Công nghệ lên men thực phẩm: Sảm xuất enzyme glucoamylase bằng phương pháp lên men bề sâu

Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Kỹ Thuật Hóa Học Bộ Môn Công Nghệ Thực Phẩm Công nghệ Lên men Thực phẩm GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN SVTH: Nguyễn Hồng Thái 60902436 Lê Anh Tuấn 60903085 Nguyễn Bảo Đăng 60900555 Nguyễn Văn Phước Nhẫn 60901826 Nguyễn Huy Lộc 60801164 KHOA HỌC VỀ NGUYÊN LIỆU QUY TRÌNH VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CHẾ PHẨM GLUCOAMYLASE 1. ENZYME GLUCOAMYLASE • Glucoamylase ( α – glucanglucohydrolase , EC.3.2.1.3 ) là một exoenzyme . Nó xúc tác thủy phân cả hai loại liên kết α – 1,4 glycoside và α – 1,6 glycoside từ đầu không khử trong phân tử amylase và amylopectin tạo ra sản phẩm là đường glucose • Người ta còn gọi glucoamylase là amyloglucosidase hoặc γ – amylase . • Phân tử lượng glucoamylase nằm trong khoảng 48 – 210kDa . 2. VI SINH VẬT Tiêu chí lựa chọn giống để sản xuất ezyme glucoamylase : – Không sinh tổng hợp độc tố. – Khả năng sinh tổng hợp sản phẩm enzym glucoamylase với hàm lượng nhiều với hoạt tính cao . – Khả năng thích nghi nhanh và tốc độ sinh trưởng mạnh. – Điều kiện nuôi cấy: đơn giản. – Môi trường nuôi cấy: rẻ tiền, dễ tìm. – Dễ dàng tách được khỏi môi trường nuôi cấy lỏng để thu nhận enzyme ngoại bào . Chọn nấm mốc Aspergillus Niger 2. VI SINH VẬT a) Vị trí , phân loại Asp.niger có vị trí phân loại: giới Fungi , lớp Deuteromyces , bộ Moniliales , họ Moniliaceace , giống Aspergillus . 2. VI SINH VẬT b) Đặc điểm hình thái , sinh sản  Khuẩn ty phân nhánh , có vách ngăn , bào tử đính không nằm trong bọc bào tử, màu nâu đen .  Asp.niger có nhiều kiểu sinh sản khác nhau : Sinh sản sinh dưỡng , sinh sản vô tính bằng bào tử hoặc sinh sản hữu tính . 2. VI SINH VẬT c) Nguồn cơ chất  Nguồn cacbon : Ngoài tinh bột , môi trường cần chứa maltose và dextrin…  Nguồn nitơ : muối vô cơ hay các hợp chất hữu cơ chứa nitơ .  Nguồn S,P : photphat và sunphat vô cơ .  Nguồn khoáng : các muối của mangan , magie , kẽm cùng các nguyên tố vi lượng khác . 2. VI SINH VẬT d) Điều kiện sinh trưởng  Nhiệt độ tối ưu : 28 - 35 oC .  Độ ẩm tối ưu : 60 – 65%  pH tối ưu : 4 – 6.5 3. NGUYÊN LiỆU CHO MÔI TRƯỜNG NHÂN GiỐNG ( MITS College Of Pharmacy, Department Of Biotechnology, Kodad, Nalgonda, Andhra Pradesh, PIN-508206 , 2012 , Strain improvement of Aspergillus Niger for Glucoamylase by Physical and Chemicalmutagens )  Môi trường lỏng nhân giống nấm sợi Asp.Niger bao gồm các thành phần sau : Pepton : 5g/L ; Glucose : 10g/L ; (NH4)2SO4 : 5g/L ; MgSO4.77H2O : 2g/L ; CaCl2.H2O : 2g/L ; KH2PO4 : 1,5g/L ; K2HPO4 : 0,1g/L ; Nước cất : 1000ml.  Môi trường được tiệt trùng ở nhiệt độ 1210C trong 20 phút , sau đó cấy chủng Asp.Niger vào thiết bị nhân giống theo từng cấp nhân giống . 4. NGUYÊN LiỆU CHO MÔI TRƯỜNG LÊN MEN Đối với Asp.Niger để lên men bằng phương pháp bề sâu , chọn môi trường có 65% bột ngô , 0,9% NaNO3 , 0,005% MgSO4 , và 10% nước chiết mầm mạch ( 100g/1l H2O) , và nước máy . 1.NHÂN GiỐNG  Thông số kỹ thuật :  Độ ẩm của môi trường : 60 – 65%.  Nhiệt độ : 28 - 35 oC  Thời gian : 30 – 36 giờ  Độ ẩm của không khí : 85 – 95%.  Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhân giống :  Nhiệt độ  Oxi  Sự khuấy trộn  Thời gian 1.NHÂN GiỐNG  Nhân giống giai đoạn phòng thí nghiệm :  Sau khi chuẩn bị môi trường, tiến hành tiệt trùng môi trường ở 1210C trong 20 phút.  Môi trường sau khi tiệt trùng được lắc đều và làm nguội đến nhiệt độ phòng.  Giống được nuôi liền trong môi trường đã được làm nguội , và giữ ở nhiệt độ phòng .  Nhân giống giai đoạn phân xưởng :  Sử dụng thiết bị nhân giống hình trụ đứng có cánh khuấy , bộ phận sục khí và có lớp vỏ áo để điều nhiệt . 2.CHUẨN BỊ MÔI TRƯỜNG LÊN MEN Sau khi đã chuẩn bị , môi trường được phối trộn trong thùng phối trộn có cánh khuấy  Mục đích : Chuẩn bị  Biến đổi :  Hóa lý  Thiết bị : Thùng phối trộn có cánh khuấy  Thống số công nghệ :  Nhiệt độ phối trộn  Tốc độ cánh khuấy 3. TIỆT TRÙNG MÔI TRƯỜNG  Mục đích :  Bảo quản : vô hoạt enzyme, ức chế vi sinh vật.  Biến đổi :  Biến đổi vật lý :  Biến đổi hóa học :  Biến đổi hóa lý :  Biến đổi hóa sinh :  Biến đổi sinh học :  Biến đổi về mặt cảm quan :  Thiết bị :  Thiết bị tiệt trùng dạng bản mỏng  Thông số công nghệ :  Nhiệt độ : 121oC  Thời gian : 20 – 30 phút  Lưu ý : Sau khi tiệt trùng , môi trường được làm nguội bằng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng để đưa môi trường về nhiệt độ thích hợp để lên men . 4. LÊN MEN  Mục đích :  Khai thác: tạo điều kiện cho mốc phát triển đều trên môi trường nuôi cấy để hình thành hệ enzyme glucoamylase.  Biến đổi :  Biến đổi vật lý :  Biến đổi hóa sinh :  Biến đổi sinh học :  Các yếu tố ảnh hưởng :  Môi trường lên men : Hàm lượng chất khô , pH môi trường  Điều kiện lên men : Lượng giống cấy , nhiệt độ , thời gian lên men , cung cấp oxy  Thiết bị :  Thiết bị lên men liên tục hình trụ có cánh khuấy , có hệ thống sục khí , hệ thống điều chỉnh nhiệt độ , pH .  Thông số công nghệ :  Nhiệt độ : 28 – 35oC .  Không khí cần sục vào môi trường: 30 – 40m3/m3×giờ 5. LY TÂM  Mục đích :  Khai thác: Tách sinh khối ra khỏi canh trường sau lên men.  Biến đổi :  Biến đổi hóa học:  Biến đổi vật lý:  Biến đổi hóa lý:  Thiết bị :  Thông số công nghệ :  Nhiệt độ : 15 – 20 oC  Thời gian : 4 – 5 phút . 6. TÁCH VÀ TINH SẠCH ENZYME a) Siêu lọc  Mục đích :  Khai thác: làm giảm hàm lượng các chất có phân tử lượng nhỏ ra khỏi dung dịch enzyme thô.  Biến đổi :  Biến đổi vật lý  Biến đổi hóa học  Thiết bị : Thiết bị membrane có dạng hình trụ, bên trong chứa nhiều ống trụ nhỏ đặt song song với nhau  Thông số công nghệ :  Áp lực thẩm thấu: 6.9 bar.  Nhiệt độ phòng .  Đường kính mao quản trung bình từ 2 đến 50nm. 6. TÁCH VÀ TINH SẠCH ENZYME b) Tinh sạch enzyme bằng phương pháp lọc gel  Mục đích :  Khai thác: tách các protein ra khỏi nhau để thu được enzyme tinh khiết.  Biến đổi :  Biến đổi vật lý  Biến đổi hóa học  Thiết bị : sử dụng gel sephadex làm vật liệu nhồi cột  Thông số công nghệ :  Chọn cột sắc ký Sephadex G-100  Cột có kích thước 2,6 x 60 cm  Sử dụng dung dịch đệm sodium phosphate 0,03M , pH 7,2 để ổn định cột . 6. TÁCH VÀ TINH SẠCH ENZYME c) Đánh giá hiệu quả của quá trình tinh sạch  Phương pháp xác định hoạt tính glucoamylase :  Nguyên tắc: ta sẽ xác định hoạt tính của enzyme dựa vào cường độ màu với iod khi đo ở bước sóng 520nm.  Hoạt tính glucoamylase được biểu thị bằng lượng glucose giải phóng bởi enzyme trong 1 phút ở 400C từ 1g tinh bột.  Xác định độ tinh sạch của enzyme : bằng phương pháp điện di  Điện di trên gel Sodium dodecyl sulfate – polyacryamide 10% (SDS PAGE) được thực hiện theo phương pháp của Laemmli (Tipton 1992) trên thiết bị điện di APLELEX với nguồn Electronforesis power supply ST 1006T.  Mẫu chạy điện di phải giữ trong điều kiện -200 – 10C. 7. SẤY  Mục đích :  Chế biến : Tạo sản phẩm dạng bột.  Bảo quản: Quá trình sấy làm giảm hàm ẩm, từ đó ức chế vi sinh vật.  Biến đổi :  Biến đổi vật lý  Biến đổi hóa học  Biến đổi hóa lý  Thiết bị : Sử dụng thiết bị sấy phun có đáy hình nón .  Thông số công nghệ :  Độ ẩm của sản phẩm: <5%.  Nhiệt độ khí đầu vào: 150 – 2500C. Quy trình sản xuất sẽ tạo ra chế phẩm glucoamylase dạng rắn .  Chỉ tiêu vật lý:  Trạng thái vật lý: rắn.  Nhiệt độ hoạt động tối ưu: 58 – 600C.  Chỉ tiêu hóa học:  pH hoạt động tối ưu: 4.  Chỉ tiêu hóa sinh:  Chế phẩm dạng rắn: 150,000 U/g.  Các thông tin khác:  Chế phẩm dạng rắn: 20 kg/túi.  Phạm vi sử dụng : là tác nhân đường hóa trong quá trình sản xuất cồn, rượu bia, calci lactate… • Lê Bạch Tuyết (chủ biên), Các quá trình công nghệ cơ bản trong sản xuất thực phẩm, Trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh. • Lê Ngọc Tú (chủ biên), Hóa sinh công nghiệp, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 2004. • Lê Văn Hoàng , Các quá trình & thiết bị công nghệ sinh học trong công nghiệp, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật, 2004. • Lê Văn Việt Mẫn, Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa và thức uống – tập 1 – Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh, 2004. • Nguyễn Đức Lượng (chủ biên), Công nghệ enzym, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh, 2004. • PTS. Nguyễn Đức Lượng – Nguyễn Chúc – Lê Văn Việt Mẫn, Thực tập vi sinh vật học thực phẩm, Trường Đại Học Bách Khoa TP. HCM. • Mark C. Porter, Handbook of Industrial Membrane Technology, published in the United States of America by Noyes Publications, 1990. • Nguyễn Đức Lượng , Công nghệ vi sinh – tập 2 - Vi sinh vật học công nghiệp , Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh, 2002.