6
1.GIỚI THIỆU HỆ ENZYME AMYLASE
Hệ enzyme amylase là một trong số các hệ enzyme được sử dụng rộng rãi
nhất trong công nghiệp, y học và nhiều lónh vực kinh tế quốc dân khác. Đặc biệt là
trong các ngành công nghiệp thực phẩm.
Những nghiên cứu thực nghiệm về enzyme nói chung và về amylase nói riêng
được bắt đầu vào những năm 1811 – 1814. Những nghiên cứu này gắn liền với tên
tuổi của nhà bác học Nga - Viện só K.S Kirhof, ông đã nghiên cứu quá trình phân giải
tinh bột dưới tác dụng của dòch chiết đại mạch nẩy mầm (malt) và nhận thấy rằng
trong malt có chứa các chất phân giải tinh bột thành đường. Mười chín năm sau, tức là
vào năm 1833, hai nhà khoa học người Pháp là Payen và Persoz đã tách được chất
phân giải tinh bột từ đại mạch nẩy mầm. Các tác giả đã dùng rượu để kết tủa nó trong
dòch chiết malt và thu được enzyme ở dạng bột, đồng thời đặt tên là diaslase (xuất
phát từ chữ Hi Lạp có nghóa là phân giải). Sau này theo đề nghò của Duclo, enzyme
phân giải tinh bột được gọi là amylase.
Các enzyme amylase có trong nước bọt, dòch tiêu hoá của người và động vật,
trong hạt nẩy mầm, nấm sợi, xạ khuẩn, nấm men và vi khuẩn. Bây giờ, người ta thu
nhận chúng chủ yếu từ canh trường vi khuẩn, nấm sợi và một số loài nấm men.
Ở các nước phương đông, nhất là Trung Quốc, Nhật Bản và Việt Nam nhân
dân đã biết sử dụng amylase từ vi sinh vật hàng ngàn năm nay. Amylase có thể thuỷ
phân hạt tinh bột chưa qua hồ hoá cũng như hạt tinh bột đã hồ hoá. Hiện nay, người ta
biết có sáu loại amylase, trong đó α- amylase, β- amylase, γ- amylase (hay
glucoamylase) thuỷ phân các liên kết α- 1,4 –glucoside của tinh bột, glycogen và các
polysaccharide đồng loại. Các amylase còn lại dextrin-6-glucanhydrolase,
amylopectin-6-glucanhydrolase và oligodextrin-6-glucanhydrolase (dextrinase) thuỷ
phân các liên kết α- 1,6 – glucoside . Sáu loại enzyme này được xếp thành hai nhóm:
endoamylase và exoamylase.
Endoamylase: gồm có α- amylase và nhóm enzyme khử nhánh. Nhóm enzyme
khử nhánh này được chia làm hai loại: loại khử trực tiếp là pullulanase (hay dextrin-6-
glucanohydrolase); khử gián tiếp là transglucosylase (hay oligo-1,6-glucosidase) và

7
amylo-1,6-glucosidase. Các enzyme này thuỷ phân các liên kết bên trong chuỗi
polysaccharide.
Exoamylase: gồm có β- amylase và γ- amylase. Đây là những enzyme thuỷ
phân tinh bột từ đầu không khử của chuổi polysaccharide.
Các dạng amylase không chỉ khác nhau ở đặc tính mà còn khác nhau ở pH
hoạt động và tính ổn đònh với nhiệt. Tốc độ phản ứng của amylase phụ thuộc vào pH,
nhiệt độ và mức độ polymer hoá của cơ chất. Các enzyme amylase từ các nguồn khác
nhau sẽ có tính chất, cơ chế tác dụng và sản phẩm cuối cùng của quá trình thuỷ phân
khác nhau.
Amylase từ các nguồn khác nhau sẽ có thành phần, tinh chất, nhiệt độ hoạt
động, pH tối ưu và các đặc điểm thuỷ phân khác nhau.
Những nghiên cứu về amylase đã đặt nền móng cho việc sản xuất các chế
phẩm enzyme này và là cơ sở khoa học để sử dụng chúng trong sản xuất và đời sống.
Những nghiên cứu cơ bản và ứng dụng này ngày càng được xúc tiến mạnh mẽ hơn và
đang mở ra những phương hướng mới, triển vọng mới to lớn hơn với việc ứng dụng
amylase trong các ngành kinh tế quốc dân.
Trong thiên nhiên enzyme có ở hầu hết mọi thực vật, động vật và vi sinh vật.
Song chỉ có một số hạt thực vật và một số loài vi sinh vật mới là những đối tượng có
thể dùng làm nguồn thu các chế phẩm enzyme amylase, do chúng có khả năng tích
luỹ một lượng lớn các enzyme này trong những điều kiện xác đònh.
Từ lâu người ta đã biết sử dụng các loại enzyme từ hạt nẩy mầm để sử dụng
trong ngành chế biến thực phẩm (mạch nha), nước giải khát (bia), … hoặc sản xuất các
hỗn hợp bột enzyme gồm amylase và protease để bổ sung vào các loại bột dinh
dưỡng cho trẻ em, người già, những người bò suy tiêu hoá. Hạt ngũ cốc được cho nẩy
mầm, tách bỏ phần rễ và thân mầm, sấy khô ở nhiệt độ thấp để giữ nguyên hoạt tính
của enzyme được gọi là malt. Malt có thể được sản xuất từ nhiều loại hạt ngũ cốc như
đại mạch, lúa, ngô, đậu … Amylase được thu nhận từ hạt nẩy mầm, nấm mốc, mấn
men, vi khuẩn. Trong đó amylase được thu nhận từ malt với lượng nhiều nhất, chủ yếu


8
dùng trong sản xuất bia.
Ngày nay do có ưu thế về nhiều mặt, vi sinh vật đã trở thành nguồn thu
enzyme chủ đạo. Người ta đã biết nhiều loại vi sinh vật có khả năng tổng hợp các
enzyme amylase. Những chủng vi sinh vật tạo nhiều amylase thường được phân lập từ
các nguồn tự nhiên, bởi vì các loài khác nhau và thậm chí các chủng vi sinh vật khác
nhau cũng thường sản sinh ra nhiều hệ enzyme khác nhau. Chẳng hạn trong số 278
loài Aspergillus được tiến hành thử nghiệm thì chỉ có 34 loài tạo α- amylase và
maltase với lượng đáng kể. Vi sinh vật tạo amylase được dùng nhiều hơn cả là nấm
sợi, nấm men và vi khuẩn, còn xạ khuẫn thì ít hơn.
Để thu amylase người ta thường dùng các giống nấm sợi Aspergillus, Rhizopus.
Nhiều loại thuộc các giống này (Asp. oryzae, Asp. niger, Asp. usamii, Asp. awamori,
Asp.batatae; Rh. delamar, Rh. lonnesis, Rh. neveus, Rh. japonicum, Rh.fokinensis,
Rh.lopninensis) và một số loài của Neurospora và Mucor sinh tổng hợp rất mạnh mẽ
không chỉ α- amylase mà cả glucoamylase.
Nấm men và giả nấm men thuộc các giống Candida, Saccharomyces.
Endomycopsis, Endomyces cũng tạo amylase. Đặc biệt là người ta đã tuyển chọn được
chủng Endomycopsis species 20-9 có khả năng tổng hợp mạnh mẽ glucoamylase, α-
amylase, glucoziltransferase và invertase.
Nhiều vi khuẩn cũng có khả năng tạo lượng lớn enzyme amylase như Bac.
polymyxa, Phytomonas destructans, Bact. Cassavanum, Clostridium acetobutylicum,
Pseudomonas saccharophila, …Các vi khuẩn ưa nhiệt có khả năng sinh trưởng nhanh 4
– 6 lần vi khuẩn ưa ẩm và phát triển tốt ở nhiệt độ khá cao, nên khi nuôi chúng ở
nhiệt độ cao ít bò nhiễm vi sinh vật khác. Những vi khuẩn ưa nhiệt tạo nhiều amylase
đáng chu ý là Bac. diastaticus, Bac. stearothermophilus, Bac. coagulans, Bac.
circulans. Đặc biệt,
Bac. circulans được phân lập từ đất sinh trưởng tốt ở 65 – 70
0
C và

tạo amylase mạnh nhất ở 50
0
C. Trong số vi khuẩn ưa ẩm tạo amylase mạnh, thì Bac.
subtilis được nghiên cứu chu đáo hơn cả và được sử dụng rộng rãi nhất. Nhiệt độ sinh
trưởng tối thích của Bac. subtilis là 37
0
C.
Trong nhóm xạ khuẩn rất hiếm gặp loài tạo amylase mạnh mẽ, tuy nhiên cũng

9
có một số, chẳng hạn như xạ khuẩn ưa nhiệt Micromonospora vulgaris 42 có khả năng
tạo một lượng nhỏ α- amylase hoạt động ở 65
0
C cùng với protease và các enzyme
khác.
2. TÍNH CHẤT CỦA HỆ ENZYME AMYLASE
2.1 Hoạt lực của các enzyme amylase
Khi sử dụng bất kỳ một chế phẩm enzyme nào cũng cần biết rõ hoạt lực xúc
tác của nó. Các chế phẩm có hoạt tính phân giải tinh bột thường chứa một loại
enzyme amylase. Vì vậy hoạt lực tổng hợp của chúng phản ánh tác dụng của tất cả
các amylase có trong chế phẩm. Tuy nhiên, tuỳ thuộc vào cơ chất và phương pháp xác
đònh mà người ta có thể biết được sự có mặt của một enzyme nhất đònh nào trong chế
phẩm bằng cách gián tiếp. Cần nhớ rằng, mọi hoạt độ của chế phẩm enzyme đều
không phải là một đại lượng tuyệt đối, mà chỉ là cách biều thò qui ước của hoạt lực
xúc tác thu được trong những điều kiện thực nghiệm đã cho mà thôi. Do tính đa dạng
của enzyme, đặc tính của cơ chất sử dụng, nên phương pháp xác đònh hoạt độ của
enzyme cũng rất khác nhau.
Chẳng hạn như ta biết, α- amylase dễ dàng thuỷ phân tinh bột thành các
dextrin không cho màu với iode, còn glucoamylase lại phân giải tinh bột tới glucose
và làm thay đổi màu với iode chậm, vì lẽ trong dung dòch luôn có một lượng nhỏ

dextrin phân tử lớn. Do vậy mà người ta đánh giá sự có mặt của α- amylase trong chế
phẩm (hoặc canh trường vi sinh vật) bằng sự thay đổi màu với iode, còn đánh giá sự
có mặt của glucoamylase bằng sự tích tụ glucose. mặc dù rõ ràng là hiện diện đồng
thời của cả hai enzyme này đã làm tăng hiệu quả phân giải. Hoạt độ thật của từng
enzyme một thấp hơn so với số liệu thu được.
Cho nên, nếu như ta làm việc với một chế phẩm phức hợp thì phải luôn luôn
xác đònh hiệu lực tác dụng tổng hợp của mọi amylase lên cơ chất và nghóa là chỉ thu
được đặc tính của chế phẩm một cách gián tiếp qua hoạt độ tuyệt đối của nó. Để xác
đònh hoạt độ của các enzyme amylase có thể dùng một trong các phương pháp sau:
-Đo sự biến thiên độ nhớt của dung dòch bằng nhớt kế khi cho amylase tác
dụng lên hồ tinh bột, khi đó các mạch phân tử cơ chất bò cắt ngắn, độ nhớt dung dòch

10
giảm dần.
-Đo mật độ quang của dung dòch sau khi thực hiện phản ứng màu với iode. Khi
có amylase tác dụng thì các sản phẩm phân giải của tinh bột sẽ cho màu khác nhau
đối với iode.
-Đo lượng đường maltose hoặc glucose tạo thành khi cho enzyme tác dụng lên
cơ chất. Đáng chú ý hệ enzyme amylase có các hoạt độ đặc trưng sau:
+Hoạt độ amylase (HĐA) đặc trưng cho khả năng thuỷ phân tinh bột bởi các
enzyme amylase (chủ yếu là của α- amylase) tới dextrin cho màu với iode khác với
màu của tinh bột ban đầu. Hiện nay phương pháp so màu quang điện của Rukliadeva
và Goriatreva (1985) được xem là phương pháp xác đònh hoạt độ amylase tiêu chuẩn.
Theo phương pháp này, đơn vò HĐA là lượng enzyme xúc tác thuỷ phân 1g tinh bột
tan ở 300C, trong một giờ với pH xác đònh ( đối với chế phẩm enzyme của nấm mốc,
của vi khuẩn thì pH = 4.7 còn đối với α- amylase của malt hay thóc mầm thì pH = 4.8
– 4.9) mức độ thuỷ phân cơ chất xấp xỉ 30%.
+Hoạt độ glucoamylase (HĐGl) đặc trưng cho khả năng của chế phẩm thuỷ
phân tinh bột đến glucose. Muốn xác đònh HĐGL cần đo được lượng glucose tạo
thành. Glucose trong hỗn hợp các đường thường được xác đònh bằng các phương pháp

đặc hiệu như phương pháp Zikhetar – Bleyer hoặc phương pháp dùng glucooxydase.
Đơn vò hoạt độ glucoamylase là lu7ọng chế phẩm enzyme khi tác dụng lên tinh bột ở
300C và pH tối thích trong một giờ tạo ra 1mg glucose (xác đònh bằng phương pháp
Zikhetar – Bleyer) hay cũng trong những điều kiện nhiệt độ và pH tương tự làm giải
phóng được 1micromol glucose (xác đònh bằng phương pháp glucooxydase).
+Hoạt độ đường hoá (HĐĐH) phản ánh khả năng của các enzyme amylase
đường hoá tinh bột đến các đường khử. Đơn vò hoạt độ đường hoá là lượng chế phẩm
enzyme trong một giờ ở 300C và pH thích hợp làm phân giải được 1g tinh bột thành
đường khử khi mức độ thuỷ phân cơ chất không vượt quá 30%.
+Hoạt độ maltase (HĐM) đặc trưng cho khả năng thuỷ phân maltose tới
glucose của chế phẩm enzyme. Đơn vò hoạt độ maltose là lượng chế phẩm enzyme