Hệ amylase và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

BÁO CÁO MÔN HỌC
HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM
CAO HỌC HÓA THỰC PHẨM K15
GIẢNG VIÊN: TS. TRẦN BÍCH LAM
























1

2

HỌC VIÊN THỰC HIỆN:
TRỊNH KHÁNH SƠN
NGUYỄN DUY TÂN
TRẦN QUANG HUY
PHAN NGỌC HIẾU






















3
MỤC LỤC
1.GIỚI THIỆU HỆ ENZYME AMYLASE ................................................................6

2. TÍNH CHẤT CỦA HỆ ENZYME AMYLASE ......................................................9
2.2 Cơ chất của enzyme amylase.............................................................................11
a. Tinh bột.....................................................................................................11
b. Glycogen...................................................................................................12
2.3 Đặc tính và cơ chế tác dụng ...............................................................................12
3.ỨNG DỤNG CỦA ENZYME AMYLASE TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC
PHẨM
......................................................................................................................13
3.1 Tình hình ứng dụng enzyme amylase trong công nghiệp trên thế giới và Việt
Nam
......................................................................................................................13
3.2 Ứng dụng của enzyme amylase trong công nghiệp thực phẩm......................16
a. Trong sản xuất sirô và sản phẩm chứa đường ..........................................17
b. Trong sản xuất bánh mì ............................................................................17
c. Trong sản xuất bia.....................................................................................20
d. Trong sản xuất cồn....................................................................................26
4. enzyme thủy phân tinh bột ...................................................................................34
4.1 Giới thiệu........................................................................................................34

4
4.2. Sản phẩm dung dòch đường có hàm lượng dextrose thấp với α- amylase.....35
4.2.1. Giới thiệu................................................................................................35
4.2.2.. α-Amylase từ Bacillus amyloliquefaciens..............................................37
a. Đặc tính hoá lý..........................................................................................37
b. Mô hình hoạt động chuẩn .........................................................................39
4.2.3. α-Amylase từ thermophilic bacilli ..........................................................42
a. Giới thiệu ..................................................................................................42
b. Hỗn hợp bacillus α-amylase....................................................................42
c. B. Licheniformis α-amylase.......................................................................43
4.2.4. Sự đường hoá bởi α-amylase của B. subtilis...........................................43

4.2.5. Hiệu quả thương mại với Bacillus α-amylase ........................................45
4.2.6. Tiềm năng ứng dụngcủa enzyme α-amylase cố đònh.............................46
4.3. Sản xuấât dung dòch đường dextrose có nồng độ cao.....................................46
4.3.1.. Lời giới thiệu .........................................................................................46
4.3.3. Động lực học và sự cân bằng trong phản ứng ngược..............................50
4.3.4. Sử dụng glucoamylase trong công nghiệp..............................................55
4.3.5. Tiềm năng sử dụng Glucoamylase cố đònh.............................................56

5
4.4. Sử dụng isoamylase và pullulanase để khử nhánh........................................57
4.4.1. Giới thiệu................................................................................................57
4.4.2. Tính chất của phân tử isoamylase và pullulanase .................................57
4.2.3. Tính chất của isoamylase và pullulanase..........................................58
4.2.4. Cách sử dụng isoamylase và pullulanase cùng với glucoamylase....59
4.2.5. β-amylase (α-1,4-glucan-mantohidrolase 3.2.1.2)............................59
4.2.6. Oligo-1,6-glucosilase hay dextrinnase tới hạn (dextrin-6-
glucanhydrolase, 3.2.1.10)
................................................................................60
4.2.7. α−glucosidase hay maltase (α−D, glucoside-glucohydrolase,
3.2.1.20) 61
4.2.8. Transglucosyldase (α-1,4-glycan:D-glucose-4-glucoziltransferase,
2.4.1.3) 61
5. THÍ DỤ VỀ VIỆC SỬ DỤNG HỆ ENZYME AMYLASE TRONG SẢN XUẤT
CÔNG NGHIỆP DUNG DỊCH ĐƯỜNG CÓ NỒNG ĐỘ CAO (LÀM NGUYÊN
LIỆU CHUẨN BỊ CHO CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN TIẾP SAU)
.......................63

6
1.GIỚI THIỆU HỆ ENZYME AMYLASE
Hệ enzyme amylase là một trong số các hệ enzyme được sử dụng rộng rãi
nhất trong công nghiệp, y học và nhiều lónh vực kinh tế quốc dân khác. Đặc biệt là
trong các ngành công nghiệp thực phẩm.
Những nghiên cứu thực nghiệm về enzyme nói chung và về amylase nói riêng
được bắt đầu vào những năm 1811 – 1814. Những nghiên cứu này gắn liền với tên
tuổi của nhà bác học Nga - Viện só K.S Kirhof, ông đã nghiên cứu quá trình phân giải
tinh bột dưới tác dụng của dòch chiết đại mạch nẩy mầm (malt) và nhận thấy rằng
trong malt có chứa các chất phân giải tinh bột thành đường. Mười chín năm sau, tức là
vào năm 1833, hai nhà khoa học người Pháp là Payen và Persoz đã tách được chất
phân giải tinh bột từ đại mạch nẩy mầm. Các tác giả đã dùng rượu để kết tủa nó trong
dòch chiết malt và thu được enzyme ở dạng bột, đồng thời đặt tên là diaslase (xuất
phát từ chữ Hi Lạp có nghóa là phân giải). Sau này theo đề nghò của Duclo, enzyme
phân giải tinh bột được gọi là amylase.
Các enzyme amylase có trong nước bọt, dòch tiêu hoá của người và động vật,
trong hạt nẩy mầm, nấm sợi, xạ khuẩn, nấm men và vi khuẩn. Bây giờ, người ta thu
nhận chúng chủ yếu từ canh trường vi khuẩn, nấm sợi và một số loài nấm men.
Ở các nước phương đông, nhất là Trung Quốc, Nhật Bản và Việt Nam nhân
dân đã biết sử dụng amylase từ vi sinh vật hàng ngàn năm nay. Amylase có thể thuỷ
phân hạt tinh bột chưa qua hồ hoá cũng như hạt tinh bột đã hồ hoá. Hiện nay, người ta
biết có sáu loại amylase, trong đó α- amylase, β- amylase, γ- amylase (hay
glucoamylase) thuỷ phân các liên kết α- 1,4 –glucoside của tinh bột, glycogen và các
polysaccharide đồng loại. Các amylase còn lại dextrin-6-glucanhydrolase,
amylopectin-6-glucanhydrolase và oligodextrin-6-glucanhydrolase (dextrinase) thuỷ
phân các liên kết α- 1,6 – glucoside . Sáu loại enzyme này được xếp thành hai nhóm:

endoamylase và exoamylase.
Endoamylase: gồm có α- amylase và nhóm enzyme khử nhánh. Nhóm enzyme
khử nhánh này được chia làm hai loại: loại khử trực tiếp là pullulanase (hay dextrin-6-
glucanohydrolase); khử gián tiếp là transglucosylase (hay oligo-1,6-glucosidase) và

7
amylo-1,6-glucosidase. Các enzyme này thuỷ phân các liên kết bên trong chuỗi
polysaccharide.
Exoamylase: gồm có β- amylase và γ- amylase. Đây là những enzyme thuỷ
phân tinh bột từ đầu không khử của chuổi polysaccharide.
Các dạng amylase không chỉ khác nhau ở đặc tính mà còn khác nhau ở pH
hoạt động và tính ổn đònh với nhiệt. Tốc độ phản ứng của amylase phụ thuộc vào pH,
nhiệt độ và mức độ polymer hoá của cơ chất. Các enzyme amylase từ các nguồn khác
nhau sẽ có tính chất, cơ chế tác dụng và sản phẩm cuối cùng của quá trình thuỷ phân
khác nhau.
Amylase từ các nguồn khác nhau sẽ có thành phần, tinh chất, nhiệt độ hoạt
động, pH tối ưu và các đặc điểm thuỷ phân khác nhau.
Những nghiên cứu về amylase đã đặt nền móng cho việc sản xuất các chế
phẩm enzyme này và là cơ sở khoa học để sử dụng chúng trong sản xuất và đời sống.
Những nghiên cứu cơ bản và ứng dụng này ngày càng được xúc tiến mạnh mẽ hơn và
đang mở ra những phương hướng mới, triển vọng mới to lớn hơn với việc ứng dụng
amylase trong các ngành kinh tế quốc dân.
Trong thiên nhiên enzyme có ở hầu hết mọi thực vật, động vật và vi sinh vật.
Song chỉ có một số hạt thực vật và một số loài vi sinh vật mới là những đối tượng có
thể dùng làm nguồn thu các chế phẩm enzyme amylase, do chúng có khả năng tích
luỹ một lượng lớn các enzyme này trong những điều kiện xác đònh.
Từ lâu người ta đã biết sử dụng các loại enzyme từ hạt nẩy mầm để sử dụng
trong ngành chế biến thực phẩm (mạch nha), nước giải khát (bia), … hoặc sản xuất các
hỗn hợp bột enzyme gồm amylase và protease để bổ sung vào các loại bột dinh
dưỡng cho trẻ em, người già, những người bò suy tiêu hoá. Hạt ngũ cốc được cho nẩy

mầm, tách bỏ phần rễ và thân mầm, sấy khô ở nhiệt độ thấp để giữ nguyên hoạt tính
của enzyme được gọi là malt. Malt có thể được sản xuất từ nhiều loại hạt ngũ cốc như
đại mạch, lúa, ngô, đậu … Amylase được thu nhận từ hạt nẩy mầm, nấm mốc, mấn
men, vi khuẩn. Trong đó amylase được thu nhận từ malt với lượng nhiều nhất, chủ yếu

8
dùng trong sản xuất bia.
Ngày nay do có ưu thế về nhiều mặt, vi sinh vật đã trở thành nguồn thu
enzyme chủ đạo. Người ta đã biết nhiều loại vi sinh vật có khả năng tổng hợp các
enzyme amylase. Những chủng vi sinh vật tạo nhiều amylase thường được phân lập từ
các nguồn tự nhiên, bởi vì các loài khác nhau và thậm chí các chủng vi sinh vật khác
nhau cũng thường sản sinh ra nhiều hệ enzyme khác nhau. Chẳng hạn trong số 278
loài Aspergillus được tiến hành thử nghiệm thì chỉ có 34 loài tạo α- amylase và
maltase với lượng đáng kể. Vi sinh vật tạo amylase được dùng nhiều hơn cả là nấm
sợi, nấm men và vi khuẩn, còn xạ khuẫn thì ít hơn.
Để thu amylase người ta thường dùng các giống nấm sợi Aspergillus, Rhizopus.
Nhiều loại thuộc các giống này (Asp. oryzae, Asp. niger, Asp. usamii, Asp. awamori,
Asp.batatae; Rh. delamar, Rh. lonnesis, Rh. neveus, Rh. japonicum, Rh.fokinensis,
Rh.lopninensis) và một số loài của Neurospora và Mucor sinh tổng hợp rất mạnh mẽ
không chỉ α- amylase mà cả glucoamylase.
Nấm men và giả nấm men thuộc các giống Candida, Saccharomyces.
Endomycopsis, Endomyces cũng tạo amylase. Đặc biệt là người ta đã tuyển chọn được
chủng Endomycopsis species 20-9 có khả năng tổng hợp mạnh mẽ glucoamylase, α-
amylase, glucoziltransferase và invertase.
Nhiều vi khuẩn cũng có khả năng tạo lượng lớn enzyme amylase như Bac.
polymyxa, Phytomonas destructans, Bact. Cassavanum, Clostridium acetobutylicum,
Pseudomonas saccharophila, …Các vi khuẩn ưa nhiệt có khả năng sinh trưởng nhanh 4
– 6 lần vi khuẩn ưa ẩm và phát triển tốt ở nhiệt độ khá cao, nên khi nuôi chúng ở
nhiệt độ cao ít bò nhiễm vi sinh vật khác. Những vi khuẩn ưa nhiệt tạo nhiều amylase
đáng chu ý là Bac. diastaticus, Bac. stearothermophilus, Bac. coagulans, Bac.

circulans. Đặc biệt,
Bac. circulans được phân lập từ đất sinh trưởng tốt ở 65 – 70
0
C và
tạo amylase mạnh nhất ở 50
0
C. Trong số vi khuẩn ưa ẩm tạo amylase mạnh, thì Bac.
subtilis được nghiên cứu chu đáo hơn cả và được sử dụng rộng rãi nhất. Nhiệt độ sinh
trưởng tối thích của Bac. subtilis là 37
0
C.
Trong nhóm xạ khuẩn rất hiếm gặp loài tạo amylase mạnh mẽ, tuy nhiên cũng

9
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 protease và các enzyme
khác.
2. TÍNH CHẤT CỦA HỆ ENZYME AMYLASE
2.1 Hoạt lực của các enzyme amylase
Khi sử dụng bất kỳ một chế phẩm enzyme nào cũng cần biết rõ hoạt lực xúc
tác của nó. Các chế phẩm có hoạt tính phân giải tinh bột thường chứa một loại
enzyme amylase. Vì vậy hoạt lực tổng hợp của chúng phản ánh tác dụng của tất cả
các amylase có trong chế phẩm. Tuy nhiên, tuỳ thuộc vào cơ chất và phương pháp xác
đònh mà người ta có thể biết được sự có mặt của một enzyme nhất đònh nào trong chế
phẩm bằng cách gián tiếp. Cần nhớ rằng, mọi hoạt độ của chế phẩm enzyme đều
không phải là một đại lượng tuyệt đối, mà chỉ là cách biều thò qui ước của hoạt lực
xúc tác thu được trong những điều kiện thực nghiệm đã cho mà thôi. Do tính đa dạng
của enzyme, đặc tính của cơ chất sử dụng, nên phương pháp xác đònh hoạt độ của

enzyme cũng rất khác nhau.
Chẳng hạn như ta biết, α- amylase dễ dàng thuỷ phân tinh bột thành các
dextrin không cho màu với iode, còn glucoamylase lại phân giải tinh bột tới glucose
và làm thay đổi màu với iode chậm, vì lẽ trong dung dòch luôn có một lượng nhỏ
dextrin phân tử lớn. Do vậy mà người ta đánh giá sự có mặt của α- amylase trong chế
phẩm (hoặc canh trường vi sinh vật) bằng sự thay đổi màu với iode, còn đánh giá sự
có mặt của glucoamylase bằng sự tích tụ glucose. mặc dù rõ ràng là hiện diện đồng
thời của cả hai enzyme này đã làm tăng hiệu quả phân giải. Hoạt độ thật của từng
enzyme một thấp hơn so với số liệu thu được.
Cho nên, nếu như ta làm việc với một chế phẩm phức hợp thì phải luôn luôn
xác đònh hiệu lực tác dụng tổng hợp của mọi amylase lên cơ chất và nghóa là chỉ thu
được đặc tính của chế phẩm một cách gián tiếp qua hoạt độ tuyệt đối của nó. Để xác
đònh hoạt độ của các enzyme amylase có thể dùng một trong các phương pháp sau:
-Đo sự biến thiên độ nhớt của dung dòch bằng nhớt kế khi cho amylase tác
dụng lên hồ tinh bột, khi đó các mạch phân tử cơ chất bò cắt ngắn, độ nhớt dung dòch

10
giảm dần.
-Đo mật độ quang của dung dòch sau khi thực hiện phản ứng màu với iode. Khi
có amylase tác dụng thì các sản phẩm phân giải của tinh bột sẽ cho màu khác nhau
đối với iode.
-Đo lượng đường maltose hoặc glucose tạo thành khi cho enzyme tác dụng lên
cơ chất. Đáng chú ý hệ enzyme amylase có các hoạt độ đặc trưng sau:
+Hoạt độ amylase (HĐA) đặc trưng cho khả năng thuỷ phân tinh bột bởi các
enzyme amylase (chủ yếu là của α- amylase) tới dextrin cho màu với iode khác với
màu của tinh bột ban đầu. Hiện nay phương pháp so màu quang điện của Rukliadeva
và Goriatreva (1985) được xem là phương pháp xác đònh hoạt độ amylase tiêu chuẩn.
Theo phương pháp này, đơn vò HĐA là lượng enzyme xúc tác thuỷ phân 1g tinh bột
tan ở 300C, trong một giờ với pH xác đònh ( đối với chế phẩm enzyme của nấm mốc,
của vi khuẩn thì pH = 4.7 còn đối với α- amylase của malt hay thóc mầm thì pH = 4.8

– 4.9) mức độ thuỷ phân cơ chất xấp xỉ 30%.
+Hoạt độ glucoamylase (HĐGl) đặc trưng cho khả năng của chế phẩm thuỷ
phân tinh bột đến glucose. Muốn xác đònh HĐGL cần đo được lượng glucose tạo
thành. Glucose trong hỗn hợp các đường thường được xác đònh bằng các phương pháp
đặc hiệu như phương pháp Zikhetar – Bleyer hoặc phương pháp dùng glucooxydase.
Đơn vò hoạt độ glucoamylase là lu7ọng chế phẩm enzyme khi tác dụng lên tinh bột ở
300C và pH tối thích trong một giờ tạo ra 1mg glucose (xác đònh bằng phương pháp
Zikhetar – Bleyer) hay cũng trong những điều kiện nhiệt độ và pH tương tự làm giải
phóng được 1micromol glucose (xác đònh bằng phương pháp glucooxydase).
+Hoạt độ đường hoá (HĐĐH) phản ánh khả năng của các enzyme amylase
đường hoá tinh bột đến các đường khử. Đơn vò hoạt độ đường hoá là lượng chế phẩm
enzyme trong một giờ ở 300C và pH thích hợp làm phân giải được 1g tinh bột thành
đường khử khi mức độ thuỷ phân cơ chất không vượt quá 30%.
+Hoạt độ maltase (HĐM) đặc trưng cho khả năng thuỷ phân maltose tới
glucose của chế phẩm enzyme. Đơn vò hoạt độ maltose là lượng chế phẩm enzyme

11
phân giải được 1g maltose tới glucose trong vòng 1 giờ ở 300C, độ thuỷ phân maltose
trong phản ứng này không vượt quá 30%.
+Hoạt độ dextrinase (HĐDEX) đặc trưng cho khả năng thuỷ phân các dextrin
tới hạn tới đường khử của chế phẩm enzyme. Đơn vò hoạt độ dextrinase là lượng mg
cơ chất (phospho-dextrin tới hạn) bởi thuỷ phân 1g hay 1 mol chế phẩm enzyme trong
một giờ ở 300C. Hiện nay người ta không dùng hoạt độ này để đánh giá các chế
phẩm enzyme nữa.
2.2 CƠ CHẤT CỦA ENZYME AMYLASE
Cơ chất tác dụng của amylase là tinh bột và glycogen
a. Tinh bột
Tinh bột là nhóm carbohydrate ở thực vật có chủ yếu trong các loại củ như
khoai lang, khoai tây, khoai mì, … trong các loại ngũ cốc, các loại hạt và có công thức
tổng quát là (C6H12O6)n. Tinh bột từ mọi nguồn khác nhau đều có cấu tạo từ

amylose và amylopectin. Các loại tinh bột đều có 20 – 30% amylose và 70 – 80%
amylose.
Trong thực vật, tinh bột được xem như là chất dự trữ năng lượng quan trọng. Ví
dụ, tinh bột có trong củ và hạt quả được xem như là chất dự trữ năng lượng cho quá
trình nẩy mầm, tinh bột củ được xem như chất dự trữ cho cây khi gặp khó khăn và cho
cả quá trình nẩy mầm (củ khoai tây, khoai mì, khoai lang …)
Amylose có trong lượng phân tử 50.000 – 160.000, được cấu tạo từ 200 – 1000
phân tử D-glucose nối với nhau bởi liên kết α-1,4-glucoside tạo thành một mạch xoắn
dài không phân nhánh.
Amylopectin có trong lượng phân tử 400.000 đến hàng chục triệu, được cấu tạo
từ 600 đến 6000 phân tử D-glucose, nối với nhau bởi liên kết α-1,4-glucoside và α-
1,6-glucoside tạo thành mạch có nhiều nhánh.
Tinh bột không tan trong nước lạnh nhưng khi hỗn hợp dòch tinh bột bò đun

12
nóng (60 – 850C) thì tinh bột sẽ bò hồ hoá và được gọi là hồ tinh bột. Dưới tác dụng
của enzyme amylase, tinh bột bò thuỷ phân do các liên kết glucoside bò phân cắt. Sự
thuỷ phân tinh bột bởi enzyme amylase xảy ra theo hai mức độ dòch hoá và đường
hoá. Kết quả của sự dòch hoá là tạo ra sản phẩm trung gian dextrin và khi dextrin tiếp
tục bò đường hoá thì sản phẩm sẽ là maltose và glucose.
Carbohydrate trong thực phẩm là nguồn cung cấp năng lượng quan trọng cho
cơ thể người. Rau và quả cũng là nguồn cung cấp tinh bột và tinh bột này một phần đã
đưuọc chuyển hoá thành disaccharide và glucose. Carbohydrate có mặt trong hầu hết
các loại thực phẩm nhưng nguồn cung cấp chủ yếu là đường và tinh bột
b. Glycogen
Glycogen là một loại carbohydrate được dự trữ trong cơ thể động vật và được
cơ thể chuyển hoá để sử dụng từ từ. Amylase có vai trò quan trọng trong sự chuyển
hoá glucid ở tế bào động vật, vi sinh vật. Glycogen được cấu tạo từ các glucose liên
kết với nhau bởi liên kết α-1,4 glucoside. Ở các vò trí phân nhánh glucose nối với
nhau bằng liên kết α-1,6 glucoside. Glycogen có mạch nhánh nhiều hơn tinh bột.

Phân tử lượng ở trong khoảng 2 triệu – 3 triệu. glycogen dễ tan trong nước, nếu như
chúng ta ăn quá nhiều carbohydrate thì cơ thể chúng ta sẽ chuyển hoá chúng thành
chất béo để dự trữ. Ở động vật và người, glycogen tập trung chủ yếu ở trong gan.
2.3 ĐẶC TÍNH VÀ CƠ CHẾ TÁC DỤNG
a. α-Amylase (1,4 - α-glucan 4-glucanhydrolase)(EC 3.2.1.1)
b. β-Amylase (1,4 - α-glucan-maltohydrolase)(EC 3.2.1.2)
c. Glucoamylase (α-1,4-glucan-glucohydrolase)(EC 3.2.1.3)
d. Dextrinase
e. Maltase
f. Pullulanase
g. Transglucosyldase


13
3.ỨNG DỤNG CỦA ENZYME AMYLASE TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC
PHẨM
3.1 Tình hình ứng dụng enzyme amylase trong công nghiệp trên thế giới và Việt
Nam
Từ khi phát hiện ra enzyme và khả năng chuyển hoá của enzyme, loài người
đã tăng nhanh quá trình sản xuất và ứng dụng enzyme trong công nghiệp. Số lượng
enzyme phát hiện ngày càng nhiều và số lượng enzyme được ứng dụng vào công
nghiệp ngày cũng càng nhiều.
Bảng : Mức độ ứng dụng của một số enzyme quan trọng hiện nay trên
thế giới
Stt Loại enzyme Tỷ lệ ứng dụng
1
Enzyme protease
-Trypsine
-Rennet
-Protease acid

-Protease trung tính
-Protease kiềm yếu
-Protease kiềm mạnh dùng trong chất tẩy rửa
59%
3%
10%
3%
12%
6%
25%
2
Carbohydrase
-Pectinase
-Isomenase
-Cellulase
-α-amylase
-β-amylase
28%
3%
6%
1%
13%
13%
3
Lipase 3%
4 Các enzyme khác sử dụng trong y học, phân tích 10%

Trong số các enzyme được sản xuất và ứng dụng trên thế giới, các nước Châu Âu sản
xuất và bán ra thò trường thế giới số lượng nhiều nhất.
Bảng : Thò trường enzyme ở Châu Âu

14
Stt Loại enzyme
Giá trò buôn báng enzyme
(triệu đô)
1 Protease 187.2
2 Carbohydrase 83.2
3 Lipase 31.6
4 Pectinase 41.6
5 Những loại enzyme đặc biệt 20.8
6 Các loại enzyme khác 41.6

Riêng trong công nghiệp thực phẩm, lượng enzyme được tiêu thụ nhiều nhất.
Số lượng enzyme được ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm chủ yếu ở các nước
Châu Mỹ, Châu Âu.



Bảng : Thò trường enzyme trong công nghệ thực phẩm, thức ăn gia súc trên
thế giới
Stt Lónh vực công nghiệp enzyme Giá trò buôn bán (triệu đô)
1
Chuyển hồ tinh bột
-Amyloglucosidase
-α-amylase
-Glucose isomerase
-Cellulase, hemicellulase
-Enzyme nấm sợi
-Pullulanase
-β-amylase

140
55
40
20
5
3
1
1
2
Cơng nghiệp sữa
-Rennet động vật
-Rennet vi sinh vật
-Lipase-esterase
-Lysozyme
110
75
20
8
6

15
3
Rượu, bia, nước giải khát
-Pectinase
-Papain
-β-glucanase
-Cellulase, hemicellulase
-α-amylase
-Amyloglucosidase
-Glucose oxidase

46
10
8
4
3 – 4
2 – 3
1 – 2
0.5
4
Cồn
-α-amylase
-Amyloglucosidase
-Pullulanase
-β-glucanase
-Cellulase, hemicellulase
32
5
Cơng nghiệp bánh kẹo
-Amylase nấm sợi
-α-amylase
-Protease
-Cellulase, hemicellulase
15
10 – 12
1 – 2
1 – 2
1 – 2
6
Thực phẩm hỗn hợp
-Invertase

-Lipase
-Bromelin
-Glucose oxidase
15
8
2
3 – 4
1 – 2
7
Thức ăn gia súc
-β-glucanase
-Cellulase, hemicellulase
-α-amylase
-Glucose oxidase
-Protease vi khuẩn
8
3 – 4
2 – 3
< 1
< 0.5
< 0.5

Ở Viện Nam công nghệ enzyme chưa phát triển. Các nghiên cứu có đề cập
đến hấu hết các loại enzyme của động vật, thực vật và vi sinh vật, nhưng có enzyme
nào được sản xuất theo qui mô công nghiệp. Việt Nam vẫn hoàn toàn phụ thuộc vào
nguồn enzyme từ nước ngoài. Trong đó các loại enzyme đang được sử dụng nhiều ở
Việt Nam là các loại enzyme của hãng NOVO của Đan Mạch. Điều đó cho thấy việc,

16
hiểu biết, nghiên cứu, phát triển sản xuất enzyme tại Việt Nam là điều rất cần thiết.

3.2 Ứng dụng của enzyme amylase trong công nghiệp thực phẩm
Các nguyên liệu chứa tinh bột không chỉ là nguồn thực phẩm trực tiếp quan
trọng mà còn là nguồn nguyên liệu rất quan trọng để tạo ra rất nhiều loại thực phẩm
khác nhau. Trong công nghiệp sản xuất bột và các sản phẩm từ nguyên liệu chứa tinh
bột, ở các nước châu Âu và châu Mỹ, người ta thường sử dụng một số chế phẩm
enzyme thương mại như ở bảng sau:
Bảng : Một số chế phẩm enzyme amylase thương mại
Stt Chế phẩm enzyme Tên thương mại hãng sản xuất
1 α-amylase vi khuẩn
Tenase
Optiamyl
Ban
Rapidase
Miles lab
Miles Kali-chemie
Novo-nordisk
Gist-brocades
2
α-amylase
vi khuẩn chịu nhiệt
Termamyl
Taka-them II
Taka-lite
Opti-therm
Maxamyl
Novo-nordisk
Miles lab
Miles lab
Miles Kali-chemie
Gist-brocades

3 Amylo glucosidase
Diazym
Optidex
AMG
Spezym
Amygase
Miles lab
Miles Kali-chemie
Novo-nordisk
Fiun Biochemical
Gist brocades
4 β-amylase
Dextrozym (chứa AMG)
Promozym
Novo-nordisk
Novo-nordisk
5 Amylase nấm sợi
Biozym
MKC.Fugal amylase
Fungamyl clarase
Amano
Novo-nordisk
Miles lab

Ở các nước châu Âu và châu Mỹ, công nghiệp sản xuất bột bắp đã phát triển
từ rất lâu. Ngay ở Mỹ, nước có lòch sử không lâu như các nước khác, nhưng công
nghiệp sản xuất bột cũng đã phát triển rất mạnh ở thế kỷ 19. Khoảng 50% bột bắp

17
trong số 20 x 106 tấn bột bắp được sản xuất hàng năm dùng để sản xuất mật tinh bột.

Số còn lại dùng cho chăn nuôi và làm các loại bánh.
a. Trong sản xuất sirô và sản phẩm chứa đường
Mục đích của việc sử dụng enzyme vào sản xuất các loại bánh quy làm tăng
mùi và vò của bánh. Khi chế biến bột thành các loại bánh quy, các enzyme protease
và amylase của bột hoạt động làm tăng hàm lượng các amino acid tự do và làm tăng
lượng đường khử. Đường khử và các amino acid có trong khối bột đó sẽ cùng tham gia
vào các phản ứng oxy hoá khử và kết quả tạo cho bánh có mùi, vò và màu hấp dẫn.
Tuy nhiên, nếu chỉ tận dụng nguồn enzyme có sẵn trong bột thì phản ứng trên
xảy ra không mạnh, nhất là khi ta sử dụng loại bột xấu để sản xuất bánh. Do đó,
người ta thường cho thêm enzyme protease và amylase vào bột chế biến trong quá
trình sản xuất bánh quy. Khi đó lượng đường khử và lượng amino acid tự do sẽ tăng
lên, phản ứng ôxy hoá khử sẽ được tăng cường.
b. Trong sản xuất bánh mì
Các loại hạt ngũ cốc như lúa mì, lúa nước, bắp, khoai mì như là những nguồn
nguyên liệu chính để làm bánh. Trong đó chỉ có bột từ lúa mì mới là nguyên liệu để
sản xuất bánh mì. Bánh mì như là một loại lương thực chính của các nước châu Mỹ và
châu Âu. Trong vài thập niên gần đây, bánh mì được coi như một phần lương thực của
Việt Nam.
Trong sản xuất bánh mì, enzyme được xem như là chất phụ gia cho vào quá
trình làm bánh để làm tăng chất lượng bánh mì. Trong sản xuất bánh mì, người ta sử
dụng enzyme nhằm giải quyết một số vấn đề sau:
-Làm tăng nhanh thể tích
-Làm màu sắc của bánh đẹp hơn

18
-Làm tăng mùi thơm cho bánh
Sự tác động tương hỗ giữa khả năng chuyển hoá của enzyme cho vào trong
quá trình chế biến và sự hoạt động của nấm men sẽ làm tăng nhanh chất lượng bánh
và đảm bảo được những mục đích nêu trên.
Trong sản xuất bánh mì người ta sử dụng cả α-amylase và β-amylase. Các loại

enzyme này tham gia thuỷ phân tinh bột để tạo thành đường. Nhờ đó, nấm men
Saccharomyces cerevisiae sẽ dễ dàng chuyển hoá chúng thành cồn, CO
2
, làm tăng
thể tích của bánh và tạo ra màu sắc, hương vò tốt cho bánh. Nguồn enzyme amylase
thường sử dụng là từ malt. Tuy nhiên trong những năm gần đây, nguồn nguyên liệu
malt dần dần được thay thế bằng nguồn nguyên liệu từ nấm sợi.
Các chế phẩm enzyme từ nấm sợi có ưu điểm là trong chế phẩm này không
chỉ chứa amylase mà còn chứa protease và một số enzyme khác rất có lợi cho quá
trình lên men. Trong khi đó, malt chủ yếu chứa amylase còn protease và những
enzyme khác không đáng kể. Chế phẩm enzyme từ nấm sợi chủ yếu thu nhận từ
Aspergillus oryzae. Enzyme amylase từ nấm sợi có pH hoạt động tối ưu là 4.5 – 5.5
Tuỳ theo hoạt tính enzyme và điều kiện xử lý bột, người ta thường cho lượng
enzyme khác nhau. Thông thường lượng enzyme cho vào bánh mì, bánh nổ là
2g/100kg bột, bánh biscuit là 15g/100kg bột. Tiêu chuẩn enzyme đưa vào xử lý các
loại bột để làm bánh như sau:
-Khả năng dextrin hoá: 2000 UI/g
-Khả năng đường hoá: 150 UI/g
-Khả năng phân giải protein: 7 UI/g
Trong quá trình sử dụng chế phẩm enzyme, người ta còn cho sulfat amôn vào bột như
chất đệm cho hoạt động của enzyme amylase. Người ta thường tạo chất đệm cho
amylase bằng cách trộn lượng enzyme amylase và tinh bột theo tỷ lệ 1: 1. Hỗn hợp
này làm ổn đònh hoạt tính của enzyme. Theo cách này hoạt tính của enzyme không

19
thay đổi trong một năm bảo quản. Hỗn hợp enzyme và amon sulfat này khi cho vào
bột để làm bánh, chất lượng bánh sẽ tăng lên rất nhiều (tăng thể tích, độ xốp, tăng
khả năng giữa hình bánh, tăng mức ổn đònh cấu trúc ruột bánh và làm giảm quá trình
khô của bánh). Ngoài ra khi sử dụng chế phẩm enzyme sẽ làm giảm tiêu hao nấm
men lỏng đến 20%.

Các kết quả nghiên cứu động học của các phản ứng xảy ra trong sản xuất bánh
mì cho thấy rằng, lượng đường có sẵn trong bột mì không đủ cho sự chuyển hoá hoá
học cũng như các chuyển hoá sinh học để đảm bảo chất lượng của bánh mì.
Mặt khác, chất lượng của bánh mì không chỉ phụ thuộc vào lượng CO
2
tạo ra
nhiều hay ít, mà phụ thuộc vào động thái của quá trình tạo ra nó. Nếu lượng khí CO
2

tạo ra chỉ từ lượng đường có sẵn trong bột mì thì lượng CO
2
này sẽ đạt cực đại ở giờ
đầu tiên và giờ thứ hai của quá trình lên men, sau đó lượng khí sẽ giảm, bánh mì sẽ
không đảm bảo chất lượng. Trong công nghiệp sản xuất bánh mì, lượng khí CO
2
phải
được tạo ra liên tục từ giờ đấu tiên đến giờ cuối cùng của quá trình sản xuất. Đặc biệt
là quá trình tạo ra CO
2
phải được ổn đònh 10 – 15 phút đầu khi đưa bánh vào lò
nướng.
Khi trong bột có β-amylase hoạt động thì tạo thành CO2 trong quá trình chuẩn bò bột
nhào xảy ra theo chiều hướng tăng và đạt cực đại ở giờ thứ tư của quá trình lên men.
Quá trình này rất thuận lợi và hoàn toàn phù hợp với những yêu cầu kỹ thuật của sản
xuất bánh mì. Như vậy, việc duy trì sự tạo thành lượng khí liên tục như vậy là do hoạt
động enzyme amylase ta đưa vào bột trong quá trình nhào bột.
Điều này hoàn toàn khác với trường hợp cho đường vào bột nhào. Nếu cho
đường vào bột nhào thì quá trình lên men xảy ra rất mãnh liệt ở những giai đoạn đầu
của quá trình lên men. Sau đó, lượng khí sẽ giảm dần. Sự lên men mạnh ở giai đoạn
đầu sẽ làm thay đổi cấu trúc vật lý của khối bột và sẽ tạo ra màu, mùi không tốt cho

sản phẩm. Ở đây cũng cần được làm rỏ hơn ảnh hưởng của từng loại đường được tạo
ra trong hoạt động của enzyme đối với chất lượng bánh. Trong quá trình chuyển hoá
tinh bột có trong bột mì, một loạt các loại đường được tạo thành như glucose, fructose
và maltose. Trong đó, maltose có ý nghóa quan trọng nhất đối với chất lượng bánh mì.

20
Ý nghóa quan trọng của việc sử dụng chế phẩm enzyme trong sản xuất bánh
mì là khi ta sử dụng enzyme, nhờ hoạt động của nó mà lượng đường được tạo thành từ
từ, không tập trung quá nhiều ở giai đoạn đầu hoặc ở giai đoạn cuối của quá trình
nhào bột. Chính vì thế, enzyme như một chất điều hoà rất có hiệu quả cho quá trình
lên men, tạo CO
2
trong suốt quá trình kỹ thuật. Như vậy, ở một góc độ nào đó ta sử
dụng enzyme trong sản xuất bánh mì như một yếu tố điều khiển kỹ thuật chó quá
trình sản xuất này.
c. Trong sản xuất bia
Trong công nghệ sản xuất bia, người ta thường sử dụng enzyme amylase có
trong mầm đại mạch để thuỷ phân tinh bột có trong mầm đại mạch. Ngoài ra, người ta
còn sử dụng các enzyme khác có trong mầm đại mạch để thuỷ phân và chuyển hoá
các chất không tan sang trạng thái tan như chuyển protein, cellulose … sang amino
acid và glucose. Các quá trình công nghệ này đã được thực hiện hàng ngàn năm nay ở
nhiều nước trên thế giới. So với các loại enzyme amylase, từ các nguồn khác nhau,
amylase từ thóc đại mạch đã nẩy mầm được sử dụng với số lượng nhiều nhất hiện
nay.
Quá trình hạt đại mạch nẩy mầm là quá trình tổng hợp enzyme amylase và
nhiều enzyme khác. Nhờ sự tổng hợp ra những enzyme này mà hạt tiến hành quá
trình tự thuỷ phân tinh bột, protein và các hợp chất khác để cung cấp nguyên liệu và
năng lượng cho hạt nẩy mầm. Đây là quá trình sinh lý bình thường của quá trình nẩy
mầm của hạt. Quá trình nẩy mầm là quá trình trao đổi chất và là quá trình sinh lý hạt
chuyển từ trạng thái năng lượng dự trữ sang trạng thái năng lượng phát triển.

Lợi dụng quy luật sinh lý bình thường này của hạt, loài người đã biết can thiệp
rất khoa học để quá trình trên được tiến hành nhanh hơn, mạnh hơn và biết ngưng ở
một giai đoạn nhất đònh, phục vụ cho mục đích của mình trong việc tạo ra sản phẩm là
bia chứ không phải là cây lúa đại mạch như trong sản xuất nông nghiệp.
Tuy nhiên, xét về mặt kỹ thuật thấy có một thiếu sót cơ bản.
Thứ nhất: trong kỹ thuật nẩy mầm, các chất khô có trong hạt sẽ bò tiêu hao. Lượng

21
chất khô bò tiêu hao trong quá trình này khoảng 12% so với tổng lượng chất khô có
trong hạt. Sự tiêu hao này là điều khó tránh khỏi trong bất kỳ quá trình nẩy mầm nào
của hạt. Nếu so với tổng lượng thóc đại mạch được sử dụng để sản xuất bia của những
nhà sản xuất bia trên thế giới thì lượng chất khô bò tiêu hao trong quá trình nẩy mầm
sẽ rất lớn.
Thứ hai: quá trình nẩy mầm của hạt là quá trình đòi hỏi thời gian cho sinh tổng
hợp các loại enzyme và quá trình chuyển hoá vật chất. Quá trình thường kéo dài 10 –
11 ngày. Thời gian chi phí cho giai đoạn này không nhỏ nếu như đem so sánh với toàn
bộ qui trình sản xuất bia.
Thứ ba: Do phải sản xuất malt nên cần phải có một phân xưởng sản xuất malt
trong nhà máy bia. Do đó, đòi hỏi không chỉ là mặt bằng sản xuất, máy móc, thiết bò
cho sản xuất mà còn đòi hỏi lao động. Tiêu hao lao động cho sản xuất malt thường
chiếm khoảng 1/3 tổng tiêu hao lao động chung của nhà máy bia.
Chính vì thế trong thời gian từ hững năm 60 của thế kỷ trước đến nay, người ta
đã tìm những nguồn enzyme khác thay thế cho malt nhằm làm giảmbớt những nhược
điểm đã trình bày trên.
Những enzyme được dùng trong sản xuất bia thay thế malt phải đảm bảo
những yêu cầu sau:
Enzyme thay thế malt cần phải phù hợp với enzyme của malt về đặc tính tác
dụng và phải có hoạt tính mạnh hơn enzyme có trong malt. Các enzyme có trong malt
bao gồm:
-Các enzyme thuỷ phân tinh bột thành đường. Đây là nhóm enzyme quan trọng

nhất, đóng vai trò quyết đònh chất lượng bia qua quá trình đường hoá, quá trình lên
men.
-Các enzyme protease tham gia thuỷ phân protein

22
-Các enzyme thuỷ phân cellulose, hemicellulose
Enzyme thay thế phải đảm bảo cho việc lọc, lên men dòch đường, làm trong
bia, cũng như phải tạo ra những đặc tính bia phù hợp như tạo bọt, độ trong và tính chất
ổn đònh trong bảo quản.
Sử dụng enzyme từ vi sinh vật là hướng nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều nước.
Hướng nghiên cứu và ứng dụng này đã đạt được rất nhiều kết quả. Sau một thời gian
dài, các ứng dụng này cho thấy những ưu điểm quan trọng sau:
-Thay thế được 30 – 50% malt trong sản xuất bia. Khả năng thay thế malt bằng
chế phẩm enzyme từ vi sinh vật có ý nghóa rất lớn không chỉ mặt kỹ thuật mà còn có
ý nghóa rất lớn về mặt kinh tế, đặc biệt là đối với những nước không sản xuất được
đại mạch, giảm ngoại tệ để nhập malt
-Hạ giá thành sản phẩm bia
-Giảm đáng kể vốn đầu tư xây dựng
Khi tiến hành đường hoá để tạo thành nước mu trong sản xuất bia bằng
enzyme amylase của malt, người ta được nước mu có thành phần đường như ở bảng
sau:
Bảng : Thành phần các loại đường có trong nước mu
Stt Các loại đường Hàm lượng Stt Các loại đường Hàm lượng
1
2
Glucose
Maltose
5 - 10%
50 - 55%
3

4
Maltotriose
Dextrin
15%
25%

Số lượng các loại đường trong bảng cho thấy đường lên men trực tiếp glucose
thường chiếm số lượng không nhiều. Nếu không thêm các loại enzyme từ bên ngoài
vào, rất khó nâng cao được mức độ lên men. Do đó trong sản xuất bia, người ta
thường cho enzyme có nguồn gốc từ vi sinh vật và từ nguồn thực vật

23
Các loại enzyme khi cho thêm vào trong sản xuất bia thường nhằm vào những
mục đích sau:
-Nâng cao chất lượng dòch đường hoá
-Nâng cao khả năng lên men bia
-Nâng cao chất lượng và ổn dònh chất lượng bia
-Giảm giá thành sản phẩm
Những ưu điểm của enzyme từ nguồn vi sinh vật được sử dụng trong sản xuất bia như
sau:
Các chế phẩm enzyme từ vi sinh vật thường có hoạt tính xúc tác rất mạnh và
chứa khá đầy đủ các loại enzyme cần thiết cho sự chuyển hoá tinh bột thành đường,
đặc biệt là tạo ra được loại đường có khả năng lên men với số lượng lớn
Các chế phẩm enzyme từ vi sinh vật thường có khả năng hoạt động ở nhiệt độ
rất cao. Điều này rất thuận lợi cho việc vận hành quá trình dòch hoá và đường hoá.
Bảng : một số đặc tính của chế phẩm enzyme sử dụng trong sản xuất bia
Stt
Loại
chế phẩm
BAN

2401
Termamyl
128L
Fugamyl
800L
AGM
300L
Promozy
m
200L
1 Loại enzyme α-amylase α,β-amylase α-amylase
Amylogluco
sidase
Pullulana
se
2
LK bò tác
động
α -1,4 α -1,4 α -1,4
α -1,4 và α-
1,6
α-1,6
3 Sp phản ứng dextrin dextrin maltose glucose
Dextrin
mt.
4
Nhiệt độ tối
ưu
70
0

C 90
0
C 55
0
C 65
0
C 60
0
C
5 pH tối ưu 6 6 5 4 5


24
Công nghệ sản xuất bia là dạng công nghệ rất phức tạp, qua nhiều công đoạn
sản xuất khác nhau. Việc ứng dụng enzyme từ nguồn vi sinh vật vào sản xuất bia
không phải là nhằm mục đích thay thế hoàn toàn enzyme có trong malt mà chỉ ứng
dụng vào từng công đoạn nhất đònh để hoàn thiện hơn quá trình sản xuất. Các nước
trên thế giới thường ứng dụng enzyme trong các công đoạn sản xuất bia như sau:
-Dòch hoá
-Đường hoá
-Giai đoạn lên men
-Giai đoạn làm trong bia và ổn đònh chất lượng bia

Sử dụng enzyme trong quá trình dòch hoá. Dòch hoá là quá trình thuỷ phân sơ
bộ tinh bột và protein trong khối bột ở nhiệt độ cao. Ở giai đoạn này, người ta sử dụng
enzyme amylase và protease của vi khuẩn. Các loại enzyme thu nhận từ vi khuẩn
thường có hoạt tính cao và có khả năng chòu nhiệt độ cao rất tốt. Nhiệt độ cao thường
làm biến tính enzyme có trong malt. Do đó việc bổ sung enzyme có khả năng chòu
nhiệt từ nguồn vi khuẩn là điều hết sức cần thiết.
Khi ta cho nguyên liệu thay thế malt (bột bắp hay bột gạo) vào trong hỗn hợp,

các loại nguyên liệu này không được thuỷ phân, dễ dàng tạo ra độ nhớt cao, ảnh
hưởng nhiều đến quá trình đường hoá và lên men sau này. Nếu ta cho thêm enzyme
chòu nhiệt từ nguồn vi sinh vật, độ nhớt của các nguyên liệu trên sẽ giảm, sẽ làm tăng
quá trình đường hoá và lên men sau này.
Các thí nghiệm dùng 10% malt trong dòch hoá bột bắp và sử dụng enzyme từ vi
khuẩn cho thấy độ nhớt trong dung dòch bột khi sử dụng enzyme từ vi sinh giảm nhiều
hơn dùng malt. Hiện tượng độ nhớt giảm cũng thấy ở bột gaọ khi dòch hoá có sử dụng
enzyme từ vi khuẩn.
Đường hoá là công đoạn sản xuất bia rất quan trọng, trong đó lượng đường
được tạo thành sẽ quyết đònh khả năng lên men và chất lượng bia sau này. Chính vì
thế, nhiều nhà máy bia trên thế giới đã cho thêm enzyme với số lượng lớn trong giai
đoạn này. Các enzyme cho vào trong giai đoạn này là những enzyme vi khuẩn chòu
nhiệt.

25
Trong nước mu, sau khi đường hoá có chứa 90% là các chất carbohydrate,
trong số này có đến 75% đường có khả năng lên men. Phần còn lại 25% là các loại
dextrin mạch thẳng và mạch nhánh.
Trong rất nhiều trường hợp, lượng đường tạo thành không đạt được mức độ
trên do nhiều nguyên nhân. Trong đó nguyên nhân chính là chất lượng malt kém. Có
ba cách để làm tăng lượng đường trong nước mu:
-Kéo dài thời gian đường hoá
-Sử dụng thêm đường
-Sử dụng enzyme để đường hoá hết lượng tinh bột
Trước đây người ta thường sử dụng hai cách trên. Sau này, việc sử dụng
enzyme thường được sử dụng hơn. Người ta thường sử dụng các loại chế phẩm
enzyme sau:


Bảng : các loại enzyme thuỷ phâ tinh bột sử dụng trong sản xuất bia

Điều kiện sử dụng Loại enzyme và vi sinh
vật sản xuất pH
0
C
Kiểu tác động và
sản phẩm tạo ra
Amylase vi khuẩn
a) B. subtilis
b) B. licheniformis

6.5
6.5

85
105/95

Endo, nối α-1,4
Dextrin
Amylase nấm mốc
Aspergillus orizae

5.0

55
Endo, nối α-1,4
Maltose
Amyloglucosidase
Aspergillus niger

4.3

60
Exo, nối α-1,4 vàα-1,6
Glucose
Pullulanase
Lồi Bacillus

4.3

60
Endo, nối α-1,6
Dextrin
Glucose isomerase
B. coaglucanz

8.0

60
Endo, nối α-1,4
Glucose và Fructose