Luận văn Ảnh hưởng của một số yếu tố lên quá trình sản xuất syrup glucose từ tinh bột khoai mì

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP CÔNG NGHỆ SÀI GÒN KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ LÊN QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT SYRUP GLUCOSE TỪ TINH BỘT KHOAI MÌ SVTH: Lê Aùnh Vân TP. HỒ CHÍ MINH THÁNG 7 NĂM 2008 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP CÔNG NGHỆ SÀI GÒN KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ LÊN QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT SYRUP GLUCOSE TỪ TINH BỘT KHOAI MÌ GVHD: ThS. Trịnh Khánh Sơn SVTH: Đặng Mạnh Toàn Lê Aùnh Vân MSSV: 60510923 – 60500233 TP. HỒ CHÍ MINH THÁNG 7 NĂM 2008 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP CÔNG NGHỆ SÀI GÒN KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ LÊN QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT SYRUP GLUCOSE TỪ TINH BỘT KHOAI MÌ SVTH: Đặng Mạnh Toàn TP. HỒ CHÍ MINH THÁNG 7 NĂM 2008 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cám ơn : - Ban Giám hiệu của trường Đại học Công Nghệ Sài Gòn Khoa đã tạo mọi điều kiện cho em học tập và nghiên cứu tại trường. - Các thầy cô giáo và cán bộ của khoa Công Nghệ Thực Phẩm đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cho trong suốt 3 năm học qua. Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy Ths. Trịnh Khánh Sơn đã tận tình quan tâm, giúp đỡ, trực tiếp hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này. - Các cô chú, anh chị và các bạn sinh viên đã nhiệt tình giúp đỡ em trong suốt thời gian làm việc tại phòng thí nghiệm Công Nghệ Sinh Học. - Gia đình, bạn bè đã chia sẻ, động viên, giúp em có đủ tự tin và nghị lực để hoàn thành tốt nhiệm vụ này. Xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên Lê Aùnh Vân TP 05.1 LỜI MỞ ĐẦU Với sự chuyển biến và phát triển ngày càng mạnh về mọi mặt của nước ta từ khi gia nhập WTO và cùng với xu thế hội nhập chung vào nền kinh tế toàn cầu. Các ngành công nghiệp trong cả nước có một bước nhảy vọt và phát triển vượt bậc. Đời sống người dân được cải thiện rất nhiều nhu cầu “ăn no mặc ấm” không còn được xem là quan trọng như ngày xưa mà giờ đây được thay thế “ ăn ngon mặc đẹp” và phải đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm. Các sản phẩm mới được đưa ra trên thị trường ngày càng nhiều và đa dạng để đáp ứng nhu cầu trên. Hiện nay các sản phẩm bia, nước giải khát, bánh kẹo … được tiêu thụ khá nhiều. Với nhu cầu khá lớn về nguồn nguyên liệu syrup glucose trong công nghiệp thực phẩm ở nước ta để sản xuất các sản phẩm bia, bánh kẹo, nước giải khát, để làm nguyên liệu trong công nghệ lên men (bia, rượu, acid glutamic…)… nhưng trong nước vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu trên. Bên cạnh đó các nước khác đã có không ít các sản phẩm syrup glucose được bán trên thị trường. Đây sẽ là một tiềm năng khá lớn khi nguồn nguyên liệu khoai mì chứa lượng đường khá cao. Dựa trên cơ sở đó và tham khảo một số tài liệu em đã tiến hành thực hiện khảo sát về đề tài này. Vì phương pháp này sử dụng enzym thương mại amylase để thủy phân tinh bột tiện lợi và nhanh hơn phương pháp thủy phân bằng acid, phương pháp sử dụng enzym thu nhận từ vi sinh vật, từ nguồn thực vật. MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH DANH MỤC CÁC BẢNG LỜI MỞ ĐẦU PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tinh bột khoai mì: ......................................... 2 [ 1 ] 1.1.1 Đôi nét về cây khoai mì: ...................................................................... 2 1.1.2 Giá trị dinh dưỡng của cây khoai mì: ......................................................... 3 1.1.3 Tinh bột khoai mì: ........................................................................................ 4 ....................................................................................................................................... a. Cấu tạo và tính chất của tinh bột: .............................................................. 4 Cấ u tạ o: ............................................................................................... 4  Hình dạng, đặc điểm, kích thước hạt tinh bột: ...................................... 4  Dùng vi ảnh của kính hiển vi điện tử quét: .......................................... 7 b. Thành phần hóa học của tinh bột: ............................................................... 9  Thành phần cấu trúc của amylose: ..................................................... 10  Thành phần cấu trúc của amylopectin: ..................................... 12  Các phản ứng tiêu biểu của tinh bột:.................................................. 13  Phản ứng thủy phân: ....................................................................... 13  Phản ứng tạo phức: .......................................................................... 14  Tính hấp thụ của tinh bột: .............................................................. 14  Khả năng hấp thụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột: ............. 15  Những tính chất vật lí của huyền phù tinh bột trong nước: ............. 15 - Độ tan của tinh bột: ................................................................ 15 - Sự trương nở: .......................................................................... 15 - Tính chất hồ hóa của tinh bột: ................................................ 15 - Độ nhớt của hồ tinh bột: ......................................................... 16 - Khả năng tạo gel và sự thoái hóa gel: .................................... 16 1.1.4 Ứng dụng: ................................................................................................ 17 a. Công nghiệp thực phẩm: .......................................................................... 17 b. Công nghiệp dệt: ..................................................................................... 17 c. Công nghiệp giấy: ................................................................................... 17 d. Công nghiệp lên men cồn và sản xuất các acid hữu cơ như acid itaconic, acid citric. .............................................................................................................. 17 e. Công nghiệp sản xuất xà bông và chất tẩy rửa: ........................................... 17 f. Công nghiệp dược phẩm: ............................................................................... 17 g. Trong nghề làm vườn: .................................................................................. 18 h. Trong lĩnh vực chống cháy: .......................................................................... 18 i. Trong ngành sản xuất chất nổ: ...................................................................... 18 j. Trong bùn khoan: .......................................................................................... 18 k. Trong ngành xử lý da thuộc: ......................................................................... 18 l. Trong ngành sản xuất mỹ phẩm: ................................................................... 18 m. Những công dụng trong công nghiệp khác: ................................................... 18 1.2 Tổng quan enzyme amylase: ......................................... 19 1.2.1 Tính chất của enzyme amylase: ............................................................ 19 1.2.2 Hoạ t độ ng của amylase:..................................................................... 21 1.2.3 Enzyme amylase: .................................................................................. 21 a. α –amylase: ( EC 3.2.1.1) ................................................. 21 Cấu tạo: ................................................................................................... 21 Tính chất: ................................................................................................ 23 Cơ chế tác dụng của α -amylase: ............................................................ 24 Các giai đoạn thủy phân tinh bột của α -amylase: ................................ 25  Giai đoạn dextrin hóa: ........................................................................ 25 b. β –amylase: ( EC 3.2.1.2) ....................................................................... 26 Cấu trúc và tính chất của β - amylase: ................................................... 26 Cơ chế tác dụng của β - amylase: ........................................................... 28 Các amylase tạo ra các oligosaccharide đặc thù: .................................... 28 Tác dụng của β -amylase lên tinh bột như sau: ...................................... 29 c. -amylase (Glucoamylase): ...................................................................... 30 Các enzyme đặc hiệu với liên kết α -1,6: .............................................. 31  Pululanase (EC.3.2.1.41): ................................................................... 31  Isoamylase (EC.3.2.1.68) : ................................................................. 31 Các enzyme đặc hiệu với liên kết α -1,4 và α -1,6:............................... 31  Amiloglusidase (EC.3.2.1.3): ............................................................. 31 + Cấu trúc và tính chất của amiloglucosidase: ................................ 31 + Cơ chế tác dụng của enzyme amiloglucosidase:.......................... 32 1.2.4 Ưùng dụng của enzyme amylase: .............................................................. 33 a. Trong y họ c : ....................................................................................... 33 b. Trong sản xuất cồn. ............................................................................... 33 c. Trong công nghiệp dệt. ......................................................................... 33 d. Trong công nghiệp giấy. ....................................................................... 33 PHẦN 2:VẬT LIỆU. PHƯƠNG PHÁP. MÁY MÓC THIẾT BỊ . ......................................................... 34 2.1 Vật liệu: ........................................................................ 35 2.1.1 Tinh bột khoai mì: ........................................................................................ 35 2.1.2 Enzym amylase: ........................................................................................... 36 2.2 Phương pháp xác định: ................................................. 37 2.2.1 Phương pháp xác định độ ẩm nguyên liệu: .................................................. 37 a. Định nghĩa về độ ẩm: .................................................................................... 37 b. Nguyên tắc: ................................................................................................... 38 c. Dụng cụ: ........................................................................................................ 38 d. Cách tiến hành: .............................................................................................. 38 e. Kết quả: ......................................................................................................... 38 2.2.2 Phương pháp xác định hàm lượng protein của tinh bột khoai mì bằng phương pháp Micro – Kjeldahl: ..................................... 39 ....................................................................................................................................... a. Nguyên tắc: ................................................................................................... 39 b. Dụng cụ thí nghiệm: ...................................................................................... 39 c. Hóa chất: ....................................................................................................... 40 d. Định nghĩa: .................................................................................................... 40 e. Cách tiến hành: .............................................................................................. 40 Vô cơ hóa mẫu: .................................................................................. 40 Cất đạm: ............................................................................................. 41 Định phân: .......................................................................................... 41 f. Kết quả: ................................................................................................ 41 2.2.3 Xác định hàm lượng tinh bột ban đầu: ......................................................... 42 a. Định nghĩa: .................................................................................................... 42 b. Nguyên tắc: ................................................................................................... 42 c. Dụng cụ: ........................................................................................................ 42 d. Hóa chất ......................................................................................................... 43 e. Tiến hành: ...................................................................................................... 43 f. Kết quả: ......................................................................................................... 44 2.2.4 Xác định hàm lượng đường tổng, đường khử bằng phương pháp DNS: ........................................................................................... 45 a. Nguyên tắc:................................................................................................... 45 b. Dụng cụ: ........................................................................................................ 45 c. Hóa chất: ....................................................................................................... 45 d. Tiến hành: ...................................................................................................... 45 Dựng đồ thị đường chuẩn glucose: ........................................................ 45 Xác định hàm lượng đường tổng trong mẫu phân tích:.......................... 46 Xác định hàm lượng đường khử trong mẫu phân tích: ........................... 46 2.3 Máy móc và thiết bị:................................................................................... 47 PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT ................................. 49 Độ ẩm của tinh bột khoai mì: ................................................................... 50 Hàm lượng tinh bột ban đầu:.................................................................... 50 Hàm lượng protein trong tinh bột khoai mì: ............................................. 50 Kết quả thí nghiệm của quá trình dịch hóa: ............................................. 50 Kết quả thí nghiệm của quá trình đường hóa: ........................................ 57 PHẦN 4: KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ ............................................. 58 4.1 Kết luận: ............................................................................... 59 ....................................................................................................................................... 4.2 Kiến nghị: ......................................................................................................... 61 PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO PHẦN 1 TỔNG QUAN 1.3 Tổng quan tinh bột khoai mì: Hình 1.1: Cây khoai mì [ 1 ] 1.3.1 Đôi nét về cây khoai mì: Khoai mì (còn gọi là sắn) có tên khoa học là Manihot Esculenta là cây lương thực ưa ẩm, nó phát nguồn từ lưu vực sông Amazone (Nam Mỹ). Đến thế kỉ XVI mới được trồng ở Châu Á và Phi. Ở nước ta, khoai mì được trồng ở khắp nơi từ Nam chí Bắc nhưng do quá trình sinh trưởng và phát dục của khoai mì kéo dài, khoai mì giữ đất lâu nên chỉ các tỉnh trung du và thượng du Bắc Bộ như: Phú Thọ, Tuyên Quang, Hòa Bình … là điều kiện trồng trọt thích hợp hơn cả. Khoai mì Việt Nam cũng bao gồm nhiều loại giống. Nhân dân ta thường căn cứ vào kích thước, màu sắc củ, thân, gân lá và tính chất khoai mì đắng hay ngọt (quyết định bởi hàm lượng axit HCN cao hay thấp) mà tiến hành phân loại. Tuy nhiên trong công nghệ sản xuất tinh bột người ta phân thành hai loại: khoai mì đắng và khoai mì ngọt. 1.3.2 Giá trị dinh dưỡng của cây khoai mì: Hình 1.2: Củ khoai mì Trước hết, khoai mì có khả năng thay thế trực tiếp một phần khẩu phần gạo của nhân dân ta. Đó là thực phẩm dễ ăn, dễ chế biến, khả năng bảo quản cũng tương đối ổn định nếu được chế biến thành bột hay những thành phẩm sơ chế khác như khoai mì lát, miếng khoai mì… Với nhu cầu của công nghệ, khoai mì là nguồn nguyên liệu trong các ngành kỹ nghệ nhẹ, ngành làm giấy, ngành làm đường dùng hóa chất hay men thực vật để chuyển hoá tinh bột khoai mì thành đường mạch nha hay glucose. Rượu và cồn đều có thể sử dụng khoai mì làm nguyên liệu chính. Ngoài ra, khoai mì còn là nguồn thức ăn tốt để cung cấp cho gia súc . Cũng như phần lớn các loại hạt và củ, thành phần chính của củ khoai mì là tinh bột. Ngoài ra, trong khoai mì còn có các chất: đạm, muối khoáng, lipit, xơ và một số vitamin B1, B2. Như vậy, so với nhu cầu dinh dưỡng và sinh tố của cơ thể con người, khoai mì là một loại lương thực, nếu được sử dụng mức độ hợp thì có thể thay thế hoàn toàn nhu cầu đường bột của cơ thể.  Tinh bột: Là thành phần quan trọng của củ khoai mì, nó quyết định giá trị sử dụng của chúng. Hạt tinh bột hình trống, đường kính khoảng 35 micromet.  Đường: Đường trong khoai mì chủ yếu là glucose và một ít maltose, sacceroza. Khoai mì càng già thì hàm lượng đường càng giảm. Trong chế biến, đường hòa tan trong nước được thải ra trong nước dịch.  Prôtein: Hàm lượng của thành phần protein có trong củ thapá nên cũng ảnh hưởng đến quy trình công nghệ. Tỉ lệ khoảng: 1 – 1.2 %  Nước: Lượng ẩm trong củ khoai mì tươi rất cao, chiếm khoảng khối lượng toàn củ. Lượng ẩm cao khiến cho việc bảo quản củ tươi rất khó khăn. Vì vậy ta phải đề ra chế độ bảo vệ củ hợp lý tùy từng điều kiện cụ thể. 1.1.3 Tinh bột khoai mì: Hình 1.3: Tinh bột khoai mì n. Cấu tạo và tính chất của tinh bột: Cấ u tạ o:  Hình dạng, đặc điểm, kích thước hạt tinh bột: Tinh bột là polysaccharide chủ yếu có trong hạt, củ, thân cây và lá cây. Tinh bột cũng có nhiều ở các loại củ như khoai tây, sắn, củ mài. Một lượng đáng kể tinh bột cũng có trong các loại quả như chuối và nhiều loại rau. Tinh bột có nhiều trong các loại lương thực do đó các loại lương thực được coi là nguồn nguyên liệu ch