TIỂU LUẬN enzyme amylase

TIỂU LUẬN enzyme amylase

Enzyme Amylase

Sinh viên thực hiện: - Hoàng Thị Bích Ngọc

- Bùi Thị Bích 07-01_ Khoa Công Nghệ Sinh Học_ Viện ĐH

Mở HN

I Tổng quát chung

I.1/ Lịch sử nghiên cứu

I.2/ Định nghĩa, Phân loại & Cấu trúc I.3/ Đặc tính, cơ chế tác dụng

I.1/ Lịch sử nghiên cứu

• 1814: Kirchoff, Saint Petercburg chứng minh hạt lúa mạch nảy mầm có tác dụng chuyển hóa tinh bột thành đường ở nhiệt độ từ 400°C - 600°C

• Năm 1833, Payen và Perso (Pháp) thêm cồn vào dịch chiết này, thu được kết tủa có khả năng phân giải tinh bột thành đường, đặt tên là Diastase

(xuất phát từ tiếng Hy Lạp, diastatics, có nghĩa là phân giải, đó là amylase)

• 1851: Leuchs đã phát hiện nước bọt cũng có khả năng phân giải tinh bột thành đường

• Sau đó, các enzyme amylase trong nước bọt,

trong dịch tiêu hóa của người và động vật, trong hạt nảy mầm, nấm mốc, nấm men và vi khuẩn bắt đầu được quan tâm nghiên cứu

I.2/ Định nghĩa_ Phân loại

RR’ + H-OH -> RH + R’-OH

Cơ chất tác dụng của amylase là tinh bột và

glycogen

•Phân loại:

Enzyme amylase

Endoamylase (Enzyme nội bào) (Enzyme ngoại bào) Exoamylase

Enzyme khử nhánh α_amylase

Khử trực tiếp Khử gián tiếp

Transglucosylase (oligo-1,6-glucosidase ) maylo-1,6-glucosidase

Pullulanase

(α-6glucosidase–Dextrin)

β-amylase γ-amylase

•Cấu trúc:

• α-amylase

(α-1,4-glucanohydrolase):

(EC 3.2.1.1)

amylase có khả năng phân cắt các liên kết

1,4-glucoside của cơ chất một cách ngẫu nhiên và là enzyme nội bào α-

amylase không chỉ có khả năng phân hủy hồ tinh bột mà còn có khả năng phân hủy các hạt tinh bột nguyên vẹn

•Cấu trúc:

• β-amylase

(β-1,4-glucan-maltohydrolase) (EC 3.2.1.2)

β–amylase xúc tác từ sự thủy phân các liên kết 1,4-glucan trong tinh bột,

glucogen và polysaccharide, phân cắt từng nhóm maltose từ đầu không khử của mạch Maltose được hình thành do

sự xúc tác của β-amylase có cấu hình

β

•Cấu trúc:

• γ-amylase

(gluco amylase) (EC 3.2.1.3)

- Gluco amylase có khả năng thủy phân liên kết -1,4 lẫn -1,6-glucoside, ngoài

ra còn có khả năng thủy phân liên kết 1,2 và -1,3-glucoside

Gluco amylase có khả năng thủy phân hoàn toàn tinh bột,glucogen,

amylopectin, dextrin… thành glucose

mà không cần có sự tham gia của các loại enzyme amylase khác

•Cấu trúc:

• Enzyme pullulanase

(α-dextrin6- glucosidase) (EC 3.2.1.41)

Khác với dextrinase tới hạn trong hoạt động của nó trên

glycogen, và tỷ lệ của thủy

phân dextrins giới hạn Tác động của nó trên Amylopectin hoàn tất.Maltose là đường nhỏ nhất mà nó có thể chuyển hóa mối liên kết

•Cấu trúc:

• enzyme isoamylase (glycogen 6-

glucanohydolase) (EC 3.2.1.68)

I.3/ Đặc tính- Cơ chế tác dụng

• Đặc tính:

-Khả năng dextrin hóa: Thủy phân tinh bột ->

dextrin + một ít maltoza.Dextrin có khả năng

họat hóa cao,đặc trưng cho tính chất của

enzyme này

-Tính bền nhiệt: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

-Tính tan: Amylase dễ tan trong nước, trong dung

dịch muối và rượu loãng

-Cơ chất tác dụng: của amylase là tinh bột và

glycogen

•Đặc tính:

α – amylase: có những đặc tính rất đặc trưng về cơ chế tác động, chuyển hóa tinh bột, khả năng chịu nhiệt -α-amylase là một metaloenzyme Mỗi phân tử α-amylase đều có chứa 1-30 nguyên tử gam Ca/mol, nhưng không ít hơn 1-6 nguyên tử gam/mol Ca tham gia vào sự hình thành và ổn định cấu trúc bậc 3 của enzyme, duy trì hoạt động của enzyme.Do đó, Ca còn có vai trò duy trì sự tồn tại của enzyme khi bị tác động bởi các tác nhân gây biến tính và tác động của các enzyme phân giải protein Nếu phân tử α-

amylase bị loại bỏ hết Ca thì nó sẽ hoàn toàn bị mất hết khả năng thủy phân cơ chất α-amylase bền với nhiệt độ hơn các enzyme khác

•Đặc tính:

• Điều kiện hoạt động của α-amylase từ các nguồn

khác nhau thường không giống nhau pH tối thích cho hoạt động của α-amylase từ nấm sợi là 4,0-4,8 (

có thể hoạt động tốt trong vùng pH từ 4,5-5,8 )

• Độ bền đối với tác dụng của acid cũng khác nhau amylase của Asp.oryzae bền vững đối với acid tốt hơn là α-amylase của malt và vi khuẩn Bac.subtilis

• Nhiệt độ tối thích cho hoạt động xúc tác của

α-amylase từ các nguồn khác nhau cũng không đồng nhất, α-amylase của nấm sợi rất nhạy cảm đối với

tác động nhiệt.Nhiệt độ tối thích của nó là 500°C

và bị vô hoạt ở 70O°C( Kozmina, 1991 )

•Cơ chế tác dụng:

Quá trình thủy phân tinh bột bởi enzyme α-amylase

là quá trình đa giai đoạn:

•Cơ chế tác dụng:

α-amylase có khả năng phân cách các liên kết

α-1,4-glucoside nằm ở phía bên trong phần tử cơ chất ( tinh bột hoặc glycogen ) một cách ngẫu nhiên Nó không chỉ thủy phân hồ tinh bột mà nó thủy phân cả hạt tinh bột nguyên song với tốc đột rất chậm

• Giai đoạn 1 (dextrin hóa):

Tinh bột dextrin phân tử lượng thấp

Chỉ một số phân tử cơ chất bị thủy phân tạo thành một lượng lớn dextrin phân tử thấp ( α-dextrin ), độ nhớt của hồ tinh bột giảm nhanh ( các amylose và

amylopectin đều bị dịch hóa nhanh )

a-amylase

•Cơ chế tác dụng:

• Giai đoạn 2 ( giai đoạn đường hóa ):

Dextrin phân tử thấp bị thủy phân tetra và

trimaltose (không cho màu với iod) thủy phân rất chậm disaccharide và monosaccharide

Amylose phân giải nhanh oligosacharide 

poliglucose (gồm 6-7 gốc glucose) bị phân cách mạch polyglucose colagen ngắn Maltose 

maltotriose  maltotetrose

Tác dụng của α-amylase lên amylopectin cũng xảy ra tương tự nhưng vì không phân cắt được liên kết α-1,6-glycoside ở chỗ mạch nhánh trong phân tử

amylopectin nên dù có chịu tác dụng lâu thì sản phẩm cuối cùng, ngoài các đường nói trên ( 72% maltose và 19% glucose)còn có dextrin phân tử thấp và isomaltose 8%

Cơ chế tác dụng:

• Tóm lại:

• Tinh bột

• Khả năng dextrin hóa cao của

α-amylase là tính chất đặc trưng của nó

Vì vậy, người ta thường gọi loại

amylase này là amylase dextrin hóa

hay amylase dịch hóa

α-amylase

maltotetrose Maltose (**) glucose

dextrin phân tử thấp (*)

II Nguồn thu & phương pháp thu nhận E amylase

II.1/ Nguồn thu

II.2/ phương pháp thu nhận

II.1/ Nguồn thu

• Động vật:

động vật

II.1/ Nguồn thu

• Thực vật:

Được lấy từ nhiều nguồn như:

- Đại mạch (hodeum sativum):

+ giống 2 hàng: sản xuất malt làm bia

+ giống nhiều hàng (4,6 hàng): làm thức ăn cho gia súc

- Lúa (oryza sativa L.): chủ yếu ở vùng Đông Nam Á

- Ngô (zea mays): có nhiều loại ngô: ngô đá, ngô bột, ngô răng ngựa Hạt ngô có màu trắng, màu vàng hay màu hồng Ngô màu vàng do có sự hiện diện của

carotenoid và zeaxanthine ở trong nội nhũ Ngô

màu hồng là do trong nội nhũ của ngô có

anthocyanin

II.1/ Nguồn thu

• Vi sinh vật: (VSV)

Ngày nay do ưu thế về nhiều mặt, vsv trở thành nguồn thu

enzyme amylase chủ đạo Những chủng vsv tạo nhiều amylase thường được phân lập từ các nguồn tự nhiên Vsv tạo amylase được dùng nhiều hơn cả là nấm sợi,giả nấm men và vi khuẩn,còn

xạ khuẩn thì ít hơn

- Các giống nấm sợi thường dùng là giống nấm sợi As pergillus, rhizopus

- Nấm men và giả nấm men thuộc các giống Candida,

Saccharomyces, Endomycopsy, Endomyces cũng tạo amylase

- Nhiều vi khuản có khả năng tạo lượng lớn amylase như:

Bac.polymyxa, Phytomonas destructans, Cassavanum… các vi khuẩn ưa nhiệt có khả năng sinh trưởng nhanh và phát triển tốt ở nhiệt độ cao nên khi nuôi chúng ít bị nhiễm vsv khác

- Trong nhóm xạ khuẩn rất hiếm gặp loại tạo amylase mạnh mẽ, tuy nhiên cũng có một số ít như xạ khuẩn ưa nhiệt

Micromonospora vugaris 42 có khả năng tạo một lượng nhỏ amylase hoạt động ở 65°C cùng với protease và các enzyme khác.

a-II.2/ Phương pháp thu nhận Enzyme amylase

• Phương pháp thu nhận malt:

Malt khô bảo quản

Malt khô sản xuất bia

•Phương pháp thu nhận malt

- Malt thóc:

Phương pháp tinh sạch amylase: 2 phương pháp

+ Tinh sạch enzyme amylase bằng phương pháp sắc ký + Thu nhận enzyme amylase bằng phương pháp điện di trên gel polyacrylamide (polyacrylamide Gel

Electrophoresis _ PAGE)

Hạt lúa (thóc) Làm sạch,phân loại Sấy bảo quản

Ngâm hạt

ủ mầm malt

Tách mầm Sấy malt

malt

•Phương pháp thu nhận malt

• Phương pháp thu nhận từ VSV:

Sự tổng hợp enzyme amylase không những phụ thuộc vào tính chất di truyền của VSV mà còn phụ thuộc việc

tuyển chọn các điều kiện nuôi đặc hiệu, ngoài ra các

điều kiện lý hóa trong quá trình nuôi cũng đóng vai trò quan trọng

Những yếu tố ảnh hưởng :thành phần môi trường,tính

chất cơ lý của môi trường, độ tiệt trùng, độ ẩm ban

đầu, độ thoáng khí, nhiệt độ nuôi và pH môi trường… là những yếu tố cơ bản tối quan trọng

Có 2 phương pháp nuôi VSV:

+ nuôi VSV tạo amylase bằng phương pháp bề mặt

+ nuôi VSV tạo amylase bằng phương pháp bề sâu

•Phương pháp thu nhận malt

• Phương pháp thu nhận từ động vật:

Thu nhận amylase từ động vật phần lớn là từ dịch tụy tạng 98% tụy tạng được cấu tạo từ tế bào ngoại tiết hoặc là tế bào tuyến Các tế bào này tiết

enzyme tiêu hóa vào trong tá tràng

III Ứng dụng của enzyme

III.1/ Ứng dụng trong y

học & dược phẩm

1 Ứng dụng trong tiêu hóa:

 amylase

Thủy phân  -1,4 của amylose

 -1,6 glucosidase

Thủy phân  -1,6 của amylospectin

Sự tiêu hóa tinh bột

1 Ứng dụng trong tiêu hóa:

• Enzyme amylase phân giải

carbonhydrat có trong thực phẩm nhằm cung cấp năng lượng cho hoạt động sống của cơ thể

• Sản phẩm chữa men tiêu hóa dành cho trẻ sơ sinh và trẻ em, kích

thích tiêu hóa, chống suy dinh

dưỡng và cá sản phẩm cùng loại:

minigadine, trymo, calcinol_RB,

calcinol 1000…

2 Ứng dụng trong y dược:

Nguồn: vi khuẩn Bacillus subtilis

Ư u điểm là bền hơn trong môi trường acid của dạ dày so với diastase (amylase) lấy từ động vật và vi nấm.Amylase được sử dụng:

+ phối hợp với coenzyme A, cytocrom C, ATP, carboxylase để chế thuốc điều trị bệnh tim mạch,

2 Ứng dụng trong y dược:

• Sử dụng enzyme amylase trong chuẩn đoán bệnh viêm tụy cấp ở trẻ em:

Dựa vào các đặc tính biểu hiện của enzyme

amylase người ta tiến hành nghiên cứu chuẩn đoán bệnh viêm tuyến tụy Khi nghiên cứu

nhận thấy: khi lựa chọn điểm cắt thích hợp và phối hợp cả 2 enzyme s-amylase + lipre hoặc p-amylase + lipre trong chuẩn đoán viêm tụy cấp ở trẻ em thì độ chính xác là cao nhất

•THUỐC, HOÁ CHẤT CHỨA HOẠT TÍNH ENZYME

AMYLASE PHỤC VỤ TRONG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN:

• Ứng dụng:

Enzyme amylase thường được bổ sung trong thành phần

các hợp chất hóa học nhằm cải tạo ao hồ, kích thích

tăng trưởng và phát triển mạnh của động vật thủy

sản ở các giai đoạn mong muốn

• Đối tượng & cơ chế:

- Cá ăn thực vật:enzyme amylase phân giải tinh bột

có trong thức ăn của cá: cỏ, khoai lang, khoai mì…

- Cá ăn thịt động vật: enzyme amylase phân giải

glycogen hay glucid ở tế bào động vật

1 Ứng dụng trong công nghiệp dệt:

Trước đây, người ta sử dụng enzyme a-amylase của malt hay pancreatic amylase Để phá hủy nhanh lượng tinh bột thừa, người ta đưa nhiệt

độ đến nhiệt độ sôi sau đó làm giảm xuống

50°C hay 60°C và cho enzyme amylase vào Ngày nay người ta sử dụng a-amylase của vi

khuẩn Enzyme amylase của vi khuẩn chịu

nhiệt cao, chúng hoạt động mạnh ở nhiệt độ 85°C-90°C 1 số enzyme amylase của bacillus subtilic có khả năng hoạt động ở 105°C-115°C Tuy nhiên còn tùy thuộc vào điều kiện kinh tế, sản xuất, nguồn amylase mà người ta tiến

hành chọn lựa enzyme rũ hồ vải cho phù hợp

2 Ứng dụng trong sản xuất chất tẩy rửa:

- Chất tẩy rửa bao gồm những chất kiềm, sodium silicate,

sodium bicarbonate, sodium tripolyphosphate

- Mục đích: loại bỏ các chất vô cơ, hữu cơ bám vòa quần áo như: protein, lipid, carbonhydrat và những chất màu

- Enzyme a-amylase của vi khuẩn là một trong những enzyme thường được ứng dụng trong công nghiệp sản xuất chất tẩy rửa, do enzyme này có khả năng chịu nhiệt cao (khoảng 90°C),

pH cao (pH=9)

- Tuy nhiên do enzyme này không bền pH kiềm và nhiệt độ cao trong một thời gian lâu, nên người ta thường bao chúng lại

trước khi phối trộn với các thành phần khác của chất tẩy rửa

để bảo quản được lâu và đảm bảo khả năng hoạt động của

chúng

- Enzyme a-amylase làm tăng khả năng phân giải các vết bẩn do carbonhydrat trong quần áo

2 Ứng dụng trong sản xuất chất tẩy rửa:

- Ứng dụng trong chất tẩy màu giấy:

A-amylase bẻ gãy các mạch tinh bột trên mặt giấy, kéo theo sự làm long các phân tử mang màu bám trên đó, tạo thuận lợi cho quá trình tuyển nổi khử mực

Hiệu quả: thời gian ủ giảm 30%, mức dùng các

loại hóa chất giảm 10- 35% tùy theo từng

loại, giảm nhiều nhất là NaOH (giảm 35%), độ trắng của bột sau khử mực tăng 2,7- 3%

ISO, độ dài đứt tăng 1,5%, độ chịu gấp tăng 14% và độ chịu xé tăng 28%, độ trắng cuối

cùng đạt tối đa 87,0% ISO

III.3/ Ứng dụng trong

thực phẩm

1 Ứng dụng trong sản xuất mì chính:

- Nguyên liệu sử dụng chủ yếu: tinh bột sắn, rỉ đường mía

- Các chủng VSV: corymebacterium hydrocacboclastus, bacillus,

brevibacterium…

Enzyme amylase được sử dụng trong công đoạn thủy phân tinh

bột

Người ta có thể dùng a-amylase hay β-amylase của các hạt nảy

mầm hay của nấm mốc để thủy phân tinh bột thành đường

.) Thời gian đường hóa tương đối dài

.) Lượng đường sau khi đường hóa thấp, do

đó phải sử dụng thiết bị to, cồng kềnh

a-amylase Thủy phân a-1,4 của amylose

β-amylase

2 Ứng dụng trong sản xuất bia

• Nguyên liệu sử dụng: Ngũ cốc, hoa

houblon, nước, nấm men, chất phụ gia

• Các chủng VSV sử dụng: sacchromyces

cerevisizae(lên men n ổ i) & saccharomyces cerevisidae (lên men chìm)

• Trong công nghệ sản xuất bia người ta

thường sử dụng enzyme amylase có trong mầm đại mạch

2.Ứng dụng trong sản xuất bia:

Enzyme amylase được sử dụng trong quá trình đường hóa:

Hạt đại mạch nảy mầm

(tinh bột)

Như vậy việc đường hóa tinh bột trong hạt nhờ enzyme amylase của

chính nó dẫn đến chi phí cao cho sản xuất và sản phẩm

• Để 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 phẩm bia 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

3 Ứng dụng trong CNSX cồn:

• Nguyên liệu chủ yếu là sắn, ngô,gạo hoặc tấm

từ gạo Enzyme amylase trước đây được sử dụng

là malt nhưng ngày nay người ta sử dụng amylase

của nấm sợi

• Quá trình sản xuất cồn trải qua 2 giai đoạn:

GĐ đường hóa và GĐ rượu hóa

-GĐ đường hóa:

Tinh bột dextrin đường lên men a-amylase β-amylase

amyloglucosidase

3 Ứng dụng trong CNSX cồn:

• Sơ đồ quá trình chuyển hóa tinh bột:

Nguyên liệu chứa tinh bột Nấu chín ở nhiệt độ cao

Làm nguội Đường hóa

Amylase hoạt động ở 55°C Amyloglucosidase

hoạt động ở 55°C

3 Ứng dụng trong CNSX cồn:

• Quá trình đường hóa đóng vai trò quyết định đến khả năng lên men và hiệu suất cồn thu được Các chế phẩm enzyme được sử dụng chủ yếu là các chế phẩm thô vì tính chất kinh tế, tuy nhiên trước khi đường hóa phải xác định hoạt tính của từng loại

enzyme từ đó diều chỉnh hoạy động của chúng để tránh các phản

ứ ng không mong muốn

• Enzyme a-amylase tham gia thực hiện các phản ứng sinh hóa cần thiết & quyết định đến hiệu suất sản xuất cồn Còn β-amylase

tham gia những biến đổi cơ bản cơ chất để tăng cường quá trình chuyển hóa cơ bản

• a-amylase tủy phân tinh bột tạo ra glucose và maltose theo tỉ lệ 1:5,45 (vi khuẩn) và 1:3,79 (nấm sợi) Enzyme a-amylase của vi khuẩn và nấm sợi đều không có khả năng phân giải a-1,6 glucoside của cơ chất

Như vậy, vai trò cơ bản của a-amylase trong sản xuất rượu cồn là làm dịch hóa nhanh ở giai đoạn nấu và ở cả giai đoạn đầu của sự đường hóa, dextrin hóa và tích tụ đường