Rượu etylic là sản phẩm lên men là sản phẩm được loài người biết sử dụng lâu đời nhất và hiện nay cũng là thứ đồ uống được sử dụng rộng rãi ở mọi nước trên thế giới Rượu có thể được sản xuất từ 2 con đường chính: lên men (con đường sinh học) và tổng hợp (con đường hoá học) Rượu sản xuất lên men dùng làm đồ uống và cồn kỹ thuật được dùng cho một số ngành khác. Cồn tổng hợp là nguyên liệu kỹ thuật dùng trong công nghiệp, không dùng làm đồ uống
BÁ O CÁ O SEMINAR MƠN HỌC HỐ XÚC TÁ C LÊN MEN RƯỢU NHỜ XÚC TÁC ENZYME TPHCM, THÁ NG 05/2018 Giới thiệu Rượu etylic sản phẩm lên men sản phẩm loài người biết sử dụng lâu đời thứ đồ uống sử dụng rộng rãi nước giới Rượu sản xuất từ đường chính: lên men (con đường sinh học) tổng hợp (con đường hoá học) Rượu sản xuất lên men dùng làm đồ uống cồn kỹ thuật dùng cho số ngành khác Cồn tổng hợp nguyên liệu kỹ thuật dùng cơng nghiệp, khơng dùng làm đồ uống Q trình sản xuất rượu gồm giai đoạn: Trong q trình lên men giữ vai trò quan trọng, định chất lượng sản phẩm thu Tổng quan số enzyme sử dụng trình lên men rượu 1.1 Enzyme α – amylase (α – 1,4 – glucan – glucahydrolase) Đặc điểm: Enzyme α – amylase thuộc nhóm enzyme nội bào endoamylase (enzyme thuỷ phân liên kết bên chuỗi polysaccharide), có nhiều tên gọi khác như: glucoamylase,amyloglucosidase, enzyme amylase dextrin….Phân tử gồm 1-6 nguyên tử carbon tham gia hình thành ổn định cấu trúc bậc enzyme Enzyme tạo từ nấm mốc vi sinh vật: Asp Oryzae, Asp Awamori, Asp Usami, Asp Batatae, Asp Niger, Bacillus subtilic , … Tính chất: Enzyme α – amylase có khả cắt đứt liên kết 1,4 - glucoside nằm bên phân tử chất (tinh bột, glycogen) cách ngẫu nhiên tạo dextrin maltoxza α – amylase khơng có khă phân hủy hồ tinh bột mà có khả phân hủy hạt tinh bột nguyên vẹn Dưới tác dụng α – amylase, amiloza nhanh chóng thành oligosaccharide gồm 6-7 gốc glucoza, sau tiếp tục bị phân cắt thời gian dài bị thủy phân thành 23% glucose 67% maltose Tác dụng enzyme tương tự xảy amylopectin vìkhơng phân cắt liên kết α – 1,6 – nên sản phẩm 72 % maltose, 19 % glucos, dextrin thấp phân tử 80% isomaltose Hoạt tính: Thể hoạt tính vùng axit yếu : α – amylase nấm mốc có pHop = 4.5 – 4.9 , vi khuẩn 5.9 – 6.1 Ở pH < enzyme bị vơ hoạt hồn tồn trừ α – amylase Asp Niger chịu pH = 2.5 – 2.8 1.2 Enzyme β – amylase (β - 1,4-glucan-maltohydrolase) Đặc điểm: Thuộc nhóm enzyme ngoại bào exoamylse (enzyme thủy phân tinh bột từ đầu không khử chuỗi polysaccharide) Enzyme tạo từ nấm mốc vi sinh vật: Asp Oryzae, Asp Awamori Tính chất: Có khả thủy phân 100% amylaza thành maltose 54 – 58 % amylopectin thành maltose Khi gặp liên kết α – 1,4 – đứng kế cận α – 1, - enzyme β ngừng tác dụng Phần lại khơng bị tác dụng gọi β – dextrin Nếu cho α β – amylase đồng thời thủy phân tinh bột thìhiệu suất thủy phân đạt tới 95 % Hoạt tính: β – amylase albumin, enzyme ngoại phân, có malt, bền nhiệt độ cao, bị vơ hoạt hồn tồn 70oC pHop dịch tinh bột khiết 4.6 dịch nấu tinh bột 5.6 Và toop dịch tinh bột khiết 40 -50 o C dịch nấu tinh bột 60-65 oC 1.3 Enzyme γ – amylase (glucoamylase hay -1,4-glucan-glucohydrolase) Glucoamylase có khả thủy phân liên kết -1,4- lẫn -1,6- glucoside , ngồi có khả thủy phân liên kết -1,2 -1,3 glucoside enzyme ngoại bào Glucoamylase có khả thủy phân hồn tồn tinh bột, glucogen, amylopectin, dextrin…thành glucose mà khơng cần có tham gia loại amylase khác Đa số glucoamylase thuộc loại chịu acid, pHop = 3.5 – 5, toop = 50 – 60oC, hoạt tính > 70oC Hiện enzyme có vị trí hàng đầu hiệu lực thủy phân tinh bột sản phẩm trung gian Vìthế việc sử dụng chế phẩm glucoamylase tách từ chủng vi sinh vật hoạt động sản xuất rượu, bia, mạch nha có ý nghĩa, triển vọng vô to lớn Những chủng vi sinh vật có khả sinh tổng hợp enzyme là: Asp Oryzae, Asp Awamori, Asp Usami, Asp Batatae, Asp Niger, … Aspergillus oryzae 1.4 Phương pháp nuôi cấy thu nhận enzyme Vi sinh vật nguồn enzyme vô phong phú, giúp cho ngành công nghệp sản xuất chế phẩm enzyme tiến nhanh, phục vụ cho ngành sản xuất thực phẩm, hàng tiêu dùng, ăn uống, nông nghiệp, y dược đạt hiểu kinh tế cao Trong họ hành vi sinh vật thìnấm mốc chiếm vị tríkhá quan trọng Từ nấm mốc thu chế phẩm enzyme thương mại amylaza, proteasa, xenlulaza,…Có tới 80 enzyme khác từ nấm mốc 10 enzyme số sử dụng rộng rãi Quá trình sản xuất enzyme từ vi sinh vật chia làm giai đoạn: nuôi cấy vi sinh vật tách chiết enzyme + Nuôi cấy vi sinh vật phải cấy giống từ nhỏ đến lớn, nghĩa giống chủng từ ống nghiệm dược gieo cấy nhân giống ni cấy đại trà mơi trường thích hợp vi sinh vật nhiều enzyme hoạt tính cao Giai đoạn nuôi cấy để vi sinh vật cho nhiều enzyme vô quan trọng, mấu chốt trình sản xuất enzyme + Tách chiết enzyme: chế phẩm enzyme sử dụng thực tế có nhiều dạng khác Trong số trường hợp, mơi trường ni cấy chứa enzyme sử dụng trực tiếp dạng thô không cần tách tạp chất, tạp chất khơng gây hại cho sản xuất Người ta chiết xuất enzyme dung môi khác nước, dung dịch đệm, dung dịch muối trung hồ, sau đặc tinh chế lại enzyme theo nhiều cách khác nhau: protein khơng hoạt động loại khỏi enzyme phương pháp làm biến tính nhiệt, pH, thay đổi dung mơi, protein biến tính tách lọc ly tâm để loại bỏ kết tủa Cơ chế xúc tác men Các giai đoạn trình thuỷ phân tinh bột Enzyme α – amylase: + Giai đoạn dextrin hoá: Tinh bột -> dextrin phân tử lượng thấp + Giai đoạn đường hoá: Dextrin -> tetra trimaltose -> disaccharide monosaccharide Amylase -> oligosaccharide Maltose -> maltotiose -> maltoterose Quá trình thuỷ phân tinh bột α – amylase trình đa giai đoạn Giai đoạn (giai đoạn dextrin hoá): số phân tử chất bị thuỷ phân tạo thành lượng lớn dextrin phân tử thấp Giai đoạn (đường hoá) dextrin phân tử thấp tạo thành tiếp tục bị thuỷ phân tạo thành tetra-trimaltose không màu với iod Các chất bị thuỷ phân chậm α – amylase tới disaccharide monosaccharide Dưới tác dụng α – amylase, amylose bị phân giải nhanh thành oligosaccharide gồm 67 gốc glucose Sau poliglucose phân cách tiếp tục tạo nên mạch polyglucose collagen ngắn dần bị phân giải chậm đến maltose Qu thời gian dài thìsản phẩm cuối thu glucose maltose Tác dụng α – amylase lên amylopectin xảy tương không phân cắt liên kết α – 1,6 – glycoside chỗ mạch nhánh phân tử amylopectin nên dùchịu tác dụng lâu thìsản phẩm cuối ngồi đường có dextrin phân tử thấp isomaltose Glucose thu nhờ enzyme tiếp tục phản ứng theo chế sau: Q trình xảy mơi trường acid (pH= 4-5), gồm giai đoạn: + Giai đoạn 1: tác dụng hệ thống enzyme vi sinh vật, glucoza chuyển hoá theo đường Embeden – Mayerhof tạo thành acid pyruvic + Giai đoạn 2: Pyruvic tác dụng men pyruvate decacboxylaza tiamimpirophotphat khử carboxyl tạo thành CO2 CH3CHO + Giai đoạn 3: CH3CHO đóng vai trò chất nhận hidro cuối tiếp thu hidro docofecmeni Quá trình lên men chia thành thời kì: + Thời kỳ cảm ứng: Trong thời kìnày CH3CHO tạo thành từ acid pyruvic chưa dùng chất nhận hidro hidro chuyển cho aldehyde glycerinic chất trở thành glycerin Do mội trường hình thành glycerin, CH3CHO CO2 + Thời kỳ tĩnh: CH3CHO đạt tới lượng mơi trường, phản ứng sử dụng aldehyde glycerinic làm chấtt nhận hidro đình CH3CHO chất nhận hidro cuối chuyển thành ethanol Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men Sự nhiễm khuẩn: Cần chống nhiễm tạp khuẩn, bảo vệ trình lên men Nhiệt độ: làm nguội cho trình lên men (ở nước ta lên men vào mùa hè, dịch đường thường nóng 35 oC, cần phun nước dội từ xuống quanh thùng để hạ nhiệt Trường hợp lên men nhiệt độ cao dẫn đến hậu xấu dễ tạp nhiễm, sinh nhiều sản phẩm phụ làm giảm chất lượng sản phẩm Lưu ý: Enzyme amylase từ nguồn có thành phần amino acid khác nhau, nhiệt độ thích hợp cho hoạt động xúc tác không đồng Nồng độ đường: nồng độ đường thích hợp 10 – 15 % Nồng độ đường cao lực men giảm, nồng độ đường thấp khơng thích hợp cho trình lên men Ảnh hưởng pH: độ pH có ý nghĩa quan q trình lên men, thường thực pH = 4- 4.5 Ảnh hưởng Oxi: cần tiến hành lên men rượu trường hợp kị khí, mơi trường đầy đủ oxi oxi hố tạo CO2 H2O * TÀI LIỆU THAM KHẢO Hiroshi Tananka, Pie-Lang Wang, Osamu Yamada Late & Telichi Tamura, Yellow Pigments of Aspergillus niger and Asp Awamori, DOI: 10.1080/00021369.1966.10858561 PGS.TS Lương Đức Phẩm, Giáo trình Cơng nghệ Lên men; Nhà xuất Giáo dục Việt Nam PGS.TS Nguyễn Q Hải, Giáo trình Cơng nghệ Enzyme; Nhà xuất Đại học Huế Nguyễn Thị Hằng, Luận văn Quá trình chuyển hố hợp chất hữu khơng có nitơ vi sinh vật TS Trần Bích Lam, Ứng dụng Enzyme Amylase công nghệ thực phẩm nguồn thu nhận, Bộ môn Công nghệ Thực Phẩm, Khoa Kĩ thuật Hoá học, Trường Đại học Bách khoa TP.HCM 10 ... q trình lên men giữ vai trò quan trọng, định chất lượng sản phẩm thu Tổng quan số enzyme sử dụng trình lên men rượu 1.1 Enzyme α – amylase (α – 1,4 – glucan – glucahydrolase) Đặc điểm: Enzyme. .. ethanol Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men Sự nhiễm khuẩn: Cần chống nhiễm tạp khuẩn, bảo vệ trình lên men Nhiệt độ: làm nguội cho trình lên men (ở nước ta lên men vào mùa hè, dịch đường thường... cho nhiều enzyme vô quan trọng, mấu chốt trình sản xuất enzyme + Tách chiết enzyme: chế phẩm enzyme sử dụng thực tế có nhiều dạng khác Trong số trường hợp, môi trường nuôi cấy chứa enzyme sử