Quy trình sản xuất enzyme amylase và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm (sản xuất mật tinh bột)

Amylase là một hệ enzyme rất phổ biến trong thế giới sinh vật. Các enzyme này thuộc nhóm enzyme thủy phân, xúc tác phân giải liên kết nội phân tử trong nhóm polysaccharide với sự tham gia của nước:RR’ + HOH RH + R’OHCó 6 loại enzyme được xếp vào 2 nhóm: Endoamylase (enzyme nội bào) và Exoamylase (enzyme ngoại bào).Endoamylase gồm có amylase và nhóm enzyme khử nhánh. Nhóm enzyme khử nhánh này được chia làm 2 loại: Khử trực tiếp là Pullunase (hay còn gọi là dextrin 6glucosidase) và khử gián tiếp là Transglucosylase (hay oligo1,6 glucosidase) và Maylo1,6glucosidase. Các enzyme này thủy phân liên kết bên trong các chuỗi polysaccharide.Exoamylase gồm có amylase và amylase. Đây là những enzyme thủy phân tinh bột từ đầu không khử của chuỗi polysaccharide.Cơ chất tác dụng của amylase là tinh bột và glycogen: Tinh bột: là nhóm carbohydrate ở thực vật có chủ yếu trong các loại củ (như khoai lang, khoai tây,..), trong các hạt ngũ cốc, các loại hạt có công thức tổng quát là (C6H12O6)n. Tinh bột từ mọi nguồn khác nhau đều có cấu tạo từ amylo và amylopectin. Các loại tinh bột đều có 2030% amylo và 7080% amylopectin. Trong thực vật, tinh bột được xem là chất dự trữ năng lượng quan trọng.Dưới tác dụng của enzyme amylase, tinh bột bị thủy phân do các liên kết glucoside bị phân cắt. Sự thủy phân tinh bột bởi enzyme amylase xảy ra theo 2 mức độ: dịch hóa và đường hóa. Kết quả của sự dịch hóa là tạo ra sản phẩm trung gian dextrin và khi dextrin tiếp tục bị đường hóa thì tạo ra maltose và glucose. Glycogen: là 1 loại Carbohydrate dự trữ. Ở động vật được dự trữ trong cơ thể động vật và được cơ thể chuyển hóa để sử dụng từ từ. Amylase có vai trò quan trọng trong sự chyển hóa glucid ở tế bào động vật, vi sinh vật. Glycogen được cấu tạo từ các glucose liên kết với nhau bằng liên kết 1,4glycoside. Ở các vị trí phân nhánh, glucose nối với nhau bằng liên kết 1,6glycoside. Glycogen có số mạch nhiều hơn tinh bột, phân tử lượng ở trong khoảng 23 triệu Da.Glycogen dễ tan trong nước, nếu chúng ta ăn quá nhiều carbohydrate thì cơ thể chúng ta sẽ chuyển hóa chúng thành chất béo dự trữ. Ở động vật và người, glycogen tập trung chủ yếu ở trong gan.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM

Môn học:Ứng dụng CNSH trong CNTP

ĐỀ TÀI:QUÁ TRÌNH SX ENZYME

AMYLASE VÀ ỨNG DỤNG TRONG CNTP

GVHD: Thầy:Liêu Mỹ Đông Nhóm thực hiện: nhóm 10

DANH SÁCH NHÓM

1 Nguyễn Thị Loan 2005130175

2 Cầm Thị Hoàn 2005130221

3 Nguyễn Thị Phương Thảo 2005130134

4 Nguyễn Thị Thanh Thảo 2005130222

5 Huỳnh Long Dâng 2005130246

6 Đỗ Văn Thanh 2005130176

I • Tổng quan về enzyme amylase

II • Nguồn thu nhận enzyme amylase

III • Quy trình sản xuất enzyme amylase

1 Lịch sử nghiên cứu:

• Trước thế kỷ XVII người ta đã biết sử dụng các quá trình enzyme trong đời sống mang tính kinh nghiệm thực tế.

• Năm 1814 Kirchoff, viện sĩ Saint Petercburg đã phát hiện nước chiết của mầm đại mạch có khả năng chuyển hóa tinh bột thành đường ở nhiệt độ thường.

• Mười chín năm sau (năm 1833), hai nhà khoa học người Pháp là Payen và Pessoz đã chứng minh chất có hoạt động phân giải tinh bột thành đường có thể tách được ở dạng bột Diastase là tên gọi enzyme amylase lúc bấy giờ.

Tổng quan về enzyme amylase

1.Enzyme amylase là gì?

Amylase là một hệ enzyme rất phổ biến trong thế giới sinh vật.Các enzyme này thuộc nhóm enzyme thủy phân,xúc tác phân giải liên kết nội phân tử trong nhóm polysaccharide với sự tham gia của nước:

RR’ + H-OH RH + R’OH

Maylo-1,6- glucosidase

 α– amylase có khả năng phân

cắt các liên kết 1,4- glucoside

của cơ chất một cách ngẫu

nhiên.

 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.

 Endoamylase (enzyme nội bào):

 Enzyme khử nhánh:

 Khử trực tiếp:

- Pullulanase là một trong các enzyme quan trọng nhất trong chế biến tinh bột

- Pullulanase thủy phân 1,liên kết 6- glycosidic của

α-chuỗi phân nhánh và glycosidic.

Exoamylase (enzyme ngoại bào):

 –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- glucose.

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.

• Các amylase bị kiềm hãm bởi các kim loại nặng như Cu2+, Ag+,Hg2+.

• α - amylase của sinh vật 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.

• α - amylase của nấm mốc có khả năng dextrin hóa cao tạo ra một lượng lớn glucoza và

maltoza.

• To tối thích cho hoạt động xúc tác của α -

amylase từ các nguồn khác nhau cũng không đồng nhất.

• -amylase từ các nguồn khác nhau có thành

phần amino acid khác nhau.

•

4.Cơ chế tác dụng:

 Các giai đoạn của QT thủy phân tinh bột của α-amylase:

• Giai đoạn dextrin hóa:

Tinh bột dextrin phân tử lượng thấp

• Độ nhớt của hồ tinh bột giảm nhanh.

α-amylase:

• Giai đoạn đường hóa:

 Dextrin  tetra và trimaltose  disaccharide

và monosaccharide.

 Amylase  oligosacharide  poliglucose.

 Maltose  maltotriose  maltotetrose.

Nguồn thu nhận enzyme

Thu nhận enzyme amylase từ nguồn

• Quá trình nảy mầm của đại mạch là giai đoạn chuyển hóa enzyme từ trạng thái không hoạt động sang trạng thái hoạt động

• Hạt đại mạch trước khi ngâm không có hoạt lực của enzyme α-amylase.

Thu nhận enzyme amylase từ nguồn

• 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 các dạng liên kết.

Thu nhận enzyme amylase từ

nguồn VSV

Thu nhận enzyme amylase từ

nguồn VSV

• Chủng nấm mốc Asp Oryzae, Asp.nier…

• Các loại vi khuẩn là bacillus subtilis, Bac

Mensentericus…

• 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.

Thu nhận enzyme amylase từ

• 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

Thu nhận enzyme amylase từ

• Giống VSV quyết định vốn đầu tư cho sản xuất.

• Giống VSV còn quyết định đến giá thành sản phẩm

Quy trình sản xuất enzyme

từ quá trình nuôi cấy vi sinh vật.

• Chế phẩm amylase thu được từ phương pháp nuôi cấy vi sinh vật hầu hết được tổng hợp bởi nấm mốc, vi khuẩn và một số ít từ nấm men.

Nguyên liệu sản xuất enzyme

 Nguyên liệu sử dụng trong nuôi cấy bề sâu: phổ biến là dịch đường như gluco, fructo, saccaro, nước chiết bắp, pepton,… nồng độ thích hợp khoảng 10 - 15%.

Giống vi sinh vật dùng trong sản xuất amylase

• Chủng nấm mốc Asp Oryzae,

Asp.nier…

• Các loại vi khuẩn là bacillus subtilis,

Bac Mensentericus…

Sản xuất theo phương pháp nuôi

Xử lý nguyên liệu

Thanh trùng

Thanh trùng Làm nguội

Phối trộn

Nuôi cấy Giống VSV

Thu enzyme thô

Thu enzyme thô

Sấy Nghiền mịn

TP

Chuẩn bị môi trường nuôi cấy

 Các phụ phẩm thêm vào để tăng độ thoáng khí cho môi trường nuôi cấy:

• Mầm mạch ( 15-20% ).

• Trấu ( 20-25% ).

• Mùn cưa ( 5-10% )…

Thanh trùng

• Trước khi thanh trùng người ta cho vào môi trường 0,2% formalin ( 40% ) và 0,8% HCL kỹ thuật theo khối lượng môi trường

• Nhiệt độ thanh trùng là 950C trong 60 phút

• Đồng thời phải thanh trùng khay lên men.

• Đưa khay lên các giá đỡ.

• Nhiệt độ phòng nuôi cấy được giữ ở 25-30oC.

Trộn và nuôi cấy

• Độ ẩm 60-65%, đồng thời phải thoáng khí.

• Đến khoảng 30-32 giờ sau khi cấy giống, ta thu nhận enzyme thô.

• Cần thu nhận enzyme thô vào thời điểm trước khi nấm sinh bào tử

• Chế phẩm enzyme thô thu được chứa tế bào nấm, cơ chất, nước và enzyme.

Trộn và nuôi cấy

 Thời gian nuôi để có lượng amylase cực lớn:

Chủng Thời gian nuôi (giờ)

Sản xuất enzym tinh khiết

 Nghiền mịn: vừa phá vỡ thành tế bào vừa làm nhỏ các thành phần của chế phẩm thô

 Trích ly: Các loại enzyme thủy phân có khả năng tan trong nước nên người ta thường dùng nước như một dung môi hòa tan.

 Kết tủa enzym α-amylase: Trong công nghệ tinh chế enzym, người ta thường dùng cồn và sunfat amon.

 Để dễ bảo quản người ta sấy kết tủa enzyn amylase ở 400C cho đến khi độ ẩm cuối cùng đạt 5-8%

α-Sơ đồ dây chuyền công nghệ

Ưu và nhược điểm của phương pháp này:

 Ưu điểm

• Quy trình công nghệ thường không phức tạp Tạo nhiều sp

• Chế phẩm enzyme thô sau khi thu nhận rất

dễ sấy khô và dễ bảo quản.

• Nuôi cấy bề mặt không cần sử dụng nhiều thiết bị phức tạp, vận hành công nghệ cũng như việc đầu tư vừa đơn giản vừa không tốn kém.

• Trong trường hợp bị nhiễm các VSV lạ, rất dễ

xử lý

Ưu và nhược điểm của phương pháp này:

 Nhược điểm:

• Phương pháp này tốn khá lớn diện tích cho nuôi cấy

 Trong phương pháp này VSV phát triển trên

bề mặt môi trường nên cần nhiều diện tích.

Phương pháp nuôi bề sâu:

 Chuẩn bị môi trường:

• Để tạo khả năng thoáng khí tốt hơn, người ta thường cho thêm trấu với tỷ lệ thích hợp cho từng loại enzym đươc tạo ra từ VSV

• Thực chất cho trấu vào là làm tăng độ xốp của môi trường, tạo nên những khoảng trống để không khí có thể lưu thông trong lòng môi trường.

Phương pháp nuôi bề sâu:

• Sau khi đã bổ xung các chất dinh dưỡng cho môi trường thì ta tiến hành hấp khử trùng môi trường ở nhiệt độ 118 – 125 0C, thời gian 40 –

60 phút.

• Sau đó để nguội đến nhiệt độ bình thường ( 28 – 30 0C ).

• Tiếp giống vi sinh vật ( Asp Oryzae ) vào môi

trường, tỷ lệ giống đưa vào là 2 – 2,5 %.

Phương pháp nuôi bề sâu:

+Nuôi cấy theo chu kỳ: là phương pháp nuôi cấy trong 1 thiết bị lên men Sau 1 chu kỳ nuôi từ 2 –

4 ngày ở 28 – 32 0C người ta thu nhận toàn bộ dịch nuôi cấy như là 1 loại chế phẩm enzyme thô +Quá trình nuôi cấy liên tục có thể nuôi cấy trong

1 thiết bị, cũng có thể thực hiện trong nhiều thiết bị.

Phương pháp nuôi bề sâu:

• Dung dịch sau khi nuôi cấy theo phương pháp

bề sâu được tách khỏi sinh khối và các thành phần không hòa tan bằng phương pháp ly tâm

• Hàm lượng chất này rất nhỏ, do đó ta cần phải

cô đặc chúng cho đến khi khối lượng dịch giảm

đi 5 – 10 lần ở điều kiện chân không

• Ngoài phương pháp cô chân không, ta có thể dùng nhựa trao đổi ion để hấp thụ enzyme

• Sau đó ta tiến hành phản hấp thụ và sẽ thu được enzyme.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình

ỨNG DỤNG ENZYME AMYLASE

Mỳ chính

Bia

Bánh mỳ

Cồn Siro

Bánh

kẹo Mật

ỨNG DỤNG ENZYME AMYLASE

Mỳ chính

Bia

Bánh mỳ

Cồn Siro

Bánh kẹo

Mật

 Nguyên liệu sử dụng: các nguyên liệu

giàu glucid như tinh bột sắn, rỉ đường

mía,

 Các chủng vi sinh vật: corymebacterium hydrocacboclastus, bacillus,

brevibacterium

NGUYÊN LIỆU

Mỳ chính

TINH BỘT SẮN

NGUYÊN LIỆU

Mỳ chính

RỈ ĐƯỜNG

Đường khử

15 – 25%

Đường saccharose

SỰ THAM GIA CỦA ENZYME

AMYLASE

SỰ THAM GIA CỦA ENZYME

AMYLASE

SỰ THAM GIA CỦA ENZYME

AMYLASE

SỰ THAM GIA CỦA ENZYME

AMYLASE

ƯU NHƯỢC ĐIỂM

- Thời gian đường hóa tương đối dài.

- Lượng đường sau khi đường hóa thấp.

ỨNG DỤNG ENZYME AMYLASE

Mỳ chính

Bia

Bánh mỳ

Cồn Siro

Bánh

kẹo

Mật

NGUYÊN LIỆU

NƯỚC

MALT

NẤM MEN

NẤM MEN

HOA HOUBLON

HOA HOUBLON

Enzyme amylase có trong mầm đại mạch.

Enzyme cellulose có tác dụng phá vỡ thành tế

bào, tạo điều kiện để các thành phần có trong tế bào hạt thoát ra ngoài nhờ đó chất lượng bia

được nâng cao hơn

Glucose amylase được sử dụng để loại trừ khí O2

có trong bia, giúp quá trình bảo quản bia kéo dài hơn rất nhiều.

NGUỒN ENZYME THƯỜNG SỬ DỤNG

Enzyme amylase tác động vào giai đoạn đường hóa: biến đổi tinh bột thành các glucose, dextrin và

SỰ THAM GIA CỦA ENZYME

AMYLASE

SỰ THAM GIA CỦA ENZYME

AMYLASE

Trong giai đoạn lên men tiếp theo, các chất đường, dextrin có phân tử thấp sẽ được chuyển hóa thành

thành bia theo yêu cầu kỹ thuật và chất lượng sản phẩm.

SỰ THAM GIA CỦA ENZYME

AMYLASE

SỰ THAM GIA CỦA ENZYME

AMYLASE

SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

ỨNG DỤNG ENZYME AMYLASE

Mỳ chính

BiAa

Bánh mỳ

Cồn

Siro

Bánh kẹo

Mật

NGUYÊN LIỆU

NGUYÊN LIỆU

TINH BỘT

TINH BỘT

 Enzyme sử dụng: α-amylase, β-amylase

ngày nay đã thay thế dùng enzyme amylase của malt bằng enzyme amylase của nấm sợi.

hóa:

+ Chuyển hóa tinh bột bằng α-amylase để tạo thành

dextrin.

+ Chuyển hóa dextrin bằng β-amylase hay

amyloglucosidase để tạo ra đường có khả năng lên men

SỰ THAM GIA CỦA ENZYME

AMYLASE

SỰ THAM GIA CỦA ENZYME

GIAI ĐOẠN ĐƯỜNG HÓA TINH BỘT

Trong giai đoạn đường hóa dịch đường hóa

nấm men:

phản ứng sinh hóa cần thiết và quyết định

đến hiệu suất sản xuất cồn

cơ bản cơ chất để tăng cường quá trình

chuyển hóa cơ bản.

SỰ THAM GIA CỦA ENZYME

AMYLASE

SỰ THAM GIA CỦA ENZYME

Như vậy, vai trò cơ bản của α -amylase trong sản xuất rượu là làm dịch hóa nhanh ở giai đoạn nấu và cả ở giai đoạn đầu của giai đoạn đường hóa, dextrin hóa và tích tụ đường.

Vai trò của enzyme amyloglucosidase: thủy phân liên kết

α -1,4-glucoside trong các polysaccharide, chúng liên tiếp phân cắt các gốc glucose không khử trong mạch

polysaccharide Ngoài ra nó còn có khả năng phân cắt lien kết α-1,6-glucoside Sản phẩm cuối cùng trong hoạt động của glucoamylase là glucose

SỰ THAM GIA CỦA ENZYME

AMYLASE

SỰ THAM GIA CỦA ENZYME

ỨNG DỤNG ENZYME AMYLASE

Mỳ chính

Bia

Bánh mỳ

Cồn

Siro

Bánh kẹo

Mật

 Các nguyên liệu chứa tinh bột không chỉ là nguồn thực phẩm quan trọng mà còn là nguồn nguyên liệu để tạo ra nhiều loại thực phẩm khác nhau.

 Phôi bắp được xử lí bằng SO 2 và vi khuẩn lactic để hạt tinh bột mềm, ra khỏi khối bột bằng li tâm Enzyme chỉ được sử dụng sau khi bột đã hòa vào nước.

 Ngoài tinh bột bắp, người ta còn sử dụng tinh bột khoai tây, tinh bột mì, tinh bột sắn Tùy theo nguồn nguyên

liệu tinh bột mà người ta áp dụng những kỹ thuật khác nhau cho phù hợp.

NGUYÊN LIỆU

Siro

 Dung dịch tinh bột bắp được điều chỉnh ở pH =6,

được hồ hóa ở nhiệt độ cao và được thực hiện theo phương pháp liên tục cho một lượng nhỏ α-

amylase để dịch tinh bột có độ nhớt thấp, tránh hiện tượng cháy khét

 Tiếp theo người ta cho lượng enzyme còn lại vào

Đây là giai đoạn đường hóa rất mạnh để đạt được

giá trị DE (dextrose equivalents) 15-20 Trong công nghệ đường hóa liên tục, thời gian để đạt được DE 15-20 phải mất 2 giờ

Siro

 Đặc điểm quan trọng nhất của enzyme amylase là chúng hoạt động ở pH gần trung tính (pH=6) Đặc điểm này giúp ta thực hiện quá trình đường hóa được dễ dàng hơn

đóng vai trò rất quan trọng Các giai đoạn này

thường quyết định đến các gia đoạn sau và quyết định đến chất lượng sản phẩm.

Siro

ỨNG DỤNG ENZYME AMYLASE

Mỳ chính

Bia

Bánh mỳ

Cồn Siro

Bánh

kẹo

Mật

Nấm men Bột mỳ Phụ gia

mỳ

Bột

mỳ

Nguyên liệu chính

Bột mì có hai loại: bột mì trắng và bột mì đen

Bột mì trắng được sản xuất từ hạt lúa mì trắng

bột mì đen được sản xuất từ hạt lúa mì đen

Lúa mì trắng có hai loại: loại cứng và loại mềm Lúa mì cứng có chất lượng cao hơn

Nguyên liệu chính

Bột mì có hai loại: bột mì trắng và bột mì đen

Bột mì trắng được sản xuất từ hạt lúa mì trắng

bột mì đen được sản xuất từ hạt lúa mì đen

Lúa mì trắng có hai loại: loại cứng và loại mềm Lúa mì cứng có chất lượng cao hơn

mỳ

o Men lạt: dùng cho sản xuất bánh mỳ lạt.

o Men ngọt: dùng cho sản xuất bánh mỳ ngọt

o Men lạt: dùng cho sản xuất bánh mỳ lạt

o Men ngọt: dùng cho sản xuất bánh mỳ ngọt

Hàm lượng sử dụng chất phụ gia sẽ tùy theo chất lượng bột.

enzyme được xem như một chất phụ gia cho vào quá trình làm bánh để làm tăng chất lượng bánh mỳ

mỳ

Trong sản xuất bánh mỳ, người ta sử dụng enzyme nhằm giải quyết một số vấn đề sau:

Bánh mỳ

Trong quá trình sản xuất bánh mỳ, người ta sử dụng cả

enzyme α -amylase và β-amylase tham gia thủy phân tinh

bột để tạo thành đường nấm men Saccharomyces

làm tăng thể tích của bánh và tạo ra màu sắc, hương vị tốt cho bánh

Bánh mỳ

 Nguồn amylase thường sử dụng là từ malt

 Tuy nhiên trong những năm gần đây, nguồn nguyên liệu malt dần dần được thay thế bằng nguồn nguyên liệu từ nấm sợi

 Chế phẩm enzyme từ nấm sợi chủ yếu thu nhận từ

Aspergillus oryzae

 Enzyme amylase từ nấm sợi có pH hoạt động tối ưu là 4,5-5,5

Bánh mỳ

Khi trong bột có β-amylase hoạt động thì tạo thành CO2 trong quá trình nhào bột xảy ra theo chiều hướng tăng và đạt cực đại ở giờ thứ tư của quá trình lên men.

Quá trình này rất thuận lợi và hoàn toàn phù hợp với những yêu cầu kỹ thuật của sản xuất bánh mỳ

=>Như vậy, việc duy trì sự tạo thành lượng khí liên tục là do hoạt động của enzyme amylase khi ta đưa vào bột trong quá trình nhào bột

Bánh mỳ

ỨNG DỤNG ENZYME AMYLASE

Mục đích

LÀM TĂNG MÙI VÀ VỊ BÁNH

Khi chế biến bột thành các loại bánh quy, có các enzyme protease và amylase của bột hoạt động làm tăng hàm lượng các amino acid tự do

và làm tăng lượng đường khử Đường khử và các amino acid có

trong khối bột đó sẽ cùng tham gia vào các phản ứng oxy hóa khử và kết quả là tạo cho bánh quy có mùi, vị và màu sắc hấp dẫn.

LÀM TĂNG MÙI VÀ VỊ BÁNH

Khi chế biến bột thành các loại bánh quy, có các enzyme protease và amylase của bột hoạt động làm tăng hàm lượng các amino acid tự do

và làm tăng lượng đường khử Đường khử và các amino acid có

trong khối bột đó sẽ cùng tham gia vào các phản ứng oxy hóa khử và kết quả là tạo cho bánh quy có mùi, vị và màu sắc hấp dẫn.

Bánh kẹo