ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN THỊ THU TRÀ

ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ
QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN TINH BỘT KHOAI MÌ
(Manihot esculenta crantz.)

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

TP. HỒ CHÍ MINH – NĂM 2015
i


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

TRẦN THỊ THU TRÀ

ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ
QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN TINH BỘT KHOAI MÌ
(Manihot esculenta crantz.)

Chuyên ngành: Chế biến Thực phẩm và 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

Phần 1: Xử lý siêu âm huyền phù tinh bột khoai mì. Phần này 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.
Phần 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 đinh
̣ 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.
Phần 3: Xử lý siêu âm hỗn hợp huyền phù tinh bột khoai mì có chứa enzyme xúc
tác. Phần này đã xác đinh
̣ 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 tinh bột.
Phần 4: So sánh các giải pháp sử dụng sóng siêu âm để nâng cao hiệu quả thủy
phân tinh bột khoai mì: thông qua độ thủy phân, thời gian thủy phân và năng lượng siêu
âm cần sử dụng để tăng thêm 1g đường khử so với mẫu đối chứng.
Kế t quả nghiên cứu đã khẳ ng đinh
̣ sóng siêu âm có thể làm tăng hoạt tính amylase
của chế phẩm enzyme α – 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 α – amylase và glucoamylase trước
khi sử dụng trong quá trình thủy phân tinh bột cho độ thủy phân đạt 96,8% và giá trị này
tăng 12,6% so với mẫu đối chứng, chi phí năng lượng siêu âm thấp, chỉ 11J/g đường
khử tăng thêm.

ii


ABSTRACT

LỜI CẢM ƠN
Để có thể hoàn thành được cuốn luận án này, tôi xin gửi lời cám ơn chân thành đế n
PGS.TS. Lê Văn Viê ̣t Mẫn, thầ y hướng dẫn luâ ̣n án và cũng là chủ nhiê ̣m bô ̣ môn Công
nghê ̣ Thực phẩ m. 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 của thầy, 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 cấ p 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 cấ p một phần
các chế phẩm enzyme Termamyl 120L, Dextrozyme GA sử du ̣ng trong luâ ̣n án.
Xin cảm ơn các đồ ng nghiê ̣p ta ̣i bô ̣ môn Công nghê ̣ Thực phẩ m đã giúp đỡ, đô ̣ng
viên, góp ý kiế n hữu ích để tôi hoàn thành luâ ̣n án.
Xin cảm ơn sự giúp đỡ của các thầ y cô Khoa Kỹ thuâ ̣t Hóa ho ̣c, phòng Đào ta ̣o Sau
Đa ̣i ho ̣c, các đơn vi ̣ hỗ trơ ̣ phân tích: phòng thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia Vật liệu
Polymer và Composite, phòng thí nghiê ̣m Công nghê ̣ cao, Viê ̣n Công nghê ̣ Hóa ho ̣c.
Xin cảm ơn các em sinh viên đã vất vả cùng tôi trong viê ̣c thực hiê ̣n các thực nghiê ̣m,
xử lý số liê ̣u kế t quả thí nghiê ̣m, công bố các bài báo…
Cuố i cùng, xin cảm ơn gia đin
̀ h đã ủng hô ̣ tinh thầ n và cũng là đô ̣ng lực cho tôi cố
gắ ng.

Nghiên cứu sinh
Trần Thị Thu Trà

iv


MỤC LỤC
MỤC LỤC .......................................................................................................................v

Nội dung nghiên cứu .....................................................................................29
Phương pháp nghiên cứu thực nghiê ̣m .......................................................... 30
Phương pháp cổ điể n .................................................................................30
Phương pháp quy hoa ̣ch thực nghiê ̣m .......................................................30

v


Bố trí thí nghiệm ............................................................................................ 31
Phần 1: Xử lý siêu âm huyền phù tinh bột khoai mì – Ảnh hưởng của sóng
siêu âm đến giai đoạn hồ hóa ................................................................................31
Phần 2: Xử lý siêu âm chế phẩm enzyme amylase ...................................32
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 .........................36
Phần 4: So sánh các giải pháp sử dụng sóng siêu âm để nâng cao hiệu quả
thủy phân tinh bột khoai mì ...................................................................................37
Phương pháp phân tích, phương pháp tính toán và thiết bị sử dụng .............38
Phương pháp phân tích ..............................................................................38
Phương pháp tính toán ..............................................................................39
Thiết bị sử dụng.........................................................................................45
Xử lý số liệu ..................................................................................................45
CHƯƠNG 3

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .............................................................. 47

Phần 1: Xử lý siêu âm huyền phù tinh bột khoai mì – Ảnh hưởng của sóng
siêu âm đến giai đoạn hồ hóa ....................................................................................47
Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột khoai mì trong huyền phù ban đầu ..47
Ảnh hưởng của nhiệt độ bắt đầu siêu âm ..................................................51
Ảnh hưởng của công suất siêu âm ............................................................ 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................111

vii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Đường cong mô tả giai đoạn hồ hóa tinh bột khoai mì của một số giống
khoai mì trồng tại Brazil ..................................................................................................3
Hình 1.2. Phân loại enzyme amylase dựa vào vị trí và cơ chế xúc tác .........................11
Hình 1.3. Cấu trúc của α-amylase .................................................................................12
Hình 1.4 Cơ chế phản ứng thủy phân nhóm glycosyl của α-amylase từ vi khuẩn
Bacillus. .........................................................................................................................13
Hình 1.5 Mô phỏng cấu trúc của glucoamylase từ Aspergillus niger. .......................... 14
Hình 1.6 Cơ chế thủy phân liên kế t glycoside của glucoamylase .................................14
Hình 1.7 Sự hình thành, phát triển của bong bóng trong lòng chất lỏng dưới tác dụng
của sóng siêu âm. ...........................................................................................................16
Hình 1.8. Sơ đồ quá trình thủy phân tinh bột thành dung dịch đường glucose trong quy
trình sản xuất bột ngọt ...................................................................................................25
Hình 1.9. Sơ đồ quá trình thủy phân tinh bột thành dung dịch đường maltose trong quy
trình sản xuất đường nha ............................................................................................... 26
Hình 2.1 Phương pháp xác định vmax và Km dựa vào phương trình Linewearver và
Burk ............................................................................................................................... 39
Hình 2.2 Phương pháp xác định năng lượng hoạt hóa Ea theo phương pháp của
Arrhenius .......................................................................................................................40
Hình 3.1 Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột trong huyền phù ban đầu đến độ nhớt ở
65oC, nồng độ tinh bột hòa tan và độ hòa tan tinh bột sau 60 phút hồ hóa ...................47
Hình 3.2 Hình chụp dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM) hạt tinh bột khoai mì trong
giai đoạn hồ hóa .............................................................................................................48
Hình 3.3 Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột trong huyền phù ban đầu đến kích thước
hạt tinh bột sau xử lý siêu âm ........................................................................................49

chứng ............................................................................................................................. 69
Hình 3.21 Ảnh hưởng của pH đến các thông số động học của chế phẩm enzyme
Termamyl 120L .............................................................................................................70
Hình 3.22 Giản đồ Dixon và Webb để xác định hằng số phân ly pKa1, pKa2 của mẫu
siêu âm và mẫu đối chứng ............................................................................................. 71
Hình 3.23 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hoạt độ α- amylase của mẫu siêu âm
và mẫu đối chứng ..........................................................................................................72
Hình 3.24 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến các thông số động học của chế phẩm
enzyme Termamyl 120L................................................................................................ 73
Hình 3.25. Biến đổi hoạt độ α – amylase của mẫu siêu âm (SA) và mẫu đối chứng
(ĐC) theo thời gian ........................................................................................................76
Hình 3.26 Ảnh hưởng của nhiệt độ siêu âm đến hoạt độ glucoamylase trong chế phẩm
Dextrozyme GA .............................................................................................................79
Hình 3.27 Ảnh hưởng của công suất siêu âm đến hoạt độ glucoamylase trong chế
phẩm Dextrozyme GA ...................................................................................................79
Hình 3.28 Ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến hoạt độ glucoamylase trong chế phẩm
Dextrozyme GA .............................................................................................................80
Hình 3.29 Mối tương quan giữa hoạt độ glucoamylase xác định bằng thực nghiệm và
theo phương trình hồi quy ............................................................................................. 82
Hình 3.30 Mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ, công suất, thời gian siêu âm và tương tác
giữa ba thông số này đến hoạt độ glucoamylase trong chế phẩm Dextrozyme GA .....83
Hình 3.31 Bề mặt đáp ứng của hoạt độ glucoamylase khi thay đổi đồng thời nhiệt độ,
công suất và thời gian siêu âm.......................................................................................85
Hình 3.32 Kết quả điện di của mẫu chế phẩm Dextrozyme GA siêu âm và đối chứng 86
Hình 3.33 Ảnh hưởng của pH đến hoạt độ glucoamylase của mẫu siêu âm và mẫu đối
chứng ............................................................................................................................. 87

ix



đến độ thủy phân tinh bột khi kết thúc giai đoạn dịch hóa ..........................................108

x


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Kết quả nghiên cứu động học quá trình thủy phân tinh bột khoai mì bằng
enzyme ........................................................................................................................... 10
Bảng 1.2. Một số tính chất của các α-amylase từ chủng vi khuẩn Bacillus ..................13
Bảng 1.3. Một số tính chất của glucoamylase từ nấm mốc ...........................................15
Bảng 1.4 Ứng dụng sóng siêu âm trong giai đoạn hồ hóa tinh bột ............................... 23
Bảng 2.1. Bố trí thí nghiê ̣m khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố trong quá trình xử lý
siêu âm đế n hàm lượng tinh bột hòa tan trong giai đoạn hồ hóa...................................32
Bảng 2.2. Bố trí thí nghiê ̣m theo phương pháp cổ điển về ảnh hưởng của các yếu tố xử
lý siêu âm đế n hoạt độ amylase của chế phẩm enzyme thương mại ............................. 33
Bảng 2.3. Bố trí thí nghiê ̣m khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố quá trình siêu âm đế n
độ thủy phân tinh bột trong giai đoạn dịch hóa ............................................................. 36
Bảng 3.1 Ma trâ ̣n quy hoa ̣ch thực nghiê ̣m và kế t quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng
đồng thời của nhiệt độ, công suất và thời gian siêu âm đến hoạt độ α- amylase trong
chế phẩm Termamyl 120L............................................................................................. 61
Bảng 3.2 Các hệ số của phương trình hồi quy mô tả ảnh hưởng của nhiệt độ, công suất
và thời gian siêu âm đến hoạt độ α – amylase trong chế phẩm enzyme Termamyl 120L
theo biến mã hóa ............................................................................................................62
Bảng 3.3 Hàm lượng protein hòa tan của mẫu chế phẩm Termamyl 120L siêu âm và
đối chứng .......................................................................................................................65
Bảng 3.4 Biến đổi cấu trúc bậc hai của chế phẩm enzyme trước và sau siêu âm .........68
Bảng 3.5 Các thông số nhiệt động của phản ứng thủy phân tinh bột với xúc tác là mẫu
enzyme siêu âm và mẫu enzyme đối chứng ..................................................................75
Bảng 3.6 Hằng số tốc độ vô hoạt enzyme kin và thời gian bán hủy t1/2 của mẫu siêu âm
và mẫu đối chứng ở các giá trị nhiệt độ khác nhau .......................................................77

DSOL Độ hòa tan tinh bột (degree of solubilization)
ĐC Đối chứng
E
Enzyme
E – S Phức “cơ chất – enzyme”
E – P Phức “sản phẩm – enzyme”
HĐα Hoạt độ α - amylase
HĐG Hoạt độ glucoamylase
HSAX Độ chênh lệch tính chất X của mẫu siêu âm so với mẫu đối chứng
P
Sản phẩm
QT Quá trình
RVA thiết bị đo nhanh độ nhớt (rapid visco analyzer)
S
Cơ chất
SA Siêu âm
SEM Kính hiển vi điện tử quét (scanning electron microscopy)
SP
Độ trương nở của hạt (swelling power)
Tpaste Nhiệt độ bắt đầu hồ hóa
Tpeak Nhiệt độ khi độ nhớt của hỗn hợp bột – nước trong giai đoạn hồ hóa đạt cực đại
ηpeak Độ nhớt cực đại của hỗn hợp bột – nước trong giai đoạn hồ hóa

xiii


MỞ ĐẦU
Quá trình thủy phân tinh bột được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm
và công nghiệp lên men. Hiệu suất thủy phân tinh bột phụ thuộc chủ yếu vào giai đoạn
phá vỡ hạt tinh bột để giải phóng các phân tử amylose và amylopectin, nhờ đó enzyme

Về bản chất, quá trình thủy phân tinh bột là quá trình phân cắt mạch phân tử tinh
bột có sự tham gia của nước. Xúc tác được sử dụng phổ biến hiện nay là các enzyme
amylase. Quá trình thủy phân tinh bột thường được chia thành ba giai đoạn: hồ hóa, dịch
hóa và đường hóa [5].
Các giai đoạn của quá trình thủy phân
1.1.1.1 Giai đoạn hồ hóa
Khi gia nhiệt huyền phù tinh bột trong nước, các phân tử nước sẽ khuếch tán vào
bên trong hạt tinh bột khiến cho hạt trương nở. Sự hình thành liên kết hydro giữa các
phân tử tinh bột ở bên trong hạt với phân tử nước sẽ làm yếu đi liên kết giữa các phân
tử tinh bột với nhau. Vùng cấu trúc tinh thể của hạt tinh bột chuyển dần thành vô định
hình. Sự biến đổi cấu trúc này là bất thuận nghịch. Tiếp theo, các phân tử amylose và
amylopectin mạch ngắn sẽ khuếch tán ra bên ngoài hạt tinh bột. Một số hạt tinh bột bị
vỡ ra và không còn hình dạng nhất định. Các phân tử nước sẽ bao quanh phân tử amylose
và amylopectin được giải phóng ra từ hạt tinh bột để tạo thành micell “nước – tinh bột”.
Các phân tử tinh bột này được gọi là tinh bột hòa tan (soluble starch). Giai đoạn này
được gọi là hồ hóa (gelatinization) [6]. Hồ hóa làm chín tinh bột, tăng khả năng tiêu hóa
[7]. Trong quá trình thủy phân tinh bột với xúc tác enzyme, giai đoạn hồ hóa sẽ giải
phóng một số phân tử tinh bột ra khỏi hạt tinh bột ban đầu và làm tăng khả năng tiếp
xúc giữa enzyme và cơ chất [8].
Trong khoa học, có nhiều phương pháp để nghiên cứu giai đoạn hồ hóa như xác
định mức độ hút nước - trương nở của hạt tinh bột bằng cách tính chênh lệch khối lượng
của hạt tinh bột trước và sau giai đoạn hồ hóa [9], [10], [11]; xác định mức độ gia tăng
lượng tinh bột hòa tan bằng các phương pháp so màu phức iod - tinh bột [11], [12]; xác
định sự biến đổi độ nhớt của hỗn hợp theo thời gian hồ hóa bằng thiết bị đo nhanh độ
nhớt (rapid visco analyzer – RVA) [6]; quan sát biến đổi cấu trúc hạt bằng kính hiển vi
phân cực (polarization microscope) [13], [14] hay bằng kính hiển vi điện tử quét
(scanning electron microscopy - SEM) [15]; xác định lượng nhiệt huyền phù tinh bột
-2-



là Tpeak. Giá trị nhiệt độ tương ứng với thời điểm đường hấp thu năng lượng nhiệt bắt
đầu ổn định được gọi là Tend. Khi đó, giai đoạn hồ hóa được xem là kết thúc. Khoảng
nhiệt độ từ Tonset đến Tend gọi là khoảng nhiệt độ hồ hóa (Hình 1.1b) [16], [24]. Tonset của
tinh bột khoai mì dao động trong khoảng 50,0 – 66,70C, Tpeak dao động trong khoảng
60 – 70,50C và Tend dao động trong khoảng 69,0 – 82,70C [21], [22], [25], [26], [27].
Để biểu diễn mức độ hồ hóa, hai thông số thường được sử dụng là độ trương nở
(swelling power – SP) và độ hòa tan tinh bột (degree of solubilization – DSOL) của hạt
tinh bột. Hai thông số này được xác định bằng cách lấy một lượng thể tích mẫu huyền
phù tinh bột trong giai đoạn hồ hóa để phối trộn với nước, sau đó ly tâm thu phần cặn.
Thông số SP được tính theo công thức (1.1). Thông số này càng cao chứng tỏ hạt càng
hút được nhiều nước và trương nở càng lớn. Thông số DSOL được xác định theo công
thức (1.2). Thông số này càng lớn thì mức độ phân rã hạt tinh bột để giải phóng các phân
tử tinh bột ra ngoài hạt sẽ càng cao [9], [10], [11]. Đối với tinh bột khoai mì, trong
khoảng nhiệt độ hồ hóa 65 – 85oC, giá trị SP là 40 – 60 g/g [28] và DSOL là 0,13 –
0,24g/g [29].
𝑆𝑃 =

𝑚2
𝑚1

𝐷𝑆𝑂𝐿 =
Với

(1.1)

𝑚3
𝑚1

(1.2)


̅̅̅̅̅
độ dài trung bình của mạch dextrin 𝐷𝑃
𝑛 (Number-average Degree of Polymerization)
[37], đương lượng dextrose DE (Dextrose Equivalent) [33] hay độ thủy phân tinh bột
DH (Degree of Hydrolysis) [38], [39]. Hai chỉ số DE và DH có ý nghĩa khoa học và
công thức tính tương tự nhau nhưng khác nhau về đơn vị đo. Chỉ số DH có đơn vị là %,
chỉ số DE không có thứ nguyên.
Độ dài trung bình của mạch maltodextrin là đại lượng cho biết chiều dài trung bình
của các maltodextrin trong hỗn hợp thủy phân. Khi mức độ thủy phân càng nhiều thì giá
̅̅̅̅̅
̅̅̅̅̅
trị 𝐷𝑃
𝑛 càng nhỏ. 𝐷𝑃𝑛 được tính theo phương trình (1.3), trong đó ci và Mi được xác
định bằng phương pháp sắc ký lỏng cao áp [40]
̅̅̅̅̅
𝐷𝑃
𝑛 =
Với

∑ 𝑐𝑖
𝑀𝑛
1
=
162 162 ∑(𝑐𝑖 /𝑀𝑖 )

(1.3)

̅̅̅̅
𝐷𝑃𝑛 là độ dài trung bình của mạch dextrin
Mn là phân tử lượng trung bình của dextrin [đvc]

ra đường glucose) so với lượng nguyên liệu khô ban đầu (Phương trình 1.5). DH thay
đổi từ 0% đến 100%. Quá trình thủy phân càng nhiều thì giá trị DH càng cao [42].
𝐷𝐻 =

𝑚4 162
×
× 100%
𝑚1 180

(1.5)

Với 162/180 là hệ số chuyển đổi từ khối lượng đường khử thành khối lượng tinh bột
hòa tan
Khi dịch hóa được sử dụng trong sản xuất maltodextrin hay dextrin, sản phẩm có
chỉ số DE dao động trong khoảng 12 – 40. Nếu dịch hóa là giai đoạn đầu của đường hóa
để sản xuất glucose hoặc maltose thì chỉ số DE khi kết thúc dịch hóa sẽ dao động trong
khoảng 8 – 12 [43].
1.1.1.3 Giai đoạn đường hóa
Giai đoạn đường hóa là giai đoạn cuối của quá trình thủy phân tinh bột. Ngoài αamylase, giai đoạn đường hóa còn sử dụng các exo-enzyme và các enzyme cắt nhánh
như β-amylase (thủy phân liên kết α, 1 – 4 glycoside từ đầu không khử và tạo sản phẩm
là đường maltose), -amylase (thủy phân liên kết α, 1 – 4 và α, 1 – 6 glycoside từ đầu
không khử và tạo sản phẩm là đường glucose), pullulanase (thủy phân liên kết α, 1 – 6
glycoside làm giảm độ phân nhánh của amylopectin). Sản phẩm của giai đoạn này là

-6-


hỗn hợp các loại đường tan, chủ yếu là maltose và glucose. Các sản phẩm thông dụng
trên thị trường gồm: maltose có DE = 40-45, “high maltose” có DE = 50-55, “high
conversion syrup” có DE = 55-70 và “high content of glucose” có DE = 95-97, [43].


m5
m1

(1.7)

là phần khối lượng tinh bột đã được hồ hóa tại thời điểm đang khảo sát

[không thứ nguyên]
m5 là khối lượng tinh bột hòa tan tại tại thời điểm đang khảo sát [g]
m1 là khối lượng tinh bột trong huyền phù ban đầu [g]
dα
= k hh (1 − α)n
dt
Với

α=

∆Ht
∆H∞

(1.8)

là độ hồ hóa tinh bột tại thời điểm đang khảo sát [không thứ nguyên]

Ht và H là enthalpy hỗn hợp đã hấp thu cho đến thời điểm đang khảo sát và
tại thời điểm hồ hóa hoàn toàn [J]
n là bậc phản ứng giai đoạn hồ hóa [không thứ nguyên]
Ft
ln ( ) = −k hh t


(1.11)

Trong thực tế, một số loại tinh bột khi hồ hóa sẽ tăng độ nhớt rất cao, tạo ra hỗn
hợp đặc quánh nên kết quả đo độ nhớt sẽ không chính xác. Để xác định nhiệt năng tiêu
thụ và các tính chất lưu biến của hỗn hợp hồ tinh bột thì cần phải có thiết bị đo chuyên
dụng. Vì vậy, động học của quá trình hồ hóa thường được mô tả theo độ tăng của hàm
lượng tinh bột hòa tan (phương trình 1.7) [46].
1.1.2.2 Động học giai đoạn dịch hóa và đường hóa tinh bột
Có hai cách để mô tả động học quá trình thủy phân tinh bột khi có mặt enzyme xúc
tác: mô tả biến đổi vận tốc phản ứng theo nồng độ cơ chất ban đầu và mô tả biến đổi
nồng độ cơ chất hay sản phẩm theo thời gian phản ứng.
Michaelis và Menten (1913) đã đề nghị mô hình động học mô tả sự tương quan
giữa vận tốc phản ứng do enzyme xúc tác với nồng độ cơ chất ban đầu. Giai đoạn dịch
hóa và đường hóa tinh bột đều có xúc tác của enzyme nên có thể được mô tả theo phương
trình Michaelis-Menten (1.12) [51].
𝑣𝑚𝑎𝑥 [𝑆]
(1.12)
𝐾𝑚 + [𝑆]
Với: v và vmax là vận tốc phản ứng và vận tốc phản ứng cực đại [mol/phút]
[S] là nồng độ cơ chất [mol/L]
Km là hằng số phân ly biểu kiến của phức enzyme – cơ chất hay còn gọi là hằng
số Michaelis – Menten [mol/L]
𝑣=

-8-


Khi nồng độ cơ chất ban đầu quá cao thì enzyme bị ức chế. Ví dụ như khi nghiên
cứu quá trình thủy phân tinh bột, Yankov và cộng sự (1986) nhận thấy phương trình

𝑡
𝑑ℎ
)
(1.15)
∆𝑃𝑡 = ∆𝑃∞ (1 − 𝑒
∆St và ∆S là lượng cơ chất giảm đi so với ban đầu tại thời điểm khảo sát và tại
thời điểm vô cùng (Lượng cơ chất tại thời điểm vô cùng được hiểu là lượng cơ
chất còn lại khi phản ứng đạt cân bằng) [g/L]
∆Pt và ∆P là lượng sản phẩm tăng thêm tại thời điểm khảo sát và tại thời điểm
vô cùng (Lượng sản phẩm tại thời điểm vô cùng được hiểu là lượng sản phẩm tạo
ra khi phản ứng đạt cân bằng) [g/L]
kdh là hằng số tốc độ thủy phân (giai đoạn dịch hóa hay giai đoạn đường hóa) tinh
bột [1/phút]
Giá trị hằng số tốc độ dịch hóa hay đường hóa tinh bột (kdh) cũng phụ thuộc vào

nhiệt độ phản ứng theo phương trình động học Arrhenius (1.16)
-9-


𝑘𝑑ℎ = 𝑘𝑜 𝑒 (−𝐸𝑎/𝑅𝑇)
Với

(1.16)

T là nhiệt độ phản ứng [oK]
Ea là năng lượng hoạt hóa của giai đoạn dịch hóa hay đường hóa [kJ/mol]
ko là hệ số phản ứng (reaction frequency factor)
Khi thời gian tiến tới vô cùng hay tại thời điểm phản ứng đạt cân bằng thì St

tiến tới S và Pt tiến tới P, từ đó suy ra được lượng sản phẩm tối đa có thể thu được

STARGEN
TM 001

Hàm lượng tinh bột
250g/L
pH 7,0; T = 100oC

Amylase từ nấm A.
fumigatus KIBGEIB33

Hàm lượng tinh bột
81g/L; pH 6,0;
T = 65oC,

Mô hình động học

Tài liệu tham khảo

𝑑𝛼
= 𝑘ℎℎ (1 − 𝛼)𝑛
𝑑𝑡
Với ln(khh) = 73,8 ± 5,43 và
n = 0,985 ± 0,002

Zhang và cộng sự
(2013) [27]

∆𝑃𝑡 = ∆𝑃∞ (1 − 𝑒 −𝑘𝑑ℎ 𝑡 )
Nitayavardhana và
Với ∆𝑃∞ = 12,2 (g/100g mẫu)