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 HỌC VIÊN THỰC HIỆN: TRỊNH KHÁNH SƠN NGUYỄN DUY TÂN TRẦN QUANG HUY PHAN NGỌC HIẾU MỤC LỤC 1.GIỚI THIỆU HỆ ENZYME AMYLASE TÍNH CHẤT CỦA HỆ ENZYME AMYLASE 2.2 Cơ chất enzyme amylase .11 a Tinh boät .11 b Glycogen 12 2.3 Đặc tính chế tác dụng .12 3.ỨNG DỤNG CỦA ENZYME AMYLASE TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM 13 3.1 Tình hình ứng dụng enzyme amylase công nghiệp giới Việt Nam 13 3.2 Ứng dụng enzyme amylase công nghiệp thực phẩm 16 a Trong sản xuất sirô sản phẩm chứa đường 17 b Trong sản xuất bánh mì 17 c Trong sản xuất bia 20 d Trong sản xuất cồn 26 enzyme thủy phân tinh bột 34 4.1 Giới thiệu 34 4.2 Sản phẩm dung dịch đường có hàm lượng dextrose thấp với α- amylase 35 4.2.1 Giới thieäu 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 α-amylase cuûa B subtilis 43 4.2.5 Hiệu thương mại với Bacillus α-amylase 45 4.2.6 Tiềm 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 cân phản ứng ngược 50 4.3.4 Sử dụng glucoamylase công nghiệp 55 4.3.5 Tiềm sử dụng Glucoamylase cố định 56 4.4 Sử dụng isoamylase pullulanase để khử nhánh 57 4.4.1 Giới thiệu 57 4.4.2 Tính chất phân tử isoamylase pullulanase 57 4.2.3 Tính chất isoamylase vaø pullulanase 58 4.2.4 Cách sử dụng isoamylase pullulanase 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 THÍ DỤ VỀ VIỆC SỬ 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 1.GIỚI THIỆU HỆ ENZYME AMYLASE Hệ enzyme amylase số hệ enzyme sử dụng rộng rãi công nghiệp, y học nhiều lónh vực kinh tế quốc dân khác Đặc biệt ngành công nghiệp thực phẩm Những nghiên cứu thực nghiệm enzyme nói chung amylase nói riêng bắt đầu vào năm 1811 – 1814 Những nghiên cứu gắn liền với tên tuổi nhà bác học Nga - Viện só K.S Kirhof, ông nghiên cứu trình phân giải tinh bột tác dụng dịch chiết đại mạch nẩy mầm (malt) nhận thấy malt có chứa chất phân giải tinh bột thành đường Mười chín năm sau, tức vào năm 1833, hai nhà khoa học người Pháp Payen Persoz tách chất phân giải tinh bột từ đại mạch nẩy mầm Các tác giả dùng rượu để kết tủa dịch chiết malt thu enzyme dạng bột, đồng thời đặt tên diaslase (xuất phát từ chữ Hi Lạp có nghóa phân giải) Sau theo đề nghị Duclo, enzyme phân giải tinh bột gọi amylase Các enzyme amylase có nước bọt, dịch tiêu hoá người động vật, hạt nẩy mầm, nấm sợi, xạ khuẩn, nấm men vi khuẩn Bây giờ, người ta thu nhận chúng chủ yếu từ canh trường vi khuẩn, nấm sợi số loài nấm men Ở nước phương đông, Trung Quốc, Nhật Bản Việt Nam nhân dân biết sử dụng amylase từ vi sinh vật hàng ngàn năm Amylase thuỷ phân hạt tinh bột chưa qua hồ hoá hạt tinh bột hồ hoá Hiện nay, người ta biết có sáu loại amylase, α- amylase, β- amylase, γ- amylase (hay glucoamylase) thuỷ phân liên kết α- 1,4 –glucoside tinh bột, glycogen polysaccharide đồng loại Các amylase lại dextrin-6-glucanhydrolase, amylopectin-6-glucanhydrolase oligodextrin-6-glucanhydrolase (dextrinase) thuỷ phân liên kết α- 1,6 – glucoside Sáu loại enzyme xếp thành hai nhóm: endoamylase exoamylase Endoamylase: gồm có α- amylase nhóm enzyme khử nhánh Nhóm enzyme khử nhánh chia làm hai loại: loại khử trực tiếp pullulanase (hay dextrin-6glucanohydrolase); khử gián tiếp transglucosylase (hay oligo-1,6-glucosidase) amylo-1,6-glucosidase Các enzyme thuỷ phân liên kết bên chuỗi polysaccharide Exoamylase: gồm có β- amylase γ- amylase Đây enzyme thuỷ phân tinh bột từ đầu không khử chuổi polysaccharide Các dạng amylase không khác đặc tính mà khác pH hoạt động tính ổn định với nhiệt Tốc độ phản ứng amylase phụ thuộc vào pH, nhiệt độ mức độ polymer hoá chất Các enzyme amylase từ nguồn khác có tính chất, chế tác dụng sản phẩm cuối trình thuỷ phân khác Amylase từ nguồn khác có thành phần, tinh chất, nhiệt độ hoạt động, pH tối ưu đặc điểm thuỷ phân khác Những nghiên cứu amylase đặt móng cho việc sản xuất chế phẩm enzyme sở khoa học để sử dụng chúng sản xuất đời sống Những nghiên cứu ứng dụng ngày xúc tiến mạnh mẽ mở phương hướng mới, triển vọng to lớn với việc ứng dụng amylase ngành kinh tế quốc dân Trong thiên nhiên enzyme có hầu hết thực vật, động vật vi sinh vật Song có số hạt thực vật số loài vi sinh vật đối tượng dùng làm nguồn thu chế phẩm enzyme amylase, chúng có khả tích luỹ lượng lớn enzyme điều kiện xác định Từ lâu người ta biết sử dụng loại enzyme từ hạt nẩy mầm để sử dụng ngành chế biến thực phẩm (mạch nha), nước giải khát (bia), … sản xuất hỗn hợp bột enzyme gồm amylase protease để bổ sung vào loại bột dinh dưỡng cho trẻ em, người già, người bị suy tiêu hoá Hạt ngũ cốc cho nẩy mầm, tách bỏ phần rễ thân mầm, sấy khô nhiệt độ thấp để giữ nguyên hoạt tính enzyme gọi malt Malt sản xuất từ nhiều loại hạt ngũ cốc đại mạch, lúa, ngô, đậu … Amylase thu nhận từ hạt nẩy mầm, nấm mốc, mấn men, vi khuẩn Trong amylase thu nhận từ malt với lượng nhiều nhất, chủ yếu dùng sản xuất bia Ngày có ưu nhiều mặt, vi sinh vật trở thành nguồn thu enzyme chủ đạo Người ta biết nhiều loại vi sinh vật có khả tổng hợp enzyme amylase Những chủng vi sinh vật tạo nhiều amylase thường phân lập từ nguồn tự nhiên, loài khác chí chủng vi sinh vật khác thường sản sinh nhiều hệ enzyme khác Chẳng hạn số 278 loài Aspergillus tiến hành thử nghiệm có 34 loài tạo α- amylase maltase với lượng đáng kể Vi sinh vật tạo amylase dùng nhiều nấm sợi, nấm men vi khuẩn, xạ khuẫn Để thu amylase người ta thường dùng giống nấm sợi Aspergillus, Rhizopus Nhiều loại thuộc giống (Asp oryzae, Asp niger, Asp usamii, Asp awamori, Asp.batatae; Rh delamar, Rh lonnesis, Rh neveus, Rh japonicum, Rh.fokinensis, Rh.lopninensis) số loài Neurospora Mucor sinh tổng hợp mạnh mẽ không α- amylase mà glucoamylase Nấm men giả nấm men thuộc giống Candida, Saccharomyces Endomycopsis, Endomyces tạo amylase Đặc biệt người ta tuyển chọn chủng Endomycopsis species 20-9 có khả tổng hợp mạnh mẽ glucoamylase, αamylase, glucoziltransferase invertase Nhiều vi khuẩn có khả tạo lượng lớn enzyme amylase nhö Bac polymyxa, Phytomonas destructans, Bact Cassavanum, Clostridium acetobutylicum, Pseudomonas saccharophila, …Các vi khuẩn ưa nhiệt có khả sinh trưởng nhanh – lần vi khuẩn ưa ẩm phát triển tốt nhiệt độ cao, nên nuôi chúng nhiệt độ cao bị nhiễm vi sinh vật khác Những vi khuẩn ưa nhiệt tạo nhiều amylase đáng chu ý Bac diastaticus, Bac stearothermophilus, Bac coagulans, Bac circulans Đặc biệt, Bac circulans phân lập từ đất sinh trưởng tốt 65 – 700C tạo amylase mạnh 500C Trong số vi khuẩn ưa ẩm tạo amylase mạnh, Bac subtilis nghiên cứu chu đáo sử dụng rộng rãi Nhiệt độ sinh trưởng tối thích Bac subtilis 370C Trong nhóm xạ khuẩn gặp loài tạo amylase mạnh mẽ, nhiên có số, chẳng hạn xạ khuẩn ưa nhiệt Micromonospora vulgaris 42 có khả tạo lượng nhỏ α- amylase hoạt động 650C với protease enzyme khác TÍNH CHẤT CỦA HỆ ENZYME AMYLASE 2.1 Hoạt lực enzyme amylase Khi sử dụng chế phẩm enzyme cần biết rõ hoạt lực xúc tác Các chế phẩm có hoạt tính phân giải tinh bột thường chứa loại enzyme amylase Vì hoạt lực tổng hợp chúng phản ánh tác dụng tất amylase có chế phẩm Tuy nhiên, tuỳ thuộc vào chất phương pháp xác định mà người ta biết có mặt enzyme định chế phẩm cách gián tiếp Cần nhớ rằng, hoạt độ chế phẩm enzyme đại lượng tuyệt đối, mà cách biều thị qui ước hoạt lực xúc tác thu điều kiện thực nghiệm cho mà Do tính đa dạng enzyme, đặc tính chất sử dụng, nên phương pháp xác định hoạt độ enzyme khác Chẳng hạn ta biết, α- amylase dễ dàng thuỷ phân tinh bột thành dextrin không cho màu với iode, glucoamylase lại phân giải tinh bột tới glucose làm thay đổi màu với iode chậm, lẽ dung dịch có lượng nhỏ dextrin phân tử lớn Do mà người ta đánh giá có mặt α- amylase chế phẩm (hoặc canh trường vi sinh vật) thay đổi màu với iode, đánh giá có mặt glucoamylase tích tụ glucose rõ ràng diện đồng thời hai enzyme làm tăng hiệu phân giải Hoạt độ thật enzyme thấp so với số liệu thu Cho nên, ta làm việc với chế phẩm phức hợp phải luôn xác định hiệu lực tác dụng tổng hợp amylase lên chất nghóa thu đặc tính chế phẩm cách gián tiếp qua hoạt độ tuyệt đối Để xác định hoạt độ enzyme amylase dùng phương pháp sau: -Đo biến thiên độ nhớt dung dịch nhớt kế cho amylase tác dụng lên hồ tinh bột, mạch phân tử chất bị cắt ngắn, độ nhớt dung dịch giảm dần -Đo mật độ quang dung dịch sau thực phản ứng màu với iode Khi có amylase tác dụng sản phẩm phân giải tinh bột cho màu khác iode -Đo lượng đường maltose glucose tạo thành cho enzyme tác dụng lên chất Đáng ý hệ enzyme amylase có hoạt độ đặc trưng sau: +Hoạt độ amylase (HĐA) đặc trưng cho khả thuỷ phân tinh bột enzyme amylase (chủ yếu α- amylase) tới dextrin cho màu với iode khác với màu tinh bột ban đầu Hiện phương pháp so màu quang điện Rukliadeva Goriatreva (1985) xem phương pháp xác định hoạt độ amylase tiêu chuẩn Theo phương pháp này, đơn vị HĐA lượng enzyme xúc tác thuỷ phân 1g tinh bột tan 300C, với pH xác định ( chế phẩm enzyme nấm mốc, vi khuẩn pH = 4.7 α- amylase malt hay thóc mầm pH = 4.8 – 4.9) mức độ thuỷ phân chất xấp xỉ 30% +Hoạt độ glucoamylase (HĐGl) đặc trưng cho khả chế phẩm thuỷ phân tinh bột đến glucose Muốn xác định HĐGL cần đo lượng glucose tạo thành Glucose hỗn hợp đường thường xác định phương pháp đặc hiệu phương pháp Zikhetar – Bleyer phương pháp dùng glucooxydase Đơn vị hoạt độ glucoamylase lu7ọng chế phẩm enzyme tác dụng lên tinh bột 300C pH tối thích tạo 1mg glucose (xác định phương pháp Zikhetar – Bleyer) hay điều kiện nhiệt độ pH tương tự làm giải phóng 1micromol glucose (xác định phương pháp glucooxydase) +Hoạt độ đường hoá (HĐĐH) phản ánh khả enzyme amylase đường hoá tinh bột đến đường khử Đơn vị hoạt độ đường hoá lượng chế phẩm enzyme 300C pH thích hợp làm phân giải 1g tinh bột thành đường khử mức độ thuỷ phân chất không vượt 30% +Hoạt độ maltase (HĐM) đặc trưng cho khả thuỷ phân maltose tới glucose chế phẩm enzyme Đơn vị hoạt độ maltose lượng chế phẩm enzyme 10 ... tác dụng .12 3 .ỨNG DỤNG CỦA ENZYME AMYLASE TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM 13 3.1 Tình hình ứng dụng enzyme amylase công nghiệp giới Việt Nam 13 3.2 Ứng dụng. .. 41.6 Riêng công nghiệp thực phẩm, lượng enzyme tiêu thụ nhiều Số lượng enzyme ứng dụng công nghiệp thực phẩm chủ yếu nước Châu Mỹ, Châu Âu Bảng : Thị trường enzyme công nghệ thực phẩm, thức ăn... e Maltase f Pullulanase g Transglucosyldase 12 3 .ỨNG DỤNG CỦA ENZYME AMYLASE TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM 3.1 Tình hình ứng dụng enzyme amylase công nghiệp giới Việt Nam Từ phát enzyme khả chuyển
