Enzyme thủy phân thực phẩm

Không phải tất cả các phần củaenzyme đều tham gia vào hoạt động xúc tác mà chỉ có trung tâm hoạt độngmang tính đặc hiệu trong phân tử enzyme mới tham gia xúc tác phản ứng.. • Là nhóm enz

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

MÔN HÓA HỌC THỰC PHẨM



MỤC LỤC

Lời mở đầu

Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ sinh học, các chếphẩm enzyme được sản xuất ngày càng nhiều và được sử dụng trong hầu hếtcác lĩnh vực như: chế biến thực phẩm, nông nghiệp, chăn nuôi, y tế Hàng nămlượng enzyme được sản xuất trên thế giới đạt khoảng trên 300.000 tấn với trên

500 triệu USD, được phân phối trong các lĩnh vực khác nhau

Bản chất của enzyme là protein nên enzyme cũng có các tính chất tương tựnhư một protein Các tác nhân gây biến tính protein như nhiệt độ, acid, kiềm,tác động cơ học…đều có thể làm enzyme biến tính thuận nghịch hoặc khôngthuận nghịch Enzyme khác các protein ở chỗ: trong cấu tạo của enzyme mộtcấu trúc rất đặc biệt gọi là trung tâm hoạt động Không phải tất cả các phần củaenzyme đều tham gia vào hoạt động xúc tác mà chỉ có trung tâm hoạt độngmang tính đặc hiệu trong phân tử enzyme mới tham gia xúc tác phản ứng Phần lớn enzyme được sản xuất ở quy mô công nghiệp đều thuộc loạienzyme đơn cấu tử, xúc tác cho phản ứng phân hủy Khoảng 75% chế phẩm làenzyme thủy phân được sử dụng cho việc thủy phân cơ chất tự nhiên enzymethủy phân có đầy đủ các đặc điểm của một chất xúc tác Điểm khác nhau củaenzyme này so với các xúc tác khác là khả năng xúc tác đặc hiệu và cường lựcxúc tác mạnh hơn nhiều so với các xúc tác thông thường Trong 2 giờ, 1gpepxin thủy phân đến 5kg protein trứng luộc ở nhiệt độ bình thường Sỡ dĩ phảnứng enzyme diễn ra nhanh như vậy là do năng lượng hoạt hoá trong phản ứngenzyme được hạ xuống rất thấp so với trường hợp không có xúc tác và cũngnhỏ hơn rất nhiều so với các xúc tác khác Vì có tính đặc hiệu cao nên phản ứngthủy phân của enzyme ít tạo thành sản phẩm phụ có thể gây độc cho người sửdụng

1. Enzyme thủy phân

1.1 Thế nào là enzyme thủy phân?

• Là nhóm enzyme xúc tác các phản ứng thủy phân các hợp chất hữu cơ với

sự

tham gia của nước

• Phản ứng tổng quát: XY + H2O XOH + YH

• Cách gọi tên: Tên của cơ chất được tách ra hydrolase

• Các enzyme thường gặp là amylase, protease, lipase

 Tính chất chung của nhóm enzym này là xúc tác các phản ứng thủyphân, nghĩa là phân giải các hợp chất phức tạp với sự tham gia củanước, thành những hợp chất đơn giản hơn Các hyddrolase phần lớn

là các enzyme một thành phần nên chúng không cần coenzyme chohoạt động xúc tác Trung tâm hoạt động của chúng bao gồm tổ hợpcác nhóm định chức của axitamin không tham gia tạo thành trụcchính của sợi polypeptide Các nhóm định chức có thể ở xa nhautrong mạch polypeptide nhưng lại gần nhau trong không gian, đượcđịnh hướng xác định trong không gian cách nhau những khoảng cáchnhất định sao cho chúng có thể tương tác với nhau trong quá trìnhxúc tác

 Nhóm hyddrolase ( EC3) được chia thành 11 phân nhóm sau:

3.1 : enzym thủy phân các liên kết ester

3.2 : enzym thủy phân các liên kết glycoside

3.3 : enzym thủy phân các liên kết eter

3.4 : enzym thủy phân các liên kết peptide

3.5 : enzym thủy phân các liên kết C—N không phải peptide (các amide)

3.6 : enzym thủy phân các liên kết anhydride acid

3.7 : enzym thủy phân các liên kết C—C

3.8 : enzym thủy phân các liên kết haloid – rượu

3.9 : enzym thủy phân các liên kết P—N

3.10 : enzym thủy phân các liên kết S—N

3.11 : enzym thủy phân các liên kết C—P

1.2 Cơ chế tác dụng của enzym thủy phân

 Sự khuyết electron trong liên kết bị thủy phân là yếu tố quan trọngquyết định khả năng và sự dễ dàng của phản ứng thủy phân.Tác dụngxúc tác của enzyme phụ thuộc vào từng trường hợp và do sự phân

bố electron đã tồn tại trước đó quyết định Enzyme có thể tác dụngbằng các cách khác nhau Cơ chế đơn giản nhất cho phép liên hệ

"phần dương" của liên kết bị thủy phân với tác dụng của enzyme là:tâm ái nhân của enzyme sẽ tương tác trực tiếp với một trong hainguyên tử tích điện dương của liên kết bị thủy phân Sự tạo thànhphức hợp trực tiếp như thế với trung tâm phản ứng sẽ làm cho sự đứtcác liên kết và sự thủy phân được dễ dàng, thuận lợi Enzymcolinesterase và nhiều esterase khác đều tác dụng thủy phân cơ chấttheo cơ chế này

Một cơ chế khác liên hệ tính tác dụng của enzyme với sự khuyết electron củaliên kết bị thủy phân là: enzyme làm tăng sự khuyết electron vốn đã tồn tạitrước đó bằng cách tạo thành liên kết tương ứng với cơ chất ở những vị trí ítnhiều gần gũi với liên kết bị thủy phân Nhờ vậy, làm cho sự phân bố electrontrong phân tử cơ chất bị thay đổi theo một chiều hướng cần thiết, khiến cho việcđứt liên kết được dễ dàng hoặc khiến cho một trong hai nguyên tử của liên kếttương tác được với các tác nhân ái nhân

1.3 Đặc điểm của trung tâm hoạt động enzyme thủy phân

Trung tâm hoạt động của các enzyme thủy phân thường không chứa nhómngoại mà chứa các acid amine đặc hiệu Thường là vòng amidazol của histidine

và nhóm hydroxyl của một trong số các gốc serine Các thành phần trong trungtâm hoạt động sẽ hình thành liên kết yếu để cơ chất có thể gắn vào Cụ thể lànhóm hydroxyl của serine sẽ hình thành liên kết hydro với nguyên tử nitrogencủa vòng amidazol Chính nhờ liên kết yếu cho nên các nhóm chức trong trungtâm hoạt động rất linh động Khi có sự cảm ứng của cơ chất, theo thuyếtenzyme của Koshland, các nhóm chức này sẽ di chuyển, định hướng chính xác

để gắn vào

 Thứ tự sắp xếp của các acid amine quanh trung tâm hoạt động:

Kimotripxin A — Gly — Asp — Ser — Gly —

Tripxin — Gly — Asp — Ser — Gly —

Trombin — Asp — Ser — Gly —

Kimotripxin — Asp — Ser — Gly —

Colinesteraza — Gly — Glu — Ser — Ala —

Carboxylesteraza — Gly — Glu — Ser — Ala —

1.4 Đặc điểm của các cơ chất bị enzyme thủy phân

Các cơ chất của enzyme thủy phân thường là các polyme như protein,glucid, lipid, cellulose…các cơ chất này chứa liên kết bị thủy phân do các phân

tử tích điện dương tạo nên mà Bernard Pullman và Albert Pullman gọi đó là

“liên kết nhị dương” Ví dụ: liên kết peptide, liên kết glycoside

Hình 1 Liên kết glycoside

Chính vì vậy, một enzyme muốn thủy phân một cơ chất nào đó, cơ chất đóphải phù hợp về không gian và phù hợp về sự tĩnh điện trong trung tâm hoạtđộng

1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của enzyme thủy phân

 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt tính của các enzyme đều theo một quyluật như nhau Vận tốc xúc tác của enzyme chỉ tăng theo nhiệt độ trong mộtgiới hạn xác định mà ở đó phân tử enzyme chưa bị biến tính Trong phạm vinhiệt độ thích hợp, khi nhiệt độ tăng thì hoạt tính của enzyme cũng tăng theo.Khi tăng đến nhiệt độ tới hạn thì hoạt tính xúc tác sẽ giảm và nếu nhiệt độ tiếp

tục tăng thì enzyme bị biến tính và mất hoạt tính xúc tác Thông thường đối với

đa số enzyme bị biến tính hoàn toàn ở nhiệt độ lớn hơn hoặc bằng 70oC Khinhiệt độ thấp hơn 0oC thì enzyme bị biến tính thuận nghịch và giảm hoạt tínhxúc tác hoặc không thể hiện hoạt tính xúc tác

Mỗi loại enzyme có nhiệt độ tối thích mà tại đó nó thể hiện hoạt tính xúc táccao nhất Nhiệt độ thích hợp này phụ thuộc vào loại enzyme, nguồn thuenzyme, pH, kim loại, chất bảo vệ Thông thường vào khoảng 40 – 50oC

 Ảnh hưởng của pH

pH ảnh hưởng tương tự như nhiệt độ pH làm thay đổi trạng thái ion hóacủa enzyme và cả cơ chất pH thích hợp cho enzyme hoạt động là giá trị pH màtại đó enzyme và cơ chất tích điện trái dấu do đó mà kết hợp với nhau dễ dàng Đại đa số enzyme thích hợp với pH từ 5 đến 9, nhưng cũng có loại hoạtđộng ở pH rất thấp (3,5) hoặc rất cao (11) pH thích hợp của mỗi loại enzymecòn phụ thuộc vào nguồn thu enzyme, bản chất enzyme và có thể thay đổi tùythuộc vào nhiệt độ, cơ chất

 Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất và enzyme

Nồng độ cơ chất, enzyme ảnh hưởng lớn đến phản ứng enzyme Khi cơchất còn thừa, nếu nồng độ enzyme tăng thì vận tốc phản ứng tăng Khi hết cơchất, nếu tăng nồng độ enzyme vận tốc phản ứng vẫn không tăng Khi nồng độ

cơ chất giảm thì mức độ tiếp xúc giữa enzyme và cơ chất giảm nên phản ứngenzyme cũng giảm Khi tăng lượng chế phẩm enzyme sử dụng thì phản ứngthủy phân xảy ra nhanh hơn, đồng thời, lượng sản phẩm tạo thành cũng nhiềuhơn

 Ảnh hưởng của chất hoạt hóa và ức chế

Chất hoạt hóa là chất khi thêm vào phản ứng enzyme sẽ làm tăng hoạt tínhxúc tác của enzyme hoặc chuyển enzyme từ dạng không hoạt động sang dạnghoạt động Do vậy khi có mặt chất hoạt hóa vận tốc phản ứng enzyme tăng Chất ức chế khi có mặt trong các phản ứng enzyme sẽ làm giảm hoạt tínhhoặc mất hoạt tính xúc tác của enzyme Các chất kìm hãm hoạt động củaenzyme thường là các ion kim loại nặng, các phần tử vô cơ, các chất hữu cơ,cũng có thể là các protein và cả cơ chất hay chính sản phẩm của phản ứng

2 Amylase

2.1 Giới thiệu chung về Enzyme Amylase

Năm 1831,Erhard Friedrich Leuchs (1800-1837) mô tả các quá trình thủyphân tinh bột bằng nước bọt, do sự hiện diện của một loại enzyme trong

nước bọt “ptyalin”, một amylase Lịch sử hiện đại của các enzyme bắt đầu vàonăm 1833 , khi các nhà hóa học Pháp Anselme Payen và Jean-François Persoz

cô lập một phức tạp amylase từ nảy mầm lúa mạch và đặt tên nó là “diastase”.Năm 1862, Alexander Jakulowitsch Danilewsky (1838-1923) tách amylase tụytừ trypsin

Enzyme amylase là một hệ enzyme rất phổ biến trong giới sinh vật Cácenzyme này thuộc nhóm enzyme thủy phân, xúc tác cho quá trình thủy phântinh bột, glicogen và xúc tác phân giải liên kết nội phân tử trong nhómpolysaccharide với sự tham gia của nước

RR’ +H-OH → RH + R’OH

Enzyme amylase có trong nước bọt, trong dich tiêu hóa của người và động

vật, trong hạt nảy mầm, nấm sợi, xạ khuẩn, nấm men và vi khuẩn

Amylase là một trong những loại enzyme được ứng dụng rộng rãi nhất trongcông nghiệp, y tế, và nhiều lĩnh vực kinh tế khác, đặc biệt là trong ngành côngnghệ thực phẩm

2.2 Phân loại

Hiện nay người ta có 6 loại enzyme amylase được xếp vào 2 nhóm :

Amylase

EndoamylaseExoamylase

α- amylaseEnzyme khử nhánh

γ-amylaseβ-amylase

Khử gián tiếpOligo-1,6-glucosidase( Transglucosylase)

Và Amylo-1,6-glucosidase

Khử trực tiếpα- dextrin 6-Glucanohydrolase

(Pullulanase)

• Endoamylase (enzyme nội bào): gồm có α-amylase và nhóm enzyme khửnhánh Nhóm enzyme khử nhánh này được chia thành hai loại: khử trực tiếp

là pullulanase (hay α-dextrin-6-glucanohydrolase) ; khử gián tiếp là

transglucosylase ( hay oligo-1,6-glucosidase) và amylo-1,6-glucosidase

• Exoamylase ( enzyme ngoại bào): gồm có β-amylase và glucoamylase.

 Sự khác biệt giữa các loại enzyme amylase:

- 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 phẩn 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, cơchế tác dụng và sản phẩm cuối cùng của các quá trình thủy phân khác nhau

- Amylase có nguồn gốc khác nhau sẽ có thành phần, tính chất, nhiệt độ hoạtđộng, pH tối ưu và các đặc điểm thủy phân khác nhau

• Có 3 loại enzyme amylase chính thường gặp là α-amylase, β-amylase

và γ-amylase.

2.2.1 α-amylase:

α-amylase là một enzyme loại protein thủy phân liên kết α của cácpolysaccharide chứa liên kết α như tinh bột và gycogen, tạo ra glucose và

maltose Đây là dạng chủ yếu của amylase được tìm thấy ở người và động vật

có vú khác Nó cũng có mặt trong các loại hạt giống sử dụng tinh bột như mộtloại năng lượng dự trữ, và trong chất tiết của nhiều loại nấm Như có trongnước bọt, hạt hòa thảo nảy mầm,tụy tạng, trong nấm mốc, vi khuẩn

 Tính chất:

 α-amylase tương đối bền với nhiệt hơn các amylase khác nhưng lại kémbền với acid

 Ion canxi có tác dụng làm bền cấu trúc không gian của phân tử enzyme

Mặc dù tìm thấy nhiều trong các mô, amylase chủ yếu có trong dịch tụy và

nước bọt, trong đó có dạng riêng của α-amylase người Chúng có sự khác nhau

về sự tập trung đẳng điện, và cũng có thể được tách ra trong thử nghiệm bằngcách sử dụng các kháng thể đơn dòng đặc biệt

• Amylase nước bọt (Ptyalin)

Amylase được tìm thấy trong nước bọt và phân giải tinh bột thành maltose

và dextrin Nó phân giải các phân tử tinh bột lớn không hòa tan thành tinh bộthòa tan (amylodextrin, erythrodextrin, achrodextrin), tạo ra các đoạn tinh bột

nhỏ hơn và cuối cùng là maltose Ptyalin hoạt động trên các mối liên kết α (1,4)glycosidic thẳng, nhưng hợp chất thủy phân đòi hỏi một loại enzym hoạt độngtrên các sản phẩm phân nhánh Amylase nước bọt bị bất hoạt trong dạ dày bởiacid dạ dày.

Hình 2 Enzyme Amilaza ở nước bọt người

o Điều kiện tối ưu cho ptyalin :

 Tối ưu pH - 5,6-6,9

 Nhiệt độ cơ thể người: 37 °C

 Sự hiện diện của một số anion và hoạt hóa ( Chloride và bromide hiệu quả nhất Iodide - ít hiệu quả hơn Sulfate và phosphate kém hiệuquả nhất )

-• Amylase tuyến tụy

α-amylase tụy phân cắt ngẫu nhiên các liên kết α (1-4) glycosidic củaamylose tạo ra dextrin, maltose, hoặc maltotriose Nó thông qua một cơ chếchuyển đôi với giữ cấu hình anomeric

Các thử nghiệm đối với amylase được thực hiện dễ dàng hơn đối với lipase,làm cho các kiểm tra chủ yếu được sử dụng để phát hiện và theo dõi viêm tụy.Các phòng thí nghiệm thường sẽ đo amylase tụy hoặc amylase tổng số Nếu chỉ

đo amylase tụy có tăng sẽ không thể phân biệt với quai bị hoặc chấn thương

tuyến nước bọt khác Tuy nhiên, bởi vì nó có số lượng nhỏ, nên thời gian là rấtquan trọng khi lấy mẫu máu để đo chất này Lấy máu nên được thực hiện ngaysau một cơn đau viêm tụy, nếu không nó sẽ được đào thải nhanh chóng quathận.

o Cơ chế tác dụng của α-amylase:

α-amylase từ khác nguồn khác nhau có nhiều điểm rất giống nhau α-amylase

có khả năng phân cắt các liên kết α-1,4-glucoside nằm ở phía bên trong phân tử

cơ chất một cách ngẫu nhiên, không theo một trật tự nào cả

 Ứng dụng cuả α-amylase: α-amylase được sử dụng trong sản xuấtethanol để phá vỡ tinh bột trong hạt thành đường lên men (Ví dụ: Bước đầutiên trong việc sản xuất xi-rô ngô giàu fructose là trộn lẫn bột ngô với α-amylase, tạo ra chuỗi đường ngắn hơn được gọi là oligosaccharides.) Một α-amylase được gọi là "Termamyl", có nguồn gốc từ vi khuẩn Bacilluslicheniformis, cũng được sử dụng trong một số chất tẩy rửa, đặc biệt là nướcrửa chén và de-starching chất tẩy rửa.

 Cách xác định α-amylase:

Một số phương pháp có thể xác định đối với hoạt động của α-amylase, vàcác ngành công nghiệp khác nhau có xu hướng dựa vào các phương pháp khácnhau kiểm tra bằng I-ốt tinh bột là một sự phát triển của các phương pháp kiểmtra bằng Iốt, được dựa trên thay đổi màu sắc, như α-amylase làm thoái hóa tinhbột và thường được sử dụng trong nhiều ứng dụng Một kiểm tra tương tự nhưthử nghiệm trong công nghiệp sản xuất Amylase Phadebas, được sử dụng như

là một bài kiểm tra về chất lượng và số lượng trong nhiều ngành công nghiệpkhác như chất tẩy rửa, thực phẩm khác nhau, ngũ cốc, mạch nha, và sinh họcpháp y

2.2.2 β-amylase

β-amylase có phổ biến ở thực vật, đặc biệt là hạt nảy mầm Trong các hạtngũ cốc nảy mầm β-amylase xúc tác sự thủy phân các liên kết 1,4 α-glucantrong tinh bột, glucogen và polysaccharide, phân cắt từng nhóm maltose từ đầukhông khử của mạch Maltose được tạo thành do sự xúc tác của β-amilaza cócấu hình β.

Ở ngũ cốc, β-amylase tham gia vào sự phân giải tinh bột trong quá trình nảymầm của hạt Ở lúa β-amylase được tổng hợp trong suốt quá trình của hạt vàhầu như không được tổng hợp ở hạt khô Ở lúa mạch, enzyme có mặt ở tronghạt khô, nó được tích lũy trong suốt quá trình phát triển của hạt, khi ở dạng liênkết

Hình 3 Enzyme β-amylase

 Tính chất của β-amylase:

 β-amylase không bền khi có Ca2+ , β-amylase bị kìm hãm bởi Cu2+,

Hg2+, urea, idomeoacetamide, idone, ozon,

 β-amylase chịu nhiệt kém hơn α-amylase nhưng bền hơn với acid

 β-amylase bị bất hoạt ở nhiệt độ 700C, nhiệt độ tối thích là 550C ; pH từ 5,1-5,5

 Cơ chế hoạt động của β-amylase

Tiến trình phân giải bắt đầu từ đầu không khử của các nhánh ngoài cùng cơ chất β-Amylaese phân cắt các liên kết α-1,4-glucoside nhưng khi gặp liên kết α-1,4-glucoside đứng kề cận liên kết α-1,6-glucoside thì nó sẽ ngừng hoạt tác dụng Phần polysaccharide còn lại là dextrin phân tử lớn có chứa rất nhiều α-1,6-glucoside và được gọi là β-dextrin.

Tinh bột Maltose(54-58%) + 26%)

β-dextrin(42-2.2.3 γ-amylase

γ-amylase có nhiều ở sinh vật, gan động vật Đặc biệt là kiểu nấm mốcaspergillus, penicillium và Rhizopus Glucoamylase xúc tác cho phản ứng thủyphân các liên kết 1,4-1,6-glucoside bắt đầu từ đầu không khử của chuỗipolixacarit Glucoamylase là những enzyme có thể thủy phân được cả hai kiểuliên kết của các mạch α-glucan đẻ giải phóng ra ở dạng β

Hình 4 Enzyme γ-amylase

Amyloglucosidase từ nấm mốc là các protein có khối lượng dao động rất lớn từ 27000 đến 112000 Dag tùy thuộc vào nguồn gốc của enzyme

Nói chung thì các amiloglucosidase đều chứa các gốc meethioni, tritophan

và một nữa gốc cystein Tuy nhiên mối quan hệ giữa chuỗi acid amin, cấu trúc bậc 3 và hoạt động của enzyme vẫn chưa được làm sáng tỏ tất cả các

Β-amylase

amyloglucosidase từ nấm mốc đều là glucoprotein chứa từ 5 đến 20% gluxit trong đó chủ yếu là các mono saccharid glucose mannose, galactose và

glucosamin

Các amyloglucosidase chủ yếu được tạo nên từ hai iso enzyme I và II khácnhau ở khả năng thủy phân tinh bột ở trạng thái rắn và bỏi độ bền của chúng.Amyloglucosidase I tự hấp thụ và thủy phân tinh bột ở trạng thái rắn, ngược lạiamyloglucosidase II không có cả hai tính chất này

 Cơ chế hoạt động của γ-amylase

Amyloglucosidase có thể giải phóng ra β-D-glucose bằng cách thủy phânlặp lại nhiều lần các liên kết α-1,4 của mạch α-glucan từ đầu không khử, chúngcũng thủy phân được các liên kết α-1,6 và α-1,3 nhưng rất chậm Tốc độ thủyphân cũng tùy thuộc bản chất của các liên kết kề cận với liên kết glucozit đượcthủy phân, cũng như kích thước và cấu trúc của cơ chất bị thủy phân Nhất làvới các α-glucan mạch dài ( amylose và amylopectin ) thì bị thủy phân nhanhhơn là với các maltodextrin và các oligosaccharit

2.3 Một số ứng dụng của enzyme amylase trong thực phẩm

Có thể kế đến rất nhiều ứng dụng của amylase trong nhiều lãnh vực khácnhau :

 Trong y học và dược phẩm: thuốc , hóa chất chứa hoạt tính enzymeamylase và amylase được sử dụng đễ chuẩn đoán viêm tụy cấp

 Trong công nghiệp: amylase được ứng dụng trong sản xuất chất tẩy rửa

và còn được ứng dụng trong công nghiệp dệt

 Trong công nghiệp thực phẩm: amylase được ứng dụng trong sản xuấtnhiều sản phẩm khá quen thuộc như bột ngọt , bia , cồn , siro , bánh mì ,bánh kẹo ,

2.3.1 Ứng dụng enzyme amylase trong sản xuất bột ngọt

Amylase được sử dụng trong giai đoạn thủy phân tinh bột

 Mục đích: tạo điều kiện để thực hiện các phản ứng thủy phân tinh bộtthành đường lên men được chủ yếu là đường glucose

 Enzyme thường dùng: enzyme α– amylase, γ-amylase ( vừa thủy phân-1,4- glucoside vừa thủy phân -1,6- glucoside)

2.3.2 Ứng dụng enzyme amylase trong sản xuất bia

Enzyme amylase tác động vào giai đoạn đường hóa: biến đổi tinh bột thành các dextrin và maltose Quá trình nảy mầm xảy ra trong giai đoạn nấu bia Trong quá trình này , malt sau khi được nghiền sẽ hòa tan chung với nước theo một tỷ lệ thích hợp dưới tác dụng của các enzyme ở nhiệt độ nhất định sẽ được đường hóa trong nồi nấu malt

2.3.3 Ứng dụng enzyme amylase trong sản xuất cồn

Enzyme sử dụng: α – amylase và β– amylase

 Trước đây người ta dùng Enzym amylase của malt, nhưng ngày nay đã thay thế bằng Enzym amylase của nấm sợi

 Trong sản xuất cồn từ nguyên liệu chứa tinh bột, enzyme amylase được

sử dụng ở các giai đoạn đường hóa:

• Chuyển hóa tinh bột bằng α - amylase để tạo thành dextrin

• Chuyển hóa dextrin bằng β - amylase hay amyloglucosidase để tạo ra đường có khả năng lên men

2.3.4 Ứng dụng trong sản xuất siro

 Enzym amylase chỉ được sử dụng sau khi tinh bột hoà vào nước

 Enzym được sử dụng trong công nghệ sản xuất siro fructose phải là nhữngEnzym chịu nhiệt Những enzym này thường được thu nhận từ vi khuẩn

Bacillus licheniformis , Bacillus stearothermophilus Ngoài ra, người ta còn

sử dụng α-amylase từ nhiều vi sinh vật khác nhau

2.3.5 Ứng dụng trong sản xuất bánh mì

 Trong sản xuất bánh mì , người ta sử dụng enzyme nhằm giải quyết một số vấn đề sau:

+ Làm tăng nhanh thể tích bánh

+ Làm màu sắc của bánh đẹp hơn

+ Làm tăng mùi thơm cho bánh

 Trong sản xuất bánh mì, người ta sử dụng cả hai loại Enzyme α-amylase và β- amylase, các loại enzyme này tham gia thủy phân tinh bột để tạo thành đường Nhờ đó nấm men Saccharomyces cerevisiae sẽ dể dàng chuyển hóa chúng thành cồn, CO2., làm tăng thể tích của bánh và tạo ra màu sắc, hương vị tốt cho bánh

2.3.6 Ứng dụng trong sản xuất bánh kẹo

Tuy nhiên, nếu chỉ tận dụng lượng enzyme có sẵn trong tinh bột thì phảnứng trên xảy ra không mạnh, nhất là khi sử dụng lọai bột xấu để sản xuất bánh

Do đó người ta thường bổ sung thêm enzyme protease và amylase vào chế biếnbột trong quá trình sản xuất bánh quy Khi đó lượng đường khử và lượng aminoacid tự do sẽ tăng lên, phản ứng oxi-hóa khử cũng được tăng cường

2.3.7 Ứng dụng trong sản xuất glucoza và mật

Chúng ta đã biết từ tinh bột có thể thu được các phẩm vật đường khác nhaukhi thủy phân tinh bột bằng acid cũng như bằng enzym amylase sẽ thu đượcmật Mật glucoza hay mật maltoza thường được dùng trong sản xuất bánh kẹo

và trong sản xuất các sản phẩm ăn kiên cho trẻ em và người bệnh

3 Protease

3.1 Giới thiệu chung

Protease hay peptidase (EC.3.4) là nhóm enzyme thủy phân có khả năng cắtmối liên kết peptide (-CO~NH-)n trong các phân tử polypeptide, protein và một

số cơ chất khác tương tự thành các amino acid tự do hoặc các peptide phân tửthấp

Protease phân bố ở động vật, thực vật, vi sinh vật Tuy nhiên nguồn enzyme

phong phú nhất là nguồn từ vi sinh vật, có hầu hết ở các vi sinh vật như nấmmốc, vi khuẩn và xạ khuẩn… Có thể nói vi sinh vật là nguồn thích hợp nhất đểsản xuất enzyme ở quy mô lớn dùng trong công nghiệp và đời sống

Protease cần thiết cho các sinh vật sống, rất đa dạng về chức năng từ mức độ

tế bào, cơ quan đến cơ thể nên được phân bố rộng rãi trên nhiều đối tượng từ visinh vật ( vi khuẩn, nấm, virus), đến thực vật ( đu đủ, dứa) và động vật ( gan, dạdày bê…) So với protease động vật và thực vật, protease của vi sinh vật cónhững đặc điểm khác biệt Trước hết, hệ protease vi sinh vật là một hệ thống rấtphức tạp bao gồm nhiều enzyme rất giống nhau về cấu trúc, khối lượng và hìnhdạng phân tử nên khó tách ra dưới tác dụng tinh thể đồng nhất Do nó là phức

hệ gồm nhiều enzyme khác nhau nên protease vi sinh vật thường có tính đặchiệu rộng rãi cho sản phẩm thủy phân triệt để và đa dạng

Hình 5 Cấu trúc không gian enzyme protease

3.2 Phân loại enzyme protease

Protease thuộc phân lớp thứ tư của lớp thứ ba (E.C.3.4)

Protease được phân chia thành hai loại: endopeptidase và exopeptidase

• Dựa vào vị trí tác động lên mạch polypeptide, exopeptidase được phân thành

2 loại:

+ Aminopeptidase: xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu N tự do của chuỗi

polypeptide để giải phóng ra 1 acid amine, 1 dipeptide hoặc tripeptide

Protease (peptidase)(E.C.3.4)

Endopeptidase (E.C.3.4.21-99)

Exopeptidase

(E.C.3.4.11-17)

Serine proteinase Aminopeptidase

Cystein proteinase

Metallo proteinase

+ Carboxypetidase: xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu C của chuỗi

polypeptide và giải phóng ra 1 acid amine hoặc 1 dipeptide

• Dựa vào động học của cơ chế xúc tác, endopeptidase được chia thành 4nhóm:

+ Serine proteinase: là những proteinase chứa nhóm –OH của gốc serine trong

trung tâm hoạt động và có vai trò đặc biệt quan trọng đối với hoạt động xúc tác

của enzyme Nhóm này bao gồm 2 nhóm nhỏ: chymotripsyn và subtilisyn Nhóm chymotripsyn gồm các enzyme động vật như: chymotripsyn, trypsyn,

elastase Nhóm subtilisyn gồm 2 loại enzyme vi khuẩn: subtilisyn Carsberg và subtilisyn BPN Các serine protease thường hoạt động mạnh ở vùng kiềm tính

và thể hiện tính đặc hiệu cơ chất tương đối rộng

+ Cysteine proteinase: các proteinase chứa nhóm –SH trong trung tâm hoạt

động Cysteine proteinase gồm các proteinase thực vật như papain, bromelain,một vài proteinase động vật và proteinase kí sinh trùng Các Cysteineproteinase thường hoạt động ở vùng pH trung tính, có tính đặc hiệu cơ chấtrộng

+ Aspartic proteinase: hầu hết các aspartic proteinase thuộc nhóm pepsin.

Nhóm pepsin bao gồm các enzyme tiêu hóa như: pepsin, chymosin, cathepsin,renin Các aspartic proteinase có chứa nhóm carboxyl trong trung tâm hoạtđộng và thường hoạt động mạnh ở pH trung tính

+ Metallo proteinase: là nhóm proteinase được tìm thấy ở vi khuẩn, nấm móc

cũng như các vi sinh bậc cao hơn Các metallo proteinase thường hoạt động ởvùng pH trung tính và hoạt độ giảm mạnh dưới tác dụng của EDTA

Ngoài ra, protease được phân loại một cách đơn giản hơn gồm 3 nhóm:

3.3.1. Nguồn động vật

- Tụy tạng: đây là nguồn enzyme sớm nhất, lâu dài nhất và chứa nhiều enzymenhất