CHƯƠNG 1 CỒNG NGHỆ■ THU CHẾ PHAiyi* ENZYM 1. KHÁI QUÁT VỂ ENZYM - Enzym là chất xúc tác sinh học, có bản chất protein, hoà tan trong nước và trong dung dịch muối loãng. Enzym có phân tử lượng lớn từ 20- 1.000 KDa nên không qua được màng bán thấm. - Tất cả các yếu tố làm biến tính protein như axit đặc, kiềm đặc, muối kim loại nặng,.
đều có thể làm enzym bị biến tính và mất hoạt tính xúc tác. - Enzym có nhiều tính chất ưu việt hơn hẳn các chất xúc tác hoá học Enzym có cường lực xúc tác rất lớn: ở điều kiện thích hợp, hầu hết các phản ứng có xúc tác enzym xảy ra với tốc độ nhanh gấp 10s -10" lần so với phản ứng không có chất xúc tác. - lg pepsin phân giải được 5kg protein trứng trong 2 giờ. - lg renin làm đông tụ được 72 tấn sữa trong sản xuất pho mát.
- lm ol catalase phân huỷ được 5.106mol H2OVphút trong khi đó lmol Fe+,chỉ phân huỷ 10 6mol H20 2/phút. Enzym có tính đặc hiệu cao: Mỗi enzym chỉ xúc tác làm chuyển hoá được một hoặc một số cơ chất nhất định theo một kiểu liên kết hoá học nhất định, và một kiểu phản ứng nhất định. Sự tác dụng có tính chất lựa chọn này gọi là tính đặc hiệu của enzym,hay còn gọi là tính chuyên môn hóa cao. Enzym có tính đặc hiệu cao nên không tạo ra những sản phẩm phụ.
Enzym tác dụng trong điều kiện “êm dịu “. Enzym thường tác dụng thích hợp ớ nhiệt độ 30-50"C, pH trung tính và ở áp suất thường, khổng cần nồng độ axit hay nồng độ kiềm mạnh, áp suất cao, do đó không đòi hỏi các thiết bị chịu axit, kiềm và chịu áp suất cao đắt tiền. 7 Tất cá các enzym có nguồn gốc tự nhiên không độc. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong công nghiệp thực phẩm và y học.
Các chế phẩm enzym được sán xuất từ nguồn nguyên liệu dẻ kiếm, rẻ tiền: - Enzym protease động vật thường thu nhận từ các phụ phẩm lò mổ nhừ : tụy tạng, dạ dày. - Enzym protease thực vật được thu từ vỏ, lá dứa, lá, thân, nhựa sung, vả, nhựa đu đủ xanh. - Enzym vi sinh vật được thu nhận bằng phương pháp nuôi cấy bể mật hoặc bề sâu. CÁC ĐƠN VỊ HOẠT ĐỘ CỦA ENZYM Đơn vị hoạt độ của một enzym được coi là lượng enzym có khả năng ' xúc tác làm chuyển hoá được một lượng cơ chất nhất định, trong một đơn vị thời gian nhất định, ở điều kiện tiêu chuẩn.
Theo quy ước quốc tế có một số đơn vị hoạt độ sau: /. Đơn vị IU (đơn vị quốc té) Là lượng enzym có khả nâng xúc tác chuyển hoá được một micromol cơ chất sau thời gian một phút ở điểu kiện tiêu chuẩn: II u= 1 ụ. Đơn vị katal (kat) Là lượng enzym có khả năng xúc tác chuyển hoá một moi cơ chất sau thời gian một giây ở điều kiện tiêu chuẩn: I kat = 1Moi cơ chất / giây. II u = 1/60 x l 0 6kat =16,67 nkat.
Hoạt lực enzym hoặc hoạt lực xúc tác được biểu diễn bằng một số đơn vị hoạt độ enzym. Hoạt độ riêng Hoat độ riêng của một chế phẩm enzym được biểu diễn bằng số đơn vị hoạt dộ enzym trên đơn vị khối lượng protein: I u hoặc kat / 1 mg (ml) protein. Hoạt độ phán tử (hoặc hoạt độ rièng phàn tử) Được biếu dien bằng số phàn tử cơ chất dược chuyển hoá bởi một phân tử enzyin sau một đơn vị thời gian (thường là phút). Hoạt độ tám xúc tác Là sô phàn tử cơ chất bị chuyến hoá bởi một trung târọ hoạt động sau một phút.
Hoạt độ kcat (hoạt độ xúc tác) Là lượng phân tử cơ chất lớn nhất được chuyển hoá bởi 1 phân tử enzym trong 1 dơn vị thời gian (giây) ở điều kiện enzym được bão hoà cơ chất. Tỷ lệ kcatỉkm Là hiệu năng xúc tác của enzym (catalytic efficency) biểu hiện tính đặc hiệu của enzym với các cơ chất khác nhau. NGUỒN NGUYÊN LIỆU THU ENZYM Enzym là những chất khống thể điều chế được bằng phương pháp tổng hợp hoá học, mà người ta thường thu nhận chúng từ nguồn tế bào động vật, thực vật hoặc vi sinh vật. Trong hàng trăm enzym được sử dụng trong công nghiệp hơn một nửa được sản xuất từ nấm mốc và nấm men, trên một phần ba từ vi khuẩn, còn lại từ 8% nguồn động vật và 4 % nguồn thực vật.
Enzym động vật Một sô mô động vật chứa nhiều enzym: Dạ dày, tụy tạng, tim, gan, lá lách. Tụy tạng: là cơ quan chứa nhiều enzym nhất như amylase, mantase, lipase, cholesterol esterase, excitinase, nuclease, trypsin, kimotrypsin, cacbocylpeptidase A, B, elastase. Tất cả các enzym này được tiết ra ngoài tế bào cùng vói dịch tụy. Dạ dày: Màng nhầy của dạ dày lợn, chó.
gà, thỏ, chứa pepsin A,B,C,D (dạ dày lợn nhiều nhất) riêng del dày lợn con có gastrinsin (enzym thuỷ phân protein). 9 Ngăn thứ tư của dạ dày bò chứa loại vi khuẩn tổng hợp cellulase. Dạ dày của loài động vật có sừng non (bê, nghé) chứa renin (enzym lầm đông tụ sữa trong sản xuất pho mát). Ruột: enzym ở ruột được tiết ra ngoài tế bào cùng với dịch ruột: Enterokinase, lactase, manta.se, nuclease, phosphatase aminopeptidase, v v.
Gan: Là cơ quan chứa nhiều enzym có chung ớ mọi cơ quan, còn thấy những hộ enzym chỉ riêng gan mới có: Enzym tham gia tổng hợp urê, chính nhờ sự phong phú vể enzym này mà gan tham gia nhiều quá trình trao đổi chất. Người ta ví gan như một phòng thí nghiệm trung tâm của cơ thể. Tuyến nước bọt: Trong nước bọt ngoài các enzym tiêu hoá: Amylase, Iĩiantase, còn chứa enzym có tên Kalicrein, enzym này tác dụng lên globin a-2 Kali-dinogen để giải phóng ra kalidin là một decapeptít có tác dụng làm tăng sự tiết nước bọt. Huyết thanh: Trong huyết thanh chứa nhiều enzym, bình thường hoạt độ các enzym này không lớn.
Một số enzym được coi như là chỉ thị để theo dõi bệnh tật đó là : - Amylase (tăng khi viêm tụy cấp). Mặc dù mọi cơ quan động vật đều chứa enzym, song thông thường người ta chỉ thu chế phẩm pepsin từ dạ dày lợn, renin từ dạ dày bê, pancreatin từ tụy tạng lợn. Enzym thực vật Từ thực vật thượng đẳng có thể thu được một số enzym thuỷ phân: - Papain từ nhựa đu đủ. - Bromelain từ thân, lá dứa chồi và vỏ dứa.
Papain và bromelain có tác dụng giống nhau: Làm mềm thịt, đẩy nhanh quá trình thuỷ phân protein và dùng để phá đục protein trong bia, rượu. 10 - Các enzym plazmin, papain, ficin thường có trong họ Ficus như sung, si, vả (nhựa quá. - Các a , ß- amylase có trong malt đại mạch và malt thóc. - Urease có trong giá đậu tương, lipase có trong mầm hạt thầu dầu.
- Polyphenoloxydase có trong lá chè, chuyển Hoá hợp chất polyphenol thành quinol tương ứng, có màu sắc đặc trưng của chè. - Peroxydase tác dụng với tanin tạo thành sản phẩm ngưng tụ không màu. - Ngoài ra trong lá chè còn chứa một số enzym protease, pectinase, amylase, invertase. Dưới tác dụng của những enzym này, xảy ra sự biến đổi các cơ chất tương ứng trong lá chè ở quá trình chế biến và góp phần tạo nên những chất mới tham gia vào sự hình thành chất lượng của chè (màu sắc và hương thorn).
Enzym vi sinh vật Đây là nguồn thu enzym rất phong phú. Từ vô số loài vi sinh vật, người ta có thể thu được rất nhiều loại enzym khác nhau, trong đó có những enzym mà cơ thể động vật và thực vật không thể tổng hợp được. - Hệ enzym vi sinh vật có khả năng thay đổi bằng cách thay đổi điều kiện nuôi cấy và dùng các tác nhân điều chỉnh. Từ một loài vi sinh vật có khả năng tổng hợp mạnh một hoặc một số loại enzym nào đó theo ý muốn.
- Vi sinh vật có khả năng sinh sản, phát triển và sinh tổng hợp enzym với tốc độ cực kỳ lớn, do đó cho phép thu được một lượng lớn enzym trong thời gian ngắn một cách dễ dàng. - Enzym vi sinh vật có hoạt tính lất mạnh, vượt xa enzym từ các nguồn khác. Người ta đã tính rằng, trong vòng 24 giờ vi sinh vật có thê chuyển hoá lượng lớn thức ãn gấp 30-40 lần so với trọng lượng cơ thể chúng. Trong khi đó hệ enzym của con lợn trên 50kg chỉ có thể chuyến hoá vài kg thức ăn trong một ngày.
Một sô enzym quan trọng và nguồn thu chúng Nội Quỉ bào mô sử dụng Mã số Tên enzym Nguồn enzym /ngoại trong công enzym sản bào nghiệp (l/E) xuất 1. Enzym động vật Calase 1.6 Gan I Thực phẩm Chymotrypsin 3. Tụy tạng E Thuộc da Lipase6 3.3 Tụy tạng E Thực phẩm Renetf .4 Dạ dày bê E + Pho mat Trypsin 3.4 Tụy tạng E Thuộc da 2. Enzym thực vật .14 Quả kiwi E + Thực phẩm tt.1 Malt đại mạch E +++ Đổ uống lên men (brewing) p.2 Malt đại mạch E +++ Rượu, bia Bromelain 3.4 Lá, vỏ dứa E Rượu, bia ß.6 Malt đạl mạch E ++ Rượu, bia Ficin 3.3 Nhựa sung, vả E Thực phẩm Lipoxygenase 1.12 Đậu tương I Thực phẩm Papain 3.
Enzym vi khuẩn u.1 Bacillus E +++ Tinh bột [5.2 Bacillus E + Tinh bột Asparaginaseh 3.1 E sch erich ia Coli I Sức khoẻ Glucose 5.5 Bacillus I ++ Siro fructose isomeraseh S tep to m yc es Penicillinamldase 3.11 Bacillus I - Dược Protease' 3.14 Bacillus E +++ Tẩy rửa PullulanaseJ 3.41 Klebsiella, E - Tinh bột bacillus 4. Enzym hârn sdi u.1 A spergillus E ++ Bánh mỳ 12 Nội Qui bào mô sử dụng Mã sô Tên enzym Nguồn enzym /ngoại trong công enzym sản bào nghiệp (l/E) xuất Aminoacylase 3.14 A sperg illus I - c N dược Glucoamylasek 3.3 A s p e rg illu s ; E +++ , Tỉnh bột R h izo p u s Catalase 1.6 A sperg illus I - Thực phẩm Celỉulase 3.4 T rich od erm a E - Chất thải Dextranase 3.11 P én icilliu m E - Thực phẩm Glucooxidase 1.4 A s pe rg illus I - Thực phẩm Lactase1 3.23 A sperg illus E - Sữa Lipase6 3.3 R h izo p u s E - Thực phẩm Rennetm 3.6 M u c o r m ie h e i E ++ Fomat Pectinasen 3.15 A sperg illus E ++ đồ uống Pectinlyase 4.10 A sperg illus E - đồ uống Proteasem 3.6 A sperg illus E + Bánh mì Raffinase0 3.22 M o rtiere lla I - Thực phẩm 5. Enzym nấm men lnvertasep ' 3.25 S a c c h a ra u y c e s l/E - Mứt kẹo Lactase1 3.23 K lu yvero m yces l/E - Sữa Lipase6 3.3 C a n d id a E - Thực phẩm Raffinase6 3.