Glucoamylase – GA (α-1,4-glucan glucohydrolase EC 3.2.1.3) là enzyme thủy phân liên kết α-1,4 và α-1,6 glucoside t đầu không khử của mạch tinh bột tạo ra đƣờng glucose.
GA có thể nhận đƣợc t nhiều nguồn nhƣ thực vật, động vật và vi sinh vật. Trong đó th enzyme vi sinh vật đƣợc sử dụng chủ yếu trong công nghiệp. Nấm mốc
Aspergillus là chủng chính để thu nhận GA. Kỹ thuật nuôi cấy gồm các phƣơng pháp nuôi cấy bề sâu, nuôi cấy bề mặt trên môi trƣờng rắn hay bán rắn, nuôi cấy trong hệ hai pha. Glucoamylase t nấm mốc là các protein có khối lƣợng dao động rất lớn t 27 đến 112 kDa, tùy thuộc vào nguồn gốc của enzyme.
Đặc tính:
Glucoamylase tinh khiết tồn tại ở hai dạng glucoamylase I và glucoamylase II. Acid glutamic chiếm hàm lƣợng lớn trong cấu trúc của GA, đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của GA. GA bị vô hoạt mạnh bởi ion Hg2+
, trong khi Mn2+ và Fe2+ lại có khả năng hoạt hóa. GA nói chung hoạt động trong vùng acid, pH tối ƣu nằm trong khoảng 4,5-5,0, nhiệt độ tối ƣu ở khoảng 40-60oC. Khi so sánh vận tốc thủy phân cơ chất khác nhau bằng glucoamylase tinh thể, ngƣời ta nhận thấy các polysaccharide phân tử lớn thƣờng đƣợc thủy phân nhanh hơn so với các polysaccharide phân tử nhỏ.
So với α-amylase, glucoamylase bền đối với acid hơn nhƣng lại kém bền đối với tác dụng của rƣợu etylic, aceton và không đƣợc bảo vệ bằng Ca2+.
Hầu hết các glucoamylase bị mất hoạt tính khi đun nóng đến 70o
C.
Giống β-amylase, glucoamylase bị các chất độc sulfhydryl kìm hãm, do chúng liên kết với nhóm –SH trong trung tâm hoạt động của enzyme.
Cơ chế tác dụng:
Glucoamylase là enzyme ngoại phân (exoenzyme), nó thủy phân polysaccharide t đầu không khử để tạo ra glucose.
Enzyme glucoamylase xúc tác tách tuần tự t ng gốc glucose t đầu không khử của chuỗi polysaccharide. Gốc glucose t đầu không khử đƣợc gọi là glycone, chuỗi ligosaccharide sau khi glucose đƣợc tách ra gọi là alglycone.
Cơ chế xúc tác thủy phân liên kết O-glucoside là do hoạt động chủ yếu của một cặp acid amin đóng vai trò nhƣ một cặp acid – base. Khi tƣơng tác với cơ chất, acid glutamic ở vị trí thứ 179 đóng vai trò nhƣ một chất xúc tác acid, nó sẽ proton hóa oxi-glycosidic (phân tử oxi ở vị trí liên kết O-glucoside).
Acid glutamic ở vị trí 400 đóng vai trò nhƣ một chất xúc tác base, acid amin này sẽ thu hút và tạo liên kết với proton H+ của phân tử nƣớc làm giải phóng gốc OH-, gốc OH- này sẽ tấn công vào vị trí carbon glycosidic và nhƣ vậy liên kết O-glucoside của phân tử cơ chất sẽ bị phá vỡ.
Khả năng thủy phân mạnh mẽ cả liên kết α-1,4 cùng α-1,6 và thậm chí cả liên kết α- 1,2 và α-1,3 glucoside của glucoamylase thành glucose đã đƣa enzyme này lên vị trí hàng đầu về thủy phân tinh bột.
Các chế phẩm glucoamylase t các nguồn khác nhau tuy có những tính chất chung nhƣng cũng khác nhau nhiều điểm, chủ yếu ở mức độ phân giải tinh bột.
Enzyme glucoamylase là enzyme ngoại bào thể hiện hoạt độ tối đa ở vùng pH 3,5- 5,5. So với α-amylase th glucoamylase bền với acid hơn, nhƣng lại kém bền dƣới tác dụng rƣợu etylic, aceton, không đƣợc bảo vệ bằng Ca2+
.
Trong thí nghiệm nghiên cứu khả năng đƣờng hóa dịch tinh bột khoai lang tím Nhật bằng enzyme, Termamyl SC và Dextrozyme của hãng Novozymes đƣợc sử dụng. Termamyl SC có nhiệt độ tối ƣu cho enzyme hoạt động khá cao, đạt 95o
C, tuy nhiên nó vẫn hoạt động ở nhiệt độ 105 - 110oC. Nó hoạt động tốt ở môi trƣờng có pH thấp (5,1 – 5,6) và minium 5 ppm calcium. Hoạt tính của nó là 132,50 KNU-S/g (Kilo Novo Unit). 1 KNU tƣơng đƣơng với lƣợng enzyme trong điều kiện chuẩn (pH 7,1, 37oC) thủy phân đƣợc 5,26 g tinh bột trên một giờ. Sau khi thủy phân xong nên hạ nhiệt độ xuống mức thấp để vô hoạt enzyme.
Dextrozyme có nhiệt độ tối thích là 60-62oC và pH tối thích là 4,1-4,3. Enzyme thủy phân liên kết 1,4 tốt hơn 1,6 và 1,3. Hoạt tính đạt 296,5 AGU/g (Amyloglucosidase unit). 1AGU thể hiện lƣợng enzyme thủy phân 1μmol maltose trong 1 phút ở điều kiện chuẩn là 37oC với pH 5,0.
(Thông tin enzyme do công ty Novozymes – Đan Mạch cung cấp)
