Tiểu luận Emzyme amylase và quy trình sản xuất thức ăn gia súc

nhánh trong phân tử amylopectin nên dù có chịu tác dụng lâu thì sản phẩm cuối cùng, ngoài các đường nói trên ( 72% maltose và 19% glucose ) còn có dextrin phân tử thấp và isomaltose 8%. Tóm lại, dưới tác dụng của α-Amylase, tinh bột có thể chuyển thành maltotetrose, maltose, glucose và dextrin phân tử thấp. Tuy nhiên, thông thường α-Amylase chỉ thủy phân tinh bột chủ yếu thành dextrin phân tử thấp không cho màu với Iodine và một ít maltose. Khả năng dextrin hóa cao của α-Amylase là tính chất đặc trưng của nó. Vì vậy, người ta thường gọi loại Amylase này là Amylase dextrin hóa hay Amylase dịch hóa. Các giai đoạn của quá trình thủy phân tinh bột của α-Amylase: + Giai đoạn dextrin hóa: Tinh bột α- amylase dextrin phân tử lượng thấp. + Giai đoạn đường hóa: Dextrin tetra và trimaltose di & monosaccharide. Amylase oligosaccharide poliglucose Maltose maltotriose maltotetrose c) Đặc tính α-Amylase α-Amylase từ các nguồn khác nhau có thành phần amino acid khác nhau, mỗi loại α-Amylase có một tổ hợp amino acid đặc hiệu riêng. α-Amylase là một protein giàu tyrosine, tryptophan, acid glutamic và aspartic. Các glutamic acid và aspartic acid chiếm khoảng ¼ tổng lượng amino acid cấu thành nên phân tử Enzyme: + α-Amylase có ít methionine và có khoảng 7-10 gốc cysteine. + Trọng lượng phân tử của α-Amylase nấm mốc: 45.000-50.000 Da ( Knir 1956; Fisher, Stein, 1960 ). + Amylase dễ tan trong nước, trong dung dịch muối và rượu loãng. + Protein của các α-Amylase có tính acid yếu và có tính chất của globuline. Điểm đẳng điện nằm trong vùng pH=4,2 - 5,7 ( Bernfeld P, 1951 ). α-Amylase là một metaloEnzyme. Mỗi phân tử α-Amylase đều có chứa 1-30 nguyên tử gam Ca/mol, nhưng không ít hơn 1 - 6 nguyên tử gam/mol Ca tham gia vào sự hình thành và ổn định cấu trúc bậc 3 của Enzyme, duy trì hoạt động của Enzyme ( Modolova, 1965 ). Do đó, Ca còn có vai trò duy trì sự tồn tại của Enzyme khi bị tác động bởi các tác nhân gây biến tính và tác động của các Enzyme phân giải protein. Nếu phân tử α-Amylase bị loại bỏ hết Ca thì nó sẽ hoàn toàn bị mất hết khả năng thủy phân cơ chất. α-Amylase bền với nhiệt độ hơn các Enzyme khác. Đặc tính này có lẽ liên quan đến hàm lượng Ca trong phân tử và nồng độ Mg2+. Tất cả các Amylase đều bị kiềm hãm bởi các kim loại nặng như Cu2+, Ag+, Hg2+. Một số kim loại như : Li+, Na+, Cr3+, Mn+, Zn2+, Co2+, Sn2+, Cr3+, không có ảnh hưởng mấy đến α-Amylase. Một đặc điểm cần lưu ý là hầu hết α-Amylase khá bền với tác động của protease như pepsin, trypsin, papain... Thành phần amino acid của α-Amylase ở nấm mốc Aspergillus như sau ( g/100 g protein ): alamine = 6,8 ; glycine = 6,6 ; valine = 6,9 ; leucine = 8,3 ; Isoleucine = 5,2 ; prolin= 4,2 ; phenylalanine = 4,2 ; tyrosine = 9,5 ; trytophan = 4,0; xetin = 6,5 ; trionin = 10,7 ; cystein + cystine = 1,6 ; glutamic acid = 6,9 ; amide = 1,5 ( Akabori et amilose 1954 ). Không giống các α-Amylase khác, Amylase của Asp.orysee có chứa phần phi protein là polysaccharide. Polyose này bao gồm 8 mol maltose, 1 mol glucose, 2 mol hexosemin trên 1 mol Enzyme (Akabori et amilose, 1965). Vai trò của polyose này vẫn chưa rõ, song đã biết được rằng nó không tham gia vào thành phần của trung tâm hoạt động và nằm ở phía trong phân tử Enzyme. α-Amylase của nấm mốc hầu như chỉ tấn công những hạt tinh bột bị thương tổn. Sản phẩm cuối cùng của thủy phân Amylase là glucose và maltose. Đối với nấm sợi tỉ lệ là 1:3,79 (Hanrahan, Caldwell, 1953) . Fenikxova và Eromsina (1991) cho biết rằng các maltopentose và maltohexose bị thủy phân theo sơ đồ sau: G5 G4 + G1; G6 G2 + G4 hay 2G3 (chính) hoặc G5 + G1 (ít) α-Amylase của nấm sợi không tấn công liên kết α-1,6 glucoside của amylopectin, nên khi thủy phân nó sẽ tạo thành các dextrin tới hạn phân nhánh. Đây là một cấu trúc phân tử tinh bột do Enzyme α-Amylase phân cắt tạo thành dextrin tới hạn phân nhánh. Hình: cấu trúc phân tử tinh bột do do Enzyme α-Amylase phân cắt tạo thành dextrin tới hạn phân nhánh. Sản phẩm thủy phân cuối cùng của tinh bột dưới tác dụng của Amylase nấm sợi chủ yếu là maltose, thứ đến là maltotriose. Nồng độ α-Amylase của vi sinh vật tương đối lớn có thể chuyển hóa 70 - 85% tinh bột thành đường lên men. Còn các α-Amylase của nấm mốc thì mức độ đường hóa đến glucose và maltose có thể lên tới 84 - 87%. Điều kiện hoạt động của α-Amylase từ các nguồn khác nhau thường không giống nhau. pH tối thích cho hoạt động của α-Amylase từ nấm sợi là 4,0 - 4,8 (có thể hoạt động tốt trong vùng pH từ 4,5 - 5,8). Theo số liệu của Liphis, pH tối thích cho hoạt động dextrin hóa và đường hóa của chế phẩm Amylase từ Asp.orysee trong vùng 5,6 - 6,2. Còn theo số liệu của Fenixova thì pH tối thích cho hoạt động dextrin hóa của nó là 6,0 - 7,0. Độ bền đối với tác dụng của acid cũng khác khác nhau. α-Amylase của Asp.orysee bền vững đối với acid tốt hơn là α-Amylase của malt và vi khuẩn Bac.subtilis. Ở pH= 3,6 và 00C, α-Amylase của malt bị vô hoạt hoàn toàn sau 15 - 30 phút; α-Amylase vi khuẩn bị bất hoạt đến 50%, trong khi đó hoạt lực của α-Amylase của nấm sợi hình như không giảm bao nhiêu (Fenilxova, Rmoshinoi 1989). Trong dung dịch α-Amylase nấm sợi bảo quản tốt ở pH= 5,0-5,5 ; α-Amylase dextrin hóa của nấm sợi đen có thể chịu được pH từ 2,5-2,8. Ở 00C và pH=2.5, nó chỉ bị bất hoạt hoàn toàn sau 1 giờ. Nhiệt độ tối thích cho hoạt động xúc tác của α-Amylase từ các nguồn khác nhau cũng không đồng nhất, α-Amylase của nấm sợi rất nhạy cảm đối với tác động nhiệt. Nhiệt độ tối thích của nó là 5000C và bị vô hoạt ở 7000C (Kozmina, 1991). Trong dung dịch đệm pH = 4.7, α-Amylase của Asp.orysee rất nhạy với tác động của nhiệt độ cao, thậm chí ở 4000C trong 3 giờ hoạt lực dextrin hóa của nó chỉ còn 22 - 29%, hoạt lực đường hóa còn 27 - 85%. Ở 5000C trong 2 giờ, α-Amylase của nấm sợi này bị vô hoạt hoàn toàn (Miller và cộng sự). 1.4.2. Enzyme β-Amylase (β-1,4-glucan-maltohydrolase) (EC 3.2.1.2) a) Cấu tạo: β-Amylase hiện diện phổ biến ở thực vật, đặc biệt là hạt nảy mầm. Ở trong các hạt ngũ cốc nảy mầm, β-Amylase xúc tác sự thuỷ phân các liên kết 1,4 α-glucan trong tinh bột , glucogen và polysaccharide, phân cắt từng nhóm maltose từ đầu không khử của mạch . Maltose được tạo thành do sự xúc tác của β-Amylase có cấu hình β. Ở ngũ cốc, β-Amylase tham gia vào sự phân giải của tinh bột trong quá trình nảy mầm của hạt. Ở lúa, β-Amylase được tổng hợp trong suốt quá trình của hạt và hầu như không được tổng hợp ở hạt khô. Ở lúa mạch, Enzyme có mặt ở trong hạt khô, nó được tích lũy trong suốt quá trình phát triển của hạt, khi ở dạng liên kết, Enzyme này là một phân tử có trọng lượng phân tử là 64.000 Da và khi bị phân cắt bởi một protease sẽ được phóng thích dưới dạng tự do và có khối lượng phân tử là 59.000 Da . b) Cơ chế tác dụng của β-Amylase: β-Amylase là một Enzyme ngoại bào (exoenzyme). Tiến trình phân giải bắt đầu từ đầu không khử của các nhánh ngoài cùng cơ chất . β-Amylase phân cắt các liên kết α-1,4glucoside nhưng khi gặp liên kết α-1,4 glucoside đứng kế cận liên kết α-1,6 glucoside thì nó sẽ ngừng tác dụng. Phần polysaccharide còn lại là dextrin phân tử lớn có chứa rất nhiều liên kết α-1,6 glucoside và được gọi là β-dextrin. Cơ chế tác dụng của β-Amylase lên tinh bột. Tinh bột β-Amylase maltose (54-58%)+ β-dextrin(42-46%) (glucogen) Tinh bột bị thuỷ phân đồng thời bởi cả α và β-Amylase thì lượng tinh bột thuỷ phân tới 95%. c) Đặc tính của β-Amylase: β-Amylase là một albumin , tâm xúc tác có chứa nhóm –SH , nhóm X-COOH và vòng imidazol của các gốc histidine và là Enzyme ngoại bào (exoEnzyme). β-Amylase không bền khi có Ca2+, β-Amylase bị kìm hãm bởi Cu2+, Hg2+, urea, iodineoacetamide, iodine, ozon… β-Amylase chịu nhiệt kém hơn α-Amylase nhưng bền hơn với acid. β-Amylase bị bất hoạt ở nhiệt độ 7000C. Nhiệt độ tối thích của β-Amylase là 550C , pH 5,1 – 5,5. Tham gia vào cơ chế tác dụng của β-Amylase thường có một nhóm caboxyl thể hiện tính chất ái nhân và một nhóm imidazol thể hiện tính chất ái electron. Sự nghịch đảo hình thể của cacbon anome (C1) được thực hiện nhờ việc tạo thành hợp chất đồng hoá trị trung gian kiểu este axetal giữa cacbon anome và nhóm cacboxyl của tâm hoạt động. Sau đó este này bị phân huỷ bởi tác động của 1 phân tử nước lên nhóm cacboxyl để giải phóng ra α-maltose và hoàn nguyên nhóm cacbxyl của Enzyme. 1.4.3. Enzyme γ-Amylase (glucoamylase) (EC 3.2.1.3) a) Cấu tạo: γ-Amylase ( glucoamylase hay α-1,4-glucan-glucohydrolase ) là những Enzyme có thể thuỷ phân được cả hai kiểu liên kết của các mạch α-glucan để giải phóng ra ở dạng β. Glucoamylase hay γ-Amylase chủ yếu được tạo ra bởi các vi sinh vật. Đặc biệt là kiểu nấm mốc aspergillus, penicillium và Rhizopus. Amyloglucosidase từ nấm mốc là các protein có khối lượng phân tử lượng dao động rất lớn từ 27.000 đến 112.000 Dal tuỳ thuộc vào nguồn gốc của Enzyme. Nói chung thì các amyloglucosidase đều chứa các gốc mêthioni, tritophan, và một nửa gốc cystein. Tuy nhiên mối quan hệ giữa chuỗi acid amin, cấu trúc bậc 3 và hoạt động của Enzyme vẫn chưa được làm sáng tỏ tất cả các amyloglucosidase từ nấm mốc đều là glucoprotein chứa từ 5 - 20% gluxit trong đó chủ yếu là các mono saccharid glucose mannose, galactose và glucosamine. Các amyloglucosidase chủ yếu được tạo nên từ hai iso Enzyme I và II khác nhau ở khả năng thuỷ phân tinh bột ở trạng thái rắn và bởi độ bền của chúng. Amyloglucosidase I tự hấp thụ và thuỷ phân tinh bột ở trạng thái rắn, ngược lại amyloglucosidase II không có cả hai tinh chất này . b) Cơ chế hoạt động: Amyloglucosidase có thể giải phóng ra β-D-glucose bằng cách thuỷ phân lặp lại nhiều lần các liên kết α-1,4 của mạch α-glucan từ đầu không khử, chúng cũng thuỷ phân được các liên kết α-1,6 và α-1,3 nhưng rất chậm (10 - 30 lần ). Tốc độ thuỷ phân cũng phụ thuộc vào bản chất của các liên kết kề cận với các liên kết glucozit được thuỷ phân , cũng như kích thuớc và cấu trúc của cơ chất bị thuỷ phân . Nhất là với các α-glucan mạch dài ( amylose và amylopectin ) thì bị thuỷ phân nhanh hơn là với các maltodextrin và các oligosaccharit. c) Tính chất: Glucoamylase có khả năng thuỷ phân các liên kết α-1,4 lẫn α-1,6 glucoside. Khi thuỷ phân liên kết α-1,4-glucan trong chuỗi polysaccharide, glucoamylase tách lần lượt từng phân tử glucose ra khỏi đầu không khử của mạch để tạo ra glucose. Enzyme này có nhiều tên gọi khác nhau: α-1,4 ; α-1,6-glucan-4; 6-glucohydrolase; glucoamylase; amyloglucosidase; taka-Amylase B; γ-Amylase… Là Enzyme ngoại bào. Ngoài các liên kết α-1,4 và α-1,6 glucoside , glucoamylase còn có khả năng thuỷ phân các liên kết α-1,2 và α-1,3 glucoside . Glucoamylase có khả năng thuỷ phân hoàn toàn tinh bột , glucogen , amylopectin, dextrin, panose, iso maltose và maltose thành glucose, mà không cần có sự tham gia cuả các loại Enzyme khác. Glucoamylase thuỷ giải các polysaccharide có phân tử lớn nhanh hơn so với các chất có phân tử nhỏ. Các polisaccharide có nhánh như amylopectin, glucogen, β-dextrin bị glucoamylase thủy phân khá nhanh. Đa số glucoamylase có hoạt lực cao nhất ở vùng có pH 3,5 – 5,5 và nhiệt độ 5000C.Nó bền với acid hơn α-Amylase nhưng kém bền hơn trong rượu, acetone và không được bảo vệ bởi Ca2+. 1.4.4. Oligo 1,6-glucosidase (dextrinase tới hạn) (EC 3.2.1.10) Enzyme này có thể thuỷ phân liên kết α-1,6 – glucoside trong isomaltose , panose và các dextrin tới hạn thành đường có thể lên men được. Enzyme này có ở vi sinh vật nhưng đồng thời cũng có trong các hạt nảy mầm ( đại mạch, thóc nảy mầm ). Ngoài oligo–1,6–glucosidase, hệ dextrinase của hạt ngũ cốc , hạt nảy mầm còn có amylopectin–1,6–glucosidase hay R– Enzyme và dextrin–1,6–glucoside hay amylo–1,6–glucoside hay dextrin-6- glucocanhydrolase. Hai loại Enzyme này đều thuỷ phân dextrin triệt để hơn α-Amylase và β-Amylase do đó trong dung dịch thuỷ phân có nhiều maltose hơn . Nhiệt độ tối thích cho các hoạt động của các dextrinase là 4000C và pH tối thích là 5,1. 1.4.5. Enzyme pullulanase (α-dextrin6-glucosidase) (EC 3.2.1.41) Enzyme này có thể thuỷ phân các liên kết α-1,6 của tinh bột, glucogen, pululan và các dextrin tới hạn. Điều đáng chú ý là sự định vị của các liên kết α-1,6 có ảnh hưởng lớn đến tác động của Enzyme. Đặc biệt là sự có mặt của hai liên kết α-1,4 nằm liền kề bên liên kết α-1,6 là điều kiện cần thiết cho Enzyme phân cắt liên kết này. Pullulanase phân giải các liên kết α-1,6 glucoside bị bao quanh tứ phía bởi các liên kết α-1,4. Nó còn có khả năng thủy phân cả những dextrin phân tử thấp chỉ gồm có hai gốc maltose nối nhau bằng liên kết α-1,6 glucoside. Tác dụng hiệp đồng của α-Amylase vàpullulanase làm nó bị thủy phân hoàn toàn. 1.4.6. α-glucosidase Hay Maltase (α-D,glucoside-glucohydrolase) (EC 3.2.1.20) Nhiều loại nấm sợi sản sinh Enzyme này. Giống như glucomylase, nó thủy phân maltose thành glucose nhưng không thủy phân tinh bột. Maltase và glucozyltranferase là một Enzyme đồng nhất vừa có khả năng thủy phân liên kết α-1,4, trong các glucopiranoside vừa có khả năng chuyển các gốc glucoside sang đường và rượu. 1.5. Ứng Dụng Của Enzyme Amylase Hiện nay, việc sản xuất chế phẩm enzyme các loại đa và đang phát triễn mạnh mẽ trên quy mô công nghiệp. Thực tế đã có hàng nghìn chế phẩm enzyme bán trên thị trường thế giới, các chế phẩm này đã được khai thác và tinh chế có mức độ tinh khiết theo tiêu chuẩn công nghiệp và ứng dụng. Chế phẩm enzyme không chỉ được ứng dụng trong y học mà còn được ứng dụng trong nhiều lãnh vực công nghiệp khác nhau, trong nông nghiệp, trong hóa học… "ý nghĩa của việc sử dụng enzyme trong các lãnh vực thực tế không kém so với ý nghĩa của việc sử dụng năng lượng nguyên tử". Theo thời gian, enzym công nghiệp ngày càng được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau, trong đó những enzym ứng dụng nhiều nhất là protease, cellulose, ligase, amylase,… và một số enzym đặc biệt khác. Sau đây là một số ứng dụng của enzyme Amylase được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau. 1.5.1. Ứng Dụng Của Enzyme Amylase Trong Chế Biến Thực Phẩm Gia Súc Trong chế biến thức ăn gia súc, thành phần ngũ cốc chiếm một khối lượng rất lớn. Trong khối lượng này, thành phần tinh bột rất cao. Để tăng hiệu suất sử dụng năng lượng từ nguồn tinh bột, người ta thường cho thêm enzyme amylase vào. Enzyme amylase sẽ tham gia phân giải tinh bột tạo thành đường, giúp cho quá trình chuyển hóa tinh bột tốt hơn. 1.5.2. Ứng Dụng Của Enzyme Amylase Trong Dược Phẩm Nguồn cung cấp enzyme amylase là vi khuẩn Bacillus subtilis với ưu điểm là bền hơn trong môi trường acid của dạ dày so với diastase (amylase) lấy từ động vật và vi nấm. Amylase được sử dụng để phối hợp với coenzyme A, cytocrom C, ATP, carboxylase để chế thuốc điều trị bệnh tim mạch, bệnh thần kinh. Mặt khác amylase phối hợp với enzyme thủy phân để chữa bệnh thiếu enzyme đường tiêu hóa. Trong cơ thể, amylase là hormon tuyến tuỵ ngoại tiết, có tác dụng chống phù nề sau chấn thương hoặc sau mổ. Điều trị triệu chứng phản ứng viêm kèm nhiễm khuẩn đường hô hấp trên hoặc dưới. Các sản phẩm chứa enzyme α- amylase dùng α-amylase là một loại enzyme mà sẽ kiểm soát lượng calo của cơ thể. α-amylase là một men nội sinh có thể thủy phân tinh bột và các polysaccharide (hoạt tính amylotic) bằng cách tấn công vào mối nối a-1,4 glucosidic cho ra các dextrine, oligosaccharide và monosaccharide. α-amylase dùng trong Neopeptine viên nang được lấy từ nguồn vi khuẩn Bacillus subtilis. Amylase của vi khuẩn cho đến nay có ưu điểm là bền hơn trong môi trường acid của dạ dày so với diastase (amylase) lấy từ động vật và vi nấm. 1.5.3. Ứng Dụng Của Enzyme Amylase Trong Công Nghiệp Dệt Trong công nghiệp dệt, người ta thường sử dụng enzym amylase của vi khuẩn để tẩy tinh bột và làm cho vải mềm. Trong vải thô thường chứa khoảng 5% tinh bột và các tạp chất khác. Do đó, khi sử dụng chế phẩm enzym amylase của vi khuẩn vải sẽ tốt hơn. Người ta thường sử dụng lượng chế phẩm amylase khỏang 0,3-0,6 g/l dung dịch và thời gian xử lý 5-15 phút ở nhiệt độ 9000C. Tuy nhiên ngoài chế phẩm enzym amylase có nguồn gốc từ vi khuẩn, hiện nay người ta đã quan tâm đến việc sử dụng amylase từ nấm sợi. Cho đến nay có rất nhiều nước đã sử dụng enzym trong công nghiệp dệt để tăng khả năng cạnh tranh các hàng vải, sợi. Các nước sử dụng lượng enzym amylase nhiều nhất trong lĩnh vực này là Mỹ, Nhật, Pháp, Đan Mạch. Ngoài ra, enzyme amylase cũng được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi trong sản xuất đường bột, sản xuất dextrin, maltodextrin, nha glucose, siro, glucose – fructose, sản xuất tương và nước chấm…ở quy mô công nghiệp. 1.5.4. Ứng Dụng Của Enzyme Amylase Trong Sản Xuất Bia Trong công nghệ sản xuất bia truyền thống, các nước phương Tây chủ yếu sử dụng enzym amylase của malt để thủy phân tinh bột trong malt, sau đó đến giai đoạn rượu hóa bởi nấm men Saccharomyces sp. Cơ sở khoa học của việc sử dụng amylase của malt ở chỗ, khi đại mạch chuyển từ trạng thái hạt sang trạng thái nảy mầm (malt), enzym amylase sẽ được tổng hợp và khi đó enzym này sẽ thủy phân tinh bột có trong hạt tạo ra năng lượng và vật chất cho sự tạo thành mầm. Như vậy việc đường hóa tinh bột trong hạt nhờ enzym của chính nó. Khi đó hạt chỉ tổng hợp ra lượng enzym amylase vừa đủ để phân hủy lượng tinh bột có trong hạt. Như thế cần rất nhiều mầm đại mạch để sản xuất bia ở quy mô lớn, dẫn đến chi phí cao cho sản xuất và sản phẩm. Để khắc phục điều này, trong quá trình lên men tạo bia thì nhà sản xuất không sử dụng hoàn toàn 100% nguyên liệu là malt đại mạch mà có sự pha trộn theo một công thức nào đó để thay thế malt và còn bổ sung nguồn tinh bột cho quá trình lên men. Lý do là một phần để tạo hương vị cho bia, màu sắc, độ cồn phù hợp cho người tiêu dùng và một phần là làm giảm giá thành cho sản phẩm bia nhưng vẫn giữ được đặc trưng cho bia. Chính vì điều này, các nhà sản xuất bia quan tâm đến việc sử dụng chế phẩm enzym amylase cung cấp cho quá trình thủy phân tinh bột Enzym này có ý nghĩa rất lớn trong việc làm bia, giúp sản xuất bia ở quy mô công nghiệp. Ngoài ra, trong sản xuất bia, người ta còn sử dụng chế phẩm enzym cellulose có tác dụng phá vỡ thành tế bào, tạo điều kiện để các thành phần có trong tế bào hạt thóat ra phía ngoài nhờ đó chất lượng bia được nâng cao hơn. Một loại enzym khác cũng được sử dụng khá rộng rãi đó là gluco amylase, enzym này được sử dụng để loại trừ O2 có trong bia, giúp quá trình bảo quản bia kéo dài hơn rất nhiều. 1.5.5. Ứng Dụng Của Enzyme Amylase Trong Sản Xuất Cồn Để sản xuất cồn từ nguồn nguyên liệu tinh bột, mỗi nước sử dụng các loại nguyên liệu khác nhau. Ví dụ, ở Mỹ người ta sử dụng nguyên liệu từ bột ngô để sản xuất cồn, còn ở Brazin lại sử dụng khoai mì, các nước khác sử dụng gạo hoặc tấm từ gạo. Quá trình sản xuất cồn trải qua hai giai đọan: giai đọan đường hóa và giai đọan rượu hóa. Giai đọan đường hóa, người ta bắt buộc phải sử dụng enzym amylase (không thể sử dụng phương pháp thủy phân tinh bột bằng acid). Người Nhật đã biết sử dụng enzym của nấm mốc trong quá trình đường hóa để sản xuất rượu Sake từ cách đây hơn 1700 năm. Người Trung Quốc thì đã sử dụng nhiều loại nấm mốc để đường hóa rượu trong sản xuất rượu cách đây 4000 năm. Còn người Việt Nam đã biết sản xuất rượu từ gạo cách đây hàng ngàn năm. Riêng ở Mỹ, mãi đến thế kỷ XIX khi Takamine người Nhật đưa nấm mốc Aspergillus sang mới biết sử dụng enzym này thay amylase của malt để sản xuất cồn. Chính vì thế mới có phương pháp Micomalt ( mầm mốc) trong sản xuất cồn và rượu. Nhờ sự du nhập kỹ thuật này từ Nhật mà người Mỹ tiết kiệm được một khối lượng malt khổng lồ trong sản xuất rượu. Giai đọan rượu hóa, nhờ nấm men Saccharomyces cerevisiae, cũng có thể xem đây là một quá trình áp dụng enzym. Quá trình rượu hóa là quá trình hết sức phức tạp, trải qua rất nhiều giai đoạn chuyển hóa từ đường thành cồn nhờ sự tham gia của nhiều enzym khác nhau. Điểm khác với enzym amylase là ở chổ các enzym tham gia quá trình rượu hóa nằm trong tế bào nấm men. Việc điều khiển các quá trình chuyển hóa bởi enzym trong tế bào thực chất là quá trình trao đổi chất của nấm men trong môi trường chứa đường. 1.5.6. Ứng Dụng Của Enzyme Amylase Trong Sản Xuất HFCS HFCS (High Fructose Corn Syrup) là một nhóm bất kì của siro bắp mà trải qua quá trình enzyme để làm tăng hàm lượng fructose và sau đó được pha trộn với siro bắp sạch (100% glucose) để tạo thành dạng sản phẩm cần thiết. Nguyên nhân chính là: + Nguyên liệu rẻ ở Mỹ, nó phụ thuộc vào giá cả của bắp và đường. + Sản phẩn dễ dùng để pha trộn và di chuyển bởi vì nó ở dạng lỏng. Các dạng phổ biến của HFCS: + HFCS 90 + HFCS 55 + HFCS 42 Quá trình enzyme làm thay đổi 100% glucose siro bắp thành HFCS 90 theo các bước sau: + Tinh bột bắp được xử lý bằng α-amylase để sản xuất chuỗi đường ngắn hơn gọi là oligosaccharides. + Glucoseamylase phá vỡ những chuỗi đường để sản xuất đường đơn glucose. + Xylose isomerase biến đổi glucose để tạo ra hỗn hợp có khoảng 42% fructose và 50 - 52% glucose với một vài loại đường được hòa trộn. + Hỗn hợp 42 - 43% fructose glucose phải chịu qua một bước sắc kí lỏng nơi mà fructose sẽ được làm giàu đến xấp xỉ 90%. CHƯƠNG II – EMZYME AMYLASE & QUY TRÌNH SẢN XUẤT THỨC ĂN GIA SÚC Chọn Nguyên Liệu Ở Việt Nam bã sắn chủ yếu được sử dụng để sản xuất ra các sản phẩm sau: - Thức ăn cho động vật nhai lại. - Sản xuất thức ăn chăn nuôi có giá trị cao từ bã sắn. - Sản xuất cồn sinh học. Bã sắn có độ ẩm trên 80% nên khi phơi dễ bị nhiễm khuẩn, sinh mùi khó chịu và ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. Tại một số địa phương có nhà máy tinh bột sắn, người dân sinh sống trong khu vực lân cận, hằng ngày, lúc ăn cũng như lúc ngủ, họ phải chịu mùi hôi thối nồng nặc của bã sắn ngâm ủ, phơi và vận chuyển vung vải trên đường. Hiện nay, bã sắn tại các nhà máy sản xuất tinh bột sắn được bán ra với giá rất rẻ khoảng 200 đồng/kg bã tươi và 800 – 1000 đồng/kg bã khô. Với giá thành như vậy thì việc sử dụng bã sắn để sản xuất các sản phẩm khác là hoàn toàn thuận lợi, vừa giải quyết được vấn đề môi trường, vừa tăng thêm giá trị sử dụng và kinh tế cho bã sắn. Giới Thiệu Cây Sắn Cây sắn – khoai mì – (Manihot esculenta Crantz), tiếng Anh là cassava hay còn gọi là tapioca hoặc manioc, là một trong số những loại cây có củ mọc ở hơn 80 quốc gia có khí hậu nhiệt đới ẩm trên thế giới. Cây sắn có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới của châu Mỹ Latinh (Crantz,1976) và được trồng cách đây khoảng 5.000 năm (CIAT, 1993). Củ sắn có kích thước trung bình, dài 25 – 38cm. Tùy theo giống, điều kiện đất đai và thời gian thu hoạch mà củ sắn có thể có kích thước lớn hơn hoặc nhỏ hơn trị số trung bình. Cấu tạo củ sắn gồm 4 phần chính: vỏ gỗ, vỏ thịt (còn gọi là vỏ cùi), thịt sắn và lõi sắn. Giới Thiệu Bã Sắn Hiện nay ở Việt Nam có trên 60 nhà máy tinh bột sắn với tổng công suất khoảng 38 triệu tấn củ tươi/năm. Theo ước tính một nhà máy chế biến tinh bột sắn có công suất 30 – 100 tấn/ngày sẽ sản xuất được 7,5 – 25 tấn tinh bột, kèm theo đó là 12 – 48 tấn bã bao gồm hai loại: - Loại thứ nhất là bã thải do quá trình rửa và bóc vỏ gỗ chiếm tỉ trọng ít và thành phần chủ yếu là xenluloza, hemixenluloza và cát, sạn. - Loại này thường được chôn lấp hợp vệ sinh hoặc dùng làm phân bón. Loại thứ hai là phần bã còn lại sau khi tách tinh bột sắn được gọi là bã sắn. Thành phần hoá học Hàm lượng (%) Protein 1,82 – 2,03 Chất béo 0,09 – 0,2 Tro 1,61 – 2,38 Chất xơ 10,61 – 14,35 Tinh bột 60,84 – 65,9 Cacbonhydrat 72,19 – 79,51 Độ ẩm 80,16 – 85,5 Bảng : thành phần hóa học của bã sắn. 2.4. Quy Trình Sản Xuất Thức Ăn Gia súc Vi sinh vật Nước Khoai mỳ Bã Ly tâm tách bã Rửa ướt Nghiền Cắt khúc Rửa sơ bộ Phụ gia Lên men Phơi sấy Chế phẩm giàu enzym 2.4.1. Thuyết Minh Quy Trình 2.4.1.1. Nguyên Liệu Dựa trên hai phương pháp: Phương pháp cảm quan: Xác định củ tốt củ xấu và xác định tương đối hàm lượng tinh bột. Củ khoai mì nhiều bột ít xơ, vỏ củ và vỏ bao mỏng, cuống ngắn củ bự là tốt. Loại củ cuốn dài khi chế biến năng suất bột kém vì cuống thực chất gồm phần lớn là xơ gỗ. Chọn củ trung bình rồi bẻ làm đôi, nếu ta chỉ dùng một lực vừa phải bẻ gãy củ và thấy thịt sắn chắc và khô, trắng đục thì như vậy có thể coi là thu hoạch sắn đúng tuổi, hàm lượng tinh bột cao nhất. Nếu bẻ gãy củ cũng dễ dàng nhưng thấy thịt sắn có màu vàng nhạt, tuy chắc thịt nhưng phần giữa củ ướt thì đó là sắn non ít bột. Phương pháp thực nghiệm: Dùng loại cân thực nghiệm do Thái Lan thiết kế và sản xuất xác định.Nguyên tắc hoạt động dựa trên sự khác nhau về tỷ trọng giữa bột và nước. Qua nhiều lần khảo sát các số liệu người ta thiết kế cân xác định được hàm lượng tương ứng của 5 kg củ. Củ được chặt khúc từ 3 - 5 cm. Cân hoạt động như sau: củ được chặt khúc cho vào giỏ cân(1) cân xác định khối lượng 5kg (lúc này quả cân hàm lượng đặt tại điểm không). Sau khi cân đúng 5kg củ, đổi xuống giỏ (2) được nhúng chìm trong nước. 2.4.1.2. Rửa Nguyên Liệu. Khoai mì sau khi được thu hoạch phải đem rửa để loại bỏ đất cát và giảm bớt vi sinh vật. 2.4.1.3. Cắt Khúc Nguyên Liệu. Khoai mì được cắt khúc và mặt cắt củ phải ngay không được xéo, đồng thời kích thước phải theo đúng quy định để đảm bảo độ chính x