Nghiên cứu thu nhận và biểu hiện gen mã hóa cellulase

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
  




HUỲNH THỊ BÍCH LAN




THU NHẬN DEXTRIN, MALTOSE,
α-GLUCOSE TỪ TINH BỘT



Chuyên ngành: Sinh Hóa
Mã số: 60 42 30 1



LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC





NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. ĐỒNG THỊ THANH THU

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2011
Lời cảm ơn

Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Trần Linh Thước.
Thầy đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em thực hiện đề tài. Thật may mắn cho em
khi được Thầy hướng dẫn nghiên cứu. Em xin chân thành cảm ơn Thầy.
Em xin cám ơn chân thành chị Đặng Thị Phương Thảo. Chị đã truyền đạt
nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý giá. Ch
ị luôn quan tâm, động viên em mỗi khi
gặp khó khăn.
Em xin cảm ơn anh Nguyễn Trí Nhân. Người đã tận tình hướng dẫn em từ
lúc mới vào Lab. Thời gian được nghiên cứu cùng anh không quá dài, nhưng những
kiến thức và sự nhiệt tình giúp đỡ của anh đã giúp em rất nhiều.
Em xin cảm ơn chị Dương Xuân Huê, anh Trần Thanh Phong, anh Võ Minh
Trí và các bạn ở Phòng thí nghiệm Tin Sinh học – trường Đại Học Khoa Học Tự
Nhiên. Các anh chị và các bạn đã giúp đỡ và
động viên em rất nhiều trong suốt quá
trình làm luận văn.
Anh cảm ơn Hằng, Hiếu, Dung, Đạt, Hòa, Trinh, Đức và tất cả các bạn ở
Lab A. Lab A thật sự là một ngôi nhà hạnh phúc với các thành viên thật dễ thương.
Cám ơn các bạn thật nhiều.
Và cuối cùng, con xin cảm ơn ba mẹ. Ba mẹ luôn bên con, luôn động viên
con để con hoàn thành luận văn này.

MỤC LỤC
Danh mục các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1
1.1 MỞ ĐẦU 2
1.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN 4
1.2.1. Nghiên cứu thu nhận gen mã hóa cellulase bằng phương pháp
metagenomics từ đất 4
1.2.2. Nghiên cứu thu nhận gen mã hóa cellulase từ các chủng xạ khuẩn có hoạt
tính cellulase phân lập từ Vườn quốc gia Nam Cát Tiên 5
1.2.3. Nghiên cứu thu nhận các gen mã hóa cellulase từ
vi khuẩn C.
Thermocellum 5
CHƯƠNG 2: TỒNG QUAN TÀI LIỆU 7
2.1. CELLULASE 8
2.1.1. Cellulose 8
2.1.2. Phân loại cellulase 8
2.1.3. Các nhóm vi sinh vật có cellulase trong tự nhiên 12
2.2. METAGENOMICS 13
2.2.1 Metagenome và metagenomics 13
2.2.2 Các kỹ thuật trong nghiên cứu metagenomics 13
2.3. XẠ KHUẨN TỔNG HỢP CELLULASE 18
2.3.1. Đại cương về xạ khuẩn 18
2.3.2. Nghiên cứu về xạ khuẩn có khả năng tổ
ng hợp enzym cellulase 19
2.4. CELLULASE TỪ CLOSTRIDIUM THERMOCELLUM 21
2.4.1. Đặc tính cellulase của C. thermocellum 21
2.4.2. Phức hợp cellulosome 22
2.4.3. Các nghiên cứu về gen và enzym cellulase từ C. thermocellum 25

2.4.4. Các cellulase từ C. thermocellum được nghiên cứu trong luận văn 26
CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 28
3.1 VẬT LIỆU 29
3.1.1 Dụng cụ và thiết bị 29
3.1.2. Hóa chất 29
3.1.3. Môi trường nuôi cấy vi sinh vật 36
3.1.4. Vật liệ
u sinh học 39
3.2. PHƯƠNG PHÁP 42
3.2.1. Thu nhận metagenome DNA từ đất 42
3.2.2. Nhân bản đoạn gen mã hóa cellulase từ metagenome DNA bằng phản
ứng PCR 43
3.2.3. Xây dựng thư viện metagenome DNA 50
3.2.4. Sàng lọc dòng có hoạt tính cellulase từ thư viện metagenome DNA 52
3.2.5. Sàng lọc các chủng xạ khuẩn có khả năng phân hủy cơ chất CMC 53
3.2.6. Ly trích genome DNA các chủng xạ khuẩn có hoạt tính thủy phân
CMC 54
3.2.7. Thu nhận
đoạn gen mã hóa cellulase từ xạ khuẩn có hoạt tính thủy phân
CMC bằng phản ứng PCR 54
3.2.8. Thu nhận các gen mã hóa cellulase celA, celS của vi khuẩn Clostridium
thermocellum bằng phản ứng PCR 57
3.2.9. Tạo các dòng E. coli biểu hiện các cellulase CelA, CelS của vi khuẩn
C.thermocellum 61
3.2.10. Biểu hiện các gen celA, celS trong tế bào E. coli 64
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 66
4.1. THU NHẬN GEN MÃ HÓA CELLULASE BẰNG PHƯƠNG PHÁP
METAGENOMICS 67
4.1.1. Thu nhận metagenome DNA 67
4.1.2. Nhân bản gen mã hóa cellulase bằng phản ứng PCR dựa vào các cặp mồi

thoái hóa được thiết kế từ vùng bảo tồn trình tự axit amin 68
4.1.3. Nhân bản gen mã hóa cellulase bằng phản ứng PCR dựa vào các cặp mồi
được thiế
t kế từ vùng bảo tồn trình tự nucleotide 69
4.1.4. Xây dựng thư viện metagenome với pBluescript II SK (+) và plasmid
pMBD14 trong tế bào chủ E. coli .75
4.2. NGHIÊN CỨU THU NHẬN GEN MÃ HÓA CELLULASE TỪ CÁC
CHỦNG XẠ KHUẨN CÓ HOẠT TÍNH CELLULASE PHÂN LẬP TỪ
VƯỜN QUỐC GIA NAM CÁT TIÊN 79
4.2.1. Sàng lọc các chủng xạ khuẩn có hoạt tính thủy phân CMC 79
4.2.2. Thu nhận đoạn gen mã hóa cellulase từ xạ khuẩn có hoạt tính thủy phân
CMC bằng phản ứng PCR 80
4.3. T
ẠO DÒNG VÀ BIỂU HIỆN CÁC GEN MÃ HÓA CELLULASE TỪ VI
KHUẨN CLOSTRIDIUM THERMOCELLUM .87
4.3.1. Thu nhận các gen mã hóa cellulase celA, celS của vi khuẩn Clostridium
thermocellum bằng phản ứng PCR 87
4.3.2. Tạo dòng các gen celA, celS trong pBluescript II SK(+) và E. coli
DH5α 88
4.3.3. Tạo các dòng E. coli biểu hiện các cellulase CelA, CelS của vi khuẩn C.
Thermocellum 90
4.3.4. Biểu hiện các cellulase CelA, CelS của vi khuẩn C. thermocellum trong
E.coli 98
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 101
Tài liệu tham khảo 105
DANH MỤC BẢNG BIỂU, SƠ ĐỒ
BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Bảng so sánh giá trị bổ dưỡng giữa gạo lức và bắp hạt 14
Bảng 1.2. Tiêu chuẩn chất lượng của maltose tinh thể 21

Bảng 2.1: Các bước tiến hành xây dựng đường chuẩn glucose 29
Bảng 2.2: Các bước tiến hành xây dựng đường chuẩn maltose 32
Bảng 2.3: Mối tương quan giữa nồng độ tinh bột và giá trị OD
(phương pháp Heinkel) 33
Bảng 2.4: Tiến hành phản ứ
ng thủy phân tinh bột bởi enzyme 33
Bảng 2.5. Các bước tiến hành xác định hoạt độ enzyme GA của
dung dịch mẫu 34
Bảng 3.1. Hoạt độ chung của enzyme Termamyl-LS 42
Bảng 3.2. Hoạt độ chung của enzyme Sebamyl-L 42
Bảng 3.3. Hoạt độ chung của enzyme AMG-E 43
Bảng 3.4. Thành phần sinh hóa chủ yếu của bột bắp 43
Bảng 3.5. Thành phần sinh hóa chủ yếu của bột gạo 44
Bảng 3.6. Thành phần sinh hóa chủ yếu của bột năng 44
Bảng 3.7. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian thủy phân
bằng acid HCl trên cơ chất bột gạo, tương ứng với chỉ số DE 45
Bảng 3.8. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian thủy phân
bằng acid HCl trên cơ chất bột bắp, tương ứng với chỉ số DE 46
Bảng 3.9. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian thủy phân
bằng acid HCl trên cơ chất bột năng, tương ứng với chỉ số DE 47
Bảng 3.10. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian thủy phân
bằng acid HCl trên cơ chất tinh bột tan tương ứng với chỉ số DE 48
Bảng 3.11. So sánh lượng đường khử tạo thành khi thủy phân tinh bột bằng
tác nhân acid HCl trên các nguồn cơ chất khác nhau 50
Bảng 3.12. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian thủy
phân bằng enzyme Termamyl trên cơ chất bột gạo và giá trị DE 51
Bảng 3.13. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian thủy
phân bằng enzyme Termamyl trên cơ chất bột bắp và giá trị DE 52
Bảng 3.14. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian thủy
phân bằng enzyme Termamyl trên cơ chất bột năng và giá trị DE 53

Bảng 3.15. Lượng dextrin thu được 54
Bảng 3.16. So sánh lượng đường khử tạo ra trong quá trình dịch hóa
bằng enzyme Termamyl trên các nguồn cơ chấ
t khác nhau 56
Bảng 3.17. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng enzyme Sebamyl-L trên bột gạo và giá trị DE 57
Bảng 3.18. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng enzyme Sebamyl-L trên bột bắp và giá trị DE 58
Bảng 3.19. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng enzyme Sebamyl-L trên bột năng và giá trị DE 59
Bảng 3.20. Lượng maltose thu đượ
c 60
Bảng 3.21. So sánh lượng đường khử tạo thành trong quá trình dịch hóa
bằng enzyme Sebamyl trên các nguồn cơ chất khác nhau 61
Bảng 3.22. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng enzyme AMG-E trên bột gạo và giá trị DE 62
Bảng 3.23. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng enzyme AMG-E trên bột bắp và giá trị DE 63
Bảng 3.24. Sự biến đổi lượng
đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng enzyme AMG-E trên bột năng và giá trị DE 64
Bảng 3.25. So sánh lượng đường khử tạo thành trong quá trình
dịch hóa bằng enzyme AMG-E trên các nguồn cơ chất khác nhau 65
Bảng 3.26. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian thủy
phân bằng enzyme Sebamyl sau khi dịch hóa bằng acid HCl trên
bột gạo và giá trị DE 66
Bảng 3.27. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng enzyme Sebamyl sau khi dịch hóa bằng acid HCl
trên bột bắp và giá trị DE 67
Bảng 3.28. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian thủy

phân bằng enzyme Sebamyl sau khi dịch hóa bằng acid HCl
trên bột năng và giá trị DE 68
Bảng 3.29. So sánh lượng đường khử tạo ra trong quá trình dịch
hóa bằng acid và đường hóa bằng enzyme Sebamyl trên các
nguồn cơ chất khác nhau 69
Bảng 3.30. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân b
ằng enzyme AMG-E sau khi dịch hóa bằng acid HCl
trên bột gạo và giá trị DE 70
Bảng 3.31. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng enzyme AMG-E sau khi dịch hóa bằng acid HCl
trên bột bắp và giá trị DE 71
Bảng 3.32. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng enzyme AMG-E sau khi dịch hóa bằng acid HCl
trên bột năng và giá trị DE 72
Bảng 3.33. So sánh lượng đường khử t
ạo thành trong quá trình
dịch hóa bằng acid và đường hóa bằng enzyme AMG trên
các nguồn cơ chất khác nhau 73



SƠ ĐỒ Trang
Sơ đồ 1.1. Quy trình sản xuất dextrin 18
Sơ đồ 2.1. Sơ đồ sản xuất dịch xirô glucose xirô maltose bằng
enzyme amylase 40
Sơ đồ 2.2. Sơ đồ sản xuất dịch xirô glucose xirô maltose bằng
phương pháp kết hợp axit và enzyme amylase. 41

DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ
HÌNH
Trang
Hình 1.1. Các enzyme thủy phân tinh bột 4
Hình 1.2. Cấu trúc của amylose và amylopectin 11
Hình 1.3. Cấu tạo Maltose 19
Hình 1.4. Công thức cấu tạo glucose (dạng mạch hở và 2 dạng mạch
vòng α-glucose, β-glucose) 21
Hình 1.5. Máy HPLC 24
Hình 1.6. Mô hình hệ thống HPLC điển hình 24
Hình 3.1. Dung dịch thu được: trước (trái) và sau (phải) khi ly tâm
và xử lý bằng than hoạt tính. (Tương ứng ống 1: bột bắp,
ống 2: bột gạo, ống 3: b
ột năng) 74



BIỂU ĐỒ Trang
Biểu đồ 3.1. So sánh lượng đường khử tạo thành khi thủy phân tinh bột
bằng tác nhân acid HCl trên các nguồn cơ chất khác nhau 50
Biểu đồ 3.2. So sánh lượng đường khử tạo ra trong quá trình dịch hóa
bằng enzyme Termamyl trên các nguồn cơ chất khác nhau 56
Biểu đồ 3.3. So sánh lượng đường khử tạo thành trong quá trình
đường hóa bằng enzyme Sebamyl trên các nguồn cơ chất khác nhau 61

Biểu đồ 3.4. So sánh lượng đường khử tạo thành trong quá trình
đường hóa bằng enzyme AMG-E trên các nguồn cơ chất khác nhau 65
Biểu đồ 3.5. So sánh lượng đường khử tạo ra trong quá trình dịch hóa
bằng acid và đường hóa bằng enzyme Sebamyl trên các nguồn
cơ chất khác nhau 70

Biểu đồ 3.6. So sánh lượng đường khử tạo thành trong quá trình
dịch hóa bằng acid và đường hóa bằng enzyme AMG trên
các nguồn cơ chất khác nhau 74


ĐỒ THỊ Trang
Đồ thị 3.1. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng acid HCl trên bột gạo và giá trị DE 46
Đồ thị 3.2. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng acid HCl trên bột bắp và giá trị DE 47
Đồ thị 3.3. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng acid HCl trên bột năng và giá trị DE 48
Đồ thị 3.4. Sự
biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng acid HCl trên tinh bột tan và giá trị DE 49

Đồ thị 3.5. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời
gian thủy phân bằng enzyme Termamyl trên bột gạo và giá trị DE 52
Đồ thị 3.6. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng enzyme Termamyl trên bột bắp và giá trị DE 53
Đồ thị 3.7. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng enzyme Termamyl trên bột năng và giá trị DE 54
Đồ thị 3.8. Sự bi
ến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng enzyme Sebamyl trên bột gạo và giá trị DE 57
Đồ thị 3.9. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng enzyme Sebamyl trên bột bắp và giá trị DE 58
Đồ thị 3.10. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng enzyme Sebamyl trên bột năng và giá trị DE 59
Đồ thị 3.11. Sự biến đổi lượ

ng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng enzyme AMG-E trên bột gạo và giá trị DE 62
Đồ thị 3.12. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng enzyme AMG-E bột bắp và giá trị DE 63
Đồ thị 3.13. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng enzyme AMG-E bột năng và giá trị DE 64
Đồ thị 3.14. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng enzyme Sebamyl sau khi dịch hóa bằng acid HCl
trên bột gạo và giá trị DE 67
Đồ thị 3.15. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng enzyme Sebamyl sau khi dịch hóa bằng acid HCl
trên bột bắp và giá trị DE 68
Đồ thị 3.16. Sự biến đổi lượ
ng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng enzyme Sebamyl sau khi dịch hóa bằng acid HCl
trên bột năng và giá trị DE 69
Đồ thị 3.17. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng enzyme AMG-E sau khi dịch hóa bằng acid HCl
trên bột gạo và giá trị DE 71
Đồ thị 3.18. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng enzyme AMG-E sau khi dịch hóa bằng acid HCl
trên bột bắp và giá tr
ị DE 72
Đồ thị 3.19. Sự biến đổi lượng đường khử tạo thành theo thời gian
thủy phân bằng enzyme AMG-E sau khi dịch hóa bằng acid HCl
trên bột năng và giá trị DE 73
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
CPE: Chế phẩm enzyme
DE: Dextrose Equivalent
DNS: Dinitrosalisilic acid

DP: Degree of Polymerisation (Mức độ polymer hóa của các đường oligo)
EC: Enzyme Code (Mã số quốc tế của enzyme)
GA: Glucoamylase
HPLC: High Performance Liquid Chromatography (Sắc ký lỏng cao áp)
NL: Nguyên liệu
OD: Optical Density (Mật độ quang)
ΔOD: Hiệu số giữa mật độ quang của thử thật và thử không
w/v: Khối lượng/thể tích
w/w: Khối lượng/khối lượng
dd: Dung dịch
1

Thu nhận dextrin, maltose, α-glucose từ tinh bột Huỳnh Thị Bích Lan

Phần 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về sự thủy phân tinh bột [1, 2, 6]
Tinh bột có nhiều ứng dụng thiết thực và rộng rãi trong sản xuất của các
ngành công nghiệp, nhất là công nghiệp thực phẩm. Tuy nhiên các đặc tính của tinh
bột không phải lúc nào cũng phù h ợp trong các quy trình chế biến; rất nhiều sản
phẩm thu được từ quá trình chuyển hóa tinh bột đem lại hiệu quả kinh tế cao, như
dextrin, maltose, dung dịch xi rô nồng độ glucose cao (high glucose syrup), dung
dịch xi rô nồng độ frutose cao (HFS - high frutose syrup), tinh bột biến tính, … và
các sản phẩm sau chuyển hóa này được sử dụng rất hữu ích trong y dược, có tác
dụng tốt trong chăm sóc sức khỏe cộng đồng như sản phẩm chuyển hóa từ tinh bột
có tác dụng prebiotic: IMO (IsoMaltose Oligosaccharide).
Vì những lí do trên, việc biến đổi các đặc tính tinh bột để cải thiện chức năng
của tinh bột và thu các sản phẩm có giá trị là một việc hết sức cần thiết. Công nghệ
biến đổi tinh bột thông thường được thực hiện bằng phương pháp hóa học và
phương pháp sinh học, thông qua phản ứng cắt, oxy hóa hay chuyển gốc hóa học
nhằm thu các sản phẩm có giá trị theo ý muốn.

1.1.1. Sự thủy phân tinh bột bằng phương pháp hóa học [2]
Dưới tác động của các tác nhân hóa học, tinh bột bị thay đổi tính chất. Dựa
trên bản chất những biến đổi xảy ra trong phân tử tinh bột, Kovalxkaia (1994) phân
chia tinh bột bị biến tính bằng hóa chất thành hai loại: tinh bột cắt và tinh bột bị
thay thế.
Nhóm tinh bột cắt thường có độ nhớt thấp, mạch tinh bột bị cắt bằng tác nhân
acid, hay chất oxy hóa, hay một vài loại muối,… Kết quả là trong phân tử tinh bột
xảy ra hiện tượng đứt gãy các liên kết glucoside và các liên kết khác, giảm trọng
lượng, xuất hiện một số liên kết mới trong và giữa các phân tử. Cấu trúc hạt của tinh
bột có thể bị phá vỡ ít nhiều, tuy nhiên về căn bản chúng vẫn được giữ nguyên. Một
sản phẩm quan trọng của nhóm tinh bột cắt là tinh bột tan dùng trong phòng thí
2

Thu nhận dextrin, maltose, α-glucose từ tinh bột Huỳnh Thị Bích Lan

nghiệm. Trong công nghiệp thực phẩm, tinh bột loại này dùng để tạo cấu trúc gel
trong khi sản xuất bánh kẹo. [2]
Dưới tác động của tác nhân oxy hóa như KMnO
4
trong môi trường acid, tinh
bột bị oxy hóa được sử dụng thay thế agar, pectin trong sản xuất bánh kẹo, kem, các
sản phẩm sữa và đồ hộp. Các sản phẩm bị oxy hóa yếu được dùng trong sản xuất
bánh mì để cải thiện tính chất cơ học, tăng khả năng giữ khí của bột nhào, giảm thời
gian lên men, và tăng chất lượng bánh.
Trong trường hợp khác, tinh bột được xử lý ẩm, hạt tinh bột trương nở trong
nước khi có mặt các chất hóa học như muối của H
3
PO
4
, methylcellulose… làm phá

hủy một phần hay hoàn toàn cấu trúc của hạt. Tinh bột loại này được sử dụng như
chất giữ ẩm trong sản xuất kẹo, kem, bánh pudding, các loại mì sợi, bánh mì và
nhiều loại thức ăn kiêng. Trong trường hợp được xử lý ở độ ẩm cao, tinh bột sẽ bị
mất gần như hoàn toàn tính chất và cấu trúc ban đầu, tạo ra dạng tinh bột – protein
mới dùng trong công nghiệp thực phẩm để sản xuất các sản phẩm từ thịt, cá…
Tinh bột thay thế là nhóm tinh bột mà tính chất của chúng thay đổi do các
nhóm hydroxyl ở cacbon 2, 3 và 6 liên kết với các gốc hóa học hay do co-polymer
hóa với một hợp chất cao phân tử khác, hoặc hai mạch polysaccharide có thể bị gắn
vào nhau do các liên kết dạng cầu nối. [1, 2]
Mức độ biến tính tinh bột được đặc trưng bởi độ thế (Degree of Substitution –
DS). DS là số nhóm hyđroxyl bị thế trên một AGU (Anhydrous Glucose Unit). Như
vậy, độ thế có giá trị trong khoảng 0-3. Ví dụ các gốc rượu ở carbon thứ 2, 3, 6 của
tinh bột dạng này tham gia vào phản ứng với các hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ, như
acid H
3
PO
4
và muối phosphate, để tạo tinh bột phosphate. Trong trường hợp này,
tính chất tinh bột bị thay đổi rõ rệt kể cả khi lượng chất hóa học sử dụng rất ít.
Thông thường loại tinh bột này (còn gọi là đi-tinh bột) có độ nhớt và độ bền kết
dính cao, kể cả trong điều kiện đông lạnh. Chúng được sử dụng để sản xuất các sản
phẩm cần bảo quản lạnh như kem, majoner, các loại nước xốt và sản phẩm dành cho
trẻ em.
3

Thu nhận dextrin, maltose, α-glucose từ tinh bột Huỳnh Thị Bích Lan

Ngoài ra khi xử lý tinh bột với acid acetic, ta nhận được tinh bột acetate. Hàm
lượng nhóm acetate có thể chiếm từ 3-6% tùy thuộc điều kiện xử lý. Tinh bột
acetate được dùng trong sản xuất đồ hộp, các loại thực phẩm khô, công nghiệp dệt,

và công nghiệp giấy.
Việt Nam cũng như một số nước Đông Nam Á khác như Thái Lan chủ yếu sản
xuất tinh bột oxy hóa và tinh bột biến tính bằng acid dùng trong công nghiệp dệt và
giấy; còn tinh bột acetate và phosphate được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp
thực phẩm.
 Thủy phân tinh bột bằng acid [19]
Quá trình thủy phân tinh bột tạo các sản phẩm dextrin, maltose,
glucose,…thường sử dụng acid HCl và tạo ra sản phẩm có giá trị DE không cao.
Thông thường sản phẩm có DE thấp thường dễ bị thoái hóa, khó bảo quản do thủy
phân không hoàn hảo; còn sản phẩm có DE cao hơn lại có độ ổn định màu và vị
kém.
 Ưu, nhược điểm của quá trình thủy phân bằng phương pháp hóa học:
Bên cạnh những lợi ích trong việc thủy phân bằng phương pháp hóa học như
thời gian nhanh, điều kiện thiết bị đơn giản. Nhìn chung quá trình thủy phân bằng
acid có nhiều hạn chế hơn so với thủy phân bằng enzyme, như hiệu suất thủy phân
để thu sản phẩm theo ý muốn không cao; dung dịch sau thủy phân bị nâu hóa mạnh;
và acid ảnh hưởng không tốt đến môi trường,…
1.1.2. Sự thủy phân tinh bột bằng phương pháp sinh học – Sử dụng hệ
enzyme Amylase [1, 2, 24, 30]
Amylase là một trong số những enzyme được sử dụng rộng rãi nhất trong công
nghiệp; trong đó 2 enzyme được sử dụng nhiều nhất là glucoamylase (GA) chiếm
26% và α-amylase bền nhiệt chiếm 24%. Cho đến nay việc nghiên cứu cấu trúc gen
mã hóa, tính chất và cấu trúc của enzyme amylase, cũng như các loại amylase khác
nhau, sản xuất và tinh sạch amylase cũng đã đư ợc tiến hành nhiều. Amylase thuộc
nhóm hydrolase; đây là enzyme có vai trò quan trọng trong công nghiệp thực phẩm.
4

Thu nhận dextrin, maltose, α-glucose từ tinh bột Huỳnh Thị Bích Lan

Enzym amylase có thể tìm thấy ở nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau như từ thực

vật, động vật và vi sinh vật. Ngày nay enzyme amylase dần dần thay thế acid xúc
tác trong các quá trình thủy phân tinh bột ở qui mô công nghiệp. Hiện nay, các nhà
sản xuất thường sử dụng α-amylase bền nhiệt của Bac. licheniformis và Bac.
stearothermophilus có khả năng chịu nhiệt cao 105
o
C để tăng hiệu suất thủy phân
trong quá trình dịch hóa. Ngoài ra, sử dụng amylase còn có nhiều ưu điểm hơn so
với việc sử dụng acid trong quá trình thủy phân tinh bột như năng lượng xúc tác
thấp, chi phí tinh sạch giảm và hạn chế độc hại cho công nhân và môi trường.
 Dựa vào vị trí liên kết glucoside bị phân cắt, người ta phân chia amylase ra 2
nhóm:
 Endoamylase (enzyme cắt liên kết glucoside nội mạch)
 Exoamylase (enzyme cắt liên kết glucoside ở đầu mạch).
Endoamylase thủy phân các liên kết glucoside nằm bên trong của chuỗi
polysaccharide. Endoamylase gồm có α -amylase và nhóm enzyme khử nhánh.
Nhóm enzyme khử nhánh được chia thành 2 loại: Khử trực tiếp là Pullulanase (hay
α-dextrin 6-glucosidase); khử gián tiếp là Transglucosylase (hay oligo-1,6-
glucosidase) và maylo-1,6-glucosidase. Các enzyme này.
Exoamylase gồm có β -amylase và γ -amylase. Đây là những enzyme thủy
phân liên kết glucoside tinh bột từ đầu không khử của chuỗi polysaccharide.

Hình 1.1. Các enzyme thủy phân tinh bột [24]


Enzymes thủy phân

tinh bột

5

Thu nhận dextrin, maltose, α-glucose từ tinh bột Huỳnh Thị Bích Lan

 Ưu, nhược điểm của phương pháp sử dụng enzyme trong thủy phân tinh bột:
Ngoài những mặt mạnh trong hiệu suất thu được sản phẩm có giá trị kinh tế
như mong muốn, không độc hại với con người và môi trường; phương pháp thủy
phân bằng enzyme đòi h ỏi thời gian lâu hơn và phải có quy trình, công nghệ phù
hợp, đồng nghĩa là nhà sản xuất phải tốn chi phí cao hơn so với việc thủy phân bằng
phương pháp hóa học.
1.2. Các enzyme Amylase quan trọng, chủ yếu trong thủy phân tinh bột
1.2.1. α – Amylase [17, 24]
α-Amylase (endo-1,4-α-D-glucan glucohydrolase, EC 3.2.1.1) hay còn có tên
gọi khác là glycogenase; endoamylase; Taka-amylase A; 1,1-α-D-glucan
glucanohydrolase, là enzyme ngoại bào thủy phân liên kết 1,4-α-D-glucoside của
phân tử amylose một cách ngẫu nhiên. Đây là những endo-enzyme phân cắt bên
trong mạch tinh bột. Các α-amylase được phân loại theo hoạt động và tính chất của
từng loại enzyme. Nếu enzyme α-amylase khi thủy phân tinh bột tạo sản phẩm là
các đường tự do được xếp vào nhóm “đường hóa”; còn nếu α-amylase khi thủy
phân tinh bột không tạo ra các đường đơn được xếp vào nhóm “dịch hóa”.[24]
α-Amylase có thể thu nhận từ vi khuẩn, nấm men và nấm mốc. Tuy nhiên α-
amylase từ vi khuẩn vẫn được sử dụng nhiều hơn so với α-amylase từ nấm mốc do
một số đặc điểm ưu việt của nó.
α-Amylase vi khuẩn – Nhóm Bacillus là nhóm vi sinh vật quan trọng nhất
được sử dụng để sản xuất amylase trong công nghiệp bằng phương pháp nuôi cấy
bề mặt và nuôi cấy bề sâu. Đã có nhiều nghiên cứu đề cập đến sản xuất α-amylase
bền nhiệt từ các chủng Bac. amyloliquefaciens và Bac. licheniformis; enzyme thu
được từ các chủng này có khả năng chịu được nhiệt độ cao 105
o
C. [23] Phương
pháp SSF (Solid State Fermentation – lên men trên môi trường rắn hay bán rắn)
được sử dụng như một công cụ hữu hiệu để đạt hiệu suất kinh tế cao trong sản xuất

amylase. Phần lớn α-amylase thu được từ vi khuẩn có nguồn gốc từ loài Bacillus.
α-Αmylase từ nấm mốc – Nhóm nấm mốc Aspergillus được coi là những vi
sinh vật sung mãn trong sản xuất các enzyme ngoại bào. Trong đó Asp. oryzae là
6

Thu nhận dextrin, maltose, α-glucose từ tinh bột Huỳnh Thị Bích Lan

chủng nấm mốc quan trọng để sản xuất amylase. Chủng nấm mốc này sinh tổng hợp
3 loại amylase: Taka amylase (TAA), glucoamylase (GA), và α-glucosidase (AGL),
được mã hóa bởi các gen tương ứng là amyB, glaA và agdA. Các enzyme này được
tạo ra bằng cảm ứng với tinh bột và các oligosaccharide như maltose, maltotriose,
và isomaltose. Hiệu suất sinh tổng hợp enzyme amylase có thể tăng lên nhờ thay đổi
điều kiện nuôi và thành phần dinh dưỡng của môi trường. Phương pháp SSF cũng
thường được sử dụng để sản xuất amylase từ nấm mốc. Ngoài ra người ta cũng sử
dụng phương pháp lên men chìm đ ể nuôi cấy bề sâu các chủng nấm mốc sinh tổng
hợp amylase. Bên cạnh một số chủng truyền thống, α-amylase còn được sản xuất từ
một số chủng nấm mốc bền nhiệt Thermomyces lanuginose, Pycnoporus
sanguineus. [1]
Phần lớn các enzyme thủy phân tinh bột đều thuộc họ α-amylase. Cấu trúc cơ
bản của α-amylase gồm 3 tiểu đơn vị. A là tiểu đơn vị lõi có cấu trúc đặc trưng helix
(α/β)
8
-barrel, được nối với tiểu đơn vị C (C-terminal) có cấu trúc 8 đoạn β–sheet
song song. Tiểu đơn vị B gồm 2 đoạn β–sheet được lồng vào giữa đoạn β–sheet thứ
3 và α –helix thứ 3 của tiểu đơn vị A. Tiểu đơn vị B quyết định độ bền hoạt tính
enzyme và liên kết enzyme-cơ chất; ngoài ra nó cũng ảnh hưởng tới số lượng các
isoform và các tính chất đặc biệt của các isoform này. [29]
α-Amylase từ nấm men – So với α-amylase từ nấm mốc và vi khuẩn thì các
nghiên cứu về α-amylase từ nấm men còn rất ít ỏi. α-Amylase bền nhiệt, có khả
năng thủy phân hạt tinh bột sống từ nấm men Crytococcus sp. đã được tinh sạch.

1.2.2. β - Amylase [17, 22]
β-Amylase (α-1,4-glucan maltohydrolase, EC 3.2.1.2) các tên gọi khác
saccharogen amylase; glycogenase; 1,4-α-D-glucan maltohydrolase, là một exo-
enzyme thủy phân từ đầu không khử của mạch amylose, amylopectin và glycogen,
chúng cắt lần lượt các liên kết glucoside tạo ra maltose (dạng β-anomeric). Do
enzyme này không thủy phân được liên kết α-1,6-glucoside ở amylopectin nên kết
quả thủy phân cuối cùng thường gồm 50-60% maltose dạng β-anomeric và dextrin
giới hạn (β-limit dextrin). Nhìn chung β -amylase từ vi sinh vật có độ bền nhiệt cao
7

Thu nhận dextrin, maltose, α-glucose từ tinh bột Huỳnh Thị Bích Lan

hơn so với β-amylase có nguồn gốc từ thực vật. Một số vi sinh vật có khả năng sinh
tổng hợp β-amylase như Bacillus sp., Pseudomonas sp. (hiếu khí) và Clostridium
sp. (kỵ khí); Streptomyces sp., nấm mốc Rhizopus sp Tuy nhiên các nghiên cứu về
sản xuất β-amylase không nhiều. Maltose là sản phẩm chính của quá trình thủy
phân và có dạng β-anomeric.
1.2.3. γ - Amylase (hay Glucoamylase) [1, 17, 24]
Glucoamylase – GA (α-1,4-glucan glucohydrolase EC 3.2.1.3) các tên gọi
khác Glucan 1,4-α-glucosidase; amyloglucosidase; Exo-1,4-α-glucosidase;
glucoamylase; lysosomal α-glucosidase; 1,4-α-D-glucan glucohydrolase, là enzyme
thủy phân liên kết α-1,4 và α-1,6 glucoside từ đầu không khử của mạch tinh bột tạo
ra đường glucose. GA có thể nhận được từ nhiều nguồn như thực vật, động vật và vi
sinh vật. Tuy nhiên enzyme vi sinh vật vẫn được sử dụng chủ yếu trong công
nghiệp. Nấm mốc Aspergillus là chủng chính để thu nhận GA. Kỹ thuật nuôi cấy
gồm các phương pháp nuôi cấy bề sâu, nuôi cấy bề mặt trên môi trường rắn hay bán
rắn, nuôi cấy trong hệ hai pha.
Glucoamylase tinh khiết tồn tại ở hai dạng glucoamylase I và glucoamylase II.
Thành phần hydrat carbon chiếm 3% với glucoamylase từ Mucor rouxianus và
Penicillium oxalum, chiếm 20% đối với glucoamylase từ Asp. oryzea. Các thành

phần protein và hydrate carbon gắn với nhau bằng liên kết glucoside giữa phân tử
hydrate carbon và các acid amin như Treonine, Serin. GA bị vô hoạt mạnh bởi ion
Hg
2+
, trong khi Mn
2+
và Fe
2+
lại có khả năng hoạt hóa. Hydrate carbon không những
làm bền hoạt tính GA mà còn ảnh hưởng đến hoạt độ GA một cách khá rõ rệt. Khi
loại bỏ thành phần hydrate carbon bởi các chất oxy hóa, hoạt độ GA giảm tỷ lệ
thuận với lượng hydrate carbon bị oxy hóa. GA nói chung hoạt động trong vùng
acid, pH
opt
4.5-5.0, t
0
opt
40-60
0
C. Tuy nhiên cũng có một vài ngoại lệ. GA I và GA
II là 2 isoform từ nấm mốc ưu nhiệt Humicola lanuginose có pH
opt
là 4.9 và 6.6, và
GA II có thể chịu được pH tới 11.0. GA của Corticum rolfsii có 5 isoform, giữ được
hoạt tính ở pH 9.0 và có khả năng thủy phân hạt tinh bột sống.
8

Thu nhận dextrin, maltose, α-glucose từ tinh bột Huỳnh Thị Bích Lan

Khi so sánh vận tốc thủy phân cơ chất khác nhau bằng glucoamylase tinh thể,

người ta nhận thấy các polysaccharide phân tử lớn thường được thủy phân nhanh
hơn so với các polysaccharide phân tử nhỏ.
Ví dụ: Khi thủy phân tinh bột sẽ tạo được 15mg glucose/mg protein-
enzyme/phút. Trong khi thủy phân cơ chất maltose chỉ tạo 0,6mg glucose/mg
protein-enzyme/phút (Iarovenko Resinko, 1975).
Ngoài glucoamylase được phát hiện và tách chiết từ vi sinh vật, glucoamylase
còn được tìm thấy ở nhiều mô động vật khác nhau như gan và cơ chuột (Toreces và
Clavarria, 1965); ở gan, cơ tim và xương người (Hers, 1963). Trong đó
glucoamylase ở người có hoạt tính cao nhất. Ở cơ thể động vật glucoamylase làm
nhiệm vụ phân giải glycogen để tạo thành glucose, nếu vắng mặt enzyme này sẽ gây
ra những rối loạn nghiêm trọng.
Glucoamylase cũng đư ợc tìm thấy ở nấm men Saccharomyces,
Endomycopsis… và vi khuẩn. Tuy nhiên hiện nay glucoamylase từ nấm mốc được
nghiên cứu tỉ mỉ nhất.
1.2.4. Vai trò của amylase trong công nghiệp thực phẩm [2, 10, 20, 21]
Amylase được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là công
nghệ chế biến thực phẩm, như công nghiệp sản xuất đường, sản xuất nước giải khát,
bánh kẹo, trong lĩnh vực y dược và các ngành công nghiệp khác .
Trong công nghiệp thực phẩm, amylase thủy phân tinh bột để thu các sản
phẩm có giá trị kinh tế cao như dextrin, maltodextrin, xi-rô maltose, xi-rô glucose,
hay xi-rô giàu fructose (high fructose syrup – HFS).
Người ta sử dụng α-amylase trong phân tích cyclodextrin. Ngoài ra, β-amylase
và GA còn đư ợc sử dụng để chuẩn bị màng chitosan dùng trong sắc ký. (Pandey,
2000) [17].
Trong các công nghệ thủy giải tinh bột gần đây, để nâng cao giá trị sử dụng
của amylase, cũng như kh ắc phục các hạn chế không mong muốn trong sản xuất
như: khó loại bỏ enzyme trong dung dịch sau phản ứng, giá thành enzyme cao,
9

Thu nhận dextrin, maltose, α-glucose từ tinh bột Huỳnh Thị Bích Lan

không tái sử dụng được,…người ta đã nghiên c ứu và sử dụng enzyme cố định.
Người ta cho dung dịch tinh bột 35% chảy liên tục qua cột phản ứng có chứa
enzyme Amylase cố định, sau 22,6 ngày, ở 45
o
C, hoạt độ enzyme trong cột vẫn còn
50%. Người ta nhận thấy mô hình này hầu như đã khắc phục gần như toàn bộ
những nhược điểm của enzyme hòa tan, và thời gian sản xuất cũng nhanh hơn.
Ngày nay, GA cố định đã được sử dụng trong các dây chuyền công nghệ hiện
đại sản xuất bia có hàm lượng calori thấp. Ở dây chuyền truyền thống, một lượng
lớn tinh bột được chuyển thành dextrin mà không được lên men ở giai đoạn sau, do
đó lượng lớn dextrin này sẽ đi vào sản phẩm. Nhưng ở dây chuyền lên men hiện
đại, quá trình lên men bia đư ợc tiến hành trong bình phản ứng có chứa GA cố định
cho phép thủy phân các dextrin này thành glucose, và sau đó được lên men hoàn
toàn. Tính chất ưu việt hơn nữa là trong sản phẩm bia không chứa enzyme.
Ngoài ra glucoamylase còn đư ợc sử dụng rộng rãi ở Mỹ, phối hợp với
glucoisomerase không tan để sản xuất các loại xi rô giàu fructose.
Các amylase có độ tinh sạch cao và những tính chất phù hợp đã được sử dụng
trong lĩnh vực y dược.
1.3. Tinh bột – Cơ chất chính thủy phân của enzyme Amylase
Tinh bột đã được biết đến từ hàng nghìn năm. Người La Mã gọi là amilum, từ
này bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, amilon. Tinh bột đầu tiên được tách ra từ bột mỳ,
thời gian sau đó tinh bột được sản xuất từ khoai tây ở Châu Âu, Nhật Bản; từ củ sắn
hay lúa gạo ở phương Đông và từ ngô ở Mỹ. Tinh bột là nguồn carbohydrate dự trữ
của thực vật vì vậy nó được tìm thấy phổ biến trong tự nhiên. Tinh bột có nguồn
gốc từ các loại cây khác nhau thì có những tính chất vật lí và thành phần hóa học
khác nhau. Tinh bột có thể được tách ra từ hạt như ngô, lúa gạo, lúa mỳ; từ rễ và củ
như sắn, khoai tây, dong. Đây là những loại tinh bột chính dùng trong công nghiệp.
1.3.1. Thành phần cấu tạo của tinh bột [2, 20, 24]
Tinh bột được cấu tạo từ hỗn hợp các polymer mạch thẳng là các phân tử

amylose và các polymer phân nhánh là các phân tử amylopectin. (Meyer, 1940). Tỷ
10

Thu nhận dextrin, maltose, α-glucose từ tinh bột Huỳnh Thị Bích Lan

lệ hai nhóm polymer này sẽ quyết định các tính chất lý – hoá; cũng như chất lượng
của tinh bột như độ dẻo, độ nở Trong tinh bột tỷ lệ amylopectin chiếm khoảng 70-
80%, còn amylose chiếm khoảng 20-30%; và tỷ lệ này thay đổi ở các nhóm nguyên
liệu có nguồn gốc khác nhau. Công thức phân tử gần đúng của tinh bột là
(C
6
H
10
O
5
)
n
trong đó n có giá trị từ vài trăm đến khoảng mười nghìn. Tinh bột không
tan trong nước lạnh nhưng khi hỗn dịch tinh bột bị đun nóng (60-85
0
C) thì tinh bột
sẽ bị hồ hóa và tạo ra dung dịch gọi là hồ tinh bột.
* Amylose: là polysaccarit mạch thẳng được tạo nên từ các phân tử α -D-
glucose nhờ các liên kết α-1,4-glucoside. Mỗi liên kết glucoside được tạo ra sẽ loại
một phân tử H
2
O. Amylose được tạo ra từ 5000 - 1000 phân tử α-D-glucose hoặc có
khi chỉ khoảng 250 - 300 phân tử. Chuỗi phân tử glucose xoắn lại với nhau theo
hình xoắn lò xo. Sự hình thành dạng xoắn lò xo là do sự hình thành các liên kết
hydro giữa các glucose tạo ra. Mỗi vòng xoắn có 6 đơn vị glucose và được duy trì

bởi liên kết hydro với các vòng xoắn kề bên. Khoảng không gian giữa các vòng
xoắn có kích thước phù hợp cho một số phân tử khác có thể liên kết vào, ví dụ như
iodine. Khi phân tử iodine liên kết vào vòng xoắn sẽ làm cho các phân tử glucose
thay đổi vị trí chút ít và tạo nên phức màu xanh thẫm đặc trưng. Ái lực của amylose
với iodine phụ thuộc tuyến tính với chiều dài của mạch polymer. [24]
Dạng xoắn của amylose chỉ tạo thành trong dung dịch ở nhiệt độ thường. Khi
ở nhiệt độ cao chuỗi xoắn sẽ bị duỗi thẳng ra và không có khả năng liên kết với các
phân tử khác.
* Amylopectin: Amylopectin có cấu tạo phức tạp hơn. Tham gia cấu tạo
amylopectin có khoảng 500.000 đến 1 triệu phân tử α-D-glucose liên kết với nhau.
Trong amylopectin mạch thẳng được tạo thành từ các liên kết α -1,4-glucoside; và
các mạch nhánh liên kết với mạch thẳng chính bằng liên kết α-1,6-glucoside.
Cứ khoảng 24 - 30 đơn vị glucose trên mạch sẽ có một liên kết α -1,6-
glucoside để tạo mạch nhánh. Trên mạch nhánh cấp 1 lại hình thành mạch nhánh
cấp 2, cứ như vậy phân tử amylopectin phân nhánh nhiều cấp rất phức tạp.
11

Thu nhận dextrin, maltose, α-glucose từ tinh bột Huỳnh Thị Bích Lan

Người ta có thể phân biệt được amylose và amylopectin dựa trên sự khác
nhau về khối lượng phân tử; cũng như về khả năng gắn kết đặc hiệu với dung dịch
iodine. Amylopectin có phân tử lượng trong kho ảng 10
7
đến 10
8
; trong khi phân tử
lượng của amylose chỉ khoảng từ 5x10
5
đến 10
6

. Ở nhiệt độ 20
o
C, khả năng gắn của
amylopectin với iodine chỉ khoảng 0,2% khối lượng; còn của amylose là 20% khối
lượng.[2]
Một điểm khác nhau quan trọng giữa amylose và amylopectin là các chất có
thể liên kết với chúng. Bản chất hóa học của amylose cho thấy nó có thể kết hợp với
phân tử các chất kỵ nước nhỏ. Nhiều nghiên cứu cho thấy, amylose (đặc biệt từ ngũ
cốc) có thể kết hợp với một lượng tương đối lớn lipid. Khác với amylose,
amylopectin có thể có các liên kết cộng hóa trị với phosphate, đặc biệt là
amylopectin từ các loại củ.
Như vậy người ta có thể tách các phân đoạn amylose và amylopectin dựa
trên sự khác biệt về khả năng gắn kết hoặc dựa trên sự khác nhau về kích thước
phân tử của chúng.

a/ Amylose

b/ Amylopectin
Hình 1.2. Cấu trúc của amylose và amylopectin [49]
12

Thu nhận dextrin, maltose, α-glucose từ tinh bột Huỳnh Thị Bích Lan

1.3.2. Cấu trúc tinh thể của tinh bột [26]
Tinh bột có bản chất bán tinh thể với nhiều mức độ tinh thể hóa khác nhau,
thường từ 15-45% khi ở dạng hạt. Khả năng tạo tinh thể của tinh bột gắn liền với
thành phần amylopectin. Lớp tinh thể của hạt tinh bột được tạo thành từ mạch xoắn
kép amylopectin, sắp xếp theo phương pháp tiếp tuyến với bề mặt hạt, đầu không
khử hướng vào bề mặt của hạt. Các lớp tinh thể và vô định hình được sắp xếp với
chiều dày theo chu kỳ 9-10nm. Trong lớp tinh thể, các đoạn mạch thẳng liên kết với

nhau thành các sợi xoắn kép, xếp thành dãy và tạo thành chùm; trong khi phần
mạch nhánh nằm trong các lớp vô định hình. Mô hình “chùm” cho rằng phân tử
amylopectin bao gồm các loại chuỗi có chiều dài mạch rất khác nhau.
Hạt tinh bột được tạo thành từ các lớp tinh thể cứng (cấu trúc tinh thể) và mềm
(cấu trúc bán tinh thể) với chiều dày khoảng vài trăm nm. Các lớp tinh thể cứng
được tạo thành từ các hạt hình cầu có kích thước lớn (50-500nm), các lớp bán tinh
thể mềm được tạo thành từ các hạt hình cầu có kích thước nhỏ hơn (20-50nm). Sự
lặp lại hết lớp cứng đến lớp mềm được xem như những lớp sinh trưởng và có thể
quan sát được nhờ kính hiển vi thông thường. Độ dày của các lớp tinh thể này càng
ở phía ngoài bề mặt của hạt thì càng trở nên mỏng hơn; và kích thước của các lớp
này phụ thuộc vào rất nhiều vào điều kiện phát triển của cây.
1.3.3. Ứng dụng của tinh bột trong công nghiệp thực phẩm [41, 46]
Tinh bột là nguồn nguyên liệu rẻ tiền được sử dụng nhiều trong các ngành
công nghiệp, nhất là công nghiệp thực phẩm. Tinh bột có thể được sử dụng ở dạng
tự nhiên hay dạng đã hồ hóa. Nó là thành phần chính, tạo độ đặc, độ chắc cho một
số sản phẩm như các loại bánh. Ngoài ra, tinh bột còn là chất kết dính trong các sản
phẩm thịt chế biến, và thực phẩm ép đùn. Tinh bột tạo độ đục cho nhân bánh dạng
kem (cream filling), và tạo độ bóng cho các loại hạt. Nó là tác nhân chảy trong các
loại bột dùng để nướng bánh, là chất làm bền bọt cho các loại kẹo dẻo và soda; là
chất tạo gel trong các loại kẹo gum và thực phẩm mềm dẻo (yieldings). Bên cạnh
đó, tinh bột cũng là tác nhân tạo hình trong các sản phẩm thịt và thức ăn cho vật
nuôi trong nhà; là chất ổn định trong các sản phẩm đồ uống, dùng để trang trí các