Tiểu luận enzyme lipase – thu nhận và Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

LỜI MỞ ĐẦUEnzyme là thành phần được cấu thành bởi các phân tử protein, có tác dụng đẩy nhanh các phản ứng hóa học, được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các ngành nghề tại Việt Nam như thự

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA

Bài tiểu luận:

Enzyme lipase – thu nhận và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

Giáo viên hướng dẫn: TS Vũ Phương Lan

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoàng Mai - 2022605641

Nguyễn Thị Mai - 2022606066

Nguyễn Thị Na - 2022601271

Đỗ Thị Nguyên - 2022603716 Lương Thị Hồng Nguyện – 2021603801

Hà Nội, 10/2024

MỤC

MỤC LỤC 2

DANH MỤC BẢNG 4

LỜI MỞ ĐẦU 5

PHẦN 1 TỔNG QUAN VỀ ENZYME LIPASE 6

1.1 Định nghĩa 6

1.2 Đặc điểm 7

1.2.1 Cấu trúc 7

1.2.2 Tính chất 8

1.2.2.1 Tính đặc hiệu 8

1.2.2.2 Hoạt động enzymatic 8

1.2.3 Vai trò 8

1.2.3.1 Tiêu hóa chất béo 8

1.2.3.2 Hỗ trợ hấp thụ dinh dưỡng 9

1.2.3.3 Tham gia vào quá trình trao đổi chất 9

1.2.3.4 Cải thiện chất lượng thực phẩm 9

1.2.3.5 Quá trình lên men 9

1.2.3.6 Tăng cường độ ổn định 9

1.2.3.7 Ứng dụng trong chế biến 9

PHẦN 2 CÁC NGUỒN THU NHẬN VÀ CÁC QUY TRÌNH THU NHẬN ENZYME LIPASE 10

2.1 Các nguồn thu nhận enzyme lipase 10

2.1.1 Nguồn từ thực vật 10

2.1.2 Nguồn từ động vật 10

2.1.3 Nguồn từ vi sinh vật 11

2.2 Các quy trình để thu nhận enzyme lipase từ các nguồn 12

2.2.1 Nguồn thực vật ( Thu nhận enzyme từ mủ đu đủ) 12

2.2.1.1 Sơ đồ quy trình 12

2.2.1.2 Thuyết minh 12

2.2.2 Nguồn động vật (Thu nhận enzyme lipase từ nội tạng cá tra) 14

2.2.2.1 Sơ đồ quy trình 14

2.2.2.2 Thuyết minh 14

2.2.3 Thu nhận enzyme lipase từ vi sinh vật 15

2.2.3.1 Sơ đồ quy trình 15

2.2.3.2 Thuyết minh 16

PHẦN 3 ỨNG DỤNG CỦA ENZYME LIPASE TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 16

3.1 Trong công nghệ sản xuất sữa 17

3.2 Trong công nghệ sản xuất phomai 18

3.3 Trong công nghệ sản xuất bánh mì 19

KẾT LUẬN 21

TÀI LIỆU THAM KHẢO 22

DANH MỤC BẢNGYY

Hình 1-1 Phản ứng thủy phân triacylglycerol thành glycerol và các acid béo 6

Hình 1-2 Cấu trúc tinh thể lipase 7

Hình 1-3 Mô hình enzyme lipase 8

Hình 2-1 Quy trình thu enzyme từ mủ đu đủ 12

Hình 2-2 Quy trình thu enzyme từ nội tạng cá tra 14

Hình 2-3 Quy trình thu enzyme từ vi sinh vật 15

Hình 3-1 Enzyme lipase có trong các sản phẩm 17

Hình 3-2 Quy trình công nghệ sản xuất phomai có bổ sung enzyme lipase 18

LỜI MỞ ĐẦU

Enzyme là thành phần được cấu thành bởi các phân tử protein, có tác dụng đẩy nhanh các phản ứng hóa học, được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các ngành nghề tại Việt Nam như thực phẩm, y tế, công nghiệp, y sinh,…Có rất nhiều loại enzyme khác nhau như enzyme amylase, enzyme lipase, enzyme protease,… và mỗi loại lại thực hiện những nhiệm vụ và vai trò khác nhau Ngày nay enzyme được sử dụng rộng rãi

và phổ biến do giá thành khá rẻ, an toàn dùng để thay thế một số phụ gia có mặt trên thị trường Chính vì điều đó, mà nhóm 4 chúng em cũng lựa chọn ra 1 loại enzyme là enzyme lipase để tìm hiểu Chúng em chia nội dung tìm hiểu thành 3 phần:

Phần 1: Tổng quan về enzyme lipase

Phần 2: Các nguồn thu nhận enzyme và phương pháp để thực hiện

Phần 3: Ứng dụng của enzyme trong ngành công nghệ thực phẩm

Lipase là một trong những loại enzyme có giá trị thương mại rất cao bởi nó có khả năng xúc tác cho nhiều loại phản ứng đặc hiệu khác nhau Và đến ngày nay, loại enzyme này vẫn được xem là chất xúc tác linh động nhất

Enzyme lipase cũng được ứng dụng rộng rãi đối với các ngành công nghiệp tại Việt Nam Đặc biệt là trong ngành công nghệ thực phẩm thì enzyme này góp mặt trong các ngành công nghiệp sản xuất sữa và các sản phẩm từ sữa, nước giải khát, rượu vang, bánh mì,…

PHẦN 1 TỔNG QUAN VỀ ENZYME LIPASE1.1 Định nghĩa

Lipase (tricylglycerol acylhydrolase, EC 3.1.1.3) là enzyme tan trong nước xúc tácphản 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 phân pha dầu – nước ở điềukiện bình thường, không tan trong été và các dung môi không phân cực

Lipase xúc tác phản ứng thủy phân cắt đứt lần lượt các liên kết  - este chứ không cắt cùng một lúc 3 liên kết Quá trình xúc tác thường chậm hơn so với các enzyme khác như protease, amylase,…

Hoạt động mạnh trong hệ nhũ hóa, đặc biệt là hệ nhũ đảo Tại bề mặt phân cách giữa pha nước với các pha không hòa tan chứa cơ chất

Hình 1-1 Phản ứng thủy phân triacylglycerol thành glycerol và các acid béo

Hầu hết lipase hoạt động ở một vị trí cụ thể trên "mạch xương

sống" glycerol của cơ chất lipid (A1, A2 hoặc A3), (trong ruột non)

Ví dụ, lipase tuyến tụy của con người (HPL), là enzyme chính phân hủy chất béo trong hệ tiêu hóa của con người, chuyển hóa triacylglyceride được tìm thấy trong dầu

ăn thành monoglyceride và hai axit béo

Một số loại hoạt động lipase khác tồn tại trong tự nhiên, chẳng hạn

như phospholipase và sphingomyelinas

Một số lipase được biểu hiện và tiết ra bởi các sinh vật gây bệnh trong khi bị

nhiễm trùng Đặc biệt, loại nấm gây bệnh Candida albicans có nhiều loại lipase khác

nhau, có thể phản ánh phổ hoạt động phân giải chất béo rộng, có thể góp phần vào

tính bền vững và độc lực của C albicans trong mô người.

1.2 Đặc điểm

1.2.1 Cấu trúc

Lipase là enzyme thuộc nhóm protein, được cấu tạo từ các chuỗi amino acid Số lượng và trình tự các amino aicd này quyết định cấu trúc không gian của enzyme.Lipase là enzyme lưỡng cấu tử, trong thành phần có chứa 2 phần :

+ Protein (apoenzyme)

+ Không phải protein (coenzyme)

Enzyme lipase có cấu trúc ba chiều vô cùng phức tạo, bao gồm :

+ Cấu trúc bậc 1: Chuỗi amino acid đơn giản

+ Cấu trúc bậc 2: Các phần của chuỗi amino acid gấp khúc thành các cấu trúc helix hoặc beta-sheet

alpha-+ Cấu trúc bậc 3: Tạo hình dạng cụ thể của protein do các liên kết hydrogen, liên kết ion, và các tương tác kỵ nước

+ Cấu trúc bậc 4: Một số lipase có thể có cấu trúc bậc 4, bao gồm nhiều chuỗi

polypeptide liên kết với nhau

Hình 1-2 Cấu trúc tinh thể lipase

Tâm hoạt động của lipase là bộ ba: Serine, Histidine và 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

Hình 1-3 Mô hình enzyme lipase

Đặc hiệu vị trí: Lipase chỉ thủy phân triacylglycerol ở vị trí liên kết C1 và C3 của glycerol, tạo ra acid béo, 2- monoacylglycerol và 1,2 – 11 diacylglycerol

1.2.2.2 Hoạt động enzymatic

Hoạt động của lipase phụ thuộc vào sự hình thành phức hợp enzyme-substrate Khitriglycerides gắn vào vùng hoạt động (active site) của enzyme, lipase xúc tác quá trình phân cắt, tạo ra axit béo và glycerol

1.2.3 Vai trò

1.2.3.1 Tiêu hóa chất béo

Phân giải triglycerides:

Lipase chủ yếu tác động lên triglycerides, loại chất béo chiếm ưu thế trong thực phẩm Nó phân cắt các liên kết ester trong triglycerides để tạo ra axit béo tự do và glycerol Phản ứng này là cần thiết để cơ thể có thể sử dụng lipid làm nguồn năng lượng

Khi thực phẩm vào dạ dày, chúng được tiêu hóa một phần bởi acid dạ dày Khi thức ăn đến ruột non, enzyme lipase bắt đầu hoạt động mạnh mẽ hơn trong môi trường kiềm, nhờ có muối mật giúp nhũ hóa lipid.

1.2.3.2 Hỗ trợ hấp thụ dinh dưỡng

Axit béo và glycerol:

Sau khi được phân giải, các axit béo và glycerol sẽ được hấp thụ qua niêm mạc ruột non và vào máu Chúng sau đó có thể được sử dụng ngay lập tức hoặc được lưu trữ trong mô mỡ để sử dụng sau này

Các axit béo tự do được đưa vào dòng máu qua các tế bào của ruột, và chúng có thể được vận chuyển đến các mô khác nhau để cung cấp năng lượng

1.2.3.3 Tham gia vào quá trình trao đổi chất

Chuyển hóa lipid:

Lipase không chỉ tham gia vào tiêu hóa mà còn có vai trò trong việc điều chỉnh cácmức lipid trong cơ thể Các loại lipase khác nhau (như lipase hormone-sensitive) giúpphân giải triglycerides trong mô mỡ, giải phóng axit béo khi cơ thể cần năng lượng.Lipase có vai trò quan trọng trong việc duy trì cân bằng năng lượng, giúp cơ thể chuyển đổi lipid thành năng lượng cần thiết cho các hoạt động hàng ngày

1.2.3.4 Cải thiện chất lượng thực phẩm

Trong sản xuất thực phẩm, lipase có thể được sử dụng để cải thiện hương vị và cấutrúc của các sản phẩm như phô mai, sữa, và bơ

1.2.3.5 Quá trình lên men

Lipase hỗ trợ trong việc phân hủy lipid, tạo điều kiện cho sự phát triển của vi sinh vật trong các sản phẩm lên men như rượu vang hoặc dưa chua

PHẦN 2 CÁC NGUỒN THU NHẬN VÀ CÁC QUY TRÌNH

THU NHẬN ENZYME LIPASE2.1 Các nguồn thu nhận enzyme lipase

Enzyme lipase được thu nhận từ nhiều nguồn khác nhau như lipase từ thực vật, lipase từ động vật và lipase từ vi sinh vật, đặc biệt là từ vi khuẩn và nấm, đã có một vài lipase thu nhận từ vi sinh vật mang lại giá trị thương mại rất cao

2.1.1 Nguồn từ thực vật

Lipase từ thực vật như ngũ cốc trong giai đoạn nảy mầm Lipase từ nguồn thu nhậnnày hạn chế về hoạt tính lẫn khả năng bền nhiệt, đồng thời nồng độ enzyme là không cao

Lipase thu nhận từ thực vật có nhiều tính năng hấp dẫn có thể được ứng dụng trongnhiều lĩnh vực khác nhau Có nghiên cứu chỉ ra rằng, lipase thô được thu nhận từ phần không tan trong nước của mủ đu đủ Một vài đặc tính hóa sinh của enzyme lipase này đã được xác định bằng phương pháp đo quang và phương pháp chuẩn độ Kết quả cho thấy lipase thu được có hoạt tính cao và hoạt động tốt nhất ở nhiệt độ 45ºC và pH tối thích là 8,5 Sự có mặt của ion Na+ , Ca2+, Mg2+, Mn2+, Cu2+ , EDTA đều làm giảm hoạt độ của lipase, tuy nhiên mức độ kìm hãm enzyme của Ca2+, Mg2+ cao hơn nhiều so với Na+ và EDTA Nghiên cứu này cũng đã tiến hành giải phóng thành công enzyme lipase ra khỏi “lớp vỏ bọc” nhựa cao su tự nhiên của

nó Hoạt động thủy phân của lipase này trên dầu cá lớn hơn nhiều so với dầu oliu

2.1.2 Nguồn từ động vật

Nguồn lipase từ động vật quan trọng nhất là từ tụy tạng của lợn, bò, cừu

Enzyme lipase là một loại enzyme quan trọng trong quá trình tiêu hóa và chuyển hóa chất béo trong cơ thể Các nguồn thu từ động vật lại có những vai trò và công dụng khác nhau như:

+ Dịch tụy :Tụy là nguồn chính cung cấp lipase ở động vật Lipase trong dịch tụy

có vai trò quan trọng trong tiêu hóa chất béo trong ruột

+ Mô mỡ :Mô mỡ cũng chứa lipase, chủ yếu là lipase hormonic-sensitive, giúpphân hủy triglyceride thành glycerol và acid béo

+ Dịch tiêu hóa : Các dịch tiêu hóa từ dạ dày và ruột non cũng chứa lipase, mặc dùchủ yếu là từ tụy

Lipase từ tụy tạng lợn là một trong những lipase được biết đến sớm nhất và khá thông dụng Hạn chế của lipase từ tụy tạng là chúng chứa những hợp chất có mùi và

Chuẩn bị nguyên liệu

Thu nhựa đu

Lipase từ tuyến tụy và tuyến dạ dày được sử dụng nhiều để sản xuất phospholipase

A2 hay sản xuất lysolecithin, một chất nhũ hóa tự nhiên cho thực phẩm, mỹ phẩm vàcác ngành công nghiệp dược phẩm Lipase tụy lợn thô là một trong những enzymeđược sử dụng rộng rãi nhất vì nó rẻ hơn lipase động vật khác Tuy nhiên, dạng bántinh khiết của lipase này rất đắt

Người ta thu nhận lipase từ động vật bằng cách chiết xuất trực từ tụy hoặc sử dụngcác phương pháp tinh sạch để tách chiết enzyme này ra từ các nguyên liệu khác nhau

2.1.3 Nguồn từ vi sinh vật

Đây là nguồn đang rất được ưa chuộng, phổ biến do đặc tính đa dạng, phong phú,

dễ tách chiết và nguyên liệu vô hạn

Nguồn thu nhận từ vi sinh vật chủ yếu là từ các enzyme ngoại bào và việc sản xuấtchúng bị ảnh hưởng nhiều bởi thành phần của môi trường nuôi cấy Phụ phẩm nôngnghiệp là nguyên liệu sản xuất lipase với chi phí thấp và giải quyết vấn đề chất thải

Bacillus sp., Pseudomonas sp và Burkholderia sp là các loài vi khuẩn phổ biến nhất

được sử dụng rộng rãi để sản xuất lipase, chủ yếu là do hoạt tính enzyme cao

Nhìn chung, Lipase Bacillus dễ dàng sản xuất và có khả năng hoạt động trong các

dung môi hữu cơ, có ưu thế trong quá trình tổng hợp ester, phục vụ cho công nghiệpthực phẩm, mỹ phẩm và sản xuất dầu diesel sinh học Nhiều Lipase duy trì hoạt động

ở nhiệt độ và pH cao, với sự có mặt của chất hoạt động bề mặt, hydrogen peroxide,sodium hypochlorite, do đó chúng có thể được ứng dụng trong các công thức chất tẩyrửa

2.2 Các quy trình để thu nhận enzyme lipase từ các nguồn

2.2.1 Nguồn thực vật ( Thu nhận enzyme từ mủ đu đủ)

2.2.1.1 Sơ đồ quy trình

Chuẩn bị nguyên liệu

Thu nhựa đu

Bước 1: Chuẩn bị nguyên liệu

Mủ đu đủ: Được thu từ giống đu đủ (Carica papaya L.) Mủ đu đủ lấy ở quả xanhkhi còn trên cây

Bước 2: Thu nhựa đu đủ

Dùng dao inox có đầu nhọn rạch dọc theo quả ở phần đường kính quả to nhất.Hứng lấy mủ chảy ra bằng lọ nhựa miệng rộng

Bước 3: Mủ nhựa khô

Mủ sau khi thu hoạch được làm lạnh đông ở -20oC, sau đó được đem sấy thăng hoa

ở 40oC trong 8 giờ, thu được mẫu ở dạng bột Mẫu được bảo quản lạnh ở 4oC trongchai nhựa đậy kín đến khi sử dụng cho nghiên cứu

Bước 4: Thu nhận enzyme thô

Cân 1,63g mủ khô cho vào 55ml nước cất, khuấy 3 phút Ly tâm lạnh mẫu 6000vòng/phút trong 20 phút ở 4oC Loại bỏ dịch nổi, thu tủa Quá trình này được lặp lại 3lần Tủa được làm lạnh đông ở -20oC, sau đó được sấy bằng phương pháp sấy thănghoa ở 400C trong 8h Nghiền mịn mẫu, ta thu được chế phẩm lipase dạng thô, bảoquản trong bình thủy tinh đậy kín

Hiệu suất thu nhận chế phẩm lipase thô = Khối lượnglipase sau sấy Khối lượngmủ khô ×100 %

Bước 5: Tinh sạch enzyme

Mục đích: Rửa và hòa tan enzyme trong dung dịch đệm giúp nâng cao độ tinh khiết và hoạt tính của enzyme

Cân 1g enzyme thô cho vào 50ml dung dịch A ở 40C, lắc 30 phút, đem ly tâm tốc

độ 7500 vòng ở 40C, 20 phút, thu lấy phần cặn và lỏng riêng biệt, đem cô quay chân không để tách dung môi trong phần cặn Sau đó, tiếp tục hòa vào dung dịch B nhiệt

độ 40C sao cho nồng độ 0,02g/1ml, lắc 30 phút, rồi đem ly tâm 7500 vòng, 40C, trong 20 phút Phần cặn và phần lỏng đều được giữ lại và để riêng biệt, phần cặn đemsấy thăng hoa, phần lỏng được giữ lạnh trong bình Đem phần lỏng đi sấy khô đến khối lượng không đổi, đo hoạt độ của enzyme ở cả phần cặn sau ly tâm và phần rắn thu được sau khi sấy khô mẫu lỏng bằng phương pháp đo quang

2.2.2 Nguồn động vật (Thu nhận enzyme lipase từ nội tạng cá tra)

2.2.2.2 Thuyết minh

Bước 1: Chuẩn bị nguyên liệu

Lấy tụy: Tụy cá tra được thu thập từ các cơ sở giết mổ, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm

Làm sạch: Tụy được rửa sạch để loại bỏ máu và tạp chất

Bước 2: Trích ly với dung môi

Xay nhuyễn: Tụy được xay nhuyễn để tăng diện tích tiếp xúc và dễ dàng chiết xuất

enzyme

Ngâm trong dung môi: Dung môi thích hợp (thường là dung dịch muối hoặc nước

đệm) được sử dụng để chiết xuất lipase từ mô tụy Quá trình ngâm có thể diễn ra trong vài giờ ở nhiệt độ lạnh

Bước 3: Kết tủa và lọc

Lọc: Dung dịch sau chiết xuất được lọc để loại bỏ cặn và các tế bào mô

Ly tâm: Dung dịch được ly tâm để tách phần dịch lỏng chứa lipase

Bước 4: Tinh sạch enzyme

Sử dụng phương pháp sắc ký: các phương pháp sắc ký như (gel filtration, ion exchange) được sử dụng để tinh chế lipase, loại bỏ tạp chất và thu được enzyme tinh khiết

2.2.3 Thu nhận enzyme lipase từ vi sinh vật

Bước 2: Nuôi

Chuẩn bị môi trường nuôi

chứa nguồn carbon (dầu hoặc chất béo), nito (pepton, ammonium sulfate) và các khoáng chất cần thiết

Nuôi cấy: Vi sinh vật được nuôi trong điều kiện thích hợp (nhiệt độ, pH, oxy) để thúc đẩy sự phát triển và sản xuất enzyme

Bước 3: Tách chiết enzyme

Hình 2-6 Quy trình thu enzyme từ vi sinh vật