Bài giảng Vi sinh thực phẩm - Chương 9: Sản xuất Enzym

SẢN XUẤT ENZYM Khái quát về enzym  Enzym là chất xúc tác sinh học có bản chất là protein.  Enzym có cường lực xúc tác và năng lượng hoạt hóa thấp.  Enzym có tính đặc hiệu cao  Các chế phẩm enzym được sản xuất từ nguồn nguyên liệu rẻ tiền Năng lượng hoạt động của enzym reactants products H EA T.S. catalyst Hoạt động của enzym  Enzym kết hợp với cơ chất đặc trưng để hình thành phức hợp enzym-cơ chất sau đó sản phẩm mới được hình thành. Enzyme action enzyme substrate products Cấu trúc của enzym  Enzym đơn cấu tử.  Enzym đa cấu tử Apoenzym: phần protein Cofactor: Chất hữu cơ đặc hiệu gắn với apoenzym Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzym Nhiệt độ  pH  Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất.  Ảnh hưởng của các chất kiềm hãm. Danh pháp của enzym  Thông thường thêm đuôi –ase sau cơ chất VD: urea --- urease lactose --- lactase  Hoặc theo kiểu phản ứng hóa học VD: Thủy phân --- hydrolases Oxi hóa --- oxidases  Một số loại enzym không theo quy luật trên. VD: ficin tìm thấy ở cây sung và papain ở cây đu đủ. Ứng dụng của enzym  Ứng dụng trong công nghệ chế biến thực phẩm: VD: Chế biến bột và sản xuất kẹo, sản xuất bánh mì, sản xuất nước quả và rượu vang, chế biến thịt, sản xuất bia  Ứng dụng trong các ngành công nghiệp  VD: Sản xuất chất tẩy rửa, công nghiệp dệt, chế biến dầu, công nghiệp da Ứng dụng của enzym  Ứng dụng enzym trong phân tích và trong y học  Ứng dụng enzym trong công nghệ di truyền Công nghệ sản xuất enzym  Nguồn động vật: thu nhận enzym từ các phế phụ liệu lò mổ.  Nguồn thực vật: thu nhận amylase từ thóc đại mạch nảy mầm, papain từ quả đu đủ, bromeline từ cây dứa, ficin từ quả sung  Nguồn vi sinh vật: từ rất nhiều loại vi sinh vật khác nhau. Ưu điểm của enzym VSV  VSV có thể chuyển hóa một khối lượng cơ chất lớn  Hoạt tính của enzym vi sinh vật cao  Tốc độ sinh sản của vi sinh vật rất cao  Dễ kiểm soát được các điều kiện.  Nguyên liệu sản xuất rẻ tiền và dễ kiếm Phương pháp và kỹ thuật cơ bản  Các phương pháp cơ học tách enzym  Các phương pháp phá vỡ tế bào  Phương pháp cô đặc  Phương pháp tinh sạch enzym  Tạo sản phẩm Phương pháp cơ học tách enzym  Phương pháp ly tâm: Ly tâm là quá trình tách vật chất rắn ra khỏi dung dịch. Phương pháp ly tâm chỉ tách được thành phần rắn có tỷ trọng lớn hơn dung dịch.  Trong công nghiệp, người ta thường ly tâm thu nhận dung dịch enzym bằng máy ly tâm liên tục. Hệ thống ly tâm nhiều đĩa (multichamber) Máy ly tâm liên tục ngang Máy ly tâm liên tục nhiều đĩa Một số kiểu máy ly tâm (Centrifugation)  Ly tâm nhiều đĩa (multichamber)  Ly tâm tách kết tủa (desludging)  Ly tâm lắng (decanter)  Ly tâm đẩy (pusher)  Ly tâm sàng (sieve)  Ly tâm phun (nozzile) Phương pháp lọc  Lọc là phương pháp tách thành phần rắn ra khỏi dịch.  Tốc độ lọc phụ thuộc vào: Diện tích bề mặt vật lọc, áp suất khi lọc, độ nhớt dịch lọc, sức đề kháng.  Trong công nghiệp người ta thường sử dụng phương pháp: Lọc ép, lọc chân không, lọc theo dòng chảy cắt ngang, lọc thông thường Lọc ép (pressure filter)  Thường được sử dụng trong trường hợp dung dịch cần lọc có khối lượng nhỏ Lọc chân không (vacuum filter)  Là phương pháp được ứng dụng nhiều trong nghiên cứu và trong sản xuất. Lọc theo dòng chảy cắt ngang (cross-flow filtration)  Phương pháp này có ưu điểm là làm giảm sức đề kháng quá trình lọc của vật liệu rắn. Lọc thông thường (conventional filter)  Phương pháp này được sử dụng từ rất lâu. Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là thời gian lọc lâu. Các phương pháp phá vỡ tế bào  Phá vỡ tế bào bằng phương pháp cơ học Phương pháp áp suất cao Phương pháp nghiền Phương pháp siêu âm  Phá vỡ tế bào bằng phương pháp không phải cơ học Phương pháp sấy Phương pháp phân giải Phá vỡ tế bào bằng máy đồng hóa  Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi trong quy mô công nghiệp.  Huyền phù tế bào được nén với một áp suất cao, chúng va chạm mạnh vào vành ống. Tế bào bị phá vỡ bởi lực cắt và nén.  Phương pháp này thường được áp dụng cho việc phá vỡ tế bào vi khuẩn. Tế bào động vật và tế bào thực vật ít dùng phương pháp này Máy đồng hóa Manton Gaulin Phá vỡ tế bào bằng sóng siêu âm  Đây là phương pháp phá vỡ tế bào phổ biến hữu ích, đơn giản, sử dụng ở quy mô nhỏ.  Tuy nhiên sóng siêu âm dễ làm biến đổi cấu trúc của một số enzym và phá hủy enzym do oxy hóa các gốc tự do. Sự sử dụng các chất như N2O có khả năng làm giảm sự mất hoạt tính enzym Phương pháp nghiền ẩm  Khi huyền phù tế bào được lắc cùng với hạt thủy tinh hoặc bằng thép nhỏ thì tế bào sẽ bị phá vỡ do lực cắt của chất lỏng cao và do va chạm với các hạt này.  Ở quy mô phòng thí nghiệm có thể nghiền tế bào với hạt thủy tinh bằng cối chày sứ. Phương pháp lạnh đông  Huyền phù tế bào dưới dạng bột nhão được làm lạnh đông ở -200C, rồi nén dưới áp suất cao (10-15 tấn/inch2) qua các lỗ hẹp của máy nén Hughes thì tế bào bị phá vỡ Phá vỡ tế bào không phải bằng phương pháp cơ học  Sốc thẩm thấu  Xử lý kiềm  Sử dụng chất tẩy rửa  Dung giải bằng enzym