Tài liệu Ứng dụng công nghệ Enzyme để thu nhận đường chức năng Fructooligosaccharide (FOS) từ dịch mía pot

Tạp chí KHKT Nông nghiệp 2006: Tập IV, Số 6: 105-111 Đại học Nông nghiệp I
ứng dụng công nghệ enzyme để thu nhận đờng chức năng
fructooligosaccharide (FOS) từ dịch mía
Application of enzyme technology for fructooligosaccharides (FOS) production
from sugarcane juice
Ngô Xuân Mạnh
1
và cộng sự
Summary
The aim of the present research was to study the use

D fructofuranosidase (EC:
3.2.1.26) in enzyme preparation Pectinex Ultra SP-L (Novozymes) for Fructooligosaccharide
(FOS) production. Enzyme preparation Pectinex Ultra SP-L (Novozymes) contains

D
fructofuranosidase with the activity 58.1 U/ml. Optimal conditions were selected: Temperature =
40
o
C, pH 5.6, 240 mn and ratio enzyme: sugarcane juice of 2 : 100 (v/v). The FOS syrup
obtained using Pectinex Ultra SP-L has following composition: 50,4% FOS; 10.4% saccharose;
3.9% fructose and 35.3% glucose.
Key words: Fructooligosaccharide (FOS),

D fructofuranosidase, optimal temperature
and pH, sugarcane juice

1. Đặt vấn đề
Trớc đây, con ngời thờng quan tâm
nghiên cứu và sử dụng những sản phẩm thực
phẩm giàu dinh dỡng và giá trị năng lợng

cao. Trong những năm gần đây ngoài những
sản phẩm thực phẩm trên, ngời ta còn tập
trung vào những sản phẩm thực phẩm có giá trị
dinh dỡng và mức năng lợng thấp; nhng lại
chứa các hoạt chất có tác dụng tốt đối với sức
khỏe của con ngời - những thực phẩm chức
năng (functional foods), trong số đó đờng
chức năng là một nhóm thực phẩm chức năng
quan trọng (Gibson và William, 2000).
Có nhiều loại đờng chức năng nh:
đờng panatinose, maltitol, sorbitol, lactitol,
fructoolygosaccharide (FOS), xyloolygosaccharide,
isomaltoolygosaccharide Trong số đó,
đờng FOS đợc nghiên cứu nhiều hơn cả
không phải chỉ bởi công nghệ sản xuất đơn
giản, vị ngọt thấp nhng vẫn giữ đợc hơng
thơm và vị ngọt đặc trng của đờng
saccharose, quan trọng hơn là FOS có nhiều
đặc tính có lợi cho sức khỏe con ngời: có khả
năng kích thích tiêu hóa, chống bệnh tiểu
đờng, là thành phần trong chế độ ăn kiêng
phòng chống bệnh béo phì. Đặc biệt FOS còn
giúp tăng khả năng hấp thu Fe, Mg, Ca, Cr
ngăn ngừa bệnh thiếu máu, thiếu sắt, cân bằng
ion Mg
2+
, Ca
2+
trong cơ thể, chống bệnh long
xơng và bệnh sâu răng ở trẻ em (Gibson và

William, 2000; Mazza, 1998). Đờng FOS
đợc tìm thấy trong tự nhiên ở một số loại rau
quả nh: chuối, quất, mận, đào, cà chua, hành,
tỏi, actiso Đi liền với sự phát triển đó, công
nghệ enzyme ngày càng đợc sử dụng rộng ri
trong nhiều lĩnh vực.
1
Khoa Công nghệ thực phẩm, Đại học Nông nghiệp I

Nớc ta là nớc có ngành công nghiệp
mía đờng khá phát triển, các vùng nguyên
liệu mía phân bố khá rộng ri (5 vùng sinh
thái) trải rộng từ Bắc vào Nam. Do đó chúng
ta sản xuất đờng FOS từ nguyên liệu ban đầu
là mía khá thuận lợi. Trong bài báo này trình
bày kết quả nghiên cứu ứng dụng chế phẩm
enzyme pectinex để thu nhận đờng chức
năng FOS từ dịch mía.
2. VậT LIệU Và PHƯƠNG PHáP NGHIÊN
CứU
2.1 Vật liệu
Dịch mía của giống mía chín trung bình
F156 trồng trong vụ 2005 - 2006 đợc sử dụng
để nghiên cứu. Đờng saccharose là loại
đờng trắng tinh luyện có hàm lợng 99,62%,
có độ ẩm 0,05% và đờng khử: < 0,05%. Chế
phẩm enzyme pectinex Ultra SP-L (hng
Novozymes, Đan Mạch) là chế phẩm dạng
lỏng, màu nâu đen, đặc sánh, có mùi thơm đặc
trng, trong đó có chứa enzyme -D-

Fructofuranosidase đợc sản xuất từ chủng
aspergillus niger.
2.2. Phơng pháp
Tiến hành 4 đợt lấy mẫu mía ở 4 giai
đoạn (thời điểm) khác nhau để kiểm tra thành
phần đờng trong dịch mía. Mỗi đợt tiến hành
kiểm tra 3 mẫu để lấy kết quả trung bình. Hoạt
tính của enzyme -D Fructofuranosidase đợc
xác định theo phơng pháp do Seikagaku đề
xuất (tham khảo tài liệu của Whitaker &cs,
2004), hàm lợng đờng khử theo phơng
pháp Lane - Eynone (tham khảo tài liệu của
Đặng Thị Thu & cs, 1997), hàm lợng đờng
theo phơng pháp đợc Nguyễn Văn Mùi mô
tả (2001) và thành phần và hàm lợng đờng
trong sản phẩm FOS thu đợc bằng phơng
pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) trên
hệ thống sắc ký HP 1100 (hng Aligence, Mỹ)
tại Phòng phân tích và kiểm định chất lợng
thực phẩm, Viện Công Nghiệp Thực Phẩm.
Các loại đờng trong mẫu chuẩn (Trung
Quốc) và mẫu nghiên cứu đợc phân chia trên
cột sắc ký supelco Ca 30cm x 7,8mm ID
(hng Supelco, Mỹ), tốc độ dòng chảy
1ml/min, Detector là Detector đo chỉ số khúc
xạ - RI.
3. KếT QUả NGHIÊN CứU Và THảO LUậN
3.1 Xác định hoạt tính của enzyme

-D

fructofuranosidase trong chế phẩm
pectinex Ultra SP-L và hàm lợng đờng
saccharose trong dịch mía
Để có định hớng sử dụng chế phẩm
enzyme pectinex-Ultra SP-L, hoạt tính của
enzyme -D frutofuranosidase đ đợc xác
định. Số đơn vị hoạt tính trong 1ml dung dịch
chế phẩm enzyme là 58,1 U/ml. Do chế phảm
pectin ex Ultra SP-L chứa enzyme -D
frutofuranosidase, do đó có thể sử dụng chế
phẩm này để thu nhận các fructooligosaccharide
(FOS) từ đờng saccharose.
Hàm lợng 3 loại đờng chính trong dịch
mía thu đợc trình bày ở bảng 1
Bảng 1. Thành phần đờng trong dịch mía
Đợt kiểm tra

Saccharose
(%w/w)
Glucose
(%w/w)
Fructose
(%w/w)
1 90,6 6,2 3,2
2 91,6 6,3 2,1
3 90,6 6,2 3,2
4 90,6 6,2 3,2
Trung bình

90,9 6,2 2,9

Số liệu của bảng 1 cho thấy thành phần
đờng trong nớc mía tơng đối đồng đều trên
4 mẫu nớc mía phân tích. Trong số 3 loại
đờng xác định, dịch mía chứa hàm lợng
đờng saccharose là chủ yếu (~ 90%). Ngoài
ra dịch mía còn chứa đờng glucose (~6%) và
đờng fructose (~3%).

3.2. Xác định điều kiện tối u cho enzyme
hoạt động
ảnh hởng của nhiệt độ, pH và thời gian
phản ứng đến hoạt tính của enzyme và khả
năng vận chuyển đờng fructose để tạo thành
đờng FOS đ đợc nghiên cứu. Hình 1 cho
thấy hàm lợng fructose đợc vận chuyển tạo
FOS tăng dần từ nhiệt độ 25
o
- 40
0
C và đạt cực
đại tại giá trị nhiệt độ 40
0
C với hàm lợng là
6,9%. Sau đó hàm lợng fructose đợc vận
chuyển giảm dần từ nhiệt độ 45- 50
0
C. Điều
đó chứng tỏ khả năng phản ứng thể hiện hoạt
tính transferase của enzyme đạt cực đại tại giá
trị nhiệt độ 40

0
C.
Hình 2 cho thấy khi giá trị pH tăng từ 4,5-
5,5, hàm lợng fructose đợc vận chuyển tạo
FOS cũng tăng lên và đạt cực đại tại giá trị pH
5,5 với hàm lợng fructose chuyển hóa đạt
6,9%. Sau đó, khi tiếp tục tăng từ pH 5,5-7,
hàm lợng fructose đợc vận chuyển lại giảm
xuống. Tại giá trị pH = 7 hàm lợng fructose
đợc vận chuyển chỉ bằng 09%. Tại giá trị pH
5,5 hàm lợng fructose đợc vận chuyển tạo
FOS đạt giá trị cao nhất.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
25 30 35 40 45 50
Hàm lợng (%)
Fructose vận chuyển
Nhiệt độ (0C)

Hình 1. ảnh hởng của nhiệt độ đến khả năng vận chuyển Fructose
0

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
4,5 5 5,5 6 6,5 7
pH
Hàm lợng (%)
Fructose vận chuyển

Hình 2. ảnh hởng của pH đến khả năng vận chuyển Fructose

0
1
2
3
4
5
6
7
8
30 60 120 180 240 300
Thời gian (phút)
Hàm lợng (%)
Fructose vận chuyển

Hình 3. ảnh hởng của thời gian đến khả năng vận chuyển Fructose

Hình 3 cho ta thấy thời gian phản ứng
càng tăng thì hàm lợng fructose đợc vận
chuyển tạo FOS càng tăng. Thời gian phản
ứng tăng từ 30 đến 240 phút thì hàm lợng
fuctose đợc vận chuyển tạo FOS tăng cao
trên 1%. Hàm lợng fructose đợc vận
chuyển ở mức thấp nhất là 0.3% ở 30 phút.
Với thời gian từ 240 phút đến 300 phút thì
hàm lợng fructose đợc vận chuyển tăng lên
không đáng kể. Vì vậy, thời gian phản ứng
của chế phẩm enzyme đợc chọn là 240 phút.
Lúc này, hàm lợng fructose đợc vận
chuyển tạo FOS đạt 7,0%.
Trên cơ sở các kết quả thu đợc nhiệt độ
40
o
C, pH 5,5 và thời gian phản ứng 240 phút
đ đợc chọn cho phản ứng thu nhận đờng
FOS từ dịch mía.
3.2 ảnh hởng của tỷ lệ enzyme/cơ chất tới
sự biến đổi thành phần đờng
Lợng chế phẩm enzyme bổ sung là một
yếu tố rất quan trọng nhằm tăng khả năng
thủy phân và vận chuyển, chất lợng và giá
thành sản phẩm. Nếu bổ sung với lợng
enzyme thấp thì khả năng thủy phân thấp, thời
gian thủy phân kéo dài làm cho sản phẩm biến
màu, chất lợng và thành phần đờng biến đổi

không nh mong muốn. Ngợc lại nếu lợng
chế phẩm enzyme bổ sung càng cao thì hiệu
quả thủy phân cũng càng cao (đạt đến điểm
cực đại). Tuy nhiên bổ sung enzyme trong quá
trình sản xuất cần phải quan tâm đến giá thành
của enzyme. Vì vậy để đảm bảo cả yếu tố kinh
tế và yếu tố kỹ thuật phải chọn ra một tỷ lệ
thích hợp giữa các yếu tố đó.
Khi bổ sung enzyme với các lợng khác
nhau từ 0,005 đến 0,04 và tiến hành phản ứng
ở điều kiện: nhiệt độ: 40
0
C, pH 5,5 và thời
gian phản ứng 240 phút, lợng enzyme tăng
thì hàm lợng fructose vận chuyển tạo FOS
cũng tăng theo (bảng 2). Điều đó chứng tỏ
hoạt tính transferase của enzyme cũng tăng
khi nồng độ enzyme tăng. Khi lợng enzyme
tăng từ 0,005 - 0,02 thì hàm lợng fructose
đợc vận chuyển tạo FOS tăng từ 0,6% đến
6,9%. Nhng khi lợng enzyme tăng từ 0,02
đến 0,04 thì hàm lợng fructose đợc vận
chuyển chỉ tăng từ 6,9% đến 7,9% (=1%).
Nh vậy là hàm lợng fructose đợc vận
chuyển tăng rất chậm từ nồng độ ezyme trong
khoảng này. Bên cạnh đó hàm lợng
saccharose +FOS giảm dần theo chiều tăng
của lợng enzyme, còn ngợc lại hàm lợng
glucose tăng dần theo chiều tăng của lợng
enzyme. Số liệu cũng cho thấy khả năng thủy

phân của enzyme tăng dần khi tăng nồng độ
enzyme.
Kết quả thu đợc ở bảng 2 cho phép chọn
tỷ lệ enzyme/cơ chất: 2ml chế phẩm enzyme
cho 100ml dịch mía trong quy trình sản xuất
là hợp lý hơn đáp ứng yêu cầu về giá thành
cho sản phẩm.

Bảng 2. ảnh hởng của tỷ lệ chế phẩm Enzyme/cơ chất tới sự biến đổi thành phần đờng
Tỷ lệ enzyme/nớc mía
(v/v)
Saccharose+ FOS
(%w/w)
Glucose
(%w/w)
Fructose
(%w/w)
Fructose vận chuyển
(%w/w)
0 90,6 6,2 3,2 0
0.005 85,7 9,0 5,3 0,6
0.01 82,2 11,7 6,1 2,6
0.015 80,1 13,9 6,0 4,8
0.02 73,5 18,2 8,2 6,9
0.025 73,4 18,4 8,1 7,2
0.03 71,7 19,5 8,8 7,6
0.035 70,6 20,1 9,3 7,7
0.04 69,7 20,6 9,7 7,9

3.3 Thành phần đờng FOS có trong sản

phẩm
Thành phần và hàm lợng các loại đờng
có trong chế phẩm FOS đ đợc xác định và
định lợng (hình 4, 5 và bảng 3). Siro FOS thu
nhận đợc theo quy trình sản xuất trình bày ở
sơ đồ 1 đợc phân tích thành phần và hàm
lợng các loại đờng trên máy sắc ký lỏng
hiệu năng cao (HPLC). Mẫu đối chứng là
đờng FOS bán trên thị trờng Trung Quốc.
Số liệu bảng 3 và sắc ký đồ (hình 4 và 5) cho
thấy hàm lợng FOS đạt giá trị cao nhất,
chiếm 50,4%, hàm lợng fructose chiếm tỷ lệ
thấp nhất 3,9%. Bên cạnh đó hàm lợng
saccharose còn lại với tỷ lệ thấp (10,4%) và
lợng glucose chiếm tỷ lệ khá cao (35,3%).
Điều này chứng tỏ hiệu quả thủy phân và khả
năng vận chuyển fructose của chế phẩm
enzyme pectinex Ultra SP-L đạt tỷ lệ cao. Với
hàm lợng fructose chiếm 3,9% cho thấy hiệu
suất chuyển hóa rất cao.
Minutes
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Volts
0.000
0.025
0.050
7.975
FOS 8.608
Sucrose 9.800
Glucose 11.708

Fructose 15.158
RID
Lanhuong
SV DHNN 08.5.2006 x20lan
Name
Retention Time

Mẫu kiểm tra
Hình 4. Sắc ký đồ của đờng FOS và các loại đờng trong mẫu nghiên cứu

Minutes
0 10 20 30 40 50 60
Volts
0.00
0.01
0.02
0.03
7.975
Fos 8.608
sucrose 9.817
Glucose 11.733
Fructose 15.100
RID
Lanhuong
FOS 08.5.2006
Name
Retenti on T i me

Mẫu chuẩn
Hình 5. Sắc ký đồ của đờng FOS chuẩn

Điều kiện:
Detector: RI
Tốc độ dòng chảy: 1ml/phút
Cột sắc ký: Sulpelco Ca, 30cm x 7.8mm ID
Bảng 3. Thành phẩn và hàm lợng đờngcó
trong sản phẩm FOS
Loại đờng Hàm lợng (%)
FOS 50,4
Saccharose 10,4
Glucose 35,3
Fructose 3,9
Ghi chú: Kết quả trên tính theo tổng các loại đờng
có trong mẫu (100%).
Với việc sử dụng chế phẩm enzyme
Pectinex Ultra SP-L cho siro FOS có chất
lợng tơng đơng nh đờng FOS của Trung
Quốc bán trên thị trờng.
3.4. Quy trình sản xuất
Trên cơ sở các kết quả thu đợc, chúng
tôi đề xuất quy trình sản xuất siro FOS từ nớc
mía có sử dụng chế phẩm enzyme Pectinex
Ultra SP-L nh ở sơ đồ 1.

Sơ đồ1. Quy trình sản xuất siro FOS từ nớc
mía có sử dụng enzyme Pectinex Ultra SP-L
4. KếT LUậN
Hoạt tính của Enzyme -D
fructofuranosidase có trong chế phẩm
Pectinex Ultra SP- L là 58,1U/ml.
Mía nguyên liệu
Dung dịch nớc mía

- Xử lý enzyme Pectinex Ultra SP-L.

(Tỷ lệ enzyme: Dịch mía 2: 100,
T=40
o
C, pH 5,5, t=240 ph.)
- Vô hoạt enzyme.
- Lọc trong.
Dung dịch Fructoolygosaccharide
- Tẩy màu.
- Cô đặc đến 70
0
Bx

Siro FOS 70
0
Bx
- Chọn và làm
sạch
-
ép


Các điều kiện cho việc xử lý enzyme
Pectinex Ultra SP-L đ đợc lựa chọn gồm:
- Nhiệt độ thích hợp là 40
0
C.
- pH thích hợp là 5,5.
- Thời gian phản ứng là 240 phút.
- Tỷ lệ enzyme/nớc mía (20
0
Bx) là
2ml/100ml dịch mía.
Từ đó nghiên cứu đề xuất một quy trình
sản xuất siro FOS từ nớc mía có sử dụng chế
phẩm Pectinex Ultra SP-L với Siro FOS thành
phẩm có thành phần và hàm lợng các loại
đờng là: đờng FOS: 50,4%, saccharose:
10,4%, fructose: 3,9% và glucose: 35,3%.

Tài liệu tham khảo
Nguyễn Văn Mùi (2001). Thực hành hóa sinh

học. Đại Học Quốc Gia Hà Nội.
Đặng Thị Thu và CS., (1997). Thực hành hoá
sinh công nghiệp. ĐHBK Hà Nội
Gibson G.R & William C.M., (2000).
Functional foods - Concept to product.
Woodhead publishing Ltd. & CRC Press.
9 - 27 p.
J.R.Whitaker, A.G.J.Voragen, D.W.S. Wong,
(2004). Handbook of food Enzymology, 805
- 822p. Mazza G. Edt., 1998. Functional
foods: Biochemical and processing
aspects.Agriculture and agrifood, Canada,
woodhead publishing Ltd