Công nghệ sản xuất enzyme amylase và ứng dụng của enzyme amylase trong sản xuất maltodextrin

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCMKHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÀI TIỂU LUẬN MÔN: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ENZYME AMYLASE VÀ ỨNG DỤN

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÀI TIỂU LUẬN MÔN: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG

CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ENZYME AMYLASE

VÀ ỨNG DỤNG CỦA ENZYME AMYLASE TRONG

SẢN XUẤT MALTODEXTRIN

GVHD: Nguyễn Thuỷ Hà SVTH: Nhóm 7

1 Nguyễn Thị Cẩm Nguyên 2005140359

Thứ 4, tiết 123

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 3/2017

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

LỜI MỞ ĐẦU 4

NỘI DUNG ĐỀ TÀI 5

Chương 1: Tổng quan về tài liệu 5

1.1 Tổng quan về sản phẩm 5

1.1.1 Lịch sử nghiên cứu, định nghĩa 5

1.1.2 Đặc điểm của sản phẩm 6

1.1.3 Mục đích sử dụng của sản phẩm 11

1.2 Tổng quan về vi sinh vật 15

1.2.1 Hình thái – Cấu tạo 15

1.2.2 Điều kiện nuôi cấy 16

1.2.3 Phân lập và nhân giống 16

1.3 Tổng quan về công nghệ lên men tạo enzyme amylase: 18

1.3.1 Phương pháp lên men bề mặt: 18

1.3.2 Phương pháp nuôi cấy chìm (bề sâu): 19

1.4 Tổng quan về nguyên sử dụng: 19

1.4.1 Nguyên liệu: 19

1.4.2 Chất dinh dưỡng: 20

Chương 2: Quy trình công nghệ sản xuất enzyme amylase 23

2.1 Quy trình thu nhận enzyme 23

2.2 Quy trình thu nhận enzyme amylase từ nấm mốc Aspergillus oryzae 24

2.3 Thuyết minh quy trình 25

2.3.1 Chuẩn bị môi trường 25

2.3.2 Hấp thanh trùng, làm nguội 25

2.3.3 Nuôi cấy 26

2.3.4 Thu nhận chế phẩm enzyme thô 28

2.3.5 Nghiền 28

2.3.6 Trích ly 29

2.3.7 Kết tủa enzyme và ly tâm 29

2.3.8 Thu nhận enzyme amylase tinh khiết 31

2.4 Các yếu tố ảnh hưởng khi thu nhận enzyme amylase từ nấm mốc Aspergillus

Oryzae 31

2.5 Ưu – nhược điểm của quy trình 32

Chương 3: Ứng dụng của enzyme amylase trong sản xuất maltodextrin 33

1 Tổng quan về maltodextrin 33

1.1 Maltodextrin 33

1.2 Ứng dụng của maltodextrin 33

1.3 Chỉ số DE (dextrose aquivalent) 34

2 Quy trình sản xuất maltodextrin 35

2.1 Sản xuất maltodextrin bằng phương pháp lý hóa học 35

2.2 Sản xuất maltodextrin bằng phương pháp enzyme 35

3 Chỉ tiêu chất lượng maltodextrin 44

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 46

Kết luận: 46

Khuyến nghị: 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

LỜI MỞ ĐẦU

Tinh bột là sản phẩm tự nhiên quan trọng nhất có nhiều ứng dụng trong kỹ thuật

và trong đời sống con người Nhiều nước trên thế giới sử dụng nguồn tinh bột từ khoaitây, lúa mì, ngô (sắn) , còn riêng nước ta thì sử dụng gạo và khoai mì là nguồn tinh bộtchủ yếu Trong chế biến tinh bột và đường, công đoạn quan trọng nhất là thuỷ phân tinhbột thành các loại đường đơn giản Sau đó, chủ yếu trên cơ sở đường đơn nhờ quá trìnhlên men, người ta sẽ nhận được rất nhiều sản phẩm quan trọng như : rượu cồn, rượu vang,bia, các loại acid hữu cơ, amino acid…

Quá trình thuỷ phân tinh tinh bột gồm hai giai đoạn chủ yếu là giai đoạn hồ hoá vàđường hoá Để thực hiện hai công đoạn nói trên, trong thực tế sản xuất người ta sử dụnghai cách: thuỷ phân tinh bột bằng acid và bằng enzyme Để thuỷ phân tinh bột từ lâungười ta đã sử dụng các acid vô cơ như acid HCl và H2SO4 Nhưng kết quả cho thấy, thuỷphân bằng acid rất khó kiểm soát và tạo nhiều sản phẩm không mong muốn, không đápứng tiêu chuẩn an toàn thực phẩm Do vậy, việc thay thế và ứng dụng enzyme để thuỷphân tinh bột là một kết quả tất yếu của sự phát triển

Enzyme amylase được tìm ra đã góp phần quan trọng trong nhiều ngành côngnghiệp chế biến thực phẩm Enzyme amylase có thể tìm thấy trong nhiều nguồn khá nhaunhư: động vật, thực vật và vi sinh vật Amylase ngày càng được thay thế acid trong sảnxuất ở quy mô công nghiệp Hiện nay, các nhà sản xuất có thể sử dụng amylase ở nhiệt

độ cao mà không bị mất đi hoạt tính……

Bài báo cáo “Công nghệ sản xuất enzyme amylase và ứng dụng của enzymeamylase trong sản xuất maltodextrin” sẽ giúp các bạn có cái nhìn tổng quan hơn vềenzyme amylase, quy trình sản xuất cũng như ứng dụng của nó

Trong quá trình làm bài không tránh khỏi sai sót, mong nhận được sự góp ý của cô

và các bạn để bài báo cáo của nhóm được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Chương 1: Tổng quan về tài liệu

1.1 Tổng quan về sản phẩm

1.1.1 Lịch sử nghiên cứu, định nghĩa

Vào đầu thế kỉ XIX, các nhà nghiên cứu đã tách được chất gây ra quá trình lênmen Năm 1814 Kirchoff, viện sĩ Saint Petercburg đã phát hiện nước chiết của mầm đạimạch có khả năng chuyển hoá tinh bột thành đường ở nhiệt độ thường Năm 1833, hainhà khoa học người Pháp là Payen và Persor đã chứng minh chất có hoạt động phân giảitinh bột thành đường có thể tách được ở dạng bột Thí nghiệm này được tiến hành bằngcách cho etanol vào dịch chiết của lúa đại mạch nảy mầm thì thấy xuất hiện kết tủa nàychuyển hoá Danh từ diastase là do Payen và Persor dùng để gọi enzyme lúc bây giờ

Enzyme amylase đã được tìm ra góp phần quan trọng cho nhiều ngành côngnghiệp chế biến thực phẩm Enzyme amylase có thể tìm thấy ở nhiều nguồn khác nhaunhư động vật, thực vật và vi sinh vật Enzyme amylase được sử dụng nhiều trong sản xuất

là do khả năng chịu nhiệt cao, năng lượng xúc tác thấp, không yêu cầu cao về thiết bị sửdụng, giảm chi phí cho quá trình tinh sạch đường

Các enzyme amylase thuộc nhóm enzyme thuỷ phân, xúc tác phân giải liên kết nộiphân tử trong nhóm polysaccharide với sự tham gia của nước:

1.1.2 Đặc điểm của sản phẩm

a Phân loại

Có 6 loại enzyme được xếp vào hai nhóm lớn: Endoamylase và Exoamylase

Enzyme amylase được phân loại theo sơ đồ sau:

Endoamylase

Amylase có khả năng phân cắt liên kết 1,4- glucosidecủa cơ chất một cách ngẫu nhiên và là enzyme nộibào α-amylase không chỉ có khả năng phân huỷ hồtinh bột mà còn có khả năng phân huỷ các hạt tinhbột nguyên vẹn

Enzyme khử nhánh

- Khử trực tiếp

Pullulanase là một trong các enzyme quan trọngnhất trong chế biến tinh bột Enzyme này được sửdụng trên một quy mô lớn trong glucose và cácngành công nghiệp sirô maltose Pulluanase là mộtlạo enzyme rất mạnh cho sự thoái hoá tinh bộtthành glucose hoặc maltose Pullulanase thuỷ phân

α−1, 6-glycosidic liên kết của chuỗi phân nhánh

và α−1,4 glycosidic

- Khử gián tiếp

Transglucosylase (oligo-1,6-glucosidase) vàMaylo-1,6-glucoside: Enzyme này thuỷ phân liênkếtβ−1,6−glucoside trong isomaltose, panose vàcác dextrin tới hạn có thể chuyển hoá đường và cóthể lên men được

 Exoamylase

- β – amylase

β

– amylase xúc tác từ sự thuỷ 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

Còn gọi là glucose amylase Có khả năng thuỷ phân liên kết -1,4 lẫn -1,6-glucoside, ngoài ra còn có khả năng thuỷ phân liên kết -1,2 và -1,3-glucoside

Glucose amylase có khả năng thuỷ phân hoàn toàn tinh bột, glucogen,

amylopectin, dextrin….thành glucose mà không cần có sự tham gia của các loại enzyme khác

b Đặc tính

 Đặc tính chung:

- Khả năng dextrin hoá: thuỷ phân tinh bột  dextrin +một ít maltoza Dextrin có

khả năng hoạt hoá 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 dàng tan trong nước, trong dung dịch muối và rượu laongx.

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

- Cơ chất tác dụng: của enzyme amylase là tinh bột và glycogen.

 Đặc tính riêng

α−amylase có những đặc tính rất đặc trung về cơ chế tác động, chuyển hoá tinh bột, khảnăng chịu nhiệt:

- Thể hiện hoạt tính trong vùng acid yếu

- α−amylase của nấm mốc có khả năng dextrin hoá cao tạo ra một lượng glucose vàmaltose

- Độ bền đồi với tác dụng của acid cũng khác nhau

- Nhiệt độ tối thích cho hoạt động xúc tác của α−amylase từ các nguồn khác nhaucũng không đồng nhất

Giai đoạn 1 (dextrin hoá): tinh bột α−amylase dextrin phân tử lượng thấp

Chỉ có một số phân tử cơ chssta bị thuỷ phân tạo thành một lượng lớn dextrin phân tửthấp (α−dextrin), độ nhớt của hồ tinh bột giảm nhanh (các amylose và amylopectin đều bịdịch hoá nhanh)

Giai đoạn 2 (giai đoạn đường hoá)

- Dextrin phân tử thấp bị thuỷ phân  tetra và trimaltose (không cho màu với iod)

thuỷ phân rất chậm  disaccharide và monosaccharide

- Amylose phân giải nhanh oligosaccharide  poliglucose (gồm 6-7 gốc glucose)

bị phân cách  mạch polyglucose colagen ngắn  maltose  maltotriose

- Tác dụng của enzyme α−amylase lên amylopectin cũng xảy ra tương tự nhưng vìkhông phân cắt được liên kết α−1,6−glycoside ở chỗ mạch nhánh trong phân tử

1.1.3 Mục đích sử dụng của sản phẩm

Hiện nay, việc sản xuất chế phẩm enzyme các loại đã và đang phát triển mạnh trênquy mô công nghiệp Thực tế đã có hàng nghìn chế phẩm enzyme bán trên thị trường thếgiới, các chế phẩm này đã được khai thác và tinh chế có mức độ tinh khiết theo tiêuchuẩn công nghiệp và ứng dụng Chế phẩm enzme không chỉ được ứng dụng trong y học

mà còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau, trong nông nghiệp,trong hóa học

“Ý nghĩa của việc sử dụng enzyme trong các lĩnh vực thực tế không kém so với ý nghĩa của việc sử dụng năng lượng nguyên tử”.

Theo thời gian, enzyme công nghiệp ngày càng được ứng dụng vào nhiều lĩnh vựckhác nhau, trong đó những enzyme ứng dụng nhiều nhất là amylase, cellulose, ligase,amylase, và một số enzyme đặc biệt khác đã thu được rất nhiều lợi nhuận từ ngành này.Dưới đây là một vài ứng dụng thực tế:

1.1.3.1 Ứng dụng amylase trong sản xuất bia

Trong công nghiệp sản xuất biatruyền thống, các nước phương tây chủyếu sử dụng enzyme amylase của malt đểthủy phân tinh bột trong malt, sau đó đếngiai đoạn rượu hóa bởi nấm menSaccharomyces sp Cơ sở khoa học củaviệc sử dụng amylase của malt ở chỗ khiđại mạch chuyển từ trạng thái hạt sangtrạng thái nảy mầm (malt), enzyme

amylase sẽ được tổng hợp và khi đó enzyme này sẽ thủy phân tinh bột có trong hạt tạo ranăng lượng và vật chất cho sự tạo thành mầm Như vậy việc đường hóa tinh bột trong hạtnhờ enzyme của chính nó Khi đó hạt chỉ tổng hợp ra năng lượng enzyme amylase vừa đủ

để phân hủy lượng tinh bột có trong hạt Như thế cần rất nhiều mầm đại mạch để sản xuấtbia ở quy mô lớn, dẫn đến chi phí cao cho sản xuất và sản phẩm

Để khắc phục điều này, trong quá trình lên men tạo bia thì nhà sản xuât không sửdụng hoàn toàn 100% nguyên liệu là malt đại mạch mà có sự pha trộn theo một công thứcnào đó để thay thế malt và còn bổ sung nguồn tinh bột cho quá trình lên men Lý do làmột phần để tạo hương vị cho bia, màu sắc, độ cồn phù hợp cho người tiêu dùng và mộtphần là làm giảm giá thành cho sản phẩm bia nhưng vẫn giữ được đặc trưng cho bia.Chính vì điều này, các nhà sản xuất bia quan tâm đến việc sử dụng chế phẩm enzymeamylase cung cấp cho quá trình thủy phân tinh bột Enzyme này có ý nghĩa rất lớn trongviệc làm bia, giúp sản xuất bia ở qui mô công nghiệp

Ngoài ra, trong sản xuất bia, người ta còn sử dụng chế phẩm enzyme cellulose cótác dụng phá vỡ thành tế bào, tạo điều kiện để các thành phần có trong tế bào hạt thoát raphía ngoài nhờ đó chất lượng bia được nâng cao hơn Một loại enzyme khác cũng được

sử dụng khá rộng rãi đó là gluco amylase, enzyme này được sử dụng để loại trừ O2 cótrong bia, giúp quá trình bảo quản bia kéo dài hơn rất nhiều

1.1.3.2 Ứng dụng amylase trong sản xuất rượu

Để sản xuất cồn từ nguồn tinh liệu tinh bột, mỗi nước

sử dụng các loại nguyên liệu khác nhau Ví dụ, ở Mỹngười ta sử dụng nguyên liệu từ bột ngô để sản xuấtcồn, còn ở Brazin lại sử dụng khoai mì, các nước khác

sử dụng gạo hoặc tấm từ gạo Quá trình sản xuất cồn trảiquá hai giai đoạn: giai đoạn đường hóa, giai đoạn rượuhóa

Giai đoạn đường hóa: người ta bắt buộc phải sử dụng enzyme amylase (không thể

sử dụng phương pháp thủy phân tinh bột bằng acid) Người Nhật đã biết sử dụng enzymecủa nấm mốc trong quá trình đường hóa để sản xuất rượu Sake từ cách đây hơn 1700năm Người Trung Quốc thì đã sử dụng nhiều loại nấm mốc để đường hóa rượu trong sảnxuất rượu cách đây 4000 năm Còn người Việt Nam đã biết sản xuất rượu từ gạo hàngngày năm

Riêng ở Mỹ, mãi đến thế kỷ XIX khi Takamine người Nhật đưa nấm mốc

Aspergillus sang mới biết sử dụng enzyme này thay amylase của malt để sản xuất cồn.

Chính vì thế mới có phương pháp Micomalt (mầm mốc) trong sản xuất cồn và rượu Nhờ

sự du nhập từ Nhật mà người Mỹ tiết kiệm được một khối lượng malt khổng lồ trong sảnxuất rượu

Giai đoạn rượu hóa: Nhờ nấm men Saccharomyces cerevisiae, cũng có thể xem

đây là một quá trình áp dụng enzyme Quá trình rượu hóa là quá trình hết sức phức tạp,trải qua rất nhiều giai đoạn chuyển hóa từ đường thành cồn nhờ sự tham gia của nhiềuenzyme khác nhau Điểm khác với enzyme amylase là ở chỗ các enzyme tham gia quátrình rượu hóa nằm trong tế bào nấm men Việc điều khiển các quá trình chuyển hóa bởienzyme trong tế bào thực chất là quá trình trao đổi chất của nấm men trong môi trườngchứa đường

1.1.3.3 Ứng dụng amylase trong sản xuất bánh mì

Một trong những yêu cầu cơbản chính của bánh mì là độ xốp nở

Độ xốp nở của bánh mì phụ thuộc vào

sự tạo khí CO2 trong quá trình lên menbột nhào và khả năng giữ khí của bột,hàm lượng đường, hoạt độ củaamylase, hàm lượng và tính chất củagluten trong bột cũng như hoạt tínhcủa nấm men

Trước đây, người ta sử dụng nguồn amylase của malt, nhưng đến những năm đầuthế kỷ XX, người ta bắt đầu nghiên cứu sử dụng amylase của nấm mốc.

Các chế phẩm enzyme amylase dùng trong công nghiệp sản xuất bánh mì được sản

xuất từ canh trường nấm mốc như Asp.Oryzae, Asp.Awamori hoặc từ vi khuẩn, trong đó

chế phẩm amylase từ nấm mốc được sử dụng phổ biến nhất

amylase của nấm mốc rất nhạy nhiệt nên dễ bị vô hoạt khi ta nâng nhiệt độ 65 –

800C Và chịu được môi trường acid tốt nên phù hợp với điều kiện hoạt động của nấmmen trong bột nhào

Nhờ hoạt tính mạnh nên trong thời gian ngắn, amylase của nấm mốc nhanh chóngtạo đủ lượng đường cần thiết trong khối bột nhào, sau đó thì bị vô hoạt ở nhiệt độ nướngbánh nên có thể dùng lượng lớn mà không có hiện tượng dextrin hóa khi nướng

Việc sử dụng chế phẩm enzyme amylase còn cho phép ta dùng bột mì kém phẩmchất để làm bánh mỳ và có thể giảm bớt được 50% lượng đường thêm vào bánh trong sảnxuất bành mì ngọt

1.1.3.4 Ứng dụng amylase trong sản xuất glucose và các loại mật tinh bột

Đang được ứng dụng có hiệu quả trong công nghiệp sản xuất glucose thực phẩm,glucose tinh thể, mật maltose và mật glucose

Phương pháp này không tạo ra các sản phẩm phụ không mong muốn giúp chấtlượng đường tốt hơn

1.1.3.5 Ứng dụng amylase trong chế biến thực phẩm gia súc

Trong chế biến thức ăn gia súc, thành phần ngũ cốc chiếm một khối lượng rất lớn.Trong khối lượng này, thành phần tinh bột rất cao Để tăng hiệu suất sử dụng năng lượng

từ nguồn tinh bột, người ta thường cho thêm enzyme amylase vào Enzyme amylase sẽtham gia phân giải tinh bột tạo thành đường, giúp cho quá trình chuyển hóa tinh bột tốthơn

Ngoài ra, enzyme amylase cũng được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi trong sản xuấtđường bột, sản xuất dextrin, maltodextrin, nha glucose, siro, glucose – fructose, sản xuấttương và nước chấm ở quy mô công nghiệp

1.2 Tổng quan về vi sinh vật

Nguồn thu amylase vi sinh vật chủ yếu là từ vi khuẩn, nấm mốc và xạ khuẩn Trong

bài này, chúng ta sẽ tìm hiểu về Aspergillus oryzae

1.2.1 Hình thái – Cấu tạo

Aspergillus gồm hơn 185 loài, trong số này, aspergillus fumigatus là phổ biến nhất,

tiếp theo là Aspergillus flavus, Aspergillus niger, Aspergillus clavatus, Aspergillus

glaucus, Aspergillus terreus, Aspergillus oryzae,

Aspergillus oryzae thuộc:

- Aspergillus oryzae có màu vàng hoa cau, sợi nấm phát triển rất mạnh (chiều ngang

5-7•m), có vách ngăn chia sợi nấm thành nhiều tế bào (nấm đa bào), phát triển thành

từng đám gọi là hệ sợi nấm hay khuẩn ty A.oryzae sinh sản bằng bào tử đính (conidia)

đây là hình thức sinh sản vô tính Bào tử đính phát triển thành tế bào rất dày, bên trong hệsợi nấm gọi là tế bào chân đế Nó tạo thành sợi cuống dài và kết thức là một cấu trúcphồng hình củ hành gọi là bọng (túi)

1.2.2 Điều kiện nuôi cấy

 Giống dùng để sản xuất phải thỏa mãn các yếu tố sau:

- Cho năng suất sinh học cao, có khả năng đồng hóa các nguyên liệu rẻ tiền

- Giống phải có khả năng thích nghi nhanh và phát triển mạnh trong điều kiện sảnxuất công nghiệp

- Giống phải là vi sinh vật thuần khiết, có tốc độ sinh sản nhanh

- Tốc độ trao đổi chất mạnh để tạo nhanh các sản phẩm mong muốn, dễ dàng táchchiết, tinh sạch Dễ bảo quản và ổn định

 Điều kiện phát triển:

- Độ ẩm môi trường tối ưu cho sự hình thành bào tử: 45%

- Độ ẩm môi trường tối ưu cho sự hình thành enzyme: 55-58%

- Độ ẩm không khí: 85-95%

- pH môi trường: 5,5-6,5

- Nhiệt độ nuôi cấy: 27-300C

1.2.3 Phân lập và nhân giống

Qui trình lấy mẫu: khoai tây cắt lát đem chôn xuống đất.Sau 8 ngày lấy nhữngmiếng khoai tây lên cho vào bao nilon và mang về phòng thí nghiệm

Tiến hành thí nghiệm: Mẫu khoai tây đã xay nhuyễn cho vào 90ml nước cất vôtrùng và trộn đều mẫu.Lấy pipet hút 10ml từ dung dịch ban đầu sang ống nghiệm khácchứa 90ml nước cất vô trùng Tiếp tục pha loãng tới nồng độ 10-3, 10-4

Hút 0,1 ml mẫu ở các nồng độ pha loãng cho vào môi trường PDA Dùng quetrang trang đều mẫu trên bề mặt thạch Mốc sẽ sử dụng nguồn tinh bột làm cơ chất, nên

sẽ xuất hiện những quầng sáng quanh khuẩn lạc Nhận biết bằng cách bổ sung Iodine vàotrong môi trường trước khi cấy

Cấy chuyền những mốc đặc trưng vào trong môi trường PDA trong ống thạchnghiêng với 1% tinh bột cho phép mốc phát triển trong vòng 72h Nhân giống vi sinh vậttrong bình tam giác: cho10ml nước cất vo trùng vào ống thạch nghiêng có chứa bào tử.Lắc đều cho bào tử trộn lẫn với môi trường

Hút 0,1ml dung dịch cho vào bình tam giác chứa môi trường sinh trưởng của nấm

Hình 1.2.3.1 Đường cong sinh khối (ο) và hoạt động fructosyl tranferase (●) của ) và hoạt động fructosyl tranferase (●) của

Aspergillus oryzae

Một đơn vị hoạt động fructosyltranferase được định nghĩa là lượng enzyme sản sinh

ra 1 mol FOS (fructooligosaccharides) mỗi phút trong điều kiện thí nghiệm được chọn

1.3 Tổng quan về công nghệ lên men tạo enzyme amylase:

1.3.1 Phương pháp lên men bề mặt:

Phương pháp nuôi cấy bề mặt trên môi trường là phương pháp nuôi cấy tạo điềukiện cho VSV phát triển trên môi trường đặc (bán rắn) hoặc lỏng Thích hợp nuôi cấy nấmmốc, xạ khuẩn

Môi trường lỏng: Enzyme ngoại bào được tách từ sinh khối và hòa tan trong dịchmôi trường; enzyme nội bào nằm trong sinh khối vi sinh vật

Môi trường đặc: sử dụng cám, trấu, hạt ngũ cốc làm môi trường, enzyme ngoạibào sẽ thẩm thấu vào các hạt môi trường, enzyme nội bào nằm trong sinh khối vi sinh vật

Đối với môi trường rắn: pha khí là pha liên tục trong vùng không gian giữa nhữnghạt cơ chất Phần lớn hàm lượng nước hấp thụ vài bên trong hạt cơ chất, tuy nhiên cũng cóthể xuất hiện những giọt nước trong vùng không gian tự do hoặc sẽ hình thành một lớpnước mỏng trên bề mặt hạt cơ chất rắn

Hạt cơ chất và pha khí phân bố trong hệ nuôi cấy bề mặt: nuôi cấy nấm sợi (trái) và vi sinh vật đơn bào (phải)

Đối với kỹ thuật lên men, nếu ta phân loại quá trình lên men theo trạng thái vật lýcủa môi trường thì phương pháp nuôi cấy bề mặt là một cách thức thực hiện quá trình lênmen cơ chất rắn không có sự hiên diện của pha lỏng Trong đó, cơ chất không những đóngvai trò là nguồn dinh dưỡng mà còn là chất mang cho vi sinh vật

Nhược điểm: tốn nhiều diện tích, khó cơ giới hóa, tự động hóa

Ưu điểm: dễ thực hiện, dễ xử lý khi nhiễm vi sinh vật do nhiễm cục bộ

1.3.2 Phương pháp nuôi cấy chìm (bề sâu):

Phương pháp nuôi cấy chìm thường sử dụng môi trường lỏng thực hiện trong thùng lênmen (fermentor) trong đó lắp đặt các hệ thống điều khiển cánh khuấy, hệ thống cung cấpoxi, điều chỉnh Ph, nồng độ chất dinh dưỡng Thích hợp nuôi cấy vi khuẩn và nấm men Nhược điểm: khó xử lý khi nhiễm vi sinh vật lạ, phức tạp.

Ưu điểm: dễ dàng cơ giới hóa, tự động hóa, ít chiếm diện tích

1.4 Tổng quan về nguyên sử dụng:

1.4.1 Nguyên liệu:

Trong thành phần của môi trường phải có đủ các chất đảm bảo được sự sinh trưởngbình thường của vi sinh vật và tổng hợp enzyme Các nguyên liệu thường được sử dụngbao gồm: cám mì, bột hạt ngũ cốc, nước chiết ngô, dịch ép quả, rau, khô dầu, bã rượu, rỉđường, nấm, men bia, trấu, lõi ngô

Thành phần chính của môi trường: C, H, O, N Ngoài ra các chất vô cơ: Mn, Ca, P,

S, Fe, K và các chất vi lượng khác

Nguồn cacbon: hiện nay chúng ta có nhiều hợp chất cacbohydrat và các hợp chấtkhác là nguồn cacbon thích hợp cho việc sinh trường của nấm mốc sinh ra enzymeamylase có hoạt lực cao Đặc biệt, tinh bột là nguồn cacbon của nhiều chủng vi sinh tổnghợp enzyme amylase Nó là một nguồn nguyên liệu dễ kiếm và rẻ tiền

Nguồn nitơ (vô cơ và hữu cơ): Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy sinh tổng hợpenzyme được nâng cao khi trong môi trường có đồng thời có cả nguồn nito hữu cơ và nito

vô cơ.Trong số các nguồn nito vô cơ thì NH4+, H2PO4- là tốt hơn cả

Muối khoáng rất cần thiết cho hoạt động vi sinh vật Ion Mg2+ có tác dụng sinh tổnghợp và ổn định các enzyme có hoạt tính ở nhiệt độ cao

1.4.2 Chất dinh dưỡng:

Nguồn tinh bột cần cho môi trường có chứa trong rất nhiều nguyên liệu như tinh bột

từ gạo, tinh bột sắn, tinh bột bắp, Nhưng nếu sản xuất ở quy mô công nghiệp thì ta nên

chọn nguồn nguyên liệu dễ kiếm và rẻ tiền Một số loại nguyên liệu dễ kiếm và rẻ tiềnnhư: gạo, ngô,

Thành phần dinh dưỡng của gạo:

(Theo Viện Nghiên cứu dinh dưỡng thuộc Đại học Mahidol, Thái Lan, 1999)Protein của gạo chiếm khoảng 8 – 9%, chủ yếu là glutelin và glubuline Ngoài racòn có lẫn ít: cozine và prolamin Lượng protein thoái hóa và biến tính dần trong quá trìnhbảo quản

Glucid thì chủ yếu là tinh bột, đường, cellulose và hemicellulose Trong tinh bộtchủ yếu là amylopectin, có chứa một ít chất khoáng như: P, K, Mg, Ngoài ra còn một sốvitamin như: B1, B2, B6, PP, C, E

Thành phần dinh dưỡng của ngô:

Nguyên liệu sử dụng trong nuôi cấy bề mặt thường là những nguyên liệu cónguồn gốc tự nhiên như cám mì, cám gạo, gạo, ngô mảnh, đậu nành và các loại hạt ngũcốc khác Trong các loại nguyên liệu trên, cám gạo, cám mì được sử dụng nhiều hơn cả.Hai loại này có đầy đủ các chất dinh dưỡng cần thiết cho VSV phát triển

Thành phần của cám mì và cám gạo

Chất lượng của cám gạo và cám mì có ảnh hưởng đến hoạt lực của amylase, nên dùngcám tốt, mới, không có vị đắng, không hôi mùi mốc, cấu tử được đưa vào có thể là chấtlàm giàu thêm các chất sinh trưởng mà cám không có đủ, thường là mầm mạch (15 –20%), trấu (2 – 25%) để làm xốp môi trường , mùn cưa (5 – 10%),

Chương 2: Quy trình công nghệ sản xuất enzyme amylase

2.1 Quy trình thu nhận enzyme

Hiện chúng ta sử dụng 3 nguồn sinh học cơ bản để thu nhận enzyme amylasechẳng hạn như các mô và cơ động vật, mô và cơ quan thực vật, tế bào vi sinhvật…Trong sản xuất các chế phẩm amylase, người ta thường chia làm hai giaiđoạn: Thu amylase thô và tinh sạch amylase

- Thu chế phẩm amylase thô: Với nguồn động vật và thực vật thì ta nghiền ,

trích ly rồi ly tâm Còn với nguồn vi sinh vật thì ta nuôi cấy, phá vỡ tế bào rồi

đem ly tâm

- Tinh sạch amylase: Sử dụng phương pháp hóa lý để loại dần các thành phần

không phải amylase Sản phẩm cuối cùng là amylase tinh khiết

Sản phẩm

2.2 Quy trình thu nhận enzyme amylase từ nấm mốc Aspergillus oryzae

Sắc kí trao đổi ion

Chế phẩm enzyme bán tinh khiết

Tách rửa