Khóa luận tốt nghiệp về nghiên cứu sản xuất asparaginase từ vi sinh vật tái tổ hợp

Nghiên cứu công nghệ sản xuất asparaginase trên hệ thống lên men chìm sục khí 100 lít, tối ưu hóa quy trình và nâng cao hiệu suất sản phẩm.

• Tác giả: Phạm Nguyệt Hằng
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thị Hương Trà
• Trường học: Viện Đại học Mở Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Nghiên cứu sản xuất asparaginase từ vi sinh vật tái tổ hợp
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 2. MỤC TIÊU
• 3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 3.1. Nghiên cứu sản xuất asparaginase trên hệ thống lên men chìm sục khí 100 lít ở tốc độ khuấy 250 rpm
• 3.2. Nghiên cứu sản xuất asparaginase trên hệ thống lên men chìm sục khí 100 lít ở tốc độ khuấy 300 rpm
• 3.3. Nghiên cứu sản xuất asparaginase trên hệ thống lên men chìm sục khí 100 lít ở tốc độ khuấy 350 rpm
• 3.4. Nghiên cứu thu hồi asparaginase
• 3.5. Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất enzyme asparaginase trên hệ thống lên men chìm sục khí 100 lít
• 4. PHẦN I: TỔNG QUAN
• 4.1. Giới thiệu chung về asparaginase
• 4.2. Sự phân bố của asparaginase trong tự nhiên
• 4.3. Cấu tạo và đặc tính
• 4.4. Giới thiệu về acrylamide
• 4.5. Khả năng gây bệnh
• 4.6. Cơ chế hình thành acrylamide trong thực phẩm
• 4.7. Phương pháp giảm acrylamide trong sản xuất bánh nướng
• 4.8. Cơ chế xúc tác của asparaginase
• 4.9. Nghiên cứu sản xuất asparaginase trên thế giới
• 5. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 5.1. Môi trường. Thiết bị và dụng cụ
• 5.2. Phương pháp. Làm tươi chủng giống
• 5.3. Nhân giống cấp 1
• 5.4. Nhân giống cấp 2
• 5.5. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy
• 5.6. Nghiên cứu thu hồi asparaginase
• 5.7. Phương pháp xác định asparaginase
• 5.8. Xác định hoạt độ asparaginase
• 6. PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 6.1. Nghiên cứu sản xuất asparaginase trên hệ thống lên men chìm sục khí 100 lít
• 6.2. Nghiên cứu sản xuất asparaginase trên hệ thống lên men chìm sục khí 100 lít ở tốc độ khuấy 250 rpm
• 6.3. Nghiên cứu sản xuất asparaginase trên hệ thống lên men chìm sục khí 100 lít ở tốc độ khuấy 300 rpm
• 6.4. Nghiên cứu sản xuất asparaginase trên hệ thống lên men chìm sục khí 100 lít ở tốc độ khuấy 350 rpm
• 6.5. Nghiên cứu thu hồi asparaginase
• 6.6. Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất asparaginase trên hệ thống lên men chìm sục khí 100 lít
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Asparaginase tái tổ hợp và ứng dụng tiềm năng

Asparaginase (EC 3.1) là enzyme xúc tác quá trình thủy phân L-asparagine thành axit aspartic và ammonia. Hiện nay, asparaginase được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm. Trong công nghiệp thực phẩm, nó được sử dụng như một chất phụ gia để giảm sự hình thành acrylamide trong thực phẩm nướng. Trong y học, Asparaginase đóng vai trò quan trọng trong điều trị bệnh bạch cầu lymphoblastic cấp tính (ALL). Asparaginase tái tổ hợp mở ra tiềm năng sản xuất enzyme quy mô lớn, ổn định và hiệu quả hơn so với các phương pháp truyền thống. Khóa luận tốt nghiệp của Phạm Nguyệt Hằng đã nghiên cứu thành công quy trình sản xuất asparaginase từ chủng P. pastoris SMD1168 tái tổ hợp mang gen pPIC9asp2.

1.1. Định nghĩa và cơ chế hoạt động của enzyme Asparaginase

L-Asparaginase là một enzyme bao gồm 4 tiểu phần với tổng cộng 321 amino acid, xúc tác cho phản ứng thủy phân L-asparagine. Enzyme có cấu trúc phân tử là C1377H2208N382O442S17. Asparaginase làm phân hủy L-asparagine, một hóa chất trong các tế bào khối u, cần thiết cho sự phát triển của chúng. Do đó, enzyme này ngăn cản sự tổng hợp protein của khối u, gây chết tế bào bằng cách hoạt hóa quá trình chết tế bào theo chương trình.

1.2. Ưu điểm của Asparaginase tái tổ hợp so với nguồn tự nhiên

So với asparaginase thu từ các chủng tự nhiên, asparaginase tái tổ hợp mang lại nhiều lợi thế. Thứ nhất, sản lượng thường cao hơn đáng kể. Thứ hai, quy trình sản xuất asparaginase tái tổ hợp có thể được kiểm soát chặt chẽ hơn, đảm bảo tính đồng nhất và độ tinh khiết của sản phẩm. Thứ ba, việc sử dụng vi sinh vật tái tổ hợp có thể giúp giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm và các vấn đề an toàn khác liên quan đến việc sử dụng các nguồn enzyme tự nhiên.

1.3. Tiềm năng ứng dụng rộng rãi của Asparaginase trong công nghiệp

Asparaginase có nhiều ứng dụng tiềm năng trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và các lĩnh vực khác. Trong thực phẩm, nó được sử dụng để giảm acrylamide, một chất gây ung thư tiềm ẩn, trong các sản phẩm nướng. Trong y học, nó được sử dụng trong điều trị một số bệnh ung thư máu. Ngoài ra, asparaginase còn có thể được sử dụng trong sản xuất các sản phẩm hóa học và trong xử lý chất thải.

II. Thách thức trong sản xuất Asparaginase quy mô công nghiệp lớn

Sản xuất asparaginase quy mô công nghiệp lớn đối mặt với nhiều thách thức. Việc lựa chọn chủng vi sinh vật phù hợp, tối ưu hóa điều kiện lên men, và phát triển quy trình thu hồi, tinh sạch hiệu quả là những yếu tố then chốt. Ngoài ra, cần đảm bảo tính ổn định và an toàn của enzyme trong quá trình sản xuất và lưu trữ. Chi phí sản xuất cũng là một yếu tố quan trọng cần cân nhắc.

2.1. Tìm kiếm và tối ưu hóa chủng vi sinh vật sản xuất Asparaginase

Việc lựa chọn chủng vi sinh vật có khả năng sản xuất asparaginase với hiệu suất cao, ổn định và an toàn là một thách thức lớn. Các chủng vi sinh vật tái tổ hợp thường được ưu tiên do khả năng kiểm soát và tối ưu hóa quá trình sản xuất. Tuy nhiên, việc tạo và duy trì các chủng tái tổ hợp cũng đòi hỏi kỹ thuật và chi phí nhất định.

2.2. Tối ưu hóa các yếu tố môi trường lên men để tăng hiệu suất

Các yếu tố môi trường như nhiệt độ, pH, tốc độ khuấy, nồng độ oxy hòa tan, và thành phần môi trường lên men (nguồn carbon, nguồn nitrogen) ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất sản xuất asparaginase. Việc tối ưu hóa các yếu tố này đòi hỏi các nghiên cứu thực nghiệm và phân tích thống kê kỹ lưỡng. Theo nghiên cứu, quá trình lên men sản xuất asparaginase chịu ảnh hưởng của một số tác nhân như nguồn carbon, nguồn nitơ với các thông số khác như độ pH, nhiệt độ.

2.3. Phát triển quy trình thu hồi và tinh sạch Asparaginase hiệu quả

Quy trình thu hồi và tinh sạch asparaginase cần đảm bảo hiệu suất cao, loại bỏ các tạp chất và bảo toàn hoạt tính của enzyme. Các phương pháp thường được sử dụng bao gồm ly tâm, kết tủa, sắc ký, và lọc màng. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào đặc tính của asparaginase và các tạp chất cần loại bỏ. Trong đề tài, nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu thu hồi asparaginase, phương pháp xác định asparaginase, xác định hoạt độ asparaginase để xây dựng quy trình công nghệ sản xuất asparaginase.

III. Phương pháp sản xuất Asparaginase tái tổ hợp hiệu quả cao

Sản xuất asparaginase tái tổ hợp thường sử dụng các hệ thống biểu hiện gen trong vi sinh vật. Escherichia coli (E. coli), Pichia pastoris (P. pastoris) và Aspergillus niger (A. niger) là những chủng được sử dụng phổ biến. Mỗi chủng có ưu và nhược điểm riêng, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của sản phẩm và quy trình sản xuất. Các kỹ thuật kỹ thuật di truyền tiên tiến được áp dụng để tối ưu hóa quá trình biểu hiện gen và tăng hiệu suất sản xuất.

3.1. Biểu hiện gen Asparaginase trong hệ thống E. coli tái tổ hợp

E. coli là một hệ thống biểu hiện gen phổ biến do tốc độ sinh trưởng nhanh, dễ nuôi cấy và có nhiều công cụ kỹ thuật di truyền được phát triển. Tuy nhiên, việc biểu hiện asparaginase trong E. coli có thể gặp khó khăn do sự hình thành thể vùi và thiếu các hệ thống biến đổi sau dịch mã cần thiết. Do đó, việc tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy và sử dụng các chủng E. coli đặc biệt có thể giúp cải thiện hiệu suất sản xuất asparaginase.

3.2. Sử dụng nấm men Pichia pastoris để biểu hiện gen Asparaginase

P. pastoris là một hệ thống biểu hiện gen mạnh mẽ, có khả năng biểu hiện protein ngoại lai với hiệu suất cao. P. pastoris có hệ thống biến đổi sau dịch mã tương tự như tế bào eukaryote, giúp tạo ra asparaginase có cấu trúc và chức năng tương tự như enzyme tự nhiên. Theo khóa luận, nhóm đề tài đã xây dựng được quy trình công nghệ sản xuất asparaginase từ chủng P. pastoris SMD1168 tái tổ hợp mang gen pPIC9asp2 trên hệ thống lên men chìm sục khí 5 lít.

3.3. Biểu hiện gen Asparaginase trong nấm sợi Aspergillus niger

A. niger là một chủng vi sinh vật an toàn và được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm. A. niger có khả năng tiết protein ngoại bào, giúp đơn giản hóa quy trình thu hồi và tinh sạch asparaginase. Hãng Novozymes (Đan Mạch) và DSM đã sản xuất và thương mại hóa thành công asparaginase tái tổ hợp từ các chủng nấm sợi biến đổi gen tương ứng là A. niger để ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm.

IV. Nghiên cứu quy trình sản xuất Asparaginase trên hệ thống 100 lít

Để mở rộng quy mô sản xuất asparaginase, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm lên men trên hệ thống 100 lít. Mục tiêu là xác định các thông số công nghệ tối ưu cho quá trình lên men và đánh giá hiệu suất sản xuất asparaginase ở quy mô lớn hơn. Các yếu tố như tốc độ khuấy, nhiệt độ, pH và nồng độ oxy hòa tan được kiểm soát và điều chỉnh để đạt hiệu quả cao nhất.

4.1. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến sản xuất Asparaginase

Tốc độ khuấy ảnh hưởng đến sự hòa tan của oxy, sự phân bố chất dinh dưỡng và sự ổn định của tế bào vi sinh vật. Quá trình sản xuất asparaginase trên hệ thống lên men chìm sục khí 100 lít được thực hiện ở các tốc độ khuấy khác nhau (250 rpm, 300 rpm, 350 rpm) để đánh giá ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến hiệu suất sản xuất enzyme. Kết quả cho thấy tốc độ khuấy tối ưu cần được xác định để đảm bảo sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật cũng như hiệu suất sản xuất asparaginase cao nhất.

4.2. Thu hồi Asparaginase sau quá trình lên men bằng phương pháp ly tâm

Sau quá trình lên men, asparaginase được thu hồi từ dịch lên men bằng phương pháp ly tâm. Quá trình này giúp loại bỏ các tế bào vi sinh vật và các chất rắn lơ lửng khác. Dịch ly tâm sau đó có thể được sử dụng cho các bước tinh sạch tiếp theo. Hiệu quả của quá trình ly tâm phụ thuộc vào tốc độ ly tâm, thời gian ly tâm và loại máy ly tâm được sử dụng.

4.3. Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất Asparaginase trên hệ thống 100 lít

Dựa trên kết quả nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã xây dựng quy trình công nghệ sản xuất asparaginase trên hệ thống lên men chìm sục khí 100 lít. Quy trình này bao gồm các bước: chuẩn bị môi trường, cấy giống, lên men, thu hồi, tinh sạch và kiểm tra chất lượng. Mục tiêu là tạo ra một quy trình sản xuất asparaginase hiệu quả, ổn định và có thể áp dụng trong thực tế.

V. Ứng dụng Asparaginase tái tổ hợp trong giảm Acrylamide thực phẩm

Asparaginase có vai trò quan trọng trong việc giảm hàm lượng acrylamide trong thực phẩm nướng. Việc sử dụng asparaginase tái tổ hợp giúp chuyển đổi asparagine thành acid aspartic và ammonia, ngăn chặn sự hình thành acrylamide trong quá trình nướng. Ứng dụng này có tiềm năng lớn trong việc cải thiện an toàn thực phẩm và giảm nguy cơ ung thư cho người tiêu dùng.

5.1. Cơ chế giảm Acrylamide bằng Asparaginase trong sản xuất bánh

Asparaginase hoạt động bằng cách thủy phân asparagine, một axit amin tự do có trong nhiều loại thực phẩm, thành axit aspartic và ammonia. Asparagine là một trong những tiền chất chính của acrylamide, một chất gây ung thư tiềm ẩn được hình thành trong quá trình nướng hoặc chiên ở nhiệt độ cao. Do đó, việc loại bỏ asparagine bằng asparaginase giúp giảm đáng kể sự hình thành acrylamide.

5.2. Ứng dụng Asparaginase tái tổ hợp vào quy trình sản xuất bánh quy

Asparaginase tái tổ hợp có thể được thêm vào bột bánh quy trước khi nướng. Liều lượng asparaginase cần thiết phụ thuộc vào hàm lượng asparagine trong bột bánh quy và mức giảm acrylamide mong muốn. Hãng Novozymes (Đan Mạch) và DSM đã sản xuất và thương mại hóa thành công asparaginase tái tổ hợp từ các chủng nấm sợi biến đổi gen tương ứng là A. niger để ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm.

5.3. Nghiên cứu hiệu quả giảm Acrylamide khi dùng Asparaginase

Các nghiên cứu đã chứng minh rằng việc sử dụng asparaginase có thể giảm hàm lượng acrylamide trong bánh quy từ 50% đến 90% mà không ảnh hưởng đến hương vị, màu sắc hoặc cấu trúc của sản phẩm. Các nghiên cứu cũng cho thấy asparaginase có thể được sử dụng trong nhiều loại thực phẩm khác nhau, bao gồm khoai tây chiên, bánh mì và ngũ cốc.

VI. Kết luận và triển vọng phát triển của Asparaginase tái tổ hợp

Nghiên cứu sản xuất asparaginase tái tổ hợp từ vi sinh vật mở ra triển vọng lớn trong nhiều lĩnh vực. Việc tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm chi phí và mở rộng ứng dụng sẽ góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Nghiên cứu của Phạm Nguyệt Hằng là một đóng góp quan trọng trong lĩnh vực này.

6.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu về sản xuất Asparaginase

Các kết quả nghiên cứu cho thấy việc sản xuất asparaginase tái tổ hợp từ vi sinh vật là khả thi và hiệu quả. Việc tối ưu hóa điều kiện lên men và quy trình thu hồi, tinh sạch có thể giúp tăng hiệu suất sản xuất và giảm chi phí. Đặc biệt là kết quả của nhóm đề tài đã xây dựng được quy trình công nghệ sản xuất asparaginase từ chủng P. pastoris SMD1168 tái tổ hợp mang gen pPIC9asp2 trên hệ thống lên men chìm sục khí 5 lít.

6.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo về sản xuất Asparaginase hiệu quả

Các hướng nghiên cứu tiếp theo bao gồm việc tìm kiếm các chủng vi sinh vật mới có khả năng sản xuất asparaginase với hiệu suất cao hơn, phát triển các quy trình lên men và thu hồi, tinh sạch hiệu quả hơn, và nghiên cứu ứng dụng của asparaginase trong các lĩnh vực mới.

6.3. Tiềm năng thương mại hóa Asparaginase trong tương lai

Asparaginase có tiềm năng thương mại hóa lớn trong tương lai, đặc biệt là trong lĩnh vực thực phẩm và dược phẩm. Việc giảm hàm lượng acrylamide trong thực phẩm và điều trị ung thư là những ứng dụng quan trọng có thể mang lại lợi ích to lớn cho xã hội.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Asparaginase (EC 3.1) hay còn có tên gọi khác là L-asparaginase amidohydrolase; asparaginase II; L-asparaginase; colaspase; elspar; leunase; crasnitin; α-asparaginase. Asparaginase là một đại phân tử có cấu trúc phân tử là C1377H2208N382O442S17. Asparaginase là enzym xúc tác cho quá trình thủy phân axit amin L-asparagine thành axit aspartic và ammonia. Hiện nay, asparaginase thường được ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm hoặc dược phẩm.

Trong công nghiệp thực phẩm, asparaginase được sử dụng như là chất phụ gia được dùng để bổ sung vào quá trình chế biến thực phẩm nhằm làm giảm sự hình thành acrylamide trong thực phẩm. Hãng Novozymes (Đan Mạch) và DSM (Pháp) đã sản xuất và thương mại hóa thành công asparaginase tái tổ hợp từ các chủng nấm sợi biến đổi gen tương ứng là A. niger để ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm. Tên thương mại của sản phẩm asparaginase từ A.

oryzae là Acrylaway® còn asparaginase từ A. Niger là PreventASeTM. Trong khuôn khổ của đề tài này, nhóm đề tài của đề tài "Nghiên cứu sản xuất enzym asparaginase tái tổ hợp, ứng dụng giảm lượng acrylamide tạo thành trong sản xuất bánh nướng" đã xây dựng được quy trình công nghệ sản xuất asparaginase từ chủng P. pastoris SMD1168 tái tổ hợp mang gen pPIC9asp2 trên hệ thống lên men chìm sục khí 5 lít.

Bằng phương pháp điện di kiểm tra trên gel acrylamide, ép gel định tính hoạt tính và định lượng bằng phương pháp so màu cho thấy trong các lần lên men, asparaginase đã được biểu hiện thành công và có hoạt tính. Tạo chế phẩm asparaginase dạng bột bằng phương pháp đông khô có bổ sung chất bảo vệ là maltodextrin với tỷ lệ maltodextrin : dịch enzym là 0,5:1 (w/v). Chế phẩm có hoạt độ asparaginase khoảng 3800 U/g, độ ẩm 5%. Với mong muốn sản xuất thử nghiệm asparaginase ở quy mô lớn, chúng tôi đã tiến hành thực hiện nội dung ”Nghiên cứu công nghệ sản xuất asparaginase trên hệ thống lên men chìm sục khí 100 lít” dựa trên các thông số của quy trình lên men trên hệ thống lên men chìm sục khí 5 lít.

Phạm Nguyệt Hằng 1 Lớp: CNSH-1103 MỤC TIÊU Có được các thông số công nghệ của quy trình lên men sản xuất asparaginase từ P. pastoris SMD1168-pPIC9asp2 trên hệ thống thiết bị lên men chìm sục khí dung tích 100 lít NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu sản xuất asparaginase trên hệ thống lên men chìm sục khí 100 lít ở tốc độ khuấy 250 rpm - Nghiên cứu sản xuất asparaginase trên hệ thống lên men chìm sục khí 100 lít ở tốc độ khuấy 300 rpm - Nghiên cứu sản xuất asparaginase trên hệ thống lên men chìm sục khí 100 lít ở tốc độ khuấy 350 rpm - Nghiên cứu thu hồi asparaginase - Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất enzyme asparaginase trên hệ thống lên men chìm sục khí 100 lít Phạm Nguyệt Hằng 2 Lớp: CNSH-1103 PHẦN I: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu chung về asparaginase 1. Sự phân bố của asparaginase trong tự nhiên Asparaginae được tổng hợp từ nhiều nguồn khác nhau trong tự nhiên như thực vật, vi sinh vật như vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn vv.

Vi sinh vật thường được sử dụng cho sản xuất L-asparaginase là Erwinia caratovora, Bacillus sp., Corynebacterium glutamicum và E. coli (Ashraf et al, 2003; Cammack. et al, 1972; Wade. Nguồn vi khuẩn: Vi khuẩn thường được sử dụng cho sản xuất L-asparaginase là Erwinia caratovora, Bacillus sp., Corynebacterium glutamicum và E.

coli (Ashraf et al, 2003; Cammack. et al, 1972; Wade. Tổng hợp asparaginase từ hai dòng đột biến, WF và 933 của Serratia marcescens được nghiên cứu. Thành phần môi trường lên men khác nhau ảnh hưởng đến sản lượng enzym.

Sản lượng enzyme tối đa khi trong môi trường lên men chứa glycerol peptone. Bên cạnh đó, quá trình lên men sản xuất asparaginase cũng chịu ảnh hưởng của một số tác nhân như nguồn carbon, nguồn nitơ với các thông số khác như độ pH, nhiệt độ. Nguồn nấm men và nấm mốc: Sản xuất của asparaginase từ các chủng khác nhau của nấm đã được ghi nhận. Các chủng sản xuất asparaginase thường sử dụng là Aspergillus tamarii, Aspergillus terreus, A.

Nguồn xạ khuẩn: xạ khuẩn phân lập từ đất vùng rễ của cây thuốc Thái có khả năng sinh tổng hợp asparaginase. Xạ khuẩn biển cũng được phân lập từ các mẫu trầm tích vùng ven biển Parangipettai và Cochin ở Nam Ấn Độ. Sản xuất và tinh chế asparaginase bởi Streptomyces tendae TK-VL_333. Nguồn thực vật: Một loạt các loài thực vật được mô tả có khả năng sinh asparaginase.

Ớt xanh (Capsicum annum L.) và me (Tamarindus indica) chứa lượng asparaginase nhất định. Gen mã hóa cho enzyme asparaginase được phân lập từ thực vật bởi Lupinus angustifolius. Tuy nhiên, asparaginase thu từ các chủng tự nhiên thường có sản lượng thấp, như E. coli 0 - 255 U/g (đơn vị/g tế bào khô), Erwinia caratovora 40 - 450 U/g, Serratia marcescens 100 - 335 U/g (Gulati et al.

niger 70 U/l (Ferrara et Phạm Nguyệt Hằng 3 Lớp: CNSH-1103 al. Cấu tạo và đặc tính Asparaginase (EC 3.1) hay còn có tên gọi khác là L-asparaginase amidohydrolase; asparaginase II; L-asparaginase; colaspase; elspar; leunase; crasnitin; α-asparaginase. Asparaginase là một đại phân tử có cấu trúc phân tử là C1377H2208N382O442S17. Asparaginase là enzym xúc tác cho quá trình thủy phân axit amin L-asparagine thành axit aspartic và ammonia.

L-asparaginase là một enzym bao gồm 4 tiểu phần với tổng cộng 321 amino acid. Tinh thể hình kim hay hình trụ, rất tan trong nước, không tan trong methanol, acetone, chloroform. Độ bền vững: dạng tinh thể bền với nhiệt, pH, ánh sáng. Khoảng pH bền vững 6,0 - 8,5.

Điểm đẳng điện trong khoảng từ 5,0 - 6,8. Khối lượng phân tử khoảng 160 kDa. Nhiệt độ tối ưu của một số vi sinh vật cho sản xuất enzym khoảng 37oC. Ứng dụng trong y học Asparaginase được ứng dụng để điều trị bệnh bạch cầu lymphoblastic cấp tính (ALL).

Nó cũng có thể được sử dụng để điều trị một số căn bệnh về máu khác. Asparaginase làm phân hủy một hóa chất trong các tế bào khối u. Các tế bào khối u cần chất này để làm cho protein tạo ra các tế bào ung thư khác. Mô bình thường tổng hợp L-asparagine với một lượng đủ cho quá trình tổng hợp protein.

Hầu hết các mô khối u cần tổng hợp asparaginase từ bên ngoài để sinh trưởng. Asparaginase có tác dụng làm ngăn cản sự tổng hợp protein của khối u. Nó gây chết tế bào bằng cách hoạt hóa quá trình gây chết tế bào theo chương trình. Do L-asparagine là chất nền thiết yếu cho sự tăng trưởng của tế bào khối u nên có thể giảm bằng cách tiêm asparaginase làm cạn nguồn dinh dưỡng cho phát triển khối u.

Phạm Nguyệt Hằng 4 Lớp: CNSH-1103 Hình 1. Cơ chế tác dụng của asparaginase trong quá trình phát triển của các mô khối u 1. Ứng dụng trong thực phẩm Asparaginase có thể được sử dụng như một chất phụ gia trong chế biến thực phẩm nhằm làm giảm sự hình thành acrylamide. Acrylamide là một hợp chất hóa học, hình thành trong các loại thực phẩm giàu tinh bột khi được nướng hoặc chiên.

Trong thời gian làm nóng asparagine và đường khử trong các loại thực phẩm giàu tinh bột được chuyển đổi thành acrylamide trong một quá trình được gọi là phản ứng Maillard. Phản ứng cho các loại thực phẩm nướng hoặc chiên màu nâu, vỏ và hương vị nướng. Sử dụng asparaginase trước khi nướng hay chiên thực phẩm làm chuyển đổi asparagine thành acid aspartic và amoni. Kết quả là, asparagine không thể tham gia vào phản ứng Maillard và do đó làm giảm sự hình thành acrylamide.

Hãng Novozymes (Đan Mạch) và DSM đã sản xuất và thương mại hóa thành công asparaginase tái tổ hợp từ các chủng nấm sợi biến đổi gen tương ứng là A. niger để ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm nhằm giảm sự hình thành acrylamide trong thực phẩm. Tên thương mại của sản phẩm asparaginase từ A. oryzae là Acrylaway®L (dạng lỏng) và Acrylaway®3500 BG (dạng bột), còn asparaginase từ A.

niger là PreventASeTML (dạng lỏng) và PreventASeTMW, PreventASeTMM (dạng bột). Quy trình sản xuất thực hiện theo tiêu chuẩn thực hành sản xuất tốt (GMP). Chủng sản xuất và chế phẩm enzym thương mại đều được FDA chứng nhận an toàn theo GRAS (Generally Recognized as Safe). Giới thiệu về acrylamide 1.

Khả năng gây bệnh Acrylamide là một hợp chất hóa học có công thức hóa học là C3H5NO. Acrylamide là thành phần cấu tạo nên các hợp chất polyacrylamide và acrylamide Phạm Nguyệt Hằng 5 Lớp: CNSH-1103 copolyme được sử dụng trong các ngành công nghiệp như giấy, nhuộm, chất dẻo, xử lý nước uống và nước thải. Thí nghiệm trên động vật (đối với chuột) cho thấy acrylamide gây ra bệnh ung thư khi sử dụng ở liều lượng cao. Sự lo ngại về acrylamide trong thực phẩm dấy lên từ tháng 4 năm 2002, khi cơ quan quản lý thực phẩm quốc gia Thụy Điển tìm thấy độc tố này trong một số loại thực phẩm chứa nhiều tinh bột khoai tây khi chế biến ở nhiệt độ cao.

Nghiên cứu của các nhà khoa học Na Uy, Thụy Sĩ, Anh và Mỹ sau đó đã làm rõ thêm vấn đề: Không chỉ có tinh bột khoai tây mà các loại thực phẩm có nguồn gốc thực vật giàu carbohydrate, ít protein khác khi được chế biến bằng các phương pháp đòi hỏi phải có nhiệt độ cao (>120oC) như rán, quay, nướng đều có xuất hiện acrylamide. Trong khi đó hiện tượng này không thấy xảy ra ở các thực phẩm có nguồn gốc động vật như thịt, cá, sữa,.Và các thực phẩm có nguồn gốc thực vật nhưng được chế biến ở nhiệt độ thấp. Các nghiên cứu cũng cho thấy, khi tiêu thụ acrylamide với hàm lượng cao trong thời gian ngắn sẽ gây ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương. Trong khi đó cho tiêu thụ acrylamide trong thời gian dài với liều lượng thấp gây ảnh hưởng lên thần kinh ngoại biên là chủ yếu.

Triệu chứng như ngủ lơ mơ, ảo giác, lẫn lộn, cảm giác không bình thường, không phối hợp được các động tác. Các chuyên gia y tế cũng cho rằng việc tiếp xúc nhiều với acrylamide sẽ khiển cơ thể đổ mồ hôi, đi tiểu không kiểm soát, buồn nôn, đau mỏi cơ,. Acrylamide là hợp chất độc hại gen với tiềm năng ảnh hưởng lên tế bào mầm từ đó dẫn đến các biến đổi về di truyền. Cơ chế hình thành acrylamide trong thực phẩm Acrylamide là phản ứng trung gian của quá trình chế biến thực phẩm ở nhiệt độ cao (>120oC).

Nó là sản phẩm phụ của phản ứng Maillard. Ở nhiệt độ cao, aspargine (một acid amin trong thực phẩm) tác dụng với đường khử tạo ra acrylamide. Phản ứng tổng hợp Phản ứng tổng hợp Phạm Nguyệt Hằng 6 Lớp: CNSH-1103 acrylamide acrylamide OH NH2 H NH2 NH2 C=O C=O C=O X X CH CH CH CH2 CH2 CH2 Acrylic acid Acrylamide Acrolein Cacbonyl của đường khử NH2 Phản ứng hình thành acrylamide C=O ở nhiệt độ cao CH2 NH2 CH COOH Asparagine Hình 1. Cơ chế phản ứng hình thành acrylamide 1.