Thiết kế nhà máy sản xuất enzim α_amylaza dạng bột theo phương pháp bề sâu với năng suất 500m3ngày

Đồ án tốt nghiệp 1 GVHD: Th.S. Nguyễn Hoàng Minh
LỜI NÓI ĐẦU
Enzim là chất xúc tác sinh học, có bản chất protein, hòa tan trong nước và
trong dung dịch muối loãng. Enzim có phân tử lượng lớn từ 20.000 đến
1.000.000 dalton nên không qua được màng bán thấm.
Enzim là những chất không thể điều chế được bằng phương pháp tổng hợp
hóa học, mà người ta thường thu nhận chúng từ nguồn tế bào động vật, thực vật
hoặc vi sinh vật. Trong hàng trăm enzim được sử dụng trong công nghiệp hơn
một nữa được sản xuất từ nấm mốc, và nấm men, trên một phần ba từ vi khuẩn
còn lại từ nguồn động vật 8%, và thực vật 4%.
Enzim được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau
nhưng chủ yếu là trong công nghiệp thực phẩm, trong công nghiệp thực phẩm
enzim ứng dụng với nhiều mục đích và tác động ở nhiều mức độ khác nhau.
Người ta có thể sử dụng tác động của enzim để điều chỉnh những khiếm khuyết
tự nhiên của nguyên liệu. Enzim có thể tham gia cải thiện hoặc tiêu chuẩn hóa
các quá trình chuyển hóa, từ đó cho phép nhận được các sản phẩm có chất lượng
cao hơn, đặc biệt enzim cũng có thể can thiệp vào chính quá trình chế biến và
đóng vai trò công cụ công nghệ. Nhờ tác động của enzim chúng ta có thể nhận
được các sản phẩm trung gian hay cuối cùng khác nhau.
Ngoài ra enzim còn đóng vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp
khác như công nghiệp dệt, nhuộm, sản xuất giấy và bột giấy, trong công nghiệp
thuộc da, bột giặt và các chất tẩy rửa, đặc biệt trong công nghiệp dược phẩm và y
tế…
Qua đó cho thấy tầm quan trọng, sự ảnh hưởng sâu sắc của enzim đến các
ngành công nghiệp khác vì vậy sự ra đời và phát triển ngành công nghiệp enzim
là hết sức cần thiết. Cho đến nay chế phẩm enzim đã trở thành mặt hàng có tính
thương mại toàn cầu. Nhưng ở Việt Nam công nghệ enzim chưa phát triển. Các
nghiên cứu có đề cập đến hầu hết các loại enzim có nguồn gốc khác nhau nhưng
chưa có enzim nào được sản xuất theo quy mô công nghiệp.
Trên cơ sở đó tôi được bộ môn giao cho thiết kế đề tài “Thiết kế nhà máy
sản xuất enzim α_amylaza dạng bột theo phương pháp bề sâu với năng suất

500m
3
/ngày”.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Enzyme α _amylaza theo
phương pháp bề sâu năng suất 500m
3
/ngày

Sinh viên: Nguyễn Lương Bằng
Đồ án tốt nghiệp 2 GVHD: Th.S. Nguyễn Hoàng Minh
CHƯƠNG 1
LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT
Enzyme – chất xúc tác sinh học có tính chất chọn lọc và đặc hiệu cao,
đóng vai trò quan trọng trong các quá trình vận chuyển trao đổi chất trong sự
sống của sinh vật.
Từ xưa con người đã biết sử dụng men để sản xuất ra một số sản phẩm
thực phẩm, tinh chế được men từ thóc nảy nầm hoặc một số loài vi sinh vật đặc
biệt.
Ngày nay, enzyme giữ một vai trò quan trọng trong các nghành công
nghiệp khác nhau như: rượu, bia, nước giải khát lên men,các nghành chế biến
thực phẩm khác.
Trong công nghiệp sản xuất rượu từ tinh bột, enzyme sản xuất từ nấm mốc
đã thay thế hoàn toàn enzyme của đại mạch nẩy mầm.
Chính vì lý do đó mà tôi quyết định xây dựng một nhà máy sản xuất
enzim amylase theo phương pháp nuôi cấy bề sâu với chủng nấm mốc là
Aspergilus oryzae 3-9-15, năng suất 500m
3
/ngày tại khu công nghiệp Hoà Cầm.
1.1. Đặc điểm tự nhiên:
Việc chọn thành phố Đà Nẵng làm địa diểm xây dựng nhà máy mang lại

cho chúng ta rất nhiều thuận lợi về mặt tự nhiên. Đà Nẵng là thành phố lớn thứ 3
cả nước sau thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội với vị trí địa lý rất lý tưởng: phía
Bắc giáp tỉnh Thừa Thiên Huế, phía Nam và phía Tây là tỉnh Quảng Nam, còn
Phía Đông là biển Đông rộng lớn. Đặc biệt với dòng sông Hàn nối liền với Vịnh,
đã làm cho Đà Nẵng trở thành cảng biển lớn nhất khu vực miền Trung.
Khí hậu Đà Nẵng chia ra làm hai mùa, mùa nắng từ tháng 1 đến tháng 8,
mùa mưa từ tháng 9 đến tháng 12, nhiệt độ trung bình khoảng 28
0
C, độ ẩm tương
đối trung bình 28%, hướng gió chủ yếu là Đông Nam. Với điều kiện tự nhiên,
khí hậu như vậy việc xây dựng nhà máy sản xuất enzim amylase nói là hoàn toàn
có cơ sở (không ảnh hưởng đến cuộc sống dân cư tại đây). Hơn thế nữa điều kiện
đất đai, khí hậu của Quảng Nam, Đà Nẵng thuận lợi cho việc trồng các loại cây
giàu tinh bột như: lúa, ngô, khoai, sắn…
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Enzyme α _amylaza theo
phương pháp bề sâu năng suất 500m
3
/ngày

Sinh viên: Nguyễn Lương Bằng
Đồ án tốt nghiệp 3 GVHD: Th.S. Nguyễn Hoàng Minh
1.2. Nguồn nguyên liệu:
Tuy ngành nông nghiệp của Đà Nẵng không được xếp vào loại phát triển
trong vùng nhưng nó rất gần với Quảng Nam, Bình Định các tỉnh có ngành nông
nghiệp vượt trội so với Đà Nẵng kể cả về diện tích lẫn chất lượng cây nông
nghiệp. Ngô ở Quảng Nam rất nổi tiếng, đặc biệt là ngô Hội An.
Ngoài ra, Huế cũng rất dồi dào về các loại sản phẩm nông nghiệp. Đặc biệt
với việc thông hầm Đèo Hải Vân thì việc giao thông đi lại giữa hai thành phố và
các tỉnh thành phía Bắc không còn gặp trở gại lớn như trước nữa.
1.3. Hợp tác hoá:

Nhà máy đặt trong khu công nghiệp nên việc hợp tác hóa, liên hợp hóa
được tiến hành chặt chẽ, do đó việc sử dụng những công trình điện, nước, giao
thông, cũng như việc nhập nguyên liệu và tiêu thụ sản phẩm… được tiến hành
thuận lợi cho nên giảm bớt được vốn đầu tư xây dựng, rút ngắn thời gian hoàn
vốn, đồng thời tận dụng tuần hoàn các sản phẩm phụ tránh được ô nhiễm môi
trường.
1.4. Nguồn cung cấp điện:
Nguồn cung cấp điện cho nhà máy lấy từ mạng điện lưới quốc gia, nhờ trạm
biến áp 110KV có dòng điện tiêu thụ với điện áp 220/380V. Để đề phòng mất
điện nhà máy có lắp đặt thêm máy phát điện dự phòng.
1.5. Nguồn cung cấp nhiệt :
Hơi nước được dùng để tiệt trùng thiết bị, thanh trùng môi trường,… sẽ do
nhà máy tự cung cấp. Do đó, cần có lò hơi riêng, áp suất của hơi dùng là 3at,
nhiên liệu dùng để đốt lò là dầu nặng (dầu FO).
Tác nhân làm lạnh là NH
3
, dầu bôi trơn…được nhập từ bên ngoài.
1.6. Nguồn nước và vấn đề nước thải nhà máy:
Nước là nhu cầu không thể thiếu được, nguồn nước cung cấp cho nhà máy
được lấy từ công ty cấp nước Đà Nẵng. Để chủ động nguồn nước nhà máy có thể
tự xây dựng thêm các bể chứa nước.
Toàn bộ nước của nhà máy có chỉ số COD cao và BOD thấp cho nên cần
phải xử lý đạt được yêu cầu cho phép trước khi thải ra ra ngoài môi trường.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Enzyme α _amylaza theo
phương pháp bề sâu năng suất 500m
3
/ngày

Sinh viên: Nguyễn Lương Bằng
Đồ án tốt nghiệp 4 GVHD: Th.S. Nguyễn Hoàng Minh

1.7. Giao thông :
Để thuận lợi cho việc nhập nguyên vật liệu, trang thiết bị, bao bì, nhiên
liệu… và xuất sản phẩm ra khỏi nhà máy thì giao thông đóng một vai trò quan
trọng. Những năm gần đây thành phố Đà Nẵng liên tục nâng cấp cơ sở hạ tầng,
mạng lưới giao thông đô thị, cảng biển, sân bay ngày càng khang trang hiện đại
cho nên rất thuận tiện.
1.8. Nguồn lao động:
Là những người am hiểu về vi sinh vật cũng như về enzim chủ yếu là kỹ sư
tốt nghiệp ngành công nghệ sinh học từ các trường đại học trong và ngoài nước.
1.9. Năng suất nhà máy:
Nhà máy được thiết kế theo năng suất đủ cung cấp cho toàn miền trung năng
suất sản xuất ra trong ngày của nhà máy là 500m
3
/ngày.
Nói tóm lại, việc xây dựng phân xưởng sản xuất enzim amylase ở vị trí này
cũng tương đối phù hợp cho sự sinh tổng hợp enzim amylase của nấm mốc
Aspergilus oryzae 3-9-15 có hoạt lực cao.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Enzyme α _amylaza theo
phương pháp bề sâu năng suất 500m
3
/ngày

Sinh viên: Nguyễn Lương Bằng
Đồ án tốt nghiệp 5 GVHD: Th.S. Nguyễn Hoàng Minh
CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan về enzyme amylase
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.

RR’ + H-OH  RH + R’OH
Amylase thủy phân tinh bột, glycogen và dextrin thành glucose, maltose
và dextrin hạn chế. Các enzyme Amylase có trong nước bọt (còn được gọi là
ptyalin), trong dịch tiêu hóa của người và động vật, trong hạt nảy mầm, nấm sợi,
xạ khuẩn, nấm men và vi khuẩn. Trong nước bọt của người có ptyalin nhưng ở
một số loại động vật có vú thì không có như ngựa, chó, mèo Ptyalin bắt đầu
thủy phân tinh bột từ miệng và quá trình này hoàn tất ở ruột non nhờ Amylase
của tuyến tụy (còn được gọi là amylopsin). Amylase của malt thủy phân tinh bột
lúa mạch thành disaccharide làm cơ chất cho quá trình lên men bởi nấm men.
Amylase là một trong những loại enzyme được ứng dụng rộng rãi nhất
trong công nghiệp, y tế, và nhiều lĩnh vực kinh tế khác, đặc biệt là trong ngành
công nghiệp thực phẩm.
2.2. Phân loại
Hiện nay, có sáu loại enzyme amylase được xếp vào 2 nhóm:
Endoamylase (enzyme nội bào) và Exoamylase (enzyme ngoại bào).
- Endoamylase : gồm có α-amylase (EC 3.2.1.1) và nhóm enzyme khử
nhánh. Nhóm enzyme khử nhánh này được chia thành hai loại: khử trực tiếp là
pullulanase (hay α-dextrin 6-glucanohydrolase), khử gián tiếp là transglucosylase
(hay oligo-1,6-glucosidase) và amylo-1,6-glucosidase. Các enzyme này thủy
phân các liên kết bên trong của chuỗi polysaccharide.
- Exoamylase. Đây là những enzyme thủy phân tinh bột tử đầu không khử
của chuỗi polysaccharide. Nhóm này gồm có:
+ β-Amylase
+ Amyloglucosidase (glucoamylase hay γ-Amylase)
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Enzyme α _amylaza theo
phương pháp bề sâu năng suất 500m
3
/ngày

Sinh viên: Nguyễn Lương Bằng

Đồ án tốt nghiệp 6 GVHD: Th.S. Nguyễn Hoàng Minh
* Sự khác biệt giữa các loại Enzyme Amylase:
- Các loại enzyme amylase không chỉ khác nhau ở đặc tính mà còn khác
nhau ở pH hoạt động và tính ổn định với nhiệt.
- Tốc độ phản ứng của amylase phụ thuộc vào pH, nhiệt độ, mức độ
polyme hóa của cơ chất. Các enzyme amylase có nguồn gốc khác nhau sẽ có tính
chất, cơ chế tác dụng và sản phẩm cuối cùng của quá trình thủy phân khác nhau.
- Amylase có nguồn gốc khác nhau sẽ có thành phần, tính chất, nhiệt độ
hoạt động, pH tối ưu và các đặc điểm thủy phân khác nhau.
2.3. Hệ enzyme amylase:
2.3.1. Enzyme α-amylase (α-1,4-glucanohydrolase)
2.3.1.1. Cấu tạo
Enzyme α-amylase là protein có phân tử lượng thấp, thường nằm trong
khoảng 50.000 đến 60.000 Dal. Có một số trường hợp đặc biệt như α-amylase từ
loài vi khuẩn Bacillus macerans có phân tử lượng lên đến 130.000 Dal. Đến nay
người ta đã biết rất rõ các chuỗi acid amin của 18 loại α-amylase nhưng chỉ có 2
loại α-amylase là taka-amylase từ Apergillus oryzae và α-amylase của tụy lợn
được nghiên cứu kỹ về hình thể không gian cấu trúc bậc 3. Mới đây các nghiên
cứu về tính đồng nhất của chuỗi mạch acid amin và về vùng kị nước cho thấy các
chuỗi mạch acid amin của tất cả các enzyme α-amylase đều có cấu trúc bậc 3
tương tự nhau.
Hình 2.1. Cấu trúc không gian của α-Amylase
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Enzyme α _amylaza theo
phương pháp bề sâu năng suất 500m
3
/ngày

Sinh viên: Nguyễn Lương Bằng
Đồ án tốt nghiệp 7 GVHD: Th.S. Nguyễn Hoàng Minh
2.3.1.2. Cơ chế tác dụng của α-Amylase:

α-amylase từ các nguồn khác nhau có nhiều điềm rất giống nhau. α-
amylase có khả năng phân cắt các liên kết α-1,4-glucoside nằm ở phía bên trong
phân tử cơ chất (tinh bột hoặc glycogen) một cách ngẫu nhiên, không theo một
trật tự nào cả. α-amylase không chỉ thủy phân hồ tinh bột mà nó thủy phân cả hạt
tinh bột nguyên nhưng với tốc độ rất chậm.
Quá trình thủy phân tinh bột bởi α-amylase là quá trình đa giai đoạn:
+ Ở giai đoạn đầu (giai đoạn dextrin hóa): Chỉ một số phân tử cơ chất bị
thủy phân tạo thành một lượng lớn dextrin phân tử thấp (α-dextrin), độ nhớt của
hồ tinh bột giảm nhanh (các amylose và amylopectin đều bị dịch hóa nhanh).
+ Sang giai đoạn 2 (giai đoạn đường hóa): Các dextrin phân tử thấp tạo
thành bị thủy phân tiếp tục tạo ra các tetra-trimaltose không cho màu với Iodine.
Các chất này bị thủy phân rất chậm bởi α-amylase cho tới disaccharide và mono
saccharide. Dưới tác dụng của α-amylase, amylose bị phân giải khá nhanh thành
oligosaccharide gồm 6 - 7 gốc glucose (vì vậy, người ta cho rằng α-amylase luôn
phân cắt amylose thành từng đoạn 6 - 7 gốc glucopiranose 1).
+ Sau đó, các polyglucose này bị phân cắt tiếp tục tạo nên các mạch
polyglucose colagen cứ ngắn dần và bị phân giải chậm đến maltotetrose,
maltotriose và maltose. Qua một thời gian tác dụng dài, sản phẩm thủy phân của
amylose chứa 13% glucose và 87% maltose. Tác dụng của α-amylase lên
amylopectin cũng xảy ra tương tự nhưng vì không phân cắt được liên kết α-1,6-
glycoside ở chỗ mạch nhánh trong phân tử amylopectin nên dù có chịu tác dụng
lâu thì sản phẩm cuối cùng, ngoài các đường nói trên (72% maltose và 19%
glucose) còn có dextrin phân tử thấp và isomaltose 8%.
Tóm lại, dưới tác dụng của α-amylase, tinh bột có thể chuyển thành
maltotetrose, maltose, glucose và dextrin phân tử thấp. Tuy nhiên, thông thường
α-amylase chỉ thủy phân tinh bột chủ yếu thành dextrin phân tử thấp không cho
màu với Iodine và một ít maltose. Khả năng dextrin hóa cao của α-amylase là
tính chất đặc trưng của nó. Vì vậy, người ta thường gọi loại amylase này là
amylase dextrin hóa hay amylase dịch hóa.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Enzyme α _amylaza theo

phương pháp bề sâu năng suất 500m
3
/ngày

Sinh viên: Nguyễn Lương Bằng
Đồ án tốt nghiệp 8 GVHD: Th.S. Nguyễn Hoàng Minh
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 & monosaccharide
Amylase oligosacharide poliglucose
Maltose maltotriose maltotetrose
2.3.1.3. Đặc tính α-amylase
• Thủy phân tinh bột tạo thành dextrin và một ít maltoza. Dextrin có khả
năng hoạt 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 do đó tính bền nhiệt của enzyme khá tốt.
• 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 hoạt 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.
+ Nhiệt độ tối thích cho hoạt động xúc tác của α-amylase từ các nguồn
khác nhau cũng không đồng nhất, α-amylase của nấm sợi rất nhạy cảm đối với
tác động nhiệt.
• 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%. Ở 50
o
C trong 2 giờ, α
- amylase của nấm sợi này bị vô hoạt hoàn toàn.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Enzyme α _amylaza theo
phương pháp bề sâu năng suất 500m
3
/ngày

Sinh viên: Nguyễn Lương Bằng
α-amylase
Đồ án tốt nghiệp 9 GVHD: Th.S. Nguyễn Hoàng Minh
2.3.2. Enzyme β-Amylase (β-1,4-glucan-maltohydrolase):
2.3.2.1. Cấu tạo:
β-amylase hiện diện phổ biến ở thực vật, đặc biệt là hạt nảy mầm. Ở trong
các hạt ngũ cốc nảy mầm, β-amylase xúc tác sự thuỷ phân các liên kết 1,4 α-
glucan trong tinh bột, glucogen và polysaccharide, phân cắt từng nhóm maltose
từ đầu không khử của mạch . Maltose được tạo thành do sự xúc tác của β-
amylase có cấu hình β.
Ở ngũ cốc, β-amylase tham gia vào sự phân giải của tinh bột trong quá
trình nảy mầm của hạt. Ở lúa, β-amylase được tổng hợp trong suốt quá trình của
hạt và hầu như không được tổng hợp ở hạt khô. Ở lúa mạch, enzyme có mặt ở
trong hạt khô, nó được tích lũy trong suốt quá trình phát triển của hạt, khi ở dạng
liên kết, enzyme này là một phân tử có trọng lượng phân tử là 64.000 Da và khi
bị phân cắt bởi một protease sẽ được phóng thích dưới dạng tự do và có khối
lượng phân tử là 59.000 Da .
2.3.2.2. Cơ chế tác dụng của β-Amylase:

β-amylase là một enzyme ngoại bào (exoenzyme). Tiến trình phân giải bắt
đầu từ đầu không khử của các nhánh ngoài cùng cơ chất . β-amylase phân cắt các
liên kết α- 1,4glucoside nhưng khi gặp liên kết α-1,4 glucoside đứng kế cận liên
kết α-1,6glucoside thì nó sẽ ngừng tác dụng. Phần polysaccharide còn lại là
dextrin phân tử lớn có chứa rất nhiều liên kết α-1,6 glucoside và được gọi là β-
dextrin.
Cơ chế tác dụng của β-amylase lên tinh bột
Tinh bột
- amylase
β
→
maltose (54-58%)+ β-dextrin(42-46%)
(glucogen)
Tinh bột bị thuỷ phân đồng thời bởi cả α và β-amylase thì lượng tinh bột thuỷ
phân tới 95%.
2.3.2.3. Đặc tính của β-Amylase:
• β-amylase là một albumin , tâm xúc tác có chứa nhóm –SH , nhóm X-
COOH và vòng imidazol của các gốc histidine và là enzyme ngoại bào
(exoEnzyme).
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Enzyme α _amylaza theo
phương pháp bề sâu năng suất 500m
3
/ngày

Sinh viên: Nguyễn Lương Bằng
Đồ án tốt nghiệp 10 GVHD: Th.S. Nguyễn Hoàng Minh
• β-amylase không bền khi có Ca
2+
, β-amylase bị kìm hãm bởi Cu
2+

,
Hg
2+
, urea, iodineoacetamide, iodine, ozon…
• β-amylase chịu nhiệt kém hơn α-amylase nhưng bền hơn với acid.
• β-amylase bị bất hoạt ở nhiệt độ 70
0
C. Nhiệt độ tối thích của β-
Amylase là 55
0
C , pH 5,1 – 5,5.
Tham gia vào cơ chế tác dụng của β-amylase thường có một nhóm
caboxyl thể hiện tính chất ái nhân và một nhóm imidazol thể hiện tính chất ái
electron. Sự nghịch đảo hình thể của cacbon anome (C1) được thực hiện nhờ việc
tạo thành hợp chất đồng hoá trị trung gian kiểu este axetal giữa cacbon anome và
nhóm cacboxyl của tâm hoạt động. Sau đó este này bị phân huỷ bởi tác động của
1 phân tử nước lên nhóm cacboxyl để giải phóng ra α-maltose và hoàn nguyên
nhóm cacbxyl của Enzyme.
Các đặc tính của β-Amylase
Nguồn gốc
Enzyme
pH
opt
T
opt
Phân tử lượng
(kD)
Đại mạch 5,2 - 56
Lúa mì 5,2 – 5,6 55 64,2
Đỗ tương 5,4 55 57

Khoai lang 5,0 – 6,0 50 – 55 50
B.cerus 7,0 40 58
B.polymyxa 7,5 40 42
B.megaterium 6,5 40 - 65 58
2.3.3. Enzyme γ-Amylase (glucoamylase)
2.3.3.1. Cấu tạo:
γ-amylase (glucoamylase hay α-1,4-glucan-glucohydrolase) là những
enzyme có thể thuỷ phân được cả hai kiểu liên kết của các mạch α-glucan để giải
phóng ra ở dạng β. Glucoamylase hay γ-amylase chủ yếu được tạo ra bởi các vi
sinh vật. Đặc biệt là kiểu nấm mốc Aspergillus, Penicillium và Rhizopus.
Amyloglucosidase từ nấm mốc là các protein có khối lượng phân tử lượng
dao động rất lớn từ 27.000 đến 112.000 Da tuỳ thuộc vào nguồn gốc của enzyme
Nói chung thì các amyloglucosidase đều chứa các gốc methioni,
triptophan, và một nửa gốc cystein. Tuy nhiên mối quan hệ giữa chuỗi acid amin,
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Enzyme α _amylaza theo
phương pháp bề sâu năng suất 500m
3
/ngày

Sinh viên: Nguyễn Lương Bằng
Đồ án tốt nghiệp 11 GVHD: Th.S. Nguyễn Hoàng Minh
cấu trúc bậc 3 và hoạt động của enzyme vẫn chưa được làm sáng tỏ. Tất cả các
amyloglucosidase từ nấm mốc đều là glucoprotein chứa từ 5-20% gluxit trong đó
chủ yếu là các mono saccharid glucose mannose, galactose và glucosamin.
Các amyloglucosidase chủ yếu được tạo nên từ hai isoEnzyme I và II khác
nhau ở khả năng thuỷ phân tinh bột ở trạng thái rắn và bởi độ bền của chúng.
Amyloglucosidase I tự hấp thụ và thuỷ phân tinh bột ở trạng thái rắn, ngược lại
amyloglucosidase II không có cả hai tinh chất này .
2.3.3.2. Cơ chế hoạt động:
Amyloglucosidase có thể giải phóng ra β-D-glucose bằng cách thuỷ phân

lặp lại nhiều lần các liên kết α-1,4 của mạch α-glucan từ đầu không khử, chúng
cũng thuỷ phân được các liên kết α-1,6 và α-1,3 nhưng rất chậm (10 - 30 lần).
Tốc độ thuỷ phân cũng phụ thuộc vào bản chất của các liên kết kề cận với các
liên kết glucozit được thuỷ phân , cũng như kích thuớc và cấu trúc của cơ chất bị
thuỷ phân . Nhất là với các α-glucan mạch dài (amylose và amylopectin) thì bị
thuỷ phân nhanh hơn là với các maltodextrin và các oligosaccharit.
2.3.3.3. Tính chất:
Glucoamylase có khả năng thuỷ phân các liên kết α-1,4 lẫn α-1,6
glucoside. Khi thuỷ phân liên kết α-1,4-glucan trong chuỗi polysaccharide,
glucoamylase tách lần lượt từng phân tử glucose ra khỏi đầu không khử của
mạch để tạo ra glucose. Enzyme này có nhiều tên gọi khác nhau: α-1,4; α-1,6-
glucan-4; 6-glucohydrolase; glucoamylase; amyloglucosidase; taka-Amylase B;
γ-emylase… Là enzyme ngoại bào.
Ngoài các liên kết α-1,4 và α-1,6 glucoside , glucoamylase còn có khả
năng thuỷ phân các liên kết α-1,2 và α-1,3 glucoside .
Glucoamylase có khả năng thuỷ phân hoàn toàn tinh bột , glucogen ,
amylopectin , dextrin, iso maltose và maltose thành glucose, mà không cần có sự
tham gia cuả các loại enzyme khác. Glucoamylase thuỷ giải các polysaccharide
có phân tử lớn nhanh hơn so với các chất có phân tử nhỏ. Các polisaccharide có
nhánh như amylopectin, glucogen, β-dextrin bị glucoamylase thủy phân khá
nhanh.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Enzyme α _amylaza theo
phương pháp bề sâu năng suất 500m
3
/ngày

Sinh viên: Nguyễn Lương Bằng
Đồ án tốt nghiệp 12 GVHD: Th.S. Nguyễn Hoàng Minh
Đa số glucoamylase có hoạt lực cao nhất ở vùng có pH 3,5 – 5,5 và nhiệt
độ 50

0
C. Nó bền với acid hơn α-amylase nhưng kém bền hơn trong rượu, acetone
và không được bảo vệ bởi Ca
2+
.
2.3.4. Oligo 1,6-glucosidase (dextrinase tới hạn)
Enzyme này có thể thuỷ phân liên kết α-1,6 – glucoside trong isomaltose ,
panose và các dextrin tới hạn thành đường có thể lên men được. Enzyme này có
ở VSV nhưng đồng thời cũng có trong các hạt nảy mầm (đại mạch, thóc nảy
mầm). Ngoài oligo–1,6–glucosidase, hệ dextrinase của hạt ngũ cốc, hạt nảy mầm
còn có amylopectin–1,6–glucosidase hay R–Enzyme và dextrin–1,6–glucoside
hay amylo–1,6–glucoside hay dextrin-6-glucocanhydrolase. Hai loại Enzyme này
đều thuỷ phân dextrin triệt để hơn α-Amylase và β-Amylase do đó trong dung
dịch thuỷ phân có nhiều maltose hơn .
Nhiệt độ tối thích cho các hoạt động của các dextrinase là 40
0
C và pH tối
thích là 5,1.
2.3.5. Enzyme pullulanase (α-dextrin6-glucosidase)
Enzyme này có thể thuỷ phân các liên kết α-1,6 của tinh bột, glucogen,
pululan và các dextrin tới hạn. Điều đáng chú ý là sự định vị của các liên kết α-
1,6 có ảnh hưởng lớn đến tác động của enzyme. Đặc biệt là sự có mặt của hai liên
kết α-1,4 nằm liền kề bên liên kết α-1,6 là điều kiện cần thiết cho enzyme phân
cắt liên kết này
Pullulanase phân giải các liên kết α-1,6 glucoside bị bao quanh tứ phía bởi
các liên kết α-1,4. Nó còn có khả năng thủy phân cả những dextrin phân tử thấp
chỉ gồm có hai gốc maltose nối nhau bằng liên kết α-1,6 glucoside. Tác dụng
hiệp đồng của α-Amylase và pullulanase làm nó bị thủy phân hoàn toàn.
2.3.6. α-glucosidase hay maltase (α-D,glucoside-glucohydrolase)
Nhiều loại nấm sợi sản sinh Enzyme này. Giống như glucomylase, nó

thủy phân maltose thành glucose nhưng không thủy phân tinh bột. Maltase và
glucozyltranferase là một Enzyme đồng nhất vừa có khả năng thủy phân liên kết
α-1,4, trong các glucopiranoside vừa có khả năng chuyển các gốc glucoside sang
đường và rượu.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Enzyme α _amylaza theo
phương pháp bề sâu năng suất 500m
3
/ngày

Sinh viên: Nguyễn Lương Bằng
Đồ án tốt nghiệp 13 GVHD: Th.S. Nguyễn Hoàng Minh
2.4. Ứng dụng
Hiện nay, việc sản xuất chế phẩm enzyme các loại đã và đang phát triển
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
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 biêt khác đã thu được rất
nhiều lợi nhuận từ ngành này. Dưới đây là một vài ứng dụng thực tế:
2.4.1. 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. Để 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 phẩm bia 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.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Enzyme α _amylaza theo
phương pháp bề sâu năng suất 500m
3
/ngày

Sinh viên: Nguyễn Lương Bằng
Đồ án tốt nghiệp 14 GVHD: Th.S. Nguyễn Hoàng Minh
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 O
2
có trong bia, giúp quá trình bảo quản bia
kéo dài hơn rất nhiều.
2.4.2. Ứng dụng amylase trong sản xuất cồn
Để sản xuất cồn từ nguồn nguyên liệu tinh bột, mỗi nước 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 đọan: 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 năm. Còn người Việt Nam đã
biết sản xuất rượu từ gạo cách đây hàng ngàn năm.
Riêng ở Mỹ, mãi đến thế kỷ XIX khi Takamine người Nhật đưa nấm mốc
Aspergillus sang mới biết sử dụng enzym này thay amylase của malt để sản xuất
cồn. Chính vì thế mới có phương 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. Quá 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. Điểm 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.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Enzyme α _amylaza theo
phương pháp bề sâu năng suất 500m
3
/ngày

Sinh viên: Nguyễn Lương Bằng
Đồ án tốt nghiệp 15 GVHD: Th.S. Nguyễn Hoàng Minh
2.4.3. 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. Để 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.
2.4.4. 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 khoảng 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
khoảng 0,3-0,6 g/l dung dịch và thời gian xử lý 5-15 phút ở nhiệt độ 90
o
C.
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, Đan 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.
2.5. Hệ sinh vật phân giải enzyme amylase
Ngày nay do ưu thế về nhiều mặt, VSV trở thành nguồn thu enzyme
amylase chủ đạo. Những chủng VSV tạo nhiều amylase thường được phân lập từ
các nguồn tự nhiên. VSV tạo amylase được dùng nhiều hơn cả là nấm sợi, giả
nấm men và vi khuẩn, còn xạ khuẩn thì ít hơn.
• Các giống nấm sợi thường dùng là giống nấm sợi Aspergillus, Rhizopus
• Nấm men và giả nấm men thuộc các giống Candida, Saccharomyces.
Endomycopsy, Endomyces cũng tạo Amylase.
• Nhiều vi khuẩn có khả năng tạo lượng lớn Amylase như: Bac. Polymyxa,
Phytomonas destructans, Bact. cassavanum, Clostridium acetobutylium,
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Enzyme α _amylaza theo

phương pháp bề sâu năng suất 500m
3
/ngày

Sinh viên: Nguyễn Lương Bằng
Đồ án tốt nghiệp 16 GVHD: Th.S. Nguyễn Hoàng Minh
Pseudomonas saccharophila… Các vi khuẩn ưa nhiệt có khả năng sinh trưởng
nhanh và phát triển tốt ở nhiệt độ cao nên khi nuôi chúng ít bị nhiễm VSV khác.
Đáng chú ý là Bac. diastaticus, Bac. stearothermophilus, Bac. coagulans, Bac.
Circulans
• Trong nhóm xạ khuẩn rất hiếm gặp loại tạo amylase mạnh mẽ, tuy nhiên
cũng có một số chẳng hạn như xạ khuẩn ưa nhiệt. Micromonospora vulgaris 42
có khả năng tạo một lượng nhỏ α-amylase hoạt động ở 65
0
C cùng với proteinase
và các enzyme khác.
2.5.1. Vai trò của giống trong công nghệ enzyme:
Trong công nghệ enzyme từ VSV, giống đóng vai trò quyết định:
• Giống VSV quyết định đến năng suất enzyme của nhà máy.
• Giống VSV quyết định đến chất lượng sản phẩm sinh học (hay là hoạt tính
enzyme).
• Giống VSV quyết định vốn đầu tư cho sản xuất.
• Và cuối cùng là giống VSV quyết định đến giá thành sản phẩm.
Như vậy, giống VSV có ý nghĩa to lớn trong phát triển công nghệ VSV.
2.5.2. Yêu cầu giống Vi sinh vật
Công nghệ sản xuất enzyme thuộc nhóm công nghệ lên men hiện đại và
được sản xuất theo quy mô công nghiệp. Do đó, giống VSV ứng dụng trong công
nghệ enzyme cần phải có những yêu cầu và những chuẩn mực nhất định. Đó là:
• Giống VSV phải cho ra sản phẩm mà ta mong muốn. Sản phẩm này phải
có số lượng và chất lượng cao hơn các sản phẩm phụ khác. Vì trong quá trình

trao đổi chất, để chuyển hóa một khối lượng sinh chất khổng lồ lớn gấp hàng
nghìn lần cơ thể mình trong một khoảng thời gian cực kỳ ngắn thì cơ thể VSV
cần tổng hợp nhiều chất. Do đó, sản phẩm tạo ra sẽ chứa nhiều loại khác. Chính
vì thế, giống VSV dùng trong sản xuất một sản phẩm nào đó, thì sản phẩm này
phải trội hơn các sản phẩm khác cả về số lượng và chất lượng.
• Giống phải cho năng suất sinh học cao.
• Giống VSV phải có khả năng thích nghi nhanh và phát triển mạnh trong
điều kiện sản xuất công nghiệp.
• Giống VSV phải có khả năng đồng hóa các nguyên liệu rẻ tiền và dễ kiếm
tại địa phương nơi nhà máy đang hoạt động.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Enzyme α _amylaza theo
phương pháp bề sâu năng suất 500m
3
/ngày

Sinh viên: Nguyễn Lương Bằng
Đồ án tốt nghiệp 17 GVHD: Th.S. Nguyễn Hoàng Minh
• Giống sử dụng trong các quá trình sản xuất hiện đại phải là những VSV
thuần khiết, có tốc độ sinh sản nhanh.
• Tốc độ trao đổi chất mạnh để tạo nhanh sản phẩm mong muốn; dễ dàng
tách sản phẩm ra khỏi các tạp chất môi trường và sinh khối VSV giống.
• Giống phải ổn định trong bảo quản và dể dàng bảo quản.
Để tạo thuận lợi nhất về chủng giống VSV cung cấp cho quá trình lên men công
nghiệp, ta cần tiến hành phân lập giống VSV thuần khiết.
2.3.3. Giới thiệu về chủng nấm mốc Aspergillus oryzae 3 – 9 – 15
Hình
2.2. Aspergillus oryzae
- Hình thái nấm mốc:
+ Nấm mốc không có diệp lục tố, không có khả năng tự tổng hợp các chất
dinh dưỡng cho chính bản thân mình, chúng chỉ phát triển được trên những

thức ăn đã có sẵn.
+ Nấm là vi sinh vật phát triển thành hình sợi phân nhánh. Những sợi phân
nhánh này phát triển chằng chịt người ta gọi là hệ khuẩn ty hay hệ sợi nấm.
+ Nấm mốc không di chuyển được vì không có một cơ quan vận chuyển nào.
+ Nấm mốc hoàn toàn hiếu khí, chúng chỉ phát triển được trong điều kiện
giàu oxy.
+ So với vi khuẩn, nấm mốc chịu được nhiệt độ và axit thấp hơn.
+ Màu của Asp. Oryzae 3 – 9 – 15 có màu vàng hoa cau.
+ Nhiệt độ tối thích của Asp. Oryzae 3 – 9 – 15 khoảng 28
0
C đến 30
0
C.
- Cấu tạo nấm mốc: là loại nấm mốc có vách ngăn, đây là trường hợp mà
khuẩn ty được tạo thành do một chuỗi tế bào nối tiếp nhau. Ngăn cách
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Enzyme α _amylaza theo
phương pháp bề sâu năng suất 500m
3
/ngày

Sinh viên: Nguyễn Lương Bằng
Đồ án tốt nghiệp 18 GVHD: Th.S. Nguyễn Hoàng Minh
giữa hai tế bào là một màng ngăn. Trong mỗi tế bào nấm hầu như có đủ cơ
quan của một tế bào trong đó quan trọng là có nhân.
- Sinh sản ở nấm mốc: Phát triển bằng khuẩn ty. Dưới kính hiển vi có thể
thấy từ những đoạn sợi nấm riêng rẽ có thể phát triển bằng khuẩn ty.
2.3.4. Nuôi cấy bằng phương pháp bề sâu
• Môi trường dinh dưỡng :
Đặc điểm chung cho mọi môi trường nuôi VSV tạo enzyme amylase là có
chất cảm ứng: tinh bột, dextrin hay maltose. Nguồn nitơ dinh dưỡng thường dùng

là nitơ vô cơ (NaNO
3
). Sinh tổng hợp α-amylase hoạt động của chủng
Aspergillus thường chỉ thấy trong các môi trường có các muối của acid sulfuric.
Đối với sinh trưởng của một số nấm sợi tạo maltase và oligo–1,6–glucoamylase
hoạt động lại rất cần có sự có mặt của Mg trong môi trường. Để tạo điều kiện cho
VSV phát triển tốt và sinh nhiều amylase người ta cho thêm vào môi trường các
loại nước chiết như nước chiết mầm mạch, nước chiết ngô, nước chiết đậu nành,
… đó là nguồn bổ sung amino acid, vitamin và các tạp chất sinh trưởng. Dưới
đây là một số môi trường lỏng dùng để VSV tạo các enzyme amylase. Đối với
Aspergillus, người ta thường nuôi bằng môi trường Sapeck cải tiến gồm : 6% tinh
bột ; 0,9% NaNO
3
; 0,001% FeSO
4
; 0,1% KH
2
PO
4
; 0,05%MgSO
4
; 0,05% KCl
và nước máy.
Để tăng cường khả năng sinh trưởng của VSV và khả năng tạo enzyme có
thể thêm nước chiết mầm mạch, nước chiết ngô, nước cám nấu, nước chiết bột
đậu nành .
• Nhiệt độ nuôi :
Nhiệt độ nuôi là một trong những yếu tố quan trọng với sinh trưởng của
VSV và sự tạo thành các enzyme amylase. Không tuân thủ đầy đủ chế độ nhiệt
độ sẽ dẫn tới giảm hoạt lực các amylase. Nhiệt độ nuôi tối thích đối với nấm sợi

thuộc giống Aspergillus là 30 – 32
0
C (trong đó có Asp.oryzae 3–9–15 và
Asp.awamori 22), Bacillus. Môi trường thích hợp nhất và tạo nhiều amylase ở
nhiệt độ 37
0
C. Một số vi khuẩn khác thì lại có nhiệt độ tối thích cao hơn.
Bac.circulans phát triển mạnh ở nhiệt độ 65 – 70
0
C song lại tạo nhiều amylase ở
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Enzyme α _amylaza theo
phương pháp bề sâu năng suất 500m
3
/ngày

Sinh viên: Nguyễn Lương Bằng
Đồ án tốt nghiệp 19 GVHD: Th.S. Nguyễn Hoàng Minh
nhiệt độ 50
0
C vì vậy người ta thường cấy giống ở 70
0
C sau đó tiến hành cho tích
lũy ở nhiệt độ 50
0
C nuôi chủng này bằng môi trường nước lỏng gồm nước nấu
khoai tây, pepton và phấn. Nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn tới độ bền của enzyme tạo
thành amylase của Bac.coagulans và Bac.searothermophilus được nuôi ở 35
0
C
và 55

0
C có độ bền nhiệt khác xa nhau. Khi giữ nhiệt ở 90
0
C trong 1 giờ thì
amylase của chủng sinh trưởng ở nhiệt độ 35
0
C bị mất 90 – 94% hoạt độ ban
đầu ; trong lúc đó amylase của chủng được nuôi ở nhiệt độ 55
0
C chỉ bị vô hoạt có
10 - 12%. Các VSV ưa nhiệt thì sinh tổng hợp nên các Amylase bền nhiệt.
Enzyme với độ bền nhiệt cao có ưu thế lớn trong nhiều lĩnh vực sản xuất. Ngoài
ra nuôi vi khuẩn ưa nhiệt lại rất tiện lợi cho việc sản xuất công nghiệp, vì nuôi ở
nhiệt độ cao tạo ra điều kiện chọn lọc và cho phép giảm bớt yêu cầu khắt khe về
độ tuyệt trùng, đồng thời khi nuôi đỡ bị nhiễm tạp khuẩn.
• Sục khí và khuấy trộn
Phần lớn vi sinh vật tạo amylase là những VSV hiếu khí. Vì vậy sinh
trưởng của chúng phụ thuộc vào lượng oxy phân tử hoà tan trong dịch nuôi cấy.
Trong quá trình sinh trưởng của mình, VSV sử dụng oxy phân tử cho hoạt động
sống nên lượng oxy hoà tan trong môi trường lỏng phải luôn luôn được bổ sung.
Chính vì lẽ đó, việc sục khí và khuấy đảo môi trường có tác dụng tốt tới quá trình
sinh trưởng và tích luỹ sinh khối cũng như sinh tổng hợp các enzyme của VSV :
Việc khuấy đảo bằng các cách như sau :
+ Sục không khí vô trùng vào thiết bị nuôi.
+ Bằng máy móc chuyên dùng.
+ Bằng tác dụng hiệp đồng của cả sục khí lẫn máy khuấy.
+ Bằng tác dụng của các khí sinh ra khi lên men.
* Đối với nấm sợi, chế độ sục khí thích hợp là 10 – 12m
3
không khí vô

trùng (có nhiệt độ không quá 40
0
C) trên 1m
3
môi trường trong 1 giờ với thời
gian nuôi trong khoảng 68 – 72giờ. Với thời gian nuôi ngắn hơn ở các thùng lên
men nhân giống (48giờ) và trong các thùng lên men sản xuất (48 – 52giờ) thì
lượng không khí cần sục vào môi trường để nuôi Asp.Oryzae (3-9-15) phải là
30m
3
/m
3
môi trường/giờ đối với thùng nhân giống và 40m
3
/m
3
môi trường/giờ
cho thùng sản xuất. Mức độ sục khí tối ưu để nuôi Asp.Oryzae (3-9-15) tương
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Enzyme α _amylaza theo
phương pháp bề sâu năng suất 500m
3
/ngày

Sinh viên: Nguyễn Lương Bằng
Đồ án tốt nghiệp 20 GVHD: Th.S. Nguyễn Hoàng Minh
ứng với 180 micromol O
2
/lít môi trường (nồng độ oxy hoà tan đo bằng máy cực
phổ với điện cực kiểu clark). Chủng này có vận tốc tiêu thụ oxy hoà tan cực lớn
vào cuối pha sinh trưởng logarit. Vận tốc tiêu thụ O

2
giảm dần từ lúc bắt đầu pha
ổn định. Nuôi VSV ưa nhiệt đòi hỏi nhiều không khí hơn là nuôi VSV ưa ẩm.
Bảng 2.1. Nhiệt độ và pH của một số enzyme amylase do VSV tổng hợp
Vi sinh vật Enzyme pH
oppt
T
o
opt
Asp.awamori
α-Amylase 4,5 – 6,2 40
β-Amlylase 3,5 – 7,0 50
Glucoamylase 4,5 – 4,7 55-75
Asp.niger
α-Amylase 4,7 – 6,0 65
Glucoamylase 3,8 50
Asp.asami
α-Amylase 3,8 50
Glucoamylase 5,0 55
Asp.oryzae
α-Amylase 5,5 – 5,9 50 – 57
β-Amlylase 4,8 30
Glucoamylase 4,8 50
Bac.amyloliquefaciens α-Amylase 5,7 – 6,0 55 – 60
Bac.diastaticus α-Amylase 5,8 70
Bac.subtilis α-Amylase 4,6 – 5,1 37
Endomyces sp Glucoamylase 4,8 55
Phizopase doleamar Glucoamylase 5,5 45
CHƯƠNG 3
LỰA CHỌN VÀ THYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

Enzim amylaza có từ nhiều nguồn khác nhau như từ thực vật, động vật,
nhưng ngày nay người ta thu nhận enzim amylaza chủ yếu từ vi sinh vật là chính.
Gồm hai phương pháp chính nuôi cấy bề mặt và nuôi cấy bề sâu.
3.1. Ưu nhược điểm của phương pháp nuôi cấy bề sâu:
Vi sinh vật được nuôi cấy trên môi trường lỏng có sục khí.
Ưu điểm:
- Có tính liên tục tiết kiệm được diện tích sản xuất.
- Dễ cơ giới hóa và tự động hóa, do đó năng xuất cao.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Enzyme α _amylaza theo
phương pháp bề sâu năng suất 500m
3
/ngày

Sinh viên: Nguyễn Lương Bằng
Đồ án tốt nghiệp 21 GVHD: Th.S. Nguyễn Hoàng Minh
- Sử dụng hợp lý các chất dinh dưỡng của môi trường.
- Enzim thu được ít lẫn tạp chất.
Nhược điểm:
- Nồng độ enzim trong canh trường thấp, do đó phải cô đặc, nên giá thành
cao.
- Tốn nhiều điện năng do sục khí liên tục. Khi không đảm bảo vô trùng
tuyệt đối thì dễ xảy ra sự nhiễm toàn bộ khối môi trường.
3.2. Sơ đồ công nghệ phương pháp nuôi cấy bề sâu:
Hình 3.1. Quy trình phương pháp nuôi cấy bề sâu
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Enzyme α _amylaza theo
phương pháp bề sâu năng suất 500m
3
/ngày

Sinh viên: Nguyễn Lương Bằng

Đồ án tốt nghiệp 22 GVHD: Th.S. Nguyễn Hoàng Minh
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Enzyme α _amylaza theo
phương pháp bề sâu năng suất 500m
3
/ngày

Sinh viên: Nguyễn Lương Bằng
Đồ án tốt nghiệp 23 GVHD: Th.S. Nguyễn Hoàng Minh
3.3. Thuyết minh dây chuyền công nghệ:
3.3.1. Môi trường:
Đặc điểm chung cho mọi môi trường nuôi vi sinh vật tạo amylaza là có
chất cảm ứng: tinh bột, dextrin hay mantoza. Nguồn nitơ dinh dưỡng thường hay
dùng là nitơ vô cơ (NaNO
3
). Để tạo điệu kiện cho vi sinh vật phát triển tốt và
sinh nhiều amylaza người ta thường cho thêm vào môi trường các loại nước chiết
như nước chiết mầm mạch, nước chiết ngô, nước chiết đậu nành v.v… Đó là
nguồn bổ sung axitamin, vitamin và các tạp chất sinh trưởng.
Môi trường chọn nuôi cấy là môi trường Fenikxova và Dvatxatova để nuôi
Aspergillus oryzae 3 – 9 – 15 với mục đích thu enzim α – amylaza môi trường có
6% bột ngô; 0,9% NaNO
3
; 0,005% MgSO
4
và 10% nước chiết mầm mạch (100g
mầm/1lít nước), pH môi trường 6 – 7. Môi trường sau khi chuẩn bị được phối
trộn cùng với nước lạnh, sau đó được thanh trùng trong thiết bị thanh trùng riêng
hoặc trong thiết bị lên men bằng hơi nóng trực tiếp ở nhiệt độ 118 – 125
0
C trong

khoảng 45 – 60 phút. Môi trường sau khi làm nguội đến nhiệt độ 30 – 32
0
C sẽ
tiến hành tiếp giống.
3.3.2. Chọn giống và nhân giống:
Để phù hợp với môi trường được chọn ta chọn giống nuôi cấy là
Aspergillus oryzae, là loại nấm mốc có bào tử màu vàng hoa cau, sinh sản vô tính
bằng cách tạo thân quả.
Giống được tiếp từ ống nghiệm qua các bình tam giác, đặt trên máy lắc,
rồi sau đó chuyển sang thùng nhân giống cấp 2 cho sản xuất có thể tích bằng 5 –
10 phần trăm thùng lên men trong khoảng 48 – 52 giờ, sau đó chuyển sang thùng
lên men để nuôi cấy thu enzim. Lượng giống đem nuôi cấy vào thùng lên men là
8% đến 10% so với môi trường lên men. Môi trường dùng để nhân giống tương
tự như môi trường nuôi cấy, chế độ sục khí là 30m
3
/1m
3
môi trường/1giờ.
3.3.3. Nuôi cấy (lên men):
Trước khi nuôi cấy thì cần phải vệ sinh, tiệt trùng thiết bị lên men một
cách nghiêm ngặt tránh nhiễm trùng. Sau đó cho môi trường và giống cấp 2 vào
thùng lên men, thời gian nuôi cấy 68 – 72 giờ.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Enzyme α _amylaza theo
phương pháp bề sâu năng suất 500m
3
/ngày

Sinh viên: Nguyễn Lương Bằng
Đồ án tốt nghiệp 24 GVHD: Th.S. Nguyễn Hoàng Minh
Điều chỉnh pH: Trong quá trình nuôi cấy cần điều chỉnh pH của môi

trường vì đây là một trong những điều kiện quan trọng có ảnh hưởng lớn tới sinh
tổng hợp enzim α – amylaza, trong quá trình nuôi cấy thì pH của môi trường
giảm vì vậy cần điều chỉnh để độ pH ổn định bằng cách bổ sung CaCO
3
vào để
trung hòa.
Nhiệt độ nuôi cấy: Cũng là một yếu tố quan trọng đối với sinh trưởng của
vi sinh vật và sự tạo thành enzim α – amylaza. Không tuân thủ đầy đủ chế độ
nhiệt độ sẽ dẫn đến làm giảm hoạt độ của enzim amylaza. Nhiệt độ nuôi cấy của
nấm mốc Asp. oryzae là 30 đến 32
0
C.
Sục khi và khuấy trộn: vi sinh vật Asp oryzae là vi sinh vật hiếu khí. Vì
vậy, sinh trưởng của chúng phụ thuộc vào lượng oxy phân tử hòa tan trong dịch
nuôi cấy.
Trong quá trình sinh trưởng của mình, vi sinh vật sử dụng oxy phân tử cho
hoạt động sống nên lượng oxy hòa tan trong môi trường lỏng phải luôn luôn
được bổ sung. Chính vì lẽ đó việc sục khí và khuấy đảo môi trường có tác dụng
tốt tới sinh trưởng và tích lũy sinh khối cũng như sinh tổng hợp các enzim của vi
sinh vật. Việc khuấy đảo môi trường dinh dưỡng trong quá trình nuôi vi sinh vật
có thực hiện bằng nhiều cách khác nhau. Bằng cách chỉ có sục không khí vô
trùng vào thiết bị nuôi, hoặc tác dụng hiệp đồng của cả sục khí lẫn khuấy trộn,
việc sục khí và khuấy đảo liên tục được thực hiện liên tục trong quá trình nuôi.
Mức độ sục khí tối ưu để nuôi Asp oryzae 3 – 9 – 15 tương ứng với 180
micromol O
2
/lít môi trường. Chủng này có tốc độ tiêu thụ oxy cực lớn vào cuối
pha sinh trưởng logarit. Vận tốc tiêu thụ oxy giảm dần từ lúc bắt đầu pha ổn định.
Dập bọt : Để dập bọt tạo ra trong quá trình nuôi cấy có thể cho vào môi
trường một ít axit oleic đã thanh trùng.

Thời gian nuôi cấy: Đối với chủng Asp oryzae 3 – 9 – 15 trong thùng lên
men nhân giống 48 giờ còn nuôi trong thùng lên men sản xuất thì khoảng 68 – 72
giờ. Khi hoạt độ của enzim amylaza đạt được 300 đơn vị HđA/g thì coi như kết
thúc quá trình nuôi cấy.
Lọc, cô đặc và sấy phun: Môi trường sau khi nuôi vi sinh vật phải được
lọc bỏ sinh khối vi sinh vật, sau khi lọc nồng độ enzim rất thấp, nên bước đầu
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Enzyme α _amylaza theo
phương pháp bề sâu năng suất 500m
3
/ngày

Sinh viên: Nguyễn Lương Bằng
Đồ án tốt nghiệp 25 GVHD: Th.S. Nguyễn Hoàng Minh
người ta phải cô đặc. Dịch lọc từ canh trường có nồng độ chất khô từ 4 – 6 g/lít
được cô đặc lên đến 15 – 20 g/l ở nhiệt độ 35
0
C. Trong thiết bị có độ chân không
cao. Sau đó cô đặc tiếp ở nhiệt độ 40 – 45
0
C để đạt nồng độ chất khô 30 đến
40g/l rồi bổ sung thêm chất ổn định và sau đó đem sấy phun ở thiết bị có nhiệt độ
120
0
C và đầu ra là 40
0
C sẽ thu được chế phẩm thô dạng bột.
Đóng gói: Sau khi thu được chế phẩm enzim dạng bột ta đem đi đóng gói
bằng thiết bị bao gói tự động khối lượng của mỗi gói tùy thuộc vào nhu cầu
khách hàng.
Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất Enzyme α _amylaza theo

phương pháp bề sâu năng suất 500m
3
/ngày

Sinh viên: Nguyễn Lương Bằng