Quy trình sản xuất amylase và ứng dụng trong sản xuất mật tinh bột

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Báo cáo Đề tài: quy trình sản xuất amylase và ứng dụng trong sx mật tinh bột GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang SVTH: Nguyễn Văn Chí 3005110037 Hồ Văn Chương 3005110029 Phạm Đình Chương 3005110030 Nguyễn Minh Nhân 3005110205 Trần Thị Trang 3005110354 TP. HCM 06/2014 NIÊN KHÓA: 2011-2014NIÊN KHÓA: 2011-2014NIÊN KHÓA: 2011-2014NIÊN KHÓA: 2011-2014 Trường ĐHCNTP TPHCM GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang MỤC LỤC : TỔNG QUAN VỀ ENZYME AMYLASE 1.1. Lịch sử nghiên cứu, định nghĩa Vào đầu thế kỷ XIX, các nhà nghiên cứu đã tách được các chất gây ra quá trình lên men. Năm 1814 Kirchoff, viện sĩ Saint Petercburg đã phát hiện nước chiết của mầm đại mạch có khả năng chuyển hoá tinh bột thành đường ở nhiệt độ thường. Năm 1833, hai nhà khoa học người Pháp là Payen và Persor đã chứng minh chất có hoạt động phân giải tinh bột thành đường có thể tách được ở dạng bột. Thí nghiệm này được tiến hành bằng cách cho etanol vào dịch chiết của lúa đại mạch nảy mầm thì thấy xuất hiện kết tủa. Kết tủa được hình thành này có khả năng chuyển hoá tinh bột và nếu đun kết tủa này sẽ mất tác dụng chuyển hoá. Danh từ diastase là do Payen và Persor dung để gọi enzyme lúc bấy giờ. Các enzyme amylase 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 1.2. Phân loại, đặc tính, cơ chế tác dụng 1.2.1. Phân loại Có 6 loại enzyme được xếp vào hai nhóm lớn: Endoamylase và Exoamylase. Nhóm 6 Trang 2 Trường ĐHCNTP TPHCM GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Enzyme amylase được phân loại theo sơ đồ sau Nhóm 6 Trang 3 Trường ĐHCNTP TPHCM GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Amylase Endo amylase Exo amylase Enzyme khử nhánh Khử gián tiếp Khử trực tiếp γ- amylase β- amylase (α- 1,4 – glucanmaltohydrolase α-amylase Maylo-1,6- glucosidase Transglucosylase (oligo-1,6 glucosidase Pullulanase (α-dextrin 6 – glucosidase Nhóm 6 Trang 4 Trường ĐHCNTP TPHCM GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang  Endoamylase: - α– amylase α– amylase có khả năng phân cắt các liên kết 1,4- glucoside của cơ chất một cách ngẫu nhiên, 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.  Enzyme khử nhánh: - Khử trực tiếp (Pullulanase) Pullulanase là một trong các enzyme quan trọng nhất trong chế biến tinh bột. Enzyme này được sử dụng trên một quy mô lớn trong glucose và các ngành công nghiệp sirô maltose. Pullulanase là một loại enzyme rất mạnh cho sự thoái hóa tinh bột thành glucose hoặc maltose. Pullulanase thủy phân α-1,liên kết 6- glycosidic của chuỗi phân nhánh và α-1, 4-glycosidic. Nhóm 6 Trang 5 Trường ĐHCNTP TPHCM GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang - Khử gián tiếp Transglucosylase (oligo-1,6- glucosidase) và Maylo-1,6-glucosidase: Enzyme này thủy phân liên kết β-1,6- glucoside trong isomaltose, panose và các dextrin tới hạn có thể chuyển hóa đường có thể lên men được.  Exoamylase - β–amylase (β-1,4-glucan-maltohydrolase) 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. γ–amylase (glucose amylase) Glucose 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. Glucose 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. 1.2.2. Đặc tính Nhóm 6 Trang 6 Trường ĐHCNTP TPHCM GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang 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 tan: Amylase dễ tan trong nước, trong dung dịch muối và rượu loãng Các amylase bị kiềm hãm bởi các kim loại nặng như Cu 2+, Ag + , Hg 2+. Cơ chất tác dụng: của enzyme amylase là tinh bột và glycogen. • Đặc tính riêng α – amylase 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: với nấm mốc có pH từ 4.5 – 4.9, nấm sợi có pH từ 4.0 – 4.8 (có thể hoạt động tốt trong vùng pH từ 4. 5 – 5.8), vi khuẩn có pH từ 5.9 – 6. 1 (pH<3 thì enzyme α – amylase bị vô hoạt trừ enzyme của Asp.Niger có pH 2.5 – 2.8). α - amylase của nấm mốc có khả năng dextrin hóa cao tạo ra một lượng lớn glucose và maltose. Độ bền đối với tác dụng của acid cũng khác nhau. α-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 50°C và bị vô hoạt ở 70°C (Kozmina,1991). 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, ổn định cấu trúc bậc 3 của enzyme và duy trì hoạt động của enzyme. Do đó, Ca còn có vai trò duy Nhóm 6 Trang 7 Trường ĐHCNTP TPHCM GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang 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. Một số kim loại như: Li + , Na + , Cr 3+ , Mn 2+ , Zn 2+ , CO 2+ , Sn 2+ , Cr 3+ thì không có ảnh hưởng mấy đến α-amylase. Nhóm 6 Trang 8 Trường ĐHCNTP TPHCM GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang PHẦN 2: NGUỒN THU NHẬN ENZYME AMYLASE 2.1. Thu nhận enzyme từ nguồn thực vật Người ta đã biết cách chiết xuất enzyme amylase từ hạt nảy mầm để sử dụng trong ngành công nghiệp chế biên thực phẩm vd như kẹo mạch nha, bia khi đó, hạt ngũ cốc được cho nảy màm, tách bỏ phần rễ và thân mầm, sấy khô ở nhiệt độ thấp và khi đó ta thu được malt. 2.1.1. Malt đại mạch Các enzyme thủy phân tinh bột trong đại mạch chủ yếu là amylase mà chủ yếu là α- amylase và β-amylase, quá trình nảy màm của đại mạch là giai đoạn chuyển hóa enzyme từ trạng thái khong hoạt đông sang trạng thái hoạt động, đồng thời tổng hợp them hang loạt các enzyme mới, giai đoạn này cần chú ý không làm giảm nhiều chất khô của hạt, tạo độ thông thoáng bằng cách đảo trộn. hạt đại mạch trước khi ngâm không có hoạt lực của enzyme α-amylase, khi hạ trải qua 3-4 ngày trong giai đoạn nảy màm thì hoạt lực đạt tới mức cực đại vào ngày t7. Sau đosex giảm xuống 2.1.2. Lúa Hệ enzyme trong lúa cũng tương tự như trong hạt đại mạch, trong quá trình nảy mầm,hoạt động các enzyme tăng cao thúc đẩy quá trình sinh tổng hợp các loại enzyme và quá trình sinh hóa gần giống đại mạch, chỉ khác về mức độ tạo thành enzyme và tốc độ phản ứng. Khi hạt chưa nảy mầm, các enzyme tồn tại ở dạng liên kết. khi hạt nảy mầm, chúng lại chuyển sang hoạt động. 2.1.3. Vi sinh vật Trong ba nguồn thực vật, đông vật, vi sinh vật thì vi sinh vật được sử dụng nhiều nhất để thu nhận enzyme. Cơ bản là do các lí do sau: - Có thể điều chỉnh quá trình sinh tổng hợp enzyme dễ dàng hơn các nguồn Nhóm 6 Trang 9 Trường ĐHCNTP TPHCM GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang khác. - Hệ enzyme từ vsv vô cùg phong phú. - Giá thành môi trường nuôi cấy đơn giản và rẻ tiền. - Tốc độ sinh sản rất nhanh. - Dễ kiểm soát quá trình sx và mở rộng ở quy mô công nghiệp. PHẦN 3: TỔNG QUAN VỀ NGUỒN GIỐNG VI SINH VẬT 3.1. Vai trò của giống vi sinh vật trong công nghệ enzyme Trong công nghệ enzyme từ VSV, giống đóng vai trò quyết định: o Giống VSV quyết định đến năng suất enzyme của nhà máy. o Giống VSV quyết định đến chất lượng sản phẩm sinh học (hay là hoạt tính enzyme). o Giống VSV quyết định vốn đầu tư cho sản xuất. o Giống VSV còn quyết định đến giá thành sản phẩm. 3.2. Vi sinh vật dùng để sản xuất enzyme Amylase 3.2.1. Các giống vi sinh vật sản xuất enzyme Amylase Những chủng vi sinh vật tạo nhiều amylase thường được phân lập từ các nguồn tự nhiên. Vi sinh vật 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 Aspergillus, rhizopus. Nấm men và giả nấm men thuộc các giống Candida, Saccharomyces, Endomycopsy, Endomyces cũng tạo amylase. Nhóm 6 Trang 10 [...]... Enzyme amylase là công cụ trong quá trình chuyển hóa công nghệ Trong các nhà máy chế biến thực phẩm thì enzyme được sử dụng như một công cụ của toàn bộ quá trình chuyển hóa hoặc là toàn bộ quá trình chuyển hóa trong dây chuyền chế biến Nếu thiếu sự có mặt của nó thì quá trình chế biến không thành công 5.2 Ứng dụng của enzyme amylase trong sản xuất mật tinh bột Ứng dụng của enzyme trong sản xuất sirup... chúa tinh bột không chỉ là nguồn thực phẩm quan trọng mà còn là nguồn nguyên liệu tạo ra nhiều loại trhực phẩm khác nhau ứng dụng trong sản xuất siro và các sản phẩm chứa đường phôi bắp được xử lí bằng SO2 và vi khuẩn lactic để hạt tinh bột mềm, ra khỏi khối bột bằng ly tâm Enzyme amilase chỉ được sử dụng sau khi tinh bột hòa vaò nước Theo công nghệ trên , dung dịch tinh bột bắp được điều chỉnh pH=6 và. .. hóa liên tục, thời gian để đạt được DE 15-20 phải mất 2 giờ Quá trình chuyển hóa tinh bột thành siro fructose  Ngoài tinh bột bắp, người ta còn sử dụng tinh bột khoai tây, tinh bột o mì, tinh bột sắn( khoai mì) Tùy theo nguồn nguyên liệu tinh bột mà người ta áp dụng kỹ thuật khác nhau cho phù hợp Enzyme được sử dụng trong công nghệ sản xuất siro fructose phải là o những enzyme chịu nhiệt Những enzyme... với giống vi sinh vật Công nghệ sản xuất enzyme thuộc nhóm công nghệ lên men hiện đại và được sản xuất theo quy mô công nghiệp Do đó, giống VSV ứng dụng trong công nghệ enzyme cần phải có những yêu cầu và những chuẩn mực nhất định Đó là: o Giống VSV phải cho ra sản phẩm mà ta mong muốn Sản phẩm này phải có số lượng và chất lượng cao hơn các sản phẩm phụ khác Vì trong quá trình trao đổi chất, để chuyển... phòng trong vòng 3 ngày • Mốc sẽ sử dụng nguồn tinh bột làm cơ chất, nên ở những chỗ này sẽ xuất hiện những quầng sánh xung quanh khuẩn lạc • Nhận biết bằng cách bổ sung Iodine vào trong môi trường nước khi cấy Có tác dụng là chất chỉ thị cho tinh bột • Cấy truyền những mốc đặc trưng trong môi trường PDA trong ống thạch nghiêng với 1% tinh bột cho phép mốc phát triển trong 72 giờ sau đó có thể dự trữ trong. .. giống được phân lập trong điều kiện sản xuất thường đã thích nghi với điều kiện sản xuất Nhờ đó, sau khi phân lập, các giống này không cần qua giai đoạn sản xuất thử, thí nghiệm Các giống được phân lập trong điều kiện sản xuất thường là những giống đã được chọn lọc hoặc đã qua dại Nhóm 6 Trang 13 Trường ĐHCNTP TPHCM Sang GVHD: Nguyễn Thị Thu Mật độ tế bào vi sinh quá trình biến đổi gen và có những đặc... GVHD: Nguyễn Thị Thu sản xuất công nghiệp o Giống VSV phải có khả năng đồng hóa các nguyên liệu rẻ tiền và dễ kiếm tại địa phương nơi nhà máy đang hoạt động o Giống sử dụng trong các quá trình sản xuất hiện đại phải là những VSV thuần khiết, có tốc độ sinh sản nhanh o Tốc độ trao đổi chất mạnh để tạo nhanh sản phẩm mong muốn, dễ dàng tách sản phẩm ra khỏi các tạp chất môi trường và sinh khối VSV giống... Kích cỡ sản phẩm (Micron) Năng lượng( Kw) Nhóm 6 Trang 33 100 188 380 Trường ĐHCNTP TPHCM GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang PHẦN 5: VAI TRÒ VÀ ỨNG DỤNG CỦA ENZYME AMYLASE 5.1 Vai trò Enzyme amylase đóng vai trò chủ chốt trong các quá trình chế biến và bảo quản các sản phẩm thực phẩm Quá trình xảy ra hàng loạt các biến đổi sinh học mà chúng được xúc tác tự nhiên bởi enzyme bản thể hay do nhà công nghệ đưa vào để... khiển các phản ứng xúc tác bởi enzyme để tạo nên các thành phần thiếu hụt trong nguyên liệu đưa vào sản xuất Ví dụ: Trong sản xuất bia, nguyên liệu chính là malt đại mạch Để khắc phục malt chất lượng kém (malt không có khả năng chuyển hóa hết tinh bột thành dextrin, đường lên men…), người ta thường các chế phẩm enzyme thủ y phân này Enzyme amylase nâng cao giá trị thương phẩm của nguyên liệu Trong thực... nuôi và pH môi trường… Là những yếu tố cơ bản quan trọng nhất PHẦN 4: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ENZYME AMYLASE TỪ ASPERGYLLUS ORYZAE Nhóm 6 Trang 18 Trường ĐHCNTP TPHCM Sang 4.1 Bảo quản giống Aspergyllus oryzae: o Cho cát vào ống nghiệm, tiệt trùng trong autoclave 130 C trong 30 - 4.2 - GVHD: Nguyễn Thị Thu phút Trộn bào tử vào cát o Sấy chân không < 40 C (độ ẩm 5%) Dùng parafin rắn đun chảy và . HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Báo cáo Đề tài: quy trình sản xuất amylase và ứng dụng trong sx mật tinh bột GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang SVTH: Nguyễn Văn Chí 3005110037 Hồ Văn. VSV quy t định vốn đầu tư cho sản xuất. o Giống VSV còn quy t định đến giá thành sản phẩm. 3.2. Vi sinh vật dùng để sản xuất enzyme Amylase 3.2.1. Các giống vi sinh vật sản xuất enzyme Amylase Những. tan: Amylase dễ tan trong nước, trong dung dịch muối và rượu loãng Các amylase bị kiềm hãm bởi các kim loại nặng như Cu 2+, Ag + , Hg 2+. Cơ chất tác dụng: của enzyme amylase là tinh bột và