luận văn công nghệ thực phẩm Công nghệ sản xuất đường Coupling sugar từ Tinh bột sắn

MỞ ĐẦU
* Đặt vấn đề.
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nhận biết của
con người về mối quan hệ giữa thực phẩm và sức khỏe ngày càng được nâng
cao. Yêu cầu của người tiêu dùng về thực phẩm vì thế cũng có nhiều thay đổi.
Nếu như trước kia chúng ta đặt vấn đề hàng đầu là hàm lượng dinh dưỡng
cao, khả năng cung cấp nhiều năng lượng của thực phẩm thì bây giờ không
hẳn là như vậy. Đã có nhiều người chuyển hướng tìm cho mỡnh cỏc loại thức
ăn không có hoặc cú ớt dinh dưỡng, thức ăn thấp năng lượng. Một số khác lại
có nhu cầu sử dụng thực phẩm để phòng và chữa bệnh v.v Và thế là có sự ra
đời của thực phẩm chức năng. Thực phẩm chức năng được định nghĩa là một
loại thực phẩm có chứa các hoạt tính sinh học, có khả năng phòng chống bệnh
tật, tăng cường sức khỏe dựa trên cơ sở của quá trình dinh dưỡng.
Đường chức năng là một bộ phận quan trọng trong nhóm thực phẩm
chức năng, được tập trung nghiên cứu nhiều trong những năm gần đây do có
nhiều đặc tinh có lợi cho sức khỏe như chống sâu răng, chống bệnh tiểu
đường, khụng gõy béo phì, có khả năng kích thích hoạt động của hệ tiêu hóa
v.v…
Các loại đường chức năng mới xuất hiện là: đường panatinoza,
maltooligosacarit,galactooligosacaritizo,v.v Trong đó, đường oligoglucosyl
fructoza hay “ Coupling sugar ” là loại đường chức năng được nhiều nhà
nghiên cứu chú ý bởi công nghệ sản xuất không phức tạp, mà lại có lợi cho cơ
thể con người.
Oligoglucosyl fructoza được sản xuất từ sự kết hợp của tinh bột chuyển
hoá với đường sacaroza bằng mối liên kết α (1-4) glucozit, dưới tác dụng của
enzim cyclodextrin glucosyltransferaza. Oligoglucosyl fructoza có công thức:
[α-D-glucopyranosyl-(1-4)]
n
-α-D-glucopyranosyl-(1-2)-β-D-fructofuranoside.
Đặc điểm của sản phẩm là không có màu, trong, mặc dù chịu sự tác dụng của
nhiệt độ với sự có mặt của protein hoặc peptit .

Oligoglucosyl fructoza có thể được cô đặc thành siro hay sấy phun
thành dạng bột và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp
khác nhau.
Đường Coupling sugar được nghiên cứu và sản xuất ở qui mô công
nghiệp lần đầu tiên tại Nhật Bản từ năm 1980. Cho tới nay sản phẩm trờn đó
được sản xuất đại trà ở rất nhiều nước trên thế giới, đặc biệt tại các nước Nhật
Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc v.v Ở Nhật Bản, đường coupling sugar được
dùng để thay thế đường sacaroza cho các đối tượng mắc bệnh béo phì và tiểu
đường. Ngoài ra một lượng lớn đường cũng được dùng như một chất ngọt bổ
sung. Người ta đã tìm ra trên 500 loại sản phẩm thực phẩm có sử dụng đường
coupling sugar như bánh quy, các sản phẩm sữa, bột dinh dưỡng trẻ em, nhiều
loại thực phẩm chức năng, thực phẩm điểm tâm, kẹo, bánh, kem đánh răng,
vv
Xu hướng sử dụng đường chức năng ngày một tăng cao không chỉ ở trên
thế giới mà còn ở trong nước. Rất nhiều các sản phẩm đường chức năng nhập
ngoại, giá thành rất đắt, trong khi đó, Việt Nam có nguồn nguyên liệu nh tinh
bét, sacaroza,… dồi dào và hoàn toàn có thể nghiên cứu, sản xuất được trong
nước.
Tại Việt Nam, đã và đang có một số công trình nghiên cứu về đường
chức năng như đường sorbitol, fructooligosacarit (FOS), Còn việc nghiên
cứu và sản xuất oligoglucosyl fructoza còn rất mới mẻ.
Hiện nay oligoglucosyl fructoza sử dụng trong nước đều hoàn toàn thông
qua nhập khẩu từ nước ngoài. Chính vì vậy, để đáp ứng nhu cầu trên, chúng
tôi đặt vấn đề nghiên cứu : “ Công nghệ sản xuất đường Coupling sugar từ
Tinh bột sắn ’’.
* MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI.
Xây dựng được qui trình công nghệ sản xuất đường oligoglucosyl
fructoza bằng phương pháp
* NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI.
- Nghiên cứu các điều kiện thuỷ phân tinh bột làm nguyên liệu cho quá trình

tạo liên kết giữa tinh bột và saccaroza.
- Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất đường oligoglucosyl
fructoza bằng phương pháp enzim.
- Nghiên cứu lùa chọn enzim gắn kết tinh bột và sacaroza
- Nghiên cứu các điều kiện công nghệ thích hợp cho quá trình gắn kết.
- Nghiên cứu làm sạch và thu hồi sản phẩm siro oligoglucosyl fructoza.
PHẦN I
TỔNG QUAN
1.1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT ĐƯỜNG
OLIGOGLUCOSYL FRUCTOZA (COUPLING SUGAR) TRÊN THẾ GIỚI
Thị trường tiêu thụ thực phẩm chức năng càng ngày càng lớn mạnh trên
toàn thế giới. Năm 1999, thực phẩm chức năng của Mỹ có doanh thu đạt 250
tỷ USD, chiếm 50% tổng giá trị thực phẩm (507 tỷ USD). Trong khi đó, thị
trường châu Âu, tổng giá trị thực phẩm chức năng có thể đạt 500 tỷ USD.
Theo Báo cáo phân tích chiến lược của các thị trường thực phẩm chức năng ở
Đông Nam Á của hãng Frost và Sullivan cho biết thu nhập từ các thực phẩm
chức năng trong khu vực đạt hơn 2.300 triệu USD trong năm 2005 và được
trông đợi sẽ đạt 4.805 triệu USD vào năm 2012. Không chỉ các nước công
nghiệp sản xuất thực phẩm chức năng mà các nước đang phát triển cũng rất
chú trọng đến các loại mặt hàng mới này, đặc biệt là Trung Quốc, Braxin,
Mexico, Thái Lan.
Nghiên cứu sản xuất các thực phẩm chức năng để phòng bệnh và chữa
bệnh trong cuộc sống hiện đại ngày nay đang là vấn đề cấp bách được đạt ra,
mét trong những sản phẩm đó là đường oligoglucosyl fructoza hay "coupling
sugar”.
Trên thế giới oligoglucosyl fructoza đã được nghiên cứu và sản xuất ở
nhiều nước nh Nhật Bản, Mỹ, Pháp, Trung Quốc, đặc biệt ở Nhật việc
khuyến cáo sử dụng đường oligoglucosyl fructoza để phòng bệnh sâu răng,
béo phì rất phát triển. Oligoglucosyl fructoza thường được sản xuất dưới dạng

siro hoặc dạng bột. Teresa Martin và cộng sự (Tây ban Nha) [17] đã xác định
ảnh hưởng của tỷ lệ giữ tinh bột và sacaroza cho hiệu quả gắn kết của enzim
CGTaza từ chế phẩm Toruzim 3.0L được hãng Novo enzim (Đan Mạch) tổng
hợp từ vi khuẩn Thermoanaerobacter.sp. Phản ứng được tiến hành với các
điều kiện sau: nồng độ dịch tinh bét 10%, nhiệt độ gắn kết 55- 60
0
C trong thời
gian 48 giê.
Bảng 1.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ tinh bét / sacaroza đến quá trình tạo
coupling sugar bằng enzim CGTaza [17]
TT Tỷ lệ tinh
bột/sacaroza
(w/w)
Matooligosy
l fructoza
(g/l)
Hiệu suất chuyển
hóa tinh bột thành
Matooligosyl
fructoza (%)
Hiệu suất chuyển
hóa tinh bột thành
CD (%)
1 2: 1 74 72 7,2
2 1: 1 99 79 3,1
3 1: 2 161 92 -
Kết quả trên cho thấy với tỷ lệ tinh bét/ sacaroza = 1 : 2 thì chỉ tạo
đường coupling sugar với hiệu suất chuyển hóa tinh bột thành maltooligosyl
fructoza đạt 92% và không tạo thành sản phẩm CD
Một số nhà nghiên cứu cho rằng khi xử lý dịch hóa tạo ra các

oligosacarit mạch thẳng có độ polime hóa (D.P) cao hay thấp là rất quan
trọng, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Nếu dịch hóa có độ D.P > 10 thì
dưới tác dụng của enzim, sù gắn kết xảy ra ở bên trong mạch của các phân tử
dextrin sẽ tạo thành các phân tử vòng (ví dụ: cyclodextrin) làm đục sản phẩm
cuối cùng. Do vậy, một số nghiên cứu đã xác định được độ D.P của dịch hóa
< 8 không xảy ra sự gắn kết sacaroza vào bên trong phân tử dextrin do vậy
không có khả năng tạo ra các phân tử đường có cấu tạo vòng.
Một số nghiên cứu xác định sự ảnh hưởng của DE trong quá trình dịch
hóa đã được tiến hành trên loại tinh bét khoai tây, sử dông nồng độ tinh bét
6% đem dịch hóa ở 65
0
C dưới tác dụng của enzim amylaza, cho thấy mức độ
dịch hóa có DE đạt trên 10 thì khả năng gắn kết là tốt hơn so với DE đạt 7, và
không tạo ra sản phẩm phụ là các cyclodextrin.
Bảng 1.3. Ảnh hưởng của DE dịch hóa tới sự tạo thành cyclodextrin [24]
T
T
Thời gian dịch hóa
(phót)
DE Mức độ tạo thành
cyclodextrin
1 30 4,0 +++
2 60 7,0 +
3 180 16,4 -
4 360 19,7 -
Thí nghiệm khác cho thấy, sau khi dịch hóa tinh bét khoai tây với nồng
độ 11% bằng enzim đạt DE 16, bổ sung 10% sacaroza (theo thể tích dịch
hóa), enzim chuyển hóa của Bacillus macerans với nồng độ 0,05% và phản
ứng được tiến hành ở 40
0

C trong 2 ngày, dịch sau khi kết thúc phản ứng được
xử lý bằng than hoạt tính 0,5% (theo tỷ lệ chất khô), sau đó tiếp tục qua trao
đổi ion và cô đặc dưới điều kiện áp suất thấp, kết quả chỉ có 15% đường
sacaroza được gắn kết thành các oligosacharit, sản phẩm còn chứa nhiều
sacaroza dư nhiều, nhưng cũng thí nghiệm này, tác giả chỉ bổ sung 1%
sacaroza thì cho kết quả 50% lượng đường sacaroza đã gắn kết với
oligosacarit [24]. Nh vậy tỉ lệ sacaroza đưa vào cũng là một yếu tố quan trọng
ảnh hưởng đến hiệu suất gắn kết và chất lượng của sản phẩm cuối cùng
Tinh bét khoai lang với nồng độ 40%, pH 6 được dịch hóa bằng enzim
có nồng độ 0,2% ở 85-90
0
C thành dịch có DE 13,4 và 22,6. Dịch hóa này
được bổ sung 2 đơn vị dịch môi trường lên men của Bacillus macerans và 10
đơn vị enzim α-1,6-glucozidaza của Lactobacillus platarum ATCC 8008 trên
một gam tinh bột, đồng thời bổ sung dung dịch fructoza theo tỷ lệ 1 : 3 so với
tinh bột. Hỗn hợp này được giữ nhiệt độ 55
0
C, pH 6,0 trong 72 giê. Kết thúc
phản ứng được diệt enzim bằng cách đun sôi. Sau đó tiếp tục xử lý bằng than
hoạt tính, trao đổi ion và cô đặc. Kết quả cho thấy dịch đường có nồng độ
75% không bị kết tinh trở lại và tỉ lệ chuyển hóa đạt được: đối với dịch tinh
bột có DE 13,4 và 22,6 cho hiệu suất chuyển hóa tương ứng là 50,2% và
40,8% và dịch tinh bét DE 13,4 tạo ra một lượng Ýt CD, trong khi đó dịch có
DE 22,6 thì không phát hiện thấy tạo thành CD [24]
Nh các điều kiện thí nghiệm trên, nhưng tác giả đã bổ sung lượng
sacaroza so với tinh bột là 1 : 1. Kết quả cho thấy dịch tinh bột có DE 13 có
hiệu suất chuyển hóa tăng hơn nhưng lại xuất hiện 1% CD gây đục sản phẩm.
Trong thí nghiệm này tác giả đã bổ sung 15 đơn vị α-1,6-glucozidaza của
chủng Lactobacillus và amylaza của Bacillus macerans thì cho kết quả
chuyển hóa tăng 2-3% và đồng thời giảm thời gian lọc 20-50% [24]

Tinh bét khoai tây với nồng độ 45% được dịch hóa bằng axit oxalic với
nồng độ 0,2% (so với tinh bột) ở điều kiện áp suất 2 atm trong 10-15 phót đạt
DE 20, sau đó trung hòa đến pH 5 và bổ sung dung dịch 34% sacaroza với số
lượng tương đương với hàm lượng chất khô có trong dịch và 2 đơn vị enzim
amylaza của Bacillus macerans sao cho hỗn hợp dung dịch có nồng độ cơ
chất 45%. Phản ứng được tiến hành ở pH 6, 55
0
C, nồng độ cơ chất 45% và
trong 60 giê. Kết thúc phản ứng, làm bất hoạt enzim và xử lý than hoạt tính,
trao đổi ion. Dịch đường được cô đặc đến 75 - 80%, sản phẩm không có hiện
tượng kết tinh và không tạo ra CD, thành phần chủ yếu là oligoglucosyl
fructoza. [24]
Dưới đây là bảng số liệu cho thấy ảnh hưởng của các loại tinh bột, các
phương pháp dịch hóa và các giá trị DE khác nhau đến quá trình chuyển hóa
đường coupling sugar [24]
Bảng 1.4. Ảnh hưởng của các loại tinh bột, các phương pháp dịch hóa và
các giá trị DE khác nhau đến quá trình chuyển hóa đường coupling sugar
Loại tinh bét Tinh bột
sắn
Tinh bét
khoai lang
Tinh bét
khoai tây
Tinh bột ngô
Phương pháp dịch hóa Enzim Enzim Axit Enzi
m
Axit
DE 13,4 22,6 13,4 22,6 20 20 19 20
Loại đường bổ sung F F F F S34 S Date
syrup

S34
Tỷ lệ bổ sung đường/tinh
bột
1:3 1:3 1:1 1:1 1:1 1:1 3:1 2:1
Đường còn lại (%) 49,8 59,2 65 77,5 55,1 73 74,9 60,1
Hiệu suất chuyển hóa (%) 50,2 40,8 35 22,5 26,1 27 25,1 20,4
CD 1 0 1 0 0 0 0 0
(F: fructoza; S34- dung dịch chứa 34%sacaroza, s- saccaroza)
Có tác giả đã thí nghiệm trên tinh bột ngô sau khi được dịch hóa bằng
enzim đạt DE = 5, sau đó bổ sung sacaroza với tỉ lệ 1:1 với sự tác dụng của
enzim CGTaza của Asperillus niger thì cho kết quả chuyển hóa đường đạt
35% [25]. Nh vậy cơ chất tinh bột khác nhau thì cho kết quả gắn kết cũng
khác nhau.
Naoto Tsuyama (Nhật bản) thì thử nghiệm 20 phần tinh bột được bổ
sung 60 phần là nước, sau đó tiến hành dịch hóa bằng enzim tại 88-90
0
C tại
pH 6,0 đat được DE = 5. Dịch thủy phân được làm mát đến 55
0
C, bổ sung tiếp
20 phần sacaroza và 10 đơn vị enzim glucosyltransferaza, phản ứng được tiến
hành ở 50
0
C, pH 6 trong 72 h. Sau đó dịch hỗn hợp được xử lý bằng than hoạt
tính và trao đổi nhựa ion. Kết quả phân tích đường coupling sugar cho thấy tỷ
lệ đường sacaroza kết hợp với oligosacarit (hiệu suất chuyển hoá đường) đạt
59,5% so tổng số sacaroza đưa vào. [20]
1.1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT ĐƯỜNG OLIGOGLUCOSYL
FRUCTOZA (COUPLING SUGAR) Ở VIỆT Nam
Xu hướng sử dụng đường chức năng ngày một tăng cao không chỉ ở trên

thế giới mà còn ở trong nước. Rất nhiều các sản phẩm đường chức năng nhập
ngoại, giá thành rất đắt, trong khi đó, Việt Nam có nguồn nguyên liệu nh tinh
bét, sacaroza,… dồi dào, và hoàn toàn có thể nghiên cứu, sản xuất được trong
nước.
Tại Việt Nam, đã và đang có một số công trình nghiên cứu về đường
chức năng như đường sorbitol, fructooligosacarit (FOS), Đường FOS là
oligoza mạch thẳng bắt đầu bằng một phân tử đường sacaroza kết hợp với 1, 2
hoặc 3 gốc fructoza thông qua mối liên kết β (1-2) glucozit bởi enzim
fructosyltransferaza. Đường FOS có độ ngọt thấp, có tác dụng chống béo phì,
tiểu đường, không gây sâu răng.
Trong khi đó tại Việt Nam, việc nghiên cứu và sản xuất oligoglucosyl
fructoza còn rất mới mẻ. Đến nay, chưa thấy có một công bố nào về nghiên
cứu sản xuất oligoglucosyl fructoza. Lượng oligoglucosyl fructoza sử dụng
trong nước đều hoàn toàn thông qua nhập khẩu từ nước ngoài. Vì vậy, xây
dựng được một quy trình sản xuất oligoglucosyl fructoza phù hợp với điều
kiện trong nước rõ ràng là một hướng đầu tư rất hợp lý và hiệu quả. Trước
hết, sản xuất oligoglucosyl fructoza trong nước sẽ góp phần khai thác hiệu
quả tiềm năng nguyên liệu (sắn) của nước ta. Sản phẩm thu được sẽ đáp ứng
nhu cầu trong nước mà không phải nhập khẩu từ nước ngoài nên giá thành sẽ
hợp lí hơn. Hơn nữa nó sẽ đưa trình độ nghiên cứu và ứng dụng công nghệ
sinh học của Việt Nam lên tầm cao hơn.
Với mục tiêu đó và trong phạm vi của đề tài này, nhiệm vụ nghiên cứu
đặt ra là xây dựng được một quy trình công nghệ sản xuất oligoglucosyl
fructoza từ tinh bột sắn bằng phương pháp enzim, phù hợp với điều kiện Việt
Nam và ứng dụng oligoglucosyl fructoza vào công nghệ chế biến thực phẩm
và dược phẩm.
1.2. TINH BÉT.
1.2.1. Nguồn gốc tinh bét [33]
Tinh bột tiếng Hy Lạp là amilon có công thức hóa học : (C
6

H
10
O
5
)
n
, là
mét polysacarit chứa hỗn hợp amyloza và amylopectin, tỷ lệ phần trăm
amiloza và amilopectin thay đổi tùy thuộc vào từng loại tinh bột, tỷ lệ này
thường từ 20:80 đến 30:70. Tinh bột có nguồn gốc từ các loại cây khác nhau
có tính chất vật lý và thành phần hóa học khác nhau. Chúng đều là gốc
polymer carbohydrat phức tạp của glucose (công thức phần tử là C
6
H
12
O
6
) .
Tinh bột, cùng với protein và chất béo là một thành phần quan trọng
bậc nhất trong chế độ dinh dưỡng của loài người cũng như nhiều loài động
vật khác. Ngoài sử dụng làm thực phẩm ra, tinh bột cũng được dùng trong
công nghiệp sản xuất giấy, rượu, băng bó xương. Tinh bột được tách ra từ hạt
nh ngô và lúa mú, từ rễ và củ nh sắn, khoai tây, dong là những tinh bột chính
dùng trong công nghiệp.
Thuốc thử tinh bột là iốt, khi gặp iốt, tinh bột sẽ cho màu xanh.
1.2.2. Cấu trúc của tinh bét [1, 2, 33].
Tinh bột là một loại polysacarit tồn tại chủ yếu trong các hạt hoà thảo,
củ, thân và lá cây dưới dạng các hạt có kích thước từ 0,02 đến 0,12mm. Hạt
tinh bột của các nguồn thực vật khác nhau có hình dạng và kích thước khác
nhau. Nhìn chung hạt tinh bột có dạng hình tròn, hình bầu dục hay đa giác.

Cấu tạo bên trong của hạt tinh bột khác phức tạp. Hạt tinh bột có cấu
tạo líp, trong mỗi líp có lẫn lộn các tinh thể amiloza và amilopectin sắp xếp
theo phương hướng tâm và có các lỗ xốp không đồng đều. Bên ngoài hạt tinh
bột còn có vỏ bao chứa Ýt Èm hơn bên trong, bền với các tác động bên ngoài
và có các lỗ nhỏ cho phép các chất hoà tan có thể khuếch tán qua.
Thường trong các loại tinh bột nếp (gạo nếp, ngô nếp) có gần nh 100%
là amilopectin, trong khi đó ở tinh bột đậu xanh, có đến 50% là amiloza.
Về cấu tạo hóa học, amiloza và amilopectin đều chứa các đơn vị cấu
tạo là glucoza. Ở amiloza, các gốc glucoza được gắn với nhau nhờ liên kết α-
1,4 glucosit tạo thành một chuỗi dài gồm từ 200 - 1.000 gốc.
Phân tử amiloza bao gồm một số chuỗi sắp xếp song song với nhau,
trong đó các gốc glucoza của từng chuỗi cuộn vòng lại theo hình xoắn ốc.
Trong phân tử amilopectin, các gốc glucoza gắn với nhau bằng liên kết α-1,4
glucosit và α-1,6 glucosit. Vì vậy, amilopectin thường có 20- 30 gốc glucoza
giữa 2 điểm phân nhánh và chỉ có một đầu khử.

phân tử amylose (glucose-α-1,4-glucose) phân tử amylopectin
Hình 1.2. Cấu trúc phân tử amyloza và amilopectin
1.2.3. Tính chất của tinh bét [1]
Tính chất của tinh bột được quyết định bởi tính chất của 2 phân tử tạo
nên tinh bột là amiloza và amilopectin và tỉ lệ giữa chúng. Do cấu tạo phân tử
khác nhau, amiloza và amilopectin có tính chất lý hoá khác nhau :
Amiloza tác dụng với iốt sẽ cho phức hợp mầu xanh trong khi đó
amilopectin cho mầu nâu. Đó là do phân tử amiloza có dạng hình xoắn ốc nên
hấp thụ được các phân tử iốt. Amiloza dễ hoà tan trong nước Êm, tạo nên
dịch có độ nhít không cao còn amilopectin chỉ hoà tan khi đun nóng và cho
dịch có độ nhít cao. Dịch amiloza không bền, nhất là ở nhiệt độ thấp, nó dễ
dàng tạo nên dạng gel vô định hình, sau đó trở thành các gel tinh thể và các
kết tủa không thuận nghịch.
Các phân tử amilopectin không có xu hướng kết tinh, chúng có khả

năng giữ nước lớn nên dịch amilopectin thường không bị thoái hoá [1].
Hạt tinh bét khi được xử lý thủy nhiệt thì sẽ xảy ra hiện tượng hồ hoá
và hoà tan. Trước hết, hạt tinh bột sẽ hấp thụ nước làm liên kết ở phân tử tinh
bột bị yếu đi, phân tử tinh bột xê dịch, rão ra và trương phồng lên. Độ nhít
của dung dịch tăng mạnh. Đến một mức độ nào đó, hạt tinh bột bị vỡ ra, phân
tử tinh bột bị thuỷ phân, hoà tan và độ nhít của dung dịch giảm. Lúc này các
phân tử tinh bột phân bố đồng đều trong khối nước tạo thành một hệ thống
đồng thể (gọi là hồ tinh bột). Nhiệt độ hồ hoá (nhiệt độ để chuyển hạt tinh bột
từ trạng thái đầu có mức hộ hydrat hoá khác nhau thành dung dịch keo) phụ
thuộc kích thước hạt tinh bột, vào nguồn tinh bột và vào thành phần amiloza/
amilopectin trong tinh bét.
Hồ tinh bột có tính chất nhít dẻo. Độ nhít của hồ tinh bột phụ thuộc
nhiều yếu tố: Nồng độ tinh bột, đường kính của các hạt phân tán, nhiệt độ,
pH Khi để nguội hồ tinh bột một thời gian dài, tinh bột bị thoái hoá kèm
theo tách nước và đặc cứng lại. Tính chất thuỷ nhiệt và sự hồ hoá của tinh bột
là một đặc tính được quan tâm đến nhiều trong các phản ứng enzim.
1.2.4. Tinh bột sắn [3, 5].
Tinh bột sắn có mầu trắng, độ pH từ 4,5 đến 6,5. Hạt tinh bột sắn có
kích thước 5 - 40 mm, chủ yếu là hình tròn, có bề mặt nhẵn. Hàm lượng
amilopectin trong tinh bột sắn tương đối cao, chiếm 78 - 80%.
Tinh bột sắn có độ nở, khả năng hồ hoá và độ hoà tan cao. Khoảng
nhiệt độ hồ hoá của tinh bột sắn là 58 - 70
0
C, độ nhít dung dịch bột tăng
nhanh và có độ dính cao so với tinh bột từ các nguồn khác.
Ngoài ra, hồ tinh bột sắn có xu hướng thoái hoá thấp và độ bền gel cao.
Độ nhít là tính chất quan trọng giúp tinh bột có nhiều ứng dụng trong công
nghiệp, khả năng hồ hóa sớm, độ nhít cao của tinh bột sắn thể hiện lực liên
kết yếu giữa các phân tử tinh bét trong cấu trúc hạt.
Xử lý hóa học và vật lý (gia nhiệt, tăng áp suất hơi), pH của môi trường

và sự có mặt của các chất nh protein, chất béo, chất có hoạt tính bề mặt đều
có ảnh hưởng tới độ nhít của tinh bột sắn.
Có thể dùng tinh bột sắn để sản xuất miến, hạt trân châu… hoặc dùng
làm nguyên liệu thông qua các tác nhân hoá học hoặc enzim để sản xuất các
sản phẩm như: tinh bột biến tính, dextrin, maltoza, glucoza, fructoza, cồn, mì
chính, axit xitric
1.2.5. Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn trên thế giới và Việt Nam.
* Sản xuất và tiêu thụ sắn trên thế giới [4, 32].
Sắn ( Manihot esculenta Crantz) là một loại cây trồng quan trọng ở
nhiều nước nhiệt đới thuộc châu Á, Phi, Mỹ La tinh. Do hàm lượng tinh bột
cao trong củ cũng như sản lượng hàng năm rất lớn nên sắn là nguồn nguyên
liệu chủ lực để sản xuất tinh bột sau ngô, lúa mì, khoai tây. Năm 2008 toàn
thế giới có 105 nước trồng sắn (FAO 2009) với tổng diện tích 18,69 triệu ha,
năng suất 12,46 tấn/ ha, sản lượng 232,95 triệu tấn. Sắn được trồng nhiều nhất
tại châu Phi 11,98 triệu ha (64% diện tích sắn toàn cầu), kế đến là châu Á 3,96
triệu ha (21%) và châu Mỹ La tinh 2,72 triệu ha (15%). Nước có sản lượng
sắn nhiều nhất thế giới là Nigeria (44,58 triệu tấn), kế đến là Indonesia (21,59
triệu tấn) và Thái Lan (27,56 triệu tấn). Việt Nam đứng thứ bảy trên thế giới
về sản lượng sắn (9,39 triệu tấn)với diện tích thu hoạch năm 2008 là 555,70
nghìn ha, năng suất bình quân 16,90 tấn/ha. Việt Nam là điển hình của châu Á
và thế giới về tốc độ phát triển sắn, so với năm 2000, năng suất sắn là 8,36
tấn/ha và sản lượng 1,99 triệu tấn thì năm 2008 năng suất sắn đã tăng gấp đôi
và sản lượng sắn đã tăng 4,72 lần. Sắn là cây lương thực-thực phẩm chính của
nhiều nước châu Phi và làm thức ăn cho gia cầm, gia súc. Sắn cũng là nguyên
liệu chính để chế biến cồn sinh học (bio-ethanol), rượu, tinh bột, tinh bột biến
tính, xi rô, nước giải khát, bánh kẹo, bún miến, mì ăn liền, chất hồ vải, phụ
gia dược phẩm, màng phủ sinh học (bioplastic).
Mức tiêu thụ bình quân toàn thế giới khoảng 18 kg/người/năm. Sản
lượng sắn của thế giới được tiêu dùng trong nước khoảng 85% (lương thực
58%, thức ăn gia sóc 28%, chế biến công nghiệp 3%, hao hụt 11%), còn lại

15% (gần 30 triệu tấn ) được xuất khẩu dưới dạng sắn lát khô, sắn viên và
tinh bét (CIAT,1993). Nhu cầu sắn làm thức ăn gia súc trên toàn cầu đang giữ
mức độ ổn định trong năm 2006 ( FAO, 2007).
Sắn chiếm tỷ trọng cao trong cơ cấu lương thực ở Châu Phi, bình quân
khoảng 96kg/người/năm. Zaire là nước sử dụng sắn nhiều nhất với
391kg/người/năm (hoặc 1123 calori/ngày). Nhu cầu sắn làm lương thực chủ
yếu tại vùng Saharan châu Phi cả hai dạng củ tươi và sản phẩm chế biến ước
tính khoảng 115 triệu tấn, tăng hơn năm 2005 kkoảng 1 triệu tấn.
Buôn bán sắn trên thế giới năm 2006 ước đạt 6,9 triệu tấn sản phẩm,
tăng 11% so với năm 2005 (6,2 triệu tấn), giảm 14% so với năm 2004 (8,1
triệu tấn). Trong đó, tinh bột sắn (starch) và bột sắn (flour) chiếm 3,5 triệu
tấn, sắn lát (chip) và sắn viên (pellets) là 3,4 triệu tấn.
Trung Quốc hiện là nước nhập khẩu sắn nhiều nhất thế giới để làm cồn
sinh học (bio ethanol), tinh bột biến tính (modify starch), thức ăn gia súc và
dùng trong công nghiệp thực phẩm dược liệu. địa điểm chính tại tỉnh Quảng
Tây. Năm 2005, Trung Quốc đã nhập khẩu 1,03 triệu tấn tinh bột, bột sắn và
3,03 triệu tấn sắn lát, sắn viên. Năm 2006, Trung Quốc đã nhập khẩu 1,15
triệu tấn tinh bột, bột sắn và 3,40 triệu tấn sắn lát và sắn viên.
Thái Lan chiếm trên 85% lượng xuất khẩu sắn toàn cầu, kế đến là
Indonesia và Việt Nam. Thị trường xuất khẩu sắn chủ yếu của Thái Lan là
Trung Quốc, Đài Loan, Nhật Bản và cộng đồng Châu Âu với tỷ trọng xuất
khẩu sắn khoảng 40% bột và tinh bột sắn, 25% là sắn lát và sắn viên (TTTA,
2006 ; FAO, 2007).
Năm 2006 được coi là năm có giá trị sắn cao dối với cả bột, tinh bột và
sắn lát. Việc xuất khẩu sắn làm thức ăn gia sóc sang các nước cộng đồng châu
Âu hiện đã giảm sút nhưng giá sắn năm 2006 vẫn được duy trì ở mức cao do
có thị trường lớn tại Trung Quốc và Nhật Bản (FAO, 2007)
Viện nghiên cứu Chính sách lương thực thế giới (IFPRI), đã tính toán
nhiều mặt và dù báo tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn toàn cầu với tầm nhìn
đến năm 2020. Năm 2020, sản lượng sắn toàn cầu ước đạt 275,10 triệu tấn,

trong đó sản xuất sắn chủ yếu ở các nước đang phát triển là 274,7 triệu tấn,
các nước đã phát triển khoảng 0,40 triệu tấn. Mức tiêu thụ sắn ở các nước
đang phát triển dự báo đạt 245,60 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 dù báo nhu cầu là 176,3 triệu tấn và thức ăn gia sóc 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 đạt 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 168,8 triệu tấn. Trong đó, khối lượng sản phẩm sử dụng làm lương thực
thực phẩm là 77,2% làm thức ăn gia sóc 4,4%. Châu Mỹ La tinh giai đoạn
1993 - 2020, ước tốc độ tiêu thụ sản phẩm sắn tăng hàng năm là 1,3%, so với
Châu Phi là 2,44% và Châu Á là 0,84% - 0,95%. 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 diên tích đứng thứ ba sau lúa và ngô và tổng sản lượng
đứng thứ ba thế giới 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 thuật tiến bộ.
* Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn tại Việt Nam [4, 6, 32]
Ở Việt Nam, sắn là cây lương thực, thức ăn gia sóc 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 6,6 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 (FAO, 2007). Cây sắn là
nguồn thu nhập quan trọng của các hộ nông dân nghèo do sắn dễ trồng, Ýt
kén đất, Ýt 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 sóc (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, cồn sinh học, mì ăn liền,
bánh kẹo, siro, nước giải khát, bao bì, ván Ðp, phô gia dược phẩm, màng phủ

sinh học và chất giữ Èm 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. Việt Nam hiện
sản xuất mỗi năm khoảng 800.000 – 1.200.000 tấn tinh bột sắn, trong đó trên
70% xuất khẩu và gần 30% tiêu thụ trong nước. Sản phẩm sắn xuất khẩu của
Việt Nam chủ yếu là tinh bột, sắn lát và bột sắn, hiện là nước xuất khẩu tinh
bột sắn đứng hàng thứ 3 trên thế giới chỉ sau Thái Lan và Indonesia. Thị
trường chính là Trung Quốc, Đài Loan, Nhật Bản, Singapo, Hàn Quốc. Đầu
tư nhà máy chế biến cồn sinh học, tinh bột biến tính là một hướng lớn triển
vọng.
Sản xuất lương thực là ngành trọng tâm và có thế mạnh của Việt Nam
tầm nhìn đến năm 2020. Chính phủ Việt Nam chủ trương đẩy mạnh sản xuất
lúa, ngô và coi trọng việc sản xuất sắn, khoai lang ở những vùng, những vụ
có điều kiện phát triển.
Thị trường xuất khẩu sắn lát và tinh bột sắn Việt Nam dự báo thuận lợi
và có lợi thế cạnh tranh cao do có nhu cầu cao về chế biến cồn sinh học, bột
ngọt, thức ăn gia súc và những sản phẩm tinh bột biến tính. Diện tích trồng
sắn của Việt Nam dù kiến ổn định khoảng 450 nghìn ha nhưng sẽ tăng năng
suất và sản lượng sắn bằng cách chọn tạo và phát triển các giống sắn tốt có
năng suất củ tươi và hàm lượng tinh bét cao, xây dựng và hoàn thiện quy
trình kỹ thuật canh tác sắn bền vững và thích hợp vùng sinh thái.
1.3. Sacaroza [1,2,34]
1.3.1. Cấu tạo
Sucroza hay saccarụzơ, saccharose là một disacarit (glucose +
fructose) với công thức phân tử C
12
H
22
O
11

. Tên gọi hệ thống của nó là α-D-
glucopyranozyl-(1→2)-β-D-fructofuranozit (kết thúc bằng "ozit" vỡ nó không
phải là đường khử). Nó được biết đến nhiều vì vai trò của nó trong khẩu phần
dinh dưỡng của con người và vỡ nó được hình thành trong thực vật chứ không
phải từ các sinh vật khác, ví dụ như động vật. Sucroza còn được gọi với nhiều
tên như đường kính (đường có độ tinh khiết cao), đường ăn, đường cát,
đường trắng, đường nâu (đường có lẫn tạp chất màu), đường mía (đường
trong thân cây mía), đường phèn (đường ở dạng kết tinh), đường củ cải
(đường trong củ cải đường), đường thốt nốt (đường trong cây thốt nốt) hay
một cách đơn giản là đường.
Sacaroza
1.3.2. Tính chất
Sucroza tinh khiết thông thường nhất hay được sản xuất dưới dạng bột
kết tinh mịn màu trắng, không mùi với vị ngọt dễ chịu; dưới tên gọi phổ biến
là đường hay đường ăn. Các tinh thể lớn đôi khi lắng xuống từ dung dịch
nước chứa sucroza thành một chuỗi (hay bề mặt kết nhõn khỏc) để tạo ra kẹo
cứng, một dạng bánh kẹo.
Giống như các cacbohydrat khác, sucroza có tỷ lệ hiđrụ trên ụxy là 2:1.
Nó bao gồm 2 monosacarit là α-glucoza và fructoza, được kết nối bằng liên
kết glicozit giữa nguyên tử cacbon 1 của khối glucoza với nguyên tử cacbon 2
của khối fructoza. Cần phải chú ý vì sucroza không giống các polisaccarit
khác, liên kết glicozit được tạo giữa đuôi khử của cả glucozơ và fructozơ,
không phải là đuôi khử của monosaccarit này và đuụi khụng khử của
monosaccarit kia. Do không có nguyên tử C tự do cú nhúm epime, nó được
coi là đường không khử.
Sucroza nóng chảy và phân hủy ở 186 °C để tạo ra caramen (đường
thắng), và khi cháy tạo ra cacbon, điụxớt cacbon, nước. Nước có thể phá vỡ
cấu trúc của sucroza nhờ thủy phân, tuy nhiên quá trình này là rất chậm và vì
thế sucroza có thể tồn tại trong dung dịch trong nhiều năm mà gần như không
thay đổi. Tuy nhiên, nếu enzym sucrazơ được thêm vào thì phản ứng sẽ diễn

ra nhanh chóng.
Sucroza phản ứng với axớt sulfuric đậm đặc để tạo ra cacbon nguyên tố do bị
hút mất nước theo như phản ứng sau:
C
12
H
22
O
11
+ H
2
SO
4
xúc tác → 12 C + 11 H
2
O
1.3.3. Sản xuất và ứng dụng
Sucroza là chất tạo ngọt thực phẩm phổ biến nhất mặc dù tại một số
quốc gia, như ở Mỹ, người ta đã thay thế nó bằng các chất tạo ngọt khác như
các xi rô fructoza hay các loại đường chức năng và các chất tạo ngọt có độ
ngọt cao. Sucroza là loại đường quan trọng nhất trong thực vật và có thể tìm
thấy trong nhựa libe. Nói chung nó hay được tách ra từ mía đường hay củ cải
đường rồi sau đó được làm tinh khiết và kết tinh. Các nguồn sản xuất sucroza
ở quy mô thương mại (nhưng nhỏ) khỏc cũn có lúa miến (Sorghum spp.) ngọt,
thích đường (Acer saccharum) và thốt nốt (Borassus spp.).
Sucroza thường gặp trong chế biến thực phẩm do nó vừa là chất tạo ngọt
vừa là chất dinh dưỡng; nó là thành phần quan trọng trong nhiều loại thực
phẩm như bánh bích quy, kẹo ngọt, kem và nước trái cây, trong hỗ trợ trong
bảo quản thực phẩm.
1.3.4. Dinh dưỡng

Sucroza là chất dinh dưỡng vĩ mô dễ dàng tiêu hóa, là nguồn cung cấp
năng lượng nhanh chóng cho cơ thể, tạo ra sự gia tăng của glucoza huyết
trong quá trình tiêu hóa. Tuy nhiên, sucroza tinh khiết thông thường không là
thành phần trong khẩu phần ăn của con người để có thành phần dinh dưỡng
cân đối, mặc dù nó có thể thêm vào để làm cho một số loại thực phẩm trở nên
ngon hơn.
Việc sử dụng quá nhiều sucroza có liên quan tới một số các bệnh tật.
Phổ biến nhất là sâu răng, trong đó các vi khuẩn chuyển hóa đường (bao gồm
cả sucroza) từ thức ăn thành cỏc axớt dễ dàng phá hủy men răng.
Sucroza, như một cacbohydrat tinh khiết, cung cấp năng lượng 3,94
kilocalo trên một gam (hay 17 kilojoule trên gam). Khi một lượng lớn thực
phẩm chứa nhiều sucroza được tiêu thụ thỡ cỏc thành phần dinh dưỡng có ích
có thể bị loại ra khỏi thức ăn, và điều này làm gia tăng nguy cơ mắc các bệnh
kinh niên. Người ta khuyến cáo rằng các đồ uống chứa sucroza có thể liên
quan với sự phát triển của bệnh béo phì và đề kháng insulin [28]
Sự tiêu hóa nhanh sucroza gây ra sự gia tăng glucoza huyết và có thể
gây ra một số vấn đề đối với những người có khuyết tật trong trao đổi chất
glucoza, chẳng hạn những người với các chứng bệnh giảm glucoza huyết hay
đái tháo đường. Sucroza có thể góp phần vào sự gia tăng của các hội chứng
trao đổi chất [29]. Trong thực nghiệm với chuột được nuôi bằng khẩu phần ăn
với 1/3 là sucroza, kết quả là sucroza đầu tiên làm tăng nồng độ của triglycerit
trong mỏu, nó gây ra tích lũy mỡ nội tạng và cuối cùng là đề kháng insulin
[30]. Nghiên cứu khác phát hiện thấy chuột nuôi bằng các khẩu phần ăn giàu
sucroza sẽ phát triển tăng triglycerit huyết, tăng glucoza huyếtvà đề kháng
insulin.[31]
1.4. GIỚI THIỆU VỀ ĐƯỜNG OLIGOGLUCOSYL FRUCTOZA
Đầu thập kỷ 70, rất nhiều các loại đường oligosacarit được tiến hành
nghiên cứu nh: fructo-oligosacarit, galacto-oligosacarit và xylo-oligosacarit.
Nhưng kể từ khi các nhà khoa học tìm hiểu tính chất và đặc tính chức năng
của chúng có lợi cho sức khỏe con người thì mới được quan tâm nghiên cứu

nhiều. Ứng dông enzim chuyển hóa để sản xuất đường “Coupling sugar” đã
được một số nhà khoa học Nhật Bản quan tâm nghiên cứu từ năm 1970. Đến
năm 1979 thì sản phẩm “Coupling sugar
đ
” đã được sản xuất ở quy mô công
nghiệp và trở thành sản phẩm thương mại bán trên thị trường.[18]
Bảng 1.1. Các oligosacarit thương mại và chức năng của chúng [18]
TT
Oligosacarit thương
mại
Năm sản
xuất
Đặc tính chức năng
1
Maltooligosylsucrose
(Coupling sugar
đ
)
1979 Năng lượng thấp
2
Fructooligosaccharides
(Meioligo
đ
)
1982 Hỗ trợ hệ VSV đường ruột
3
Maltotetraose
(Fujioligo
đ
)

1984
Chất điều hòa độ ngọt
4
Isomaltooligosaccharide
s
(Isomalto
đ
)
Hỗ trợ hệ VSV đường ruột
5
Galactooligosaccharides
(Oligomate
đ
)
1989 Hỗ trợ hệ VSV đường ruột
6
Xylooligosaccharides
(Xylooligo
đ
)
1990
Hỗ trợ hệ VSV đường ruột
7
Gal-sucrose
(Lactosucrose
đ
)
Hỗ trợ hệ VSV đường ruột
Năm 1983, đường “Coupling sugar” cũng được các nhà khoa học Anh
là K.J. Parker và M.G. Lindley quan tâm nghiên cứu. Năm 1986, các tác giả

người Mỹ là L.O. Nabors và R.C. Gelard nghiên cứu và được công bố trong
cuốn “Các chất ngọt thay thế” của nhà xuất bản New York. [26]
Oligoglucosyl fructoza hay còn gọi là “coupling sugar” được sản xuất
từ sự kết hợp của tinh bột chuyển hoá với đường sacaroza bằng mối liên kết α
(1-4) glucozit, dưới tác dụng của enzim cyclodextrin glucosyltransferaza.
Oligoglucosyl fructoza có công thức: [α-D-glucopyranosyl-(1-4)]
n
-α-D-
glucopyranosyl-(1-2)-β-D-fructofuranoside (n = 1 - 15). Sản phẩm này không
có màu, mặc dù chịu sự tác dụng của nhiệt độ với sự có mặt của protein hoặc
peptit [24].
Oligoglucosyl fructoza có thể được cô đặc thành siro hay sấy phun
thành dạng bột được ứng dụng trong rất nhiều loại thực phẩm, đồng thời còn
được ứng dụng trong mỹ phẩm và hóa phẩm [19].
* Tính chất của oligoglucosyl fructoza [16, 19]:
- Có độ ngọt vừa phải (bằng 60% so với đường sacaroza) vì vậy trong chế
biến thực phẩm có thể thay thế đường sacaroza để nâng cao chất lượng sản
phẩm.
- Có năng lượng thấp - chống bệnh béo phì, huyết áp…
- Đặc biệt oligoglucosyl fructoza là chất ngọt có khả năng phòng chống
các bệnh sâu răng bởi các vi khuẩn miệng nh Streptococcus mutans và các vi
khuẩn miệng khác sản xuất ra glucan không tan trong nước và axit từ đường
sacaroza, glucoza, fructoza.
Theo tài liệu của Công ty Hayashibara (Nhật bản), thành phần siro
“coupling sugar” bao gồm: oligoglucosyl fructoza chiếm tới 50%, còn lại là
glucoza, sacaroza dư, dextrin còn lại. Việc nâng cao hàm lượng oligoglucosyl
fructoza trong sản xuất công nghiệp là rất khó khăn. Tuy nhiên, Miyake và
cộng sự đã ứng dụng nhựa cation có tính axit mạnh vào xử lý dịch siro
oligoglucosyl fructoza, kết quả là đã nâng cao hàm lượng đường này lên 60%
[19].

Hiện nay, oligoglucosyl fructoza được sản xuất rộng rãi ở nhiều nước nh
Mỹ, Nhật, Trung Quốc Và với tiềm năng ứng dụng rộng lớn nh vậy, chắc
chắn trong tương lai nhu cầu sử dụng loại đường này sẽ ngày càng gia tăng.
Nh vậy, vấn đề đặt ra là phải tăng về số lượng và giảm về giá thành sản phẩm.
1.3.1. CƠ CHẾ HÌNH THÀNH ĐƯỜNG OLIGOGLUCOSYL
FRUCTOZA.
Oligoglucosyl fructoza là một loại đường được liên kết giữa các loại
oligosacharid với sacaroza hoặc fructoza bằng liên kết α (1-4) glucozit. Nghĩa
là loại đường này có thể được sản xuất bằng sự kết hợp tinh bột đã được dịch
hóa là chất cho với sacaroza là chất nhận dưới tác dụng của enzim
cyclodextrin glucosyltransferaza (CGTase).
Hình 1.1. Cơ chế gắn kết tạo thành đường coupling sugar [17]
Chất lượng của sản phẩm phụ thuộc vào hàm lượng tinh bột đưa vào
dịch hóa và hàm lượng sacaroza thÝch hợp cho sự gắn kết, thông thường phụ
thuộc chủ yếu vào hàm lượng sacaroza, nếu nồng độ tinh bột dịch hóa cao mà
nồng độ sacaroza lại thấp thì lượng tinh bột đã được dịch hóa không thể kết
hợp hoàn toàn với sacaroza, trong trường hợp nếu hàm lượng sacaroza lại cao
hơn nhiều so với tinh bột dịch hóa thì sau khi gắn kết hết với các dextrin thì
sacaroza vẫn còn dư nhiều trong sản phẩm cuối cùng. Ngoài ra dạng đường
này cũng được tạo ra khi phối hợp giữa cyclodextrin với sacaroza dưới tác
dụng của một loại enzym của vi khuẩn Bacillus macerans [24].
1.3.2. Enzim cyclodextrin glucosyltransferaza (CGTaza)
1.3.2.1. Nguồn sinh tổng hợp CGTaza
Cyclodextrin glucosyltransferaza (CGTaza) hay còn gọi là cyclodextrin
glucanotransferaza, danh pháp quốc tế là 1,4-α-D-glucan 4-α-D-(1,4-α-D-
Oligoglucosyl fructose
glucano) transferaza (EC 2.4.1.19) là enzim thuộc họ α-amylaza [14]. Enzim
này còn được xếp vào loại exo- enzim và không có khả năng đi qua các điểm
phân nhánh trong phân tử tinh bét. Trong khi các enzim amylaza chủ yếu là
thuỷ phân các cầu nối glycozit trong phân tử tinh bột thì CGTaza chủ yếu là

xúc tác phản ứng chuyển glucozyl hoá với hoạt tính thuỷ phân tương đối thấp
[8].
CGTaza được sinh tổng hợp từ nhiều chủng vi khuẩn thuộc giống
Bacillus, nh B.macerans, B.ohbensis, B.stearothermophilus, B.firmus, B.
licheniformis, B.agaradhaerens và từ các chủng khác nh Flavobacterium sp.,
Klebsiella pneumoniae, Brevibacterium, Micrococcus sp.[7, 9, 12]. Các
chủng này còn được đột biến hay tái tổ hợp gen nhằm có được một đặc tính
mong muốn nào đó. Enzim từ các nguồn khác nhau có tính chất và độ đặc
hiệu sản phẩm khác nhau.
1.3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của CGTaza
Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động xúc tác của CGTaza cũng tương tù
nh đối với một enzim nói chung. Đó là nồng độ dịch tinh bột, nồng độ enzim,
pH, nhiệt độ, các chất hoạt hoá và kìm hãm… Sau đây ta sẽ lần lượt xem xét
sự ảnh hưởng của các yếu tố này.
* Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất
Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đối với enzim được thể hiện qua
phương trình Michaelis-Menten:

Trong đó: v : vận tốc của phản ứng
v
max
: vận tốc cực đại của phản ứng
[S] : nồng độ cơ chất
K
m
: Hằng số Michaelis, thể hiện ái lực giữa enzim và cơ chất.
Nh vậy ở nồng độ cơ chất rất thấp, v phụ thuộc tuyến tính vào [S]. Ở
nồng độ cơ chất lớn, vận tốc phản ứng đạt cực đại và không phụ thuộc [S].
Nếu nồng độ cơ chất bằng K
m

thì vận tốc phản ứng bằng một nửa vận tốc cực
đại. Tuy nhiên, còng nh mét sè enzim khác, CGTaza bị ức chế bởi cơ chất
trong trường hợp thừa cơ chất.
* Ảnh hưởng của nồng độ enzim
Đối với các enzim nói chung, trong điều kiện thừa cơ chất, vận tốc phản
ứng phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ enzim:
v = k .[E] với [E] là nồng độ enzim
Cũng có trường hợp khi nồng độ enzim quá lớn, vận tốc phản ứng tăng
chậm [2].
* Ảnh hưởng của nhiệt độ
Đối với CGTaza, nhiệt độ tối ưu và độ bền nhiệt khác nhau tùy thuộc
vào nguồn enzim. Đa số các CGTaza có khoảng nhiệt độ hoạt động vào
khoảng 35 - 70
0
C, nhiệt độ tối ưu khoảng 50 - 65
0
C [7, 11, 22]. Cá biệt có
một số enzim bền nhiệt từ các chủng nh B. stearothermophilus,
Thermoanaerobacter, nhiệt độ tối ưu có thể lên tới 80 - 90
0
C [14, 21]. Độ bền
nhiệt của các CGTaza có thể tăng lên với sự có mặt của cơ chất (tinh bét) hay
Ca
2+
và một số ion khác.
* Ảnh hưởng của pH
pH tối ưu của các CGTaza thay đổi nhiều, trong khoảng 5.0-9.0 phụ
thuộc vào nguồn enzim, nhiệt độ, cơ chất, sự có mặt của ion Ca
2+
… pH cũng

là một yếu tố công nghệ thường được sử dụng để điều hoà phản ứng enzim
(đối với CGTaza, đó chủ yếu là tăng hiệu suất phản ứng và độ đặc hiệu sản
phẩm).
* Ảnh hưởng của các chất kìm hãm
Hoạt độ của CGTaza có thể bị kìm hãm bởi một số chất như Cu
2+
, Fe
2+
,
Hg
2+
, N-bromosuccinimide,…Ngoài ra, CGTaza bị kìm hãm bởi thừa cơ chất
[13] và bởi sản phẩm của phản ứng [10, 23, 27]. Sù kìm hãm này làm giảm
vận tốc và hiệu suất phản ứng nên cũng là một yếu tố rất đáng quan tâm.
1.3.3. ỨNG DỤNG CỦA ĐƯỜNG COUPLING SUGAR
1.3.3.1. Ứng dông trong chế biến thực phẩm:
Oligoglucosyl fructoza hay “coupling sugar” là một loại đường chức
năng, có năng lượng thấp, dễ hấp thụ trong quá trình tiêu hóa [16]. Với các
đặc tính hữu Ých của nó, trên thế giới các nhà sản xuất thực phẩm đang có
nhu cầu sử dụng nhiều sản phẩm này thay thế các loại đường khác trong chế
biến thực phẩm như trong ngành sản xuất sữa (sữa đặc, sữa bột), sản xuất
bánh kẹo (kẹo cao su, bánh xốp, kẹo cứng, bánh bích qui, mứt quả, sup ăn
liền,…), đồ uống (nước quả, đồ uống lên men lactic, nước sô đa, ca phê tan,
…), thực phẩm đóng hộp (rau quả ,thịt cá) [25]
Naoto Tsuyama (Nhật bản) đã ứng dụng đường coupling sugar trong
sản xuất sữa đặc và sữa bột. Sau khi điều chỉnh hàm lượng chất béo thích hợp
trong sữa, tác giả đã bổ sung 4% đường coupling sugar (trong đó hơn 50% là
oligoglucosyl fructoza) vào sữa và đem cô đặc ở áp suất thấp tạo ra sản phẩm
sữa đặc có độ chất khô 50% hoặc đem sấy phun được sản phẩm sữa bột. Các
sản phẩm sữa này có độ hòa tan cao và có hàm lượng glucoza, sacaroza rất

nhỏ nên khi người tiêu dùng sử dụng chúng không bị ảnh hưởng tới răng do
không tạo ra axit hữu cơ từ glucoza và sacaroza bởi vi sinh vật trong miệng
[20].
Trong sản xuất bột cà phê tan, dịch chiết cà phê có nồng độ chất khô
30% được bổ sung lượng đường coupling sugar tương ứng (trong đó > 50% là
oligoglucosyl fructoza), sau đó cô dặc hỗn hợp đến 50
0
Bx và đem sấy đông
khô. Bằng sử dụng loại đường này, sản phẩm đã giữ đương hương thơm tự
nhiên của cà phê và không ảnh hưởng xấu đến răng
Trong sản xuất bánh mì, coupling sugar (50% là oligoglucosyl
fructoza) được sử dụng 5% (so với lượng bột mì), số glucoza và sacaroza
được nấm men bánh mì sử dụng hết trong quá trình lên men để tạo độ mịn của
bánh, do vậy oligoglucosyl fructoza đã tạo vị ngọt dịu trong sản phẩm và còn
có tác dụng ngăn chặn bệnh về răng.
Trong sản xuất kẹo cứng, coupling sugar cũng được ứng dụng làm kẹo
ròn và không bị kết tinh đường và đặc biệt không có nguy cơ gây bệnh răng
nhất là đối với trẻ em.
Đồ uống lactic là một sản phẩm nước uống rất có lợi cho sức khỏe con
người, do vậy coupling sugar cũng đã được sử dụng trong quá trình sản xuất.
Sản phẩm đồ uống này có vị ngọt mát và cũng ngăn chặn bệnh răng, bệnh béo
phì.
Trong sản xuất đào đóng lọ, dung dịch rót lọ đã sử dụng đường
coupling sugar 30%. Sản phẩm có độ ngọt dịu và giữ được hương thơm tự
nhiên.
Kẹo cao su có chứa đến 80% đường coupling sugar, 20% là gum và các
hương liệu. Độ ngọt của kẹo được giữ lại trong miệng lâu hơn và còng nh các
sản phẩm khác cũng ngăn chặn các bệnh răng do sản phẩm không chứa
glucoza, sacaroza.
Trong sản xuất sô cô la, hàm lượng đường coupling sugar được sử dụng

50%. Sản phẩm có hình dạng đẹp và mịn, độ ngọt mát, giữ được vị đắng của
ca cao, hòa tan tốt và cũng ngăn chặn các bệnh răng.[20]
1.3.3.2. Ứng dông trong dược phẩm:
Oligoglucosyl fructoza hay coupling sugar được tạo ra bởi sự kết hợp
sacaroza với các polisacarit dưới sự tác dụng của enzim glycosyltransferaza
mà không tạo thành các dextran, levan,…như ở trong miệng do một số vi
khuẩn, các chất này bám trên bề mặt răng, sau đó được các vi khuẩn kị khí lên
men tạo ra axit hữu cơ làm háng men răng. Hàm lượng đường oligoglucosyl
fructoza thường được bổ sung từ 5 – 20%, loại đường này không gây tác dụng
với các thành phần khác có trong thuốc đánh răng và còn kéo dài thời gian sử
dụng sản phẩm [20]
Với đặc tính không gây ảnh hưởng xấu đến răng miệng nên
oligoglucosyl fructoza được sử dụng trong quá trình sản xuất kem đánh răng.
Thành phần kem đánh răng bao gồm: MgCO
3
chiếm 40%, CMC
(carboxylmethyl xenluloza) chiếm 50%, coupling sugar 1%, chất tẩy 1%, chất
màu 0,02% và hương liệu 0,1%. Trước tiên, CMC được hòa tan trong nước,
sau đó coupling sugar được bổ sung vào và cuối cùng là MgCO
3
và phụ gia
hương liệu. Hỗn hợp này được đóng gói thành typ thuốc đánh răng [20]