Đang tải... (xem toàn văn)
ứng dụng enzyme amylase trong công nghiệp thực phẩm và nguồn thu nhận
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCMKHOA KĨ THUẬT HÓA HỌCBỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨMĐỀ TÀI :ỨNG DỤNG ENZYME AMYLASE TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM VÀ NGUỒN THU NHẬNNHÓM SVTH : Nguyễn Bích Thùy Dương 60800372 Nguyễn Diệp Đăng Khoa 60800979 Nguyễn Khánh Tiến 60802217 Huỳnh Hoàng Tú 60802501 Lâm Mỹ Thúy Vy 60802705 Trần Nhựt Hoàng Yến 60802726GVHD : TS TRẦN BÍCH LAM1 THÁNG 11 / 2009MỤC LỤC :Lời mở đầu 4Phần 1 : TỔNG QUAN VỀ ENZYME AMYLASEI. Định nghĩa .5II. Phân loại 52.1 . Endoamylase 52.2 . Exoamylase .6III.Các enzyme amylase .63.1 . α – amylase .63.2 . β – amylase .83.3 . γ –amylase .83.4 . Oligo-1,6-glucosidase .93.5 . α-glucosidase .93.6 . Transglucosidase .9Phần 2 : ỨNG DỤNG ENZYME AMYLASE TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM .I .Ứng dụng enzyme amylase trong sản xuất mì chính .101.1 . Nguyên liệu sử dụng .101.2 . Sự tham gia của enzyme amylase .121.3 . Ưu nhược điểm .13II .Ứng dụng enzyme amylase trong sản xuất bia 132.1 . Nguyên liệu sử dụng và chủng vi sinh vật .132.2 . Nguồn enzyme thường dùng 142.3 . Sự tham gia của enzyme amylase .14III .Ứng dụng enzyme amylase trong sản xuất cồn 163.1 . Nguyên liệu sử dụng 163.2 . Sự tham gia của enzyme amylase .16IV .Ứng dụng enzyme amylase trong sản xuất siro .184.1 . Nguyên liệu sử dụng 184.2 . Sự tham gia của enzyme amylase .18V .Ứng dụng enzyme amylase trong sản xuất bánh mì 215.1 . Nguyên liệu sử dụng 215.2 . Sự tham gia của enzyme amylase .22VI .Ứng dụng enzyme amylase trong sản xuất bánh kẹo .236.1 . Mục đích 236.2 . Sự tham gia của enzyme amylase .23VII .Ứng dụng enzyme amylase trong sản xuất glucoza và mật .24Phần 3 : NGUỒN THU NHẬN2 I . Nguồn thu nhận 241.1. Động vật .241.2 . Thực vật 241.3 . Vi sinh vật .25II . Phương pháp thu nhận 252.1. Phương pháp thu nhận malt .252.2. Phương pháp thu nhận từ vi sinh vật .452.3. Phương pháp thu nhận từ động vật .51TÀI LIỆU THAM KHẢO 523 LỜI MỞ ĐẦU :Enzyme amylase hay còn được gọi với tên khác là Diatase là một enzyme không những có ý nghĩa về mặt sinh lý , thương mại và còn có ý nghĩa khá quan trong trong công nghiệp nói chung và công nghiệp thực phẩm nói riêng . Amylase có thể được tìm thấy ở nhiều nguồn khác nhau như động vật , thực vật và cả vi sinh vật . Amylase được tinh sạch từ malt vào năm 1835 bởi Anselme Payen và Jean Persoz .Amylase thuộc nhóm Enzyme thuỷ phân, xúc tác sự phân giải các liên kết glucoside nội phân tử trong các polysaccharide với sự tham gia của nước.Amylase thuỷ phân tinh bột, glycogen và dextrin thành glucose, maltose, và dextrin hạn chế.Amylase trong nước bọt còn được gọi là ptyalin, Enzyme này bắt đầu thuỷ phân tinh bột từ miệng và quá trình này hoàn tất ở ruột non nhờ amylase của tuyến tụy mà đôi khi còn được gọi là amylopsin.Amylase của malt thuỷ phân tinh bột lúa mạch thành disaccharide làm cơ chất cho quá trình lên men bởi nấm men, phân bố rộng rãi trong tự nhiên và là một trong những loại enzyme được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, y tế và nhiều lĩnh vực kinh tế khác, đặc biệt là trong các nghành công nghiệp thực phẩm để làm lỏng tinh bột.Amylase được thu nhận từ hạt nảy mầm, mầm mốc, nấm men, vi khuẩn, trong đó amylase được thu nhận từ malt với số lượng nhiều nhất, chủ yếu dùng trong sản xuất bia.Amylase được dùng rất phổ biến và đóng một vai trò rất quan trọng trong công nghiệp thực phẩm như sản xuất bánh mì , glucose , rượu , bia , … Nội dung của đề tài ứng dụng của enzyme amylase và nguồn thu nhận chúng được trình bày gồm 3 phần :Phần 1 : Tổng quan về enzyme amylasePhần 2 : Ứng dụng của enzyme amylase trong công nghiệp thực phẩmPhần 3 : Nguồn thu nhận enzyme amylase 4 PHẦN 1 : TỔNG QUAN VỀ ENZYME AMYLASEI. ĐỊNH NGHĨA :- Enzyme amylase có một loại enzyme có ý nghĩa về mặt sinh lý , thương mại và cả lịch sử và còn được gọi tên là Diastase . - Amylase là một hệ enzyme rất phổ biến trong thế giới sinh vật , có ở động vật , thực vật và cả ở vi sinh vật - Enzyme amylase thuộc nhóm enzyme thủy phân , xúc tác sự phân giải liên kết glucoside nội phân tử trong các polysaccharide với sự tham gia của nước .R – R’ + H – OH RH + R’OHII . PHÂN LOẠI :Có 6 loại ezyme amylase được xếp vào 2 nhóm :- Endoamylase ( enzyme nội bào ) - Exoamylase ( enzyme ngoại bào ) 2.1. Endoamylase : các ezyme này thủy phân các liên kết bên trong của chuỗi polysaccharide- Gồm có α – amylase và nhóm enzyme khử nhánh . Nhóm enzyme khử nhánh này được chia thành 2 loại : Khử trực tiếp : Pullulanase hay α – dextrin-6-glucosydase Khử gián tiếp : - Transglucosylase hay Oligo-1,6-glucosidase- Maylo-1,6-glucosydase5 2.2.Exoamylase : enzyme thủy phân tinh bột từ đầu không khử của chuỗi polysaccharide . Thuộc nhóm enzyme này có β – amylase và γ – amylase III . CÁC ENZYME AMYLASE : 3.1. α – amylase (α - 1,4-glucan 4- glucanhydrolase) (EC 3.2.1.1) :- Amylase có khả năng phân cắt các liên kết 1,4-glucoside nằm bên trong của phân tử cơ chất ( tinh bột , glycogen ) một cách ngẫu nhiên và vì thế gọi là enzyme nội bào . α – amylase không chỉ có khă năng phân hủy hồ tinh bột mà còn có khả năng phân hủy các hạt tinh bột nguyên vẹn . Dưới tác dụng của α – amylase , amiloza khá nhanh chóng thành oligosaccharide gồm 6-7 gốc glucoza , sau đó tiếp tục bị phân cắt và trong 1 thời gian dài sẽ bị thủy phân thành 23% glucose và 67% maltose . Tác dụng của enzyme này cũng tương tự xảy ra đối với amylopectin nhưng vì không phân cắt được liên kết α – 1,6 – nên sản phẩm sẽ là 72 % maltose , 19 % glucose , dextrin thấp phân tử và 80% isomaltose - Tuy nhiên thông thường trong một thời gian ngắn từ 30-60 phút ( thời gian nấu sơ bộ nguyên liệu tinh bột hay đường hóa sơ bộ khối nấu trong sản xuất trong sản xuất rượu ) 6 thì enzyme α – amylase chỉ thủy phân tinh bột chủ yếu thành dextrin thấp phân tử và 1 ít đường maltose , khả năng dextrin hóa cao này là do tính chất đặc trưng của enzyme này . Vì vậy còn gọi enzyme này là enzyme amylase dextrin hay amylase dịch hóa . - α – amylase là một metaloenzyme , trong phân tử có từ 1 – 6 nguyên tử C , chúng tham gia vào sự hình thành và ổn định cấu trúc bậc 3 của enzyme , duy trì cấu hình hoạt động của enzyme và quyết định tính bền nhiệt- α – amylase ở vi sinh vật có những đặc tính rất đặc trưng về cơ chế và khả năng tác dụng , khả năng chuyển hóa tinh bột và khả năng chịu nhiệt + Thể hiện hoạt tính trong vùng axit yếu : α – amylase nấm mốc có pHop = 4.5 – 4.9 , và của vi khuẩn là 5.9 – 6.1 . Ở pH < 3 enzyme bị vô hoạt hoàn toàn trừ α – amylase của Asp . Niger có thể chịu được pH = 2.5 – 2.8 ( trong môi trường sinh tổng hợp acid citric bằng phương pháp lên men bề mặt )+ α – amylase của nấm mốc có khả năng dextrin hóa cao ( dịch hóa ) lại vừa tạo ra một lượng lớn glucose và maltose trong khi đó enzyme α – amylase của vi khuẩn lại có 2 loại : α – amylase dịch hóa và α – amylase đường hóa . + Nhiệt độ hoạt động của enzyme amylase có nguồn gốc khác nhau là khác nhau . Đáng chú ý là α – amylase của vi khuẩn có thể chịu được nhiệt độ cao , có thể giữ được hoạt lực ngay cả khi đun sôi trong nước một thời gian ngắn . Đa số các chế phẩm enzyme thương mại đều có tính chịu nhiệt cao - Những chủng vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp α – amylase được sử dụng trong công nghệ : Asp . Oryzae , Asp . Awamori , Asp . Usami , Asp . Batatae , Asp . Niger, Bacillus subtilic , … 3.2. β – amylase (β - 1,4-glucan-maltohydrolase) (EC 3.2.1.2)7 - β - amylase xúc tác sự thủy phân các liên kết 1,4-glucan trong tinh bột , glucogen và polysaccharide , phân cắt tuần tự từng nhóm maltose từ đầu không khử của mạch . Maltose được hình thành do sự xúc tác của β – amylase có cấu hình β .- Hầu như không thủy phân hạt tinh bột nguyên mà chỉ thủy phân tinh bột hồ hóa . Có khả năng thủy phân 100% amylaza thành maltose và 54 – 58 % amylopectin thành maltose . Khi gặp liên kết α – 1,4 – đứng kế cận α – 1, 6 - thì enzyme β này ngừng tác dụng . Phần còn lại không bị tác dụng gọi là β – dextrin . - Nếu cho cả α và β – amylase cùng đồng thời thủy phân tinh bột thì hiệu suất thủy phân đạt tới 95 % - β – amylase là một albumin , là enzyme ngoại phân , chỉ có trong malt , kém bền ở nhiệt độ cao , bị vô hoạt hoàn toàn ở 70oC . pHop trong dịch tinh bột thuần khiết là 4.6 còn trong dịch nấu tinh bột là 5.6 . Và toop trong dịch tinh bột thuần khiết là 40 -50 o C còn trong dịch nấu tinh bột là 60 -65 oC3.3. γ -amylase (glucoamylase hay -1,4-glucan-glucohydrolase) (EC 3.2.1.3)- Glucoamylase có khả năng thủy phân liên kết -1,4- lẫn -1,6- glucoside , ngoài ra còn có khả năng thủy phân các liên kết -1,2 và -1,3 glucoside và là enzyme ngoại bào . - Glucoamylase có khả năng thủy phân hoàn toàn tinh bột, glucogen, amylopectin, dextrin…thành glucose mà không cần có sự tham gia của các loại amylase khác .- Đa số glucoamylase đều thuộc loại “chịu acid” , pHop = 3.5 – 5 , toop = 50 – 60oC , mất hoạt tính ở > 70oC . Hiện nay enzyme này có vị trí hàng đầu về hiệu lức thủy phân tinh bột và các sản phẩm trung gian . Vì thế việc sử dụng các chế phẩm glucoamylase tách từ các chủng vi sinh vật hoạt động trong sản xuất rượu , bia , mạch nha có ý nghĩa , triển vọng vô cùng to lớn 8 - Những chủng vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp ra enzyme này là : Asp . Oryzae , Asp . Awamori , Asp . Usami , Asp . Batatae , Asp . Niger , … 3.4. Oligo-1,6-glucosidase hay dextrinnase tới hạn (dextrin-6-glucanhydrolase) (EC 3.2.1.10)- Enzyme này thủy phân liên kết β -1,6 - glucoside trong isomaltose, panose và các dextrin tới hạn thành đường có thể lên men được . Các loài nấm mốc Asp . Oryzae , Asp . Awamori , Asp . Usami sinh tổng hợp rất mạnh mẽ enzyme này cho nên nếu đường hóa tinh bột đã nấu chín ( trong sản xuất rượu ) bằng chế phẩm enzyme nuôi cấy từ các nòi vi sinh vật này sẽ thu được dịch đường có khả năng lên men cuối rất triệt để , góp phần nâng cao hiệu suất gây men và tổng thu hồi rượu . Ngoài ra enzyme này cũng có trong malt , trong mô động vật và cả nấm men , đặc biệt chúng còn có các enzyme khác cùng họ hàng với enzyme này là sẽ thuỷ phân liên kết α -1,6 glucozit trong polisaccharit và các dextrin cuối :+ Dextrin-1,6- glucanhidrolase+ Amylopectin-1,6-glucanhydrolase+ Oligodextrin-1,6- glucanhydrolase hay dextrinase3.5. α-glucosidase hay maltase ( α – D – glucozit - glucanhydrolase) (EC 3.2.1.20)Có nhiều loại nấm mốc sinh tổng hợp ra enzyme này , tác dụng thủy phân đường maltose thành glucose nhưng không thủy phân được tinh bột . Như vậy giống như dextrinaza , enzyme này giúp cho quá trình lên men cuối chuyển đường thành rượu etylic nhằm nâng cao hiệu suất lên men3.6. Transglucosidase ( α – 1,4 – Glucan : D - glucoza - 4 – glucozil transferaza ) (EC 2.4.1.3)Enzyme này thường tồn tại song song với glucoamylase ( trong chế phẩm nấm mốc Asp ) , nó có hoạt tính thủy phân và hoạt tính vận chuyển nhóm . Nghĩa là nó không chỉ thủy phân maltose thành glucose mà còn tổng hợp nên isomaltose , isotriose và panose .Sự có mặt của enzyme này trong các chế phẩm enzyme dùng để biến hình tinh bột là một điều không mong muốn , từ đó làm giảm hiệu suất và gây vị đắng PHẦN 2 : ỨNG DỤNG ENZYME AMYLASE TRONGCÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM 9 Hiện nay việc sản xuất chế phẩm enzyme các loại đã và đang phát triển mạnh mẽ trên quy mô công nghiệp . Thực tế đã có hàng nghìn chế phẩm enzyme được bán trên thị trường thế giới , các chế phẩm này đã được khai thác và tinh chế tinh khiết theo tiêu chuẩn công nghiệp và ứng dụng . Chế phẩm enzyme không chỉ được ứng dụng trong y học , đời sống , . mà còn được ứng dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực khác nhau , trong nông nghiệp , trong hóa học , trong công nghiệp thực phẩm , . “ ý nghĩa của việc sử dụng enzyme trong các lãnh vực thực tế không kém so với ý nghĩa của việc sử dụng năng lượng nguyên tử” .Theo thời gian , enzyme công nghiệp càng ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến mà phải kế đến đó là protease , cellulose , ligase , amylase , . Và một trong những enzyme được ứng dụng rất phổ biến đó là amylase , có thể kế đến rất nhiều ứng dụng của amylase trong nhiều lãnh vực khác nhau mà đáng kể nhất phải kế đến đó là công nghiệp thực phẩm :- Trong y học và dược phẩm : thuốc , hóa chất chứa hoạt tính enzyme amylase và amylase được sử dụng đễ chuẩn đoán viêm tụy cấp. - Trong công nghiệp : amylase được ứng dụng trong sản xuất chất tẩy rửa và còn được ứng dụng trong công nghiệp dệt.- Trong công nghiệp thực phẩm : amylase được ứng dụng trong sản xuất nhiều sản phẩm khá quen thuộc như mì chính , bia , cồn , siro , bánh mì , bánh kẹo , . I . ỨNG DỤNG ENZYME AMYLASE TRONG SẢN XUẤT MÌ CHÍNH :1. 1. Nguyên liệu sử dụng : - Nguyên liệu sử dụng : các nguyên liệu giàu glucid như tinh bột sắn , rỉ đường mía , .- Các chủng vi sinh vật : corymebacterium hydrocacboclastus , bacillus , Brevibacterium .1.1.1. Thành phần và cấu tạo của tinh bột sắn :- Tinh bột sắn được sản xuất trong quá trình chế biến củ sắn . Có 2 loại sắn : sắn đắng và sắn ngọt khác nhau về thành phần tinh bột và cianua . Sắn đắng có nhiều tinh bột hơn nhưng đồng thời cũng có nhiều acid HCN hơn , khoảng 200-300 10 [...]... phẩm Enzyme amylase chủ yếu từ nấm sợi aspergillus oryzae bằng phương pháp nuôi cấy chìm, các Enzyme protease và amylase thường được tách riêng biệt Khi sử dụng họ thường sử dụng chính xác từng loại Enzyme + ở Nhật , tuy bánh mì không phải là lương thực chính nhưng những cơ sở sản xuất bánh mì ứng dụng Enzyme rất có hiệu quả Các chế phẩm Enzyme sử dụng là hỗn hợp amylase và protease VI ỨNG DỤNG TRONG. .. nấm sợi Các chế phẩm Enzyme từ nấm sợi không chỉ chứa amylase mà còn chứa protease và một số Enzyme khác rất có lợi cho quá trình lên men Chế phẩm Enzyme này chủ yếu thu nhận từ Aspergillus oryzae - Trong quá trình sử dụng Enzyme amylase người ta cho sulfat amon vào bột như một chất đệm cho amylase họat động , người ta thường tạo chất đệm cho amylase bằng cách trộn lượng Enzyme amylase vào tinh bột... cerevisidae (Lên men chìm) 2.2 Nguồn enzyme thường sử dụng : - Trong công nghệ sản xuất bia , người ta thường dùng enzyme amylase có trong mầm đại mạch 13 Ngoài ra , còn sử dụng enzyme khác có trong mầm đại mạch để thủy phân và chuyển hóa chất không tan khác sang trạng thái tan như protein , cellulose … sang amino acid và glucose Người ta sử dụng chế phẩm enzyme cellulose có tác dụng phá vỡ thành tế bào... glucoside Sản phẩm cuối cùng trong hoạt động của glucoamylase là glucose IV ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT SIRO : 4.1 Nguyên liệu : - Các nguyên liệu chứa tinh bột không chỉ là nguồn thực phẩm quan trọng mà còn là nguồn nguyên liệu để tạo ra nhiều loại thực phẩm khác nhau - Ứng dụng trong sản xuất siro và các sản phẩm chứa đường Phôi bắp được xử lý bằng SO2 và vi khuẩn lactic để hạt tinh bột mềm, ra khỏi khối... quá trình sinh enzyme amylase và nhiều enzyme hóa 2.3 Sự tham gia của enzyme amylase trong công nghệ sản xuất bia : - Enzyme amylase tác động vào giai đoạn đường hóa : biến đổi tinh bột thành các dextrin và maltose Quá trình nảy mầm xảy ra trong giai đoạn nấu bia Trong quá trình này , malt sau khi được nghiền sẽ hòa tan chung với nước theo một tỷ lệ thích hợp dưới tác dụng của các enzyme ở nhiệt... quyết định đến khả năng lên men và hiệu suất cồn thu được Các chế phẩm Enzyme được sử dụng trong sản xuất cồn bao gồm những chế phẩm thô được thu nhận từ phương pháp nuôi cấy bề mặt , nuôi chìm hoặc các chế phẩm đậm đặc , tinh khiết Chủ yếu là sử dụng chế phẩm dạng thô vì tính chất kinh tế - Vì sử dụng chế phẩm dạng thô , do đó để tránh các phản ứng không mong muốn trong quá trình đường hóa , trước... chỉ tận dụng lượng Enzyme có sẵn trong tinh bột thì phản ứng trên xảy ra không mạnh , nhất là khi sử dụng lọai bột xấu để sản xuất bánh Do đó người ta thường bổ sung thêm Enzyme protease và amylase vào chế biến bột trong quá trình sản xuất bánh quy Khi đó lượng đường khử và lượng amino acid tự do sẽ tăng lên, phản ứng oxi-hóa khử cũng được tăng cường 23 VII ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT GLUCOZA VÀ MẬT... chế phẩm này được sản xuất từ nấm sợi Aspergillus oryzae chủng 476 -1 , chế phẩm Enzyme này chứa cả các lọai amylase và protease Chế phẩm này thường ở dạng cô đặc tinh khiết và cả dạng bột + ở Mỹ các chế phẩm Enzyme thường dùng ở dạng hạt , hãng sản xuất chế phẩm enzyme dùng cho bánh mì lớn nhất ở Mỹ là hãng Rom và Khaac Enzyme có tên thương mại là GUMASE NR -150 + ở Anh người ta sử dụng các chế phẩm. .. sử dụng thiết bị to và cồng kềnh - II ỨNG DỤNG ENZYME AMYLASE TRONG SẢN XUẤT BIA : Trong công nghệ sản xuất bia truyền thống , các nước phương Tây chủ yếu sử dụng enzyme amylase của malt để thủy phân tinh bột trong malt , sau đó đến giai đoạn rượu hóa bởi nấm men Saccharomyces sp Cơ sở khoa học của việc sử dụng malt là khi đại mạch chuyển từ trạng thái hạt sang trạng thái nảy mầm ( malt ) , enzyme. .. sử dụng Enzyme vào sản xuất các loại bánh quy là làm tăng mùi và vị bánh , khi chế biến bột thành các loại bánh quy các Enzyme protease và amylase của bột hoạt động làm tăng hàm lượng các amino acid tự do và làm tăng lượng đường khử Đường khử và các amino acid tự do có trong khối bột sẽ cùng tham gia vào các phản ứng oxy - hóa khử và kết quả tạo cho bánh quy có mùi , vị , màu hấp dẫn 6.2 Enzyme amylase . cấp. - Trong công nghiệp : amylase được ứng dụng trong sản xuất chất tẩy rửa và còn được ứng dụng trong công nghiệp dệt.- Trong công nghiệp thực phẩm : amylase. BÁCH KHOA TPHCMKHOA KĨ THU T HÓA HỌCBỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨMĐỀ TÀI :ỨNG DỤNG ENZYME AMYLASE TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM VÀ NGUỒN THU NHẬNNHÓM SVTH : Nguyễn
