Bài tiểu luận tìm hiểu về enzym papain, lipase và ứng dụng của chúng trong quá trình sản xuất thịt

Với việc enzyme papain có cơ chế tác dụng lên protein trong thịt nó được xem như hợp chất làm mềm thịt mà không cần dùng sức hay thiết bị gì.. Hơn thế nữa lipase cũng được ứng dụng trong

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINHKHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, nhóm 3 chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Trường ĐạiHọc Sư phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã đưa môn học “Hóa học thựcphẩm” vào chương trình giảng dạy Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến

giảng viên bộ môn – Cô Th.S Đặng Thị Ngọc Dung đã dạy dỗ và tâm huyết truyền đạt những kiến thức quý giá cho em trong suốt thời gian học tập vừa qua.

Trong thời gian tham gia lớp học của cô, em đã trau dồi cho bản thân nhiều kiến thức bổ ích, tinh thần học tập nghiêm túc và hiệu quả Đây chắc chắn sẽ là những kiến thức có giá trị sâu sắc, là hành trang để em vững bước sau này.

Bộ môn “Hóa học thực Phẩm” là môn học thú vị, bổ ích và có tính thực tế cao Đảm bảo cung cấp đầy đủ kiến thức, kỹ năng, giúp sinh viên có thể ứng dụng vào thực tế Tuy nhiên, do khả năng tiếp thu thực tế còn nhiều hạn hẹp, kiến thức chưa sâu rộng Mặc dù bản thân đã cố gắng hết sức nhưng chắc chắn bài tiểu luận khó tránh khỏi những thiếu sót, kính mong cô xem xét và góp ý để bài tiểu luận của em được hoàn

DANH SÁCH NHÓM VIẾT TIỂU LUẬN CUỐI KỲHỌC KỲ II NĂM HỌC 2021-20221 Mã môn học: FOCH330650_21_2_01CLC

2 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Dặng Thị Ngọc Dung

3 Tên đề tài: Tìm hiểu về emzyme Papain, Lipase và ứng dụng của chúng trong quá trình sản xuất thịt

4 Danh sách nhóm viết tiểu luận cuối kỳ:

Ghi chú:

- Tỷ lệ % = 100%: mức độ phần trăm của từng sinh viên tham gia được đánh giá bởi nhóm trưởng và thống nhất giữa cách thành viên trong nhóm.

LỜI CAM ĐOAN:

Nhóm 3 chúng em xin cam đoan tiểu luận nghiên cứu là công trình nghiên cứu của nhóm cùng sự hỗ trợ, tham khảo từ các tài liệu, giáo trình liên quan đến đề tài nghiên cứu Các số liệu và tham khảo là trung thực, chính xác và được trích dẫn đầy đủ Chúng tôi xin chịu trách nhiệm về lời cam đoan này.

BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ:

Thiết kế ppt Thiết kế tiểu luận

Phụ trách nội dung mở đầu và kết luận Phụ trách nội dung chương 5 Trần Phương Thảo

Thiết kế tiểu luận

Phụ trách nội dung mở đầu và kết luận Phụ trách nội dung chương 4

Thiết kế ppt

Phụ trách nội dung mở đầu và kết luận Phụ trách nội dung chương 3

Thiết kế ppt

Phụ trách nội dung mở đầu và kết luận Phụ trách nội dung chương 2

Thiết kế ppt

Phụ trách nội dung mở đầu và kết luận Phụ trách nội dung chương 1

1.2 Khái niệm enzyme 2

1.3 Phân loại enzyme 3

2.2.2 Cấu tạo hóa học 7

2.3 Cấu trúc của enzyme papain 8

2.3.1 Cấu trúc không gian 8

2.3.2 Cấu trúc tâm hoạt động của papain 8

2.4 Hoạt tính xúc tác của enzyme papain 9

2.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt tính xúc tác của enzyme papain 9

2.4.2 Ảnh hưởng của pH lên hoạt tính xúc tác của enzyme papain 10

2.4.3 Ảnh hưởng của dung môi lên hoạt tính xúc tác của enzyme papain 10

4.1.2 Đặc điểm cấu tạo của thịt 15

4.1.2.1 Cấu trúc mô cơ 15

4.1.2.2 Cấu trúc mô liên kết 16

4.1.2.3 Cấu trúc mô mỡ 16

4.1.2.4 Cấu trúc mô xương, mô sụn 16

4.1.2.5 Cấu tạo mô máu 16

4.1.3 Giá trị dinh dưỡng của thịt 16

4.1.3.1 Giá trị của protein trong thịt 17

4.1.3.2 Giá trị của chất béo trong thịt 17

4.1.3.3 Giá trị của vitamin và chất khoáng trong thịt 18

4.1.4 Các sản phẩm về thịt 19

4.2 Ứng dụng của enzyme papain trong sản xuất thịt 19

4.2.1 Cơ chế tác dụng lên protein của enzyme papain 19

4.2.2 Yêu cầu của enzyme papain khi sử dụng sản xuất thịt 19

4.3 Ứng dụng của lipase trong sản xuất thịt 20

4.3.1 Cơ chế tác dụng lên protein và chất béo của enzyme lipase 20

4.3.2 Yêu cầu của enzyme lipase khi sử dụng sản xuất thịt 20

5 Tiềm năng phát triển của enzyme papain và lipase 21

5.1 Tìm năng của enzyme papain 21

5.1.1 Tầm quan trọng của enzyme papain 21

5.1.1.1 Ứng dụng trong sản xuất thực phẩm 21

5.1.1.2 Ứng dụng trong y dược 21

5.1.1.3 Một số ứng dụng khác của enzyme papain 22

5.1.2 Những hạn chế của enzyme papain 22

5.1.3 Tìm năng của thị trường enzyme papain 23

5.2 Tiềm năng của enzyme lipase 23

5.2.1 Tầm quan trọng của enzyme lipase 23

5.2.1.1 Ứng dụng của lipase trong các chất tẩy rửa 23

5.2.1.2 Ứng dụng của lipase trong thực phẩm 24

5.2.1.3 Ứng dụng của lipase trong y học 24

5.2.1.4 Ứng dụng của lipase trong tổng hợp este 24

5.2.1.5 Ứng dụng của lipase trong tổng hợp hữu cơ 24

5.2.1.6 Ứng dụng của lipase trong giải rượu và axit raxemic 25

5.2.1.7 Ứng dụng của lipase trong công nghiệp hóa dầu 25

5.2.2 Những hạn chế của enzyme lipase 25

5.2.3 Tiềm năng thị trường của enzyme lipase 26

III PHẦN KẾT LUẬN 27

TÀI LIỆU THAM KHẢO vii

DANH MỤC HÌNH viiii

PHẦN MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của xã hội loài người Toàn cầu hóa và hội nhập quốc tế tiếp tục phát triển đem lại những thành tựu to lớn về khoa học - công nghệ Cùng với sự phát triển của thế giới nói trên, các ngành sản xuất thực phẩm và nghiên cứu các chất xúc tác, các chất dinh dưỡng dùng làm thực phẩm cũng được phát triển rất nhiều để phục vụ cho đời sống và nhu cầu của con người ngày một tăng cao Khi nói đến thực phẩm thì chắc chắn chúng ta sẽ nghĩ ngay đến thịt , một thứ rất thiết yếu cho con người từ thời nguyên thủy cho đến hiện tại Không phải tự nhiên mà thịt trở nên phổ biến như thế, bên cạnh việc cung cấp năng lượng cho cơ thể, nó còn là nguyên liệu cho sự tạo thành dịch tiêu hóa, các nội tiết tố, các protein huyết thanh và các men Dù khác nhau về mặt chế biến nhưng nó vẫn là thực phẩm thiết yếu cho con người Bên cạnh đó, việc bảo quản, chế biến thịt để tạo ra nhiều món ăn đa dạng cũng như thời gian bảo quản lâu dài không bị ôi thiu và hạn chế sự phát triển của các vi sinh vật có hại khác cũng là một vấn đề nhận được nhiều sự quan tâm từ các nhà khoa học, các doanh nghiệp thực phẩm trong giai đoạn hiện nay

Từ ngày xưa con người đã biết tận dụng các tính chất của muối hay hun khói để việc bảo quản thịt; hay các chế phẩm từ thịt như xúc xích, lạp xưởng được chế biến bằng cách giã nhuyễn và nhồi vào khuôn để chế biến Tuy nhiên đối với quy mô công nghiệp thì nó không đáp ứng được yêu cầu vì rất tốn thời gian và giá thành cao Để khắc phục nhược điểm này, các nhà nghiên cứu đã dùng tính chất của enzyme lipase và enzyme papain trong sản xuất thịt nhằm đem lại hiệu quả cao và tạo ra nhiều giá trị hơn cho con người Với việc enzyme papain có cơ chế tác dụng lên protein trong thịt nó được xem như hợp chất làm mềm thịt mà không cần dùng sức hay thiết bị gì Enzyme papain còn ứng dụng trong y dược để hỗ trợ việc tiêu thụ thức ăn trong dạ dày hay hỗ trợ hệ thống miễn dịch điều trị khối u, có khả năng ngăn chặn sự sinh trưởng và phát triển của các loại virus bằng cách phá vỡ lớp bảo vệ Cũng giống như enzyme papain, lipase có cơ chế tác dụng lên protein và cả chất béo trong thịt và được dùng làm hợp chất làm mềm thịt Hơn thế nữa lipase cũng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như ứng dụng trong các chất tẩy rửa, ứng dụng trong thực phẩm, ứng dụng trong y học, ứng dụng trong tổng hợp este, ứng dụng trong tổng hợp hữu cơ, ứng dụng của lipase trong giải rượu và axit raxemic, ứng dụng của lipase trong công nghiệp hóa dầu,…Từ những nguyên nhân nói trên, chúng em quyết định chọn đề tài

tiểu luận để tìm hiểu là: “Tìm hiểu về enzyme papain, enzyme lipase và cả ứng dụngcủa nó trong quá sản xuất thịt.”

PHẦN NỘI DUNG1 Tổng quan về enzyme1.1 Nguồn gốc

Cho đến thế kỷ 19, người ta cho rằng các quá trình như làm sữa chua và lên men đường thành rượu chỉ có thể diễn ra nhờ hoạt động của một sinh vật sống Năm 1833, hoạt chất làm phân hủy đường được phân lập một phần và được đặt tên là diastase Một thời gian sau, một chất tiêu hóa protein trong thực phẩm được chiết xuất từ dịch vị và được gọi là pepsin Những chế phẩm hoạt động này và những chế phẩm khác được gọi chung là chất lên men Justus von Liebig nhận ra rằng những chất lên men này có thể là vật chất không sống được lấy từ các tế bào sống, nhưng Louis Pasteur và những người khác lập luận rằng quá trình lên men phải chứa vật chất sống Khi tranh chấp này tiếp tục, thuật ngữ lên men dần dần được thay thế bằng tên gọi enzyme Nó được Wilhelm Kfthne đề xuất lần đầu tiên vào năm 1878, và xuất phát từ tiếng Hy Lạp, enzume, có nghĩa là "men" Thật phù hợp, chính trong nấm men, một nguyên tố được phát hiện đã giải quyết tranh luận cho lý thuyết vô nghĩa về xúc tác: hai anh em Eduard và Hans Buchner đã chỉ ra rằng vào năm 1897, quá trình lên men tạo đường có thể xảy ra khi chiết xuất tế bào nấm men được thêm vào mặc dù không có sự sống tế bào hiện diện Năm 1926, James Sumner kết tinh urease từ dịch chiết đậu và trong những năm sau đó, nhiều loại enzym khác đã được tinh chế và kết tinh Khi đã có các enzym tinh khiết, cấu trúc và đặc tính của chúng có thể được xác định, và những phát hiện này tạo thành tài liệu cho hầu hết cuốn sách này Ngày nay, enzym vẫn là một chủ đề chính của nghiên cứu học thuật Chúng được nghiên cứu trong bệnh viện như một chất hỗ trợ chẩn đoán và do tính đặc hiệu của hoạt động, có giá trị như thuốc thử phân tích Enzyme vẫn được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, mở rộng và mở rộng nhiều quy trình được sử dụng kể từ buổi bình minh của lịch sử [1].

1.2 Khái niệm enzyme

Enzyme là chất xúc tác sinh học Chúng làm tăng tỷ lệ phản ứng hóa học diễn ra trong các tế bào sống mà không trải qua một sự thay đổi tổng thể Chất phản ứng của các phản ứng được xúc tác bởi enzym được gọi là chất nền Mỗi enzym có một đặc tính khá đặc trưng, tác động lên một cơ chất hoặc cơ chất cụ thể để tạo ra một sản phẩm hoặc một sản phẩm cụ thể Tất cả các enzym đều là protein Tuy nhiên, khi thiếu thành phần không phải protein được gọi là cofactor, nhiều protein enzyme thiếu hoạt tính xúc tác Trong trường hợp này, thành phần protein không hoạt động của một enzyme được gọi là apoenzyme và enzyme hoạt động bao gồm đồng yếu tố, holoenzyme Cofactor có thể là một phân tử hữu cơ, như nó được gọi là coenzyme, hoặc nó có thể là một ion kim loại Một số enzym liên kết các đồng yếu tố chặt chẽ

hơn những enzym khác Khi một đồng yếu tố được liên kết chặt chẽ đến mức khó loại bỏ nó mà không làm hỏng enzym, nó đôi khi được gọi là nhóm giả [1].

1.3 Phân loại enzyme

Theo Liên đoàn Hóa sinh Quốc tế (IUB, International Union of Biochemistry) đã thống nhất phân lớp enzyme thành 6 lớp gồm có: Oxidoreductases, Transferases, Hydrolases, Lyases, Isomerases, Ligases [2], [3], [4].

1.3.1 Oxidoreductases

Các enzyme của lớp này có liên quan đến các phản ứng oxy hóa khử, trong đó các nguyên tử hoặc electron hydro hoặc oxy được chuyển giữa các phân tử Các enzyme trong lớp này là dehydrogenase, có liên quan đến việc chuyển hydride, oxidases chịu trách nhiệm chuyển electron sang oxy phân tử, oxygenase liên quan đến việc chuyển oxy từ oxy phân tử và peroxidases tạo điều kiện chuyển electron sang peroxide Ví dụ: glucose oxidase [2],[7].

Hình 11.3.2 Transferases

Các enzyme xúc tác này thực hiện các phản ứng vận chuyển một nhóm nào đó từ chất này sang chất khác (ví dụ: alkyl-, glycosyl-, ) nhưng không bao gồm oxidoreductase và hydrolases Bản chất của các transferases mà chúng vận chuyển có thể tham gia vào các quá trình trao đổi chất rất khác nhau [2].

Phương trình phản ứng thường có dạng: AB + CD AC + BD [3].⇔ Ví dụ:

Methyltransferase là những enzyme vận chuyển nhóm methyl [8]

Hình 2

Aminotransferase chuyển nhóm – NH từ acid amin vào acid cetonic [9].2

Hình 31.3.3 Hydrolases

Các enzyme xúc tác tham gia các phản ứng thủy phân và ngược lại Trong nhóm này có các enzyme thủy phân như là: proteases, glycosidases, esterases, nucleosidases, and lipases, for example, alkaline phosphatase [2].

Phương trình phản ứng thường có dạng: AB + H O AOH + BH [3].2 ⇔ Ví dụ: phosphatae kiềm.

1.3.4 Lyases

Các enzyme xúc tác này khi tham gia các phản ứng phân tách của một nhóm nào đó sẽ không có sự tham gia của nước ( thủy phân ) Các enzyme thuộc nhóm này là: decarboxylases, aldolases, dehydratases, và một số pectinases nhưng không bao gồm hydrolases [2].

Phương trình phản ứng thường có dạng: AB A + B [3].⇔ Ví dụ: decarboxylase tách phân tử CO từ cơ chất [3].2

1.3.5 Isomerases

Xúc tác các phản ứng biến đổi các đồng phân của các chất hóa học Phương trình phản ứng: ABC ACB.⇔

Ví dụ: epimerase ( chuyển dạng đồng phân lập thể ), racemases ( chuyển dạng giữa D và L ) và transferase nội phân tử.

1.3.6 Ligases

Các enzyme thuộc nhóm này thường có tên gọi khác là synthetases và các enzyme có liên quan tới phản ứng ngưng tụ Khi các enzyme này xúc tác cho các phản ứng thì sẽ gắn 2 phân tử với nhau thành 1 phân tử lớn hơn và chúng có sử dụng các liên kết giàu năng lượng như là ATP hoặc triphosphate nucleoside để giải phóng AMP

Enzyme là những protein có lượng phân tử tới hàng triệu dalton Enzyme được cấu tạo từ các axit amin liên kết với nhau bởi các liên kết peptit Trong nhiều trường hợp ngoài axit amin mà người ta còn thu được các thành phần khác nhau và người ta đã chia thành 2 nhóm: nhóm enzyme thuần (đơn cấu tử) và enzyme tạp (đa cấu tử) [4], [5].

1.4.1 Nhóm enzyme thuần

Được cấu tạo bởi một hay nhiều chuỗi polypeptide giống nhau hoặc khác nhau, là một loại enzyme chỉ có một Protein đơn giản.

1.4.2 Nhóm enzyme tạp

Được chia thành 2 loại:

+ Phần protein được gọi là apoenzyme (hay còn được gọi là feron) Apoenzyme thường quyết định độ đặc hiệu cao của enzyme và làm tăng hoạt tính xúc tác của coenzyme

+ Phần không phải enzyme được gọi là nhóm ngoại agon (như ion kim loại, vitamin, glutathione khử, nucleotide và dẫn xuất ester photphat của monosaccharide, …) Agon được xác định theo phản ứng mà enzyme xúc tác, tham gia trực tiếp vào phản ứng và làm tăng độ bền của apoenzym đối với các yếu tố gây biến tính

Đa số các enzyme là enzyme tạp Hiện nay, người ta đã nhận thấy hầu hết các enzyme trong tế bào là những protein có cấu trúc bậc 4 Trong những điều kiện nhất định, các phân tử của chúng có thể phân ly thuận nghịch để tạo thành các tiểu đơn vị nơi hoạt tính của enzym bị giảm hoặc mất hoàn toàn Trong điều kiện thích hợp, các tiểu đơn vị có thể tái tổ hợp và hoạt động xúc tác của enzym được phục hồi [4],[5].

1.5 Cấu trúc của enzyme

Trong hầu hết các trường hợp, polypeptit có ba bậc cấu trúc có thể kết hợp với nhau để tạo thành các enzyme phân tử có bốn bậc cấu trúc Do đó, cấu trúc bậc bốn là sự sắp xếp đặc trưng về mặt không gian của các chuỗi polypeptit riêng lẻ trong các enzyme phân tử Cho đến nay, một số lượng lớn các enzyme đã được xác định trong tế bào ở cấu trúc bậc bốn Enzyme có cấu trúc bậc bốn là olygomer và polymer được những đơn vị nhỏ cấu thành nên, mỗi đơn vị là do một chuỗi polypeptide Các đơn vị trong một phân tử có thể giống nhau nhưng có thể khác nhau về cấu tạo cũng như là chức năng Những enzyme được nhiều đơn vị nhỏ cấu thành nên được gọi là enzyme polymer và những đơn vị nhỏ được gọi là protomer (các mảnh).

Đối với các enzyme có cấu trúc bậc bốn chúng thường có trọng lượng phân tử tương đối lớn (100.000) Các phân tử thường có đến 3,4 trung tâm hoạt động Khả năng tương tác của mỗi trung tâm hoạt động với cơ chất sẽ phụ thuộc vào chức năng của các trung tâm hoạt động khác Trong một số trường hợp, mỗi tiểu đơn vị có hoạt động trung tâm, nhưng tương tác giữa các tiểu đơn vị sẽ ảnh hưởng đến cấu hình không gian của hoạt động trung tâm trên mỗi tiểu đơn vị, do đó ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme Trong các trường hợp khác, các chức năng nhóm của vị trí hoạt động nằm ở các bộ phận khác nhau, vì vậy hoạt động của chỉ có thể thực hiện được khi có sự kết hợp đúng đắn của các bộ phận nhỏ Như vậy, enzyme có cấu trúc bậc 4 có tính tổ chức của một hệ thống hợp tác cao Nó là điều kiện cần thiết để tạo ra các đặc tính allosteric của enzyme Cần nói thêm rằng enzyme allosteric (enzyme dị lập thể) là những enzym mà chất chuyển hóa của chúng có thể ảnh hưởng đến tác dụng của chúng Môi trường gây dị ứng có khả năng bắt đầu xuất hiện từ một số tiểu đơn vị trước khi enzym được hình thành, vì các hiệu ứng cấu trúc có thể ảnh hưởng đến mức độ liên kết của tiểu đơn vị Các tiểu phần dưới đơn vị (protomer) đa số đều có các cấu trúc từ bậc 2-4 protomer, một số khác thì chứa khoảng từ 6-8 protomer Ví dụ enzyme catalase có trọng lượng 252.000 phân tử, chứa 6 protomer, mỗi mảnh có phân tử lượng là 42.000 Một số enzyme có chứa tới 12 protomer, ví dụ như arginine carboxylase, oxaloacetate carboxylase Sự sắp xếp các mảnh dưới đơn vị trong phân tử thường có tính đối xứng cao [5].

1.6 Tính chất của enzyme

Enzim có bản chất là protein nên có đầy đủ các đặc tính lý hóa của protein Hầu hết các enzym có hình cầu và do kích thước lớn nên không đi qua màng bán thấm

Enzyme có khả năng tan trong nước và những dung môi hữu cơ phân cực khác, không tan trong ete và những dung môi không phân cực.

Không bền dưới tác dụng của nhiệt độ, nhiệt độ cao, enzym bị biến tính Môi trường axit hoặc bazơ cũng làm cho enzym không hoạt động.

Enzim là chất lưỡng tính: tùy theo pH của môi trường mà chúng tồn tại ở dạng cation, anion hay trung tính điện Các enzym được chia thành hai nhóm: enzym một thành phần như pepsin, amylase… và enzym hai thành phần: Apoenzyme (phần protein), Coenzyme (phần không phải protein, bản chất là những hợp chất hữu cơ phức tạp) [6].

2 Enzyme papain2.1 Định nghĩa

Enzyme papain thuộc nhóm các enzyme phân giải protein để thủy phân các liên kết peptit của các protein Các enzyme này phân bố rộng rãi trong hầu như tất cả các

loài động vật, thực vật và vi sinh vật Sự phân hủy một phần bởi các enzyme papain tạo ra các chuỗi peptit có đặc tính và các thành phần thực phẩm chức năng quan trọng Protein tạo thành một trong những nhóm quan trọng nhất của các enzyme công nghiệp, chiếm khoảng 60% thị trường về enzyme Sự đa dạng của enzyme papain đã được đưa vào sản xuất rộng rãi trong chất tẩy rửa, thực phẩm, dược phẩm và các ngành công nghiệp thuộc da

Enzyme papain đóng vai trò là endoprotease và exoprotease do đó chúng thủy phân protein thành các polypeptide và các acid amin Đây là enzyme có tính đặc hiệu cơ chất rộng, nó có thể thủy phân hầu như toàn bộ các liên kết peptid trừ các liên kết với proline và với acid glutamic có chứa nhóm –COOH tự do.

2.2 Tính chất của enzyme papain2.2.1 Tính chất vật lý

Bột màu nâu nhạt hay màu vàng, tùy thuộc vào phương pháp sấy, không tan trong hầu hết các chất hữu cơ nhưng tan một lượng nhỏ trong H O hay glycerine.2

Bền với nhiệt độ tương đối cao Ở dạng nhựa khô, enzyme papain không bị biến tính trong 180 phút ở 100ºC, còn ở dạng dung dịch, papain bị mất hoạt tính sau 30 phút ở 82,5ºC.

Papain có khả năng hoạt động tương đối rộng khoảng độ pH từ 4,5 đến 8,5, nhưng lại dễ bị biến tính trong môi trường axit có pH<4,5 và trong môi trường kiềm mạnh có pH >12.

2.2.2 Cấu tạo hóa học

Papain là 1 endoprotease chứa 16% N và 1,2% S Papain là 1 protease thiol, theo nghiên cứu của 2 nhà khoa học R L Hill và E L Smith, enzyme papain là 1 chuỗi polypeptide gồm 185 axit amin và có trọng lượng là 20,900 Dalton.

Papain bị kìm hãm bởi các chất oxy hóa như O , Ozon,…, đặc biệt, enzyme2

papain dễ bị mất hoạt tính khi có mặt H2O2 Các ion kim loại nặng như Zn, Cd, Cu, Hg, Fe, Pb,… cũng là những tác nhân gây ức chế cho enzyme papain Tuy nhiên, enzyme papain lại tương đối bền đối với một số dung môi hữu cơ.

Phân tử lượng rơi vào khoảng 23,350 Da, là một mạch polypeptide với đầu C là asparagine, đầu N là isoleucine và có 6 gốc cysteine tạo thành 3 cầu disulfur ở những vị trí 22-63, 56-95, 153-200 không có chức năng sinh học, chỉ làm tăng tính bền vững của cấu trúc phân tử và một nhóm – SH tự do ở vị trí 25.

2.3 Cấu trúc của enzyme papain2.3.1 Cấu trúc không gian

Phân tử của enzyme papain có dạng hình cầu với kích thước 36 x 48 x 36AO và mạch chính bị gấp lại thành hai phần bởi một khe Trung tâm hoạt động nằm tại bề mặt khe có nhóm -SH hoạt động của nhóm histidine 159 nằm bên phải khe và nhóm cysteine 25 nằm bên trái khe Phần xoắn chiếm 20% toàn bộ các amino acid trong phân tử.

Hoạt tính của enzyme papain dựa theo hai tâm hoạt động là His159 và Cys25 Khoảng độ pH hoạt động của enzyme papain khá rộng (3.5 – 8.0) tùy thuộc vào cơ chất Khi cơ chất là casein thì hoạt tính tối ưu của enzyme papain trong khoảng pH từ 5.7 – 7.0 và nhiệt độ lý tưởng là 50 – 57 độ C.

Hình 52.3.2 Cấu trúc tâm hoạt động của papain

Tâm hoạt động của papain gồm có nhóm –SH của cys25 và nitrogen bậc 3 của his159 Bên cạnh đó nhóm imidazole của His 159 cũng liên kết với Asp 175 bởi liên kết hydrogen

Hình 6

Vùng tâm hoạt động của enzyme papain chứa mạch polypeptide với các amino acid là: Lys-Asp-Glu-Gly-Ser-Cys-Gly-Ser-Cys.

Theo nghiên cứu của Lowe, chuỗi polypeptide trong trung tâm hoạt động của enzyme papain gần giống với của ficin hay trypsin, dù chúng có nguồn gốc hoàn toàn khác nhau.

Ficin: Arg-Glu-Glu-Gly-Glu-Cys-Gly-Ser-Cys Trypsin: Lys-Asp-Ser-Cys-Glu-Gly-Gly-Asp-Ser.

2.4 Hoạt tính xúc tác của enzyme papain

2.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt tính xúc tác của enzyme papain

Enzyme papain chịu được nhiệt độ khá cao Ở dạng nhựa khô Enzyme Papain không bị biến tính ở 100 C trong khoảng 3 giờ Còn ở dạng dung dịch papain sẽ bị mất0

một phần hoạt tính sau nửa tiếng ở 82.5 C và nếu nhiệt độ tăng cao hơn (>100 C) thì00

nó sẽ mất hoàn toàn hoạt tính kể cả thêm một lượng lớn chất hoạt hóa vào dung dịch Điều này là do ở dạng dung dịch khi tăng lên đến nhiệt độ lớn hơn 100 C thì cấu0

trúc tâm hoạt động của papain sẽ hoàn toàn bị phá hủy Điều cần lưu ý là sau khi đã được tinh sạch và ở trạng thái tinh thể thì papain có độ bền nhiệt kém hơn papain ở trong nhựa, do trong nhựa có chứa các loại protein khác có tác dụng bảo vệ papain.

Papain trong dung dịch NaCl giữ ở nhiệt độ 4 C trong nhiều tháng Trong dung0

dịch dẫn xuất thủy ngân, papain cũng không bị mất hoạt tính trong nhiều tháng Trong khi hầu như các enzyme mất hoạt tính 1-2% mỗi ngày do sự phân hủy hoặc oxy Khi thủy phân các protein khác nhau, thì tùy thuộc vào cơ chất mà nhiệt độ phù hợp cho papain cũng sẽ khác nhau, chẳng hạn đối với cơ chất là casein thì phản ứng với nhiệt độ tối ưu nhất là 37 C Enzyme Papain ổn định ở trạng thái khô có thể chịu nhiệt độ0

sấy lên đến 115 độ C trong thời gian 2 giờ mà hoạt tính vẫn duy trì được trên 88%.

Hình 7

2.4.2 Ảnh hưởng của pH lên hoạt tính xúc tác của enzyme papain

Enzyme papain hoạt động trong khoảng pH tương đối rộng từ 4.5-8.5 nhưng lại dễ biến tính ở trong môi trường acid có độ pH < 4.5 hoặc ở trong môi trường kiềm có độ pH > 12 Khi phản ứng với cơ chất thì tùy thuộc vào bản chất của cơ chất đó mà độ pH tối ưu sẽ khác nhau Chẳng hạn, enzyme papain phản ứng với casein ở độ pH tối ưu là 5.7-7.0 Enzyme Papain ở dạng ổn định tức là cấu trúc không gian của nó được ổn định, có thể chịu được các chuẩn pH = 1.5 và chuẩn pH = 8.5 trong 90 phút.

2.4.3 Ảnh hưởng của dung môi lên hoạt tính xúc tác của enzyme papain

Enzyme papain không thay đổi độ quay quang học trong dung môi là methanol 70% và không thay đổi độ nhớt trong dung môi methanol 50% Trong dung dịch dimethylsulfoxide chứa 20% dung môi hữu cơ và urea 8M không làm giảm hoạt tính cũng như không thay đổi cấu hình của papain Những chất gây biến tính mạnh như TCA 10%, guanidine hydrochloride 6M làm biến đổi bất thuận nghịch về độ quay quang học và hoạt tính của papain.

3 Enzyme Lipase3.1 Định nghĩa, phân loại3.1.1 Định nghĩa

Lipase (EC 3.1.1.3) còn có tên khác là Triacylglycerol lipase.Thuộc nhóm enzyme hydrolase hoạt động trên các liên kết este cacboxylic là một phần của họ hydrolases Chúng không yêu cầu bất kỳ đồng yếu tố nào và thuộc lớp serine hydrolase Triglycerid bị thủy phân thành diglycerid, monoglycerid, axit béo và glycerol bằng cách sử dụng lipase tự nhiên Các liên kết este cacboxylic có thể bị thủy phân bởi các esterase ngoài lipaza [18].

Hình 8

Là enzyme tan trong nước xúc tác phản ứng thủy phân triacylglycerol không tan trong nước tạo thành các glyceril và các acid béo tương ứng nhờ hoạt động của nó trên bề mặt phẩn pha dầu-nước Lipase xúc tắc phản ứng thủy phân cắt đứt lần lượt các liên kết a-ester chứ không cắt cùng một lúc 3 liên kết Quá trình xúc tác thường chậm hơn so với các enzyme khác như protease, amylase…[19].

Sự thủy phân của các liên kết este ở bề mặt tiếp xúc được xúc tác bởi lipase giữa pha cơ chất và pha nước không thể phân giải được trong đó các enzym tiếp tục hóa lỏng trong điều kiện tự nhiên Tuy nhiên, Pseudomonas aeruginosa , Candida anatarctica B , và Burkholderia glumae sở hữu nắp nhưng không cho thấy sự kích hoạt giao diện Phản ứng este hóa, transesteri hóa, tạo lãi, phân giải axit, phân giải rượu, và phản ứng chuyển đổi amino phân diễn ra bởi lipase [18].

Sự hiện diện của nắp và sự kích hoạt bề mặt không phải là tiêu chí thích hợp để phân loại lipase thực sự, carboxylesterase được định nghĩa đơn giản là xúc tác quá trình thủy phân và tổng hợp acylglycerol chuỗi dài [18].

Lipase là một loại chế phẩm enzyme thu được từ quá trình lên men chìm của chủng vi sinh vật sản xuất lipase cao Nó được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, chất tẩy rửa, da, dược phẩm, mỹ phẩm, xử lý nước thải và các ngành công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy [21].

3.1.2 Phân loại

Theo nguồn gốc:

+ Lipase là 1 enzyme có nguồn gốc duy nhất từ tuyến tụy [22].

+ Lipase từ thực vật như ngũ cốc trong giai đoạn này mam Lipase từ nguồn thu nhận này hạn chế về hoạt tính lần khả năng bền nhiệt, đồng thời nông độ enzyme là không cao [19].

Nguồn lipase từ động vật quan trọng nhất là từ tụy tạng của bò, cứu và lợn Lipase được vận chuyển thông qua các ống tụy vào tá tràng, nó giúp tiêu hóa chất béo trung tính thành các axít béo và glycerol dễ hấp thu Lipase bình thường hiện diện trong máu với một số lượng nhỏ Khi các tế bào trong tuyến tụy bị tổn thương, viêm tụy, ống tụy bị chặn do sỏi hoặc hiếm hơn là một khối u tuyến tụy, số lượng lipase vận chuyển vào trong máu tăng, làm tăng nồng độ lipase trong máu [22].

Bên cạnh đó, nguồn lipase này còn có khả năng lây truyền virus từ đông vật sang người nên hiện nay xu hướng sử dụng lipase từ vi sinh vật đang được ưa chuộng do đặc tính đa dạng, dễ tách chiết và nguyên liệu vô hạn [19].

Theo tính đặc hiệu:

+ Lipase có tính đặc hiệu vị trí: C (cylindracae) rogusa, corynebacterium, staphylococus aureus.

+ Lipase có tính đặc hiệu cơ chất: C.rugosa (C18:1 cis-9), A.niger (C10 và C12 hoặc C18:1 cis-9), M miehei (C12), G.Candidum

Một số lipase từ chủng Pseudomonas như P cepacia, P glumae, P flourensence [19].

3.2 Cấu trúc

Tâm hoạt động của lipase là bộ ba: Serine, Histidine và Aspartate/Glutamate Phía trên trung tâm hoạt động có vùng kỵ nước được hình thành sau khi lipase được hoạt hóa Ngoại trừ các điểm chung về khả năng xúc tác thông dụng thì lipase từ những nguồn khác nhau có rất ít điểm chung ở cấp độ amino acid Do đó, sự hiện diện của serine ở tâm hoạt động được xem là có tính bảo tồn cao và thường xuất hiện trong chuỗi pentapeptide Gly- Xaa - Ser- Xaa - Gly [19].

Hình 93.3 Tính chất

Lipase nhỏ mỡ phân vùng trong hệ thống người tiêu hóa, biến triglyceride trong dầu ăn thành monoglyceride và các acid béo [20].

Trọng lượng phân tử của lipase nằm trong khoảng 19-60 kDa và được báo cáo là protein đơn phân Vị trí của axit béo trong xương sống của glyxerol, chiều dài chuỗi của axit béo và mức độ không bão hòa của nó là các yếu tố và tính chất vật lý của lipaza phụ thuộc vào nó Các giá trị cảm quan và dinh dưỡng của chất béo trung tính nhất định cũng bị ảnh hưởng bởi các đặc điểm này Một số lipaza xúc tác cho một số phản ứng hữu ích như phản ứng este hóa do chúng hoạt động trong dung môi hữu cơ Lipase hiển thị các hoạt động phụ thuộc vào pH, thường ở pH trung tính 7,0 hoặc lên đến pH 4,0 và 8,0 lipase là ổn định, Chromobacterium viscosum, A niger và Rhizophussp., lipase ngoại bào được tạo ra hoạt động ở pH axit, và P nitroaeducens tạo ra lipase kiềm và hoạt động ở pH = 11,0 Trong các điều kiện thí nghiệm nhất định, lipase có khả năng đảo ngược các phản ứng dẫn đến quá trình este hóa và tạo lãi khi không có nước Đối với sự biểu hiện của các hoạt động lipase, các đồng yếu tố không cần thiết nhưng canxi là cation hóa trị hai sẽ kích thích hoạt động Co, Ni , Hg và Sn ức chế mạnh mẽ các hoạt động của lipase và Zn , Mg2+2+2+2+2+

EDTA và SDS bị ức chế nhẹ Giá trị thời gian bán hủy xác định cấu hình ổn định nhiệt độ của lipase và nhiệt độ thấp hơn cho thấy sự ổn định hơn Theo vùng đặc trưng, lipase được chia thành hai nhóm và được tiết lộ với chất nền acyl glycerol Không hiển thị tính đặc hiệu chỉ có các axit béo được thải ra khỏi cả ba vị trí của glycerol trong nhóm lipase đầu tiên Các axit béo đặc biệt được thải ra từ vị trí 1, 3 của acylglycerol trong nhóm lipase thứ hai Triacylglycerol bị thủy phân bởi lipase và tạo thành 2-monoacylglycerol và các axit béo tự do 1,2 - (2, 3) - diacylglycerol Ở A arrhizus ,R delemar, C ridndracea và P aeruginosa , tính đặc hiệu một phần với âm thanh nổi đã được phát hiện trong quá trình thủy phân triacylglycerols Các enzym này có thể được sử dụng để chiết xuất các este và rượu tinh khiết về mặt quang học do các đặc tính