Đang tải... (xem toàn văn)
Hệ amylase và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm
BÁO CÁO MÔN HỌC HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM CAO HỌC HÓA THỰC PHẨM K15 GIẢNG VIÊN: TS. TRẦN BÍCH LAM 1 2HỌC VIÊN THỰC HIỆN: TRỊNH KHÁNH SƠN NGUYỄN DUY TÂN TRẦN QUANG HUY PHAN NGỌC HIẾU 3 MỤC LỤC 1.GIỚI THIỆU HỆ ENZYME AMYLASE 6 2. TÍNH CHẤT CỦA HỆ ENZYME AMYLASE 9 2.2 Cơ chất của enzyme amylase .11 a. Tinh bột .11 b. Glycogen .12 2.3 Đặc tính và cơ chế tác dụng .12 3.ỨNG DỤNG CỦA ENZYME AMYLASE TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨMực+phẩm.htm' target='_blank' alt='ứng dụng của protein trong công nghiệp thực phẩm' title='ứng dụng của protein trong công nghiệp thực phẩm'>ỨNG DỤNG CỦA ENZYME AMYLASE TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨMhệ+thực+phẩmp thực phẩm'>ứng dụng của protein trong công nghiệp thực phẩm' title='ứng dụng của protein trong công nghiệp thực phẩm'>ỨNG DỤNG CỦA ENZYME AMYLASE TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨMhệ+thực+phẩmghiệp thực phẩm'>ứng dụng của protein trong công nghiệp thực phẩm' title='ứng dụng của protein trong công nghiệp thực phẩm'>ỨNG DỤNG CỦA ENZYME AMYLASE TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨMhệ+thực+phẩmhực phẩm'>ứng dụng của protein trong công nghiệp thực phẩm' title='ứng dụng của protein trong công nghiệp thực phẩm'>ỨNG DỤNG CỦA ENZYME AMYLASE TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨMhệ+thực+phẩm.htm' target='_blank' alt='ứng dụng của enzyme pectinase trong công nghệ thực phẩm' title='ứng dụng của enzyme pectinase trong công nghệ thực phẩm'>ỨNG DỤNG CỦA ENZYME AMYLASE TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM 13 3.1 Tình hình ứng dụng enzyme amylase trong công nghiệp trên thế giới và Việt Nam 13 3.2 Ứng dụng của enzyme amylase trong công nghiệp thực phẩm 16 a. Trong sản xuất sirô và sản phẩm chứa đường 17 b. Trong sản xuất bánh mì 17 c. Trong sản xuất bia .20 d. Trong sản xuất cồn 26 4. enzyme thủy phân tinh bột .34 4.1 Giới thiệu 34 44.2. Sản phẩm dung dòch đường có hàm lượng dextrose thấp với α- amylase .35 4.2.1. Giới thiệu 35 4.2.2 α-Amylase từ Bacillus amyloliquefaciens 37 a. Đặc tính hoá lý 37 b. Mô hình hoạt động chuẩn .39 4.2.3. α-Amylase từ thermophilic bacilli 42 a. Giới thiệu 42 b. Hỗn hợp bacillus α-amylase 42 c. B. Licheniformis α-amylase .43 4.2.4. Sự đường hoá bởi α-amylase của B. subtilis .43 4.2.5. Hiệu quả thương mại với Bacillus α-amylase 45 4.2.6. Tiềm năng ứng dụngcủa enzyme α-amylase cố đònh .46 4.3. Sản xuấât dung dòch đường dextrose có nồng độ cao .46 4.3.1 Lời giới thiệu .46 4.3.3. Động lực học và sự cân bằng trong phản ứng ngược 50 4.3.4. Sử dụng glucoamylase trong công nghiệp 55 4.3.5. Tiềm năng sử dụng Glucoamylase cố đònh .56 54.4. Sử dụng isoamylase và pullulanase để khử nhánh 57 4.4.1. Giới thiệu 57 4.4.2. Tính chất của phân tử isoamylase và pullulanase .57 4.2.3. Tính chất của isoamylase và pullulanase 58 4.2.4. Cách sử dụng isoamylase và pullulanase cùng với glucoamylase 59 4.2.5. β-amylase (α-1,4-glucan-mantohidrolase 3.2.1.2) 59 4.2.6. Oligo-1,6-glucosilase hay dextrinnase tới hạn (dextrin-6-glucanhydrolase, 3.2.1.10) 60 4.2.7. α−glucosidase hay maltase (α−D, glucoside-glucohydrolase, 3.2.1.20) 61 4.2.8. Transglucosyldase (α-1,4-glycan:D-glucose-4-glucoziltransferase, 2.4.1.3) 61 5. THÍ DỤ VỀ VIỆC SƯÛ DỤNG HỆ ENZYME AMYLASE TRONG SẢN XUẤT CÔNG NGHIỆP DUNG DỊCH ĐƯỜNG CÓ NỒNG ĐỘ CAO (LÀM NGUYÊN LIỆU CHUẨN BỊ CHO CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN TIẾP SAU) .63 61.GIỚI THIỆU HỆ ENZYME AMYLASE Hệ enzyme amylase là một trong số các hệ enzyme được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp, y học và nhiều lónh vực kinh tế quốc dân khác. Đặc biệt là trong các ngành công nghiệp thực phẩm. Những nghiên cứu thực nghiệm về enzyme nói chung và về amylase nói riêng được bắt đầu vào những năm 1811 – 1814. Những nghiên cứu này gắn liền với tên tuổi của nhà bác học Nga - Viện só K.S Kirhof, ông đã nghiên cứu quá trình phân giải tinh bột dưới tác dụng của dòch chiết đại mạch nẩy mầm (malt) và nhận thấy rằng trong malt có chứa các chất phân giải tinh bột thành đường. Mười chín năm sau, tức là vào năm 1833, hai nhà khoa học người Pháp là Payen và Persoz đã tách được chất phân giải tinh bột từ đại mạch nẩy mầm. Các tác giả đã dùng rượu để kết tủa nó trong dòch chiết malt và thu được enzyme ở dạng bột, đồng thời đặt tên là diaslase (xuất phát từ chữ Hi Lạp có nghóa là phân giải). Sau này theo đề nghò của Duclo, enzyme phân giải tinh bột được gọi là amylase. Các enzyme amylase có trong nước bọt, dòch tiêu hoá của người và động vật, trong hạt nẩy mầm, nấm sợi, xạ khuẩn, nấm men và vi khuẩn. Bây giờ, người ta thu nhận chúng chủ yếu từ canh trường vi khuẩn, nấm sợi và một số loài nấm men. ƠÛ các nước phương đông, nhất là Trung Quốc, Nhật Bản và Việt Nam nhân dân đã biết sử dụng amylase từ vi sinh vật hàng ngàn năm nay. Amylase có thể thuỷ phân hạt tinh bột chưa qua hồ hoá cũng như hạt tinh bột đã hồ hoá. Hiện nay, người ta biết có sáu loại amylase, trong đó α- amylase, β- amylase, γ- amylase (hay glucoamylase) thuỷ phân các liên kết α- 1,4 –glucoside của tinh bột, glycogen và các polysaccharide đồng loại. Các amylase còn lại dextrin-6-glucanhydrolase, amylopectin-6-glucanhydrolase và oligodextrin-6-glucanhydrolase (dextrinase) thuỷ phân các liên kết α- 1,6 – glucoside . Sáu loại enzyme này được xếp thành hai nhóm: endoamylase và exoamylase. Endoamylase: gồm có α- amylase và nhóm enzyme khử nhánh. Nhóm enzyme khử nhánh này được chia làm hai loại: loại khử trực tiếp là pullulanase (hay dextrin-6-glucanohydrolase); khử gián tiếp là transglucosylase (hay oligo-1,6-glucosidase) và 7amylo-1,6-glucosidase. Các enzyme này thuỷ phân các liên kết bên trong chuỗi polysaccharide. Exoamylase: gồm có β- amylase và γ- amylase. Đây là những enzyme thuỷ phân tinh bột từ đầu không khử của chuổi polysaccharide. Các dạng amylase không chỉ khác nhau ở đặc tính mà còn khác nhau ở pH hoạt động và tính ổn đònh với nhiệt. Tốc độ phản ứng của amylase phụ thuộc vào pH, nhiệt độ và mức độ polymer hoá của cơ chất. Các enzyme amylase từ các nguồn khác nhau sẽ có tính chất, cơ chế tác dụng và sản phẩm cuối cùng của quá trình thuỷ phân khác nhau. Amylase từ các nguồn khác nhau sẽ có thành phần, tinh chất, nhiệt độ hoạt động, pH tối ưu và các đặc điểm thuỷ phân khác nhau. Những nghiên cứu về amylase đã đặt nền móng cho việc sản xuất các chế phẩm enzyme này và là cơ sở khoa học để sử dụng chúng trong sản xuất và đời sống. Những nghiên cứu cơ bản và ứng dụng này ngày càng được xúc tiến mạnh mẽ hơn và đang mở ra những phương hướng mới, triển vọng mới to lớn hơn với việc ứng dụng amylase trong các ngành kinh tế quốc dân. Trong thiên nhiên enzyme có ở hầu hết mọi thực vật, động vật và vi sinh vật. Song chỉ có một số hạt thực vật và một số loài vi sinh vật mới là những đối tượng có thể dùng làm nguồn thu các chế phẩm enzyme amylase, do chúng có khả năng tích luỹ một lượng lớn các enzyme này trong những điều kiện xác đònh. Từ lâu người ta đã biết sử dụng các loại enzyme từ hạt nẩy mầm để sử dụng trong ngành chế biến thực phẩm (mạch nha), nước giải khát (bia), … hoặc sản xuất các hỗn hợp bột enzyme gồm amylase và protease để bổ sung vào các loại bột dinh dưỡng cho trẻ em, người già, những người bò suy tiêu hoá. Hạt ngũ cốc được cho nẩy mầm, tách bỏ phần rễ và thân mầm, sấy khô ở nhiệt độ thấp để giữ nguyên hoạt tính của enzyme được gọi là malt. Malt có thể được sản xuất từ nhiều loại hạt ngũ cốc như đại mạch, lúa, ngô, đậu … Amylase được thu nhận từ hạt nẩy mầm, nấm mốc, mấn men, vi khuẩn. Trong đó amylase được thu nhận từ malt với lượng nhiều nhất, chủ yếu 8dùng trong sản xuất bia. Ngày nay do có ưu thế về nhiều mặt, vi sinh vật đã trở thành nguồn thu enzyme chủ đạo. Người ta đã biết nhiều loại vi sinh vật có khả năng tổng hợp các enzyme amylase. Những chủng vi sinh vật tạo nhiều amylase thường được phân lập từ các nguồn tự nhiên, bởi vì các loài khác nhau và thậm chí các chủng vi sinh vật khác nhau cũng thường sản sinh ra nhiều hệ enzyme khác nhau. Chẳng hạn trong số 278 loài Aspergillus được tiến hành thử nghiệm thì chỉ có 34 loài tạo α- amylase và maltase với lượng đáng kể. Vi sinh vật tạo amylase được dùng nhiều hơn cả là nấm sợi, nấm men và vi khuẩn, còn xạ khuẫn thì ít hơn. Để thu amylase người ta thường dùng các giống nấm sợi Aspergillus, Rhizopus. Nhiều loại thuộc các giống này (Asp. oryzae, Asp. niger, Asp. usamii, Asp. awamori, Asp.batatae; Rh. delamar, Rh. lonnesis, Rh. neveus, Rh. japonicum, Rh.fokinensis, Rh.lopninensis) và một số loài của Neurospora và Mucor sinh tổng hợp rất mạnh mẽ không chỉ α- amylase mà cả glucoamylase. Nấm men và giả nấm men thuộc các giống Candida, Saccharomyces. Endomycopsis, Endomyces cũng tạo amylase. Đặc biệt là người ta đã tuyển chọn được chủng Endomycopsis species 20-9 có khả năng tổng hợp mạnh mẽ glucoamylase, α- amylase, glucoziltransferase và invertase. Nhiều vi khuẩn cũng có khả năng tạo lượng lớn enzyme amylase như Bac. polymyxa, Phytomonas destructans, Bact. Cassavanum, Clostridium acetobutylicum, Pseudomonas saccharophila, …Các vi khuẩn ưa nhiệt có khả năng sinh trưởng nhanh 4 – 6 lần vi khuẩn ưa ẩm và phát triển tốt ở nhiệt độ khá cao, nên khi nuôi chúng ở nhiệt độ cao ít bò nhiễm vi sinh vật khác. Những vi khuẩn ưa nhiệt tạo nhiều amylase đáng chu ý là Bac. diastaticus, Bac. stearothermophilus, Bac. coagulans, Bac. circulans. Đặc biệt, Bac. circulans được phân lập từ đất sinh trưởng tốt ở 65 – 700C và tạo amylase mạnh nhất ở 500C. Trong số vi khuẩn ưa ẩm tạo amylase mạnh, thì Bac. subtilis được nghiên cứu chu đáo hơn cả và được sử dụng rộng rãi nhất. Nhiệt độ sinh trưởng tối thích của Bac. subtilis là 370C. Trong nhóm xạ khuẩn rất hiếm gặp loài tạo amylase mạnh mẽ, tuy nhiên cũng 9có một số, chẳng hạn như xạ khuẩn ưa nhiệt Micromonospora vulgaris 42 có khả năng tạo một lượng nhỏ α- amylase hoạt động ở 650C cùng với protease và các enzyme khác. 2. TÍNH CHẤT CỦA HỆ ENZYME AMYLASE 2.1 Hoạt lực của các enzyme amylase Khi sử dụng bất kỳ một chế phẩm enzyme nào cũng cần biết rõ hoạt lực xúc tác của nó. Các chế phẩm có hoạt tính phân giải tinh bột thường chứa một loại enzyme amylase. Vì vậy hoạt lực tổng hợp của chúng phản ánh tác dụng của tất cả các amylase có trong chế phẩm. Tuy nhiên, tuỳ thuộc vào cơ chất và phương pháp xác đònh mà người ta có thể biết được sự có mặt của một enzyme nhất đònh nào trong chế phẩm bằng cách gián tiếp. Cần nhớ rằng, mọi hoạt độ của chế phẩm enzyme đều không phải là một đại lượng tuyệt đối, mà chỉ là cách biều thò qui ước của hoạt lực xúc tác thu được trong những điều kiện thực nghiệm đã cho mà thôi. Do tính đa dạng của enzyme, đặc tính của cơ chất sử dụng, nên phương pháp xác đònh hoạt độ của enzyme cũng rất khác nhau. Chẳng hạn như ta biết, α- amylase dễ dàng thuỷ phân tinh bột thành các dextrin không cho màu với iode, còn glucoamylase lại phân giải tinh bột tới glucose và làm thay đổi màu với iode chậm, vì lẽ trong dung dòch luôn có một lượng nhỏ dextrin phân tử lớn. Do vậy mà người ta đánh giá sự có mặt của α- amylase trong chế phẩm (hoặc canh trường vi sinh vật) bằng sự thay đổi màu với iode, còn đánh giá sự có mặt của glucoamylase bằng sự tích tụ glucose. mặc dù rõ ràng là hiện diện đồng thời của cả hai enzyme này đã làm tăng hiệu quả phân giải. Hoạt độ thật của từng enzyme một thấp hơn so với số liệu thu được. Cho nên, nếu như ta làm việc với một chế phẩm phức hợp thì phải luôn luôn xác đònh hiệu lực tác dụng tổng hợp của mọi amylase lên cơ chất và nghóa là chỉ thu được đặc tính của chế phẩm một cách gián tiếp qua hoạt độ tuyệt đối của nó. Để xác đònh hoạt độ của các enzyme amylase có thể dùng một trong các phương pháp sau: -Đo sự biến thiên độ nhớt của dung dòch bằng nhớt kế khi cho amylase tác dụng lên hồ tinh bột, khi đó các mạch phân tử cơ chất bò cắt ngắn, độ nhớt dung dòch 10giảm dần. -Đo mật độ quang của dung dòch sau khi thực hiện phản ứng màu với iode. Khi có amylase tác dụng thì các sản phẩm phân giải của tinh bột sẽ cho màu khác nhau đối với iode. -Đo lượng đường maltose hoặc glucose tạo thành khi cho enzyme tác dụng lên cơ chất. Đáng chú ý hệ enzyme amylase có các hoạt độ đặc trưng sau: +Hoạt độ amylase (HĐA) đặc trưng cho khả năng thuỷ phân tinh bột bởi các enzyme amylase (chủ yếu là của α- amylase) tới dextrin cho màu với iode khác với màu của tinh bột ban đầu. Hiện nay phương pháp so màu quang điện của Rukliadeva và Goriatreva (1985) được xem là phương pháp xác đònh hoạt độ amylase tiêu chuẩn. Theo phương pháp này, đơn vò HĐA là lượng enzyme xúc tác thuỷ phân 1g tinh bột tan ở 300C, trong một giờ với pH xác đònh ( đối với chế phẩm enzyme của nấm mốc, của vi khuẩn thì pH = 4.7 còn đối với α- amylase của malt hay thóc mầm thì pH = 4.8 – 4.9) mức độ thuỷ phân cơ chất xấp xỉ 30%. +Hoạt độ glucoamylase (HĐGl) đặc trưng cho khả năng của chế phẩm thuỷ phân tinh bột đến glucose. Muốn xác đònh HĐGL cần đo được lượng glucose tạo thành. Glucose trong hỗn hợp các đường thường được xác đònh bằng các phương pháp đặc hiệu như phương pháp Zikhetar – Bleyer hoặc phương pháp dùng glucooxydase. Đơn vò hoạt độ glucoamylase là lu7ọng chế phẩm enzyme khi tác dụng lên tinh bột ở 300C và pH tối thích trong một giờ tạo ra 1mg glucose (xác đònh bằng phương pháp Zikhetar – Bleyer) hay cũng trong những điều kiện nhiệt độ và pH tương tự làm giải phóng được 1micromol glucose (xác đònh bằng phương pháp glucooxydase). +Hoạt độ đường hoá (HĐĐH) phản ánh khả năng của các enzyme amylase đường hoá tinh bột đến các đường khử. Đơn vò hoạt độ đường hoá là lượng chế phẩm enzyme trong một giờ ở 300C và pH thích hợp làm phân giải được 1g tinh bột thành đường khử khi mức độ thuỷ phân cơ chất không vượt quá 30%. +Hoạt độ maltase (HĐM) đặc trưng cho khả năng thuỷ phân maltose tới glucose của chế phẩm enzyme. Đơn vò hoạt độ maltose là lượng chế phẩm enzyme [...]... sản phẩm lẫn vào cồn, gây khó khăn cho quá trình tinh luyện. Sử dụng enzyme trong sản xuất cồn biểu diễn rõ nhất của hướng ứng dụng enzyme trong công nghệ thực phẩm. Theo đó, enzyme được sử dụng theo hai hướng: Hướng thứ nhất: Enzyme được tổng hợp cùng với sự phát triển và sinh sản của tế bào vi sinh vật. Sản xuất cồn theo phương pháp amylo, người ta sử dụng enzyme theo hướng này. Trong công. .. 4.2.5. Hiệu quả thương mại với Bacillus α -amylase 45 4.2.6. Tiềm năng ứng dụngcủa enzyme α -amylase cố định 46 4.3. Sản xuấât dung dịch đường dextrose có nồng độ cao 46 4.3.1 Lời giới thiệu 46 4.3.3. Động lực học và sự cân bằng trong phản ứng ngược 50 4.3.4. Sử dụng glucoamylase trong công nghiệp 55 4.3.5. Tiềm năng sử dụng Glucoamylase cố định 56 40 amylase không hoàn toàn không có khả năng.... men, tạo CO 2 trong suốt quá trình kỹ thuật. Như vậy, ở một góc độ nào đó ta sử dụng enzyme trong sản xuất bánh mì như một yếu tố điều khiển kỹ thuật chó quá trình sản xuất này. c. Trong sản xuất bia Trong công nghệ sản xuất bia, người ta thường sử dụng enzyme amylase có trong mầm đại mạch để thuỷ phân tinh bột có trong mầm đại mạch. Ngoài ra, người ta còn sử dụng các enzyme khác có trong mầm đại... nguồn vi sinh vật vào sản xuất bia không phải là nhằm mục đích thay thế hoàn toàn enzyme có trong malt mà chỉ ứng dụng vào từng công đoạn nhất định để hoàn thiện hơn quá trình sản xuất. Các nước trên thế giới thường ứng dụng enzyme trong các công đoạn sản xuất bia như sau: -Dịch hoá -Đường hoá -Giai đoạn lên men -Giai đoạn làm trong bia và ổn định chất lượng bia Sử dụng enzyme trong quá trình... ứng dụng rất rộng rãi trong đời sống, trong công nghiệp. Trước đây, người ta thường dùng malt giống như trong sản xuất bia. Sau khi các nhà khoa học Nhật đưa ra phương pháp sản xuất amylase từ nấm sợi, người ta thay thế amylase của malt bằng amylase nấm sợi. Amylase nấm sợi đầu tiên được ứng dụng trong sản xuất cồn từ nguồn nguyên liệu tinh bột là amylase của Aspergillus oryzae. Sau này nhiều amylase. .. thành. Với glycogen, sản phẩm chính ban đầu là G6 và G7 , sau đó là G1 , G2 và G6 được tìm thấy với số lượng nhiều nhất. Với những cơ chất ngắn hơn, G6 được thuỷ phân chậm đến G1 và G5, với một vài G2 và G3 , G7 đi tới G1 và G6 và cũng từ G2 và G5, và G8 , G9 vaø G10 cho G2 , G3 vaø G6 . G12 sản xuất một loạt những sản ban đầu : G2 vaø G10 , G3 vaø G9 , G4 và G8 , và 2G6 . Sử dụng nhãn G6 để chỉ rằng... thành trong quá trình thuỷ phân tinh bột với hai enzyme này có hàm lượng glucose thấp. Ngoài ra enzyme pullulanase và isoamylase cũng đã được sử dụng kết hợp với enzyme glucoamylase trong việc thuỷ phân các oligosaccharide. Mặt khác, enzyme fungal α- amylase và β- amylase trong quá trình thuỷ phân các oligosaccharide cũng cho sản phẩm chính là maltose, vì vậy hai enzyme này cũng được sử dụng trong. .. amylase hoạt động ở 65 0 C cùng với protease và các enzyme khác. 2. TÍNH CHẤT CỦA HỆ ENZYME AMYLASE 2.1 Hoạt lực của các enzyme amylase Khi sử dụng bất kỳ một chế phẩm enzyme nào cũng cần biết rõ hoạt lực xúc tác của nó. Các chế phẩm có hoạt tính phân giải tinh bột thường chứa một loại enzyme amylase. Vì vậy hoạt lực tổng hợp của chúng phản ánh tác dụng của tất cả các amylase có trong chế phẩm. ... với nhau và làm cho enzyme được ổn định B. amyloliquefaciens α -amylase có dãy pH tối thích cho hoạt động là giữa 5.5 – 6.5. Hoạt động mạnh nhất ở khoảng nhiệt độ trên dưới 650C. Nó hầu như ổn định trong khoảng pH từ 5.5 – 9.5 và được ổn định không chỉ bởi ion Ca2+ mà còn bởi chất 24 Công nghệ sản xuất bia là dạng công nghệ rất phức tạp, qua nhiều công đoạn sản xuất khác nhau. Việc ứng dụng enzyme... mong muốn giữa các sản phẩm đó, tạo ra những sản phẩm xấu trong dịch lên men và trong sản phẩm. Chính vì thế, điều cần phải làm trước khi đưa chế phẩm enzyme vào quá trình đường hoá là phải xác định hoạt tính enzyme của từng loại enzyme, từ đó điều chỉnh hoạt động của chúng. Việc điều chỉnh hoạt động và quá trình tạo ra enzyme là cả một nghệ thuật dựa trên các đặc điểm sinh lý và cơ chế sinh tổng . Nam......................................................................................................................13 3.2 Ứng dụng của enzyme amylase trong công nghiệp thực phẩm. .....................16 a. Trong sản xuất sirô và sản phẩm chứa đường ..........................................17. 61.GIỚI THIỆU HỆ ENZYME AMYLASE Hệ enzyme amylase là một trong số các hệ enzyme được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp, y học và nhiều lónh vực
