ENZYME THỰC PHẨM (AMYLASE )

Enzyme là chất xúc tác sinh học được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống, đặc biệt trong công nghiệp thực phẩm nó đóng một vai trò quan trọng trong quy trình chế biến.

ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

BÀI BÁO CÁO MÔN HỌC: CNSX Các Chế Phẩm VS và SH

ĐỀ TÀI: ENZYME THỰC PHẨM (AMYLASE )

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : Thầy Phạm Minh Tuấn

Sinh viên : Phạm Nguyễn Thanh Bình 30660073

Nguyễn Thị Quỳnh Thy 30660246

Nguyễn Ngọc Ẩn 30660068

Lại Thị Minh Lê 30660150

Phạm Thị Như Ngọc 30600024

I Giới thiệu: 4

II Cơ sở chọn đề tài: 4

a Phương pháp này có ưu điểm: 5

b Nhược điểm: 5

III Tổng quan: 5

Có 6 loại enzyme được xếp vào 2 nhóm: 5

IV Nấm mốc Aspergillus oryzae: 5

V Quy trình công nghệ: 6

1 Bảo quản giống: 6

b Nguyên liệu: 6

c Quy trình: 7

d Thuyết minh quy trình: 9

e Máy móc, thiết bị, hoá chất: 10

VI Ứng dụng 10

1 Ứng dụng amylase trong sản xuất bia 10

3 Ứng dụng amylase trong chế biến thực phẩm gia súc 11

4 Ứng dụng enzym amylase trong công nghiệp dệt 12

VII CÁC ẢNH HƯỞNG CỦA SẢN XUẤT ĐẾN MÔI TRƯỜNG VÀ XÃ HỘI: 15

1 Ảnh hưởng môi trường: 15

b Ảnh hưởng xã hội: 15

i Tích cực: 15

ii Tiêu cực: 16

VIII Kết luận 17 Tóm lại, có thể nói rằng, việc nghiên cứu ứng dụng các chế phẩm enzyme ngày càng được chú trọng ở các lĩnh vực khác nhau Trong 20 năm cuối thế kỷ XX và các năm đầu của thế kỷ XXI các enzyme khác nhau đã được ứng dụng Ở Việt Nam bước đầu đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng các enzyme trong chế biến nông sản, thực phẩm, nhất là trong lĩnh vực sản xuất bia, rượu, chế biến tinh bột (Viện công nghiệp thực phẩm, Viện công nghệ sinh học – công nghệ thực phẩm, Đại học Bách khoa Hà Nội…) Việc nghiên cứu các enzyme phục vụ nông nghiệp, công nghiệp cũng được quan tâm và có các kết quả đáng khích lệ Ví dụ, chế phẩm enzyme mới ra đời phục vụ nông nghiệp E2001 có tác dụng tăng độ phì nhiêu đất, tăng năng suất cây trồng Đã có các nghiên cứu ứng dụng protease trong sản xuất rượu bia, rút ngắn thời

kỳ lên men cũng như sản xuất nước mắm ngắn ngày bằng công nghệ enzyme protease.

Tài liệu tham khảo:

1 Nguyễn Đức Lượng và một số tác giả, Công nghệ enzym, NXB Đại học quốc gia

Tp.HCM, 2004

2 Nguyễn Đức Lượng, Vi sinh vật công nghiệp ( Công nghệ vi sinh Tập 2 NXB Đại học quốc gia Tp.HCM, 2006

3 www.bio-link.org/sharing_day/fungalamylase.pdf 17

I Giới thiệu:

Enzyme là chất xúc tác sinh học được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống, đặc biệt trong công nghiệp thực phẩm nó đóng một vai trò quan trọng trong quy trình chế biến Một số quy trình nếu thiếu enzyme thì không thể tiếp tục được

Ở Việt Nam, công nghệ enzyme chưa phát triển các nghiên cứu có đề cập đến hầu hết các loại enzyme của động vật, thực vật và VSV, nhưng chưa có enzyme nào được sản xuất theo quy mô công nghiệp Nước ta vẫn hoàn toàn phụ thuộc vào nguồn enzyme từ nước ngoài, các loại enzyme đang sử dụng nhiều trong nước là các enzyme của hãng NOVO Đan Mạch Vì vậy, việc hiểu biết, nghiên cứu, phát triển sản xuất enzyme trong nước là việc rất cần thiết và là 1 ngành công nghiệp đầy tiềm năng

Amylase là 1 trong những enzyme được ứng dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp thực phẩm, hiện nay nó được sản xuất chủ yếu từ vi sinh vật do có nhiều ưu điểm: tốc độ sinh sản của VSV rất mạnh, enzyme thu nhận từ VSV có hoạt tính rất cao, VSV là giới sinh vật rất thích hợp cho sản xuất theo quy mô công nghiệp và nguồn nguyên liệu dùng để sản xuất enzyme theo quy mô công nghiệp rẻ tiền và dễ kiếm

II Cơ sở chọn đề tài:

Chủng VSV đề nghị sử dụng ở đây là Aspegillus oryzae vì các đặc điểm sau:

Đây là 1 loại nấm mốc rất dễ phát triển trên cơ chất có tinh bột

Nguyên liệu dùng cho quá trình nuôi mốc đơn giản, dễ kiếm phù hợp với điều kiện của nước ta

Phương pháp nuôi mốc được sử dụng ở đây là nuôi cấy trên môi trường đặc

a Phương pháp này có ưu điểm:

Quy trình công nghệ thường không phức tạp

Lượng enzyme được tạo thành từ nuôi cấy bề mặt thường cao hơn rất nhiều so với nuôi cấy chìm

- 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

- Nuôi cấy bề mặt 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

- Trong trường hợp bị nhiễm các VSV lạ, rất dễ 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

b Nhược điểm:

Phương pháp này tốn khá lớn diện tích cho nuôi cấy Trong phương pháp này VSV phát triển trên bề mặt môi trường nên cần nhiều diện tích

III Tổng quan:

Enzyme 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 nýớc:

R.R.’ + H - OH RH + R’OH

Có 6 loại enzyme được xếp vào 2 nhóm:

Endoamylase ( enzyme nội bào ) gồm:

α-1,4-glucano hydrolase

α-1,6 glucano hydrolase, nhóm nhỏ này gồm isoamylase (EC 3.2.1.68) hay

pullulanase (EC 3.2.1.41)

Exoamylase ( enzyme ngoại bào )gồm:

α-amylase (EC 3.2.1.2)

Amyloglucosidase (glucoamylase) (EC 3.2.1.3)

Cơ chất tác dụng của amylase là tinh bột và glycogen

IV Nấm mốc Aspergillus oryzae:

Aspergyllus oryzae là một loại vi nấm thuộc bộ Plectascales, lớp Ascomycetes.

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 ngăn , 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

Aspergyllus 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 Ðầu các tế bào hình chai phân chia thành những bào tử đính vào nhau, nên gọi là đính bào tử Ðính bào tử của Asp.oryzae có màu vàng lục hay màu vàng hoa cau…

Đặc điểm

của giống Aspergyllus oryzae là 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 rõi vào đâu khi gặp điều kiện thuận lợi sẽ mọc thành mốc mới

V Quy trình công nghệ:

Chủng mốc giống

chủng Aspergyllus oryzae mã số VTCC-F-048 mua của Bảo tàng giống chuẩn vi

sinh vật thuộc Viện Vi sinh vật và Công nghệ sinh học

Địa chỉ: Nhà E2 - 144 đường Xuân Thuỷ, Cầu Giấy, Hà Nội

Điện thoại: (04) 7547407; Fax: (04) 7547407

Website: http://www.biotechvnu.edu.vn

1 Bảo quản giống:

Cho cát vào ống nghiệm, tiệt trùng trong autoclave 130oC trong 30 phút

Trộn bào tử vào cát

Sấy chân không < 40oC (độ ẩm 5%)

Dùng parafin rắn đun chảy và đổ lên nút bông

Thời gian bảo quản: 1 năm hoặc hơn

b Nguyên liệu:

-Cám gạo: chứa khoảng 20% tinh bột, 10–15% chất béo, 10-14% protein, 8-16% cellulose, các chất hoà tan không chứa nitơ 37-59%

Yêu cầu đối với quy trình là không được chứa tinh bột dưới 20-30% Sử dụng cám tốt, cám mới không có vị chua hay đắng, không hôi mùi mốc Ðộ ẩm của cám không quá 15%, tạp chất độc không quá 0,05%

Các phụ phẩm thêm vào để tăng độ thoáng khí cho môi trường nuôi cấy: trấu, mạt cưa…

c Quy trình:

Xử lý

Thanh trùng

Phối trộn

Nuôi cấy

Thu nhận chế phẩm enzyme thô

Nghiền mịn Nguyên liệu

Lọc

Sấy Kết tủa enzyme

Trích ly

Thành phẩm

Giống

VSV

Làm nguội

Sấy

Sắc ký

Bao gói

d Thuyết minh quy trình:

-Xử lý nguyên liệu: cám gạo, trấu và mạt cưa được xử lý để loại bỏ các tạp chất không mong muốn Trấu cho vào với tỉ lệ 20-25% so với khối lượng cám gạo -Thanh trùng: nguyên liệu phải được hấp thanh trùng để loại bỏ các yếu tố ngoại nhiễm như các vi khuẩn, nấm mốc, bào tử khác Nhiệt độ thanh trùng là 95oC trong 60 phút Đồng thời phải thanh trùng khay lên men

-Rải nguyên liệu lên khay có kích thước 2x3 m, độ dày 2-3 cm, dùng 3kg môi trường/khay

-Sau khi làm nguội, tiến hành cấy mốc giống với nồng độ 5-10% so với khối lượng của môi trường ở mỗi khay

-Đưa khay lên các giá đỡ, giá đỡ có khoảng cách thích hợp để có độ thoáng khí cho nấm phát triển Giá đỡ chứa 10 khay môi trường, khoảng cách giữa các khay là 20cm Phòng nuôi cấy có thể chứa 70 giá

-Nhiệt độ phòng nuôi cấy được giữ ở 25-30oC, độ ẩm 60-65%, đồng thời phải thoáng khí

-Đến khoảng 30-32 giờ sau khi cấy giống, ta thu nhận enzyme thô Cần thu nhận enzyme thô vào thời điểm trước khi nấm sinh bào tử vì khi nấm sinh bào tử là lúc quá trình tổng hợp enzyme đã yếu đi Do đó cần một bước nuôi cấy thử nghiệm

để xác định thời điểm thu nhận enzyme thô

-Chế phẩm enzyme thô chứa tế bào nấm, cơ chất, nước và enzyme, vì vậy cần phải loại bỏ những tạp chất này để thu được enzyme bằng các bước tiếp theo -Để giữ hoạt tính của enzyme, sấy chế phẩm thô này ở nhiệt độ 30-40oC, độ ẩm sau sấy là 10%

-Nghiền mịn: chế phẩm enzyme thô được nghiền với cát và bột thạch anh Cát

và bột thạch anh được rửa sạch, sấy khô trước

-Trích ly: sau khi nghiền, dùng nước để trích ly Các loại enzyme thủy phân có khả năng tan trong nước nên ta dùng nước như một dung môi hòa tan Cứ một phần chế phẩm enzym thô, cho 4-5 phần nước, khuấy nhẹ và sau đó lọc lấy dịch -Lọc: dịch sau trích ly lọc bằng lọc tiếp tuyến

-Kết tủa enzyme: kết tủa được thực hiện bằng ethanol phải làm lạnh cả dung dịch enzym thô và cả những tác nhân kết tủa để tránh làm mất hoạt tính enzym Khi đổ chất làm kết tủa enzym vào dung dịch enzym thô phải hết sức từ từ để tránh hiện tượng biến tính Nhiệt độ từ 3-10oC và dùng 2 thể tích ethanol cho 1 thể tích enzyme

Enzyme thu được là 1 hỗn hợp nhiều enzyme khác nhau như: amylase,

proteinase, cellulase… Do đó, phải tiến hành sắc ký lọc gel để thu được enzyme amylase Gel sử dụng là Sephadex G200

Sấy: sản phẩm sau sắc ký được sấy ở nhiệt độ 30-40oC để bảo đảm hoạt tính cho enzyme, độ ẩm sản phẩm là 5%

e Máy móc, thiết bị, hoá chất:

Máy thanh trùng

Máy nghiền

Máy lọc tiếp tuyến

Máy sấy phun

Cột sắc ký

Khay thép không rỉ, dụng cụ khuấy trộn…

Nước, ethanol, gel Sephadex G200

VI Ứng dụng

Hiện nay, việc sản xuất chế phẩm enzyme các loại đã và đang phát triễn mạnh mẽ trên qui mô công nghiệp Thực tế đã có hàng nghìn chế phẩm enzyme bán trên thị trường thế giới, các chế phẩm này đã được khai thác và tinh chế có mức độ tinh khiết theo tiêu chuẩn công nghiệp và ứng dụng Chế phẩm enzyme không chỉ được ứng dụng trong y học mà còn được ứng dụng trong nhiều lãnh vực công nghiệp khác nhau, trong nông nghiệp, trong hóa học… "ý nghĩa của việc sử dụng enzyme trong các lãnh vực thực tế không kém so với ý nghĩa của việc sử dụng năng lượng nguyên tử"

Theo thời gian, enzym công nghiệp ngày càng được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau, trong đó những enzym ứng dụng nhiều nhất là protease, cellulose, ligase, amylase,… và một số enzym đặc biệt khác đã thu được rất nhiều lợi nhuận

từ ngành này Dưới đây là một vài ứng dụng thực tế:

1 Ứng dụng amylase trong sản xuất bia

Trong công nghệ sản xuất bia truyền thống, các nước phương Tây chủ yếu sử dụng enzym amylase của malt để thủy phân tinh bột trong malt, sau đó đến giai đoạn rượu hóa bởi nấm men Saccharomyces sp Cơ sở khoa học của việc sử dụng

amylase của malt ở chỗ, khi đại mạch chuyển từ trạng thái hạt sang trạng thái nảy mầm (malt), enzym amylase sẽ được tổng hợp và khi đó enzym này sẽ thủy phân tinh bột có trong hạt tạo ra năng lượng và vật chất cho sự tạo thành mầm Như vậy việc đường hóa tinh bột trong hạt nhờ enzym của chính nó Khi đó hạt chỉ tổng hợp

ra lượng enzym amylase vừa đủ để phân hủy lượng tinh bột có trong hạt Như thế cần rất nhiều mầm đại mạch để sản xuất bia ở qui mô lớn, dẫn đến chi phí cao cho sản xuất và sản phẩm Ðể khắc phục điều này, trong quá trình lên men tạo bia thì nhà sản xuất không sử dụng hoàn tòan 100% nguyên liệu là malt đại mạch mà có

sự pha trộn theo một công thức nào đó để thay thế malt và còn bổ sung nguồn tinh bột cho quá trịnh lên men Lý do là một phần để tạo hương vị cho bia, màu sắc, độ cồn phù hợp cho người tiêu dùng và một phần là làm giảm giá thành cho sản phẩm

bia nhưng vẫn giữ được đặc trưng cho bia Chính vì điều này, các nhà sản xuất bia quan tâm đến việc sử dụng chế phẩm enzym amylase cung cấp cho quá trình thủy phân tinh bột Enzym này có ý nghĩa rất lớn trong việc làm bia, giúp sản xuất bia ở qui mô công nghiệp

Ngoài ra, trong sản xuất bia, người ta còn sử dụng chế phẩm enzym cellulose có tác dụng phá vỡ thành tế bào, tạo điều kiện để các thành phần có trong tế bào hạt thóat ra phía ngoài nhờ đó chất lượng bia được nâng cao hơn Một loại enzym khác cũng được sử dụng khá rộng rãi đó là gluco amylase, enzym này được sử dụng để loại trừ O2 có trong bia, giúp quá trình bảo quản bia kéo dài hơn rất nhiều

2. Ứng dụng amylase trong sản xuất cồn

Ðể sản xuất cồn từ nguồn nguyên liệu tinh bột, mỗi nýớc sử dụng các loại nguyên liệu khác nhau.Ví dụ, ở Mỹ người ta sử dụng nguyên liệu từ bột ngô để sản xuất cồn, còn ở Brazin lại sử dụng khoai mì, các nước khác sử dụng gạo hoặc tấm từ gạo Qúa trình sản xuất cồn trải qua hai giai ðọan: giai đọan đường hóa và giai đọan rượu hóa

Giai đọan đường hóa, người ta bắt buộc phải sử dụng enzym amylase ( không thể

sử dụng phương pháp thủy phân tinh bột bằng acid ) Người Nhật đã biết sử dụng enzym của nấm mốc trong quá trình đường hóa để sản xuất rượu Sake từ cách đây hơn 1700 năm Người Trung Quốc thì đã sử dụng nhiều loại nấm mốc để đường hóa rượu trong sản xuất rượu cách đây 4000 nãm Còn người Việt Nam đã biết sản xuất rượu từ gạo cách đây hàng ngàn nãm

Riêng ở Mỹ, mãi đến thế kỷ XIX khi Takamine người Nhật ðưa nấm mốc

Aspergillus sang mới biết sử dụng enzym này thay amylase của malt để sản xuất cồn Chính vì thế mới có phưõng pháp Micomalt ( mầm mốc) trong sản xuất cồn

và rượu Nhờ sự du nhập kỹ thuật này từ Nhật mà người Mỹ tiết kiệm được một khối lượng malt khổng lồ trong sản xuất rượu

Giai đọan rượu hóa, nhờ nấm men Saccharomyces cerevisiae, cũng có thể xem đây

là một quá trình áp dụng enzym Qúa trình rượu hóa là quá trình hết sức phức tạp, trải qua rất nhiều giai đoạn chuyển hóa từ đường thành cồn nhờ sự tham gia của nhiều enzym khác nhau Ðiểm khác với enzym amylase là ở chổ các enzym tham gia quá trình rượu hóa nằm trong tế bào nấm men Việc điều khiển các quá trình chuyển hóa bởi enzym trong tế bào thực chất là quá trình trao đổi chất của nấm men trong môi trường chứa đường

3 Ứng dụng amylase trong chế biến thực phẩm gia súc

Trong chế biến thức ăn gia súc, thành phần ngũ cốc chiếm một khối lượng rất lớn Trong khối lượng này, thành phần tinh bột rất cao Ðể tăng hiệu suất sử dụng năng

lượng từ nguồn tinh bột, người ta thường cho thêm enzym amylase vào Enzym amylase sẽ tham gia phân giải tinh bột tạo thành đường, giúp cho quá trình chuyển hóa tinh bột tốt hơn

4 Ứng dụng enzym amylase trong công nghiệp dệt

Trong công nghiệp dệt, người ta thường sử dụng enzym amylase của vi khuẩn để tẩy tinh bột và làm cho vải mềm.Trong vải thô thường chứa khỏang 5% tinh bột và các tạp chất khác Do đó, khi sử dụng chế phẩm enzym amylase của vi khuẩn vải

sẽ tốt hơn Người ta thường sử dụng lượng chế phẩm amylase khỏang 0,3-0,6 g/l dung dịch và thời gian xử lý 5-15 phút ở nhiệt độ 90oC

Tuy nhiên ngoài chế phẩm enzym amylase có nguồn gốc từ vi khuẩn, hiện nay người ta đã quan tâm đến việc sử dụng amylase từ nấm sợi.Cho đến nay có rất nhiều nước đã sử dụng enzym trong công nghiệp dệt để tăng khả năng cạnh tranh các hàng vải, sợi Các nước sử dụng lượng enzym amylase nhiều nhất trong lĩnh vực này là Mỹ, Nhật, Pháp, Ðan Mạch

Ngoài ra, enzyme amylase cũng được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi trong sản xuất đường bột, sản xuất dextrin, maltodextrin, nha glucose, siro, glucose – fructose, sản xuất tương và nước chấm …ở quy mô công nghiệp

VII. Bảng báo cáo tài chính

• Vốn điều lệ:3 tỷ

• Vốn lưu động: 2 tỷ

1. Giá chủng Aspergyllus oryzae mua ở Bảo tàng giống chuẩn vi sinh vật thuộc

Viện Vi sinh vật và Công nghệ sinh học( nguồn gốc chủng: Liên Bang Nga): 2,5tr đồng/strain( sau đó ta dùng phương pháp bảo quản giống nhằm giữ giống trong 1 năm)

2. Giá cám gạo ( loại 1) mua ở An Giang ngay sau khi thu hoạch: giá

3.000.000 đồng/ tấn => 1 ngày sử dụng khoảng 2 tấn= 6.000.000 ðồng

3. Giá vận chuyển ( tính toán theo ngày):