Tài liệu Ứng dụng vi sinh vật phân hủy tinh bột amylase pdf

Chế phẩm enzyme không chỉ được ứng dụng trong y học mà còn được ứng dụng trong nhiều lãnh vực công nghiệp khác nhau, trong nông nghiệp, trong hóa học… "ý nghĩa của việc sử dụng enzyme

Ứng dụng vsv phân hủy tinh bột amylase



1/ĐỊNH NGHĨA:

Amylase là một hệ enzyme rất phổ biến trong thế giới sinh vật Các enzyme này thuộc nhóm enzyme thủy phân, xúc tác phân giải liên kết nội phân tử trong nhóm polysaccharide với sự tham gia của nước:

R.R’ + H-OH RH + R’OH

Cơ chất tác dụng của amylase là tinh bột và glycogen

2/ PHÂN LOẠI :

Có 6 loại enzyme được xếp vào 2 nhóm:

+ Endoamylase (enzyme nội bào) :

- Enzym α - amylase(EC 3.2.1.1) hay α – 1-4 – glucanohydrolase

- Enzyme Pullulanase (EC 3.2.1.41) hay α - dextrin 6 – glucosidase

- Enzyme Isoamylase (EC 3.2.1.68) hay glycogen 6 – glucanohydrolase + Exoamylase (enzyme ngoại bào):

- Enzyme β – amylase (EC 3.2.1.2)

- Enzyme γ - amylase (EC 3.2.1.3) hay glucose amylase

- Amylo - 1,6 – glucosidase (EC 3.2.1.33) hay dextrin – 1,6 –

glucanhydrolaza

Thủy phân tinh bột -> dextrin + một ít maltoza Dextrin có khả năng họat hóa cao đặc trưng cho tính chất của enzyme này

Phân tử có 1 - 6 nguyên tử C, tham gia vào sự hình thành ổn định cấu trúc bậc 3 của enzyme -> tính bền nhiệt của enzyme

3/ĐẶC TÍNH

α - amylase của sinh vật có những đặc tính rất đặc trưng về cơ chế tác động, chuyển hóa tinh bột, khả năng chịu nhiệt

+ Thể hiện họat tính trong vùng axit yếu:

- nấm mốc: pH = 4,5 - 4,9

- vi khuẩn: pH = 5,9 - 6,1 pH<3 vô hoạt trừ enzyme của Asp.Niger pH = 2,5 - 2,8

+ α - amylase của nấm mốc có khả năng dextrin hóa cao tạo ra một

lượng lớn glucoza và maltoza

+ t o tối thích cho hoạt động xúc tác của α - amylase từ các nguồn khác nhau cũng không đồng nhất

Trong dung dịch đệm pH = 4,7; α - amylase của Asp Oryzae rất nhạy với tác động của nhiệt độ cao, thậm chí ở 40 o C trong 3 giờ hoạt lực

dextrin hóa của nó chỉ còn 22 - 29%, hoạt lực đường hóa còn 27 -85% Ở50 o C trong 2 giờ, α - amylase của nấm sợi này bị vô hoạt hoàn toàn

4 CƠ CHẾ TÁC DỤNG:

Quá trình thủy phân tinh bột bởi (-amylase là quá trình đa giai đoạn.:

- Giai đoạn dextrin hóa: Chỉ một số phân tử cơ chất bị thủy phân tạo thành một lượng lớn dextrin phân tử thấp ((-dextrin), độ nhớt của hồ tinh bột giảm nhanh (các amylose và amylopectin đều bị dịch hóa nhanh)

- Giai đoạn đường hóa: Các dextrin phân tử thấp vừa được tạo thành bị thủy phân tiếp tục tạo các tetra-trimaltose không cho màu với iodine Các chất này bị thủy phân rất chậm bởi (-amylase cho tới disaccharide

và monosaccharide

Dưới tác dụng của (-amylase, amylose bị phân giải khá nhanh thành

oligosaccharide gồm 6-7 gốc glucose Sau đó các polyglucose này lại bị phân cắt tiếp tục nên các mạch polyglucose cứ ngắn dần và bị phân giải chậm đến maltotetrose và maltose Qua một thời gian tác dụng dài, sản phẩm thủy phân của  - amylase chứa 13% glucose và 87% mantose Tác dụng của- amylase lên amylopectin cũng xay ra tương tự, nhưng vì

- amylase không phân cắt được liên kết - 1,6 glucoside ở chỗ mạch nhánh trong phân tử amylopectin nên dù có chịu tác dụng lâu thì trong sản phẩm cuối cùng ngoài các đường nói trên (72% maltose, 19%

glucose) còn có dexstrin phân tử thấp và isomaltose(8%)

5/ỨNG DỤNG:

Hiện nay, việc sản xuất chế phẩm enzyme các loại đã và đang phát triễn mạnh mẽ trên qui mô công nghiệp Thực tế đã có hàng nghìn chế phẩm enzyme bán trên thị

trường thế giới, các chế phẩm này đã được khai thác và tinh chế có mức

độ tinh

khiết theo tiêu chuẩn công nghiệp và ứng dụng Chế phẩm enzyme

không chỉ được

ứng dụng trong y học mà còn được ứng dụng trong nhiều lãnh vực công nghiệp

khác nhau, trong nông nghiệp, trong hóa học… "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, enzym công nghiệp ngày càng được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực

khác nhau, trong đó những enzym ứng dụng nhiều nhất là protease, cellulose,

ligase, amylase,… và một số enzym đặc biệt khác đã thu được rất nhiều lợi nhuận

từ ngành này Dưới đây là một vài ứng dụng thực tế:

1 Ứng dụng amylase trong sản xuất bia

Trong công nghệ sản xuất bia truyền thống, các nước phương Tây chủ yếu sử dụng

enzym 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

amylase của malt ở chỗ, khi đại mạch chuyển từ trạng thái hạt sang

trạng thái nảy

mầm (malt), enzym amylase sẽ được tổng hợp và khi đó enzym này sẽ thủy phân

tinh bột có trong hạt tạo ra năng lượng và vật chất cho sự tạo thành

mầm Như vậy

việc đường hóa tinh bột trong hạt nhờ enzym của chính nó Khi đó hạt chỉ tổng hợp

ra lượng enzym amylase vừa đủ để phân hủy lượng tinh bột có trong hạt Như thế

cần rất nhiều mầm đại mạch để sản xuất bia ở qui mô lớn, dẫn đến chi phí cao cho

sản xuất và sản phẩm Ðể khắc phục điều này, trong quá trình lên men tạo bia thì

nhà sản xuất không sử dụng hoàn tòan 100% nguyên liệu là malt đại mạch mà có

sự pha trộn theo một công thức nào đó để thay thế malt và còn bổ sung nguồn tinh

bột cho quá trịnh lên men Lý do là một phần để tạo hương vị cho bia, màu sắc, độ

cồn phù hợp cho người tiêu dùng và một phần là làm giảm giá thành cho sản phẩmbia nhưng vẫn giữ được đặc trưng cho bia Chính vì điều này, các nhà sản xuất bia

quan tâm đến việc sử dụng chế phẩm enzym amylase cung cấp cho quá trình thủy

phân tinh bột Enzym này có ý nghĩa rất lớn trong việc làm bia, giúp sản xuất bia ở

qui mô công nghiệp

Ngoài ra, trong sản xuất bia, người ta còn sử dụng chế phẩm enzym

cellulose có

tác dụng phá vỡ thành tế bào, tạo điều kiện để các thành phần có trong

tế bào hạt

thóat ra phía ngoài nhờ đó chất lượng bia được nâng cao hơn Một loại enzym khác

cũng được sử dụng khá rộng rãi đó là gluco amylase, enzym này được sử dụng để

loại trừ O2 có trong bia, giúp quá trình bảo quản bia kéo dài hơn rất nhiều

2.Ứng dụng amylase trong sản xuất cồn

Ðể sản xuất cồn từ nguồn nguyên liệu tinh bột, mỗi nýớc sử dụng các loại nguyên

liệu khác nhau.Ví dụ, ở Mỹ người ta sử dụng nguyên liệu từ bột ngô để sản xuất

cồn, còn ở Brazin lại sử dụng khoai mì, các nước khác sử dụng gạo hoặc tấm từ

gạo Qúa trình sản xuất cồn trải qua hai giai ðọan: giai đọan đường hóa

và giai

đọan rượu hóa

Giai đọan đường hóa, người ta bắt buộc phải sử dụng enzym amylase ( không thể

sử dụng phương pháp thủy phân tinh bột bằng acid ) Người Nhật đã biết sử dụng

enzym của nấm mốc trong quá trình đường hóa để sản xuất rượu Sake

từ cách đây

hơn 1700 năm Người Trung Quốc thì đã sử dụng nhiều loại nấm mốc để đường

hóa rượu trong sản xuất rượu cách đây 4000 nãm Còn người Việt Nam

đã biết sản

xuất rượu từ gạo cách đây hàng ngàn nãm

Riêng ở Mỹ, mãi đến thế kỷ XIX khi Takamine người Nhật ðưa nấm mốc

Aspergillus sang mới biết sử dụng enzym này thay amylase của malt để sản xuất

cồn Chính vì thế mới có phưõng pháp Micomalt ( mầm mốc) trong sản xuất cồn

và rượu Nhờ sự du nhập kỹ thuật này từ Nhật mà người Mỹ tiết kiệm được một

khối lượng malt khổng lồ trong sản xuất rượu

Giai đọan rượu hóa, nhờ nấm men Saccharomyces cerevisiae, cũng có thể xem đây

là một quá trình áp dụng enzym Qúa trình rượu hóa là quá trình hết sức phức tạp,

trải qua rất nhiều giai đoạn chuyển hóa từ đường thành cồn nhờ sự tham gia của

nhiều enzym khác nhau Ðiểm khác với enzym amylase là ở chổ các enzym tham

gia quá trình rượu hóa nằm trong tế bào nấm men Việc điều khiển các quá trình

chuyển hóa bởi enzym trong tế bào thực chất là quá trình trao đổi chất của nấm

men trong môi trường chứa đường

2 Ứng dụng amylase trong chế biến thực phẩm gia súc

Trong chế biến thức ăn gia súc, thành phần ngũ cốc chiếm một khối lượng rất lớn

Trong khối lượng này, thành phần tinh bột rất cao Ðể tăng hiệu suất sử dụng năng

lượng từ nguồn tinh bột, người ta thường cho thêm enzym amylase vào Enzym

amylase sẽ tham gia phân giải tinh bột tạo thành đường, giúp cho quá trình chuyển

hóa tinh bột tốt hơn

3 Ứng dụng enzym amylase trong công nghiệp dệt

Trong công nghiệp dệt, người ta thường sử dụng enzym amylase của vi khuẩn để

tẩy tinh bột và làm cho vải mềm.Trong vải thô thường chứa khỏang 5% tinh bột và

các tạp chất khác Do đó, khi sử dụng chế phẩm enzym amylase của vi khuẩn vải

sẽ tốt hơn Người ta thường sử dụng lượng chế phẩm amylase khỏang 0,3-0,6 g/l

dung dịch và thời gian xử lý 5-15 phút ở nhiệt độ 90oC

Tuy nhiên ngoài chế phẩm enzym amylase có nguồn gốc từ vi khuẩn, hiện nay

người ta đã quan tâm đến việc sử dụng amylase từ nấm sợi.Cho đến nay

có rất

nhiều nước đã sử dụng enzym trong công nghiệp dệt để tăng khả năng cạnh tranh

các hàng vải, sợi Các nước sử dụng lượng enzym amylase nhiều nhất trong lĩnh

vực này là Mỹ, Nhật, Pháp, Ðan Mạch

Ngoài ra, enzyme amylase cũng được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi trong sản xuất

đường bột, sản xuất dextrin, maltodextrin, nha glucose, siro, glucose – fructose,

sản xuất tương và nước chấm …ở quy mô công nghiệp.