Enzym Amylase I. Định nghĩa và c ông thứ c cấu tạo Amylase là m ột hệ enzyme rất phổ biến trong th ế giớ i sinh vật . Các enzyme này thu ộc nhóm enzyme th ủy phân, xúc tác phân gi ải liên k ết nội phân tử trong nhóm polysaccharide v ớ i sự tham gia c ủa nướ c: c:
RR’ + H-OH -> RH + R’ -OH Cơ chất tác d ụng của amylase là tinh b ột và glycogen. 1.
α-amylase (α-1,4-glucanohydrolase): (EC 3.2.1.1) Amylase có kh ả năng phân cắt các liên k ết 1,4glucoside c ủa cơ chất một cách ng ẫu nhiên và là enzyme nội bào. α-amylase không ch ỉ có khả năng phân hủy hồ tinh bột mà còn có kh ả năng phân hủ y các hạt tinh bột nguyên v ẹn
2.
γ-amylase (glucoamylase) (EC 3.2.1.3) Glucoamylase có kh ả năng thủ y phân liên k ết -1,4 l ẫn -1,6-glucoside, ngoài ra còn có khả năng thủ y phân liên k ết -1,2 và -1,3-glucoside. Glucoamylase có kh ả năng thủ y phân hoàn toàn tinh b ột, glucogen, amylopectin,
dextrin… thành glucose mà không cần có sự tham gia c ủa các lo ại enzyme amylase khác. 3. enzyme isoamylase(glycogen 6-
glucanohydolase)(EC 3.2.1.68)
4. Enzyme pullulanase( α-dextrin6- glucosidase)(EC 3.2.1.41) Khác vớ i dextrinase t ớ i hạn trong hoạt
động của nó trên glycogen, và t ỷ lệ của thủy phân dextrins gi ớ i hạn.
Tác động
của nó trên Amylopectin hoàn tất.Maltose là đườ ng nhỏ nhất mà nó có thể chuyển hóa mối liên k ết.
5. enzyme isoamylase(glycogen 6- glucanohydolase
II.
Phân loại Enzym chia thành 2 nhóm: -
Endoamylase ( -Amylase) . -1,4-glucano hydrolase . -1,6-glucano hydrolase
-
Exoamylase . -amylase . Amyloglucosidase (glucoamylase)
III.
Nguyên lý ho ạt động của enzym Enzym Amylase là enzym tinh b ột, đóng vai trò quan trọ ng trong công nghiệp thực phẩm. Cơ chế tổng quát như sau:
-Amylase Dextrin +oligosaccharid Tinh bột Dextrin Pulluulanase
-Amyolase Maltose Dextrin Glucose Amyloglucosidase
Trong sản xuất cồn khi thủy phân tinh b ột, -amylase tác độ ng vào liên k ết 1,4 glucoside và s ản phẩm tạo ra mantose và dextrin mà m ạch của chúng g ần bằng C6. Các dextrin sau đó sẽ thủy phân ch ủ yếu theo: C6
C5 +C1
C7
C1+ C6
hay C5 + C2
C8
C2+C6
hay C3 + C5
-amylase c ủa vi khuẩn thủy phân tinh b ột tao ra lượ ng glucose va maltose theo t ỷ lệ 1:5,45. -amylase c ủa nấm sợ i thủy phân tinh b ột tạo ra lượ ng glucose và maltose theo t ỉ lệ 1:3,79. -amylase c ủa vi khuẩn và mấm sợ i hoàn toàn không có kh ả năng phân giả i -1,6 glucoside của cơ chấ t.trong dịch hóa, pH của dung dịch bột thườ ng trùng hợ p vớ i hoạt động tối ưu của -amylase,
pH này cũng là pH hoạt động tối ưu khi tiến hành đườ ng hóa. Chính vì th ế nếu
trong trườ ng hợ p sữ dụng có các loại bột có pH trùng v ớ i pH hoạt động tối ưu của -amylase thì ph ải điều hòa pH cho thích h ợ p Vai trò c ủa glucoamylase trong s ản xuất cồn: Glucoamylase th ủy phân liên k ết -1,4 trong các polysaccharide, chúng liên k ết cắt các gốc glucose không khử trong mạch polysacchride. Ngoài ra glucoamylase cò có kh ả năng cắt liên k ết -1,6 glucoside Glucoamylase th ườ ng hoạt động trong môi trườ ng acide (pH ho ạt động tối
ưu là khoảng 3,5-5,5). Ngoài ra các glucoamylase còn có th ể hoạt động trong môi trườ ng trung tính (pH 6,0-7,5). Các glucoamylase của nấm men thườ ng là những glucoamylase trung tính. Phần lớ n các glucoamylase ho ạt động ở pH không cao. Nhi ệt độ tối ưu 0
khoảng 55-60 C. sản phẩm cuối cùng của hoạt động glucoamylase là glucose,
glucose được xác định là đường lên men. Do đó, việ c sữ dụng glucoamylase trong sản xuất cồn có tri ển vọng nhất
Bảng. Một số tính chất của glucoamylase
Stt
Nguồn enzym
Khoảng pH tối ưu
Nhiệt độ tổi ưu
1
Aspergillus niger
3,0-6,0
55-60
Tối ưu ở 4,5-5,0
Mất hoạt tình ở 90 C
2,7-7,0
55-65
Tối ưu ở 3,5-5,0
Mất hoạt tính ở 85 C
3,0-6,0
`55-60
Tối ưu ở 3,5-5,0
Mất hoạt tính ở 70-80 C
2
3
Aspergillus awamori
Rhizopus niveus
0
0
0
VI. Nguồn thu nhận và phương pháp thu nhận enzym 1. Nguồn thu
– Động vật: Enzyme amylase có trong t ụy tạng của động vật. – Thực vật: Đượ c lấy từ nhiều nguồn như:
Đại mạch (hodeum sativum):
+ giống 2 hàng: sản xuất malt làm bia + giống nhiều hàng (4,6 hàng): làm th ức ăn cho gia súc.
Lúa (oryza sativa L.): ch ủ yếu ở vùng Đông Nam Á.
Ngô (zea mays): có nhi ều loại ngô: ngô đá, ngô bột, ngô răng ngự a. Hạt ngô có màu tr ắng, màu vàng hay màu h ồng. Ngô màu vàng do có sự hiện diện của carotenoid và zeaxanthine
ở trong nội nhũ. Ngô
màu hồng là do trong n ội nhũ của ngô có anthocyanin
– Vi sinh vật: (VSV) Ngày nay do ưu thế về nhiều mặt, vsv trở thành nguồn thu enzyme amylase ch ủ đạo. Những chủng vsv t ạo nhiều
amylase thường đượ c phân lập từ các nguồn tự nhiên. Vsv tạo amylase đượ c dùng nhiều hơn cả là nấm sợ i,giả nấm men và vi khuẩn,còn xạ khuẩn thì ít hơn.
Các giống nấm sợi thườ ng dùng là gi ống nấm sợ i Aspergillus, rhizopus
Nấm men và gi ả nấm men thuộc các giống Candida, Saccharomyces, Endomycopsy, Endomyces
cũng tạo
amylase.
Nhiều vi khuẩn có khả năng tạo lượ ng lớn amylase như:
Bac.polymyxa, Phytomonas destructans, Cassavanum… các vi khuẩn ưa nhiệt có kh ả năng sinh trưở ng nhanh và phát tri ển tốt ở nhiệt độ cao nên khi nuôi chúng ít b ị nhiễm vsv khác.
Trong nhóm x ạ khuẩn rất hiếm gặp loại tạo amylase m ạnh mẽ, tuy nhiên cũng có mộ t số ít như xạ khuẩn ưa nhiệt. Micromonospora vugaris 42 có kh ả năng tạo một lượ ng nhỏ a-amylase ho ạt động ở 65°C cùng vớ i protease và các enzyme khác.
2.
Phương pháp thu nhận Enzyme amylase Amylase, một loại enzym co ý nghĩa về mặt sinh lý, thương mạ i và lịch sử còn đượ c gọi là diastase. Enzym này có c ả trong thực vật lẫn
động vật. Amylase đượ c tinh s ạch từ Malt vào năm 1835 bở i anselme Payen và Jean Persoz. Amylase thuộc nhóm Enzym th ủy phân, xúc tác t ự phân giải các liên k ết glucoside n ội phân t ứ trong các polysaccharide v ớ i sự tham gia c ủa
nướ c. Amylase th ủy phân tinh bột, glycogen và dextrin thành glucose, maltose và dextrin h ạn chế. Amylase có trong nướ c bọt còn đượ c gọi là ptyalin. Amylase phân b ố rộng rãi trong tự nhiên và là m ột trong nhửng loại
enzym đượ c ứng dụng rộng rãi trong công nghi ệp. y tế và nhiều lĩnh vự c khác, đặc biệt trong các ngành công nghi ệp thực phẩm để làm lỏng tinh bột. Amylase thu nh ận từ hạt nảy mầm, nấm mốc, nấm men, vi khuẩn.
Trong đó Amylase đượ c thu nhận từ malt vớ i số lượ ng rất nhất, chủ yếu dùng trong sản suất bia Enzym Glucoamylase. Enzym thu ộc nhóm exo- α-1,4D.Glucan glucohydrolate. Theo lý thuy ết, enzym này có th ủy phân tinh b ột để tạo thành glucose có hi ệu suất đến 100%
–
Vi sinh vật: (VSV)
Ngày nay do ưu thế về nhiều mặt, vsv trở thành nguồn thu enzyme amylase ch ủ đạo. Những chủng vsv t ạo nhiều amylase
thường đượ c phân lập từ các nguồn tự nhiên. Vsv tạo amylase đượ c dùng nhiều hơn cả là nấm sợ i,giả nấm men và vi khu ẩn,còn xạ khuẩn
thì ít hơn.
Các giống nấm sợi thườ ng dùng là giống nấm sợ i Aspergillus, rhizopus. Nấm men và gi ả nấm men thu ộc các giống Candida, Saccharomyces, Endomycopsy, Endomyces
cũng tạo amylase.
Nhiều vi khuản có khả năng tạo lượ ng lớn amylase như:
Bac.polymyxa, Phytomonas destructans, Cassavanum… các vi khuẩn ưa nhiệt có khả năng sinh trưở ng nhanh và phát tri ển tốt ở nhiệt độ cao nên khi nuôi chúng ít b ị nhiễm vsv khác. Trong nhóm x ạ khuẩn rất hiếm gặp loại tạo amylase mạnh mẽ, tuy
nhiên cũng có mộ t số ít như xạ khuẩn ưa nhiệ t. Micromonospora vugaris 42 có khả năng tạo một lượ ng nhỏ a-amylase ho ạt động ở 65°C cùng vớ i protease và các enzyme khác.
– Phương pháp thu nhậ n malt:
Malt đại mạch:
Đại mạch
Thu nhận, xử lý, làm sạch, phân
Bảo quản
S ấ y khô
ngâm
Không khí Malt khô bảo
Nảy m ầm
quản
S ấ y khô
Tách m ầm r ể
M ầm r ể khô
Hạt thóc, lúa
Malt thóc:
Làm sạch, phân loại
Tách m ầm
S ấ y bảo quản
malt
Ngâm hạt
ủ m ầm
S ấ y malt
malt
Phương pháp tinh sạ ch amylase: 2 phương pháp. + Tinh sạch enzyme amylase b ằng phương pháp sắc ký. + Thu nhận enzyme amylase b ằng phương pháp điệ n di trên gel polyacrylamide (polyacrylamide Gel Electrophoresis _ PAGE)
– Phương pháp thu nhậ n từ VSV: Sự tổng hợ p enzyme amylase không nh ững phụ thuộc vào tính chất di truyền của VSV mà còn ph ụ thuộc việc tuyển chọn các điều kiện nuôi đặ c hiệu, ngoài ra các điề u kiện lý hóa trong quá trình nuôi
cũng đóng vai trò quan trọ ng.
Những yếu tố ảnh hưở ng :thành ph ần môi trườ ng,tính chất cơ lý của môi trường, độ tiệt trùng, độ
ẩm ban đầu, độ thoáng khí, nhi ệt độ
nuôi và pH môi trường… là nhữ ng yếu tố cơ bản tối quan trọng . Có 2 phương pháp nuôi VSV: + nuôi VSV t ạo amylase b ằng phương pháp bề mặt + nuôi VSV t ạo amylase b ằng phương pháp bề sâu
– Phương pháp thu nhậ n từ động vật: Thu nhận amylase t ừ động vật phần lớ n là từ dịch tụy tạng. 98% tụy tạng đượ c cấu tạo từ tế bào ngoại tiết hoặc là t ế bào tuyến. Các tế bào này ti ết enzyme tiêu hóa vào trong tá tràng.
VII. Vai trò và ứ ng dụng trong công ngh ệ sản xuất đồ uống Trong sản xuất bánh mì, ngườ i ta s ữ dụng cả enzym – amylase và amylase các lo ại enzym này th ủy phân tinh b ột tạo thành đườ ng. nhờ đó nấm nen Sacchromysec cerevisiae s ẽ dể dàng chuyển hóa chúng thành c ồn, CO2,
làm tăng thể tích của bánh và t ạo ra màu s ắc, hương vị tốt cho bánh Trong công ngh ệ sản xuất
bia ngườ i ta sữ dụng enzym amylase có
trong mầm đại mạch để thủy phân tinh b ột có trong mầm đại mạch. Ngoài ra,
ngườ i ta sữ dung enzym khác có trong m ầm đại mạch để chuyển các ch ất không tan sang tr ạng thái tan như chuyể n protein, cell ulose,… sang aminoacide và glucose. Các công ngh ệ này đã đượ c thực hiện hàng ngàn năm nay ở nhiều
nướ c trên thế giớ i. So vớ i các enzym amylase t ừ nguồn khác, amylase th ốc đại mạch đã nả y mầm đượ c sử dụng nhiều nhất hiện nay. Quá trình hạt đại mạch nảy mầm là quá trình sinh t ổng hợ p enzym amylase và nhiều enzym khác. Nh ờ sự tổng hợ p ra nh ững enzym này mà h ạt tự tiến hành quá trình tự thủy phân tinh b ột, protein và các h ợ p chất khác để cung cấp
năng lượ ng cho hạt nảy mầm. quá trình nảy mầm là quá trình tr ao đổi chất và là quá trình sinh lý h ạt chuyển từ trạng thái năng lượ ng dự trữ sang trạng thái
năng lượ ng phát triển
Quá trình th ủy phân tinh b ột đượ c thự c hiện theo sơ đồ sau: Nguyên liệu chứa tinh bột
Nấu chín ở nhiệt động
0
Làm ngu ội
Amyloglucosidase
Amylase hoạt động ở 55 C
0
Hoạt động ở 55 C
Đườ ng hóa 1.
Ứ ng dụng trong sản xuất mì chính: - Nguyên li ệu sử dụng chủ yếu: tinh bột sắn, rỉ đườ ng mía. - Các chủng VSV: corymebacterium hydrocacboclastus, bacillus,
brevibacterium… Enzyme amylase đượ c sử dụng trong công đoạ n thủy phân tinh b ột. Ngườ i ta có th ể dùng a-amylase hay β-amylase của các hạt nảy mầm hay của nấm mốc để thủy phân tinh bột thành
đườ ng
a-amylase Tinh bột
dextrin + maltose + glucose
Thủy phân a-1,4 của amylose β-amylase Tinh bột
maltose + β-dextrin.
(glucogen)
Ưu điểm: không dùng đế n hóa chất hay thiết bị chịu acid, chịu áp lực, không độc hại cho ngườ i và thi ết bị
Nhược điểm: Đườ ng hóa không tri ệt để tinh bột mà còn ở dạng trung gian như dextrin làm cho vi khuẩ n lên men mì
chính không có kh ả năng sử dụng. Thời gian đườ ng hóa
tương đối dài. Lượng đường sau khi đườ ng hóa thấp, do đó phải sử dụng thiết bị to, cồng k ềnh. 2.
Ứ ng dụng trong CNSX bánh mì Các loại hạt ngũ cốc như lúa mì, lúa nướ c, bắp, khoai mì là ngu ồn nguyên liệu chính để làm bánh mì. Trong sản xuất bánh mì, ngườ i ta sử dụng enzyme nh ằm giải quyết một số vấn đề sau: +làm tăng nhanh thể tích bánh + làm màu s ắc của bánh đẹp hơn
+ làm tăng mùi thơm cho bánh Ngườ i ta sử dụng cả 2 loại enzyme a-amylase và β-amylase thủy phân tinh bột tạo thành đườ ng. Nhờ đó nấm men saccharomyces cerevisiae s ẽ dễ dàng chuyển hóa chúng thành c ồn, CO2, làm tăng thể tích của bánh & tạo màu sắc, hương vị tốt. Nguồn amylase thườ ng sử dụng là malt,tuy nhiên trong nh ững năm gần đây, malt dần đượ c thay thế bở i nấm sợ i. Các chế phẩm enzyme t ừ nấm sợ i không ch ỉ chứa amylase mà còn ch ứa protease & 1 s ố enzyme khác rất có lợ i cho quá trình lên men. Ch ế phẩm enzyme này ch ủ yếu thu nhận từ Aspergillus oryzae. Enzyme amylase + sulfat amon
1:1
chất đệm cho amylase
hoạt động Tác dụng:
Ổn định hoạt tính enzyme amylase không thay đổi trong 1 năm bảo quản
Tăng chất lượng bánh (tăng thể tích, độ xốp, tăng khả năng giữ hình bánh,
Tăng mức ổn định cấu trúc ruột bánh & làm giảm quá trình làm
khô của bánh.
Giảm tiêu hao nấm men lỏng đến 20%
Trong công nghệ SX bánh mì, lượng CO 2 phải được tạo ra liên tục từ giờ đầu tiên đến giờ cuối cùng của quá trình sản xuất. Nếu từ lượng đường có sẵn trong tinh bột -> CO2 max ở giờ đầu tiên & giờ thứ 2 của quá trình lên men sau đó lượng khí giảm -> giảm chất lượng bánh. Khắc phục: sử dụng β -amylase -> lượng CO2 xảy ra theo chiều hướng tăng & đạt cực đại ở quá trình lên men 3. Trong sản xuất bánh quy: Tinh bột dướ i tác d ụng của enzym Amylase và enzym protelase làm
tăng hàm lượ ng aminoacid t ự do và tăng lượng đườ ng khử làm cho bánh quy có mùi, v ị , màu hấp dẫn. 4. Trong sản xuất glucose và m ật Mật glucoza hay m ật maltoza đượ c dùng trong s ản xuất bánh k ẹo và trong các s ản phẩm ăn kiêng cho trẻ
em & ngườ i bệnh.
Tinh bột dướ i tác dung c ủa enzym glucoamylase t ạo thành mật glucoza. Tuy nhiên trong ch ế phẩm enzyme glucoamylase luôn có glucozyltransferaza làm gi ảm tính ch ất của glucoza, làm glucoza khó k ết tinh, ảnh hưở ng xấu đến chất lượ ng sản phẩm -> nên chọn chủng nấm mốc không tạo ra glcozyltranferaza (A.awarnor, Rhizopus,)
