ẢNH HƯỞNG CỦA LOẠI ENZYME, NỒNG ĐỘENZYME, NHIỆT ĐỘ, pH ĐẾN QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN NẾP THAN ỨNG DỤNG CHO QUÁ TRÌNH LÊN MEN

ẢNH HƯỞNG CỦA LOẠI ENZYME, NỒNG ĐỘENZYME, NHIỆT ĐỘ, pH ĐẾN QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN NẾP THAN ỨNG DỤNG CHO QUÁ TRÌNH LÊN MEN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGUYỄN THANH VŨ ẢNH HƯỞNG CỦA LOẠI ENZYME, NỒNG ĐỘ ENZYME, NHIỆT ĐỘ, pH ĐẾN QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN NẾP THAN ỨNG DỤNG CHO QUÁ TRÌNH LÊN MEN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Mã ngành: 08 Người hướng dẫn NHAN MINH TRÍ NGUYỄN CÔNG HÀ NĂM 2007 Luận văn đính kèm theo đây, với tựa đề tài :”ẢNH HƯỞNG CỦA LOẠI ENZYME, NỒNG ĐỘ ENZYME, NHIỆT ĐỘ, pH ĐẾN QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN NẾP THAN ỨNG DỤNG CHO QUÁ TRÌNH LÊN MEN” do Nguyễn Thanh Vũ thực hiện và báo cáo, đã được hội đồng chấm luận văn thông qua. Cán bộ hướng dẫn Cán bộ phản biện Nhan Minh Trí Nguyễn Công Hà Lý Nguyễn Bình Cần Thơ, ngày …tháng…năm 2007 Chủ tịch hội đồng Lý Nguyễn Bình Luận văn Tốt nghiệp khóa 28-2007 Trường Đại Học Cần Thơ Chuyên ngành công nghệ thực phẩm-Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng i LỜI CẢM TẠ Chân thà nh cám ơ n T hầy Nhan Mi nh Trí v à Nguyễn Cô ng H à đã hướng dẫn và gi úp đỡ tậ n tìn h tô i trong s uốt qu á trình thự c hiện luận văn tố t nghiệp Xin cảm ơn tấ t cả Thầy cô và C án bộ phòng t hí n ghiệm Bộ môn Công Ng hệ Thực Phẩm đã tr uyền đạ t kiến thức cho tôi trong suốt thờ i gian khóa học và tạo điề u k iệ n thuận lợi gi úp tôi hoàn th ành tốt luận văn này Xin cảm ơn c ác bạn lớp Cô ng Nghệ T hự c Phẩm Kho á 28 đã ủng hộ và giúp đỡ tô i trong s uố t qu á tr ìn h thí n gh iệm Xin chân t h ành cảm ơn. N gu y ễ n Than h V ũ Luận văn Tốt nghiệp khóa 28-2007 Trường Đại Học Cần Thơ Chuyên ngành công nghệ thực phẩm-Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng ii TÓM T Ắ T V ớ i mong mu ố n s ử d ụ ng ngu ồ n enzyme amylase để thay thế nấm mốc ở giai đoạn đường hóa trong quá trình sản xuất rượu nếp than nhằm nhằm nâng cao hiệu suất và đảm bảo chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu kh ả o sát đồ ng th ờ i 3 ngu ồ n enzyme amylase thương mại trích ly từ vi khuẩn Bacillus, hỗn hợp vi khuẩn Bacillus và nấm mốc Aspergillus, nấm mốc Aspergillus niger. Qua đó tìm ra loại enzyme và điều kiện nhiệt độ, pH, nồng độ thích hợp nhất cho quá trình thủy phân nếp than đạt hiệu quả. K ế t qu ả thí nghi ệ m thu đư ợ c nh ư sau : - Nồng độ tối ưu đối với enzyme amylase từ Bacillus, từ Aspergillus niger là 2,5ml/50g còn đối với nguồn từ hỗn hợp vi khuẩn Bacillus và nấm mốc Aspergillus là 1,5ml/50g - Nhi ệ t độ thủy phân t ố i ư u đố i v ớ i enzyme từ Aspergillus niger, từ Bacillus và Aspergillus là 70 0 C còn đố i v ớ i enzyme có ngu ồ n g ố c t ừ vi khu ẩ n Bacillus thì nhi ệ t độ t ố i ư u là 70 0 C và 75 0 C. - pH thích h ợ p cho ph ả n ứ ng th ủ y phân tinh b ộ t c ủ a enzyme t ừ Bacillus pH 5,5; từ Bacillus và Aspergillus là pH 3,5 còn đố i v ớ i enzyme có ngu ồ n g ố c t ừ Aspergillus niger là pH 5,5. - T ừ các thông s ố t ố i ư u đ ã kh ả o sát trên enzyme t ừ 3 ngu ồ n khác nhau, ti ế n hành thí nghi ệ m ở các điều kiện t ố i thích c ủ a enzyme, nh ậ n th ấ y kh ả n ă ng th ủ y phân nếp than c ủ a enzyme có ngu ồ n g ố c t ừ vi khu ẩ n Bacillus đạt được hiệu suất cao hơn. Luận văn Tốt nghiệp khóa 28-2007 Trường Đại Học Cần Thơ Chuyên ngành công nghệ thực phẩm-Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng iii MỤC LỤC Lời cảm tạ . i Tóm tắt . ii Mục lục . iii Danh sách hình . vi Danh sách bảng . viii CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ . 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Mục tiêu . 1 CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2 2.1 Giới thiệu chung về nếp than 2 2.2 Giới thiệu chung về enzyme amylase . 3 2.3 Cấu trúc phân tử amylase . 3 2.3.1 Thành phần cấu tạo 3 2.3.2 Trung tâm hoạt động của enzyme . 4 2.3.3 Tính đặc hiệu của enzyme . 4 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của amylase 5 2.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng của enzyme 5 2.4.2 Ảnh hưởng của pH đến phản ứng của enzyme 5 2.4.3 Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đến phản ứng của enzyme 5 2.4.4 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến phản ứng enzyme 7 2.4.5 Ảnh hưởng của các chất hoạt hóa đến hoạt động của amylase 8 2.4.6 Ảnh hưởng của chất kìm hãm 8 2.4.7 Cơ chất tác dụng . 9 2.5 Đặc tính và cơ chế tác dụng 10 2.5.1 α-amylase (EC.3.2.1.1) . 10 2.5.2 β-amylase (EC.3.2.1.2) 13 2.5.3 γ-amylase (glucoamylase hay α-1,4- glucan-glucohydrolase) (EC.3.2.1.3) 14 2.5.4 Oligo-1,6-glucosidase (dextrin-6-glucanhydrolase) (EC 3.2.1.10) 15 Luận văn Tốt nghiệp khóa 28-2007 Trường Đại Học Cần Thơ Chuyên ngành công nghệ thực phẩm-Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng iv 2.5.5 Pullulanase (EC3.2.1.41) . 16 2.5.6 Transglucosidase . 16 2.7 Ứng dụng của enzyme amylase trong công nghệ thực phẩm . 16 2.7.1 Trong sản xuất rượu . 16 2.7.2 Trong sản xuất bia . 16 2.7.1 Trong công nghệ sản xuất bánh mì . 17 2.7.1 Trong sản xuất bánh kẹo 17 2.7.1 Trong sản xuất siro và các sản phẩm chứa đường 17 CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM . 18 3.1 Phương tiện thí nghiệm . 18 3.1.1 Địa điểm . 18 3.1.2 Thời gian . 18 3.1.3 Nguyên liệu . 18 3.1.4 Hoá chất 18 3.1.5 Trang thiết bị 18 2.1 Phương pháp thí nghiệm 19 2.1.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát hoạt lực của chế phẩm enzyme amylase thương mại đến quá trình thủy phân tinh bột 19 2.2.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của loại enzyme amylase, nồng độ enzyme, pH và nhiệt độ đến quá trình thuỷ phân nếp than 20 CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 23 4.1 Xác định hoạt tính của enzyme thương mại 23 4.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ, pH, nồng độ enzyme đến khả năng thủy phân của enzyme 24 4.2.1 Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ, pH, nồng độ enzyme đến khả năng thủy phân của enzyme α-amylase có nguồn gốc từ vi khuẩn Bacillus . 24 4.2.2 Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ, pH, nồng độ enzyme đến khả năng thủy phân của enzyme glucoamylase có nguồn gốc từ nấm mốc Aspergillus và vi khuẩn Bacillus 29 4.2.3 Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ, pH, nồng độ enzyme đến khả năng thủy phân của enzyme glucoamylase có nguồn gốc từ nấm mốc Aspergillus niger . 35 Luận văn Tốt nghiệp khóa 28-2007 Trường Đại Học Cần Thơ Chuyên ngành công nghệ thực phẩm-Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng v 4.3 So sánh khả năng thủy phân của loại enzyme để ứng dụng cho quá trình lên men . 40 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 41 5.1 Kết luận . 41 5.2 Đề nghị . 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 PHỤ LỤC ix Luận văn Tốt nghiệp khóa 28-2007 Trường Đại Học Cần Thơ Chuyên ngành công nghệ thực phẩm-Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng vi DANH SÁCH HÌNH Hình1 : Nguyên liệu nếp than 2 Hình 2: Cấu trúc của anthocyanin . 2 Hình 3: Các loại enzyme endoamylase và exoamylase 4 Hình 4: Hoạt động phân cắt liên kết α-1,4 và α-1,6-glucosid của amylase . 10 Hình 5: Cơ chế tác dụng của hệ enzyme amylase . 10 Hình 6: Cơ chế tác dụng của β-amylase lên tinh bột 14 Hình 7: Nếp sau khi nghiền nhỏ 23 Hình 8: Mẫu xác định hoạt lực của 3 loại enzyme . 23 Hình 9: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ brix theo thời gian thủy phân ở pH = 5, nồng độ 0,5ml/50g 24 Hình 10: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ brix theo thời gian thủy phân ở pH = 5,5 và nhiệt độ 65 0 C 25 Hình 11: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ brix theo thời gian thủy phân ở nồng độ 2,5ml/50g và nhiệt độ 70 0 C 26 Hình 12: Độ brix của dịch thủy phân khi sử dụng enzyme nồng độ 0,5ml/50g 27 Hình 13: Độ brix của dịch thủy phân khi sử dụng enzyme nồng độ 1,5ml/50g 27 Hình 14: Độ brix của dịch thủy phân khi sử dụng enzyme nồng độ 2,5ml/50g 27 Hình 15: Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến độ Brix đạt được sau quá trình thủy phân tinh bột ở nồng độ 2,5ml/50g trong không gian . 28 Hình 16: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ brix theo thời gian thủy phân ở pH = 3,5; nồng độ 0,5ml/50g . 29 Hình 17: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ brix theo thời gian thủy phân ở pH = 3,5 và nhiệt độ 60 0 C 30 Hình 18: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ brix theo thời gian thủy phân ở nồng độ 1,5ml/50g và nhiệt độ 60 0 C 31 Hình 19: Độ brix của dịch thủy phân khi sử dụng enzyme nồng độ 0,5ml/50g 32 Hình 20: Độ brix của dịch thủy phân khi sử dụng enzyme nồng độ 1,5ml/50g 32 Hình 21: Độ brix của dịch thủy phân khi sử dụng enzyme nồng độ 2,5ml/50g 33 Hình 22: Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến độ Brix đạt được sau quá trình thủy phân tinh bột ở nồng độ 0,5ml/50g trong không gian . 33 Luận văn Tốt nghiệp khóa 28-2007 Trường Đại Học Cần Thơ Chuyên ngành công nghệ thực phẩm-Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng vii Hình 23: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ brix theo thời gian thủy phân ở pH = 4,5, nồng độ 0,5ml/50g . 34 Hình 24: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ brix theo thời gian thủy phân ở pH = 4 và nhiệt độ 60 0 C 35 Hình 25: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ brix theo thời gian thủy phân ở nồng độ 0,5ml/50g và nhiệt độ 60 0 C 36 Hình 26: Độ brix của dịch thủy phân khi sử dụng enzyme nồng độ 0,5ml/50g 37 Hình 27: Độ brix của dịch thủy phân khi sử dụng enzyme nồng độ 1,5ml/50g 37 Hình 28: Độ brix của dịch thủy phân khi sử dụng enzyme nồng độ 2,5ml/50g 38 Hình 29: Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến độ Brix đạt được sau quá trình thủy phân tinh bột ở nồng độ 0,5ml/50g trong không gian . 38 Hình 30: Đồ thị hàm lượng chất tan thu được trong dịch lọc và hàm lượng đường trong bã của enzyme từ nguồn khác nhau . 40 Luận văn Tốt nghiệp khóa 28-2007 Trường Đại Học Cần Thơ Chuyên ngành công nghệ thực phẩm-Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng viii DANH SÁCH BẢNG Bảng 1:Thành phần hóa học của gạo nếp than . 3 Bảng 2: Khả năng chịu nhiệt của enzyme amylase 11 Bảng 3: Khả năng chịu nhiệt của α-amylase từ các nguồn khác nhau 11 Bảng 4: Hoạt độ của enzyme amylase . 24 Bảng 5: Kết quả thống kê ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng thủy phân của enzyme α- amylase có nguồn gốc từ vi khuẩn bacillus . 24 Bảng 6: Kết quả thống kê ảnh hưởng của nồng độ đến khả năng thủy phân của enzyme α- amylase có nguồn gốc từ vi khuẩn bacillus . 25 Bảng 7: Kết quả thống kê ảnh hưởng của pH đến khả năng thủy phân của enzyme α- amylase có nguồn gốc từ vi khuẩn bacillus . 26 Bảng 8: Kết quả thống kê ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng thủy phân của enzyme glucoamylase từ Aspergillus và Bacillus . 29 Bảng 9: Kết quả thống kê ảnh hưởng của nồng độ đến khả năng thủy phân của enzyme glucoamylase từ Aspergillus và Bacillus . 31 Bảng 10: Kết quả thống kê ảnh hưởng của pH đến khả năng thủy phân của enzyme glucoamylase từ Aspergillus và Bacillus . 32 Bảng 11: Kết quả thống kê ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng thủy phân của enzyme glucoamylase có nguồn gốc từ aspergillus niger . 35 Bảng 12: Kết quả thống kê ảnh hưởng của nồng độ đến khả năng thủy phân của enzyme glucoamylase từ Aspergillus niger 36 Bảng 13: Kết quả thống kê ảnh hưởng của pH đến khả năng thủy phân của enzyme glucoamylase từ Aspergillus niger 37 Bảng 14: So sánh khả năng thủy phân của enzyme . 39 Bảng 15: Hiệu suất thủy phân của các loại enzyme . 40 [...]... ph n 1 mg tinh b t trong 1 ph t 500C Công th c tính: X = b ∗ t ∗ Ao ( Ao − A1 ) ∗ a v Ch tiêu theo dõi - Lư ng tinh b t còn l i K t qu theo dõi s ư c x lý b ng chương trình Statgraphics Plus 4.0 3.2.2 Thí nghi m 2: Kh o sát nh hư ng c a lo i enzyme amylase, n ng và nhi t n quá trình thu ph n n p than enzyme, pH i M c ích Nh m xác nh lo i enzyme, n ng ph n t hi u qu cao và nhi t thu ph n thích h p quá. .. Như v y khi [S] th p, v ph thu c tuy n tính vào [S], ph ơng trình ph n ng theo b c 1 - N u [S] >> Km Ph n ng b c 0 - N u [S] = Km v = Vmax : v n t c ph n ng tc c i, không ph thu c vào [S] v = Vmax/2 d dàng xác nh giá tr Km và Vmax, Line Weaver và Burk ã bi n i ph ơng trình Michaelis – Menten thành d ng ph ơng trình ư ng th ng b ng cách l y ngh ch o c 2 v c a ph ơng trình Ph ơng trình theo Line Weaver... nh pH trung tính Tuy nhiên cũng có nhi u enzyme ho t ng pH acid y u M t s khác l i ho t ng m nh pH ki m và c pH acid pH t i ưu cũng ph thu c vào nhi t , khi tăng nhi t ph n ng thì pH t i ưu s chuy n d ch v ph a l n hơn Ngư i ta thư ng s d ng nh hư ng c a pH bi n th c ph m 2.4.3 nh hư ng c a n ng cơ ch t i u hòa ph n ng trong b o qu n, ch n ph n ng c a enzyme Enzyme tham gia quá trình xúc tác t o ph. .. thành β-amylase ư c g i là enzyme ngo i ph n (exoenzyme) β-amylase ph n gi i 100% amylose thành maltose Ph n gi i 54-58% amylopectin thành maltose Do m i nhánh c a amylopectin có t 20-25 ph n t glucose nên sau khi th y ph n t o 10-12 ph n t maltose Khi t i liên k t α-1,4 glucoside g n v i α-1,6 glucoside, β-amylase s ngưng tác d ng, ph n saccharide còn l i là dextrin ph n t l n Có ch a nhi u liên k t α-1,6... dextrin ph n t th p, sau ó các dextrin này b th y ph n ti p t c t o thành maltose và glucose Dư i tác d ng c a enzyme α-amylase, amylose b ph n gi i khá nhanh t o thành oligoshaccaride g m 6-7 g c glucose, sau này các m ch này b ph n c t d n và b ph n gi i ch m n maltose Sau th i gian th y ph n amylose s n ph m bao g m: 87% maltose, 13% glucose Dư i tác d ng c a enzyme α-amylase amylopectin b ph n gi... Nhân t C: giá tr pH thay i các m c C1: pH 3,5 C2: pH 4 C3: pH 4,5 C4: pH 5 C5: pH 5,5 C6: pH 6 S l n l p l i: 2 T ng s nghi m th c là: 102 iv Ti n hành thí nghi m V i m i lo i enzyme ta ti n hành như sau: Cho 0,2ml enzyme vào 50g n p than ã ư c nghi n s n v i 200ml nư c, sau ó ch nh v pH C1 r i em un nhi t 70 0C trong 10 ph t Sau ó ti n hành nâng nhi t lên nhi t h hóa kho ng 10 ph t r i cho lư ng enzyme... nên trong d ch th y ph n có nhi u maltose hơn Nhi t t i thích cho ho t ng c a các dextrinase là 400C và pH t i thích là 5,1 2.5.5 Pullulanase (EC3.2.1.41) Enzyme pullulanase th y ph n các liên k t α-1,6-glucoside trong tinh b t và glycogen Ph n t lư ng c a nó là 145000 pH ho t ng t i thích là 5,0 và nhi t ho t ng t i 0 thích là 47,5 C Enzyme này có kh năng th y ph n c nh ng dextrin ph n t th p ch g m... amylopectin b ph n gi i khá nhanh nhưng vì αamylase không ph n c t ư c liên k t α-1,6 glucoside nên dù có kéo dài th i gian th y ph n nhưng sau cùng s n ph m có kho ng: 72% maltose, 19% glucose, dextrin ph n t th p và izomaltose là 8% Các giai o n c a quá trình thu ph n tinh b t c a α-amylase: - Giai o n dextrin hoá: α-amylase Tinh b t dextrin ph n t lư ng th p - Giai o n ư ng hóa: α-amylase Dextrin... Thơ ii Cơ ch tác d ng lên m ch Amylose và Amylopectin α-amylase có kh năng ph n c t liên k t α-1,4 Glucoside b t kỳ v trí nào trên m ch tinh b t ã ư c h hóa Do ó ư c g i là enzyme n i ph n (endoenzyme) α-amylase không ch có kh năng ph n hu h tinh b t mà còn có kh năng ph n hu c h t tinh b t nguyên v n S th y ph n tinh b t c a α-amylase tr i qua nhi u giai o n: Trư c tiên enzyme này ph n c t m t s liên... công ngh th c ph m-Khoa Nông Nghi p và Sinh H c ng D ng 25 Lu n văn T t nghi p khóa 28-2007 Trư ng 20 18 pH 5 12 pH 5,5 10 8 6 Brix Brix 16 14 pH 6 i H c C n Thơ 20 18 16 14 12 10 8 pH 5 pH 5,5 pH 6 6 4 2 4 2 0 0 0 10 20 30 40 50 0 60 10 Nhi t 20 30 40 50 60 Th i gian (ph t) Th i gian (ph t) 650C 700C Nhi t 20 Brix 18 16 14 pH 5 pH 5,5 12 10 pH 6 8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60 Th i gian (ph t) Nhi t Hình