Sự phát triển của quá trình tinh chế sinh học (biorefinery) là một trong những hướng phát triển kinh tế quan trọng dựa trên các nguồn tài nguyên tái tạo. Glucose và các đường lên men nói chung là nguyên liệu chính trong ngành công nghiệp sinh học thực phẩm. Tuy nhiên, công nghệ truyền thống sản xuất đường từ tinh bột tiêu hao nhiều năng lượng từ các nguồn hóa thạch (xăng dầu, than) cho quá trình dịch hóa (95-105°C và đường hóa (60-65°C). Chính vì vậy làm tăng giá thành sản xuất các sản phẩm từ tinh bột.

Để cải thiện vấn đề này, quá trình thủy phân có thể được tiến hành ở nhiệt độ thấp hơn. Cụ thể, tinh bột được thủy phân (dịch hóa và đường hóa đồng thời) ở nhiệt độ dưới nhiệt độ hồ hóa như 50°C cho lúa mì, 60°C cho khoai tây hoặc 65°C cho ngô. Công nghệ này được tiến hành nhờ một số enzymee amylase có khả năng thủy phân tinh bột sống và không cần các bước hồ hóa và dịch hóa như quá trình thông thường, cho phép giảm 10 - 20% mức tiêu thụ năng lượng. Thêm vào đó, công nghệ được tiến hành ở nồng độ chất khô rất cao (VHG > 300g/L) nhằm mục đích đem lại nồng độ sản phẩm cao được xem như công nghệ mới trong thập niên gần đây. Quá trình này đã được ứng dụng trong sản xuất ethanol sinh học vì nó giúp giảm đáng kể chi phí năng lượng, xử lý nước thải cũng như đầu tư như cơ sở hạ tầng thiết bị công nghệ. Công nghệ VHG đã được áp dụng ở quy mô lớn kể từ thập niên trước cho các loại hạt ngũ cốc (ngô, lúa mì, đại mạch) nhưng hiếm khi cho các loại củ.

Các loại nguyên liệu củ (sắn, khoai lang) có nguồn cung dồi dào hàm lượng tinh bột cao, giá thành thấp và ít ảnh hưởng đến an ninh lương thực. tại Việt Nam, các loại củ, ví dụ như khoai lang, là nguyên liệu đầu vào rất phù hợp do cây dễ trồng đối với các loại đất và điều kiện khí hậu khác nhau; chi phí sản xuất thấp, giá thành rẻ; nguồn cung dồi dào trong cả năm (dạng tươi hoặc khô); hàm lượng tinh bột cao và tận dụng được phụ phẩm cho các ngành công nghiệp khác. Nhiệt độ bắt đầu hồ hóa của tinh bột khoai lang phụ thuộc vào giống khoai và phổ biến trong khoảng 60 - 69°C.

Mục tiêu của nghiên cứu này là đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ và nồng độ cơ chất đến quá trình thủy phân bột khoai lang và đánh giá hiệu quả của các enzyme phụ trợ ở nồng độ chất khô rất cao và nhiệt độ dưới nhiệt độ hồ hóa đến hiệu suất thuỷ phân. Bột khoai lang được chuẩn bị trong dung dịch đệm acetate (pH 4,2) và thủy phân bằng enzyme Stargen 002 (1,5 mL/kg chất khô) ở các nồng độ cơ chất khác nhau (10-30% w/w) và nhiệt độ khác nhau (30-55o C).

Kết quả cho thấy, nhiệt độ tối ưu cho quá trình thủy phân là 50°C. Việc bổ sung các enzyme phụ trợ (Accellerase 1500, Viscozym và Pectinex Ultra SP-L) làm tăng hiệu suất thủy phân (10-15%, đạt 85% ở nồng độ 30% chất khô) và cho phép tăng chất khô lên tới 40%. Động học quá trình thủy phân được mô hình hóa theo phương trình thực nghiệm dạng Michealis-Menten cho phép dự đoán hiệu suất thủy phân cực đại thu được.

Vân Anh