TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH
VIỆN CƠNG NGHỆ SINH HỌC- THỰC PHẨM
BỘ MƠN HĨA SINH THỰC PHẨM
---o0o---

TIỂU LUẬN
CHẾ PHẨM ENZYME, MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU,
ĐẶC TÍNH, ẢNH HƯỞNG BIẾN ĐỔI, ỨNG
DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN CỒN,
RƯỢU, BIA

GVHD: NGUYỄN THỊ MAI HƯƠNG
SVTH: 1.NGUYỄN THỊ THANH XUÂN 12024101
2. DƯƠNG THỊ TRANG

12014611

3. LÊ HUỲNH CẪM XUYÊN 12017771
LỚP: DHTP8A
HỌC KỲ: 3

NĂM HỌC: 2013-2014

Tháng 06 năm 2014

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


LỜI MỞ ĐẦU
Ngay từ cuối thể kỷ 17 và đầu thế kỷ 18, sự tiêu hóa thịt bằng các chất tiết ra từ dạ
dày và sự chuyển hóa tinh bộ thành đường bởi các chất tiết ra ở thực vật và nước bọt đã

được biết đến. Tuy nhiên, cơ chế của các quá trình vẫn chưa được xác định.Năm 1833,
Nhà hóa học Pháp Anselme Payen đã phát hiện ra enzym đầu tiên. Một vài thập niên sau,
khi việc nghiên cứu lên men đường thành rượu bằng nấm men,Louis Pasteur đã đi đến
kết luận rằng quá trình lên men được xúc tác bởi một yếu tố quan trọng có trong tế bào
nấm men được gọi là "ferments", nó được cho là chỉ có chức năng trong các sinh vật cịn
sống. Ơng đã viết rằng "lên men rượu là một phản ứng có liên quan đến đời sống và tổ
chức của các tế bào nấm men chứ không phải là các tế bào chết. Hiện nay, việc sản
xuất chế phẩm enzyme các loại đã và đang phát triễn mạnh mẽ trên qui mơ
cơng 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. Các chế phẩm enzyme phổ biến như amylase,
protease, catalase, cellulase,lipase,glucoseoxydase…Chế phẩm enzyme khơng chỉ
được ứng dụng trong y học mà cịn được ứng dụng trong nhiều lãnh vực
công nghiệp khác nhau, trong nơng 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".
Vì vậy có thể nói enzym đóng vai trị chủ chốt trong các quá trình chế biến và bảo quản,
bài tiểu luận này sẽ cho chúng ta thấy tầm quan trọng của enzyme trong công nghiệp chế
biến cồn, rượu, bia.

2

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


I.TỔNG QUAN VỀ ENZYME
1. Tổng quan:
a. Bản chất và cấu tạo của enzyme
Enzyme là chất xúc tác sinh học có bản chất protein, có khả năng xúc tác đặc hiệu cho
các phản ứng hóa học nhất định

Bản chất protein của enzyme
M = 20000 – 1000000 không đi qua các màng bán thấm
Hịa tan trong nước, dd muối lỗng, dd hữu cơcó cực, khơng hịa tan trong các dung
mơikhơng phân cực
Enzyme bị biến tính và mất khả năng xúc tác do nhiệt độ cao, acid / kiềm mạnh, muối
kim loại nặng
Điện ly lưỡng cực phân tách bằng pp điện di
Bản chất hóa học của enzyme là protein.
Cường lực xúc tác:Enzyme có cường lực xúc tác mạnh hơn nhiều so với xúc tác thơng
thường:
– Trong 1 phút:
• 1mol Fe3+ xúc tác phân ly 10-6 mol H2O2
• 1 phân tử catalase có 1 nguyên tử Fe xúc tác phân ly 5.10-6 mol H2O2
– 1g pepsine trong 2 giờ thủy phân 5kg Protein trứng luộc ở nhiệt độ bình thường
– 1 phân tử β- amilase sau 1 giây có thể phân giải 4000 liên kết glucoside trong phân tử
tinh bột
Cấu tạo hóa học của enzyme
Enzyme được chia thành 2 loại:
– Enzyme 1 cấu tử: protein đơn giản.
– Enzyme 2 cấu tử:
• Phần protein (feron,apoenzyme): qđ tính đặc hiệ

ạt tính xúc tác của enzyme

3

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


• Phần phi protein (nhóm ngoại agon, prostetic): qđ kiểu phản ứng enzyme xúc tác Khi

nhóm ngoại tồn tại và xúc tác độclậ
ọi là coenzyme
Cofactor
Cofactor: có thể là một hoặc một số ion kim loại như Fe2+, Mg2+, Mn2+, Zn2+ hoặc
một phân tử hữu cơ hay phức hữu cơ chứa kim loại phức tạp (gọi là coenzyme)
Một enzyme có thể cần coenzyme và thêm một vài kim loại
b. Cơ chế tác dụng của enzyme
Trung tâm hoạt động của enzyme
Trung tâm hoạt động của enzyme là phần phân tử trong cấu trúc của enzyme mà tại đó
enzyme + cơ chất = sản phẩm
– Ở enzyme 1 cấu tử: trung tâm hoạt động bằng các nhóm định chức của acidamin (SH
của Cys, OH của Ser, Tyr, nhóm -NH2 của Lys, COOH của Glu, Asp, vòng imidazol của
His, indol của Trp)
– Ở enzyme 2 cấu tử, trung tâm hoạt động = nhóm ngoại (vitamin, ion kimloại) + các
nhóm định chức trong apoenzyme
Hệ thống đa enzyme và sự điều hòa hoạt động xúc tác của enzyme
Có trọng lượng phân tử lớn
Thường chứa từ ba enzyme khác nhau trở lên kết hợp chặt chẽ bằng cách tương tác
khơng đồng hóa trị
Mỗi enzyme xúc tác một phản ứng riêng biệt nhưng cùng với các enzyme khác xúc tác
một phản ứng tổng thể duy nhất
Ví dụ: Pyruvat dehydrogenase hay Synthetase acid béo
Các loại liên kết trong ES khi E tác dụng lên S
Khi cơ chất liên kết với enzyme tại vị trí trung tâm hoạt động sẽ hình thành phức hợp
trung gian enzyme – cơ chất ES
Liên kết chủ yếu trong phức ES:
– Tương tác tĩnh điện
4

LUAN VAN CHAT LUONG download : add



– Liên kết hydro
– Tương tác Van der Waals
Cơ chế tác dụng của enzyme
(E: enzyme, S: cơ chất, P: sản phẩm, ES: phứchợp trung gian enzyme-cơ chất)
Trải qua3 giai đoạn:
– Gđ 1: E +S bằng lk yếu phức enzyme- cơchất (ES) khơng bền (xảy ra rất nhanh,
NLhoạt hóa thấp)
– Gđ 2: biến đổi S sự kéo căng và phá vỡcác liên kết đồng hóa trị tham gia phản ứng
– Gđ 3: tạo thành P và E được giải phóng ra dưới dạng tự do.
c. Tính đặc hiệu của enzyme
Tính đặc hiệu cao của enzyme = khả năng xúc tác cho sự chuyển hóa một hay một sốchất
nhất định theo một kiểu phản ứng nhất định, tác dụng có tính chọn lựa cao
Bao gồm:
– Đặc hiệu kiểu phản ứng
– Đặc hiệu cơ chất
Đặc hiệu kiểu phản ứng
Đặc hiệu kiểu phản ứng thể hiện ở chỗ mỗi enzyme chỉ có thể xúc tác cho một kiểu phản
ứng chuyển hóa một số chất nhất định:
– Oxy hố nhờ oxydase:
RCHCOOH + ½ O2 RCOCOOH + NH3
NH2
– Khử cacboxyl nhờ decarboxylaza:
RCHCOOH RCH2NH2 + CO2
NH2
Đặc hiệu cơ chất
5

LUAN VAN CHAT LUONG download : add



Cơ chất là chất có khả năng kết hợp vào trung tâm hoạt động của enzyme và bị chuyển
hóa dưới tác dụng của enzyme
Mức độ đặc hiệu của các enzyme không giống nhau, người ta thường phân biệt thành các
mức sau:
– Đặc hiệu tuyệt đối:
– Đặc hiệu tương đối:
– Đặc hiệu nhóm:
– Đặc hiệu quang học (đặc hiệu lập thể)
Đặc hiệu tuyệt đối
Enzyme chỉ tác dụng trên một cơchất nhất định và hầu như khơng cótác dụng với chất
nào khác:
Urea CO2 + 2NH3
Acetamide Khơng xảy ra
Đặc hiệu tương đối
Enzyme có khả năng tác dụng lên một kiểu liên kết hóa học nhất định trong phân tử
cơchất mà không phụ thuộc vào cấu tạo củacác phần tham gia tạothành mối liên kết đó
Đặc hiệu nhóm
Enzyme có khả năng tác dụng lên một kiểu liên kết hóa học nhất định với điều kiện một
trong hai phần tham gia tạo thành liên kết phải có cấu tạo xác định
Đặc hiệu quang học (đặc hiệu lập thể)
Enzyme chỉ tác dụng một trong hai dạng đồng phân quang học của các chất:
d. Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng enzyme
Ảnh hưởng của nồng độ enzyme
Trong điều kiện thừa cơ chất, vận tốc phản ứng phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ
enzyme: v=k[E], với k=const
Nhưng khi nồng độ enzyme quá lớn thì vận tốc phản ứng sẽ tăng chậm lại.
6


LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất(mơ hình Michaelis – Menten)
Phương trình Michaelis – Menten:
v: vận tốc phản ứng, vmax: vận tốc cực đại của phản ứng, [S]: nồng độ cơ chất, Km: hằng
số Michaelis
• [S] << Km: v ~[S]
• [S] >> Km: v = vmax
• [S] = Km: v = vmax/2
Ảnh hưởng của các chất kìm hãm
Chất kìm hãm hay còn gọi là chất ức chếlà những chất mà khi kết hợp với enzymesẽ làm
giảm hoạt tính của enzyme mànguyên nhân trực tiếp là làm giảm ái lựcgiữa enzyme với
cơ chất.
Sự ức chế enzyme là những ức chế đặc hiệu và đặc trưng riêng cho từng enzyme
Dựa vào các hình thức ức chế đặc hiệu, người ta chia thành 2 nhóm chính:
– Ức chế khơng thuận nghịch: enzyme và chất ức chế được liên kết với nhau bằng liên
kết đồng hóa trị và gây nên sự thay đổi cấu hình có hoạt tính của enzyme
– Ức chế thuận nghịch: giữa enzyme và chất ức chế được liên kết với nhau bằng liên kết
thứ yếu nào đó tạo nên thế cân bằng thuận nghịch. Sau khi chất ức chếbị loại trừ, hoạt
tính enzyme lại được hồi phục
Tùy theo đặc điểm của mối quan hệ giữa enzyme và cơ chất, có 2 loại:
– Ức chế cạnh tranh: chất ức chế có cấu trúc tương tự như cơ chất kết hợp ngay vào
trung tâm hoạt động của enzyme, chiếm chỗcơ chất phụ thuộc vào tỷ lệ [S]/[I]
giảmtácđộng ức chế bằng cách tăngnồng độ cơ chất
– Ức chế không cạnh tranh: chất ức chế gắn vào vị trí khác với vị trí gắn cơ chất trên
phân tử enzyme có cấu tạo khác với cơ chất và có thể kìm hãm nhiều loại enzyme khác
nhau
Ảnh hưởng của các chất hoạt hóa
Chất hoạt hóa là những chất có khả năng làm tăng hoạt tính xúc tác của enzyme.


7

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Chất hoạt hóa có thể là các anion, các ion kim loại nằm ở ô thứ 11 đến ô thứ 55 của bảng
tuần hoàn Mendelev hoặc những chất hữu cơ có cấu tạo phức tạp hơn làm nhiệm vụ
chuyển nhóm, chuyển hydro hoặc những chất có khả năng phá vỡ một số liên kết trong
phân tử tiền enzyme hoặc các chất có tác dụng phục hồi những nhóm chức của trung tâm
hoạt động của enzyme.
Tuy nhiên, tác dụng hoạt hóa chỉ giới hạn ởnhững nồng độ xác định, vượt quá giới hạn
nàycó thể làm giảm hoạt độ của enzyme
Ảnh hưởng của các chất hoạt hóa
Chất hoạt hóa là những chất có khả năng làm tăng hoạt tính xúc tác của enzyme.
Chất hoạt hóa có thể là các anion, các ion kim loại nằm ở ô thứ 11 đến ô thứ 55 của bảng
tuần hoàn Mendelev hoặc những chất hữu cơ có cấu tạo phức tạp hơn làm nhiệm vụ
chuyển nhóm,chuyển hydro hoặc những chất có khả năng phá vỡ một số liên kết trong
phân tử tiền enzyme hoặc các chất có tác dụng phục hồi những nhóm chức của trung tâm
hoạt động của enzyme.
Tuy nhiên, tác dụng hoạt hóa chỉ giới hạn ởnhững nồng độ xác định, vượt quá giới hạn
nàycó thể làm giảm hoạt độ của enzyme
Ảnh hưởng của pH
Đa số enzyme bền khi pH = 5–9, độ bền của enzyme cũng có thể tăng lên khi có cơ chất,
coenzyme, Ca2+…
Mỗi enzyme đều có một pH thích hợp gọi là pHopt =7, nhưng có enzyme có pHopt rất
thấp (pepxin, proteinaza acid của VSV… )hoặc khá cao (subtilizin, pHopt > 10).
pHopt của một enzyme cũng không cố định mà phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cơchất,
tính chất dung dịch đệm, nhiệt độ…
2. Một số loại enzyme:

a.amylase
α-amylase
Đặc điểm:
Là protein phân từ lượng thấp, thường nằ m trong khoảng 50000-60000Dal
Chuỗi mạch acid amin của enzyme α-amylase đều có cấu trúc bậc 3.
8

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Tính chất:
pHopt=4-4.8 nguồn gốc từ nấm sợi
nguồn gốc khác nhau độ bền đối với tác dụng của acid cũng khác nhau.
Topt=500C và bị vô hoạt ờ 700C.
Trong dung dịch đệm ph=4.7,α-amylase của Asp.orysee rất nhạy với tác động của nhiệt
độ cao.
Xúc tác thủy phân liên kết α-1,4-glucoside nội mạch ờ bất kỳ vị trí nào bên trong phân tử
tinh bột.
Hầu như không tác dụng lên phân từ nguyên thể và tác dụng mạnh lên tinh bột đã bị hồ
hóa.
β-amylase
Đặc điểm:
Có nhiều ở thực vật nẩy mầm,
Xúc tác thủy phân liên kết α-1,4-glucoside trong tinh bột và polysaccharide.
Tính chất:
Tâm xúc tác có chứa nhóm –SH nhóm R-COOH, vịng imidazole.
Khơng tủy phân tinh bột sống mà chỉ phân cắt tinh bột đã hồ hóa.
Có hoạt tính khi khơng có ion Ca2+,Hg+….
Nguốn gốc từ vi khuẩn thì bền hơn của thực vật và nấm men.
pHopt =4.2-5.6

γ-amylase
Đặc điểm:
Có nhiều tên gọi khác nhau : amyloglucosidase,glucoamylase…
Thuộc nhóm enzyme ngoại bào exoamylase.
Do vi sinh vật tạo ra.
9

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Khối lượng phân tử 27000-112000Dal.
Tính chất:
Được tạo nên từ 2 isoenzyme1 và 2.
Amyloglucosidase 1 tự hấp thụ và thủy phân tinh bột ở trạng thái rắn cịn
amyloglucosdase 2 thì khơng có khả năng này.
Phopt=4.5-5.
Topt= 50-600C, hầu như khơng bị mất hoạt tính khi đun nóng trên 700C.
Bến với acid nhưng kém bền trong rượu và aceton,không được bảo vệ khi có Ca2+.
b.protease
Đặc điểm:
Xúc tác sự thủy phân liên kết peptid (-CO-NH-) trong phân tử protein
Có khả năng liên kết ester vá vận chuyển acid amin.
Tính chất:
Aminopeptidase thủy phân liên kết peptid ở đầu N của mạch polypeptide.
Cacboxypeptidase thủy phân liên kết peptid ở đầu C của mạch polypeptide.
Dipeptidhydrolase thủy phân liên kết dipeptide.
Proteinase thủy phân các liên kết peptid nội mạch.
c.pullulanase
Đặc điểm: thu nhận từ vi khuẩn Aerbacter aerogenes và vi khuẩn Klebsiella.
Tính chất:

Thủy phân liên kết α-1,6-glucoside trong tinh bột và glucogen.
Thủy phân những dextrin phân tử thấp.
Dưới tác dụng isoamylase hay pullulanase tạo thành glucose.
Hoạt tính tối ưu của chúng ờ pH= 6 và topt=600C.
10

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


d.cellulase
Đặc điểm:
Thủy phân liên kết β-1,4-glucoside trong cellulose tạo ra sản phẩm glucose.
Phức hệ enzyme cellulose : endo-β-1,4-glucanase, exoglucanase, β-glucosidase.
Tính chất:
Endoglucanase thủy phân tự nhiên bên trong phân tử cellulose tọa ra các loại
oligosaccharide, thủy phân ở đầu khử và đầu không khử của của chuỗi cellulose.
Endocellulose xúc tác quá trình cắt liên kết α-1,4-glucoside trong cellulose, sản phẩm là
các phân tử cellulose phân tử nhỏ.
Exocelludase cắt 2 hoặc 4 đơn vị glucose từ đầu không khử của chuỗi cellulose.
II.QUY TRÌNH KỸ THUẬT
1.Mục đích :
Trong cơng nghệ enzyme từ VSV, giống đóng vai trị quyết định:
- Giống VSV quyết định đến năng suất enzyme của nhà máy.
- Giống VSV quyết định đến chất lượng sản phẩm sinh học (hay là hoạt tính enzyme).
- Giống VSV quyết định vốn đầu tư cho sản xuất.
- Giống VSV còn quyết định đến giá thành sản phẩm.
Trung tâm hoạt động của enzyme
Toàn bộ cấu trúc khơng gian của phân tử enzyme có vai trị quantrọng
đối với hoạt tính xúc tác của enzyme. Tuy nhiên, hoạt động của enzyme
liên hệ trực tiếp với một phần xác định trong phân tử enzyme, tham gia

trực tiếp trong việc tạo thành và chuyển hóa phức chất trung gian giữa enzyme
và cơ chất để tạo thành sản phẩm phản ứng. Trung tâm hoạt động bao gồm nhiều nhóm
chức năng khác nhau của amino acid, phân tử nước liên kết và nhiều khi có
cả cofactor hữu cơ (coenzyme)và vơ cơ.Ở các enzyme một thành phần,trung tâm hoạt
động thường bao gồm một tổ hợp các nhóm chức năng của amino acid khơng tham gia
tạo thành trục chính của sợi polypeptide. Ví dụ nhóm - SH của cysteine OH của serine, threonine và tyrosine, ε - NH2 của lysine, -COOH của
11

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


glutamic acid, aspartic, vịng imidazol của histidine, indol của tryptophan,
nhóm guanidine của arginine. Các nhóm này có thể ở xa nhau trong mạch
polypeptide nhưng lại gần nhau trong không gian, được định hướng xác định
trong không gian cách nhau những khoảng cách nhất định sao cho chúng có
thể tương tác vớinhau trong q trình xúc tác.
Ví dụ: trung tâm hoạt động của α - chymotrypsin bao gồm nhóm hydroxyl
của Ser - 195, imidazolcủa His - 57 và nhóm carboxylcủa Asp -102. Các gốc này ở
khá xa nhau trong chuỗi polypetide nhưng giữa các nhóm chức năng của chúng
chỉ cách nhau từ2,8 - 3,0 Å. Trung tâm hoạt động của các enzyme hai thành
phần thường bao gồm nhóm ngoại (vitamin,ion kimloại...) và các nhóm chức năngcủa
các aminoacid ở phần apoenzyme.Sự tương ứng về cấu hình khơng gian giữa trung
tâm hoạt động và cơ chất được hình thành trong quá trình enzyme tiếp xúc với cơ
chất.Theo quan niệm của Fisher thì trung tâm hoạt động của enzyme đã được
hình thành sẵn với một cấu tạo nhất định chỉ cho phép cơchất có cấu tạo tương ứng kết
hợp vào. Do đó có thể ví sự tương ứng đó như “ổ khóa với chìa khóa” . Giữa cơ chất và
trung tâm hoạt động tạo thành nhiều tương tác yếu,do đó có thể dễ dàng bị cắt
đứt trong q trình phản ứng để giải phóng enzyme và sản phẩm phản ứng.
Trung tâm hoạt động của các enzyme có cấu trúc bậc 4 có thể nằm trên một phần dưới
đơn vị hoặc bao gồm các nhóm chức năng thuộc các phần dưới đơn vị khác nhau.

Phương pháp thăm dị và phát hiện các nhóm chức năng trong trung tâm hoạt
động của enzyme Đây là việc khó khăn và phức tạp, phải sử dụng hàng loạt
phương pháp khác nhau. Khi xác định được vai trò quan trọng của một nhóm nào đó
đối với hoạt tính enzyme, chưa có nghĩa là nhóm đó thuộc trung tâm hoạt
động của enzyme, bởi vì có nhiều nhóm chức năng chỉ làm nhiệm vụ duytrì cấu trúc
khơng gian hoạt động cho phân tử enzyme.Muốn thăm dị, phát hiện và xác định các
nhóm chức năng của phân tử enzyme, người ta thường dùng các phương pháp
vật lý, hóa học, xác định hằng số ion hóacủa các nhóm chức năng và tốt nhất là kết
hợp với việc nghiên cứu cấu trúc phân tử của enzyme và của trung tâm hoạt động. Các
phương pháp vật lý có khả năng phá huỷ một cách đặc hiệu các nhóm chức năng của
enzyme thường khơng nhiều, vì khó có thể chọn được các tác nhân chỉ
phá huỷ một số nhóm hóa học nhất định mà lại khơng làm ảnh hưởng đến
toàn bộ cấu trúc của phân tử enzyme. Chính vì vậy, thơng thường người ta khóa, phá
huỷ, hoặc đánh dấu các nhóm chức năng đó bằng các thuốc thử hóa học như
chất ức chế đặc hiệu, cơ chất hoặc coenzyme
2. Yêu cầu:
Cách thu nhận
12

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


+ Chọn đối tượng: Phải dựa vào đặc rưng sinh học của đối tượng.Đốivới
vi sinh vật cần chú ý đến khâu chọn giống , vấn đề di truyền giống , khả nâng sinh
trưởng và phát triễn của giống , đặc tính sinh lí hóa sinh của giống.
+ Các phươngpháp ni cấy:
- Môi trường nuôi cấy: Tùy chủng để chọn môi trường thích hợp, thành
phần dinh dưỡng phải phù hợp với sinh trưởng phát triển,đặc biệt là các yếu tố cần thiết
cho quá trình sinh tổng hợp protein. Cần nắm vững cơ chế điều hịa để có những thay đổi
thích nghi.

- Phương pháp nuôi cấy bề mặt; là nuôi cấy trên giá thể rắn với hàm lượng nước thấp
khoảng 15-20%. Ngoài thành phần dinh dưỡng là protein, tinh bột,khống …có thểtrộn
các chất làm xốp để thốngkhí.
Tùy chủng để khống chế nhiệt độ , pH môi trường , độ ẩm, thời gian nuôi cấy…cho đạt
hiệu quả sinh tổng hợp enzyme cao nhất.
-Phương pháp ni cấy chìm: là ni cấy trong mơi trường dịch thể, hàm lượng chất
khô tối đa từ 25-30%, thường từ 10-15%. Ngồi protein, tinh bột, khống…cịn
có thể bổ sung kích thích tố. Cũng như trên, tùy chủng để khống chế nhiệt độ
, pH môi trường, độ ẩm,thời gian nuôi cấy… đạt hiệu quả sinh tổng hợp enzyme cao nhất.
Với hai phương pháp trên, mỗi loại có ưu khuyết điểm riêng. Nuôi cấy bề mặt
thường cho hiệu suất cao, dễ gở bỏ từng phần nếu bị nhiễm, nhược điểm là
tốn mặt bằng nhiều, khó tự động hóa. Phương pháp ni cấy chìm dễ tự động
hóa, phải loại bỏ hồn tịan khi bị nhiễm.
+ Thu nhận chế phẩm enzyme:
Đối với canh trường bề mặt hay các đối tượng thực vật, có thể đồng hóa nếu cần, sau đó
dùng dung dịch đệm hay nước cất để chiết rút enzyme ra khỏi canh trường bề mặt ta có
dịch chiết enzyme . Đối với canh trường bề sâu chỉ cần lọc bỏ sinh khối là có dịch chiết
tương tự trên.
Sau đó có thể dùng các tác nhân kết tủa thuận nghịch như aceton,ethanol,
muối trung tính để có chế phẩm enzyme ở dạng sạch hơn.Từ chế phẩm sạch này,
bằng kỹ thuật điện di, lọc gel… ta có thể tách từng phần để có enzyme tinh
khiết hơn.Tùy mục đích sử dụng để ta tạo rachế phẩm thích hợp.Để nâng cao giá trị
sử dụng, hiện nay người ta thường tạo ra chế phẩm enzyme gọi là enzyme
không tan.
13

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Enzyme không tan

Hầu hết các enzyme trong cơ thể đều ở dạng liên kết với màng còn cơ chất đi
qua màng để enzyme chuyển hóa nó thành sản phẩm. Trong cơng nghiệp
thường sử dung enzyme ở dạng hịa tan, thường chỉ sử dụng được mộtlầnvà đó làlí
do để ngườitatạo raenzymekhơng tan.
Để tạo ra enzyme khơng tan có nhiều phương pháp khác nhau như :
-

-

Phương pháp hấp phụ vật lí, phương pháp đưa enzyme vào khn
gel, phương pháp cộng hóa trị của enzyme và chất mang. Phương pháp hấp phụ
vật lí: là phương pháp hấp phụ lên bề mặt chất mang. Chất mang như cám,
than hoạt tính, bột thủy tinh…Nhược điểm của phương pháp là
enzyme dễ hòa tan trở lại, độ liên kết lỏng lẻo, khi chịu tác động lực
ion lớn dễ bị nhả ra.
Phương pháp đưa enzyme vào khuôn gel: enzyme dễ định vị trong gel,
mạng lưới chất trùng hợp càng nhỏ enzyme sẽ được giữ chặt hơn.Đây là cách
được dùng khá phổ biến.

Phương pháp cộng hóa trị của enzyme và chất mang: dựa vào ái lực giữa enzyme và
chất mang để tạo phức giữa enzyme - chất mang bằng liên kết cộng hóa trị. Đâycũnglà
phươngpháp đượcdùng phổ biến
3. Đặc tính và biến đổi
Các hình thức đặc hiệu
Có thể phân biệt hai kiểu đặc hiệu: đặc hiệu kiểu phản ứng và đặc hiệu cơ
chất.
1. Đặc hiệu kiểu phản ứng
Phần nhiều mỗi enzyme đều có tính đặc hiệu với một loại phản ứng nhất định. Những
chất có khả năng xảy ra nhiều loại phản ứng hóa học thì mỗi loại phản ứng ấy phải do
một enzyme đặc hiệu xúc tác. Ví dụ, amino acid có khả năng xảy ra phản ứng khử

carboxyl, phản ứng khử amin bằng cách oxy hóa và phản ứng vận chuyển nhóm
amin, vì vậy mỗi phản ứng ấy cần có một enzyme đặc hiệu tương ứng xúc
tác theo thứ tự là decarboxylase,aminoacidoxydasevà aminotransferase.
Đặc hiệu cơ chất

14

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Mỗi enzyme chỉ xúc tác cho sự chuyển hóa một hoặc một số chất nhất
định. Mức độ đặc hiệu cơ chất của các enzyme khác nhau không giống
nhau, người ta thường phân biệt thành các mức như sau:
- Đặc hiệu tuyệtđối
Một số enzyme hầu như chỉ xúc tác cho phản ứng chuyển hóa một cơ chất xác
định và chỉ xúc tác cho phản ứng ấy mà thơi.
Ví dụ: Urease, arginase, glucoseoxydase v.v... Đối với các enzyme này, ngoài
cáccơchất đặchiệu củachúng làure, arginine, β -D – Glucose (theo thứ tự tương ứng)
chúng cũng có thể phân giải một vài chất khác nhưng với vận tốc thấp
hơn nhiều. Chẳng hạn như urease, ngồi ure nó cịn có thể phân giải
hydroxyure nhưng với tốc độ thấp hơn 120 lần
Đối với trường hợp glucose oxydase: enzyme này có trong các loại
nấm mốc,có khả năng oxy hóa đặc hiệu β-D-glucose thành gluconicacid
Glucose oxydase
β-D-glucose gluconicacid
Enzyme này có khả năng phân giải 10 cơ chất song với khả năng
nhỏ hơn nhiều.
Ví dụ: nếu coi tốc độ oxy hóa tương đối acid β-D-glucose là 100% thì
α.D.glucose chỉ bằng 0,64 % (ngồi ra maltose 0,19%, D.galactose 0,14%).
Hình như trong trường hợp đặc hiệu tuyệt đối, cấu trúc trung tâm hoạt

động của enzyme tương ứng rất chặt chẽ với cấu trúc của cơ chất đến mức chỉ một sai
khác nhỏ về cấu trúc của cơ chất cũng đủ làm cho enzyme khơng xúc tác được. Những
enzyme có tính đặc hiệu tuyệt đối thường được dùng để định lượng chính xác cơ chất của
nó.
- Đặc hiệu nhóm tuyệt đối
Các enzyme này chỉ tác dụng lên những chất có cùng một kiểu cấu trúc phân
tử, một kiểu liên kết và có những yêu cầu xác định đối với nhóm nguyên tử ở phần
liên kết chịu tác dụng. Ví dụ: maltase thuộc nhóm α -glucosidase chỉ xúc
tác cho phản ứng thủy phân liên kết glucoside được tạo thành từ nhóm
OH glucoside của α - glucose với nhóm OH của một monose khác.
15

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


- Đặc hiệu nhóm tương đối
Mức độ đặc hiệu của các enzyme thuộc nhóm này kém hơn nhóm
trên,trong phân tử cơ chất mà không phụ thuộc vào cấu tạo của các phần tham gia tạo
thành mối liên kết đó. Ví dụ lipase có khả năng thủy phân được tất cả các mối liên kết
este. Aminopeptidase có thể xúc tác thủy phân nhiều peptid
- Đặc hiệu quang học(đặc hiệu lập thể)
Hầu như tất cả các enzyme đều có tính đặc hiệu không gian rất chặt chẽ, nghĩa là
enzyme chỉ tác dụng với một trong hai dạng đồng phân không gian của cơ
chất. Enzyme chỉ tác dụng với một trong hai dạng đồng phân quang học của
các chất.
Ví dụ phản ứng khử nước của malic acid để tạo thành fumaric acid dưới
tác dụng của fumarathydratase chỉ xảy ra đối với acid mà không tác dụng lên D
– malicacid Enzyme cũng thể hiện tính đặc hiệu lên một dạng đồng phân hình học
cis hoặc trans.
Ví dụ: enzyme fumarathydratase chỉ tác dụng lên dạng trans của fumaric acid

không tác dụng lên dạng cis để tạo thành L –malicacid

mà

Trong tự nhiên cũng có các enzyme xúc tác cho phản ứng chuyển hóa
tương hổ giữa các cặp đồng phân khơng gian tương ứng.
Ví dụ: lactatracemase của vi khuẩn xúc tác cho phản ứng chuyển hóa lẫn
nhau giữa D và L – lactic acid, aldo - 1 - epimerase xúc tác cho phản ứng đồng phân
hóa α - D - glucose thành β - D - Glucose, maleinat cis - trans isomerase
của vi khuẩn xúc tác cho phản ứng đồng phân hóa giữa maleic acid (dạng cis) và
fumaric acid (dạng trans)v.v... Các enzyme này có vai trị quan trọng khi sản
xuất các chất dinh dưỡng bằng phương pháp hóa học, vì chúng có thể
chuyển các chất từ dạng cơ thể không thể sử dụng được thành dạng có thể
hấp thụ.Enzyme cịn có khả năng phân biệt được 2 gốc đối xứng trong phân tử giống
nhau hoàn toàn về mặt hóa học. Ví dụ, hai nhóm - CH2OH trong phân tử glycerin,
glycerophosphatkinase xúc tác cho phản ứng chuyển vị gốc phosphate từ ATP đến
C3của glycerin(chứ không phải C1).
III.CHẾ PHẨM ENZYME TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN CỒN, BIA, RƯỢU
1.CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN BIA:

16

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


1. Khái niệm
Bia là một loại đồ uống lên men có độ cồn thấp được làm từ nguyên liệu là malt đại
mạch, hoa houblon, nấm men và nước.
Lịch sử phát triển
Từ “bia” bắt nguồn từ tiếng do Thái cổ”Bre”.

Từ 7000 năm trước công nguyên người dân Babilon đã biết sản xuất bia từ hạt đại mạch
và các hạt ngũ cốc. trải qua hàng ngàn năm sản xuất và uống bia, ông cha chúng ta không
ai biết được nhân tố nào làm nên điều kỳ diệu đó.
Cho mãi đến thế kỷ XIX,một số nhà bác học người Ngavà Đức mới chứng minh được cơ
chế hoạt động của nấm men. Đó lá nấm men đã tạo ra các enzyme và chính các enzyme
này chuyển hóa đường thành rượu và CO2.
Một số tính chất chung của bia:
Trong bia, nước chiếm 80%. Bia có hàm lượng cồn khoảng 3-6%; CO2 : 0,45%. Ngoài
ra trong bia cịn chứa các chất khác như: hydratcarbon, khống, polyphenol, chất màu,
chất đắng, iso-humylon, glycerin…
1 lít bia có năng lượng tương đương 500-600 kcal (khoảng 100g bánh mì), vì vậy bia cịn
được gọi là ‘ bánh mì lỏng’.
CO2 có trong bia có khả năng kích thích tiêu hóa. Bia cịn giúp bộ phận bài tiết nước tiểu
thanh lọc cặn bã hoạt động tốt hơn.
17

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Lupulin trong bia và hoa hublon có tính an thần, dễ ngủ.
Tuy nhiên nếu uống nhiều sẽ khiến cho cơ thể khơng đủ khả năng hóa giải dẫn đến hại
gan, tổn thương hệ thần kinh.
2. Nguyên liệu để sản xuất bia
Malt đại mạch.
Hoa houblon.
Nước.
Nấm men.
Công thức sản xuất bia trên thế giới:BIA=MALT ĐẠI
MẠCH+HOUBLON+NƯỚC+NẤM MEN
Ngũ cốc

Chủ yếu là đại mạch.
Đại mạch: được chia làm 2 nhóm: mùa đơng và mùa xn.
Đại mạch 2 hàng: dùng trong sản xuất bia.
Đại mạch 4 hàng: một số chủng được dùng sản xuất bia đặc biệt.
Đại mạch 6 hàng: đa số được dùng làm thức ăn gia súc, gia cầm.
Cấu trúc hạt đại mạch
Vỏ hạt: vỏ trấu, vỏ lụa, vỏ aloronchứa chất màu, chất đắng và chất chác.
Phôi: là cơ quan sống hô hấp của hạt,làm trạm hoạt hóa và sản xuất enzyme.
Nội nhũ:đa phần là tinh bột(phần giá trị nhất của hạt), một số ít protein, cellulose, chất
béo,tro, đường.
H2O: chiếm nhiều nhất là 13%
Và một số thành phần khác.
Hạt tinh bột đại mạch:
Hàm lượng tinh bột: 60-65%
18

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


D hạt:10-25µm và 1-5µm
Amylose:17-24%,60-65% gốc glucose
Amylopectin: 76-83%, 2000 gốc glucose
Hệ enzyme trong đại mạch nảy mầm (malt).
Hydrolase (thủy phân).
Carbohydrase (thủy phân glucid): bao gồm.
diastase: thủy phân tinh bột tạo ra đường+dextrin.
α-amylase: thủy phân tinh bột thành dextrin+glucose. T0opt =700C, pH=5,7.
β-amylase:thủy phân tinh bột thành maltose+dextrin. T0opt =630C, pH=4,7
sitase:sitoclactase, sitolitase thủy phân hemicellulose thành pentose+hexose, có
tác dụng phá hủy tế bào.

hexoxidase: thủy phân oligosaccharid thành monosaccharid.
Protease (thủy phân protein):
- proteinase: thủy phân protein thành polypeptid (T0opt =500C, pH=4,6-5).
- peptidase: thủy phân polypeptid thành acidamin (T0opt =50-520C , pH=7,5).
- amidase: thủy phân aa thành acid hữu cơ + NH3
Esterase: cắt liên kết ester.
lipase: cắt liên kết giữa rượu và acid béo.
Amilophotphatase: cắt liên kết acid phosphoric trong amilopectin.
Fitase: cắt liên kết giữa H3PO4 và inozit.
Decmolase:
Là enzyme có khả năng tham gia pứ oxi hóa khử.
Quyết định tính hoạt hóa và sự phát triển của phôi ở giai đoạn của mầm.
Giảm giá thành sản xuất.
19

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Cải thiện mùi vị của bia.
Bảo quản bia được lâu hơn.
Hầu hết, ở các nhà máy hiện nay người ta dùng gạo là nguyên liệu thay thế chính.
Hoa houblon
Mục đích sử dụng:
Tạo mùi vị đặc trưng của bia.
Sử dụng như chất bảo quản cho bia (làm tăng tính ổn định, khả năng tạo bọt, giữ bọt và
có tính sát trùng. . .).
Thành phần cấu tạo của hoa houblon
Theo nghiên cứu của Steven năm 1967 thành phần của Houblon như sau:
Resin chiếm 15%
Protein chiếm 15%

Đường đơn chiếm 2%
Polyphenol chiếm 4%
Pectin chiếm 2%
Tinh dầu dễ bay hơi 0,5%
Tro chiếm 8%
Ẩm chiếm 10%
Cellulose chiếm 43%
Nước:
97% trên bề mặt quả đất ở trong biển
3% lượng nước là nước ngọt.
Trong tổng số nước ngọt thì 75% lượng nước đó ở trạng thái đóng băng 22% nước tồn tại
dưới mặt đất. Một phần nhỏ nước bề mặt tồn tại trong các ao hồ sông suối
Để tạo ra được một đơn vị thể tích sản phẩm thường 1: 6 (1 lit beer cần 6 lit nước).
20

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Beer là một sản phẩm chứa trên 90% nước
Ngoài ra trong quá trình nảy mần cần lượng nước 30- 40 Hl/ 1 tấn malt
Lắp đặt một nhà máy sản xuất beer chúng ta phải quan tâm đến nguồn nước (số lượng và
chất lượng).
c. Quy trình cơng nghệ
Gồm các cơng đoạn sau:
Công đoạn chuẩn bị nguyên liệu.
Công đoạn nấu nhằm biến đổi malt, gạo đưa vào thành dịch đường lên men.
Công đoạn lên men và lọc bia: là quá trình biến dịch đường lên men thông qua nấm men
Saccharomyces carlbergensis thành sp bia rồi đem lọc.
Công đoạn thành phẩm: thực hiện tại phân xưởng bia chai, bia lon sau khi chiết và xuất
xưởng.

Chuẩn bị nguyên liệu:
Làm sạch và đánh bóng malt.
Malt để trong kho có bụi sẵn bám vào. Trong quá trình vận chuyển có hạt gãy; dập. . .
Thiết bị làm sạch và đánh bóng malt có nhiều dạng. Thơng thường có sàng rung, chổi
qt, bộ phận từ tính hút kim loại, quạt gió (2 sàng).
Kỹ thuật nấu
Mục đích của q trình nấu bia.
Chuyển hóa các thành phần chính của malt và gạo thành những chất hòa tan trong nước
và loại bỏ các chất khơng hịa tan ra ngồi.
Các q trình xảy ra khi nấu bia:
Sự biến đổi hóa học trong quá trình nấu:sự phân cắt tinh bột thành dextrin rất quan trọng
Q trình đường hóa: chia làm 3 giai đoạn.
Sự hồ hóa:
nhiệt độ hồ hóa phụ thuộc vào tinh bột của loại hạt và cỡ to nhỏ của hạt tinh bột.
21

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


tinh bột của gạo bị hồ hóa ở nhiệt độ 80-850C.
tinh bột lúa mì bắt đầu hồ hóa ở nhiệt độ 60-850C; tinh bột khoai tây hồ hóa ở nhiệt độ
55-600C.
Sự dịch hóa:
là sự tác động của enzym.
nhiệt độ enzym hoạt động 65-700C, pH =4,6 và bị hủy diệt ở nhiệt độ 800C trong thời
gian ngắn.
Sự đường hóa:
là sự biến đổi của tinh bột đã dịch hóa thành dextrin và maltose, chỉ xảy ra được khi cháo
đã dịch hóa xong. Sự đường hóa xảy ra dưới tác động của 2 enzyme.
α-amylase tạo thành dextrin (to opt 70-750C;pH=5.8).

β-amylase tạo thành maltose (to opt 60-650C;pH=5.4).
Chất đạm:
có nhiều loại enzyme đạm hóa trong malt là protease và peptidase. Nhiệt độ 43500C gọi là nhiệt độ đạm hóa, pepton hóa.
Độ acide:
pH thích nghi của đa số enzyme thấp hơn acid thông thường của nước mout (5,8).
pH=5.2 là pH thuận lợi nhất cho đạm hóa và sự hịa tan các phosphat.
Biến đổi hóa lý:
Sự tủa lắng protein: khi nhiệt độ tăng, các protein kém chịu nhiệt sẽ bị kết tủa.
Sự tạo thành các melanoide: do aa tác động các chất đường tại nhiệt độ cao tạo
thành.
Các biến đổi khác:
Khi nấu phosphat vô cơ kết tủa nhiều với Ca với Mg của nước và malt.
Chất khoáng cũng hòa tan theo tỉ lệ của chất hòa tan.
Keo (colloide) như pectine và hemicellulose đều hòa tan khi đun sôi.
22

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Màu có tăng lên khi oxi hóa thành phlobaphene.
Rosine đắng trong vỏ cũng hịa tan ít và có thể cho ra vị khó chịu.
Tanin và resine đắng làm tăng màu khi pH càng cao.
Lọc nước mout-rửa bã
Mục đích:
Q trình lọc: tách pha lỏng ra khỏi pha rắn
Quá trình rửa bã: th kiệt chất hịa tan cịn sót lại trong bã tang sự khuếch tán cất tan vào
trong dịch đường.
Quá trình lọc: diễn ra theo 2 bước
Lọc hỗn hợp thủy phân thu được nước nha đầu.
Dùng nước nóng rửa bã rồi lọc thu được nước nha cuối.

Đun sôi với hoa Houblon
Mục đích:
- Hịa tan các chất đắng, chất thơm, chất chát tạo mùi vị, màu cho bia.
- Tạo điều kiện cho sự hình thành tủa giữa các protein cao phân tử kém bền vững với
tanin.
- Tạo phản ứng melanoide.
- Tiêu diệt các enzym xúc tác sinh học.
- Khử trùng dịch lên men ở 1000C.
- Làm bay một phần hơi nước của dịch lên men.
- Gia tăng độ màu, acid, tạo thành các chất khử, giảm độ nhớt, tăng độ bền sinh học, khả
năng tạo bọt và giữ bọt.
Lắng trong- Làm lạnh
Mục đích của lắng trong: tách bã hoa và tủa cặn(cặn màng).
Mục đích của làm lạnh dịch lên men:
23

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Tránh sự xâm nhập và phát triến của vi sinh vật bên ngoài
Đảm bảo sự lắng cặn khi làm lạnh dịch đường
Đảm bảo sự hòa tan oxy cần thiết cho men phát triển trong giai đoạn đầu trước khi lên
men
Làm lạnh xuống nhiệt độ lên men phù hợp
+Lên men chìm: 6-120C
+Lên men nổi: 15-220C
Lên men dịch nấu
Nấm men bia:
- Lượng nấm men sử dụng trong sản xuất bia:
10.106 tb/cm3 thì diaxetyl:0,45mg/l.

20.106 tb/cm3 thì diaxetyl:0,32mg/l, sản phẩm bậc 2 ít.
max 70.106 tb/cm3 (nhiều hơn khơng có kết quả rõ rệt).
- Sự trao đổi chất.
- Chủng loại nấm men.
- Sự phát triển của nấm men bia.
- Nhân giống nấm men bia.
- Sự tạo thành rượu bậc cao.
- Các biến đổi trong quá trình lên men.
Trong sản xuất bia, quá trình lên men xảy ra qua 2 giai đoạn:
Lên men chính: Nhiệt độ lên men 6-80C trong 7-12 ngày (bia vàng) và 12-18 ngày (bia
đen).
Mục đích:

24

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Q trình lên men chính là q trình chuyển các chất đường và các dextrin có phân
tử thấp thành rượu etylic, CO2 và một số sản phẩm phụ khác tạo thành bia theo yêu cầu
kỹ thuật và chất lượng thành phẩm.
Lên men phụ và tàng trữ bia:
Mục đích:
- Tiếp tục lên men phần chất khơ cịn lại sau khi lên men chính, làm tăng mùi cho
bia và bảo hịa CO2 .
- Làm ổn định chất lượng bia.
- Đưa bia non về nhiệt độ thấp từ 0-20C nhằm hạn chế sự xâm nhập, phá hoại của
vsv.
- Thu về một loại nước uống bão hịa CO2 , vị dễ chịu và có hương thơm.
Các biến đổi xảy ra trong quá trình lên men phụ:

- Trong suốt quá trình lên men phụ ở nhiệt độ thấp diacetyl sẽ dần dần giảm đi.
- Trong suốt q trình nổi bọt, CO2 góp phần đẩy O2 ra làm giảm thế oxy hóa
khử: hạn chế các vsv hiếu khí phát triển, thành hiện tượng oxy hóa làm giảm chất lượng
bia.
- Q trình " chín bia" khi mùi vị bã hèm bia biến mất, vị ngọt sẽ biến mất khi đã
lên men hết lượng chất khơ cịn lại.
- Vị đắng gắt sẽ dần dần mất hết do sự tác dụng tương hỗ giữa các protein và tanin hình
thành nên các phức chất, kết tủa.
- Vị cay tê sẽ biến mất.
Yêu cầu kỹ thuật sau khi lên men phụ:
- Màu sắc vàng trong suốt.
- Độ trong.
- Độ bọt trắng,mịn, xốp, dày và có độ bền bọt.
- Mùi vị: có mùi thơm đặc trưng của hoa houblon và đại mạch..
Thu hồi CO2
25

LUAN VAN CHAT LUONG download : add