Quá Trình Thủy Phân và Biến Đổi Màu Trong Công Nghệ Thực Phẩm

Quá trình thủy phân là một trong những phản ứng hóa học quan trọng trong công nghệ thực phẩm. 89 trang · Công Nghệ Thực Phẩm.

• Người hướng dẫn: GVHD: Nguyễn Đắc Trường
• Trường học: Công Nghệ Thực Phẩm
• Chuyên ngành: Các Quá Trình Cơ Bản Trong CNTP
• Đề tài: Quá Trình Thủy Phân và Biến Đổi Màu Trong Công Nghệ Thực Phẩm
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp

Mục lục chi tiết

• 1. Quá trình thủy phân
• 1.1. Giới thiệu chung
• 1.2. Cơ chất và chất xúc tác
• 1.3. Các dạng thủy phân
• 1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ thủy phân bằng xúc tác vô cơ
• 1.5. Mục đích của quá trình thủy phân
• 1.6. Các biến đổi của nguyên liệu trong quá trình thủy phân
• 1.7. Thiết bị của quá trình thủy phân
• 2. Biến đổi màu
• 2.1. Bản chất và mục đích
• 2.2. Phương pháp thực hiện
• 2.3. Yếu tố ảnh hưởng

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Quá Trình Thủy Phân Trong Công Nghệ Thực Phẩm

Quá trình thủy phân là một trong những phản ứng hóa học quan trọng trong công nghệ thực phẩm. Nó giúp phân tách các hợp chất cao phân tử thành các phần tử đơn giản hơn dưới tác dụng của nước và chất xúc tác. Quá trình này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm mà còn mở đầu cho nhiều phản ứng hóa học khác trong chế biến và bảo quản thực phẩm. Việc hiểu rõ về quá trình này là cần thiết để tối ưu hóa chất lượng sản phẩm.

1.1. Khái Niệm Về Thủy Phân Trong Thực Phẩm

Thủy phân là quá trình phân cách các hợp chất cao phân tử như protein, glucid và lipid thành các thành phần đơn giản hơn. Quá trình này diễn ra dưới tác động của nước và các enzyme thủy phân, giúp cải thiện chất lượng thực phẩm.

1.2. Mục Đích Của Quá Trình Thủy Phân

Mục đích chính của quá trình thủy phân là cải thiện chất lượng thực phẩm, như sản xuất nước tương từ bã đậu nành hay thủy phân tinh bột trong sản xuất bia. Quá trình này cũng giúp tạo ra các sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao hơn.

II. Vấn Đề và Thách Thức Trong Quá Trình Thủy Phân

Mặc dù quá trình thủy phân mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại nhiều thách thức. Các yếu tố như nhiệt độ, pH và thời gian tác động có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình này. Việc kiểm soát các yếu tố này là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

2.1. Ảnh Hưởng Của Nhiệt Độ Đến Thủy Phân

Nhiệt độ là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng thủy phân. Nhiệt độ quá cao có thể làm mất hoạt tính của enzyme, trong khi nhiệt độ quá thấp có thể làm chậm quá trình này.

2.2. Ảnh Hưởng Của pH Đến Quá Trình Thủy Phân

Mỗi enzyme có pH tối ưu riêng. Việc duy trì pH trong khoảng này là cần thiết để đảm bảo enzyme hoạt động hiệu quả, từ đó tối ưu hóa quá trình thủy phân.

III. Phương Pháp Thủy Phân Trong Công Nghệ Thực Phẩm

Có nhiều phương pháp thủy phân khác nhau được áp dụng trong công nghệ thực phẩm, bao gồm thủy phân hóa học và thủy phân sinh học. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng.

3.1. Thủy Phân Hóa Học

Thủy phân hóa học thường sử dụng axit vô cơ như HCl để xúc tác quá trình. Phương pháp này có thể nhanh chóng tạo ra sản phẩm nhưng có thể ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm.

3.2. Thủy Phân Sinh Học

Thủy phân sinh học sử dụng enzyme như α-amylase và protease để xúc tác quá trình. Phương pháp này thường an toàn hơn và giữ được chất lượng thực phẩm tốt hơn.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Quá Trình Thủy Phân

Quá trình thủy phân có nhiều ứng dụng trong công nghệ thực phẩm, từ sản xuất bia, nước tương đến chế biến thực phẩm chức năng. Những ứng dụng này không chỉ giúp cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn tăng giá trị dinh dưỡng.

4.1. Ứng Dụng Trong Sản Xuất Bia

Trong sản xuất bia, quá trình thủy phân tinh bột thành đường là rất quan trọng. Enzyme như α-amylase giúp chuyển hóa tinh bột thành đường, tạo ra hương vị và độ cồn cho bia.

4.2. Ứng Dụng Trong Sản Xuất Nước Tương

Nước tương được sản xuất từ bã đậu nành thông qua quá trình thủy phân. Enzyme thủy phân giúp tạo ra hương vị đặc trưng và giá trị dinh dưỡng cao cho sản phẩm.

V. Kết Luận Về Quá Trình Thủy Phân Trong Công Nghệ Thực Phẩm

Quá trình thủy phân đóng vai trò quan trọng trong công nghệ thực phẩm, ảnh hưởng đến chất lượng và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. Việc hiểu rõ về quá trình này sẽ giúp cải thiện quy trình sản xuất và chất lượng thực phẩm.

5.1. Tương Lai Của Quá Trình Thủy Phân

Với sự phát triển của công nghệ, quá trình thủy phân sẽ ngày càng được tối ưu hóa. Các nghiên cứu mới về enzyme và điều kiện phản ứng sẽ mở ra nhiều cơ hội mới trong công nghệ thực phẩm.

5.2. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Về Thủy Phân

Nghiên cứu về quá trình thủy phân không chỉ giúp cải thiện chất lượng thực phẩm mà còn đóng góp vào việc phát triển các sản phẩm mới, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong hệ thống các quá trình công nghệ chế biến nông sản và thực phẩm, quá trình thủy phân và biến đổi màu sắc đóng vai trò nền tảng, chi phối trực tiếp đến cấu trúc, tính chất lý - hóa cũng như giá trị cảm quan của thành phẩm. Đề tài "Quá trình thủy phân và biến đổi màu trong công nghệ thực phẩm" được thực hiện trong khuôn khổ học phần Các quá trình cơ bản trong Công nghệ thực phẩm bởi Nhóm 8 (Lớp ĐHTP15C) dưới sự hướng dẫn khoa học của giảng viên Nguyễn Đắc Trường.

Về bối cảnh thực tiễn, phản ứng thủy phân là công cụ mở đầu bắt buộc cho hàng loạt biến đổi hóa học, sinh hóa trong chuỗi chế biến và bảo quản thực phẩm. Phản ứng này biến đổi các hợp chất hữu cơ cao phân tử tự nhiên từ động vật và thực vật thành các cấu tử có khối lượng phân tử thấp hơn, làm thay đổi thành phần hóa học, hình dạng và các tính chất cơ lý của nguyên liệu. Trong khi đó, biến đổi màu là hiện tượng gắn liền với chất lượng thành phẩm, quyết định mức độ chấp nhận của người tiêu dùng đối với các mặt hàng đồ uống, bánh kẹo, đường và thủy hải sản chế biến.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định theo hệ thống các nội dung kỹ thuật sau:

1. Xác định cơ sở lý thuyết của phản ứng thủy phân, bản chất liên kết hóa học bị cắt đứt và phân loại các hệ tác nhân xúc tác vô cơ (hóa học) cũng như xúc tác enzyme (sinh học).
2. Phân tích chi tiết cơ chế phân giải của 4 nhóm cơ chất thực phẩm chính bao gồm protein, glucid (tinh bột), lipid (chất béo) và pectin trong rau củ quả.
3. Khảo sát các thông số công nghệ ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và hiệu suất thủy phân như nhiệt độ, pH, thời gian, nồng độ muối, nồng độ cơ chất, nồng độ enzyme, chất hoạt hóa, chất kìm hãm và ion kim loại.
4. Phân loại mục đích công nghệ của quá trình thủy phân (mục đích chế biến và mục đích khai thác) cùng các biến đổi vật lý, hóa học, hóa lý và sinh học - hóa sinh đi kèm.
5. Mô tả chi tiết cấu tạo cơ khí và nguyên tắc vận hành của 3 hệ thống thiết bị công nghiệp điển hình: thiết bị thủy phân áp lực thể tích lớn (dung tích 18 đến 80 m³), thiết bị nghịch đảo đường và thiết bị nấu tinh bột trong sản xuất bia.
6. Làm rõ bản chất hóa học - vật lý và 3 mục đích công nghệ chủ đạo của quá trình biến đổi màu trong chế biến thực phẩm.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Các hợp chất cao phân tử sinh học (protein, glucid, lipid, pectin); các hệ xúc tác hóa học (axit vô cơ/hữu cơ) và hệ enzyme chuyên biệt (amylase, protease, lipase, pectinase); các hệ thống thiết bị phản ứng nhiệt - áp lực trong công nghệ thực phẩm.
• Phạm vi nghiên cứu: Tập trung vào nguyên lý lý thuyết quá trình - thiết bị và quy trình công nghệ ứng dụng trong các phân ngành sản xuất bia, rượu sake, nước tương, nước mắm, dầu ăn, tinh bột ngô/gạo, đường nha, đường nghịch đảo và bảo quản rau quả. Tài liệu không triển khai thực nghiệm phân tích tại phòng thí nghiệm hay tối ưu hóa số học bằng mô hình thống kê.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đề tài được xây dựng trên nguyên lý phân tách liên kết cộng hóa trị của các đại phân tử sinh học dưới tác dụng của chất xúc tác và nước. Bản chất phản ứng thủy phân là quá trình bẻ gãy một hợp chất cao phân tử thành các phân tử đơn giản hơn với sự tham gia trực tiếp của phân tử H2O:

• Liên kết peptit: Là liên kết cộng hóa trị –CO–NH– hình thành giữa hai đơn vị α-amino axit. Nhóm –CO–NH– nối giữa hai đơn vị này được định nghĩa là nhóm peptit, là vị trí chịu sự tấn công phân cắt của xúc tác axit hoặc enzyme protease.
• Liên kết glycosid: Là các liên kết cộng hóa trị hình thành giữa phân tử đường (carbohydrate) với các phân tử khác, có thể là các đơn vị monosaccarit khác hoặc các hợp chất không phải đường.

Về hệ tác nhân xúc tác, đề tài phân định rõ ràng giữa hai cơ chế:

• Tác nhân hóa học: Thường sử dụng các axit vô cơ mạnh và một số axit hữu cơ như axit clohydric (HCl), axit sunfuric (H2SO4), axit photphoric (H3PO4), axit oxalic (H2C2O4) và axit axetic (CH3COOH). Trong đó, HCl và H2SO4 là hai tác nhân phổ biến nhất trong sản xuất quy mô công nghiệp.
• Tác nhân sinh học: Là các enzyme thủy phân chuyên biệt. Hoạt động của enzyme được xác định thông qua tính đặc hiệu cơ chất tuyệt đối hoặc tương đối; đơn vị hoạt độ enzyme U được định nghĩa là lượng enzyme chuyển hóa 1 µmol cơ chất trong thời gian 1 phút ở điều kiện tiêu chuẩn. Phản ứng thủy phân bằng enzyme diễn ra ở điều kiện áp suất khí quyển và nhiệt độ ôn hòa hơn rất nhiều so với xúc tác hóa học vô cơ.

Phương pháp nghiên cứu được áp dụng trong báo cáo:

• Phương pháp tổng hợp và phân tích lý thuyết: Thu thập, hệ thống hóa các tài liệu chuyên ngành về các quá trình cơ bản trong công nghệ thực phẩm, phân tích bản chất phản ứng sinh hóa của các đại phân tử sinh học.
• Phương pháp mô hình hóa cấu tạo và nguyên lý thiết bị: Phân tích bản vẽ kỹ thuật, bóc tách các cụm chi tiết cơ khí và thiết lập quy trình vận hành từng bước của các hệ thống thiết bị phản ứng công nghiệp dạng bình áp lực và nồi nấu có cánh khuấy.
• Nguồn dữ liệu: Toàn bộ dữ liệu kỹ thuật, tên thiết bị, thông số áp suất, nhiệt độ, cấu tạo chi tiết và cơ chế chuyển hóa được trích xuất trực tiếp từ hồ sơ bài giảng và tài liệu chuyên môn của Bộ môn Quá trình và Thiết bị Công nghệ thực phẩm.

Nội dung chính theo từng phần

Phần A: Quá trình thủy phân trong công nghệ thực phẩm

1. Khái niệm, mục đích và vai trò kỹ thuật

Quá trình thủy phân được định nghĩa là quá trình phân cách một hợp chất cao phân tử thành các phần tử đơn giản dưới tác dụng của chất xúc tác và có sự tham gia của nước. Quá trình này đóng vai trò thay đổi căn bản chất lượng thực phẩm và là yếu tố mở đầu cho các phản ứng hóa học kế tiếp.

Mục đích công nghệ của quá trình thủy phân được chia làm hai nhóm chính:

• Mục đích chế biến: Chuyển hóa nguyên liệu thô thành sản phẩm tiêu dùng trực tiếp hoặc bán thành phẩm. Điển hình như quá trình thủy phân nguồn nguyên liệu chứa protein (bã đậu nành) bằng xúc tác axit vô cơ HCl để sản xuất nước tương; thủy phân protein cá để sản xuất dịch đạm thủy phân và nước mắm; thủy phân tinh bột sản xuất đường nha; thủy phân saccharose sản xuất đường nghịch đảo; hoặc thủy phân lipid trong tinh luyện dầu ăn.
• Mục đích khai thác: Ứng dụng trong công nghệ sinh học và công nghệ vi sinh nhằm phân cắt triệt để các nguồn nguyên liệu chứa glucid phức tạp như tinh bột và cellulose thành các loại đường lên men đơn giản (glucose, maltose), đóng vai trò cơ chất cho quá trình lên men tiếp theo.

Về mặt biến đổi của nguyên liệu trong quá trình thủy phân, báo cáo xác định 4 dạng biến đổi:

• Biến đổi hóa học: Phản ứng phân cắt mạch chính kèm theo các phản ứng phụ tạo màu và tạo mùi đặc trưng.
• Biến đổi vật lý: Ghi nhận sự thay đổi rõ rệt về nhiệt độ của khối phản ứng, thể tích và tỷ trọng dung dịch.
• Biến đổi hóa lý: Hiện tượng chuyển pha của hệ vật chất. Điển hình trong quá trình sản xuất đường nha, khi phối trộn ban đầu tinh bột vào nước sẽ tạo thành hệ huyền phù tinh bột; sau khi phản ứng thủy phân kết thúc, toàn bộ hệ huyền phù chuyển thành dung dịch dạng lỏng đồng nhất.
• Biến đổi sinh học và hóa sinh: Trong các hệ thống thủy phân sử dụng xúc tác phi enzyme (axit vô cơ) vận hành ở nền nhiệt độ cao, toàn bộ hệ vi sinh vật và enzyme tự nhiên trong nguyên liệu bị vô hoạt và ức chế hoàn toàn, do đó các biến đổi sinh học và hóa sinh được ghi nhận là không đáng kể.

2. Phân loại cơ chế thủy phân theo cơ chất

Thủy phân Glucid (Tinh bột)

Dưới tác dụng của các enzyme amylase, phân tử tinh bột bị phân cắt ngẫu nhiên hoặc cắt tỉa dần từng đơn vị đường:

• α-Amylase: Là enzyme ngoại bào, có khả năng thủy phân ngẫu nhiên các liên kết α-1,4-D-glucoside bên trong mạch phân tử amylose và amylopectin. Sản phẩm chính tạo thành là các chuỗi dextrin phân tử thấp, giúp làm giảm nhanh độ nhớt của dịch tinh bột (quá trình dịch hóa tinh bột).
• β-Amylase: Là enzyme thủy phân từ đầu không khử của mạch amylose, amylopectin và glycogen. Enzyme này cắt lần lượt từng liên kết glucoside để tạo ra các phân tử đường maltose (dạng đồng phân β-anomer). Do không có khả năng phân cắt liên kết phân nhánh α-1,6-glucoside tại mạch nhánh của amylopectin, quá trình thủy phân bằng β-amylase dừng lại khi gặp điểm nhánh, tạo ra sản phẩm gồm 50–60% maltose và lượng lớn β-limit dextrin.
• Glucoamylase: Có khả năng thủy phân cả liên kết α-1,4-glucoside và liên kết α-1,6-glucoside từ đầu không khử của phân tử tinh bột. Enzyme này cắt ngắn dần từng đơn vị glucose một cách triệt để, tạo ra sản phẩm cuối cùng là đường glucose tinh khiết.

Thủy phân Protein

Dưới tác dụng của enzyme protease, phân tử protein trải qua quá trình phân giải nhiều giai đoạn: Protein ban đầu bị cắt thành pepton (cao thịt), sau đó tiếp tục phân giải thành polypeptid, tripeptid, dipeptid và cuối cùng là các axit amin tự do. Nếu quá trình phân hủy diễn ra quá mức hoặc có sự can thiệp của vi sinh vật, các axit amin sẽ bị phân giải sâu tạo thành các sản phẩm bay hơi và các chất có mùi đặc trưng như khí amoniac (NH3), hydro sunfua (H2S), cacbon dioxit (CO2), nước (H2O), indol, scatola, cùng các axit hữu cơ và bazơ hữu cơ.

Thủy phân Lipid

Quá trình thủy phân chất béo nhờ xúc tác enzyme lipase diễn ra theo 3 phản ứng thuận nghịch nối tiếp:

• Triglycerid + H2O ↔ Diglycerid + Axit béo 1 (R1COOH)
• Diglycerid + H2O ↔ Monoglycerid + Axit béo 2 (R2COOH)
• Monoglycerid + H2O ↔ Glycerol + Axit béo 3 (R3COOH)

Bên cạnh quá trình thủy phân có chủ đích bằng enzyme, lipid còn chịu sự thủy phân và oxy hóa tự nhiên. Các axit béo tự do sau khi giải phóng khỏi khung glycerol, dưới tác động của oxy (O2) không khí, sẽ chuyển hóa liên tục tạo thành hợp chất hydroperoxyt trung gian, sau đó phân hủy thành các sản phẩm thứ cấp gồm aldehyd no hoặc không no, xeton và xeton axit gây nên hiện tượng ôi khét chất béo.

Thủy phân Pectin trong rau củ quả

Pectin là nhóm polysaccharid có nhiều trong mô thực vật, tồn tại ở hai dạng chính: protopectin (dạng không tan) và pectin hòa tan. Protopectin không tan trong nước nhưng khi bị thủy phân dưới tác dụng của enzyme protopectinase, môi trường axit hoặc xử lý nhiệt độ sẽ chuyển thành pectin hòa tan và polysaccharid araban. Pectin hòa tan tiếp tục bị thủy phân dưới tác động của kiềm loãng hoặc enzyme pectinesterase để tạo thành rượu metylic và axit pectic tự do. Hoạt động của hệ enzyme pectinesterase và polygalacturonase thay đổi theo chu kỳ sinh trưởng của quả: hoạt tính rất mạnh ở giai đoạn quả non phát triển ban đầu, giảm xuống mức thấp khi quả bắt đầu chín và tăng vọt trở lại khi quả đạt độ chín hoàn toàn.

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân

Mặc dù slide bài giảng ghi chú tiêu đề là các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân bằng xúc tác vô cơ, nội dung thực tế đi sâu phân tích toàn diện các yếu tố chi phối hệ xúc tác sinh học (enzyme):

• Nhiệt độ: Theo quy luật nhiệt động lực học, khi nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng thủy phân tăng. Tuy nhiên, do enzyme có bản chất cấu tạo từ protein, khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng giới hạn, enzyme sẽ bị biến tính nhiệt. Đa số các enzyme công nghiệp bị mất hoàn toàn hoạt tính xúc tác ở nhiệt độ lớn hơn 60°C.
• Độ pH: Mỗi loại enzyme chỉ hoạt động tối ưu ở một khoảng pH xác định (pH tối thích). Ví dụ: enzyme tiêu hóa pepsin hoạt động tối ưu ở môi trường axit mạnh pH từ 1,8 đến 2,2; trong khi tripsine lại hoạt động ở vùng pH kiềm từ 5,0 đến 9,0. Các enzyme cùng tên gọi nhưng chiết xuất từ các nguồn sinh học khác nhau cũng có pH tối thích khác nhau.
• Thời gian: Thời gian tác dụng kéo dài giúp quá trình cắt mạch cơ chất diễn ra triệt để hơn. Ngược lại, nếu thời gian quá ngắn, sự phân giải protein và cơ chất sẽ không hoàn toàn, làm giảm hiệu suất thu hồi sản phẩm.
• Nồng độ muối ăn (NaCl): Muối ăn có tác dụng kìm hãm hoạt động của vi sinh vật gây thối rữa và các chủng vi sinh vật không chịu muối, đóng vai trò bảo quản khối ủ nguyên liệu trong suốt thời gian thủy phân. Muối cũng giúp điều chỉnh vị mặn thành phẩm. Trong giới hạn nồng độ cho phép, muối kích thích hoạt tính enzyme; tuy nhiên nếu vượt quá ngưỡng giới hạn, nồng độ ion muối cao sẽ kìm hãm mạnh hoạt động của enzyme.
• Nồng độ cơ chất: Phản ứng xúc tác sinh học bắt buộc phải trải qua giai đoạn hình thành phức hợp trung gian giữa enzyme và cơ chất trước khi giải phóng sản phẩm và tái tạo enzyme tự do. Khi nồng độ cơ chất được cung cấp đầy đủ và tương thích với lượng enzyme hiện diện, phản ứng thủy phân sẽ diễn ra ổn định và nhanh chóng.
• Các yếu tố khác: Nồng độ enzyme, chất hoạt hóa, chất kìm hãm và các ion kim loại tồn tại trong môi trường phản ứng.

4. Hệ thống thiết bị thủy phân công nghiệp

Thiết bị thủy phân áp lực thể tích lớn (18 đến 80 m³)

Trong sản xuất công nghiệp, thiết bị thủy phân áp lực thường được thiết kế với dải thể tích tiêu chuẩn gồm 18, 30, 37, 50 hoặc 80 m³. Cấu tạo cơ khí của thiết bị bao gồm thân bình trụ bằng thép hàn gắn liền với hai phần nắp hình côn ở phía trên và phía dưới. Để ngăn ngừa sự ăn mòn hóa học gay gắt từ axit sunfuric loãng và các sản phẩm thủy phân, bề mặt bên trong của thiết bị được phủ một lớp bê tông dày 70–90 mm, bên ngoài lớp bê tông có phủ một lớp vật liệu chịu axit bằng đồng thanh. Nắp thép phía trên được lót lớp bảo vệ bằng đồng thanh hoặc đồng thau. Tất cả các mối nối tiếp xúc với hóa chất ăn mòn đều được lót đồng thanh hoặc chế tạo bằng kết cấu hai lớp thép (trong đó có một lớp thép chịu axit).

Thiết bị bao gồm 12 bộ phận cấu thành:

1. Vỏ thép chịu lực
2. Lớp bê tông bảo vệ
3. Lớp đệm
4. Các ống lọc dài
5. Các ống lọc ngắn
6. Cửa lấy sản phẩm thủy phân và nạp hơi
7. Hệ thống van điều tiết
8. Thiết bị cân đo
9. Cửa nạp nước
10. Cửa nạp axit
11. Nắp thiết bị nạp liệu
12. Cửa thổi khí

Nguyên tắc vận hành của thiết bị thủy phân áp lực diễn ra theo quy trình công nghệ 8 bước:

• Bước 1: Hệ thống băng tải chuyển nguyên liệu vào bên trong thiết bị qua cửa nắp trên (11).
• Bước 2: Nạp đồng thời nước và axit vào thiết bị qua các cửa nạp chuyên dụng (9, 10).
• Bước 3: Sau khi kết thúc quá trình nạp liệu, đóng kín nắp đỉnh và nạp hơi nước trực tiếp vào nắp đáy để gia nhiệt.
• Bước 4: Khi áp suất bên trong thiết bị tăng đạt mức gần 0,5 MPa, tiến hành mở cửa thổi (12) để xả khí thoát ra từ các bọt khí của khối nguyên liệu.
• Bước 5: Giữ nhiệt khối phản ứng trong một khoảng thời gian ngắn ở nhiệt độ gần 140°C để thực hiện quá trình thủy phân các hợp chất polysaccarit.
• Bước 6: Tiếp tục nạp axit bổ sung vào thiết bị và bắt đầu rút dịch sản phẩm thủy phân ra ngoài.
• Bước 7: Duy trì và thúc đẩy quá trình thủy phân bằng cách nâng dần nhiệt độ lên tới 190°C cho đến khi phản ứng kết thúc.
• Bước 8: Khi quá trình hoàn tất, ngừng cấp axit, sử dụng nước để súc rửa và tháo toàn bộ cặn bã ra khỏi thiết bị qua cửa xả đáy.

Thiết bị đường nghịch đảo

Thiết bị chuyển hóa đường saccharose thành đường nghịch đảo gồm 9 bộ phận cơ bản: (1) Tấm đáy bằng bê tông cốt thép, (2) Bộ khuếch tán dịch đường, (3) Ống lắp áp kế và nhiệt kế, (4) Bộ phận ngưng tụ hơi, (5) Không gian phục vụ thao tác vận hành, (6) Lớp vật liệu lót, (7) Vỏ thiết bị, (8) Ống góp sản phẩm, (9) Cột đỡ hình trụ.

Về nguyên tắc hoạt động, dung dịch đường cần thủy phân được bơm theo đường ống dẫn vào bộ khuếch tán (2). Quá trình thủy phân saccharose diễn ra dưới tác dụng xúc tác của enzyme. Dịch sản phẩm sau thủy phân được thu gom liên tục tại ống góp (8) bố trí ở phía trên thân xilanh. Các cặn bã kết tủa lắng xuống đáy và được xả định kỳ ra ngoài. Phần hơi nước bốc lên mang theo các cấu tử bay hơi sẽ được thu hồi tại bộ ngưng tụ (4). Tổng thời gian nghịch đảo đường bên trong thiết bị kéo dài trong khoảng từ 6 đến 8 giờ.

Thiết bị nấu tinh bột trong sản xuất bia

Thiết bị nấu bột tinh bột (bột gạo hoặc bột malt) phục vụ sản xuất dịch hèm bia có cấu tạo gồm 8 cụm chi tiết: (1) Ống cấp và thoát hơi, (2) Đèn chiếu sáng quan sát, (3) Cửa kính quan sát, (4) Cụm đầu phun vệ sinh CIP, (5) Thành thân nồi chính, (6) Lớp bông sợi thủy tinh cách nhiệt, (7) Cánh khuấy đảo dịch nấu, (8) Động cơ truyền động.

Nồi nấu được thiết kế dạng hai vỏ (áo gia nhiệt): lớp bên trong thân nồi chứa dịch nấu, được bố trí các đường ống nối để nạp nguyên liệu và nước; lớp vỏ bên ngoài tạo khoang chứa hơi nước áp lực để gia nhiệt gián tiếp cho khối dịch nấu bên trong. Bên ngoài lớp vỏ thép ngoài cùng được bọc phủ lớp bông sợi thủy tinh cách nhiệt nhằm hạn chế tổn thất nhiệt ra môi trường. Đáy nồi lắp đặt hệ thống cánh khuấy hoạt động nhờ mô tơ giảm tốc đặt bên ngoài, giúp khối dịch tinh bột được đảo trộn liên tục, loại trừ hoàn toàn hiện tượng quá nhiệt cục bộ gây cháy khét ở đáy nồi. Đỉnh nồi được thiết kế hình nón, có lắp đặt ống thoát hơi lớn, cửa nạp liệu kín và áp kế đo áp suất. Bột gạo hoặc bột malt sau khi phối trộn sơ bộ với nước theo tỷ lệ quy định được nạp vào nồi, đồng thời khởi động cánh khuấy trong suốt quá trình gia nhiệt nấu chín và dịch hóa.

Phần B: Biến đổi màu trong công nghệ thực phẩm

1. Bản chất hiện tượng

Biến đổi màu trong công nghệ thực phẩm là quá trình chuyển hóa các chất màu sẵn có trong nguyên liệu tự nhiên thành các chất không màu hoặc chuyển thành các hợp chất màu khác. Đồng thời, quá trình này cũng bao gồm hiện tượng biến đổi các tiền chất không màu thành các hợp chất có màu dưới tác động của các yếu tố vật lý (nhiệt độ, ánh sáng, bức xạ) và hóa học (axit, bazơ, oxy, kim loại).

2. Mục đích công nghệ

Trong thực tế sản xuất, sự biến đổi màu được kiểm soát có chủ đích nhằm đáp ứng 3 yêu cầu công nghệ cụ thể:

• Hạn chế sự biến màu ở mức tối thiểu: Mục đích này nhằm bảo tồn tối đa màu sắc tự nhiên ban đầu của nguyên liệu thực vật, ngăn chặn các phản ứng sẫm màu không mong muốn. Điển hình là quá trình chần rau quả trước khi cấp đông hoặc đóng hộp nhằm vô hoạt enzyme gây oxy hóa màu, hoặc quá trình diệt men (sao chè/hấp chè) trong công nghệ chế biến lá chè xanh để giữ màu nước trà.
• Khử màu: Thực hiện các biện pháp công nghệ nhằm làm trong hoặc làm trắng thực phẩm, nâng cao giá trị cảm quan và độ tinh khiết, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho các công đoạn chế biến kỹ thuật tiếp theo. Ví dụ điển hình gồm quá trình làm trong dịch đường thô từ mía trong sản xuất đường tinh luyện, hoặc quá trình tẩy trắng làm sáng cơ thịt cá tra phi lê trong công nghệ chế biến thủy sản xuất khẩu.
• Bổ sung và tăng cường chất màu: Bổ sung các chất màu thực phẩm tự nhiên hoặc tổng hợp nhằm làm tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm, đáp ứng thị hiếu người tiêu dùng. Kỹ thuật này được ứng dụng rộng rãi trong quy trình pha chế rượu màu, chế biến sản phẩm cà phê và sản xuất các mặt hàng chế biến từ thủy sản. Tài liệu nhấn mạnh việc bổ sung chất màu bắt buộc phải kiểm soát nghiêm ngặt hàm lượng sử dụng theo đúng tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm của nhà nước.

Kết quả và đóng góp

Báo cáo đã hệ thống hóa các thông số kỹ thuật cốt lõi và cơ chế xúc tác sinh - hóa học của quá trình thủy phân và biến đổi màu. Toàn bộ các cơ chế phản ứng và thông số thiết bị công nghiệp được tổng hợp trong các bảng dữ liệu sau:

Tên Enzyme	Nguồn cơ chất bị thủy phân	Vị trí liên kết tác động	Sản phẩm tạo thành chính	Ứng dụng công nghệ tiêu biểu
α-Amylase	Tinh bột (Glucid)	Phân cắt ngẫu nhiên liên kết α-1,4-D-glucoside bên trong mạch	Dextrin phân tử thấp	Dịch hóa tinh bột, sản xuất bia, làm bánh nướng, hỗ trợ tiêu hóa
β-Amylase	Tinh bột (Amylose, Amylopectin, Glycogen)	Cắt liên kết glucoside từ đầu không khử; không cắt được liên kết α-1,6	50–60% Maltose (dạng β-anomer) và β-limit dextrin	Sản xuất bia, công nghệ sản xuất đường maltose
Glucoamylase	Tinh bột	Phân cắt cả liên kết α-1,4 và α-1,6-glucoside từ đầu không khử	Đường Glucose	Sản xuất rượu sake, nước tương, bia ít cồn, cải thiện bột nhào làm bánh
Protease	Protein	Liên kết peptit (–CO–NH–)	Pepton, polypeptid, tripeptid, dipeptid, axit amin	Làm mềm thịt, đông tụ sữa, sản xuất bia, làm bánh quy, bánh quế, bánh mì
Lipase	Lipid (Triglycerid)	Liên kết este giữa glycerol và axit béo	Diglycerid, Monoglycerid, Axit béo tự do, Glycerol	Công nghiệp sữa (phát triển hương vị), làm bánh, nước ép trái cây, bia, rượu vang
Pectinase (Pectinesterase)	Pectin hòa tan	Liên kết trong mạch phân tử pectin	Axit pectic tự do và rượu metylic	Làm trong nước ép trái cây, nâng cao hiệu suất thu hồi dịch quả

Thông số kỹ thuật	Thiết bị thủy phân áp lực lớn	Thiết bị đường nghịch đảo	Thiết bị nấu tinh bột sản xuất bia
Dung tích vận hành	18, 30, 37, 50 hoặc 80 m³	Quy mô công nghiệp (theo tháp đứng)	Tiêu chuẩn nhà máy bia
Vật liệu chế tạo	Thép hàn, bê tông chịu axit dày 70–90 mm, lớp phủ đồng thanh/đồng thau	Tấm đáy bê tông cốt thép, vỏ thép có lớp lót bảo vệ	Thân thép hai lớp vỏ (áo hơi), bọc sợi thủy tinh cách nhiệt
Áp suất làm việc	Lên đến 0,5 MPa (giai đoạn thổi khí)	Áp suất khí quyển	Áp suất dư (theo dõi qua áp kế đỉnh)
Nhiệt độ công nghệ	140°C (giai đoạn 1) đến 190°C (kết thúc)	Nhiệt độ phản ứng enzyme ôn hòa	Nhiệt độ hồ hóa và dịch hóa tinh bột
Thời gian chu trình	Theo chu trình 8 bước liên tục	Kéo dài từ 6 đến 8 giờ	Theo chu trình nấu một mẻ bia
Cơ cấu khuấy / đảo	Thổi hơi trực tiếp và sục khí	Bộ khuếch tán dạng ống xilanh	Cánh khuấy đáy truyền động mô tơ giảm tốc ngoài

Về mặt đóng góp chuyên môn, đề tài đã chỉ rõ sự khác biệt giữa hai phương pháp thủy phân: thủy phân hóa học sử dụng xúc tác axit vô cơ (HCl, H2SO4) đòi hỏi điều kiện áp lực, nhiệt độ cao (140–190°C) và vật liệu chống ăn mòn phức tạp (lớp lót đồng thanh, lớp bê tông 70–90 mm), có khả năng vô hoạt hoàn toàn vi sinh vật; trong khi thủy phân sinh học sử dụng enzyme diễn ra ở điều kiện nhiệt độ ôn hòa (<60°C), phụ thuộc nghiêm ngặt vào vùng pH tối thích (pH 1,8–2,2 đối với pepsin; pH 5–9 đối với tripsine) và kiểm soát nồng độ muối ăn. Đồng thời, báo cáo cung cấp sơ đồ phân tách thiết bị chi tiết với 12 chi tiết của nồi thủy phân áp lực 80 m³, 9 chi tiết của thiết bị nghịch đảo đường và 8 chi tiết của thiết bị nấu tinh bột.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế nội dung từ văn bản báo cáo:

• Phần B (Quá trình biến đổi màu trong công nghệ thực phẩm) mới chỉ dừng lại ở mức giới thiệu khái quát bản chất và 3 mục đích công nghệ chính (bảo tồn, khử màu, bổ sung màu), thiếu các nội dung chi tiết về phương pháp thực hiện và các yếu tố ảnh hưởng vốn đã được đặt ra trong đề mục ban đầu của nhóm tác giả.
• Báo cáo hoàn toàn mang tính tổng thuật lý thuyết quá trình - thiết bị, không có số liệu thực nghiệm kiểm chứng trong phòng thí nghiệm, không có bảng tính cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng cho từng mẻ thủy phân cụ thể.
• Đề tài chưa đề cập đến các phản ứng tạo màu kinh điển trong công nghệ thực phẩm như phản ứng caramel hóa hay phản ứng tạo màu phi enzyme Maillard giữa đường khử và axit amin, mặc dù các chất này xuất hiện trực tiếp sau quá trình thủy phân tinh bột và protein.

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp theo:

• Cần mở rộng nghiên cứu thực nghiệm cơ chế biến đổi màu chi tiết cho từng đối tượng thực phẩm cụ thể (như phân tích động học phản ứng sẫm màu trong bảo quản rau quả hoặc quá trình làm trắng cơ thịt cá tra).
• Nghiên cứu tính toán thiết kế chi tiết hệ thống thiết bị thủy phân áp lực 80 m³, xác định định mức tiêu hao axit sunfuric loãng và hơi gia nhiệt nhằm tối ưu hóa chu trình gia nhiệt 140°C – 190°C.
• Khảo sát sự phối hợp giữa các hệ enzyme phân cắt mạch tinh bột (kết hợp đồng thời α-amylase, β-amylase và glucoamylase) nhằm rút ngắn thời gian đường hóa và nâng cao tỷ lệ thu hồi đường lên men.

Giá trị tham khảo

Báo cáo là tài liệu tham khảo phù hợp cho sinh viên, học viên cao học và giảng viên thuộc các chuyên ngành Công nghệ thực phẩm, Kỹ thuật thực phẩm, Công nghệ sinh học và Quá trình - Thiết bị công nghệ hóa chất. Nội dung tài liệu cung cấp cái nhìn tổng quan và hệ thống về các phản ứng chuyển hóa cơ chất cao phân tử trong chế biến thực phẩm.

Những phần nội dung có giá trị tham khảo ứng dụng thực tế cao:

• Sơ đồ cấu tạo và chu trình vận hành 8 bước của thiết bị thủy phân áp lực thể tích 18–80 m³, đặc biệt là các giải pháp kỹ thuật bảo vệ chống ăn mòn bằng bê tông chịu axit (70–90 mm) và lớp lót đồng thanh.
• Bảng phân loại cơ chế cắt mạch tinh bột của 3 loại enzyme α-amylase, β-amylase và glucoamylase, hữu ích cho người làm đề tài nghiên cứu về sản xuất bia, rượu sake, cồn thực phẩm và sản xuất đường nha.
• Các thông số công nghệ của thiết bị nghịch đảo đường (thời gian phản ứng 6–8 giờ, cấu tạo bộ ngưng tụ hồi lưu) làm cơ sở tham khảo cho việc thiết kế dây chuyền sản xuất bánh kẹo và nước giải khát.

Câu hỏi thường gặp

1. Enzyme nào có khả năng thủy phân cả liên kết α-1,4 và α-1,6-glucoside từ đầu không khử của phân tử tinh bột để tạo thành đường glucose?
Đó là enzyme glucoamylase. Khác với α-amylase (chỉ cắt ngẫu nhiên liên kết α-1,4 bên trong mạch) và β-amylase (chỉ cắt liên kết α-1,4 từ đầu không khử và bị dừng lại trước liên kết nhánh α-1,6), glucoamylase có khả năng bẻ gãy cả hai loại liên kết này từ đầu không khử để giải phóng triệt để các đơn vị đường glucose.

2. Thiết bị thủy phân áp lực công nghiệp thể tích 18 đến 80 m³ sử dụng giải pháp kỹ thuật nào để ngăn ngừa sự han gỉ và ăn mòn hóa học?
Bề mặt bên trong của thiết bị được phủ một lớp bê tông dày 70–90 mm có lớp phủ bề mặt bằng đồng thanh. Nắp thép ở trên cũng được làm bằng lớp lót đồng thanh hoặc đồng thau. Tất cả các mối nối tiếp xúc với môi trường axit sunfuric loãng và sản phẩm thủy phân đều được lót đồng thanh hoặc chế tạo bằng hai lớp thép (trong đó có một lớp thép chịu axit).

3. Chu trình vận hành thiết bị thủy phân áp lực kiểm soát thông số áp suất và nhiệt độ như thế nào?
Khi áp suất bên trong thiết bị đạt gần 0,5 MPa, hệ thống sẽ tiến hành thổi xả khí thoát ra từ các bọt của nguyên liệu qua cửa thổi (bộ phận số 12). Tiếp đó, khối nguyên liệu được giữ nhiệt trong thời gian ngắn ở nhiệt độ gần 140°C để thủy phân polysaccarit. Sau đó, nhiệt độ tiếp tục được nâng lên và duy trì ở mức 190°C cho đến khi phản ứng thủy phân kết thúc hoàn toàn.

4. Tại sao trong quá trình thủy phân bằng xúc tác axit vô cơ ở nhiệt độ cao, các biến đổi sinh học và hóa sinh lại không đáng kể?
Quá trình thủy phân dùng xúc tác phi enzyme thường diễn ra ở dải nhiệt độ rất cao (từ 140°C đến 190°C), ở điều kiện khắc nghiệt này toàn bộ các enzyme tự nhiên và các loài vi sinh vật có trong nguyên liệu đều bị ức chế, vô hoạt và phá hủy hoàn toàn.

5. Muối ăn (NaCl) có vai trò và ảnh hưởng như thế nào đến tốc độ thủy phân trong công nghệ thực phẩm?
Muối ăn có tác dụng kìm hãm hoạt động của vi sinh vật gây thối rữa và vi sinh vật không chịu muối, giúp bảo quản nguyên liệu trong suốt quá trình ủ thủy phân, đồng thời điều chỉnh vị mặn của sản phẩm. Ở nồng độ giới hạn cho phép, ion muối thúc đẩy hoạt tính của enzyme; tuy nhiên nếu nồng độ muối vượt quá ngưỡng cho phép sẽ gây kìm hãm sự hoạt động của enzyme.

Kết luận

Báo cáo chuyên đề của Nhóm 8 (Lớp ĐHTP15C) đã phản ánh toàn diện các kiến thức nền tảng về quá trình thủy phân và biến đổi màu trong công nghệ thực phẩm. Tài liệu làm rõ cơ chế phân giải của 4 nhóm cơ chất sinh học chính (glucid, protein, lipid, pectin) và các yếu tố kỹ thuật chi phối hoạt tính xúc tác vô cơ cũng như xúc tác sinh học. Đồng thời, công trình mô tả chi tiết các thông số cơ khí, lớp lót chống ăn mòn và nguyên tắc vận hành của các thiết bị chuyên dụng như thiết bị thủy phân áp lực 18–80 m³, thiết bị nghịch đảo đường và nồi nấu tinh bột sản xuất bia. Mặc dù nội dung về biến đổi màu còn mang tính khái quát, báo cáo vẫn là nguồn tài liệu tổng thuật hữu ích phục vụ học tập và nghiên cứu chuyên ngành công nghệ thực phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

mở đầu cho các quá trình hóa học khác trong chế biến và bảo quản thực phẩm.Giới thiệu chung 1.4 Vật liệu và quá trình biến đổi  Nguyên liệu: Động thực vật, rất đa dạng nhiều loại.  Biến đổi: làm thay đổi thành phần hóa học của nguyên liệu dẫn đến cấu trúc, hình dạng và các tính chất vật lí khác cũng thay đổi. Cơ chất và chất xúc tác cho quá trình thủy phân Cơ chất Chất xúc tác 2.1 Cơ chất Liên kết peptit : Liên kết peptit là liên kết –CO-NH- giữa hai đơn vị α- amino axit. Nhóm -CO-NH- giữa 2 đơn vị α-amino axit được gọi là nhóm peptit.

Liên kết trong cơ chất bị thủy Liên kết glycosid : là các liên kết phân cộng hóa trị xảy ra giữa các loại đường (carbohydrate) và các phân tử khác, có thể là các monosacarit khác hoặc các phân tử khác có bản chất khác nhau.2 Tác nhân xúc tác Hóa học • thường là các axit vô cơ như HCl, H2SO4, H3PO4, H2C2O4, CH3COOH,. Sinh học • là các enzyme  Chất xúc tác là enzym thủy phân Một số tính chất của enzyme khi thực hiện thuỷ phân : - Tính đặc hiệu của enzyme - Họat độ enzyme: Đơn vị hoạt độ của enzyme: U (µmol cơ chất/1 phút) - Điều kiện tối ưu -Sản phẩm: tuỳ vào mức độ thuỷ phân khác nhau cho ra các sản phẩm khác nhau.  Ứng dụng của enzym thủy phân trong Công nghệ thực phẩm. α-Amylase • Trong công nghiệp thực phẩm bao gồm nướng, sản xuất bia, dịch hóa tinh bột cũng như hỗ trợ tiêu hóa.

Glucoamyla • Được ứng dụng trong ngành công nghiệp làm bánh để cải thiện chất lượng bột, giảm tình trạng bột nhào bị khô cứng, cũng như cải thiện màu vỏ bánh và chất lượng của các sản phẩm nướng có chất xơ cao. • Glucoamylase đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất rượu sake và nước tương, cũng như sản xuất bia ít cồn Lipase • Trong ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống, lipase được ứng dụng chủ yếu trong ngành công nghiệp sữa, làm bánh, nước ép trái cây, bia và rượu vang. • Lipase thương mại chủ yếu được sử dụng để phát triển hương vị trong các sản phẩm sữa và chế biến các thực phẩm khác có chứa chất béo Pectinase • Trong Công nghệ thực phẩm, pectinase ứng dụng trên nước ép. Nước ép có thêm pectinase có vẻ ngoài trong hơn so với các loại không có enzyme Protease • Protease có nhiều ứng dụng khác nhau như sản xuất bia, làm mềm thịt, đông tụ sữa và làm chất hỗ trợ tiêu hóa.

• Protease được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp làm bánh để sản xuất bánh mì, thực phẩm nướng, bánh quy giòn và bánh quế. • Một ứng dụng chính khác của protease có liên quan đến ngành công nghiệp sữa. Các dạng thủy phân Thủy phân protein:. - Prôtein do enzym protease phân giải thành pepton(cao thịt), sau đó tiếp tục phân giải thành polypepyid, thành Tripeptid, Dipeptid, sau đó thành acid anim cuối cùng tạo thành sản phẩm như NH3, H2S, CO2, H2O, indon, scatola, acid hữu cơ, bazơ hữu cơ,.

Các dạng thủy phân • Thủy phân glucid E –α – amylase : E –β – amylase : E –Glucoamylase (tinh bột): • Là E ngoại bào thuỷ phân lk 1,4 – α • Là một enzyme thuỷ phân từ đầu • Là E thủy phân lk α – 1,4 và α – 1,6 –D – glucoside của không khử của glucoside từ đầu -Dưới tác dụng của enzyme phân tử amylose mạch Amylose, không khử của một cách ngẫu Amylopeptin và mạch tinh bột tạo amylase, phân tử tinh bột hoặc bị nhiên glycogen ra đường glucose phân cắt ngẫu nhiên thành • Là những • Cắt lần lượt các lk enzyme phân cắt glucoside tạo ra những dextrin phân tử thấp hoặc bên trong mạch maltose (dạng β – bị cắt ngắn dần từng 2 đơn vị tinh bột với sản anomer) phẩm chính tạo • Không thuỷ phân glucose một, do đó mà tính chất thành là dextrin. được lk α – 1,6 của dung dịch tinh bột cũng thay glucoside ở Amylopeptin sản đổi theo. phẩm thu được là 50 – 60% maltose -Phổ biến là α – amylase, β – và β – limit dextrin. amylase và glucoamylase: 2.

Các dạng thủy phân • Thủy phân lipid (axit béo): -Sự thủy phân lipid nhờ xúc tác enzym lipase CH2OCOR1 lipase CH2OH CHOCOR3 + H2O < － > CHOCOR3 + R1COOH CH2OCOR2 CH2OCOR2 Triglycerid Diglycerid axit béo 1 CH2OH lipase CH2OH CHOCOR3 + H2O < － > CHOCOR3 + R2COOH CH2OCOR2 CH2OH Diglycerid Monoglycerid axit béo 2 CH2OH lipase CH2OH CHOCOR3 + H2O < － > CHOH + R3COOH CH2OH CH2OH Monoglycerid Glycerid axit béo 3 2. Các dạng thủy phân Thủy phân lipid (axit béo ): *Sự thủy phân tự nhiên: -Các axit béo tự do được tạo thành từ sự thủy phân lipip bị tác động bởi O2 sẽ tạo ra nhiều sản phẩm kế tiếp: Axit béo → hydroperoxyt → aldehyd no hay không no, xeton, xeton acid. Các dạng thủy phân Thủy phân pectin trong rau củ quả: -Peptin là loại polysaccharid có nhiều trong rau quả, củ,. Trong thực vật peptin tồn tại ở 2 dạng là protopectin và peptin hòa tan.

-Protopectin không tan trong nước nhưng khi bị thủy phân bởi protopectinase, axit hay nhiệt độ thì sẽ tạo thành pectin hòa tan và polysaccharid araban. - Dưới tác dụng của kiềm loãng hoặc enzym pectinesterase, pectin hoàn tan bị thủy phân thành rượu metylic và axit pectic tự do. - Ở giai đoạn phát triển đầu của rau củ quả, hoạt động của enzym pectinesterase và enzym polygalacturonase rất mạnh; khi quả bắt đầu chín thì giảm thấp; khi quả chín hoàn toàn thì hoạt động của chúng tăng lên.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ thủy phân bằng xúc tác vô cơ  Nhiệt độ.  Các yếu tố khác.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ thủy phân bằng xúc tác vô cơ Ảnh hưởng của nhiệt độ: Theo quy luật của phản ứng hóa học thì khi nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng tăng, nhưng vì bản chất của enzyme là protein nên nhiệt độ chỉ tăng cao đến mức nhất định.

Đa số các enzyme sẽ bị mất hoạt tính ở nhiệt độ >60oC.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ thủy phân bằng xúc tác vô cơ Ảnh hưởng của pH: Mỗi enzyme chỉ thích hợp ở một pH xác định gọi là pH tối thích của enzyme. Một số enzyme hoạt động ở pH thấp như pepsin pH=1,8-2,2 và hoạt động ở pH cao như tripsine pH=5-9, cùng một số loại enzyme thu được ở các nguồn khác nhau cũng có pH tối thích khác nhau.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ thủy phân bằng xúc tác vô cơ Ảnh hưởng của thời gian. -Thời gian tác động của enzyme lên cơ chất có ảnh hưởng tới hoạt động đến quá trình thủy phân và đến chất lượng của sản phẩm. -Thời gian tác dụng càng dài thì sự tác dụng càng triệt để.

Mặt khác nếu thời gian tác dụng quá ngắn thì sự phân giải protein chưa hoàn toàn .4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ thủy phân bằng xúc tác vô cơ Ảnh hưởng của nồng độ muối: -Muối ăn có tác dụng kìm hãm hoạt động của vi sinh vật gây thối rữa và các vi sinh vật không chịu muối, có tác dụng bảoquản nguyên liệu trong quá trình thủy phân. -Mặt khác, muối ăn còn điều chỉnh vị mặn tùy theo lượng muối bổ sung vào, ở nồng độ giới hạn cho phép thì thúc đẩy enzyme hoạt động mạnh, nếu vượt qua giới hạn cho phép thì sẽ kìm hãm sự hoạt động của enzym.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ thủy phân bằng xúc tác vô cơ Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất: Trong các phản ứng do enzyme và cơ chất, trước hết phải tạo thành phức trung gian giữa enzyme và cơ chất. Sau đó, phức này chuyển hóa tiếp tục tạo thành sản phẩm cuối cùng và enzyme tự do, enzyme lại kết hợp với phân tử của cơ chất khác. Nếu nồng độ cơ chất đầy đủ thích hợp với lượng enzyme sẽ làm quá trình thủy phân diễn ra đều đặn nhanh chóng.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ thủy phân bằng xúc tác vô cơ Ảnh hưởng của nồng độ enzyme Ảnh hưởng của chất hoạt hóa Ảnh hưởng của chất kìm hãm Ảnh hưởng của ion kim loại 3.MỤC ĐÍCH CỦA QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN 3.1 Mục đích chế biến 3.2 Mục đích khai thác 3.1 Mục đích chế biến • Là chuyển hóa nguyên liệu thành sản phẩm.

Chất xúc tác thường là HCl. VD:Từ nguyên liệu có chứa protein như bã đậu nành, quá trình thủy phân sẽ tạo ra sản phẩm nước tương. Xúc tác vô cơ thường là HCl… 3.2 Mục đích khai thác • Trong công nghệ vi sinh, người ta thường sử dụng những nguyên liệu có chứa đường như tinh bột và cenllulose. Khi đó quá trình thủy phân các nguyên liệu nói trên thành các đường lên men như glucose, maltose… sẽ có mục đích là khai thác.

Các biến đổi của nguyên liệu trong quá trình thuỷ phân 4.1 Biến đổi hóa học 4.2 Biến đổi vật lý 4.Biến đổi sinh học và hóa sinh 4.1 Biến đổi hóa học a.Phản ứng thủy phân • Phản ứng thủy phân xảy ra nhằm mục đích biến đổi nguyên liệu thành sản phẩm. Một số ví dụ: Thủy phân saccharose trong sản xuất đường nghịch đảo: Thủy phân tinh bột trong sản xuất đường nha: Thủy phân protein bã đậu nành trong sản xuất nước tương: b) Các phản ứng khác  Phản ứng tạo màu  Phản ứng tạo mùi 4. Biến đổi vật lí • Các biến đổi vật lý có thể dễ dàng nhận ra trong quá trình thủy phân là: nhiệt độ thể tích tỷ trọng 4.3 Biến đổi hóa lý • Một số biến đổi về pha có thể xảy ra trong quá trình này. • Ví dụ trong quá trình thủy phân tinh bột thành đường nha, khi cho tinh bột vào nước sẽ tạo nên hệ huyền phù tinh bột.

Khi phản ứng thủy phân kết thúc ta thu được dạng lỏng.4 Biến đổi sinh học và hóa sinh • Các quá trình thủy phân sử dụng xúc tác phi enzyme thường diễn ra ở nhiệt độ cao, nên các enzyme và vi sinh vật trong nguyên liệu sẽ bị ức chế. Do đó những biến đổi sinh học, hóa sinh là không đáng kể.Thiết bị của quá trình thủy phân Thiết bị thủy phân. Thiết bị nghịch đảo đường 5.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt độn 5.1 Thiết bị thủy phân (80m3). • Trong sản xuất thường sử dụng các thiết bị thủy phân có thể tích từ 18, 30, 37, 50 hoặc 80 m3.

• Kết cấu của các thiết bị thủy phân khác nhau cơ bản bởi Kích thước hình học Các phương pháp nạp axít để thủy phân  Chọn sản phẩm thủy phân .