Nghiên cứu quy trình sản xuất nước uống thuỷ phân từ bột trái bí đỏ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN KỸ THUẬT - KINH TẾ BIỂN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG
THỦY PHÂN TỪ BỘT TRÁI BÍ ĐỎ

SVTH

: Tống Thị Hương

MSSV

: 13030483

GVHD

: ThS. Chu Thị Hà

Lớp

: DH13TP

Khóa học

: 2013 - 2017

Vũng Tàu, tháng 7
năm 2017

i


TRƯỜNG ĐH BÀ RỊA VŨNG TÀU

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Viện Kỹ Thuật – Kinh Tế Biển

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Tống Thị Hương

MSSV: 13030483

Ngày, tháng, năm sinh: 24/02/1995

Nơi sinh: Thanh Hóa

Địa chỉ: Xã Tân Lâm, Huyện Xuyên Mộc, Tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu.
E- mail:
I.

TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu quy trình sản xuất nước uống thủy phân từ

bột trái bí đỏ.
AI.

NGÀY GIAO ĐỀ TÀI: 2/2017

BI.

NGÀY HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN: 6/2017

IV. HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Cô Chu Thị Hà

Bà Rịa – Vũng Tàu, Ngày 26 tháng 6 năm 2017
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

SINH VIÊN THỰC HIỆN

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)

ThS. Chu Thị Hà

Tống Thị Hương

TRƯỞNG BỘ MÔN

TRƯỞNG KHOA

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)

i

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

Vũng Tàu, tháng 7 năm 2017
Giảng viên hướng dẫn
(kí và ghi rõ họ tên)

ii


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

Vũng Tàu, tháng 7 năm 2017
Giảng viên phản biện
(kí và ghi rõ họ tên)

iii


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô Viện kĩ
thuật – kinh tế biển đã truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu
trong suốt thời gian qua.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến cô Chu Thị Hà cô đã tận tình giúp đỡ, trực
tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án, để em có thể hoàn

thành tốt bài đồ án này. Trong thời gian làm việc với cô, em không ngừng tiếp
thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ
nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học
tập và làm việc sau này.
Do thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế nên bài đồ án còn nhiều thiếu
sót. Em rất mong nhận được nhiều sự góp ý của các thầy, cô giáo và các bạn để
bài đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Vũng Tàu, ngày 26 tháng 6 năm 2017

iv


LỜI CAM ĐOAN
Trong quá trình thực hiện đồ án, tôi xin cam đoan những số liệu thu được từ
quá trình thực nghiệm là hoàn toàn chính xác và không sao chép từ bất cứ đồ án,
công trình nghiên cứu nào. Các phần có trích dẫn nội dung từ những tài liệu
tham khảo đã được ghi rõ trong phần Tài liệu tham khảo cuối đồ án. Tôi xin cam
đoan những điều trên là sự thật và chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan
này.

Sinh viên thực hiện

Tống Thị Hương

v


MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU..................................................................................................1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN..............................................................................2
1.1. Đặc điểm nguyên liệu.................................................................................2
1.1.1. Giới thiệu về cây bí đỏ............................................................................ 2
1.1.1.1. Hình thái...............................................................................................2
1.1.1.2. Bột bí đỏ...............................................................................................2
1.1.1.3. Phân bố sinh học và sinh thái...............................................................3
1.1.1.4. Thành phần hóa học............................................................................. 3
1.1.1.5. Ý nghĩa kinh tế.....................................................................................4
1.2. Giới thiệu chung về tinh bột.......................................................................5
1.3. Khái quát về quá trình thủy phân............................................................... 7
1.3.1. Bản chất và ý nghĩa của quá trình thủy phân.......................................... 7
1.3.2. Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân..................................8
1.3.3. Cơ chế của quá trình thủy phân.............................................................13
1.4. Quá trình thủy phân tinh bột.....................................................................14
1.5. Enzyme sử dụng trong nghiên cứu Enzyme α-amylase (termamyl)........20
1.6. Phụ gia và hóa chất...................................................................................23
1.6.1.Nước sử dụng trong nghiên cứu.............................................................23
1.6.2.Acid citric...............................................................................................23
1.6.3. Bao bì đề xuất..................................................................................... 25
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.........26
2.1. Đối tượng nghiên cứu...............................................................................26
2.1.1. Bột bí đỏ................................................................................................26
2.1.2. Các chế phẩm enzyme...........................................................................26
2.2.1. Phương tiện thí nghiệm.........................................................................29
2.2.2. Phương pháp hóa học............................................................................ 30
2.3. Bố trí thí nghiệm...................................................................................... 42
2.3.1. Quy trình dự kiến.................................................................................. 42
vi

2.3.2. Bố trí thí nghiệm nghiên cứu.................................................................43
2.4. Phương pháp hoàn thiện sản phẩm...........................................................47
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................... 48
3.1. Kết quả và thảo luận.................................................................................48
3.1.1. Khảo sát tỉ lệ nước và bột bí đỏ phù hợp cho sản phẩm........................48
3.1.2. Khảo sát nhiệt độ và thời gian thích hợp cho giai đoạn dịch hóa..........50
3.1.3. Khảo sát nồng độ enzyme và thời gian thích hợp cho giai đoạn đường hóa

51
3.1.4. Quy trình đề xuất...................................................................................54
3.1.4.1. Sơ đồ quy trình đề xuất...................................................................... 54
3.1.4.2. Thuyết minh quy trình........................................................................56
3.2. Sản xuất thử nghiệm sản phẩm theo quy trình đề xuất............................ 57
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ....................................................59
4.1. Kết luận.................................................................................................... 59
4.2. Đề nghị..................................................................................................... 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................ 38
PHỤ LỤC.......................................................................................................40

vii


DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Hình dáng trái bí đỏ.......................................................................... 2
Hình 1.2. Bột bí đỏ............................................................................................3
Hình 1.3. Một số sản phẩm khác từ bí đỏ......................................................... 4
Hình 1.4. Một phần cấu trúc amylose............................................................... 5
Hình 1.5. Một phần cấu trúc amylopectin.........................................................6

Hình 1.6. Biến thiên vận tốc phản ứng theo nồng độ cơ chất.........................10
Hình 1.7. Cấu trúc không gian của a-Amylase...............................................15
Hình 1.8. Cấu trúc phân tử tinh bột bị phân cắt..............................................17
Hình 2.1. Hình ảnh các enzyme sử dụng trong nghiên cứu............................27
Hình 2.2. Sơ đồ quy trình dự kiến...................................................................42
Hình 2.3. Sơ đồ tóm tắt bố trí thí nghiệm 2.................................................... 44
Hình 2.4. Sơ đồ tóm tắt bố trí thí nghiệm 3.................................................... 46
Hình 2.5. Nước uống đóng chai thủy phân..................................................... 47
Hình 3.1. Hình ảnh chuẩn bị mẫu cảm quan...................................................48
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn kết quả cảm quan sản phẩm với các tỉ lệ nước: bột bí
đỏ khác nhau................................................................................................... 49
Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian lên giai đoạn
dịch hóa...........................................................................................................51
Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nồng độ enzyme và thời gỉan
đường hóa đến hiệu suất thủy phân (%)..........................................................53
Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nồng độ enzyme và thời gian
đường hóa đến hàm lượng đường khử (%).....................................................53
Hình 3.6. Sơ đồ quy trình đề xuất cho sản phẩm............................................ 55

viii


DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Nhiệt độ hồ hóa của một số tinh bột...................................................7
Bảng 1.2. Một số tính chất khác nhau của α-amylase từ các nguồn khác nhau 18

Bảng 1.3. Các tính chất khác nhau của β-Amylase...........................................19
Bảng 1.4. Độ ổn định của Termamyl (thời gian (phút) cần thiết để mất 50% hoạt
tính)................................................................................................................... 21

Bảng 1.5. Quy định về chất lượng cảm quan của acid citric trong thực phẩm . 24
Bảng 1.6. Quy định về thành phần hoá học của acid citric trong thực phẩm....24
Bảng 2.1. Đặc tính sản phẩm.............................................................................27
Bảng 2.2. Đặc điểm sản phẩm...........................................................................28
Bảng 2.3. Bảng mô tả nội dung đánh giá cảm quan..........................................32
Bảng 2.4. Bảng phân cấp chất lượng.................................................................38
Bảng 2.5. Bảng điểm về độ trong và màu sắc của sản phẩm............................ 39
Bảng 2.6. Bảng về vị của nước giải khát thủy phân..........................................40
Bảng 2.7. Bảng điểm về mùi của nước giải khát thủy phân..............................40
Bảng 2.8. Bảng tỉ lệ các mẫu trong thí nghiệm................................................. 43
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ nước : bột bí đỏ đến giá trị cảm quan sản phẩm48
Bảng 3.2. Bảng đánh giá xếp loại chất lượng sản phẩm................................... 49
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian trong giai đoạn dịch hóa........50
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ, thời gian lên giai đoạn đường hóa............52

ix


DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
‘:

phút.

ml:

mililit.

g:

gram.

mg:

miligam

STT:

số thứ tự

NXB:

nhà xuất bản

E. Termamyl

Enzyme Termamyl.

E. Fungamyl

Enzyme Fungamy

x


LỜI MỞ ĐẦU
Đặt vấn đề
Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa nên thiên nhiên đã ban tặng
cho thảm thực vật vô cùng phong phú và đa dạng, đặc biệt là sự phong phú của
các loại rau củ. Mỗi mùa đều có những loại rau củ quả đặc trưng cho từng vùng
miền – đây là đặc điểm mà không phải quốc gia nào trên thế giới cũng có được.

Với những đặc điểm ấy, cộng với 70% dân số làm nghề nông và diện tích canh
tác rau củ khoảng 1.500.000 ha, phát triển sản xuất rau củ quả là một trong
những vấn đề mang tầm chiến lược quốc gia. Hầu hết rau củ quả không những
cung cấp những chất bổ dưỡng cho cơ thể mà còn cung cấp các chất có hoạt tính
sinh học cao, giúp con người phòng và chữa bệnh. Trong đó có thể kể đến một
loại rau trái mà nhân dân ta quen dùng làm thực phẩm, đó là bí đỏ.
Hiện nay, trên thị trường sử dụng bí đỏ để làm thực phẩm vẫn còn hạn chế.
Một trong những nguyên nhân chính là các sản phẩm chế biến từ bí đỏ hiện có
trên thị trường chưa được phong phú và đa dạng. Chính vì lẽ đó, với mong muốn
đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng, một sản phẩm mới: nước
giải khát từ trái bí đỏ, cho ra thành phẩm uống liền tiện lợi, góp phần làm phong
phú thêm thị trường nước giải khát Việt Nam.
Bên cạnh đó, giúp nông dân nâng cao hiệu quả kinh tế cây trồng (nhất là
những vùng đất bạc màu), tăng thu nhập, góp phần xóa đói giảm nghèo.
Từ đó, em đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu quy trình sản xuất nước uống
đóng chai từ bột trái bí đỏ”
Mục tiêu nghiên cứu
Nhằm tạo ra sản phẩm nước uống đóng chai giàu dinh dưỡng, giữ được tính
chất tự nhiên của nguyên liệu. không chứa chất bảo quản mà chất lượng vẫn ổn
định.
Để đạt được mục tiêu trên, chúng tôi tiến hành khảo sát những nội dung sau:
-

Tỉ lệ thích hợp của bột bí đỏ và nước

-

Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lên hiệu suất quá trình thủy phân.

-

Ảnh hưởng của nồng độ, thời gian lên giai đoạn đường hóa.
1


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Đặc điểm nguyên liệu
1.1.1. Giới thiệu về cây bí đỏ
1.1.1.1. Hình thái
Bí ngô hay còn được gọi là bí đỏ là một loại cây thuộc chi Cucurbita, họ
bầu bí (Cucurbitaceae). Đây là tên

thông dụng để chỉ các loại cây thuộc các

loài: Cucurbita pepo, Cucurbita

mixta, Cucurbita maxima, và Cucurbita

moschata.
Nguồn gốc của bí ngô chưa được xác định tuy nhiên nhiều người cho rằng
bí ngô có nguồn gốc ở Bắc Mỹ. Bằng chứng cổ nhất là các hạt bí ngô có niên đại
từ năm 7000 đến 5500 trước Công nguyên đã được tìm thấy ở México. Đây là
loại quả lớn nhất trên thế giới.

Hình 1.1. Hình dáng trái bí đỏ
1.1.1.2. Bột bí đỏ
Bột bí đỏ có màu vàng đặc trưng có thể lẫn vào các hạt màu nâu. Trong quá
trình sản xuất, sấy bí đỏ ảnh hưởng đến màu sắc của bột bí đỏ. Màu sắc của bột
ảnh hưởng nhiều đến chất lượng cũng như giá trị cảm quan của sản phẩm.

2


Hình 1.2. Bột bí đỏ
1.1.1.3. Phân bố sinh học và sinh thái
Ở

nước ta, bí đỏ được trồng ở nhiều nơi từ đồng bằng đến vùng núi. Cây ưa

sáng biên độ sinh thái rộng, sinh trưởng tốt trên nhiều vùng đất có khí hậu khác
nhau, được gieo vào tháng 4 - 5 dương lịch. Bí đỏ có thể thu non làm rau sử
dụng ngay. Thu non, bí đỏ sẽ liên tục ra quả nhiều, dây trẻ lâu, nếu muốn bảo
quản dự trữ dùng lâu dài cần để bí già mới thu hoạch.
Có hai giống bí đỏ được ưa chuộng nhất ở nước ta:
Giống Bí Vàm Răng: Trồng phổ biến ở Kiên Giang, Cần Thơ, Sóc Trăng. Trái
tròn dẹp, có khía, nặng 3 - 5 kg, trái già màu vàng, vỏ hai da, thịt dầy, déo, màu
vàng tươi.
Giống bí trái dài Buôn Ma Thuột: Trồng phổ biến ở miền Đông Nam Bộ và
cao nguyên. Trái bầu dục dài, nặng 1 – 2 kg, vỏ vàng xanh hay vàng, trơn láng
hay sần sùi, thịt móng, màu vàng tươi đến vàng cam, ít dẻo, ngon ngọt. [15]
1.1.1.4. Thành phần hóa học
Quả bí đỏ chứa 88,3-87,2% nước, 1,40-1,33 protid, 0,5-0,43% lipid, 5,6 %
tinh bột, 0,08% vitamin C, 0,004% vitamin PP, 0,001% vitamin B 1, 0,8-1,01%
tro. Thịt quả tươi chứa 2,81% đường tổng số.

3


1.1.1.5. Ý nghĩa kinh tế
Bí đỏ là loại cây trồng lấy trái được chế biến như một loại rau. Bí đỏ được

dùng để chế biến thực phẩm như: bí đỏ sấy, bánh bí đỏ, bột ăn dặm cho trẻ,…

Hình 1.3. Một số sản phẩm khác từ bí đỏ
Ưu điểm của cây bí đỏ là loại cây dễ trồng, ít bị sâu bệnh, kỹ thuật trồng và
chăm sóc rất đơn giản, không kén đất, có thể trồng được ở nhiều loại đất khác
nhau.
Tuy nhiên khó khăn của người dân hiện nay là khâu tiêu thụ sản phẩm. Vì vậy,
để mở rộng và phát triển diện tích trồng cây bí đỏ, hệ thống khuyến nông và các
ngành chức năng cần tăng cường quảng bá, giới thiệu giúp nông dân tiêu thụ sản
phẩm trên thị trường, cần nghiên cứu sản xuất đa dạng hóa các sản phẩm ở quy
mô công nghiệp.
1.1.1.6. Tác dụng của bí đỏ
Bí đỏ là nguồn thức ăn cung cấp provitamin A thiên nhiên phong phú. Ngoài tỷ
lệ chất xơ và sắt khá cao, bí đỏ còn mang lại vitamin C, axit folic, magic, kali và
chất đạm. Trong đó, thịt bí đỏ là thành phần chứa nhiều vitamin A, đóng vai trò
quan trọng trong sự phát triển của sự tăng trưởng xương và sinh sản, vitamin A
còn tham gia vào quá trình sinh tổng hợp protein, điều hoà hệ miễn dịch, bão vệ
cho da. Trong bí đỏ còn chứa một chất cần thiết cho sự phát triển của não bộ đó
là acid glutamic, đây là chất đóng vai trò quan trọng trong bồi dưỡng thần kinh,
làm tăng cường các phản ứng chuyển hoá trong tế bào thần kinh và não. Vì vậy,

4


bí đỏ được coi là thức ăn bổ não, trị suy nhược thần kinh và là thức ăn cho trẻ
em chậm phát triển về trí óc.
1.2. Giới thiệu chung về tinh bột
Tinh bột là thành phần chính của hạt ngũ cốc và củ lương thực. Hạt tinh bột
được cấu tạo từ amylose và amylopectin, xung quanh là một lớp vỏ cấu tạo cũng
bằng amylose và amylopectin. Các hạt xếp thành từng lớp. Hạt tinh bột từ những

nguyên liệu khác nhau có hình dạng và kích thước khác nhau.
Tinh bột là một carbohyđrate cao phân tử bao gồm các đơn vị D-glucose
nối với nhau bởi liên kết α-glucoside. Công thức phân tử gần đúng là
(C6H10O5)n trong đó n có giá trị từ vài trăm đến khoảng mười nghìn. Tinh bột có
dạng hạt màu trắng tạo bởi hai loại polyme là amylose và amylopectin. Amylose
là polyme mạch thẳng gồm các đơn vị D- glucose liên kết với nhau bởi liên kết
α-1,4- glucoside.

Hình 1.4. Một phần cấu trúc amylose
Amylopectin là polyme mạch nhánh, ngoài chuỗi glucose thông thường còn
có những chuỗi nhánh liên kết với chuỗi chính bằng liên kết α-l,6-glucoside. Các
hạt tinh bột là những tinh thể đa hình. Bên trong hạt tinh bột có phần kết tinh do
amylose và phần phân nhánh của amylopectin tạo thành làm cho chúng không tan
trong nước lạnh và tương đối trơ với các enzyme.

5


Hình 1.5. Một phần cấu trúc amylopectin

❖

Tính chất của tinh bột
Quá trình trương nở:

Khi hòa tan tinh bột vào nước, đầu tiên các phân tử nước sẽ thâm nhập vào
giữa các phân tử tinh bột có kích thước lớn và tương tác với các nhóm hoạt động
của tinh bột, tạo ra lớp vỏ nước và làm cho mắt xích nào đó của phân tử tinh bột
bị yếu đi. Kết quả, phân tử tinh bột bị xê dịch, hút nước rồi trương lên. Quá trình
trương xảy ra không hạn chế sẽ làm bung ra các phân tử tinh bột và hệ chuyển

thành dạng dung dịch. Quá trình trương luôn luôn đến trước quá trình hòa tan và
đây là một quá trình phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ bên ngoài.
❖ Tính chất hồ hóa của tinh bột:

Nhiệt độ để phá vỡ hạt chuyển tinh bột từ trạng thái đầu có mức độ hydrat hóa
khác nhau thành dung dịch keo gọi là nhiệt độ hồ hóa. Các biến đổi hóa lí khi hồ
hóa như sau: hạt tinh bột trương lên, tăng độ trong suốt và độ nhớt, các phân tử
mạch thẳng và nhỏ thì hòa tan và sau đó tự liên hợp với nhau để tạo thành gel.
Nhiệt độ hồ hóa không phải là một điểm mà là một khoảng nhiệt độ nhất định.
Tùy điều kiện hồ hóa như nhiệt độ, nguồn gốc tinh bột, kích thước hạt và pH mà
mức độ phá vỡ và trương nở của tinh bột khác nhau.

6


Bảng 1.1. Nhiệt độ hồ hóa của một số tinh bột [7]

❖

Độ nhớt của hồ tinh bột:

Một trong những tính chất quan trọng của tinh bột có ảnh hưởng đến chất
lượng và kết cấu của nhiều sản phẩm thực phẩm đó là độ nhớt. Phân tử tinh bột
có nhiều nhóm hydroxyl có khả năng liên kết được với nhau làm cho phân tử
tinh bột tập hợp lại, giữ nhiều nước hơn khiến cho dung dịch có độ đặc, độ dính,
độ dẻo và độ nhớt cao hơn.
❖ Khả năng tạo gel và sự thoái hóa gel:

Tinh bột sau khi hồ hóa và để nguội, các phân tử tinh bột sẽ tương tác nhau và
xắp xếp lại một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột. Để tạo được gel thì

dung dịch tinh bột phải có nồng độ đậm đặc vừa phải, phải được hồ hóa để
chuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan và sau đó được để nguội ở trạng thái yên
tĩnh. Trong gel tinh bột chỉ có các liên kết hydro tham gia, có thể nối trực tiếp
các mạch polyglucoside hoặc gián tiếp qua phân tử nước. Khi gel tinh bột để
nguội một thời gian dài sẽ co lại và lượng dịch thể sẽ thoát ra, gọi là sự thoái
hóa.
1.3. Khái quát về quá trình thủy phân
1.3.1. Bản chất và ý nghĩa của quá trình thủy phân [8]
Khái niệm quá trình thủy phân là quá trình phân cắt một hợp chất cao phân
tử thành các phân tử đơn giản hơn dưới tác dụng của các xúc tác sinh học, hóa
7


học và có sự tham gia của nước.
Phản ứng thủy phân là phản ứng rất phổ biến trong bảo quản và sản xuất
thực phẩm. Do phản ứng thủy phân mà chất lượng các sản phẩm thực phẩm bị
giảm đi nhưng cũng nhờ phản ứng thủy phân để tăng thêm phẩm chất cho thực
phẩm. Qua phản ứng thủy phân, không những các tính chất cảm quan mà các
tính chất hóa học của sản phẩm của bị biến đổi rất nhiều.
Phản ứng thủy phân thường là mở đầu cho một loạt các phản ứng khác tiếp
diễn. Các phản ứng có thể xảy ra khi phản ứng thủy phân đã kết thúc .
Xét về mặt sinh học, phản ứng thủy phân thường đặc trưng cho giai đoạn
phân giải, giai đoạn cuối cùng của một quá trình sinh học.
Bên cạnh đó, trong kỹ thuật sản xuất các sản phẩm thực phẩm, phản ứng
thủy phân có vai trò rất quan trọng. Để giảm bớt tổn thất các chất thực phẩm,
người ta phải tìm những biện pháp kỹ thuật tương ứng để ngăn ngừa và hạn chế
các sản phẩm thủy phân. Ngược lại, nếu qua phản ứng thủy phân mà chất lượng
thành phẩm tăng lên thì người ta tạo điều kiện cho phản ứng thủy phân ấy xảy ra
đến tận cùng. Chẳng hạn từ tinh bột, muốn có được dịch đường glucose người ta
phải tạo điều kiện để phản ứng thủy phân tinh bột bằng enzyme đạt đến mức tối

đa.
1.3.2. Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân [6]
Vận tốc của quá trình thủy phân liên quan hoạt tính của enzyme xúc tác cho
phản ứng. Hoạt tính của enzyme xúc tác càng mạnh thì quá trình thủy phân diễn
ra càng nhanh và triệt để.
✓ Ảnh hưởng của chất xúc tác và nồng độ chất xúc tác [6]

Phản ứng tăng khi nồng độ chất xúc tác tăng, nhưng đến một giới hạn nào
đó, khi cơ chất thủy phân đã hết mà tiếp tục bổ sung chất xúc tác sẽ cho sản
phẩm thủy phân mong muốn tiếp tục phân hủy. Do đó, cần kiểm tra thực nghiệm
để xác định nồng độ chất xúc tác thích hợp cho quá trình thủy phân.
✓ Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất thủy phân [6]

Nồng độ cơ chất đưa vào thủy phân tăng thì hiệu suất của quá trình thủy
8


phân tăng. Tuy nhiên, sự tăng nồng độ cơ chất này phải phù hợp với nồng độ
chất xúc tác thì quá trình thủy phân mới diễn ra triệt để. Do đó, tùy theo yêu cầu
chất lượng của sản phẩm mà ta khống chế nồng độ cơ chất cho phù hợp.
Phương trình Michaelis-Menten biểu diễn mối quan hệ giữa vận tốc phản
ứng với nồng độ cơ chất:
E + S ↔ ES → E + P

Trong đó
-

S: cơ chất

-

E: emzyme

-

P: sản phẩm

-

ES: phức trung gian

Phản ứng enzyme được đặc trưng bởi các hằng số tốc độ phản ứng sau:
-

K1 : hằng số tốc độ của phản ứng tạo phức [ES]

-

K-1 : hằng số tốc độ của phản ứng phân ly phức [ES] ngược lại

-

K2: hằng số tốc độ của phản ứng phân ly phức thành sản

phẩm
Phương trình Michaelis-Menten được thể hiện qua công thức
sau:
Trong đó:
V = V max ×

-

[S]: nồng độ cơ chất.

-

Km: hằng số Michaelis đặc trưng cho mỗi emzyme. Km đặc trưng

cho ái lực enzyme đối với cơ chất.
Đặt:

V:

vận tốc tạo thành sản phẩm.

- vmax: vận tốc cực đại.

9


Hình 1.6. Biến thiên vận tốc phản ứng theo nồng độ cơ chất
Qua đó cho thấy, khi tăng nồng độ cơ chất thì vận tốc phản ứng tăng và khi tăng
nồng độ cơ chất tới một giá trị xác định nào đó thì vận tốc đạt giá trị cực đại
Vmax. Sau đó vận tốc phản ứng không tăng nữa dù nồng độ cơ chất tiếp tục tăng.
✓ Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường [6]

Theo quy luật của các phản ứng hóa học thông thường, vận tốc phản ứng
enzyme càng tăng khi tăng nhiệt độ. Nhưng vì enzyme có bản chất là protein nên
khi tăng nhiệt độ tới một giá trị giới hạn nào đó thì vận tốc phản ứng enzyme sẽ
bị giảm do sự biến tính của protein.

Trong khoảng nhiệt độ mà enzyme chưa bị biến tính thì hệ số nhiệt độ của
đa số enzyme vào khoảng 1,4 đến 2. Nghĩa là khi tăng nhiệt độ lên 10°C thì vận
tốc phản ứng tăng từ 1,4 đến 2 lần. Khi bắt đầu có sự biến tính protein thì xảy ra
hiện tượng: một mặt vận tốc phản ứng vẫn tăng theo sự tăng nhiệt độ, mặt khác
vận tốc biến tính protein xảy ra nhanh hơn. Kết quả là vận tốc phản ứng giảm
dần tới đình chỉ hoàn toàn.
Nhiệt độ ứng với vận tốc cực đại gọi là nhiệt độ tối thích. Nhiệt độ mà tại
đó enzyme bị mất hoàn toàn hoạt tính gọi là nhiệt độ tới hạn. Nhiệt độ tối thích
của cùng loại enzyme có nguồn gốc khác nhau thì không giống nhau, thường
enzyme có nguồn gốc thực vật có nhiệt độ tối thích là 50 - 60°C, enzyme từ
nguồn gốc động vật 40 - 50°C. Nhiệt độ quá thấp cũng làm giảm hoạt độ của
enzyme, nhưng do trong điều kiện này enzyme không bị biến tính nên khi đưa
nhiệt độ trở lại điều kiện thích hợp thì hoạt tính của enzyme lại được phục hồi.
Nhiệt độ tối thích của enzyme không phải là hằng số mà nó phụ thuộc vào
10


nhiều yếu tố như cơ chất, pH môi trường, nồng độ enzyme, nguồn enzyme... đặc
biệt là thời gian tác dụng càng dài thì nhiệt độ tối thích càng giảm.
✓ Ảnh hưởng của thời gian thủy phân [6]

Thời gian thủy phân dài hay ngắn là để cho quá trình phân giải, cắt đứt các
liên kết glucoside trong chuỗi polypeptide của tinh bột dưới tác dụng của các
chất xúc tác. Khi nhiệt độ tăng thì động năng tăng dẫn đến vận tốc phản ứng
tăng. Tuy nhiên, nhiệt độ tăng cao, vì bản chất là protein nên enzyme bị biến tính
và mất hoạt tính xúc tác. Do đó, thời gian thích hợp sẽ có tác dụng thúc đẩy quá
trình thủy phân.
✓ Ảnh hưởng của chất kích thích và chất kìm hãm [6]

Một số chất hóa học khi bổ sung vào phản ứng enzyme làm tăng hay làm

giảm vận tốc phản ứng enzyme. Chất đó được gọi là chất kích thích hay chất
kìm hãm. Ý nghĩa của sự phân chia này chỉ mang tính tương đối, vì một chất ở
nồng độ này là kích thích nhưng ở nồng độ khác lại là kìm hãm. Hoặc chất kích
thích ở phản ứng này mà lại là kìm hãm ở phản ứng khác.
Chất kích thích (chất hoạt hóa): là chất có khả năng làm tăng tốc độ phản
ứng enzyme, hoạt hóa enzyme từ trạng thái không hoạt động sang trạng thái hoạt
động.
Cơ chế: làm enzyme có khả năng tham gia vào phản ứng chuyển hóa nhóm,
chuyển hóa hydro trong phản ứng xúc tác, biến đổi trung tâm hoạt động của
enzyme tới trạng thái thích hợp, dẫn đến phục hồi những nhóm chức năng hoạt
động trong trung tâm hoạt động của enzyme. Các ion kim loại có thể tham gia
tạo thành trung tâm hoạt động của các enzyme, làm cầu nối cho enzyme và cơ
chất.
Các chất hoạt hóa có thể làm tăng hoạt độ enzyme bằng cách gián tiếp hay
trực tiếp
-

Hoạt hóa gián tiếp: nếu chất hoạt hóa làm tăng tốc độ phản ứng enzyme

bằng cách loại trừ chất kìm hãm khỏi hỗn hợp phản ứng hoặc tham gia phản ứng
nhưng không tác dụng trực tiếp với phân tử enzyme.
-

Hoạt hóa trực tiếp: các chất hoạt hóa thường tác dụng vào trung tâm hoạt
11


động của enzyme hoặc làm biến đổi cấu hình không gian của phân tử enzyme
theo hướng có lợi cho hoạt động xúc tác.
Chất kìm hãm (chất ức chế): là những chất làm giảm tốc độ phản ứng

enzyme, hoặc vô hoạt enzyme. Tất cả những chất gây biến tính protein đều là
những chất kìm hãm không đặc hiệu của enzyme. Các chất này có tác dụng kìm
hãm tất cả các enzyme. Ngoài ra, có nhiều chất khác không làm biến tính protein
enzyme nhưng vẫn làm giảm hoạt độ xúc tác của nó. Nói chung, tác dụng kìm
hãm có thể là do chất kìm hãm kết hợp với enzyme tạo thành phức Enzyme chất kìm hãm theo phản ứng sau:
K+i
E+I=<

> EI

K-i
- Nếu

k = 0 phức chất EI hoàn toàn không phân li. Sự kìm hãm ở đây là

không thuận nghịch. Dưới tác dụng của chất kìm hãm không thuận nghịch, mức
độ kìm hãm tăng theo thời gian tác dụng, nếu nồng độ chất kìm hãm đủ lớn để
bão hòa enzyme thì cuối cùng phản ứng enzyme sẽ ngừng hoàn toàn. Hơn nữa,
khi loại chất kìm hãm hoạt độ của enzyme cũng không được phục hồi.
- Trong

trường hợp kìm hãm thuận nghịch, hình thành trạng thái cân bằng

của phản ứng trên, mức độ kìm hãm được thể hiện bằng hằng số phân ly (K 1 )
của phức chất enzyme - chất kìm hãm.
-

Giá trị K1 càng lớn, phức chất càng dễ phân ly. Dưới tác dụng của chất

kìm hãm thuận nghịch, hoạt động của enzyme có thể được phục hồi sau khi loại

chất kìm hãm. Các chất kìm hãm có thể tác dụng với enzyme theo nhiều cách
như sau:
- Kìm

hãm thuận nghịch: khi loại bỏ chất kìm hãm thì hoạt tính enzyme trở

lại như ban đầu.
- Kìm

hãm bất thuận nghịch: nếu loại bỏ chất kìm hãm thì enzyme cũng

không có lại hoạt tính ban đầu.
-

Kìm hãm cạnh tranh: chất kìm hãm có cấu trúc hóa học gần giống cấu tạo
12


hóa học của cơ chất, do đó nó sẽ cạnh tranh trung tâm hoạt động của enzyme với
cơ chất, chất kìm hãm sẽ kết hợp với trung tâm hoạt động, làm cho lượng cơ
chất phản ứng với enzyme bị giảm xuống, tốc độ phản ứng giảm. Nồng độ chất
kìm hãm càng cao, vận tốc phản ứng càng giảm, khắc phục bằng cách tăng nồng
độ cơ chất để loại bỏ tác dụng của chất kìm hãm.
- Kìm

hãm không cạnh tranh: chất kìm hãm kết hợp với enzyme, làm thay

đổi cấu trúc không gian của enzyme, làm cho enzyme không tác dụng được với
cơ chất, vận tốc phản ứng lúc này chỉ phụ thuộc vào nồng độ chất kìm hãm mà
không có cách khắc phục.

1.3.3. Cơ chế của quá trình thủy phân [13]
1.
Ở

Quá trình hồ hoá tinh bột

nhiệt độ thường tinh bột không hòa tan được trong nước nhưng hòa tan tốt

trong môi trường kiềm. Trong nước, khi nhiệt độ tăng, các hạt tinh bột sẽ hút
nước và trương nở làm tăng độ nhớt của dung dịch. Khi thể tích của hạt tăng đến
một lúc nào đó sẽ phá vỡ lớp vỏ bên ngoài, amylose và amypectin thoát ra, tạo
thành các túi vô định hình, khả năng hút nước tăng tối đa.
Các hạt tinh bột có kích thước khác nhau, hạt tinh bột lớn bị hồ hóa đầu
tiên, hạt tinh bột nhỏ bị hồ hóa sau cùng. Vì vậy, nhiệt độ hồ hóa không phải là
một điểm mà là một khoảng nhiệt độ.
Nhiệt độ hồ hóa là nhiệt độ mà tại đó diễn ra và kết thúc quá trình chuyển
tinh bột từ trạng thái tinh thể sang trạng thái lỏng. Nhiệt độ hồ hóa phụ thuộc
vào nhiều yếu tố: tính chất mỗi loại tinh bột, môi trường khuếch tán, nồng độ
huyền phù của tinh bột, tốc độ đun nóng, độ ẩm ban đầu của tinh bột,... khi tăng
nồng độ huyền phù tinh bột thì nhiệt độ hồ hóa tăng lên chút ít, hoặc khi hạt tinh
bột có kích thước nhỏ sẽ có nhiệt độ hồ hóa cao hơn so với hạt có kích thước
lớn.
Quá trình hồ hóa ở tất cả các loại tinh bột đều giống nhau: ban đầu độ nhớt
của hồ tinh bột tăng dần lên sau đó qua một giá trị cực đại rồi giảm xuống.
2.

Quá trình dịch hóa và đường hóa tinh
bột 13

Tinh bột sau khi hồ hóa sẽ dễ dàng cho việc thực hiện các quá trình: dịch
hóa, đường hóa gọi chung là quá trình thủy phân tinh bột.
Sản phẩm của quá trình thủy phân tinh bột bằng enzyme là phân cắt
amylose, amylopectin và dextrin bậc cao thành đường đường đơn giản mantose,
một lượng nhỏ glucose và các dextrin bậc thấp dễ hòa tan trong nước trở thành
chất hòa tan của dịch đường.
Quá trình đường hóa tinh bột là kết quả của quá trình tác động của nhóm
enzyme amylase.
❖

Cơ chế của phản ứng thủy phân:

Không phụ thuộc vào nguồn gốc của chất xúc tác, mỗi khi các liên kết - 1,4
và α- 1,6 glucoside bị phân cắt, thì tại các điểm đó ngay lập tức được liên kết với
các nhóm ion của nước.
Khảo sát quá trình thủy phân tinh bột ở môi trường giàu nước bởi enzyme
amylose cho thấy rằng: các chất xúc tác bẻ gãy mối liên kết glucoside giữa
nguyên tử carbon số 1 với nguyên tử oxy. Ở mạch amylose, khi mối liên kết 1,4- glucoside bị phân cắt thì nhóm hydroxyl (OH) của nước sẽ liên kết với liên
kết carbon số 1 ở gốc glucoside bên trái, còn cation hydro (H +) sẽ liên kết với
nguyên tử carbon số 4 ở glucoside bên phải. Đối với mạch amylopeptide, khi
mối liên kết -l,6-glucoside bị phân cắt, thì nhóm OH - của nước sẽ liên kết với
nguyên tử carbon số 1 ở mạch chính, còn H + sẽ liên kết với O2- ở nguyên tử
carbon số 6.
1.4. Quá trình thủy phân tinh bột
1.
❖

Enzyme -amylase ( -l,4-glucanohydrolase) (EC 3.2.1.1)

Cấu tạo

Enzyme

-amylase là protein có phân tử lượng thấp, thường nằm trong

14