MỞ ĐẦU Nhờ những thành tựu khoa học kỹ thuật mới do công nghệ sinh học đã cống hiến trong thế kỷ XX, việc nghiên cứu, sản xuất và thu nhận các chế phẩm enzim đã phát triển nhanh chóng. Ngành công nghiệp công nghệ sinh học đã không ngừng sản xuất và đưa vào sử dụng ngày càng nhiều các dạng chế phẩm enzim mới. Điều đó đã giúp cho nhiều ngành công nghiệp có cơ hội để thay đổi về cơ bản về công nghệ và nâng cao kỹ thuật, chất lượng và hiệu quả kinh tế. Vấn đề nghiên cứu ứng dụng các chế phẩm enzim mới có nghĩa rất lớn đối với nhiều ngành công nghiệp nhất là công nghiệp thực phẩm, bởi lĩnh vực chế biến nông sản thực phẩm ở nước ta hiện nay còn quá nghèo nàn và lạc hậu.
Trong phạm vi luận văn này, chúng tôi chỉ tập trung nghiên cứu ứng dụng những chế phẩm enzim của hệ amilaza trong công nghệ sản xuất đường glucoza từ bột sắn, bởi việc sản xuất ølucoza ở nước ta tuy đã tồn tại trên 40 năm nay nhưng chủ yếu vẫn dựa trên công nghệ hoá học - thuỷ phân bằng axit. Trong những năm gần đây lĩnh vực này tuy đã được nhiều nhà khoa học và nhà sản xuất kinh doanh quan tâm nghiên cứu, nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng một số enzim đã được thực hiện như: Sử dụng canh trường nuôi cấy nấm mốc Aspergillus niger 70 [10,18], sử dụng chế phẩm œ -amilaza của Bacillus subiilis trong nước [6], hoặc ứng dụng chế phẩm ơ - amilaza va glucoamilaza cua hang NOVO- Dan mach [12]. Các công trình nay đã đạt được những kết quả nhất định và đã đóng góp một phần vào công cuộc cải tạo và phát triển ngành công nghiệp sản xuất đường glucoza trong nước. Nhưng đến nay việc đổi mới về sản xuất ở nước ta vẫn chưa tiến triển, sản xuất chưa phát triển mặc dù nhu cầu tiêu thụ glucoza trong nước rất lớn, hàng năm chúng ta vẫn phải nhập một lượng lớn glucoza, trong khi tiềm năng nguyên liệu của ta rất lớn chưa được khai thác.
Để góp phần hoàn thiện thêm việc sử dụng chế phẩm enzim amilaza vào sản xuất đường glucoza, với đề tài “Mehiên cứu sử dụng hệ enzim amilaza để nâng cao hiệu quả sản suất gÌucoza tỉnh thể từ bột sắn” chúng Mở đâu tôi đã nghiên cứu sử dụng có chọn lọc một số chế phẩm enzim amilaza có khả năng thuỷ phân tỉnh bột, xác định các điều kiện tối ưu để nâng cao năng suất sử dụng thiết bị và hiệu suất thuỷ phân cũng như chất lượng sản phẩm nhằm đáp ứng yêu cầu của sản xuất kinh doanh và người tiêu dùng. Tổng quan PHANI. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ GLUCOZA Glucoza là một monosacarit rất phổ biến trong tự nhiên, nó thường tồn tại ở dạng D-glucoza và được tìm thấy trong các quả chín, trong mật ong, trong hoa, lá, rễ và nhựa của thực vật, và trong máu của động vật. Đặc biệt nó có rất nhiều trong quả nho chín nên còn gọi là đường nho.
D-glucoza đóng vai trò trung tâm trong sự chuyển hoá chất hidratcacbon và là nguồn cung cấp năng lượng quan trọng nhất của sinh vật. Trong tự nhiên, ở thực vat glucoza được hình thành do quá trình quang hợp từ CO; và H;O dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời với sự có mặt của chất điệp lục. Trong cơ thể động vật, glucoza được tạo thành bởi quá trình phân giải các polysacarit dưới tác dụng xúc tác của các enzim trong cơ thể. Nó là cấu tử cơ bản để tạo nên các polysacarit dự trữ ở dạng tĩnh bột va glycogen, và là một trong những cấu tử tạo nên các polysacarit chống đỡ như xenluloza.
D-glucoza cũng là một trong những sản phẩm cuối cùng của quá trình thuỷ phân một số oligo- và polysacarit. D-glucoza làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang phải nên còn gọi là dextroza. D-glucoza thương phẩm chủ yếu được sản xuất bằng phương pháp thuỷ phân tỉnh bột [7,14,37]. Cấu tạo của glucoza Glucoza là monosacarit, một trong 8 đồng phân aldohexoza.
Công thức phân tử của glucoza là C,H;;O,, phân tử lượng là 180,16. Glucoza ma chúng ta hay gặp là dạng D-glucoza, nó là một aldoza (do có nhóm -CHO ở vị trí C¡) khi tồn tại ở dạng mạch hở. Nhưng trong tự nhiên nó thường tồn tại chủ yếu ở dạng vòng (dẫn xuất bán axetal) do trong phân tử glucoza có sự tấn công ái nhân nội phân tử của nhóm -OH ở vị trí C¡ hoặc C; vào nhóm - CHO ở vị trí C¡ (sự hỗ biến Oxo-xyclo). Dạng vòng Š cạnh của glucoza gọi là D- Glucofuranoza do nhóm OH ở nguyên tử € vị trí C, tham gia đóng vòng, nhưng dạng vòng Š cạnh này không bền nên không phổ biến trong tự nhiên.
Tổng quan Dạng vòng 6 cạnh của glucoza gọi là D-glucopyranoza do nhóm OH ở nguyên tử € vị trí C; tham gia đóng vòng, dạng vòng 6 cạnh này tồn tại chủ yếu trong tự nhiên. D-glucoza có thể tồn tại ở 2 dạng vòng pyranoza như sau: CH;OH CHạOH HA, CMH HA, °\OH OH H H H HO OH HO H H OH H OH a- D- glucopyranoza Ø-D- glucopyranoza Hình 1: Hai dạng cấu tạo vòng của phân tử D- glucoza Khi hoà tan trong nước dạng mạch hở nằm trong cân bằng hỗ biến với đạng vòng, dạng mạch hở tồn tại rất ít (chiếm 1%). Chính do sự hỗ biến này mà nguyên tử cacbon ở vị trí C, khi tồn tại ở dạng mạch hở có lai tạo điện tử sp”, khi chuyển sang dạng vòng chuyển thành lai tạo sp” và nguyên tử cacbon này trở thành bất đối xứng. Do sự bất đối xứng của cacbon này mà nhóm hidroxin anomeric hay hidroxin glucozilic (nhóm OH của axetan) có thể chiếm 2 vị trí không gian khác nhau tạo thành 2 đồng phân quang học không đối quang (2 đồng phân anome) được gọi là dang a va dang B.
DO quay cực riéng [a], cla œ-D-glucopyranoza là +lIl12,2, của ÿ-D- glucopyranoza là +18,9°. Sự chuyển hoá lẫn nhau giữa 2 dạng này đi qua mạch hở gọi là sự anome hoá. Sự anome hoá diễn ra khi hoà tan glucoza trong nước để tạo lập cân bằng giữa 2 dạng này. Hiện tượng này đi kèm với sự thay đổi độ quay cực (sự đổi tính quay quang), vì vậy khi cân bằng được thiết lập thì độ quay cực riêng của glucoza là +52,7°.
Kết quả nghiên cứu cho thấy khi cân bằng trong dung dịch có chứa 63% dạng B, 36% dang a va đạng chuỗi mở chỉ chiếm 1% [16,57]. Glucoza còn gọi là polyhidroxi- monooxa- xyelohexan, có thể tồn tại ở dạng ghế hoặc dạng thuyển tương tự như cấu dạng của các loại xyclohexan. Các nghiên cứu chỉ tiết hơn cho thấy chúng có thể tồn tại ở hai Tổng quan dạng ghế và sáu dạng thuyền khác nhau tuỳ theo sự khác nhau của vị trí nguyên tử oxi trong phân tử sáu cạnh. Các nhóm thế được sắp xếp theo mặt phẳng thẳng đứng (liên kết axial) hoặc theo mặt phẳng nằm ngang (liên kết equatorial) thẳng góc với trục đứng và tính chất của chúng thay đổi tuỳ theo sự sắp xếp ở các vị trí khác nhau.
Thông thường dạng ghế bền hơn dạng thuyền, nên dạng ghế tồn tại chủ yếu trong tự nhiên: H HOH,C CH,OH HO H HO © = H H H H H H H H ở -D-glucoza 8-D-giucoza Hình 2: Cấu dang của D- glucoza 1. Tính chất của glucoza Glucoza tỉnh khiết dạng bột màu trắng, mùi thơm, vị ngọt bằng 60% độ ngọt của sacaroza. Dạng œ -D-glucoza có nhiệt độ nóng chảy là 146 °C, dạng B-D-glucoza có nhiệt độ nóng chảy trong khoảng 148 -150°C. Néu nhiệt độ tăng lên tới 200°C thì đường glucoza mất nước, sẫm màu (caramen hoá) và cháy thành than.
Glucoza khi kết tỉnh từ các dung dịch nước loãng ngậm I phân tử nước (C,H,;O,.2H;O; M= 198,18; T,„ = 83°C), dạng monohydrat bền trong khoảng nhiệt độ từ -5,3°C + +50°C. Kết tỉnh từ các dung dịch nước đặc hoặc rượu etylic, glucoza không ngậm nước. Do sự có mặt của nhiều nhóm hydroxyl trong phan tt nén glucoza dé tan trong nước và không tan trong các dung môi hữu cơ nhu ete va cacbua Tổng quan hydro thơm. Sự có mặt của các nhóm cacbonyl và các nhóm hydroxyl trong phân tử glucoza làm cho nó có những tính chất hoá học đặc trưng của các nhóm chức đó.
Ngoài ra glucoza còn tham gia các phản ứng phân giải bởi nhiệt và enzim [15,37,57]. Ở đây ta chỉ nghiên cứu các tác dụng của kiềm, axit và quá trình lên men đối với glucoza vì những phản ứng này có ý nghĩa thiết thực trong sản xuất. Trong môi trường kiềm nhẹ khi tăng nhiệt (lạnh thì biến đổi chậm hơn), trong phân tử glucoza có sự biến đổi giữa các nhóm tạo thành enol. Trong điều kiện khác, dưới tác dụng của kiểm, glucoza bị biến đổi tạo ra một loạt các axit như axit lactie, axit gluconic và các axit cao phân tử.
Phần lớn các axit cao phân tử kết hợp với Ca(OH); tạo thành các muối hoà tan. Glucoza bền vững hơn cả khi ở trong môi trường axit pH= 3,5, với pH thấp hơn hoặc cao hơn sẽ có hiện tượng phân giải. Glucoza được enzim của các vi sinh vật biến đổi trong quá trình lên men tạo thành các sản phẩm có giá trị kinh tế cao như: rượu, cồn, axit lactic, AITKIN; ccs Trên đây ta đã giới thiệu sơ qua về cấu tạo và tính chất của glucoza, để biết được mức độ cần thiết của việc sản xuất của glucoza, chúng ta cần xem xét phạm vi ứng dụng của nó. Phạm vỉ ứng dụng Glucoza là một sản phẩm được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là trong công nghiệp thực phẩm [37,57,58].
Trong công nghiệp làm bánh mỳ, glucoza là chất định dưỡng cho nấm men trong bột nhào làm bánh, phản ứng với protein khi đun nóng (phản ứng Maillard) tạo ra màu và hương thơm cho vỏ bánh mỳ và bánh bích qui, tạo cho bánh mỳ mềm hơn. Trong công nghiệp đồ uống, glucoza là một nguồn cơ chất lên men tạo ra độ cồn, chất lượng và áp suất thẩm thấu. Glucoza đóng vai trò là cơ chất lên men chính có thể lên men hoàn toàn làm giảm lượng cacbonhydrat còn dư và tạo lượng calo thấp cho bia nhẹ. Tổng quan Trong công nghiệp đồ hộp, glucoza kết hợp với sacaroza dùng để điều chỉnh áp suất thẩm thấu, làm tăng hương, độ ngọt và cấu trúc của mứt, của nước quả ép.
Nó cũng giúp cho việc tạo độ bóng bên ngoài của nước quả cô đặc. Trong công nghiệp chế biến kẹo, glucoza tạo nên độ ngọt, độ mềm và điều khiển sự kết tỉnh trong kẹo. Trong công nghệ dược phẩm, glucoza tỉnh khiết được sử dụng trong thành phần của dung dịch truyền tĩnh mạch, trong các dung dịch tiêm và trong một số thuốc viên.