Tài liệu Một số đặc điểm tính chất, ứng dụng, quy trình sản xuất và tiêu chí chất lượng cũng như các phương pháp kiểm tra chất lượng của đường glucose

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… .……………………………………………………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN 1 MỤC LỤC...................................................................................................................2 NHIỆM VỤ MÔN HỌC.............................................................................................4 LỜI CẢM ƠN.............................................................................................................. 5 LỜI MỞ ĐẦU.............................................................................................................. 6 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT...................................................................................7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.......................................................................................8 1. Giới thiệu chung.......................................................................................................8 2. Ứng dụng đường glucose..........................................................................................9 3. Nguồn nguyên liệu sản xuất đường........................................................................11 4. Quy trình công nghệ...............................................................................................15 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA CHỈ TIÊU SẢN PHẨM THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM .....................................................................................31 I. LẤY MẪU..............................................................................................................31 II. CÁC CHỈ TIÊU CẢM QUAN CỦA ĐƯỜNG GLUCOSE ..............................35 1. Xác định mùi. Được thực hiện theo TCVN 1696:87.............................................35 2. Xác định vị. Được thực hiện theo TCVN 1696:87................................................35 3. Xác định độ trong và tạp chất lạ. Được thực hiện theo TCVN 4838:1989...........35 4. Phương pháp xác định thành phần cỡ hạt. Được thực hiện theo TCVN 4838:1989 ...................................................................................................................35 III. CẤC CHỈ TIÊU LÝ-HÓA CỦA ĐƯỜNG GLUCOSE....................................36 1. Xác định tạp chất không tan trong nước. Được thực hiên theo TCVN 7273:2003 .36 2. Xác định hàm lượng tro. Được thực hiện theo TCVN 1969:87............................39 3. Xác định độ ẩm.......................................................................................................40 3.1. Xác định độ ẩm và hàm lượng chất khô. Được thực hiện theo TCVN 4839:1989............................................................................................................40 3.2. Xác định độ ẩm. Được thực hiện theo TCVN 7963:2008..................................41 4. Xác định sự mất khối lượng khi sấy mẫu ở nhiệt độ 1050C trong vòng 3 giờ theo phương pháp ICUMSA...............................................................................................44 1 5. Phương pháp xác định độ đục. Được thực hiện theo TCVN 7269:2003...............45 6. Phương pháp xác định độ màu. Được thực hiện theo TCVN 6333:2001.............47 7. Phương pháp xác định độ phân cực. Được thực hiện theo TCVN 6327:1997......49 8. Phương pháp xác định tro dẫn điện. Được thực hiện theo TCVN 6327:1997......51 9. Phương pháp xác định hàm lượng chất khô trong đường. Được thực hiện theo TCVN 7964:2008....................................................................................................................52 9.1. Phương pháp 1: Đo tỷ trọng.............................................................................52 9.2. Phương pháp 2: Đo khúc xạ.............................................................................53 III. DƯ LƯỢNG SO2 TRONG ĐƯỜNG GLUCOSE.............................................54 1. Phương pháp 1. Được thực hiện theo TCVN 6328:1997......................................54 2. Phương pháp 2. Được thực hiện theo TCVN 6329:1997......................................56 CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA CHỈ TIÊU SẢN PHẨM THEO TIÊU CHUẨN AOAC ..............................................................................................60 I. CHUẨN BỊ MẪU THỬ NGHIỆM.......................................................................60 II. CÁC CHỈ TIÊU CẢM QUAN CỦA ĐƯỜNG GLUCOSE ..............................60 1. Xác định hàm lượng tạp chất không tan trong nước. AOAC - 920.175................60 III. CÁC CHỈ TIÊU LÝ-HÓA CỦA ĐƯỜNG GLUCOSE ...................................61 1. Xác định độ ẩm. AOAC – 925.45..........................................................................61 2. Xác định hàm lượng tro. AOAC – 900.02.............................................................62 3. Xác định hàm lượng chất khô trong đường. AOAC – 943.05...............................65 IV. CÁC CHỈ TIÊU VI SINH VẬT CỦA ĐƯỜNG GLUCOSE ...........................66 1. Vi khuẩn ưa nhiêt – bào tử trong đường. AOAC – 972.45....................................66 2. Samonella trong thực phẩm. AOAC – 991.12.......................................................69 CHƯƠNG 4: SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA CHỈ TIÊU SẢN PHẨM THEO CÁC TIÊU CHUẨN ...................................................................................76 PHẦN PHỤ LỤC TIẾNG ANH77 PHẦN PHỤ LỤC TIẾNG VIỆT100 TÀI LIỆU THAM KHẢO101 2 NHIỆM VỤ MÔN HỌC 1. Giới thiệu tổng quan về đường glucose. 2. Tìm các TCVN, QCVN về đường glucose. 3. Tìm và tổng hợp các phương pháp kiểm tra các chỉ tiêu đường glucose theo TCVN, TC Codex. 4. Tìm và tổng hợp các phương pháp kiểm tra các chỉ tiêu đường glucose, TC Codex. Bản sao báo cáo, bản dịch tiếng Việt, tiếng Anh đề phần phụ lục. 5. Tìm và tổng hợp các phương pháp kiểm tra các chỉ tiêu đường glucose, TC AOAC. Bản sao báo cáo, bản dịch tiếng Việt, tiếng Anh đề phần phụ lục. 6. So sánh các phương pháp kiểm tra đường glucosetheo các TC trên. . LỜI MỞ ĐẦU 3 Được tinh chế trong khoảng từ thế kỷ IV đến thế kỷ VII ở vùng Cận Đông, đường là món ăn quý hiếm dành riêng cho hàng vương giả thời đó. Ngày nay, đường là một gia vị rất phổ biến, giá tương đối rẻ, được sản xuất khắp nơi từ những nguồn phổ biến như mía đường, củ cải đường... Đường được dùng trong các bữa ăn một cách rất quen thuộc và phổ biến: -Nấu một nồi canh tôm, một nồi phở thì các bà nội trợ thường cho một thìa đường để làm ngọt nước. -Pha dầu trộn xà lách, thêm một chút đường cho giấm bớt chua. -Sau bữa ăn thì một ít bánh ngọt để tráng miệng là điều ai cũng thích. -Trẻ con khóc nhè chỉ cần một viên kẹo là có thể khiến chúng cho qua mọi việc. Trong sản xuất thực phẩm người ta thường phải cho thêm đường vào sản phẩm với 3 mục đích sau: -Nâng cao giá trị thực phẩm và độ calo của thực phẩm : mỗi gam đường khi tiêu hoá trong cơ thể sẽ cho 17.1 kj ( 4.1kcal) năng lượng. -Làm cho sản phẩm có vị ngọt dễ chịu. -Sử dụng khả năng bảo quản của đường. Khi nồng độ đường cao, trong dung dịch sẽ gây ra áp suất thẩm thấu lớn, hạn chế sự phát triển của vi sinh vật. Khả năng bảo quản của loại mứt rim, mứt mịn và mứt quả nghiền không qua thanh trùng. Tuy nhiên, trên thực tế có nhiều loại đường khác nhau với tính chất và ứng dụng khác nhau. Đường chỉ là tên gọi chung cho nhiều loại chất ngọt có tên khoa học khác nhau như dextrose, fructose (đường trái cây), lactose (đường sữa), maltose (đường nha), levulose, galactose, saccharose, glucose.... Ngoài ra chất ngọt còn có trong mật ong, mật ngô, đường vàng, mật mía. Trong đề tài này, em xin trình bày một số đặc điểm tính chất, ứng dụng, quy trình sản xuất và tiêu chí chất lượng cũng như các phương pháp kiểm tra chất lượng của đường glucose. 4 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT AOAC: Association of Official Analytical Chemists. HGMF: Hydrophobic grid membrane filter. ICUMSA: International Commission for Uniform Methods of Sugar Analysis. LIA: Lysine iron agar. MAC: MacConkey agar. NFDM–BG: NonFat Dry Milk with Brilliant Green dye TC: Tiêu chuẩn. TCVN: Tiêu Chuẩn Việt Nam. TSI: Triple sugar iron agar. PE: PolyEtylen. RSD: Relative standard deviation CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu chung. 5 Glucose là một loại glucid (chất bọt đường hay carbonhydrate) đơn giản nhất (đờn đơn monosacchride, loại glucid không thể thủy phân được) phổ biến ở động vật và cả thực vật. Nó có nhiều trong quả nho chín nên còn được gọi là đường nho. Ở người và động vật, glucose là thành phần cố định trong máu, dễ dàng được cơ thể con người tiêu hóa và hấp thụ nhất do đó cũng dễ bị nấm men nhất. Chính vì vậy nó là một chất cần thiết cơ bản của nhiều vi sinh vật.đồng thời nó cũng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Glucose có công thức là C6H12O6, là một loại đường khử, là sản phẩm của quá trình thủy phân tinh bột bằng acid hoặc enzyme. Có thể dùng tinh bột của củ hoặc hòa thảo. Ở các nước chủ yếu dùng tinh bột bắp và tinh bột khoai tây. Ở nước ta thì chủ yếu dùng tinh bột sắn để sản xuất đường glucose. Glucose là một chất rắn, kết tinh, không màu, có nhiệt độ nóng chảy ở 146 0C, hòa tan nhiều trong nước, acid axetic và một số dung môi khác. Chúng chỉ ít hòa tan trong methanol và ethanol. Có vị ngọt nhưng không ngọt bằng đường mía (đường saccharose C12H22O11). Glucose có độ ngọt bằng 0,6 lần so với đường mía (cho độ ngọt của đường mía là 1 thì độ ngọt đường glucose bằng 0,6). Glucose có hai dạng công thức cấu tạo gồm dạng mạch hở và dạng mạch vòng (, ). Khi hòa tan trong nước tạo thành dung dịch glucose có sự cân bằng, chuyển hóa qua lại và tồn tại cả ba dạng cấu tạo nhưng chỉ có dạng vòng bền hơn nên xuất hiện nhiều hơn. Glucose có trong cơ thể người và động vật. trong máu người có khoảng 0,1% glucose (về khối lượng) và trong mật ong có 30% glucose. 2. Ứng dụng đường glucose. Việc sản xuất đường glucose là một ứng dụng quan trong đặc biệt của amilase. Các đường glucose thông thường có chỉ số đường khử (tính theo glucose) là 20 đến 65. Dung dịch đường glucose có độ nhớt thấp và thường được bảo quản ở pH 3.5- 5.5 (thêm 6 acetate, citrate hoặc lactate). Người ta dùng dung dịch này để đo độ ngọt, để ngăn cản sự kết tinh saccharose và làm giảm nhiệt độ đông lạnh của dung dịch (hỗn hợp kem lạnh). Ngoài ra dung dịch đường glucose có khả năng lên men và có độ hút ẩm cao. Glucose có khả năng hoá nâu, có tính tạo khối, tạo viên. Giống như các đường đơn khác, glucose bị lên men bởi nấm men và các chủng vi sinh vật khác nhanh hơn so với các nguồn cơ chất khác. Do phân tử lượng chỉ bằng một nửa so với đường saccharose ở cùng một khối lượng sử dụng. Khi phản ứng với các hợp chất chứa nitơ, glucose tạo ra các chất màu tuỳ thuộc vào điều kiện phản ứng như pH, nhiệt độ, nồng độ và bản chất các hợp chất chứa nitơ. Đường glucose cũng tham gia các phản ứng như isomer hoá trong môi trường kiềm để tạo thành fructose và mannos, phản ứng phân huỷ kiềm tạo thành acid carboxylic, phản ứng hydro hoá tạo thành sorbitol, phản ứng phân huỷ kiềm và hydro hoá để tạo thành glycol; 1,2- propanediol và glycerol, phản ứng oxy hoá để tạo thành acid gluconic và acid glucaric. Trong công nghệp thực phẩm: Các tính chất vật lý, hoá học và dinh dưỡng học đường glucose được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp thực phẩm như công nghiệp lên men (bia, đồ uống có cồn…), sản xuất bánh mì, trong công nghiệp bánh kẹo, đồ hộp, thức ăn nhanh và những lĩnh vực khác như công nghiệp hoá chất và dược phẩm. Đường glucose được sử dụng trong sản xuất bánh mì để tăng khả năng lên men, tăng độ dai cho vỏ bánh để dễ cắt, dễ cầm bánh, cải thiện màu, mùi vị và cấu trúc bánh. Trong bánh ngọt glucose giúp tăng thể tích, cấu trúc, tính cân đối của bánh. Glucose kiểm soát độ ngọt và vị trong các loại bánh bích quy, nó được phủ lên trong quá trình nướng để tạo màu cho bề mặt và làm mềm bánh. Glucose cũng mang lại cấu trúc mềm mại, vị ngọt diệu và khả năng chảy tốt cho các sản phẩm kem và đồ tráng miệng lạnh. Trong lên men bia glucose được sử dụng như cơ chất có khả năng lên men bổ sung để làm giảm lượng cacbohydrate và lượng calori trong các loại bia năng lượng thấp. Trong rượu vang glucose được sử dụng để tăng khả năng lên men, tăng vị và độ ngọt cho sản phẩm. Trong các loại đồ uống, glucose cung cấp độ ngọt, áp suất thẩm thấu, 7 nó cũng là chất độn giúp tăng vị, kiểm soát khả năng di động và tăng thời gian bảo quản cho đồ uống dạng bột. Trong sản xuất kẹo, glucose cung cấp độ ngọt, độ mềm mại cho sản phẩm đồng thời giúp kiểm soát hiện tượng kết tinh. Kết hợp glucose và saccharose giúp tăng vị, cải thiện màu sắc, độ bóng, tăng cảm giác mát lạnh ở miệng, đồng thời cân bằng được độ ngọt, độ dai, độ cứng cho sản phẩm kẹo. Glucose cũng là phụ gia lý tưởng cho quá trình đóng viên do tính chảy, khả năng kết dính cũng như tách rời tốt. Glucose cũng là chất tạo độ ngọt, độ mềm dẻo và dễ cắt trong sản phẩm kẹo dẻo. Trong các loại đồ hộp như nước chấm, súp rau củ, đồ hộp trái cây, mứt, thạch quả, glucose được sử dụng để cung cấp độ ngọt và vị, tăng độ bền và áp suất thẩm thấu, cải thiện cấu trúc và chất lượng thẩm mỹ của sản phẩm. Glucose cũng tham gia vào quá trình tạo màu cho sản phẩm như xúc xích, bơ đậu phộng… Trong công nghiệp dược: glucose được sử dụng để truyền tĩnh mạch, hay để đóng viên. Nó cũng được sử dụng như nguyên liệu của các quá trình lên men sản xuất các acid hữu cơ, vitamine, kháng sinh, emzyme, acid amine, polysaccharide… Nhu cầu glucose cao nhất là trong lĩnh vực sản xuất cồn ethanol nhiên liệu. Đặc biệt đường glucose là một ứng dụng thực tiễn trong sản xuất nước quả, đây là nguyên liệu được phối trộn vào dịch quả nhằm làm tăng hương vị và giúp cho sản phẩm đạt chất lượng tuyệt hảo hơn đồng thời nó cũng chính là nguyên nhân giúp hạ chi phí sản xuất bởi vì đường glucose là nguyên liệu dễ chế biến và rẻ hơn nhiều so với saccharose hay còn gọi là đường kính mà ta vẫn thường hay sử dụng hằng ngày trong gia đình cũng như làm nguyên liệu chế biến một số sản phẩm khác trong công nghiệp thực phẩm: bánh kẹo, mứt quả, nước giải khát… Glucose là chất cần cho môi trường nuôi vi sinh vật, là đường dễ lên men tạo rượu, acid acetic, acid lactic, acid hữu cơ khác như acid glutamic, acid citric. 3. Nguồn nguyên liệu sản xuất đường 3.1. Tinh bột sắn. Tinh bột sắn là một loại polysaccharide có cấu tạo từ hai loại glucan là amylose (AM) và amylopectin (AP). 8 + Amylose: gồm 200-1000 phân tử glucose liên kết với nhau bằng liên kết -1,4 glucoside tạo thành mạch thẳng. Phân tử amylose gồm nhiều chuỗi xếp song song với nhau, trong đó có các chuỗi cuộn lại thành hình xoắn ốc mỗi vòng xoắn chứa 6 gốc glucose, I2 sẽ hấp thụ vào giữa vòng xoắn tạo màu xanh thẫm đặc trưng. Phân tử amylose có một đầu khử và một đầu không khử. Hình ảnh 1: Cấu trúc mạch Amylose + Amylopectin: gồm 600-6000 phân tử glucose gồm hai loại liên kết -1,4 glucoside và -1,6 glucoside vì vậy nó có cấu trúc phân nhánh, thường có 20-30 gốc glucose giữa hai điểm phân nhánh. Phân tử amylopectin có một đầu khử và nhiều đầu không khử. Amylopectin chỉ tan trong nước nóng và cho dung dịch có độ nhớt cao hơn amylose. Hình ảnh 2: Cấu trúc mạch Amylopectin  Nước ta chủ yếu dùng tinh bột sắn làm nguyên liệu chính để sản xuất đường glucose vì: Sắn có thể thu hoạch quanh năm không cần nhiều chi phí cho việc tồn trữ. Mặt khác sắn cho sản lượng carbohydrate cao hơn gạo đến 40% và cao hơn ngô vàng 25% và là nguồn tinh bột rẻ tiền. Hơn nữa so với các vụ mùa khác sắn chịu đuợc điều kiện trồng 9 khắc nghiệt hơn nên đắp ứng được nguồn cung ứng cho nhà máy trong quá trình sản xuất. Đồng thời sắn có hàm lượng tinh bột cao và hàm lượng các chất khác như protein và lipit thấp do đó nó là nguồn lý tưởng để sản xuất tinh bột tinh khiết. Đặc tính quan trọng của tinh bột sắn là không mùi, tạo bột nhão trong và khả năng kết dính tốt. những đặc tính này giúp cho tinh bột sắn dễ trộn với các tác nhân màu sắc và hương vị. Tinh bột sắn có hàm lượng amylopetin cao nên dễ hòa tan trong nước ở 95 0C hơn các loại tinh bột giàu amylose, do cấu tạo nhiều mạch nhánh cồng kềnh nên không có xu hướng kết tinh trở lại và do đó có khả năng giữ được nước lớn. Tiêu chuẩn của tinh bột sắn:  Những tiêu chuẩn chung:  An toàn và phù hợp cho người sử dụng.  Không có mùi vị khác thường và côn trùng gây hại.  Không bị nhiễm bẩn.  Chỉ tiêu cảm quan:  Cấu trúc: bột màu trắng, khô và mịn.  Màu sắc: đồng đều và đặc trưng.  Mùi: có mùi tươi và không có mùi mốc và ôi.  Không bị nhiểm bẩn.  Thành phần hóa học: Độ ẩm: 7% Hàm lượng tinh bột: không thấp hơn 89,2% chất khô. Protein: không lớn hơn 0,8%. Chất béo: không lớn hơn 0,15%. Tro: không lớn hơn 0,15%. Các chất hòa tan khác: không lớn hơn 0,1%. Độ chua: không lớn hơn 30ml dung dịch NaOH 0,1N/100g chất khô. pH: 4.5 – 6.5.  Chỉ tiêu sinh học:  Không có vi sinh vật gây bệnh.  Không có côn trùng gây hại. 3.2. Hệ enzyme thủy phân dùng trong sản xuất đường glucose. 3.2.1. Amilase.  Khái niệm chung. Amilase là một trong những enzyme được ứng dụng rộng rãi hơn cả, đặc biệt là trong công nghiệp thực phẩm. 10 Amilase là tên gọi một nhóm enzyme thuỷ phân tinh bột, bao gồm nhiều enzyme khác nhau về tính đặc hiệu tác dụng lên tinh bột (vị trí khác nhau trên mạch tinh bột) như: -amilase, -amilase, -amilase… Chế phẩm enzyme amilase kĩ thuật và tinh khiết được sản xuất ở dạng dịch đặc có nồng độ chất khô 50% hay ở dạng bột khô thô hay tinh khiết.  Phương pháp thu và nuôi cấy amilase. Phương pháp thu amilase từ canh trưởng rắn hay lỏng, trên cơ bản giống phương pháp chung thu enzyme từ vi sinh vật. Về phương pháp nuôi, ta có thể sử dụng phương pháp bề sâu hay bề mặt. Đặc điểm -amilase nấm mốc là có pH tối ưu 4,7- 4,9 với Ca là nguyên liệu tăng hoạt động của enzyme này. -amilase nấm mốc có khả năng chuyển được 80- 82% tinh bột thành maltose, không tác dụng lên tinh bột sống chỉ tác dụng lên tinh bột đã hồ hoá. Amilase của vi khuẩn có khả năng dịch hoá cao (tạo dextrin), khả năng đường hoá kém hơn amilase của nấm mốc, nhưng có ưu điểm là chịu được nhiệt độ cao (90 0C). Ở Nhật hàng năm sản xuất 7000 tấn amilase từ vi khuẩn. Các nấm mốc Asp. Awamori; Asp. Oryzae; Asp. Usami tổng hợp nhiều Olygo-1-6-glucozidase thuỷ phân liên kết 1-6glucoside của tinh bột. 3.2.2 Glucoamylase. Glucoamylase (α-1,4-glucanglucohydrolase) hay cũng gọi là γ-amilase. Glucoamylase có khả năng cắt đứt từng đơn vị glucose từ đầu không khử của tinh bột. Khi thủy phân tinh bột glucoamylase bên cạnh glucose cũng có thể tạo ra oligosaccharide. Glucoamylase cũng có thể thủy phân liên kết α-1,6-glucoside trong các oligo- và polysaccharide. Ngoài ra glucoamylase cũng có khả năng phân cắt glucogen, amylopectin, dextrin giới hạn, isomaltose và maltose đến glucose. Glucoamylase của Aspergillus và Rhizopus có độ bền cao đối với nồng độ ion H+. 3.2.3 Chế phẩm amilase trong sản xuất đường glucose từ tinh bột. Từ năm 1960 ở Nhật, 100% glucose được sản xuất bằng phương pháp thuỷ phân enzyme. Ở các nước tiên tiến khác, phương pháp dùng enzyme vi sinh vật trong lĩnh vực này cũng đã được áp dụng có hiệu quả và phổ biến, hay phối hợp phương pháp acid và enzyme. 11 Tinh bột TermamylTrong sản xuất mật tinh bột-glucose 2 enzyme chủ yếu là -amilase và glucoamilase từ nấm mốc và vi khuẩn. CaCl2 Enzyme -amilase để dịch hoá tinh bột và tạo maltose còn glucoamilase dùng để Mật 1 + H2O đếến 300Bx Hòa bột đường hoá tạo glucose, chế phẩm amilase cho sản xuất glucose được sản xuất từ vi khuẩn B. subtilis, B. mesentericus. Chế phẩm glucoamilase thường sản xuất từ nấm mốc Asp. Hồồ hóa và Dịch Niger; Asp. Awamori; Asp. Batatae; Rhizopus delamar; Mucor… hay từ một số nấm men Đường hóa Sacchromyce, Endomycoppis…hóa AMGE3.3. Nước. Nước tham gia vào các phản Làm nguứng ội trong quá trình thủy phân tinh bột. Do đó, yêu Làm sạch cầu chung là nước có độ cứng càng thấp càng tốt. 3.4. Chất chỉnh pH. Để các chế phẩm enzyme Đườngxác hóatác phản ứng thủy phân tinh bột đạt hiệu quả cao, người ta cần hiệu chỉnh pH dung dịch cơ chất về giá trị tối thích của enzyme. Cồ đặChất c chỉnh pH thông dụng là NaOH 0,1N và HCl 0,1N. 3.5. Các nguyên liệu khác. Làm sạch  CaCl2 được dùng để ổn định hoạt tính -amylase. Làm nguội  Than hoạt tính được sử dụng để tinh sạch dung dịch đường sau quá trình thủy phân, cải thiện độ màu của sản phẩm. Cồ đặc  Bộ trợ lọc diatomite được dùng để hỗ trợ cho quá trình lọc syrup. 4. Quy trình công nghệ. Kếết tinh 4.1. Sơ đồ khối. Làm nguội Ly tâm Kếết tinh Đường Mật 1 thồ Ly tâm Hồồi dung Sâếy Phân loại Mật 2 Đường cục 12 Glucose thành phẩm Hydron 4.2. Giải thích quy trình. 4.2.1. Hòa bột (chuẩn bị huyền phù tinh bột) 13  Mục đích công nghệ: Chuẩn bị cho quá trình hồ hóa nhằm tăng độ phân tán của huyền phù.  Các biến đổi: Biến đổi vật lý: khi cho tinh bột vào nước, các hạt tinh bột không tan được trong nước. Tuy nhiên, một số phân tử nước sẽ khuếch tán vào bên trong cấu trúc hạt tinh bột. Dẫn đến:  Tăng thể tích.  Hệ số dẫn nhiệt tăng.  Sự khuếch tán của các hạt tinh bột tăng. Biến đổi hóa lý: khi tinh bột hấp phụ một phần nước thì thể tích tăng lên. Tuy nhiên, sựt hay đổi này không đáng kể nếu quá trình chuẩn bị huyền phù tinh bột được thực hiện ở nhiệt độ phòng.  Hạt tinh bột hấp thu một lượng nhỏ nước một cách thuận nghịch (25-50% nước) nhưng chưa trương nở.  Trạng thái của nguyên liệu sau khuấy trộn ở dạng huyền phù.  Tăng khả năng tiếp xúc giữa hạt tinh bột và nước. Biến đổi cảm quan: sự thay đổi trạng thái của dịch bột.  Dùng thùng hòa tinh bột hình trụ đứng có các thông số công nghệ:  Nhiệt độ: 45-500C.  Tốc độ cánh khuấy 20 vòng/phút.  Thời gian: 30-40 phút.  Tinh bột và nước được trộn theo tỷ lệ khối lượng là 1:2 hoặc 1:3. Người ta sẽ cho nước vào thiết bị phối trộn trước, sau đó cánh khuấy hoạt động rồi mới cho tinh bột từ từ vào thiết bị. Cuối cùng bổ sung chất chỉnh pH để đưa giá trị pH của hỗn hợp vè giá trị tối thích để amylase hoạt động xúc tác, đồng thời bổ sung Ca 2+ với hàm lượng 100 ppm để ổn định hoạt tính của enzyme. 4.2.2. Hồ hóa.  Mục đích công nghệ: Chuẩn bị cho quá trình dịch hóa, các hạt tinh bột hút nước và trương nở tối đa tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình dịch hóa.  Các loại biến đổi: Biến đổi vật lý:  Độ nhớt tăng cực đại.  Hạt tinh bột rương nở tối đa.  Nhiệt độ của dung dịch tăng. 14  Nồng độ chất khô tăng. Biến đổi hóa học:  Xảy ra sự hydrat hóa các nhóm hydroxyl tự do và hình thành liên kết hydro với nước. Biến đổi hóa lý:  Hạt tinh bột tiếp tục hấp thu nước, khi nhiệt độ càng tăng thì khả năng hút nước càng tăng, lên đến 2500% nước.  Hệ chuyển sử dụng huyền phù sang dung dịch nhớt đồng nhất.  Tăng khả năng hòa tan. Biến đổi sinh học:  Vi sinh vật bị ức chế hoặc tiêu diệt. Biến đổi cảm quan: màu sắc từ đục chuyển sang trong hơn. Dùng thiết bị Henze cooker có thông số công nghệ:  Nhiệt độ hồ hóa: 52:640C  Thời gian xả: 20 phút/lần. 4.2.3. Dịch hóa.  Mục đích công nghệ: Chuẩn bị cho quá trình đường hóa.  Các biến đổi: Biến đổi vật lý:  Độ nhớt giảm.  Khả năng truyền nhiệt tăng (do kích thước phân tử nhỏ hơn).  Nồng độ chất khô tăng. Biến đổi hóa học:  Hạt tinh bột bị phá tung, phá vỡ các liên kết hydro giữa nước và các sợi tinh bột.  Phản ứng Maillard giữa đường và acid amine tạo ra sản phẩm có màu.  Thủy phân một phần tinh bột tạo những mạch dextrin có chiều dài mạch ngắn hơn, 15 Biến đổi hóa lý:  Sự bốc hơi nước tăng.  Khả năng hòa tan của tinh bột tăng. Biến đổi hóa sinh:  Enzym α-amylase hoạt động cắt các mạch amylose và amylopectin thành các dextrin mạch ngắn có khả năng hòa tan . Biến đổi sinh học:  Vi sinh vật bị ức chế hoặc tiêu diệt  Thiết bị: Henze cooker với các thông số công nghệ:  Nhiệt độ: 1050C  pH: 6-6.5  Hàm lượng chế phẩm enzym α-amylase: 0.25-0.3% lượng tinh bột khô Chú ý: Quá trình dịch hóa tiến hành đến hàm lượng đường khử đạt 10-15% DE. 4.2.4. Làm nguội.  Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho quá trình đường hóa, tạo điều kiên tối thích cho enzyme glucoamylase trong quá trình đường hóa tiếp theo.  Các biến đổi: Biến đổi vật lý: nhiệt độ giảm. Các biến đổi khác không đáng kể.  Dùng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bán mỏng với nhiệt độ được hạ xuống còn 55600C. 4.2.5. Đường hóa.  Mục đích công nghệ:  Khai thác: Tạo thành syrup có thành phần chủ yếu là glucose, các đường đơn và các dextrin mạch ngắn.  Các biến đổi: Biến đổi vật lý:  Độ nhớt của dung dịch sẽ giảm dần theo thời gian thủy phân.  Tăng khả năng truyền nhiệt của dung dịch.  Tăng hàm lượng chất khô do hàm lượng nước giảm. Biến đổi hóa học:  Phản ứng thủy phân cắt dextrin mạch dài (sản phẩm sau quá trình dịch hóa) thành sản phẩm chính là glucose, các đường đơn giản khác và dextrin mạch ngắn… 16  Phản ứng Maillard tạo thành các chất màu làm sẫm màu dịch thủy phân. Biến đổi hóa lý:  Tăng khả năng hòa tan của dung dịch. Biến đổi hóa sinh:  Có tương tác đồng thời của enzyme -amylase và glucoamylase lên các mạch polysaccharide và oligosaccharide tạo hỗn hợp sản phẩm gồm maltose, glucose, triose và các oligosaccharide khác. Trong đó, glucoamylase hoạt động với điều kiện tối thích còn -amylase vẫn hoạt động nhưng hoạt tính yếu hơn.  Tùy theo chế phẩm enzyme mà nhiệt độ quá trình đường hóa sẽ thay đổi. Nhiệt độ đường hóa phổ biến hiện nay là 55-600C.  Tùy theo hoạt tính và hàm lượng enzyme sử dụng mà thời gian đường hóa có thể kéo dài từ vài giờ đến hàng chục giờ. Tuy nhiên thời gian đường hóa không vượt quá 48 giờ.  pH dung dịch đường hóa nằm trong khoảng 5.0-5.5.  Lượng enzyme: 2000 U/kg hàm lượng chất khô. 4.2.6. Làm sạch. Người ta sử dụng than hoạt tính để làm sạch dung dịch tinh bột sau khi đường hóa.  Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho quá trình lọc tạp chất.  Các biến đổi của nguyên liệu: chủ yếu xảy ra biến đổi hóa lý, chất màu và một số tạp chất trong dịch thủy phân sẽ hấp phụ trong mao dẫn của các than hoạt tính.  Thiết bị và thông số công nghệ: thiết bị có dạng hình trụ đứng, bên trong có cánh khuấy, bên ngoài là lớp vỏ áo để điều nhiệt. hàm lượng than hoạt tính sử dụng xấp xỉ 0,75% lượng chất khô trong dung dịch thủy phân. Nhiệt độ xử lý là 700C, thời gian xử lý khoảng 25-30 phút. Người ta sẽ chuẩn bị huyền phù than hoạt tính với nồng độ 15%, sau đó bổ sung dung dịch huyền phù than hoạt tính này vào dung dịch thủy phân đã được gia nhiệt lên đến 700C. 4.2.7. Lọc.  Mục đích công nghệ: khai thác, chuẩn bị cho quá trình cô đặc.  Các biến đổi: Biến đổi vật lý:  Khối lượng dung dịch.  Tỷ trọng thay đổi. 17  Hệ số truyền nhiệt. Biển đổi hóa lý:  Xảy ra sự phân riêng hai pha: pha phân tán bao gồm các hạt than đã hấp phụ các chất màu và một số tạp chất bị lẫn trong dung dịch. Pha liên tục là dịch đường đã được làm sạch.  Thiết bị và thông số công nghệ: Thông thường, người ta sử dụng thiết bị lọc khung bản với màng vải có phủ một lớp bột trợ lọc diatomite. Người ta dùng bơm để đưa nguyên liệu vào thiết bị lọc. Tốc độ lọc dao động trong khoảng 200-400L/m2.giờ. Khi quá trình lọc kết thúc, người ta thổi không khí sạch vào thiết bị để tận thu phần dịch lọc còn sót trong bã. Nhiệt độ dung dịch khoảng 55 0C thi thu được hiệu suất lọc cao nhất. 4.2.8. Trao đổi ion.  Mục đích: Quá trình trao đổi ion có thể tách được 95% chất khoáng, 70% các hợp chất có chứa nitơ và 80% chất màu có trong syrup.  Chuẩn bị cho quá trình cô đặc.  Tách các ion và hấp thụ được những hợp chất hữu cơ khác.  Các biến đổi: Các tạp chất tích điện trong dịch thủy phân sẽ thế chỗ các anion trên những hạt nhựa trong thiết bị trao đổi ion. Sau khi qua cột cationit, pH syrup sẽ giảm xuống rất thấp (pH 2,0). Tuy nhiên, khi syrup được qua cột anionit, pH sẽ tăng lên 5,0 hoặc cao hơn. Biến đổi hóa học: các anion và cation sẽ khuếch tán qua các lỗ xốp và trao đổi ion với chất rắn điện giải.  Trao đổi cation: ion làm việc là H+ hoặc Na+. Tuy nhiên, nên lựa chọn H+ vì có thể tách được cả ion Na+. Cơ chế: Mn+ + nHR  MRn + nH+ Trong đó: Mn+: -Là các ion trong dung dịch như là Na+, Ca+, Mg+, Cu2+, Fe3+, Fe2+, Al3+… - Là những chất hữu cơ mang điện tích dương trong dung dịch. 18 HR: là các loại nhựa polymer tổng hợp không tan có chứa nhóm sulfonic, carboxylic hay phenolic. (R- là biểu diễn phần anion cố định trong nhựa).  Trao đổi anion: ion làm việc là Cl- hoặc OH-. Cơ chế: mRNH3-OH + Am-  (RNH3)m – A + mOHH+ + OH-  H2O Trong đó: Am-: -Là những anion trong dung dịch như là SO42-, NO3-… -Là những chất hữu cơ mang điện tích âm trong dung dịch. RNH3 – OH hay RNH3 – Cl: là các loại nhựa polimer không tan có chứa nhóm amin và các anion để trao đổi. (RNH3+ là biểu diễn phần cation cố định trong nhựa).  Thiết bị: Sử dụng hai cột chứa lần lượt cationit và anionit. Nguyên lý hoạt động: - Dung dịch sẽ được cho đi qua cột trao đổi anion. Tại đây, các anion sẽ bị - giữ lại trên cột. Dung dịch tiếp tục đi qua cột trao đổi cation. Tại đây, các cation sẽ bị giữ - lại. Tiến hành rửa giải để tách những ion. Sau quá trình trao đổi ion phải tiến hành tái sinh ion làm việc trên cột bằng cách ngâm cột vào những dung dịch thích hợp.  Thông số công nghệ: Thời gian tiến hành : 20 – 25 phút. Nhiệt độ tiến hành: 70 – 750C. Chiều cao và đường kính cột trao đổi ion sẽ do mỗi hãng sản xuất quy định. Chú ý: Khi lượng chất đã bão hòa trên cột thì ta phải tiến hành rửa giải cột và hồi lưu dung dịch đi ra để dung dịch sạch hơn. 4.2.9. Cô đặc chân không.  Mục đích công nghệ: quá trình cô đặc chân không sẽ tách bớt nước và làm tăng nồng độ chất khô của syrup. Nhờ đó, giá trị dinh dưỡng của syrup sẽ gia tăng và việc vận chuyển và phân phối syrup dễ dàng hơn. Đồng thời, nồng độ đường cao làm ức chế vi sinh vật thuận lợi cho việc bảo quản. Mục đích công nghệ của quá trình này là khai thác và hoàn thiện.  Các biến đổi của nguyên liệu: Biến đổi vật lý:  Trong quá trình cô đặc, nồng độ chất khô của syrup sẽ tăng dần, do đó tỷ trọng và độ nhớt của nó sẽ gia tăng. 19