Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu sản xuất đường Isomalto - Qligosaccharide từ tinh bột sắn bằng công nghệ Enzyme
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang i TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM W W X X Đ Đ Ồ Ồ Á Á N N T T Ố Ố T T N N G G H H I I Ệ Ệ P P N N G G H H I I Ê Ê N N C C Ứ Ứ U U S S Ả Ả N N X X U U Ấ Ấ T T Đ Đ Ư Ư Ờ Ờ N N G G I I S S O O M M A A L L T T O O - - O O L L I I G G O O S S A A C C C C H H A A R R I I D D E E ( ( I I M M O O ) ) T T Ừ Ừ T T I I N N H H B B Ộ Ộ T T S S Ắ Ắ N N B B Ằ Ằ N N G G C C Ô Ô N N G G N N G G H H Ệ Ệ E E N N Z Z Y Y M M E E G G V V H H D D : : T T S S . . L L Ê Ê Q Q U U A A N N G G T T R R Í Í T T h h S S . . L L Ê Ê V V Â Â N N A A N N H H S S V V T T H H : : Đ Đ O O À À N N T T H H A A N N H H L L Â Â N N ( ( 0 0 8 8 B B 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 4 4 9 9 ) ) C C A A O O T T H H Ị Ị T T U U Y Y Ế Ế T T N N H H U U N N G G ( ( 0 0 8 8 B B 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 6 6 4 4 ) ) Tp. HCM, Tháng 11 năm 2010 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang ii LỜI CẢM ƠN Được sự cho phép của Khoa công nghệ thực phẩm trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ TP HCM, chúng tôi thực hiện đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu sản xuất đường isomalto- oligosaccharide (IMO) từ tinh bột sắn bằng công nghệ enzyme” cho khóa học 2008 – 2010. Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy - Tiến sĩ Lê Quang Trí và cô – Thạc sĩ Lê Vân Anh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và truyền đạ t những kiến thức quý giá cho chúng tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài để chúng tôi hoàn thành bài báo cáo tốt nghiệp đồng thời học hỏi thêm nhiều kiến thức bổ ích cho ngành học của mình. Qua đây, chúng tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến cán bộ phòng thí nghiệm của trường đã tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình thực hiện đề tài, cùng các thầy cô Khoa Công nghệ thực phẩm trường Đạ i học Kỹ Thuật Công Nghệ TP HCM đã tận tình giảng dạy, giúp chúng tôi mở mang kiến thức trong suốt quá trình học tại trường. Do những điều kiện khách quan nên trong quá trình nghiên cứu không thể thiếu những sai sót, rất mong sự góp ý của các thầy cô để bài báo cáo tốt nghiệp được hoàn thiện hơn. Chân thành cảm ơn quý thầy cô. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 9 tháng 11 năm 2010 Sinh viên thực hiện ĐOÀN THANH LÂN CAO THỊ TUYẾT NHUNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đề tài: “Nghiên cứu sản xuất đường isomalto-oligosaccharide (IMO) từ tinh bột sắn bằng công nghệ enzyme” được thực hiện nhằm mục đích đưa ra được quy trình sản xuất đường IMO từ tinh bột sắn với độ tinh khiết cao, nhằm tạo ra một loại đường chức năng mới với nhiều lợi ích cho con người như: giảm sâu răng, giảm được các bệnh béo phì, tiểu đường, tim mạ ch… Nguyên liệu được sử dụng để sản xuất là: tinh bột sắn. ¾ Đề tài bao gồm các nội dung được thực hiện như sau: 1. Khảo sát các thông số hóa lý của nguyên liệu. 2. Nghiên cứu quá trình dịch hóa thu maltodextrin. 3. Xác định các thông số ảnh hưởng đến hoạt động của transglucosidase để tạo thành IMO. 4. So sánh khả năng chuyển hóa các cơ chất khác nhau thành IMO. 5. Khảo sát các yếu tố ảnh h ưởng đến quá trình tẩy màu bằng than hoạt tính. Qua quá trình khảo sát, đã thu nhận được kết quả như sau: ¾ Xây dựng được quy trình sản xuất đường isomalto-oligosaccharide gồm các thông số như sau: • Quá trình dịch hóa thu maltodextrin: nồng độ enzyme α-amylase (120 KNU/gam) sử dụng là 0,11 ml/kg tinh bột sắn. • Thông số ảnh hưởng đến hoạt động chuyển hóa transglucosidase thu được tỉ lệ IMO cao nhất: T = 24h, nồng độ enzyme: 1UI/g cơ chất, nồng độ cơ chất: 30%. • Quá trình tinh sạch sản phẩm bằng than hoạt tính: pH=5, nhiệt độ 80 0 C, thời gian là 30 phút, nồng độ than là 1%. ¾ Sản phẩm có tổng điểm đánh giá cảm quan là 15,2. Theo TCVN3215-79 và TCV 61-83 thì sản phẩm đạt loại khá. . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang iv NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TP HCM, ngày tháng năm 2010 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang v MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ ix DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT x CHƯƠNG 1: LỜI GIỚI THIỆU 1 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2 2.1. Đường isomalto-oligosaccharide (IMO): 2 2.1.1. Giới thiệu về IMO 2 2.1.2. Quá trình thu nhận IMO: 10 2.1.2.1. Giới thiệu chung về enzyme Transglucosidase: 10 2.1.2.2. Cơ chế chuyển hóa maltodextrin thành IMO 11 2.1.3. M ột số chỉ tiêu chất lượng đường IMO trên thị trường 11 2.1.4. Một số sản phẩm tương tự trên thị trường 12 2.1.5. Triển vọng đối với sản phẩm đường IMO: 16 2.1.6. Định hướng nghiên cứu sản xuất IMO: 17 2.2. Tinh bột sắn 17 2.2.1. Giới thiệu về tinh bột sắn. 17 2.2.1.1. Khái quát. 17 2.2.1.2. Tiềm năng đối với tinh bột sắn ở Việt Nam. 19 2.2.2. Thành ph ần hóa học của tinh bột sắn: 20 2.2.2.1. Amylose: 20 2.2.2.2. Amylopectin: 22 2.2.3. Tính chất của tinh bột sắn: 23 2.2.4. Ứng dụng của tinh bột sắn: 24 2.2.5. Biến tính tinh bột sắn bằng enzyme. 25 2.2.5.1. Quá trình dịch hóa: 26 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang vi 2.2.5.2. Quá trình đường hóa: 28 2.2.7. Một số sản phẩm thủy phân từ tinh bột sắn: 30 2.3. Nấm men: 32 2.4. Than hoạt tính: 33 CHƯƠNG 3: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 3.1. Nguyên vật liệu cho quá trình nghiên cứu: 34 3.1.1. Nguyên liệu: 34 3.1.2. Dụng cụ và thiết bị: 34 3.2. Bố trí thí nghiệm: 35 3.2.1. Sơ đồ tiến trình thí nghiệm: 35 3.2.2. Quy trình thí nghiệm: 36 3.3. Phương pháp nghiên cứu: 38 3.3.1. Phương pháp hóa lý. 38 3.3.1.1. Nghiên cứu quá trình dịch hóa thu sản phẩm Maltodextrin. 38 3.3.1.2. Nghiên cứu các yế u tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa maltodextrin thành IMO bởi transglucosidase. 40 3.3.1.3. Đo hàm lượng đường bằng khúc xạ kế: 40 3.3.1.4. Phương pháp xác định chỉ số DE: 41 3.3.1.5. Phương pháp xác định độ ẩm của tinh bột sắn: 42 3.3.1.6. Phương pháp xác định hàm lượng tinh bột 43 3.3.1.7. Phương pháp xác định độ chua: 44 3.3.1.8. Phương pháp sắc ký bản mỏng (TLC): 45 3.3.1.9. Tinh sạch sản phẩm: 47 3.4. Phương pháp vi sinh. 48 3.4.1. Nấm men. 48 3.4.2. Vi sinh vật:. 50 3.5. Phuơng pháp cảm quan 50 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 52 4.1. Kết quả chỉ tiêu hóa lý: 52 4.1.1. Phân tích một số chỉ tiêu chất lượng tinh bột sắn: 52 4.1.1.1.Xây dựng đường chuẩn glucose theo phương pháp DNS: 52 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang vii 4.1.1.2. Xác định độ ẩm tinh bột sắn: 53 4.1.1.3. Xác định hàm lượng tinh bột trong sắn: 53 4.1.2. Nghiên cứu quá trình dịch hóa thu sản phẩm Maltodextrin 53 4.1.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa maltodextrin thành IMO bởi transglucosidase. 58 4.1.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme: 58 4.1.3.2. Ảnh hưởng thời gian phản ứng: 59 4.1.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất: 60 4.4. Kết quả chỉ tiêu vi sinh: 61 4.5. Kết quả đánh giá cảm quan: 61 4.6. Kết quả quá trình tẩy màu bằng than hoạt tính: 62 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64 5.1. Kết luận: 64 5.2. Kiến nghị: 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO I PHỤ LỤC A II PHỤ LỤC B IV ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang viii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1: Công thức phân tử của một số loại đường cấu thành IMO 2 Bảng 2.2: Tiêu chuẩn sử dụng IMO ở Canada năm 2006 9 Bảng 2.3: Tiêu chuẩn sử dụng IMO ở Châu Âu năm 2006 9 Bảng 2.4: Chỉ tiêu chất lượng IMO dạng syrup 11 Bảng 2.5: Chỉ tiêu chất lượng IMO dạng bột 12 Bảng 3.1: Bảng điểm đánh giá cảm quan chất lượng s ản phẩm đường IMO 50 Bảng 3.2: Các chỉ tiêu và hệ số trọng lượng tương ứng sản phẩm đường IMO 51 Bảng 3.3: Phân loại danh hiệu chất lượng sản phẩm 51 Bảng 4.1: Nồng độ pha loãng của dung dịch glucose 52 Bảng 4.2: Chỉ số DE theo nồng độ đường glucose 52 Bảng 4.3: Biến đổi DE và lượng đường khử tạo ra theo thời gian ở [E] 0,05ml/kg TB 53 Bảng 4.4: Biến đổi DE và lượ ng đường khử tạo ra theo thời gian ở [E] 0,11ml/kg TB 54 Bảng 4.5: Biến đổi DE và lượng đường khử tạo ra theo thời gian ở [E] 0,15ml/kg TB 55 Bảng 4.6: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme tới DE của sản phẩm 57 Bảng 4.7: DE trước và sau xử lý transglucosidase 58 Bảng 4.8: DE trước và sau xử lý transglucosidase theo thời gian 59 Bảng 4.9: DE trước và sau xử lý transglucosidase theo nồng độ cơ chất 60 Bảng 4.10: Diễn biến màu sắc của IMO theo nồ ng độ than 62 Bảng 4.11: Diễn biến màu sắc của IMO theo nhiệt độ 62 Bảng 4.12: Diễn biến màu sắc của IMO theo thời gian 63 Bảng 4.13: Diễn biến màu sắc của IMO theo pH 63 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang ix DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình 2.1: Công thức cấu tạo của IMO 4 Hình 2.2: Enzyme transglucosidase 10 Hình 2.3: Hoạt động chuyển hóa transglucosidase 11 Hình 2.4: Tình hình sử dụng prebiotic trên thế giới 16 Hình 2.5: Cây sắn 18 Hình 2.6: Tinh bột sắn 19 Hình 2.7: Cấu trúc mạch amylose của phân tử tinh bột 21 Hình 2.8: Cấu trúc mạch amylopectin của phân tử tinh bột 22 Hình 2.9: Tế bào nấm men 32 Hình 2.10: Than hoạt tính 33 Hình 3.1: Mô hình chạy TLC 46 Hình 4.1: Kết quả chạy sắc ký TLC theo nồng độ enzyme transglucosidase 58 Hình 4.2: Kết quả ch ạy sắc ký TLC theo nồng độ cơ chất 61 Đồ thị 4.1: Đường chuẩn glucose 51 Đồ thị 4.2: Biến đổi DE và lượng đường khử tạo ra theo thời gian ở [E] 0,05ml/kg TB 54 Đồ thị 4.3: Biến đổi DE và lượng đường khử tạo ra theo thời gian ở [E] 0,11ml/kg TB 55 Đồ thị 4.4: Biến đổi DE và lượng đường khử tạo ra theo thời gian ở [E] 0,15ml/kg TB 56 Đồ thị 4.5: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme tớ i DE của sản phẩm 57 Đồ thị 4.6: Biến đổi DE theo nồng độ enzyme transglucosidase 58 Đồ thị 4.7: Biến đổi DE theo thời gian 59 Đồ thị 4.8: Biến đổi DE theo nồng độ cơ chất 60 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang x DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT HSQT: Hệ số quan trọng OD: Optical Density (mật độ quang) DE: Dextrose equivalent IMO: Isomalto-oligosacchaaride FOS: Fructose oligosaccharide GOS: Galacto-oligosaccharide TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam TCV: Tiêu chuẩn vùng TLC: Thin layer chromatography (sắc kí bản mỏng) HPLC: High performance liquid chromatography (sắc kí lỏng cao áp) GA: Enzyme γ-amylase DNS: Dinitro-salicylic (phương pháp định lượng đường khử) GI: Glycaemic Index (chỉ số đường huyết) [...]... O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4 )- O-α-D- Maltoheptaose (DP7) 198 0-1 4-9 C42H72O36 glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4 )- O-α-Dglucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4 )- O-α-Dglucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-D-glucopyranose O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4 )- O-α-D- Maltooctaose (DP8) 615 6-8 4-9 C48H82O41 glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4 )-. .. glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4 )- O-α-Dglucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4 )- O-α-Dglucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucose O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4 )- O-α-D- Maltononaose (DP9) 647 1-6 0-9 C54H92O46 glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4 )- O-α-Dglucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4 )- O-α-Dglucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-D-glucose Cấu trúc của một... O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-D-glucose O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4 )- O-α-Dglucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-D-glucose Trang 2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU Maltohexaose (DP6) O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4 )- O-α-D3462 0-7 7-4 C36H62O31 glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4 )- O-α-Dglucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-D-glucose O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4 )-. .. O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-D-glucose Panose 3340 1-8 7-5 C18H32O18 O-α-D-glucopyranosyl-(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-D-glucose Isomaltotriose 337 1-5 0-4 C18H32O18 O-α-D-glucopyranosyl-(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,6)-D-glucose Oligo-và polysaccharides (DP4 đến DP9) Maltotetraose (DP4) Maltopentaose (DP5) 3461 2-3 8-9 C24H42O21 3462 0-6 -3 C30H52O26 O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-D-glucose... Chính vì vậy, từ năm 2007 viện khoa học và công nghệ Việt Nam đã tiến hành nghiên cứu đề tài nghiên cứu sản xuất đường IMO từ tinh bột sắn Mục đích của hướng nghiên cứu này là thu nhận đường isomalto- oligosaccharide từ dịch tinh bột sắn thủy phân nhằm tạo ra các sản phẩm mới có giá trị gia tăng cao từ tinh bột sắn, tạo ra một loạt phụ gia chức năng để ứng dụng vào quy trình sản xuất công nghiệp, góp... được nhược điểm trên của đường kính Cùng với sự gia tăng về các bệnh như tiểu đường, tim mạch, sâu răng… ở nước ta Các nhà nghiên cứu trong nước cũng đã bắt đầu nghiên cứu quy trình công nghệ để sản xuất và tinh chế các loại đường chức năng từ tinh bột Trên cơ sở đó chúng tôi đã chọn đề tài: Nghiên cứu sản xuất đường isomalto- oligosaccharide (IMO) từ tinh bột sắn bằng công nghệ enzyme , với mục tiêu... những nhược điểm của tinh bột tự nhiên, ngày nay tinh bột biến tính đã được nghiên cứu, sản xuất và sử dụng rất rộng rãi trên thế giới Ở Việt Nam, việc nghiên cứu, sản xuất và sử dụng tinh bột biến tính nói chung còn nhiều hạn chế Sản phẩm tinh bột biến tính mới chỉ được sản xuất tại một vài doanh nghiệp liên doanh Các sản phẩm tinh bột biến tính từ các loại tinh bột, từ tinh bột sắn hầu như vẫn phải... (IMO-Powder), IMO 900, IMO 500 Bảng 2.1: Công thức phân tử của một số loại đuờng cấu thành IMO Saccharides CAS No Công thức Tên hóa học hóa học Monosaccharides (DP1) Glucose 5 5-9 9-7 C6H12O6 D-Glucose Maltose 6 9-7 9-4 C12H22O11 4-O-α-D-glucaopyranosyl-D-glucose Isomaltose 49 9-4 0-1 C1`2H22O11 6-O-α-D-glucopyranosyl-D-glucose Disaccharides (DP2) Trisaccharides (DP3) Maltotriose 110 9-2 8-0 C18H32O18 O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-D-glucose... nhưng nói chung đa số tinh bột sắn có tỷ lệ amylose 1 6-1 8% Trong một số loại tinh bột thì hàm lượng amylopectin trong tinh bột sắn là cao nhất Trang 23 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU Nhiệt độ hồ hóa: nhiệt độ hồ hóa của tinh bột sắn nằm trong khoảng 58, 5-7 00C, so với 5 6-6 60C ở khoai tây và 6 2-7 20C ở tinh bột bắp Nhiệt độ hồ hóa có thể thay đổi nếu ta tạo ra các dẫn xuất của tinh bột hay thêm các chất... nhóm: endo-amylase là enzyme ngoại bào và exo-amylase là enzyme nội bào α-amylase có tên hệ thống là endo-1, 4- -D-glucan glucohydrolase, EC là 3.2.1.1 là enzyme ở dạng lỏng và chịu nhiệt Được sản xuất bằng cách điều khiển quá trình lên men của chủng Bacillus không biến đổi gen Enzyme đạt tiêu chuẩn thực phẩm α-amylase là endo-alphaamylase, có khả năng cắt liên kết 1,4-alpha-glucoside của dịch tinh bột một . 615 6-8 4-9 C 48 H 82 O 41 O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4 )- O-α-D- glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4 )- O-α-D- glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4 )- O-α-D- glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucose. O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4 )- O-α-D- glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4 )- O-α-D- glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4 )- O-α-D- glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-D-glucopyranose. O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-D-glucose Maltopentaose (DP5) 3462 0-6 -3 C 30 H 52 O 26 O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4 )- O-α-D- glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-D-glucose