Bài giảng Ứng dụng enzyme glucoseisomerase không tan trong sản xuất xirô fructose - Nguyễn Thị Lệ Thủy

Nội dung text: Bài giảng Ứng dụng enzyme glucoseisomerase không tan trong sản xuất xirô fructose - Nguyễn Thị Lệ Thủy

1. CÔNG NGHỆ PROTEIN - ENZYME GVHD: ThS. Nguyễn Thị Lệ Thủy
2. I. TỔNG QUAN XIRÔ FRUCTOSE II. QUY TRÌNH CỐ ĐỊNH ENZYME GLUCOSEISOMERASE III. ỨNG DỤNG ENZYME GLUCOSEISOMERASE KHÔNG TAN TRONG SẢN XUẤT FRUCTOSE
3.  Trước thập kỷ 70, fructose chưa được sản xuất theo qu mô công nghiệp.  Năm 1973, Công ty Clinton Corn (Mỹ) lần đầu tiên áp dụng qui trình chuyển hóa glucose thành fructose trong công nghiệp bằng enzyme Glucoseisomerase cố định và đã trở thành ngành công nghiệp sử dụng enzyme cố định lớn nhất từ trước đến nay.  Một số nước sản xuất xirô fructose lớn trên thế giới hiện nay: Mỹ, Nhật, Anh, Đan Mạch, Hà Lan, Trung Quốc
4. Xirô fructose  Hỗn hợp đường glucose – fructose (xirô giàu fructose HFS – High Fructose Sirup, Iso – Glucose)  Sản phẩm của phản ứng đồng phân hóa (isomer hóa) đường glucose thành fructose bằng enzyme Glucoseisomerase (GI)
5. Các ưu điểm của đường fructose và HFS  Fructose có nhiều trong táo, cà chua và chiếm một nữa thành phần mật ong.  Vị ngọt dễ chịu, độ ngọt cao hơn đường ăn tới 60 – 70%.  Trong hỗn hợp với glucose mật xirô HFS không kết tinh  Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp bánh kẹo, sản xuất mứt trái cây, nước trái cây, kem
6. Mức tiêu thụ đường tinh luyện bình quân đầu người tại Mỹ từ năm 1970 đến 2006
7. Enzyme glucoseisomerase tan
8. Chế phẩm enzyme glucoseisomerase không tan  Là enzyme glucoseisomerase tan được hấp phụ trên các loại nhựa trao đổi ion, hoặc trên các thể mang vô cơ, xốp hoặc còn nằm trong các thành phần tế bào đã được xử lý có định hướng.  Có dạng hạt, dạng sợi hoặc thể vô định hình.  Có tính bền nhiệt, tốc độ phản ứng lớn, dễ tổ chức ở mức độ tự động hóa cao và dễ ngừng phản ứng.  Có thể sử dụng lại nhiều lần, dễ bảo quản.
9. So sánh hiệu quả kinh tế sử dụng GI cố định và GI tan trong sản xuất HFS Các tham số GI hòa tan GI cố định (quá trình tuần hoàn) (quá trình liên tục) Thời gian phản ứng (tương 20h - đối) Thời gian kéo tối ưu của - 29 ngày đêm phản ứng Các chi phí ( trong 1năm) Enzyme 1000 37 Chất mang - 1040 Hóa chất 300 1580 Nồi phản ứng 300 185 Gíá thành 1tấn sản phẩm 26 5,6
10. Sinh khối Act. Kết tủa bằng Xilochrom Glutaraldeh Olivocinereus 154 Aceton lạnh Amin hóa yd 2,5% Phá màng và Trộn xử lý trong chiết xuât bằng Ly tâm Rotadex Toluen Tủa Gắn GI trong Ly tâm Aceton Rotadex Hòa tan trong Dịch ly tâm GI không tan đệm Phosphat
11. Nguồn thu nhận enzyme GI  Streptomyces Wemorensis 21230 và Streptomyces Olivochromogensis 21114 (Lưu trữ tại Phân viện sinh học thực nghiệm - Mỹ)  Actinomyces olivocinereus 154 (Nga)
12. Nuôi cấy thu sinh khối Thành phần môi trường nuôi cấy vi khuẩn thu sinh khối Thành phần Strep.Wemo Step.Olivoch Act.olivoner môi trường rensis romogens eus (%) 21230 is 21114 Xilose 2.0 2.0 0.7 glucose 0.3 0.3 0.3 pepton 1.0 1.0 1.0 Nước chiếc 2.0 2.0 2.0 ngô MgSO4 0.1 0.1 0.05 CoCl2 0.024 0.024 0.013 NaCl - - 0.05 pH: 7.0; Nhiệt độ: 28 – 30 oC
13. Bán tinh sạch GI bằng kết tủa Aceton lạnh Hoạt tính Hoạt tính Protein riêng tổng số tổng (mg) (IU/min/ IU/min mg) Dịch chiết 575 1150 0,5 đầu Dịch chiết sau kết 545 390 1,397 tủa
14. Xử lý Xilochrom B  Hợp chất cao phân tử dạng hạt. Kích thước lỗ 2.400 Ao. Diện tích bề mặt 30 m2/g, số nhóm amin không dưới 0.021 – 0.3 mg.  Xilochrom được trộn trong dung dịch Glutaraldehyd 2,5% trong đệm phosphat 0.05M, pH 7,6 (1g Xilochrom/10ml dd).  Trộn hỗn hợp trong thiết bị cô hút chân không quay Rotadex.  Rửa nhiều lần bằng dung dịch đệm phosphat 0.05M, pH 7,6 .
15. Cố định GI trên Xilochrom B  Tủa GI thu được bằng kết tủa Aceton hòa tan trở lại trong dung dịch phosphat bufer 0.1M; pH 7.6  Rót dung dịch thu được vào Xilochrom đã xử lý.  Trộn đều trên máy Rotadex, ở nhiệt độ thường.  Rửa lại nhiều lần bằng dung dịch phosphat bufer 0.1M; pH 7.6
16. Kiểm tra hoạt tính isomer hóa trên cột với GI không tan  Nhồi các GI vào các cột thủy tinh 2 vỏ, dung dịch glucose có nồng độ ban đầu là 90g/l (9%), trong đệm phosphat 0,1M, pH 7,6 với 0,15g/l MgSO4. Nhiệt độ phản ứng là 60oC, tốc độ dòng chảy glucose trong cột là 60ml/giờ.  Lượng fructose sinh ra được kiểm tra bằng phản ứng màu với acid thiobarbitiric trong điều kiện môi trường HCl đậm đặc.
17. Tinh bột Dịch hóa Đường hóa Lọc Trao đổi ion Xử lý than Cô đặc Isomer Xử lý than Trao đổi ion Bay hơi hóa HFS
18. Một số chỉ tiêu sản phẩm Chất khô ≥ 80% Fructose ≥ 42% Tổng số hiếu khí 50/ml Ecoli (-), nấm mốc (-) Tiêu chuẩn vi sinh Staphylococcus aureus (-) Steptococcus faecalis (-) coliform (-) Pb (0.01) Hg (-) Kim loại nặng As (-) CN (-) pH 4.2 – 4.5 Độ màu 2000 so với dung dịch CoCl2 1 ppm Độ trong 10 cm nhìn trong suốt Độ sôi 102/154 oC
19.  Nguyễn Đức Lượng (chủ biên), Cao Đường, Nguyễn Ánh Tuyết, Lê Thị Thủy Tiên, Tạ Thu Hằng, Huỳnh Ngọc Oanh, Nguyễn Thùy Hương, Phan Thị Huyền, Công nghệ enzyme, Nhà xuất bản đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2004  Võ Hồng Nhân, Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất hỗn hợp đường Glucose-Fructose từ tinh bột khoai mì bằng phương pháp enzyme, Viện Sinh học nhiệt đới, 1995  GS.TSKH. Phạm Thị Trân Châu, PGS.TS. Phan Tuấn Nghĩa, Công nghệ sinh học tập 3, Enzyme và ừng dụng; Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam, 2009  Một số tài liệu và hình ảnh từ internet