Bài giảng kỹ thuật thực phẩm enzyme

Chuyên đề 2: Quá trình và thiết bị công nghệ enzyme Giới thiệu chung Sản xuất enzyme Ứng dụng của enzyme trong CNTP Ứng dụng của enzyme trong CNTP... Sản xuất enzyme – Dạ dày bê → ren

Chuyên đề 2: Quá trình và thiết bị công nghệ enzyme

Giới thiệu chung

Sản xuất enzyme

Ứng dụng của enzyme trong CNTP

Ứng dụng của enzyme trong CNTP

1.1 Định nghĩa về enzyme

thể sống, có khả năng xúc tác (làm tăng tốc độ) các phản ứng hóa học một cách chọn lọc.

Tham gia vào các chu trình sống chủ yếu như tiêu hóa, hô hấp,

trao đổi chất và bảo toàn vật chất tế bào sống.

Enzyme = chất xúc tác sinh học có tính chọn lọc cao.

1 Giới thiệu chung

1.2 Quá trình enzyme

• Các quá trình lên men;

• Các quá trình phức hợp và các quá trình có enzyme tham gia trung gian;

1.3 Phân loại enzyme công nghiệp

1 Giới thiệu chung

1.3 Phân loại enzyme công nghiệp

• Chế phẩm enzyme kỹ thuật  CNTP

• Chế phẩm enzyme tinh khiết  y, dược, phân tích

• Chế phẩm enzyme thô  xử lý môi trường, thức ăn gia súc.

2.1 Nguồn thu enzyme và phân bố

• Động vật

– Tụy tạng → trypsin, kimotrypsin, ribonuclease, amylase, lipase

• Làm mềm da để lột da, khử vết nứt trên da.

• Sản xuất sản phẩm thủy phân protein y học và môi trường nuôi cấy VSV

• Chữa bệnh về tụy (rối loạn chức năng, cắt bỏ tụy )

• Sản xuất chế phẩm enzyme tẩy rửa

– Dạ dày lợn → pepsin A, B, C, D, gastrisin

2 Sản xuất enzyme

– Dạ dày bê → renin

• Sử dụng phổ biến trong chế biến pho mát (casein → paracasein)

– Các loại nội tạng khác (gan, lá lách, thận, phổi, cơ hoành, dạ con, huyết) để thu nhận aminotransferase, hoặc trombia

– Nguyên liệu phải tươi (lấy ngay sau giết mổ)

hoạt tính của enzyme

2.1 Nguồn thu enzyme và phân bố

• Thực vật

– Cây đậu rựa (Canavalin ensifirmis)→ urease (chiếm ~ 20% chất khô)

– Họ dứa (Bromalaceae) → bromelain

• Vỏ, chồi, thân, lá đặc biệt là lõi đều chứa bromelain

– Nhựa đu đủ (Carica Papaya L) → papain

– Hạt ngũ cốc và 1 số loại củ chứa tinh bột → amylase

2 Sản xuất enzyme

– Hạt ngũ cốc và 1 số loại củ chứa tinh bột → amylase

• Hạt cốc nảy mầm (malt), khoai lang nảy mầm

– Một số loại thực vật khác: lá chè, nội nhũ hạt cacao tươi, nước

ép quả nho → polyphenoloxydase

• Sản xuất ở quy mô lớn

• Dễ thu nhận, chủ động về nguyên liệu nuôi cấy VSV và giống VSV

• Chu kỳ sinh trưởng của vi sinh vật ngắn: 16 – 100 h nên có thể thu hoạch nhiều lần trong năm → sản xuất thường xuyên, không phụ thuộc mùa vụ

2 Sản xuất enzyme

nhiều lần trong năm → sản xuất thường xuyên, không phụ thuộc mùa vụ

• Năng suất cao

• Tận dụng được những tiến bộ về CNSH: chuyển gen, gây đột biến để tạo chủng có khả năng chịu điều kiện khắc nghiệt (pH, T)

• Giá thành thấp vì môi trường rẻ, đơn giản, dễ tổ chức sản xuất.

– Cần chú ý khả năng sinh độc tố để có biện pháp phòng ngừa,

xử lý thích hợp

– Phân lập các giống VSV có trong tự nhiên hoặc các giống gây đột biến theo hướng có lợi, chỉ tổng hợp ưu thế một loại

enzyme nhất định nào đó

2 Sản xuất enzyme

Nguồn thu nhận enzyme

2 Sản xuất enzyme

Nguồn thu nhận enzyme

2.2 Sản xuất enzyme từ vi sinh vật

• Phương pháp lên men bề mặt

– Nguyên tắc:

• Sử dụng chất mang rắn

• Nuôi cấy VSV trên bề mặt chất mang đó

– VSV: nấm mốc để sinh tổng hợp enzyme amylase, xenlulase, pectinase protease

– Ít bị tạp nhiễm do khả năng phát triển nhanh, mạnh

2 Sản xuất enzyme

– Ít bị tạp nhiễm do khả năng phát triển nhanh, mạnh

– Chất mang: vỏ trấu gạo, vỏ trấu lúa mỳ, cám, ngô mảnh…

– Thiết bị: TB có các giàn chứa, TB thùng quay

2.2 Sản xuất enzyme từ vi sinh vật

• Phương pháp lên men bề mặt

2 Sản xuất enzyme

2.2 Sản xuất enzyme từ vi sinh vật

• Phương pháp lên men bề mặt

2 Sản xuất enzyme

Nắp

Không khí ra

Giá đỡ Canh trường Vòi phun

Nước vào Không khí vào Canh trường

Nước ra

2.2 Sản xuất enzyme từ vi sinh vật

• Phương pháp lên men bề sâu

– Nguyên tắc:

• Sử dụng môi trường lỏng

• Nuôi cấy VSV trong toàn khối môi trường lỏng

– VSV: nấm men, vi khuẩn

– Cơ chất: tinh bột, đường

– Môi trường phải tuyệt đối vô trùng

2 Sản xuất enzyme

– Môi trường phải tuyệt đối vô trùng

– Thiết bị: TB lên men lỏng

2.2 Sản xuất enzyme từ vi sinh vật

• Phương pháp lên men bề sâu

2 Sản xuất enzyme

2.2 Sản xuất enzyme từ vi sinh vật

• So sánh phương pháp nuôi cấy VSV

chuyển

+ Tốn ít năng lượng thiết bị, dụng cụ nuôi

cấy đơn giản, thực hiện ở quy mô nhỏ,

+ Độ tinh khiết của enzyme cao

2 Nhược điểm + Nồng độ enzyme thấp, giá thành cao + Tốn năng lượng do khuấy trộn

+ Nếu tạp nhiễm sẽ gây tổn thất lớn.

2.3 Thu nhận và tinh chế enzyme

2 Sản xuất enzyme

2.3 Thu nhận và tinh chế enzyme

• Thu dịch enzyme

– Thu enzyme nội bào:

• Nghiền nhỏ với cát, vụn thủy tinh, nghiền bi

• Để tế bào tự phân hủy

• Dùng tác dụng của siêu âm, áp suất thẩm thấu cao, trích ly bằng muối hoặc dung dịch hữu cơ.

• Kết tủa enzyme bằng các chất điện ly thích hợp.

– Thu enzyme ngoại bào:

2 Sản xuất enzyme

– Thu enzyme ngoại bào:

• Ly tâm, lọc ép (chất trợ lọc diatomit, than hoạt tính, hoặc tác nhân trợ kết tủa như CaCl2 + (NH4)2SO4 → CaSO4 ↓để thu nhận sinh khối và cặn ép

2.3 Thu nhận và tinh chế enzyme

• Bổ sung chất ổn định để đạt nồng độ chất khô 30 – 35g/L Sấy phun ở

120 o C, chế phẩm thu được ở dạng bột.

• Kết tủa enzyme bằng các dung môi thích hợp (ethanol, izopropanol, axeton), (NH4)2SO4.) Ly tâm + chất ổn định và sấy khô và nghiền mịn để thu chế phẩm dạng bột.

• Thu chế phẩm tinh khiết

– Hòa chế phẩm kỹ thuật vào nước hoặc dung dịch CaCl2

• Kết tủa lại bằng ethanol, axeton, hoặc (NH4)2SO4 ở nhiệt độ thấp

• Enzyme được hấp phụ lên bề mặt chất hấp phụ

• Giải hấp phụ để thu nhận enzyme bằng dung dịch đệm.

– Tách enzyme bằng phương pháp trao đổi ion

– Sấy khô ở nhiệt độ thấp hoặc sấy thăng hoa

– Dùng nhiều trong y học, ứng dụng CNSH, sinh học phân tử

• Protease với công nghiệp thực phẩm

– Làm mềm thịt, tạo thức ăn dễ tiêu hóa

– Sản xuất các loại dịch thủy phân giàu protein

– Chế biến các phế liệu của công nghiệp thực phẩm thành thức

ăn cho người và vật nuôi

– Sản xuất pho mát nhờ renin

• Pectinase với công nghiệp thực phẩm: dùng trong một

số ngành công nghiệp thực phẩm sau:

3 Ứng dụng của enzyme trong CNTP

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

• Cellulase với công nghiệp thực phẩm

– Tăng chất lượng thực phẩm và thức ăn gia súc

– Tăng hiệu suất trích ly các chất từ nguyên liệu thực vật

– Sử dụng trong sản xuất bia, agar.

• Amylase với công nghiệp thực phẩm

– Ứng dụng trong sản xuất bánh mì, glucose, rượu, bia, bánh kẹo

• Ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác

– Y học: sản xuất sản phẩm thủy phân protein y học (dịch truyền

y tế) và môi trường nuôi cấy VSV

– Trong mỹ phẩm: Làm mềm da để lột da, khử vết nứt trên da,

3 Ứng dụng của enzyme trong CNTP

– Trong mỹ phẩm: Làm mềm da để lột da, khử vết nứt trên da, – Tẩy rửa

Vi khuẩn Enzyme Ứng dụng

Arthobacter gluco-isomerase Đồ uống

Bacillus coagulans gluco-isomerase Ngũ cốc, quả

Bacillus licheniformis α-amylase Ngũ cốc, nước uống, bánh ngọt

protease kiềm Thịt, cá, nước uống

Bacillus cereus protease kiềm Nước uống

β-amylase Ngũ cốc, nước uống isoamylase nt

Ứng dụng của enzyme có nguồn gốc vi sinh vật trong CNTP

3 Ứng dụng của enzyme trong CNTP

isoamylase nt

Bacillus megatherium β-amylase nt

Bacillus amyloliquefa α-amylase nt

Bacillus amylocieus protease trung tính nt

Bacillus substilis α-amylase Nước uống, mật ong

β-amylase Nước uống endo-glucanase nt

hemicellulase Sôcôla, chè, cafe protease Nước uống, bánh ngọt

Leuconostoc oenos decarboxylase Nước uống

Micrococus lyroditticus catalase Sữa, phomat

Nấm mốc

Aspergillus oryzea α-amylase Ngũ cốc, bánh ngọt

amyloglucosidase Nước uống, quả, đường mật cellulase Nước uống, quả, rau

hemicellulase Sôcôla, chè, cafe lipase Quả dầu, phomat maltase Ngũ cốc

pectinase Quả, rượu vang, nước uống protease Phomat, thịt, cá

Aspergillus niger α-amylase Ngũ cốc, quả, nước uống

glucoamylase Nước uống, quả, đường mật cellulase -

cellulase - lipase Sữa, phomat lactase nt

invertase Kẹo, nước quả pectinase Nước uống, rượu, quả

Mucor pussilus protease axit Xì dầu, thịt lên men

Nấm men

Candida lipolytica lipase Sữa đậu nành, phomat

Saccharomyces cerevisiae invertase Mứt quả

α-galactosidase Mứt quả, đường mật