Các Điều Kiện Công Nghệ Tách, Thu Hồi Alpha Cyclodextrin Và Bước Đầu Ứng Dụng Alpha Cyclodextrin Vào Cố Định Hương

Mục lục
Mục lục....................................................................................................................1
........................................................................................................................................1
Mở ĐầU......................................................................................................................1
* Trong nông nghiệp và công nghiệp hoá học.......................................................................14
* Trong phân tích...................................................................................................................14
* Phơng pháp tách sử dụng dung môi...................................................................................15
* Phơng pháp tách không sử dụng dung môi.........................................................................16
* Giai đoạn phát triển tăng sinh khối....................................................................................21
* Giai đoạn lên men..............................................................................................................21
* Hàm lợng đờng...................................................................................................................22
* Lợng nấm men sử dụng......................................................................................................22
* Thời gian nuôi cấy..............................................................................................................22
* Nhiệt độ..............................................................................................................................23
* Oxy.....................................................................................................................................23
* Các yếu tố khác..................................................................................................................23
* Tinh bột sắn........................................................................................................................24
* Enzim và nấm men.............................................................................................................24
* Than hoạt tính.....................................................................................................................24
* Định nghĩa DE....................................................................................................................25
* Cơ sở phơng pháp...............................................................................................................25
* Hoá chất.............................................................................................................................25
* Tiến hành............................................................................................................................25
* Tính toán.............................................................................................................................26
* Mục đích.............................................................................................................................26
* Cách tiến hành....................................................................................................................26
* Khái niệm...........................................................................................................................27
* Cách tiến hành....................................................................................................................27

Mở ĐầU

-1-


A

lpha cyclodextrin là một trong ba sản phẩm cyclodextrin chính, đợc tạo ra
bởi quá trình biến hình sinh học các phân tử tinh bột. Do cyclodextrin có cấu
trúc vòng, tạo phức bao khách thể với các hợp chất hữu cơ nên cyclodextrin
nói chung và alpha cyclodextrin nói riêng đợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành
công nghiệp khác nhau.
Trong công nghiệp thực phẩm, alpha cyclodextrin đợc dùng làm chất mang hữu
hiệu cho các hơng liệu vốn dễ bị mất trong quá trình chế biến và bảo quản hoặc dùng
để loại cholesterol hoặc các mùi vị khó chịu khỏi sản phẩm. Trong công nghệ dợc
phẩm, alpha cyclodextrin đợc dùng để ổn định các hoạt chất, làm tăng khả năng hoà
tan và khả năng hấp thụ thuốc đồng thời làm giảm tác dụng phụ của thuốc. Trong
công nghiệp hoá học, alpha cyclodextrin đợc dùng để xúc tác một số phản ứng.
Trong công nghiệp mỹ phẩm, alpha cyclodextrin góp phần làm ổn định màu và mùi
thơm của sản phẩm. Alpha cyclodextrin cũng đợc ứng dụng trong nông nghiệp để
sản xuất các loại thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu
Hiện nay, trên thế giới cyclodextrin đợc sản xuất rất rộng rãi, các nghiên cứu và
ứng dụng liên quan đến cyclodextrin đã lên đến con số hàng nghìn từ khi nó đợc phát
hiện cách đây hơn 100 năm.
Còn Việt Nam cho đến nay vẫn cha có một cơ sở nào sản xuất alpha cyclodextrin,
lợng alpha cyclodextrin sử dụng trong nớc hoàn toàn thông qua nhập khẩu từ nớc
ngoài với giá thành rất cao. Trong nhiều năm gần đây, sản xuất lơng thực của Việt
Nam tăng trởng mạnh, từ một nớc nhập khẩu lơng thực Việt Nam đã trở thành một
trong ba quốc gia đứng đầu về xuất khẩu gạo. Tuy nhiên, giá trị hàng hoá của sản
xuất nông nghiệp vẫn còn hạn chế, đời sống của nông dân tuy đợc cải thiện nhng còn
ở mức nghèo. Lý do chủ yếu là sản xuất nông nghiệp phần lớn vẫn cung cấp cho thị
trờng trong và ngoài nớc với các sản phẩm ở dạng thô. Các chế phụ liệu cha khai

thác hiệu quả, gây lãng phí và ô nhiễm môi trờng. Để phát triển kinh tế và cải thiện
đời sống của ngời dân việc tập trung khoa học kỹ thuật, đặc biệt là công nghệ sinh
học nhằm tiêu thụ đầu ra, tăng giá trị hàng hoá của sản xuất nông nghiệp đang là cấp
thiết.
Sản xuất lơng thực chiếm tỷ trọng lớn chính, đặc thù của nền nông nghiệp Việt
Nam. Bên cạnh gạo, Việt Nam còn có rất nhiều sản phẩm chứa tinh bột nh ngô,
khoai, sắn... là nguồn nguyên liệu dồi dào. Theo niên giám thống kê năm 2003 thì
diện tích trồng sắn trên cả nớc là 329.000 ha và sản lợng đạt là 4.157.000 tấn sắn.
Hiện nay, chế biến tinh bột đang đợc Chính phủ quan tâm đặt lên hàng đầu. Do vậy,
việc tiếp thu và tăng giá trị của sản phẩm nông nghiệp sẽ là chìa khoá cho việc thúc
đẩy sản xuất nông nghiệp cũng nh phát triển bền vững của ngành công nghệ sinh
học. Để nâng cao giá trị kinh tế của nông sản, tạo ra đợc sản phẩm mới theo kịp xu
hớng phát triển công nghệ của thế giới, việc sử dụng tinh bột để sản xuất ra những
mặt hàng có giá trị kinh tế cao với giá cả hợp lý nh cyclodextrin nhằm phục vụ công

-2-


nghiệp thực phẩm, dợc phẩm và mỹ phẩm là một việc làm cần thiết, đầy tính thực
tiễn và kinh tế.
Công đoạn quan trọng nhất của quá trình công nghệ sản xuất alpha cyclodextrin
là công đoạn tinh sạch alpha cyclodextrin. Công đoạn này sẽ quyết định phần lớn
đến hiệu quả sản xuất và giá thành sản phẩm. Điều này đặt ra yêu cầu cần phải tìm ra
những điều kiện thích hợp cho việc tinh sạch alpha cyclodextrin sao cho đạt hiệu
suất cao nhất. Trên cơ sở kế thừa và phát huy những công trình nghiên cứu đã có, tôi
tiến hành nghiên cứu các điều kiện công nghệ tách, thu hồi alpha cyclodextrin và
bớc đầu ứng dụng alpha cyclodextrin vào cố định hơng phục vụ cho ngành đồ
uống, thực phẩm, mỹ phẩm

Chơng 1

tổng quan tài liệu
1.1. alpha cyclodextrin
1.1.1. Giới thiệu về cyclodextrin
Cyclodextrin (CD) là các oligosacarit vòng đợc cấu tạo từ các đơn vị
glucopyranoza hình ghế 4C1 nối với nhau bằng liên kết -1,4-glucozit.
CD (còn đợc gọi là dextrin Schardinger) đã đợc biết đến từ hơn 100 năm nay.
Năm 1881, CD lần đầu tiên đợc sản xuất từ tinh bột bằng vi khuẩn Bacillus
amylobacter. Năm 1903, cấu trúc và tính chất của các hợp chất này đã đợc biết đến
qua mô tả của Schardinger [18]. Sau đó, Tilden và Hudson (1939) đã chứng minh
enzim cyclodextrin glucosyltransferaza, chiết xuất từ môi trờng nuôi cấy vi khuẩn
Bacillus macerans, là tác nhân chuyển hoá tinh bột thành CD. Từ năm 1950 cho tới
nay, rất nhiều nhà khoa học đã quan tâm nghiên cứu các tính chất của CD, cũng nh

-3-


việc sản xuất và ứng dụng nó. Kể từ năm 1981, các thành tựu trong lĩnh vực này đợc
công bố thờng xuyên trong các hội thảo quốc tế về CD đợc tổ chức hai năm một lần
[20].

1.1.2. Cấu tạo và cấu trúc của - CD
Các CD thờng gặp là -CD, -CD và -CD chứa tơng ứng 6, 7 và 8 đơn vị
glucoza trong phân tử. Các CD lớn hơn (đến 31 đơn vị glucoza) và các CD nhỏ hơn
(ít hơn hoặc bằng 5 đơn vị glucoza) đều rất kém bền [12]. Kích th ớc và thể tích lỗ
hang của các CD do số phân tử glucoza trong vòng CD quyết định.
Trong vòng CD nói chung và -CD nói riêng, các gốc glucoza đợc xắp xếp sao
cho các nhóm hydroxyl bậc 2 (C2 và C3) nằm về một phía của vòng, còn các nhóm
hydroxyl bậc 1 (C6) nằm ở phía bên kia. Kết quả là tạo ra phân tử có dạng hình nón
cụt với phía chứa C6 hẹp hơn do khả năng quay tự do của C6 [9] (Hình 1.1). Cấu trúc
này đợc giữ chặt bởi các liên kết hydro giữa các nhóm hydroxyl bậc 2 của các gốc

glucoza kề nhau [4]. Các nhóm hydroxyl bậc 1 và bậc 2 hớng ra bên ngoài mạch
vòng, trong khi đó, mặt trong là các nguyên tử hydro không cực (ở C3 và C5) và các
nguyên tử O cầu nối. Nhờ đó, phân tử có bề mặt bên ngoài háo nớc trong khi bề mặt
trong kỵ nớc. Cấu trúc này cho phép -CD và CD tạo phức bao bền vững với các
phân tử kỵ nớc (các chất hữu cơ, muối, halogen ).

-4-


H×nh 1. 1. CÊu tróc vµ kÝch thíc cña CD [20]

1. 2. a.

-5-


1. 2. b.

1. 2. c.
Hình 1. 2. Mô hình không gian của các cyclodextrin:
1. 2. a. - cyclodextrin
1. 2. b. - cylodextrin
1. 2. c. -cyclodextrin

1.1.3. Tính chất của - CD
Một số thông số vật lý của - CD đợc cho trong bảng 1.1 [29].
Bảng 1.1. Một số thông số vật lý của - CD
+ Khối lợng phân tử
+ Số đơn vị glucoza

972
6

+ Số phân tử nớc trong lỗ
+ Đờng kính trong ()

6
4,7 - 5,3

+ Đờng kính ngoài ()

14,6

-6-


79

+ Chiều cao ()
+ Thể tích lỗ hang
ml/mol

174

ml/g

0,1

nm3
+ Độ tan trong nớc (g/100ml, 25oC)

+ Điểm nóng chảy (o C)

0,174
14,2
255 - 260

* Khả năng tan trong nớc
Trong phân tử - CD, các nhóm hydroxyl đều hớng ra bên ngoài, do đó, -CD
có khả năng tan trong nớc.
Khi nhiệt độ tăng, độ tan của - CD tăng: ở 25C, độ tan của - CD là 14,2
g/100ml (bảng 1.1) và ở 50C, độ tan là 43,5 g/100ml.
Các CD khác nhau có độ tan trong nớc khác nhau. Đó là do chúng có lực căng
vòng khác nhau, cũng nh hớng quay và độ liên kết của cầu hydro giữa các nhóm
hydroxyl trên nguyên tử C2 và C3 của hai phân tử glucoza kề nhau khác nhau. Vì
vậy, ở - CD lực căng vòng lớn hơn - CD, các nhóm hydroxyl ở C2và C3 tơng tác
với nhau yếu hơn, do đó chúng có thể tơng tác tốt hơn với phân tử nớc. Chính vì vậy,
mà - CD tan trong nớc tốt hơn so với - CD. Nhng lực căng vòng của - CD lại nhỏ
hơn - CD nên khả năng tan trong nớc thấp hơn so với -CD.
Các phân tử khách thể có ảnh hởng đáng kể đến độ tan của CD. Một số hợp
chất có thể tạo phức không tan với CD, trong khi đó số khác có thể tạo phức tan rất
tốt, thậm chí tan tốt hơn CD khi cha tạo phức. Hiện tợng này là do các phân tử khách
thể tơng tác với các CD và làm thay đổi hớng quay của chúng. Vì vậy, có trờng hợp
phức tạo thành từ một chất khách thể với - CD có thể kém tan hơn phức với - hay
- CD.
Khi - CD bị biến đổi (thay thế các nhóm hydroxyl bằng metyl hoá, amin hoá,
este hoá, ete hoá), độ hoà tan có thể tăng hoặc giảm. Chẳng hạn, biến đổi nhóm 2hoặc 3-hydroxyl của - CD sẽ phá vỡ cầu nối hydro ở miệng vòng - CD, làm cho
các nhóm hydroxyl tơng tác tốt hơn với nớc; do đó, - CD trở nên tan tốt hơn.

* Khả năng tan trong các dung môi hữu cơ

-7-


Nhìn chung, - CD không tan trong hầu hết các dung môi hữu cơ, tuy nhiên
chúng tan trong một số dung môi hữu cơ phân cực và aprotic (chẳng hạn metanol,
etanol, propanol, isopropanol, axeton...).

* Độ bền nhiệt
- CD khá bền nhiệt. ở nhiệt độ trên 250C, - CD nóng chảy và sự phân huỷ
nhiệt bắt đầu xảy ra.

* Khả năng hút ẩm
Hàm ẩm cân bằng của - CD trong môi trờng có độ ẩm tơng đối 85% tơng ứng
là 12 ở 30C. - CD vẫn giữ ở trạng thái bột mịn, không bị hoá lỏng ngay cả khi để
lâu ở môi trờng có độ ẩm tơng đối cao.

* Độ bền hoá học
So với các oligosacarit mạch thẳng thì - CD và các CD là những phân tử rất
bền. Các axít mạnh nh axít clohydric có thể thuỷ phân - CD, tạo ra hỗn hợp các
oligosaccarit khác nhau (từ mạch thẳng do phân tử - CD bị mở vòng cho đến tận
glucoza). Tốc độ thuỷ phân tăng khi nhiệt độ tăng nhng chậm hơn 3 - 5 lần so với
các oligosacarit mạch thẳng tơng ứng [4]. Trong môi trờng axít yếu nh các axít hữu
cơ, sự thuỷ phân hầu nh không xảy ra.
Cũng nh các oligosaccarit và polisaccarit không có tính khử khác, - CD và các
CD không bị thuỷ phân bởi bazơ, thậm chí ở nhiệt độ cao và trong dung dịch kiềm
đặc (trong dung dịch NaOH 0,35N, ở 70C không thấy có sự thuỷ phân CD).
- CD khá bền với nhiệt độ, tia UV hay IR. Với các tác nhân oxi hoá, - CD có
thể bị oxi hoá làm mở vòng glucoza, nhng không tạo ra formaldehyt hay axít focmic
(vốn là các chất độc) do - CD không có tính khử.
- CD khá bền dới tác dụng của các enzim thuỷ phân amilolytic, trong khi đó CD bị thuỷ phân dễ dàng hơn bởi -amylaza.

* Khả năng biến đổi hoá học
Bằng phơng pháp hoá học hoặc enzim có thể thay thế các nhóm hydroxyl của
- CD bằng các nhóm khác (metyl, amin, este, ete...). Khi đó đờng kính của - CD
không bị thay đổi nhng chiều sâu của các lỗ hang giảm xuống [4]. Mục đích của các
biến đổi này là nhằm làm thay đổi độ hoà tan, thay đổi khả năng tạo phức (độ bền

-8-


phức, độ chọn lọc khách thể) hoặc thêm các nhóm có chức năng đặc hiệu dùng xúc
tác.

* Khả năng tạo phức của - CD
Đây là một tính chất đặc biệt và quan trọng của CD nói chung và - CD nói
riêng, nhờ đó mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi của CD.
- CD có thể tạo phức bao (dạng khách thể - chủ thể) với nhiều hợp chất khác
nhau, bao gồm các chất béo mạch thẳng hay phân nhánh, các aldehyt, keton, alcohol,
các axít hữu cơ, các chất thơm, chất khí, các hợp chất phân cực nh halogen, oxiaxít
và amin [11]. Đây là hiện tợng một chất khách thể bị giữ, bị bao bọc trong lỗ hang
của phân tử chủ thể - CD. ở phức này, - CD đợc gọi là phân tử "chủ thể", các
phân tử đợc bao bọc bên trong đợc gọi là phân tử "khách thể". Các phân tử khách thể
sẽ đợc bao bọc một phần hay toàn bộ vào trong lỗ hang của phân tử chủ thể - CD
[9]. Nhìn chung, một phân tử - CD sẽ bao chứa đợc một phân tử khách thể. Trong
trờng hợp chất khách thể có khối lợng phân tử nhỏ hơn hoặc lớn hơn, tỷ lệ đó có thể
là 1/2 hay 2/1.
Kích thớc lỗ hang khác nhau của các CD làm cho chúng ít nhiều có tính chất
chọn lọc khi tạo phức với các phân tử có kích thớc khác nhau. Chẳng hạn, phân tử
phenyl ăn khớp hoàn toàn với lỗ hang của -CD, nhng với lỗ hang của -CD vẫn còn
trống một khoảng không nhỏ do đó phân tử phenyl có thể lung lay nhẹ bên trong lỗ.

Với lỗ hang lớn hơn của -CD, vòng phenyl càng lung lay hơn do phần khoảng
không còn trống lớn hơn. Trong nhiều trờng hợp, những phân tử liên kết đợc với CD cũng sẽ liên kết với -CD, những phân tử liên kết với -CD sẽ liên kết với -CD.
Để phức tạo thành đợc bền, phân tử khách thể cần đợc bao khít bởi lỗ hang CD. Điều
này có nghĩa là phụ thuộc vào kích thớc của CD cũng nh của phân tử đợc bao. Các
phân tử nhỏ (có ít hơn hoặc bằng 4 đơn vị cácbon) liên kết tốt nhất với các -CD,
còn các phân tử lớn hơn sẽ liên kết tốt nhất với các -CD.
So với một số chất chủ thể tạo phức khác (nh urê, thiourê...), - CD tỏ ra là chất
chủ thể tốt hơn cả nhờ bản chất tơng đối ít phản ứng, độ bền cao, không độc hại và
có khả năng tạo phức rộng rãi với nhiều hợp chất. Đặc điểm nổi bật nữa của - CD là
nó có thể tạo phức ở trong dung dịch và ở trạng thái rắn, trong khi nhiều chất chủ
thể khác đòi hỏi phải có sự kết tinh thành mạng lới mới tạo đợc lỗ hang thích ứng.

-9-


Đặc biệt, khả năng phản ứng của các nhóm hydroxyl có thể tạo ra biến đổi hoá
học - CD, do đó mở rộng tính chất chức năng cũng nh khả năng tạo phức của CD.

* Quá trình tạo phức
Quá trình tạo phức là sự ăn khớp về mặt kích thớc giữa lỗ hang - CD và phân
tử khách thể [18]. Lỗ hang kỵ nớc của phân tử - CD tạo ra một vi môi trờng trong
đó các phân tử khách thể không cực có thể đi vào để tạo thành phức. Lúc đầu lỗ hang
chứa đầy nớc, khi hình thành phức bao, các phân tử nớc bị đẩy ra ngoài nhờng chỗ
cho phân tử khách thể vốn kỵ nớc hơn đang có mặt trong dung dịch. Kết quả là một
liên kết không cực - không cực đợc tạo ra, làm giảm sức căng vòng - CD và đa đến
trạng thái năng lợng thấp hơn, bền vững hơn. Trong quá trình tạo phức, không có liên
kết đồng hoá trị nào bị phá vỡ hay tạo ra [10].
Chính tác động tơng hỗ của lực nguyên tử (lực Van der Waals), lực nhiệt động
(cầu nối hydro) và lực dung môi (tơng tác kỵ nớc) làm bền phức. Nói chung các phân
tử đợc bao đều ở cùng độ nghiêng chắc chắn theo hớng có lợi cho lực Van der Waals

[4].
Phức tồn tại trong một cân bằng động vốn phụ thuộc vào nồng độ của - CD,
của chất khách thể và nớc. Tốc độ tạo thành phức phụ thuộc phần lớn vào độ khớp
vừa của phân tử khách thể vào lỗ hang của - CD và độ lớn của các lực nhiệt động.
Kích thớc của phân tử khách thể càng phù hợp với lỗ hang của - CD, sự tạo phức
càng diễn ra dễ dàng và phức tạo ra càng bền. Ngoài ra, tốc độ tạo phức còn phụ
thuộc vào độ pha loãng - CD và chất khách thể trong dung dịch, dung môi sử dụng
và nhiệt độ...

* ảnh hởng của sự tạo phức
Phức bao - CD có ảnh hởng rõ rệt đến tính chất lý hoá của chất khách thể và
đợc thể hiện ở các điểm dới đây:
- Làm bền các chất nhạy cảm với ánh sáng, với oxi hoá, nhiệt.
- Làm bền các hợp chất dễ bay hơi, dễ thăng hoa.
- Thay đổi khả năng phản ứng hoá học.
- Tăng độ tan.
- Thay đổi mùi, vị sản phẩm, che giấu mùi vị khó chịu.
- Thay đổi hợp chất từ thể lỏng sang thể bột rắn.

- 10 -


- Tăng khả năng phân tách các hợp chất.

1.1.4. ứng dụng của - CD
- CD đợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực trên cơ sở khả năng tạo phức bao với
nhiều hợp chất, qua đó thay đổi các tính chất lý hoá của chúng. Các ứng dụng này
nhằm:
- Tăng độ hoà tan của các hợp chất a béo, ít tan trong nớc.
- Chuyển các chất từ dạng lỏng sang dạng rắn.

- Gắn cố định các chất dễ bay hơi, bảo vệ các chất dễ hút ẩm.
- Loại các mùi vị khó chịu trong sản phẩm.
- Làm bền các chất nhạy cảm với ánh sáng, nhiệt, oxy.
- Phối trộn đợc các phân tử hoạt động mạnh mà không xảy ra tơng tác giữa chúng
(bằng cách che khuất cục bộ một số hợp chất trong hỗn hợp).
- Lựa chọn, định hớng phản ứng (bằng cách bao bọc các nhóm định chức).
- Tách các hợp chất ra dới dạng phức (kết tủa từ dung dịch, hấp phụ trên polime CD).
- Kiểm soát sự giải phóng các thành phần hoạt động nh chất thơm hay dợc chất.
Với u điểm là độ hoạt động tơng đối thấp lại ít độc nên - CD đợc sử dụng rộng
rãi trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng, đặc biệt đối với công nghiệp dợc
phẩm và thực phẩm.

* Trong công nghệ thực phẩm và hơng liệu
- CD đợc dùng chủ yếu để bảo vệ chất thơm, chất màu, các chất dễ bị oxi hoá,
hoặc dùng để loại cholesterol hay các chất gây mùi vị khó chịu trong thực phẩm.
Hầu hết các chất thơm tự nhiên hay tổng hợp đều dễ bay hơi. Khi đợc tạo phức
với - CD, các chất thơm này đợc bảo vệ khỏi bị thất thoát trong quá trình công nghệ
hoặc tàng trữ, bảo quản [14]. Các chất béo hay vitamin trong thực phẩm là những
chất dễ bị phân huỷ do oxi hoá và nhiệt. Việc tạo phức với - CD khiến chúng khó
tiếp xúc với các tác nhân gây h hỏng do đó độ bền của chúng tăng lên. Ví dụ,
apartame và neotame là các thành phần tạo vị ngọt trong thực phẩm và đồ uống vốn
dễ bị thuỷ phân làm mất độ ngọt, khi đợc tạo phức với - CD thì độ bền của chúng
tăng lên rõ rệt [16].

- 11 -


- CD còn là một chất hỗ trợ công nghệ hiệu quả trong chế biến và bảo quản
thực phẩm. Đầu tiên phải kể đến đó là tác dụng loại cholesterol trong các sản phẩm
thực phẩm nh trứng, sữa, dầu béo. Khi trộn dung dịch - CD với dầu béo, - CD tạo

phức với cholesterol, phức hoà tan trong lớp nớc và đợc tách ra khỏi lớp dầu. Với
cách xử lý nh vậy có thể loại đến 80% cholesterol trong sản phẩm. Tơng tự, có thể
dùng - CD để loại các axít béo tự do khỏi chất béo để tăng tính chiên rán của dầu
(nh giảm tạo khói, tạo bọt, bị biến màu hay đóng cặn dầu) [21].
- CD cũng đợc dùng để che giấu các mùi vị khó chịu trong thực phẩm. Khi
hợp chất này đợc tạo phức với - CD, nó trở nên bị cô lập và khó tiếp xúc với bề
mặt tiếp nhận cảm giác. Chẳng hạn, có thể dùng - CD để giảm độ đắng cho sản
phẩm nớc chanh, cam (gây ra do các hợp chất limonoid hoặc flavonoid). -CD cũng
đợc dùng để kiểm soát độ đắng ở hydrolysat sữa đặc hay trà, cà phê... [21].
- CD cũng đợc sử dụng để tăng độ hoà tan của một số thành phần của thực
phẩm, chẳng hạn với flavonoid và terpenoid là những chất có lợi cho sức khoẻ nhng
do chúng kém tan nên khó sử dụng đợc trong thực phẩm.
Chính lí do này, ngời ta sử dụng -CD để làm tăng độ đàn hồi, độ mềm dẻo của bột
nhào trong sản xuất các sản phẩm từ bột mỳ nh mỳ sợi, bánh pie, pizza...
- CD cũng đợc dùng để phát hiện aflatoxin trong mẫu thực phẩm bằng sắc ký
lỏng [8].

* Trong công nghiệp dợc
- CD đợc ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp dợc với khả năng nổi bật là
làm tăng hoạt tính sinh học của thuốc (thông qua làm tăng độ hoà tan, độ bền, độ hấp
thụ và làm giảm tác dụng phụ của thuốc).
Yêu cầu đối với một dợc chất là nó phải đủ tan trong nớc để đến đợc màng tế
bào nhng đủ kỵ nớc để có thể thấm qua màng tế bào. Hầu hết các dợc chất đều
không đạt độ tan trong nớc yêu cầu. Vì vậy trong một công thức thuốc thờng phải có
thêm các phụ gia khác nh các dung môi hữu cơ, chất hoạt động bề mặt, điều kiện
pH... nhng chúng thờng độc và đôi khi gây tác dụng ngợc. - CD có u điểm là không
độc, giảm tác dụng phụ cũng nh có thể làm bền các thành phần hoạt động của thuốc,
đồng thời che giấu vị đắng khó chịu của thuốc. - CD đợc dùng rộng rãi trong các
công thức thuốc giảm đau, thuốc chống nhiễm trùng, thuốc chống dị ứng, co giật,
thuốc lợi niệu, các chất chống nghiện... [4].

* Trong các quá trình chuyển hoá sinh học và lên men

- 12 -


- CD có thể tạo phức với các chất độc hay các chất cạnh tranh sinh học làm
giảm các yếu tố ức chế enzim hoặc vi sinh vật. Ngoài ra, - CD có thể làm tăng độ
hoà tan của các cơ chất hữu cơ vốn ít tan trong nớc, tạo điều kiện nâng cao hiệu suất
của quá trình. Chẳng hạn, hiệu suất quá trình chuyển hoá cholesterol thành androst 4 - ene - 3, 17 - dione bằng vi sinh vật chỉ 40%, nhng với sự có mặt của - CD, hiệu
suất này đạt 90%; ảnh hởng có lợi này là nhờ độ tan trong dung dịch của cholesterol
(một steroid) tăng lên khi đợc tạo phức với - CD. - CD cũng cho thấy có tác dụng
xúc tiến quá trình lên men sản xuất kháng sinh nhóm lankacidin bằng Streptomyces
sp. hay chuyển hoá andehyt thành rợu thơm bằng S. cerevisiae, nhờ làm tăng độ tan
của các cơ chất a béo.
- CD có khả năng tạo phức không tan với một số sản phẩm của quá trình
chuyển hoá, do đó có thể dùng để tách chọn lọc sản phẩm [13].

* Trong công nghệ môi trờng
- CD đóng vai trò quan trọng trong công nghệ môi trờng nhờ tác dụng làm
hoà tan các chất ô nhiễm hữu cơ, hấp thụ và loại bỏ các chất hữu cơ cũng nh các kim
loại nặng từ đất, nớc và không khí bằng quá trình tạo phức.
Trong môi trờng có chứa trichlorfon từ thuốc trừ sâu, trichlorfon không kết tinh
sẽ bị tạo phức với - CD và đợc loại ra đến 90%. - CD cũng đợc dùng để lọc các
chất thải khí từ công nghiệp hoá chất. Khả năng làm tăng độ tan của CD và - CD
cũng đợc dùng để kiểm tra độ ô nhiễm đất vì khi tạo phức với CD, các chất nhiễm
trong đất trở nên hoà tan và dễ dàng xác định đợc hơn. - CD có thể xúc tiến quá
trình phân huỷ các hidrocacbon vốn ảnh hởng đến sinh trởng của vi sinh vật và làm
giảm các chất độc giúp tăng sinh khối các vi sinh vật trong xử lý ô nhiễm bằng phơng pháp sinh học [17].

* Trong công nghiệp mỹ phẩm
Lợi ích của - CD trong công nghiệp mỹ phẩm là làm ổn định và kiểm soát hơng thơm, tăng độ tan, chuyển các chất dạng lỏng thành dạng rắn. - CD đợc ứng
dụng rộng rãi trong kem đánh răng, kem dỡng da, giấy vệ sinh...
Tơng tác giữa - CD và các chất tạo hơng trong mỹ phẩm làm cản trở quá trình
bay hơi nên giữ hơng thơm đợc lâu hơn (mặt khác làm giảm tác dụng kích ứng của
chúng với da). - CD cũng đợc sử dụng trong một số mỹ phẩm để khử mùi cơ thể
hoặc trong các sản phẩm chăm sóc tóc để giảm sự bay hơi của các mercaptan vốn
gây mùi khó chịu [15]. Trong các sản phẩm kem đánh răng, - CD làm tăng độ hoà

- 13 -


tan của triclosan (một chất kháng khuẩn). Độ nhũ hoá của các loại kem dỡng da
cũng đợc tăng lên nhờ tác dụng của - CD.

* Trong công nghiệp bao gói, dệt may
CD và - CD có thể đợc dùng trong công nghiệp dệt may để làm thơm vải, làm
vải đỡ bắt bụi, bắt mùi hay mồ hôi. - CD còn đợc dùng để nhuộm vải, làm màu vải
bền hơn. Trong công nghiệp bao gói, các phức bao - CD có chứa dầu chống vi
khuẩn và các tác nhân bay hơi đợc phủ lên giấy gói các sản phẩm tơi nhằm bảo quản
đợc lâu hơn [18].

* Trong nông nghiệp và công nghiệp hoá học
Phức của - CD với nhiều hoá chất phục vụ nông nghiệp nh thuốc diệt cỏ,
thuốc trừ sâu, trừ nấm ... làm tăng độ bền và độ tan của các sản phẩm trên. Trong
công nghiệp hoá học, - CD đợc dùng rộng rãi để tách các isome, enantiome hay
xúc tác các phản ứng. Về mặt xúc tác, các CD có thể đợc biến đổi để có tác dụng xúc
tác bắt chớc theo cơ chế của enzim hoặc ảnh hởng đến hoạt tính xúc tác của enzim
theo hớng kìm hãm hay xúc tiến phản ứng.

* Trong phân tích
- CD và các CD có khả năng phân biệt các isome, các nhóm chức năng, các
enantiome hay các homologue do đó đợc dùng rộng rãi trong phân tách các hỗn hợp
[59]. - CD cũng đợc dùng làm phối tử hoá học ở pha tĩnh hay pha động [10], trong
điện di mao quản, trong sắc ký lỏng cao áp (dùng làm pha tĩnh liên kết với chất
mang rắn), trong điện di gen, sắc ký khí, sắc ký điện động học, trao đổi ion, sắc ký
áp lực, sắc ký bản mỏng, tách qua màng, biosensor. Hơn nữa, - CD còn đợc dùng
để tăng độ bền của chất phân tích, tăng khả năng phát hiện chất cần phân tích .
Tóm lại, nhờ vào cấu trúc đặc biệt của mình, - CD nói riêng và các CD nói
chung đã đóng góp một phần quan trọng trong nghiên cứu cũng nh trong các lĩnh vực
công nghiệp từ mỹ phẩm, thực phẩm đến dợc phẩm .

1.1.5. các phơng pháp tinh sạch - CD
Cyclodextrin đợc sản xuất bằng quá trình chuyển hóa glucosyl nội phân tử nhờ
enzim cyclodextrin glucosyltranferaza từ nguyên liệu tinh bột. Cyclodextrin
glucozyltransferaza (CGTaza) là enzim thuộc họ - amylaza, đợc xếp vào loại exoenzim và không có khả năng đi qua các điểm phân nhánh trong phân tử tinh bột. Sản
phẩm chính dới xúc tác của CGTaza trên tinh bột là - ,- ,- CD và các dextrin phân

- 14 -


nhánh phân tử lợng cao (gọi là dextrin giới hạn CGTaza). 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 tơng đối
thấp. Có bốn phản ứng đợc xúc tác bởi enzim này là:
- Phản ứng thuỷ phân mạch tinh bột:
Ga + H2O

Gn + Gm.

(1)

- Tạo nên sự không cân xứng :
Gn + G m

G (n-x) + G (m+x) . (2)

- Tạo vòng từ các phân tử chuỗi dài :
Gn

G(n-x) + CycloGx.

(3)

- Liên kết hay liên hợp các oligosaccarit lại :
CycloGn + G(n-x)

G n.

(4)

ở đây, Gn là chất cho, Gm là chất nhận và x là số gốc glucoza đợc trao đổi.
Sản phẩm của quá trình cyclodextrin hóa là một hỗn hợp của - ,- ,cyclodextrin. Để thu nhận từng loại phải tiến hành tách chúng ra khỏi hỗn hợp bằng
các phơng pháp nh: kết tinh, dùng chất tạo phức chọn lọc, rồi nhả phức và kết tinh
hoặc dùng phơng pháp siêu lọc.

* Phơng pháp tách sử dụng dung môi
Trên thực tế, trong phản ứng enzim, việc tạo thành phức của một CD nào đó với
một chất khách thể làm thay đổi tỉ lệ : : và hiệu suất tạo CD tăng lên đáng kể. Tỉ
lệ : : trong sản phẩm cuối cùng đợc chuyển tới một dạng sản phẩm chính của

CD với hiệu suất hơn 90% phụ thuộc vào khả năng lựa chọn của tác nhân tạo phức.
Do vậy, công nghệ tách có thể sử dụng các dung môi khác nhau:
Cramer và Steinle đã quan sát thấy khi bổ sung toluen vào hỗn hợp phản ứng,
hiệu suất chuyển hoá thành -CD tiếp tục tăng lên và lợng -CD sau khi đạt cực đại
trong thời gian ngắn đã giảm đi đáng kể. Khi không bổ sung toluen thì sản phẩm
chính là -CD. Với enzim CDTaza sản xuất từ Baccilus macerans , Suzuki và cộng sự
đã đạt đợc hiệu suất tạo -CD là 51,2% khi có mặt của trichloethylene chỉ kèm rất ít
-CD. Khi có mặt của 1-decadol, sự chuyển hoá thành -CD đạt năng suất 35,9% và
-CD là 3,1%.
Tuy nhiên, phơng pháp tách CD sử dụng dung môi có nhợc điểm là sản phẩm
thu đợc có độc tính cao, dung môi cần phải thu hồi và gây ô nhiễm môi trờng. Mặt

- 15 -


khác, trong công nghiệp thực phẩm , cũng nh trong y học và mỹ phẩm thì yêu cầu
sản phẩm phải có độ tinh sạch cao và an toàn cho ngời sử dụng. Do đó, sản phẩm sản
xuất từ phơng pháp này phải yêu cầu một công đoạn tiếp theo khá phức tạp và tốn
kém.

* Phơng pháp tách không sử dụng dung môi
ở Nhật Bản trong những năm đầu thập kỉ 70, Horikoshi và đồng nghiệp đã phát
triển quá trình sản xuất CD mà không sử dụng bất kì dung môi vô cơ nào. Quy trình
sản xuất không dung môi đã đợc chấp nhận tại Nhật Bản, CD đợc coi nh một phụ gia
thực phẩm và do đó, các nhà sản xuất ở Nhật Bản đều sử dụng quá trình không dung
môi.
Một cải tiến trong quá trình sản xuất CD không dung môi là việc sử dụng máy
siêu lọc để loại bỏ các CD và acrylic dextrin nhỏ khác trong phản ứng enzim. Công
đoạn sử dụng máy siêu lọc tạo ra một hiệu suất cao hơn đáng kể, tạo điều kiện cho
quá trình tách các phần tinh bột không chuyển hoá khỏi các CD và việc kết tinh dễ

dàng hơn.
Việc tách các CD đợc thực hiện bằng cách kết tinh phân đoạn dựa trên độ hoà
tan trong nớc của các CD. Quá trình tách sẽ thu đợc sản phẩm đầu tiên là -CD do
độ tan của -CD là nhỏ nhất, sau đó mới có thể tách -CD và cuối cùng là -CD.
Để tách riêng -CD ra khỏi hỗn hợp thì có hai phơng pháp chủ yếu đợc sử
dụng. Đó là: + Trao đổi ion.
+ Sử dụng nấm men.
Phơng pháp trao đổi ion có u điểm là có thể tách và thu hồi đợc đồng thời CD và glucoza với độ tinh khiết cao; nhng chi phí rất cao. Do đó, phơng pháp này chỉ
dùng trong nghiên cứu.
Phơng pháp sử dụng nấm men là bổ sung nấm men vào dịch sau thuỷ phân.
Trong quá trình sinh trởng và phát triển của mình, nấm men sẽ tiêu thụ gần hết lợng
đờng đơn có trong dung dịch; do đó, ta sẽ tách và thu hồi đợc -CD một cách dễ
dàng.
Hiện tại trên thế giới, quá trình tách và làm sạch -CD nói riêng và CD nói
chung bằng các phơng pháp lý học, sinh học đang rất thịnh hành, đảm bảo độ tinh
khiết cao và an toàn cho ngời sử dụng.

1.1.6. Tình hình nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng CD trên thế giới và ở
Việt Nam
* Thực trạng của CD trên thế giới:

- 16 -


Từ khi đợc phát hiện, CD đợc nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng ngày càng rộng
rãi. Điều đó thể hiện qua sự gia tăng nhanh con số các công bố nghiên cứu cũng nh
các sáng chế liên quan đến CD [20]. Đến cuối năm 1999, đã có hơn 4000 sáng chế
và hiện nay, mỗi tháng có đến 30 sáng chế mới về sản xuất, ứng dụng CD và các dẫn
xuất của nó [28].
ở đa số các nớc, CD và các dẫn xuất của nó đợc cho phép sử dụng (ở liều lợng

nhất định). ở Mỹ, CD đợc phép sử dụng nh là một chất bảo vệ hơng liệu ở kẹo cao
su, kẹo cứng, bột ngũ cốc với liều lợng không quá 2%; ở các sản phẩm bơ bánh
putding, bánh mì và đồ ống không quá 1%; các bánh snack, cracker không quá 0,5%
và bột xúp không quá 0,2%... ở úc, CD đợc phép sử dụng làm chất loại cholesterol từ
trứng, dầu ăn. ở các nớc EU, Nhật, Hàn quốc, - CD đợc cho phép dùng làm phụ gia
sản xuất thực phẩm (không quá 1g/kg). Trong dợc phẩm và các ngành công nghiệp
khác, nhiều nớc cũng đã cho phép sử dụng CD và các dẫn xuất CD [26].
Hiện nay, CD đợc sản xuất rộng rãi ở nhiều nớc nh Mỹ, Nhật, Trung quốc...Và
với tiềm năng ứng dụng rộng lớn nh vậy, chắc chắn trong tơng lai nhu cầu về CD sẽ
ngày càng gia tăng. Nh vậy, vấn đề đặt ra là phải tăng về số lợng và giảm về giá
thành sản phẩm CD. Tuy nhiên, hiện nay việc sản xuất CD đang gặp một số trở ngại
về mặt công nghệ nh sau:
- Thứ nhất, đa số các enzim CGTaza thơng mại đang đợc sử dụng để sản xuất CD
đều hoạt động yếu trên hạt tinh bột. Do đó, cần phải có giai đoạn dịch hoá tinh bột
với - amylaza, khiến quá trình phức tạp hơn và dịch tinh bột đợc dịch hoá với amylaza sẽ chứa maltodextrin là chất nhận trong phản ứng kết hợp xúc tác bởi
CGTaza, làm giảm hiệu suất chuyển hoá tinh bột thành CD. Tuy nhiên, vấn đề này
gần đây đã đợc giải quyết nhờ các enzim CGTaza bền nhiệt, có thể sử dụng để dịch
hoá tinh bột.
- Thứ hai, do bản chất của các CGTaza vốn bị ức chế bởi cơ chất và sản phẩm phản
ứng, cũng nh song song với phản ứng tạo vòng, nó còn có thể xúc tác phản ứng phá
vòng nên hiệu suất của quá trình chuyển hoá CD từ tinh bột thờng thấp, khiến giá
thành sản phẩm CD còn khá cao để có thể đợc sử dụng một cách rộng rãi.
- Thứ ba, sản phẩm chuyển hoá từ tinh bột nhờ các CGTaza thờng là hỗn hợp của 3
loại -, -, - CD, mà nếu muốn tách riêng ra từng loại, phải sử dụng các chất tạo
phức chọn lọc vốn ít nhiều gây độc hại và làm quá trình sản xuất phức tạp hơn (vì
phải có công đoạn loại các chất này), đẩy giá thành sản phẩm lên cao hơn.
Chính vì lý do giá thành mà ở Mỹ, trong khi thị trờng tiềm năng của CD có thể
lên tới 32.000 tấn/năm nhng năm 1995, lợng tiêu thụ trên toàn thế giới chỉ có 5500
tấn [26].

* Thực trạng CD ở Việt Nam

- 17 -


ở Việt Nam, việc nghiên cứu và sản xuất CD còn rất mới mẻ. Hầu hết các sản
phẩm đợc sản xuất từ nguyên liệu CD nh các gia vị hơng liệu (mù tạp, hơng liệu
dạng bột...) trong sản xuất đồ uống nh làm giảm độ đắng của nớc chanh, nớc cam ;
trong sản xuất bánh làm mềm bột và giữ đợc hơng lâu...hay trong sản xuất mỹ phẩm
để khử mùi hôi của cơ thể và lu đợc hơng lâu, đặc biệt là hơng liệu dạng bột hoàn
toàn thông qua nhập từ nớc ngoài.
Đã có một số các nghiên cứu về CD nhng chỉ là với lợng nhỏ vài gam sản phẩm
trong phòng thí nghiệm cha cha đợc ứng dụng trong thực tế sản xuất. Còn các
nghiên cứu về CD để sản xuất hơng liệu dạng bột thì mới bắt đầu.
Về tình hình nghiên cứu sản xuất CD thì vẫn cha có một công trình hoàn thiện
để có thể tiến hành sản xuất CD. Lợng CD sử dụng trong nớc đều hoàn toàn thông
qua nhập khẩu từ nớc ngoài. Vì vậy, xây dựng đợc một quy trình sản xuất CD phù
hợp với điều kiện trong nớc rõ ràng là một hớng đầu t rất hợp lý và hiệu quả. Trớc
hết, sản xuất CD trong nớc sẽ góp phần khai thác hiệu quả tiềm năng nguyên liệu
(sắn) của nớc ta. Thứ hai, là có thể tranh thủ đợc lực lợng lao động giá rẻ ở nớc ta.
Sản phẩm thu đợc sẽ đáp ứng nhu cầu trong nớc mà không phải nhập khẩu từ nớc
ngoài nên giá thành sẽ hợp lý hơn. Hơn nữa nó sẽ đa trình độ nghiên của và ứng
dụng công nghệ sinh học của Việt Nam lên tầm cao hơn.

1.2. Tinh bột SắN
1.2.1.Cấu tạo của tinh bột sắn
Tinh bột sắn có màu sáng trắng, có độ pH từ 4,5 đến 6,5. Hạt tinh bột sắn có
kích thớc 5 - 40 àm, chủ yếu là hình tròn, có bề mặt nhẵn.
Cấu tạo bên trong của tinh bột chủ yếu do 2 loại polysaccarit hợp thành là
amyloza và amylopectin. Trong tinh bột sắn, hàm lợng amilopectin tơng đối cao,

chiếm 78 - 80%, còn amyloza chiếm khoảng 20 - 22%. Hai cấu tử này của tinh bột
khác nhau về cấu tạo phân tử, tính chất lý, hoá học.

- 18 -


H×nh 1. 3. CÊu tróc ph©n tö amiloza

H×nh 1. 4. CÊu tróc ph©n tö amylopectin

1.2.2. TÝnh chÊt cña tinh bét s¾n

- 19 -


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 58-70C. Khi hồ hoá, độ nhớt dung dịch bột tăng rất nhanh và
có độ dính rất cao so với tinh bột từ các nguồn khác. Ngoài ra, hồ tinh bột sắn có xu
hớng thoái hoá thấp và độ bền gel cao [6].
Tinh bột sắn đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm. Có thể dùng
tinh bột sắn để trực tiếp 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 nh: tinh bột
biến tính, dextrin, maltoza, glucoza, fructoza, cồn, mì chính, axit xitric ở Việt
nam, nguyên liệu tinh bột sắn có thể nói là rất dồi dào, phong phú và rẻ tiền. Nớc ta
là nớc xuất khẩu sắn đứng thứ 2 trên thế giới (sau Thái lan) [7]. Lợi thế đó tạo nên
nhiều cơ hội để chế biến tinh bột, tinh bột biến tính và các sản phẩm từ tinh bột khác.

1.3. Nấm men
1.3.1. Hình thái và đặc điểm chung của nấm men
Nấm men ( les levure, the yeast ) là loại vi sinh vật có cấu tạo đơn bào, không

di động và sinh sản chủ yếu bằng phơng pháp nảy chồi.
Nấm men có khả năng sinh sản nhanh chóng, sinh khối của chúng rất giàu
protein, vitamin và lipid. Nấm men có khả năng lên men các loại đờng để tạo thành
rợu trong điều kiện yếm khí, còn trong điều kiện hiếu khí thì chúng lại có khả năng
tạo thành sinh khối tế bào, vì thế nấm men đợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp
thực phẩm để sản xuất rợu, bia, nớc giải khát lên men, sản xuất men bánh mỳ [5].
Chính những u điểm này mà nấm men đợc ứng dụng vào giai đoạn đồng hoá đờng, giúp tăng hiệu suất thu hồi alpha cyclodextrin.

1.3.2. Cấu tạo của tế bào nấm men
Tế bào nấm men có cấu tạo khá phức tạp, bao gồm:
- Vỏ tế bào.
- Màng nguyên sinh chất.
- Nguyên sinh chất.
- Ty lạp thể.
- Nhân tế bào.
- Hạt Riboxom.
- Hạt chất béo.
- Không bào.
- Lới nội chất.

- 20 -


- Bầu mô (chồi).

1.3.3. Hoạt động của tế bào nấm men
* Giai đoạn phát triển tăng sinh khối
Nấm men là biểu hiện vi sinh vật kỵ khí tuỳ tiện. Nếu đợc cung cấp đầy đủ
oxy thì nó phát triển ồ ạt, số lợng tế bào tăng nhanh, còn rợu không đợc trực tiếp tạo
thành hoặc tạo thành rất ít.

Quá trình diễn ra theo phơng trình:
C6 H12 O6 + 6 O2

6 CO2 + 6 H2O + Q.

Trong quá trình này, nấm men sủ dụng nguồn thức ăn từ môi trờng, sử dụng
nguồn oxy đợc cung cấp để tổng hợp các chất cần thiết cho cơ thể.
Quá trình sinh trởng của nấm men diễn ra trong 4 pha nh sau:
- Pha tiềm sinh : Nấm men thích nghi dần với điều kiện của môi trờng.
- Pha logarit : Khi đã thích nghi đợc với điều kiện môi trờng, nấm men tăng trởng với
tốc độ rất nhanh. Sau một khoảng thời gian nhất định từ 24- 32 giờ, lợng sinh khối
đạt giá trị cao nhất.
- Pha cân bằng : Tại thời điểm này mật độ tế bào tăng hoặc giảm rất ít.
- Pha suy vong : Lúc này, tế bào bắt đầu già và có hiện tợng thoái hoá. Số tế bào chết
đi ngày càng nhiều hơn tế bào sống.
Qua đó, ngời ta điều khiển việc cung cấp oxy cho môi trờng để thúc đẩy quá
trình tăng sinh khối của nấm men.

* Giai đoạn lên men
Khi không đủ oxy hoặc yếm khí, lợng sinh khối không tăng nhiều nh trớc nữa
mà chủ yếu diễn ra quá trình lên men rợu. Trong đó, nấm men đóng vai trò tác nhân
trực tiếp gây ra những biến đổi cơ bản của quá trình. Đó là sự chuyển hoá đờng, chủ
yếu là glucoza và fructoza thành rợu.
Mặc dù rợu là sản phẩm chính của quá trình lên men nhng ngoài rợu còn có
một số sản phẩm phụ khác do nấm men tổng hợp đợc cũng ảnh hởng chất lợng sản
phẩm tạo thành nh glyxerin, axit hữu cơ, vitamin, este
Mỗi loài nấm men có khả năng đồng hoá và lên men một số loại đờng nhất
định. Đối với nấm men dùng ở đây thì khả năng đồng hoá đờng glucoza, maltoza là
đợc quan tâm chính.

1.4. quá trình đồng hoá đờng
1.4.1. Các khái niệm cơ bản

- 21 -


Tất cả các quá trình chuyển hoá liên quan đến quá trình tổng hợp và phân huỷ
trong cơ thể vi sinh vật, cũng nh nấm men đợc gọi chung là quá trình trao đổi chất.
Sự trao đổi chất của cơ thể bao gồm hai quá trình chính:
- Quá trình đồng hoá:
Là quá trình trao đổi chất kiến tạo, tiêu hoá các chất dinh dỡng, đồng thời, chuyển
hoá tạo thành các chất riêng của cơ thể từng loại vi sinh vật.
- Quá trình dị hoá:
Là quá trình phân huỷ cá thành phần của cơ thể, các sản phẩm tạo thành đợc thải ra
môi trờng xung quanh hoặc đợc sử dụng lại một phần trong quá trình đồng hoá.

1.4.2. Các yếu tố ảnh hởng tới quá trình đồng hoá
* Hàm lợng đờng
Đờng là nguồn cung cấp năng lợng và cacbon cho hoạt động sống của nấm
men. Và quan trọng hơn cả đờng là cơ chất để nấm men sử dụng và chuyển hoá
thành rợu etylic, CO2 và một số sản phẩm phụ. Trong các loại đờng, glucoza là dạng
thích hợp nhất vì các loài nấm men thờng dễ đồng hoá. Dịch CD trớc khi đem đồng
hoá, bao gồm phần lớn là glucoza, maltoza và alpha cyclodextrin nên dễ dàng cho
nấm men chuyển hoá.
Hàm lợng đờng ban đầu ảnh hởng trực tiếp đến hoạt động nấm men. Nồng độ
đờng thích hợp cho đa số các loài nấm men là khoảng dới 220 g/l. Nếu vợt quá giá trị
trên thì tế bào nấm men sẽ bị ức chế. Tuy nhiên, vẫn có một số chủng nấm men có
khả năng lên men tốt ở hàm lợng đờng cao. Nấm men sinh trởng dễ đàng hơn ở nồng
độ đờng thấp.

* Lợng nấm men sử dụng
Bằng thực nghiệm các nhà khoa học đã chứng minh rằng vận tốc phát triển
phụ thuộc không chỉ vào nồng độ các chất dinh dỡng mà cả vào mật độ nấm men
trong môi trờng. Khi nồng độ tế bào lớn thì vận tốc sinh sản giảm vì sự trao đổi chất
giảm. Do vậy, trong các thiết bị nuôi cấy men ở dạng công nghiệp thì nồng độ nấm
men không nên quá 60 70 g/l (tính nấm men có độ ẩm 75 %).

* Thời gian nuôi cấy
Thời gian nuôi cấy chính là yếu tố rất quan trọng trong quá trình đồng hoá đờng. Với một nồng độ đờng nhất định trong dịch thì khoảng thời gian thích hợp cho
quá trình đồng hoá chính là yếu tố rất cần thiết trong quy trình công nghệ. Thời gian
quyết định quá trình đồng hoá có hết đờng hay không của nấm men. Nói cách khác,
chính thời gian cũng quyết định khả năng đồng hoá.

- 22 -


Tuy nhiên, thời gian nuôi cấy thích hợp không chỉ phụ thuộc vào nồng độ dịch
đờng ban đầu mà nó còn phụ thuộc vào cả nhiệt độ.

* Nhiệt độ
Nhiệt độ có ảnh hởng lớn đến tốc độ sinh trởng và khả năng đồng hoá của nấm
men. Nhiệt độ tối thích thay đổi tuỳ theo mỗi loài, chủng men và còn tuỳ thuộc vào
từng giai đoạn sinh trởng của nấm men.
Do nhiệt độ có ảnh hởng lớn đến chất lợng sản phẩm., nên cần duy trì nhiệt độ
ổn định trong suốt thời kỳ nuôi cấy.

* Oxy
Trong giai đoạn đầu của quá trình, tế bào nấm men rất cần oxy để sinh trởng
và phát triển số lợng tế bào. Nếu lợng oxy cung cấp không đủ thì số tế bào sẽ bị hạn
chế, ảnh hởng đến khả năng đồng hoá đờng.

* Các yếu tố khác
Ngoài các yếu tố kể trên, nấm men còn chịu ảnh hởng của một vài yếu tố khác
có mặt trong quá trình đồng hoá nh:
- Độ pH cũng là một trong các yếu tố có gây ảnh hởng đến hoạt động của nấm men.
Độ pH tối thích cho nấm men hoạt động là 4 6.
- Chất khoáng cũng rất cần thiết cho nấm men nhất là trong giai đoạn sinh trởng tăng
lợng sinh khối. Nấm men còn chịu ảnh hởng của các chất kích thích sinh trởng nh
biotin, vitamin
- Các chất ức chế cũng gây ảnh hởng đến quá trình sinh trởng và phát triển của nấm
men.
- Các sản phẩm phụ trung gian xuất hiện trong quá trình nếu đợc tích tụ dần có thể
ức chế hoạt động của nấm men. Sự khuếch tán CO 2 vào môi trờng cũng gây kìm hãm
sự trao đổi chất.
Nh vậy, quá trình đồng hoá chịu ảnh hởng của nhiều yếu tố ở các mức độ nhất
định. Muốn thu đợc alpha cyclodextrin với hiệu suất thu hồi cao và tinh khiết thì cần
chọn các điều kiện tốt nhất cho từng giai đoạn sinh trởng và phát triển của nấm men.

- 23 -


Chơng 2
Nguyên vật liệu và phơng pháp nghiên cứu
2.1. Nguyên vật liệu
2.1.1. Nguyên liệu
* Tinh bột sắn
Tinh bột sắn đợc sản xuất tại Sơn Đồng, Hà Tây với đặc điểm:
- Cảm quan: Bột mịn, màu sáng trắng.
- Hàm lợng tinh bột 98% (so với chất khô).
- Độ ẩm 12,3%.

* Enzim và nấm men
Chế phẩm enzim Glucoamylaza (AMG) của hãng NOVO Đan Mạch. Đây là chế
phẩm dạng lỏng, màu nâu, có tỉ trọng xấp xỉ 1,2 g/ml chứa glucoamylaza sản xuất từ
chủng Aspergillus niger.
Sumizyme L của Shin Nihon Chemical Co.,Ltd, Nhật Bản. Đây là chế phẩm
dạng bột, màu vàng nhạt, có chứa enzym -amylaza hoạt lực cao (100.000 u/g), sản
xuất từ chủng Aspergillus oryzae.
Nấm men bánh mỳ của Mori Langa, Việt Nam. Đây là chế phẩm nấm men khô,
màu vàng nhạt, sản xuất từ chủng Saccharomyces cerevisiae.

* Than hoạt tính
Than hoạt tính đợc sử dụng trong quá trình làm sạch và có nguồn gốc từ Nhật
Bản.

2.1.2. Thiết bị
Máy quang phổ UV- vis spectrophotometer 1601 của hãng Shimazu (Nhật).
Máy đo pH: Thermor Orion_ metter_ Model 410 (Trung Quốc).
Máy đo độ ẩm: Precisa HA60 (Thuỵ Sĩ).
Khúc xạ kế cầm tay.
Micropipet (Đức).
Nồi cách thuỷ GF1 mbH D3006 (Đức).

- 24 -


Tủ lạnh.

2.2. Phơng pháp nghiên cứu
2.2.1. Xác định DE theo phơng pháp DNS

DE đợc xác định theo phơng pháp axit dinitrosalicylic của Miller [2, 27].

* Định nghĩa DE
DE (Dextrose Equivalent) là lợng đờng khử (qui ra glucoza) so với ? chất khô.
Trong quá trình thuỷ phân, giá trị DE cho biết mức độ thuỷ phân tạo thành đờng khử.

* Cơ sở phơng pháp
Phơng pháp dựa trên cơ sở là phản ứng tạo màu giữa đờng khử với thuốc thử
axit dinitrosalicylic (DNS). Cờng độ màu của hỗn hợp phản ứng tỷ lệ thuận với nồng
độ đờng khử trong một phạm vi nhất định. Dựa trên đồ thị đờng chuẩn của glucoza
tinh khiết với thuốc thử axit dinitrosalicylic sẽ tính đợc hàm lợng đờng khử của mẫu
nghiên cứu.

* Hoá chất
- Thuốc thử DNS

Hỗn hợp: + DNS (2- Hydroxy- 2, 5- dinitrobenzoic axit- C7H4N2O7) 5g.
+ Nớc cất

300ml.

Khuấy ở 50C cho hoà tan hoàn toàn. Sau đó cho thêm 50 ml dung dịch NaOH 4N.
Cuối cùng thêm 150g muỗi Tartrat kép (KNaC 4H4O6 . 4H2O), hoà tan rồi cho vào
bình định mức 500ml. Thêm nớc cất đến vạch định mức. Bảo quản trong lọ thuỷ tinh
nút kín màu nâu. Nếu 1-2 ngày sau thấy xuất hiện kết tủa, phải lọc bỏ kết tủa. Chuẩn
3ml thuốc thử DNS bằng HCl 0,1N với 5- 6ml chỉ thị phenolphtalein. Nếu cần, thêm
NaOH.
- Glucoza tinh khiết (>99%).

* Tiến hành

- Dựng đồ thị chuẩn glucoza

+ Pha dãy dung dịch glucoza chuẩn có nồng độ 1, 3, 5, 10, 15, 20, 30, 50 mM.
+ Cho 1ml mỗi dung dịch chuẩn trên vào ống nghiệm khô sạch (mỗi nồng độ 2
ống).
+ Thêm vào mỗi ống nghiệm 3ml thuốc thử DNS.
+ Đun sôi mẫu 5 phút, làm lạnh đến nhiệt độ phòng.
+ Đo mật độ quang của mẫu ở bớc sóng 575 nm với đối chứng là nớc cất.

- 25 -