Quá trình lên men cồn trong sản xuất truyền thống

CÔNG NGHỆ TỔNG QUÁT Bất kỳ công nghệ sản xuất cồn hay rượu từ nguồn tinh bột nào cũng phải qua những giai đoạnsau: - Xử lý nguyên liệu - Đường hóa nguyên liệu để tạo ra dung dịch lên men

MỤC LỤC

Lời mở đầu

3

I NGUYÊN LIỆU 4 1 Thành phần hĩa học của tinh bột 4

2 Vai trị của tinh bột đối với chất lượng gạo 4

3 Tinh bột của các loại ngũ cốc 4

a Lúa gạo 4

b Hạt lúa mì 10

c Ngơ 11

4 Tinh bột của các loại củ 11

a Khoai tây 11

b Khoai lang 11

c Sắn 11

II BẢN CHẤT HỐ SINH CUẢ QUY TRÌNH 11

III CƠNG NGHỆ TỔNG QUÁT 12

1 Xử lý nguyên liệu 13

2 Đường hĩa và chuẩn bị dung dịch cho quá trình lên men 13

3 Quá trình đường hĩa 24

4 Tiến hành lên men 25

IV.CHỈ TIÊU SẢN PHẨM 26

1.Chỉ tiêu vật lý 26

2.Chỉ tiêu hố lý 26

3.Chỉ tiêu hố học 26

V CHỐNG TẠP NHIỄM CHO LÊN MEN 27

VI CHƯNG CẤT VÀ TINH LUYỆN 28

1.Chưng cất gián đoạn 28

2 Sơ đồ hệ thống chưng luyện bán liên tục 29

3.Chưng luyện liên tục 31

4.Tinh luyện để thu nhận cồn tuyệt đối 31

5 Sản xuất rượu thủ cơng truyền thống 32

a Nguyên liệu 33

b Cách làm bánh men 33

c Hệ vi sinh vật trong bánh men 35

d Sản xuất rượu theo phương pháp thủ công truyền thống 36

VII ỨNG DỤNG: MỘT SỐ LOẠI RƯỢU THỦ CƠNG KHƠNG QUA CHƯNG CẤT TRUYỀN THỐNG 36

1 Rượu cẩm 36

2 Rượu cần 37

a Nguyên liệu làm rượu: 37

b Giống vi sinh vật lên men: 37

c Những biến đổi sinh hĩa quan trọng: 38

d Qui trình lên men rượu: 39

e.Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng rượu cần: 39

3 Rượu vang 39

a Hệ vi sinh vật trong sản xuất rượu vang 39

b Quy trình sản xuất rượu vang 41

Tài liệu tham khảo 43

DANH MỤC BẢNG

3 Phân loại theo tỷ số chiều dài/chiều rộng hạt gạo lật 7

10 Đặc tính của các amilase tạo ra các oligosaccaride đặc thù 22

12 Tạp chất trong cồn thô từ một số nguyên liệu 28

DANH MỤC HÌNH

3

Rhizopus oryzae

15 4

5

6

7

9

12

Lời mở đầu

Từ lâu, rượu đã trở thành thức uống không thể thiếu của chúng ta, rượu như là một nét đẹp của văn hóa Việt Nam Ở nước ta, mỗi vùng miền lại có những loại rượu đặc trưng riêng với những hương vị riêng cùng góp vào kho tàng rượu dân tộc thêm phong phú

Đề tài chúng em nghiên cứu là về quá trình lên men rượu và các sản phẩm thu nhận được như cồn, rượu và thêm một số sản phẩm rượu phổ biến Sự đóng góp tích cực của công nghệ lên men với sự tham gia của vi sinh vật trong việc tạo ra những sản phẩm mới, làm phong phú các loại mặt hàng trong công nghiệp chế biến thực phẩm Để tạo ra một sản phẩm thực phẩm mang tính tiến bộ cho con người, chúng em- những kỹ sư công nghệ thực phẩm tương lai nghĩ rằng cần phải có sự hoàn thiện hơn nữa những sản phẩm rượu truyền thống bằng những kiến thức

và kinh nghiệm mà chúng em đang được học tập ở trường.

Với những kiến thức mà cô đã dạy trong suốt thời gian qua kết hợp với những điều chúng em tham khảo từ sách vở, chúng em hi vọng rằng bài tiểu luận này sẽ nhận được nhiều lời khen từ cô Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện có thể không tránh khỏi sai sót, chúng em rất mong nhận được những lời đóng góp và sự chỉ dạy thêm của cô

để rút kinh nghiệm về sau

Chúng em xin chân thành cám ơn cô.

Tp Hồ Chí Minh, tháng 5, năm 2009.

I NGUYÊN LIỆU

Trong sản xuất cồn bằng phương pháp truyền thống ở nước ta, chủ yếu sử dụng nguyênliệu chính là tinh bột, ngoài ra còn có các nguyên liệu khác như: rỉ đường, cellulose…

1 Thành phần hóa học của tinh bột

Tinh bột không phải một hợp chất đồng thể mà gồm hai polysaccarit khác nhau: amilose

và amilopectin Tỉ lệ amilose/amilopectin xấp xỉ ¼ Trong tinh bột loại nếp (gạo nếp hoặc ngônếp) gần như 100% là amilopectin Trong tinh bột đậu xanh, dong riềng hàm lượng amilosechiếm trên dưới 50%

2 Vai trò của tinh bột đối với chất lượng gạo

Tinh bột là cấu tử chính của gạo (chiếm đến 90% chất khô) Hàm lượng amilose trong gạo

tẻ có thể chiếm từ 7 đến 33% chất khô Amilopectin là cấu tử chính của tinh bột và thành phầnduy nhất của gạo nếp Tinh bột gạo nếp chiếm từ 0,8 đến 1,3% amilose, tập trung chủ yếu ở tâmhạt tinh bột Tinh bột lúa nếp bị nhuộm màu đỏ hay nâu với iod còn gạo tẻ thì nhuộm màu xanhhay xanh tím Hàm lượng amilose phụ thuộc vào trị số và hình dạng hạt tinh bột

Hạt tinh bột lúa nếp và lúa thường có nhiệt độ hồ hóa giống nhau Nhiệt độ hồ hóa có thể daođộng từ 55 đến 790C phụ thuộc vào giống và điều kiện canh tác Nhiệt độ hồ hóa của cùng 1 loạigiống có thể khác nhau đến 100C Nhiệt độ hồ hóa có thể chia ra 3 loại: loại thấp 690C, loại trunggian 70-740C, và loại cao 740C Lúa ở vùng nhiệt đới có nhiệt độ hồ hóa loại trung gian hay loạithấp Điều kiện nhiệt độ trong quá trình hình thành hạt có ảnh hưởng đến nhiệt độ hồ hóa của tinhbột

Nhiệt độ hồ hóa phản ánh độ bền của hạt tinh bột tới sự tác động của các loại thuốc thửkhác nhau Đối với tinh bột lúa nếp thì biên độ tổn thất lớn hơn so với lúa thường

Những sự khác biệt về nhiệt độ hồ hóa phản ánh rõ tới thời gian nấu gạo Nấu gạo có nhiệt độ hồhóa cao sẽ kéo dài thời gian vài phút so với gạo có nhiệt độ hồ hóa thấp Gạo có nhiệt độ hồ hóathấp khi nấu sẽ bắt đầu hút nước và trương nở ở nhiệt độ thấp hơn so với gạo có nhiệt độ hồ hóacao

Nhiệt độ hồ hóa cũng có thể phản ánh độ rỗng tương đối của nội nhũ Tỉ lệ amilose:amilopectin xác định các tính chất của cơm Hàm lượng amilose càng cao, các hạt tinh bột hútnước cáng mạnh, thể tích các hạt tinh bột tăng nhưng cấu trúc không bị phá hủy nhờ khả năngcủa amilose tạo thành các liên kết nước ở mức cao Độ chắc của cơm và độ bóng bề mặt của nóđược quyết định bởi tỉ số amilose: amilopecin trong tinh bột

Các nguồn có chứa tinh bột

3 Tinh bột của các loại ngũ cốc

Các hạt cốc bao gồm: lúa, ngô, kê, lúa mì, đại mạch, kiều mạch, yến mạch, lúa mạch đen.Thường hàm lượng tinh bột chiếm 50-70% lượng chất khô của hạt

a Lúa gạo

Ở nước ta, sản xuất chủ yếu là từ gạo:

Thành Phần Hoá Học Của Tinh Bột Gạo:

Hình 1: cây lúa (Oryza sativa)

- Hình đa giác, kích thước 2 – 10 µm

- Thành phần: amylose mạch thẳng chiếm 15 – 35% và amylopectin mạchnhánh Tỉ lệ thành phần amylose và amylopectin cũng có liên quan đến độ dẻo củahạt: Hàm lượng amylose trong hạt quyết định độ dẻo của hạt Nếu hạt có 10-18%amylose thì gạo mềm, dẻo, từ 25-30% thì gạo cứng Các loại gạo của Việt Nam cóhàm lượng amylose thay đổi từ 18-45%, cá biệt có giống lên đến 54%

- Nhiệt độ hồ hoá: 70 – 80oC

Protein:

- Albumin 5%, globulin 10%, prolamin 5%, glutelin 80%

- Tập trung chủ yếu ở phôi, lớp aleurone và giảm dần khi vào tâm nội nhũ Do

đó gạo càng xát kỹ thì hàm lượng protein càng giảm

Các giống lúa Việt Nam có lượng protein thấp nhất là 5,25%, cao nhất 12,84%, phần lớntrong khoảng 7-8%, lúa nếp có lượng protein cao hơn tẻ, lúa chiêm cũng có lượng proteincao

Bảng 1: Thành phần hóa học của 100g gạo

Các chỉ số

Loại gạo

-Chỉ tiêu chất lượng:

Cảm quan:

- Màu sắc: trắng trong, không bị biến màu

- Mùi: không có mùi lạ

- Vị: không có vị lạ

Vật lý:

Bảng 2: Phân loại theo chiều dài hạt gạo lật

Dạng hạt Chiều dàiThon dài

DàiTrung bìnhNgắn

Trên 7,50

Từ 6,61 đến 7,50

Từ 5,51 đến 6,60Dưới 5,51

Bảng 3: Phân loại theo tỷ số chiều dài/chiều rộng hạt gạo lật

Dạng hạt Tỷ số dài/rộngThon dài

Trung bìnhHơi trònTròn

Trên 3

Từ 2,1 đến 3

Từ 1,1 đến 2Dưới 1,1

- Chọn hạt có kích thước lớn, hạt mẩy vì lúc này hàm lượng chất khô trong hạt đã

1 Độ ẩm (% khối lượng, không lớn hơn) 14 14 14 14

Diclovot ( Dichlovos)

0,50,10,3

MalathionWolfatoo MethylparathionDimethoat ( B, 5B, Rogor)

2,00,71,0

Sinh học:

- Côn trùng các loại: không được có

- Tổng số bào tử nấm mốc trong 1kg gạo, không lớn hơn: 10.000 bào tử

- Chọn hạt to, khỏe để hạn chế lượng vi sinh vật trên hạt

Bảng 6: Lượng các vi sinh vật trên các hạt

Kiểu hạt

Số lượng vi sinh vật tính bằng 1000 khuẩn lạc/1g hạt

Nấm mốc

Vi khuẩn,nấm men

Số lượng

Penicilliu m

Non, xanh,

Độc tố vi nấm aflatoxin: không phát hiện thấy bằng kỹ thuật sắc ký lớp mỏng

Bảng 7: Các lo i đ c t n m m cại độc tố nấm mốc ộc tố nấm mốc ố nấm mốc ấm mốc ố nấm mốc

Tên các loại nấm mốc Độc tố do chúng tiết ra

Asp flavus Asp Paraciticus Aflatoxin

Asp ochraceus Penicillium verrucosum Ochratoxin

Eurotium chevalieri Eurotium telodami EchinulinFusarium sporotrichiodes T2 – toxin và trichothecenes

Penicillium citreonigrum Citreoviridin

Penicillium citrinum Citrinin

Năng lượng: 100g gạo cung cấp năng lượng là 360 Kcal

b Hạt lúa mì

Hạt lúa mì gồm các phần chính sau:

a) Vỏ quả chiếm 4-6% khối lượng hạt

b) Vỏ hạt chiếm 3-2,5 % khối lượng hạt

c) Lớp alơrông

d) Nội nhũ chiếm 82% khối lượng hạt

Nội nhũ được tạo nên từ các tế bào lớn có thành rất mỏng (gần như không thể phân biệt đượcbằng kính hiển vi) chứa đầy tinh bột và các chất protein Nội nhũ có màu trắng hoặc vàng nhạtphụ thuộc vào mức độ chứa đầy protein của tế bào, mức độ liên kết của protein với các hạt tinhbột cũng như kích thước và hình dạng

của các hạt tinh bột mà màu nội nhũ có thể trắng trong, trắng đục hoặc trắng trong từng phần Hạt hoàn toàn trắng trong khi tất cả các tế bào của nội nhũ chứa đầy không còn không gian rỗngchứa không khí Nếu tế bào nội nhũ xốp có nghĩa là còn các lỗ và các khe chứa không khí thì ánhsáng tới lại bị khúc xạ nhiều lần nên hạt không trong suốt và có màu trắng đục

c Ngô

Hạt ngô thường có các phần chủ yếu sau đây:

a) Lớp vỏ quả chiếm 5-7% khối lượng hạt

b) Lớp vỏ hạt mỏng chiếm 2 % khối lượng hạt

c) Lớp alơrông chiếm 6-8% khối lượng hạt

d) Cuống chiếm1,5% khối lượng hạt (dính hạt với cùi)

e) Phôi ngô chiếm 10-19% khối lượng hạt

f) Nội nhũ chiếm 72-75% khối lượng hạt (chứa 77-84% tinh bột)

4 Tinh bột của các loại củ

Khoai tây, khoai lang, sắn, dong riềng, củ mài, sắn dây cũng là những nguồn để thu tinhbột rất quan trọng

a Khoai tây

Hàm lượng tinh bột trong củ phân bố không đều Các lớp tế bào nằm ở giữa lớp tế bàothành mỏng và trung tâm của củ thường chứa nhiều tinh bột nhất Ở giữa củ ( trung tâm) có lượngtinh bột thấp

Hàm lượng tinh bột trong khoai tây dao động từ 8-30% Kích thước hạt tinh bột khoai tâykhoảng 30-150μm m

b Khoai lang

Cấu tạo củ khoai lang gồm 3 phần:

a)Vỏ bao chiếm 1% khối lượng củ b)Vỏ cùi chiếm 5-12% khối lượng củ c)Thịt củ

Lượng tinh bột trong khoai lang thường dao động từ 15-31%, kích thước hạt tinh bột từ15-80 μm m

c Sắn

Củ sắn gồm 4 phần chính:

a) Vỏ gỗ chiếm 0.5-3% khối lượng củ b) Vỏ cùi chiếm 8-10% khối lượng củ c) Thịt sắn là phần chủ yếu của củ sắn, bao gồm các tế bào nhu mô thành mỏng.Thành phần vỏ tế bào nhu mô là xenlulozơ, pentozơ, bên trong là các hạt tinh bột và nguyên sinhchất

Lượng tinh bột trong thịt sắn phân bố không đều nhiều nhất ở lớp ngoài rồi giảm dần vàotrong Kích thước hạt tinh bột sắn khoảng 15-80 μm m

II BẢN CHẤT HOÁ SINH CUẢ QUY TRÌNH:

1 Giai đoạn 1: giai đoạn đuờng phân tạo acid pyruvic

2 Giai đoạn 2: acid pyruvic decarboxyl hoá tạo acetaldehyde (pyruvate decarboxylase)

3 Giai đoạn 3: acetaldehyde tiếp nhận hydro tạo etanol (enzyme alcohol dehydrogenase)

III CÔNG NGHỆ TỔNG QUÁT

Bất kỳ công nghệ sản xuất cồn hay rượu từ nguồn tinh bột nào cũng phải qua những giai đoạnsau:

- Xử lý nguyên liệu

- Đường hóa nguyên liệu để tạo ra dung dịch lên men

- Lên men để chuyển đường thành cồn

- Tinh chế sản phẩm

1 Xử lý nguyên liệu

Nguyên liệu là những sản phẩm của sản xuất nông nghiệp Trước khi đua vào sản xuấtnguyên liệu phải được tiến hành phân loại, làm sạch, loại bỏ những thành phần không thích hợp.Tùy theo nguyên liệu mà ta có những biện pháp xử lý tương ứng

2 Đường hóa và chuẩn bị dung dịch cho quá trình lên men

Cồn chỉ tạo thành từ đường do nấm men Saccharomyces cerevisiae chuyển hóa Trongcác dạng nguyên liệu chứa tinh bột thường chứa rất ít đường Lượng đường này hoàn toàn không

đủ cho quá trình lên men và tạo thành cồn

Muốn thu nhận được lượng cồn cao phải tiến hành đường hóa tinh bột

a) Ở các nước châu Âu và châu Mỹ, người ta thường đường hóa tinh bột bằng chế phẩmenzym thu nhận từ malt Việc sử dụng malt như một nguồn enzym amilase có xuất xứ địa lý

và phương thức sản xuất nông nghiệp của họ Các nước châu Âu nằm trong vùng địa lý rấtthuận lợi cho canh tác hóa đại mạch,khi đại mạch nảy mầm tạo ra rất nhiểu enzym amilase.Người ta đem phơi mầm đại mạch (mầm đại mạch được gọi là malt) và đem nghiền mịnthành bột bột này giàu amilase Người ta sử dụng chúng để đường hóa Khi tiến hành đườnghóa tinh bột bằng bột malt, người ta thường hòa bột nguyên liệu với nước, tiến hành hồ hóa

và tiếp đó làm nguội đến 60-650C rồi cho bột malt vào người ta duy trì nhiệt độ này trongđiều kiện khuấy liên tục Quá trình thủy phân sẽ tạo ra đường glucose Dung dịch được tách

ra khỏi bã (phần không thủy phân được) bằng cách lọc ép hay ly tâm

Phương pháp này được tóm tắt như sau:

bột malt nấm men cồn tinh chế

tinh bột hồ hóa đường hóa lọc ép dịch lên men chưng cất tinh chế

Phương pháp này chỉ được thực hiện nhiều trước thế kỉ XIX Từ thế kỷ XIX cho đến nay, cácnước châu Âu đã thay chế phẩm enzym từ bột malt bằng chế phẩm enzym từ vi sinh vật Tuynhiên, việc sử dụng bột malt như nguồn enzym vẫn được sử dụng ở những vùng nông thôn trongsản xuất rượu theo quy mô gia đình

Người ta có thể sử dụng acid như tác nhân thủy phân tinh bột, sau đó trung hòa bằngcarbonate Acid sulfuric và acid chlohydric thường được sử dụng để thủy phân tinh bột; Na2CO3

thường được sử dụng để trung hòa acid dư

Phương pháp này thường đòi hỏi các thiết bị chịu được acid hay phải chịu điều kiện Mặtkhác, các acid thường rất độc hại và hay gây nguy hiểm cho người sản xuất, chính vì thế, hiệnnay ít được sử dụng

b) Ở các nước châu Á, theo truyền thống, người ta hay sử dụng bánh men để sản xuất rượu,cồn từ nguồn tinh bột Công nghệ sản xuất rượu,cồn từ các loại men đã có từ hàng ngàn nămtrước đây ở Trung Quốc,Việt Nam và Nhật Bản Lúc đầu, người ta sản xuất hoàn toàn dựavào khu hệ vi sinh vật tự nhiên được rơi vào khối ủ Cách làm này thường không có kết quả

ổn định Do đó bằng kinh nghiệm, người ta chọn khối ủ nào tốt nhất để lại một phần để làm

mẻ sau Cách làm này có tốt hơn cách làm trên nhưng khi thực hiện vẫn không thu được kếtquả ổn định do không bảo quản được sau đó, người ta tiến hành sản xuất bánh men Lúc đầubánh men cũng được tạo ra từ những mẻ ủ tốt bằng cách tạo hình chúng, đem sấy khô và bảoquản để dùng dần bằng cách này, người ta đã hoàn toàn chủ động được quá trình sản xuất vàđảm bảo được chất lượng sản phẩm Từ đó phương pháp sản xuất bánh men được phát triển

khá hoàn thiện và tạo ra được nhiều loại bánh men khác nhau, tùy theo từng dân tộc và tùytheo thị hiếu của người tiêu dùng Chất lượng rượu, cồn phụ thuộc rất nhiều vào chất lượngcũng như chủng loại của bánh men, trong các loại bánh men đều chứ các loài nấm sợi, vikhuẩn có khả năng đường hóa tinh bột và đều chứa nấm men có thể chuyển hóa đường thànhcồn Như vậy có thể khẳng định được rằng bánh men dùng trong sản xuất rượu từ nguyên liệuchứa tinh bột là chế phẩm vi sinh vật rất đặc biệt Trong đó có sự tồn tại hài hòa nhiều vi sinhvật khác nhau, tạo được thế cân bằng giữa các quá trình chuyển hóa

c) Trong công nghiệp sản xuất cồn và rượu từ nguyên liệu tinh bột, người ta không thể sửdụng các nguồn enzym như phần trình bày trên vì tính chất kinh tế và tính ổn định của sảnphẩm, vì bản chất sản xuất công nghiệp và sản xuất hàng loạt là các sản phẩm phải có chấtlượng đồng đều và có kiểm soát, do đó trong sản xuất công nghiệp người ta đòi hỏi quá trìnhtạo giống có chất lượng ổn định và có kiểm soát các loại giống được tạo ra trong công nghệ

vi sinh vật việc kiểm soát giống chỉ có thể khi ta phân lập được chúng ở dạng thuần khiết(dạng không có sự nhiễm bởi các vi sinh vật khác)

Như vậy, muốn sản phẩm có chất lượng đồng nhất phải có giống thuần khiết Từ nhữngbánh men thuốc bắc, thuốc nam của người châu Á, các nhà khoa học Pháp đã phân lập ra rấtnhiều giống vi sinh vật có khả năng đường hóa cao, trong đó những giống điển hình bao gồmAspergillus sp.,Rhizopus sp., Mucor sp Các giống vi sinh vật này lần lượt được ứng dụngvào công nghệ sản xuất cồn thay cho bột malt Trong thế kỉ XIX, người Pháp đã ứng dụngthành công nấm Rhizopus và Mucor vào sản xuất lớn theo qui mô công nghiệp tại các nướcĐông Dương Phương pháp sản xuất cồn theo công nghệ của người Pháp được gọi là phươngpháp amylose (xuất phát từ tên một loài nấm sợi do người Pháp phân lập ra và ứng dụngthành công trong sản xuất cồn ở Việt Nam- amylomyces rouxi)

Cũng trong thời gian này, người Nhật đưa loài nấm sợi Aspergillus sang Mỹ Nấm loạinày nhanh chóng chiếm được sự chú ý của người Mỹ vì họ đã nghiên cứu chúng rất kỹ Sau

đó người Mỹ đã sử dụng nấm sợi này trong sản xuất cồn thay cho bột malt Từ đó sản xuấtcồn có thêm một phương pháp mới: phương pháp mycomalt (mầm mốc)

Như vậy, cho đến nay ta có hai phương pháp đường hóa tinh bột trong sản xuất cồn: phươngpháp amylose và phương pháp mycomalt

+Ở phương pháp amylose: người ta thường sử dụng nấm sợi Rhizopus và Mucor đểđường hóa tinh bột

+Ở phương pháp mycomalt: người ta thường sử dụng Aspergillus để đường hóa Tuynhững nấm sợi này có những đặc điểm giống nhau (trong đó có sự giống nhau về quan hệ vớioxy), nhưng giữa các loài nấm sợi có những điểm khác nhau rất rõ

Rhizopus và Mucor là những loài nấm sợi phân nhánh và thuộc nhóm nấm sợi có bào tử

hở Chúng phát triển được trên rất nhiều loại môi trường Đặc biệt là chúng có khả năng pháttriển mạnh trong môi trường cháo đặc (môi trường có độ nhớt cao) Chính vì thế khi sử dụngtấm gạo để sản xuất cồn và rượu, người ta thường sử dụng Rhizopus và Mucor chứ không baogiờ sử dụng Aspergillus Aspergillus sp là loài nấm rất phổ biến trong thiên nhiên Chúngđược sử dụng nhiều trong lên men các sản phẩm từ đậu nành Điểm khác với Mucor hayRhizopus là chúng không có khả năng phát triển hay phát triển rất kém trong môi trường có

độ nhớt cao phi dịch hồ hóa từ tấm gạo Chúng thuộc nấm sợi có bào tử khá kín

Tiêu chuẩn nấm men dùng trong sản xuất cồn:

- Khả năng lên men các đường nhanh và càng triệt để càng tốt

- Tạo ít sản phẩm trung gian và sản phẩm phụ.

- Hoạt tính ổn định và bền với những biến đổi của môi trường

Một số chủng nấm sợi được ứng dụng trong sản xuất cồn và rượu từ nguồn tinh bột như: Rhizopus oryzae (Hình 3 và Hình 4)

Hình 3 Hình 4

Mucor sp ( Hình 5, Hình 6 và Hình 7)

Hình 6

sẽ phát triển thành những đỉnh bào tử và từ đó sẽ phát triển thành những bào tử màu đen.Nấm sợi này có khả năng tạo ra rất nhiều enzym khác nhau như: amylase, invertase, maltase,protease, pectinase, gluamylase, cellulase.

Aspergillus oryzae:( hình 10)

Nấm sợi này thường có màu vàng khigià nên còn được gọi là nấm sợi màuvàng Khi mới phát triển, hệ sợi có màutrắng, sau đó chuyển dần sang màu lục

và khi già chuyển hẳn sang màu vàng.Chúng phát triển trong khoảng nhiệt độkhá rộng 15-400C, nhiệt độ tối ưu chochúng phát triển là 30-320C Khả năng

sinh enzym của chúng rất mạnh, trong đó chủ yếu là các loại enzym amylase,protease,catalase, maltase.

Aspergillus awamori và Aspergillus usami:

Hai loài nấm sợi này gần giống nhau về hìnhthái Đặc điểm quan trọng của hai nấm sợinày là chúng tạo ra enzym protease khôngnhiều nhưng lại có khả năng sinh tổng hợpdexninase, glueoamylase rất mạnh

Aspergillus awamori

+ Ứng dụng enzym amilase

Hiện nay, enzym amilase được thu nhận và ứng dụng rộng rãi Trong đó đáng chú ý nhất

là α-amilase(3.2.1.1 α-1,4 glucan – 4 – glucanhydrolase)

α-amilase được thu nhận từ nấm mốc (chủ yếu là nấm mốc Aspergillus oryzae, Aspergillusawamori) và từ trong vi khuẩn (Bacillus subtilis) Hai nguồn enzym này có những đặc tính rấtkhác nhau có thể tóm tắt trong bảng sau:

Khả năng thủy phân Khả năng dextrin hóa cao khả năng đường hóa cao(80

– 82 % tinh bột đượcchuyển hóa thành maltose)Lượng canxi trong cấu trúc

enzym

+ Cấu tạo và tính chất của α - amilase

- Cấu tạo:

Enzym α- amilase là protein phân tử lượng thấp, thường nằm trong khoảng 50000 đến

60000 Đến nay người ta đã biết rất rõ các chuỗi mạch acid amin của 18 α- amilase Nhưng chỉ cóhai loại α- amilaza là taka- amilase từ Aspergillus oryzae và α- amilase của tụy lợn, được nghiêncứu kỹ về hình thể không gian của cấu trúc bậc ba Mới đây, các nhà nghiên cứu cho thấy cácchuỗi mạch axitamin của enzym α- amilase đều có cấu trúc bậc 3 tương tự nhau

Nói chung, α- amilase đều có cấu trúc từ 3 vùng khác nhau:

-Vùng trung tâm A: có kích thước lớn ở dạng thùng (α−β)8

-Vùng B nằm giữa tờ giấy xếp b thứ 3 và xoắn ốc a tiếp sau cấu trúc (a-b)8 Vùng này đượctạo nên từ ba tờ giấy xếp b đối song song và một vòng dài có cấu trúc it trật tự Vùng B này đượcgắn chặt với vùng A bởi một cầu disunfua

-Vùng C có cấu trúc tờ giấy xếp b, và được liên kết với vùng A, bởi một chuỗi đơnpolypeptide Tùy theo nguồn gốc enzym, vùng này có thể mang thêm một mạch glucide

Một số α- amilase đặc biệt là α- amilase từ tụy lợn và từ thực vật có chứa ion Ca2+ Ion này nằm ở giữa vùng A và vùng B, một mặt có tác dụng làm ổn định cấu trúc bậc 3 của enzym và mặtkhác có vai trò như chất hoạt hóa dị không gian

Tâm hoạt động của α- amilase nằm trong một rãnh có chiều dài khoảng 3nm Rãnh này nằm giữavùng A ở đầu C của nó và vùng B Các tâm hoạt động của các α- amilase khác nhau thường đượctạo nên bởi 5 đến 11 tâm phụ (A tới K) tùy theo nguồn gốc của enzym

Ở tâm hoạt động, cơ chất được giữ trong tư thế một hình thể bị uốn cong nhờ các liên kết Van derWalls với một số acid amin thơm cũng như các liên kết hydro giữa các mạch bên của các acidamin có cực và cơ chất Matsura và cộng sự (1984) cho rằng siêu cấu trúc (a-b)8 tạo ra mộttrường tĩnh điện có lực hút mạnh, có thể có ảnh hưởng tới toàn bộ quá trình xúc tác, nghĩa là tới

sự gắn cơ chất,trạng thái chuyển cũng như tới sự giải phóng sản phẩm thủy phân

Nhiều tác giả đã chứng minh được sự tồn tại của một tâm gắn phụ không đặc hiệu nằm trên

bề mặt enzym Tâm này có vai trò như một cái điều hòa của enzym để chống lại sự kìm hãm cạnhtranh bởi sản phẩm thủy phân Nhiều nghiên cứu về năng lượng tương tác của một gốc glucose ở

cơ chất với các tâm phụ khác nhau của enzym, cho thấy các α- amilase đều có đặc tính chungsau:

1- Năng lượng tương tác của các tâm từ A-E với gốc glucose luôn luôn dương Tương tácnày thuận lợi cho việc giữ chuỗi mạch ở tâm hoạt động sau khi đứt liên kết

2- Năng lượng của tâm F (gần với tâm xúc tác) với gốc glucose thì hơi âm cho tới dươngmạnh Điều này tùy thuộc vào nguồn enzym

3- Năng lượng tương tác của tâm G là dương Chính vì vậy nó tạo điều kiện hình thành chophức enzym-cơ chất Phức này sẽ không được tạo ra với các chuỗi mạch ngắnmaltooligosaccaride., chính các chuỗi mạch ngắn này lại là chất kìm hãm cạnh tranh khi ở nồng

Cuối cùng, ion oxicarbonium tác dụng với một phân tử nước và hai oligosaccharide đượctạo thành liền rời bỏ tâm hoạt động của enzym

- Tính chất: pH tối ưu của α- amilase phụ thuộc vào nguồn gốc enzym Nói chung, pH tối

ưu nằm trong khoảng axit yếu 4,8-6,9 Tuy nhiên có một số amilase chịu axit cao như amilase từ Bacillus acidocaldarious (pH tối ưu 3,5) và chịu kiềm mạnh như α- amilase từ Bacilluslicheniformis ( pH tối ưu 9,0) Sự có mặt của ion Canxi cho phép cải thiện độ ổn định của enzymđối với sự thay đổi của pH

α Nhiệt độ hoạt động tối ưu của αα amilase cũng phụ thuộc vào nguồn gốc enzym Nóichung nhiệt độ tối ưu nằm trong khoảng 40-500C, nhưng có thể đạt tới giá trị gần 70-800C đối với

α- amilase từ vi khuẩn như B sterothermophilus, B subtilis, B licheniformis.

Bảng 8 Các tính chất của α- amilase ở vi sinh vật

Nguồn gốc enzym Khối lượng phân

glucose, trong đó 1 glucose khử tận cùng ở dạng α Kết quả tác động của α- amilasethường làm giảm nhanh độ nhớt của dung dịch tinh bột , do đó còn gọi là α- amilase dịchhóa Cách thức tác dụng của α- amilase phụ thuộc nguồn gốc enzym và bản chất của cơchất

Khi thủy phân amiloe sản phẩm cuối cùng chủ yếu là maltose và maltotriose Domaltotriose bền hơn nên việc thủy phân nó thành maltose và glucose được thực hiện sau

đó

Có hai cơ chế tác dụng lên amilose ở trong dung dịch: cơ chế tấn công nhiều lần và

cơ chế tấn công ưu tiên

Trong cơ chế tấn công nhiều lần, sự tiếp xúc giữa các enzym và cơ chất xảy ra mộtcách ngẫu nhiên và tất cả các liên kết đều có thể bị thủy phân Sau khi thủy phân, duynhất chỉ có một phân tử được giải phóng khỏi enzym, còn phân tử kia được giữ lại tronglòng của enzym thì trượt dọc theo trung tâm hoạt động để chịu sự thủy phân mới Saunhiều lần lặp lại quá trình này, chuỗi mạch được giải phóng nốt

Trong cơ chế tấn công ưu tiên, sự tiếp xúc giữa enzym và cơ chất chỉ dẫn tới mộtlần thủy phân duy nhất, cả hai phân tử được giải phóng ra sau khi xúc tác Và không phảitất cả mọi liên kết đều mẫn cảm như nhau đối với enzym, nhất là các liên kết ở đầu chuỗithường bền hơn

Cơ chế tấn công nhiều lần đã được xác nhận bằng thực nghiệm, thường thấy đối vớienzym α- amilase của dịch tụy lợn Còn cơ chế tấn công ưu tiên đã được nghiên cứu đốivới các enzym α- amilase của nước bọt, của nấm mốc và vi khuẩn khi phản ứng với dungdịch amiloza

Trong trường hợp chuỗi mạch thẳng có mức độ trùng hợp thấp thì cơ chế tấn côngnhiều lần có xác xuất rất thấp từ 0,1-0,27 đối với nhiều α- amilase Trong trường hợp nàyhai chuỗi mạch rời khỏi trung tâm hoạt động ngay sau khi thủy phân, nhưng do bị vây bởicác phân tử dung môi nên xác xuất để cho phần được thủy phân trở lại là lớn

Khi thủy phân amilopectin trong dung dịch ngoài glucose, maltose và maltotriosecòn có thêm các dextrin giới hạn có nhánh Các α−dextrin giới hạn này có chứa các liênkết α- 1,6 của polime ban đầu cộng với các liên kết α- 1,4 kề bên thường bền với thủyphân

1* Các enzym phân cắt liên kết α- 1,4 ở ngoại mạch

- Enzym β-amilase (EC.3.2.1.2)

Cấu trúc và tính chất của β-amilase:

Những hiểu biết về β-amilase còn rất hạn chế Chỉ có các enzym có nguồn gốc thựcvật được biết đến nhiều nhất Các enzym này được tổng hợp nên ở trong các hạt dướidạng tìm ẩn, sau đó được hoạt hóa trong quá trình nảy mầm nhờ enzym protease Gần

đây người ta tách chiết được β-amilase từ vi khuẩn như Bacillus pseudomonas, B streptomices

Enzym β-amilaza được tạo ra từ một chuổi mạch polypeptide duy nhất, có khốilượng phân tử 60000, nhưng người ta mới chỉ biết đến trình tự acid amin của hai trong sốcác enzym này Nghiên cứu các chuỗi acid amin này đã phát hiện thấy có một tỉ lệ giốngnhau khoảng 32%, đặc biệt với hai vùng tham gia vào quá trình thủy phân Có hai nhómtiol, trong đó có một nhóm hoạt động hơn, tham gia trực tiếp hay gián tiếp vào quá trình