Điều kiện hoạt động tối ưu của enzyme amylase trong quá trình sản xuất rượu nếp trắng

GIỚI THIỆU 1.1 ĐẶT VẦN ĐỀ

LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 GẠO NẾP

• ENZYME AMYLASE
• CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HOẠT TÍNH ENZYME .1 Nồng độ cơ chất

Khi hòa tan tinh bột vào nước, đầu tiên các phân tử nước sẽ thâm nhập vào giữa các các phân tử tinh bột có kích thước lớn và tương tác với các nhóm hoạt động của tinh bột, tạo ra lớp vỏ nước và làm cho mắt xích nào đó của phân tử tinh bột bị yếu đi. Các hạt nhỏ có cấu tạo chặt, liên kết hydro kiểu 1 rất bền nên nhiệt độ hồ hóa các hạt nhỏ lớn hơn các hạt lớn, vì thế nhiệt độ hồ hóa tinh bột (là hỗn hợp các hạt có kích thước khác nhau) thường không phải là một điểm mà là một khoảng nhiệt độ. Các muối vô cơ ở nồng độ thấp phá hủy các liên kết hydro nên làm tăng khả năng hòa tan của tinh bột, tuy nhiên ở nồng độ cao nó gây hiện tượng kết tủa tinh bột và giảm sự hydrat hóa.

Enzyme thủy phân liên kết α-1,6 glucoside trong phân tử amylopectin, glycogen và những polymer khác như pullulanase, exopullulanase, isoamylase thường được sử dụng kết hợp với β-amylase trong sản xuất siro hay đường glucose với mục đích tăng hiệu suất thủy phân. Ngoài duy trì cấu hình hoạt động của enzyme, Ca còn có tác dụng đảm bảo cho α-amylase có độ bền cực lớn đối với tác động gây biến tính và sự phân hủy bởi các enzyme phân giải protein (Nguyễn Đức Lượng, 2004). Tác dụng của α-amylase lên amylopectin cũng xảy ra tương tự nhưng vì α-amylase không phân cắt được liên kết 1,6-glucoside ở mạch nhánh trong phân tử amylopectin nên sản phẩm cuối cùng là 72% maltose, 19% glucose, các dextrin phân tử thấp và các izomaltose 8% (Nguyễn Đức Lượng, 2004).

Do đó có thể xác định hoạt tính enzyme bằng cách đo độ nhớt của dung dịch hồ tinh bột hoặc xác định lượng tinh bột đã bị phân giải dựa vào phản ứng màu với iodine hoặc bằng cách xác định đường khử tạo thành (Nguyễn Đức Lượng, 2002). Glucoamylase phân hủy tinh bột thành những dextrin có phân tử thấp, liên tục tách gốc glucose và cuối cùng tạo thành glucose mà không cần có một enzyme amylase nào khác. Transglucosidase không chỉ thủy phân maltose thành glucose mà còn tổng hợp izomaltose, izomaltosetriose và panose, tức là nó có khả năng chuyển gốc glucose và gắn nó vào phân tử maltose hoặc phân tử glucose khác bằng liên kết α-1,6-glucoside để tạo thành panose và izomaltose.

Tuy nhiên, ở một nhiệt độ giới hạn nào đó thì phản ứng sẽ chậm lại do sự biến tính dần protein của enzyme với nhiệt độ, nếu tiếp tục tăng nhiệt độ thì enzyme không hoạt động nữa do khi vượt quá giới hạn về nhiệt độ, cấu trúc không gian của trung tâm hoạt động trong enzyme không còn phù hợp với cấu trúc không gian của cơ chất. Trong những thí nghiệm nghiên cứu về ảnh hưởng của pH đến hoạt tính enzyme, các nhà khoa học cho thấy hiện tượng: nếu tăng hoặc giảm giá trị pH tới một điểm xác định nào đó, vận tốc phản ứng enzyme sẽ tăng dần và đạt đến điểm cực đại. Các chất kìm hãm hoạt động của enzyme thường là các chất có mặt trong các phản ứng enzyme, làm giảm hoạt tính của enzyme hoặc làm ngưng hoạt tính của enzyme nhưng lại không bị enzyme làm thay đổi tính chất hóa học, cấu tạo và tính chất vật lý của chúng.

Chúng choán vị trí của cơ chất trong trung tâm hoạt động của enzyme, kết quả là enzyme không thể kết hợp được với cơ chất để tạo thành phức ES (Nguyễn Đức Lượng, 2002). Nếu có cơ chất thứ hai tham gia vào, nó có khả năng đính vào một vị trí nào đó trên phức hệ ES (ngoài vùng xúc tác) làm cho chúng không hoạt động, khi đó phức hệ này coi như chất kìm hãm. - Những chất có khả năng phá vỡ một số liên kết trong phân tử proenzyme làm loại bỏ một vài đoạn peptide, tạo điều kiện cho nhóm chức xích lại gần nhau để hình thành trung tâm hoạt động.

Trong quá trình hoạt hóa các ion có thể tham gia tạo thành trung tâm hoạt động, làm cầu nối giữa các enzyme với cơ chất hoặc làm nhiệm vụ ổn định cấu trúc không gian cần cho sự xúc tác của enzyme. Nồng độ cơ chất ban đầu cũng được xem là nồng độ cơ chất lúc phản ứng đạt đến cân bằng vì nồng độ cơ chất trong phản ứng luôn lớn hơn nhiều lần nồng độ enzyme, do đó có thể bỏ qua lượng [S] ở trong phức chất ES; khi nghiên cứu động học phản ứng enzyme thường xác định vận tốc ban đầu, lượng cơ chất bị chuyển hóa chưa đáng kể so với nồng độ ban đầu của nó.

PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 PHƯƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM

• BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM

Các số liệu được xử lý bằng chương trình thống kê StatGraphics – Plus 4.0 và sử dụng phần mềm Excel để vẽ đồ thị. Xác định được điều kiện tối ưu về pH và nhiệt độ cho quá trình thủy phân của α- amylase trên nguyên liệu nếp trắng. Thí nghiệm được bố trí với 2 nhân tố là nhiệt độ và pH với 2 lần lặp lại.

Xác định ảnh hưởng của nồng độ cơ chất (nếp trắng) lên hoạt tính của enzyme α- amylase thông qua hằng số Km. Nâng nhiệt đến nhiệt độ cần khảo sát rồi bổ sung 0,3% enzyme α-amylase vào dung dịch.