TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ SINH HÓA THỰC PHẨM THỰC TẬP THỰC TẾ CHUYÊN ĐỀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM TÌM HIỂU ENZYME AMYLASE ĐƯỢC THU NHẬN TỪ THỰC VẬT Sinh viên thực hiện P[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA CƠNG NGHỆ SINH HĨA THỰC PHẨM - - THỰC TẬP THỰC TẾ CHUYÊN ĐỀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM TÌM HIỂU ENZYME AMYLASE ĐƯỢC THU NHẬN TỪ THỰC VẬT Sinh viên thực hiện: PHẠM TRƯƠNG TRÚC MY Cần Thơ – Năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CƠNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA CƠNG NGHỆ SINH HĨA – THỰC PHẨM - - THỰC TẬP THỰC TẾ CHUN ĐỀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM TÌM HIỂU ENZYME AMYLASE ĐƯỢC THU NHẬN TỪ THỰC VẬT Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: ThS NGUYỄN THỊ YẾN NHI PHẠM TRƯƠNG MSSV: 1900214 Ngành: CNTP2019 Cần Thơ – năm 2022 TRÚC MY MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển vượt bậc khoa học công nghệ, chế phẩm enzyme sản xuất ngày nhiều ứng dụng nhiều lĩnh vực như: công nghiệp thực phẩm, chăn nuôi, y dược phục vụ cho việc dưỡng nhan đa số phái đẹp giới Một số phải kể đến enzyme amylase lợi ích mà amylase mang lại ngành thực phẩm Amylase xem nhóm enzyme ứng dụng rộng rãi, chiếm 25% tổng sản lượng enzyme giới năm (Ritu Saini et al., in 2017) Enzyme amylase ứng dụng vào ngành công nghiệp như: công nghệ lên men, nhiên liệu sinh học, y học, dược phẩm, thực phẩm, chế biến thức ăn gia súc, chất tẩy rửa, công nghệ dệt, giấy , (Paula Monterio de Souza et al., in 2010) Đề tài “Tìm hiểu enzyme amylase thu nhận từ thực vật” thực để hiểu rõ số hoạt tính enzyme amylase điều kiện trích ly cách thức thu nhận Qua đó, thúc đẩy mở rộng nhiều hướng công nghệ sản xuất enzyme amylase, góp phần làm gia tăng tiềm lực kinh tế ngành thực phẩm nói chung nơng sản Việt Nam nói riêng MỤC LỤC GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THỰC VẬT 1.1 Cây lúa 1.1.1 Cấu trúc hạt lúa 1.1.2 Thành phần dinh dưỡng .2 1.2 Ngô (bắp) ( Zea mays) 1.2.1 Cấu trúc hạt ngô 1.2.2 Thành phần dinh dưỡng .3 1.3 Đại Mạch (Hordeum sativum) 1.3.1 Cấu trúc đại mạch 1.3.2 Thành phần dinh dưỡng .4 1.4 Enzyme amylase 1.4.1 Định nghĩa 1.4.2 Phân loại 1.4.3 Đặc tính chế hoạt động 1.4.4 Cơ chất enzyme amylase 12 PHƯƠNG PHÁP THU NHẬN .13 2.1 Phương pháp thu nhận .13 2.1.1 Malt đại mạch 13 2.1.2 Malt thóc 15 2.2 Phương pháp tinh 16 2.2.1 Tinh enzyme amylase phương pháp sắc ký .16 2.2.2 Thu nhận enyme amylase phương pháp điện di gel polyacrylamide 17 ỨNG DỤNG CỦA ENZYME AMYLASE 17 3.1 Quá trình thuỷ phân tinh bột 17 3.2 Enzyme amylase sản xuất bánh mì 17 3.3 Enzyme amylase công nghiệp tẩy rửa 17 3.4 Enzyme amylase công nghiệp etanol .18 3.5 Enzyme amylase công nghiệp dệt giấy 18 3.6 Enzyme amylase ứng dụng lâm sàng y học 18 3.7 Enzyme amylase ứng dụng hoá học .19 TÀI LIỆU THAM KHẢO .20 DANH SÁCH BẢNG Hình 1 Cấu trúc hạt lúa Hình Cấu trúc hạt ngô Hình Cấu trúc đại mạch Hình Cấu tạo enzyme amylase (nguồn: internet) Hình Các loại enzyme exoamylase endoamylase Hình Cơ chế tác động α-amylase lên tinh bột Hình Cơ chế tác động α-amylase lên tinh bột 11 Hình Sơ đồ dây chuyền sản xuất malt đại mạch 15 DANH SÁCH BẢNG Hình 1 Cấu trúc hạt lúa Hình Cấu trúc hạt ngô Hình Cấu trúc đại mạch Hình Cấu tạo enzyme amylase (nguồn: internet) Hình Các loại enzyme exoamylase endoamylase Hình Cơ chế tác động α-amylase lên tinh bột Hình Cơ chế tác động α-amylase lên tinh bột 11 Hình Sơ đồ dây chuyền sản xuất malt đại mạch 15 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THỰC VẬT 2.1 Cây lúa Việt Nam trồng nơng nghiệp lúa (Oryza sativa) thuộc họ thân thảo (Graminae) loại lương thực quan trọng 1/2 dân số giới trồng phổ biến vùng đồng sơng Cửu Long tiềm lực ý nghĩa kinh tế lớn Với thời gian sinh trưởng trung bình từ 75-250 ngày tùy theo chủng loại Phân thành hai loại: lúa nếp lúa tẻ (Mai Lề et al., 2009) Việt Nam nước xuất lúa đứng hàng thứ hai giới (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) 2.1.1 Cấu trúc hạt lúa Hình 1 Cấu trúc hạt lúa (Nguồn Mai Lề, 2009) Vỏ trấu: bao gồm hợp chất cellulose silic cấu tạo thành thường cứng với mục đích bảo vệ hạt chống phá hoại côn trùng sâu bọ, mầm bệnh khác điều kiện thời tiết bất lợi Màu sắc vỏ trấu (vàng nhạt → vàng nâu) có thay đổi theo giống lúa Vỏ trấu với lớp bao phủ hạt lúa hình thành nên lớp cám (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) Vỏ hạt: nội biểu bì đến tầng trung lớp bên ngồi lớp biểu bì, màu đỏ trắng đục bọc xung quanh hạt (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) Nội nhũ: phần quan trọng hạt chiếm phần lớn nhất, chủ yếu glucid 90%, protein, vitamin (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) Phơi: nằm cuống hạt dính liền với nội nhũ (Mai Lề et al., 2009), có chứa tử diệp quan để biến đổi chất dự trữ nội nhũ thành chất dinh dưỡng nhằm cung cấp cho phát triển mầm Phơi hạt có protein, lipid, vitamin, đường hay enzyme khác (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) Màng lúa: chiều cao khoảng 1/3 vỏ hạt Tùy theo giống lúa có điều kiện canh tác có độ dài màng khác Màu sắc màng lúa có màu nhạt hồng vỏ trấu (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) 2.1.2 Thành phần dinh dưỡng Tùy theo điều kiện canh tác, giống lúa hay điều kiện đất đai mà thành phần dinh dưỡng hạt gạo khác Bảng 1 Bảng thành phần dinh dưỡng 100 hạt gạo (Nguồn Nguyễn Đức Lượng, 2004) Đơn Thành phần dinh vị dưỡng tính Hàm lượng/100g Thành phần Đơn dinh dưỡng tính Protein g Cellulose g 0,6 Tinh bột g 82 Nước g 10,2 Lipid (tổng số) g 0,8 Năng lượng Kcal vị Hàm lượng/100g 361 Nước: hạt thóc nước vừa dạng tự vừa dạng liên kết Chất lượng hạt lúa phụ thuộc vào lượng nước lượng nước giảm hạt lúa già (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) Protein: chủ yếu globulin glutelin, ngồi cịn có prolamin leucosin (Mai Lề et al., 2009) Lượng protein bị biến tính thối hóa dần lúc bảo quản Khi kết hợp với nước, protein trương nở thành thể keo (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) Lipid: chiếm 2% hàm lượng hạt (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004), chủ yếu tập trung phôi lớp aleuron (Mai Lề et al., 2009) Glucid: glucid hạt lúa gồm chủ yếu tinh bột, cịn có cellulose, đường, dextrin hemicellulose Tinh bột lúa tẻ có thành phần cấu tạo gồm amylose chiếm khoảng 17% amylopectin chiếm 83%, tinh bột lúa nếp amylopectin chiếm gần 100% mà khơng có amylose, mà nấu chín gạo nếp có phần dính dẻo so với gạo tẻ (Mai Lề et al., 2009) Vitamin: carotenoid, B6, PP, B1, B2, H, C, E (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) Amino acid: sản phẩm trung gian dùng để tổng hợp thủy phân protein (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) Enzyme: enzyme amylase: enzyme oxy hóa khử, α-amylase β-amylase, protease số enzyme khác (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) Amylase Exoamylase β-amylase Endoamylase γ-amylase Enzyme khử nhánh Khử trực tiếp α-dextrin 6-glucanohydrolase (pullulanase) α-amylase Khử gián tiếp oligo-1,6-glucosidase (transglucosylase) amylo 1,6-glucosidase Hình Các loại enzyme exoamylase endoamylase (Nguồn Nguyễn Đức Lượng, 2004) 2.4.3 Đặc tính chế hoạt động α-amylase α-amylase enzyme hydrolase xúc tác cho trình thủy phân liên kết 1,4α-glucoside, trong hợp chất liên quan đến ba nhiều phân tử glucose để tạo sản phẩm glucose maltos (P. Williams, in 2005; Ajita Sundarram et al., 2014) ưu tiên tách liên kết bên α-1,4 Ngồi ra, khơng thể thủy phân các liên kết α-1,6 trong amylopectin Các sản phẩm thu của amylase tác động lên tinh bột, gọi là dextrin, dimer glucose liên kết α-1,4 (maltose), cắt glucose liên kết α-1,4 (maltotriose) và oligosacarit phân nhánh từ đến đơn vị glucose có chứa hai liên kết α-1,6 α-1,4 (dextrin giới hạn) (Mark E. Lowe, in 2004) Trước đây, tinh bột thủy phân thành glucozơ phương pháp thủy phân với acid Tuy nhiên có hạn chế điều kiện nhiệt độ cao hoạt động có tính acid cao Những hạn chế khắc phục cách thủy phân tinh bột enzyme để thu siro fructose cao (Ajita Sundarram et al., in 2014) α-amylase enzyme có tầm quan trọng sản xuất siro glucose, siro fructose (α-amylase xúc tác bước trình này) nhờ trình thủy phân tinh bột (Ajita Sundarram et al., 2014) Đặc tính: 14 - Trọng lượng phân tử α-amylase malt 59.000dkDa (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) - Điểm đẳng điện vùng pH 4,2 – 5,7 (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) - Dễ tan nước, dung dịch muối rượu loãng (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) - Protein amylase có tính chất globuline tính acid yếu (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) - α-amylase metaloenzym Mỗi phân tử α-amylase chứa 1-30 nguyên tử gam Ca/mol (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004), góp phần tạo nên ổn định hình thành cấu trúc bậc enzym Khi bị tác động enzym phân giải protein tác nhân gây biến tính khác, Ca cịn có cơng dụng trì tồn cho enzyme Trường hợp Ca bị loại khỏi phân tử α-amylase, hoàn toàn bị hết khả thủy phân chất Các amylase khác chịu nhiệt so với α-amylase Đặc tính có lẽ liên quan đến hàm lượng Ca phân tử Bên cạnh cịn hoạt hóa anion: clorua, bromua, iotua florua, kim loại nặng ức chế amylase như: Cu 2+, Hg2+, Ag2+, (Mark E. Lowe, in 2004) - Tùy vào nguồn khác mà khả hoạt động điều kiện hoạt động αamylase khác (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) Ví dụ: pH tối thích cho hoạt động α-amylase từ malt đại mạch thóc nảy mầm 5,3 (hoạt động tốt từ khoảng pH 4,7 – 5,4) Cũng độ bền α-amylase nấm mốc tốt so với acid α-amylase malt Từ thấy pH tối thích α-amylase từ vi sinh vật khác so với α-amylase từ malt (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) - Tuy nhiên pH nhiệt độ hai yếu tố ảnh hưởng đến độ bền α-amylase (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) Ví dụ: Ở điều kiệu nhiệt độ 0°C pH=3,6, α-amylase malt bị hoạt tính hồn tồn Tuy nhiên nhiệt độ 58-60°C α-amylase mầm thóc malt hoạt động tốt Chính người ta thường đường hóa chất malt khoảng nhiệt độ từ 60-65°C để sản xuất rượu (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) Bảng Độ bền với nhiệt α-amylase từ malt (Nguồn Nguyễn Đức Lượng, 2004) Nhiệt độ Nhiệt độ (0C) Hoạt độ αamylase (%) so với ban đầu (0C) Hoạt độ αamylase (%) so với ban đầu 65 100 80 25 70 100 85 15 75 58 90 Cơ chế Hình Cơ chế tác động α-amylase lên tinh bột (Nguồn Nguyễn Đức Lượng, 2004) α-amylase không tác dụng lên tinh bột nguyên thể, tác dụng mạnh lên tinh bột hồ hóa Quá trình thủy phân xảy qua nhiều giai đoạn (Nguyễn Thị Hiền et al., 2012) - Trong tinh bột, enzyme phân cắt số liên kết tạo lượng lớn dextrin (phân tử thấp), dextrin tiếp tục bị thủy phân cho maltose glucose (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) - Amylose bị phân cắt thành polyglucose (6-7 gốc glucose) tác dụng αamylase, sau polyglucose (6-7 gốc glucose) tiếp tục phân cắt thành chuỗi ngắn dần tạo thành maltose, maltotriose, maltotetrose Nếu thời gian tác dụng dài hơn, amylose 13% glucose 87% maltose sản phẩm trình thủy phân (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) Tương tự cho α-amylase tác dụng lên amylopectin sản phẩm tạo thành 19% glucose, 72% maltose, bên cạnh có dextrin (phân tử thấp) 8% isomaltose α-amylase không cắt liên kết 1,6-glucoside mạch nhánh phân tử amylopectin (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) Các giai đoạn trình thủy phân tinh bột a-amylase: + Giai đoạn dextrin hóa: số liên kết phân tử chất bị thủy phân, tạo thành lượng dextrin, độ nhớt hồ tinh bột giảm nhanh (Nguyễn Thị Hiền et al., 2012) Tinh bột dextrin phân tử lượng thấp 16 + Giai đoạn đường hóa: dextrin tạo thành bị thủy phân, tiếp tục tạo dextrin phân tử thấp isomaltosa, glucose maltose (Nguyễn Thị Hiền et al., 2012) Dextrin tetra- trimaltose Amylose oligosaccharide di- monosaccharide polyglucose Maltose maltotriose maltotetrose α-amylase có khả dextrin hóa cao nên gọi α-amylase là: amylase dịch hóa amylase dextrin hóa (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) β-amylase β-amylase enzyme exo-hydrolase biết đến theo cách khác dạng 1, 4α-D-glucanmaltosehydrolase, glycogenase saccharogen amylase (Soumya Vaidya et al., in 2015) hoạt động từ đầu không nhân tạo polysacharide chuỗi cách thủy phân liên kết α-1, 4-glucan để tạo đơn vị maltose Vì khơng thể phân cắt liên kết nhánh polysaccharide phân nhánh glycogen amylopectin, nên thủy phân khơng hồn tồn đơn vị dextrin (Ajita Sundarram et al., 2014) Maltose tạo xúc tác βamylase có cấu hình β (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) β-amylase diện dạng không hoạt động trước nảy nầm, α-amylase protease xuất trình bắt đầu nảy mầm Amylase hạt ngũ cốc chìa khóa để sản xuất mạch nha (Ritu Saini et al., in 2017) Bên cạnh β-amylase phổ biến thực vật, đặc biệt hạt nảy mầm (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) - Ở ngũ cốc, β-amylase tham gia vào phân giải tinh bột trình nảy mầm hạt (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) - Ở lúa, β-amylase tổng hợp hạt suốt trình nảy mầm hạt nhiên hạt khơ khơng tổng hợp (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) - Ở lúa mạch, hạt khơ enzyme tích lũy suốt q trình phát triển hạt, chủ yếu liên kết với tinh bột hạt Khi dạng liên kết, enzyme phân tử có trọng lượng phân tử 64kDa, bị phân cắt protease phóng thích dạng tự có trọng lượng phân tử 59kDa (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) β-amylase sử dụng để nghiên cứu cấu trúc phân tử tinh bột glycogen, sản xuất nhiều phương pháp khác Trong công nghiệp, sử dụng để lên men, sản xuất bia chưng cất Ngồi cịn sử dụng để sản xuất xi-rơ có hàm lượng maltose cao (Ajita Sundarram et al., in 2014) 17 Đặc tính: - Trọng lượng phân tử β-amylase (ở dạng liên kết) malt 64kDa bị phân cắt protease (được phóng thích dạng tự do) malt 59kDa (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) - β-amylase bền với acid chịu nhiệt α-amylase (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) - β-amylase nhiệt độ 70°C bị bất hoạt (nhiệt độ hoạt động tối thích 55°C, pH 5,15,5) (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) - β-amylase không bền có Ca2+, β-amylase bị kìm hãm Cu2+, Hg2+, urea, iodoacetamide, iodin, ozon (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) - β-amylase albumin, tâm xúc tác có chứa nhóm -SH, nhóm -COOH vịng imidazol gốc histidine enzym ngoại bào (exoenzym) (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) Cơ chế: Hình Cơ chế tác động α-amylase lên tinh bột (Nguồn Nguyễn Đức Lượng, 2004) Các nhánh chất tiến trình phân giải đầu khơng khử βamylase phân cắt liên kết α-1,4 glucoside gặp liên kết α-1,4 glucoside đứng kế cận liên kết α-1,6 glucoside ngừng tác dụng Phần polysaccharide lại gọi β-dextrin dextrin phân tử lớn có chứa nhiều liên kết α-1,6 glucoside (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) Tác dụng β-amylase lên tinh bột sau: Tinh bột maltose (54-58%) + β-dextrin (42-46%) Tinh bột bị thủy phân đến 95% trường hợp α β-amylase thuỷ phân đồng thời (Nguyễn Đức Lượng et al., 2004) 18 ...TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THU? ??T – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA CƠNG NGHỆ SINH HĨA – THỰC PHẨM - - THỰC TẬP THỰC TẾ CHUYÊN ĐỀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM TÌM HIỂU ENZYME AMYLASE ĐƯỢC THU NHẬN TỪ THỰC VẬT Giảng viên... súc, chất tẩy rửa, công nghệ dệt, giấy , (Paula Monterio de Souza et al., in 2010) Đề tài ? ?Tìm hiểu enzyme amylase thu nhận từ thực vật? ?? thực để hiểu rõ số hoạt tính enzyme amylase điều kiện trích... bánh mì 17 3.3 Enzyme amylase công nghiệp tẩy rửa 17 3.4 Enzyme amylase công nghiệp etanol .18 3.5 Enzyme amylase công nghiệp dệt giấy 18 3.6 Enzyme amylase ứng dụng lâm