Ứng dụng sóng siêu âm để nâng cao hiệu quả quá trình thủy phân tinh bột khoai mì

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
FOG

BÁO CÁO TỔNG KẾT KẾT QUẢ
ĐỀ TÀI KHCN CẤP TRƯỜNG

Tên đề tài:

ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM ĐỂ
NÂNG CAO HIỆU QUẢ QUÁ TRÌNH
THỦY PHÂN
TINH BỘT KHOAI MÌ

Mã số đề tài: T-NCKH-2011-41
Thời gian thực hiện: 15/3/2011 – 15/3/2012
Chủ nhiệm đề tài: Trần Thị Thu Trà

Thành phố Hồ Chí Minh – Tháng 03/2012
1


Danh sách các cán bộ tham gia thực hiện đề tài
1.
2.

ThS. Trần Thị Thu Trà – Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Kỹ thuật Hóa học
PGS TS. Lê Văn Việt Mẫn – Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Kỹ thuật Hóa học

2

MỤC LỤC
Danh sách các cán bộ tham gia thực hiện đề tài................................................................2 
MỤC LỤC.........................................................................................................................3 
DANH SÁCH CÁC BẢNG ..............................................................................................5 
DANH SÁCH CÁC HÌNH ...............................................................................................6 
1.  Đặt vấn đề ..................................................................................................................8 
2.  Mục tiêu đề tài ...........................................................................................................8 
3.  Sơ đồ nghiên cứu .......................................................................................................8 
4.  Thiết bị và phương pháp thực hiện thí nghiệm.........................................................9 
4.1. 

Thiết bị siêu âm......................................................................................................9 

4.2. 

Thiết bị gia nhiệt và khuấy.....................................................................................9 

4.3. 

Thiết bị ly tâm........................................................................................................9 

4.4. 

Xác định hàm lượng tinh bột hòa tan...................................................................10 

4.5. 

Xác định hàm lượng đường khử ..........................................................................10 

5.  Các kết quả đạt được theo nội dung đã thuyết minh đăng ký..................................11 
5.1. 

Vấn đề 1: Khảo sát ảnh hưởng của quá trình siêu âm lên q trình hồ hóa – dịch hóa tinh bột

tại nồng độ cao ................................................................................................................11 
5.1.1. 

Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của quá trình siêu âm lên quá trình hồ hóa tinh

bột khơng có sự tham gia của enzyme ........................................................................................11 
5.1.1.1. 

Thí nghiệm 1.1: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ huyền phù tinh bột(HPTB).......11 

5.1.1.2. 

Thí nghiệm 1.2: Khảo sát ảnh hưởng của cường độ siêu âm đến hiệu quả quá trình

xử lý siêu âm khi hồ hố tinh bột................................................................................................15 
5.1.1.3. 
5.1.2. 

Thí nghiệm 1.3: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian siêu âm...................................18 
Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của sóng siêu âm lên hoạt tính của chế phẩm

enzyme Termamyl (enzyme α-amylase) trong huyền phù tinh bột.............................................21 
5.1.2.1. 

Thí nghiệm 2.1: Ảnh hưởng của sóng siêu âm lên chế phẩm Termamyl khi khơng có

mặt tinh bột .................................................................................................................................21 
5.1.2.2. 

Thí nghiệm 2.2: Khảo sát ảnh hưởng của sóng siêu âm đến hiệu quả thủy phân tinh

bột khoai mì của chế phẩm Termamyl ở các nồng độ huyền phù tinh bột khác nhau................22 
5.1.2.3. 

Thí nghiệm 2.3: Khảo sát ảnh hưởng của cường độ siêu âm...................................24 

3


5.1.3. 

Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng kết hợp của siêu âm và sử dụng chế phẩm

Termamyl đến hiệu quả quá trình thủy phân tinh bột ................................................................26 
5.1.4. 
5.2. 

Kết luận của vấn đề 1...................................................................................................29 

Vấn đề 2: Khảo sát ảnh hưởng của quá trình siêu âm lên q trình đường hóa tinh bột
5.2.1. 

29 

Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của quá trình siêu âm lên q trình đường hóa

khơng có sự tham gia của enzyme ..............................................................................................29 
5.2.2. 

Thí nghiệm 5: Khảo sát ảnh hưởng của q trình siêu âm lên hoạt tính của enzyme

gluco-amylase .............................................................................................................................29 
5.2.3. 

Thí nghiệm 6: Khảo sát ảnh hưởng của quá trình đường hóa nhờ enzyme glucose -

amylase sau khi đã hoạt hóa.......................................................................................................31 
5.2.4. 

Kết luận của vấn đề 2...................................................................................................32 

6.  Kết luận và kiến nghị...............................................................................................32 
6.1. 

Kết luận................................................................................................................32 

6.2. 

Kiến nghị..............................................................................................................33 

7.  Tài liệu tham khảo ...................................................................................................34 
8.  Báo cáo kinh phí đã chi kể cả các nguồn khác ngồi ngân sách nhà nước và báo cáo quyết toán
38 

4

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1: Các thông số của thiết bị siêu âm.....................................................................................9 
Bảng 2: Các thông số của thiết bị ly tâm.....................................................................................10 
Bảng 3: Các thông số của máy quang phổ so màu ......................................................................10 
Bảng 4: Thời điểm lấy mẫu của TN 1.1 ......................................................................................11 
Bảng 5: Giá trị A0 và k trong phương trình đường khử của mẫu siêu âm (U) và mẫu đối chứng
(C) tại các nồng độ HPTB khác nhau.................................................................................................12 
Bảng 6: Giá trị A0 và k trong phương trình TBHT của mẫu siêu âm (U) và mẫu đối chứng (C)
tại các nồng độ HPTB khác nhau .......................................................................................................13 
Bảng 7: Thời điểm lấy mẫu của TN 1.3 ......................................................................................18 
Bảng 8: Ảnh hưởng của công suất và thời gian siêu âm lên MĐTP của chế phẩm Termamyl...21 
Bảng 9: Thời điểm lấy mẫu của các thí nghiệm TN 2.2 và TN 2.3............................................23 
Bảng 10: Giá tri A0 và k trong phương trình đường khử của các mẫu siêu âm và các mẫu đối
chứng tại các nồng độ HPTB khác nhau ............................................................................................23 
Bảng 11: Kí hiệu mẫu TN 3.........................................................................................................27 
Bảng 12: Thời điểm lấy mẫu của TN 3 .......................................................................................27 
Bảng 13: Ảnh hưởng của công suất và thời gian siêu âm lên ĐKTT của chế phẩm Dextrozyme
GA ......................................................................................................................................................30 

5


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1: Sơ đồ nghiên cứu đề nghị trong đề cương........................................................................8 
Hình 2: Thiết bị gia nhiệt và khuấy ...............................................................................................9 
Hình 3: Sơ đồ tiến trình thực hiện các thí nghiệm TN 1.1, TN 1.2, TN1.3.................................11 
Hình 4: Đồ thị biểu diễn kích thước trung bình và độ giảm kích thước trung bình mẫu tại các
nồng độ HPTB khác nhau ..................................................................................................................12 

Hình 5: Đồ thị biểu diễn hiệu quả giải phóng đường khử của mẫu siêu âm tại các nồng độ
HPTB khác nhau so với mẫu đối chứng.............................................................................................13 
Hình 6: Đồ thị biểu diễn hiệu quả giải phóng TBHT của mẫu siêu âm tại các nồng độ HPTB so
với mẫu đối chứng..............................................................................................................................13 
Hình 7: Đồ thị biểu diễn kích thước trung bình và độ giảm kích thước trung bình của mẫu tại
các cường độ siêu âm khác nhau........................................................................................................15 
Hình 8: Đồ thị biểu diễn hàm lượng đường khử theo thời gian của các mẫu siêu âm và đối
chứng tại các cường độ siêu âm khác nhau........................................................................................16 
Hình 9: Đồ thị biểu diễn hiệu quả giải phóng đường khử của các mẫu siêu âm và đối chứng tại
các cường độ siêu âm khác nhau........................................................................................................16 
Hình 10: Đồ thị biểu diễn hàm lượng TBHT theo thời gian của mẫu siêu âm và đối chứng tại
các cường độ siêu âm khác nhau........................................................................................................17 
Hình 11: Đồ thị biểu diễn hiệu quả giải phóng TBHT của các mẫu siêu âm tại các cường độ so
với mẫu đối chứng..............................................................................................................................17 
Hình 12: Đồ thị biểu diễn kích thước trung bình và độ giảm kích thước trung bình của các mẫu
tại các thời gian siêu âm khác nhau....................................................................................................19 
Hình 13: Đồ thị biểu diễn hiệu quả giải phóng đường khử của các mẫu siêu âm tại các thời gian
siêu âm khác nhau ..............................................................................................................................19 
Hình 14: Đồ thị biểu diễn hiệu quả giải phóng TBHT của các mẫu siêu âm tại các thời gian siêu
âm khác nhau......................................................................................................................................20 
Hình 15: Ảnh hưởng của công suất và thời gian siêu âm lên MĐTP của chế phẩm Termamyl .22 
Hình 16: Đồ thị biểu diễn hiệu quả giải phóng đường khử của các mẫu siêu âm và mẫu đối
chứng có enzyme tại các nồng độ HPTB khác nhau..........................................................................23 
Hình 17: Đồ thị biểu diễn hàm lượng đường khử theo thời gian của các mẫu siêu âm và đối
chứng tại các cường độ siêu âm khác nhau........................................................................................25 
6


Hình 18: Đồ thị biểu diễn hiệu quả giải phóng đường khử của các mẫu siêu âm và đối chứng có
enzyme tại các cường độ siêu âm khác nhau .....................................................................................25 

Hình 20: Sơ đồ tiến trình thực hiện TN3 .......................................................................................1 
Hình 20: Đồ thị biểu diễn hàm lượng đường khử theo thời gian của các mẫu SA và đối chứng
tại các nồng độ HPTB 20%, 35% với các chế độ bổ sung enzyme 1 lần và 2 lần .............................28 
Hình 21: Đồ thị biểu diễn hiệu quả giải phóng đường khử của các mẫu siêu âm tại các nồng độ
tinh bột 20%, 35% với các chế độ bổ sung enzyme 1 lần và 2 lần so với mẫu đối chứng.................28 
Hình 22: Ảnh hưởng của công suất siêu âm và thời gian siêu âm lên ĐKTT do chế phẩm
Dextrozyme GA tạo ra .......................................................................................................................31 
Hình 23: Hàm lượng đường khử sinh ra dưới tác dụng kết hợp của sóng siêu âm, chế phẩm
enzyme Termamyl và chế phẩm enzyme Dextrozyme GA................................................................32 

7


1. Đặt vấn đề
Theo quy trình sản xuất truyền thống để sản xuất ethanol theo quy mô công nghiệp từ khoai mì
thì khoai mì cần được nghiền để giải phóng tinh bột, sau đó qua q trình dịch hóa và đường hóa
bằng enzyme. Tuy nhiên, q trình truyền thống cần sử dụng lượng enzyme cao và thời gian xử lý
dài, do đó cho năng suất sản xuất ethanol thấp (Nitayavardhana, S. và cộng sự, 2008). Vì vậy, các
yêu cầu đặt ra cho các nhà máy sản xuất ethanol hiện nay là sử dụng nguồn nguyên liệu rẻ và sẵn có,
rút ngắn thời gian lên men, giảm chi phí sản xuất, quy trình đơn giản… Từ đó, sóng siêu âm trở
thành đối tượng nghiên cứu nhằm đáp ứng các yêu cầu trên.
2. Mục tiêu đề tài
Mục tiêu của đề tài nghiên cứu này là thử nghiệm sử dụng 1 giải pháp cơng nghệ mới: xử lý ngun
liệu tinh bột bằng sóng siêu âm nhằm nâng cao hiệu quả thủy phân.
3. Sơ đồ nghiên cứu

Hình 1: Sơ đồ nghiên cứu đề nghị trong đề cương

8

4. Thiết bị và phương pháp thực hiện thí nghiệm
4.1. Thiết bị siêu âm
• Thiết bị siêu âm dạng thanh của hãng Sonics Vibra Cell, hiệu VC 750 có các thơng số được
trình bày trong Bảng 1.
Bảng 1: Các thơng số của thiết bị siêu âm
Thông số
Công suất
Tần số siêu âm
Kích thước (H xW x D)
Khối lượng
Đường kính
Chiều dài
Thanh siêu âm
Khối lượng
Vật liệu
Thời gian siêu âm cho phép

Tối đa 750W
20kHz
235 x 190 x 340mm
6,8Kg
13mm
136mm
340g
Titan
giây – 10 giờ

4.2. Thiết bị gia nhiệt và khuấy
• Mục đích sử dụng:

‐ Gia nhiệt và giữ nhiệt dung dịch thí nghiệm.
‐ Khuấy đảo hỗn hợp thí nghiệm trong lúc gia nhiệt và giữ nhiệt.
• Thiết bị sử dụng:
Thiết bị được thiết kế riêng để sử dụng cho thí nghiệm.
‐ Thiết bị hình trụ kích thước: cao 40cm, đường kích 25cm.

Hình 2: Thiết bị gia nhiệt và khuấy
4.3. Thiết bị ly tâm
• Mục đích sử dụng: dùng để ly tâm mẫu thu phần dịch trong, chuẩn bị cho việc xác định hàm
lượng TBHT và hàm lượng đường khử.
• Thơng số cố định
‐ Tốc độ ly tâm: 3500rpm
‐ Thời gian ly tâm: 20 phút
9


• Thiết bị sử dụng: của hãng Hettich Zentrifugen, hiệu EBA 21. Các thông số của thiết bị ly
tâm được trình bày trong Bảng 2.
Bảng 2: Các thơng số của thiết bị ly tâm
Thông số
Năng lượng cung cấp
220 – 240V
Tần số
50 – 60Hz
Dung tích tối đa cho phép
6 (ống) x 50mL
Tốc độ tối đa, rpm
18000 vòng/phút
Gia tốc tối đa, RCF
25718g

Thời gian ly tâm cho phép
1 giây – 99 phút : 59 giây
Kích thước thiết bị (H xW x D)
247 x 275 x 330mm
Khối lượng thiết bị
Khoảng 11Kg
4.4. Xác định hàm lượng tinh bột hịa tan
• Ngun tắc: Cải tiến phương pháp của FuWa (1954), dựa trên phản ứng tạo màu giữa tinh
bột và thuốc thử liugon. Thuốc thử liugon ban đầu có màu vàng, sẽ cho một dãy màu xanh
tím với cường độ màu khác nhau tùy thuộc vào hàm lượng tinh bột. Cường độ màu của hỗn
hợp phản ứng tỷ lệ thuận với hàm lượng tinh bột cịn sót lại sau quá trình thủy phân, hay là
tỷ lệ nghịch với hàm lượng tinh bột đã bị thủy phân, xét trong một phạm vi nhất định, được
đo bằng máy quang phổ so màu. Từ kết quả độ hấp thu có được, dựa vào công thức để suy ra
mức độ thủy phân tinh bột của enzyme. Hợp chất tạo thành có độ hấp thu mạnh nhất trong
khoảng bước sóng 600 – 640nm, với khoảng tin cậy của giá trị độ hấp thu là 0,2 – 0,8.
• Cách thực hiện: Sau khi lấy mẫu, ly tâm mẫu với tốc độ ly tâm 3500rpm trong 20 phút rồi
lấy mẫu từ phần dịch trong sau khi ly tâm tác dụng với thuốc thử Iod (0,3% Iod trong 3%
KI). Đo tại bước sóng 620nm.
• Thiết bị sử dụng: Máy quang phổ so màu trong vùng nhìn thấy được GENESYS 20. Các
thơng số của máy quang phổ so màu được trình bày trong Bảng 3
Bảng 3: Các thông số của máy quang phổ so màu
Thông số
Thiết kế quang học
Tia đơn sắc
Dải quang phổ
≤ 8nm
Nguồn sáng
Tunsten-Halogen
Đầu dò
Siliocon Photodiode

Chiều dài sóng
325 – 1100nm (± 2,0nm)
Độ hấp thu
-0,1 – 2,5A (± 0,003A)
Kích thước (W x D x H)
30 x 33 x 19cm
Khối lượng
4,5Kg
4.5. Xác định hàm lượng đường khử
• Nguyên tắc: Phương pháp này dựa trên phản ứng tạo màu giữa đường khử với thuốc thử 3,5
– dinitrosalicylic acid (thuốc thử DNS). DNS có màu vàng trong dung dịch kiềm sẽ bị khử
thành acid 3-amino-5-nitrosalicylic có màu đỏ cam. Cường độ màu của hỗn hợp phản ứng tỷ
lệ thuận với nồng độ đường khử trong một phạm vi nhất định, được đo bằng máy quang phổ
so màu. Dựa theo đồ thị đường chuẩn của glucose tinh khiết với thuốc thử, ta sẽ tính được
hàm lượng đường khử của mẫu nghiên cứu. Hợp chất tạo thành có độ hấp thu mạnh nhất
trong khoảng bước sóng 540 – 600nm với khoảng tin cậy của giá trị độ hấp thu là 0,2 – 0,8
(Miller, 1959).
• Cách thực hiện: Sau khi lấy mẫu, ly tâm mẫu với tốc độ ly tâm 3500rpm trong 20 phút rồi
lấy mẫu từ phần dịch trong cho tác dụng với thuốc thử DNS. Đo ở bước song 540nm.
• Thiết bị sử dụng: Máy quang phổ so màu trong vùng nhìn thấy được GENESYS 20.
10


5. Các kết quả đạt được theo nội dung đã thuyết minh đăng ký.
5.1. Vấn đề 1: Khảo sát ảnh hưởng của quá trình siêu âm lên quá trình hồ hóa – dịch hóa tinh
bột tại nồng độ cao
5.1.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của quá trình siêu âm lên q trình hồ hóa tinh
bột khơng có sự tham gia của enzyme
5.1.1.1. Thí nghiệm 1.1: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ huyền phù tinh bột(HPTB)
• Mục đích thí nghiệm: khảo sát ảnh hưởng của nồng độ HPTB đến hiệu quả của quá trình xử lý

siêu âm khi hồ hóa tinh bột. Hiệu quả của q trình được đánh giá thông qua độ tăng hàm
lượng TBHT, hàm lượng đường khử và độ giảm kích thước hạt.
• Sơ đồ tiến trình thực hiện thí nghiệm
HPTB
Gia nhiệt

Giữ nhiệt

Siêu âm

Gia nhiệt lên 900C

Ủ nhiệt tại 900C cho tổng thời
gian thí nghiệm là 60 phút
Hình 3: Sơ đồ tiến trình thực hiện các thí nghiệm TN 1.1, TN 1.2, TN1.3
• Thơng số cố định:
Tổng thời gian thí nghiệm: 60 phút.
Thời gian siêu âm/giữ nhiệt: 10 phút.
Nhiệt độ siêu âm: 640C.
Công suất siêu âm: 3W/g tinh bột.
• Thơng số thay đổi:
Nồng độ HPTB: 5%, 10%, 15%, 20%, 25%.
• Cách tiến hành:
Mẫu đối chứng (C): gia nhiệt mẫu lên đến nhiệt độ siêu âm, giữ ở nhiệt độ đó trong thời gian 10
phút. Sau đó gia nhiệt mẫu lên 90oC và giữ nhiệt cho đến khi kết thúc thí nghiệm.
Mẫu siêu âm (U): gia nhiệt mẫu lên đến nhiệt độ siêu âm, siêu âm mẫu với cường độ siêu âm 3W/g
và thời gian siêu âm 10 phút. Sau đó gia nhiệt mẫu lên 90oC và giữ nhiệt cho đến khi kết thúc thí
nghiệm.
• Thời điểm lấy mẫu phân tích:
Xác định TBHT và đường khử lấy mẫu theo Bảng 4

Bảng 4: Thời điểm lấy mẫu của TN 1.1
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Thời điểm
Trước
Sau
30
35
40
45
50
55
60
SA
SA
phút
phút
phút
phút
phút
phút
phút

lấy mẫu

11


•

Kết quả thí nghiệm
‐ Kích thước hạt

Hình 4: Đồ thị biểu diễn kích thước trung bình và độ giảm kích thước trung bình mẫu tại các nồng
độ HPTB khác nhau
Dựa vào đồ thịHình 4 ta thấy dưới tác dụng của sóng siêu âm kích thước trung bình của các hạt
tinh bột sẽ giảm. Mức độ giảm kích thước trung bình của hạt tăng dần khi nồng độ tăng trong
khoảng nồng độ HPTB 5% đến 20%, nhưng đến nồng độ HPTB 25% thì kích thước trung bình của
hạt tăng trở lại.
‐
Hàm lượng đường khử:
Hàm lượng đường khử và hàm lượng tinh bột hòa tan (TBHT) theo thời gian được biểu diễn dưới
dạng:
y = A0(1-e-kt)
(phương trình 1)
Trong đó:
y: là hàm lượng đường khử hoặc TBHT tại thời điểm t (lấy mốc thời gian là thời điểm ngay trước
khi siêu âm) (g/L).
A0: là hàm lượng đường khử hoặc TBHT tại thời điểm cân bằng (g/L).
k: hệ số tốc độ phản ứng (phút-1).
Bảng 5: Giá trị A0 và k trong phương trình đường khử của mẫu siêu âm (U) và mẫu đối chứng (C)
tại các nồng độ HPTB khác nhau
Nồng độ (%) AoU (g/L) kU(phút-1) AoC (g/L) kC(phút-1) AoU/ AoC kU/kC

5
0,411
0,031
0,409
0,026
1,01
1,19
10
0,447
0,046
0,441
0,037
1,01
1,24
15
0,462
0,062
0,456
0,044
1,01
1,37
20
0,588
0,07
0,487
0,05
1,21
1,40
25
0,524

0,069
0,503
0,049
1,04
1,39

12


Hình 5: Đồ thị biểu diễn hiệu quả giải phóng đường khử của mẫu siêu âm tại các nồng độ HPTB
khác nhau so với mẫu đối chứng.
‐ Hàm lượng TBHT
Bảng 6: Giá trị A0 và k trong phương trình TBHT của mẫu siêu âm (U) và mẫu đối chứng (C) tại
các nồng độ HPTB khác nhau
Nồng độ (%) AoU (g/L) kU(phút-1) AoC (g/L) kC(phút-1) AoU/ AoC kU/kC
5
12,199
0,064
11,682
0,054
1,04
1,19
10
19,011
0,068
17,264
0,057
1,10
1,19
15

22,147
0,071
18,503
0,058
1,20
1,22
20
25,610
0,078
19,217
0,061
1,33
1,28
25
25,445
0,077
19,811
0,064
1,28
1,20

Hình 6: Đồ thị biểu diễn hiệu quả giải phóng TBHT của mẫu siêu âm tại các nồng độ HPTB so với
mẫu đối chứng

13


Nhận xét
Theo kết quả thí nghiệm này hàm lượng đường khử tạo ra chưa nhiều mà chủ yếu là thủy
phân tạo ra TBHT.Dựa vào kết quả trong Bảng 5 và Bảng 6, cả hàm lượng đường khử hoặc

TBHT tại thời điểm cân bằng A0 và k của các mẫu siêu âm đều lớn hơn các mẫu đối chứng. Độ tăng
hệ số tốc độ phản ứng k giữa mẫu siêu âm và đối chứng tỷ lệ trong khoảng nồng độ huyền phù 5%
đến 20%, và có xu hướng giảm ở nồng độ huyền phù 25%, nhưng vẫn lớn hơn so với mẫu nồng độ
huyền phù 15%. Nồng độ huyền phù 20% cho kết quả tăng lớn nhất với:nồng độ đường khử ở cân
bằng tăng 1,21 lần, nồng độ TBHT ở điều kiện cân bằng tăng 1,33 lần; hệ số tốc độ phản ứng k của
hàm lượng đường khử và TBHT tăng lần lượt 1,40 lần và 1,28 lần.
Từ Hình 5 và Hình 6ta thấy hiệu quả siêu âm tại nồng độ HPTB 20% cho hiệu quả cao nhất.
Nói chung, khi xử lý sóng siêu âm ở các nồng độ HPTB khác nhau thì độ giảm kích thước, hàm
lượng TBHT và đường khử đều cho kết quả theo một quy luật giống nhau.
• Bàn luận
Khi sóng siêu âm truyền trong mơi trường chất lỏng hay dung dịch huyền phù, nó tạo ra hiện
tượng sủi bong bóng (Flin, 1991; Suslick, 1990) và xuất hiện những dịng xốy (Faraday, 1831).
Hiện tượng này dẫn đến sự hình thành và biến mất của các bong bóng khí và bong bóng hơi khi áp
suất âm thay đổi. Các vi bong bóng được hình thành, dao động và tăng kích thước lên gấp nhiều lần,
sau đó đột ngột vỡ tung. Hiện tượng này tạo ra lực cắt thủy động lực học mạnh mẽ trong khối chất
lỏng (Kuttruff, 1991).
Kết quả thí nghiệm cho thấy hàm lượng TBHT tăng nhiều nhưng hàm lượng đường khử tăng ít
có thể giải thích do sóng siêu âm và nhiệt độ trong hỗn hợp chưa cao, chỉ đủ năng lượng để phá vỡ
một phần hạt tinh bột và giải phóng các phân tử tinh bột khỏi hạt. Do đó, chủ yếu chỉ diễn ra q
trình hồ hóa và dịch hố, cịn q trình đường hố diễn ra khơng đáng kể. Như ta đã biết, cấu tạo
tinh bột gồm các phân tử amylose và amylopectin. Khi được cung cấp thêm năng lượng từ nhiệt,
các phân tử nước nhận thêm năng lượng sẽ chuyển động mạnh hơn, va chạm bên ngoài và khuếch
tán vào bên trong gây ra trương nở hay phá vỡ hạt tinh bột. Do đó, kích thước hạt tinh bột sau khi
gia nhiệt sẽ lớn hơn so với ban đầu. Khi siêu âm, các bong bóng sinh ra có động năng lớn sẽ tăng
các lực cơ học tác động lên hạt nên kích thước hạt tinh bột giảm hơn so với mẫu chỉ gia nhiệt. Dưới
tác dụng của sóng siêu âm, các phân tử tinh bột đã được khuếch tán ra môi trường sẽ dao động
mạnh hơn nên dễ bị cắt mạch hơn, do đó siêu âm làm giảm độ dài chuỗi phân tử tinh bột tạo TBHT.
MartijnWillem Anton Kuijpers (2004) cho rằng khi bong bóng xâm thực nổ, chúng sẽ tạo ra một
lượng nhiệt cục bộ cực lớn, chính nhiệt độ này cũng góp phần phá hủy mạch polymer. Tuy nhiên
đứt mạch do nhiệt là ngẫu nhiên, đây là một trong những nguyên nhân làm tăng chủ yếu là lượng

TBHT chứ không phải là đường khử.
Trong mơi trường có độ nhớt cao, khả năng hình thành bong bóng khó hơn nhưng mật độ phân
tử xung quanh bong bóng cao hơn, do đó khi bong bóng vỡ, sự xác suất va chạm giữa bong bóng
và các phân tử sẽ lớn hơn, vì vậy hàm lượng TBHT được tăng lên. Tuy nhiên, nếu độ nhớt hồ tinh
bột q cao thì số lượng bong bóng ít hơn sẽ làm giảm bớt hiệu quả thủy phân nhờ sóng siêu âm.
Các kết quả thí nghiệm này phù hợp với các nghiên cứu của Antti Gr nroos và cộng sự (2007) về
ảnh hưởng nồng độ polymer đến hiệu quả của quá trình siêu âm, khi nồng độ polymer tăng làm độ
nhớt dung dịch tăng theo, khi đó tác dụng của sóng siêu âm sẽ giảm đi đáng kể. Ta đã biết, hiện
tượng xâm thực khí trong mơi trường lỏng đòi hỏi một giá trị tuyệt đối của áp suất âm đủ lớn để
thắng được lực liên kết tự nhiên trong chất lỏng. Do đó, q trình xâm thực sẽ khó khăn hơn nếu độ
nhớt của chất lỏng cao vì khi đó lực liên kết giữa các phân tử sẽ lớn hơn. Trong q trình hồ hóa
khơng enzyme, độ nhớt của tinh bột rất cao mạng lưới tinh bột trở nên cực kỳ dày đặc, sóng siêu âm
chỉ có thể tác động lên một phần khá nhỏ của mạng lưới này. Các kết quả thí nghiệm này cũng
thống nhất với phát biểu của Yasuo Iida và cộng sự (2006) khi nghiên cứu trên một số loại tinh bột
như khoai mì, khoai tây, khoai lang, bắp nếp,… cho thấy nồng độ HPTB cao (15-20%) là giới hạn
cho mức độ tăng hiệu quả dưới tác động của sóng siêu âm.
Như vậy khi nồng độ HPTB tăng hiệu quả của sóng siêu âm tăng, nhưng hiệu quả này sẽ tăng
đến một nồng độ HPTB giới hạn. Theo nghiên cứu của chúng tôi tại các nồng bột 5%, 10%, 15%,
20% và 25% cho quy luật giống với lý luận trên. Và tại HPTB nồng độ 20% cho hiệu quả cao nhất.
• Kết luận
14


Khi xử lý siêu âm tinh bột khơng enzyme thì tại nồng độ HPTB 20% sẽ cho hiệu quả cao nhất.
Do đó, nồng độ HPTB này sẽ được sử dụng để thực hiện các thí nghiệm tiếp theo.
5.1.1.2.
Thí nghiệm 1.2: Khảo sát ảnh hưởng của cường độ siêu âm đến hiệu quả q
trình xử lý siêu âm khi hồ hố tinh bột
• Mục đích thí nghiệm: khảo sát ảnh hưởng của cường độ siêu âm đến hiệu quả của quá trình
thuỷ phân tinh bột bằng cách khảo sát hàm lượng TBHT, đường khử và độ giảm kích thước hạt.

• Thơng số cố định:
Nhiệt độ siêu âm: 640C
Nồng độ HPTB: 20%
Tổng thời gian thí nghiệm: 60 phút.
Thời gian siêu âm/giữ nhiệt: 10 phút.
• Thơng số thay đổi:
Cường độ siêu âm: 0,75W/g tinh bột; 1,5W/g tinh bột; 2,25W/g tinh bột; 3W/g tinh bột.
• Cách tiến hành:
Mẫu đối chứng (C): gia nhiệt mẫu lên đến nhiệt độ siêu âm, giữ ở nhiệt độ đó trong 10 phút. Sau đó
gia nhiệt mẫu lên 90oC và giữ nhiệt cho đến khi kết thúc thí nghiệm.
Mẫu siêu âm (U): gia nhiệt các mẫu lên đến nhiệt độ siêu âm, siêu âm các mẫu trong 10 phút với
các cường độ siêu âm khác nhau. Sau đó gia nhiệt mẫu lên 90oC và giữ nhiệt cho đến khi kết thúc
thí nghiệm.
• Thời điểm lấy mẫu phân tích:
Xác định TBHT và đường khử lấy mẫu theo Bảng 4 của TN 1.1.
• Kết quả thí nghiệm
‐ Kích thước hạt

Hình 7: Đồ thị biểu diễn kích thước trung bình và độ giảm kích thước trung bình của mẫu tại các
cường độ siêu âm khác nhau
Trong loạt thí nghiệm này cũng có hiện tượng giảm kích thước trung bình của hạt như ở thí
nghiệm 1.1. Khi cường độ càng tăng thì độ giảm kích thước càng tăng (Hình 7).
Khi thay đổi cường độ siêu âm từ 0,75W/g đến 3W/g ta nhận thấy mức độ giảm kích thước hạt
trung bình tăng tuyến tính theo phương trình:
y = 3,992x + 11,73, Với mức độ tin cậy R2= 0,991
Tại cường độ siêu âm 3W/g độ giảm kích thước hạt trung bình của HPTB có thể giảm 23,435% so
với mẫu đối chứng.
15

‐

Hàm lượng đường khử

Hình 8: Đồ thị biểu diễn hàm lượng đường khử theo thời gian của các mẫu siêu âm và đối chứng
tại các cường độ siêu âm khác nhau
Chọn thời điểm trước siêu âm làm gốc toạ độ

Hình 9: Đồ thị biểu diễn hiệu quả giải phóng đường khử của các mẫu siêu âm và đối chứng tại các
cường độ siêu âm khác nhau
16


• Hàm lượng TBHT

Hình 10: Đồ thị biểu diễn hàm lượng TBHT theo thời gian của mẫu siêu âm và đối chứng tại các
cường độ siêu âm khác nhau
Chọn thời điểm trước siêu âm làm gốc toạ độ

Hình 11: Đồ thị biểu diễn hiệu quả giải phóng TBHT của các mẫu siêu âm tại các cường độ so với
mẫu đối chứng
• Nhận xét
Độ chênh lệch của các đồ thị của các mẫu siêu âm so với mẫu đối chứng tăng theo cường độ
siêu âm (Hình 8vàHình 10)
Tại cường độ siêu âm 3W/g tinh bột nồng độ đường khử ở cân bằng tăng 1,26 lần, nồng độ TBHT
ở điều kiện cân bằng tăng 1,36 lần; hệ số tốc độ phản ứng k của hàm lượng đường khử và TBHT
tăng lần lượt 1,42 lần và 1,27 lần.
17

• Bàn luận
Khi cường độ của sóng siêu âm tăng đồng nghĩa năng lượng sóng sẽ tăng dẫn đến quá trình hình
thành và vỡ bong bóng diễn ra nhanh và mạnh mẽ hơn. Theo nguyên lý của hiện tượng xâm thực
khí, tại một vị trí xác định, khi áp suất âm ở giá trị tuyệt đối lớn nhất, bong bóng sẽ hình thành, khi
giá trị tuyệt đối của áp suất âm giảm dần, bong bóng sẽ bị nén lại, kích thước trở nên nhỏ hơn và
không ổn định (đây là giai đoạn đầu của q trình xâm thực khí). Đường kính tối đa của bong bóng
tăng theo giá trị tuyệt đối của biên độ áp suất âm và phụ thuộc vào kích thước ban đầu của nó. Do
đó, khi cường độ siêu âm tăng thì số lượng bong bóng cũng tăng, kết quả là hiện tượng xâm thực
khí cũng tăng (Y.T. Shah và công sự, 1999).
Nitayavardhana, S. và cộng sự (2008) đã nghiên cứu việc xử lý sơ bộ bằng siêu âm giúp nâng
cao q trình dịch hóa và q trình đường hóa khoai mì lát. Mẫu huyền phù khoai mì lát nồng độ
HPTB 5% được siêu âm trong 10 – 40s với ba mức cường độ: thấp (2W/mL), trung bình (5W/mL)
và cao (8W/mL) tương đương với cường độ 40; 100; 160W/g tinh bột. Đồng thời thêm enzyme vào
mẫu để biến đổi tinh bột thành glucose. Kết quả nghiên cứu cho thấy kích thước hạt giảm gần 40
lần khi xử lý sơ bộ bằng siêu âm ở mức năng lượng 160W/g tinh bột. Theo nghiên cứu của chúng
tôi siêu âm HPTB 20% không enzyme trong 10 phút với mức năng lượng 3W/g tinh bột, cho độ
giảm kích thức trung bình là 23,435%. Vậy khi sử dụng sóng siêu âm năng lượng cao và có mặt của
enzyme thì hiệu quả giảm kích thước hạt lớn hơn rất nhiều.
Theo James G. Brennan (2006) trong các chất lỏng có độ nhớt cao, ta cần sử dụng sóng siêu âm
có biên độ và cường độ lớn. Sóng siêu âm tần số thấp, năng lượng cao dễ xâm nhập vào các sản
phẩm nhớt hơn sóng siêu âm có tần số cao. Nguyên nhân là do sóng tần số cao dễ bị phân tán vào
dung dịch, do đó làm giảm năng lượng tổng thể cuả sóng siêu âm.
• Kết luận
Khi xử lý siêu âm tinh bột khơng enzyme, hiệu quả sóng siêu âm tăng tỷ lệ với cường độ siêu âm.
Tuy nhiên, để đảm bảo an tồn của máy, các thí nghiệm sau sẽ thực hiện tại cường độ 80% so với
cơng suất của máy.
5.1.1.3.
Thí nghiệm 1.3: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian siêu âm
• Mục đích thí nghiệm: khảo sát ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến hiệu quả của quá trình
thuỷ phân tinh bột bằng cách khảo sát hàm lượng TBHT, đường khử và độ giảm kích thước hạt.

• Thơng số cố định
Nhiệt độ siêu âm: 640C
Nồng độ HPTB: 20%.
Cường độ siêu âm: 3W/g tinh bột.
Tổng thời gian thí nghiệm: 60 phút.
• Thông số thay đổi
Thời gian siêu âm/giữ nhiệt: 5 phút, 10 phút, 15 phút, 20 phút, 25 phút.
• Cách tiến hành
Mẫu đối chứng (C): gia nhiệt mẫu lên đến nhiệt độ siêu âm, giữ ở nhiệt độ đó với các khoảng thời
gian khác nhau. Sau đó gia nhiệt mẫu lên 90oC và giữ nhiệt cho đến khi kết thúc thí nghiệm.
Mẫu siêu âm(U) : gia nhiệt mẫu lên đến nhiệt độ siêu âm, siêu âm với cường độ đã chọn từ TN 1.2
ở các khoảng thời gian khác nhau. Sau đó gia nhiệt mẫu lên 90oC và giữ nhiệt cho đến khi kết thúc
thí nghiệm.
• Thời điểm lấy mẫu phân tích
Xác định TBHT và đường khử lấy mẫu theoBảng 7
Bảng 7: Thời điểm lấy mẫu của TN 1.3
STT
1
2
3
Thời điểm lấy mẫu
Trước SA
Sau SA
Kết thúc TN
• Đo mẫu:
Xác định hàm lượng TBHT và đường khử: lấy 2 g mẫu tại các thời điểm theo bảng thời điểm lấy
mẫu của mỗi thí nghiệm, hoà tan trong 18mL nước, đem ly tâm ở 3500rpm, 20 phút. Sau đó lấy
phần dịch trong đi phân tích TBHT và đường khử.
18

Xác định phân bố kích thước hạt: Lấy mẫu ngay sau siêu âm/giữ nhiệt, làm lạnh và đem đi xác định
phân bố kích thước hạt.
• Kết quả thí nghiệm
‐ Kích thước hạt

Hình 12: Đồ thị biểu diễn kích thước trung bình và độ giảm kích thước trung bình của các mẫu tại
các thời gian siêu âm khác nhau
‐

Hàm lượng đường khử

Hình 13: Đồ thị biểu diễn hiệu quả giải phóng đường khử của các mẫu siêu âm tại các thời gian
siêu âm khác nhau
‐ Hàm lượng TBHT

19


Hình 14: Đồ thị biểu diễn hiệu quả giải phóng TBHT của các mẫu siêu âm tại các thời gian siêu âm
khác nhau
• Nhận xét
Từ đồ thị Hình 12 cho thấy kích thước trung bình của hạt tinh bột giảm trong thời gian 10 phút
đầu. Các mẫu siêu âm từ 10 phút, 15 phút, 20 phút, 25 phút kích thước trung bình hạt gần như nhau.
Mức độ giảm kích thước trung bình ứng với các chế độ thời gian siêu âm liền kề nhau khơng tăng
tuyến tính. Xử lý siêu âm 10 phút đầu cho độ giảm kích thước lớn, tiếp tục tăng thời gian xử lý độ
giảm kích thước tăng chậm.
Hàm lượng TBHT và đường khử được giải phóng của các mẫu cũng cho kết quả tăng thời
gian siêu âm thì hiệu quả thủy phân tăng. Tốc độ tăng nhanh ở 10 phút đầu và sau đó tăng chậm khi
tăng thời gian từ 10 phút đến 25 phút (Hình 13 và Hình 14). Tại thời gian siêu âm 10 phút, so với

mẫu đối chứng nồng độ đường khử ở cân bằng tăng 1,26 lần, nồng độ TBHT ở điều kiện cân bằng
tăng 1,36 lần; và sau 25 phút siêu âm của hàm lượng đường khử và TBHT tại thời điểm kết thúc
thí nghiệm so với mẫu đối chứng tăng lần lượt 1,37 lần và 1,45 lần.
• Bàn luận
Khi tăng thời gian siêu âm, hiện tượng xâm thực khí kéo dài hơn do đó hạt tinh bột bị vỡ nhiều
hơn và số lượng các phân tử tinh bột bị cắt đứt sẽ nhiều hơn, làm kích thước hạt của mẫu giảm và
hàm lượng TBHT, đường khử tăng. Kết quả này cũng giống với kết quả nghiên cứu của Saoharit
Nitayavardhana và cộng sự (2008) và Samir Kumar Khanal và cộng sự (2006), Hyungsu Kim và
cộng sự (2005) lên các phân tử polymer.
Theo nghiên cứu của Khanal (2006) về ảnh hưởng của sóng siêu âm với các mức năng lượng và
thời gian khác nhau lên tinh bột bắp cho thấy kích thước hạt giảm nhiều khi thời gian và năng lượng
siêu âm tăng lên. Kết quả này cũng tương tự với nghiên cứu của chúng tơi.
• Kết luận:
Khi xử lý siêu âm tinh bột khơng enzyme, hiệu quả sóng siêu âm tăng nhiều khi thời gian siêu âm
10 phút, tăng chậm khi tiếp tục tăng thời gian siêu âm.
Chọn thời gian siêu âm 10 phút để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo.
• Kết luận chung
Trong loạt thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của sóng siêu âm lên q trình hồ hóa – dịch hóa tinh bột
khoai mì, ta xác định được các thơng số tối ưu của thí nghiệm này là:
‐ Thời điểm siêu âm: 640C
‐ Nồng độ HPTB: 20%
‐ Cường độ siêu âm: 3W/g tinh bột
‐ Thời gian siêu âm: 10 phút
20


Tuy nhiên nồng độ HPTB còn thấp để ứng dụng vào thực tế cho nên trong các thí nghiệm sau sẽ bổ
sung thêm enzyme giúp tăng cường hiệu quả thủy phân hỗn hợp HPTB.
5.1.2. Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của sóng siêu âm lên hoạt tính của chế phẩm
enzyme Termamyl (enzyme α-amylase) trong huyền phù tinh bột

5.1.2.1.
Thí nghiệm 2.1: Ảnh hưởng của sóng siêu âm lên chế phẩm Termamyl khi
khơng có mặt tinh bột
• Mục đích: Xác định ảnh hưởng đồng thời của công suất siêu âm và thời gian siêu âm lên
MĐTP của chế phẩm Termamyl trong điều kiệu khơng điều nhiệt
• Thơng số cố định
- pH: 7.0
- Nhiệt độ bắt đầu siêu âm: 290C
- Thể tích dung dịch enzyme siêu âm: 15 mL
- Nồng độ enzyme ban đầu: 3.10-3 KNU/mL
• Thơng số thay đổi
- Cơng suất siêu âm: 10; 15; 20; 25; 30 W/mL
- Thời gian siêu âm: 10; 20; 30; 40; 50; 60; 90; 120; 180; 240; 300; 600; 900 s
• Cách thực hiện
- Pha loãng chế phẩm enzyme Termamyl trong dung dịch đệm phosphate pH 7.0
- Tiến hành siêu âm dung dịch chế phẩm enzyme lần lượt với công suất siêu âm 10; 15; 20;
25; 30 W/mL ở các khoảng thời gian khác nhau. Xác định sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian của
dung dịch chế phẩm trong quá trình siêu âm.
- Cho 0.1 mL chế phẩm enzyme đã qua xử lí siêu âm vào 1 ml dung dịch hồ tinh bột 0.3% và
ủ ở 70oC trong 10 phút. Sau đó vơ hoạt enzyme bằng 1 mL dung dịch HCl 1M.
- Thêm 5 mL thuốc thử Iod vào các mẫu. Sau đó đo độ hấp thu ở λ = 620nm.
- Xác định MĐTP của enzyme.
- Tiến hành quy hoạch thực nghiệm để xác định phương trình tốn học mơ tả biến đổi của
MĐTP theo thời gian và cơng suất siêu âm.
• Thơng số cần xác định
- Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian của các mẫu trong quá trình siêu âm.
- MĐTP của chế phẩm Termamyl .
Cơng thức tính MĐTP của enzyme (Nguồn: Kumari và cộng sự, 2010)

Với

Ro – độ hấp thu của mẫu đối chứng
R – độ hấp thu của hỗn hợp phản ứng
• Kết quả nghiên cứu
Bảng 8: Ảnh hưởng của công suất và thời gian siêu âm lên MĐTP của chế phẩm Termamyl
Mức độ thủy phân (%)
Thời gian
siêu âm
10 W/mL
15 W/mL
20 W/mL
25 W/mL
30 W/mL
(s)
0
40.13 ± 0.67j
40.13 ± 0.52l
40.13 ± 0.37k
40.13 ± 0.19m
40.13 ± 0.85k
10
40.09 ± 0.40j
40.09 ± 0.33l
39.97 ± 0.33k
39.42 ± 0.09lm
39.22 ± 0.61j
20
39.96 ± 0.25j
39.79 ± 0.44kl 39.49 ± 0.45jk
39.11 ± 0.50kl

38.70 ± 0.18j
30
39.88 ± 0.54j
39.45 ± 0.43kl
39.01 ± 0.25j
38.59 ± 0.34k
37.78 ± 0.65i
40
39.74 ± 0.26ij 38.72 ± 0.25jk
38.09 ± 0.40i
37.67 ± 0.53j
36.91 ± 0.41h
50
39.08 ± 0.35i
37.91 ± 0.41ij
37.30 ± 0.30h
36.89 ± 0.36i
36.43 ± 0.51gh
60
38.07 ± 0.41h
37.22 ± 0.60h
36.77 ± 0.30h
36.28 ± 0.37h
35.82 ± 0.18g
90
36.62 ± 0.48g
35.55 ± 0.47g
34.97 ± 0.50g
34.63 ± 0.26g
34.16 ± 0.54f

21


120
35.13 ± 0.33f
33.21 ± 0.88f
32.53 ± 0.43f
32.11 ± 0.44f
32.34 ± 0.13e
180
31.27 ± 0.40ie
28.02 ± 0.51e
24.96 ± 0.48e
19.30 ± 0.32e
16.43 ± 0.13d
240
26.17 ± 0.40d
20.19 ± 0.63d
13.88 ± 0.45d
6.06 ± 0.20d
5.03 ± 0.33c
300
23.19 ± 0.53c
15.91 ± 0.89c
8.43 ± 0.35c
2.18 ± 0.40c
1.42 ± 0.67b
600
16.60 ± 0.40b
9.34 ± 0.41b

2.64 ± 0.37b
0.83 ± 0.20b
0.26 ± 0.13a
900
12.08 ± 0.46a
5.44 ± 0.32a
0.78 ± 0.34a
0.17 ± 0.08a
0.13 ± 0.01a
Ghi chú: Trong cùng một cột, các giá trị được đánh dấu bởi những chữ cái giống nhau thì khác nhau
khơng có ý nghĩa theo phân tích thống kê ANOVA (α = 0.05)

Hình 15: Ảnh hưởng của cơng suất và thời gian siêu âm lên MĐTP của chế phẩm Termamyl
¾ Nhận xét
Nhìn chung, MĐTP của chế phẩm Termamyl giảm dần theo thời gian và cơng suất siêu âm. Hay
nói cách khác, khi siêu âm với công suất càng cao và thời gian càng dài thì hoạt tính của enzyme
càng giảm.
Với cùng một khoảng thời gian, khi siêu âm với công suất càng lớn thì MĐTP giảm càng nhiều.
Dựa vàoHình 15, ta có thể thấy sau 900 s, MĐTP của mẫu siêu âm ở công suất lớn (25 và 30
W/mL) xấp xỉ gần bằng 0, trong khi đó MĐTP của mẫu siêu âm ở công suất nhỏ (10 và 15 W/mL)
giảm cịn 32% và 13.5% so với chế phẩm khơng qua xử lý siêu âm.
Quan sát đồ thịHình 15, ta thấy tốc độ biến đổi MĐTP của chế phẩm thay đổi theo thời gian và
phân thành 3 đoạn khác nhau: 0 – 120 s, 120 – 300 s, 300 – 900 s
0 – 120 s: MĐTP của enzyme giảm nhanh và giảm đều ở tất cả các công suất siêu âm.
120 – 300 s: MĐTP của enzyme giảm rất nhanh. Khi xử lí siêu âm với cơng suất càng lớn thì
MĐTP giảm càng nhanh (với công suất 10 W/mL, MĐTP giảm 11.2%; trong khi đó ở cơng
suất 30W/mL, MĐTP giảm 30.9%).
300 – 900 s: MĐTP giảm chậm ở công suất 10; 15; 20 W/mL (giảm 8 – 11%) và giảm rất ít ở
công suất 25; 30 W/mL (giảm 1 - 2%).
5.1.2.2.

Thí nghiệm 2.2: Khảo sát ảnh hưởng của sóng siêu âm đến hiệu quả thủy
phân tinh bột khoai mì của chế phẩm Termamyl ở các nồng độ huyền phù tinh bột khác nhau
• Mục đích thí nghiệm: khảo sát ảnh hưởng của nồng độ HPTB khoai mì đến hoạt tính của
enzyme trong q trình xử lý enzyme bằng sóng siêu âm. Bằng cách khảo sát hàm lượng đường khử
được giải phóng.
• Thơng số cố định
‐ Độ pha lỗng của enzyme: 7.103
22


Cường độ siêu âm: 0,45W/mL HPTB (W/mL là cường độ siêu âm tính trên 1 mL huyền
phù tinh bột thí nghiệm)
‐ Nhiệt độ siêu âm: 640C.
‐ Thời gian siêu âm: 10 phút.
‐ Tổng thời gian thí nghiệm: 50 phút.
• Thơng số thay đổi
Nồng độ HPTB: 15%, 20%, 25%, 30%, 35%.
• Cách tiến hành
Mẫu đối chứng (C): Bổ sung enzyme vào các mẫu HPTB với nồng độ HPTB: 15%, 20%, 25%, 30%,
35%. Gia nhiệt hỗn hợp đến nhiệt độ siêu âm. Giữ nhiệt tại nhiệt độ đó trong khoảng thời gian bằng
với thời gian siêu âm. Tiếp tục gia nhiệt mẫu đến 90oC rồi giữ nhiệt cho đến hết tổng thời gian thí
nghiệm.
Mẫu siêu âm (U): Bổ sung enzyme vào các mẫu HPTB với nồng độ HPTB: 15%, 20%, 25%, 30%,
35%. Gia nhiệt hỗn hợp tới nhiệt độ siêu âm. Siêu âm mẫu tại những điều kiện đã chọn. Tiếp tục gia
nhiệt mẫu đến 90oC rồi giữ nhiệt cho đến hết tổng thời gian thí nghiệm.
• Thời điểm lấy mẫu
Xác định hàm lượng đường khử lấy mẫu theo Bảng 9
Bảng 9: Thời điểm lấy mẫu của các thí nghiệm TN 2.2 và TN 2.3
STT
1

2
3
4
5
6
Thời điểm lấy mẫu
Trước SA Sau SA 35 phút 40 phút 45 phút 50 phút
• Kết quả thí nghiệm
‐ Hàm lượng đường khử
Bảng 10: Giá tri A0 và k trong phương trình đường khử của các mẫu siêu âm và các mẫu đối chứng
tại các nồng độ HPTB khác nhau
Nồng độ (%) AoU (g/L) kU(phút-1) AoC (g/L) kC(phút-1) AoU/ AoC kU/kC
15
42,930
0,033
42,811
0,043
1,003
0,767
20
48,753
0,050
47,490
0,046
1,027
1,087
25
70,470
0,056
66,153

0,047
1,065
1,191
30
104,600
0,066
96,700
0,053
1,082
1,245
35
124,028
0,081
112,270
0,062
1,104
1,306
‐

Hình 16: Đồ thị biểu diễn hiệu quả giải phóng đường khử của các mẫu siêu âm và mẫu đối chứng
có enzyme tại các nồng độ HPTB khác nhau
• Nhận xét
23


‐ Đường khử
Mẫu nồng độ HPTB 15%, có hàm lượng đường khử tạo thành thấp hơn mẫu đối chứng.
Các mẫu nồng độ HPTB 20%, 25%, 30%, 35% có hàm lượng đường khử tạo thành cao hơn mẫu đối
chứng, nồng độ HPTB càng tăng thì hiệu quả thuỷ phân tinh bột của enzyme càng tăng.
Theo Hình 16 hiệu quả xử lý siêu âm tăng theo nồng độ HPTB. Ở nồng độ HPTB 35%, sau khi

siêu âm kết hợp với chế phẩm enzyme Termamyl, hàm lượng đường khử tăng 1,21 lần.
• Bàn luận
Sóng siêu âm ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme thông qua 3 cơ chế. Thứ nhất là do ảnh hưởng
của nhiệt độ trong hiện tượng xâm thực khí. Thứ hai là do các gốc tự do được sinh ra khi nước bị
thủy phân và thứ ba là do lực cơ học (lực cắt) được tạo ra từ sóng siêu âm (Vercet, A. và cộng sự,
2001). Trong thí nghiệm này, khi siêu âm enzyme do enzyme được pha loãng trong mơi trường
lỏng nên có sự phát sinh các gốc tự do. Các gốc tự do sẽ tiến vào trung tâm hoạt động của enzyme,
phá hủy các nhóm chức năng quan trọng cho hoạt động thủy phân vì thế ảnh hưởng đến hoạt tính
enzyme, kết quả là hoạt tính của enzyme giảm (Berezin, I. V. và cộng sự, 1974). Theo Maryam
Yaldagard và cộng sự (2008), hiện tượng xâm thực khí có thể làm gia nhiệt cục bộ ở các vùng lân
cận, nơi các bong bóng nổ, xuất hiện những vùng có năng lượng cao, có thể làm thay đổi cấu trúc
phân tử enzyme, và do đó, hoạt tính enzyme khơng duy trì được lâu. Theo nghiên cứu của Thakur,
B.R và Nelson, P.E. (1997), sự vô hoạt enzyme ở nhiệt độ thấp và thời gian dài có thể do các phân
tử polypeptide khối lượng nhỏ hay acid amin bị tách ra.
Khi siêu âm enzyme đồng thời với tinh bột, bản thân tinh bột sẽ cản trở sự lan truyền của sóng siêu
âm nên tác động chính của sủi bong bóng là cắt mạch tinh bột, cịn tác động của nó lên việc giảm
hoạt tính enzyme là khơng đáng kể.D. K. Apar và cộng sự (2006) cũng đưa ra kết luận là siêu âm
enzyme khi có mặt cơ chất ảnh hưởng của sóng siêu âm khơng đáng kể đến hoạt tính của enzyme.
Từ những kết luận trên chúng tôi tiến hành khảo sát hiệu quả thuỷ phân tinh bột khoai mì của
enzyme ở các nồng độ HPTB từ 15% đến 35% và thu được kết quả với nồng độ HPTB 15%
enzyme bị giảm hiệu quả thuỷ phân so với mẫu đối chứng, bắt đầu từ nồng độ HPTB 20% thì hiệu
quả thuỷ phân của enzyme tăng theo nồng độ HPTB. Các mức độ tăng hiệu quả này đều có ý nghĩa
về mặt thống kê.
• Kết luận
Tại nồng độ HPTB dưới 20% do tác động của sóng siêu âm hiệu quả thuỷ phân của enzyme bị giảm.
Khi nồng độ HPTB từ 20% trở lên thì tác động của siêu âm làm tăng hiệu quả thuỷ phân của
enzyme. Nồng độ HPTB càng cao càng làm tăng hiệu quả thuỷ phân tinh bột của enzyme.
Do đó chọn nồng độ HPTB 35% để tiến hành thí nghiệm tiếp theo.
5.1.2.3.
Thí nghiệm 2.3: Khảo sát ảnh hưởng của cường độ siêu âm

• Mục đích thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng của cường độ siêu âm đến hiệu quả chung của
q trình thủy phân tinh bột có sự tham gia của chế phẩm enzyme Termamyl
• Thơng số cố định:
‐ Nhiệt độ siêu âm: 640C
‐ Thời gian siêu âm: 10 phút.
‐ Nồng độ: 35%.
‐ Độ pha loãng của enzyme: 7.103
‐ Tổng thời gian thí nghiệm: 50 phút.
• Thơng số thay đổi:
Cường độ siêu âm gồm 3 chế độ: cường độ thấp (L) 0,45W/mL HPTB; cường độ trung bình (M)
0,75W/mL HPTB; cường độ cao (H) 1,05W/mL HPTB.
• Cách tiến hành:
Mẫu đối chứng (C): gia nhiệt các mẫu HPTB và có bổ sung enzyme đến nhiệt độ siêu âm. Giữ tại
nhiệt độ đó khoảng thời gian bằng với thời gian siêu âm. Tiếp tục gia nhiệt mẫu đến 90oC rồi giữ
nhiệt cho đến hết tổng thời gian thí nghiệm.
Mẫu siêu âm: gia nhiệt mẫu HPTB và có bổ sung enzyme đến nhiệt độ siêu âm. Siêu âm mẫu tại
những cường độ thấp (L) 0,45W/mL HPTB; trung bình (M) 0,75W/mL HPTB và cao (H)
24


1,05W/mL HPTB. Tiếp tục gia nhiệt mẫu đến 90oC rồi giữ nhiệt cho đến hết tổng thời gian thí
nghiệm.
• Thời điểm lấy mẫu:
Xác định đường khử lấy mẫu theo Bảng 9
• Đo mẫu: xác định hàm lượng đường khử
Lấy 2mL mẫu tại các thời điểm theo bảng thời điểm lấy mẫu mỗi TN, hoà tan trong 18mL nước,
đem ly tâm ở 3500rpm, 20 phút. Sau đó lấy phần dịch trong đi phân tích đường khử.
• Kết quả thí nghiệm:
‐ Hàm lượng đường khử

Hình 17: Đồ thị biểu diễn hàm lượng đường khử theo thời gian của các mẫu siêu âm và đối chứng
tại các cường độ siêu âm khác nhau
Chọn thời điểm trước siêu âm làm gốc toạ độ

Hình 18: Đồ thị biểu diễn hiệu quả giải phóng đường khử của các mẫu siêu âm và đối chứng có
enzyme tại các cường độ siêu âm khác nhau
• Nhận xét
25