Luận án tiến sĩ công nghệ thực phẩm ứng dụng sóng siêu âm để nâng cao hiệu quả q

ĐẠI HỌC QUOC GIA THÀNH PHO HO CHI MINH TRUONG DAI HOC BACH KHOA TRAN THI THU TRA UNG DUNG SONG SIEU AM DE NANG CAO HIEU QUA QUA TRINH THUY PHAN TINH BOT KHOAI MI (Manihot esculenta crantz.) LUAN AN TIEN SI KY THUAT TP. HO CHI MINH — NAM 2015 ĐẠI HỌC QUOC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRAN THỊ THU TRA UNG DUNG SONG SIEU AM DE NANG CAO HIEU QUA QUA TRINH THUY PHAN TINH BOT KHOAI MI (Manihot esculenta crantz.) Chuyên ngành: Chế biến Thực phẩm va Đồ uống Mã số chuyên ngành: 62 54 02 01 Phản biện độc lập 1: PGS. TS Nguyễn Minh Thủy Phản biện độc lập 2: PGS.

TS Nguyễn Thanh Hằng Phản biện 1: PGS. TSKH Ngô Kế Sương Phản biện 2: PGS. TS Trương Thị Minh Hạnh Phản biện3: GS.TS Đống Thị Anh Dao NGƯỜI HUONG DAN KHOA HOC: GS. TS LE VĂN VIET MAN ii LOI CAM DOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản than tác giả.

Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án nảy là trung thực, và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nao và dưới bat kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tai liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi ngu6n tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận án Chit ký Trần Thị Thu Trà TOM TAT LUẬN AN Với mục dich nâng cao hiệu quả của quá trình thủy phân tinh bột khoai mi bang giải pháp sử dụng sóng siêu âm, nội dung nghiên cứu của luận an gôm có bon phan: Phan 1: Xử lý siêu âm huyền pho tinh bột khoai mì. Phần nay đã đưa ra quy luật ảnh hưởng của sóng siêu âm đến quá trình phá vỡ hạt tinh bột và làm tăng lượng tinh bột hòa tan.

Phan 2: Xử lý siêu âm chế phẩm enzyme amylase nhằm tìm hiểu quy luật ảnh hưởng của sóng siêu âm đến hoạt độ của hai chế phẩm Termamyl 120L và Dextrozyme GA. Phần này đã xác định được quy luật ảnh hưởng của nhiệt độ, công suất và thời gian siêu âm đến hoạt tính amylase. Bên cạnh đó, biến đổi hoạt độ amylase theo pH và nhiệt độ, các thông số động học và nhiệt động học của phản ứng thủy phân, các thông số nhiệt động của quá trình vô hoạt enzyme được so sánh giữa mẫu chế phẩm enzyme đã qua và không qua xử lý siêu âm. Phan 3: Xử lý siêu âm hỗn hợp huyền phi tinh bột khoai mì có chứa enzyme xúc tác.

Phần này đã xác định quy luật ảnh hưởng của sóng siêu âm đến quá trình giải phóng và làm tăng hàm lượng tinh bột hòa tan, đến độ thủy phân tính bột. Phần 4: So sánh các giải pháp sử dụng sóng siêu âm để nâng cao hiệu quả thủy phan tinh bột khoai mi: thông qua độ thủy phân, thời gian thủy phân và năng lượng siêu âm can sử dụng dé tăng thêm 1g đường khử so với mẫu đối chứng. Kết quả nghiên cứu đã khang định sóng siêu âm có thé làm tăng hoạt tính amylase của chế phẩm enzyme a — amylase và glucoamylase lần lượt là 47,3% và 11,1 % so với mẫu đối chứng. Giải pháp xử lý siêu âm 2 chế phẩm a — amylase và glucoamylase trước khi sử dụng trong quá trình thủy phân tinh bột cho độ thủy phân đạt 96,8% và giá tri này tăng 12,6% so với mẫu đối chứng, chi phi năng lượng siêu âm thấp, chỉ 11J/g đường khử tăng thêm.

ii ABSTRACT The objective of this research was to improve hydrolysis efficiency of cassava starch by ultrasound — assisted treatments. The thesis consists of four experimental sections: Section |: Ultrasonic treatment of cassava slurry. The impacts of the sonication conditions in degradation of starch granules and content of soluble starch were investigated and reported Section 2: Ultrasonic treatment of amylase preparations. The effects of sonication temperature, power and time on catalytic activity of Termamyl 120L and Dextrozyme GA were clarified.

Moreover, the influence of pH and temperature on amylase activity, kinetic and thermodynamic parameters of hydrolytic reaction, thermodynamic parameters of enzyme inhibition were compared for the sonicated and non — sonicated preparations. Section 3: Ultrasonic treatment of mixture of cassava slurry and enzyme preparation. The impacts of sonication conditions on release of starch molecules from starch granules and content of soluble starch were examined and reported Section 4: Comparison of ultrasound — assisted techniques for improvement in hydrolysis efficiency of cassava starch slurry. The hydrolytic yield and time were determined, ultrasonic energy for increasing | g reducing sugars in comparison with the control was also calculated.

The experimental results showed that sonication enhanced catalytic activity of the a — amylase preparation (Iermamyl 120L) and the glucoamylase preparation (Dextrozyme GA) by 47.1%, respectively, in comparison with the controls. Application of the sonicated œ — amylase and glucoamylase preparations to cassava starch hydrolysis resulted in the hydrolytic yield of 96.8% and this value was 12.6% higher than the control; the ultrasonic energy consumption was just 11J/g reducing sugars increased. lil LỜI CÁM ƠN Đề có thể hoàn thành được cuốn luận án này, tôi xin gửi lời cam ơn chân thành đến PGS. Lê Văn Việt Man, thay hướng dẫn luận án va cũng là chủ nhiệm bộ môn Công nghệ Thực phẩm.

Trong suốt quá trình làm luận án, tôi không chỉ tiếp thu thêm được những kiến thức khoa học mới mà thông qua hướng dẫn cua thay, tôi còn học tập được tác phong làm việc, phong cách viết báo cáo khoa học và cả cách đối nhân xử thế. Xin cảm ơn TS. Hoàng Văn Quốc Chương, Giám đốc nhà máy Biên hòa, công ty Ajinomoto Việt Nam đã cung cấp nguyên liệu tinh bột khoai mì. Xin cảm ơn Anh Lê Minh Thiên, Giám đốc kỹ thuật sản xuất, và Anh Tạ Quang Minh, KS Hóa, phòng KTSX Công ty Cổ phần Rượu Bình Tây đã cung cấp một phần các chế phẩm enzyme Termamyl 120L, Dextrozyme GA sử dụng trong luận án.

Xin cảm ơn các đồng nghiệp tại bộ môn Công nghệ Thực phâm đã giúp đỡ, động viên, góp ý kiến hữu ích dé tôi hoàn thành luận án. Xin cảm ơn sự giúp đỡ của các thay cô Khoa Kỹ thuật Hóa học, phòng Đảo tao Sau Đại học, các đơn vị hỗ trợ phân tích: phòng thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia Vật liệu Polymer va Composite, phòng thí nghiệm Công nghệ cao, Viện Công nghệ Hoa học. Xin cảm ơn các em sinh viên đã vất vả cùng tôi trong việc thực hiện các thực nghiệm, xử lý số liệu kết quả thí nghiệm. công bồ các bai báo.

Cuối cùng, xin cam ơn gia đình đã ủng hộ tinh than và cũng là động lực cho tôi cỗ găng. Nghiên cứu sinh Trần Thị Thu Trà IV MỤC LỤC 1019509 9 S.- Vv DANH MỤC HINH .cccccccssecececececscvscscecescevevscececsevsvscacecsesevacacecessevavacaceceevevacaceseavecaes viii DANH MUC BANG 22 xi DANH MỤC CAC TU VIET TẮTT.G-G- G6983 3128 g1 gi xiii 2 xinngă—. | CHUONG 1 TONG QUAN.1 Qua trình thủy phân tinh Độ(.1 Cac giai đoạn của quá trình thủy phân .2 Động học quá trình thủy phân tinh bột .3 Các hiện tượng xảy ra khi sóng siêu âm tac động vào môi trường lỏng.4 Ứng dung sóng siêu âm vào quá trình thủy phân tinh bột.1 Co sở khoa hỌC. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thủy phân tinh bột dưới tác động đông thời của enzyme và sóng SIÊU AM .3 Những kết quả nghiên cứu đã thu được .5 Qua trình thủy phân tinh bột có sử dung enzyme ở Việt Nam.6 Xác định hướng nghiên cứu của dé tài .-- - 55-52 22+ ss+eseerezrsrered 27 CHƯƠNG2 NGUYÊN LIEU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.1 Chế phẩm enZyme.---- ¿+ + +%+E+S£SE+E9EEE£E9EE 1231121211211 11x.2 Tinh bột khoai mì .3 Các hóa chất phân tích .-- ¿+ - ¿6+9 SE+E+EEE£ESEEEEEEEEEEErkrkrrkrerrees 29 2.2 Nội dung nghiên CỨU.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm.1 Phương pháp cô điỂn.2 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm.4 Bồ trí thí nghiệm.1 Phần 1: Xử lý siêu âm huyền phù tinh bột khoai mi— Ảnh hưởng của sóng siêu âm đến giai đoạn h6 hóa .2_ Phan 2: Xử lý siêu âm chế phẩm enzyme amylase .3 Phần 3: Xử lý siêu âm hỗn hợp huyền phù tinh bột khoai mì có chứa enzyme —- Ảnh hưởng của sóng siêu âm đến giai đoạn dịch hóa.4 Phần 4: So sánh các giải pháp sử dụng sóng siêu âm dé nâng cao hiệu quả thủy phân tinh bột Khoai mì.5 Phương pháp phân tích, phương pháp tính toán và thiết bị sử dụng.1 Phương pháp phân tÍch.2 Phương pháp tính toan.

Thiết bị sử dụng.6 Xử lý số liệu. St SE E231 1211111111111 1111110111111 xe 45 CHƯƠNG3_ KẾT QUA VA BAN LUẬN .1 Phần 1: Xử lý siêu âm huyền phù tinh bột khoai mi— Ảnh hưởng của sóng siêu âm đến giai đoạn h6 hóa.1 Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột khoai mì trong huyền phù ban đầu .2 Ảnh hưởng của nhiệt độ bắt đầu siêu âm. Ảnh hưởng của công suất siêu AM .4 Ảnh hưởng của thời gian siêu AM .2 Phan 2: Xử lý siêu âm chế phẩm enzyme amylase .1: Ảnh hưởng của sóng siêu âm đến chế phẩm enzyme Termamyl [2L .2: Anh hưởng của sóng siêu âm đến hoạt độ glucoamylase trong chê phâm Dextrozyme 1Á. Phần 3: Ảnh hưởng của sóng siêu âm đến giai đoạn dịch hóa huyén phù tinh bột khoal ImÌ.1 Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột khoai mì trong huyền phù ban đầu .2 Ảnh hưởng của nhiệt độ bat đầu siêu âm.

Ảnh hưởng của công suất siêu AM .4 Ảnh hưởng của thời gian siêu AM .5 Ảnh hưởng đồng thời của nhiệt độ, công suất và thời gian siêu âm trong giai đoạn dịch hóa đến độ thủy phân tinh bột khoai mì .4 _ Phan 4: So sánh các giải pháp sử dụng sóng siêu âm dé nâng cao hiệu quả thủy phân tinh bột Khoal mì. eee - << S000 nọ nọ ve 104 CHUONG 4 KẾT LUẬN VÀ DE NGHỊ,.ccct nh TH TH HH ng nh 109 4. Về mặt khoa hỌc.2 Về mặt Ứng dỤng. 109 AD DE NNT ceeecccccccccccscssssesscsssessescsesscsesesscsessssesesssscsesecsssesecsssesecsesessessseeeeseses 110 CHƯƠNG 5 TÀI LIEU THAM KHẢO.- --cccccecxrerkrrrrerrrrrrerreee 111 Vil DANH MỤC HÌNH Hình 1.

Đường cong mô tả giai đoạn hồ hóa tinh bột khoai mì của một số giống khoai mì trồng tại Brazil. Phân loại enzyme amylase dựa vào vi tri và cơ chế xúc tác. Cấu trúc của O-amylase .4 Cơ chế phản ứng thủy phân nhóm glycosyl của a-amylase từ vi khuẩn [17/71/1 EPP722Ẽ557557A.5 Mô phỏng cau trúc cua glucoamylase từ Aspergillus nỉger.6 Cơ chế thủy phân liên kết glycoside của glucoamylase .7 Sự hình thành, phát triển của bong bóng trong lòng chất lỏng dưới tác dụng CUA SONG SIÊU Âm. -- -- - G cọ nọ vk 16 Hình 1.

Sơ đồ quá trình thủy phân tinh bột thành dung dich đường glucose trong quy trình sản xuất bột ¡10077 -. Sơ đồ quá trình thủy phân tinh bột thành dung dịch đường maltose trong quy trình sản xuất đường nha .1 Phương pháp xác định Vmax và Km dựa vào phương trình Linewearver và ng dtttddddắ5ŸÝ.2 Phương pháp xác định năng lượng hoạt hóa Ea theo phương pháp của 0/2/7108 a(-(-(-(|::1 Ô.