Tài liệu Ứng dụng vi sinh vật phân hủy tinh bột amylase pdf

Ứng dụng vsv phân hủy tinh bột amylase





1/ĐỊNH NGHĨA:

Amylase là một hệ enzyme rất phổ biến trong thế giới sinh vật.
Các enzyme này thuộc nhóm enzyme thủy phân, xúc tác phân giải liên
kết nội phân tử trong nhóm polysaccharide với sự tham gia của nước:
R.R’ + H-OH RH + R’OH
Cơ chất tác dụng của amylase là tinh bột và glycogen

2/ PHÂN LOẠI :

Có 6 loại enzyme được xếp vào 2 nhóm:
+ Endoamylase (enzyme nội bào) :
- Enzym α - amylase(EC 3.2.1.1) hay α – 1-4 – glucanohydrolase.
- Enzyme Pullulanase (EC 3.2.1.41) hay α - dextrin 6 – glucosidase.
- Enzyme Isoamylase (EC 3.2.1.68) hay glycogen 6 – glucanohydrolase.
+ Exoamylase (enzyme ngoại bào):
- Enzyme β – amylase (EC 3.2.1.2).
- Enzyme γ - amylase (EC 3.2.1.3) hay glucose amylase.
- Amylo - 1,6 – glucosidase (EC 3.2.1.33) hay dextrin – 1,6 –
glucanhydrolaza

Thủy phân tinh bột -> dextrin + một ít maltoza. Dextrin có khả năng
họat hóa cao đặc trưng cho tính chất của enzyme này

Phân tử có 1 - 6 nguyên tử C, tham gia vào sự hình thành ổn định cấu
trúc bậc 3 của enzyme -> tính bền nhiệt của enzyme

3/ĐẶC TÍNH

α - amylase của sinh vật có những đặc tính rất đặc trưng về cơ chế tác
động, chuyển hóa tinh bột, khả năng chịu nhiệt
+ Thể hiện họat tính trong vùng axit yếu:
- nấm mốc: pH = 4,5 - 4,9
- vi khuẩn: pH = 5,9 - 6,1. pH<3 vô hoạt trừ enzyme của Asp.Niger pH =
2,5 - 2,8
+ α - amylase của nấm mốc có khả năng dextrin hóa cao tạo ra một
lượng lớn glucoza và maltoza.
+ t
o
tối thích cho hoạt động xúc tác của α - amylase từ các nguồn khác
nhau cũng không đồng nhất.
Trong dung dịch đệm pH = 4,7; α - amylase của Asp. Oryzae rất nhạy
với tác động của nhiệt độ cao, thậm chí ở 40
o
C trong 3 giờ hoạt lực
dextrin hóa của nó chỉ còn 22 - 29%, hoạt lực đường hóa còn 27 -85%.
Ở50
o
C trong 2 giờ, α - amylase của nấm sợi này bị vô hoạt hoàn toàn.

4. CƠ CHẾ TÁC DỤNG:

Quá trình thủy phân tinh bột bởi (-amylase là quá trình đa giai đoạn.:

- Giai đoạn dextrin hóa: Chỉ một số phân tử cơ chất bị thủy phân tạo
thành một lượng lớn dextrin phân tử thấp ((-dextrin), độ nhớt của hồ
tinh bột giảm nhanh (các amylose và amylopectin đều bị dịch hóa nhanh)
- Giai đoạn đường hóa: Các dextrin phân tử thấp vừa được tạo thành bị
thủy phân tiếp tục tạo các tetra-trimaltose không cho màu với iodine.
Các chất này bị thủy phân rất chậm bởi (-amylase cho tới disaccharide
và monosaccharide.
Dưới tác dụng của (-amylase, amylose bị phân giải khá nhanh thành
oligosaccharide gồm 6-7 gốc glucose. Sau đó các polyglucose này lại bị
phân cắt tiếp tục nên các mạch polyglucose cứ ngắn dần và bị phân giải
chậm đến maltotetrose và maltose. Qua một thời gian tác dụng dài, sản
phẩm thủy phân của

- amylase chứa 13% glucose và 87% mantose
Tác dụng của

- amylase lên amylopectin cũng xay ra tương tự, nhưng vì

- amylase không phân cắt được liên kết

- 1,6 glucoside ở chỗ mạch
nhánh trong phân tử amylopectin nên dù có chịu tác dụng lâu thì trong
sản phẩm cuối cùng ngoài các đường nói trên (72% maltose, 19%
glucose) còn có dexstrin phân tử thấp và isomaltose(8%)

5/ỨNG DỤNG:

Hiện nay, việc sản xuất chế phẩm enzyme các loại đã và đang phát
triễn mạnh mẽ trên qui mô công nghiệp. Thực tế đã có hàng nghìn chế
phẩm enzyme bán trên thị

trường thế giới, các chế phẩm này đã được khai thác và tinh chế có mức
độ tinh
khiết theo tiêu chuẩn công nghiệp và ứng dụng. Chế phẩm enzyme
không chỉ được
ứng dụng trong y học mà còn được ứng dụng trong nhiều lãnh vực công
nghiệp
khác nhau, trong nông nghiệp, trong hóa học… "ý nghĩa của việc sử
dụng enzyme
trong các lãnh vực thực tế không kém so với ý nghĩa của việc sử dụng
năng lượng
nguyên tử".
Theo thời gian, enzym công nghiệp ngày càng được ứng dụng vào
nhiều lĩnh vực
khác nhau, trong đó những enzym ứng dụng nhiều nhất là protease,
cellulose,
ligase, amylase,… và một số enzym đặc biệt khác đã thu được rất nhiều
lợi nhuận
từ ngành này. Dưới đây là một vài ứng dụng thực tế:

1. Ứng dụng amylase trong sản xuất bia

Trong công nghệ sản xuất bia truyền thống, các nước phương Tây chủ
yếu sử dụng
enzym amylase của malt để thủy phân tinh bột trong malt, sau đó đến
giai đoạn
rượu hóa bởi nấm men Saccharomyces sp. Cơ sở khoa học của việc sử
dụng
amylase của malt ở chỗ, khi đại mạch chuyển từ trạng thái hạt sang
trạng thái nảy
mầm (malt), enzym amylase sẽ được tổng hợp và khi đó enzym này sẽ

thủy phân
tinh bột có trong hạt tạo ra năng lượng và vật chất cho sự tạo thành
mầm. Như vậy
việc đường hóa tinh bột trong hạt nhờ enzym của chính nó. Khi đó hạt
chỉ tổng hợp
ra lượng enzym amylase vừa đủ để phân hủy lượng tinh bột có trong hạt.
Như thế
cần rất nhiều mầm đại mạch để sản xuất bia ở qui mô lớn, dẫn đến chi
phí cao cho
sản xuất và sản phẩm. Ðể khắc phục điều này, trong quá trình lên men
tạo bia thì
nhà sản xuất không sử dụng hoàn tòan 100% nguyên liệu là malt đại
mạch mà có
sự pha trộn theo một công thức nào đó để thay thế malt và còn bổ sung
nguồn tinh
bột cho quá trịnh lên men. Lý do là một phần để tạo hương vị cho bia,
màu sắc, độ
cồn phù hợp cho người tiêu dùng và một phần là làm giảm giá thành cho
sản phẩmbia nhưng vẫn giữ được đặc trưng cho bia. Chính vì điều này,
các nhà sản xuất bia
quan tâm đến việc sử dụng chế phẩm enzym amylase cung cấp cho quá
trình thủy
phân tinh bột .Enzym này có ý nghĩa rất lớn trong việc làm bia, giúp sản
xuất bia ở
qui mô công nghiệp.
Ngoài ra, trong sản xuất bia, người ta còn sử dụng chế phẩm enzym
cellulose có
tác dụng phá vỡ thành tế bào, tạo điều kiện để các thành phần có trong
tế bào hạt
thóat ra phía ngoài nhờ đó chất lượng bia được nâng cao hơn. Một loại

enzym khác
cũng được sử dụng khá rộng rãi đó là gluco amylase, enzym này được sử
dụng để
loại trừ O2 có trong bia, giúp quá trình bảo quản bia kéo dài hơn rất
nhiều.

2.Ứng dụng amylase trong sản xuất cồn

Ðể sản xuất cồn từ nguồn nguyên liệu tinh bột, mỗi nýớc sử dụng các loại
nguyên
liệu khác nhau.Ví dụ, ở Mỹ người ta sử dụng nguyên liệu từ bột ngô để
sản xuất
cồn, còn ở Brazin lại sử dụng khoai mì, các nước khác sử dụng gạo hoặc
tấm từ
gạo. Qúa trình sản xuất cồn trải qua hai giai ðọan: giai đọan đường hóa
và giai
đọan rượu hóa.
Giai đọan đường hóa, người ta bắt buộc phải sử dụng enzym amylase (
không thể
sử dụng phương pháp thủy phân tinh bột bằng acid ). Người Nhật đã
biết sử dụng
enzym của nấm mốc trong quá trình đường hóa để sản xuất rượu Sake
từ cách đây
hơn 1700 năm. Người Trung Quốc thì đã sử dụng nhiều loại nấm mốc để
đường
hóa rượu trong sản xuất rượu cách đây 4000 nãm. Còn người Việt Nam
đã biết sản
xuất rượu từ gạo cách đây hàng ngàn nãm.
Riêng ở Mỹ, mãi đến thế kỷ XIX khi Takamine người Nhật ðưa nấm
mốc

Aspergillus sang mới biết sử dụng enzym này thay amylase của malt để
sản xuất
cồn. Chính vì thế mới có phưõng pháp Micomalt ( mầm mốc) trong sản
xuất cồn
và rượu. Nhờ sự du nhập kỹ thuật này từ Nhật mà người Mỹ tiết kiệm
được một
khối lượng malt khổng lồ trong sản xuất rượu.
Giai đọan rượu hóa, nhờ nấm men Saccharomyces cerevisiae, cũng có
thể xem đây
là một quá trình áp dụng enzym. Qúa trình rượu hóa là quá trình hết
sức phức tạp,
trải qua rất nhiều giai đoạn chuyển hóa từ đường thành cồn nhờ sự
tham gia của
nhiều enzym khác nhau. Ðiểm khác với enzym amylase là ở chổ các
enzym tham
gia quá trình rượu hóa nằm trong tế bào nấm men. Việc điều khiển các
quá trình
chuyển hóa bởi enzym trong tế bào thực chất là quá trình trao đổi chất
của nấm
men trong môi trường chứa đường.

2. Ứng dụng amylase trong chế biến thực phẩm gia súc

Trong chế biến thức ăn gia súc, thành phần ngũ cốc chiếm một khối
lượng rất lớn.
Trong khối lượng này, thành phần tinh bột rất cao. Ðể tăng hiệu suất sử
dụng năng
lượng từ nguồn tinh bột, người ta thường cho thêm enzym amylase vào.
Enzym
amylase sẽ tham gia phân giải tinh bột tạo thành đường, giúp cho quá

trình chuyển
hóa tinh bột tốt hơn.

3. Ứng dụng enzym amylase trong công nghiệp dệt

Trong công nghiệp dệt, người ta thường sử dụng enzym amylase của vi
khuẩn để
tẩy tinh bột và làm cho vải mềm.Trong vải thô thường chứa khỏang 5%
tinh bột và
các tạp chất khác. Do đó, khi sử dụng chế phẩm enzym amylase của vi
khuẩn vải
sẽ tốt hơn. Người ta thường sử dụng lượng chế phẩm amylase khỏang
0,3-0,6 g/l
dung dịch và thời gian xử lý 5-15 phút ở nhiệt độ 90oC.
Tuy nhiên ngoài chế phẩm enzym amylase có nguồn gốc từ vi khuẩn,
hiện nay
người ta đã quan tâm đến việc sử dụng amylase từ nấm sợi.Cho đến nay
có rất
nhiều nước đã sử dụng enzym trong công nghiệp dệt để tăng khả năng
cạnh tranh
các hàng vải, sợi. Các nước sử dụng lượng enzym amylase nhiều nhất
trong lĩnh
vực này là Mỹ, Nhật, Pháp, Ðan Mạch.
Ngoài ra, enzyme amylase cũng được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi
trong sản xuất
đường bột, sản xuất dextrin, maltodextrin, nha glucose, siro, glucose –
fructose,
sản xuất tương và nước chấm …ở quy mô công nghiệp.