Hoàn thiện công nghệ và hệ thống thiết bị sản xuất sirô fructoza 42 % để sử dụng trong công nghiệp thực phẩm

BỘ KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ

LIÊN HIỆP CÁC HỘI
KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT
VIỆT NAM
Chương trình:“Nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ
phục vụ công nghiệp hoá,hiện đại hóa
nông nghiệp nông thôn”, mã số: KC07/ 06-10





BÁO CÁO TỔNG KẾT
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
DỰ ÁN SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM
Dự án: “Hoàn thiện công nghệ và hệ thống thiết bị
sản xuất sirô Fructoza 42%
để sử dụng trong công nghiệp thực phẩm”
Mã số: KC 07. DA09/ 06 - 10


Tên cơ quan chủ trì: Trung tâm Công nghệ thực phẩm
và Công nghiệp môi trường

Chủ nhiệm Dự án: PGS. TS. Ngô Tiến Hiển

8198


Hà Nội, năm 2010



1
MỞ ĐẦU
Trên thế giới, công nghệ thuỷ phân tinh bột bằng enzym phát triển đã cho
phép điều khiển được quá trình thuỷ phân tinh bột, tạo ra các loại tinh bột biến
tính, maltodextrin, sirô khác nhau như: Maltoza, glucoza, fructoza. Sản xuất sirô
fructoza bằng phương pháp enzym qua ba giai đoạn chính. Trước tiên, sử dụng
α- amylaza để dịch hoá tinh bột, enzym glucoamylaza để đường hóa, cuối cùng
sử dụng glucoizomeraza để đồng phân hoá glucoza thành fructoza. Phương pháp
thuỷ phân tinh bột bằng enzym đã thu được hi
ệu suất chuyển hoá cao (> 95 % so
với lý thuyết), độ phân cắt chính xác, giảm tạp chất trong sản phẩm. Phương
pháp đồng phân hoá tạo ra sản phẩm cuối cùng là fructoza với hàm lượng 42- 45
% thích hợp cho việc ứng dụng trong công nghệ nước giải khát, bánh kẹo, kem,
sữa… Hàng năm, trên thế giới khoảng 40 triệu tấn sirô fructoza đã được sản
xuất, trong đó có tới 50 % sản lượng fructoza được sử dụng để sản xu
ất nước
giải khát như: Cocacola, Pepsicola, nước quả tươi, nước giải khát…
Ở Việt Nam, các kết quả nghiên cứu về công nghệ còn hạn chế ở quy mô
phòng thí nghiệm, chưa có cơ sở nào sản xuất sirô fructoza, nguồn nguyên liệu
tinh bột sắn nhiều và rẻ hơn các loại tinh bột khác. Đến nay vẫn chưa hình thành
ngành công nghiệp sản xuất sirô fructoza. Nhiều nhà máy, xí nghiệp sản xuất
nước giải khát, sữa và các sản ph

ẩm của sữa, bánh kẹo… có nhu cầu sử dụng
sirô fructoza phải nhập khẩu. Đó là những yếu tố thuận lợi về thị trường nguyên
liệu và sản phẩm đồng hành cùng với nhu cầu nghiên cứu và phát triển sản xuất
sirô fructoza.
Xuất xứ của dự án là đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp Nhà
nước: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ enzym trong chế biến một số nông
s
ản thực phẩm” thuộc Chương trình nghiên cứu khoa học và phát triển công
nghệ sinh học cấp Nhà nước giai đoạn 2001- 2004, mã số KC 04- 07 do PGS.TS.

2
Ngô Tiến Hiển, nguyên Viện trưởng Viện Công nghiệp thực phẩm làm Chủ
nhiệm đề tài. Đề tài đã tập hợp 16 nhà khoa học, các giáo sư, tiến sỹ, trên 100
cán bộ khoa học có trình độ đại học, trên 10 doanh nghiệp tham gia. Đề tài đã đạt
được một số kết quả: Xác định 22 qui trình công nghệ, xây dựng 5 mô hình thiết
bị, tạo ra 27 sản phẩm hàng hoá, 12 chủng vi sinh vật mới và tái tổ hợp ADN,
nghiên c
ứu sinh tổng hợp, thu nhận, ứng dụng 6 nhóm enzym, có 46 công trình
công bố, tham gia đào tạo 8 tiến sỹ, 4 thạc sỹ, trên 200 kỹ sư, có 4 hồ sơ đăng ký
giải pháp hữu ích, có 10 hợp đồng chuyển giao công nghệ trị giá 1.353 triệu
đồng. Đề tài đã được nghiệm thu cấp Nhà nước ngày 05-5-2005, đạt loại A theo
quyết định số 213/ QĐ- BKHCN ngày 16-02-2006 và được Bộ Khoa học và
Công nghệ tặng Bằng khen và giấy Chứng nhận kế
t quả nổi bật theo Quyết định
số: 2799/ QĐ- BKHCN, ngày 25-12-2006.
Một trong số các kết quả đạt được của đề tài này là nghiên cứu công nghệ
và thiết bị sản xuất fructoza 42% từ glucoza bằng công nghệ enzym. Tổng khối
lượng sản phẩm các đợt thí nghiệm cộng lại đạt 2000kg. Tuy nhiên, về công
nghệ thì chưa xác định được các điều kiện tối ưu trong sản xuất thử nghi
ệm quy

mô công nghiệp, về thiết bị còn ở mức độ thô sơ, chưa kiểm soát, điều chỉnh
được các thông số kỹ thuật như nhiệt độ, pH, lưu lượng dòng chảy, sản phẩm
fructoza 42% chưa trở thành hàng hoá, chất lượng sản phẩm chưa cao, chưa ổn
định, thị trường chưa chấp nhận, chưa xác định được hiệu quả kinh tế, chưa đăng
ký
được tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm, chưa bảo hộ giải pháp hữu ích, chưa
phát triển được các sản phẩm thực phẩm ứng dụng fructoza 42%, chưa phát triển
được thị trường tiêu thụ sản phẩm…
Thực hiện dự án: “Hoàn thiện công nghệ và hệ thống thiết bị sản xuất
sirô fructoza 42% để sử dụng trong công nghiệp thực phẩm”
nhằm mục tiêu
và các nội dung chủ yếu sau đây:

3
Mục tiêu
1. Nâng cao giá trị chế biến tinh bột sắn, nhân rộng mô hình chuyển giao công
nghệ, ổn định và nâng cao chất lượng fructoza ở quy mô công nghiệp bằng công
nghệ enzyme.
2. Có được công nghệ và hệ thống thiết bị hoàn thiện để sản xuất sirô fructoza
42% quy mô công nghiệp, sản phẩm được thương mại hoá trong công nghiệp
thực phẩm.
Nội dung
1. Thực hiện 6 nội dung xác định các số kỹ thuật tối ưu c
ủa quy trình công
nghệ
1.1. Xác định nồng độ và lưu lượng glucoza thích hợp cho quá trình công nghệ
đồng phân hoá
1.2. Xác định nhiệt độ và thời gian thích hợp cho quy trình công nghệ đồng phân hoá.
1.3. Xác định pH và kỹ thuật điều chỉnh pH thích hợp cho quy trình công nghệ
đồng phân hoá.

1.4. Sản xuất thử nghiệm sirô fructoza liên tục trong các điều kiện tối ưu.
1.5. Xác định hiệu suất tổng thu hồi sản xuất sirô fructoza từ sirô glucoza
1.6. Sử d
ụng bao bì, bảo quản và phương án vận chuyển sirô fructoza 42%.
2. Nghiên cứu hoàn thiện 16 quy trình công nghệ
2.1. Quy trình công nghệ làm sạch nguyên liệu.
2.2. Quy trình công nghệ tẩy trắng nguyên liệu glucoza.
2.3. Quy trình công nghệ hồ hóa.
2.4. Quy trình công nghệ dịch hóa.
2.5. Quy trình công nghệ đường hóa.
2.6. Quy trình công nghệ đồng phân hóa gián đoạn bằng công nghệ enzym.

4
2.7. Quy trình vệ sinh và bảo dưỡng thiết bị hồ hoá, dịch hoá, đường hoá quy mô
sản xuất công nghiệp 30 tấn/ ngày.
2.8. Quy trình phân tích kiểm tra, đo lường, chất lượng nguyên liệu.
2.9. Quy trình phân tích kiểm tra, đo lường, chất lượng bán thành phẩm và sản phẩm.
2.10. Quy trình công nghệ làm sạch nguyên liệu sirô glucoza.
2.11. Quy trình công nghệ đồng phân hóa liên tục bằng công nghệ enzym.
2.12. Quy trình công nghệ bảo quản enzym.
2.13. Quy trình công nghệ cô đặc sirô fructoza 42 %.
2.14. Quy trình công nghệ bảo quản sản phẩm.
2.15. Quy trình vận hành hệ
thống thiết bị hồ hoá, dịch hoá và đường hoá quy
mô sản xuất công nghiệp 30 tấn/ ngày.
2.16. Quy trình công nghệ vận hành, vệ sinh và bảo dưỡng hệ thống thiết bị đồng phân.
3. Xây dựng 6 tài liệu, đào tạo, hướng dẫn và tư vấn kỹ thuật
3.1. Tài liệu đào tạo công nghệ vi sinh trong công nghiệp thực phẩm.
3.2. Tài liệu đào tạo về công nghệ enzym trong công nghiệp thực phẩm.
3.3. Tài liệu đào t

ạo về công nghệ sản xuất sạch hơn trong công nghiệp thực phẩm.
3.4. Tài liệu hướng dẫn, tư vấn đầu tư công nghệ và thiết bị giảm thiểu ô nhiễm
môi truờng trong công nghiệp đường bột.
3.5. Tài liệu hướng dẫn, tư vấn đầu tư một số giải pháp về công nghệ và thiết bị
sản xuất sạch hơn trong công nghiệp đường bột.
3.6. Tài li
ệu hướng dẫn, tư vấn đầu tư xử lý chất thải trong công nghiệp đường bột.
4. Xây dựng mô hình thiết bị đồng bộ sản xuất sirô fructoza 42%
5. Xây dựng 2 bảng tiêu chuẩn chất lượng
5.1. Bảng tiêu chuẩn chất lượng enzym dịch hoá, đường hoá và đồng phân hoá.
5.2. Bảng tiêu chuẩn chất lượng nguyên liệu tinh bột, nguyên liệu đồng phân hoá
(glucoza), sản phẩm fructoza 42 % và đăng ký tiêu chuẩn chất lượng sản ph
ẩm.

5
6. Sản xuất thử nghiệm sản phẩm hàng hoá sirô fructoza 42 %
7. Ứng dụng sirô fructoza 42 % trong công nghiệp thực phẩm (6 sản phẩm
ứng dụng)
7.1. Ứng dụng fructoza 42 % trong công nghiệp sản xuất sữa.
7.2. Ứng dụng fructoza 42 % trong công nghiệp sản xuất bánh tươi hoặc bánh quy.
7.3. Ứng dụng fructoza 42 % trong công nghiệp sản xuất kem.
7.4. Ứng dụng fructoza 42 % trong công nghiệp sản xuất kẹo.
7.5. Ứng dụng fructoza 42 % trong công nghiệp sản xuất đồ uống.
7.6
. Ứng dụng fructoza 42 % trong sản xuất thực phẩm chức năng.
8. Các sản phẩm khoa học và công nghệ khác
8.1. Đào tạo sau đại học
8.2. Bảo hộ Giải pháp hữu ích
8.3. Công trình công bố
8.4. Tham gia Hội chợ Asean 5+3, Hội thảo Quốc tế, ký hợp đồng nguyên tắc và

chuyển giao công nghệ
` 9. Đánh giá hiệu quả kinh tế, xã hội và môi trường











6
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Sắn và tinh bột sắn
1.1.1. Vài nét về cây sắn
Cây sắn, còn gọi là cây khoai mì (Manihot esculenta Crantz), tiếng Anh là
cassava hay còn gọi là tapioca hoặc manioc, là một trong số những loại cây có củ
được trồng ở hơn 80 quốc gia có khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm trên thế giới. Đây là
cây lương thực và thực phẩm có hàm lượng tinh bột cao. Đối với nhiều người
dân ở vùng nhiệt đới, sắn là sản phẩm ch
ủ đạo và là cây cứu đói truyền thống.
Sản lượng sắn hàng năm trên thế giới khoảng 175 triệu tấn với diện tích canh tác
14,15 triệu hécta phân bố trên 80 quốc gia. Ở các nước nhiệt đới, hầu hết sắn sản
xuất ra được sử dụng làm thức ăn cho người, phần còn lại được dùng để làm thức
ăn gia súc và sử dụng trong công nghiệp tinh bột [1, 19].
1.1.2. Tình hình sản xuất và sử d
ụng sắn ở Châu Á và trên toàn cầu

Sắn là loại cây lương thực quan trọng ở các nước nhiệt đới như Brazil,
Nigeria, Thái Lan, Indonesia, Việt Nam… Trên 55 % sản lượng sắn của Thái
Lan được sử dụng ở dạng sắn lát phơi khô làm thức ăn gia súc, trong đó 90%
được xuất khẩu trực tiếp sang châu Âu, chỉ có 10 % tiêu thụ trong nội địa. Dù
sản lượng sắn củ tươi chỉ chiếm 18 triệu tấn trên tổng sả
n lượng toàn cầu là 175
triệu tấn, nhưng Thái Lan lại là nước đứng hàng đầu trên thế giới về sản xuất và
xuất khẩu tinh bột sắn (Hình 1.1).
Sản lượng sắn thế giới năm 2006/07 đạt 226,34 triệu tấn củ tươi so với
2005/06 là 211,26 triệu tấn và 1961 là 71,26 triệu tấn. Nước có sản lượng sắn
nhiều nhất thế giới là Nigeria (45,72 triệu tấn), kế đến là Thái Lan (22,58 triệu
t
ấn) và Indonesia (19,92 triệu tấn). Nước có năng suất sắn cao nhất hiện nay là

7
Ấn Độ (31,43 tấn/ ha), kế đến là Thái Lan (21,09 tấn/ ha), so với năng suất sắn
bình quân của thế giới là 12,16 tấn/ ha (FAO, 2008).

0
500
1000
1500
2000
T
h
ail
a
nd
Braz
i

l
I
n
d
ones
i
a
India
China
Viet
n
am
Ma
l
a
ys
i
a
P
h
i
l
i
p
i
n
e
s
Hình 1.1. Sản lượng tinh bột sắn của một số nước ( x 1000 tấn)
Viện Nghiên cứu Chính sách lương thực thế giới (IFPRI), đã tính toán và

dự báo tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn toàn cầu với tầm nhìn đến năm 2020,
ước đạt 275,10 triệu tấn, trong đó sản xuất sắn chủ yếu ở các nước đang phát
triển là 274,7 triệu tấn. Mức tiêu thụ sắn ở các nước đang phát tri
ển dự báo đạt
254,60 triệu tấn so với các nước đã phát triển là 20,5 triệu tấn. Khối lượng sản
phẩm sắn toàn cầu sử dụng làm lương thực thực phẩm dự báo nhu cầu là 176,3
triệu tấn và thức ăn gia súc 53,4 triệu tấn. Tốc độ tăng hàng năm của nhu cầu sử
dụng sản phẩm sắn làm lương thực, thực phẩm và thức ăn gia súc đạ
t tương ứng
là 1,98 % và 0,95 %. Châu Phi vẫn là khu vực dẫn đầu sản lượng sắn toàn cầu
với dự báo sản lượng năm 2020 sẽ đạt 168,6 triệu tấn. Trong đó, khối lượng sản
phẩm sử dụng làm lương thực thực phẩm là 77,2 %, làm thức ăn gia súc là 4,4
%. Châu Mỹ La tinh giai đoạn 1993- 2020, ước tính tốc độ tiêu thụ sản phẩm sắn

8
tăng hàng năm là 1,3 %, so với châu Phi là 2,44 % và châu Á là 0,84 - 0,96 %.
Cây sắn tiếp tục giữ vai trò quan trọng trong nhiều nước châu Á, đặc biệt là các
nước vùng Đông Nam Á nơi cây sắn có tổng diện tích đứng thứ ba sau lúa và
ngô và tổng sản lượng đứng thứ ba sau lúa và mía. Chiều hướng sản xuất sắn phụ
thuộc vào khả năng cạnh tranh cây trồng. Giải pháp chính là tăng năng suất sắn
bằng cách áp dụng giống mới và các biện pháp kỹ thu
ật tiến bộ [23].
Việt Nam đứng thứ mười trên thế giới về sản lượng sắn (7,71 triệu tấn),
nhưng lại là nước xuất khẩu tinh bột sắn đứng hàng thứ ba trên thế giới sau Thái
Lan và Indonesia. Sản phẩm sắn xuất khẩu của Việt Nam chủ yếu là tinh bột, sắn
lát và bột sắn. Thị trường chính là Trung Quốc, Đài Loan, Nhật Bản, Singapore,
Hàn Quốc [1, 23].
Sắn là cây lươ
ng thực cho người, dùng làm thức ăn gia súc quan trọng sau
lúa và ngô. Năm 2005, cây sắn có diện tích thu hoạch 432 nghìn ha, năng suất

15,35 tấn/ha, sản lượng 2,6 triệu tấn, so với cây lúa có diện tích 7,326 ha, năng
suất 4,88 tấn/ ha, sản lượng 35,8 triệu tấn, cây ngô có diện tích 995 ha, năng suất
3,51 tấn/ ha, sản lượng gần một triệu tấn [42]. Cây sắn là nguồn thu nhập quan
trọng của các hộ nông dân nghèo do sắn dễ trồng, ít kén đất, ít vốn đầu tư
, phù
hợp sinh thái và điều kiện kinh tế nông hộ. Sắn chủ yếu dùng để bán (48,6 %), kế
đến dùng làm thức ăn gia súc (22,4 %), chế biến thủ công (16,8 %), chỉ có 12,2
% dùng tiêu thụ tươi. Sắn cũng là cây công nghiệp có giá trị xuất khẩu và tiêu
thụ trong nước. Sắn là nguyên liệu chính để chế biến bột ngọt, bio- ethanol, mì
ăn liền, bánh kẹo, sirô, nước giải khát, bao bì, ván ép, phụ gia dược phẩm, màng
phủ sinh học và chất giữ
ẩm cho đất. Toàn quốc hiện có trên 60 nhà máy chế
biến tinh bột sắn với tổng công suất khoảng 3,8 triệu tấn củ tươi/năm và nhiều cơ
sở chế biến sắn thủ công rải rác tại hầu hết các tỉnh trồng sắn. Năm 2009, diện
tích đất trồng sắn đạt trên 475.000 ha, sản lượng tinh bột sắn đạt trên 8.500.000

9
tấn. Cùng với diện tích sắn được nâng lên, năng suất thu hoạch sắn cũng như sản
lượng tinh bột sắn được sản xuất cũng tăng lên theo thời gian. Hình 1 mô tả tốc
độ tăng trưởng về diện tích trồng sắn, năng suất và sản lượng tinh bột sắn của
Việt nam. Tốc độ phát triển của sản lượng tinh bột sắn cao hơn gấp nhiều l
ần so
với sự gia tăng của diện tích trồng sắn (Hình 1.2).
0
50
100
150
200
250
300

350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2009
Diện tích (1.000 ha)
Sản lượng (10.000 tấn)
Năng suất (100 tấn/ ha)

Hình 1.2. Diện tích, năng suất và sản lượng tinh bột sắn ở nước ta [11]
Ngoài tinh bột sắn, các sản phẩm khác chế biến từ tinh bột sắn là: Cồn,
rượu, bột ngọt, axit glutamic, axit amin, các loại tinh bột biến tính, maltodextrin,
sirô maltoza, glucoza, fructoza, đường chức năng, thức ăn gia súc, phân bón hữu
cơ vi sinh…
1.1.3. Tinh bột sắn
1.1.3.1. Đặc tính của tinh bột
Tinh bột có nhiều ở các loại củ như khoai tây, sắn, củ mài. Tinh bột có vai
trò dinh dưỡng đặc biệt lớn , được thuỷ phân thành đường glucoza là chất tạo
nên nguồn calo chính của thực phẩm cho con người [14].

10
Trong hạt, tinh bột tồn tại dưới dạng các hạt có kích thước biến đổi từ 0,02
- 0,12 mm. Hạt tinh bột của các loại hạt khác nhau có hình dáng và kích thước
khác nhau. Hạt tinh bột khoai tây có kích thước lớn hơn cả, còn hạt tinh bột của

lúa mỳ có kích thước nhỏ hơn. Hạt tinh bột lúa mỳ, lúa mạch có cấu tạo đơn giản
còn hạt tinh bột ngô có cấu tạo phức tạp. Khi tác dụng với iot tinh bột có màu rất
đặc trưng. Phản ứng này dùng để định tính tinh bột [4, 16, 24, 38, 40].
1.1.3.2. Cấu tạo của tinh bột
Tinh bột không phải là một chất riêng biệt, nó bao gồm hai cấu tử là
amylose (AM) và amylopectin (AP). AM thường chiếm 12- 25 %, còn AP chiếm
75- 85 % phân tử tinh bột [15].

Hình 1.3. Cấu tạo của tinh bột
AM và AP đều là α- polysaccarit và đều do các gốc α- D- glucoza cấu tạo
nên. AM có trọng lượng phân tử từ 3,10
5
- 1,10
6
được cấu tạo từ 200- 2000 gốc D
- glucoza. Các gốc glucoza nối với nhau bằng liên kết α- 1,4 glucozit và tạo
thành một mạch xoắn dài. Cấu trúc xoắn được giữ vững nhờ liên kết hydrô được
tạo thành giữa các nhóm OH tự do.
Chiều dài cực đại của phân tử AM đạt tới 7000 A
o
. Mỗi vòng xoắn của
mạch AM gồm 3 gốc glucoza và có chiều dài mạch là 10,6 A
o
. Trong dung dịch
mạch xoắn của AM co lại, vòng xoắn lớn lên và gồm 6 gốc glucoza [15, 16].

11

Hình 1.4. Cấu trúc của Amyloza
AP được cấu tạo từ 600- 37000 gốc D- glucoza. Chúng gắn với nhau bằng
các liên kết α- 1,4 và α- 1,6 glucozit. Chiều dài trung bình của mạch có nhánh tự
do gồm 21- 27 gốc glucoza (có trường hợp chỉ 15- 18 gốc). AP có phân tử lượng
trong khoảng 10
7
- 10
8
trong khi phân tử lượng của AM chỉ khoảng 5.10
5
- 10
6
.
Người ta còn thấy một số liên kết α- 1,3 glucozit trong tinh bột. Trong thành
phần của AP còn có một ít phospho (0,012- 0,111 %). Phospho được gắn vào
nguyên tử cacbon thứ 6 của gốc glucoza.





Hình 1.5. Cấu trúc của amylopectin
1.1.3.3. Tính chất của tinh bột
- Phản ứng thuỷ phân
Một tính chất quan trọng của tinh bột là quá trình thủy phân liên kết
giữa các đơn vị glucozơ bằng axit hoặc bằng enzym. Enzym chỉ thủy phân hiệu
quả ở dạ
ng hồ hóa. Một số enzym thường dùng là
α

- amylaza,
β
- amylaza. Axit
và enzym giống nhau là đều thủy phân các phân tử tinh bột bằng cách thủy
phân liên kết
α
-D (1,4) glycozit. Đặc trưng của phản ứng này là sự giảm nhanh
độ nhớt và sinh ra đường [7, 13, 35, 48].

12









Hình 1.6. Phản ứng thủy phân của tinh bột
Các nhóm hydroxyl trong tinh bột có thể bị oxi hóa tạo thành
andehyt, xeton và tạo thành các nhóm cacboxyl. Quá trình này còn làm giảm
chiều dài mạch tinh bột và tăng khả năng hòa tan trong nước, đặc biệt trong
môi trường loãng. Các nhóm hydroxyl trong tinh bột có thể tiến hành ete hóa và
este hóa. Những nhóm hydroxyl trong tinh bột có khả năng phản ứng với
andehyt trong môi trường axit. Khi đó xảy ra phản ứng ngưng tụ tạo liên kết
ngang giữa các phân tử tinh bột gần nhau. Sản ph
ẩm tạo thành không có khả
năng tan trong nước [2, 35].
- Tính hấp thụ của tinh bột

Hạt tinh bột có cấu tạo lỗ xốp nên khi tương tác với các chất bị hấp thụ
thì bề mặt trong và ngoài của tinh bột đều tham dự. Vì vậy trong quá trình bảo
quản, sấy và chế biến cần phải hết sức quan tâm tính chất này. Các ion liên kết
với tinh bột thường ảnh hưởng đến khả năng h
ấp thụ của tinh bột. Khả năng
hấp thụ của các loại tinh bột phụ thuộc cấu trúc bên trong của hạt và khả năng
trương nở của chúng.
- Khả năng hấp thụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột
Xác định khả năng hấp thụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột cho

13
phép điều chỉnh được tỉ lệ dung dịch tinh bột và nhiệt độ cần thiết trong quá
trình công nghiệp, còn có ý nghĩa trong quá trình bảo quản, sấy và chế biến
thủy nhiệt. Rất nhiều tính chất chức năng của tinh bột phụ thuộc vào tương
tác của tinh bột và nước (tính chất thủy nhiệt, sự hồ hóa, tạo gel, tạo màng).
Ngoài ra, nó cũng là cơ sở để lựa chọn tinh bột bi
ến hình thích hợp cho từng
ứng dụng cụ thể. Ví dụ: Để sản xuất các sản phẩm nước uống hòa tan như cà
phê, trà hòa tan thì nên chọn tinh bột biến hình nào có độ hòa tan cao nhất.
- Tính chất hồ hóa của tinh bột
Phần lớn tinh bột bị hồ hóa khi nấu và trạng thái trương nở được sử dụng
nhiều hơn ở trạng thái tự nhiên. Các biến đổi hóa lí khi hồ hóa như sau: Hạt
tinh bộ
t trương lên, tăng độ trong suốt và độ nhớt, các phân tử mạch thẳng và
nhỏ thì hòa tan và sau đó tự liên hợp với nhau để tạo thành gel. Tùy điều kiện
hồ hóa như nhiệt độ, nguồn gốc tinh bột, kich thước hạt và pH mà nhiệt độ
phá vỡ và trương nở của tinh bột biến đổi một cách rộng lớn [8, 9, 15].
Một trong những tính chất quan trọng của tinh bột có ảnh hưởng
đến
chất lượng và kết cấu của nhiều sản phẩm thực phẩm đó là độ nhớt và độ dẻo.

Phân tử tinh bột có nhiều nhóm hydroxyl có khả năng liên kết được với nhau
làm cho phân tử tinh bột tập hợp lại, giữ nhiều nước hơn khiến cho dung dịch có
độ đặc, độ dính, độ dẻo và độ nhớt cao hơn. Yếu tố chính ảnh hưởng đến độ
nhớt của dung dịch tinh bột là các phân tử hoặc của các hạt phân tán, đặc tính
bên trong của tinh bột như kích thước, thể tích, cấu trúc và sự bất đối xứng của
phân tử. Nồng độ tinh bột, pH, nhiệt độ, tác nhân oxi hóa, các thuốc thử phá
hủy liên kết hydro đều làm thay đổi độ nhớt của dung dịch tinh bột.
1.1.3.4. Đặc tính tinh bột sắn
Tinh bột sắn có màu rất trắng. Trong quá trình sản xuất, nếu củ
được
nghiền khi chưa bóc vỏ, tinh bột thu được thường có màu tối. Màu xám của tinh

14
bột sắn ảnh hưởng tới chất lượng cũng như giá cả của sản phẩm. Củ sắn và tinh
bột sắn thường có pH trong khoảng 4,7- 7,0. Còn theo tiêu chuẩn của Mỹ, các
loại sắn tốt có pH từ 4,5- 6,5 và độ axit thấp. Tinh bột sắn tốt được sấy khô tốt
cũng có tính di động tốt. Tinh bột bị hồ hoá biến thành màu trong hơi ngả về
xám. Tinh bột sắn không có mùi đặc trư
ng, khi hồ hoá dậy mùi đặc trưng dễ
phân biệt với các loại tinh bột khác. Khi hồ hoá, độ nhớt tăng rất nhanh, độ dính
rất cao so với tinh bột khoai và các loại củ khác.
Quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope
SEM), hạt tinh bột sắn có kích thước từ 5 đến 40µm với những hạt lớn 25-
35µm, hạt nhỏ 5- 15µm và nhiều hình dạng, chủ yếu là hình tròn, bề mặt nhẵn,
một bên mặt có chỗ lõm hình nón và m
ột núm nhỏ ở giữa. Dưới ánh sáng phân
cực, các liên kết ngang với mật độ từ trung bình tới dày đặc có thể thấy rõ.
Khi hạt tinh bột sắn bị vỡ, có thể quan sát được các rãnh tạo cấu trúc xốp
của hạt. Các rãnh vô định hình kéo dài từ bề mặt tới tâm của hạt tạo thành các lỗ
xốp. Chính các lỗ xốp này giúp nước thâm nhập làm trương nở tinh bột, phá vỡ

các liên kết hydro giữa các phân tử trong c
ấu trúc tinh thể tạo điều kiện cho tác
dụng phân huỷ của enzym. Tinh bột sắn có cấu trúc hạt tương đối xốp, liên kết
giữa các phần tử trong cấu trúc tinh thể yếu, vì vậy nó dễ bị phân huỷ bởi các tác
nhân như axit và enzym hơn so với các loại tinh bột khác như bắp, gạo.
Tinh bột sắn có hàm lượng amylopectin và phân tử lượng trung bình tương
đối cao và hàm lượng amylose nằm trong khoảng 8- 29 %, nhưng nói chung đa
s
ố các giống sắn có tỷ lệ amyloza 16- 18 %. Tinh bột sắn có những tính chất
tương tự các loại tinh bột chứa nhiều amylopectin như độ nhớt cao, xu hướng
thoái hoá thấp và độ bền gen cao. Hàm lượng amylopectin và amyloza trong tinh
bột sắn liên quan tới độ dính của tinh bột nấu chín và nhiều tính chất khác trong
các ứng dụng công nghiệp.

15
Tinh bột sắn có nhiệt độ hồ hoá trong khoảng 58,5- 70
o
C so với 56- 66
o
C
ở khoai tây và 62 - 72
o
C ở tinh bột ngô. Việc tạo ra các dẫn xuất của tinh bột nhờ
các liên kết ngang hay việc thêm các chất có hoạt tính bề mặt có thể thay đổi
nhiệt độ hồ hoá. Nhiệt độ hồ hoá cũng ảnh hưởng đến chất lượng nấu của tinh
bột, nhiệt độ hồ hoá thấp thường làm chất lượng nấu thấp do tinh bột dễ bị phá
vỡ [8, 9, 40].

1. 2. Các enzym thủy phân tinh b
ột [27, 37, 53]

Ngoài tác nhân thủy phân là axit và bazơ, sự thuỷ phân tinh bột còn được
thực hiện bởi các enzym amylaza từ các nguồn khác nhau. Với những ưu điểm
vượt trội so với các chất xúc tác hoá học, các chế phẩm enzym được sản xuất
ngày càng nhiều và được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế. Một số
nước sử dụng nguồn enzym từ thóc mầm, malt đại mạch, phần lớ
n dùng chế
phẩm enzym từ việc nuôi cấy các chủng vi sinh vật [5, 34].
Hiện nay có nhiều hãng enzym đã cho ra rất nhiều loại chế phẩm enzym
hữu hiệu để ứng dụng trong quá trình thuỷ phân tinh bột như hãng NOVO Đan
Mạch, GENENCOR… Sử dụng enzym để chế biến tinh bột và các nguyên liệu
có chứa tinh bột đã mở ra những triển vọng mới trong việc phát triển ngành chế
biến nông sản, thực phẩm. Th
ị trường enzym toàn cầu đạt khoảng 1,4 tỷ USD
năm 1996; 1,6 tỷ USD năm 1997 và tăng từ 6,5- 10 % hàng năm. Các enzym được
sử dụng trong công nghiệp thực phẩm và công nghiệp biến tính tinh bột như
proteaza, amylaza, lipaza, xenlulaza chiếm 70 % tổng khối lượng enzym sử dụng,
trong số đó 60 % hiện được sản xuất ở dạng enzym tái tổ hợp. Năm 1996, tổng
giá trị các enzym sử dụng trong công nghiệp biến tính tinh bột là 156 triệu USD,
trong
đó α- amylaza bền nhiệt, glucoisomeraza glucoamylaza là những enzym
được sử dụng nhiều nhất [17, 27].

16
Trong quá trình sản xuất fructoza từ nguyên liệu tinh bột có sử dụng 3 loại
enzym: α- amylaza trong quá trình dịch hoá, glucoamylaza trong quá trình đường
hoá và glucoisomeraza trong quá trình đồng phân hoá để chuyển hoá glucoza
thành fructoza.
1.2.1. α- amylaza
Theo danh pháp quốc tế, α- amylaza gọi là α- 1,4 glucan-4 glucahydrolaza
(EC 3.2.1.1), có khả năng phân cắt các liên kết α- 1,4 glucozit trong phân tử

polysacarit một cách ngẫu nhiên không theo trật tự nào. Do đó α- amylaza có thể
thuỷ phân được amyloza, amylopectin, glycogen và các sản phẩm trung gian của
quá trình thủy phân. Nhưng không có khả năng thủy phân liên kết α- 1,6 và
α-
1,3 glucozit [5, 15, 22].
Amylaza là enzym thủy phân tinh bột, đồng thời là một chế phẩm sinh học
được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, đặc biệt trong sản xuất sirô
chứa oligosaccharit, maltoza và glucoza. Enzym amylaza được dùng từ lâu đời
theo phương pháp cổ truyền, để thủy phân tinh bột trong sản xuất mạch nha, rượu,
bia,… Ngày nay, với các tiến bộ của khoa học kỹ thuật người ta đã sử dụng
phương pháp enzym để
thay thế phương pháp axit trước đây trên quy mô công
nghiệp. ở Mỹ, 75 % sirô và glucoza tinh thể được sản xuất bằng phương pháp
enzym. Việc sử dụng amylaza ngày càng trở nên rộng rãi hơn kể từ khi có α-
amylaza tính chiết từ một số chủng vi sinh vật như Bacillus licheniformis được
phát hiện là có tính bền nhiệt.
α- amylaza được phân bố rộng rãi trong các tế bào vi sinh vật. Các vi sinh
vật có khả năng sinh tổng hợp α- amylaza là các chủ
ng Bacillus (như Bacillus
acidoaldarius, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus subtilis, Bacillus stearo-
thermophilus), Streptomyces aureofacien, Thermophilus vulgaris và một số
chủng Pseudomonas, Aspergillus, Endomycopsis,…

17
Các α- amylaza thu nhận từ xạ khuẩn và nấm men có hoạt lực không cao,
vì vậy phần lớn nghiên cứu được tập trung vào α- amylaza của nấm mốc và vi
khuẩn. α- amylaza có trong nước bọt, hạt hoà thảo, đặc biệt có rất nhiều trong
chế phẩm nuôi cấy nấm mốc, vi khuẩn. Nhiều vi sinh vật có khả năng tổng hợp
α- amylaza, nhưng phổ biến nhất là các chủng vi khuẩn Bacillus và các chủ
ng

nấm mốc Aspergillus, Rhizopus. Xạ khuẩn và nấm men Endomycopsis cũng có
khả năng tổng hợp α- amylaza, tuy nhiên hoạt độ α- amylaza của chúng không
cao [21, 22].
α- amylaza của nấm mốc: Được chia làm 2 loại: Chịu axit và kém chịu
axit, thường hoạt động ở pH axit. α- amylaza của nấm mốc lần đầu tiên được
phát hiện từ chủng Aspergillus oryzae. Sau này người ta tìm thấy A. niger, A.
awamori, Rhizopus ulencer, R. nevear cũ
ng có khả năng tổng hợp α- amylaza.
α- amylaza của vi khuẩn: Được chia làm 2 loại: Chịu nhiệt và kém chịu nhiệt,
thường hoạt động ở pH trung tính hoặc kiềm nhẹ. α- amylaza của vi khuẩn là loại
bền với nhiệt nhất so với các loại α- amylaza sinh ra từ các chủng vi sinh vật khác.
α- amylaza của chủng Bacillus stearothermophilus, ở nhiệt độ 50- 60
o
C bị mất hoạt
tính sau 24 giờ; ở 90
o
C giảm hoạt lực 17 % sau 6 phút trong khi α- amylaza của
chủng Bacillus subtilis bị mất hoạt lực hoàn toàn.
Trong công nghiệp, α- amylaza của vi khuẩn được sử dụng rộng rãi nhất vì
nó thường không có độc tố, lại có hoạt lực cao và chịu được nhiệt độ cao, trong
khi α- amylaza của nấm mốc bị mất hoạt tính ngay sau khi hồ hoá. Bacillus là
giống vi khuẩn có khả năng tổng hợp α- amylaza mạnh nhấ
t và có ý nghĩa trong
công nghiệp, nhất là Bacillus subtilis, B. coagulans, B. stearothermophilus, B.
licheniformis.
α- amylaza từ các chủng vi sinh vật khác nhau có nhiều tính chất giống
nhau nhưng cũng có các tính chất khác nhau. Chúng giống nhau chủ yếu về tính

18
năng tác dụng với cơ chất nhưng lại rất khác nhau về khả năng bền vững với

nhiệt độ và pH, đồng thời các sản phẩm thuỷ phân cơ chất của chúng cũng rất
khác nhau.
α- amylaza có bản chất là protein nên tan được trong nước và không bị
phân hủy bởi proteaza. α- amylaza còn được gọi là enzym kim loại vì trong phân
tử của enzym có ít nhất là 1 ion Ca
++
nằm ở trung tâm hoạt động. Số lượng ion
Ca
++
trong phân tử enzym, mức độ liên kết của các ion Ca
++
với protein rất khác
nhau và phụ thuộc vào nguồn gốc của từng loại α- amylaza. Tất cả các enzym α-
amylaza đều chứa từ 1- 30 nguyên tử Ca
++
/ mol enzym. Hoạt lực của enzym
không thay đổi khi thay thế tất cả các ion Ca
++
bằng ion Mg
++
, loại trừ ion Ca
++
ở
trung tâm hoạt động. Khi tách ion Ca
++
ra khỏi enzym bằng EDTA thì enzym bị
mất khả năng hoạt động, không còn khả năng thủy phân cơ chất và bị biến tính
khi đun nóng, đặc biệt bị thủy phân bởi proteaza. Vì vậy, ion Ca
++
đóng vai trò

quan trọng trong việc duy trì cấu trúc phân tử cũng như khả năng hoạt động của
enzym này.
Tất cả các α- amylaza đều có khả năng phân hủy nhanh chóng phân tử tinh
bột, làm thay đổi màu của iot và giảm độ nhớt của tinh bột một cách nhanh chóng.
Các sản phẩm thủy phân của α- amylaza là maltoza, oligosaccharid, maltotrioza và
các dextrin phân tử thấp. α- amylaza tác động rất yếu lên các dextrin phân tử thấp
như maltotrioza và đặc biệt yếu hơ
n nữa là maltoza. α- amylaza phân hủy
amylopectin thành các dextrin có chứa 4 hoặc nhiều hơn gốc glucoza bằng các liên
kết α- 1,6 glucozit, maltoza và glucoza.
1.2.2. Glucoamylaza (AMG)
Theo danh pháp quốc tế, glucoamylaza còn gọi là α- 1,4 glucan
glucohydrolaza, amyloglucozidaza, γ- amylaza. Glucoamylaza có khả năng thủy
phân liên kết α- 1,4 glucozit của phân tử tinh bột, cắt đứt từng đơn vị glucoza

19
của phân tử tinh bột từ đầu không khử. Ngoài ra, glucoamylaza còn có khả năng
phân cắt mối liên kết α- 1,6 và α- 1,3 glucozit nhưng với tốc độ chậm hơn.
Glucoamylaza được sinh tổng hợp từ các chủng mốc Aspergillus niger,
Aspergillus awamori hay Rhizopus. Glucoamylaza có nguồn gốc từ nấm mốc có
tính bền nhiệt cao nhưng thường hay lẫn enzym transglucozidaza. Đó là một
enzym chuyển nhóm glucozit thành oligosaccharid (quá trình chuyển hoá
ngược). Vì vậy, để thu nhận đượ
c glucoamylaza không lẫn transglucozidaza cần
phải phân lập và tuyển chọn giống để loại bỏ enzym này.
Hầu hết các glucoamylaza đều có đầy đủ 20 axit amin không thay thế. Tùy
thuộc vào loại glucoamylaza của các chủng khác nhau mà số lượng axit amin
cũng khác nhau.
pH và nhiệt độ là 2 yếu tố ảnh hưởng mạnh đến hoạt độ của enzym. pH tối ưu
cho hoạt động của các glucoamylaza là 3,3- 3,5. Đa số glucoamylaza của nấm mốc

Aspergillus hoạt độ
ng tối thích ở 60
o
C. Glucoamylaza hoàn toàn bị vô hoạt ở 70
o
C.
Tất cả các glucoamylaza của nấm mốc đều là glucoprotein có chứa trong
phân tử từ 5- 20 % hydratcacbon, trong đó chủ yếu là glucoza, glucoamin,
maltoza và galactoza. Trọng lượng phân tử của glucoamylaza nấm mốc vào
khoảng 26.850- 112.000 dalton. Chúng đều có chứa các amino axit: Metionin,
triptophan và cistein.
Glucoamylaza không thủy phân tinh bột ở dạng keo, vì thế cơ chất của
glucoamylaza là sản phẩm dịch thủy phân tinh bột của α- amylaza. Khả năng
thủy phân của glucoamylaza lên các cơ chất cũng khác nhau. Theo Fleming,
glucoamylaza được chia làm 2 nhóm:
Nhóm 1: Thủy phân hoàn toàn tinh b
ột và β- dextrin.
Nhóm 2: Thủy phân 80 % tinh bột và 40 % β- dextrin.
Vận tốc thủy phân phụ thuộc vào độ dài và cấu trúc phân tử của các cơ chất.

20
1.2.3. Glucoisomeraza
Sản phẩm cuối cùng của quá trình thuỷ phân tinh bột là glucoza. Giai đoạn
tiếp theo là quá trình chuyển hoá glucoza thành fructoza bằng enzym gluco-
isomeraza.
Glucoisomeraza là chất xúc tác của phản ứng chuyển hoá D- glucoza
thành D- fructoza trong điều kiện chuẩn (pH, nhiệt độ, nồng độ cơ chất, nồng độ
enzym). Sau quá trình đồng phân sản phẩm tạo thành là fructoza ở dạng vòng và
dạng thẳng.
Glucoisomeraza theo danh pháp quốc tế được gọi là D- xylose- keto-

izomeraza (EC 5.3.1.5). Glucoisomeraza có tác dụng xúc tác phản ứng chuyển
hoá glucoza thành fructoza. Dướ
i tác dụng của glucoisomeraza nhóm andehit
(CHO) trong phân tử glucoza chuyển thành nhóm (C = O) trong phân tử fructoza



Enzym glucoisomeraza

D- Glucoza D- Fructoza



Enzym glucoisomeraza


Glucofuranoza Fructofuranoza
Hình 1.7. Chuyển hoá glucoza thành fructoza bằng enzym glucoisomeraza
( glucoza và fructoza ở dạng mạch thẳng và dạng mạch vòng)

21
Glucoisomeraza được thu nhận chủ yếu từ vi sinh vật, phổ biến nhất là các
chủng vi khuẩn Bacillus, phổ biến là: Bacillus megaterium, B. coagulans, B.
stearothermophiles.
Nhóm xạ khuẩn có khả năng sinh tổng hợp glucoisomeraza mạnh nhất và
có ý nghĩa công nghiệp nhất gồm: Streptomyces albus, S. fradiae, S. olivaceus, S.
olivochromgenes. Các chủng xạ khuẩn Streptomyces, Lactobacillus,
Pseudomonas, cũng có khả năng tổng hợp glucoisomeraza nhưng enzym tổng
hợp từ những chủng này kém mạnh mẽ và không bề
n nhiệt, Takasaki đã phân lập

được hai chủng xạ khuẩn Streptomyces albus và S. bikiniensis từ đất, có khả
năng tổng hợp glucoisomeraza trên môi trường chứa là xylan [22].
Glucoisomeraza được thu nhận từ các nguồn khác nhau có tính chất giống
nhau nhưng cũng có tính chất khác nhau. Đa số các chủng vi sinh vật có khả
năng tổng hợp glucoisomeraza đều đòi hỏi môi trường có D- xyloza làm nguồn
cacbon. Ngoài ra các chủng xạ khuẩn có thể tổng hợp glucoisomeraza trên môi
trường chứa xylan nh
ư rơm rạ, bã mía, vỏ trấu…
Glucoisomeraza có bản chất là protein. Song enzym thu được nhận từ
nguồn khác nhau có hàm lượng axit amin trong phân tử khác nhau. Đa số
glucoisomeraza đều giàu alanin, leucin và glixin.
Nhiệt độ hoạt động của glucoisomeraza thay đổi trong khoảng 45- 90
o
C
ví dụ như L. brevis hoạt động ở 45
o
C, S. murius ở 60
o
C, Actinoplanes,
Missouriensis ở 90
o
C. Glucoisomeraza thu nhận từ nguồn khác nhau có nhiệt độ
hoạt động khác nhau. Hầu hết glucoisomeraza hoạt động tốt 50- 65
o
C và pH 6,5
- 8,0 [8, 9].
Enzym này cần ion kim loại như Mg
2+
, Mn
2+

hay Co
2+
tùy theo nguồn
gốc của nó. Do enzym này có độ bền nhiệt tốt nên phản ứng có thể tiến hành ở
nhiệt độ từ 60-70
o
C trong vòng 100h.

22
1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của enzym [3, 16, 17, 18].
Trong quá trình thuỷ phân tinh bột, tốc độ phản ứng phụ thuộc vào sự hình
thành liên kết enzym- tinh bột. Liên kết này do sự hấp thụ lẫn nhau giữa các
nhóm háo nước có trên bề mặt của các hạt tinh bột và enzym như [ - COOH], [-
OH], [ - COO], [NH
2
], [ - SH]. Các nhóm này khi tác dụng với nhau sẽ làm giảm
năng lượng bề mặt, làm biến dạng các phần riêng biệt của phân tử amyloza và
amylopectin, dẫn đến làm đứt các liên kết glucozit để tạo sản phẩm và giải
phóng enzym. Trạng thái này phụ thuộc vào: nồng độ enzym, cơ chất, nhiệt độ,
pH môi trường, các ion kim loại, các hợp chất vô cơ và hữu cơ…
1.3.1. Nồng độ cơ chất
Nồng độ tinh bột có ảnh h
ưởng rõ rệt đến cơ cấu sản phẩm thuỷ phân. Khi
nồng độ dịch bột thấp thì khả năng thuỷ phân của α- amylaza tăng, sản phẩm chủ
yếu là dextrin phân tử thấp. Ngược lại, nếu tác nhân thuỷ phân là β- amylaza, khi
dịch tinh bột đặc, lượng đường maltoza thu được sẽ nhiều hơn so với dịch tinh
bột loãng, vì điều kiện này thuận lợi cho hoạt độ
ng của enzym.

Hình 1.8. Dạng chung của đường biểu diễn sự phụ thuộc
vào vận tốc phản ứng và nồng độ cơ chất
1.3.2. Nồng độ enzym
Khi nồng độ enzym quá lớn (bão hoà với nồng độ cơ chất), nếu tiếp tục
tăng nồng độ enzym thì vận tốc phản ứng tăng chậm hoặc không thay đổi. Vì
vậy, cần tìm nồng
độ thích hợp để sử dụng, tránh lãng phí enzym.

23
Nếu thay đổi nồng độ enzym, thành phần và tính chất dịch thuỷ phân sẽ
thay đổi, nhờ vậy có thể điều chỉnh cơ cấu sản phẩm sau thuỷ phân bằng cách
này. Sự thay đổi tính chất của dịch đường là nhân tố quyết định để sản xuất loại
sản phẩm này hay sản phẩm khác.
1.3.3. Ảnh hưởng của các chất kìm hãm
Hoạt độ enzym có thể bị thay đổ
i dưới tác dụng của một số chất có bản
chất hoá học khác nhau. Các chất làm giảm hoạt độ của enzym nhưng không bị
chuyển hoá bởi enzym được gọi là các chất kìm hãm hay là các chất ức chế,
thường ký hiệu là I (Inhibitor). Các chất này có thể là những ion, phân tử vô cơ,
hữu cơ, kể cả protein.
Các chất gây biến tính protein là những chất kìm hãm không đặc hiệu của
enzym. Nhiều chất khác không làm biến tính protein enzym nhưng vẫn làm gi
ảm
hoạt động xúc tác của nó theo cơ chế khác [4, 16].
Các chất này có thể kìm hãm thuận nghịch hoặc không thuận nghịch
enzym. Nếu là kiểu kìm hãm thuận nghịch, phản ứng kết hợp giữa enzym (E) và
chất kìm hãm (I) nhanh chóng đạt đến cân bằng:

Trong trường hợp kìm hãm không thuận nghịch, k
-1
rất bé có thể xem như
bằng 0, khi I kết hợp với E bằng liên kết đồng hoá trị hoặc kết hợp rất chặt chẽ
đến mức khó lòng tách khỏi E, sự phân ly phức EI là rất chậm.
1.3.4. Ảnh hưởng của các chất hoạt hóa
Các chất hoạt hoá làm tăng hoạt độ xúc tác của enzym. Các chất hoạt hoá
thường có bản chất khác nhau, có thể là các anion, các ion kim loại nằm từ ô thứ
1 đến ô thứ 55 củ
a bảng nguyên tố tuần hoàn Mendeleev hoặc các chất hữu cơ có
cấu tạo phức tạp hơn làm nhiệm vụ chuyển nhóm chuyển hydro hoặc những chất
K
1
K
2
E + I EI

24
có khả năng phá vỡ một số liên kết trong phân tử tiền enzym hoặc các chất có tác
dụng phục hồi nhóm chức năng trong trung tâm hoạt động của enzym. Tuy nhiên
tác dụng hoạt hoá chỉ có giới hạn ở những nồng độ xác định, vượt quá giới hạn
này có thể làm giảm hoạt độ của enzym.
Một số chất hoạt hoá có thể kết hợp trực tiếp với phân tử enzym, làm thay
đổi c
ấu tạo không gian của nó theo hướng có lợi cho hoạt động xúc tác của
enzym. Một số chất hoạt hoá khác có thể tác dụng theo cách gián tiếp như loại
trừ các yếu tố gây kìm hãm khỏi môi trường phản ứng.
1.3.5. Nhiệt độ và thời gian phản ứng

Enzym có nguồn gốc khác nhau thì khả năng chịu nhiệt sẽ khác nhau,
trong đó enzym từ vi khuẩn có khả năng chịu nhiệt cao hơn so với các nguồn
khác. Enzym α
- amylaza từ Bacillus licheniformis hoạt động tốt ở 105
o
C và ổn
định theo thời gian phản ứng. Trong khi đó nhiệt độ hoạt động của α- amylaza ở
thóc mầm là 73- 76
o
C, còn α- amylaza của Asp. oryzae là 50- 55
o
C.
Nhiệt độ tối ưu phụ thuộc vào cơ chất, với dung dịch 1 % tinh bột, nhiệt
độ tối ưu cho hoạt động của enzym amylaza từ Asp. oryzae là 50
o
C, trong dung
dịch 5 % tinh bột là 55
o
C, nhưng tăng nồng độ tinh bột lên đến 10 % thì nhiệt độ
này vẫn chỉ là 55
o
C. Như vậy, hoạt động của enzym sẽ được bảo toàn khi tăng
nồng độ cơ chất của dung dịch nhưng chỉ trong giới hạn nhiệt độ xác định [34].






Hình 1.9. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến vận tốc phản ứng enzym