ENZIM TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN NGUYÊN LIỆU GIÀU TINH BỘT

Enzim xúc tác thuỷ phân các liên kết glucozit trong chuỗi polysacarit và tinh bột theo sơ đồ sau: a-amilase R – O – R’ + H2O ROH + R’OH

1 Enzim amilase

 Định nghĩa

Enzim xúc tác thuỷ phân các liên kết glucozit trong chuỗi polysacarit và tinh bột theo sơ đồ sau:

α-amilase

R – O – R’ + H2O ROH + R’OH

 Phân loại

Hệ amilase được phân thành các nhóm:

 Amilase thuỷ phân các liên kết α-1,4 glucozit của tinh bột và các oligosacarit cùng loại: α-amilase; β-amilase; γ-amilase

 Amilase thuỷ phân các liên kết α-1,6 glucozit trong các polysacarit

và các dextrin cuối: dextrin-6-glucanhydrolase,

amilopectin-6-glucan hydrolase và oligodextrin-6-amilopectin-6-glucanhydrolase.

NGUYÊN LIỆU GIÀU TINH BỘT

 Enzim α -amilase ( α -1,4 glucan-glucanhydrolase)

Enzim xúc tác thuỷ phân các LK α -1,4 glucozit bên trong chuỗi mạch polysacarit một cách ngẫu nhiên không theo một trật tự nào cả.

 Đặc tính sinh hoá:

 Enzim cơ kim: trong phân tử enzim có chứa tới 30 nguyên tử canxi.

 Enzim bị vô hoạt bởi các ion kim loại nặng: Ag + , Hg + , Cu +2 …

 Enzim có nguồn gốc khác nhau có tính đặc hiệu sinh học khác nhau.

 Enzim có khả năng thuỷ phân tinh bột ở trạng thái hạt.

 Cơ chế tác dụng:

α-amilase Tinh bột + H2O α-dextrin + maltoza + glucoza

 Quá trình thuỷ phân tinh bột

 Giai đoạn 1 (dextrin hoá): Chỉ một số LK trong phân tử bị thuỷ phân tạo thành

lượng lớn dextrin PTL thấp Độ nhớt hồ tinh bột giảm nhanh.

 Giaiđoạn 2 (đường hoá): Các dextrin PTL thấp vừa tạo thành bị thuỷ phân

tiếp tạo ra các tetra-; trimaltoza Sau đó chúng bị thuỷ phân rất chậm tới di- và monosacarit.

 Sản phẩm cuối cùng sau thuỷ phân

 Đối với amiloza: 13% glucoza và 87% maltoza.

 Đối với amilopectin: 72% maltoza, 19% glucoza, izomaltoza và dextrin PTL

thấp 8 - 10%.

 Enzim β -amilase ( α -1,4 glucan-4-maltohydrolase)

Enzim xúc tác thuỷ phân LK α -1,4 glucozit và tách tuần tự từng gốc maltoza một ra khỏi đầu không khử của chuỗi mạch polysacarit.

 Đặc tính sinh hoá:

 Enzim là một albumin, không có thành phần canxi trong phân tử.

 Enzim có các nhóm chức trong TTHĐ là –COOH và –SH.

 Enzim có nguồn gốc khác nhau có tính đặc hiệu sinh học khác nhau.

 Enzim chỉ thuỷ phân tinh bột ở trạng thái đã hồ hoá.

 Cơ chế tác dụng:

β-amilase Tinh bột + H2O β-dextrin + maltoza

(ít) (nhiều)

 Quá trình thuỷ phân tinh bột

 Enzim xúc tác thuỷ phân chỉ các liên kết α -1,4 glucozit nằm cách đầu không khử một liên kết α -1,4 glucozit Độ ngọt của dịch hồ tinh bột tăng dần, nhưng

độ nhớt giảm chậm.

 Quá trình phân cắt chuỗi mạch sẽ dừng lại khi gặp liên kết α -1,4 glucozit trước liên kết α -1,6 glucozit.

 Sản phẩm cuối cùng sau thuỷ phân

 Đối với amiloza: 100% maltoza.

 Đối với amilopectin: 54 - 58% maltoza, 42 - 46% dextrin PTL cao.

 Enzim γ -amilase ( α -1,4 glucan-glucohydrolase)

Enzim xúc tác thuỷ phân LK α -1,4 glucozit và tách tuần tự từng gốc glucoza một ra khỏi đầu không khử của chuỗi mạch polysacarit.

Enzim còn có khả năng thuỷ phân cả liên kết α -1,6 glucozit.

 Đặc tính sinh hoá:

 Enzim không có thành phần canxi trong phân tử.

 Enzim là một enzim axit, trong TTHĐ có nhóm –COOH pH thích hợp 3,5 – 5,0.

 Enzim có nguồn gốc khác nhau có tính đặc hiệu sinh học khác nhau.

 Enzim chỉ thuỷ phân tinh bột ở trạng thái đã hồ hoá.

 Cơ chế tác dụng:

 Kiểu Rhizopus Delamar: sản phẩm thuỷ phân là glucoza

γ -amilase

Tinh bột + H2O Glucoza

 Kiểu Aspergilus niger: sản phẩm thuỷ phân 80 – 85% là glucoza còn lại là

các oligosacarit khác.

γ -amilase

Tinh bột + H2O Glucoza + Oligosacarit khác

 Quá trình thuỷ phân tinh bột

Enzim xúc tác thuỷ phân các liên kết α -1,4 glucozit nằm ở đầu không khử của chuỗi mạch Khi gặp LK a-1,6 glucozit nó tiếp tục thuỷ phân Độ ngọt của dịch hồ tinh bột tăng nhanh, nhưng độ nhớt giảm chậm.

 Enzim oligo-1,6-glucozidase hoặc dextrinase tới hạn

(dextrin-6-glucanhydrolase)

Enzim xúc tác thuỷ phân LK α-1,6 glucozit trong izomaltoza, panoza và dextrin tới hạn tới đường lên men được Enzim có nhiệt độ hoạt động tối

ưu 40oC, pH tối ưu 5,0

Cấu trúc enzim hiện vẫn chưa được khẳng định

 Enzim pullulanase (pululan-6-glucanhydrolase)

Enzim xúc tác thuỷ phân LK α-1,6 glucozit trong polyoza và các

oligosacarit Enzim có nhiệt độ hoạt động tối ưu 47,5oC, pH tối ưu 5,0 Cấu trúc enzim vẫn chưa được khẳng định, nhưng nó được cấu tạo từ một chuỗi polypeptit duy nhất

Sự có mặt của ion Canxi tăng cường hoạt lực enzim

2 Một số enzim khác

 Enzim cyclodextrin glucantransferase

Enzim xúc tác chuyển hoá các mạch thẳng của tinh bột thành phân tử mạch vòng cyclodextrin Có ba dạng cyclodextrin được tạo thành α -cyclodextrin, β-cyclodextrin và γ-cyclodextrin

 Đặc tính sinh hoá

 Enzim hoạt động tối ưu ở T = 50 – 70oC; pH = 5,0 – 7,0

 Nguồn gốc và điều kiện tác dụng của enzim ảnh hưởng nhiều tới tỷ lệ

các cyclodextrin tạo thành

 Cơ chế tác dụng

Enzim xúc tác ít ra 3 phản ứng trong quá trình tạo vòng:

 Tạo vòng từ các phân tử mạch dài

Gn G(n – x) + Cyclo Gx

 Nối mạch hay liên kết các oligosacarit

Cyclo Gn + A Gn + A

 Tạo sự không cân xứng

Gn + Gm G(n – x) + G(m + x)

 Enzim invectase

Enzim xúc tác thuỷ phân đường sacaroza thành glucoza và fructoza Enzim hoạt động tối ưu ở nhiệt độ 55oC pH thích hợp trong khoảng 4,5 – 5,5

Chất kìm hãm hoạt độ enzim là Ag+, Cu+2, Hg+, Cd+2 Enzim vô hoạt hoàn toàn khi có 7 – 8 Ag+/mol enzim

Tốc độ thuỷ phân đạt tối đa khi nồng độ đường sacaroza 2 – 8%

 Enzim glucoizomerase

Enzim xúc tác đồng phân hoá glucoza thành fructoza

3 Ứng dụng các chế phẩm enzim

 Ứng dụng trong công nghệ sản xuất đường từ tinh bột

Dich tinh bột 20 – 25 o Bx

pH = 6,0 – 6,5 Termamyl (100%)

Dịch hoá ở 100 o C; τ = 2h00

Termamyl (50%)

Dịch hoá ở 90 o C; τ = 1h00

Dịch hoá ở 100 o C; τ = 1h00

Termamyl (50%)

Dịch thuỷ phân DE = 12 – 20% Dịch thuỷ phân DE = 10 – 15%

Bổ sung AMG và đường hoá ở 60 o C;

pH = 5,0; τ = 72h00

Dich đường DE = 90 = 95%

Dich đường DE = 90 = 95%

Đồng phân hoá bởi Glucoizomerase cố định ở nhiệt độ 60 o C, τ = 2h00

Phân tách qua cột trao đổi ion

Dịch Fructoza 90 – 95%

Dịch hỗn hợp 55% fructoza + 40%

glucoza + 5% oligosacarit

Bột fructoza

Hydrogen hoá

Rượu manitol

Sấy phun

Hydrogen hoá

Rượu socbitol

Xử lý màu

Sấy phun

Bột glucoza

Độ ngọt tương đương sacaroza

 Tính ưu việt của công nghệ có sử dụng chế phẩm enzim

 Không cần xử lý nguyên liệu ban đầu.

 Chế độ công nhệ mềm dẻo, kinh phí đầu tư thiết bị thấp.

 Ít tạo ra các sản phẩm phụ, hiệu suất thu hồi sản phẩm cao.

 Xử lý sản phẩm sau thuỷ phân đơn giản.

 Đa dạng hoá các sản phẩm từ tinh bột.

 Tính ưu việt của các sản phẩm

 Fructoza có độ ngọt gấp 1,6 lần sacaroza, nhưng độ hấp thụ rất thấp.

 Manitol và socbitol có độ ngọt khoảng 50 – 60% so với sacaroza, độ hoà tan gần với sacaroza, Điểm nóng chảy và Nhiệt tan có giá trị thấp hơn sacaroza nhiều.

• Sản xuất mứt quả: giữ được cấu trúc mứt, chống kết dính trong quá trình bảo quản, cải thiện khả năng giữ ẩm.

• Sản xuất kẹo cao su: thay thế đường tạo vị ngọt và tạo độ dẻo cho kẹo.

• Sản xuất kẹo socolat: sử dụng dạng bột để thay thế toàn bộ đường.

• Sản xuất các loại bánh ngọt: Tăng khả năng giữ nước, tránh khô bánh quá nhanh.

• Sản xuất kem: Ngăn cản quá trình tạo tinh thể, cải thiện chất lượng sản phẩm

và cấu trúc kem.

 Ứng dụng trong công nghệ sản xuất bánh mì

tinh bột, tạo lượng đường cần thiết cho nấm men phát triển

 Enzim từ nấm mốc có hoạt tính đường hoá trội hơn từ vi khuẩn

 Enzim có khoảng pH thích hợp nằm trong vùng axit yếu thích hợp với môi trường lên men bột nhào

 Enzim nhạy cảm với nhiệt độ Nhiệt độ tới hạn của enzim 70 – 80oC, nêm bị vô hoạt ngay khi nâng nhiệt độ, tránh thuỷ phân sâu sắc ảnh

hưởng tới chất lượng bánh

 Bổ sung protease axit vào thời điểm lên men

 Thuỷ phân hạn chế protein (< 10%) cho phép thay đổi tính chất đàn hồi của gluten, làm mềm mạng lưới gluten

 Bổ sung đồng thời chế phẩm amilase và protease cho phép tăng hiệu quả tác dụng của protease vì enzim dễ tiếp cận với cơ chất hơn

Sử dụng chế phẩm enzim tăng hàm lượng đường khử và axit amin

tự do, nguồn tạo chất màu và chất thơm của ruột và vỏ bánh mì

 Ứng dụng innvectase trong SX nước giải khát, bánh kẹo

 Sản xuất nước giải khát: thuỷ phân một phần đường sacaroza sẽ làm giảm nguy cơ kết tinh đường nâng cao nồng độ của siro sử dụng để bổ sung vào nước giải khát

 Sản xuất bánh, mứt, kẹo: thuỷ phân một phần sacaroza tránh nguy cơ kết tinh đường trở lại (hiện tượng hồi đường) làm giảm chất lượng sản phẩm theo thời gian bảo quản

 Ứng dụng CD sản xuất từ enzim CTGase

 Trong CNTP và hương liệu:

o Bảo vệ chất màu, chất thơm, chất dễ oxy hoá; giữ độ ổn định của sản phẩm theo thời gian bảo quản

o Trộn CD với dầu béo để tách cholesterol khỏi các sản phẩm dầu (HS tách 80%) hoặc loại bỏ các axit béo khỏi dầu; Sử dụng b-CD để loại bỏ chất béo khỏi sữa; Sử dụng b-CD (1%) trong sản xuất nước quả và rau đóng hộp để loại bỏ tác dụng của các hợp chất phenol

o Tăng độ hoà tan của một số chất có lợi cho sức khoẻ nhưng lại khó hoà tan như flavonoit và terpenoit

 Trong một số ngành khác

o Công nghiệp dược: tăng độ hoà tan, độ bền, độ hấp thụ, giảm tác dụng phụ của thuốc Sử dụng CD trong SX thuốc giảm đau, chống nhiễm

trùng, chống di ứng, lợi tiểu…

o Nông nghiệp: tăng độ bền, độ hoà tan của các hoá chất bảo vệ thực vật như thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu, thuốc trừ nấm… Sử lý mầm ngũ cốc với b-CD tăng năng suất cây trồng

o Công ngiệp mỹ phẩm: tăng độ ổn định, độ hoà tan và kiểm soát hương thơm trong sản xuất kem đánh răng (tricloran - chất kháng khuẩn), kem dưỡng da (giảm khả năng kích ứng da), giấy vệ sinh Sử dụng CD trong các sản phẩm khử mùi cơ thể hoặc trong các sản phẩm chăm sóc tóc làm giảm khả năng bay hơi của mercaptan có mùi khó chịu

o Trong phân tích: CD được sử dụng để làm phối tử cho pha tĩnh trong sắc ký điện di, sắc ký trao đổi ion, sắc ký ái lực…

o Trong xử lý môi trường: CD sử dụng để loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải, loại bỏ dư lượng các chất bảo vệ thực vật ô nhiễm

trong nước.