đề tài khảo sát ảnh hưởng của việc sử dụng chế phẩm enzyme amylase đến tốc độ thủy phân tinh bột trong quá trình lên men rượu nếp than

Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến khả năng thuỷ phân của enzyme glucoamylase ...--- 29 Hình 23.. Khảo sát ảnh hưởng của việc sử dụng chế phẩm enzyme glucoamylase

TRUONG DAI HQC CAN THO KHOA NONG NGHIEP & SINH HOC UNG DUNG

BO MON CONG NGHE THUC PHAM

5 CO ae

DAM THI HAI YEN

KHAO SAT ANH HUONG CUA VIEC SU DUNG CHE PHAM ENZYME AMYLASE DEN TOC DO THUY PHAN TINH BOT TRONG QUA TRINH

LEN MEN RUQU NEP THAN

LUAN VAN TOT NGHIEP KY SU

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THUC PHAM

Mã ngành: 08

Người hướng dẫn Th.S BÙI THỊ QUỲNH HOA

NĂM 2007

tập và nghiên cứu sau hơn 12 tuần tại phòng thí nghiệm bộ môn Công nghệ thực phẩm

— Khoa Nong Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng - Trường Đại học Cần Thơ Những thành quả mà tôi đạt được hôm nay chính là nhờ vào sự giúp đỡ tận tình của gia đình,

Thầy Cô và bạn bè Chính điều này đã thao thức lòng biết ơn vô hạn trong tôi

Tôi kính gởi lòng biết ơn chân thành đến:

- Cha mẹ đã nuôi dạy, động viên khuyến khích và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho con trong suốt quá trình học tập cũng như trong cuộc sống

- Toàn thể quý Thầy Cô trường Đại Học Cần Thơ và đặc biệt là quý Thầy Cô

trong Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng đã tận tình truyền đạt những kiên thức quý báu cho em trong suôt những năm tháng học tập tại trường

- Cô Bùi Thị Quỳnh Hoa đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ em trong

suôt thời gian thực hiện đê tài

- Quý Thầy Cô phòng thí nghiệm bộ môn Công nghệ thực phẩm và thư viện

Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng đã tạo điêu kiện thuận lợi cho em thực hiện đê tài luận văn tôt nghiệp

- Các bạn lớp Công nghệ thực phẩm khóa 28 đã giúp đỡ, đóng sop y kién, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi dé tôi hoàn thành đề tài luận văn tốt nghiệp của mình

Kính chúc tất cả quý Thầy Cô và các bạn thành đạt trong công việc và cuộc sông

Cần Thơ, ngày 28 tháng 05 năm 2007

Sinh viên thực hiện

DAM THI HAI YEN

MUC LUC

Trang LOT CAM 8 oo eee eeeeseeeceesceeseceseeeeecseceseeenecsaeeseesaecsaeeseceaecaeseeeaeceaeeeeeeeeaeseneseeeeaees i

MU LUC oo eee eeceeceeseesseesceeseceneeeecseceseenecaeeeseesaecsaeeseeeneceaeseeeaeceaeeeaeeeeeaeseneseeeeaees 1 Danh sách bảng . - 1S 11 2n TH TH TH HH Hư v Danh sách hình - - 6S 2S 3121212121 9121 9 H1 TH HH g1 HH ưư vii TOM tat x

CHUONG I DAT VAN DE

LeD DBE VAN G6 oe eeeececccccsssssssssssnnnneeeseesseceeeesessssnssssunnsnseesssesesceseesssssnssnnnnseeseeess 1

1.2 Muc ti@u nghién COU cecececcesesessescseeecseeeeecseseescseeecsesessesesecseeeeesseeeeseeesaees 1

CHUONG II LUGC KHAO TAI LIEU

2.1 Nguyên liệu dùng trong sản xuất rượu nếp than -2 ¿czz+cs2 2

2.3 Lý thuyết lên men rượu -2-¿++++++£+Ex++E+++tEx++EExttrketrkeerrxrrrrerrrk 15

2.3.1 Khái quát quá trình lên men rượu

2.3.2 Cơ sở lý luận của quá trình lên men rượu - «+ s=+s++s++s++s+ss+ 16

ii

2.4 Quy trình công nghệ sản xuất rượu nếp than

2.4.1 Qui trình sản xuất rượu nếp than ¿-+22+z+22++++tzxzrzrrxrrrrrree 21 2.4.2 Thuyết mỉnh qui trình . -2- 2s ++++++2+x++E+++++x£++xtzrxeerxeerrxerrree 22 CHUONG III PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Phuong tign nghién COU 24

3.1.1 Thời gian dia Gidm.o e.ccecccccssssssssessssessssesssecssessssecssscsssecsseccssecsseeessecssecesse 24

3.1.4 Hoá chất sử dụng

3.2 Phương pháp nghiên CỨU . - + + +2 *+x*EEkE*E SE xxx ng ni 25

3.2.1 Phương pháp lấy mẫu 2-+¿©+++©+x++E+++tExESEEEtrrxeerkeerrkrrrree 25

3.2.2 Phương pháp phân tích . - + + xxx vn ng ngư 25

3.3 Nội dung và bồ trí thí nghiệm - 2£ ++z+E++++Ex++EEEtEExetrxxerrxrrrrerrrk 27

3.3.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme glucoamylase

bổ sung đến hiệu suất thu hồi rượu + + £xt£EetEvrkerxerxrrxrrx 27 3.3.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và pH

đến khả năng thuỷ phân của enzyme glucoamylase - 29 3.3.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát thời diém bé sung enzyme glucoamylase 30

CHƯƠNG IV KÉT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme glucoamylase bổ sung đến hiệu suất thu hồi

"o0 32

4.1.1 Biến đổi hàm lượng chất khô hòa tan 2-©22222+zz+czxrrrrvsee 32

4.1.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến nồng độ rượu và hiệu suất thu hồi rượu 36

4.1.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến mật độ quang A (màu sắc)

11

4.1.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến cảm quan của sản phâm - 39 4.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhệt độ và pH đến khả năng thủy phân

của enzyme glucOaimyÏaSe ¿- c5 5+ S* St steterrrerrrrrree 40

4.2.1 Biến đổi hàm lượng chất khô hòa tan 2- 22 ©2+e+£rxeerxerrscee 40

' Lo n na 44

4.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến nồng độ rượu

và hiệu suất thu hồi rượu 6 ty 16 0.3% enzyme -¿-c5+ 46

4.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH

đến mật độ quang A (màu sắc) của sản phẩm ở tỷ lệ 0.3% enzyme 49

4.2.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH

đên cảm quan của sản phâm ở tỷ lệ 0.3% enzyme -+5+-ss+ 51

4.3 Khảo sát thời điểm bổ sung enzyme glucoamylase - 52

4.3.1 Biến đổi hàm lượng chất khô hòa tan

4.3.3 Ảnh hưởng của thời điểm bổ sung enzyme đến nồng độ rượu

và hiệu suất thu hồi ở tỷ lệ enzyme 0,3%, nhiệt độ 35 - 38°C va pH = 5,6 54

4.3.4 Ảnh hưởng của thời điểm bổ sung enzyme đến mật độ quang A (màu sắc) của sản phẩm ở tỷ lệ enzyme 0,3%, nhiệt độ 35 - 38°C và pH = 5,6 57 4.3.5 Ảnh hưởng của thời điểm bổ sung enzyme đến cảm quan của sản phẩm

Trang Bảng 1 Thanh phan h6a hoc ctia gao nép than c ccscsecsssessssesssessssessseesssecesseesseees 2

Bảng 2 Giới hạn hàm lượng muối trong nước -2- ¿++++++++zxzzzx 6

Bang 3 Tỉ lệ amylose và amylopectin của các loại hạt - «-«+s=+s<+ 8 Bang 4 Kha nang chiu nhiét cla enzyme amylase

trong vi khuẩn, malt đại mạch và nấm mốc 2- 2-2 2++2zsz2 e2 10

Bảng 5 Thống kê biến đổi hàm lượng chất khô hoà tan (độ Brix)

ở các tỷ lệ enzyme khác nha - + + + + + +#+*£+*£+££x£+x£ex£eersererse 33

Bảng 6 Thống kê biến đổi pH ở các tỷ lệ enzyme khác nhau - 34 Bảng 7 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme dén nồng độ rượu và hiệu suất thu hồi 36

Bảng 8 Thống kê ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme

đến mật độ quang A (màu sắc) của sản phẩm ¬ & 38 Bảng 9 Thống kê ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến cảm quan của sản phẩm 39

Bảng 10 Thống kê biến đổi hàm lượng chất khô hòa tan (độ Brix)

ở tỷ lệ enzyme 0,3% theo nhiệt độ, pH và thời gian lên men 41

Bảng 11 Thống kê biến đổi pH ở tỷ lệ enzyme 0,3%

theo nhiệt độ, pH và thời gian lên men . - + + «+ £+xzv+sezxzseex 44 Bảng 12 Thống kê ảnh hưởng của nhiệt độ và pH

đến nồng độ rượu ở tỷ lệ enzyime (,,3'% - + + 5+ +x+sE#veerseeereeeerxrs 46 Bảng 13 Thống kê ảnh hưởng của nhiệt độ và pH

đến hiệu suất thu hồi rượu ở tỷ lệ enzyme 0,3% -¿ +- 47

Bảng 14 Thống kê ảnh hưởng của nhiệt độ và pH

đến thể tích dịch sau lên men ở tỷ lệ enzyme 0,3%%6 . - 4

Bang 15 Ảnh hưởng của nhiệt độ va pH

đến mật độ quang A (màu sắc)của sản phẩm ở tỷ lệ enzyme 0,3%

Bảng 16 Thống kê ảnh hưởng của nhiệt độ và pH

đến cảm quan của sản phẩm ở tỷ lệ 0,32 enzyme -¿-¿ 52 51

Bảng 17 Biến đổi hàm lượng chất khô hoa tan (Brix) 6 tỷ lệ enzyme 0,3%,nhiét

d6 35 - 38°C, pH = 5,6 theo thdi diém bé sung enzyme va thời gian lên men 52

Bảng 18 Thống kê biến đổi pH ở tỷ lệ enzyme 0,3%, nhiệt độ 35 - 38°C,

pH =5,6 theo thời điểm bổ sung enzyme và thời gian lên men 54 Bảng 19 Ảnh hưởng của thời điểm bổ sung enzyme đến nồng độ rượu

và hiệu suất thu hồi ở tỷ lệ enzyme 0,3%, nhiệt độ 35 - 38°C va pH = 5,6 55

Bảng 20 Thống kê ảnh hưởng của thời điểm bổ sung enzyme

đến mật độ quang A (màu sắc) của sản phẩm ở tỷ lệ enzyme 0,3%,

nhiệt độ 35 - 38°C và pH = 5,6 -¿-©2222+2E2Ee2EEEErrrrrrrrrkee 58

Bảng 21 Thống kê ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến cảm quan của sản phẩm 59

vi

Trang Hình 1 Nắm men SACChHAVOMYCES CCTEVISIAE S5 << SE Bekeeeeereee 4 Hình 2 Cấu tạo tế bào nắm men 'SqCCHAŒTOTHIVCS 5c S5 S*kVSseEeeeeeeeeee 4

Hình 3 Một số nấm mốc thường gặp -2 2+©2++2+++tvzrerrrrrerrrrcee 5

Hình 4 Sơ đồ phân loại enzyme amylase 2- ¿2 +£++++xxe+rxesrreerrs 7 Hình 5 Cấu tạo phân tử Amylose -2+©22+z+22++2EEEEvtCrrrerrrrrrrrrrrrrrrrcee 9 Hình 6 Cấu tạo phân tử Amylopectine -¿ 2 ++©+++++++rx+erxxevrxesrreerrs 9 Hình 7 Cơ chế tác dụng của enzyme œ-amylase lên mach tinh bột 10 Hình 8 Cơ chế tác dụng của enzyme B-amylase lên mạch tỉnh bột 11 Hình 9 Cơ chế cắt của enzyme amylase lên mạch tỉnh bột -s 12

Hình 10 Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đến hoạt tính enzyme - 13 Hình 11 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến tốc độ phản ứng 13 Hình 12 Chất kìm hãm cạnh tranh -22-2+22E+++22E+++t2+z++tzxzr+rzzrcee 14 Hình 13 Chất kìm hãm không cạnh tranh . -2-2+z+z22+zz+c2+c+z 14 Hình 14 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng enzyme 15

Hình 15 Ảnh hưởng của pH đến tốc độ phản ứng enzyme

Hình 16 Qui trình công nghệ sản xuất rượu nếp than 2- ¿+2 ©s++s 22

Hình 17 Nguyên liệu dùng trong sản xuất rượu nếp than -s 24

Hinh 18 CA 800 8 25 Hình 19.Thiết bị đo pH 2 222-©22++2222+2EEEESEEEErEEEEErErErrrrrrrrrrrrrrrrrrrcee 25 Hình 20.Thiết bị đo độ hấp thụ màu 2¿©+2©22+++2Cv+rvtrrrrrrrrrrerrrrcee 25

Hình 21 Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ

enzyme glucoamylase bổ sung đến hiệu suất thu hồi rượu - 28

vii

Hình 22 Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và pH

đến khả năng thuỷ phân của enzyme glucoamylase . - 29

Hình 23 Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời điểm bổ sung

enzyme glucoamylase đến khả năng thuỷ phân -¿- ¿+ 31

Hình 24 Đồ thị biểu điễn sự thay đổi hàm lượng chất khô hòa tan (độ Brix)

theo tỷ lệ enzyme và thời gian lên men + «+ + s£+s£++++sx+++sez+ 33

Hình 25 Đồ thị biểu điễn sự thay đổi pH theo tỷ lệ enzyme và thời gian lên men 35 Hình 26 Đồ thị biểu điễn ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến nồng độ rượu 36 Hình 27 Đồ thị biểu điễn ảnh hướng của tỷ lệ enzyme

đến hiệu suất thu hồi rượu (ml rượu/100g gạo)

Hình 28 Đồ thị biểu điễn ảnh hướng của tỷ lệ enzyme

đến mật độ quang A của sản phẩm TH 10 1 H1 TT HT ng TH TH ng TH ng gu cry 38 Hình 29 Sản phẩm ở các tỷ lệ enzyme khác nhau . -2- ¿+2 + 40

Hình 30 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hàm lượng chất khô hòa tan (độ Brix) ở tỷ lệ

enzyme 0,3% và nhiệt độ phòng thí nghiệm theo pH và thời gian lên men 41

Hình 31 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hàm lượng chất khô hòa tan (độ Brix)

ở tỷ lệ enzyme 0,3% và nhiệt độ 35 - 38°C theo pH va thoi gian lén men .42

Hình 32 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hàm lượng chất khô hòa tan (46 Brix)

ở tỷ lệ enzyme 0,3% và nhiệt độ 50 - 55°C theo pH va thoi gian lén men .42

Hình 33 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi pH ở tỷ lệ enzyme 0,3%

và nhiệt độ phòng thí nghiệm theo pH và thời gian lên men 44

Hình 34 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi pH ở tỷ lệ enzyme 0,3%

và nhiệt độ 35 - 38°C theo pH và thời gian lên men

Hình 35 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi pH ở tỷ lệ enzyme 0,3%

và nhiệt độ 50 - 55°C theo pH và thời gian lên men - 45

Hình 36 Đồ thị biểu điễn ảnh hưởng của nhiệt độ và pH

viii

Hình 37 Đồ thị biểu điễn ảnh hưởng của nhiệt độ và pH

đến hiệu suất thu hồi rượu ở ty 16 enzyme 0,3% -. +s+++ 48

Hình 38 Đồ thị biểu điễn ảnh hưởng của nhiệt độ và pH

đến mật độ quang A của sản phẩm ở tỷ lệ enzyme 0,3% 50 Hình 39 Sản phẩm thu được ở các điều kiện nhiệt độ và pH khác nhau 52 Hình 40 Đồ thị biểu điễn sự thay đổi hàm lượng chất khô hòa tan (độ Brix)

ở tỷ lệ enzyme 0,3%, nhiệt độ 35 - 38°C, pH = 5,6

theo thời điểm bổ sung enzyme và thời gian lên men -. s 53

Hình 41 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi pH ở ty 16 enzyme 0,3%, nhiệt độ

35 - 38°C, pH = 5.6 theo thời điểm bổ sung enzyme va thời gian lên men 54

Hình 42 Đồ thị biểu điễn ảnh hưởng của thời diém bé sung enzyme

đến nồng độ rượu ở tỷ lệ enzyme 0,3%, nhiệt độ 35 - 38°C và pH = 5,6 56

Hình 43 Đồ thị biểu điễn ảnh hưởng của thời điểm bé sung enzyme đến

hiệu suất thu hồi rượu ở tỷ lệ enzyme 0,3%, nhiệt độ 35 - 38°C và pH = 5,6 56

Hình 44 Đồ thị biểu điễn ảnh hưởng của thời diém bé sung enzyme

đến mật độ quang A (màu sắc) của sản phẩm ở tỷ lệ enzyme 0,3%,

nhiệt độ 35 - 38°C và pH = 5,6 -¿- 2++©+e+2+EtEExeerrxrrrkrerrerrrs 58

Hình 45 Sản phẩm ở các thời điểm bổ sung enzyme khác nhau 60

Hình 46 Quy trình sản xuất rượu nếp than đề nghị -2 -2+-©+c25c+£ 62

TOM TAT

Với quy trình lên men rượu nếp than theo phương pháp cổ truyền thì đạt được hiệu suất thu hồi rượu không cao Do đó đề cải tiến quy trình lên men rượu nếp than nhằm đạt được hiệu suất thu hồi Tượu cao hơn, chúng tôi tiến hành bổ sung vào khối lên men enzyme glucoamylase có nguồn gốc từ vi sinh vật

Khảo sát ảnh hưởng của việc sử dụng chế phẩm enzyme glucoamylase dén tốc độ thủy phân tinh bột trong quá trình lên men rượu nếp than được thực hiện thông qua 3 thí nghiệm sau:

1 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme glucoamylase bổ sung đến hiệu suất thu hôi rượu

2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến khả năng thuỷ phân của enzyme glucoamylase

3 Khao sat thoi diém bé sung enzyme glucoamylase

Qua thời gian tiến hành nghiên cứu, kết quả đạt được như sau:

` +Ở tỷ lệ 0,3% enzyme cho kết quả tốt nhất: nồng độ rượu đạt 920, hiệu suất thu hôi đạt 29,2 (ml rượu/100g gạo), rượu có mùi thơm và hậu vị vừa phải nhưng chưa hoàn toàn hòa hợp

4 Oty 1é 0,3% enzyme khi kết hợp với các điều kiện nhiệt độ và pH thích hợp thì hiệu suất thu hồi rượu đã tăng lên đáng kẻ Ở nhiệt độ 35 - 38°C và pH = 5,6 cho kết quả tốt: nồng độ rượu đạt được là 9,7”, hiệu suất thu hồi đạt 31,9 (ml rượu/100g

gạo), rượu có mùi thơm dịu, hậu tốt và hoàn toàn đặc trưng cho sản phẩm

40 thoi diém bổ sung enzyme vào thời điểm 1 ngày sau đường hóa cho nồng độ

và hiệu suât thu hôi rượu cao: nông độ rượu đạt được là 10,79, hiệu suất thu hồi đạt 37.2 (ml rượu/100g gạo), rượu có mùi thơm dịu, hậu vừa phải và đặc trưng cho sản phâm

Từ các kết quả thu nhận được ta thấy khi tiến hành lên men rượu với điều kiện bổ

sung 0,3% enzyme glucoamylase vao ngày thứ nhất, ở nhiệt độ 35 - 38°C và pH = 5,6 thì sẽ đạt được hiệu suất thu hồi rượu cao hơn rất nhiều so với phương pháp lên men

cổ truyền là không có bỗ sung enzyme

CHƯƠNG I ĐẶT VẤN ĐÈ

1.1 DAT VAN DE

Rượu cổ truyền từ lâu đã là niềm tự hào dân tộc của nhiều quốc gia trên thế giới Người ta không chỉ biết đến hương vị độc đáo đặc trưng của nó, mà thông qua cách thưởng thức rượu cổ truyền dân tộc có thê tìm về cội nguôn văn hóa của dân tộc mình

Ở Việt Nam rượu cỗ truyền đo các làng nghề và dân tự làm ra với sản lượng, đáng kể Nhiều làng nghề chuyên sản xuất rượu ngon nỗi tiếng như rượu Làng Vân Bắc Siang, rượu San Lùng Lào Cai, rượu Gò đen Tiền Giang, rượu nếp than của người Kinh

Ngoài các rượu làng nghề có chất lượng cao thì phần lớn là rượu dân tự làm ra, do

trình độ công nghệ còn kém và thiết bị sản xuất thô sơ nên còn rất nhiều độc tố, tạp chất có ảnh hưởng xấu tới sức khỏe của người tiêu dùng Mặt khác hiệu xuất thu hồi rượu thấp, hao phí nguyên vật liệu lớn dẫn đến hiệu quả sản xuất chưa cao Nhằm kết hợp hài hòa giữa công nghệ cổ truyền và kỹ thuật hiện đại để sản xuất những loại rượu đặc sản có tính chất đặc trưng cho từng vùng, đề tài luận văn này sẽ tập trung nghiên cứu việc ứng dụng chế phẩm enzyme amylase dé day nhanh tốc độ thuỷ phân tỉnh bột trong quá trình lên men rượu nệp than - một loại rượu cổ truyền của dân tộc - nhằm cải tiến công nghệ, nâng cao hiệu suất thu hồi và chất lượng rượu đặc sản làng nghề

Ở nước ta, nguồn nguyên liệu nếp than rất dồi dao, các nguyên liệu phụ khác như: men thuốc bắc, cồn tỉnh khiết, enzyme amylase, cũng được bán khá nhiều trên thị trường Vì vậy, công tác nghiên cứu khảo sát qui trình sản xuất rượu nếp than dựa vào nguôn nguyên liệu và những thiết bị sẵn có là rất thuận lợi Đồng thời qua đó tìm ra được những phương pháp sản xuất tối ưu để góp phần nâng cao chất lượng rượu nếp than dé có thể sánh ngang hàng với các loại rượu nổi tiếng trên thế giới như: Martin, Whisky, Brandy, Mao Đài, Sakê, Vodka,

1.2 MUC TIEU NGHIEN CUU

Dé tài “khảo sát ảnh hướng của việc sử dụng ché phim enzyme amylase dén téc dé thuỷ phân tỉnh bột trong quá trình lên men rượu nếp than” được thực hiện từ nguyên liệu gạo nêp than, bánh men thuốc bắc và chế phẩm enzyme amylase dựa trên qui trình sản xuất rượu nếp than cỗ truyền với mục tiêu chính là nâng cao hiệu suất thuỷ phân tinh bột để từ đó nâng cao hiệu suất thu hồi và chất lượng rượu nếp than

Đề tài tiến hành nghiên cứu với các mục tiêu nghiên cứu sau:

1 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ enzyme glucoamylase bổ sung đến hiệu suất thu hồi

Luận văn tốt nghiệp khoá 28 — 2007 Trường Đại Học Cân Thơ

CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1.NGUYÊN LIỆU DÙNG TRONG SẢN XUẤT RƯỢU NÉP THAN

2.1.1 Gạo nếp than

Gạo nếp than là một loại gạo đặc biệt được trồng nhiều ở vùng Nam Bộ vì thế rượu nêp than là đặc sản của vùng Nam Bộ Gạo nệp than bao gôm 4 loại:

" Nếp đen Khánh Vinh " Lúa lứt nếp cẩm

Hiện nay, nếp than được phân loại dựa theo màu sắc của hạt gạo Theo cách phân loại này, nêp than được phân ra thành hai loại:

" Nếp than đen huyền " Nếp than hồng đỏ

Các sắc tố của nếp than rất dễ tan trong nước, vì thế sản phẩm rượu sẽ mang đặc trưng màu của loại gạo làm ra nó

Tuy khác nhau về màu sắc bên ngoài, nhưng các loại gạo nếp than có thành phần hóa học không sai biệt nhau nhiêu

Bảng 1 Thành phần hóa học của gạo nếp than

Ngoài ra trong gạo nếp than còn chứa một lượng nhỏ các chất khác như muối khoáng, chat béo, protit,

2.1.2 Bánh men thuốc bắc

Nguyên liệu chính để sản xuất men thuốc bắc là: bột gạo, men giống, các vị thuốc bắc Bánh men thuôc bắc phải đảm bảo một sô yêu câu cơ bản sau:

" Phải có vi sinh vật sinh tổng hop enzyme amylase

" Có chứa nhiều giống vi sinh vật thuộc vi khuẩn, nắm men, nắm mốc (nắm Sợi) có khả năng chuyên hóa đường thành rượu

" Có các loài vi sinh vật có khả năng tạo hương thơm cho quá trình lên men Việc cho thuốc bắc vào bánh men rượu có 2 tác dụng: tạo hương trong sản phẩm và

ức chê sự phát triên của các vi sinh vật không có ích

Chuyên ngành công nghệ thực phẩm — Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 2

Thành phần hóa học của các vị thuốc bắc có thể chia làm hai nhóm: nhóm các chất

độn và nhóm hoạt chất Nhóm các chất độn gồm nước, muối vô cơ, carbohydrate

(đường, tinh bột), chất béo (đầu mỡ, sáp), protein, điệp lục tố và các sắc tố, Nhóm

hoạt chất bao gồm các acid hữu cơ, acid vô cơ, tinh dau, ancaloit, chat nhựa (resine), ølucoside, tanin, flavon, vitamin, các men, hocmon,

Các chất trong nhóm hoạt chất phần lớn tác động đến hệ thần kinh, hệ tuần hoàn, hệ

hô hâp, hệ nội tiệt của động vật Một sô chât như tinh dâu, phenol, ancaloit, chât nhựa còn có tính kháng sinh như sinnamic aldehyde, eugenol, menthol, thymol, vanillin, Thuốc bắc gồm 20 vị, trong đó có 6 vị chính, được nghiền mịn trộn lẫn với bột va men giống Trong đó có khoảng 17 vị thuốc bắc có ảnh hưởng tốt đến sự phát triển sinh khối cua nam moc Aspergillus niger va nam men Saccharomyces cerevisiae nhw qué khâu, tiểu hồi, cam thảo, bạch truật, nhục đậu khấu, Một sô vị thuốc có chứa hàm

lượng chất kháng sinh thực vật khá cao như tỉnh “đầu quế chứa 95% cinnamic

aldehyde, tinh dầu đinh hương chứa 85% eugenol, tinh dau bạc hà chứa 50% menthol,

tỉnh dầu tiểu hồi chứa 70% anethol Một số vị khác chứa hàm lượng chất dinh dưỡng

đáng kể như nhục đậu khấu chứa 40% chất béo, cam thảo chứa 8% glucose, 6%

saccarose, 30% tinh bột, Sự phối hợp các vị thuốc đó có tác : động mạnh hơn từng vị thuốc đơn lẻ, các vị thuốc: này cũng có ảnh hưởng đến năng suất rượu

Hệ vi sinh vật có trong bánh men thuốc bắc gồm có các loài nắm mốc như mwcor và rhizopus, cac loai ndm men nhu saccharomyces va candida, cac 1oai vi khuân có khả năng sinh tông hợp enzyme amylase và tạo hương Như vậy bánh men thuôc bắc là một hỗn hợp vi sinh vật, ở đó có sự cộng tác tương hỗ trong quá trình lên men Ở đây đông thời xảy ra một loạt quá trình sinh hóa khác nhau khi lên men như: quá trình tăng sinh khôi, quá trình đường hóa, quá trình rượu hóa

EHệ vi sinh vật trong bánh men thuốc bắc

® Nấm men

Nắm men là tác nhân chuyển hóa đường thành rượu etylic Có cấu tạo đơn bào, sinh

sản băng cách nảy chôi và phân cắt Đa sô thường có hình oval, hình câu, hình bau dục Kích thước của tế bào nắm men thường từ khoảng 3 - 3,5 x 10 um

Nắm men tự nó không chuyên động được, trong môi trường nó chuyển động được là nhờ sự xáo trộn của dịch lên men do CO; bị thoát ra ngoài Nhiệt độ thích hợp cho nắm men hoạt động từ 15 - 35°C, cao hon 50°C nam men sé bi chét pH hoat động khá rộng từ 2 - 8, pH tối thích 1a 4,5 - 5 Khi c6 Op, nắm men sẽ tăng sinh khối nhanh chóng Khi không có Ò¿, nắm men sẽ chuyên đường thành rượu Các loại nắm men sử dụng trong sản xuất rượu phải là các loại nâm men ngoài việc tạo ra rượu còn tạo ra một số sản phẩm khác góp phần tạo hương vị thơm ngon và đặc trưng của rượu Trong mỗi gam bánh men thuốc bắc có từ vài chục triệu đến vài trăm triệu tế bào nắm men Chúng gồm hai chi khác nhau:

Vv Endomycopsis

Endomycopsis fibulligenes là loài nâm men rat giau enzyme amylase, glucoamylase

Do đó chúng vừa có khả năng đường hóa, vừa có khả năng rượu hóa

Luận văn tốt nghiệp khoá 28 — 2007 Trường Đại Học Cân Thơ

Vv Saccharomyces

Saccharomyces cerevisae: đây là loại lên men nỗi, ky khí không bắt buộc, chúng có khả năng hô hấp và lên men Có khả năng lên men rất nhiều loại đường khác nhau như ølucose, saccharose, maltose, fructose, raffinose, galactose Chúng có khả năng lên men được ở nhiệt độ cao (khoảng từ 36 - 40°C), có khả năng chịu được độ acid Đặc biệt chúng có khả năng chịu được thuốc sát trùng NaaSiFs với nồng độ 0,02 - 0,025% Đặc điêm này rât thuận lợi cho lên men khi cân phải sử dụng thuôc sát trùng Đặc điểm quan trọng hơn hết là loài nắm men này có khả năng lên men các loại nguyên liệu rất khác nhau như gạo, ngô, khoai, sắn, với lượng đường trong dung dịch

từ 12 - 14% có khi 16 - 18% Nồng ¿ độ rượu trong dung dịch lên men là 10 - 12 %

Nhiệt độ lên men thích hợp là 28 - 32°C

Ngoài ra trong men thuốc bắc còn thấy nhiều loài nắm men đại khác nhau Chúng vừa

có khả năng thủy phân tỉnh bột, vừa có khả năng chuyên đường thành cồn, tuy răng sự chuyền hóa này còn thấp Điều đặc biệt là các loài nâm men đại này chịu nhiệt rất cao,

có khi lên tới 60 - 65°C va chịu được chất sát trùng ở nồng độ 0,05 - 1%

^

Saccharomyces cerevisiae nấm men Saccharomyces

% Nam méc (nam sgi)

Có cấu tao soi, chúng thuộc loại thực vật hạ đẳng, có bào tử, không có diệp lục tố, không có khả năng tông hợp các chât hữu cơ từ khí CO; mà sử dụng trực tiệp các chat hữu cơ sẵn có trong môi trường đê phát triên và đảm bảo hoạt động sông bình thường Nam mốc chỉ mọc tốt trong môi trường có nhiều không khí và âm Vì vậy thường phát triên trên bê mặt cơ chât dưới dạng những lớp lún phún hình sợi, lớp màng nhện hay khôi sợi bông Trong cơ chât chúng phát triên trong các khoang hông chứa không khí Nắm mốc có khả năng sinh ra các enzyme amylase, đặc biệt là œ-amylase và amyloglucosidase có khả năng thủy phân tính bột tạo ra đường chủ yêu là glucose Nguôn tỉnh bột ban đâu được hỗ hóa băng cách nâu hay hap, sau đó dịch hóa băng Œ- amylase, đường hóa băng amyloglucosidase

Trong bánh men thuốc bắc có rất nhiều loài mốc khác nhau thuộc Aspergillus, Penicillium, Mucor, Rhizopus Trong đó Mucor va Rhizopus phat trién nhiéu hon ca Loai Mucor, dac biệt là Mucor rouxi có nhiều đặc tinh rất quí như khả năng chịu nhiệt

độ cao (32-35°C), chúng vừa có khả năng đường hóa và vừa có khả năng rượu hóa

Chuyên ngành công nghệ thực phẩm — Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 4

Luận văn tốt nghiệp khoá 28 — 2007 Trường Đại Học Cân Thơ

pH môi trường do chúng tạo ra sẽ thích hợp cho nầm men và nâm sợi phát triển Tuy nhiên pH xuống quá thấp lại ảnh hưởng xấu cho quá trình lên men Mặt khác nếu trong dịch lên men có mặt của O; thì vi khuẩn acetic sẽ oxy hóa rượu thành axit acetic Quá trình này làm tôn hao lượng cồn tạo thành

2.1.3.Chế phẩm enzyme Amylase

Amylase là enzyme rất thông dụng, được dùng nhiều trong công nghệ thực phẩm Enzyme nay làm nhiệm vụ thủy phân tinh bột thành các phân tử đường đơn giản như glucose, maltose, gồm có œ-amylase, B-amylase và glucoamylase Do đó việc bổ sung chế phẩm enzyme amylase vào dịch đường hóa thì sẽ làm tăng cao hiệu suất thủy phân Chế phẩm enzyme amylase có thể được sản xuất từ những hạt ngũ cốc nảy mầm (thóc, ngô, đại mạch, tiêu mạch, lúa mì, .) và từ quá trình nuôi cấy vi sinh vật Tùy theo nguồn chế phẩm enzyme amylase bổ sung vào mà hiệu suất thủy phân và đặc tính tác dụng sẽ khác nhau Chẳng hạn như: œ- amylase c của nắm mốc và vi khuẩn

có nhiều đặc tính khác nhau như độ pH tối ưu của nâm mộc là 4,7 - 4,9 còn của vi khuẩn là 5,9 - 6,1, nhiệt độ tối ưu của œ- amylase nấm mốc là 55 - 66°C va kha năng

chịu nhiệt là 70C trong khi đó nhiệt độ tối ưu của œ-amylase vi khuẩn 1a 60 - 75°C va

khả năng chịu nhiệt là 90°C Tuy nhiên hoạt tính enzyme sinh ra từ nắm mốc va vi khuẩn đều tương đương nhau nhưng khả năng đường hóa của enzyme amylase nấm mốc khá hơn enzyme amylase vi khuẩn, ngược lại kha năng dịch hóa (tạo dextrin) của enzyme amylase vi khuẩn lại cao hơn enzyme amylase nắm mốc

2.1.4.Cồn tỉnh khiết

Trong quá trình lên men rượu nếp than, lượng cồn tạo được chỉ khoảng 7 - 10% Với nồng độ rượu này là thấp và rất đễ dàng bị oxy hóa tiếp (oxy hóa sinh học và oxy hóa hóa học) để tạo CO; và nước Do đó sau khi lên men xong phải cho thêm một lượng cồn tỉnh khiết nhất định vừa để nâng cao hàm lượng côn trong rượu, vừa tránh khả năng oxy hóa rượu bởi vi khuẩn acetic

Cồn được dùng để pha thêm trong rượu nếp than là loại cồn thực phẩm có độ tinh sạch cao và phải đạt được một sô chỉ tiêu sau:

Luận văn tốt nghiệp khoá 28 — 2007 Trường Đại Học Cần Thơ

* Trong suốt, không màu và mùi lạ " Hàm lượng aldehyde 6 - 10 mg/l

" pH =6,5 - 7 = Ham luong este 14 30 - 35 mg/l

= Ham wong cén là 96,5 ° * Dau fusel 14 30 - 60 mg/l

" Furfurol không có

2.1.5 Nước

Tiêu chuẩn của nước trong công nghiệp sản xuất rượu có yêu cầu chất lượng giống như nước dùng trong sinh hoại, nghĩa là: có độ cứng không quá 7mg đương lượng/lít, trong suôt, không màu, không mùi

Bảng 2 Giới hạn hàm lượng muối trong nước

* Khong cé hoic chỉ có rất ít các muối kim loai ning nhu: Hg”*, Ba””

= Kha nang oxy héda 1 lit nuéc khéng qua 2 ml dung dich KMnO, (0.01N)

* Chat cặn không vượt quá 1000mg/l

" pH kiềm không thích hợp cho quá trình nấu nguyên liệu, có khả năng tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật gây hại phát triên và thúc đây quá trình tạo thành ølycerin trong quá trình lên men

" Muối CaSO/, MgCl, NaCl voi lượng từ 300 - 400 mg/1 thích hợp cho hoạt động của enzyme amylase, lượng đường khử tăng lên nhưng độ thuân khiêt của dung dịch

đường lại giảm

" Muối sulfat (CaSO4, MgSO,) 400 - 800 mg/1 sẽ làm tăng lượng đường không lên men, làm giảm tôc độ đường hóa và lên men

" Muối CaCO;, MgCO¿, Fe”, Fe” với lượng 400 mg/I, mudi Nitrat 400 mg/l va

muôi Nitơ 200 mg/1 sẽ ảnh hưởng không tôt đên quá trình lên men

= NH; voi lugng it hon 20 mg/1 lại có tác dụng làm tăng hiệu suất lên men Hàm lượng lớn hơn thì lại không cho phép

" Các muối Niưat, NÑiric, Photphat và Silicat với lượng nhỏ hon 200 mg/l không ảnh hưởng đên quá trình đường hóa Muôi Bicacbonat với lượng không quá 200 - 400 mg/1 không ảnh hưởng đên sự đường hóa, nhưng lượng lớn hơn ảnh hưởng rõ rệt đên enzyme amylase

" Chỉ tiêu E Coli < 20 tế bào/lít

Chuyên ngành công nghệ thực phẩm ~ Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 6

2.2 VAI TRO CUA ENZYME AMYLASE TRONG SẢN XUẤT RƯỢU NÉP THAN

Enzyme amylase thuộc nhóm enzyme thủy phân, xúc tác sự phân giải các liên kết ølucoside nội phân tử trong các polysaccharide với sự tham gia của nước Enzyme amylase thủy phân tỉnh bột, glycogen và các dextrin thành glucose, maltose và dextrin mạch ngắn

2.2.1 Cấu trúc phân tử enzyme amylase

a Thành phân cấu tạo

Enzyme amylase thuộc loại hydrolase chỉ là những phân tử protein thuần, nghĩa là sản phâm của sự phân giải enzyme này hoàn toàn chỉ gôm toàn những acid amin Vì vậy chúng thuộc loại enzyme đơn giản

Hiện nay, người ta biết có 6 loại enzyme amylase trong đó o-amylase, B-amylase, +- amylase (hay glucoamylase) thủy phân các liên kết œ-1,4-glucoside của tỉnh bột, glycogen va cdc polysaccharide cing loai Cac enzyme amylase còn lại như: dextrin- 6-glucanhydrolase, amylopectin-6-glucanhydrolase va oligodextrin-6-glucanhydrolase thủy phân các liên kết œ-1,6-glucoside Sáu loại này xếp thành hai nhóm:

" Endoamylase (enzyme nội phân): gồm œ-amylase và nhóm enzyme khử nhánh

" Exoamylase (enzyme ngoai phân): gồm có -amylase và y-amylase

“ores

dextrin-6-glucanhydrolase oligodextrin-6-glucanhydrolase

va amylopectin-6-glucanhydrolase Hinh 4 So dé phan loai enzyme amylase

b Trung tâm hoạt động của enzyme

Enzyme amylase nói riêng hay tắt cả các enzyme nói chung đều là loại protein đặc biệt Ngoài câu trúc giông như câu trúc bình thường của một protein, enzyme còn có cấu trúc rất đặc biệt liên quan đến hoạt động của enzyme Không phải toàn bộ enzyme tham gia vào hoạt động xúc tác mà chỉ có những bộ phận rất đặc biệt mang tính đặc hiệu trong phân tử protein của enzyme mới tham gia xúc tác phản ứng Bộ phận đặc hiệu này được gọi là trung tâm hoạt động của enzyme

Luận văn tốt nghiệp khoá 28 — 2007 Trường Đại Học Cân Thơ Đối với enzyme amylase trung tâm hoạt động của nó thường là những nhóm chức như: - NHạ, - COOH, - SH, Ngoài ra đê thực hiện được chức năng của mình enzyme amylase còn phải qua vai trò trung gian của phân tử HO

c Tính đặc hiệu của enzyme

Tính đặc hiệu biểu hiện khả năng xúc tác của enzyme đối với cơ chất nhất định Mỗi

enzyme đều có tác dụng chọn lọc đôi với một co chat hoặc một loại cơ chât nhât định

và đôi với một phản ứng hóa học nhât định Do câu trúc hóa lý đặc biệt của enzyme và đặc biệt là trung tâm hoạt động mà enzyme có tính chât đặc hiệu rât cao so với các xúc tác thông thường khác

Đặc hiệu kiểu _ phan tng: moi enzyme chi cé thể xúc tác cho một kiểu , phản ứng chuyên hóa nhất định trong các kiểu phản ứng oxy hóa khử, phản ứng chuyển vị, phản ứng thủy phân,

Đặc hiệu cơ chất: khi tham gia các phản ứng, các loại cơ chất phải được gắn vào trung tâm hoạt động thích hợp và không phải cơ chât nào cũng có khả năng tiêp cận với trung tâm hoạt động của enzyme

2.2.2 Cơ chất tác dụng của enzyme amylase

Cơ chất tác dung của enzyme amylase là tinh bột và glycogen

a Tỉnh bột

Tỉnh bột thuộc nhóm carbohydrate có chủ yếu trong các loại củ như: khoai lang, khoai

mỳ, và trong các loại ngũ côc, các loại hạt và có công thức tổng quát là (C¿H¡zOg)„ Tinh bot từ mọi nguồn khác nhau đều cau tao tir amylose va amylopectin CAc loai tinh bột giông nhau vê thành phân nhưng tỉ lệ amylose và amylopectin khác nhau Ti

lệ giữa hai loại polysaccharide trong một sô loại hạt được trình bày trong bảng 3 Bảng 3 Tỉ lệ amylose và amylopectin của các loại hạt

(Tú, Lê Ngọc 2003 Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHCT)

Tuy có sự khác biệt như vậy nhưng đa phần tỉnh bột đều chứa khoảng 20-30%

amylose và 70 - 80% amylopectin

" Amylose: được cấu tạo từ những gốc ølucose (C¿H¡oOs) và liên kết với nhau bởi nối œ-1,4-glucoside nên tạo thành mạch thắng Số gốc glucose trong phân tử amylose

có thê từ 200-1000 và tương ứng với phân tử lượng 34200-162000

Chuyên ngành công nghệ thực phẩm — Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 8

Amylose dé tan trong nước nóng và tạo nên độ nhớt của đung địch Nó hầu như không

có khả năng khử vì trong mỗi phan tir amylose chỉ có một nhóm aldehyde tự do

" Amylopectin: cấu tạo từ những gốc glucose nhưng ngoài các nối d-1,4, trong phân tử amylopectin có gốc glucose còn nối với nhau bởi các nối œ-1,6 thường rất ít

so với nối œ-1,4 nhưng rất bền Mạch chính của amylopectin có khoảng 400 - 2000

gốc glucose, các mạch nhánh bao gồm 15 - 18 gốc và cách đều 8 - 9 gốc Tùy theo loại nguyên liệu, số gốc glucose trong phan tt amylopectin có thể từ 600 - 6000,

tương đương với phân tử lượng 96120 - 961200

Hình 5 Cấu tao phan tir Amylose Hình 6 Cấu tạo phân tứ Amylopectine

Tinh bột là chất keo háo nước điển hình nhưng không hòa tan trong nước lạnh, trong

Tượu và ete Trong nước nóng sẽ hút nước, trương nở và tạo dạng gel Mức độ trương

nở phụ thuộc vào nhiệt độ Khi tăng nhiệt độ (60 - 85°C), dich tỉnh bột sẽ biến thành

dạng keo Dưới tác dung cia enzyme amylase, tỉnh bột bị thủy phân do liên kết glucoside bị phân giải Sự thủy phân tinh bột bởi enzyme amylase xảy ra theo hai mức

độ: dịch hóa và đường hóa Kêt quả của sự dịch hóa là tạo ra sản phâm trung gian

dextrin, khi dextrin tiếp tục bị đường hóa thì sản phẩm sẽ là maltose và glucose

b Glycogen

Glycogen (tinh bột động vật) là chất dự trữ đối với mọi cơ thể cũng như một số nắm men và vi khuẩn Nó được cơ thể chuyển hóa và sử đụng từ từ Enzyme amylase có vai trò quan trọng trong sự chuyên hóa glucide ở tế bào động vật và vi sinh vật

Glycogen có cấu tạo nhánh và có công thức chung là (C¿H;gO;)„ Nó được cấu tạo từ

các gốc glucose liên kết với nhau bởi liên kết œ-1,4-glucoside, ở vị trí phân nhánh

glucose nối với nhau bằng liên kết œ-1,6-glucoside Glycogen có sự phân nhánh nhiều hơn amylopectin của tĩnh bột, có phân tử lượng khoảng 2 - 3 triệu

2.2.3 Đặc tính và cơ chế tác dụng của enzyme amylase

a a-amylase

% Dac tinh a@amylase

Trong phan tir o-amylase c6 ft nhat mét ion Ca** c6 tac dung làm bền cấu trúc bậc 2, 3 cua phan ttr enzyme, o-amylase kha giau tyrosine, tryptophan nhung it methionine œ-amylase sẽ hoàn toàn mắt hết khả năng thủy phân cơ chất nếu bị loại bỏ hết ion Ca” Chúng được hoạt hóa bởi ion đơn trị nêu có nguồn gốc động vat va vi sinh vat Nếu có nguôn gốc thực vật thì được hoạt hoá bởi ion hóa trị II Hoạt hoá bởi ion hoá trị I như sau: CI>Br >I Chúng bị kìm hãm bởi ion kim loại nặng như Cu”, Hg”, ¬

Luận văn tốt nghiệp khoá 28 — 2007 Trường Đại Học Cân Thơ

Protein của œ-amylase có tính acid yếu và có tính chất của globuline Vì vậy, nó kém bên trong môi trường acid nhưng khá bên nhiệt (bên nhât trong hệ enzyme amylase) Điều kiện hoạt động của œ-amylase từ các nguồn khác nhau thường không giống nhau Nhiệt độ, pH tối thích cho hoạt động của œ-amylase từ malt khác với vi sinh vật

Bảng 4 Khả năng chịu nhiệt của enzyme amylase trong vỉ khuẩn, malt đại mạch và nấm mốc

% Cơ chế tác dụng của œamylase

œ-amylase có khả năng phân cắt các liên kết œ-1,4-glucoside của cơ chất một cách ngẫu nhiên và là enzyme nội, œ-amylase không chỉ có kha năng thủy phân hồ tinh bột

mà còn thủy phân cả những hạt tinh bột còn nguyên vẹn

EH Sự thủy phân tỉnh bột của œamylase trải qua nhiều giai đoạn

" Giai đoạn đầu (giai doan dextrin hóa): tinh bột bị thủy phân thành các dextrin phân tử lượng thấp Độ nhớt của hồ tỉnh bột giảm dần

" Giai đoạn 2 (giai đoạn đường hóa): dextrin tiếp tục bị thủy phân tạo thành các tetra và trimaltose, disaccharide và monosaccharide

Dưới tác dụng của œ-amylase, amylose bị phân giải khá nhanh (tạo thành oligosaccharide gồm 6 - 7 gốc glucose, sau đó các mạch này bị phân cắt dần và bị phân giải chậm đến maltose Sau thời gian thủy phân amylose, sản phẩm bao gồm 87% maltose và 13% glucose

Dưới tác dụng của œ-amylase, amylopectin bị phân giải khá nhanh nhưng vì œ-

amylase không cắt được liên kết œ-1,6-glucoside nên đù có kéo dài thời gian thủy

phân nhưng sản phẩm sau cùng có khoảng 72% maltose, 19% glucose, dextrin phn ttr

Hình 7 Cơ chế tác dụng của enzyme œ-amylase lên mạch tinh bột

a, Cơ chế tác dụng của enzym ơ-amylase lên mạch amylose

b, Cơ chế tác dụng của enzym œ-amylase lên mạch amylopectin

Chuyên ngành công nghệ thực phẩm — Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 10

b Bamylase

% Dac tinh B-amylase

B-amylase 14 mét loai albumin Tam xtic tác của nó chứa gốc — SH, - COOH cing voi vòng imidazol của các gôc histidin

B-amylase chi phổ biến trong thực vật đặc biệt có nhiều trong hạt nảy mầm Trong vi

khuẩn không có B-amylase

B-amylase rat bén khi không có ion Ca””, bị kìm hãm bởi ion kim loại nặng như: Cu”*,

Hg”, ure, iod, ozon,

B-amylase bi v6 hoat 6 70°C

% Co ché tác dụng của B-amylase

B-amylase 1a m6t enzyme ngoai phan Tiến trình phân giải bắt đầu từ đầu không khử của các nhánh ngoài cùng của cơ chất Ö-amylase cắt liên kết œ-1,4-glucoside nhưng khi gặp liên kết œ-1,4-glucoside đứng kế cận œ-1,6-glucoside thì nó ngưng tác dụng

Phần saccharide còn lại là dextrin phân tử lớn, có chứa nhiều liên kết œ-1,6-glucoside

và được gọi là B-dextrin có màu tím đỏ với iod

B-amylase phân giải 100% amylose thành maltose, phân giải 54 - 58% amylopectin thành maltose Sản phẩm tạo thành là đường maltose nên -amylase còn được gọi là enzyme đường hóa

Tác dụng của -amylase lên tinh bột như sau:

B-amylase

Tinhbột ——————————*_ Maltose (54-58%) + j-dextrin (42-46%)

Nếu tế bào bị thủy phân đồng thời bởi cả œ-amylase và B-amylase thì lượng tỉnh bột

sẽ bị thủy phân 95% Cả hai enzyme này đều không cắt được nối œ-1,6-glucoside trong phân tử tinh bột Kết quả tác dụng của œ-amylase và -amylase ta thu được dịch đường gồm 78 - 80% maltose và glucose, 20 - 22% là dextrin chứa tất cả các nối œ- 1,6-glucoside

Hình 8 Cơ chế tác dụng của enzyme B-amylase lên mạch tỉnh bột

a, Co chế tác dụng của enzyme j-amylase lên mạch amylose

b, Cơ chế tác dụng của enzyme B-amylase lên mạch amylopectin

Chuyên ngành công nghệ thực phẩm — Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 11

Luận văn tốt nghiệp khoá 28 — 2007 Trường Đại Học Cân Thơ

c Kamylase (Glucoamylase hay amyloglucosidase)

% Dac tinh ¢amylase

Da số glucoamylase có hoạt lực cao nhất ở vùng pH = 3,5 - 5,5 và nhiệt độ 50°C Nó bền với acid hơn - amylase nhung kém bén hon trong rượu, aceton và không bền với ion kim loại nặng: Cu”*,Hg”” "+ CO trong nắm mốc và một vài loại vi khuẩn Nó có giá trị đặc biệt trong sản xuất rượu, chuyền những dextrin có phân tử cao không lên men thành những hợp chất lên men được và do đó nâng cao được hiệu suất nấu rượu

từ các nguyên liệu là tinh bột

Enzyme này chứa nhiều trong một số nắm mốc như: A.wsamii, A.niger, A.awamori, Rhizopus delamar va nam men Endomycopsip, Enzym nay có nhiêu tên gọi khác nhau nhu: o-1,4:1,6-glucan-4:6-glucohydrolase, glucoamylase, amyloglucosidase, takaamylase B, ‘y-amylase, maltulase, Glucoamylase 14 enzym ngoai bao exoenzym

\ Cơ chế tác dụng của #amylase

Glucoamylase không chỉ có khả năng phân cắt nối œ-1,4-glucoside mà còn phân cắt

được cả nối œ-1,6-glucoside và biến 100% tỉnh bột thành đường glucose Khi thủy

phân liên kết œ-1,4-glucoside trong chuỗi polysaccharide, glucoamylase tách lần lượt từng phân tử glucose ra khỏi đầu không khử của mạch đê tạo ra glucose Chúng không thuỷ phân được các dextrin vòng

Ngoài các liên kết œ-1,4-glucoside và œ-1,6-glucoside, glucoamylase còn có khả năng thủy phân các liên kết œ-1,2-glucoside và œ-1,3-glucoside

Glucoamylase có khả năng thủy phân hoàn toàn tinh bột, glucogen, amylopectin, dextrin, panose, isomaltose và maltose thành glucose mà không cần có sự tham gia của các loại enzyme amylase khác Glucoamylase thủy giải các polysaccharide có phân tử lớn nhanh hơn so với các chất có phân tử nhỏ Các polysaccharide có nhánh nhu amylopectin, glucogen, -dextrin bị glucoamylase thủy phân khá nhanh

œ~glucosidase

Ÿ Ỷ ỳ s-amylase

Hình 9 Cơ chế cắt của enzyme amylase lên mạch tỉnh bột

2.2.4 Các yếu tố ảnh hướng đến hoạt tinh enzyme amylase

a Ảnh hưởng của nông độ cơ chất dén hoat tinh enzyme amylase

Cơ chế tác dụng của enzyme amylase vào cơ chất trải qua ba giai đoạn:

E+§S — ES —*P+E

Chuyên ngành công nghệ thực phẩm — Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 12

Trong đó: E: Enzyme; S: cơ chất; P: sản phẩm

" Giai đoạn l: enzyme sẽ tương tác Tác ạạ

với cơ chất để tạo thành phức hợp phan img

" Giai đoạn 2: phức hợp enzyme - cơ

chất sẽ được tách ra

chuyên thành sản phâm

Hình 10 Ảnh hưởng của nồng độ Hiện tượng trên được xem xét trên cơ sở cơ chất đến hoạt tính enzyme

phản ứng chỉ có một cơ chất duy nhất Ở

trường hợp này sẽ xảy ra ba giai đoạn khác biệt:

1- Ở giai đoạn đầu, nếu nồng độ co chat thấp thì tốc độ phản ứng (V) phụ thuộc tuyến tính với nông độ cơ chât

2-Ở giai đoạn kế tiếp, tốc độ phản ứng cực đại và nó hoàn toàn không phụ thuộc vào nông độ cơ chât

3- Ở giai đoạn tiếp theo, nếu nồng độ cơ chất vượt qua ngưỡng cực đại của tốc độ phản ứng thì tôc độ phản ứng không có khả năng tăng theo Ở giai đoạn này các enzyme đã bão hoà cơ chât do đó nó không thê có tôc độ phản ứng cao hơn được

b Ảnh hưởng của nông độ enzyme Técdd 4

amylase dén toc a6 phan tng phản ứng

Trong trường hợp thừa cơ chất, nồng độ

enzyme tăng sẽ làm tăng tốc độ phản

ứng Nhìn chung tốc độ phản ứng phụ

Trong đó: V: Tốc độ phản ứng Hình 11 Ảnh hướng của nồng độ enzyme

[E]: Nồng độ enzyme điên tốc độ phản ứng

c Anh hưởng của các chất kim hãm đến hoạt tính enzyme amylase

Trong các phản ứng enzyme, một số chất như những ion kim loại, các chất vô cơ, hữu cơ, có khả năng kìm hãm tốc độ phản ứng enzyme Các chat này có thé kim hãm thuận nghịch hay không thuận nghịch, làm yếu hoặc chấm dứt hoàn toàn tác dụng của enzyme nhưng lại không bị enzyme làm thay đổi tính chất hoá học, cấu tạo hoá

học và tính chất vật lý của chúng,

& Nhóm các chất kùm hãm cạnh tranh

Các chất kĩm hãm Œ) cạnh tranh thường có cấu trúc không gian tương tự cấu trúc không gian của cơ chất (S) Do đó, chúng có khả năng kết hợp với enzyme (E) ở trung tâm hoạt động của enzyme Kết quả là một số chỗ kết hợp cân thiết ở enzyme bị chất kìm hãm chiếm mất Do đó cơ chất mắt một phần khả năng tương tác, làm cho tốc độ phản ứng không tăng Phan ứng cạnh tranh có thê biểu thị như sau:

Luận văn tốt nghiệp khoá 28 ~ 2007 -— as a Lo

Khi chất kìm hãm kết hợp với enzyme ở vùng ngoài trung tâm hoạt động của enzyme

sẽ làm thay đôi câu trúc không gian của trung tâm hoạt động của enzyme Như vậy phức hợp này sẽ làm thay đôi theo hướng không có lợi cho hoạt động xúc tác của enzyme, chúng sẽ làm giảm tôc độ phản ứng của enzyme

Sau khi kết hợp với chất kìm hãm để tạo thành phức hợp EI, chúng vẫn có khả năng

kêt hợp với cơ chât đề tạo thành một

phức hợp EIS như phản ứng sau: œ == c5

Kim ham do thita co chất

Trong một số trường hợp cơ chất bị thừa lại trở thành chất kìm hãm phản ứng Giả sử

ta có phản ứng:

E+S=ES—*E+P

Nếu có cơ chất thứ hai tham gia vào và nó có khả năng đính vào một vị trí nào đó trên phức hệ ES (ngoài vùng xúc tác) làm cho chúng không hoạt động, khi đó phức hệ này được coi như chât kìm hãm

ES + S = ESS

d Anh hưởng của các chat hoạt hoá đến hoat tinh enzyme amylase

Chất hoạt hoá là những chất có tac dụng làm cho enzyme amylase từ trạng thái không hoạt động hoặc hoạt động yêu trở nên mạnh hơn

Chuyên ngành công nghệ thực phẩm — Khoa Nong Nghiép và Sinh Học Ứng Dụng 14

Các chất hoạt hoá enzyme có thê là các anion, các ion kim loại ở ô thứ 11 đến ô thứ 55

trong bảng tuần hoàn Mendeleev, các chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp làm nhiệm vụ chuyền hydro, các chất có khả năng phá vỡ một số liên kết trong phần tử tiền enzyme, các chất có khả năng phục hồi nhóm chức trong trung tâm hoạt động của enzyme

e Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt tính enzyme amylase

Bản chất enzyme là protein Do đó, nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc của chúng Tốc độ của phản ứng enzyme chỉ Tế đó ft

có thê tăng ở giới hạn nhiệt độ Tào d6 phan tng

khi mà protein chưa bị phá vỡ câu trúc

Vượt qua nhiệt độ đó, tốc độ phản ứng

enzyme sẽ giảm và dẫn đến mức triệt

tiêu Nhiệt độ tương ứng với tốc độ phản

Nếu đưa nhiệt độ cao hơn mức nhiệt độ Hình 14 Ảnh hướng của nhiệt độ tôi ưu, hoạt tính của enzyme sẽ bị giảm đến tốc độ phản ứng enzyme

Khi đó enzyme không có khả năng phục

hôi lại hoạt tính

Nhiệt độ tối ưu của enzyme phụ thuộc rất nhiều vào Sự có mặt của cơ chất, kim loại,

ƒ Ảnh hưởng của pH đến hoạt tính phànứng

enzyme amylase

pH thường ảnh hưởng đến mức độ ion

hoá cơ chât, enzyme và ảnh hưởng đên

so enzyme bền ở pH= 5-9 Độ bền của Hình 15 Ảnh hưởng của pH enzyme sẽ tăng nếu có mặt cơ chất và đến tộc độ phần ứng enzyme coenzyme hoặc Ca”

2.3 LY THUYET LEN MEN RUQU

2.3.1 Khái quát quá trình lên men rượu

Lên men rượu là một quá trình sinh hóa phức tạp, tác nhân của quá trình lên men rượu trong sản xuat la cdc loai nam men Saccharomyces Thyc chat cua qué trinh lén men rượu chính là quá trình trao đổi chất nhờ tac dun: của các enzyme tương ứng gọi là chất xúc tác sinh học (được sinh ra từ sự trao đổi chất dé duy trì sự sông của nam men) Trong quá trình lên men rượu, nguyên liệu là tỉnh bột cân phải qua quá trình đường hóa bằng hệ enzyme amylase dé chuyén tỉnh bột thành đường glucose, sau đó glucose tiếp tục lên men yêm khí đề chuyền hóa thành C;H;OH (rượu etylic hay còn gọi là etanol), khí CO; và đồng thời giải phóng năng lượng Phương trình tổng quát về quá trình lên men rượu như sau:

C¿HO¿ ——————————*_ 2C;H;OH + 2CO; + 674 Kcal