BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG SVTH: NHÓM 8 DANH SÁCH NHÓM ĐỀ TÀI: QUY TRÌNH SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM Tháng 03/2015 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 4 NỘI DUNG 5 I. Tổng quan về enzyme protease 5 1. Giới thiệu 5 2. Đặc điểm chung 5 3. Phân loại 5 4. Cơ chế tác động 6 5. Nguồn cung cấp 6 6. Ứng dụng của enzyme protease 9 2 STT HỌ VÀ TÊN MSSV 1 LÊ ĐỨC LỘC 2006120086 2 HOÀNG THỊ PHƯƠNG 2005120298 3 PHAN THỊ TƯỜNG QUY 2006120188 4 TRẦN THỊ BẢO TRÂN 2006120094 II. Quy trình sản xuất enzyme protease 9 1. Quy trình sản xuất 9 2. Thuyết minh quy trình 11 III. Ứng dụng 15 1. Quy trình sản xuất nước mắm ngắn ngày 16 2. Giải thích quy trình 17 3. Sản phẩm 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO 31 DANH SÁCH HÌNH Hình 1. Cấu trúc không gian enzyme Protease 5 Hình 2. Clostridium và Baccillus subtilis 7 Hình 3. Aspergillus 8 Hình 4. Aspergillus oryzae 8 Hình 5. Máy rửa băng chuyền 18 Hình 6. Thiết bị lên men 20 Hình 7. Máy lọc tinh vi kiểu ống 22 Hình 8. Thiết bị cô đặc chân khôn 23 Hình 9. Thiết bị chiết rót tự động 26 Hình 10. Thiết bị đóng nắp tự động 27 LỜI NÓI ĐẦU Ngay từ cuối thể kỷ 17 và đầu thế kỷ 18, người ta đã phát hiện ra sự tiêu hóa thịt bằng các chất tiết ra từ dạ dày và sự chuyển hóa tinh bộ thành đường bởi các chất tiết ra ở thực vật và nước bọt đã được biết đến. Tuy nhiên, cơ chế của các quá trình vẫn chưa được xác định, mãi theo một thời gian sau người ta mới biết đến sự biến đổi đó là nhờ một phần lớn hệ enzyme có trong động vật, vi sinh vật và thực vật tạo ra. Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của Công nghệ sinh học, các chế phẩm enzyme được sản xuất càng nhiều và được sử dụng trong hầu hết trong các lĩnh vực như: chế biến thực phẩm, nông nghiệp, chăn nuôi, y tế… Phần lớn enzyme được sản xuất ở quy mô công nghiệp đều thuộc loại enzyme đơn cấu tử, xúc tác cho phản ứng phân hủy. Khoảng 75% chế phẩm là enzyme thủy phân được sử dụng cho việc thủy phân cơ chất tự nhiên. 3 Protease là enzyme được sử dụng nhiều nhất hiện nay trong một số ngành sản xuất như: chế biến thực phẩm (đông tụ sữa làm pho mát, làm mềm thịt, bổ sung để làm tăng chất lượng sản phẩm trong sản xuất bia, xử lý phế phụ phẩm trong chế biến thực phẩm…), sản xuất chất tẩy rửa, thuộc da, y tế, nông nghiệp… Như vậy protease là enzyme như thế nào mà được sử dụng nhiều như vậy thì bài tiểu luận của nhóm sẽ giúp người đọc hiểu rõ hơn và đồng thời giới thiệu đến người đọc sản phẩm ứng dụng của enzyme protease là nước mắm ngắn ngày. NỘI DUNG I. Tổng quan về enzyme protease. 1. Giới thiệu. Protease là chất xúc tác thủy phân protein tạo thành những phân tử thấp và các amino acid. Chúng không chỉ có ý nghĩa cho quá trình sinh trưởng, sinh sản của mọi sinh vật mà còn đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệ chế biến thực phẩm, trong y học, trong công nghệ gen và bảo vệ môi trường. Protease là một trong những enzyme được ứng dụng rất nhiều trong mọi lĩnh vực. Đặc biệt là công nghiệp thực phẩm, protease đã có những đóng góp rất to lớn trong việc phục vụ và nâng cao đời sống của con người. 2. Đặc điểm chung 4 Nhóm enzyme protease xúc tác quá trình thủy phân liên kết peptid ( -CO – NH) n trong phân tử protein, polypeptide đến sản phẩm cuối cùng là các acid amin. Ngoài ra, nhiều protease cũng có khả nằng thủy phân liên kết este và vận chuyển acid amin. Hình1. Cấu trúc không gian enzyme Protease 3. Phân loại. Theo phân loại quốc tế các enzyme thuộc nhóm này chia thành 4 phân nhóm phụ: - Aminopeptidase: xúc tác sự thủy phân liên kết peptit ở đầu nitơ của mạch polypeptit. - Cacboxypeptidase: xúc tác sự thủy phân liên kết peptit ở đầu cacbon của mạch polypeptit. Cả hai phân nhóm enzyme trên đều là các exo – peptidase. - Dipeptihydrolase: Xúc tác sự thủy phân các liên kết dipepit. - Proteinase: Xúc tác sự thủy phân các liên kết peptid nội mạch. Dựa vào thành phần amimo acid và vùng pH tối ưu của protease, người ta chia enzme protease làm các nhóm: - Protease acid: pepsin, renin, … hoạt động ở vùng pH acid 2-4. - Protease kiềm: tryssin, chymmotrysin, … hoạt động ở vùng pH kiềm 9-11. - Protease trung tính: như papain từ quả đu đủ, bromelain từ quả dứa, … hoạt động ở vùng pH trung tính 7-8 Ngoài ra, enzyme protease còn chia thành: - Enzyme protease nội bào là những enzyme được tiết ra từ bên ngoài hoặc ngoại biên màng protein và được trích ly vào môi trường bằng kĩ thuật trích ly. - Enzyme protease ngoại bào được thu nhận từ quá trình lên men hoàn tất hoặc ngay quá trình lên men đang diễn ra. 4. Cơ chế tác động. Mặc dù enzyme Protease có nhiều loại khác nhau nhưng các enzyme này đều xúc tác cho phản ứng thủy phân liên kết peptide theo cùng một cơ chế chung như sau 5 E + S Enzyme- S Enzyme – S + P 1 Enzyme – S + P 2 Trong đó: E: enzyme, S: cơ chất, enzyme - S: Phức chất enzym- cơ chất, P1: Là sản phẩm đầu tiên của phản ứng, P2: Là sản phẩm thứ hai của phản ứng. 5. Nguồn cung cấp. Enzyme protease là protein được sinh vật tổng hợp trong tế bào và là chất tham gia xúc tác cho mọi phản ứng sinh học. Chính vì thế, mọi sinh vật đều được coi là nguồn thu nhận để sản xuất enzyme. Hiện nay, enzyme protease được thu nhận từ ba nguồn chính là: các mô và cơ động vật,các mô và cơ quan thực vật và tế bào vi sinh vật. a. Nguồn động vật Thông thường protease động vật có ở tuyến tiêu hóa (niêm mạc dạ dày, niêm mạc ruột non, tuyến tụy ). Tuy nhiên, để sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, protease ít thuận lợi do sản xuất chúng bị hạn chế và nguồn thu nhận ezyme không lớn lắm. Hai protease acid quan trọng trong tuyến tiêu hóa ở người và động vật, có nhiều ứng dụng và được quan tâm là pepsin và rennin, đặc biệt về khả năng đông tụ sữa. Hai enzym này được thu nhận chủ yếu từ dạ dày động vật (heo, bê, bò…) b. Nguồn thực vật Từ các thực vật bậc cao người ta cũng thu được một số chế phẩm enzyme quan trọng. - Papain thu được từ nhựa của lá, thân, quả đu đủ (Caria papaya) - Bromelain thu từ quả, chồi dứa, vỏ dứa (Pineapple plant). - Ficin tách từ dịch ép thân cây sung. Các enzyme này được sử dụng để chống lại hiện tượng tủa trắng của bia khi làm lạnh do kết tủa protein. Nguồn vi sinh vật Hai nguồn nguyên liệu trên không để dùng làm nguyên liệu sản xuất công nghiệp quy mô lớn do những hạn chế về nguyên liệu và công nghệ. Ezyme Protease phân bố chủ yếu vi khuẩn, nấm mốc và xạ khuẩn gồm nhiều loài thuộc Aspergillus, Bacillus, Penicillium, Clotridium, Streptomyces và một số loại nấm men. Protease của động vật hay thực vật chỉ chứa một trong hai loại andopeptidase hoặc exopeptidase, riêng vi khuẩn có khả năng sinh ra cả hai loại trên, do đó protease của vi khuẩn có tính cơ chất cao. Chúng có khả năng phân hủy tới 80% các liên kết peptide trong phân tử protein. Trong các chủng vi khuẩn có khả năng tổng hợp mạnh protease là Bacillus subtilis, B. Mesentericus, B. Thermorpoteoliticus và một số giống thuộc chi Clostridium. 6 Hình 2. Clostridium và Baccillus subtilis Nhiều loại nấm mốc có khả năng tổng hợp một lượng lớn protease được ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm là các chủng Aspergillus oryzae, A. Terricola, A. Fumigatus, Penicillium chysogenum, Một số nấm mốc khác như: A. Candidatus, P. Cameberti, P. Roqueforti cũng có khả năng tổng hợp protease có khả năng đông tụ sữa sử dụng trong sản xuất phomat. Hình 3. Aspergillus Hình 4. Aspergillus oryzae Về phương diện tổng hợp protease, xạ khuẩn được nghiên cứu ít hơn nấm mốc. Tuy nhiên, người ta cũng đã tìm được một số chủng có khả năng tổng hợp protease cao như: Streptomyces grieus, S. Fradiae, Nguồn enzyme từ vi sinh vật dần dần thay thế enzyme từ động vật và thực vật do hàng loạt những ưu điểm về sinh lý vi sinh vật và về kỹ thuật sản xuất được liệt kê như sau: • Vi sinh vật có khả năng chuyển hóa một khối lượng cơ chất lớn hơn khối lượng cơ thể chúng hàng ngàn lần sau một ngày đêm. • Enzyme thu nhận từ vi sinh vật có hoạt tính cao. • Tốc độ sinh sản của vi sinh vật mạnh, trong thời gian ngắn có thể thu được lượng sinh khối vi sinh vật rất lớn, giúp trong một thời gian ngắn thu được một lượng enzyme nhiều hoặc lượng các sản phẩm trao đổi chất cao. • Một đặc điểm riêng có của vi sinh vật đó là cơ thể nhỏ bé nên việc vận hành, kiểm soát thiết bị lên men trong quá trình sản xuất đơn giản hơn rất nhiều. • Vi sinh vật là giới sinh vật thích hợp cho sản xuất theo quy mô công nghiệp: 7 Trong sản xuất, quá trình sinh trưởng, phát triển và sinh tổng hợp enzyme của vi sinh vật hoàn toàn không phụ thuộc vào khí hậu bên ngoài. Trong khi đó, sản xuất enzyme từ nguồn thực vật và động vật không thể đưa vào quy mô công nghiệp được. Nguồn nguyên liệu dùng sản xuất enzyme theo quy mô công nghiệp rẽ tiền và dễ kiếm, • Không chỉ có ý nghĩa về mặt kinh tế mà còn có ý nghĩa rất lớn về mặt môi trường sống. vi sinh vật không đòi hỏi quá khắc khe những yếu tố dinh dưỡng của môi trường, nhất là những vi sinh vật tổng hợp enzyne. Chính vì thế enzyme được sản xuất từ vi sinh vật thường rẻ tiền hơn enzyme từ các nguồn khác. • Vi sinh vật có thể sinh tổng hợp cùng một lúc nhiều loại enzyme khác nhau. 6. Ứng dụng của enzyme protease.  Trong công nghệ chế biến thịt: protease làm mềm và tăng hương vị cho thịt  Trong chế biến thủy sản: trong chế biến nước mắm sử dụng enzyme protease thực vật ( bromelain và papain) và vi sinh vật để rút ngắn thời gian làm và cải thiện hương vị của nước mắm.  Trong công nghiệp sữa: sản xuất phomat nhờ hoạt tính làm đông tụ sữa.  Trong công nghiệp sản xuất bánh quy: enzyme protease làm giảm thời gian đảo trộn, tang độ dẻo và làm nhuyễn bột, tạo độ xốp và độ nở tốt hơn.  Trong công nghiệp da: Protease được sử dụng để làm mềm da loại bỏ khỏi da các chất nhớt nhờ thủy phân một phần protein chủ yếu là collagen ( thành phần làm da bị cứng ) . Protease được dùng tách từ vi khuẩn (B. mesentericus, B. subtilis), nấm mốc (A. oryzae, A. flavus) và xạ khuẩn (S. fradiae, S. griseus, S. rimosus )  Trong sản xuất bia : Chế phẩm protease làm tăng độ bền của bia và rút ngắn thời gian lọc , Protease của A.oryzae dùng thủy phân protein trong hạt ngũ cốc tạo điều kiện xử lý bia tốt hơn.  Một số ứng dụng khác : • Điều chế dịch đạm thủy phân : làm chất dinh dưỡng , chất tăng vị , thức ăn kiêng . • Protease của nấm mốc + amylase: thức ăn gia súc có độ tiêu hóa cao . • Điều chế môi trường dinh dưỡng sản xuất vacxin . II. Quy trình sản xuất enzyme protease. 1. Quy trình sản xuất. 8 9 Sấy Thu nhận kết quả Dùng trong chăn nuôi bã Trích ly Sấy Nghiền mịn Chế phẩm enzyme thô đem tinh chế Chế phẩm enzyme thô đem sử dụng Nuôi cấy ở nhiệt độ phòng Đỗ lên khay Làm nguội đến 30 0 C Chế phẩm enzyme kỹ thuật Thu nhận phế phẩm enzyme tinh khiết Lọc Kết tủa enzuyme Tinh chế Khoáng hỗn hợp Hấp thanh trùng Giống Asp.oryzae Thu nhận sinh khối (enzyme thô) 2. THUYẾT MINH QUY TRÌNH: Để thu nhận enzyme protease từ nấm mốc Asp. Oryzae có thể dùng hai phương pháp nuôi cấy: phương pháp bề mặt và phương pháp bề sâu. Phương pháp bề mặt thường dùng nuôi cấy nấm mốc, phương pháp bề sâu thường dùng đối với vi khuẩn. Lượng enzyme từ nuôi cấy bề mặt thường cao hơn rất nhiều so với phương pháp pháp bề sâu và nuôi cấy bề mặt có ưu điểm vượt trội hơn bề sâu: dễ thực hiện, yêu cầu về máy móc trang thiết đơn giản…. Nên trong bài này sẽ dùng phương pháp bề mặt để sản xuất enzme protease từ nấm mốc Asp. Oryzae. Giai đoạn chuẩn bị môi trường nuôi cấy: - Mục đích: Chuẩn bị môi trường cho nuôi cấy cho phép vi sinh vật phát triển tốt Cách tiến hành: Nguồn tinh bột như cám gạo, chứa khoảng 20% tinh bột, 10- 20% chất béo, 10– 14% protein, 8 – 16% cellulose, các chất hòa tan không chứa nitơ 37– 59%.Cám không được chứa hàm lượng tinh bột dưới 20%, không có vị chua hay đắng, không hôi mùi mốc, độ ẩm không quá 15%, tạp chất độc không quá 0,05%, có thể bổ sung thêm nguồn nitơ vô cơ ((NH4)2SO4, (NH4)2CO), photpho, nitơ hữu cơ và các chất kích thích sinh trưởng như malt, nước chiết ngô, nước lọc bã rượu. Các phụ phẩm thêm vào để thoáng khí cho môi trường nuôi cấy bề mặt như trấu , mùn cưa……Các nguyên liệu này được xử lý và phối trộn với tỉ lệ thích hợp để tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển tốt nhất là được. - Sau đó đem tất cả đi hấp thanh trùng để nhằm tiêu diệt các vi sinh vật có trong môi trường để đảm bảo môi trường vô trùng hoàn toàn trước khi cấy nấm mốc vào. - Làm nguội môi trường xuống nhiệt độ khoảng 30 0 C và trong quá trình làm nguội không được để vi sinh vật từ môi trường bên ngoài xâm nhập vào để quá trình nuôi cấy diễn ra tốt hơn. - Do thực hiện phương pháp nuôi cấy bề mặt nên môi trường sau khi xử lí xong sẽ đỗ ra khay để tiến hành cấy giống vào. Giống Aspergillus: Giới: Fungi Nghành: Ascomycota Ngành phụ: Pezizomycota Lớp: Ascomycetes Bộ: Plectascales Họ: Aspergillaceae 10 [...]... điểm thu nhận E .protease là rất quan trọng Thu nhận sản phẩm Kết thúc quá trình nuôi cấy ta thu nhận được chế phẩm E .protease thô vì ngoài thành phần enzyme ra còn có sinh khối vi sinh vật, thành phần môi trường và nước Tùy theo mục đích sử dụng thì ta có thể dùng chế phẩm thô luôn hay là phải tinh sạch trước khi sử dụng Quá trình tinh sạch để sản xuất Enzyme tinh khiết ta thực hiện các công đoạn sau:... phân tử nhỏ Trong trường hợp ta thu nhận enzyme protease thì các lỗ gel phải có kích thước phù hợp với loại enzyme này để khi chúng đi qua cột thì những phân tử khác không phải enzyme protease như những chất tạp hay các enzyme khác có kích thước lớn hơn lỗ gel sẽ không bị giữ lại và nhành chóng đi xuốn cuối cột và ra ngoài thì ta sẽ thu được enzyme proteasse III Ứng dụng 14 1 Quy trình sản xuất nước... nấm sợi +Các loại enzyme được hình thành và enzyme nào có cơ chất cảm ứng trội hơn sẽ được tạo ra nhiều hơn + Lượng oxi trong không khí giảm và CO2 sẽ tăng dần do quá trình trao đổi chất của nấm mốc để tạo thành E protease, do đó trong giai đoạn này cần phải được cung cấp oxi và quá trình thông khí phải diễn ra mạnh và nhiệt độ luôn phải duy trì trong khoảng 29-30 0C là tốt nhất và là điều kiện tốt... khí trong quá trình sản xuất nước mắm tạo ra  Các chất khác - Các chất vô cơ: NaCl chiếm 250-280g/l và một số các chất khoáng như: S, Ca, Mg, P, I, Br - Vitamin: B1, B12, B2, PP + Một số sản phẩm nước mắm sử dụng phương pháp ngắn ngày trên thị trường  Sản phẩm của Chin Su 3.4  Nước mắm của Phan Thiết 27  Nước mắm Hải Hậu  Nước mắm Cung Đình 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ứng dụng công nghệ sinh học trong. .. ngắn ngày Nguyên liệu (Cá) Tạp chất Rửa Xử lý (cơ, nhiệt) Muối Protease từ A.oryaze Nước Lên men Lọc Bã Cô đặc Chượp có hương tốt Chai vô trùng Bổ sung hương Đóng chai Sản phẩm 15 Quy trình sản xuất nước mắm ngắn ngày 2 Giải thích quy trình 2.1 Rửa: Mục đích: chuẩn bị Quá trình rửa sẽ làm sạch và loại trừ các tạp chất cơ học như đất, cát, bụi và làm giảm lượng VSV b Các biến đổi của nguyên liệu: Sinh học:... muối cho vào lúc đầu rất hạn chế Chú ý nhiệt không quá 60 0C Sau đó khuấy đảo, khi lượng muối cho vào nhiều hơn thì tiến hành hạ nhiệt và giữ nhiệt độ ở 450C - PH: Enzyme rất nhạy cảm với độ pH của môi trường, mỗi enzyme chỉ hoạt động mạnh ở độ pH xác định Trong quá trình phân giải có rất nhiều enzyme tham gia cho nên ta phải xem loại enzyme nào có nhiều nhất và đóng vai trò chủ yếu trong quá trình thủy... sinh vật trong chượp tốt sau đó cấy vào nước mắm kém hương, hoặc sử dụng vi sinh vật gây hương để sản xuất ra hương liệu rồi cho vào nước mắm Đây là hướng đang tiếp tục được nghiên cứu - Ngoài ra một số nơi còn cho thêm dứa, mít… vào ướp với mục đích vừa lợi dụng được enzyme vừa lợi dụng cả mùi hương của chúng 3.2 Tiêu chuẩn của nước mắm thành phẩm Chỉ tiêu cảm quan: + Màu sắc: nước mắm có màu vàng rơm... đầu của quá trình làm sạch enzyme - Nguyên tắc: Enzyme là một phức hợp protein có khả năng tạo kết tủa với một số dung môi Trong công nghệ tinh chế enzyme, người ta thường dùng cồn và sunfat amon Hai tác nhân này cũng dễ tìm và giá tương đói rẻ hơn các tác nhân khác Trong khi tiến hành kết tủa, thì phải làm lạnh cả dung dịch enzyme và cả những tác nhân gây tủa để tránh làm mất hoạt tính enzyme Khi đổ... aceton vào để trích ly enzyme protease do enzyme protease có khả năng hòa tan trong nước nên xem nước như là dung môi hòa tan Cứ một phần chế phẩm enzyme thô, người ta cho 4-5 phần nước, khuấy nhẹ và sau đó lọc lấy dich lọc, phần bã thu riêng dùng làm thức ăn chăn nuôi( chú ý là phải loại bỏ thạch anh và thủy tinh ra khỏi bã trước khi đem cho gia súc ăn) Nhiều kết quả thí nghiệm cho thấy dùng nước trong. .. và dễ dùng rộng rãi trong sản xuất Theo phương pháp khuếch tán bằng nước có thể chiết 12 - - được lượng enzyme trên 90-95% và trong nước chiết không chứa các tạp chất không tan Nước thường dùng khuếch tán ở nhiệt độ 25- 280c Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly: Tỷ lệ nước trích:tùy chế phẩm enzyme mà có chế độ nước trích ly phù hợp Lượng nước trích ly thường gấp 2-3,5 lần so với lượng chế phẩm . trình sản xuất enzyme protease 9 1. Quy trình sản xuất 9 2. Thuyết minh quy trình 11 III. Ứng dụng 15 1. Quy trình sản xuất nước mắm ngắn ngày 16 2. Giải thích quy trình 17 3. Sản phẩm 27 TÀI LIỆU. BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG SVTH: NHÓM 8 DANH SÁCH NHÓM ĐỀ TÀI: QUY TRÌNH SẢN XUẤT ENZYME PROTEASE VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC. lên men trong quá trình sản xuất đơn giản hơn rất nhiều. • Vi sinh vật là giới sinh vật thích hợp cho sản xuất theo quy mô công nghiệp: 7 Trong sản xuất, quá trình sinh trưởng, phát triển và sinh