Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng enzyme - Nồng độ enzyme
- Nồng độ cơ chất - Các chất kìm hãm - Các chất hoạt hóa
- Nhiệt độ và pH môi trường [12]
1.2.2.1. Enzyme α – amylase
α – amylase được tìm thấy từ thực vật và động vật giúp thủy phân tinh bột thành các loại đường [13] có khả năng phân cắt các liên kết α-1,4-glucoside của cơ chất một cách ngẫu nhiên và là enzyme nội bào (endoenzyme) α – amylase khơng chỉ có khả năng phân hủy hồ tinh bột mà cịn có khả năng phân hủy cả hạt tinh bột nguyên vẹn.
Cơ chế tác dụng
α-amylase
α-amylase
α-amylase
dextrin phân tử thấp, sau đó các dextrin này bị thủy phân tiếp tục để tạo ra maltose và glucose.
Amylose bị phân cắt thành các oligosaccharide hay còn gọi là polyglucose (6 – 7 gốc glucose) dưới tác dụng của α – amylase, sau đó các oligosaccharide này tiếp tục bị phân cắt nên chuỗi bị ngắn dần và tạo thành maltotetrose, maltotriose, maltose. Sau thời gian tác dụng dài, sản phẩm của quá trình thủy phân amylase là 13% glucose và 87% maltose. Tác dụng của α – amylase lên amylopectin cũng xảy ra tương tự và sản phẩm được tạo là 72% maltose, 19% glucose, ngồi ra cịn có dextrin phân tử thấp và isomaltose (8%) do α – amylase không thể phân cắt được liên kết 1,6-glucoside ở mạch nhánh của phân tử amylopectin.
Các giai đoạn của quá trình thủy phân tinh bột của α-amylase
Giai đoạn dextrin hóa:
Tinh bột dextrin phân tử lượng thấp
Giai đoạn đường hóa:
Dextrin tetra và trimaltose di và nomosaccharide
Amylase oligosaccharide polyglucose
maltose maltotriose maltotetrose
Khả năng dextrin hóa của α – amylase rất cao do đó người ta cịn gọi α – amylase là amylase dextrin hóa hay amylase dịch hóa.
a) amylase b) amylopectin
Hình 1.6. Cơ chế tác dụng của α-amylase lên tinh bột
Đặc tính:
Trọng lượng phân tử của α – amylase malt là 59.000 kDa
Amylase dễ tan trong nước, trong các dung dịch muối và rượu loãng. Điểm đẳng điện nằm trong vùng pH 4,2 – 5,7.
pH tối thích cho α – amylase từ malt đại mạch nảy mầm và thóc nảy mầm là 5,3 Độ bền acid tương đối kém
Độ bền của α – amylase bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và pH. Tuy nhiên so với các loại amylase khác thì độ bền với nhiệt của α – amylase cao hơn.
Ở 0oC và pH = 3,6 α – amylase của malt hoàn toàn bị bất hoạt.
Nhiệt độ thích hợp cho hoạt động tốt nhất của α – amylase từ malt và mầm thóc là 58 – 60oC.
Bảng 1.2. Độ bền với nhiệt độ của α-amylase từ malt (Miller, Johnson và Palmer)
Nhiệt độ (oC) Hoạt độ của α-amylase (%) so với ban đầu
Nhiệt độ (oC) Hoạt độ của α-amylase (%) so với ban đầu
65 100 80 25
70 100 85 1
75 58 90 0
1.2.2.2. Enzyme β – amylase
β – a mylase hiện diện phổ biến ở thực vật, đặc biệt là ở hạt nảy mầm. Ở trong hạt ngũ cốc nảy mầm, β – amylase xúc tác thủy phân các liên kết α-1,4-glucoside trong tinh bột thành từng nhóm maltose từ đầu khơng khử của mạch. Maltose được tạo thành do sự xúc tác của β – amylase có cấu hình β.
Cơ chế tác dụng
β – amylase là một enzyme ngoại bào (exoenzyme). Tiến trình phân giải bắt đầu khơng khử các nhánh ngoài cũng của cơ chất. β – amylase phân cắt các liên kết α-1,4-glucoside nhưng khi gặp liên kết α-1,4-glucoside đứng kế cận liên kết α-1,6-glucoside thì nó sẽ ngừng tác dụng. Phần polysaccharide cịn lại là dextrin phân tử lớn có chứa rất nhiều liên kết α-1,6-glucoside và được gọi là β – dextrin.
β – amylase là exoamylase sử dụng cơ chế đảo ngược để tách các liên kết α – glucozid ở đầu không khử của phân tử amyloz và amylopectin, tạo ra carbohydrate có trọng lượng
phân tử thấp, ở dạng β – anomeric. β – amylase không thể cắt liên kết α – 1,6 – glucozid. Do đó, q trình thủy phân amylopectin khơng hồn thiện, chỉ chuyển đổi 60% phân tử thành maltose. Trong phân tử amylose, mức độ thủy phân là khoảng 90%, do cấu trúc không phân nhánh của polysaccharide này [14].
Tác dụng của β-amylase lên tinh bột như sau:
Tinh bột Maltose (54 – 58%) + β – dextrin (42 – 46%)
Nếu tinh bột bị thủy phân đồng thời bởi cả α và β – amylase thì lượng tinh bột có thể thủy phân đạt 95%.
Sự khác nhau giữa α và β – amylase khi xúc tác sự thủy phân tinh bột:
β – amylase hầu như không thủy phân các hạt tinh bột nguyên vẹn nhưng nó phân hủy hồ tinh bột rất mạnh.
β – amylase phân giải 100% amylose thành maltose.
β – amylase phân giải 54 – 58% amylopectin thành maltose.
Đặc tính
β – amylase chịu nhiệt kém hơn α – amylase nhưng bền với acid hơn.
Hình 1.7. Cơ chế tác động của β-amylase lên tinh bột
β – amylase bị bất hoạt ở nhiệt độ 70oC.
Nhiệt độ hoạt động tối thích của β – amylase là 55oC, pH tối ưu = 4,0. Được sản xuất từ vi khuẩn Bacillus cereus, nhạy cảm với nhiệt độ cao, các ion kim loại nặng và ổn định ở pH thấp [14].