Công nghệ sản xuất ENZYME AMYLASE và ứng dụng AMYLASE trong công nghệ sản xuất MALTOSEDEXTRIN

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
MÔN: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ
THỰC PHẨM

----------

ĐỀ TÀI:

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ENZYME AMYLASE VÀ
ỨNG DỤNG AMYLASE TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
MALTOSEDEXTRIN
GVHD

: Trần Thị Minh Hà

LỚP

: 02DHTP2

THỨ 2, TIẾT 11-12, PHÒNG F303
SVTH

: NHÓM 9

Tp.Hồ Chí Minh 19/5/2014


GVHD: Trần Thị Minh Hà

SVTH: Nhóm 9
LỜI MỞ ĐẦU

Enzyme là chất xúc tác sinh học không chỉ có ý nghĩa cho quá trình sinh
trưởng, sinh sản của mọi sinh vật mà nó còn đóng vai trò rất quan trọng trong
công nghiệp chế biến thực phẩm, trong y học, trong kỹ thuật phân tích, trong
công nghệ gen và trong bảo vệ môi trường.
Ngày nay, ngành công nghệ enzyme đã phát triển rất mạnh mẽ và được
ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm. Một số enzyme được sử
dụng phổ biến như: amylase, pectinase, protease, lipase,…
Sự có góp mặt của enzyme amylase trong thực phẩm đã được biết từ
lâu.Với đề tài “Công nghệ sản xuất enzyme amylase và ứng ụng của enzyme
amylase trong sản xuất maltose dextrin”, sẽ cung cấp thêm cho các bạn kiến thức
về qui trình sản xuất ra enzyme cũng như một trong những ứng dụng của
amylase.
Trong quá trình tìm kiếm tài liệu, viết bài do kiến thức còn hạn chế, không
tránh khỏi những sai sót. Rất mong sự đóng góp ý kiến từ cô và các bạn để đề tài
được hoàn thiện hơn. Chân thành cảm ơn!
Nhóm thực hiện:
Nhóm 9

2


GVHD: Trần Thị Minh Hà

SVTH: Nhóm 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ENZYME AMYLASE
1. Tổng quan về enzyme amylase và maltosedextrin

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 các dextrin hạn chế.
Amylase là một trong những enzyme được ứng dụng rộng rãi nhất trong
công nghiệp, y tế,... đặc biệt là trong ngành công nghiệp thực phẩm.
Maltodextrin là một polysaccharide được sử dụng như một phụ gia thực
phẩm . Nó được sản xuất từ tinh bột bị thủy phân một phần và thường được tồn
tại dạng bột trắng dễ hút ẩm . Maltodextrin có thể dễ dàng tiêu hóa, được hấp thu
nhanh chóng như glucose, vị ngọt vừa hoặc gần như không thơm. Nó thường
được sử dụng để sản xuất nước ngọt và kẹo.
1.1.
-

Lịch sử nghiên cứu

Đầu TK XIX, các nhà nghiên cứu đã tách được các chất gây ra quá trình
lên men.

-

Năm 1814, Kirchoff, Saint Petercburg chứng minh hạt lúa mạch nảy
mầm có tác dụng chuyển hóa tinh bột thành đường ở nhiệt độ từ 40°C - 60°C.

-

Năm 1833, Payen và Perso (Pháp) thêm cồn vào dịch chiết này, thu được

kết tủa có khả năng phân giải tinh bột thành đường, đặt tên là Diastase.

-

Năm 1851, Leuchs đã phát hiện nước bọt cũng có khả năng phân giải tinh
bột thành đường.

-

Sau đó, amylase trong nước bọt, trong dịch tiêu hóa của người và động
vật, trong hạt nảy mầm, nấm mốc, nấm men và vi khuẩn bắt đầu được quan tâm
nghiên cứu.

1.2.

Phân loại amylase

3


GVHD: Trần Thị Minh Hà

SVTH: Nhóm 9

Có 6 loại enzyme được xếp vào 2 nhóm: Endoamylase (enzyme nội bào)
và exoamylase (enzyme ngoại bào).
 Endoamylase gồm có:
-

α-amylase (hay α – 1-4 – glucanohydrolase).

-

Nhóm enzyme khử nhánh gồm có 2 loại:

+

Khử trực tiếp là Pullulanase (hay α-dextrin 6 – glucosidase)

+

Khử gián tiếp là Transglucosylase và Amylose-1,6 glucosidase.
Các enzyme này thủy phân các liên kết bên trong của chuỗi
polysaccharide.

 Exoamylase gồm có:
-

Enzyme β – amylase.

-

Enzyme γ – amylase.
Đây là những enzyme thủy phân tinh bột từ đầu không khử của chuỗi
polysaccharide.
Enzyme amylase được phân loại theo sơ đồ sau:

Sơ đồ 1. 1- Phân loại Enzyme amylas

•

Sự khác biệt giữa các loại enzyme amylase
4


GVHD: Trần Thị Minh Hà

SVTH: Nhóm 9

-

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.
1.3.
Cơ chất của enzyme amylase
Cơ chất tác dụng của Amylase là tinh bột và glucose.
1.3.1. Tinh bột

- Là nhóm Cacbonhydrat ở thực vật, có chủ yếu trong các loại củ như

khoai lang, khoai tây, khoai mì…, trong các hạt ngũ cốc, các loại hạt và có công
thức tổng quát là (C6H10O5)n. Hạt tinh bột có hình dáng rất khác nhau với kích
thước từ 2 đến 15µm. Tinh bột không nước có khối lượng riêng khoảng 1,633 –
1,648.
- Tinh bột là chất keo háo nước điển hình cấu tạo từ amylose – mạch
thẳng và amylopectin. Tỷ số amylose và amylopectin trong tinh bột thường vào
khoảng 1 : 4. Cả hai đều tạo những gốc α-D-glucose. Amylo có cấu tạo mạch
thẳng. Chúng được liên kết bởi các nối α-1,4 glucozit và α-1,6 glucozit nên tạo
thành nhiều nhánh. Ngoài amylose và amylopectin trong tinh bột còn có chứa
một lượng nhỏ các chất khác như muối khoáng, chất béo, protit… Hàm lượng
chung của chúng khoảng 0,2 – 0,7%.
- Tinh bột không hòa tan trong nước lạnh, trong rượu và ete. Amylose dễ
tan trong nước nóng và tạo nên độ nhớt của dung dịch. Amylopectin khi hòa tan
trong nước nóng tạo dung dịch rất nhớt.
- Trong nước nóng tinh bột sẽ hút nước trương nở và tạo dạng gel. Mức
độ trương của tinh bột phụ thuộc nhiệt độ. Khi tăng dần nhiệt độ, dịch tinh bột sẽ
biến thành dạng keo và gọi là hồ tinh bột. Nhiệt độ làm cho hồ tinh bột có độ
nhớt cực đại gọi là nhiệt độ hồ hóa của tinh bột. Trong thực tế luôn luôn tồn tại
một giới hạn nhiệt độ hồ hóa, vì tinh bột của nguyên liệu bất kì đều gồm nhiều
hạt có kích thước khác nhau.

5


GVHD: Trần Thị Minh Hà

SVTH: Nhóm 9

Tinh bột là polysaccharide carbohydrate chứa hỗn hợp amylose và
amylopectin (tỉ lệ thành phần của amylose và amylopectin trong các loại củ, hạt

ngũ cốc thường khác nhau).
+ Amylose: có cấu tạo chuỗi không phân nhánh, mạch thẳng cấu tạo từ
các gốc α–D-glucopyranosyl, liên kết với nhau bởi gốc α-1,4 glucoside, dài
khoảng 300 – 1000 gốc glucose, xoắn theo chiều lò xo mỗi xoắn có 6 gốc
glucose tạo thành hình lục giác. Cấu trúc xoắn được giữ vững nhờ các liên kết
hidro được tạo thành giữa các nhóm OH tự do . Bên trong xoắn có thể kết hợp
với các nguyên tử khác. Cùng với amylopectin, các phân tử amylose tham gia tạo
nên cấu hình hạt tinh bột ở thực vật. Ví dụ Amylose tạo thành màu xanh khi tác
dụng với Iodine, nếu đun nóng liên kết hidro bị cắt đứt, chuỗi amylose bị duỗi
thẳng do bị tách ra khỏi amylose dung dịch mất màu xanh. Amilose thường
được phân bố ở phần bên trong của hạt tinh bột. Dung dịch amylose có độ nhớt
thấp hơn dung dịch amilopectin. Amylose bị kết tủa bởi ancol butylic. Amylose
có trọng lượng phân tử 50.000 – 160.000 Da. Amylose 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: Là một polyme mạch nhánh, được cấu tạo từ các gốc
α-D-glucopyranosyl liên kết với nhau bởi α-1,4 và α-1,6 glucozit. Mức độ
polyme hóa tử amylopectin có thể lên đến giá trị hàng triệu. Cấu trúc phân mạch
của nó bao gồm 1 nhánh trung tâm ( chứa liên kết 1-4 ) từ nhánh này phát ra các
nhánh phụ có chiều dài khoảng vài chục gốc glucose. Khối lượng phân tử của
amylopectin khoảng 500000 - 1 triệu. Amylopectin được phân bố mặt ngoài hạt
tinh bột. Dung dịch amylopectin có độ nhớt cao, khi đun nóng làm thay đổi sâu
sắc và không thuận ngịch cấu trúc phân tử amilopectin gây ra trạng thái hồ hoá
tinh bột.

6


GVHD: Trần Thị Minh Hà

SVTH: Nhóm 9

1.3.2. Glycogen

Glycogen cũng thuộc glucan, dễ tan trong nước là, polysaccharide dự trữ
ở người và động vật. Phân tử glycogen có công thức chung là (C 6H10O5)n cũng
phân nhánh giống như phân tử amilopectin nhưng mức độ phân nhánh nhiều
hơn. Phần lớn các gốc glucose trong phân tử kết hợp với nhau qua liên kết α
-1,4 glucozit , liên kết α-1,6-glucozit ở chỗ phân nhánh của phân tử. Glycogen
bị thuỷ phân dưới tác dụng của Enzyme amylase hoặc acid. Khi thuỷ phân hoàn
toàn glycogen nhận được α-D-glucose. Glycogen hoà tan trong nước nóng, cho
màu đỏ tím hoặc đỏ nâu với iot Glycogen có số mạch nhiều hơn tinh bột. Phân tử
lượng ở trong khoảng 2– 3 triệu Da.
1.4.

Đặc tính và cơ chế tác dụng của amylase

Cơ chế tổng quát của enzyme amylase như sau:
-amylase
Tinh bộtDextrin + Oligosacharid
Dextrin
Pulluulanse
DextrinMaltose
Glucose
-amylase
Amyloglucosidase

1.4.1.

α -amylase

7


GVHD: Trần Thị Minh Hà

SVTH: Nhóm 9

Enzyme α-amylasecó khả năng phân cắt các liên kết α-1,4 glucozit nội
phân tử cơ chất một cách ngẫu nhiên, không trật tự nào cả. Do khả năng dextrin
hóa cao nên còn gọi là enzyme dịch hóa.
Enzyme α-amylase tác dụng chậm lên tinh bột nguyên thể nhưng tác dụng
mạnh lên tinh bột đã bị hồ hóa. Quá trình thủy phân của tinh bột của enzyme
amylase:
 Giai đoạn 1: dextrin hóa

Chỉ một số liên kết trong phân tử cơ chất bị thủy phân tạo thành một
lượng dextrin, độ nhớt của hồ tinh bột giảm nhanh.
 Giai đoạn 2: đường hóa

Các dextrin vừa được tạo thành bị thủy phân, tiếp tục tạo ra các dextrin
phân tử thấp hơn, maltose, isomaltose và glucose.
Dưới tác dụng của α-amylase, qua một thời gian dài phân tử tinh bột bị
biến đổi như sau:
Thủy phân
87% Maltose + 13% Glucose

Amylose
Thủy phân

72% maltose + 19% glucose + 8% Isomaltose + 1% dextrin phân tử thấ

Amylopectin
Nhưng thông thường α-amylase chỉ thủy phân tinh bột thành chủ
yếu là dextrin phân tử thấp và một ít maltose.
•

Đặc tính α-amylase:

-

Trọng lượng phân tử trung bình từ 40000 – 60000 Da.

-

Bền nhiệt hơn so với các loại enzyme khác (do có ion Ca 2+ giữ vai trò ổn định
cấu trúc bậc ba của phân tử enzyme)

-

Bị kiềm hãm bởi các ion kim loại nặng Cu 2+, Pb2+, Hg2+. Các ion Mn2+,Na+,Mg2+
không ảnh hưởng đến hoạt tính.

-

Có thể thu nhận nấm mốc, vi khuẩn, thực vật.
8


GVHD: Trần Thị Minh Hà

SVTH: Nhóm 9

-

Thường thể hiện hoạt tính trong vùng acid yếu .Ví dụ:

+
+
+

α-amylase của nấm mốc hoạt động ở pH 4,5 - 5,8
α-amylase của vi khuẩn hoạt động ở pH 5,8 – 6,1
α-amylase của đại mạch hoạt động ở pH 4,7 -5,4

-

Những chủng VSV có khả năng sinh tổng hợp α-amylase có ý nghĩa công
nghiệp: B.subtilis, B.licheniformis, A.oryzae.
1.4.2.

β -amylase:

Enzyme β-amylase xúc tác sự thủy phân các liên kết α-1,4 glucozit, cắt
tuần tự từng gốc maltose từ một đầu không khử của mạch tinh bột. Sản phẩm của
quá trình này chủ yếu là maltose.Enzyme này hầu như không có ở VSV, chỉ có ở
hạt nảy mầm.
Đặc tính của β-amylase:
-

β-amylase không có khả năng thủy phân tinh bột sống, mà chỉ có khả
năng thủy phân các tinh bột đã hồ hóa

-

β-amylase vẫn giữ được hoạt tính khi không có Ca 2+ , và bị kiềm hãm bởi
Cu 2+ , Hg 2+ ,urea, iodine, ozon,…

-

β-amylase chịu nhiệt kém hơn α – amylase nhưng bền với acid hơn. βamylase bị bất hoạt ở nhiệt độ 70oC. Nhiệt độ hoạt động thích hợp của β-amylase
là 50-60oC.

-

β-amylase hoạt động pH thích hợp 4,2-5,6.
1.4.3. γ - Amylase

Xúc tác thủy phân liên kết α-1,4 lẫn α-1,6 glucoside của phân tử tinh bột
và các polysaccharide tương tự. Tách lần lượt từng phân tử glucose ra khỏi đầu
không khử của mạch để tạo ra phân tử glucose.
Đặc tính của γ – Amylase:
-

Nhiệt độ hoạt động tối thích 50-600C, hầu như bị mất hoạt tính khi đun
nóng trên 700C.

-

γ-amylase hoạt động pH thích hợp 4,5-5.

-

γ-amylase bền trong acid kém bền trong ethanol, cetone.

-

Không bị ức chế bởi các ion kim loại nặng Ag+, Hg 2+.
Những chủng VSV có khả năng sinh tổng hợp γ-amylase có ý nghĩa công
nghiệp: nấm mốc: A.niger, A.awamori, nấm men: Endomycopsis.
9


GVHD: Trần Thị Minh Hà

SVTH: Nhóm 9

1.4.4. Pullulanase

Có thể thủy phân các liên kết α - 1,6 của tinh bột, glucogen, pululan và
các dextrin tới hạn. Có thể được thu nhận từ vi khuẩn Aerobacter aerogenes,
Klebsiella. Sản phẩm tạo thành sẽ là glucose.Enzyme này thường sử dụng kết
hợp với amyloglucosidase. Hoạt tính tối ưu của chúng ở pH=6 và nhiệt độ là
600C. Khi kết hợp vớiamyloglucosidase thì hoạt tính tối ưu ở pH= 4-5, nhiệt độ
450C.
1.4.5. Amylo 1,6-glucosidase

Nhiều loại nấm sợi sản sinh ra các enzyme này thủy phân maltose thành
glucose nhưng không thủy phân tinh bột.
1.4.6. Oligo-1,6glucosidase (Transglucosylase)

Thủy phân liên kết 1,6-glucoside trong dextrin tới hạn và có thể tạo thành

isomaltose, panose làm đắng dịch thủy phân.Được tìm thấy trong canh trường
nấm sợi Asp.niger, Asp. oryzae, Asp. awamori.Sự có mặt của Transglucosylase
trong các chế phẩm amylase là điều không mong muốn.

10


GVHD: Trần Thị Minh Hà

SVTH: Nhóm 9

CHƯƠNG 2 CHỦNG NẤM MỐC Aspergillus oryzae
2. Tổng quan

Quá trình lên men là hoạt động sống của tế bào VSV trong môi trường.
Quá trình này xảy ra ở điều kiện tự nhiên và quá trình sản xuất công nghiệp. Bản
chất của 2 quá trình này có thể nói là như nhau nhưng về mặt hình thức và
phương diện thì khác nhau hoàn toàn.
Quá trình lên men trong điều kiện tự nhiên là một quy luật sống còn của
VSV. Tự tham gia tổng hợp nên chất sống từ vật liệu lên men có trong tự nhiên.
Các VSV và vật chất sử dụng trong quá trình lên men tự nhiên rất phức tạp,
không đồng đều về chủng loại và về số lượng. Mặt khác, quá trình lên men này
không được kiểm soát, bao gồm nhiều pha và không định hướng. Sản phẩm lên
men là đa dạng, không ổn định. Do dó, chất lượng sản phẩm kém không đồng
nhất.
Quá trình lên men trong sản xuất công nghiệp, tất cả các khâu về phân lập
giống VSV, cơ chất, nhiệt độ, pH, độ ẩm… các quá trình phản ứng sinh học, quá
trình thu nhận, tinh sạch sản phẩm đều được kiểm soát hoàn toàn (sản phẩm tạo
ra mang tính định hướng rõ ràng ngay từ lúc đầu ở khâu chọn giống VSV cho
đến cuối quá trình thu nhận sản phẩm). Do đó chất lượng sản phẩm được cải

thiện.
2.1.

Giới thiệu chủng nấm mốc Aspergillus oryzae
Asp. oryzae

là một loại nấm vi thể thuộc bộ Plectascales, lớp

Ascomycetes ( nang khuẩn ). Cơ thể sinh trưởng của nó là một hệ sợi bao gồm
những sợi rất mảnh, chiều ngang 5-7 µm, phân nhánh rất nhiều và có vách
ngang, chia sợi thành nhiều bao tế bào ( nấm đa bào ). Từ những sợi nằm ngang
này hình thành những sợi đứng thằng gọi là cuống đính bào tử, ở đó có cơ quan
sinh sản vô tính. Cuống đính bào tử của Asp.oryzae thường dài 1-2 mm nên có
thể nhìn thấy bằng mắt thường. Phía đầu cuống đính bào tử phồng lên gọi là
bọng. Từ bọng này phân chia thành những tế bào nhỏ, thuôn, dài, gọi là những tế
bào hình chai. Đầu các tế bào hình chai phân chia thành những bào tử đính vào
nhau, nên gọi là đính bào tử. Đính bào tử của Asp.oryzae có màu vàng lục hay
màu vàng hoa cau…
11


GVHD: Trần Thị Minh Hà
•

SVTH: Nhóm 9

Đặc điểm của giống Asp.oryzae

Giàu các enzyme thủy phân nội bào và ngoại bào (amylase, protease, pectinasa,
…), ta rất hay gặp chúng ở các kho nguyên liệu, trong các thùng chứa đựng bột,

gạo… đã hết nhưng không được rửa sạch, ở cặn bã bia, bã rượu, ở lỏi ngô, ở bã
sắn… Chúng mọc và phát triển có khi thành lớp mốc, có màu sắc đen, vàng…
Màu do các bào tử già có màu sắc. Các bào tử này, dễ bị gió cuốn bay xa và
phát tán khắp nơi, khi gặp điền thuận lợi sẽ mọc thành mốc mới.

Hình ảnh của nấm mốc Aspergillus oryzae
2.2.

Giới thiệu phương pháp phân lập nấm mốc Aspergillus Oryzae
Trong đất có nhiều loài vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp enzyme
amylase. Ở nấm mốc nguồn cơ chất thích hợp cho quá trình sinh tổng hợp
enzyme amylase này là tinh bột. Chúng ta có thể phân lập từ đất, thức ăn hay có
thể mua trực tiếp từ nơi cung cấp nấm mốc giống.
Ưu điểm của việc này là giống mua thì thời gian bảo quản và hiệu suất
chất lượng giống được đảm bảo chắc chắn. Tuy nhiên, quá trình phân lập giống
này có thể cho những kết quả đầy thú vị và có ý nghĩa trong việc bổ sung một
chủng giống mới tại phòng thí nghiệm.
 Quá trình lấy mẫu:
 Có thể lấy mẫu từ đất ẩm khoảng 100g hay khoai tây cắt lát đem chôn xuống

đất.
 Sau khoảng 8 ngày, đào hố lấy những miếng khoai tây ra, rủ sạch cát đất bám

trên bề mặt miếng khoai tây.
 Sau đó cho vào bao nyclon và mang về phòng thí nghiệm.
 Tiến hành thí nghiệm phân lập:
 Nghiền mẫu đối với những mẫu khoai tây.
12

GVHD: Trần Thị Minh Hà

SVTH: Nhóm 9

 Lấy 10g mẫu đất hoặc mẫu khoai tây (đã làm nhuyễn) cho vào 90ml nước cất vô

trùng sau đó đảo trộn mẫu.
 Dùng pipet hút 10ml từ dung dịch mẫu ban đầu chuyển sang 1 ống nghiệm khác
có chứa 90ml nước cất vô trùng. Tiếp tục pha loãng mẫu ở nồng độ 10-3, 10-4 ở
những ống nghiệm tiếp theo.
 Hút 0,1ml cho vào đĩa pettri có chứa môi trường dinh dưỡng chọn lọc cho nấm
mốc phát triển,môi trường PDA (Potato Dextro Agar).
 Dùng que trải, trải đều phần dinh dưỡng trên bề mặt môi trường đem ủ ở nhiệt độ
phòng trong vòng 3 ngày.
 Mốc sẽ sử dụng nguồn tinh bột làm cơ chất, nên ở những chỗ này sẽ xuất hiện
những quầng sáng xung quanh khuẩn lạc.
 Nhận biết bằng cách bổ sung Iodine vào trong môi trường trước khi cấy. Có tác
dụng là chất chỉ thị cho tinh bột.
 Cấy truyền những mốc đặc trưng trong môi trường PDA trong ống thạch nghiêng
với 1% tinh bột cho phép mốc phát triển trong 72 giờ sau đó có thể dự trữ trong





máy làm đông.
Nhân giống vi sinh vật ở bình tam giác (qui mô nhỏ).
Đổ 10ml H2O cất vô trùng vào ống thạch nghiêng có chứa bào tử nấm.
Lắc đều cho bào tử hoà trộn vào môi trường đến khi tạo dung dịch huyền phù.
Hút 0,1ml dịch huyền phù có chứa bào tử nấm cho vào bình tam giác có chứa

môi trường sinh trưởng của nấm:
1,4ml
0,1ml
10ml
0,01ml
0,5ml
20ml
Với PH=6,5

 Phân phối khoảng 30 – 40ml môi trường vào erlen 50ml đem khử trùng bởi

Autoclave ở 1210C trong 15 phút sau đó để nguội đến nhiệt độ phòng. Sau đó
đem ủ ở 25 – 300C trong vòng 72 giờ trên máy lắc 200 vòng/phút. Sau khi nhân
giống thành công có thể sử dụng ngay hoặc đem đi bảo quản và dự trữ, để có

13


GVHD: Trần Thị Minh Hà

SVTH: Nhóm 9

hiệu quả cao cho nấm mốc giống ta cần có những phương pháp bảo quản thích
hợp.

14


GVHD: Trần Thị Minh Hà

SVTH: Nhóm 9

CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ENZYME α-AMYLASE
3.

Nguồn thu nhận
Enzyme Amylase có trong các tế bào thực vật, động vật, vi sinh vật (nấm

mốc).
•

Động vật
Enzyme Amylase có trong tụy tạng của động vật. Tụy tạng là ống dạng
chùm, dài, lớn, nằm ngang phía sau dạ dày, giữa lá lách và tá tràng. Chiều dài
của tụy tạng khoảng 30-35cm, và nặng khoảng 80-150g. Bên trong có những
vách ngăn nhỏ chia tụy tạng thành nhiều thùy nhỏ. Tụy tạng vừa có chức năng
nội tiết vừa có chức năng ngoại tiết.
Thu nhận Amylase từ động vật phần lớn là từ dịch tụy tạng. 98% tụy tạng
được cấu tạo từ các tế bào ngoại tiết hoặc là tế bào tuyến. Các tế bào này tiết
Enzyme tiêu hoá vào trong tá tràng.

•

Thực vật
Được lấy từ nhiều nguồn như:
- Đại mạch (Hordeum sativum): có giống hai hàng và giống nhiều hàng
(4,6 hàng), trong đó người ta sử dụng loại hai hàng để sản xuất malt làm bia,
những loại còn lại để làm thức ăn cho gia súc.
- Lúa (Oryse sativa L): Chủ yếu ở vùng Đông Nam Á
- Ngô (Zea mays): có nhiều loại ngô: ngô đá, ngô bột, ngô răng ngựa. Hạt

ngô có màu trắng màu vàng hay màu hồng. Ngô màu vàng do có sự hiện diện
của carotenoid và zeaxanthine ở trong nội nhũ, ngô màu hồng là do trong nội nhũ
của ngô có anthocyanin.

•

Vi sinh vật
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.
15


GVHD: Trần Thị Minh Hà

SVTH: Nhóm 9

- Nhiều vi khuẩn có khả năng tạo lượng lớn Amylase như:
Polymyxa,

Phytomonas

destructans,

Bact.

cassavanum,

Bac.

Clostridium

acetobutylium, 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 0C cùng
với proteinase và các Enzyme khác.
Enzyme amylase có trong các tế bào sinh vật, động thực vật và VSV.
Hiện nay việc sản xuất enzyme theo qui mô công nghiệp chủ yếu dựa vào vi sinh
vật. So với động thực vật, sử dụng vi sinh vât để sản xuất enzyme có rất nhiều ưu
điểm sau:
 Tốc độ sinh sản của VSV rất mạnh: trong thời gian ngắn ta có thể thu được một

lượng sinh khối rất lớn.
 Enzyme thu nhận từ vi sinh vật có hoạt tính rất cao: gắn liền với tốc độ chuyển

hóa cơ chất và tốc độ sinh sản và phát triển củaVSV.
 VSV là giới sinh vật rất thích hợp cho sản xuất theo qui mô công nghiệp: không
phụ thuộc vào điều kiện khí hậu bên ngoài.
 Nguồn nguyên liệu dùng để sản xuất enzyme theo qui mô công nghiệp rẻ tiền và
dễ kiếm.
 VSVcó thể tổng hợp cùng một lúc nhiều enzyme khác nhau.
•

Vai trò của giống vi sinh vật trong công nghệ sản xuất enzyme
 Quyết định đến năng suất enzyme của nhà máy: giống tốt thì năng xuất enzyme
thu được sẽ cao.
 Quyết định đến hoạt tính enzyme: sử dụng hoạt tính riêng để so sánh và đánh giá
chất lượng của enzyme.
 Quyết định đến vốn đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất enzyme: giống tốt, năng

suất cao thì vốn đầu tư sẽ ít đi.
 Quyết định giá thành sản phẩm: giống có chất lượng cao, chi phí cho một đơn vị
enzyme sẽ thấp hơn giống có chất lượng thấp.
•
Yêu cầu giống VSV trong công nghệ enzyme:
 Phải có khả năng sinh tổng hợp mạnh enzyme cần sản xuất
 Phải có khả năng thích ứng rất nhanh và phát triển mạnh
16


GVHD: Trần Thị Minh Hà

SVTH: Nhóm 9

 Phải có khả năng sinh sản và phát triển mạnh
 Giống phải dễ dàng tách được ra khỏi môi trường nuôi cấy tạo thuận lợi cho các

quá trình công nghệ tiếp theo.
3.1.
Sản xuất enzym α-amylase từ vi sinh vật
3.1.1. Phương pháp nuôi cấy nấm mốc
• Khái niệm nuôi cấy mặt

Phương pháp nuôi cấy bề mặt là phương pháp tạo điều kiện cho
VSV phát triển trên bề mặt môi trường.
+ Nuôi cấy bề mặt trên bề mặt dịch thể: (dùng cho nhóm vi sinh vật hiếu
khí): tùy từng loại vi sinh vật khác nhau mà chọn môi trường thích hợp khác
nhau. Môi trường pha loãng với nồng độ thích hợp, sau đó bổ sung nguồn
nitrogen (N), nguồn khoáng,… khi môi trường cho vào thiết bị lên men phải có
bề mặt thoáng, rộng. Nuôi cấy theo phương pháp này đơn giản nhưng đòi hỏi
diện tích sử dụng lớn, khó tự động hóa sản xuất. Hiện nay phương pháp này ít
được sử dụng.
+ Nuôi cấy sử dụng bể mặt môi trường bán rắn: Có thể dùng vi sinh vật
Thạch+nước
hiếu khí hoặc
bán hiếu dd
khí, kỵ khí ở phương pháp lên men này nguyên liệu
thường được dùng là:
- Các loại hạt: thóc, ngô, nếp, đậu tương…
- Các loại
mảnh:
Đun
tan mảnh sắn, mảnh bắp…
- Các loại phế liệu hữu cơ: bã mía, trấu, cọng rơm rạ,…
3.1.1.1.

Sơ đồống
nuôinghiệm
cấy
Chiết
Thanh trùng

Cấy truyền

Nuôi 5-6 ngày 30-320C

Mốc giống trên thạch nghiêng

Trộn đều bào tử

17


GVHD: Trần Thị Minh Hà

SVTH: Nhóm 9
Ngô mảnh hoặc gạo cám
Gạo hoặc ngô mảnh
Trộn nước

Giống A. oryzae

Bình tam giác
Hấp chín

Thanh trùng
Làm tơi. Để nguội 36-380C

Cấy truyền
Nước vô trùng

Nuôi 5-6 ngày 30-320C

Trộn giống 0,5-1%

Nuôi mốc trên mành 60h

Mốc giống trong bình tam giác
Mốc giống cho sản xuất

Dùng ngay hoặc sấy khô(400C)

Bao gói, bảo quản mốc

3.1.1.2.

Giải thích quy trình
Nuôi cấy giống bao gồm:

1.
2.
3.
•

Trong ống thạch nghiêng hay giữ giống trong ống nghiệm.
Trong bình tam giác (nhân giống nhỏ).
Trên sàng, khay (nhân giống lớn).
Nuôi cấy trong ống thạch nghiêng

18


GVHD: Trần Thị Minh Hà

SVTH: Nhóm 9

Sau khi phân lập (từ tự nhiên, trong sản xuất, mẫu giống đã hư hỏng)
thành công trên môi trường chọn lọc từ đĩa petri cấy chuyển những mốc sợi (hay
lấy nấm mốc từ ống giống) sang ống thạch khác.
Yêu cầu: ống giống phải tuyệt đối đảm bảo thuần khiết, không được lẫn
lộn bất kỳ một loài vi sinh vật nào khác. Môi trường thạch nghiêng phải đảm bảo
đầy đủ dinh dưỡng.
•

Nuôi cấy giống trong bình tam giác
Cách làm môi trường trong bình tam giác:

•

Môi trường gạo: gạo tẻ loại tốt, nấu cơm như nấu bình thường, hạt cơm chín đều
không quá nhão và không quá khô. Độ ẩm khoảng 45% để nguội bớt rời thành
từng hạt cho vào bình tam giác thành lớp dày khoảng 1cm. Đậy nút bình tam

giác bằng giấy chống ẩm. Hấp thanh trùng ở P=1 atm trong vòng 30-45 phút
• Môi trường ngô mảnh: Ngô mảnh có kích thước khoảng 0,2-0,5 mm cho nước
vào theo tỷ lệ 90% trọng lượng so với ngô, trộn đều trong khay để 1-2 giờ cho
ngấm nước đều. Bóp tơi cho vào bình tam giác khác thành lớp dày 1cm. Đậy nút
bình bằng giấy chống ẩm. Hấp thanh trùng đồng thời làm chin ở P=1 atm, 120 0C,
trong thời gian 60 phút, lấy ra để nguội lắc cho khỏi vón cục.
• Môi trường cám: Chọn cám tốt, mới nhưng loại thô không cần mịn hạt, sau đó
làm tương tự như đối với ngô mảnh.
Thường sử dụng các bình tam giác dung tích 0,3-0,5 lít hay 1 lít có cổ
rộng. Sau khi chuẩn bị môi trường trong bình thuỷ tinh ta tiến hành nuôi cấy nấm
mốc. Trước tiên cần phải chuẩn bị lấy 5ml nước vô trùng cho vào các ống
nghiệm. Sau đó, đổ nước vô trùng cho bào tử hoà vào trong nước đồng thời cấy

chuyển chúng sang bình tam giác.
Trung bình cứ một ống nghiệm có thể cấy chuyển sang 2-3 bình tam giác
có dung tích 1 lít, lắc cho giống phân bố đều trong môi trường và tiến hành nuôi
cấy chúng trong điều kiện thích ứng. Thường nuôi khoảng 5-6 ngày là được. Yêu
cầu cơ bản trong giai đoạn này là làm sao tạo được nhiều bào tử mạnh khoẻ.
Trường hợp nào thấy bình bịnhiễm thì phải loại bỏ ngay.
•

Nuôi cấy mốc trên mành sành
Chuẩn bị môi trường làm mốc trên khay: Nguyên liệu thường dùng là ngô
mảnh có kích thước 0,2-0,5mm. Trộn với nước theo tỷ lệ 80-90% trọng lượng so
19


GVHD: Trần Thị Minh Hà

SVTH: Nhóm 9

với ngô nếu hấp dưới áp lực cao. Trộn xong để khoảng 3-4 giờ cho ngô ngấm
nước đều rồi hấp chín. Thời gian hấp khoảng 3-4 giờ dài hơn so với thời gian hấp
cám hay gạo. Nguyên liệu sau khi hấp phải chín đều, không được quá bết hoặc
quá khô. Độ ẩm còn lại 45-50% là vừa.
Cách gieo cấy và nuôi mốc trên khay: Nguyên liệu dỡ ra, làm nguội
nhanh. Nếu ít có thể bóp bằng tay cho tơi ra, nếu nhiều cho qua máy đánh tơi và
dùng quạt thổi. Sau khi làm nguội đến 26-28 0C thì trộn nước giống từ bình tam
giác vào với tỷ lệ 0,5-1% hoặc với tỷ lệ cao hơn.
Sau khi trộn giống, ủ môi trường vào khay thành luống cao (0,3m). Đặt ở
nhiệt độ 30-320C, độ ẩm 85-100%. Thời gian ủ 6-8 giờ, nhiệt độ khối môi trường
lên tới 34-360C và bào tử đã nảy mầm gần hết nhưng chưa thành sợi dài. Lúc này
cần rải môi trường thành lớp mỏng 2-3cm cần giữ cho nhiệt độ môi trường

không vượt quá 360C. Lượng nhiệt tỏa ra nhiều nhất ở khoảng 10-14 giờ sau khi
trộn giống. Sau khi nuôi 34-36 giờ, nhiệt độkhối môi trường bắt đầu giảm, cần
phải điều chỉnh nhiệt độ lên 34-35 0C, để duy trì sự hình thành bào tử của nấm
mốc.
Thời gian nuôi mốc giống trên khay vào khoảng 60 giờ. Nếu thấy hình
thành bào tử chậm thì có thể kéo dài 70-72 giờ. Mốc giống khi lấy ra thường có
độ ẩm 32-35% có thể dùng ngay làm giống cho công đoạn sản xuất. Nếu không
dùng ngay thì phải đem sấy khô đến độ ẩm 8%, giữ dùng dần hoặc là cung cấp
giống cho các nơi sản xuất.
Nhiệt độ phòng sấy không được quá 40 0C. Các bao mốc giống cần được
bảo quản nơi thoáng mát (có thể bảo quản lạnh 4-5 0C) tránh ánh nắng. Thời gian
bảo quản tùy điều kiện có thể, từ 1-2 tháng hoặc lâu hơn
3.2.1.3.
•




Ưu và nhược điểm của phương pháp nuôi cấy bề mặt

Ưu điểm
Dễ thực hiện, quy trình công nghệ thường không phức tạp.
Lượng enzyme được tạo thành thường cao hơn rất nhiều so với nuôi cấy bề sâu.
Chế phẩm enzyme thô (bao gồm thành phần môi trường sinh khối VSV, enzyme
và nước). Sau khi thu nhận rất dễ sấy khô và dễ bảo quản.

 Không cần sử dụng nhiều thiết bị phức tạp, do đó việc vận hành công nghệ cũng

như việc đầu tư vừa đơn giản vừa không tốn kém.

20


GVHD: Trần Thị Minh Hà

SVTH: Nhóm 9

 Trong trường hợp bị nhiễm các VSV lạ, ta rất dễ dàng xử lý. Môi trường đặc là

môi trường tĩnh, không có sự xáo trộn nên khu vực nào bị nhiễm ta chỉ cần loại
•

bỏ khu vực đó khỏi toàn bộ khối nuôi cấy.
Nhược điểm: Nhược điểm lớn nhất và dễ nhận thấy nhất đó là: Phương pháp này
tốn khá lớn diện tích cho nuôi cấy. Trong phương pháp này VSV phát triển trên
bề mặt môi trường (môi trường lỏng hoặc môi trường bán rắn) nên rất cần nhiều
diện tích, khó tự động hóa sản xuất.
Phương pháp nuôi cấy bề mặt bán rắn này rất thích hợp cho lên men ở
nấm mốc Asp.oryzae.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhân giống
• Độ ẩm (w) môi trường: Tốt nhất cho sự hình thành enzyme của nấm mốc
3.2.1.4.

Asp.oryzae là 55-60%. Độ ẩm môi trường thích hợp cho sự hình thành bào tử là
khoảng 45% nên cần giữ cho độ ẩm môi trường không bị giảm trong quá trình
phát triển. Ảnh hưởng của việc giữ ẩm trong quá trình sinh trưởng tới sự tạo αamylase của Asp. Oryzae nuôi bằng phương pháp bề mặt:

BẢNG: Ảnh hưởng của việc giữ ẩm trong quá trình sinh trưởng tới
sự tạo α-amylase của Asp.oryzae nuôi bằng phương pháp bề mặt

Điều này thật sự cần thiết phải giữ ẩm cho môi trường ở mức độ tối thích.
Cần thông khí liên tục trong suốt thời kỳ sinh trưởng của nấm mốc và còn phụ
thuộc vào kích thước, chiều dày của lớp môi trường nuôi.
• Không khí: Asp.oryzae là VSV hoàn toàn hiếu khí, chỉ phát triển bình thường
khi đầy đủ oxy. Để đáp ứng điều kiện nuôi này, môi trường phải xốp, rải thành
lớp dày không quá 2,5-3cm, phòng nuôi phải thoáng. Theo thực nghiệm, để thoả
mãn cho sự hô hấp của nấm mốc Asp.oryzae trong toàn bộ chu kỳ phát triển cứ
21


GVHD: Trần Thị Minh Hà

SVTH: Nhóm 9

cách 1giờ, môi trường cần khoản 1,7m 3 không khí. Asp. oryzae phát triển bình
thường khi nồng độ CO2 trong không khí đạt 8%.
• Nhiệt độ: Nhiệt độ nuôi cũng là một yếu tố hết sức quan trọng đối với sự sinh
trưởng của chủng nấm mốc này và sự tạo thành các enzym amylase. Nhiệt độ
thích hợp cho sự phát triển và hình thành enzym là 28-300C. Nhiệt độ do nấm
mốc tỏa ra môi trường có thể bị nóng lên 40 0C hoặc hơn. Do vậy cần giữ cho
nhiệt độ môi trường không xuống dưới 27 0C và không cao hơn 360C. Toàn bộ
chu kỳ sinh trưởng của nấm mốc cám có thể chia làm hai thời kỳ:
• Thời kỳ trương và nảy mầm của đính bào tử trong 11 giờ đầu. Trong
thời kỳ này cần phải cung cấp nhiệt cho phòng nuôi không hơn 23300C.Độ ẩm tương đối của không khí là 96-100%.
• Thời kỳ sinh trưởng nhanh của hệ sợi (có thể đạt từ 4-18 giờ).
Nếu tiến hành nhân giống vi sinh vật ở nhiệt độ thấp hoặc cao hơn khoảng
nhiệt độ tối ưu (topt=27-30oC) thì vi sinh vật sinh trưởng chậm hơn và hằng số tốc
độ sinh trưởng của giống sẽ giảm xuống.
•

Thời gian nuôi nấm mốc: Hầu hết các chủng nấm mốc Asp. oryzae có hoạt
động cực đại của amylase ở khoảng giờ thứ 30-38, rồi sau đó là cực đại của
protease ở giờ thứ 36-42. Một số chủng cho hai cực đại của enzym, ví dụ: cực
đại của enzym amylase ở giờ thứ 36 và giờ thứ 60. Do đó, thời gian nuôi mốc có
thể kéo dài từ 60-72 giờ. Thời gian nuôi để có lượng amylase cực lớn thường
được xác định bằng thực nghiệm. Sự tạo bào tử là hiện tượng không mong muốn
vì thường làm giảm hoạt lực của enzym. Đối với Asp. Oryzae, sự tạo hoạt lực tối

đa thường kết thúc khi nấm mốc bắt đầu sinh bào tử.
• Ảnh hưởng của pH: pH thích hợp cho Asp.oryzae là môi trường acid yếu
khoảng 5,5-6.5. Các môi trường tự nhiên từ cám, ngô thường có sẵn pH ở
khoảng này nên không cần điều chỉnh. Đôi khi khả năng sinh bào tử của nấm
mốc bị yếu hoặc mất hẳn. Để khôi phục khả năng này có thể nuôi nấm mốc
trong ánh sáng khuếch tán trong một vài thế hệ.
• Oxy: đối với nhóm vi sinh vật hiếu khí bắt buộc như A.oryzae, việc cung cấp oxy
cho môi trường là rất cần thiết để giúp vi sinh vật tổng hợp năng lượng, duy trì
các hoạt động trao đổi chất và sinh tổng hợp sinh khối. Cụ thể, cứ 1kg môi
trường cần khoảng 1,7m3 không khí.

22


GVHD: Trần Thị Minh Hà
•

SVTH: Nhóm 9

Sự khuấy trộn: đối với nấm mốc sử dụng trong chế biến thực phẩm, giống
thường được sử dụng dưới dạng bào tử. Khi đó, người ta thường nhân giống trên
môi trường rắn xốp.

Trong trường hợp này sử dụng thiết bị nhân giống dạng hình trụ
ngang và có thể quay quanh trục của nó, quá trình đảo trộn môi trường có thể
thực hiện một cách tự động và canh trường nuôi đạt được độ đồng nhất cao hơn.
3.3.
Quy trình lên men thu nhận enzyme Amylase
3.3.1. Tổng quan nguyên liệu

Sử dụng phương pháp nuôi cấy bề mặt mốc giống Asp.oryzae cho quá
trình lên men tạo enzyme α-amylase. Nguyên liệu sử dụng là nguyên liệu giàu
tinh bột.
Nguồn tinh bột: Ở nước ta nguồn nguyên liệu chứa tinh bột thì vô cùng đa
dạng và phong phú. Ví dụ, tinh bột từ gạo (gạo tẻ, gạo nếp, tấm), ngô, sắn, cám
mì, cám gạo, gạo, ngô mảnh, đậu nành và các loại hạt ngũ cốc khác. Trong các
loại nguyên liệu trên, cám gạo, cám mì được sử dụng nhiều hơn cả.Vì hai loại
này có đầy đủ các chất dinh dưỡng cần thiết cho VSV phát triển.Mặt khác, khi
tạo môi trường, chúng thường có tính chất vật lý rất thích hợp để vừa đảm bảo
khối kết dính cần thiết, vừa đảm bảo lượng không khí lưu chuyển trong khối
nguyên liệu.
Yêu cầu của cám là không được chứa tinh bột dưới 20-30%. Nên dùng
cám tốt, cám mới không có vị chua hay đắng, không hôi mùi mốc. Độ ẩm của
cám không quá 15%, tạp chất độc không quá 0,05%.
Để phù hợp cho sản xuất enzyme α-amylase ở qui mô công nghiệp thì cần
phải tính đến chi phí cho giá thành sản phẩm. Do vậy, nguồn nguyên liệu cần
được quan tâm và chú trọng về mức độ rẻ tiền và dễ kiếm. Đây là một lợi thế rất
quan trọng cho nhà sản xuất và cho cả người tiêu dùng để có giá thành thấp và
được sản xuất đại trà.
Trong nhiều trường hợp, để tạo khả năng thoáng khí tốt hơn, người ta
thường cho thêm trấu với tỷ lệ thích hợp cho từng loại enzym đươc tạo ra từ
VSV. Thực chất cho trấu vào là làm tăng độ xốp của môi trường, tạo nên những
khoảng trống để không khí có thể lưu thông trong lòng môi trường. Chính vì thế

23


GVHD: Trần Thị Minh Hà

SVTH: Nhóm 9

ta thấy rằng nấm mốc Asp. oryzae không chỉ phát triển trên bề mặt môi trường
mà còn phát triển rất mạnh trên bề mặt hạt môi trường. Hay nói cách khác, chủng
nấm mốc Asp.oryzae có khả năng phát triển ở giữa hai pha rắn và pha khí của
môi trường.Trong trường hợp này, nó có khả năng phát triển hẳn trong lòng môi
trường nhưng nó vẫn hoàn toàn mang ý nghĩa của quá trình lên men bề mặt.
Cơ sở lý thuyết cho quá trình tổng hợp enzyme α-amylase
Sự tổng hợp enzyme α-amylase
− Nguyên lý điều hòa sinh tổng hợp enzyme ở vi sinh vật:
Mỗi một enzyme được tổng hợp ra bị điều khiển bởi một gen. Sau khi
3.3.2.

được tổng hợp nên, mỗi một enzyme lại tham gia một phản ứng sinh học, để cuối
cùng tạo ra sản phẩm. Gen đóng vai trò quyết định đến cấu trúc enzyme, tính
chất, chiều hướng phản ứng của enzyme. Nếu gen bị thay đổi cấu trúc, enzyme
sẽ bị thay đổi theo, kết quả là phản ứng sẽ bị thay đổi hoàn toàn.
Sinh tổng hợp enzyme trong tế bào vi sinh vật còn bị điều khiển bởi cơ
chế cảm ứng. Những cơ chất cảm ứng (cơ chất đặc hiệu) có trong môi trường có
tác dụng đặc hiệu lên tế bào. Từ đó hình thành chuỗi thông tin. Gen có trách
nhiệm tổng hợp enzyme.
Ngoài ra trong sản xuất enzyme, người ta còn điều khiển quá trình sinh
tổng hợp enzyme bằng cơ chế kiếm chế tốc độ sinh tổng hợp enzyme bằng sản
phẩm cuối. Cơ chế này gọi là cơ chế ức chế ngược bởi sản phẩm cuối cùng. Khi
sản phẩm cuối cùng được tạo thành sẽ phong tỏa toàn bộ hệ thống hoạt động điều

khiển sự tổng hợp enzyme tạo ra sản phẩm cuối này.
− Nguyên lý trao đổi chất của VSV trong sinh tổng hợp enzyme:
Trong quá trình trao đổi chất ở VSV có quá trình dị hóa (dị hóa trong tế
bào, dị hóa ngoài tế bào). Để thực hiện quá trình đồng hóa và dị hóa đó, VSV sẽ
phải tổng hợp ra những enzyme tương ứng.
Các enzyme đồng hóa được tổng hợp trong tế bào và chỉ thực hiện các
hoạt động đồng hóa xảy ra trong tế bào.
Các enzyme dị hóa được tổng hợp trong tế bào nhưng có thể hoạt động
trong và ngoài tế bào.
−

Nguyên lý sản xuất enzyme theo quy mô công nghiệp:
Theo hai quá trình điều khiển: điều khiển genotype và điều khiển sự biểu
hiện của phenotype.
24


GVHD: Trần Thị Minh Hà

SVTH: Nhóm 9

Quá trình điều khiển genotype: là quá trình tạo giống VSV. Công việc này
giúp ta thu nhận được giống VSV mới có khả năng sinh tổng hợp enzyme cao
hơn giống ban đầu. Trước đây người ta thường chọn giống từ điều kiện tự nhiên.
Công việc chọn giống từ nguồn VSV tự nhiên đòi hỏi nhiều công sức. Nguyên
tắc chọn giống là dựa vào khả năng chọn lọc tự nhiên, nhiều loài VSV có tính
chất vượt trội hơn các loài khác ở một tính trạng nào đó. Ngày nay người ta
thường áp dụng phương pháp tái tổ hợp gen, phương pháp này vừa nhanh vừa
thu được kết quả theo ý muốn.
Quá trình điều khiển biểu hiện fenotype: là phương pháp sử dụng các yếu

bên ngoài (nhiệt độ, pH, chất dinh dưỡng, cơ chất, chất kích thích, chất kìm hãm,
…) tác động vào VSV, kết hợp các ngành chế tạo máy, tự động hóa theo hướng
tối ưu hóa quá trình sinh tổng hợp enzyme.
3.3.3.

Quy trình sản xuất
Nguyên liệu

Giống vi sinh vật

Xử lí nguyên liệu
Nhân giống
Trộn giống VSV

Giống cho sản xuất

Nuôi cấy

Thu nhận enzyme thô

Tinh sạch
Tạo chế phẩm enzyme

Chế phẩm Enzyme
25