BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HCM
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC
**************
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NUÔI CẤY BACILLUS SUBTILIS
THU NHẬN α-AMYLASE VÀ ỨNG DỤNG
TRONG SẢN XUẤT DEXTRIN
Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Niên khóa: 2003 - 2007
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THANH THỦY
Thành phố Hồ Chí Minh
- 2007 -
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HCM
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC
**************
NUÔI CẤY BACILLUS SUBTILIS
THU NHẬN α-AMYLASE VÀ ỨNG DỤNG
TRONG SẢN XUẤT DEXTRIN
Giáo viên hƣớng dẫn:
Trƣơng Phƣớc Thiên Hoàng
Nguyễn Nhƣ Nhứt
Thành phố Hồ Chí Minh
- 2007 -
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Thanh Thủy
iii
LỜI CẢM ƠN
Xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến ba mẹ, ngƣời đã luôn trăn trở, lo lắng và động
viên để tôi có đƣợc ngày hôm nay.
Xin tỏ lòng biết ơn đến tất cả quý thầy cô đã truyền đạt kiến thức cho tôi
trong suốt quá trình học tại trƣờng.
Xin đƣợc gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến chị Trƣơng Phƣớc Thiên
Hoàng và anh Nguyễn Nhƣ Nhứt đã tận tình hƣớng dẫn, động viên tôi trong thời
gian thực hiện khóa luận.
Cảm ơn các anh và các bạn tại phòng sinh hóa ứng dụng của trƣờng Đại học
Khoa Học Tự Nhiên đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong thời gian thực
tập tốt nghiệp.
Cảm ơn Hồng Vy và Phƣơng Uyên, hai ngƣời bạn thân nhất của tôi đã chia
xẻ và giúp đỡ tôi trong 4 năm học tại trƣờng.
iv
TÓM TẮT
Nguyễn Thanh Thủy, Đại học Nông Lâm TP. HCM
Đề tài nghiên cứu “Nuôi cấy Bacillus subtilis thu nhận α-amylase và ứng dụng
trong sản xuất dextrin”, thực hiện tại phòng sinh hóa và ứng dụng của trƣờng Đại
học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM từ 19/03/2007 – 19/07/2007.
GVHD: ThS. Trƣơng Phƣớc Thiên Hoàng
ThS. Nguyễn Nhƣ Nhứt
Đối tƣợng nghiên cứu là α-amylase của Bacillus subtilis
Chúng tôi sử dụng phƣơng pháp Lowry định lƣợng protein hoà tan trong nƣớc,
phƣơng pháp Heinkel xác định hoạt độ α-amylase để khảo sát thời gian nuôi cấy, tỷ
lệ tủa α-amylase bằng cồn 96% và (NH4)2SO4, khảo sát một số yếu tố ảnh hƣởng
đến khả năng thủy phân tinh bột tạo dextrin của chế phẩm α-amylase.
Kết quả thu đƣợc nhƣ sau:
- Thời gian nuôi cấy Bacillus subtilis thích hợp để thu α-amylase là 48 giờ.
- Tỷ lệ tủa α-amylase bằng cồn 96% tốt nhất là 1 thể tích dịch chiết enzyme
và 3 thể tích cồn. Thời gian tủa là 15 phút.
- pH và nhiệt độ tối ƣu cho phản ứng thủy phân của chế phẩm α-amylase là
6,0 và 55oC.
- Lƣợng dextrin thu đƣợc nhiều nhất từ sự thủy phân bột năng 10%.
v
ABSTRACT
NGUYEN THANH THUY, Nong Lam University of HCM city
Graduating thesis topic: “α-amylase production by Bacillus subtilis solid state
fermentation and dextrin production application”. This thesis was carried out at
biochemistry and application room of Natural Science University HCMC from
03/2007 to 09/2007.
We used α-amylase activity measurement method (Heinkel) and protein
concentration determination method (Lowry) to investigate fermentation time, αamylase precipitation by 96% ethanol and solid ammonium sulfate. After
recovering α-amylase from fermented medium we examined starch hydrolysis
ability and dextrin production of α-amylase product.
Result experiments showed that:
-
α-amylase activity was hightest at 48h incubation.
-
Precipiating α-amylase by 96% ethanol was better than solid ammonium
sulfate and suitable volume ratio of extracted enzyme and ethanol for
precipitation was 1:3.
-
Optimum temperature and pH for hydrolysis of purified α-amylase were
respective 55 degree C and 6,0.
-
α-amylase had the most effective hydrolysis in 10% cassava starch fluid.
vi
MỤC LỤC
TRANG
Lời cảm ơn ................................................................................................................ iii
Tóm tắt ....................................................................................................................... iv
Abstract ....................................................................................................................... v
Mục lục ....................................................................................................................... vi
Danh sách các chữ viết tắt .......................................................................................... ix
Danh sách các hình...................................................................................................... x
Danh sách các bảng .................................................................................................... xi
Danh sách các sơ đồ ..................................................................................................xii
Danh sách các đồ thị .................................................................................................xii
Danh sách các biểu đồ ...............................................................................................xii
Chƣơng 1. MỞ ĐẦU ................................................................................................. 1
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................. 1
1.2. MỤC ĐÍCH...................................................................................................... 2
1.3. YÊU CẦU ........................................................................................................ 2
Chƣơng 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..................................................................... 3
2.1. BACILLUS SUBTILI ....................................................................................... 3
2.1.1. Đặc điểm vi khuẩn .................................................................................... 3
2.1.2. Phân loại ................................................................................................... 6
2.1.3. Bộ gen ....................................................................................................... 6
2.1.4. Ứng dụng .................................................................................................. 7
2.2. ALPHA-AMYLASE ....................................................................................... 8
2.2.1. Khái niệm ................................................................................................. 8
2.2.2. Phân loại, danh pháp ................................................................................ 8
2.2.3. Cấu trúc phân tử ....................................................................................... 8
2.2.4. Tính chất ................................................................................................... 9
2.2.5. Cơ chế xúc tác ........................................................................................ 10
2.2.6. Ứng dụng ................................................................................................ 11
2.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP NUÔI CẤY VI SINH VẬT ..................................... 12
vii
2.3.1. Nuôi cấy bề mặt ...................................................................................... 12
2.3.2. Nuôi cấy chìm ........................................................................................ 12
2.4. TÁCH VÀ LÀM SẠCH ENZYME .............................................................. 13
2.5. DEXTRIN ...................................................................................................... 13
2.5.1. Phân loại ................................................................................................. 14
2.5.2. Tính chất ................................................................................................. 14
2.5.2.1. Độ nhớt ........................................................................................ 15
2.5.2.2. Độ pH .......................................................................................... 16
2.5.2.3. Tuổi của dung dịch dextrin .......................................................... 16
2.5.2.4. Độ hòa tan.................................................................................... 16
2.5.2.5. Màu sắc ........................................................................................ 16
2.5.3. Quy trình sản xuất dextrin ...................................................................... 17
2.5.4. Ứng dụng ................................................................................................ 18
Chƣơng 3. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP ....................................................... 19
3.1. THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM ......................................................................... 19
3.2. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU ........................................................................... 19
3.3. PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM................................................................... 20
3.3.1. Xác định mật độ tế bào ........................................................................... 20
3.3.2. Khảo sát thời gian nuôi cấy thích hợp .................................................... 20
3.3.3. Khảo sát tỷ lệ tủa enzyme bằng cồn 96% .............................................. 20
3.3.4. Khảo sát tỷ lệ tủa enzyme bằng (NH4)2SO4 ................................................................. 21
3.3.5. Khảo sát thời gian tủa enzyme bằng cồn 96% ....................................... 21
3.3.6. Khảo sát một số yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng thủy phân của
α-amylase.......................................................................................................... 22
3.3.6.1. Nhiệt độ ...................................................................................... 22
3.3.6.2. pH ............................................................................................... 22
3.3.7. Khảo sát tỷ lệ cồn thích hợp thu dextrin ................................................ 22
3.3.8. Khảo sát khả năng thủy phân của chế phẩm α-amylase với các
nguồn tinh bột. ..................................................................................................... 22
3.3.8.1. Khảo sát khả năng thủy phân với các nguồn tinh bột ................. 22
3.3.8.2. Khảo sát nồng độ tinh bột thích hợp. ......................................... 23
3.4. PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU .............................................................. 23
viii
Chƣơng 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................. 24
4.1. KẾT QUẢ KHẢO SÁT THỜI GIAN NUÔI CẤY ....................................... 24
4.2. KẾT QUẢ TINH SẠCH α-AMYLASE BẰNG CỒN 96% VÀ
(NH4)2SO4 ............................................................................................................ 25
4.2.1. Kết quả tỷ lệ tủa enzyme bằng cồn 96% ................................................ 24
4.2.2. Kết quả tỷ lệ tủa enzyme bằng (NH4)2SO4 ............................................ 27
4.3. KẾT QUẢ KHẢO SÁT THỜI GIAN TỦA ENZYME BẰNG CỒN 96% .. 28
4.4. KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN KHẢ
NĂNG THỦY PHÂN CỦA α-AMYLASE.......................................................... 29
4.4.1. Nhiệt độ .................................................................................................. 29
4.4.2. pH ........................................................................................................... 30
4.5. KẾT QUẢ KHẢO SÁT TỶ LỆ CỒN THÍCH HỢP THU DEXTRIN ......... 31
4.6. KẾT QUẢ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG THỦY PHÂN CỦA CHẾ PHẨM
α-AMYLASE VỚI CÁC NGUỒN TINH BỘT .................................................. 32
4.7. KẾT QUẢ KHẢO SÁT NỒNG ĐỘ BỘT NĂNG VÀ THỜI GIAN
THỦY PHÂN HỒ BỘT NĂNG BẰNG CHẾ PHẨM α-AMYLASE ................. 32
Chƣơng 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .................................................................. 37
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 38
PHỤ LỤC
ix
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
B. subtilis
Bacillus subtilis
GH
Glycosidic Hydrolase
EC
Enzyme Commission
DAP
Diamoni Phosphate
MW
Molecular Weight
Da
Dalton
DE
Dextrose equivalent
CT
Canh trƣờng
dOD
Delta optical density
DCE
Dịch chiết enzyme
CPE
Chế phẩm enzyme (đã sấy khô)
CP tƣơi
Chế phẩm enzyme tƣơi
UI
Unit International
x
DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH
TRANG
Hình 2.1. Hình thái Bacillus subtilis ........................................................................... 3
Hình 2.2. Bacillus subtilis đang trong giai đoạn tạo bào tử ........................................ 4
Hình 2.3. Khuẩn lạc B. subtilis trên thạch đĩa............................................................. 4
Hình 2.4. Cấu trúc không gian của α-amylase ........................................................... 9
Hình 2.4. Vị trí cắt của α-amylase trên phân tử tinh bột ........................................... 11
Hình 2.5. Dextrin ....................................................................................................... 14
Hình 4.1. Môi trƣờng bán rắn trƣớc khi nuôi cấy .................................................... 25
Hình 4.2. Canh trƣờng nuôi cấy sau 48 giờ .............................................................. 25
Hình 4.3. Ảnh hƣởng của pH lên hoạt độ của α-amylase ......................................... 30
Hình 4.4. Chế phẩm α-amylase ................................................................................. 36
Hình 4.5. Chế phẩm dextrin ...................................................................................... 36
xi
DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG
TRANG
Bảng 2.1. Một số phản ứng sinh hoá của B. subtilis .................................................. 5
Bảng 2.2. phân loại của Bacillus subtilis ................................................................... 6
Bảng 2.3. Một số tính chất của dextrin ..................................................................... 15
Bảng 4.1. Ảnh hƣởng của thời gian nuôi cấy lên hoạt độ α-amylase ....................... 24
Bảng 4.2. Ảnh hƣởng của tỷ lệ cồn 96% lên hoạt độ α-amylase ............................. 26
Bảng 4.3. Ảnh hƣởng của (NH4)2SO4 lên hoạt độ α-amylase ................................... 27
Bảng 4.4. Ảnh hƣởng của thời gian tủa cồn 96% lên hoạt độ α-amylase ................ 28
Bảng 4.5. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên hoạt độ của α-amylase................................. 29
Bảng 4.6. Ảnh hƣởng của pH lên hoạt độ của α-amylase ......................................... 30
Bảng 4.7. Lƣợng dextrin thu đƣợc ở các tỷ lệ cồn 96% ........................................... 31
Bảng 4.8. Dextrin tạo thành do α-amylase thủy phân tinh bột 10% ......................... 32
Bảng 4.9. Hiệu suất thu dextrin ................................................................................. 33
Bảng 4.10. Hiệu suất thu dextrin khi thủy phân bột năng 10% ................................ 33
Bảng 4.11. Hiệu suất thu dextrin khi thủy phân bột năng 15% ................................ 34
Bảng 4.12. Hiệu suất thu dextrin khi thủy phân bột năng 20% ................................ 35
xii
DANH SÁCH CÁC SƠ ĐỒ
SƠ ĐỒ
TRANG
Sơ đồ 2.1. Tóm tắt qui trình điều chế dextrin từ tinh bột .......................................... 17
DANH SÁCH CÁC ĐỒ THỊ
ĐỒ THỊ
TRANG
Đồ thị 4.1. Ảnh hƣởng của thời gian nuôi cấy lên hoạt độ α-amylase ...................... 25
Đồ thị 4.2. Ảnh hƣởng của tỷ lệ cồn 96% lên hoạt độ α-amylase ............................ 26
Đồ thị 4.3. Ảnh hƣởng của (NH4)2SO4 lên hoạt độ α-amylase ................................. 27
Đồ thị 4.4. Ảnh hƣởng của thời gian tủa cồn 96% lên hoạt độ α-amylase .............. 28
Đồ thị 4.5. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên hoạt độ của α-amylase ............................... 29
Đồ thị 4.6. Ảnh hƣởng của pH lên hoạt độ của α-amylase ....................................... 31
DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ
BIỂU ĐỒ
TRANG
Biểu đồ 4.1. Lƣợng dextrin thu đƣợc từ các tỷ lệ cồn 96% ...................................... 31
Biểu đồ 4.2. Khối lƣợng dextrin thu đƣợc khi thủy phân hồ tinh bột 10% .............. 32
Biểu đồ 4.3. Khối lƣợng dextrin thu đƣợc khi thủy phân hồ bột năng 10% ............. 34
Biểu đồ 4.4. Khối lƣợng dextrin thu đƣợc khi thủy phân hồ bột năng 15% ............. 34
Biểu đồ 4.5. Khối lƣợng dextrin thu đƣợc khi thủy phân hồ bột năng 20% ............. 35
1
Chƣơng 1
MỞ ĐẦU
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, α-amylase là một trong những enzyme đƣợc sử dụng rộng rãi
trong nhiều lĩnh vực nhƣ công nghiệp thực phẩm, chăn nuôi thú y, chẩn đoán
bệnh…Trong công nghiệp thực phẩm, α-amylase đóng vai trò đặc biệt quan trọng.
Thông qua sự thủy phân tinh bột, α-amylase tạo ra những sản phẩm có giá trị dinh
dƣỡng nhƣ dextrin, maltose, glucose…
Trƣớc đây, ngƣời ta thu nhận α-amylase từ malt là chủ yếu. Ngày nay, với
nền công nghiệp phát triển mạnh kéo theo nhu cầu về α-amylase tăng cao nên việc
áp dụng những kỹ thuật tiến bộ trong nuôi cấy vi sinh vật để thu dễ dàng hơn với
lƣợng lớn α-amylase là rất cần thiết.
Dextrin là sản phẩm do sự thủy phân tinh bột của α-amylase. Ngoài giá trị
dinh dƣỡng, dextrin còn là một trong những yếu tố cải thiện tính chất, cảm quan của
thực phẩm. Vì vậy, dextrin ngày càng đƣợc sử dụng phổ biến trong chế biến thực
phẩm và công nghiệp bánh kẹo.
Sản xuất dextrin từ tinh bột có thể dùng acid hay enzyme. Tuy nhiên, sản
xuất dextrin bằng acid có rất nhiều hạn chế là khó định hƣớng sản phẩm do tác dụng
không đặc hiệu của acid lên nguyên liệu, độc hại nên đòi hỏi phải có trang thiết bị
đắt tiền, lƣợng acid dƣ gây hƣ hỏng thiết bị và làm ô nhiễm môi trƣờng. Mặc khác,
dextrin thành phẩm có màu và vị đắng.
Việc sử dụng α-amylase thay thế cho acid trong các qui trình sản xuất
dextrin sẽ khắc phục đƣợc những hạn chế trên.
2
Dextrin thu đƣợc nhờ α-amylase sau khi sấy phun có màu trắng, pH trung
tính, ít ngọt, sạch khuẩn, khoáng và chất hữu cơ nên rất thích hợp sử dụng trong
nhiều ngành công nghiệp và trong y dƣợc.
Từ thực tiễn trên chúng tôi tiến hành đề tài “Nuôi cấy Bacillus subtilis thu
nhận α-amylase và ứng dụng trong sản xuất dextrin”.
1.2. MỤC ĐÍCH
Thu nhận α-amylase, xác định điều kiện tối ƣu cho phản ứng thủy phân của αamylase và tinh bột để thu nhận dextrin.
1.3. YÊU CẦU
- Khảo sát thời gian nuôi cấy Bacillus subtilis trên môi trƣờng bán rắn ở
điều kiện nuôi cấy theo đề tài nghiên cứu trƣớc.
- Thu nhận và tinh sạch sơ bộ α-amylase từ canh trƣờng nuôi cấy B.subtilis.
- Khảo sát một số yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng thủy phân tinh bột tạo
dextrin của chế phẩm α-amylase.
3
Chƣơng 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. BACILLUS SUBTILIS
2.1.1. Đặc điểm vi khuẩn
Bacillus subtilis là trực khuẩn, Gram (+), có khả năng sinh catalase, hiếu
khí hay kỵ khí tùy ý. Thƣờng đƣợc tìm thấy trong đất.
Có khả năng di động, sinh nội bào tử. Tế bào sinh dƣỡng có dạng hình que,
kích thƣớc chiều rộng từ 0,7 – 0,8 μm, chiều dài từ 2,0 – 3,0 μm. Không kết thành
chuỗi, bắt phẩm nhuộm đồng đều, không tạo bao nang.
Hình 2.1. Bacillus subtilis
(URL: http://www.ami-tech.co.kr/customer/img/img_08.jpg)
Bào tử B. subilis có dạng ellip đến hình cầu, kích thƣớc chiều rộng 0,6 –
0,9 μm, chiều dài 1,0 – 1,5 μm, nằm giữa hay trong khoảng trung tâm đến gần cuối
tế bào, phần lớn đƣợc tạo thành ở 48 giờ. Mỗi cá thể chỉ tạo một bào tử, bào tử có
khả năng chịu nhiệt, tia bức xạ, chất sát khuẩn, chất hút ẩm (Trần Đỗ Quyên, 2004).
4
Hình 2.2. B. subtilis đang trong giai đoạn tạo bào tử. Cấu trúc hình oval
ở trung tâm là bào tử (URL: ec.europa.eu/research/success/images/0291b.jpg).
Khi nuôi cấy trên môi trƣờng thạch đĩa khuẩn lạc tròn, không đều hay phân
tán. Đƣờng kính khuẩn lạc từ 3 – 5 mm, màu vàng xám, rìa có hình răng cƣa. Sau 1
– 4 ngày bề mặt khuẩn lạc nhăn nheo, màu hơi nâu (Nguyễn Đức Duy Anh, 2005).
Hình 2.3. Khuẩn lạc B. subtilis trên thạch đĩa
Trong môi trƣờng lỏng sinh khối tạo màng mỏng có lớp bao phủ. Do bào tử
chiu nhiệt cao nên B. subtilis có thể gây hƣ hỏng một số thực phẩm hộp tạo mùi vị
khó chịu.
Sinh acid từ xylose, arabinose, glucose, sucrose và mannitol nhƣng không
tạo khí (sử dụng nguồn nitơ là muối amonium).
Có khả năng phân giải nitrate, sinh nitrit từ nitrate. Trong điều kiện kỵ khí,
không sinh khí từ môi trƣờng lỏng chứa nitrate.
Một đặc điểm dùng để phân biệt với các vi khuẩn khác là làm tan chảy
gelatine nhanh chóng.
5
Bảng 2.1. Một số phản ứng sinh hoá của B. subtilis
Phản ứng sinh hoá
Kết quả
Hoạt tính Catalase
+
Sinh Indol
–
MR
+
VP
+
Sử dụng Citrate
+
Khử Nitrate
+
Tan chảy gelatin
+
Phân giải tinh bột
+
Arabinose
+
Xylose
+
Saccharose
+
Manitol
+
Glucose
+
Lactose
–
Maltose
+
(Theo Holt, 1992)
Nhiệt độ tối thích của B. subtilis vào khoảng 36 - 50oC. Nhiều loài vẫn phát
triển đƣợc ở 60oC. Nồng độ muối ăn làm ngừng phát triển là 10 – 15% (Lƣơng Đức
Phẩm, 2000).
Ngƣời ta đã chứng minh B. subtilis có tập tính “ăn lẫn nhau” (cannibalism).
Chúng dùng cách này nhƣ một phƣơng pháp đơn giản để thoát khỏi những trƣờng
hợp điều kiện sống giới hạn.
B. subtilis có khả năng sinh tổng hợp hơn 20 loại kháng sinh khác nhau
nhƣ: subtilin, subtilosin A, sublancin, chlorotetain, mycobacillin, rhizocticins,
bacillanene, difficidin…(theo tài liệu tổng hợp của Nguyễn Quỳnh Nam, 2006).
6
Phân bố trong đất và các chất hữu cơ bị phân hủy và là một đối tƣợng dùng
trong nghiên cứu khả năng lây bệnh trong phòng thí nghiệm (Trần Đỗ Quyên,
2004).
B. subtilis không đƣợc xem là mầm bệnh gây bệnh cho ngƣời. Chúng
thƣờng có trong thực phẩm nhƣng hiếm khi gây ngộ độc thực phẩm.
2.1.2. Phân loại
Bảng 2.2. Bảng phân loại của Bacillus subtilis
Phân loại khoa học
Giới:
Bacteria
Ngành:
Firmicutes
Lớp:
Bacilli
Bộ:
Bacillales
Họ:
Bacillaceae
Giống:
Bacillus
Loài:
subtilis
Tên kép
Bacillus subtilis
(Ehrenberg 1835
Cohn 1872)
2.1.3. Bộ gen
Năm 1997, ngƣời ta đã hoàn tất việc nghiên cứu về trình tự gen của B.
subtilis và lần đầu tiên công bố trình tự gen của vi khuẩn.
Bộ gen chứa 4,2 mega-base, xấp xỉ 4100 gen. Trong số đó, chỉ có 192 gen
không thể thiếu đƣợc, 79 gen đƣợc dự đoán là thiết yếu. Phần lớn gen thiết yếu đều
có liên quan với quá trình trao đổi chất của tế bào.
7
2.1.4. Ứng dụng của Bacillus subtilis
Trong công nghiệp sản xuất amino acid, thức ăn gia súc, Bacillus subtilis là
một trong những chủng vi sinh vật tổng hợp lysine có hàm lƣợng khá lớn (15-20%)
từ tinh bột.
Trong y dƣợc, Bacillus subtilis đƣợc đóng thành ống thuốc Subtilis 10 ml
trị bệnh tiêu chảy cho trẻ em do vi khuẩn Coliform gây ra, bệnh dƣờng ruột do lị
trực trùng, đắp các vết thƣơng lở loét ngoài da (Trần Đỗ Quyên, 2004).
Sản xuất các kháng sinh thực vật, ứng dụng trong phòng trừ vi sinh vật gây
bệnh nhƣ nấm Rhizoctonia solani, Fusarium sp, Pylicularia oryzae,... Ngƣời ta thấy
rằng sự phát triển của Bacillus subtilis trong cây làm tăng khả năng tổng hợp các
peptide kháng nấm của vi khuẩn nốt rễ (Rhizobacterium). Khả năng này đƣợc ứng
dụng trong kiểm soát sinh học.
Ứng dụng trong sản xuất chế phẩm sinh học (probiotic) bổ sung trong thức
ăn nhằm cải thiện tiêu hóa, sức tăng trƣởng; giảm sự tái phát bệnh tiêu chảy trên gia
súc; bổ sung vào ao nuôi nhằm duy trì chất lƣợng nƣớc ao, hạn chế bệnh cho thủy
sản nuôi.
Hệ enzyme của B. subtilis đƣợc sử dụng nhiều trong sản xuất chất tẩy rửa.
Chúng có thể biến đổi các dạng chất thải độc hại thành những dạng hợp chất vô hại
của nitrogen, carbon dioxide, và nƣớc.
Một chủng Bacillus subtilis đƣợc biết trƣớc đây là Bacillus natto đƣợc dùng
trong sản xuất thực phẩm thƣơng mại của Nhật tƣơng tự nhƣ thực phẩm
cheonggukjang của Hàn Quốc.
B. subtilis tái tổ hợp đƣợc sử dụng trong sản xuất polyhydroxyalkanoates
(PHA) và chúng có thể sử dụng malt phế thải nhƣ là nguồn cacbon, nhờ vậy chi phí
sản xuất PHA giảm.
8
2.2. ALPHA-AMYLASE
2.2.1. Khái niệm
α-amylase là enzyme xúc tác sự thủy phân các liên kết α-1,4-glucoside nằm
bên trong phân tử tinh bột và glycogen.
Là một enzyme kim loại. Nếu không có sự hiện diện của ion Canxi trong
phân tử enzyme sẽ không hoạt động đƣợc.
α-amylase phân cắt cacbonhydrate chuỗi dài tạo maltotriose và maltose từ
amylose hay tạo maltose, glucose và dextrin từ amylopectin.
Do có thể hoạt động ở bất kỳ vị trí α-1,4 nào trên cơ chất nên hoạt động
phân cắt của α-amylase nhanh hơn β-amylase. Ở động vật, α-amylase là enzyme
tiêu hóa chính.
2.2.2. Phân loại, danh pháp α-amylase
α-amylase: (1,4-α-D-glucan glucanhydrolase) thuộc nhóm enzyme thủy
phân (hydrolase), họ 13 (GH 13), mã số EC 3.2.1.1.
Xúc tác phản ứng nội thủy phân liên kết 1,4-α-D-glucosidic trong chuỗi
đƣờng đa có chứa 3 hoặc nhiều hơn những đơn vị D-glucose liên kết với nhau ở vị
trí α-1,4.
Tên khác: glycogenase; endoamylase; Taka-amylase A.
Tên hệ thống: 1,4-α-D-glucan glucanhydrolase.
2.2.3. Cấu trúc phân tử
Gồm 3 tiểu đơn vị A, B, C. A là tiểu đơn vị lõi có cấu trúc đặc trƣng helix
(α/β)8 – barrel, đƣợc nối với tiểu đơn vị C (C-terminal) có cấu trúc 8 đoạn β–sheet
song song. Tiểu đơn vị B gồm 2 đoạn β–sheet đƣợc lồng vào giữa đoạn β–sheet thứ
ba và đoạn β–helix thứ hai của tiểu đơn vị A. Tiểu đơn vị B quyết định độ bền và
liên kết enzyme và cơ chất. Một ion Canxi nối giữa hai tiểu đơn vị A và B.
Tùy thuộc vào dạng enzyme mà có thể có một số tiểu đơn vị khác đƣợc gắn
vào đầu C- hay đầu N- của phân tử protein.
Trung tâm hoạt động của α-amylase có chứa nhóm –COOH và -NH2 (Trần
Đỗ Quyên, 2004).
- Xem thêm -