Bài giảng Công nghệ sinh học thực phẩm - Chương 3, Phần 2: Ứng dụng vi sinh vật trong công nghệ thực phẩm - Phạm Hồng Hiếu

Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật trong CNTP
3.3. Tổng hợp acid amin bằng phương pháp vi sinh vật
3.3.1. Bản chất của quá trình
3.3.2. Sản xuất acid glutamic và bột ngọt
3.3.3. Sản xuất Lysin bằng phương pháp vi sinh
3.3.1. Bản chất của quá trình tổng hợp acid amin bằng 
phương pháp vi sinh vật
• Acid amin
▫ Axit amin là những hợp chất hữu cơ mạch thẳng hoặc mạch 
vòng trong phân tử có chứa ít nhất một nhóm amin(-NH2) 
và một nhóm cacboxyl (-COOH)
▫ Tính chất của từng amino axit phụ thuộc vào cấu tạo, kích 
thước và diện tích của(-R)
▫ amino axit mang cả tính bazơ lẫn tính axit (lưỡng tính)
▫ Amino axit ở trạng thái tinh thể rắn, không màu hầu hết hòa 
tan dễ trong nước
3.3.1. Bản chất của quá trình tổng hợp acid 
amin bằng phương pháp vi sinh vật
• Các phương pháp sản xuất acid amin
▫ Phương pháp thủy phân
▫ Phương pháp tổng hợp hóa học
▫ Phương pháp kết hợp
▫ Phương pháp tổng hợp acid amin bằng công nghệ vi 
sinh vật 
3.3.1. Bản chất của quá trình tổng hợp acid amin 
bằng phương pháp vi sinh vật
• Các phương pháp sản xuất acid amin
▫ Phương pháp thủy phân:
 Người ta dùng acid hoặc kiềm để thủy phân các nguyên liệu 
chứa nhiều protein
 Phương pháp này có nhược điểm là cần thiết bị chịu acid hoặc 
chịu kiềm
 Trong trường hợp sử dụng kiềm để thủy phân sẽ tạo ra nhiều 
acid amin dạng D 
 Trong trường hợp sử sụng acid để thủy phân sẽ tạo ra ô nhiễm 
môi trường
không khí do lượng acid dư bay hơi trong quá trình thủy phân
 Giá thành thường cao
3.3.1. Bản chất của quá trình tổng hợp acid amin 
bằng phương pháp vi sinh vật
• Các phương pháp sản xuất acid amin
▫ Phương pháp tổng hợp hóa học:
 Đây cũng là phương pháp được áp dụng nhiều trong thực tế. 
Tuy nhiên, phương pháp này cũng lại cho ra những acid amin 
raxemic ( hỗn hợp acid amin dạng D và dạng L )
 Việc tách 2 loại acid amin này ra rất tốn kém
3.3.1. Bản chất của quá trình tổng hợp acid amin 
bằng phương pháp vi sinh vật
• Các phương pháp sản xuất acid amin
▫ Phương pháp kết hợp: 
 Người ta kết hợp phương pháp hóa học và phương pháp sinh 
học
 Bằng con đường hóa học, người ta thu nhận hợp chất dạng L –
Keto và các tiền chất của acid amin
 Sau đó người ta sử dụng vi sinh vật để chuyển hóa những chất 
này thành acid amin
3.3.1. Bản chất của quá trình tổng hợp acid amin 
bằng phương pháp vi sinh vật
• Các phương pháp sản xuất acid amin
▫ Phương pháp tổng hợp acid amin bằng công nghệ vi sinh vật :
 Phương pháp này lợi dụng khả năng sinh tổng hợp thừa một số 
loại acid amin của một số vi sinh vật, người ta nuôi cấy vi sinh 
vật để thu nhận các acid amin.
 Phương pháp này cho phép ta thu nhận acid amin dạng L
 Nguyên liệu sản xuất rẻ, dễ kiếm
 Tốc độ trao đổi chất, tốc độ sinh sản và phát triển mạnh của vi 
sinh vật cho phép ta được năng suất cao
 Giá thành sản phẩm thấp hơn giá thành sản phẩm từ những 
phương pháp khác
3.3.1. Bản chất của quá trình tổng hợp acid amin 
bằng phương pháp vi sinh vật
• Cơ chất cho pp vi sinh vật:
▫ Nguồn Cacbon: hydrohydrate (glucose , fructose, sucrose, 
maltose, lactose, dịch thủy phân tinh bột , cellulose, mật 
rỉ), các acid hữu cơ, rượu
▫ Nguồn nitơ:
 N vô cơ: anoniac lỏng hay khí, amoni sulfate, amoni 
nitrate, amoni phosphate, amoni clorua, amoni 
carbonate
 N hữu cơ: amoni acetate, nước chiết nấm men, nước chiết 
thịt , nước chiết malt,ure, peptone và các amino acid
▫ Nguồn khoáng và các nguyên tố vết: KH2PO4
▫ Nguồn Vitamin: vitamin H và vitamin B1
3.3.2. Sản xuất acid glutamic và bột ngọt
• Axit glutamic: C5H9NO4
▫ Axit glutamic (Glu) là một loại axit amin có trong 
protein thiên nhiên, thường thấy trong cơ thể động 
vật và thực vật dưới nhiều dạng khác nhau
▫ Glutamine(Gln) là một axit amin rất quan trọng 
trong cơ thể người
• Bột ngọt: C5H8NO4Na
▫ Bột ngọt (hay mì chính) là tên thường gọi của 
Monosodium Glutamate (viết tắt là MSG), 
▫ Là muối của axit glutamic, một trong hơn 20 loại 
axit amin để kiến tạo nên protein cơ thể
▫ Tên thường gọi: Natri glutamat
▫ Mã quốc tế và cộng đồng châu Âu: INS 621, EEC 
621
3.3.2. Sản xuất acid glutamic và bột ngọt
• Vai trò axit glutamic và bột ngọt
▫ Axit glutamic
 Trao đổi chất của người và động vật
 Xây dựng protit, cấu tử tế bào, tổng hợp các aa khác
 Tham gia vào phản ứng chuyển amin, giúp cho cơ thể
chuyển hóa nhóm amin và tách NH3 ra khỏi cơ thể
 Tổng hợp chất hoạt động bề mặt N-acetylglutamat
 Acetylglutamat dùng trong xử lý ô nhiễm nước biển do 
dầu hỏa và dầu thực vật
 Làm thuốc chữa bệnh thần kinh và tâm thần, hôn mê gan, 
bại liệt
▫ Bột ngọt
 Chất điều vị: giống với vị của thịt
 Chuyển hóa chất bổ dưỡng trong cơ thể con người
3.3.2. Sản xuất acid glutamic và bột ngọt
• Các phương pháp sản xuất axit glutamic
▫ Phương pháp tổng hợp hóa học 
▫ Phương pháp thủy phân protit
▫ Phương pháp lên men 
▫ Phương pháp kết hợp
3.3.2. Sản xuất acid glutamic và bột ngọt
• Các phương pháp sản xuất axit glutamic
▫ Phương pháp tổng hợp hóa học 
 Ứng dụng các phản ứng tổng hợp hóa học để tổng hợp nên 
các axit glutamic và các aminoaxit khác từ các khí thải của 
công nghiệp dầu hỏa và các ngành công nghiệp khác
 Ưu điểm: có thể sử dụng các nguồn nguyên liệu không 
phải là thực phẩm, tận dụng được phế liệu CN dầu hỏa
 Nhược điểm: thực hiện ở các nước có CN dầu hỏa phát 
triển và yêu cầu kỹ thuật cao. Tạo ra hỗn hợp không quay 
cực D, L – axit glutamic, việc tách L- axit glutamic ra lại 
khó khăn làm tăng giá thành sản phẩm
3.3.2. Sản xuất acid glutamic và bột ngọt
• Các phương pháp sản xuất axit glutamic
▫ Phương pháp thủy phân protit
 Sử dụng các tác nhân xúc tác là các hóa chất hoặc fecmen 
để thủy phân protit thành hỗn hợp amino axit, từ đó tách 
các axit glutamic ra và sản xuất bột ngọt
 Ưu điểm: dễ khống chế quy trình sản xuất và được ứng 
dụng vào các cơ sở sản xuất thủ công, bán cơ giới và cơ
giới dễ dàng
 Nhược điểm: cần sử dụng nguyên liệu giàu protit hiếm và 
đắt, cần nhiều hóa chất và các thiết bị chống ăn mòn, hiệu 
suất thấp nên giá thành cao
3.3.2. Sản xuất acid glutamic và bột ngọt
• Các phương pháp sản xuất axit glutamic
▫ Phương pháp lên men
 Lợi dụng một số VSV (Micrococcus glutamicus, Brevi 
bacterium) có khả năng tổng hợp ra các axit amin từ các 
nguồn gluxit và đạm vô cơ
 Ưu điểm : không sử dụng nguyên liệu protit, không cần 
dùng nhiều hóa chất và các thiết bị chống ăn mòn , hiệu 
suất cao, hạ giá thành, tạo ra L- axit glutamic có hoạt tính 
sinh học cao
3.3.2. Sản xuất acid glutamic và bột ngọt
• Các phương pháp sản xuất axit glutamic
▫ Phương pháp kết hợp
 Là phương pháp tổng hợp hóa học và vi sinh vật học
 Phương pháp vi sinh vật học tổng hợp nên các axit amin 
từ các nguồn đạm vô cơ và gluxit mất nhiều thời gian, do 
đó người ta lợi dụng các phản ứng tổng hợp tạo nên 
những chất có cấu tạo gần giống axit amin ,từ đó lợi dụng 
vi sinh vật tạo ra axit amin.
 Phương pháp này tuy nhanh nhưng yêu cầu kỹ thuật cao, 
chỉ áp dụng vào nghiên cứu, ít áp dụng vào công nghiệp 
sản xuất
3.3.2. Sản xuất acid glutamic và bột ngọt
• Các chủng vi sinh tham gia vào quá trình tổng hợp 
axit glutamic
▫ VSV thường sử dụng: Corynebacterium Glutanicum, 
Brevibacterium Lactofermentus, Micrococus Glutamicus; chủ
yếu là Corynebacterium Glutamicum (do Kinosita phát hiện từ
1956)
▫ Giống vi khuẩn thuần khiết này được lấy từ ống thạch nghiêng tại 
các cơ sở giữ giống, sau đó được cấy truyền, nhân sinh khối trong 
môi trường lỏng, nhân lên đến yêu cầu sản xuất đại trà
▫ Chủng vi khuẩn giống phải có khả năng tạo ra nhiều axit 
glutamic, tốc độ sinh trưởng phát triển nhanh, có tính ổn định 
cao trong thời gian dài, chịu được nồng độ axit cao, môi trường 
nuôi cấy đơn giản, dễ áp dụng trong thực tế sản xuất
3.3.2. Sản xuất acid glutamic và bột ngọt
• QTCN theo pp lên men
Xử lí
Lọc dịch xử lí
Pha loãng
Thủy phân 
Trung hòa 
Lọc
Thanh trùng 
Pha chế dịch lên men
Làm nguội
Nhân giống cấp II
Nhân giống cấp I
Lên men Nhân giống cấp
Rỉ đường
Tinh bột
Ống gốc
3.3.2. Sản xuất acid glutamic và bột ngọt
• QTCN theo pp lên men
Pha loãng
Trao đổi ion 
Kết tinh Tinh thể
Bao gói
Bảo quản
Ly tâm 
Sấy
Sản phẩm
Axit glutamic 
ẩm
Nước 
cái
3.3.2. Sản xuất acid glutamic và bột ngọt
• Các sản phẩm của quá trình lên men
▫ Sản phẩm chính: L-Glu và CO2 (hiệu suất lý thuyết: 81,66% 
, thực tế SX: 45 - 50%)
Glucoza + NH3 + 1,5 O2 L-Glu + CO2 + 3 H2
3 axetat + NH3 + 1,5 O2 L-Glu + CO2 + 3 H2
▫ Sản phẩm phụ:
 Acid lactic: chiếm tỉ lệ nhỏ, do quá dư thừa biotin hay 
thiếu hụt O2
 Acid Succinic: cũng tạo ra khi thừa biotin hay thiếu O2
 Acid -xetoglutaric: khi thiếu NH4+ và pH acid
 Sp khác: glutamin, L-acetylglutamin, alanin và aspartic
3.3.2. Sản xuất acid glutamic và bột ngọt
• Công đoạn trao đô ̉i ion: Tách lấy acid Glutamic khỏi dịch lên men 
bằng hạt nhựa Polyetylen sunfuric (Rezin). Quá trình trao đổi nhựa ion 
gồm các quá trình sau:
▫ Quá trình hấp phụ : R’-SO3H+ + NH3ROO- R’SO3NH3RCOOH
▫ Quá trình tách: R’SO3NH3RCOOH +NaOH  R’SO3Na + NH2RCOOH + H2O
Dịch lên men
Pha chế dịch lên men
Xử lý nhựa Rafin
Trao đổi ion
Acid glutamic và 
dịch thải
Dịch thải/nước
Acid HCl
Nước
Dịch rửa
3.3.2. Sản xuất acid glutamic và bột ngọt
• Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm (TCVN 1459-1996, QĐ 867/98 QĐ-BYT)
STT Chỉ tiêu thử nghiệm Phương pháp Yêu cầu
1 Độ ẩm TCVN 5533-91 <0.50
2 pH TCVN 4835-02 6.70-7.20
3 Hàm lượng tro không tan trong
HCl (g/100g)
TCVN 5612-91 Không quy định
4 Hàm lượng Acid Acetic (g/100g). TCVN 5564-91 Không quy định
5 Hàm lượng Glutamate (g/100g) TCVN 5705-90 >99.00
6 Hàm lượng chì Pb (mg/kg). AOAC 96 (973.82) <2.00
7 Hàm lượng Asen As (mg/kg) AOAC 96 (993.14) <5.00
8 Tổng lượng vi khuẩn hiếu khí/g TCVN 5667-92 104
9 Coliform/g TCVN 4882-01 102
10 E.coli/g TCVN 5155-90 3
3.3.3. Sản xuất Lysin bằng phương pháp vi sinh
• Giới thiệu:
▫ Là aa “ không thay thế”
▫ Giúp chuyển hóa protein, tổng hợp 
hemoglobin, điều hòa hệ thần kinh, sinh dục 
nam, chuyển hóa axit nucleic, chuyển hóa 
canxi, dự trữ N
▫ Giảm độc tính của gossypol trong khô dầu bóng
▫ Tăng cường tiết dịch tiêu hóa 
▫ Trộn 0.1-0.4% lysine vào thức ăn, sẽ làm tăng 
hiệu quả sử dụng thức ăn, giảm chi phí thức ăn, 
tăng trọng, tăng khả năng chống đỡ bệnh tật
3.3.3. Sản xuất Lysin bằng phương pháp vi sinh
• Các phương pháp sản xuất lysine
▫ Phương pháp thu ̉y phân
▫ Phương pháp tô ̉ng hợp hóa học
▫ Phương pháp lên men
▫ Phương pháp chuyển hóa sinh ho ̣c
3.3.3. Sản xuất Lysin bằng phương pháp vi sinh
• Các phương pháp sản xuất lysine
▫ Phương pháp thủy phân
 Người ta dùng acid hoặc kiềm để thủy phân các nguyên liệu chứa 
nhiều protein. Cơ chất là bột mì, bột đậu nành, Protein từ máu, 
keratin
 Phương pháp này đơn giản dễ thực hiện nên được sử dụng rộng 
rãi
 Hiệu suất rất thấp, khó thực hiện, và khó điều khiển các thông số
 Vấn đề tinh sạch rất khó khăn nên dạng sản phẩm tạo ra sẽ nằm 
dưới dạng tổ hợp và ứng dụng làm thức ăn cho gia súc, gia cầm
 Cần thiết bị chịu acid hoặc chịu kiềm
 Giá thành sản phẩm cao 
3.3.3. Sản xuất Lysin bằng phương pháp vi sinh
• Các phương pháp sản xuất lysine
▫ Phương pháp tổng hợp hóa học
 Ưu điểm là sản xuất ổn định, có thể chuẩn hóa điều kiện 
sản xuất và hiệu suất
 Nhược điểm là tạo ra các đồng phân dạng D mà cơ thể
không thể sử dụng được nên vấn đề tách ra khó khăn
 Ứng dụng trong công nghệ hóa học hay là làm thức ăn 
cho 1 số loài gia cầm
3.3.3. Sản xuất Lysin bằng phương pháp vi sinh
• Các phương pháp sản xuất lysine
▫ Phương pháp lên men
 Nuôi cấy vi sinh vật trên môi trường thức ăn để lấy acid 
amine
 Đây là phương pháp thông dụng nhất, sản lượng và sản 
phẩm tạo ra có chất lượng cao hơn, giá thành sản phẩm rẻ
hơn
 Tận dụng được những nguồn cơ chất rẻ tiền , đơn giản
 Phương pháp tiến hành và điều khiển thông số dễ dàng
3.3.3. Sản xuất Lysin bằng phương pháp vi sinh
• Các phương pháp sản xuất lysine
▫ Phương pháp chuyển hóa sinh học
 Dùng những sinh khối của vi sinh vật để chuyển hóa 1 cơ chất thành 
sản phẩm thông qua 1 hay 2 phản ứng
 Vấn đề tinh sạch và điều khiển thông số khó hơn phương pháp lên 
men
 Khó thực hiện vì phản ứng có thể là nội bào hay ngoại bào nên không 
có cơ chế điều hòa của vi sinh vật
 Cơ chất tham gia phải có cấu tạo tương tự như sản phẩm. Nên phạm 
vi ứng dụng bị hạn chế
 Để khắc phục người ta kết hợp với phương pháp hóa học: tổng hợp ra 
các tiền thân của các acid amine sau đó dùng vi sinh vật để chuyển 
thành L- lysine
3.3.3. Sản xuất Lysin bằng phương pháp vi sinh
• Các VSV tổng hợp lysine :
▫ Có nhiều loài vi sinh vật có khả năng tổng hợp được Lysine: 
Corynebacterium acetophilum, Micrococcus glutamicum, 
Brevibacterium flavum, Brevibacterium lactofermentum, Bacillus 
methanolicus, Ustilago maydis, Torulopsis utilis, Bacillus 
megaterium, Aerobacter derogences, Escherichia coli, Streptomyces 
coloniformis, Mycobacterium tuberculosis,, Pseudomonas
fluorescens
▫ VSV dùng trong công nghiệp :
 Micrococcus glutamicum
 Brevibacterium flavum
 Brevibacterium lactofermentum
 Corynebacterium glutamicum
Corynebacterium 
glutamicum
Brevibacterium 
lactofermentum
3.3.3. Sản xuất Lysin bằng phương pháp vi sinh
• Con đường sinh tổng hợp lysine của vi khuẩn 
Corynebacterium glutamicum :
3.3.3. Sản xuất Lysin bằng phương pháp vi sinh
• Quy trình công nghệ:
3.3.3. Sản xuất Lysin bằng phương pháp vi sinh
• Hệ thống lên men:
3.3.3. Sản xuất Lysin bằng phương pháp vi sinh
• Hệ thống lọc:
3.3.3. Sản xuất Lysin bằng phương pháp vi sinh
• Sấy phun:
3.3.3. Sản xuất Lysin bằng phương pháp vi sinh
• Sản phẩm:
▫ Sản phẩm lysine dưới dạng bột
L - Lysine – HCl L- lysine sulphate
▫ Sản phẩm lysine dưới dạng thuốc bổ
Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật trong CNTP
3.4. Tổng hợp enzyme bằng phương pháp vi sinh
3.4.1. Phương pháp tổng hợp enzyme từ vi sinh 
3.4.2. Tổng hợp enzyme amylase
3.4.3. Tổng hợp enzyme protease
3.4.4. Tổng hợp pectinase
3.4.5. Tổng hợp cellulase
3.4.1. Phương pháp tổng hợp enzyme từ vi sinh 
• Nguyên tắc:
▫ Nuôi cấy tăng sinh khối chủng vi sinh vật có khả năng 
tổng hợp nhiều enzyme mong muốn trong môi trường 
dinh dưỡng thích hợp
▫ Tách chiết, tinh sạch enzyme từ sinh khối vi sinh vật
3.4.2. Tổng hợp enzyme amylase
• Giới thiệu
▫ QT thủy phân Tinh bột thành đường glucose dùng trong 
SX rượu, bia, giấy, thuộc da...
▫ Có thể dùng acid để thủy phân tinh bột, nhưng rất khó 
kiểm soát và tạo SP không mong muốn, không ATTP, 
giá thành lại cao
▫ Dùng amylase có nhiều ưu điểm: năng lượng xúc tác 
thấp, không yêu cầu cao về thiết bị, giảm chi phí tinh 
sạch
▫ Amylase có ở TV, ĐV và VSV VSV thích hợp nhất
3.4.2. Tổng hợp enzyme amylase
• PHÂN LOẠI
▫ Hiện nay có 6 loại Enzyme Amylase được xếp làm 2 nhóm:
 Endoamylase (Enzyme nội phân)
 Exoamylase (Enzyme ngoại phân)
3.4.2. Tổng hợp enzyme amylase
• Enzyme alpha-Amylase (EC3.2.1.1):
▫ M = 50.000 – 60.000 Dal
▫ Cắt lk 1,4 α-glucoside tại vị trí bất kỳ
▫ Chuỗi mạch acid amin có cấu trúc bậc 3 tương tự nhau:
3.4.2. Tổng hợp enzyme amylase
• Enzyme β-amylase (EC 3.2.1.2)
▫ Phổ biến ở thực vật, đặc biệt là hạt nảy mầm
▫ Thủy phân các liên kết 1,4 α-glucoside từng nhóm maltose 
từ đầu không khử của mạch tinh bột
▫ M ~  ... me amylase
• TH amylase từ VSV theo pp nuôi cấy bề sâu:
3.4.3. Tổng hợp enzyme protease
• Giới thiệu:
▫ Nhóm enzyme protease(peptit-hidrolase) xúc tác qt thủy 
phân lk peptit(-CO-NH-)n của protein, polypeptit thành axit 
amin
▫ Protease cũng có khả năng thủy phân liên kết ester và vận 
chuyển axit amin. 
3.4.3. Tổng hợp enzyme protease
• Phân loại protease
▫ Protease (peptidase) thuộc phân lớp 4 của lớp thứ 3 (E.C.3.4)
Peptidase (Protease)
(E.C.3.4)
Exopeptidase
(E.C. 3.4.11-17)
Endopeptidase 
(E.C. 3.4.21-99)
Aminopeptidase
Carboxypeptidase
Serine proteinase
Cystein proteinase
Aspartic proteinase
Metallo proteinase
3.4.3. Tổng hợp enzyme protease
• Phân loại protease: Protease được phân chia thành hai 
loại: Endopeptidase và exopeptidase.
▫ Exopeptidase: Dựa vào vị trí tác động trên mạch 
polypeptide, exopeptidase được phân chia thành hai loại:
 Aminopeptidase: xúc tác thu ̉y phân liên kết peptide ở đầu 
N tự do của chuỗ̉i polypeptide để giải phóng ra một amino 
axit, một dipeptide hoặc một tripeptide.
 Cacboxypeptidase: xúc tác thủy phân liên kết peptide ở 
đầu C của chuô ̃i polypeptide và giải phóng ra một amino 
axit hoặc một dipeptide.
3.4.3. Tổng hợp enzyme protease
• Phân loại protease:
▫ Endopeptidase: Dựa vào động học cu ̉a cơ chế xúc tác, 
endopeptidase được chia thành 4 nhóm:
 Serin proteinase: chứa nhóm –OH cu ̉a gốc Serin trong 
trung tâm hoạt động, gồm chymotrypsin và subtilisin, 
hoạt động mạnh ở pH kiềm
 Cyteine proteinase: chứa nhóm –SH trong trung tâm 
hoạt đô ̣ng, gồm papayin,bromelin...
 Aspartic proteinase: chứa nhóm -COOH, gồm pepsin, 
chymosin, cathepsin, renin..., pH trung tính.
 Metallo proteinase: chứa KL, pH trung tính và hoạt độ
giảm mạnh dưới tác dụng của EDTA
3.4.3. Tổng hợp enzyme protease
• Phân loại protease:
▫ Ngoài ra, protease được phân loại một cách 
đơn giản hơn thành 3 nhóm:
 Protease acid: pH 2-4 
 Protease trung tính: pH 7-8
 Protease kiềm: pH 9-11
3.4.3. Tổng hợp enzyme 
protease
• Nguồn thu nhận enzym protease:
▫ Nguồn thực vật:
 Papain thu được từ nhựa của lá, thân, 
quả đu đủ (Carica papaya)
 Bromelain thu từ quả, chồi dứa, vỏ
dứa (Pineapple plant). dùngchống lại 
hiện tượng tủa trắng của bia khi làm 
lạnh (chilling proofing) và trong công 
nghệ làm mềm thịt
 Ficin thu được từ nhựa cây cọ (Ficus 
carica)
3.4.3. Tổng hợp enzyme 
protease
• Nguồn thu nhận enzym protease:
▫ Nguồn động vật
 Tụy tạng: Trypsin, chymotrypsin
 Dạ dày bê: renin dùng trong công 
nghệ phomat, biến đổi cazein thành 
paracazein gây đông tụ sữa
3.4.3. Tổng hợp enzyme protease
• Nguồn thu nhận enzym protease:
▫ Nguồn vi sinh vật
 Vi khuẩn: Bacillus subtilis, B. mesentericus, 
B. thermorpoteoliticus và một số giống 
Clostridium
 Nấm mốc: Aspergillus oryzae, A. terricola, A. 
fumigatus, A. saitoi, Penicillium 
chysogenum, A. candidatus, P. cameberti, P. 
roqueforti 
 Xạ khuẩn: Streptomyces grieus, S. fradiae, S. 
Trerimosus... 
3.4.3. Tổng hợp enzyme protease
• Thu nhận enzym bromelin từ cây dứa:
Tinh sạch
Sấy khô
Ly tâm
Kết tủa
Chế phẩm 
bromelin thô
Dịch ly 
tâm
Ly tâm
Dịch 
lọc
Chiết lọc
Xay nhuyễn
Quả, thân,chồi
Sản phẩm enzym 
tinh khiết
3.4.3. Tổng hợp enzyme protease
• Thu nhận enzyme pepsin từ dạ dày heo:
Dạ dày heo (mới mổ, 
tươi)
Bóc màng nhầy
Xay bằng máy nghiền
Cân chính xác một 
lượng màng nhầy
Dung dich tự phân 
tách mỡ
Lọc dung dịch
Kết tủa
Ly tâm kết tủa
Sấy nhẹ ở 30-
35
Nghiền nhuyễn
Phế phẩm 
pepsin thô 
Tinh bột hòa tan
3.4.3. Tổng hợp enzyme protease
• Tổng hợp enzyme protease Bacillus subtilis
▫ Giai đoạn nuôi cấy và thu canh trường Protease
3.4.3. Tổng hợp enzyme protease
• Tô ̉ng hợp enzyme protease Bacillus subtilis
▫ Quá trình tinh sạch enzym
3.4.4. Tổng hợp pectinase
• Pectin
▫ Pectin là polysaccharide dị thể, chủ yếu là một mạch chính 
gồm các gốc acid –α–D–1,4 galacturonic, liên kết với nhau 
bằng liên kết 1,4–O glucozic; còn gọi là acid 
polygalacturonic hay acid pectic
▫ Pectine hòa tan trong tự nhiên là ester metylic của acid 
pectic
▫ Trong thực tế không phải tất cả các nhóm –COOH ở C6 của 
đường galactose cũng bị metyl hóa (tạo ester metylic), mà 
đôi khi một số nhóm –COOH bị decacboxyl hóa (khử CO2), 
một số nhóm –COOH thay thế -H bằng kim loại, cũng có lúc 
giữ nguyên dạng –COOH 
▫ Protopectine được cho rằng là hợp chất giữa pectine và 
araban, galactose hay tinh bột
3.4.4. Tổng hợp pectinase
• Phân loại:
▫ Theo nhóm methoxyl có trong phân tử:
 HMP (High Methoxyl Pectin): Nhóm có chi số methoxyl cao 
(HMP): MI >7%, trong phân tử pectin có trên 50% các nhóm 
acid bị ester hoá (DE >50%)
 LMP (Low Methoxyl Pectin): Nhóm có chỉ số methoxyl thấp: 
MI < 7 %, khoảng từ 3 – 5%, trong phân tử pectin có dưới 50% 
các nhóm acid ị ester hoá (DE ≤ 50%)
▫ Theo khả năng hoà tan trong nước
 Pectin hoà tan (methoxyl polygalacturonic): Pectin hoà tan là 
polysaccharide cấu tạo bởi các gốc acid galacturonic trong đó 
một gốc acid có chưa nhóm thế methoxyl
 Pectin không hoà tan (protopectin): là dạng kết hợp của pectin 
với araban (polysaccharide ở thành tế bào)
3.4.4. Tổng hợp pectinase
• Pectin
3.4.4. Tổng hợp pectinase
• Enzyme pactinase:
▫ Enzyme pectinase là enzym xúc tác sự phân hủy các 
polyme pectin. Sản phẩm tạo thành : acid galacturonic, 
galactose, arabinose, metanol 
▫ Enzyme pectinase có ở thực vật bậc cao và các sản phẩm 
của vi sinh vật. Ở thực vật bậc cao : có nhiều trong lá, 
khoai tây, chanh, cỏ chẻ ba, trong các loại quả thường có 
enzyme pectinesterase
▫ Sự phân hủy pectin trong tự nhiên thường xảy ra khi 
trái cây chín. Vì vậy enzym pectinase có vai trò hết sức 
quan trọng trong quá trình bảo quản trái cây và rau quả
3.4.4. Tổng hợp pectinase
• Enyme pactinase:
3.4.4. Tổng hợp pectinase
• Phân loại theo cơ chế tác dụng
▫ Pectinemathyllestarase là các enzyme xúc tác sự thủy 
phân liên kết este trong phân tử pectine hay acid 
pectinic. Khi toàn bộ các nhóm metoxyl đều bị tách ra 
khỏi cơ chất thì sản phẩm tạo thành là methanol và các 
acid polygalacturonic. Sự thủy phân chỉ xảy ra ở các liên 
kết este trong phân tử pectine và acid polygalacturonic 
có thể bị thủy phân một phần hoặc hoàn toàn.
▫ Polygalacturonaselà các enzyme xúc tác sự thủy phân 
liên kết 1-4 glucozic trong phân tử pectine có nhiều 
polygalacturonase có tính đặc hiệu rất khác nhau:
3.4.4. Tổng hợp pectinase
• Phân loại:
▫ Polymethulgalacturonase: là enzyme tác dụng trên acid 
polygalacturonic đã được metoxyl hóa, chia làm 2 dạng 
nhỏ:
 Endo-glucosidase-polymethylesterase kiểu I xúc tác sự
thủy phân liên kết glucozic nội mạch của các phân tử acid 
polygalacturonic được este hóa ở mức độ cao
 Exo-glucosidase-polymethylesterase kiểu III: xúc tác thủy 
phân liên kết glucozic ở đầu mạch để tách từng gốc acid 
galacturonic ra khỏi phân tử pectine ,bắt đầu từ không 
khử. Enzyme này có ái lực với gốc galacturonic đã metoxyl 
hóa 
3.4.4. Tổng hợp pectinase
• Phân loại theo cơ chế tác dụng
▫ Polymethulgalacturonase: là enzyme tác dụng trên acid 
polygalacturonic đã được metoxyl hóa, chia làm 2 dạng 
nhỏ:
 Endo-glucosidase-polymethylesterase kiểu I xúc tác sự
thủy phân liên kết glucozic nội mạch của các phân tử acid 
polygalacturonic được este hóa ở mức độ cao
 Exo-glucosidase-polymethylesterase kiểu III: xúc tác thủy 
phân liên kết glucozic ở đầu mạch để tách từng gốc acid 
galacturonic ra khỏi phân tử pectine ,bắt đầu từ không 
khử. Enzyme nay có ái lực với gốc galacturonic đã metoxyl 
hóa 
3.4.4. Tổng hợp pectinase
• Phân loại:
▫ Polygalactuironase là các enzyme tác dụng chủ yếu lên 
các axit pectic (acid polygalacturonic không bị este 
hóa) và acid pectinic (các acid polygalactironic bị este 
hóa ở mức độ thấp), gồm 2 dạng nhỏ :
 Endo –glucosidase-polygalacturonase kiểu II: xúc tác sự
thủy phân liên kết glucozic ở giữa mạch các phân tử acid 
pectic và acid pectinic. Các enzyme này tác dụng ở vị trí 
liên kết đầu nhóm cacboxyl tự do
 Exo- glucosidase- polygalacturonase kiểu IV: xúc tác sự
thủy phân các liên kết glucozit ở đầu mạch của acid pectic 
và acid pectinic. Enzyme này có ái lực với các liên kết 
glucozic ở đầu mạch gần với nhóm cacboxyl tự do
3.4.4. Tổng hợp pectinase
• Nguồn gốc thu nhận
▫ Từ thực vật: Pectinase có nhiều trong lá, than, củ và quả
thực vật như: củ khoai tây, củ cà rốt, trong quả cafê, quả
táo, vỏ cam, vỏ bưởi nhưng chỉ có enzyme pectinsterase
▫ Từ VSV: VSV phân giải pectine hầu như có mặt ở các đại 
diện nấm mốc, nấm men, vi khuẩn như:
 Nấm mốc: Asp.niger, Asp oryase, Asp.terreus, Asp.saito, 
Asp.japonicus
 Nấm men: Sac.ellipsoideus, Sac.fragilis, Sac.ludwigii 
 Vi khuẩn: Bac.polymixa, Bac.felseneus, Clostridium 
roseum
3.4.4. Tổng hợp pectinase
• Thu nhận:
▫ Hiện nay người ta thu nhận pectinase chủ yếu từ
VSV
▫ Có hai phương pháp thu nhận chế phẩm thu 
nhận chế phẩm pectinase:
 Thu nhận chế phẩm pectinase từ canh trường bề
mặt
 Thu nhận chế phẩm enzyme từ canh trường bề sâu
3.4.4. Tổng hợp pectinase
• Thu nhận chế phẩm pectinase từ canh trường bề mặt
Giống vsv
Hấp khử trùng
Cấy vào mt Nhân giống
Nuôi cấy trong 36h
Thu nhận Ezyme thô
Để nguội
Hấp khử trùng
Để nguội
Phối vào dụng cụ
Dụng cụ 
nuôi cấy Môi trường
3.4.4. Tổng hợp pectinase
• Thu nhận chế phẩm enzyme từ canh trường bề sâu
3.4.4. Tổng hợp pectinase
• Ứng dụng của enzyme pectinase:
▫ Làm trong nước quả
 Syrup quả
 Nước quả đục
▫ Sản xuất rượu vang: cải thiện kết tủa màu và ổn 
định các loại rượu vang đỏ
▫ Trích ly dược liệu: khử pectin có trong dược liệu tạo 
điều kiện trích ly nội chất nhanh hơn và trích ly sau 
thời gian bảo quản không bị vẫn đục
3.4.5. Tổng hợp cellulase
3.4.5. Tổng hợp cellulase
• Khái niệm:
▫ Cellulose là thành phần cơ bản của tế bào thực vật, người và 
động vật không có khả năng phân giải cellulose. Nó chỉ có 
giá trị làm tăng tiêu hóa, nhưng với lượng lớn nó trở nên vô 
ích hay cản trở tiêu hóa
• Chế phẩm cellulase thường dùng để:
▫ Tăng chất lượng thực phẩm và thức ăn gia súc.
▫ Tăng hiệu suất trích ly các chất từ nguyên liệu thực vật.
▫ Tăng độ hấp thu, nâng cao phẩm chất về vị và làm mềm 
nhiều loại thực phẩm thực vật. Đặc biệt là đối với thức ăn cho 
trẻ con
▫ Xử lý các loại rau quả như bắp cải, hành, cà rốt, khoai tây, 
táo và lương thực như gạo, chè, các loại tảo biển
▫ Hỗ trợ qt đường hóa trong sản xuất bia
3.4.5. Tổng hợp cellulase
• Phân loại enzyme cellulase
Dựa trên phương thức thủy phân và đặc điểm cấu trúc:
▫ Endoglucanase hoặc 1,4-β-Dglucan-4-glucanohydrolase (EC 
3.2.1.4), phân cắt tại vị trí vô định hình bên trong phân tử
cellulose tạo ra các chuỗi oligosaccharide
▫ Exoglucanase, bao gồm 1,4-β-D-glucan glucanohydrolase 
(cellodextrinase) (EC 3.2.1.74) và 1,4-β-Dglucan 
cellobiohydrolase (cellobiohydrolase) (EC 3.2.1.91). 
Exoglucanase phân cắt từ đầu khử hoặc không khử của chuỗi 
cellulose tạo ra sản phẩm chính glucose hay cellobiose. 
Exoglucanase hoạt động chủ yếu trên vùng cellulose tinh thể
▫ β-glucosidase hoặc β-glucoside glucohydrolase (EC3.2.1.21). 
Thủy phân cellodextrin hòa tan và cellobiose thành glucose
3.4.5. Tổng hợp cellulase
• Cấu trúc của enzyme cellulase
▫ Cellulase là một cấu trúc nhiều đơn vị bao gồm vị trí 
liên kết và thủy phân carbonhydrate (CBD)
▫ CBD là tiểu phần có trong cấu trúc của cellulases và 
được phân chia thành 54 họ khác nhau
▫ Chức năng chủ yếu của CBD gắn kết vùng xúc tác vào 
cellulose tinh thể
▫ Sự gắn kết đưa vùng xúc tác lại gần vùng cellulose tinh 
thể cho sự thủy giải hiệu quả
▫ Một vài CBD khác ưu tiên gắn kết với vùng cellulose vô 
định hình
3.4.5. Tổng hợp cellulase
• Tính chất của enzyme cellulase
▫ Enzyme cellulase thủy phân cellulose tự nhiên và các 
dẫn xuất như carboxymethyl cellulase (CMC) hoặc 
hydroxyethyl cellulase (HEC)
▫ Cellulase cắt liên kết β - 1,4 – glucosid trong cellulose, 
lichenin và các β – D – glucan của ngũ cốc
▫ Độ bền và tính đặc hiệu cơ chất có thể khác nhau
▫ Cellulase hoạt động ở pH từ 3-7, nhưng pH tối thích 
trong khoảng 4-5
▫ Nhiệt độ tối ưu từ 40- 50oC
▫ Hoạt tính cellulase bị phá hủy hoàn toàn ở 80o C trong 
vòng 10-15 phút
3.4.5. Tổng hợp cellulase
• Cơ chế thuỷ phân cellulose của enzyme cellulase
3.4.5. Tổng hợp cellulase
• VSV tổng hợp enzyme cellulase
▫ Các loài vi khuẩn có khả năng phân giải cellulose mạnh 
trong dạ cỏ:
 Ruminococcus albus.
 Ruminococcus flavefaciens
 Buturivibrio fibrisolvens – Ruminobacter parum
 Cillbacterium – cellulosolvens
 Các vi khuẩn thuộc loài Bacteroides và Clostridium như: 
amylophilus, Bac. Succinogenes, Bac. Amylo-gense
3.4.5. Tổng hợp cellulase
• VSV tổng hợp enzyme cellulase
▫ Trong môi trường:
 Cellulase từ vi khuẩn: Pseudomonas fluorescens ; Acetobacter 
xyli-num; Cytophaga Sporocytophaga – myxococcoides; 
Cellvibrio gilvus, cellvibrio fulvus.
 Cellulase từ xạ khuẩn như : Actimimyces coelicolor; Act. Sulfureus, 
Act. Cellulosae, Act. Diastaticus, Act. hydroscopicus; Act. 
Themofuscus, Act. bovis, Act. flavochromogenes, 
Thermonosporacurvala
 Cellulase từ nấm: Asp. Flavus; Asp. Niger; Asp. Oryzae; 
Asp.Terreus; Asp. Amstelodamy; Asp. Fumigatus;Chaetomium 
globosum; chaeelatum; chae. Fumicolum; Mucor pusillus; 
Penicillium notatum, Pen. Variabite; Pen. Pusillum; Tricoderma 
koningi; Tr-lignorum Tr. Viride; Sporotrichum pruinosum; Myro 
thecium verrucaris; Chrysosporium lignorum
3.4.5. Tổng hợp cellulase
• Các phương pháp thu hồi enzymee cellulase từ vi 
sinh vật được sử dụng chủ yếu là phương pháp lên 
men rắn (SSF), phương pháp lên men lỏng (SmF),...
▫ Phương pháp lên men lỏng SmF (lên men ngập nước)
▫ Phương pháp lên men rắn SSF
3.4.5. Tổng hợp cellulase
• Phương pháp lên men lỏng SmF (lên men ngập nước)
▫ SmF (Submerged Fermentation) là phương pháp lên men 
trong môi trường lỏng là sự nuôi cấy vi sinh vật trong nước có 
chứa các chất dinh dưỡng
▫ Ưu điểm:
 Đo các thông số trong quá trình dễ dàng hơn so với quá trình lên men 
rắn
 Tế bào vi khuẩn và nấm men được phân bố đều khắp môi trường
 Có hàm lượng nước cao, là điều kiện lý tưởng cho vi khuẩn
▫ Nhược điểm:
 Chi phí cao do môi trường dinh dưỡng đắt tiền
 Lò phản ứng lớn làm chiếm diện tích, khó kiểm soát sự hoạt động của 
các vi sinh vật
 Nguy cơ ô nhiễm cao do lượng nước thải ra môi trường sau quá trình 
nuôi cấy
3.4.5. Tổng hợp cellulase
• Phương pháp lên men lỏng SmF (lên men ngập nước)
3.4.5. Tổng hợp cellulase
• Phương pháp lên men rắn SSF
▫ SSF (Solid State Fermentation) là quá trình lên men xảy ra 
trong môi trường không hoặc gần như không có nước tự do
▫ Ưu điểm
 Hiệu quả không gian lớn: cùng một thể tích lên men rắn, sử dụng được 
một khối lượng cơ chất 4-5 lần lên men lỏng
 Môi trường rắn dễ bảo quản.
 Lượng nước ít nên tiêu hao năng lượng cho việc khử trùng và xử lý SP 
ít
 Hoạt tính nước thấp, ít bị nhiễm
 Đòi hỏi thiết bị và kỹ thuật đơn giản
 Năng suất cao
▫ Nhược điểm
 Sự truyền nhiệt bị hạn chế làm ảnh hưởng đến sự khuếch tán qua bề
mặt
 Tính đồng nhất khi cấy, vi sinh vật phát triển không đồng đều, cách 
khắc phục khó do khối lượng lên men lớn
3.4.5. Tổng hợp cellulase
• Phương pháp lên men rắn SSF
for Your attention