38 1,91 Dễ lọc 14 10,29 2,02 Dễ lọc 16 11,21 2,27 Dễ lọc 18 18,02 2,94 Dễ lọc 20 20,43 3,26 Hơi khó lọc 22 82,41 5,91 Rất khó lọc Dịch thuỷ phân có nồng độ khác nhau (từ 8 đến 24oBx) có độ nhớt khác nhau. Bx thấp dịch thuỷ phân t−ơng đối dễ lọc. Với dịch thuỷ phân có nồng độ 20oBx, hơi khó lọc, tuy nhiên có thể duy trì dịch thuỷ phân ở nồng độ 20oBx để giảm chi phí năng l−ợng khi cô đặc và dịch thuỷ phân đạt nồng độ cần thiết để sấy phun. Tóm lại: Các yếu tố đã khảo sát và lựa chọn là: Nhiệt độ 95-970C, pH của dịch thuỷ phân về khoảng 7,0, ở 800C phải kéo dài thời gian dịch hoá 20 phút, ở 950C thời gian dịch hoá trong 10 phút. Nồng độ dịch tinh bột và nồng độ enzym đ−ợc tiếp tục xác định bằng ph−ơng pháp toán học tối −u hóa quá trình thủy phân. 3.1.7. Tối −u hoá các yếu tố ảnh h−ởng đến quá trình dịch hoá: Trong quá trình dịch hoá hai yếu tố nồng độ dịch bột và nồng độ enzym có ảnh h−ởng rất lớn đến quá trình vì vậy chọn hai yếu tố này để tối −u hoá quá trình dịch hoá. Các điều kiện đ−ợc giữ cố định nh− sau: Nhiệt độ dịch hoá 950C; Thời gian thuỷ phân 10 phút; pH = 7,0 Các yếu tố thay đổi là nồng độ cơ chất (từ 15 tới 25oBx) và nồng độ enzym (từ 0,05- 0,1%). Hai yếu tố để xác định là DE và độ nhớt của dịch đã thuỷ phân. 43 Đây là ph−ơng pháp tối −u hoá dùng ma trận Doehlert. Ph−ơng pháp này cho phép tìm ra vùng tối −u trong khoảng giới hạn đã chọn. Ma trận còn cho phép phân chia rất cân đối các điểm thí nghiệm theo bất kỳ h−ớng nào. Dựa vào ma trận ta có thể thêm một số các biến số khác mà không làm mất đi tính đúng đắn của ma trận. Kết quả nghiên cứu đã chọn theo 7 điểm (Bảng 20). Thí nghiệm cho thấy khi thay đổi các giá trị của biên số thì giá trị DE tăng từ 10,84- 14,92%, độ nhớt giảm từ 4,73- 2,75 cp. Các yếu tố trên có ảnh h−ởng lớn tới quá trình thuỷ phân. Bảng 20. Ma trận và kết quả thí nghiệm Biến m∙ hoá Biến số thực Kết quả thí nghiệm STT X1 X2 X1 X2 X1 X2 1 1 0 1:3 0,075 10,84 4,73 2 -1 0 1:6 ,075 14,81 2,01 3 0,5 0,886 1:3.75 0,097 13,54 3,06 4 -0,5 - 0,886 1:5.25 0,0534 12,32 2,63 5 0,5 - 0,886 1:3.75 0,0534 11,67 3,59 6 -0,5 0,886 1:5.25 0,097 14,92 2,26 71 0 0 1:4.50 0,075 12,17 2,78 72 0 0 1:4.50 0,075 12,09 2,81 73 0 0 1:4.50 0,075 12,21 2,75 Sau khi xử lý trên máy tính các kết quả thực nghiệm bằng ch−ơng trình NEMROD (New Efficient Methodology for Reseach using Optimal Design), thu đ−ợc các hệ số hồi quy theo bảng sau: Bảng 21. Các hệ số hồi quy các giá trị DE, độ nhớt Hệ số Y1 Y2 f b0 12,2 2,78 b1 -1,7 1,20 1,00 b2 1,3 0,26 1,00 b11 0,7 0,60 1,04 b22 1,1 0,06 1,04 b12 -0,4 0,09 1,00 r2 0,96 0,97 44 Các hệ số hồi quy biểu thị mức độ ảnh h−ởng của các yếu tố lên quá trình thuỷ phân. Kết quả cho thấy trong khoảng nồng độ dịch bột và nồng độ enzym đã chọn thì ảnh h−ởng của nó đến mức độ dịch hoá và độ nhớt của dịch thuỷ phân là khá lớn (Y1 : b1 = -1,7, b2 = 1,3; Y1 : b1 = 1,2, b2 = 0,6), mối t−ơng quan giữa hai yếu tố này có ảnh h−ởng không lớn tới mức độ dịch hoá và độ nhớt của dịch thuỷ phân (Y1 : b12 = -0,4; Y2 : b12 = 0,09). Trong bảng r 2 là hệ số t−ơng quan nó cho biết sai số giữa thí nghiệm và tính toán, r2 càng gần 1 chứng tỏ kết quả thí nghiệm theo ph−ơng trình hồi quy và kết quả thí nghiệm càng gần nhau. Trong đó, f là hệ số gia tăng là số đo tuyệt đối thể hiện tính thích ứng của mô hình. Nếu hệ số này nằm trong khoảng 1,0-2,5 chứng tỏ ma trận thực nghiệm đã chọn là hoàn toàn thích ứng, nếu f >2,5 thì cần xem lại giới hạn các biến số đã chọn. Trong tr−ờng hợp này f = 1,00-1,04 chứng tỏ ma trận đã chọn là hoàn toàn thích ứng. Cần kiểm tra lại sự thích ứng của mô hình trên toàn vùng đã chọn. Do đó 3 thí nghiệm đ−ợc đánh số từ 8 đến 10 đã đ−ợc tiến hành. Bảng 22: Ma trận và kết quả thực nghiệm thêm Biến m∙ hoá Biến số thực Kết quả thí nghiệm STT X1 X2 X1 X2 Y1 Y2 8 0,5 0,289 1:3,25 0,082 12,11 3,73 9 0,5 0,289 1:5,25 0,082 14,24 2,32 10 0 -0,577 1:4,5 0,061 12,02 2,86 Nh− vậy có thể khẳng định mô hình trên là hoàn toàn thích ứng trong vùng đã chọn. Từ đó xác định đ−ợc ph−ơng trình hồi quy sau: Y1 = 12,2 – 1,7X1 + 1,3 X2 + 0,7X 2 1 + 1,1 X 2 2 – 0,4 X1X2 Y2 = 2,78 – 1,2X1 + 0,26 X2 + 0,6X 2 1 + 0,06 X 2 2 – 0,09 X1X2 Để tìm khoảng tối −u cho quá trình, chúng tôi vẽ bề mặt đáp ứng của nồng độ dịch tinh bột và nồng độ enzym. Từ hai bề mặt đáp ứng của hàm l−ờng đ−ờng khử và độ nhớt t−ơng đối của dịch thuỷ phân rút ra kết luận: Để thu đ−ợc sản phẩm có DE = 12, ta có thể dịch hoá ở nhiều điều kiện khác nhau thay đổi theo nồng độ cơ chất và nồng độ enzym. Từ những cơ sở trên chúng tôi đã chọn điểm tối −u là: Nồng độ cơ chất 19oBx, nồng độ enzym 0,06% * Xác định mối quan hệ DE và độ nhớt theo nồng độ dịch đã thuỷ phân. 45 Đáp ứng của hàm l−ợng đ−ờng khử ta thấy ngay cả ở nồng độ cơ chất cao và nồng độ enzym tăng lên cũng cho sản phẩm maltodextrin DE 12. Vì vậy chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu pha loãng dịch thuỷ phân để giảm độ nhớt để xác định mối quan hệ của chúng theo nồng độ Bx khác nhau. Đã dịch hóa mẫu lớn ở các điều kiện khác nhau ở quy mô x−ởng thực nghiệm. Trên cơ sở chọn các nồng độ tinh bột cao hơn, sản phẩm đạt DE 12, để xác định độ nhớt và thời gian lọc. Nhận thấy mẫu 24oBx lọc khó hơn mẫu 19oBx, thời gian lọc t−ơng ứng là 22 phút, 20 phút, tuy nhiên sự sai khác là không đáng kẻ. Mặt khác xét đến tính kinh tế nếu sử dụng nồng độ dịch tinh bột 24oBx sẽ giảm chi phí sử dụng năng l−ợng. Điều kiện dịch hóa tối −u là với nồng độ tinh bột 24 oBx, tỷ lệ enzym 0,061%, nhiệt độ dịch hóa 95oC, pH 7,5, thời gian dịch hóa 10 phút, đã sản xuất đ−ợc maltodextrin DE 12. (Bảng 23). Đối với các dịch thuỷ phân ở Bx cao ta có thể pha loãng để giảm độ nhớt hoặc lọc ở áp lực cao. Từ bảng 23 và theo bề mặt đáp ứng đ−ợc vẽ ở các hình 1,2,và 3, có thể chọn hai điểm là: 1. Bx = 19, DE= 12, nồng độ enzym 0,061%, thời gian dịch hoá 10 phút, nhiệt độ dịch hoá 950C. 2. Bx = 24, DE = 12, nồng độ enzym 0,08%, thời gian dịch hoá 10 phút, nhiệt độ dịch hoá 950C. Tuy nhiên do độ nhớt cao, khó lọc hơn, trong sản xuất cần có thiết bị lọc áp lực khung bản vận hành ở áp lực 3 KG/ cm2. Bảng 23. Sự thay đổi độ nhớt theo nồng độ của dịch đ∙ thuỷ phân cô đặc Dịch ban đầu STT Bx (%) DE (%) à (cp) à (cp) Bx = 16 à (cp) Bx = 18 à (cp) Bx = 20 à (cp) Bx = 22 à (cp) Bx = 24 1 25 10,84 4,53 2,43 2,56 2,90 3,32 3,89 2 15 14,81 2,01 2,01 2,15 2,26 2,40 2,63 3 22 13,54 3,06 2,08 2,19 2,52 3,06 3,28 4 18 12,32 2,63 2,28 2,63 2,80 3,10 3,38 5 22 11,67 3,59 2,34 2,61 2,83 3,59 3,62 6 18 14,92 2,26 1,95 2,26 2,72 3,12 3,32 7 20 12,17 2,75 2,34 2,42 2,75 3,10 3.40 8 24 12,11 4,29 2,33 2,41 2,59 2,74 4,29 9 18 14,24 2,32 1,21 2,32 2,75 2,90 3,20 10 19 12,02 2,67 2,32 2,67 2,98 3,32 3,40 48 3.2. Làm sạch dịch maltodextrin DE 12 3.2.1. Xác định tỷ lệ than hoạt tính phù hợp quá trình tẩy màu maltodextin DE 12. Tỷ lệ than theo nồng độ chất khô đ−ợc dùng: 0; 0,5; 0,7;1; 1,5 ; 2%. Đo độ hấp thụ và độ truyền quang để xác định ảnh h−ởng của hàm l−ợng than tới mức độ tẩy màu. Bảng 24. Khảo sát ảnh h−ởng của hàm l−ợng than tới độ tẩy màu. Độ truyền quang T (%) Hàm l−ợng than (%) Abs (%) đo tại b−ớc sóng λ = 230 nm λ = 226 nm λ = 368,5 nm 0 3,9999 79,83 7,81 0,5 0,3135 90,91 17,64 0,7 0,295 112 22,4 1 0,255 132 24,19 1,5 0,204 152,3 27,31 2 0,150 171,57 33,03 Khi tăng hàm l−ợng than hoạt tính, độ hấp phụ màu của dịch càng giảm, độ truyền quang càng cao. Tuy nhiên với hàm l−ợng than là 0,5% màu của dịch đã đạt yêu cầu và để đảm bảo tính kinh tế, đã chọn tỷ lệ than để tẩy màu là 0,5%. 3.2.2. Xác định nồng độ dịch thuỷ phân và thời gian lọc. Dịch thuỷ phân có các nồng độ khác nhau, đ−ợc xử lý bằng than hoạt tính 0,5% so với nồng độ chất khô. Xác định độ truyền quang và tính thời gian lọc (lấy 200 ml dịch đem lọc tính thời gian lấy 50ml). Bảng 25. ảnh h−ởng của nồng độ dịch đem tẩy màu tới mức độ tẩy mầu Nồng độ dịch thuỷ phân (%) Độ truyền quang ( T%) Thời gian lọc (phút) 11 23,24 10,51 13 22,39 12,49 15 19,19 14,02 17 17,17 14,23 19 17,64 14,56 Khi nồng độ dịch càng thấp, mức độ tẩy càng cao, tuy nhiên không thay đổi nhiều, thời gian lọc cũng giảm ít. Chính vì vậy, có thể giữ nguyên dịch đã thuỷ phân để tẩy màu. Tóm lại: Tỷ lệ than càng tăng, mức độ tẩy mầu cũng tăng. Tỷ lệ than đã chọn là 0,5%. Nồng độ dịch đem tẩy màu ít có ảnh h−ởng tới quá trình tẩy màu. 49 3. 3. Bảo quản maltodextrin. Các sản phẩm maltodextrin DE thấp th−ờng có độ nhớt cao dẫn đến khó lọc, dịch thuỷ phân đục dễ thoái hoá vì thế gây khó khăn cho quá trình tinh sạch thu nhận và bảo quản sản phẩm. Sau khi đã sấy phun sản phẩm maltodextrin có tính chất hút ẩm. Trong quy trình sản xuất, bảo quản sản phẩm là quan trọng nhất. Do đó việc nghiên cứu và bảo quản sản phẩm là cần thiết. Maltodextrin DE 12 có thể sử dụng trong công nghiệp thực phẩm nh− làm phụ gia trong công nghệ chế biến sữa bột, sản xuất bột h−ơng liệu và làm tăng độ cảm quan trong công nghiệp đồ uống, trong sản xuất bánh kẹo, trong công nghiệp d−ợc. Để sản phẩm maltodextrin DE 12 có chất l−ợng ổn định, chúng tôi đã nghiên cứu bảo quản trong các túi polyethylen, lọ có gioăng hoặc túi 3 lớp: PP- kim loại- PP, trong thời gian khác nhau từ 1 tháng đến 6 tháng. Các chỉ tiêu đã kiểm tra là độ ẩm, màu sắc và độ dày của vật liệu bao bì. Các mẫu sản phẩm đ−ợc để ở nơi thoáng mát và tránh tiếp xúc ánh sáng. Các túi đựng sản phẩm đ−ợc hút chân không và dán kín. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi bảo quản trong 6 tuần chất l−ợng của sản phẩm không thay đổi. Sản phẩm maltodextrin là những vật liệu hút ẩm mạnh do độ ẩm của chúng thấp hơn so với độ ẩm của không khí. Nếu không có biện pháp hạn chế thì các sản phẩm sấy sẽ hút ẩm từ không khí và nhanh chóng biến đổi chất l−ợng theo chiều h−ớng bất lợi. Kết quả nghiên cứu trên một số loại bao bì trên nh− sau: Bảng 26. Kết quả nghiên cứu trên một số loại bao bì Tháng Chỉ tiêu Loại bao bì 1 2 3 4 5 6 Polyethylen 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 Lọ thuỷ tinh nút kín 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 Độ ẩm Túi 3 lớp tráng kim loại 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 Polyethylen √ √ √ √ √ √ Lọ thuỷ tinh nút kín √ √ √ √ √ √ Màu sắc, độ xốp Túi tráng thiếc √ √ √ √ √ √ Ghi chú : √ Màu trắng giữ nguyên, độ mịn, độ xốp không thay đổi Bao gói sản phẩm sau sấy là một biện pháp chủ yếu có hiệu qủa tốt. Có nhiều loại màng bao gói bằng các chất liệu khác nhau nh−: Màng kim loại, màng chất dẻo, 50 giấy chống ẩm... Tuy nhiên, màng kim loại giá thành cao, trong khi giấy chống ẩm có giá thành thấp hơn, nh−ng tác dụng ngăn ẩm và khí kém hơn. Loại bao bì rẻ tiền và thông dụng nhất là túi PE, vì thế các thí nghiệm tiếp theo sẽ đ−ợc tiến hành khảo sát ảnh h−ởng của độ dày túi PE và mức độ hút khí (mức chân không). Để loại hết oxy và ẩm trong không gian bảo quản thì cần phải đóng gói trong điều kiện hút chân không. Đóng gói sản phẩm bằng màng PE có tác dụng ngăn ẩm tốt so với đối chứng. Khi độ dày bao bì tăng thì khả năng này tăng lên và đạt tốt nhất ở bao bì PE có độ dày 60àm. Độ bền cơ học của bao bì phụ thuộc vào chiều dày. Bao bì càng dày thì độ bền càng cao. Loại 60àm chịu đ−ợc đến mức chân không 99,9% trong khi loại 30àm bị thủng tại mức chân không 95% và loại 40àm thì thủng tại mức chân không là 99,9%. Bảng 27: ảnh h−ởng của độ dày của bao bì (àm) đến độ ẩm của sản phẩm (%) Mức chân không (%) Không bao gói 30 àm 40 àm 60 àm 0 12,15 10,24 10,17 10,06 80 - 9,31 9,19 9,10 85 - 9,16 8,72 8,64 90 - 8,95 8,63 8,57 95 - Bị thủng 8,51 8,49 99,9 - Bị thủng Bị thủng 8,35 - Chất l−ợng cảm quản ít bị thay đổi hơn trong quá trình bảo quản khi gói ở mức độ hút khí càng cao và túi càng dày và độ chân không càng lớn 99,9%. Nh− vậy có thể chọn loại túi PE dày 60 àm và bao gói cho sản phẩm sấy ở độ chân không trên 90%. - Bảng số liệu cho phép chọn loại túi PE dày 60 àm và đóng gói ở mức chân không trên 95%; hoặc túi PE dày 40 àm ở mức chân không 90%. Chế độ bao gói cũng ảnh h−ởng lớn đến khả năng hút ẩm và chất l−ợng sản phẩm maltodextrin. Sau bảo quản, chất l−ợng cảm quan tốt, có màu trắng tự nhiên, có độ ẩm 4,97%; tăng không đáng kể so với tr−ớc khi bảo quản (tăng lên 0,33% trong 2 tháng bảo quản). ở điều kiện bao gói thông th−ờng (không hút chân không), bao gói càng dày, càng có khả năng chống ẩm và bảo toàn chất l−ợng cảm quan. Do vậy, đối với sản phẩm chỉ chọn đóng gói thông th−ờng, không hút chân không nên dùng túi PE 60àm. 51 Bảng 28: ảnh h−ởng của mức độ hút khí (%), độ dày của bao bì đến độ ẩm của sản phẩm (%) Mức chân không(%) Không bao bì Độ dày bao bì 30àm Độ dày bao bì 40àm Độ dày bao bì 60àm 0 13,08 9,78 9,51 9,26 80 - 8,86 8,43 8,16 85 - 8,23 8,07 7,92 90 - 7,31 7,21 7,09 95 - Bị thủng 6,82 6,72 99,9 - Bị thủng Bị thủng 6,58 3.4. Chất l−ợng sản phẩm. Sản phẩm thu đ−ợc ở dạng bột mịn màu trắng, DE12, độ ẩm 4,5%. Bảng 29. Chất l−ợng maltodextrin DE 12 dạng bột Chỉ tiêu giá trị Hàng l−ợng chất khô 95,5% DE 12 Tro 0,3 Độ ẩm 4,5% Độ hoà tan Hoà tan tốt ở nhiệt độ th−ờng Màu sắc Trắng mịn 52 3.5. Sơ đồ quy trình công nghệ dịch hóa, đ−ờng hóa. Sơ đồ 4: Sơ đồ quy trình công nghệ hồ hóa, dịch hóa và đ−ờng hóa tinh bột (trong sản xuất maltodextrin lỏng, si rô glucoza, glucoza bột và si rô fructoza) Xử lý nguyên liệu tinh bột sắn Hoà bột (đạt nồng độ 35- 40Bx) Nâng nhiệt, hồ hóa (T= 75-80 oC) Dịch hoá Enzym Termamyl 120L (T = 95oC, t = 60 phút) (0,06%) Bất hoạt enzym Enzym AMG (nhiệt độ 95oC- 100oC, pH 5-6) Tẩy màu bằng than hoạt tính Đ−ờng hoá (Tỷ lệ than 0,5%, (Enzym AMG 0,1%/ 60oC Lọc dịch Lọc dịch (Máy lọc khung bản, ép thủy lực) (Máy lọc khung bản, ép thủy lực) Cô đặc 1 Cô đặc 2 (Cô chân không, đạt nồng độ 48-50%) Si rô Glucoza Làm sạch (Trao đổi Kết tinh Cation và anion) Maltodextrin lỏng Sấy phun Glucoza bột Đồng phân hóa ( Maltodextrin bột (tinh khiết 99%) (Glucoizomeraza) ( DE=12- 20, độ ẩm 4- 5%) Si rô Fructoza (Chất khô 42%) 53 3.6. Thuyết minh Sơ đồ quy trình công nghệ dịch hóa và đ−ờng hóa 3.6.1. Xử lý nguyên liệu tinh bột sắn - Các loại nguyên liệu nh− sắn củ, sắn lát, bột sắn, tinh bột sắn −ớt, khô... đều có thể sử dụng để sản xuất maltodextrin. Tuy nhiên cần đ−ợc xử lý, thủy phân, lọc tách bã, thu hồi dịch trong, không làm tắc vòi phun trong khi sấy phun. - Yêu cầu chất l−ợng nguyên liệu tinh bột sắn: Hàm l−ợng tinh bột >85%, độ ẩm 12- 14 %, protein 0,1%, xenluloza 0,2, hàm l−ợng chất sơ 0,05- 0,7%, axit asenic 0,05 mg/ kg, chì 1 mg/ kg, năng l−ợng 1400 Calo/100g, độ mịn (qua rây 150 micron) đạt 95%, màu trắng, không mùi vị lạ, tinh khiết. Bao bì 50kg/ bao/ 2 lớp PP/ PE. 3.6.2. Hòa bột, phối trộn nguyên liệu - Tất cả mọi công việc chuẩn bị xong, bắt đầu mở cánh khuấy 40 vòng/ phút. - Cấp n−ớc sản xuất vào nồi (khi n−ớc cấp đ−ợc 1/3 tổng số n−ớc cần thiết thì bắt đầu cho bột vào, nồng độ tinh bột phối chế khoảng 18- 20 Baumé. - Vừa chạy cánh khuấy, vừa đảo trộn, vừa cho nguyên liệu vào nồi, sao cho l−ợng n−ớc không d− thừa. Có thể dùng thiết bị định l−ợng n−ớc. - Hàm l−ợng tinh bột đ−ợc xác định đạt 18-20o Baumé (38-400Bx). Sau khi đã cho đủ số l−ợng nguyên liệu nh− quy định, đạt nồng độ sữa bột theo yêu cầu, cần thông báo cho nhân viên phòng hoá nghiệm điều chỉnh độ pH= 6. 3.6.3. Nâng nhiệt và hồ hóa - Dùng hơi nóng gia nhiệt lên đến 75-80 0C. Bơm dịch tinh bột vào nồi hồ hóa và dịch hóa. Th−ờng xuyên đảo trộn. Bổ sung dịch enzym lần 1 tỷ lệ 0,02%. - Khống chế l−u l−ợng của dịch bột nguyên liệu vào và điều chỉnh nhiệt độ dịch bột nguyên liệu ra 95 0C. Bổ sung dịch enzym lần 2 tỷ lệ 0,04%. - Nhìn bằng mắt th−ờng có thể nhận thấy dịch nguyên liệu xuất hiện dạng hồ hóa. Nếu thấy có tình trạng khác th−ờng phải xử lý kịp thời. 3.6.4. Dịch hóa Dịch tinh bột đã hồ hóa trong thùng phản ứng tiếp tục chảy vào thùng dịch hóa 10 ngăn, nhiệt độ 95- 980C. Quá trình dịch hoá tinh bột sảy ra ở trong cùng thiết bị hồ hóa. Sản phẩm dịch hóa đạt mức yêu cầu có trị số DE 15- 20. Lấy mẫu kiểm tra DE kịp thời để kết thúc quá trình dịch hóa. Nếu