CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.4. Một số nhóm enzyme tác dụng lên tính chất tinh bột
1.4.1. Enzyme α amylase
Enzyme α- amylase đóng vai trò trung tâm trong quá trình thủy phân tinh bột, cả trong tự nhiên và ngành công nghiệp tinh bột. Enzyme α- amylase xúc tác quá trình thủy phân liên kết α-1,4 glycosidic của các polysaccharide như amylose và amylopectin, glycogen hoặc các sản phẩm thoái hóa của chúng [155]. Khi thủy phân amylose sản phẩm cuối cùng chủ yếu là maltose và maltotriose. Do maltotriose bền hơn nên việc thủy phân nó thành maltose và glucose sẽ được thực hiện sau đó. Khi thủy phân amylopectin trong dung dịch ngoài glucose, maltose, maltotriose còn có thêm các dextrin giới hạn (chứa nhánh không thủy phân bởi enzyme α – amylase). Các α-dextrin giới hạn này có chứa các liên kết α-1,6 glycosidic của polymer ban đầu kèm với các liên kết α-1,4 glycosidic kề bên thường bền với α – amylase. Tùy theo nguồn gốc của α – amylase mà các α-dextrin giới hạn này có thể chứa số lượng đơn vị glucose khác nhau.
Enzyme α- amylase bao gồm một tập hợp đa dạng các loại enzyme có nguồn gốc sinh vật khác nhau - vi khuẩn, nấm, thực vật và động vật. Trong động vật có vú, nó có thể được tìm thấy ở các cơ quan khác nhau như tuyến nước bọt và tuyến tụy. Một trong những amylase được công nhận sớm nhất là ptyalin, được tìm thấy trong nước bọt của con người. Ngoài ra, một trong những enzyme có trong tụy tạng lợn là α- amylase porcine pancreatic, đã được tinh chế và thu nhận [156]. Các enzyme từ
Aspergillus niger, A. oryzae, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus circulans, Bacillus licheniformis, Bacillus stearothermophilus, và Bacillus subtilis có tầm quan trọng đặc biệt trong nghiên cứu và ứng dụng công nghiệp [157]. Các α-amylase này không giống nhau và tạo ra thành phần malto-oligosaccharide sản phẩm khác nhau.
Khoảng pH cho các enzyme α-amylase là 4,5 – 7,0. pH tối ưu của enzyme α- amylase trong nước bọt con người, tụy lợn gần bằng nhau, khoảng từ 6,0 – 7,0. pH tối ưu của α-amylase B. subtilis tương đối rộng từ 5,0 – 7,0, của B. stearothermophilus ở khoảng pH = 5,0, của Shorghum- malt là pH = 4,8, bị vô hoạt ở pH dưới 4,0, và hoạt động yếu ở pH lớn hơn 5,0 [155]. Nhiệt độ tối ưu của các enzyme chịu nhiệt nằm trong khoảng 70 - 90°C. Khi bị biến tính bởi nhiệt, enzyme thường không thể phục hồi được hoạt độ. Tuy nhiên, khi ở nhiệt độ 0°C, hoạt độ enzyme bị giảm nhưng lại có thể tăng lên khi đưa về nhiệt độ bình thường [155]. Các enzyme α-amylase có chứa ion Ca2+, do đó bổ sung ion Ca2+ đầy đủ giúp enzyme có khả năng chống lại nhiệt độ cao trong thời gian dài. Enzyme α-amylase thu nhận từ B. subtilis và B. stearothermophilus là các enzyme chịu nhiệt.
Tâm xúc tác của α-amylase có lẽ chỉ được giới hạn ở hai axit amin (aspartic hay glutamic) nằm trong vùng gắn cơ chất. Cơ chế thủy phân bắt đầu bằng việc làm yếu
31
liên kết glycosidic C1 – O4 phải thủy phân, kết quả là tạo nên phức enzyme - cơ chất. Liên kết này một lần nữa lại bị yếu đi dưới tác dụng của một trong hai axit amin đóng vai trò là chất cho proton tới O4. Khi liên kết glycosidic bị đứt sẽ tạo nên một ion oxycarbonate. Ion này được ổn định bởi điện tích âm của một axit amin khác [155].
Hình 1.12. Tâm xúc tác của enzyme α – amylase [158]
Trong sản xuất, enzyme α – amylase chịu nhiệt thường được sử dụng trong giai đoạn dịch hóa tinh bột trước khi thêm β – amylase để tạo dịch thủy phân có hàm lượng oligosaccharide mạch ngắn cao. Trên thị trường có rất nhiều chế phẩm enzyme α – amylase chịu nhiệt được sử dụng rộng rãi trong dịch hóa tinh bột có thể kể đến như Spezyme Alpha và Spezyme Xtra của hãng DuPont, Liquozyme SC DS và Termamyl SC DS của hãng Novozyme. Enzyme α – amylase trong các chế phẩm này có nguồn gốc vi sinh vật hoặc kiểu gen được biến đổi khác nhau phụ thuộc vào mục đích của nhà sản xuất. Do vậy, chúng có nhiệt độ, pH tối ưu cũng như cơ cấu sản phẩm sau thủy phân khác nhau. Việc lựa chọn chế phẩm enzyme cho khả năng tạo thành hàm lượng oligosaccharides lớn nhất trong cùng một thời gian và liều lượng enzyme sẽ mang lại lợi ích kinh tế cũng như tăng hiệu quả hoạt động của enzyme β – amylase trong giai đoạn đường hóa sau này.