ỨNG DỤNG ENZYME AMYLASE TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM
1: ỨNG DỤNG ENZYME AMYLASE TRONG CNSX MÌ CHÍNH -Nguyên liệu sử dụng chủ yếu : Tinh bột sắn, rỉ đường mía
-Các chủng vi sinh vật :
corymebacterium hydrocacboclastus, bacillus,Brevibacterium...
Enzym amylase được sử dụng trong cơng đoạn thuỷ phân tinh bột.
Mục đích của cơng đoạn này là tạo điều kiện để thực hiện các phản ứng thuỷ phân tinh bột thành đường lên men được chủ yếu là đường glucoza.
Người ta cĩ thể dùng α-amila , β-amila của các hạt nảy mầm hay của nấm mốc để thuỷ phân tinh bột thành đường.
α amylase
Tinh bột Dextrin + maltose + glucose
Thủy phân α-1,4 của amylose
β amylase
Tinh bột Maltose + β Dextrin
(Glucogen)
Phương pháp này cĩ ưu điểm là khơng dùng đến hố chất hay thiết bị chịu axít, chịu áp lực … khơng độc hại cho người và thiết bị.
Nhược điểm :
-Đường hố khơng triệt để tinh bột, mà cịn ở dạng trung gian như dextrin… làm cho vi khuẩn lên men mì chính khơng cĩ khả năng sử dụng.
-Thời gian đường hố tương đối dài.
2: ỨNG DỤNG ENZYME AMYLASE TRONG CNSX BIA
Nguyên liệu sử dụng: Ngũ cốc, hoa Houblon, nước, Nấm men, chất phụ gia
Các chủng vi sinh vật sử dụng : Saccharomyces cerevisizae ( lên men nổi) Saccharomyces cerevisidae (Lên men chìm)
Trong cơng nghệ sản xuất bia, người ta thường sử dụng enzym amylase cĩ trong mầm đại mạch.
Ngồi ra, cịn sử dụng các enzym khác cĩ trong mầm đại mạch để thuỷ phân và chuyển hĩa các chất khơng tan sang trạng thái tan như chuyển protein, cellulose… sang amino acid và glucose.
-Các quá trình cơng nghệ này đã được thực hiện ở nhiều nước trên thế giới.
So với các loại enzym amylase từ các nguồn khác, amylase từ thĩc đại mạch đã nảy mầm được sử dụng với số lượng nhiều nhất hiện nay.
-Quá trình hạt đại mạch nảy mầm là quá trình sinh tổng hợp enzym amylase và nhiều enzym khác.
Nhờ sự tổng hợp ra những enzym này, hạt tiến hành quá trình tự thuỷ phân tinh bột, protein và các hợp chất khác để cung cấp nguyên liệu và năng lượng cho hạt nảy mầm.
Enzyme amylase tác động vào giai đoạn đường hoá:
Biến đổi tinh bột đã qua giai đoạn dịch hoá thành Dextrin và Maltoza α -amylaza tác động tạo Dextrin hoá, β- amylaza tác động tạo mantoza.
α amylase
Tinh bột Dextrin + maltose + glucose
Thủy phân α-1,4 của amylose
β amylase
Tinh bột Maltose + β Dextrin
(Glucogen)
Trong giai đoạn lên men tiếp theo, các chất đường, dextrin có phân tử thấp sẽ được chuyển hoá thành rượu etylic, CO2 và một số sản phẩm phụ khác tạo thành bia theo yêu cầu kỹ thuật và chất lượng sản phẩm.
3: ỨNG DỤNG ENZYME AMYLASE TRONG CNSX CỒN
Nguyên liệu chủ yếu mà các nhà máy rượu nước ta thường dùng là sắn, sau đó là ngô và một phần gạo hoặc tấm. Đối với sản xuất rượu thì thành phần quan trọng nhất là gluxit lên men được, gồm tinh bột và một số đường. Trong đa số gluxit nói chung thì tỷ lệ giữa H và O đều tương tự như trong nước. Ví dụ ramnoza – C6H12O5.
Vai trò của α-amylase và β-amylase:
− Trong nội dung phần này chỉ trình bày sản xuất cồn từ hydro carbon, đây là quá trình sản xuất có ứng dụng Enzyme.
Đường hóa Làm nguội
Nấu chín ở nhiệt độ cao Nguyên liệu chứa tinh bột
Amyloglucosidase hoạt động ở 550C
Amylase hoạt động ở 550C
− Trước đây người ta dùng Enzym amylase của malt, nhưng ngày nay đã thay thế bằng Enzym amylase của nấm sợi.
− Trong sản xuất cồn từ nguyên liệu chứa tinh bột, Enzym amylase được sử dụng ở các giai đoạn đường hóa:
o Chuyển hóa tinh bột bằng α-amylase để tạo thành dextrin.
o Chuyển hóa dextrin bằng β-amylase hay amyloglucosidase để tạo ra đường có khả năng lên men.
Hình 7: Sơ đồ Quá trình chuyển hóa tinh bột
− Quá trình đường hóa đóng vai trò quyết định đến khả năng lên men và hiệu suất cồn thu được. Các chế phẩm Enzym được sử dụng trong sản xuất cồn bao gồm những chế phẩm thô được thu nhận từ phương pháp nuôi cấy bề mặt, nuôi chìm hoặc các chế phẩm đậm đặc, tinh khiết. Chủ yếu là sử dụng chế phẩm dạng thô vì tính chất kinh tế. − Vì sử dụng chế phẩm dạng thô, do đó để tránh các phản ứng không mong muốn trong
quá trình đường hóa, trước khi đường hóa phải xác định họat tính Enzym của từng lọai Enzym từ đó điều chỉnh họat động cuả chúng.
− Trong giai đoạn dịch hóa Enzym α-amylase tham gia thực hiện các phản ứng sinh hóa cần thiết và quyết định đến hiệu suất sản xuất cồn. Trong khi đó cũng trong giai đọan
này Enzym β-amylase lại tạo ra các sản phẩm không mong muốn, làm cản trở quá trình lên men.
− Trong giai đoạn đường hóa dịch đường hóa nấm men, Enzym α-amylase tham gia thực hiện các phản ứng sinh hóa cần thiết và quyết định đến hiệu suất sản xuất cồn. Còn Enzym β-amylase tham gia những biến đổi cơ bản cơ chất để tăng cường quá trình chuyển hóa cơ bản.
− Khi thủy phân tinh bột, enzym α-amylase tác động vào liên kết α-1,4 glucoside và sản phẩm tạo ra là mantose và dextrin mà mạch của chúng gần bằng C6. các dextrin sau đó sẽ phân hủy chủ yếu theo
o C6 C5 + C1.
o C7 C6 + C1 hay C5 + C2.
o C8 C6 + C2 hay C5 + C3.
− Enzym α-amylase của vi khuẩn thủy phân tinh bột tạo ra lượng glucose và maltose theo 1:5,45. Enzym α-amylase của nấm sợi thủy phân tinh bột tạo ra lượng glucose và maltose theo 1:3,79. Enzym α-amylase của vi khuẩn và nấm sợi đều không có khả năng phân giải α-1,6 glucoside của cơ chất.
⇒ Như vậy, vai trò cơ bản của α-amylase trong sản xuất rượu, cồn là làm dịch hóa nhanh ở giai đoạn nấu và cả ở giai đoạn đầu của sự đường hóa, dextrin hóa và tích tụ đường.
Vai trò của glucoamylase:
− Glucoamylase thủy phân liên kết α-1,4 glucoside trong các polysaccharide, chúng liên tiếp phân cắt các gốc glucose không khử trong mạch polysaccharide. Ngoài ra
glucoamylase còn có khả năng phân cắt liên kết α-1,6 glucoside. − Sản phẩm cuối cùng trong hoạt động của glucoamylase là glucose.
Bảng 5 : Hoạt độ phân giải của vi sinh vật trong sản xuất cồn etylic:
Hoạt độ dv/g chất khô Chủng vi sinh vật Hoạt độ
amylaza
Hoạt độ D Hoạt độ Glu Hoạt độ Pr
Asp.oryzae KC Asp.oryzae U476 Asp.niger S4-10-111 Asp.awamori 22 70.0 85.0 0.65 14.5 450.0 665.0 437.0 850.0 30.0 80.0 70.0 30.0 50.0 40.0 0.5 0
4: ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT SIRO :
Các nguyên liệu chứa tinh bột không chỉ là nguồn thực phẩm quan trọng mà còn là nguồn nguyên liệu để tạo ra nhiều loại thực phẩm khác nhau.
Ứng dụng trong sản xuất siro và các sản phẩm chứa đường_Phôi bắp được xử lý bằng SO2 và vi khuẩn lactic để hạt tinh bột mềm, ra khỏi khối bột bằng li tâm.
Enzym amylase chỉ được sử dụng sau khi tinh bột hoà vào nước
-Theo công nghệ trên ,dung dịch tinh bột bắp được điều chỉnh pH =6 và được hồ hoá ở nhiệt độ cao và được thực hiện theo phương pháp liên tục .Ở giai đoạn gia nhiệt này , người ta cho một lượng nhỏ α- amylase để dịch tinh bột có độ nhớt thấp , tránh hiện tượng cháy khét.
-Tiếp theo người ta cho lượng Enzym còn lại vào .Đây là giai đoạn đường hoá rất mạnh để đạt được giá trị DE(dextrose equivalents) 15-20. Trong công nghệ đường hoá liên tục, thời gian để đạt được DE 15-20 phải mất 2 giờ.
Hình 3: Quá trình chuyển hóa tinh bột thành siro fructose.
-Ngoài tinh bột bắp, người ta còn sử dụng tinh bột khoai tây, tinh bột mì, tinh bột sắn(khoai mì). Tuỳ theo nguồn nguyên liệu tinh bột mà người ta áp dụng kỹ thuật khác nhau cho phù hợp.
-Enzym được sử dụng trong công nghệ sản xuất siro fructose phải là những Enzym chịu nhiệt. Những Enzym này thường được thu nhận từ vi khuẩn Bacillus licheniformis, Bacillus stearothermophilus. Ngoài ra , người ta còn sử dụng α -amylase từ nhiều VSV khác nhau. -Đặc điểm quan trọng nhất cuả enzym amylase là chúng hoạt động ở pH gần trung tính (pH= 6).
Đặc điểm này giúp ta thực hiện các quá trình đường hoá rất dễ dàng. Đặc điểm kỹ thuật của từng công đoạn sản xuất siro fructose được trình bày trong bảng sau:
a-amylase Fructose 55% Sản phẩm 0 0 0 Tái xử lý oligosaccharide Làm giàu
fructose than hoạt tínhTrao đổi ion Bốc hơi isomer hóa
55-60 C PH: 7-8
Trao đổi ion than hoạt tính
bốc hơi Lọc
Đường hóa 55-65 C pH: 4-4,5 Magiesium,chất tẩy màu
Nitơ, cation, anion
Chất béo, protêin Amyloglucosidase
DE 15-20 Dịch hóa lần 2 90-95 C DE 2-5 0 Dịch hóa lần 1 105-150 C pH: 5,5-6,5 a-amylase Tách (ép) 2 Dầu, glutin và các thành phần khác Phân bắp(ngô), SO
Bảng 6 : Điều kiện chuyển tinh bột thành đường trong công nghệ sản xuất siro fructose
Hàm lượng Stt Các công đọan Hàm lượng Chỉ số DE Nhiệt
độ(oC) pH Ca2+, mg/l Mg2+, mg/l 1 Chuyển hóa tinh bột
- dịch hóa lần 1 -dịch hóa lần 2 α-amylase (0.01-0.02) α-amylase (0.1-0.2) 2-5 15-20 105-115 90-95 5.5-6.5 5.5-6.5 50- 100 50- 100 2 Đường hóa Amyluco-sidase
(0.1)
98-99 55-65 4-4.5 50- 100 3 Isomer hóa Glucose-
isomerase 41% frutose 55-60 7-8 2 25-100 4 Làm giàu frutose 55-95% frutose
-Trong đó,giai đoạn dịch hoá và đường hoá đóng vai trò rất quan trọng. Các giai đoạn này thường quyết định các giai đoạn sau và quyết định đến chất lượng sản phẩm.
-Trong công nghệ sản xuất siro fructose, nhiều nước trên thế giới có sử dụng Enzym cố định amyloglucosidase và pullulanase.
-Phương pháp này thường thực hiện ở nhiệt độ 600C và hàm lượng chất khô trong dịch khoảng 30-35%.
-Các đặc tính cơ bản của công nghệ sản xuất siro fructose bằng Enzym cố định được trình bày trong bảng sau:
Bảng 7: Hiệu suất chuyển hóa tinh bột bằng enzyne cố định trong sản xuất siro Fructose Stt Enzyme cố định Glucose (%) Maltose (%) Maltosetriose (%) Maltotetraose (%) 1 β-amylase 1 51 14 34 2 β-amylase-pullunase 60 8 32 3 β-amylase-pullanase- α-amylase 2 69 18 11
Ngoài công nghệ sản xuất siro fructose từ nguyên liệu ban đầu là bột ngô ra, người ta còn tiến hành quá trình isomer hoá glucose để sản xuất siro fructose. Quá trình isomer được tiến hành như sau: D - fructose glucose glucoisomerase 2 CH OH CH OH O 2 CH CH CH CH HO OH OH HO OH CH CH CH CH H 2 O OH C
5: ỨNG DỤNG AMYLASE TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BÁNH MÌ
-Các loại hạt ngũ cốc như lúa mì, lúa nước, bắp, khoai mì là nguồn nguyên liệu chính để làm bánh mì. Trong đó chỉ có bột từ lúa mì mới là nguyên liệu để sản xuất bánh mì.
-Bánh mì được coi là nguồn lương thực chính của các nước châu Mỹ và các nước châu Aâu, trong vài thập niên gần đây bánh mì được coi như một khẩu phần lương thực của Việt Nam.
-Trong sản xuất bánh mì, người ta sử dụng enzyme nhằm giải quyết một số vấn đề sau: +làm tăng nhanh thể tích bánh
+làm màu sắc của bánh đẹp hơn +làm tăng mùi thơm cho bánh.
-Trong sản xuất bánh mì, người ta sử dụng cả hai loại Enzyme α -amylase và β_amylase, các loại enzyme này tham gia thủy phân tinh bột để tạo thành đường. Nhờ đó nấm men Saccharomyces cerevisiae sẽ dể dàng chuyển hóa chúng thành cồn, CO2, làm tăng thể tích của bánh và tạo ra màu sắc, hương vị tốt cho bánh.
-Nguồn amylase thường sử dụng là từ malt, tuy nhiên trong những năm gần đây, malt dần dần được thay thế từ nấm sợi. Các chế phẩm Enzyme từ nấm sợi không chỉ chứa amylase mà còn chứa protease và một số Enzyme khác rất có lợi cho quá trình lên men. Chế phẩm Enzyme này chủ yếu thu nhận từ Aspergillus oryzae.
-Trong quá trình sử dụng Enzyme amylase người ta cho sulfat amon vào bột như một chất đệmcho amylase họat động, người ta thường tạo chất đệm cho amylase bằng cách trộn lượng Enzyme amylase vào tinh bột theo tỷ lệ 1:1. hỗn hợp này có tác dụng ổn định họat tính Enzyme amylase không thay đổi trong một năm bảo quản. Khi cho hỗn hợp này vào bột để làm bánh thì chất lượng bánh sẽ tăng lên rất nhiều (tăng thể tích, độ xốp, tăng khả năng giử hình bánh, tăng mức ổn định cấu trúc ruột bánh và làm giảm quá trình làm khô của bánh). Ngoài ra khi sử dụng chế phẩm enzyme sẽ làm giảm tiêu hao nấm men lỏng đến 20%.
-Mặt khác chất lượng của bánh mì không chỉ phụ thuộc vào lượng CO2 tạo ra nhiều hay ít , mà phụ thuộc vào động thái của quá trình tạo ra nó. Nếu lượng CO2 tạo ra chỉ từ lượng đường có sẵn trong bột mì thì lượng CO2 này sẽ đạt cực đại ở giờ đầu tiên và giờ thứ hai của quá trình lên men, sau đó lượng khí sẽ giảm bánh mì sẽ không đảm bảo chất lượng. Trong công nghệ sản xuất bánh mì, lượng khí CO2 phải được tạo ra liên tục từ giờ đầu tiên đến giờ cuối cùng của quá trình sản xuất. Đặc biệt là quá trình tạo CO2 phải được ổn định 10-15 phút đầu khi đưa
-Khi trong bột có β-amylase họat động thì tạo thành CO2 trong quá trình nhào bột xảy ra theo chiều hướng tăng và đạt cực đai ở giờ thứ tư của quá trình lên men. Như vậy sự tạo thành lượng khí liên tục là nhờ họat động của amylase đưa vào trong bột trong quá trình nhào bột -công nghệ sản xuất bánh mì của một nước có sử dụng chế phẩm Enzyme như:
+ở Nga người ta sử dụng chế phẩm có tên thương mại là Amilorizin-P810X. chế phẩm này được sản xuất từ nấm sợi Aspergillus oryzae chủng 476-1, chế phẩm Enzyme này chứa cả các lọai amylase và protease. Chế phẩm này thường ở dạng cô đặc tinh khiết và cả dạng bột.
+ở Mỹ các chế phẩm Enzyme thường dùng ở dạng hạt, hãng sản xuất chế phẩm enzyme dùng cho bánh mì lớn nhất ở Mỹ là hãng Rom và Khaac. Enzyme có tên thương mại là GUMASE NR-150.
+ở Anh người ta sử dụng các chế phẩm Enzyme amylase chủ yếu từ nấm sợi aspergillus oryzae bằng phương pháp nuôi cấy chìm, các Enzyme protease và amylase thường được tách riêng biệt. Khi sử dụng họ thường sử dụng chính xác từng loại Enzyme.
+ở Nhật, tuy bánh mì không phải là lương thực chính nhưng những cơ sở sản xuất bánh mì ứng dụng Enzyme rất có hiệu quả. Các chế phẩm Enzyme sử dụng là hỗn hợp amylase và protease
6: ỨNG DỤNG AMYLASE TRONG SẢN XUẤT BÁNH KẸO.
-Mục đích của việc sử dụng Enzyme vào sản xuất các loại bánh quy là làm tăng mùi và vị bánh, khi chế biến bột thành các loại bánh quy các Enzyme protease và amylase của bột hoạt động làm tăng hàm lượng các amino acid tự do và làm tăng lượng đường khử. Đường khử
và các amino acid tự do có trong khối bột sẽ cùng tham gia vào các phản ứng oxy_ hóa khử và kết quả tạo cho bánh quy có mùi, vị màu hấp dẫn.
-Tuy nhiên nếu chỉ tận dụng lượng Enzyme có sẵn trong tinh bột thì phản ứng trên xảy ra không mạnh, nhất là khi sử dụng lọai bột xấu để sản xuất bánh. Do đó người ta thường bổ sung thêm Enzyme protease và amylase vào chế biến bột trong quá trình sản xuất bánh quy. Khi đó lượng đường khử và lượng amino acid tự do sẽ tăng lên, phản ứng oxi-hóa khử cũng được tăng cường.
7: ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT GLUCOZA VAØ MẬT.
-Chúng ta đã biết từ tinh bột có thể thu được các phẩm vật đường khác nhau khi thủy phân tinh bột bằng acid cũng như bằng Enzym amylase sẽ thu được mật. Mật glucoza hay mật