ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT SINH HỌC ĐỀ TÀI: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ENZYME AMYLASE

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT SINH HỌC ĐỀ TÀI: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ENZYME AMYLASE LỜI MỞ ĐẦU Enzyme amylase là một trong những enzyme được quan tâm nghiên cứu sớm và nhiều nhất hiện nay. Các ứng dụng của enzyme trong nhiều lĩnh vực khác nhau ngày càng được quan tâm nghiên cứu. Ngoài những ứng dụng tiêu biểu được trình bày ở trên, enzyme amylase còn có ứng dụng trong sản xuất giấm, bột ngọt, bánh kẹo, nước trái cây… Ngày nay người ta đang nghiên cứu các nguồn amylase có chất lượng cao và có thể sản xuất theo quy mô công nghiệp đồng thời khắc phục những hạn chế của các phương pháp sản xuất tạo enzyme amylase năng suất cao. Ở Việt Nam bước đầu đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng enzyme amylase trong chế biến nông sản, thực phẩm, nhất là trong lĩnh vực sản xuất bia, rượu, chế biến tinh bột. Hiện nay, αamylase là một trong những enzyme được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp thực phẩm, chăn nuôi thú y, chẩn đoán bệnh…Trong công nghiệp thực phẩm, αamylase đóng vai trò đặc biệt quan trọng Thông qua sự thủy phân tinh bột, αamylase tạo ra những sản phẩm có giá trị dinh dưỡng như dextrin, maltose, glucose… Trước đây, người ta thu nhận αamylase từ malt là chủ yếu. Ngày nay, với nền công nghiệp phát triển mạnh kéo theo nhu cầu về αamylase tăng cao nên việc áp dụng những kỹ thuật tiến bộ trong nuôi cấy vi sinh vật để thu dễ dàng hơn với lượng lớn αamylase là rất cần thiết

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC – CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Bộ mơn Cơng nghệ sinh học ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT SINH HỌC ĐỀ TÀI: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT ENZYME AMYLASE Sinh viên thực : Cấn Văn Luật MSSV : 20190349 Lớp : KTSH 01-K64 Giáo viên hướng dẫn : Hà Nội, 10/1/2023 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .5 1.1 Giới thiệu sản phẩm 1.1.2 Nguồn gốc 1.1.3 Phân loại enzyme amylase Chương : Lựa chọn thuyết minh dây chuyền 17 2.1.Công nghệ sản xuất amylase 17 2.2.Nguyên liệu sản xuất .18 2.2.1.Từ động vật .21 2.2.2Từ Môi trường nuôi cấy vi sinh vật 21 2.3 Giống vi sinh vật 23 2.3.1 Vi sinh vật sản xuất enzyme Amylase 23 2.3.2 Đặc điểm sinh lý, dinh dưỡng chế tổng hợp sản phẩm trao đổi chất 24 2.4 Nguyên liệu sử dụng sản xuất enzyme amylase 28 2.5 Thiết bị quy trình sản xuất 29 2.5.1: Tiệt trùng .29 2.5.2 Trộn giống 30 2.5.3: Lọc khung .31 2.5.4: Lọc (lọc lần 2) sử dụng màng siêu lọc 32 2.5.5 Băng chuyền lăn .32 2.6 Thuyết minh quy trình cơng nghệ sản xuất enzyme amylase phương pháp nuôi cấy bề mặt 34 2.6.1: Xử lý nguyên liệu 36 2.6.2: Chuẩn bị giống .36 2.6.3: Trộn giống .36 2.6.4 Nuôi cấy 36 2.7 Thu nhận emzyme 37 2.7.1 Trích ly enzyme .37 2.7.2 Lọc (lọc lần 1) 38 2.7.3: Sử dụng màng siêu lọc UF 38 Chương : Sơ đồ quy trình cơng nghệ 38 LỜI MỞ ĐẦU Enzyme amylase enzyme quan tâm nghiên cứu sớm nhiều Các ứng dụng enzyme nhiều lĩnh vực khác ngày quan tâm nghiên cứu Ngoài ứng dụng tiêu biểu trình bày trên, enzyme amylase cịn có ứng dụng sản xuất giấm, bột ngọt, bánh kẹo, nước trái cây… Ngày người ta nghiên cứu nguồn amylase có chất lượng cao sản xuất theo quy mô công nghiệp đồng thời khắc phục hạn chế phương pháp sản xuất tạo enzyme amylase suất cao Ở Việt Nam bước đầu có nhiều nghiên cứu ứng dụng enzyme amylase chế biến nông sản, thực phẩm, lĩnh vực sản xuất bia, rượu, chế biến tinh bột Hiện nay, α-amylase enzyme sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực công nghiệp thực phẩm, chăn ni thú y, chẩn đốn bệnh…Trong cơng nghiệp thực phẩm, α-amylase đóng vai trị đặc biệt quan trọng Thông qua thủy phân tinh bột, α-amylase tạo sản phẩm có giá trị dinh dưỡng dextrin, maltose, glucose… Trước đây, người ta thu nhận α-amylase từ malt chủ yếu Ngày nay, với công nghiệp phát triển mạnh kéo theo nhu cầu α-amylase tăng cao nên việc áp dụng kỹ thuật tiến nuôi cấy vi sinh vật để thu dễ dàng với lượng lớn αamylase cần thiết CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu sản phẩm 1.1.1 Enzyme Amylase Amylase loại enzyme cần thiết cho hệ tiêu hóa, thuộc nhóm enzyme thủy phân Alpha-amylase (α-amylase) dạng chủ yếu của enzyme amylase, được tìm thấy người động vật có vú khác, giúp thủy phân liên kết alpha polysaccharide tinh bột glycogen, tạo chất đơn giản glucose maltose Alpha-amylase có mặt hạt thực vật sử dụng tinh bột loại lượng dự trữ, vi khuẩn chất tiết số loại nấm Ở người, enzyme amylase có nước bọt (hay gọi ptyalin) dịch tiết của hệ tiêu hóa Amylase enzyme có nhiều ứng dụng ngành công nghiệp, y tế nhiều lĩnh vực kinh tế khác, đặc biệt ngành công nghiệp thực phẩm Amylase hệ Enzyme phổ biến giới sinh vật Các Enzyme thuộc nhóm Enzyme thủy phân, xúc tác phân giải liên kết nội phân tử nhóm polysaccharide với tham gia nước RR’ + H-OH → RH + R’OH Amylase thủy phân tinh bột, glycogen dextrin thành glucose, maltose dextrin hạn chế Các Enzyme Amylase có nước bọt (cịn gọi ptyalin), dịch tiêu hóa người động vật, hạt nảy mầm, nấm sợi, xạ khuẩn, nấm men vi khuẩn Trong nước bọt người có số lồi động vật có vú khơng có ngựa, chó, mèo Ptyalin bắt đầu thủy phân tinh bột từ miệng q trình hồn tất ruột non nhờ Amylase tuyến tụy (còn gọi amylopsin) Amylase malt thủy phân tinh bột lúa mạch thành disaccharide làm chất cho trình lên men nấm men Amylase loại Enzyme ứng dụng rộng rãi công nghiệp, y tế, nhiều lĩnh vực kinh tế khác, đặc biệt ngành công nghiệp thực phẩm 1.1.2 Nguồn gốc Năm 1814 : Kirchoff, Saint Petercburg chứng minh hạt lúa mạch nảy mầm có tác dụng chuyển hóa tinh bột thành đường nhiệt độ từ 4000C – 6000C Năm 1833 : Payen Perso (Pháp) thêm cồn vào dịch chiết này, thu kết tủa có khả phân giải tinh bột thành đường, đặt tên Diastase (xuất phát từ tiếng Hy Lạp, diastatics, có nghĩa phân giải, Amylase) Sau theo đề nghị Duclo, Enzyme phân giải tinh bột gọi Amylase Năm 1851 : Leuchs phát nước bọt có khả phân giải tinh bột thành đường Sau đó, Enzyme Amylase nước bọt, dịch tiêu hóa người động vật, hạt nảy mầm, nấm mốc, nấm men vi khuẩn bắt đầu quan tâm nghiên cứu Năm 1862 : Danilevxki tách Amylase tuyến tụy phương pháp hấp thụ chọn lọc Năm 1949 : Schwimmer xác định số chu chuyển α-Amylase 19000 Năm 1950 : Englard Singer cho biết số chu chuyển b-Amylase 250000 Đến năm 1952 : người ta thu 72 Enzyme trạng thái kết tinh có Enzyme α-Amylase Năm 1971 : Uxtinilov cộng phương pháp điện di gel poliacrylamid xác định có mặt lượng lớn α-Amylase glucoamylase canh trường nấm mốc lượng nhỏ phân đoạn có hoạt lực dextrinase transglucosilase Hiện nước giới sản xuất hàng trăm chế phẩm Enzyme, Nhật nước có truyền thống lâu đời nhất, sau đến Anh, Pháp, Mỹ, Đan Mạch, Thụy Điển, đặc biệt hãng Novo Đan Mạch hãng sản xuất Enzyme tiếng giới Bên cạnh năm gần nước Đông Âu Trung Quốc bắt đầu nghiên cứu sản xuất Enzyme Nếu Tây Âu mạch nha từ lúa mạch nguồn Enzyme chủ yếu cho việc chuyển hóa tinh bột thành đường, Viễn Đơng Amylase thường sản xuất từ nấm mốc môi trường nuôi cấy loại ngũ cốc có chứa tinh bột Như hãng Novo có nhiều chế phẩm Enzyme Amylase sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp như: Công nghiệp sản xuất rượu bia, công nghiệp sản xuất bột giặt, công nghiệp giấy… 1.1.3 Phân loại enzyme amylase Hình 1.1 Các loại enzyme endoAmylase exoAmylase Hiện nay, có sáu loại Enzyme Amylase xếp vào nhóm: Endoamylase ( Enzyme nội bào ) Exoamylase ( Enzyme ngoại bào ) - Endoamylase : gồm có α-Amylase (EC 3.2.1.1) nhóm Enzyme khử nhánh Nhóm Enzyme khử nhánh chia thành hai loại: khử trực tiếp pullulanase ( hay α-dextrin 6-glucanohydrolase ) (EC 3.2.1.41); khử gián tiếp transglucosylase (hay oligo-1,6-glucosidase) (EC 3.2.1.20) amylo-1,6-glucosidase (EC 3.2.1.10) Các Enzyme thủy phân liên kết bên chuỗi polysaccharide - Exoamylase Đây Enzyme thủy phân tinh bột tử đầu không khử chuỗi polysaccharide Nhóm gồm có: + β-Amylase (EC 3.2.1.2) + Amyloglucosidase (glucoamylase hay γ-Amylase) (EC 3.2.1.3)  Sự khác biệt loại Enzyme Amylase: - Các loại Enzyme Amylase khơng khác đặc tính mà cịn khác pH hoạt động tính ổn định với nhiệt - Tốc độ phản ứng Amylase phụ thuộc vào pH, nhiệt độ, mức độ polyme hóa chất Các Enzyme Amylase có nguồn gốc khác có tính chất, chế tác dụng sản phẩm cuối trình thủy phân khác - Amylase có nguồn gốc khác có thành phần, tính chất, nhiệt độ hoạt động, pH tối ưu đặc điểm thủy phân khác 1.1.3.1 Enzyme α-Amylase (α-1,4-glucanohydrolase) (EC 3.2.1.1) α-amylase (α-1,4-glucan-4-glucanohydrolase) thuộc họ endo-amylase xúc tác trình thủy phân ban đầu tinh bột thành oligosaccharides ngắn thông qua việc phân cắt α-D-1,4 glycozit, tìm thấy vi sinh vật, thực vật sinh vật bậc cao Sản phẩm cuối trình thủy phân α-amylase oligosaccharides có độ dài khác với cấu hình dextrin giới hạn, tạo thành hỗn hợp maltose, maltotriose phân nhánh oligosaccharides 6-8 glucose đơn có chứa hai mối liên kết α-1,4 và α-1,6 a Cấu tạo Enzyme α-Amylase protein có phân tử lượng thấp, thường nằm khoảng 50.000 đến 60.000 Dal Có số trường hợp đặc biệt α-Amylase từ lồi vi khuẩn Bacillus macerans có phân tử lượng lên đến 130.000 Dal Đến người ta biết rõ chuỗi acid amin 18 loại α-Amylase có loại α-Amylase takaAmylase từ Apergillus oryzae α-Amylase tụy lợn nghiên cứu kỹ hình thể khơng gian cấu trúc bậc Mới nghiên cứu tính đồng chuỗi mạch acid amin vùng kị nước cho thấy chuỗi mạch acid amin tất Enzyme α-Amylase có cấu trúc bậc tương tự Hinh 1.2: Cấu trúc không gian α-Amylase b) Cơ chế tác dụng α-Amylase α-Amylase từ nguồn khác có nhiều điềm giống α-Amylase có khả phân cắt liên kết α-1,4-glucoside nằm phía bên phân tử chất (tinh bột glycogen) cách ngẫu nhiên, không theo trật tự α-Amylase không thủy phân hồ tinh bột mà thủy phân hạt tinh bột nguyên song với tốc độ chậm Quá trình thủy phân tinh bột α-Amylase trình hai giai đoạn: + Giai đoạn đầu (giai đoạn dextrin hóa): Chỉ số phân tử chất bị thủy phân tạo thành lượng lớn dextrin phân tử thấp (α-dextrin ), độ nhớt hồ tinh bột giảm nhanh (các amylose amylopectin bị dịch hóa nhanh) + Giai đoạn (giai đoạn đường hóa): Các dextrin phân tử thấp tạo thành bị thủy phân tiếp tục tạo tetra-trimaltose không cho màu với iodine Các chất bị thủy phân chậm α-Amylase disaccharide monosaccharide Dưới tác dụng αAmylase, amylose bị phân giải nhanh thành oligosaccharide gồm - gốc glucose (vì vậy, người ta cho α-Amylase ln phân cắt amylose thành đoạn - gốc glucopiranose 1)