Ứng dụng enzyme trong sản xuất rượu bia

Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level 01/01/2014 ‹#› Môn Công nghệ enzyme GVGD: Th.s Hồ Thị Ngân Hà Lớp: DH11TP TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG Khoa Nông Nghiệp – Tài Nguyên Thiên Nhiên Bộ môn: Công nghệ thực phẩm Chủ đề 3 ỨNG DỤNG ENZYME TRONG SẢN XUẤT RƯỢU BIA 1 2 3 4 5 Tổng quan về enzyme Một số enzyme Các yếu tố ảnh hưởng đến enzyme Quy trình sản xuất rượu Quy trình sản xuất bia Nội dung Tổng quan về enzyme Protein Tham gia xúc tác các phản ứng hóa học trong và ngoài cơ thể Sử dụng enzyme trong sản xuất rượu bia α-amylase β–amylase Một số enzyme Đặc điểm Enzyme α – amylase là protein có phân tử lượng thấp, thường nằm trong khoảng 50.000 đến 60.000Dal. Chuỗi mạch acid amin Enzyme α – amylase đều có cấu trúc bậc 3. Enzyme α – amylase Cấu trúc không gian của enzyme α-amylase Tính chất Enzyme α – amylase pH tối thích: α – amylase từ nấm sợi là 4.0 – 4.8 Nguồn gốc khác nhau độ bền đối với tác dụng của acid cũng khác khác nhau. Nhiệt độ tối thích của α – amylase là 50°C và bị vô hoạt ở 70°C Trong dung dịch đệm pH = 4.7, α – amylase của Asp.orysee rất nhạy với tác động của nhiệt độ cao 1 2 3 4 Enzyme β – amylase Là một Enzyme ngoại bào (exoenzyme) Phân giải bắt đầu từ đầu không khử của các nhánh ngoài cùng cơ chất Phân cắt liên kết α – l,4glucoside nhưng khi gặp liên kết α – 1,4 glucoside đứng kế cận liên kết α – l,6glucoside thì ngừng tác dụng Đặc điểm Cấu trúc không gian của Enzyme β – amylase Tính chất Tâm xúc tác có chứa nhóm – SH, nhóm X-COOH, vòng imidazol Không thuỷ phân tinh bột sống, mà chỉ phân cắt tinh bột đã hồ hoá. Có hoạt tính khi không có Ca2+, và bị kiềm hãm bởi Cu2+, Hg2+,... β-amylase hoạt động thích hợp ở pH=4.2 – 5.6 Nguồn gốc từ vi khuẩn thì bền nhiệt hơn của thực vật và nấm mốc Enzyme β – amylase Đặc điểm Có nhiều tên gọi khác nhau: amyloglucosidase, glucoamylase,... Thuộc nhóm enzyme ngoại bào exoamylase. Do vi sinh vật tạo ra. Khối lượng phân tử: 27.000 -112.000 Dal. Tính chất Được tạo nên từ hai isoEnzyme I và II. Amyloglucosidase I tự hấp thụ và thuỷ phân tinh bột ở trạng thái rắn. amyloglucosidase II không có cả hai tính chất này. Hoạt tính - pH = 3.5 – 5.5 - Nhiệt độ 50°C - Bền với acid hơn α – amylase nhưng kém bền hơn trong rượu, acetone và không được bảo vệ bởi Ca2+. Enzyme γ – amylase Đặc điểm Xúc tác sự thủy phân liên kết peptit (CO – NH) trong phân tử protein và các cơ chất tương tự. Có khả năng liên kết este và vận chuyển acid amin. Enzyme protease Enzyme protease Enzyme protease Cacboxypeptidase Aminopeptidase Dipeptidhydrolase Proteinase Thủy phân liên kết peptit ở đầu nitơ của mạch polypeptit Thủy phân liên kết peptit ở đầu cacbon của mạch polypeptit Thủy phân các liên kết dipepit Thủy phân các liên kết peptid nội mạch Nguồn gốc Từ Vi khuẩn Aerbacter aerogenes Từ Vi khuẩn Klebsiella Enzym Pullulanase Enzyme Pullulanase Enzym Pullulanase 1 2 3 4 Tính chất Enzym Pullulanase Enzyme cellulase Thuỷ phân liên kết 1,4-β-glucoside trong cellulose tạo ra sản phẩm glucose Đặc điểm Phức hệ cellulase Dạng 1 là Endo-β-1,4-glucanase Dạng 2 là Exoglucanase Dạng 3 là β -glucosidase Cấu trúc không gian enzyme cellulase Enzyme cellulase Enzyme cellulase Thủy phân ngẫu nhiên bên trong phân tử cellulose tạo ra các loại oligosaccharide. Thủy phân ở đầu khử và đầu không khử của chuỗi cellulose Endogluacanase Xúc tác quá trình cắt liên kết α-1,4- glucoside trong cellulose. Sản phẩm là các cellulose phân tử nhỏ, cellobiose và glucose. Endocellulase Cắt 2 hoặc 4 đơn vị glucose từ đầu không khử của chuỗi cellulose. Exocellulase Add Your Text Add Your Text Add Your Text Add Your Text Add Your Text Add Your Text Yếu tố ảnh hưởng Nhiệt độ pH Chất hoạt hóa Chất kiềm hãm Nồng độ enzyme, cơ chất Yếu tố khác Các yếu tố ảnh hưởng đến enzyme Nhiệt độ Tối thích Trung tâm hoạt động Cao Thấp Biến tính Không mất hoạt tính mà chỉ bị giảm. Mất đi cấu hình chuẩn và không phù hợp với cơ chất Nhiệt độ tối thích từ 40 – 60oC Ảnh hưởng của nhiệt độ Ảnh hưởng pH Thay đổi không thuận nghịch ở phạm vi pH cực hẹp Hai sườn của ph tối thích ra sự phân ly nhóm prosthetic hay coenzyme Làm thay đổi mức ion hóa hay phân ly cơ chất Thay đổi ái lực liên kết của enzyme với cơ chất Ảnh hưởng chất hoạt hóa Là chất làm tăng khả năng xúc tác chuyển hóa cơ chất thành sản phẩm Thông thường là những cation kim loại hay những hợp chất hữu cơ như các vitamin tan trong nước Các cation kim loại có thể có tính đặc hiệu, tính đối kháng và tác dụng còn tuỳ thuộc vào nồng độ Ảnh hưởng chất kiềm hãm Là chất có tác dụng làm giảm hoạt độ hay làm enzyme không còn khả nâng xúc tác biến cơ chất thành sản phẩm. Phân loại Thuận nghịch Cạnh tranh Phi cạnh tranh Không thuận nghịch Ảnh hưởng nồng độ enzyme, cơ chất Vận tốc đạt cực đại khi toàn bộ enzyme liên kết với cơ chất Nồng độ enzyme càng cao thì vận tốc phản ứng enzyme càng lớn Nồng độ enzyme Cơ chất Ảnh hưởng các yếu tố khác Sóng siêu âm: Tác động rất khác nhau đối với từng loại enzyme, có enzyme bị mất hoạt tính, có enzyme lại không ảnh hưởng. Ánh sáng: Có ảnh hưởng khác nhau đến từng loại enzyme, các bước sóng khác nhau có ảnh hưởng khác nhau, thường ánh sáng trắng có tác động mạnh nhất, ánh sáng đỏ có tác động yếu nhất. Ánh sáng tử ngoại cũng có thể gây nên những bất lợi. Sự chiếu điện: Điện chiếu với cường độ càng cao thì tác động phá hủy càng mạnh Để nguội Trộn bánh men Lên men Chưng cất Sản phẩm Quy trình sản xuất rượu gạo Nguyên liệu Ngâm nước Nấu chín Ứng dụng cuả enzyme trong sản xuất rượu Nguyên liệu Giải thích quy trình Gạo, nếp hoặc các loại nông sản có hàm lượng tinh bột cao thường chứa khoảng 14% nước và trên 74% tinh bột. Nguyên liệu tốt không sâu mọt, mốc, không lẫn tạp chất khác, … Cho nguyên liệu ngâm trong nước nhằm loại bỏ tạp chất bẩn... Trong quá trình ngâm nguyên liệu hút nước và trở nên mềm hơn, rút ngắn thời gian nấu. Ngâm nước Nấu chín Vai trò của amylase:  – amylase hoạt động mạnh trong giai đoạn đầu của quá trình đường hóa. Nguyên nhân: Có sự thay đổi pH trong thời gan đường hóa và giới hạn hoạt động của a-amylase tới đường không vượt quá 70 – 80%. => Vai trò enzyme này là làm dịch hóa nhanh ở giai đoạn nấu và cả giai đoạn đầu của quá trình đường hóa, dextrin và tích tụ đường. Giải thích quy trình Glucoamylase thủy phân kiên kết  – 1,4 glucose trong các polysacharide. Ngoài ra enzyme này còn có khả năng phân cắt liên kết  – 1,6 glucoside. Phần lớn các glucoamylase hoạt động ở pH không cao. Nhiệt độ tối ưu là 55 – 60°C. Sản phẩm cuối cùng của quá trình thủy phân này là glucose Nấu chín Giải thích quy trình Vai trò của glucoamylase Nấu chín Giải thích quy trình Vai trò của pululanase Tham gia thủy phân liên kết  – 1,6 glucoside trong các poly và oligosacharide Phân cắt liên kết  – 1,6 glucosidetrong trường hợp liên kết này được bao quanh tất cả các phía nhờ liên kết  – 1,4 glucoside Dextrin có phân tử thấp, dễ bị pululanse phân hủy tạo thành từ 2 gốc maltose, nối với nhau bằng liên kết  – 1,6 glucoside Nếu có sự kết hợp của  – amylase và pululanase, dextrin sẽ bị thủy phân hoàn toàn Nấu chín Giải thích quy trình Vai trò của hệ enzyme cellulase Tham gia phân huỷ các polysacharide không phải là glucide Bổ sung enzyme trên vào trong quá trình đường hoá hàm lượng đường galactose, arabinose, cylose, glucose tăng lên Hệ enzyme cellulase được coi như biện pháp tăng cường khả năng đường hoá và làm tăng hiệu suất thu cồn sau lên men Nấu chín Giải thích quy trình Vai trò của enzyme protease Khi xử lý nguyên liệu bằng chế phẩm protease, trong dung dịch đường hóa tích tụ nhiều amino acid Amino acid là thành phần rất cần thiết cho sự phát triển của nấm men Lên men ẩm Lên men Là quá trình tạo điều kiện cho enzym amylase của nấm mốc, vi khuẩn xúc tác thủy phân tinh bột. Giải thích quy trình Cơm đã trộn men được ủ trong 5 – 10 giờ để mốc mọc đều cả khối cơm, sau đó vun thành đống, phủ kín bằng vải và giữ ở nơi thoáng mát (nhiệt độ 28 – 32oC) trong 2 – 3 ngày Mục đích: Tạo điều kiện cho nấm mốc và vi khuẩn phát triển, tiết ra enzym đường hóa tinh bột Là quá trình nấm men sử dụng đường tạo ra để lên men rượu. Thời gian ủ khoảng 2 – 3 ngày. Cơm rượu ủ trong điều kiện kín, nấm mốc ngừng phát triển nhưng enzyme tạo thành vẫn tiếp tục thủy phân tinh bột. Trong giai đoạn này, nấm men phát triển mạnh nhờ lượng oxi hòa tan trong nước và lượng đường tạo thành, sau đó chuyển sang lên men rượu. Lên men lỏng Lên men Giải thích quy trình Chưng cất Giải thích quy trình Nhằm tách hỗn hợp rượu và nước có nhiệt độ sôi khác nhau. Khi chưng cất, rượu được tách ra khỏi nước nhờ nhiệt độ bốc hơi thấp hơn nước Tiến hành bằng cách đun sôi hỗn hợp lên men, hơi bay lên được dẫn qua ống dẫn và được làm lạnh bằng cách cho ống dẫn đi qua bồn nước để ngưng tụ rượu bên trong lòng ống Dung dịch rượu thu được trong suốt, có mùi thơm đặc trưng và nồng độ rượu sẽ giảm dần theo thời gian chưng cất Quá trình lên men kết thúc thì tiến hành chưng cất để thu được rượu thành phẩm Ủ Lên men phụ Làm trong bia Bão hoà CO2 Chiết rót chai Thanh trùng Thành phẩm Đại mạch Ngâm Ươm mầm Sấy Nghiền Đường hoá Lọc bã Nấu Lọc bã malt Làm lạnh Lên men chính Quy trình sản xuất bia Ứng dụng cuả enzyme trong sản xuất bia Các enzym trong giai đoạn ươm mầm Enzym sitase Enzym protease Enzym amylase Enzym lipase Enzyme amylophotphatase Giải thích quy trình Tác động của Sitase (β–glucanase–pentosanase) Thành hemicellulose Đường đơn pentose, hexose và các sả phẩm khác Cơ chế hoạt động Enzym sitase bắt đầu hoạt động ở nội nhũ. Đầu tiên đầu tiên là sự hóa lỏng màng của tế bào gần kề với ngù. Enzym tác động theo trục của hạt. Khả năng hoạt động của enzym sitase quyết định khả năng nảy mầm Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của enzym sitase Nhiệt độ Bản chất của hạt đại mạch Giải thích quy trình Hoạt động của protease Protease được tiết ra từ phôi hạt và hoạt động ngay khi bắt đầu ươm mầm. Tác động trước tiên vào các tế bào nội nhũ. protein Các acid amin hoà tan trong dịch thực Chuỗi peptid Abumo, pepton Giải thích quy trình Hoạt động của enzyme amylase Các amylase tấn công và ăn mòn bề mặt hạt tinh bột. Các tế bào gần mầm bị tấn công mạnh hơn còn các tế bào khác hầu như không bị tấn công. Maltose được tạo thành dưới dạng hoà tan và di chuyển đến mầm. Giải thích quy trình Hoạt động của enzym lipase Thuỷ phân lipid Giải thích quy trình Hoạt động của enzyme amylophotphatase Enzyme phytase thuỷ phân các este photphoric Giải thích quy trình Quá trình đường hoá Thuỷ phân tinh bột Thuỷ phân β-glucan Thuỷ phân protein Quá trình hồ hoá Quá trình dịch hoá Quá trình đường hoá Giải thích quy trình Quá trình dịch hoá Các gốc glucose (amylose và amylopectin) α-amylase β -amylase Thuỷ phân hình thành mạch ngắn hơn. Giảm độ nhớt Giải thích quy trình Quá trình đường hoá Amylose và amylopectin α-amylase Thuỷ phân thành dextrin chứa 7 – 12 gốc glucose Dextrin β-amylase Phân cắt thành hai gốc maltose ở đầu không khử Ngoài ra, γ – amylase tham gia thuỷ phân polysaccharide từ đầu không khử tuần tự từng gốc glucose. Cắt loeen kết α – 1,4; α – 1,6; α – 1,2 và α – 1,3 glucozid. Sản phẩm tạo thành là glucose và oligosaccharide. Giải thích quy trình Thuỷ phân β-glucan Giải thích quy trình Thành tế bào nội nhũ: chứa một mạng lưới các protein, cellulose và hemicellulase vững chắc, các chất này liên kết với nhau bởi β – glucan β – glucan làm tăng độ nhớt của dịch đường và bia gây cản trở quá trình lọc Thuỷ phân protein Thuỷ phân protein nhờ enzym protease. Protein bị phân cắt dần thành các mạch nhỏ hơn và tạo thành các acid amin. Các hợp chất cao phân tử tạo thành trong quá trình thủy phân protein lại tiếp tục bị phân cắt cho nên thời gian để tạo thành chúng không cần kéo dài, đặc biệt là các chất keo, tạo bọt bị phân hủy ở cùng nhiệt độ. Giải thích quy trình Lọc bã Tách dịch đường hay dịch hèm với vỏ và những phần nội nhũ của hạt không tan. Ngoài ra, loại bỏ những chất không mong muốn như: kim loại nặng, tanin, … Nấu với hoa houblon Ổn định thành phần và tạo cho bia có mùi thơm và vị đắng đặc trưng của hoa houblon. Giải thích quy trình Loại bỏ cặn, chất huyền phù và hoa houblon. Tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật hoạt động Lọc trong Làm lạnh Tạo nhiệt độ thích hợp cho vi sinh vật lên men hoạt động. Giải thích quy trình Lên men chính Chuyển hoá các chất hoà tan ở trong dịch đường thành C2H5OH, CO2 và các sản phẩm phụ khác (sinh tổng hợp trong quá trình hoạt động sống của tế bào nấm men) tạo thành bia theo yêu cầu kỹ thuật và chất lượng thành phẩm. Giải thích quy trình Lên men phụ Tiếp tục lên men phần chất khô còn sót lại sau lên men chính, bão hòa CO2 và tăng cường mùi vị cho bia, thực hiện quá trình ủ chín của bia (ổn định chất lượng bia), làm trong bia; đưa bia về nhiệt độ thấp để hạn chế sự xâm nhập và phá hủy của vi sinh vật. Giải thích quy trình Li tâm Làm trong bia Tách cặn lơ lửng, tách các tế bào nấm men sống và xác tế bào non  Tăng giá trị cảm quan, ổn định thành phần cơ học, làm tăng độ bền sinh học, độ bền keo của bia Phương pháp Lọc Lắng Giải thích quy trình Bão hòa CO2 CO2 bổ sung vào phải đãm bảo không chứa O2 và vi sinh vật tạp nhiễm Các công đoạn làm việc ở nhiệt độ cao và áp suất thấp làm hàm lượng CO2 giãm CO2 được bổ sung vào bia nhờ các đường ống dẫn dài kết hợp với các đoạn nối mà hòa tan vào bia. Giải thích quy trình Chiết chai và thanh trùng Bia sau khi bão hòa CO2 phải được chiết chai ngay Không tổn thất bia Rót đủ lượng Không ảnh hưỡng chất lượng Yêu cầu Giải thích quy trình Chiết chai và thanh trùng Vi sinh vật gây hư hỏng bia có thể xâm nhập vào sản phẩm do sự thiếu vệ sinh Add Your Text Add Your Text Add Your Text Add Your Text Add Your Text Phương pháp thanh trùng Thanh trùng nhanh (nâng nhiệt đến 68 – 72oC trong 50 giây, sau đó làm lạnh) Chiết bia nóng (chai sau khi rữa không cần làm nguội) Thanh trùng tunnel (nhiệt độ 60oC trong 20 phút) Giải thích quy trình THE END