QUY TRÌNH SẢN XUẤT ENZYME AMYLASE VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM (MALTODEXTRIN)

1.TỔNG QUAN VỀ ENZYME AMYLASEĐịnh nghĩa  Amylase là một hệ Enzyme rất phổ biến trong thế giới sinh vật  Các enzyme amylase thuộc nhóm enzyme thủy phân , xúc tác phân giải liên kết nộ

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HỒ CHÍ MINH

NHÓM: 9GVGD: NGUYỄN THỊ THU SANG

NỘI DUNG

Tổng quan về enzyme amylase

Nguồn thu nhận enzyme amylase

Quy trình CNSX enzyme Amylase từ

1.TỔNG QUAN VỀ ENZYME AMYLASE

Định nghĩa

 Amylase là một hệ Enzyme rất phổ biến trong thế giới

sinh vật

 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 (thủy phân tinh bột, glycogen và dextrin thành glucose, maltose,

…)

R.R’ + H–OH  RH + R–OH

Phân loại

Có 6 loại enzyme được xếp vào 2 nhóm:

Endo amylase và Exo amylase 1.TỔNG QUAN VỀ ENZYME AMYLASE

PHÂN LOẠI

Enzyme amylase Endoamylase

Enzyme khử nhánh

Exoamylase

 - amylase

Khử trực tiếp Khử gián tiếp

glucosidase

Maylo-1,6-Transglucosylas

e glucosidase)

(oligo-1,6-Pullulanase

(-dextrin

6-glucosidase)

 - amylase

 - amylase

Đặc tính

 Khả năng dextrin hóa: Thủy phân tinh bột  dextrin +

một ít maltoza

 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:dễ tan trong nước, dd muối và rượu loãng.

 Bị kìm hãm bởi các kim loại nặng như: Cu2+, Ag+, Hg2+

 Cơ chất tác dụng của enzyme amylase là tinh bột và

glycogen

 Khả năng dextrin hóa: Thủy phân tinh bột  dextrin +

một ít maltoza

 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:dễ tan trong nước, dd muối và rượu loãng.

 Bị kìm hãm bởi các kim loại nặng như: Cu2+, Ag+, Hg2+

 Cơ chất tác dụng của enzyme amylase là tinh bột và

glycogen

1.TỔNG QUAN VỀ ENZYME AMYLASE

Cơ chế tác dụng

Cơ chế tác dụng

1.TỔNG QUAN VỀ ENZYME AMYLASE

Cơ chế tác dụng

Cơ chế tác dụng

 -amylaseamylase

 -amylaseamylase

phân tách các liên kết -1,4-glucoside nội mạch ở bất kỳ vị trí nào trong phân tử

tinh bột

phân tách các liên kết -1,4-glucoside nội mạch ở bất kỳ vị trí nào trong phân tử

tinh bột

hầu như không tác dụng lên tinh bột nguyên thể và tác dụng mạnh lên tinh bột đã hồ hóa

hầu như không tác dụng lên tinh bột nguyên thể và tác dụng mạnh lên tinh bột đã hồ hóa

Quá trình thủy phân xảy ra qua nhiều giai đoạn:

Gđ1 (dextrin hóa): chỉ 1 số liên kết trong phân tử bị thủy phân, tạo thành một lượng dextrin , độ nhớt của hồ tinh bột giảm nhanh

Gđ2 (đường hóa): tiếp tục thủy phân tạo ra các dextrin phân tử thấp hơn, maltose, izomaltose và glucose

Quá trình thủy phân xảy ra qua nhiều giai đoạn:

Gđ1 (dextrin hóa): chỉ 1 số liên kết trong phân tử bị thủy phân, tạo thành một lượng dextrin , độ nhớt của hồ tinh bột giảm nhanh

Gđ2 (đường hóa): tiếp tục thủy phân tạo ra các dextrin phân tử thấp hơn, maltose, izomaltose và glucose

1.TỔNG QUAN VỀ ENZYME AMYLASE

Cơ chế tác dụng

Cơ chế tác dụng

-amylaseamylose

-amylaseamylose

Sự tấn công của của E chỉ xảy ra

ở phần thẳng của mạch và bị dừng lại ở vị trí phân nhánh

đã hồ hóa

1.TỔNG QUAN VỀ ENZYME AMYLASE

Cơ chế tác dụng

Cơ chế tác dụng

 Thủy phân các liên kết -1,4 và cả 1,6-glucozit của phân

tử tinh bột và các polysaccarit khác

 Sự thủy phân tiến hành một cách tuần tự ở từng liên kết

một, bắt đầu từ đầu không khử của mạch, tách dần từng phân tử của lucoza, glucosamylaza cũng có khả năng thủy phân cả maltoza, azomaltoza và dextrin

Glucoamylaza

1.TỔNG QUAN VỀ ENZYME AMYLASE

2.NGUỒN THU NHẬN ENZYME AMYLASE

Sự tích tụ -amylase trong mầm đại mạchamylase trong mầm đại mạch

Nguồn vi sinh vật

Vi sinh vật tạo amylase được dùng nhiều hơn cả là : nấm sợi, giả nấm men và vi khuẩn còn xạ khuẩn thì ít được sử dụng.

Điều chỉnh quá trình tổng hợp enzyme dễ dàng.

Hệ enzyme từ VSV vô cùng phong phú.

Giá thành môi trường nuôi cấy đơn giản và rẻ tiền.

Tốc độ sinh sản rất nhanh.

Dễ kiểm soát quá trình sản xuất và mở rộng ở quy mô công nghiệp

Được sử dụng nhiều nhất để thu nhận enzyme

Được sử dụng nhiều nhất để thu nhận enzyme

Giới thiệu về chủng mốc Aspergillus oryzae

Aspergillus oryzae là một loại nấm vi thể thuôc bộ Plectascales, lớp Ascomycates Cơ thể sinh trưởng

của nó là một hệ sợi bao gồm những sợi rất mảnh, chiều ngang 5-7m.

3.Quy trình CNSX enzyme

Amylase từ Aspergyllus Oryzae

Giống VSV

Xử lý

Kết tủa enzymeKết tủa enzyme

khiết

Thu nhận enzyme bán tinh

khiết

Nuôi cấy enzyme thôenzyme thôThu nhận Thu nhận

Nghiền mịn

Nghiền mịn

Sắc kýSấyBao gói

Thành phẩmThành phẩm

 Xử lý nguyên liệu  : cám gạo, trấu, mạt cưa được

xử lý để loại bỏ tạp chất Trấu cho vào với tỷ lệ 25% so với cám gạo.

20- Thanh trùng  : dưới áp suất 1-1,5atm ,95oC trong

60 phút Đồng thời phải thanh trùng khay lên men.

 Rải nguyên liệu lên khay có kích thước 23m, độ

dày 2-3cm, dùng 3kg môi trường/khay.

 Phối trộn: cấy mốc giống với tỷ lệ 0,5-20% so với

khối lượng môi trường trên mỗi khay.

 Nuôi cấy: giữ ở 25-30oC, độ ẩm 60-65%, đồng thời

phải thoáng khí.

Sự phát triển của Asp Oryzae trong quá trình nuôi

• Thành phần dinh dưỡng bắt đầu có sự thay đổi

• Khối môi trường còn rời rạc

• Enzyme mới bắt đầu được hình thành

• Kéo dài khoảng 14-18 h

• Toàn bộ bào tử đã phát triển thành sợi nấm bắt đầu phát

triển rất mạnh

• Môi trường được kết lại khá chặt, độ ẩm giảm,nhiệt độ

tăng nhanh tới 40-45oC

• Các chất dinh dưỡng bắt đầu giảm nhanh, do sự đồng hóa

mạnh của nấm sợi

• Enzyme amylase được tổng hợp mạnh

• Lượng oxi trong không khí giảm và CO2 sẽ tăng dần

Sự phát triển của Asp Oryzae trong quá trình nuôi

cấy:

Giai đoạn 2

Cần phải được cung cấp oxi và quá trình thông khí phải diễn ra mạnh và nhiệt độ luôn phải duy trì trong khoảng 29-30oC là tốt nhất và là điều kiện tốt nhất để nấm

mốc tạo ra enzyme nhiều nhất.

Sự phát triển của Asp Oryzae trong quá trình nuôi

cấy:

Giai đoạn 2

• Kéo dài khoảng 10-20h

• Quá trình trao đổi chất của nấm mốc yếu dần, do chất

dinh dưỡng giảm

• Nhiệt độ của khối môi trường giảm, do đó làm giảm

lượng không khí xuống 20-25 thể tích không khí/ thể tích phòng nuôi cấy/ giờ

• Nhiệt độ duy trì ở 30oC bào tử sẽ đươc hình thành và

lượng enzyme amylase sẽ giảm xuống

Sự phát triển của Asp Oryzae trong quá trình nuôi

cấy:

Giai đoạn 3

 Thu nhận enzyme thô:

• Đến khoảng 30-32h sau khi cấy giống

• Cần thu nhận enzyme thô vào thời điểm trước

khi nấm sinh bào tử Do đó cần một bước nuôi cấy thử nghiệm để xác định thời điểm thu nhận enzyme.

Chế phẩm enzyme thô thu được chứa tế bào nấm,

cơ chất, nước và enzyme.

 Sấy: sấy ở nhiệt độ 30-40oC, độ ẩm sau sấy là 10%

giữ được hoạt tính của enzyme

 Nghiền mịn: chế phẩm enzyme thô được nghiền với

cát và bột thạch anh Cát và bột thạch anh được rửa sạch và sấy khô trước.

 Trích ly: sau khi nghiền dùng nước để trích ly Cứ

1lit enzyme thô cho 4-5lit nước, khuấy nhẹ sau đó lọc lấy dịch.

 Lọc: dịch sau trích ly lọc bằng lọc tiếp tuyến.

 Kết tủa enzyme:

• Sử dụng hai tác nhân chủ yếu là cồn và sunfat amon.

• Làm lạnh dung dịch enzyme thô và các tác nhân gây

kết tủa xuống 4-7oC để tránh làm mất hoạt tính

enzyme.

• Khi đổ chất kết tủa vào kết tủa enzyme thô phải hết

sức từ từ để tránh hiện tượng biến tính.

• Cứ 1lít dung dịch enzyme thô thì cho 2-2,5lit cồn hoặc

sunfat amon.

 Sắc ký

• Enzyme thu được là một hỗn hợp gồm nhiều enzyme

khác nhau: amylase, protease, cellulose… do đó phải tiến hành sắc ký lọc gel để thu được enzyme

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men và chất lượng enzyme

b) Môi trường dinh dưỡng:

c) Độ ẩm môi trường:

Độ ẩm tốt nhất cho sự hình thành enzym của nấm mốc Asp.oryzae là 55-60%, thích hợp cho sự hình thành bào

tử là khoảng 45% nên cần giữ cho độ ẩm môi trường

không bị giảm trong quá trình phát triển.

d) Không khí:

- Asp.oryzae là VSV hoàn toàn hiếu khí, chỉ phát triển bình thường khi đầy đủ oxy Nên môi trường phải xốp, rải

thành lớp dày không quá 2-3cm, phòng nuôi phải thoáng

- Theo thực nghiệm, để thoả mãn cho sự hô hấp của nấm mốc Asp.oryzae trong toàn bộ chu kỳ phát triển cứ cách 1h, môi trường cần khoảng 1,7m3 không khí Asp oryzae phát triển bình thường khi nồng độ CO2 trong không khí đạt 8%

e) Nhiệt độ:

Nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển và hình thành

enzym là 28-32oC Nhiệt độ do nấm mốc tỏa ra môi

trường có thể bị nóng lên 40oC hoặc hơn Do vậy cần giữ cho nhiệt độ môi trường không xuống dưới 27oC và không cao hơn 36oC

f) Ảnh hưởng của pH:

pH thích hợp cho Asp.oryzae là môi trường acid yếu khoảng 5.5-6.5

g) Thời gian nuôi:

Hầu hết các chủng nấm mốc Aspergillus oryzae có hoạt

động cực đại của amylase ở khoảng giờ thứ 30-38, rồi sau đó là cực đại protease giờ thứ 36-42

Chủng Thời gian nuôi (giờ)

Asp.oryzae - 476 24-25

h)Sục khí và khuấy trộn

Phần lớn vi sinh vật tạo Amylase là những VSV hiếu khí Vì vậy sinh trưởng cuả chúng phụ thuộc vào lượng oxy phân tử hoà tan trong dịch nuôi cấy

Ứng dụng của enzyme amylase trong sản xuất maltodextrin

 Cấu tạo: Từ 3-19 đơn vị glucose, DE từ 4-20.

Maltosedextrin

 Độ đồng nhất của nguyên liệu tăng.

 Hệ số truyền nhiệt tăng

 Thể tích hạt tinh bột tăng

 Độ đồng nhất của nguyên liệu tăng

 Hệ số truyền nhiệt tăng

 Thể tích hạt tinh bột tăng

1.Phối trộn

• Các yếu tố ảnh hưởng:

+ Chất lượng của tinh bột

+ Tỉ lệ phối trộn nguyên liệu

+ Thiết bị: tốc độ phối trộn của thiết bị

• Thiết bị và thông số công nghệ:

+ Thiết bị: thiết bị hình trụ có trang bị cánh khuấy + Chỉnh pH đến pH khoảng 5,8-5,9 bằng NaOH + Hàm lượng enzyme bổ sung vào khoảng 0,4 % khối lượng của tinh bột

+Tốc độ quay khoảng 30 vòng/ phút

Hạt tinh bột trương nở cực đại

Nhiệt độ dung dịch tăng

Độ nhớt tăng cực đại

Hạt tinh bột trương nở cực đại

Hạt tinh bột trương lên

Tăng độ trong và độ nhớt

Các phân tử mạch thẳng và nhỏ thì hòa tan và sau đó tự liên hợp với nhau

để tạo thành gel

Hạt tinh bột trương lên

Tăng độ trong và độ nhớt

Các phân tử mạch thẳng và nhỏ thì hòa tan và sau đó tự liên hợp với nhau

để tạo thành gel

2 Hồ hóa

• Các yếu tố ảnh hưởng:

+ Nhiệt độ: ở khoảng 62-67oC thì bắp sẽ hút nước và trương nở tốt.

12.Cửa thổi

Thiết bị thủy phân

3 Dịch hóa

• Mục đích:

+ Phá vỡ cấu trúc của hạt tinh bột, giải phóng các amyloza và các amylopectin riêng lẻ tạo điều kiện cho enzyme thủy phân.

+ Làm giảm độ nhớt giúp cho quá trình thủy phân diễn ra tốt hơn.

• Các biến đổi nguyên liệu:

 Protein bị biến tính nhưng hàm lượng

trong nguyên liệu thấp nên ko đáng kể

 Phản ứng thủy phân acid amin

 Phản ứng Maillard

 Protein bị biến tính nhưng hàm lượng

trong nguyên liệu thấp nên ko đáng kể

 Phản ứng thủy phân acid amin

 Phản ứng Maillard

• Thiết bị và thông số công nghệ:

+ Thiết bị: chung thiết bị với hồ hóa + Nhiệt độ: 104 - 107 o C

+ Thời gian khoảng 11 phút

Kích thước hạt tinh bột giảm

+Hóa sinh:Alpha-amylase hoạt động cắt mạch amyloza

và amylopectin thành các dextrin mạch ngắn có khả

năng hòa tan

+Hóa học: Phản ứng thủy phân

+Cảm quan: Bắt đầu xuất hiện cặn và vẫn đục

• Thiết bị và thông số công nghệ:

Dùng các tác nhân lạnh hoặc lớp vỏ áo nhiệt để làm nguội

4 Dextrin hóa

• Nhiệt độ: 93-96oC Tại điểm này, DE của tinh bột thủy phân vào khoảng 4,2-4,6

• Sự thủy phân tinh bột được tiếp tục tại nhiệt độ tối

thiểu trên 93oC cho tới khi DE của dung dịch thủy

phân là 10

• Tốc độ gia tăng DE được kiểm soát bởi sự làm chậm tốc độ phản ứng qua việc duy trì pH ở dưới pH tối ưu của alpha-amylase được chọn khoảng 5,0-5,5

• Sau khi đạt được DE thích hợp thì khử hoạt tính

enzyme bằng cách bổ sung HCl vào để pH ở giữa giá trị khoảng pH: 3,3-3,5

5 Tẩy màu, chỉnh pH

• Mục đích:

Hoàn thiện: chỉnh pH và tẩy màu dung dịch để thu được dung dịch có màu trắng theo yêu cầu tiêu chuẩn tạo giá trị cảm quan.

• Các biến đổi nguyên liệu:

+ Vật lý: Khối lượng tăng do bổ sung than hoạt tính

5 Tẩy màu, chỉnh pH

• Các yếu tố ảnh hưởng:

+ Nhiệt độ

+ Loại và chất lượng than hoạt tính

• Thiết bị và thông số kỹ thuật:

+ Thiết bị hình trụ tương tự như hồ hóa, dịch hóa + Nhiệt độ: tối thiểu trên 76oC

+ pH: 5,5 bằng việc bổ sung natri cacbonat

+ Hàm lượng than hoạt tính : 0,2-0,3 %

6 Lọc

• Mục đích:

Hoàn thiện: lọc bỏ các chất lơ lửng (bao gồm các phân tử protein, lipit trong nguyên liệu ban đầu, tinh bột chưa thủy phân ) và các hạt than hoạt tính

• Các biến đổi nguyên liệu:

+ Vật lý: Khối lượng và tỷ trọng giảm do loại bỏ các chất bã

Hệ số truyền nhiệt tăng + Hóa lý: Có sự tách pha

+ Cảm quan: Dung dịch trong hơn, không màu, không vị lạ

6 Lọc

• Các yếu tố ảnh hưởng:

+ Hàm lượng tạp chất trong dung dịch: ảnh

hưởng đến thời gian lọc

+ Thiết bị lọc: ảnh hưởng đến chất lượng và thời gian lọc.

• Thiết bị và thông số kỹ thuật:

Thiết bị: sử dụng thiết bị lọc áp lực gồm nhiều tấm lưới đặt song song, những tấm lưới này đều được bọc vải bên ngoài

Thiết bị: sử dụng thiết bị lọc áp lực gồm nhiều tấm lưới đặt song song, những tấm lưới này đều được bọc vải bên ngoài

Thể tích giảm + Hóa học: độ ẩm giảm

+ Hóa lý: sự bay hơi nước

+ Cảm quan: dung dịch có độ đậm đặc hơn

7 Cô đặc

• Các yếu tố ảnh hưởng:

+ Thiết bị cô đặc ảnh hưởng đến hiệu quả cô đặc + Nồng độ chất khô mong muốn: càng cao thì

thời gian càng lâu

+ Nồng độ chất khô trong dung dịch ban đầu càng cao thời gian càng ngắn

• Thiết bị và thông số công nghệ:

 Thiết bị cô đặc chân

không bao gồm: nồi cô đặc, bộ ngưng tụ sơ bộ dùng tách khí và nước,

bộ ngưng tụ tứ hai dùng làm mát máy và thu hồi dung môi

 Nhiệt độ cô đặc: 60 oC

 Nồng độ chất khô đầu

ra: 46%

 Thiết bị cô đặc chân

không bao gồm: nồi cô đặc, bộ ngưng tụ sơ bộ dùng tách khí và nước,

bộ ngưng tụ tứ hai dùng làm mát máy và thu hồi dung môi

 Nhiệt độ cô đặc: 60 oC

 Nồng độ chất khô đầu

ra: 46%

8 Sấy phun

• Mục đích:

+ Bảo quản: làm bay hơi nước lên làm giảm độ ẩm

+ Hoàn thiện: thu được sản phẩm maltodextrin dạng bột

•  Các biến đổi nguyên liệu:

8 Sấy phun

• Các yếu tố ảnh hưởng:

+ Nồng độ chất khô của nguyên liệu

+ Tác nhân sấy: loại và nhiệt độ tác nhân sấy

+ Thiết bị sấy phun: cách thức hoạt động sấy, tốc độ sấy, lưu lượng nạp nguyên liệu và tác nhân sấy.

• Thiết bị và thông số công nghệ:

 Cấu tạo: cơ cấu phun sương là đầu phun khí động

Tác nhân sấy và nguyên liệu chuyển động ngược chiều

 Tác nhân sấy dùng: không khí nóng

 Cấu tạo: cơ cấu phun sương là đầu phun khí động

Tác nhân sấy và nguyên liệu chuyển động ngược chiều

 Tác nhân sấy dùng: không khí nóng

 Độ ẩm sau khi sấy 5%

 Nhiệt độ không khí vào:

150-170 oC

 Thời gian: 5-7s

 Độ ẩm sau khi sấy 5%

 Nhiệt độ không khí vào:

150-170 oC

 Thời gian: 5-7s

tetrasaccharide & Higher :92,1

+ Mùi vị dịu

Bảng tiêu chuẩn chất lượng của maltodextrin

CÁC SẢN PHẨM ENZYM

TRÊN THỊ TRƯỜNG

Thành phần: Mỗi 5ml thuốc nước

Chỉ định: trẻ nhỏ ăn không tiêu, rối

loạn tiêu hóa, đầy hơi trướng bụng

sau khi ăn hay bú, tình trạng biếng

Chỉ định: trẻ nhỏ ăn không tiêu, rối

loạn tiêu hóa, đầy hơi trướng bụng

sau khi ăn hay bú, tình trạng biếng

ăn ở trẻ em và trẻ nhỏ Neopepttine liquid

Thành phần

 Enzyme Amylase ….≥85UI

 Enzyme Protease …≥40UI

 Enzyme Maltase … ≥40UI

 Enzyme Amylase ….≥85UI

 Enzyme Protease …≥40UI

 Enzyme Maltase … ≥40UI

 Bổ sung các men tiêu hóa, vitamin, acid amin có ích cho cơ thể, giúp trẻ ăn ngon miệng và ăn được nhiều hơn.

 Phòng và hỗ trợ điều trị các rối loạn tiêu hóa do chức năng tiêu hóa suy giảm: Đau bụng, đầy bụng, khó tiêu, tiêu chảy, táo bón, phân sống.

Cốm enzyme EMEDYC

amin Cốm enzyme EMEDYC

amin