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
Tổng quan về enzyme
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].
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
2 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].
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].
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].
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].⇔
Methyltransferase là những enzyme vận chuyển nhóm methyl [8]
Aminotransferase chuyển nhóm – NH từ acid amin vào acid cetonic [9].2
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 ⇔
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
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.
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 hoặc ADP.
Phương trình phản ứng: A + B → AB.
Thành phần cấu tạo
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].
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).
6 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].
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].
Enzyme papain
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
7 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.
Tính chất của enzyme papain
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 pH12.
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.
Cấu trúc của enzyme papain
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 5 2.3.2 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
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.
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 mất 0 một phần hoạt tính sau nửa tiếng ở 82.5 C và nếu nhiệt độ tăng cao hơn (>100 C) thì 0 0 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 cấu 0 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 dung 0 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 độ 0 sấy lên đến 115 độ C trong thời gian 2 giờ mà hoạt tính vẫn duy trì được trên 88%.
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 methanol70% 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 nhưTCA 10%, guanidine hydrochloride 6M làm biến đổi bất thuận nghịch về độ quay quang học và hoạt tính của papain.
Enzyme Lipase
Định nghĩa, phân loại
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].
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].
+ 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].
+ 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].
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].
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 , Mg 2+ 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
14 này Ở hoạt độ nước thấp, sử dụng môi trường hữu cơ mang lại một triển vọng đặc biệt so với sự biến đổi của dung môi Vì vậy, việc thay đổi các đặc tính của dung môi, tính đặc hiệu của enzym có thể bị biến đổi Bất kỳ dung môi nào cũng có thể ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính xúc tác của enzym do có cấu trúc mềm và tinh tế [18].
Tính đặc hiệu
3.4.1 Đặc hiệu kiểu phản ứng
Enzym lipase chỉ có thể xúc tác cho phản ứng thuỷ phân [24].
Những enzyme không đặc hiệu với vị trí hoặc cấu trúc gốc acyl trên mạch triglyceride (C.rugosa) [19].
Xúc tác đặc hiệu vị trí 1,3 trên phân tử triacylglycerol (A.niger) [19].
Chỉ xúc tác đặc hiệu 1 số acid béo nhất định (Geotrichum candidum) [19].
Cơ chất là chất có khả năng kết hợp vào trung tâm hoạt động của enzym và bị chuyển hoá dưới tác dụng của enzym Lipase có tính đặc hiệu tương đối : nó có khả năng tác dụng lên 1 kiểu liên kết nhất đinh trong phân tử cơ chất mà không phụ thuộc vào cấu tạo của các phần tham gia tạo thành mối liên kết đó Lipase có khả năng thuỷ phân được tất cả các mối liên kết ester carboxylic [24]. Đặc hiệu cơ chất: cơ chất có khả năng kết hợp vào trung tâm hoạt động của enzyme và bị chuyển hóa dưới tác dụng của enzyme (C.rugosa, A.niger,M miehei )[19].
Hoạt tính xúc tác
Thông thường, trong phản ứng có xúc tác enzym, nhờ sự tạo thành phức hợp trung gian enzym – cơ chất mà cơ chất được hoạt hoá, bởi lẽ khi cơ chất kết hợp vào enzym do kết quả của sự cực hóa, sự chuyển dịch của các electron và sự biến dạng của các liên kết tham gia trực tiếp vào phản ứng dẫn tới làm thay đổi động năng cũng như thế năng, kết quả làm cho phõn tử cơ chất trởứ nờn hoạt động hơn, nhờ đú tham gia phản ứng dễ dàng Quá trình tạo thành phức enzym – cơ chất (ES) và biến đổi phức này thành sản phẩm, giải phóng enzym tự do thường trải qua 3 giai đoạn : E + S ES P + E Giai đoạn 1: Enzym kết hợp với cơ chất bằng liên kết yếu tạo thành phức ES không bền, phản ứng này xảy ra rất nhanh và đòi hỏi năng lượng hoạt hoá thấp Giai đoạn 2: Khi cơ chất tạo phức với E sẽ bị thay đổi cả cấu hình không gian, cả về mức độ bền vững của các liên kết Kết quả là các liên kết bị phá vỡ
Giai đoạn 3: tạo thành sản phẩm còn ezym dc giải phóng dưới dạng tự do Tâm ái nhân của lipase sẽ tương tác với 1 trong 2 nguyên tử tích điện dương của liên kết bị thuỷ phân Sự tạo thành phức hợp trực tiếp như thế với trung tâm phản ứng
15 sẽ làm cho sự đứt các liên kết và sự thuỷ phân dc dễ dàng thuận lợi Một cơ chế khác liên hệ tính tác dụng của ezym với sự khuyết electron của liên lết bị thuỷ phân là : Enym làm tăng sự khuyết electron vốn đã tồn tại trước đó, bằng cách tạo thành liên kết tương ứng với cơ chất ở những vị trí ít nhiều gần gũi với liên kết bị thuỷ phân Nhờ vậy mà làm cho sự phân bố electron trong phân tử cơ chất bị thay đổi theo 1 chiều hướng cần thiết, khiến cho việc đứt liên kết được dễ dàng hoặc khiến cho 1 trong 2 nguyên tử của liên kết tương tác được với các tác nhân ái nhân AB + H2O AOH + BH Dưới tác dụng của enzym lipase, khi hợp chất AB kết hợp với enzym thì liên kết A-B bị kéo căng , kèm theo sự chuyển dịch electron dẫn đến làm đứt liên kết A-B và gắn nhóm HO- của nước vào phần B của phân tử Sau khi hoàn thành phản ứng enzym dược giải phóng dưới dạng tự do [24].
Khả năng thủy phân lipid Lipase phân nhỏ mỡ trong hệ tiêu hoá người, biến đổi triglyceride trong dầu ăn thành monoglyceride và các axit béo tự do Cơ chế: Chúng xúc tác phản ứng thuỷ phân lần lượt từng liên kết chứ không cắt đứt cả 3 liên kết este cùng một lúc [20].
Hoạt tính đạt cực đại khi nó được phân tán vào giữa bề mặt phân pha dầu-nước
=> quá trình hoạt hóa phân pha [23].
Lipase xúc tác cho nhiều phản ứng khác nhau bao gồm: phản ứng thủy phân, phản ứng tổng hợp ester, phản ứng chuyển ester và phản ứng amin hóa (aminolysis) [23].
Các phản ứng do lipase xúc tác đều là các phản ứng thuận nghịch và chiều hướng của phản ứng phụ thuộc vào lượng nước tham gia vào phản ứng [23].
Ứng dụng của enzyme papain và lipase trong sản xuất thịt
Tổng quan về thịt
Thịt là mô cơ của cơ thể và các bộ phận ăn được khác của các loài động vật như vịt, gà, bò, lợn,… dùng làm thực phẩm, không chỉ bao gồm cơ và mỡ mà còn cả gân và dây chằng [31] Thịt là một trong những thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, chứa nhiều acid amin, chất béo và vitamin,… Nó được dùng để làm thực phẩm cho con người từ ngày xưa đến nay Cùng với xã hội ngày càng phát triển nhu cầu tiêu thụ thịt ngày càng lớn, các loài động vật như vịt, gà, bò, lợn,… được thuần hóa và nuôi với quy mô lớn để lấy thịt với quy mô công nghiệp [25]
Hình 10 4.1.2 Đặc điểm cấu tạo của thịt
Dựa vào thành phần hóa học và chức năng của các mô cơ trong thịt mà ta chia nó thành các loại như sau: mô cơ, mô liên kết, mô xương, mô mỡ, mô máu Trong đó mô cơ chiếm tỉ lệ cao nhất và có thể chế biến thành nhiều sản phẩm
Mô cơ chiếm tỉ lệ lớn nhất trong cấu tạo của thịt Nó bao gồm nhiều sợi cơ xếp lại thành một bó, các sợi cơ được cấu tạo từ miozin hoặc actin Mỗi sợ cơ đều là một tế bào cơ, đường kớnh khoảng 10-100 àm Trong mụ cơ của thịt chứa khoảng 68-70% là nước, 19-20% là protein, 9-11% là lipit [25]
Mô cơ được cấu tạo từ: Màng cơ do các protein hình sợi cấu tạo thành, cơ tương gồm dịch cơ tương (cấu tạo từ nước và các chất hòa tan) và tơ cơ (thành phần chủ yếu là các loại protein như: tropomyozin, troponin…), lưới cơ tương[25] Có chức năng chủ yếu là thực hiện các hoạt động co giãn.
4.1.2.2 Cấu trúc mô liên kết
Trong cơ thể mô liên kết được phân bố rộng rãi có vai trò liên kết các sợi tơ cơ và các bó cơ lại với nhau, tạo cấu trúc chặt chẽ cho thịt, tham gia vào quá trình trao đổi chất và thực hiện vai trò bảo vệ Trong mô liên kết có khoảng 57-62% là nước, 21- 40% protein, 1-3,3% lipit và 0,4-0,7% là chất khoáng Giá trị dinh dưỡng kém [25]
Hình 11 4.1.2.3 Cấu trúc mô mỡ
Mô mỡ là cấu trúc dạng lưới xốp được tạo thành từ các tế bào mỡ liên kết với nhau Đây là bộ phận giải phẩu hình thái quan trong thứ 2 sau mô cơ Luợng mô mỡ trong cấu trúc thịt ít hay nhiều còn phụ thuộc vào giới tính, giống loài và điều kiện nuôi dưỡng Trong mô mỡ có khoảng 2-21% nước, 5-7,5% protein, 70-97% là lipit và một lượng nhỏ vitamin Lượng mô mỡ trong cấu trúc thịt nhiều hay ít còn phải phụ thuộc vào giống loài, giới tính và cả điều kiện nuôi dưỡng [25]
4.1.2.4 Cấu trúc mô xương, mô sụn
Mô xương là một trong các loại liên kết Xương gồm các chất cơ bản tạo ra lớp bề mặt và chất xốp bên trong, chất cơ bản của mô xương bao gồm các chất hữu cơ thấm muối khoáng, chứa trung bình 45% là hợp chất vô cơ 20-25% nước, 75-85% chất khô, trong đó 30% là protein, 45% là hợp chất vô cơ Vì giá trị thực phẩm của xương thấp hơn nhiều so với giá trị thực phẩm của mô cơ nên chất lượng thịt càng kém nếu hàm lượng cơ xương càng nhiều.
Mô sụn được cấu tạo từ các chất cơ bản gồm 67-72% là nước, 17-20% protein, 3- 5% lipit, 1,5-2,2% là khoáng chất và 1 ít gluxit, trong đó có các sợi collagen, elastin và thành phần tế bào Trong sụn không có các mạch máu để cung cấp các chất dinh dưỡng cho tế bào chondrocytes Thay vào đó các chất dinh dưỡng sẽ được khuếch tán thông qua mô liên kết bao quanh sụn và lõi của nó [25]
Mô máu tồn tại trong mao quản, các cơ quan trong và da Trong máu chứa 16,4- 18,5 % protein, 79-82% nước, chất hữu cơ phi protein và chất khoáng 0,8-1% Nó cũng là mô chiếm tỉ lệ thấp nhất trong thịt [25]
4.1.3 Giá trị dinh dưỡng của thịt
Không phải tự nhiên mà thịt là loại thực phẩm phổ biến của con người từ xưa đến nay Thịt có giá trị như một loại thực phẩm cung cấp protein hoàn chỉnh chứa tất cả các axit amin cần thiết cho cơ thể con người Chất béo của thịt, rất khác nhau tùy theo loài, chất lượng và cách cắt, là một nguồn năng lượng quý giá và cũng ảnh hưởng đến hương vị, độ ngọt và độ mềm của nạc Các bộ phận như gan, thận, tim và các bộ phận khác là nguồn tuyệt vời của vitamin và các khoáng chất thiết yếu, dễ dàng được cơ thể con người đồng hóa Thịt tiêu hóa hơi chậm, nhưng 95% protein thịt và 96% chất béo được tiêu hóa Chất béo có xu hướng làm chậm quá trình tiêu hóa các loại thức ăn khác; do đó, thịt với một tỷ lệ hợp lý chất béo sẽ lưu lại lâu hơn trong dạ dày, làm chậm cơn đói và mang lại “sức mạnh duy trì” Các chất chiết xuất trong thịt gây tiết nước bọt và dịch vị, tạo cảm giác thèm ăn và đảm bảo dễ tiêu hóa [32].
4.1.3.1 Giá trị của protein trong thịt
Protein động vật thường có chất lượng cao, chứa tất cả chín axit amin thiết yếu cần thiết cho sự phát triển và duy trì cơ thể của bạn Là cơ sở cấu tạo của protein, axit amin rất quan trọng từ khía cạnh sức khỏe Thành phần của chúng trong protein rất khác nhau, tùy thuộc vào nguồn thức ăn Thịt là một trong những nguồn cung cấp protein hoàn chỉnh nhất, thành phần axit amin của nó gần giống với thành phần cơ bắp của bạn Vì lý do này, ăn thịt - hoặc các nguồn protein động vật khác - có thể có lợi đặc biệt sau khi phẫu thuật và cho các vận động viên đang hồi phục Kết hợp với bài tập sức mạnh, nó cũng giúp duy trì và xây dựng khối lượng cơ bắp [33].
Hàm lượng protein thịt chiếm 20-35% trong thịt, hấp thụ đồng hóa lên đến 96- 97% Protein trong thịt chủ yếu là protein cơ, protein tổ chức liên kết và chất chiết xuất Protein cơ chứa lượng axit amin cao, tỷ lệ cân đối, dễ hấp thu Protein tổ chức liên kết chứa nhiều collage và elastin là protein giá trị dinh dưỡng thấp, khó hấp thụ. Loại này thường tập trung nhiều ở phần thịt bụng, chân giò, thủ… Collagen khi được đun nóng chuyển thành gelatin là chất đông keo Elastin có tính đàn hồi cao nên gần như không chịu tác dụng của men tiêu hóa Chất chiết xuất có thể tồn tại ở dạng bột, cô đặc hoặc tinh chất là những sản phẩm hình thành trong quá trình thoái hóa protein, tan trong nước và rất dễ bay hơi, có vị thơm đặc biệt Nó tạo ra vị thơm cho thịt và có tác dụng kích thích tiết dịch vị rất mạnh [26].
4.1.3.2 Giá trị của chất béo trong thịt
Tùy theo loại thịt khác nhau mà hàm lượng mỡ dao động từ 1-30% Giá trị dinh dưỡng của thịt phụ thuộc độ béo gầy, vị trí của mỡ và thân nhiệt Đối với mỡ gà và mỡ ngựa có hàm lượng axit linoleic cao là axit béo chưa no cần thiết mà cơ thể không tự tổng hợp được Chất béo không no tăng ở loài thân nhiệt thấp, động vật béo. Cholesterol và lipid phức tạp khó tiêu khác tập trung chủ yếu ở tủy xương, não và các nội tạng khác Chất béo ở tổ chức dưới da, bụng và quanh nội tạng bao gồm cả axit béo no và chưa no [26].
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa lipid trong thịt là hàm lượng chất béo và thành phần axit béo vì axit béo là cơ chất của quá trình oxy hóa Trong thịt, lipid được tổ chức thành triglycerid và phospholipid, với sự đóng góp thấp của các loại lipid khác như axit béo tự do, cholesterol hoặc vitamin Do đó, sự gia tăng chất béo tiêm bắp dẫn đến tăng khối lượng tế bào mỡ (chất béo trung tính), trong khi số lượng phospholipid không đổi vì số lượng màng không thay đổi Mặc dù lượng lipid chính nằm ở phần triglycerid, nhiều nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng phospholipid rất cần thiết cho sự phát triển của quá trình oxy hóa lipid Có hai cách giải thích chính cho khả năng phản ứng phospholipid cao này Đầu tiên, sự sắp xếp của lipid trong màng tạo điều kiện cho giai đoạn lan truyền của quá trình oxy hóa lipid, vì các vị trí xúc tác oxy
20 hóa gần nhau hơn Ngoài ra, ai cũng biết rằng photpholipit có lượng axit béo không bão hòa đa cao hơn triglycerid Các nghiên cứu khác nhau được thực hiện trên thịt tươi từ thịt lợn và thịt bò cho thấy tổng số axit béo không bão hòa đa ở phần trung tính (triglyceride) chiếm từ 4,5–14% trong khi lượng này tăng lên đến 37–47% ở phần lipid phân cực (phospholipid) Trong thịt nạc (có rất ít mỡ trong cơ), có tỷ lệ phospholipid cao nên rất dễ bị oxy hóa Do đó, liên quan đến tính nhạy cảm với oxy hóa, độ không bão hòa của chất béo là thông số quan trọng hơn nhiều so với lượng chất béo [32].
4.1.3.3 Giá trị của vitamin và chất khoáng trong thịt
Ứng dụng của enzyme papain trong sản xuất thịt
4.2.1 Cơ chế tác dụng lên protein của enzyme papain
Enzyme phân giải protein là một loại enzyme đa chức năng, với các chức năng sinh lý bao gồm tiêu hóa protein tổng quát đến các quá trình được điều chỉnh cụ thể hơn như kích hoạt các hợp tử, đông máu, hoạt hóa bổ thể, quá trình viêm và giải phóng các peptide sinh lý khỏi các protein tiền thân Chúng thường được sử dụng trong chế biến thực phẩm [32].Trong cơ chế tác dụng lên protein của enzyme papain thì papain có chức năng phân giải protein rộng rãi đối với các peptit của chuỗi ngắn, protein, axit amin este hóa và các liên kết của amit và có chức năng rộng rãi trong dược phẩm và nguyên liệu thực phẩm Nó đặc biệt tách liên kết peptit của các axit amin tích điện dương chủ yếu là các gốc lysine, arginine và phenylalanine Protein papain mang hình cầu có trọng lượng phân tử 23406 Dalton và 212 khối cấu tạo của protein với 4 cầu nối đisunfua Có 2 miền cấu trúc theo cấu trúc ba chiều có khe hở bao gồm vị trí hoạt động ở các vị trí khác nhau của histidine, cysteine và aspartate Papain hydrolase của cysteine có sự ổn định ở nhiệt độ cao và hoạt động ở nhiều điều kiện khác nhau PH lý tưởng cho hoạt động của papain là 3-9 Sự gấp lại và củng cố của protein bắt nguồn từ tính kỵ nước của papain với lõi kỵ nước bên ngoài tương tác với nước và lõi kỵ nước bên trong ổn định cấu trúc bậc ba Sự phân hủy của protein là do hoạt tính xúc tác của papain [27].
4.2.2 Yêu cầu của enzyme papain khi sử dụng sản xuất thịt
Trong tất cả các thuộc tính của chất lượng thịt, người tiêu dùng đánh giá độ mềm là quan trọng nhất Làm mềm là một đặc điểm do sự tương tác của hiệu ứng actomyosin của protein sợi cơ, hiệu ứng mật độ khối của chất béo và hiệu ứng nền của mô liên kết Có một số cách để làm mềm thịt, về mặt hóa học hoặc vật lý, chủ yếu làm giảm lượng mô liên kết có thể phát hiện được mà không gây ra sự phân hủy rộng rãi của các protein myofibrillar Xử lý bằng enzym phân giải protein là một trong những
22 phương pháp làm mềm thịt phổ biến nhất [30] Papain là một chế phẩm protease mạnh mẽ, có tính đặc hiệu lớn ở lớp dưới, xúc tác việc phá vỡ các liên kết peptid trong phân tử protein và các sản phẩm thoái hóa của chúng thành axit amin [29] Vì tác dụng lên protein nên papain đã được sử dụng phổ biến khi xử lí làm mềm thịt, đặc biệt là mô cơ và mô liên kết Hoạt động của papain là do phần cysteine_25 và His_159 trong vị trí hoạt động của bộ ba tấn công carbon của carbonyl trong xương sống peptide có phần tự do của đầu cuối amin Sợi thịt được nó phân hủy ở dạng bột hoạt tính và được sử dụng để làm mềm thịt [27] Nên sử dụng liều lượng papain càng thấp càng tốt, vừa để tránh hiện tượng tạo nếp cao và thu được các loại thịt có cấu trúc mềm, có khả năng chống nghiền và kết cấu nhão rất thấp [29], vừa có thể cải thiện chất lượng và độ ngon của các loại thịt ở cấp thấp hơn, chẳng hạn như: thịt bò, thịt gà, thịt lợn, thịt khô, vỏ xúc xích (để giảm độ dai) Trong các chế phẩm nuôi cấy tế bào, papain được sử dụng để phân ly tế bào Trong các chế phẩm enzym khác nhau, nó được sử dụng để làm sạch nhằm loại bỏ các tế bào hoặc mô bị nhiễm bệnh của thịt [27].
Ứng dụng của lipase trong sản xuất thịt
4.3.1 Cơ chế tác dụng lên protein và chất béo của enzyme lipase
Enzyme lipase được phát hiện hoạt động ở pH 6,5 và ở nhiệt độ 45 °C Enzyme lipase được ứng dụng nhiều trong phản ứng phân hủy thịt do một tính chất rất quan trọng của enzyme lipase đó là sự phân hủy chất béo Rõ ràng là lipase được tạo ra từ Lactobacillus spp có đặc tính phân hủy thịt trong 72 giờ Tương tự, hoạt động phân giải protein của lipase đối với protein thịt trong hệ thống xúc xích đã được nghiên cứu và L.plantarum cho thấy sự phân hủy của cả protein cơ chất và protein sợi myofibrillar trong 96 giờ Lipase cũng làm thay đổi vị trí của chuỗi axit béo trong glyxerit và thay thế chuỗi axit béo mới, do đó làm cho một chất béo ít mong muốn hơn thành chất béo có giá trị cao hơn trong thịt Trong cơ chế này, đặc tính phân huỷ của lipase đã được nghiên cứu và sự phân huỷ hoàn toàn của thịt được quan sát thấy ở 72 giờ đối với L.plantarum Điều này có thể là do quá trình tự oxy hóa các axit béo thành các aldehyde hoặc xeton chuỗi ngắn dẫn đến mùi khó chịu và sủi bọt
4.3.2 Yêu cầu của enzyme lipase khi sử dụng sản xuất thịt
Từ cơ chế hoạt động của enzyme lipase, các nhà máy đã sử dụng nó để loại bỏ chất béo dư thừa trong ngành sản xuất thịt để sản xuất thịt nạc, lipase cũng được sử dụng để phân rã protein để làm mềm thịt Nó cũng được sử dụng để tăng hương vị cho quá trình lên men các sản phẩm thịt và để mở rộng tính ưu việt của xúc xích lên men. Ban đầu, vào thời kỳ khan hiếm, việc xử lý thịt được sử dụng như một quá trình bảo quản thịt; do sự sử dụng tràn lan của công nghệ làm lạnh trong khi ngày nay nó đã mất đi tầm quan trọng của chúng Mặc dù vậy, quy trình này được cải cách và sửa đổi qua
23 việc sử dụng enzyme lipase để có được sản phẩm thịt ngon và đẹp mắt Mô mỡ và cơ cũng là thành phần của quá trình phân giải lipid mạnh mẽ, tạo ra các axit béo tự do do tác động của lipaza mà ở một giai đoạn khác, được đổi mới thành chất bay hơi do quá trình oxy hóa [28].
Tiềm năng phát triển của enzyme papain và lipase
Tìm năng của enzyme papain
5.1.1 Tầm quan trọng của enzyme papain
Sự ứng dụng của enzyme papain trong sản xuất thịt vẫn đóng vai trò rất quan trọng Ngoài ứng dụng trong sản xuất thịt nó còn có vai trò cũng quan trọng không kém.
5.1.1.1 Ứng dụng trong sản xuất thực phẩm
Trong công nghiệp sản xuất đồ ăn nhanh, thì người ta đề xuất rằng sử dụng papain để cải thiện độ nóng chảy và khả năng co giãn của việc sử dụng pho mát Nabulsi trong các loại bánh ngọt khác nhau, bánh pizza và cả bánh kunafa bằng cách tác động lên liên kết của casein Phô mai Nabulsi được xử lý bằng Papain cho thấy cấu trúc dạng sợi phát triển tốt, cho thấy kết quả tốt và khả năng bảo quản tuyệt vời trong việc sử dụng bánh pizza và bánh ngọt tạo ra khả năng tan chảy hoặc kéo dài do có nhiều muối nên nó đã được chứng minh là phương pháp hữu hiệu Papain đã được sử dụng trong nướu răng có thể nhai được như chất làm mềm [34].
Trong công nghiệp chế biến sữa enzyme papain có tác dụng làm đông tụ và giảm độc tố trong sữa Từ tính chất này của papain mà nó được ứng dụng vào cả sản xuất pho mát [35].
Trong công nghiệp sản xuất nước chấm thì bản chất thật của quá trình này là thủy phân protein và axit amin, nó sẽ phải trải qua 3 pha Mà bản chất này lại rất phù hợp với tính chất thủy phân của papain Nên người ta đã cho enzyme papain và các protease vào pha thứ 2 để quá trình tự phân của protein xảy ra Sau 120-140 ngày thì
24 pha 3 diễn ra, enzyme sẽ tấn công vào các tế bào protein hòa tan và khiến hợp chất Nitơ bị biến đổi [35].
Trong công nghiệp sản xuất bia rượu papain tham gia vào sản xuất giống như một nguyên liệu có giá thành rẻ, giúp giảm thời gian lên men,… Không những đảm bảo chất lượng của thành phẩm, mà khi kiểm tra chất lượng rượu bia cũng có chỉ tiêu cao hơn 30% so với thông thường [35].
Trong công nghiệp sản xuất bánh quy papain cùng với amylase hoạt động làm tăng hàm lượng của các axit amin tự do lẫn hàm lượng đường khử Mục đích tăng hàm lượng của 2 thành phần trên là để chúng tham gia phản ứng oxy hóa khử kết quả cho ra là bánh quy có mùi và màu sắc hấp dẫn hơn nhiều Ngoài ra papain cũng giúp làm giảm thời gian đảo trộn, tăng độ dẻo và làm nhuyễn bột, tạo độ xốp và nở tốt hơn [35].
Enzyme Papain được biết đến là một trong những enzyme có tác dụng rất tốt trong hỗ trợ tiêu hóa thức ăn nhờ khả năng phân giải protein Có thể kết hợp enzyme này cùng một số các loại enzyme nữa trong các sản phẩm có tác dụng điều trị bệnh biếng ăn, ăn không tiêu Papain còn được sử dụng trong việc tiêu hóa các dị vật thừa từ thức ăn hay các protein chết trong cơ thể [36] Papain còn làm giảm dị ứng của chứng khó tiêu như (liên quan đến dạ dày) hội chứng ruột bị rò rỉ, giảm axit clohydric và (liên quan đến đường ruột) làm giảm khả năng dung nạp gelatin [34].
Papain đã hỗ trợ hệ thống miễn dịch điều trị khối u vì nó kiểm soát và sửa đổi bạch cầu trong phản ứng của phản ứng miễn dịch Giảm sưng và đỏ tại các khớp và tuyến tiền liệt [34] Papain cũng có đặc tính chống lại nấm và cả kháng virus làm giảm sự nhiễm trùng gây ra trên các vết thương.Bằng cách phá hủy lớp protein bảo vệ nấm và virus chống lại các cuộc tấn công Vùng ức chế giảm làm giảm khả năng sinh sản, lây lan và gây nhiễm trung của nấm lẫn virus rất hiệu quả [37].
Nó cũng đã được chứng minh là có ý nghĩa như vai trò giảm đau ở một số khu vực trên cơ thể kể đau cơ do tập luyện ở cường độ cao, đau họng và cả bệnh zona, thể hiện vai trò giảm viêm đối với các trường hợp dị ứng đau nhức đầu, bệnh nhân hen xuyễn, viêm khớp và đau răng không phản ứng phụ [37] Nó có vai trò quan trọng trong việc chăm sóc da và vết thương và các nhà khoa học đã tận dụng nó từ cô đặc một phần papain từ đu đủ và bôi ngoài da để điều trị vết thương, bỏng rát, giường lở loét, kích ứng, phát ban và đã được chứng minh là thành công [34]
5.1.1.3 Một số ứng dụng khác của enzyme papain
Trong công nghiệp sản xuất mỹ phẩm papain có tác dụng phân giải protein dùng để thể hiện tác dụng tẩy các tế bào da chết có trên da, nó còn có thể làm trắng răng bằng cách loại bỏ có mảng bám do cặn thức ăn còn dính trong răng, thậm chí nó còn
25 có thể ngăn chặn sâu răng [36] Vì tác dụng trên của papain được thêm vào một số kem đánh răng và kẹo bạc hà như một chất làm trắng răng Tuy nhiên, tác dụng làm trắng của nó là rất ít vì papain có ở nồng độ thấp và nhanh chóng bị pha loãng bởi nước bọt Đặc biệt là nó không cần khoan và không can thiệp vào độ bền liên kết của vật liệu phục hình với ngà răng Papain đã được biết là có thể can thiệp vào các xét nghiệm thuốc trong nước tiểu để tìm cannabinoids Nó được tìm thấy trong một số sản phẩm cai nghiện ma túy Gần đây, người ta đã chứng minh rằng papain có thể được sử dụng để lắp ráp các màng mỏng titania dùng trong tế bào quang điện [33].
5.1.2 Những hạn chế của enzyme papain
Enzyme papain an toàn tuyệt đối khi sử dụng với lượng thường có trong các thực phẩm lẫn các ứng dụng trong y học Nó có thể an toàn khi dùng bằng đường uống thuốc với lượng vừa đủ và khi bôi dưới da dưới dạng dung dịch thích hợp Tuy nhiên khi dùng một lượng lớn papain thì có thể không an toàn Với liều lượng quá cao thì papain có thể gây ra tổn thương họng nghiêm trọng Ngoài ra nếu bôi trên da với lượng cao thì có thể gây khô da, kích ứng và nổi mụn nước Đặc biệt thận trọng với phụ nữ mang thai và cho con bú vì khi dùng papain qua đường uống trong thời thai kỳ có thể gây ra các dị tật bẩm sinh hoặc sẩy thai Papain có thể làm tăng nguy cơ chảy máu ở những người bị rối loạn đông máu thậm chí các bác sĩ còn khuyên không nên dùng papain trước phẩu thuật ít nhất hai tuần [38].
5.1.3 Tìm năng của thị trường enzyme papain
Cùng với sự gia tăng nhận thức về sức khỏe, nhu cầu về chất làm mềm thịt và nhu cầu về các enzym tự nhiên tăng cao đã thúc đẩy sự phát triển của thị trường tiêu thụ papain [40] và cũng một phần là vì enzyme papain được ứng dụng khá đa dụng trong rất nhiều các lĩnh vực khác nhau nên vì thế thị trường sản xuất lẫn thị trường tiêu thụ của nó cũng rất đa dạng [39] Một phần là do yếu tố kinh tế vĩ mô tác động tích cực đến thị trường papain toàn cầu bao gồm gia tăng dân số, tốc độ đô thị hóa nhanh và thu nhập trong nước ngày càng tăng Xu hướng được xác định trên thị trường papain toàn cầu là sát nhập và mua lại giữa các nhà sản xuất papain và các nhà cung cấp đu đủ. Các công ty tham gia thị trường papain đang đầu tư vào nghiên cứu phát triển và sản xuất papain để đáp ứng các quy định kỹ thuật với nhu cầu ngày càng tăng [41] Tuy nhiên, sự sẵn có của các enzym nhân tạo hạn chế sự tăng trưởng của thị trường Sự phát triển công nghệ trong sản xuất papain đã làm tăng sản lượng, điều này được kỳ vọng sẽ mang lại cơ hội tăng trưởng cho thị trường [40] Hiện nay thị trường tiêu thụ papain các công ty sản xuất các sản phẩm papain có cơ hội lớn ở các khu vực như Bắc
Mỹ, Châu Âu và Châu Á-Thái Bình Dương Các công ty có cơ hội đáng kể trên thị trường papain toàn cầu thông qua hợp tác với nhà cung cấp nguyên liệu, tức là nhà
26 cung cấp đu đủ và thông qua hội nhập ngược vào thị trường như một nguyên liệu thô là yếu tố then chốt đối với thị trường [41].
Tiềm năng của enzyme lipase
5.2.1 Tầm quan trọng của enzyme lipase
Lipase là một loại enzym tiêu hóa được tìm thấy trong nhiều loại thực vật, động vật, vi khuẩn và nấm mốc Nó cũng rất phổ biến và được ứng dụng rất rộng rãi không thua kém gì enzyme papain.
5.2.1.1 Ứng dụng của lipase trong các chất tẩy rửa
Do khả năng thủy phân chất béo nên lipase được sử dụng trong các ngành công nghiệp chất tẩy rửa để giảm thiểu việc sử dụng các hóa chất gốc photphat trong công thức chất tẩy rửa Việc sử dụng lipase chủ yếu làm chất phụ gia trong công nghiệp giặt tẩy và chất tẩy rửa gia dụng trong giặt giũ gia đình làm giảm ô nhiễm môi trường và khả năng loại bỏ các vết bẩn lâu ngày của bột giặt Tuy nhiên chất tẩy rửa sản xuất từ enzyme lipase phải được đặc biệt lựa chọn để đáp ứng các yêu cầu sau, thứ nhất độ đặc hiệu của cơ chất thấp, tức là khả năng thủy phân chất béo của các sáng tác khác nhau; thứ hai khả năng chịu được các điều kiện giặt tương đối khắc nghiệt (pH 10–11, 30–60 C); thứ ba khả năng chịu được các chất hoạt động bề mặt và enzym làm hỏng Đó là những thành phần quan trọng của nhiều chất tẩy rửa các công thức Lipase với các đặc tính mong muốn thu được thông qua sự kết hợp của sàng lọc liên tục.
5.2.1.2 Ứng dụng của lipase trong thực phẩm Ứng dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm và đồ uống Lipase của vi sinh vật được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm, do tính chất đặc hiệu của chúng Chúng hoạt động trong điều kiện nhẹ và ổn định cao trong dung môi hữu cơ. Một số lipase phổ biến được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm bao gồm lysophospholipase, phospholipase, triacylglycerol, v.v Chúng được sử dụng rộng rãi trong chế biến chất béo và dầu, chẳng hạn như: điều chỉnh hương vị thông qua tổng hợp các este của axit béo chuỗi ngắn hoặc thủy phân chọn lọc chất béo trung tính để giải phóng axit béo tự do, loại bỏ hàm lượng chất béo trong một số sản phẩm thực phẩm, chẳng hạn như các sản phẩm thịt và cá, để tạo ra thịt nạc và lipase cũng đóng một vai trò quan trọng ở giai đoạn lên men của sản xuất xúc xích, bằng cách điều khiển các axit béo chuỗi dài, được giải phóng trong quá trình chín [46].
5.2.1.3 Ứng dụng của lipase trong y học
Enzyme lipase là một loại protein có chức năng đẩy nhanh một phản ứng sinh hóa cụ thể trong cơ thể Người ta dùng lipase làm thuốc chữa bệnh Nó được sử dụng cho chứng khó tiêu, ợ chua, dị ứng với gluten trong các sản phẩm lúa mì (bệnh celiac), bệnh Crohn và các vấn đề tiêu hóa do rối loạn tuyến tụy (suy tuyến tụy) có liên quan đến xơ nang [44] Lipases cũng giúp đỡ chữa bệnh rất hiệu quả chứng bệnh Alzheimer, xơ vữa động mạch và hoạt động như một mục tiêu ứng cử viên để phòng ngừa và điều trị ung thư Chúng hoạt động như một công cụ chẩn đoán và sự hiện diện hoặc mức độ ngày càng tăng của chúng có thể chỉ ra một số bệnh nhiễm trùng hoặc bệnh tật [45].
5.2.1.4 Ứng dụng của lipase trong tổng hợp este
Lipase đã được sử dụng thành công như chất xúc tác để tổng hợp các este Các este được sản xuất từ các axit béo chuỗi ngắn có ứng dụng làm chất điều vị trong thực phẩm công nghiệp Từ năm 1997 đã nghiên cứu quá trình este hóa lactic axit và rượu bằng cách sử dụng lipase trong hexan[14] Este axit béo chuỗi ngắn có tầm quan trọng cao trong công nghiệp thực phẩm Đối với nghiên cứu này, phản ứng este hóa được thực hiện trong các lọ thủy tinh có chứa dung môi tetrahydrofuran thay đổi từ (500–
1000 àl) trong vinyl axetat (thay đổi từ 100 đến 500 àl) với cỏc chất nền khỏc nhau. Dung môi được làm khô bằng phương pháp tiêu chuẩn và được chưng cất trước khi sử dụng [34].
5.2.1.5 Ứng dụng của lipase trong tổng hợp hữu cơ
Sử dụng lipase trong tổng hợp hóa học hữu cơ ngày càng trở nên quan trọng. Lipase được sử dụng để xúc tác cho nhiều loại biến đổi hóa trị, phối hợp và chọn lọc lập thể Phần lớn các lipase được sử dụng làm chất xúc tác trong hóa học hữu cơ có nguồn gốc từ vi sinh vật Này các enzym hoạt động ở bề mặt phân cách ưa nước, ưa béo và chịu đựng các dung môi hữu cơ trong phản ứng hỗn hợp Các enzym xúc tác
28 trình thủy phân chất béo trung tính không hòa tan trong nước ở nước - chất lỏng giao diện Trong điều kiện đã cho, lượng nước trong hỗn hợp phản ứng sẽ xác định chiều của phản ứng có xúc tác lipase Khi có ít hoặc không có nước, chỉ có hiện tượng este hóa và quá trình chuyển hóa được ưa chuộng [42].
5.2.1.6 Ứng dụng của lipase trong giải rượu và axit raxemic
Lipase là các enzym thủy phân có thể được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp khác nhau cho các phản ứng tạo rượu, nhiễm axit, phân giải amin, thủy phân và tính chất chọn lọc tập thể [43] Dựa vào tính chọn lọc tập thể của enzyem lipase đã được ứng dụng để phân giải hỗn hợp axit hữu cơ raxemic khác nhau Rượu racemic cũng có thể được phân giải thành các dạng tinh khiết đối quang bằng cách phản ứng chuyển hóa xúc tác lipase Để phục vụ nhu cầu giải rượu, các công ty đã dựa vào tính chất này của enzyme lipase mà tạo ra thuốc giải rượu và sản xuất với số lượng quá công nghiệp [42].
5.2.1.7 Ứng dụng của lipase trong công nghiệp hóa dầu
Lipase là chất xúc tác sinh học quan trọng vì các đặc tính sinh hóa và sinh lý tuyệt vời của chúng Metyl và este etylic của axit mạch dài đã được sử dụng để làm giàu nhiên liệu diesel Dầu diesel sinh học sản xuất hiện nay chất xúc tác sinh học như lipase là một ứng dụng tuyệt vời Quá trình sản xuất diesel sinh học có xúc tác lipase đã được báo cáo vào năm 2012 Quá trình chuyển hóa este hóa được xúc tác bởi lipase bao gồm hai bước Đầu tiên nó liên quan đến quá trình thủy phân liên kết este và thứ hai là quá trình este hóa với cơ chất thứ hai Mặc dù các lipase từ các nguồn khác nhau có thể xúc tác cùng một phản ứng, nhưng lipase của vi khuẩn và nấm hầu hết được sử dụng trong sản xuất dầu diesel sinh học rồi thu được từ nấm men, là vi sinh vật được sử dụng phổ biến nhất được sử dụng để sản xuất lipase Gần đây, Streptomyces spp đã được nghiên cứu như một vi khuẩn sản xuất lipase mạnh để sản xuất diesel sinh học và được tìm thấy có thể áp dụng trong lĩnh vực diesel sinh học Các nhà máy công nghiệp còn dùng metyl và este etylic của axit mạch dài đã được sử dụng để làm giàu nhiên liệu diesel [43].
5.2.2 Những hạn chế của enzyme lipase
Lipase dường như an toàn cho hầu hết mọi người Tuy nhiên nó có thể gây ra một số tác dụng phụ như buồn nôn, chuột rút và tiêu chảy Chưa biết đầy đủ về việc sử dụng lipase trong thời kỳ mang thai và cho con bú Nhưng nên hạn chế sử dụng để giữ an toàn và tránh những rủi ro Đối với bệnh xơ nang liều cao của lipase dường như làm cho một số triệu chứng của bệnh xơ nang trở nên tồi tệ hơn Cách dùng các liều sau đây đã được nghiên cứu trong nghiên cứu khoa học bằng miệng Đối với các vấn đề tiêu hóa do rối loạn tuyến tụy (suy tuyến tụy) có liên quan đến xơ nang Bắt đầu với
29 liều thấp và tăng dần cho đến khi có lợi, nhưng không dùng nhiều hơn liều thông thường mà không kiểm tra với nhà cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe của bạn [44].
5.2.3 Tiềm năng thị trường của enzyme lipase
Lipase chủ yếu có nguồn gốc từ vi sinh vật, so với nguồn động vật, do một số đặc điểm, chẳng hạn như sự đa dạng của các hoạt động xúc tác, khả năng sản xuất cao trong thời gian ngắn và dễ dàng di truyền Nhận thức ngày càng cao của mọi người, về sự cần thiết của các thành phần lành mạnh và không hóa chất, đang thúc đẩy một số ngành công nghiệp bao gồm thức ăn chăn nuôi sử dụng enzym lipase Thị trường lipase toàn cầu là một thị trường có tính cạnh tranh cao và bị phân mảnh với sự hiện diện ngày càng nhiều của các công ty toàn cầu cũng như khu vực trên toàn cầu Nhờ ứng dụng rộng rãi của lipase trong các ngành công nghiệp người dùng cuối khác nhau, các công ty tích cực đang bắt tay vào việc mở rộng cơ sở sản xuất cũng như đổi mới sản phẩm để đạt được thị phần đáng kể trên thị trường toàn cầu [46] Hơn nữa, cơ hội gia tăng ở các thị trường mới nổi như Ấn Độ, Trung Quốc và Brazil được dự đoán sẽ làm tăng quy mô thị trường của lipase trong giai đoạn dự báo Năm 2014, Châu Á - Thái Bình Dương là thị trường lớn nhất của lipase Thị trường Châu Á - Thái Bình Dương được dự báo sẽ tăng trưởng với tốc độ CAGR cao nhất trong giai đoạn dự báo Các công ty chủ chốt trên thị trường đã áp dụng các chiến lược ra mắt và mở rộng sản phẩm mới làm chiến lược ưa thích của họ[47]
PHẦN KẾT LUẬN
Từ các kết quả tìm hiểu ở trên, một số kết luận được rút ra như sau:
1 Vai trò quan trọng của enzyme papain, emzyme lipase trong ứng dụng sản xuất thịt Đánh giá thị trường tiêu thụ và thị hiếu của người dùng ta thấy được sự ổn định và có thể phát triển mạnh mẽ hơn về các sản phẩm thịt từ enzyme papain và lipase trong tương lai.
2 Những hạn chế, khó khăn khi sử dụng emzyme papain, emzyme lipase trong sản xuất thịt để không gây những ức chế, tác dụng không mong muốn với người sử dụng Đồng thời, việc đa dạng hóa sản phẩm thịt từ hai loại enzyme trên cũng là thách thức lớn với ngành khoa học thực phẩm.
3 Thị trường tiêu thụ rộng lớn và cả sự phát triển của cả hai loại enzyme đều rất tiềm năng Ứng dụng của chúng trong sản xuất thịt đều được ứng dụng rộng rãi và ít bị cạnh tranh bởi các sản phẩm khác.