Tải bản đầy đủ (.pdf) (141 trang)

Nghiên cứu ứng dụng enzyme amylase, protease và nấm men thuần chủng trong sản xuất rượu vang nếp

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.2 MB, 141 trang )

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH
KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ THỦY SẢN
TRUNG TÂM CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH

NGUYỄN HOÀNG ANH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ENZYME AMYLASE,
PROTEASE VÀ NẤM MEN THUẦN CHỦNG
TRONG SẢN XUẤT RƯỢU VANG NẾP

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

TRÀ VINH - 2010


Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010

Trường Đại học Trà Vinh

LỜI CẢM TẠ
Đề tài nghiên cứu được hoàn thành tại Trung tâm Công nghệ sau thu hoạch, Khoa
Nông nghiệp và Thủy sản, Trường Đại học Trà Vinh và Bộ môn Công nghệ thực
phẩm, Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến:
Ban Giám Hiệu Trường Đại học Trà Vinh, Phòng Khoa học công nghệ và đào tạo sau
đại học, Ban lãnh đạo Khoa Nông Nghiệp & Thủy Sản, Trung tâm Thí nghiệm, Trung
tâm Công nghệ sau thu hoạch đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ, hỗ trợ tôi hoàn thành
nghiên cứu.
Thầy Nguyễn Công Hà đã tận tình hướng dẫn, động viên, giúp tôi vượt qua mọi khó
khăn để thực hiện và hoàn chỉnh nội dung nghiên cứu.
Qúy Thầy, Cô đã truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt khóa học và các Cán bộ


phòng thí nghiệm Trung tâm Thí nghiệm, bộ môn Công nghệ Thực phẩm đã tạo điều
kiện thuận lợi giúp tôi thực hiện đề tài.
Quý Thầy, Cô trong Hội đồng báo cáo nghiệm thu đề tài, đặc biệt là Giáo viên phản
biện đã đọc và đóng góp ý kiến quí báo để nghiên cứu được hoàn chỉnh.
Cảm ơn quý Thầy, Cô Trung tâm Công nghệ sau thu hoạch đã đóng góp ý kiến, thảo
luận và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện thí nghiệm.
Xin chân thành cảm ơn!
Trà vinh, ngày 4 tháng 09 năm 2010

Nguyễn Hoàng Anh

Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch

i


Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010

Trường Đại học Trà Vinh

TÓM TẮT
Ở Việt Nam, rượu nếp chủ yếu sản xuất theo lối thủ công với chất lượng sản phẩm
không ổn định. Đến nay, phương pháp truyền thống vẫn là phương pháp chủ yếu để
sản xuất rượu mặc dù vẫn còn giới hạn do thời gian sản xuất kéo dài, khó kiểm soát
chất lượng của sản phẩm cuối. Trong nghiên cứu: “Hoàn thiện quy trình sản xuất
rượu vang nếp trắng bằng enzyme và nấm men thuần chủng” được thực hiện để
cải thiện công nghệ sản xuất rượu nếp, nâng cao chất lượng sản phẩm, cũng như dễ
dàng để kiểm soát dây chuyền chế biến đặc biệt là trong giai đoạn dịch hóa, đường
hóa, thủy phân protein và lên men. Vì vậy, những ảnh hưởng của pH, nhiệt độ, nồng
độ enzyme, tỉ lệ cơ chất và thời gian thủy phân đến hoạt tính các loại enzyme αamylase, glucoamylase thủy phân tinh bột để tạo ra đường khử và papain hoặc

bromelain thủy phân protein để tăng thêm acid amin tự do cho nấm men phát triển
sinh khối và chuyển hóa thành rượu làm tăng hiệu suất lên men trong quy trình sản
xuất đã được nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu cho thấy đã xác định điều kiện tối ưu
cho 4 loại enzyme trên với nguyên liệu nếp trắng khi sử dụng α-amylase 0,3%, 31
phút tại pH 6,5, nhiệt độ 870C để thủy phân tinh bột nếp, nồng độ đường khử thu được
khoảng 6,46% và khi sử dụng tiếp glucoamylase 0,6%, 39 phút ở nhiệt độ 610C, pH
4,0 hàm lượng đường khử sinh ra lên đến 16,10%. Tiếp theo sử dụng papain với nồng
độ 0,35%, thời gian thủy phân 45 phút ở pH 5,9, nhiệt độ 500C thu được hàm lượng
nitơ amin 0,081%, cùng các thông số động học Vmax= 0,1065 ± 0,0036; km= 4,7822 ±
0,7705 hoặc bromelain nồng độ là 0,5%, 55 phút tại pH 5,7, nhiệt độ 550C lượng nitơ
amin thu được 0,054 % cùng các thông số động học Vmax= 0,0622 ± 0,0013; km=
3,5652 ± 0,4280. Dịch nếp sau khi thủy phân được lọc, điều chỉnh pH 4,9 và lên men
với nấm men Saccharomyces cerevisiae 0,2%, sản phẩm rượu vang được so sánh rượu
lên men theo phương pháp truyền thống sử dụng bánh men thuốc bắc. Kết quả chỉ ra
rằng việc ứng dụng các enzyme thủy phân tinh bột, protein và nấm men thuần chủng
trong quy trình sản xuất rượu vang nếp trắng có thể giảm thời gian lên men chính còn
6 ngày, tăng độ rượu tạo thành đến 12,6% và sẽ đảm bảo các chỉ tiêu hóa lí, vi sinh
theo TCVN 7045: 2009, từng bước cải thiện quy trình sản xuất truyền thống theo
phương pháp cổ truyền, có thể sản xuất công nghiệp tạo ra rượu đạt chất lượng cảm
quan cao và đảm bảo an toàn về mặt vệ sinh thực phẩm.
Từ khóa: rượu vang nếp, α–amylase, glucoamylase, dịch hóa, đường hóa, papain, bromelain,
saccharomyces cerevisiae, bánh men thuốc bắc, lên men rượu.

Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch

ii


Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010


Trường Đại học Trà Vinh

ABSTRACT
In Vietnam, glutinous rice wine has mainly manufactured by manual work and the
quality is not settled. Up to now, traditional method is still the main method to
produce rice wine even though they have a limitation due to taking time for
production, difficult to control the quality of final product. In this study: “The
improvement of white glutinous rice wine production using hydrolysis enzymes
and purebred yeast” was used to improving technological production line of
glutinous rice wine, make the quality of product better as well as make easy to control
processing line especially during liquefaction, saccharification, protein hydrolysis and
alcoholic fermentation stage. Therefore, the effect of pH, temperature, enzyme
concentration, substrate ratio and the time of activation on the activity of four kinds of
commercial enzyme α-amylase, glucoamylase hydrolyze starch to make
transformation of glucose and papain or bromelain hydrolyze protein to increases the
content of amin acid for the yeast to develop biomass and transform into wine, to
increase the fermentation performance of glutinous rice wine were done. The results
showed that optimum conditions four kinds of enzyme were studied directly to white
glutinous rice material established. When using α-amylase 0.3%, 31 minutes at pH 6.5
and 870C to hydrolyze raw material glutinous rice starch, transformation of glucose
was established about 6.46%, and when using glucoamylase 0.6%, 39 minutes at pH
4.0 and 610C directly to glutinous rice material, transformation of glucose was
produced upto 16.10 %. Next, using papain to hydrolyze protein of glutinous rice raw
material with 0.35% concentration, hydrolysis time 45 minutes at pH 5.9, temperature
500C, nitrogen amin produced content 0.081%, kinetic parameters of papain on
glutinous rice starch was Vmax= 0.1065 ± 0.0036; km= 4.7822 ± 0.7705 or using
bromelain with 0.5%, 55 minutes at pH 5.7 and 550C, nitrogen amin produced
0.054%, kinetic parameters of bromelain with substrate as protein of glutinous rice
was calculated as Vmax= 0.0622 ± 0.0013; km= 3.5652 ± 0.4280. Finally, glutinous rice
solution after hydrolysis, filter, adjustment of pH 4.9 are fermented with yeast

Saccharomyces cerevisiae 0.2%, wine product fermented compared to product is wine
fermented in a traditional method using alcoholic starter. Results indicated that the
application of α-amylase, glucoamylase, bromelain and purebred yeast of glutinous
rice wine making can reduce the time for alcohol fermentation shorter 6 days, higher
alcohol level up to 12.6% and will ensure physical-chemical and microorganism
standard criteria TCVN7045: 2009, step by step improving traditional glutinous rice
wine production for industrial production and high-quality sensory produce, hygienic
and safe.
Keyword: glutinous rice wine, α-amylase, glucoamylase, liquefaction, saccharification,
papain, bromelain, alcoholic starter, Saccharomyces cerevisiae, alcoholic fermentation.

Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch

iii


Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010

Trường Đại học Trà Vinh

MỤC LỤC
LỜI CẢM TẠ ............................................................................................... i
TÓM TẮT ....................................................................................................ii
ABSTRACT ............................................................................................... iii
MỤC LỤC................................................................................................... iv
DANH SÁCH BẢNG ................................................................................. xi
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ......................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề ................................................................................................... 1
1.2 Mục tiêu của đề tài ..................................................................................... 1
1.3 Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 2


CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU .................................................... 3
2.1 Nguồn nguyên liệu sản xuất rượu ............................................................. 3
2.2 Enzyme amylase ......................................................................................... 4
2.2.1 Enzyme α-amylase (EC 3.2.1.1)............................................................ 4
2.2.2 Enzyme glucoamylase (EC 3.2.1.3) ...................................................... 7
2.2.3 Hoạt lực của enzyme amylase ............................................................... 8
2.3 Enzyme papain (EC 3.4.22.2) .................................................................. 13
2.3.1 Cấu tạo của enzyme papain ................................................................ 13
2.3.2 Hoạt tính của enzyme papain .............................................................. 13
2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme papain .......................... 14
2.4 Enzyme bromelain (EC 3.4.22.32) .......................................................... 16
2.4.1 Cấu tạo của enzyme bromelain............................................................ 16
2.4.2 Hoạt tính enzyme bromelain ................................................................ 17
2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme bromelain ..................... 17
2.5 Nấm men ................................................................................................... 18
2.5.1 Cấu tạo và thành phần của nấm men.................................................. 18
2.5.2 Sự sinh trưởng và phát triển của nấm men ......................................... 19
2.5.3 Nấm men sử dụng trong sản xuất rượu vang ...................................... 19

Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch

iv


Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010

Trường Đại học Trà Vinh

2.6 Bánh men thuốc bắc ................................................................................. 21

2.7 Các quá trình chính trong sản xuất rượu vang nếp ............................. 22
2.7.1 Quá trình hồ hóa tinh bột.................................................................... 22
2.7.2 Quá trình đường hóa trong sản xuất rượu vang nếp .......................... 23
2.7.3 Quá trình lên men trong sản xuất rượu vang nếp ............................... 23
2.7.4 Cơ chế của quá trình lên men rượu .................................................... 24
2.7.5 Các giai đoạn của quá trình lên men rượu ......................................... 25
2.7.6 Cơ chế chuyển hóa đường thành rượu ............................................... 25
2.7.7 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lên men rượu ............................. 26
2.8 Sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian của quá trình lên men
rượu
27
2.8.1 Sự tạo thành methalnol ...................................................................... 28
2.8.2 Sự tạo thành aldehyde ........................................................................ 28
2.8.3 Sự tạo thành các rượu bậc cao .......................................................... 28
2.8.4 Sự tạo thành các acid hữu cơ ............................................................. 29
2.8.5 Sự tạo thành các ester ........................................................................ 29
2.8.6 Sự tạo thành furfurol ........................................................................... 29
2.9 Quy trình sản xuất rượu vang nếp ......................................................... 30
2.9.1 Sơ đồ quy trình .................................................................................... 30
2.9.2 Thuyết minh quy trình ......................................................................... 31

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32
3.1 Phương tiện nghiên cứu ........................................................................... 32
3.1.1 Thời gian và địa điểm ......................................................................... 32
3.1.2 Nguyên vật liệu ................................................................................... 32
3.1.3 Hóa chất .............................................................................................. 32
3.1.4 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm ............................................................ 32
3.2 Phương pháp nghiên cứu ........................................................................ 34
3.2.1 Phương pháp lấy mẫu ......................................................................... 34
3.2.2 Phương pháp nghiên cứu .................................................................... 34


Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch

v


Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010

Trường Đại học Trà Vinh

3.2.3 Phương pháp phân tích ....................................................................... 34
3.3 Nội dung và bố trí thí nghiệm ................................................................. 35
3.3.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ứng dụng enzyme α-amylase trong quá
trình dịch hóa và đường hóa một phần bột nếp trắng. ........................................ 35
3.3.1.1 Thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng pH và nhiệt độ của enzyme
α-amylase trong quá trình thủy phân bột nếp. ..................................................... 35
3.3.1.2 Thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng nồng độ enzyme α-amylase
và thời gian thủy phân bột nếp. ............................................................................ 36
3.3.1.3 Thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng nồng độ bột nếp đến hoạt
tính của enzyme α-amylase trong quá trình thủy phân. ....................................... 37
3.3.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ứng dụng enzyme glucoamylase trong
quá trình đường hóa dịch nếp trắng. ................................................................... 37
3.3.2.1 Thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng pH và nhiệt độ của enzyme
glucoamylase trong thủy phân dịch nếp. .............................................................. 37
3.3.2.2 Thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng nồng độ enzyme
glucoamylase và thời gian thủy phân dịch nếp trắng. .......................................... 38
3.3.2.3 Thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ bột nếp đến hoạt
tính của enzyme glucoamylase trong quá trình thủy phân................................... 39
3.3.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát động học và ứng dụng enzyme papain
thủy phân protein dịch nếp sau khi dịch hóa và đường hóa bằng α- amylase

và glucoamylase. .................................................................................................. 39
3.3.3.1 Thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng pH và nhiệt độ của enzyme
papain trong quá trình thủy phân protein nếp. ..................................................... 40
3.3.3.2 Thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng nồng độ enzyme papain và
thời gian thủy phân protein nếp. .......................................................................... 40
3.3.3.3 Thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ bột nếp đến hoạt
tính enzyme papain trong quá trình thủy phân protein nếp. ................................ 41
3.3.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát động học và ứng dụng enzyme bromelain
thủy phân protein dịch nếp sau khi dịch hóa và đường hóa bằng α- amylase
và glucoamylase. .................................................................................................. 42
3.3.4.1 Thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng pH và nhiệt độ của enzyme
bromelain trong quá trình thủy phân protein nếp................................................. 42

Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch

vi


Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010

Trường Đại học Trà Vinh

3.3.4.2 Thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng nồng độ enzyme bromelain
và thời gian thủy phân protein nếp. ...................................................................... 42
3.3.4.3 Thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng nồng độ bột nếp đến hoạt
tính enzyme bromelain trong quá trình thủy phân protein nếp. ........................... 43
3.3.5 Thí nghiệm 5: Theo dõi, so sánh, đánh giá chất lượng sản phẩm
rượu lên men truyền thống sử dụng men thuốc bắc và rượu sử dụng enzyme
với nấm men thuần chủng trong giai đoạn lên men chính và ổn định. ................ 44


CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................ 46
4.1 Thành phần chính nguyên liệu nếp trắng .............................................. 46
4.2 Kết quả khảo sát ứng dụng enzyme α-amylase trong quá trình
dịch hóa và đường hóa một phần bột nếp trắng. ............................................ 46
4.2.1 Kết quả ảnh hưởng pH và nhiệt độ của enzyme α-amylase trong
quá trình thủy phân bột nếp trắng. ...................................................................... 46
4.2.2 Kết quả ảnh hưởng nồng độ enzyme α-amylase và thời gian thủy
phân bột nếp. ........................................................................................................ 49
4.2.3 Kết quả ảnh hưởng của nồng độ bột nếp đến hoạt tính của
enzyme α-amylase trong quá trình thủy phân. ..................................................... 51
4.3 Kết quả khảo sát ứng dụng enzyme glucoamylase trong quá trình
đường hóa dịch nếp trắng. ................................................................................ 52
4.3.1 Kết quả ảnh hưởng pH và nhiệt độ của enzyme glucoamylase
trong thủy phân dịch nếp trắng. ........................................................................... 53
4.3.2 Kết quả ảnh hưởng nồng độ enzyme glucoamylase và thời gian
thủy phân dịch nếp trắng. .................................................................................... 55
4.3.3 Kết quả ảnh hưởng của nồng độ bột nếp đến hoạt tính của
enzyme glucoamylase trong quá trình thủy phân ................................................ 57
4.4 Kết quả khảo sát động học và ứng dụng enzyme papain thủy
phân protein dịch nếp sau khi dịch hóa và đường hóa bằng α-amylase
và glucoamylase. ................................................................................................. 58
4.4.1 Kết quả ảnh hưởng pH và nhiệt độ của enzyme papain trong quá
trình thủy phân protein nếp. ................................................................................. 59
4.4.2 Kết quả ảnh hưởng nồng độ enzyme papain và thời gian thủy
phân protein nếp. ................................................................................................. 60

Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch

vii



Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010

Trường Đại học Trà Vinh

4.4.3 Kết quả ảnh hưởng nồng độ bột nếp đến hoạt tính enzyme papain
trong quá trình thủy phân protein nếp ................................................................. 62
4.5 Kết quả khảo sát động học và ứng dụng enzyme bromelain thủy
phân protein dịch nếp sau khi dịch hóa và đường hóa bằng α- amylase
và glucoamylase .................................................................................................. 64
4.5.1 Kết quả ảnh hưởng pH và nhiệt độ của enzyme bromelain trong
quá trình thủy phân protein nếp ........................................................................... 64
4.5.2 Kết quả ảnh hưởng nồng độ enzyme bromelain và thời gian thủy
phân protein dịch nếp. ......................................................................................... 66
4.5.3 Kết quả ảnh hưởng nồng độ bột nếp đến hoạt tính enzyme
bromelain trong quá trình thủy phân protein nếp ............................................... 68
4.6 Kết quả theo dõi, so sánh, đánh giá chất lượng sản phẩm rượu
lên men truyền thống sử dụng men thuốc bắc và rượu sử dụng enzyme
với nấm men thuần chủng trong giai đoạn lên men chính và ổn định. ......... 70
4.6.1 Kết quả thay đổi độ Brix trong quá trình lên men chính các loại
rượu nếp. .............................................................................................................. 71
4.6.2 Kết quả thay đổi hàm lượng đường khử trong quá trình lên men
chính các loại rượu nếp. ...................................................................................... 72
4.6.3 Kết quả thay đổi độ rượu tạo thành trong quá trình lên men
chính của các loại rượu nếp................................................................................. 74
4.6.4 Kết quả thay đổi pH trong quá trình lên men chính của các loại
rượu nếp. .............................................................................................................. 75
4.6.5 Kết quả thay đổi hàm lượng acid tổng trong quá trình lên men
chính của các loại rượu nếp................................................................................. 77
4.6.6 Kết quả thay đổi hàm lượng ester trong quá trình lên men chính

của các loại rượu nếp .......................................................................................... 79
4.6.7 Kết quả định tính fufurol trong quá trình lên men chính của các
loại rượu nếp ........................................................................................................ 80
4.6.8 Kết quả theo dõi chất lượng sản phẩm rượu nếp trong thời gian
ổn định 3 tháng. ................................................................................................... 80
4.6.9 Kết quả đánh giá chất lượng cảm quan các sản phẩm rượu vang
nếp ........................................................................................................................ 82

Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch

viii


Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010

Trường Đại học Trà Vinh

4.6.10 Kết quả phân tích các chỉ tiêu hóa lí sản phẩm rượu sử dụng
bánh men thuốc bắc và rượu sử dụng enzyme amylase, bromelain, nấm men
so với TCVN 7045:2009 ....................................................................................... 83
4.6.11 Kết quả phân tích các chỉ tiêu vi sinh sản phẩm rượu sử dụng
bánh men thuốc bắc và rượu sử dụng enzyme amylase, bromelain, nấm men
so với TCVN 7045:2009 ....................................................................................... 84

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ THỰC TẾ NGHIÊN CỨU, KHẢ NĂNG
ỨNG DỤNG VÀ ĐỊA CHỈ ÁP DỤNG, GIÁ THÀNH SẢN PHẨM ... 85
5. 1 Thực tế nghiên cứu so với bố trí thí nghiệm theo thuyết minh
phê duyệt ............................................................................................................. 85
5. 2 Khả năng ứng dụng và địa chỉ áp dụng ................................................ 86
5.3 Hạch toán giá thành 1 lít rượu vang nếp sản xuất ở quy mô

phòng thí nghiệm ................................................................................................ 86
6.1 Kết luận ..................................................................................................... 87
6.2 Đề nghị ...................................................................................................... 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ 90
PHỤ LỤC ..................................................................................................... I
KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU Ở TRUNG TÂM PHÂN
TÍCH THÍ NGHIỆM, SỞ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ, TP.HCM.

Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch

ix


Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010

Trường Đại học Trà Vinh

DANH SÁCH KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam
HTX: Hợp tác xã
DNTN SXTM: Doanh nghiệp tư nhân sản xuất thương mại
TP.HCM: Thành phố Hồ Chí Minh
Sở KH&CN: Sở Khoa Học và Công Nghệ
w/w (weight/weight): tỉ lệ khối lượng trên khối lượng
w/v (weight/volume): tỉ lệ khối lượng trên thể tích
v/v (volume/volume): tỉ lệ thể tích trên thể tích
KPH: Không phát hiện
TB: Rượu nếp sử dụng bánh men thuốc bắc để lên men
ĐC: Rượu nếp sử dụng enzyme α-amylase, glucoamylase và bổ sung nấm men thuần

chủng để lên men
PA: Rượu nếp sử dụng enzyme α-amylase, glucoamylase, papain và bổ sung nấm men
thuần chủng để lên men
BR: Rượu nếp sử dụng enzyme α-amylase, glucoamylase, bromelain và bổ sung nấm
men thuần chủng để lên men

Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch

x


Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010

Trường Đại học Trà Vinh

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1 Thành phần hóa học của nếp trắng .............................................................3
Bảng 2.2 Điều kiện hoạt động của α-amylase từ các nguồn khác nhau ...................5
Bảng 2.3 Khả năng chịu nhiệt của α-amylase từ các nguồn sản xuất khác nhau .....5
Bảng 2.4 Thành phần hóa học của tế bào nấm men ..................................................19
Bảng 2.5 Tiêu chuẩn chất lượng bánh men giống .....................................................22
Bảng 4.1 Thành phần chính của nguyên liệu nếp trắng ............................................46
Bảng 4.2 Kết quả ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến lượng đường khử tạo
thành khi thủy phân tinh bột nếp bằng enzyme α-amylase .......................................47
Bảng 4.3 Kết quả ảnh hưởng nồng độ α-amylase và thời gian thủy phân tinh
bột nếp đến lượng đường khử tạo thành ....................................................................49
Bảng 4.4 Kết quả ảnh hưởng của nồng độ bột nếp đến lượng đường khử tạo
thành khi thủy phân bằng enzyme α-amylase ...........................................................51
Bảng 4.5 Kết quả ảnh hưởng pH và nhiệt độ đến lượng đường khử sinh ra khi
thủy phân dịch nếp bằng enzyme glucoamylase .......................................................53

Bảng 4.6 Kết quả ảnh hưởng nồng độ enzyme glucoamylase và thời gian thủy
phân dịch nếp đến lượng đường khử sinh ra .............................................................55
Bảng 4.7 Kết quả ảnh hưởng của nồng độ bột nếp đến lượng đường khử sinh ra
khi thủy phân bằng enzyme glucoamylase ................................................................ 57
Bảng 4.8 Kết quả ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến lượng nitơ amin tạo thành
khi thủy phân protein trong dịch nếp bằng enzyme papain ......................................59
Bảng 4.9 Kết quả ảnh hưởng nồng độ enzyme papain và thời gian đến lượng
nitơ amin tạo thành khi thủy phân protein trong dịch nếp trắng ............................... 61
Bảng 4.10 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các tỉ lệ bột nếp trắng đến hoạt tính
enzyme papain ............................................................................................................63
Bảng 4.11 Hàm lượng acid amin tự do trong dịch nếp trắng thu được sau khi
thủy phân protein bằng enzyme papain. ....................................................................64
Bảng 4.12 Kết quả ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến lượng nitơ amin sinh ra
khi thủy phân dịch nếp bằng enzyme bromelain .......................................................65
Bảng 4.13 Kết quả ảnh hưởng của nồng độ enzyme bromelain và thời gian đến
lượng nitơ amin sinh ra khi thủy phân protein trong dịch nếp trắng ........................67
Bảng 4.14 Kết quả ảnh hưởng của các tỉ lệ bột nếp trắng đến hoạt tính của

Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch

xi


Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010

Trường Đại học Trà Vinh

enzyme bromelain ......................................................................................................69
Bảng 4.15 Hàm lượng acid amin tự do trong dịch nếp trắng thu được sau khi
thủy phân protein bằng enzyme bromelain................................................................ 70

Bảng 4.16 Kết quả thay đổi độ Brix trong quá trình lên men chính của các loại
rượu .............................................................................................................................71
Bảng 4.17 Kết quả thay đổi hàm lượng đường khử trong quá trình lên men
chính của các loại rượu............................................................................................... 73
Bảng 4.18 Kết quả thay đổi độ rượu trong quá trình lên men chính của các loại
rượu .............................................................................................................................74
Bảng 4.19 Kết quả thay đổi pH trong quá trình lên men chính của các loại rượu ...76
Bảng 4.20 Kết quả thay đổi hàm lượng acid trong quá trình lên men chính của
các loại rượu ...............................................................................................................78
Bảng 4.21 Kết quả thay đổi hàm lượng ester trong quá trình lên men chính của
các loại rượu ...............................................................................................................79
Bảng 4.22 Chỉ tiêu chất lượng hóa lí các sản phẩm rượu vang nếp sau 1 tháng ......81
Bảng 4.23 Chỉ tiêu chất lượng hóa lí các sản phẩm rượu vang nếp sau 2 tháng ......81
Bảng 4.24 Chỉ tiêu chất lượng hóa lí các sản phẩm rượu vang nếp sau 3 tháng ......82
Bảng 4.25 Kết quả đánh giá chất lượng cảm quan của các sản phẩm rượu vang
nếp (TCVN 3217-79) .................................................................................................82
Bảng 4.26 Kết quả phân tích các chỉ tiêu hóa lí trong sản phẩm rượu TB và BR
so với TCVN7045: 2009 ............................................................................................83
Bảng 4.27 Kết quả phân tích các chỉ tiêu vi sinh trong sản phẩm rượu TB và BR so
với TCVN7045: 2009 .................................................................................................84

Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch

xii


Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010

Trường Đại học Trà Vinh


DANH SÁCH HÌNH
Hình 2.1 Hạt nếp trắng ................................................................................................ 3
Hình 2.2 Cơ chế tác dụng của enzyme amylase lên phân tử tinh bột .........................4
Hình 2.3 Cấu trúc không gian của enzyme α-amylase ...............................................6
Hình 2.4 Tác dụng của α-amylase lên phân tử amylose và amylpectin .....................6
Hình 2.5 Cấu trúc không gian của enzyme glucoamylase ..........................................7
Hình 2.6 Tác dụng của glucoamylase lên phân tử tinh bột ........................................7
Hình 2.7 Đồ thị Michaelis-Menten .............................................................................10
Hình 2.8 Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đến thời gian phản ứng của amylase .......10
Hình 2.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng của enzyme amylase ......................11
Hình 2.10 Ảnh hưởng của pH đến hoạt tính của enzyme amylase .............................11
Hình 2.11 Cấu trúc không gian của enzyme papain ...................................................13
Hình 2.12 Cấu trúc không gian của enzyme bromelain .............................................16
Hình 2.13 Quá trình sinh trưởng và phát triển của tế bào nấm men ...........................19
Hình 2.14 Nấm men Saccharomyces cerevisae ..........................................................20
Hình 2.15 Men thuốc bắc Hải Anh Quang .................................................................22
Hình 2.16 Quá trình trao đổi chất tế bào nấm men phụ thuộc hiện diện Oxy có
thể hô hấp hiếu khí hoặc lên men yếm khí ................................................................. 24
Hình 2.17 Sơ đồ đường phân trong tế bào nấm men ..................................................26
Hình 2.18 Sơ đồ tổng quát của quá trình hình thành sản phẩm phụ ...........................28
Hình 2.19 Sơ đồ quy trình sản xuất dự kiến 4 loại rượu vang nếp .............................30
Hình 3.1 Máy nghiền nguyên liệu ..............................................................................33
Hình 3.2 Máy đo pH ...................................................................................................33
Hình 3.3 Cân phân tích ............................................................................................... 33
Hình 3.4 Chiết quang kế .............................................................................................33
Hình 3.5 Chuẩn độ đường ...........................................................................................33
Hình 3.6 Nấm men ......................................................................................................33
Hình 3.7 Nếp trắng......................................................................................................33
Hình 3.8 Water bath ...................................................................................................33


Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch

xiii


Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010

Trường Đại học Trà Vinh

Hình 3.9 Máy chuẩn độ điện thế .................................................................................33
Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến lượng đường khử
tạo thành khi thủy phân bột nếp bằng enzyme α-amylase ................................... 47
Hình 4.2 Đồ thị 3D và Contour biểu diễn ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến
lượng đường khử tạo thành .................................................................................. 49
Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ α-amylase và thời gian thủy
phân bột nếp đến lượng đường khử tạo thành ..................................................... 50
Hình 4.4 Đồ thị 3D và Contour biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ enzyme αamylase và thời gian thủy phân đến lượng đường khử tạo thành ........................ 51
Hình 4.5 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tỉ lệ bột nếp đến lượng đường khử tạo
thành khi thủy phân bằng enzyme α-amylase ...................................................... 52
Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến hàm lượng
đường khử sinh ra khi thủy phân dịch nếp với enzyme glucoamylase ................ 54
Hình 4.7 Đồ thị 3D và Contour biểu diễn ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến
hàm lượng đường khử sinh ra khi thủy phân dịch nếp với enzyme
glucoamylase ....................................................................................................... 55
Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ glucoamylase và thời gian
thuỷ phân dịch nếp đến lượng đường khử sinh ra ............................................... 56
Hình 4.9 Đồ thị 3D và Contour biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ enzyme
glucoamylase và thời gian thủy phân dịch nếp đến lượng đường khử tạo thành 57
Hình 4.10 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tỉ lệ bột nếp đến lượng đường khử sinh
ra khi thủy phân với enzyme glucoamylase......................................................... 58

Hình 4.11 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến hàm lượng nitơ
amin tạo thành khi thủy phân protein dịch nếp bằng enzyme papain.................. 59
Hình 4.12 Đồ thị 3D và Contour biểu diễn ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến
lượng nitơ amin tạo thành khi thủy phân protein dịch nếp với enzyme papain. . 60
Hình 4.13 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ enzyme papain và thời
gian đến hàm lượng nitơ amin tạo khi thủy phân protein dịch nếp trắng ............ 61
Hình 4.14 Đồ thị 3D và Contour biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ enzyme
papain và thời gian thủy phân protein dịch nếp đến lượng nitơ amin tạo thành . 62
Hình 4.15 Đồ thị Michaelis- Menten biểu diễn ảnh hưởng tỉ lệ cơ chất nếp sử
dụng đến hoạt tính enzyme papain ...................................................................... 63

Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch

xiv


Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010

Trường Đại học Trà Vinh

Hình 4.16 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến lượng nitơ amin
sinh ra khi thủy phân dịch nếp bằng enzyme bromelain ..................................... 65
Hình 4.17 Đồ thị 3D và Contour biểu diễn ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến
hàm lượng nitơ amin sinh ra khi thủy phân protein dịch nếp với bromelain. ..... 66
Hình 4.18 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ enzyme bromelain và thời
gian đến hàm lượng nitơ amin sinh ra khi thủy phân protein dịch nếp trắng ...... 67
Hình 4.19 Đồ thị 3D và Contour biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ enzyme
bromelain và thời gian thủy phân đến lượng nitơ amin sinh ra. .................................68
Hình 4.20 Đồ thị Michaelis- Menten biểu diễn ảnh hưởng tỉ lệ cơ chất nếp đến
hoạt tính bromelain .....................................................................................................69

Hình 4.21 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ Brix theo thời gian lên men chính
của các loại ruợu .........................................................................................................72
Hình 4.22 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hàm lượng đường khử theo thời gian
lên men chính của các loại ruợu ................................................................................. 73
Hình 4.23 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ rượu theo thời gian lên men chính
của các loại rượu .........................................................................................................75
Hình 4.24 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi pH theo thời gian lên men chính của
các loại rượu................................................................................................................77
Hình 4.25 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi acid tổng theo thời gian lên men chính
của các loại rượu .........................................................................................................78
Hình 4.26 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi ester theo thời gian lên men chính của
các loại rượu................................................................................................................80
Hình 4.27 Các sản phẩm rượu vang nếp trắng ..........................................................84
Hình 5.1 Quy trình sản xuất 4 loại rượu vang nếp trắng ............................................86

Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch

xv


Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010

Trường Đại học Trà Vinh

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU
1.1 Đặt vấn đề
Rượu vang là loại thức uống được lên men từ nhiều nguồn liệu: nho, khóm, chuối,
nếp… mang đậm đà bản sắc văn hóa dân tộc của từng địa phương. Từ xưa đến nay,
rượu thường xuất hiện trong các lễ hội, đình đám, các cuộc gặp gỡ của người thân,
bạn bè. Rượu được sử dụng với nhiều mục đích ý nghĩa khác nhau như để chúc mừng,

nâng cao sức khỏe hay để giải bày tâm sự… Rượu trở thành một trong những thức
uống không thể thiếu trong văn hóa ẩm thực cũng như trong đời sống hằng ngày.
Ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, nhiều sản phẩm lên
men truyền thống đã được nghiên cứu sâu về mặt quy trình sản xuất, hiện nay ở các
nước trong khu vực đã nghiên cứu, cải tiến thành công chất lượng rượu cổ truyền và
được áp dụng sản xuất với qui mô công nghiệp, phân phối rộng rãi trên thế giới như
rượu Sakê của Nhật, rượu Mao Đài của Trung Quốc, rượu Shochu ở Hàn Quốc. Ở
Việt Nam thức uống lên men truyền thống cũng rất đa dạng từ: rượu nho, rượu Cần ở
các dân tộc miền núi Tây Nguyên đến rượu nếp của người Kinh, nhiều địa phương đã
sản xuất các loại rượu nổi tiếng như rượu Làng Vân ở miền Bắc và rượu Gò Đen, Phú
Lễ, Xuân Thạnh ở miền Nam được nhiều người ưa chuộng. Trong các loại rượu cổ
truyền kể trên thì rượu nếp là một loại khá đặc biệt, sản phẩm là kết quả của quá trình
lên men từ những hạt nếp mà thành.
Tuy nhiên, phương pháp sản xuất rượu ở một số địa phương vẫn còn theo phương
pháp cổ truyền, tức là quá trình đường hóa và lên men được thực hiện bởi nấm mốc và
nấm men trong bánh men thuốc bắc và thiết bị sản xuất thô sơ, nên năng suất chưa cao
và chất lượng chưa an toàn vì chứa nhiều độc tố, tạp chất ảnh hưởng đến sức khỏe
người tiêu dùng. Do đó, để nâng cao hơn nữa chất lượng sản phẩm truyền thống này
chúng tôi đề ra quy trình sản xuất rượu theo phương pháp mới, thông qua kết hợp hài
hòa giữa công nghệ cổ truyền và kỹ thuật hiện đại. Với việc ứng dụng phương pháp
enzyme và nấm men thuần chủng ở giai đoạn đường hóa, thủy phân protein và lên
men để rút ngắn thời gian sản xuất cũng như ổn định được chi phí sản xuất, đảm bảo
chất lượng và an toàn vệ sinh thực phẩm của sản phẩm rượu vang nếp.
Từ những lý do trên việc nghiên cứu “Hoàn thiện quy trình sản xuất rượu vang
nếp trắng bằng enzyme và nấm men thuần chủng” có ý nghĩa rất quan trọng.
1.2 Mục tiêu của đề tài
Xây dựng qui trình sản xuất rượu nếp sạch theo tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm
TCVN 7045: 2009.

Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch


1


Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010

Trường Đại học Trà Vinh

Cải thiện quy trình sản xuất rượu nếp truyền thống theo phương pháp cổ truyền có thể
sản xuất công nghiệp và cho ra sản phẩm chất lượng cao và an toàn về mặt vệ sinh
thực phẩm.
1.3 Nội dung nghiên cứu
Từ những mục tiêu trên, đề tài tiến hành các khảo sát sau:
- Khảo sát ứng dụng enzyme α-amylase trong quá trình dịch hóa và đường hóa một
phần hồ tinh bột nếp trắng.
- Khảo sát ứng dụng enzyme glucoamylase trong quá trình đường hóa dịch nếp trắng.
- Khảo sát động học và ứng dụng enzyme papain trong quá trình thủy phân protein của
dịch nếp trắng.
- Khảo sát động học và ứng dụng enzyme bromelain trong quá trình thủy phân protein
của dịch nếp trắng.
- Theo dõi, so sánh, đánh giá chất lượng sản phẩm rượu lên men truyền thống sử dụng
men thuốc bắc và rượu sử dụng enzyme với nấm men thuần chủng trong giai đoạn lên
men chính và ổn định.
- Đánh giá chất lượng sản phẩm (cảm quan, hóa lí và vi sinh vật)
- Phân tích kết quả và tìm ra qui trình sản xuất tối ưu cho sản phẩm rượu vang nếp.

Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch

2



Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010

Trường Đại học Trà Vinh

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1 Nguồn nguyên liệu sản xuất rượu
Tên khoa học của nếp là Oryza Sativa thuộc nhóm ngũ cốc, là loại nguyên liệu chứa
tinh bột rất cao phù hợp với công nghệ lên men, trong đó nếp trắng với hàm lượng
tinh bột lên đến hơn 70%, vì vậy nếp trắng được sử dụng rộng rãi trong công nghệ sản
xuất rượu.

Hình 2.1 Hạt nếp trắng

Trong tinh bột bao gồm hai thành phần: amylose và amylopectin, 2cấu tử này khác
hẳn về tính chất hoá học và tính chất vật lý. Phân tử amylose tạo màu xanh với iod
còn amylopectin cho m àu tím đỏ, amylose và amylopectin cũng khác nhau về tính
hoà tan, amylose dễ hoà tan trong nước ấm và tạo nên dung dịch có độ nhớt không
cao, còn amylopectin chỉ hoà tan khi đun nóng và tạo nên dung dịch có độ nhớt
cao. Trong phân tử tinh bột tỉ lệ giữa amylose và amylopectin thay đổi tuỳ thuộc
vào nguồn nguyên liệu, trong hạt gạo chủ yếu là amylose, còn trong hạt nếp là
amylopectin.
Bảng 2.1 Thành phần hóa học của nguyên liệu nếp trắng

Thành phần

Hàm lượng (%)

Nước


14,0

Protein

8,2

Lipid

1,5

Glucid

74,9

Acid hữu cơ

0,6

Tro

0,8
(Nguyễn Đức Lượng, 2003)

Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch

3


Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010


Trường Đại học Trà Vinh

+ Amylose có trọng lượng phân tử từ 50.000 ÷ 160.000, được cấu tạo từ 200 ÷
1.000 phân tử D-glucose nối với nhau bằng liên kết α-1,4 glycoside tạo thành mạch
xoắn dài không phân nhánh.
+ Amylopectin có trọng lượng phân tử khoảng 400.000, được cấu tạo từ 600 ÷
6.000 phân tử D-glucose nối với nhau bằng liên kết α-1,4 glycoside và α-1,6
glycoside tạo thành mạch phân nhánh.
2.2 Enzyme amylase
Enzyme amylase là một trong số các hệ enzyme được sử dụng rộng rãi trong công
nghiệp, y học, thực phẩm và nhiều lĩnh vực khác, amylase thuộc nhóm enzyme thủy
phân, xúc tác sự phân giải các liên kết glycoside nội phân tử trong các
polysaccharides. Enzyme amylase sẽ thủy phân tinh bột, glycogen và các dextrin
mạch dài thành glucose, maltose và dextrin mạch ngắn.
Dựa vào đặc tính và cơ chế tác dụng lên phân tử tinh bột của enzyme amylase, người
ta phân biệt chia enzyme amylase thành hai nhóm:
- Endoamylase (enzyme nội phân): gồm α-amylase và nhóm enzyme khử mạch nhánh.
- Exoamylase (enzyme ngoại phân): gồm có β-amylase, γ-amylase (glucoamylase).

Hình 2.2 Cơ chế tác dụng của enzyme amylase lên phân tử tinh bột

2.2.1 Enzyme α-amylase (EC 3.2.1.1)
Đặc tính: Enzyme α-amylase dễ tan trong nước, các dung dịch muối và rượu loãng.
Protein của các α-amylase có tính acid yếu. Protein của α-amylase từ các nguồn sản
Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch

4


Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010


Trường Đại học Trà Vinh

xuất có thành phần amino acid khác nhau. Điều kiện hoạt động và độ bền của các
enzyme α-amylase tùy thuộc vào nguồn chiết suất.
Bảng 2.2 Điều kiện hoạt động của enzyme α-amylase từ các nguồn khác nhau

Nguồn gốc

pH tối thích

Nhiệt độ tối thích (0C)

Malt

5,5 ÷ 5,7

72 ÷ 75

Vi khuẩn

5,0 ÷ 6,0

50 ÷ 60

Nấm mốc

6,0 ÷ 7,0

60 ÷ 70


(Bùi Thị Quỳnh Hoa, 2004)
Ion Ca2+ là một trong những thành phần quan trọng tham gia vào việc hình thành và
ổn định cấu trúc bậc 3 của enzyme α-amylase, đồng thời nó còn có vai trò duy trì sự
tồn tại của enzyme α-amylase khi bị tác động của các tác nhân gây biến tính và tác
động của các enzyme thủy phân protein, nếu α-amylase bị mất ion Ca2+ thì nó hoàn
toàn bị mất khả năng thủy phân cơ chất. Enzyme α-amylase được hoạt hóa bởi các ion
đơn hóa trị như: Cl- > Br- > I-. Đồng thời chúng bị kìm hãm bởi ion kim loại nặng
như: Cu2+, Hg2+ (Shahina Naz, 2002).
Enzyme α-amylase kém bền trong môi trường acid nhưng khá bền ở môi trường nhiệt
Bảng 2.3 Khả năng chịu nhiệt của α-amylase từ các nguồn sản xuất khác nhau

Nhiệt độ

Hoạt tính (% so với hoạt tính ban đầu)

(0C)

Malt

Nấm mốc

Vi khuẩn

65

100

100


100

70

100

52

100

75

58

3

100

80

25

-

92

85

1


-

58

90

-

-

52

(Nguyễn Đức Lượng, 2004)
* Cơ chế tác dụng lên mạch amylose và amylopectin

Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch

5


Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010

Trường Đại học Trà Vinh

Enzyme α-amylase có khả năng phân cắt liên kết 1,4 α-glycoside ở bất kỳ vị trí
nào trên mạch tinh bột đã được hồ hóa. Do đó, enzyme này được gọi là enzyme nội
phân (endo).

Hình 2.3 Cấu trúc không gian của enzyme α-amylase


Giai đoạn dextrin hóa (dịch hóa): Dưới tác dụng của α-amylase, phân tử amylose bị
phân cắt thành các oligosaccharides (6 ÷7 gốc glucose), độ nhớt của hồ tinh bột rất
giảm nhanh.
Giai đoạn đường hóa: Các oligosaccharides lại tiếp tục bị phân cắt tạo thành
maltotriose, maltose. Sau thời gian tác dụng dài, sản phẩm của quá trình thủy phân αamylase là 13% glucose và 87% maltose. Tác dụng của enzyme α-amylase trên
amylopectin cũng xảy ra tương tự và sản phẩm được tạo thành là 72% maltose và 19%
glucose, ngoài ra còn có các dextrin phân tử thấp và isomaltose (8%) do α-amylase
không cắt được liên kết 1, 6-glycoside ở mạch nhánh của phân tử amylopectin.

Hình 2.4 Tác dụng của α-amylase lên phân tử amylose và amylopectin

Đề tài nghiên cứu sẽ đề cập đến việc sử dụng Chế phẩm enzyme Termamyl 120L:
ở dạng lỏng, chứa enzyme có khả năng chịu nhiệt ổn định α-amylase, được sản xuất từ
một chủng loại vi sinh vật chọn lọc tên là Bacillus licheniformis. Enzyme α-amylase
nội bào phân cắt các liên kết α-1, 4-glucoside nằm ở bên trong phân tử cho ra dextrin
và các oligosaccharides.

Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch

6


Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010

Trường Đại học Trà Vinh

Trong dịch tinh bột hòa tan Termamyl 120L có hoạt tính 120 KNU/g (Kilo Novo αamylase unit). Hoạt tính có thể bị hủy bằng xử lý nhiệt dung dịch ở pH thấp. Sản
phẩm này không dễ bắt lửa, tan hoàn toàn trong nước và an toàn khi sử dụng theo như
chỉ dẫn, sản phẩm Termamyl 120L có thể gây dị ứng đối với người nhạy cảm (Novo
Nordisk, 2007).

2.2.2 Enzyme glucoamylase (EC 3.2.1.3)
Đặc tính: Glucoamylase là một exoamylase, còn được gọi là γ-amylase
amyloglucosidae, có khả năng thủy phân hoàn toàn tinh bột (Shahina Naz, 2002).
So với β-amylase, γ-amylase bền với acid hơn nhưng lại kém bền dưới tác dụng của
ethylic, acetone, không bền với ion Cu2+, Hg2+… Glucoamylase có trong nấm mốc và
một vài loại vi khuẩn, hoạt động tốt ở 500C, hoạt lực tối đa trong vùng pH: 4,5 ÷ 5,5.
Cơ chế tác dụng lên mạch amylose và amylopectin
Enzyme γ-amylase có khả năng xúc tác thủy phân cả liên kết α-1,4 và 1,6 glycoside
trong tinh bột, glycogen, polysaccharides, là enzyme ngoại phân (exo enzyme).
Enzyme glucoamylase thủy phân polysaccharides từ đầu không khử tuần tự từng gốc
glucose một nhưng không thủy phân được các dextrin vòng (Lý Nguyễn Bình, 1997).

Hình 2.5 Cấu trúc không gian của enzyme glucoamylase

Khi phân cắt phân tử tinh bột, cùng với việc tạo thành phân tử glucose còn có thể tạo
thành oligosaccharides, ngoài ra γ-amylase có thể phân cắt cả liên kết α-1,2 và 1,3
glycoside (Nguyễn Đức Lượng, 2004).

Amylose

Amylopectin

Hình 2.6 Tác dụng của γ-amylase lên phân tử tinh bột
Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch

7


Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010


Trường Đại học Trà Vinh

Đề tài nghiên cứu sử dụng chế phẩm AMG 300L: AMG–Amyloglucosidase Novo
là một exo–D–glucosidase–1,4–alpha được sản xuất từ một chủng vi sinh vật tên là
Aspergillus niger bằng sự lên men chìm. Tên theo hệ thống là 1,4 alpha–D–glucan
glucohydrolase (EC 3.2.1.3). Enzyme này thủy phân các cầu nối α-1,4 và α-1,6 trong
tinh bột.
Trong khi thủy phân, các đơn vị glucose bị tách rời theo thứ tự từ đầu không khử của
phân tử cơ chất nền. Mức độ thủy phân phụ thuộc vào mối nối cũng như chiều dài
chuỗi các mối nối 1,4 alpha dễ dàng bị thủy phân hơn các mối nối 1,6 alpha, trong khi
maltotriose và đặc biệt maltose bị thủy phân ở mức độ thấp hơn các phân tử lớn của
oligosaccharides. Sản phẩm AMG đều không nhiễm hoạt tính transglucosidase bằng
cách chuyển các phân tử của glucose từ vị trí 1,4 alpha qua 1,6 alpha.
Chế phẩm lỏng là những chế phẩm màu nâu, có độ đặc chung 1,2g/ml. Khi AMG tồn
trữ ở nhiệt độ 250C hoạt tính phổ biến được duy trì trong 6 tháng, khi bảo quản ở 50C,
sản phẩm sẽ giữ lại hoạt tính phổ biến ít nhất 1 năm. Hoạt tính có thể bị hủy bằng cách
đun dung dịch chứa enzyme đến 800C trong 5 phút hoặc đến 750C trong khoảng 40
phút (Novo Nordisk, 2007).
2.2.3 Hoạt lực của enzyme amylase
Đơn vị của hoạt lực hay còn gọi là hoạt độ của enzyme là lượng enzyme có khả năng
xúc tác được một micromol cơ chất sau một phút ở điều kiện tiêu chuẩn. Các chế
phẩm có hoạt tính phân giải tinh bột thường chứa nhiều loại enzyme amylase, để xác
định hoạt độ của các amylase có thể dùng một trong các phương pháp sau:
- Đo sự biến thiên độ nhớt của dịch bằng nhớt kế khi cho amylase tác dụng lên hồ tinh
bột, khi đó các mạch phân tử cơ chất bị cắt ngắn, độ nhớt của dung dịch giảm dần.
- Đo mật độ quang của dung dịch khi thực hiện phản ứng màu với iod. Khi có amylase
thì các sản phẩm phân giải của tinh bột sẽ cho màu khác nhau với iod
- Đo lượng maltose hoặc glucose tạo thành sau khi cho enzyme tác dụng lên cơ chất.
- Hoạt độ của α-amylase dựa trên cơ sở thủy phân tinh bột bởi enzyme có trong chế
phẩm tới các dextrin có phân tử lượng khác nhau. Đo cường độ màu tạo thành giữa

tinh bột và các sản phẩm thủy phân của nó với iod bằng máy so màu quang phổ sẽ tính
được hoạt độ của enzyme. Đơn vị hoạt độ của α-amylase là lượng enzyme chuyển hóa
được 1g tinh bột tan thành dextrin có phân tử lượng khác nhau ở 300C trong một giờ.
- Hoạt độ của glucoamylase đặc trưng cho khả năng chế phẩm thủy phân tinh bột đến
glucose. Đơn vị hoạt độ của glucoamylase là lượng chế phẩm enzyme khi tác dụng lên
tinh bột ở 300C và pH tối thích trong 1 giờ tạo ra 1mg glucose (xác định bằng phương
pháp Zikhetar- Bleyer) hay cũng trong những điều kiện nhiệt độ và pH tương tự làm
giải phóng được 1 micromol glucose (xác định bằng phương pháp glucose oxydase).
Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch

8


Nghiên cứu khoa học cấp trường - 2010

Trường Đại học Trà Vinh

2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme amylase
- Ảnh hưởng của nồng độ enzyme sử dụng: khi có lượng cơ chất đầy đủ thì vận tốc
phản ứng của enzyme tỷ lệ thuận với nồng độ enzyme, có thể biểu diễn sự liên hệ giữa
vận tốc phản ứng và nồng độ enzyme bằng biểu thức: v = k[E].
Trong đó v: vận tốc phản ứng
k: hằng số tốc độ phản ứng
[E]: nồng độ enzyme sử dụng
Nồng độ của enzyme càng lớn thì lượng cơ chất bị biến đổi càng nhiều, tuy nhiên khi
nồng độ enzyme quá lớn, vận tốc phản ứng bị chậm lại.
- Ảnh hưởng của cơ chất: cơ chất của enzyme amylase là tinh bột, thuộc nhóm
carbohydrate thực vật có chủ yếu trong các loại ngũ cốc như: gạo tẻ, gạo nếp, ngô,
trong các loại củ: khoai lang, khoai mì (sắn)… Công thức tổng quát của tinh bột là
(C6H11O5)n. Tinh bột được cấu tạo từ hai phân tử amylose và amylopectin.

Tinh bột không tan trong nước lạnh nhưng sẽ bị hồ hóa khi đun nóng lên 60 ÷ 850C.
Dưới tác dụng của enzyme amylase, tinh bột bị thủy phân do liên kết glycoside bị
phân cắt. Sự thủy phân tinh bột bởi amylase xảy ra ở hai mức độ: dịch hóa và đường
hóa. Kết quả của quá trình dịch hóa là tạo thành các sản phẩm trung gian dextrin, sau
đó dextrin tiếp tục bị phân cắt tạo thành sản phẩm cuối là maltose và glucose
Tốc độ thủy phân của tinh bột phụ thuộc rất nhiều vào loại enzyme thủy phân, thành
phần amylose và amylopectin trong tinh bột và mức độ hồ hóa của hồ tinh bột
- Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất: Phản ứng khi có enzyme xảy ra theo ba giai đoạn:
Giai đoạn 1: enzyme sẽ tương tác với cơ chất tạo thành phức hợp ES, nếu nồng độ cơ
chất thấp thì tốc độ phản ứng V phụ thuộc tuyến tính với nồng độ cơ chất.
Giai đoạn 2: phức hợp ES sẽ được tách ra, tốc độ phản ứng cực đại và nó hoàn toàn
không phụ thuộc vào nồng độ cơ chất.
Giai đoạn 3: enzyme sẽ được giải phóng và hoạt động tự do, hiện tượng này được
xem xét trên cơ sở phản ứng chỉ có một cơ chất duy nhất.
K1

E + S
Trong đó:

K3

ES

P + E

(1)

K2

K1: Hằng số vận tốc phản ứng tạo phức hợp ES

K2: Hằng số vận tốc phân ly phức hợp ES tạo lại cơ chất ban đầu và enzyme
K3: Hằng số vận tốc phân ly phức hợp ES tạo sản phẩm P
Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch

9


Xem Thêm

×