Phản ứng thủy phân và ứng dụng

Chương 2
Phản ứng thủy phân và ứng
dụng


Nội dung
•
•
•
•
•

Khái niệm về phản ứng thuỷ phân
Ý nghĩa
Vài ứng dụng của enzim thủy phân
Phương pháp thực hiện quá trình thuỷ phân
Ứng dụng


Phản ứng thủy phân
Là phản ứng phân giải các chất, có sự tham
gia của nước.
Bản chất: là quá trình phân cắt một hợp chất
cao phân tử thành các phần tử đơn giản hơn
dưới tác dụng của các chất xúc tác và có sự
tham gia của nước trong phản ứng.


Ý nghĩa
• Là phản ứng phổ biến và rất quan trọng trong
bảo quản và sản xuất thực phẩm.

• Phản ứng thủy phân thường là mở đầu cho
một loạt các phản ứng tiếp diễn.
• Đóng vai trò rất quan trọng trong kỹ thuật sản
xuất các sản phẩm thực phẩm.


Glucid

Protein

Mục đích
sử dụng
Cellulose

Lipid
Pectin


Vật liệu đưa vào quá trình
Nguyên liệu
Thực
vật

Động
vật

Chất xúc tác
Xúc tác
vô cơ

Xúc tác
sinh học


Xúc tác sinh học
• Tính đặc hiệu của enzym
• Độ hoạt động của enzym
• Điều kiện tối ưu


• Tính đặc hiệu của enzim
– Thủy phân trên cơ chất nhất định
Ví dụ
Enzim thủy phân tinh bột: hệ amilase, có nhiều
trong hạt nẩy mầm, nấm mốc, nấm men và các vi
khuẩn.
Enzim thủy phân protid: protease.
Lipase: thuỷ phân lipid thành acid béo.


• Độ hoạt động của enzym: cao
– Phụ thuộc vào nhu cầu và tính chất của sản phẩm
→ sử dụng enzim dạng tinh khiết hay sử dụng các
chế phẩm từ thô đến tinh.
– Chế phẩm: hoạt độ không cao bằng enzim tinh
khiết, lượng dùng lớn hơn, chất lượng sản phẩm
không hoàn toàn cao, nhưng kinh tế hơn (đặc biệt
đối với enzim khó tách).
– Hiện nay, enzim tinh khiết và chế phẩm được
thương mại hoá→ thuận tiện sử dụng

Cần biết trước khi sử dụng
Điều kiện tối ưu cho mỗi loại
Khác nhau về nguồn gốc

Điều kiện tối ưu
pH
Nhiệt độ
Lượng enzim
Nồng độ cơ chất
Thời gian tác dụng

về chủng loại các enzim


Biến đổi và động lực học của quá
trình
• Biến đổi chủ yếu: biến đổi hóa học
• Động học phản ứng: tốc độ phản ứng
dx
k (a – x)
dt
a: lượng cơ chất ban đầu cho vào quá trình
thuỷ phân
x: lượng cơ chất được thủy phân sau thời gian t
k: hằng số tốc dộ phản ứng


Ưu và nhược của thủy phân bằng

enzym hydrolase
Tính đặc hiệu cao

• Ưu

Điều kiện sản xuất nhẹ nhàng, ôn hoà: nhiệt độ
không quá cao, pH trung tính
Điều chỉnh được thành phần hoá học của sản phẩm
Không dùng hoá chất trong sản xuất
Không tổn hao axit amin trong quá trình sản xuất
Thiết bị đơn giản, dễ chế tạo. Giá thiết bị không cao

 Nhược

Hiệu suất thủy phân không cao
Thời gian và quy trình sản xuất kéo dài.


Khắc phục nhược điểm của phương pháp thủy
phân bằng enzym
• Thủy phân bằng phương pháp kết hợp enzymacid , acid –enzym
• Rút ngắn thời gian và đơn giản hóa công nghệ


Enzyme thủy phân: HYDROLAZE
- Nguồn gốc: Động vật, thực vật, vi sinh vật
- Chia thành 4 nhóm theo bản chất cơ chất:
esterase, glucosidase, peptidase, amidase

Đặc điểm chung của enzyme thủy phân:

HYDROLAZE
-

Đa số các enzyme thủy phân không có nhóm
ngoại (enzyme một cấu tử).

-

Trung tâm hoạt động của chúng có các acid
amin đặc hiệu

-

Ví dụ : Imidazol của histidin
Hydroxyl của serin.


Phương trình phản ứng
1) R1-COOR2 + H2O
ester
2) R-O-R1 + H2O
glucid

esterase

R1-COOH + R2-OH

glucosidase

R1-OH + R-OH


Phương trình phản ứng
3) R-CO-NH-R1 + H2O
protid

peptidase

R-COOH + R1-NH2

amidase
4) R-CO-NH2 + H2O
amid

R-COOH + NH3


Enzyme thủy phân cơ chất đường bột.
• Giới thiệu chung
Enzyme được dùng chuyển hóa tinh bột thô
thành:
-Sản phẩm chứa tinh bột đã qua xử lý
-Sản phẩm có nguồn gốc từ tinh bột.
-Sản phẩm đường hoá


Giới thiệu chung về tinh bột
• Tinh bột là hợp chất thứ hai sau cellulose hiện

diện nhiều trong thực vật.
• Các hạt tinh bột là nguồn dự trữ năng lượng.
• Kích cỡ và hình dạng các hạt tinh bột thay đổi
tùy theo giống.
• Nguồn tinh bột thương mại: lúa, lúa mì, bắp,
khoai, sắn….


Hệ enzyme dùng chế biến
đường bột
• Hệ thống enzyme amilase thuộc nhóm
hydrolase
• Bao gồm các enzyme :
– α amilase
– β amilase
– Glucose amilase
– isoamilase


Hệ enzyme dùng chế biến đường bột
• Nhóm enzyme đồng phân hoá:
Enzyme glucose isomerase.
• Nhóm enzyme oxyd hoá:
Enzyme glucose oxydase.
• Nhóm enzyme thuỷ phân
Enzyme invertase.


Enzyme α amilase
• Mã enzyme: (EC 3.2.1.1)

• Kiểu enzyme thuỷ phân: endo-acting
• Cơ chất: tinh bột, glycogen
• Vị trí cắt: Liên kết glycosid 1-4 bên trong dây tinh bột
không cắt liên kết glycosid 1-6
• Sản phẩm sau thuỷ phân: Dextrin


Enzyme α amilase (tt)
• Nguồn thu nhận:
Vi khuẩn: Bacillus spp
Enzyme chịu nhiệt
(T0 tới hạn là 1160C)
Nấm mốc:Asp orizae
Enzym nhạy với nhiệt
• Ứng dụng: Hồ hóa tinh bột, đuờng hóa tinh
bột để nấu bia , chế tạo syro maltose đậm
đặc.


Enzyme α amilase(tt)
Tính chất cuả enzyme α amilase
• Dễ tan trong H20, nuớc muối, rượu loãng.
• α amilase là protein có tính acid yếu.
• Điểm đẳng điện pHi=4,2-5,7.
• Bền với nhiệt hơn các enzyme amilase khác.
• Bị kiềm hãm bởi kim loại nặng:
Cu2+, Ag2+,Hg2+


Nguyên liệu sản xuất enzyme

α amilase
• Nguồn thu nhận:
Thu nhận từ môi trường nuôi cấy nấm mốc, nấm
men.
• Chủng vi khuẩn:
Bacillus subtilis,Bacillus mensentericus,.
Bacillus licheniformis
• Chủng nấm mốc:
Asp oryzae, Asp Niger,Asp flavus, Asp awamori,
mucor spp
• Mỗi chủng vi sinh vật có thể tổng hợp nhiều loại
enzyme, nhưng hàm lượng các enzyme này khác
nhau.