L C HÓA D U A-K55Ọ Ầ
Bài th o lu n công ngh sinh h c đ i c ngả ậ ệ ọ ạ ươ :
QUY TRÌNH S N XU T ENZYME AMYLASEẢ Ấ
Nhóm:
1. Tr nh Thành Công 1021010050ị
2. Nguy n Văn Tùng 1021010405ễ
3. Nguy n Tr ng Hoàng 1021010142ễ ọ
4. Lê Tu n Thành 1021010309ấ
5. Đ T t Quang 1021010275ỗ ấ
M c l c:ụ ụ
Ph ầ n 1 : Giới Thiệu
Enzyme amylase là gì?
Đặc tính và cơ chế tác dụng của enzyme α- amylase
Ph ầ n 2 :Quy trình sản xuất enzym α amylase
Môi trường sản xuất enzyme amylase
Nguyên liệu sản xuất enzyme amylase
Quy trình sản xuất nấm mốc giống
Phương pháp sản xuất
Quy trình lên men công nghiệp tạo enzyme amylase
Ph ầ n 3 : Ứng dụng
Ph n 4ầ:K t lu nế ậ
Ph n 1:ầ Gi i thi uớ ệ
S d ng enzyme trong s n xu t và đ i s ng là m t v n đ đ c các nhà khoa h cử ụ ả ấ ờ ố ộ ấ ề ượ ọ
và k thu t chú ý t lâu. Ngày nay, vi c s d ng này đã tr thành ph bi n nhi uỹ ậ ừ ệ ử ụ ở ổ ế ở ề
n c và đã mang l i nhi u l i ích kinh t khá l n.ướ ạ ề ợ ế ớ
Ngoài s enzyme đã đ c s d ng r ng rãi và lâu đ i( amylaza, prôteeaza…),ố ượ ử ụ ộ ờ
còn có hàng ch c lo i enzyme khác đã đ c nghiên c u và áp d ng vào th cụ ạ ượ ứ ụ ự
t .Tr c đây, các enzyme dung nghiên c u ho c áp d ng trong s n xu t, th ng thuế ướ ứ ặ ụ ả ấ ườ
nh n t đ ng v t, th c v t. Nh ng vài ch c năm g n đây, ng i ta đã chú ý đ nậ ừ ộ ậ ự ậ ư ụ ầ ườ ế
m t ngu n enzyme vô cùng phong phú và r ti n, đó là ngu n enzyme t vi sinh v t.ộ ồ ẻ ề ồ ừ ậ
Th c ra đây là m t ngu n enzyme r t quen thu c đ i v i m t s n c ph ngự ộ ồ ấ ộ ố ớ ộ ố ướ ươ
đông( Trung Qu c, Nh t B n….).ố ậ ả
QUY TRÌNH S N XU T ENZYME AMYLASEẢ Ấ Page 1
L C HÓA D U A-K55Ọ Ầ
Đ m r ng vi c s d ng các enzyme vào th c t n c ta và đáp ng yêuể ở ộ ệ ử ụ ự ế ở ướ ứ
c u c a m t s c s s n xu t trong nh ng năm qua, các nhà khoa h c đã ti n hànhầ ủ ộ ố ơ ở ả ấ ữ ọ ế
nghiên c u tách và ch n ch ng vi sinh v t có ho t tính enzyme cao, nghiên c u cácứ ọ ủ ậ ạ ứ
đi u ki n thích h p cho vi c t ng h p m nh m enzyme c a chúng, thu nh n chề ệ ợ ệ ổ ợ ạ ẽ ủ ậ ế
ph m enzyme.ẩ
Nh chúng ta đã bi t, tinh b t là s n ph m t nhiên quan tr ng nh t có nhi uư ế ộ ả ẩ ự ọ ấ ề
ng d ng trong k thu t và trong đ i s ng con ng i. Nhi u n c trên th gi i sứ ụ ỹ ậ ờ ố ườ ề ướ ế ớ ử
d ng ngu n tinh b t t khoai tây, lúa mì, ngô, s n, còn riêng n c ta thì s d ng g oụ ồ ộ ừ ắ ướ ử ụ ạ
và khoai mì là ngu n tinh b t ch y u. Trong ch bi n tinh b t và đ ng, công đo nồ ộ ủ ế ế ế ộ ườ ạ
quan tr ng nh t là th y phân tinh b t v các đ ng đ n gi n. Sau đó, ch y u trênọ ấ ủ ộ ề ườ ơ ả ủ ế
c s đ ng đ n gi n nh lên men, ng i ta s nh n đ c r t nhi u s n ph mơ ở ườ ơ ả ờ ườ ẽ ậ ượ ấ ề ả ẩ
quan tr ng nh : r u c n, r u vang, bia, các lo i acid h u c , amino acid….ọ ư ượ ồ ượ ạ ữ ơ
Quá trình th y phân tinh b t g m hai công đo n ch y u là giai đo n h hóaủ ộ ồ ạ ủ ế ạ ồ
và gian đo n đ ng hóa. Đ th c hi n hai công đo n công ngh nói trên, trong th cạ ườ ể ự ệ ạ ệ ự
t s n xu t ta áp d ng hai cách: Th y phân tinh b t b ng acid và b ng enzyme. Đế ả ấ ụ ủ ộ ằ ằ ể
th y phân tinh b t t lâu ng i ta đã s d ng acid vô c nh HCl và Hủ ộ ừ ườ ử ụ ơ ư 2SO4. Nh ngư
k t qu cho th y, th y phân b ng acid r t khó ki m soát và th ng t o nhi u s nế ả ấ ủ ằ ấ ể ườ ạ ề ả
ph m không mong mu n và không đáp ng tiêu chu n an toàn th c ph m. Do v y,ẩ ố ứ ẩ ự ẩ ậ
vi c thay th và ng d ng enzyme đ th y phân tinh b t là m t k t qu t t yêu c aệ ế ứ ụ ể ủ ộ ộ ế ả ấ ủ
l ch s phát tri n.ị ử ể
Enzyme amylase đã đ c tìm ra đã góp ph n quan tr ng cho nhi u ngành côngượ ầ ọ ề
nghi p ch bi n th c ph m. Enzyme amylase có th tìm th y nhi u ngu n khácệ ế ế ự ẩ ể ấ ở ề ồ
nhau nh amylase t th c v t, đ ng v t, vi sinh v t. Enzyme amylase càng ngày càngư ừ ự ậ ộ ậ ậ
đ c thay th acid trong s n xu t quy mô công nghi p. Hi n nay, các nhà s n xu tượ ế ả ấ ở ệ ệ ả ấ
có th s d ng amylase có kh năng ch i nhi t cao mà không b m t ho t tính,ể ử ụ ả ụ ệ ị ấ ạ
ch ng h n amylase đ c chi t tách t vi sinh v t, c th là các ch ng vi khu n ch uẳ ạ ượ ế ừ ậ ụ ể ủ ẩ ị
nhi t đ c phân l p t nh ng su i n c nóng. Ngoài ra, amylase còn có nhi u uệ ượ ậ ừ ữ ố ướ ề ư
đi m h n khi s d ng acid đ th y phân tinh b t: Năng l ng xúc tác th p, khôngể ơ ử ụ ể ủ ộ ượ ấ
yêu c u cao v thi t b s d ng, gi m chi phí cho quá trình tinh s ch d ch đ ng.ầ ề ế ị ử ụ ả ạ ị ườ
Ngu n amylase có th l y t m m thóc, m m đ i m ch, h t b p n n m m,ồ ể ấ ừ ầ ầ ạ ạ ạ ắ ả ầ
hay t n m m c,… Nguyên li u cho s n xu t là g o, b t, khoai mì,… đây là nh ngừ ấ ố ệ ả ấ ạ ắ ữ
ngu n nguyên li u d tìm, r ti n có th tìm th y d dàng n c ta. Do đó, đây làồ ệ ễ ẻ ề ể ấ ễ ở ướ
m t l i th và h ng phát tri n m nh làm c s cho nhi u ngành khác phát tri n. Víộ ợ ế ướ ể ạ ơ ở ề ể
d : s n xu t bánh k o, bia, c n, sirô và làm m m v i….ụ ả ấ ẹ ồ ề ả
I.T ng quan v enzyme amylaseổ ề
Enzyme amylase là gì?
Amylase là m t h enzyme r t phộ ệ ấ ổ
bi n trong th gi i sinh v t. Các enzyme nàyế ế ớ ậ
thu c nhóm enzyme th y phân, xúc tác phânộ ủ
gi i liên k t n i phân t trong nhómả ế ộ ử
polysaccharide v i s tham gia c a n c:ớ ự ủ ướ
RR’ + H-OH RH + R’OH
Có 6 lo i enzyme đ c x p vào 2 nhóm: ạ ượ ế
QUY TRÌNH S N XU T ENZYME AMYLASEẢ Ấ Page 2
L C HÓA D U A-K55Ọ Ầ
*Endoamylase( enzyme n i bào)ộ
*Exoamylase( enzyme ngo i bào)ạ
Endoamylase g m có α-amylase và nhómồ
enzyme kh nhánh. Nhóm enzyme kh nhánhử ử
này đ c chia thành 2 lo i: Kh tr c ti p làượ ạ ử ự ế
Pullulanase( hay α-dextrin 6 – glucosidase): khử
gián ti p là Transglucosylase( hay oligo-1,6-ế
glucosidase) và maylo-1,6-glucosidase. Các
enzyme này th y phân liên k t bên trong c a m i polysaccharide.ủ ế ủ ỗ
C ch t tác d ng c a amylase là tinh b t và glycogenơ ấ ụ ủ ộ
Tinh b t là nhóm carbohydrate th c v t, có ch y u trong các c nh khoaiộ ở ự ậ ủ ế ủ ư
lang, khoai tây, khoai mì…, trong các h t ngũ c c, các lo i h t và có công th c t ngạ ố ạ ạ ứ ổ
quát là (C6H12O6)n. Tinh b t t m i ngu n khác nhau đ u có c u t o t amylase vàộ ừ ọ ồ ề ấ ạ ừ
amylopectin (Meyer, 1940). Các lo i tinh b t đ u có 20-30% amylase và 70-80%ạ ộ ề
amylopectin. Trong th c v t, tinh b t đ c xem là ch t d tr năng l ng quanự ậ ộ ượ ấ ự ữ ươ
tr ng.ọ
-Amylase có tr ng l ng phân t t 50.000 – 160.000. Da, đ c c u t o tọ ượ ử ừ ượ ấ ạ ừ
200-1000 phân t D-glucose n i v i nhau b i liên k t α – 1,4-glucoside t o thànhử ố ớ ở ế ạ
m t m ch xo n dài không phân nhánh.ộ ạ ắ
-Amylopectin có tr ng l ng phân t t 400.000 đ n hang ch c tri u Da,ọ ượ ử ừ ế ụ ệ
đ c c u t o t 600 – 6000 phân t D-glucose, n i v i nhau b i liên k t α – 1,4-ượ ấ ạ ừ ử ố ớ ở ế
glucoside và α – 1,6-glucoside t o thành m ch có nhi u nhánh. Tinh b t không tanạ ạ ề ộ
trong n c l nh nh ng khi h n d ch b đun nóng( 60-85ºC) thì tinh b t s b h hóaướ ạ ư ỗ ị ị ộ ẽ ị ồ
và đ c g i là h tinh b t. D i tác d ng c a enzyme amylase tinh b t s b th yượ ọ ồ ộ ướ ụ ủ ộ ẽ ị ủ
phân do các liên k t glucoside b phân căt. S th y phân tinh b t b i enzyme amylaseế ị ự ủ ộ ở
x y ra theo 2 m c đ : D ch hóa và Đ ng hóa. K t qu c a s d ch hóa là t o raả ứ ộ ị ườ ế ả ủ ự ị ạ
s n ph m trung gian dextrin và khi dextrin ti p t c b đ ng hóa thì s n ph m làả ẩ ế ụ ị ườ ả ẩ
maltose và glucose.
-Carbohydrate trong th c ph m là ngu n cung c p năng l ng quan tr ngự ẩ ồ ấ ượ ọ
trong c th con ng i. Rau và qu cũng là ngu n cung c p tinh b t và tinh b t nàyơ ể ườ ả ồ ấ ộ ộ
m t ph n đã đ c chuy n hóa thành disaccharide và glucose.ộ ầ ượ ể
Carbohydrate có m t trong h u h t các lo i th c ph m nh ng ngu n cung c p chặ ầ ế ạ ự ẩ ư ồ ấ ủ
y u là đ ng và tinh b t.ế ườ ộ
Glucose là m t lo i carbohydrate d tr . đ ng v t đ c d tr trong cộ ạ ự ữ Ở ộ ậ ượ ự ữ ơ
th đ ng v t và đ c c th chuy n hóa đ s d ng t t . Amylase có vai trò quanể ộ ậ ượ ơ ể ể ể ử ụ ừ ừ
tr ng trong s chuy n hóa glucid t bào đ ng v t, VSV, glucogen đ c c u t o tọ ự ể ở ế ộ ậ ượ ấ ạ ừ
glucose n i v i nhau b i liên k t α – 1,4-glucoside các v trí phân nhánh, glucoseố ớ ở ế ở ị
n i v i nhau b ng liên k t α – 1,6-glucoside. Glycogen có m ch nhi u h n tinh b t.ố ớ ằ ế ạ ề ơ ộ
Phân t l ng trong kho ng 2 tri u – 3 tri u Da. Glycogen d tan trong n c, n uử ượ ở ả ệ ệ ễ ướ ế
nh chúng ta ăn quá nhi u Carbohydrate thì c th chúng ta s chuy n hóa chúngư ề ơ ể ẽ ể
thành ch t béo d tr . đ ng v t và ng i, glycogen t p trung ch y u trongấ ự ữ Ở ộ ậ ườ ậ ủ ế ở
gan.
I.Đ c tính và c ch tác d ng c a enzyme α- amylaseặ ơ ế ụ ủ
QUY TRÌNH S N XU T ENZYME AMYLASEẢ Ấ Page 3
L C HÓA D U A-K55Ọ Ầ
I.1.Đ c tính c a enzyme α- amylaseặ ủ
α- amylase t các ngu n khác nhau có thành ph n amino acid khác nhau, m i lo i α-ừ ồ ầ ỗ ạ
amylase có m t t h p amino acid đ c hi u riêng. α- amylase là m t protein giàuộ ổ ợ ặ ệ ộ
tyrosine, tryptophan, acid glutamic và aspartic. Các glutamic acid và aspartic acid
chi m kho ng ¼ t ng kh i l ng amino acid c u thành nên phân t enzyme:ế ả ổ ố ượ ấ ử
• α- amylase có ít methionine và có kho ng 7-10 g c cysteine.ả ố
• Tr ng l ng phân t c a α- amylase n m m c: 45.000-50.000 Da( Knir 1956;ọ ượ ử ủ ấ ố
Fisher, Stein, 1960)
• Amylase d tan trong n c, trong dung d ch mu i và r u loãng.ễ ướ ị ố ượ
• Protein c a các α- amylase có tính acid y u và có tính ch t c a globulineủ ế ấ ủ
• Đi m đ ng đi n n m trong vùng pH= 4,2-5,7( Bernfeld P, 1951)ể ẳ ệ ằ
• α- amylase là m t metaloenzyme. M i phân t α- amylase đ u có ch a 1-30ộ ỗ ử ề ứ
nguyên t gam Ca/mol, nh ng không ít h n 1-6 nguyên t gam Ca/mol tham gia vàoử ư ơ ử
s hình thành và n đ nh c u trúc b c 3 c a enzyme, duy trì ho t đ c aự ổ ị ấ ậ ủ ạ ộ ủ
enzyme( Modolova, 1965). Do đó, Ca còn có vai trò duy trì s t n t i c a enzyme khiự ồ ạ ủ
b tác đ ng b i các tác nhân gây bi n tính và tác đ ng c a các enzyme phân gi iị ộ ở ế ộ ủ ả
protein. N u phân t α- amylase b lo i b h t Ca thì nó s hoàn toàn b m t h t khế ử ị ạ ỏ ế ẽ ị ấ ế ả
năng th y phân c ch t. α- amylase b n v i nhi t đ h n các enzyme khác. Đ c tínhủ ơ ấ ề ớ ệ ộ ơ ặ
này có l liên quan đ n hàm l ng Ca trong phân t và n ng đ Mg2+ . T t c cácẽ ế ượ ử ồ ộ ấ ả
amylase đ u b kìm hãm b i các kim lo i n ng nh Cu2+, Ag+, Hg2+. M t s kimề ị ở ạ ặ ư ộ ố
lo i khác nh : Li+, Na+ , Cr³+, Mn²+, Zn²+, Co²+, Sn²+ không có nh h ng m yạ ư ả ưở ấ
đ n α- amylase.ế
Không gi ng các α- amylase khác, amylase c a Asp.oryzae có ch a ph n phiố ủ ứ ầ
protein là polysaccharide. Polyose này bao g m 8 mol maltose, 1 mol glucose, 2 molồ
hexozamin trên 1 mol enzyme (Akabori et amiloza, 1965). Vai trò c a polyose này v nủ ẫ
ch a rõ, song đã bi t đ c r ng nó không tham gia vào thành ph n c a trung tâmư ế ượ ằ ầ ủ
ho t đ ng và n m phía trong phân t enzyme.ạ ộ ằ ở ử
Thành ph n aminoầ
acid
( g/100g protein Thành ph n aminoầ
acid
( g/100g protein
alamine 6,8 Isoleucine 5,2
glycine 6,6 prolin 4,2
valine 6,9 phenylalanine 4,2
leucine 8,3 tyrosine 9,5
trytophan 4,0 trionin 10,7
xetrin 6,5 cystein 1,6
glutamic acid 6,9 amide amide
B ng: Thành ph n amino acid c a α- amylase n m m c Aspergillus ả ầ ủ ở ấ ố
α- amylase c a n m m c ch t n công nh ng h t tinh b t b th ng t n. S nủ ấ ố ỉ ấ ữ ạ ộ ị ươ ổ ả
ph m cu i cùng c a th y phân amylase và glucose và maltose. Đ i v i n m s i t lẩ ố ủ ủ ố ớ ấ ợ ỉ ệ
là 1:3,79 (Hanrahan, Caldwell, 1953) Fenikxova và Eromsina (1991) cho bi t r ng cácế ằ
maltopentose và maltohexose b th y phân theo s đ sau: G5→G4 + G1; G6 → G2 +ị ủ ơ ồ
G4 hay 2G3 (chính) ho c G5 + G1 (ít)ặ
QUY TRÌNH S N XU T ENZYME AMYLASEẢ Ấ Page 4
L C HÓA D U A-K55Ọ Ầ
α- amylase c a n m s i không t n công liên k t α- 1,6 glucoside c aủ ấ ợ ấ ế ủ
amylopectin nên khi th y phân nó s t o thành các dextrin t i h n phân nhánh. Đây làủ ẽ ạ ớ ạ
m t c u trúc phân t tinh b t do enzyme α- amylase phân c t t o thành dextrin t iộ ấ ử ộ ắ ạ ớ
h n phân nhánh.ạ
S n ph m th y phân cu i cùng c a tinh b t d i tác d ng c a amylase n mả ẩ ủ ố ủ ộ ướ ụ ủ ấ
s i ch y u là maltose, th đ n là maltotrioxe. Khi dùng n ng đ α- amylase VSVợ ủ ế ứ ế ồ ộ
t ng đ i l n có th chuy n hóa 70-85% tinh b t thành đ ng lên men. Còn các α-ươ ố ớ ể ể ộ ườ
amylase c a n m m c thì m c đ đ ng hóa đ n glucose và maltose có th lên t iủ ấ ố ứ ộ ườ ế ể ớ
84-87%.
Đi u ki n ho t đ ng c a α- amylase t các ngu n khác th ng không gi ngề ệ ạ ộ ủ ừ ồ ườ ố
nhau. pH t i thích cho ho t đ ng c a α- amylase t n m s i là 4,0-4,8 ( có th ho tố ạ ộ ủ ừ ấ ợ ể ạ
đ ng t t trong vung pH t 4,5-5,8 ). Theo s li u c a Liphis, pH t i thích cho ho tộ ố ừ ố ệ ủ ố ạ
đ ng dextrin hóa và đ ng hóa c a ch ph m amylase t Asp.oryzae trong vùng 5,6-ộ ườ ủ ế ẩ ừ
6,2. Còn theo s li u c a Fenixova thì pH t i thích cho ho t đ ng dextrin hóa c a nóố ệ ủ ố ạ ộ ủ
là 6,0-7,0.
Đ b n đ i v i tác d ng c a acid cũng khác nhau. α- amylase c a Asp.oryzaeộ ề ố ớ ụ ủ ủ
b n v ng đ i v i acid h n là α- amylase c a malt và vi khu n Bac.subtilis. pH =ề ữ ố ớ ơ ủ ẩ Ở
3,6 và 0°C, α- amylase c a malt b vô ho t hoàn toàn sau 15-30 phút; α- amylase viủ ị ạ
khu n b b t ho i đ n 50%, trong khi đó ho t l c α- amylase c a n m s i hình nhẩ ị ấ ạ ế ạ ự ủ ấ ợ ư
không gi m bao nhiêu ( Fenilxova, Rmoshinoi 1989 ). Trong dung d ch α- amylaseả ị
n m s i b o qu n t t pH = 5,0 – 5,5; α- amylase dextrin hóa c a n m s i đen cóấ ợ ả ả ố ở ủ ấ ợ
th ch u đ c pH t 2,5 – 2,8. 0ºC và pH=2,5 nó ch b b t ho i hoàn toàn sau 1ể ị ượ ừ Ở ỉ ị ấ ạ
gi .ờ
Nhi t đ t i thích cho ho t đ ng xúc tác c a α- amylase t các ngu n khácệ ộ ố ạ ộ ủ ừ ồ
nhau cũng không đ ng nh t, α- amylase c a n m s i r t nh y c m đ i v i tác đ ngồ ấ ủ ấ ợ ấ ạ ả ố ớ ộ
nhi t. Nhi t đ t i thích c a nó là 50ºC và b vô ho t 70ºC (Kozmina, 1991 ).ệ ệ ộ ố ủ ị ạ ở
Trong dung d ch đ m pH = 4,7, α- amylase c a Asp.oryzae r t nh y v i tácị ệ ủ ấ ạ ớ
đ ng c a nhi t đ cao, th m chí 40ºC trong 3 gi ho t l c dextrin hóa c a nó chộ ủ ệ ộ ậ ở ờ ạ ự ủ ỉ
còn 22 – 29%, ho t l c đ ng hóa còn 27 –85%. 50ºC trong 2 gi α- amylase c aạ ự ườ Ở ờ ủ
n m s i này b vô ho t hoàn toàn (Miller và c ng s ).ấ ợ ị ạ ộ ự
I.2. C ch tác d ng c a enzyme α- amylaseơ ế ụ ủ
α- amylase ( 1,4 α- glucan – glucanhydrolase ). α- amylase t các ngu n khácừ ồ
nhau có nhi u đi m r t gi ng nhau. α- amylase có kh năng phân tách các liên k t αề ể ấ ố ả ế
– 1,4glucoside n m phía bên trong phân t c ch t (tinh b t ho c glycogen) m tằ ở ử ơ ấ ộ ặ ộ
cách ng u nhiên không theo m t tr t t nào c . α- amylase không ch th y phân hẫ ộ ậ ự ả ỉ ủ ồ
tinh b t mà nó th y phân c h t tinh b t nguyên song v i t c đ r t ch m.ộ ủ ả ạ ộ ớ ố ộ ấ ậ
Quá trình th y phân tinh b t b i α- amylase là quá trình đa giai đo n:ủ ộ ở ạ
giai đo n đ u ( giai đo n dextrin hóa ): Ch m t s phân t c ch t n th yỞ ạ ầ ạ ỉ ộ ố ử ơ ấ ị ủ
phân t o thành m t l ng l n dextrin phân t th p (α-dextrin), đ nh t c a hạ ộ ượ ớ ử ấ ộ ớ ủ ồ
tinh b t gi m nhanh ( các amylase và amylopectin đ u b d ch hóa nhanh)ộ ả ề ị ị
Sang giai đo n 2 ( giai đo n đ ng hóa ): Các dextrin phân t th p t o thành bạ ạ ườ ử ấ ạ ị
th y phân ti p t c t o ra các tetra – trimaltose không cho màu v i iodine. Các ch tủ ế ụ ạ ớ ấ
này b th y phân r t ch m b i α- amylase cho t i disaccharide vàị ủ ấ ậ ở ớ
QUY TRÌNH S N XU T ENZYME AMYLASEẢ Ấ Page 5