Ứng dụng công nghệ enzyme sản xuất các sản phẩm đường bột

I/ Giới thiệu về enzyme:
1) Khái niệm:
Trong các tế bào của cơ thể sống luôn luôn xảy ra quá trình trao đổi chất. Sự trao đổi
chất ngừng thì sự sống không còn tồn tại. Quá trình trao đổi của một chất là tập hợp các
quy luật của rất nhiều phản ứng hoá học khác nhau. Các phản ứng hoá học phức tạp này
có liên quan chặt chẽ với nhau và điều chỉnh lẫn nhau. Enzyme là các hợp chất có bản
chất protein xúc tác cho các phản ứng hoá học đó. Chúng có khả năng xúc tác đặc hiệu
các phản ứng hóa học nhất định và đảm bảo cho các phản ứng xảy ra theo một chiều
hướng nhất định với tốc độ nhịp nhàng trong cơ thể sống.
Chúng có trong tất cả các loại tế bào của cơ thể sống. Enzyme còn được gọi là chất
xúc tác sinh học (biocatalysator) nhằm để phân biệt với các chất xúc tác hoá học.

2) Ứng dụng enzyme trong công nghiệp:
Việc sử dụng enzyme trong công nghiệp là đa dạng, phong phú và đã đạt được
nhiều kết quả to lớn. Enzyme đóng 1 vai trò không thể thiếu trong các ngành công nghiệp
sau:
Công nghiệp thực phẩm (công nghiệp thịt, công nghiệp chế biến cá, chế
biến sữa, công nghiệp bánh mì, bánh kẹo, công nghiệp bia, công nghiệp
sản xuất sữa…)
Công nghiệp hương phẩm và mỹ phẩm
Công nghiệp dệt
Công nghiệp thuộc da
Công nghiệp phim ảnh
Công nghiệp y học…

II/ Các loại enzyme phổ biến trong sản xuất các sản phẩm đường bột.
1) Protease:
Protease (peptit – hidrolase 3.4) là tên gọi chung cho nhóm enzyme xúc tác quá
trình thuỷ phân liên kết liên kết peptit (-CO-NH-)n trong phân tử protein, polypeptit đến
sản phẩm cuối cùng là các axit amin. Ngoài ra, nhiều protease cũng có khả năng thuỷ
phân liên kết este và vận chuyển axit amin.

1


Protease là enzyme được sử dụng nhiều nhất hiện nay trong một số ngành sản xuất
như: chế biến thực phẩm (đông tụ sữa làm pho mát, làm mềm thịt, bổ sung để làm tăng
chất lượng sản phẩm trong sản xuất bia, xử lý phế phụ phẩm trong chế biến thực phẩm…)
Việc sử dụng trong chế biến làm mềm thịt là ứng dụng có tính truyền thống. Nhân
dân ta từ rất lâu đã dùng thơm để nấu canh thịt bò; dùng rau sống là chuối chát, vả kết
hợp thức ăn nhiều thịt; đu đủ trong chống táo bón…mà thực chất là sử dụng papain,
bromelain, fixin. Người Nga còn dùng protease từ hạt đậu tương nẫy mầm để làm mềm
thịt. Ngoài khả năng phân giải để làm mềm thịt, tạo thức ăn dễ tiêu hóa, công nghệ sản
xuất các loại dịch thủy phân giàu protein đã được áp dụng một cách có hiệu quả tính năng
của protease.
Protease là một công cụ để chế biến các phế liệu của công nghiệp thực phẩm thành
thức ăn cho người và vật nuôi. Người ta còn khai thác tính đông tụ như của renin, pepsin
vào công nghiệp thực phẩm như trong sản xuất phomat.
Protease phân bố ở thực vật, động vật, vi sinh vật. Tuy nhiên nguồn enzyme ở vi
sinh vật phong phú nhất, có ở hầu hết các vi sinh vật như vi khuẩn, nấm mốc và xạ
khuẩn… Có thể nói vi sinh vật là nguồn nguyên liệu thích hợp nhất để sản xuất enzyme ở
quy mô lớn dùng trong công nghệ và đời sống.

2) Pectinase
Pectinase là một nhóm enzym xúc tác cho sự thủy phân pectin, đang được ứng
dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm, nhất là trong công nghiệp sản
xuất các loại nước ép trái cây. Ðặc biệt, dạng enzyme cố định được sử dụng rất hiệu quả
vì có nhiều ưu điểm hơn hẳn dạng enzyme thông thường (enzyme hòa tan). Pectinase đã
được dùng trong một số ngành công nghiệp thực phẩm sau:
- Sản xuất rượu vang.
- Sản xuất nước quả và nước uống không có rượu.
- Sản xuất các mặt hàng từ quả: quả cô đặc, mứt.

- Sản xuất nước giải khát.
- Sản xuất cà phê.
Chế phẩm pectinase được sử dụng trong sản xuất nước quả từ các nguyên liệu quả
nghiền hay để làm trong nước quả ép. Bởi vì khi có pectin thì khối quả nghiền sẽ có trạng
thái keo, do đó khi ép dịch quả không thóat ra được. Nhờ pectinase mà nước quả trong
suốt, dễ lọc, hiệu suất tăng. Pectinase còn góp phần chiết rút các chất màu, tanin và các
2


chất hòa tan khác, do đó làm tăng chất lượng của thành phẩm. Những nghiên cứu cho
thấy khi ép nho có xử lý bằng pectinase không những làm tăng hiệu suất mà còn làm tăng
màu sắc.
Trong sản xuất mứt nhừ, mứt đông… nhờ pectinase mà dịch quả có nồng độ đậm
đặc hơn.
Cũng giống như protease, chế phẩm pectinase được thu nhận từ vi sinh vật, nấm
mốc, xạ khuẩn… đặc biệt là các chủng nấm Asp. Ficuum và Asp. Niger có khả năng tổng
hợp pectinase cao nhất.
3) Cellulase:
Cellulose là thành phần cơ bản của tế bào thực vật, vì vậy nó có mặt trong mọi loại
rau quả cũng như trong các nguyên liệu,phế liệu của các ngành trồng trọt và lâm nghiệp.
Nhưng người và động vật không có khả năng phân giải cellulose. Cellulase là enzyme
xúc tác cho quá trình chuyển hoá Cellulose thành các sản phẩm hoà tan. Nó chỉ có giá trị
làm tăng tiêu hóa, nhưng với lượng lớn nó trở nên vô ích hay cản trở tiêu hóa.
Chế phẩm cellulase thường dùng để:
- Tăng chất lượng thực phẩm và thức ăn gia súc.
- Tăng hiệu suất trích ly các chất từ nguyên liệu thực vật.
Ứng dụng trước tiên của cellulase đối với chế biến thực phẩm là dùng nó để tăng
độ hấp thu, nâng cao phẩm chất về vị và làm mềm nhiều loại thực phẩm thực vật. Đặc
biệt là đối với thức ăn cho trẻ con và nói chung chất lượng thực phẩm được tăng lên.
Một số nước đã dùng cellulase để xử lý các loại rau quả như bắp cải, hành, cà rốt,

khoai tây, táo và lương thực như gạo. Người ta còn xử lý cả chè, các loại tảo biển…
Trong sản xuất bia, dưới tác dụng của cellulase hay phức hệ citase trong đó có
cellulase, thành tế bào của hạt đại mạch bị phá hủy tạo điều kiện tốt cho tác động của
protease và đường hóa.
Trong sản xuất agar-agar, tác dụng của chế phẩm cellulase sẽ làm tăng chất lượng
agar-agar hơn so với phương pháp dùng acid để phá vỡ thành tế bào. Đặt biệt là việc sử
dụng chế phẩm cellulase để tận thu các phế liệu thực vật đem thủy phân, dùng làm thức

ăn gia súc và công nghệ lên men. Những ứng dụng của cellulase trong công nghiệp thực
phẩm đã có kết quả rất tốt. Tuy nhiên hạn chế lớn nhất là rất khó thu được chế phẩm có
cellulase hoạt độ cao.
3


4) 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, thường được sử dụng để thủy phân tinh bột.
Enzym amylase đã được tìm ra đã góp phần quan trọng cho nhiều ngành công
nghiệp chế biến thực phẩm. Chế phẩm amylase đã được dùng phổ biến trong một số lãnh
vực của công nghiệp thực phẩm như sản xuất bánh mì, glucose, rượu, bia... Trong sản
xuất bánh mì, chế phẩm amylase đã làm thay đổi hoàn tòan chất lượng của bánh mì cả
hương vị, màu sắc, độ xốp... Chế phẩm amylase sạch cho chất lượng bánh mì tốt hơn ở
dạng phức hợp với protease.
Trong sản xuất bánh kẹo người ta thường dùng maltose là sản phẩm thủy phân tinh
bột bằng amylase và glucose bằng glucoamylase. Chính glucoamylase, là yếu tố làm tăng
hiệu suất trong sản xuất rượu.Trong sản xuất bia, viêc sử dụng amylase có trong các hạt
nẩy mầm thay thế malt đã góp phần đáng kể trong việc giảm giá thành.

α -amylase

Enzym amylase có thể tìm thấy ở nhiều nguồn khác nhau như amylase từ thực vật,
động vật và VSV Nguồn amylase có thể lấy từ mầm thóc, mầm đại mạch ( malt), hạt bắp
nảy mầm, hay từ nấm mốc… Nguyên liệu cho sản xuất là gạo, bắp, khoai mì… đây là
những nguồn nguyên liệu dễ tìm, rẻ tiền có thể tìm thấy dễ dàng ở nước ta. Do đó, đây là
một lợi thế và là hướng phát triển mạnh làm cơ sở cho nhiều ngành khác phát triển.
Amylase là các enzyme xúc tác cho phản ứng thủy phân tinh bột. Amylase rất phổ biến
trong tự nhiên và sử dụng rộng rải trong công nghiệp thực phẩm.
α-amylase

Tinh bột
Dextrin
Dextrin
β- amylase
Dextrin
Amyloglucosidase Glucose
Các enzyme amylase chia thành 2 nhóm:

4

Maltose


- Endoamylases: α- amylase (EC. 3.2.1.1) và α-1,4-glucano hydrolase là các enzyme
thuộc nhóm endonuclease, chúng là các enzyme amylase dịch hóa (liquefying) và dextrin
hóa (dextrinogenic) tinh bột.
- Exoamylases là các enzyme đường hóa (saccharifying). β- amylase (E.C. 3.2.1.2) tác
dụng tinh bột hồ hoá (gelatinized starch) và dextrin để giải phóng maltose. Enzyme
glucoamylase (E.C.3.2.1.3) thủy phân liên kết glycoside, giải phóng glucose từ đầu
không khử của tinh bột hoặc dextrin.
 Gồm 3 loại:

a) Alpha amylase chịu nhiệt
- Alpha amylase có khả năng phân cắt các liên kết alpha 1,4 – glucoside nằm ở
phía bên trong phân tử cơ chất (Tinh bột hoặc glucogen) một cách ngẫu nhiên,
không theo một trật tự nào cả. Alpha amylase không chỉ thủy phân hồ tinh bột mà
còn thủy phân cả hạt tinh bột nguyên song với tốc độ rất chậm.
- Dưới tác dụng của alpha amylase, tinh bột có thể chuyển thành maltotetrose,
maltose, glucose, dextrin phân tử thấp. Tuy nhiên, thông thường alpha amylase
chỉ thủy phân tinh bột chủ yếu thành dextrin phân tử thấp không cho màu với
Idion và một ít maltose. Khả năng dextrin hóa cao của alpha amylase là tính chất
đặc trưng của nó. Vì vậy, người ta thường gọi emzyme này là alpha amylase
dextrin hóa hay amylase dịch hóa.
- pH tối thích cho hoạt động của alpha amylase từ nấm sợi là 4.0 – 4.8 (Có thể hoạt
động tốt trong vùng pH từ 4.5 – 5.8). Theo số liệu của Liphis, pH tối thích cho
hoạt động dextrin hóa và đường hóa của chế phẩm amylase từ Asp.orysee trong
vùng 5.6 – 6.2. Còn theo số liệu của Fenixova thì pH tối thích cho hoạt động
dextrin hóa của nó là 6.0 – 7.0
b) Beta amylase
- Là một loại enzyme ngoại bào (exoenzyme). Tiến trình phân giải bắt đầu từ đầu
không khử của các nhánh ngoài cùng cơ chất, Beta amylase phân cắt các liên kết
alpha 1,4 – glucozide nhưng khi gặp liên kết alpha 1,4 – glucozide đứng cận kề
liên kết alpha 1,6 – glucozide thì nó sẽ ngừng tác dụng. Phân polysaccharide còn
lại là dextrin phân tử lớn có chứa rất nhiều liên kết alpha 1,6 – glucoside và được
gọi là beta dextrin.
- Beta amylase tác dụng lên tinh bột tạo hỗn hợp Maltose (54 – 58%) và Beta
dextrin (42 – 46%). Nếu tinh bột bị thủy phân đồng thời bởi cả alpha và beta
amylase thì lượng tinh bột thủy phân lên tới 95%.
- Chịu nhiệt kém hơn alpha amylase nhưng bền với acid. Beta amylase bị bất hoạt
ở nhiệt độ 70 độ C. Nhiệt độ tói thích của beta amylase là 55 độ C, pH = 5.1 –
5.5.
c) Gama amylase:

- Có thể giải phóng ra beta – D- glucose bằng cách thủy phân lặp lại nhiều lần các
liên kết alpha 1,4 của mạch alpha glucan từ đầu không khử, chúng cũng thủy phân
5


-

được các liên kết alpha 1,6 và alpha 1,3 nhưng rất chậm (10 – 30 lần). Tốc độ thủy
phân cũng phụ thuộc vào bản chất của các liên kết cận kề với các liên kết
glucoside được thủy phân, cũng như kích thước và cấu trúc của cơ chất bị thủy
phân. Nhất là với các alpha glucan mạch dài (amylose và amylosepectin) thì bị
thủy phân nhanh hơn là với các maltodextrin và các oligosaccharide.
Vùng tối thích có pH = 3.5 – 5.5, nhiệt độ = 50 oC. Bền với acid hơn alpha amylase
nhưng kém bền hơn trong rượu, axeton và không được bảo vệ bởi Ca 2+.

d) Glucoamilase:
-Glucoamylase (E.C. 3.2.1.3) còn gọi là amyloglucosidase, thuộc nhóm exoamylase.
Glucoamylase tác dụng chuỗi tinh bột giải phóng glucose từ đầu không khử. Nhiệt độ tối
thích và pH tối thích của glucoamylase phụ thuộc vào nguồn thu nhận enzyme này. Về
mặt lý thuyết enzyme này có hiệu suất thủy phân tinh bột 100%. Hầu hết glucoamylase
công nghiệp ở dạng lỏng và được ổn định với NaCl hoặc glycerol.
Bảng: Các loại Glucoamylase
Nguồn thu nhận

Khoảng pH
(pH tối thích)

Nhiệt độ tối thích
(Nhiệt độ bất hoạt)

Aspergillus niger

3.0 – 6.0
(4.5 – 5.0)

55 – 60
(90)

2.0 – 7.0
(3.0 – 7.0)

55 – 65
(85)

3.0 – 6.0
(3.0 – 5.5)

55 – 60
(70 – 80)

Aspergillus
awamori
Rhizopus niveus

III/. Ứng dụng của enzyme trong các sản phẩm bột, đường.
1. Sản xuất bánh mì.
a. Quy trình công nghệ:
Trong cuộc sống hiện nay , chúng ta đâ rất quen với việc sử dụng bánh mì làm thức ăn
hàng ngày. Mỗi chiếc bánh được làm ra chất lượng như thế nào tùy thuộc vào công
thức và kinh nghiệm của người làm bánh, tuy nhiên tất cả cũng theo một quy trình

chung như sau.
Sơ đồ quy trình sản xuất bánh mì:

6

8


Cân các nguyên liệu

Trộn

Nhào bột

Lên men bằng enzym

Ép khí

Chia bột

Tạo hình

Chờ bánh nở

Rạch và nướng bánh

b. Mục đích sử dụng enzyme:
-

làm tăng nhanh thể tích của bánh

làm cho bánh có màu sắc đẹp hơn
Làm tăng mùi thơm cho bánh

c. Các loại enzyme được sử dụng trong sản xuất bánh mì:
-

Enzyme Amylase
Enzyme Protease
Enzyme Lipoxygenase
Enzyme Hemicellulase
7


 Vai trò cuả enzyme amilase:

Làm giảm độ nhớt của bột nhào do gluten gây ra.

Tăng hệ số tiêu hoá protein

Cung cấp thêm chất dinh dưỡng cho nấm men

Làm thay đôỉ tính chất vật lý cuả bột, làm bột nhão mềm hơn

Tăng nồng độ chất dinh duỡng cho tế bào nấm men.

Tăng độ lên men, thể tích bánh tăng.
 Chủng vi sinh vật tạo enzyme amilase:
Chế phẩm enzyme có nguồn gốc từ nấm mốc, chủ yếu thu nhận từ
Aspergillus oryzae.Tùy theo hoạt tính của enzyme và điều kiện xử lý tinh
bột mà người ta cho lượng enzyme khác nhau.

Enzyme từ nấm sợi Aspergillus oryzae hay Asp. Awamori giúp màu và mùi
của bánh được tăng lên.Enzyme lypoxygenase từ đậu nành để tăng khả
năng làm trắng bột.
 Chất phụ gia bổ sung:
Amon sulfat được bổ sung vào như một chất đệm cho enzyme hoạt
động.Ammonium phosphate giúp cho protease hoạt động mạnh.Tinh bột
được xem như chất phụ gia với tỷ lệ amylase / tinh bột là 1:1.
 Hoạt động cuả enzyme trong quá trình nướng:
Giai đoạn hình thành ruột bánh:
40oC – 60oC: Bất hoạt enzyme
60oC – 80oC: Biến tính enzyme
80oC – 100oC: Gelatin hóa tinh bột
Giai đoạn hình thành vỏ bánh:
120oC : Vỏ bánh có màu nâu nhạt
120oC – 140oC: Sự chuyển màu vàng sậm do phản ứng Caramen và
Maillard.
180oC – 190oC: Vỏ bánh vàng dòn
Trên 190oC bánh bị cháy

d. Hệ enzyme trong bột mì.
Enzyme trong bột có đầy đủ các hệ trong hạt mì, tuy nhiên trong sản xuất cần đặc biệt lưu
ý protease và amilase.
Protease phân giải protein cấu trúc bậc ba, do đó gluten bị vụn nát làm giảm chất lượng
bột nhào. Protease bột mì có hoạt độ mạnh ở 45 – 47 0C và pH = 4,5 – 5,6. Khi bổ sung
chất khử thì hoạt độ của protease tăng nhưng với chất oxy hoá và muối ăn thì bị kìm hãm.
Amylase thuỷ phân tinh bột giúp cho bột nhào lên men nhanh và tăng chất lượng bánh vì
lượng đường trong bột không đủ cho quá trình lên men. Tác dụng tích cực này chỉ đối với
beta-amylase vì nó thuỷ phân tinh bột thành maltose, còn alfa-amylase thuỷ phân tinh bột
thành dextrin mà dextrin thì liên kết với nước kém làm cho ruột bánh bị ướt, do đó làm
giảm chất lượng bánh.

8


2. một số sản phẩm khác.
Ngành sản
thực phẩm

xuất Enzyme sử dụng

Bánh nướng

Ghi chú

α-amilase, xylanase, protease, lipase và
một số oxidoredutase (glucose oxidase,
hexose oxidase, lipoxygenase, thiol
oxidase,
peroxidase,
polyphenol
oxidase). Transglutaminase.

Các enzyme nhằm đảm bảo
chất lượng bột nhão dùng
làm bánh, cải thiện mùi vị và
màu sắc của sản phẩm.

Chế biến quả và Các enzyme phân giải thành tế bào:
Các enzyme từ Aspergillus
sản xuất dịch quả
Pectinlypase,

_sử dụng các pectinase làm
Pectin methylesterase,
tăng chất lượng, năng suất,
Polygalacturonase,
tạo được nhiều loại sản
Các hemicellulase,
phẩm mớ từ quả, kéo dài
Các amylase acid của nấm mốc và thời gian bảo quản, gữi màu
glucoamylase.
bền.
Làm phomat (chế Các enzyme làm đông sữa, chủ yếu là
biến sữa)
các asparticprotease như ; chymosin,
mucorpepsin, endo thiapepsin.
Ngoài ra còn dùng lipase, lysozyme
Chế biến sữa
β -galactosidase thủy phân lactose
trong sữa thành glucose và galactose.
Hai đường này có độ ngọt lớn hơn
lactose.
Sản xuất bột trứng

-Glucose oxidase, catalase
-Lipase và phospholipase

9

Lipase, lysozyme cũng có
vai trò làm chín phomat,
tăng hương vị, chất lượng

phomat.
-Sản xuất sữa không có
lactose cho những người
thiếu lactase bẩm sinh.
-Làm tăng độ ngọt của các
loại nước uống từ sữa, sữa
chua.
-Loại glucose của lòng trắng
trứng để tránh phản ứng
Maillard
-Cải thiện tính chất nhũ
tương của lòng đỏ trứng, bền
và chịu nhiệt hơn.


Tài liệu tham khảo
1. Nguyễn Đức Lượng, Nguyễn Ánh Tuyết, Lê Thị Thuỷ Tiên. Công nghệ Enzyme. Nhà
xuất bản Đại học quốc gia TPHCM, 2004. - 534tr
2. Đặng Thị Thu, Lê Ngọc Tú, Tô Kim Anh. Công nghệ Enzym. Nhà xuất bản Khoa học
và Kỹ thuật, 2004. - 304tr
3. />4. />5. />
10
10