Tổng quan thành phần hóa học của cây kim thất lá tô mách

Trang 1

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC CHIÊM LÂM PHÚC DIỄM

1.1 GIỚI THIỆU VỀ ENZYME PAPAIN

1.1.1 Cysteine protease [8, 9, 19, 34, 43]

Cysteine proteases (EC.3.4.22) là nhóm các protein có trọng lượng phân tử trong khoảng 21-30 kDa, các protein này có khả năng xúc tác để thủy phân các loại liên kết: peptide, amide, ester thiol Đây cũng là những enzyme có nhóm –SH trong tâm hoạt động

Người ta đã tìm thấy hơn 20 họ cysteine proteases (Barrett, 1994) và nhiều enzyme trong số này (papain, bromelain, ficain, animal cathepsins) được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp

Có hai loại cysteine proteases là exopeptidase (cathepsin X, carboxypeptidase B) và endopeptidases (bromelain, ficain, cathepsin ) Exopeptidase thủy phân liên kết peptide ở đầu N hoặc đầu C tự do trong khi đó endopeptidase cắt đứt các liên kết peptide ở giữa chuỗi polypeptide

1.1.2 Papain

1.1.2.1 Nguồn gốc[2,17, 19, 32 ]

Papain (EC 3.4.22.3) là cysteine protease được biết đến nhiều nhất và được

phân lập lần đầu tiên vào năm 1879 từ nhựa trái đu đủ (Carica papaya) Đây cũng

là enzyme đầu tiên được xác định cấu trúc tinh thể (Drenth et al., 1968; Kamphuis

et al., 1894) Trong nhựa đu đủ ngoài enzyme papain còn có các loại protease khác

như chymopapain, caricain, glycyl endopeptidase và một số enzyme khác (Baines and Brock-lehurst, 1979) Nhựa đu đủ có hàm lượng và hoạt tính papain cao nhất tập trung ở vùng có nắng nóng và độ ẩm ổn định quanh năm

Trang 2

1.1.2.1.1 Giới thiệu về cây đu đủ.[7, 8, 41]

A: hoa cái B: hoa lưỡng tính C: hoa đực

D: trái của cây cái E: trái lưỡng tính F: cây đực

Hình 2.1 Các loại hoa và trái của cây đu đủ

Tên khoa học: Carica papaya L., thuộc họ đu đủ - Caricaceae

Cây đu đủ còn được gọi thù đủ ở Huế, phiên mộc, cà lào, phiên qua, phan qua thụ, lô hong phlê (Campuchia), mắc hung (Lào), má hống (Thái)

Đu đủ thường là cây đồng chu, nhưng đu đủ có thể xếp thành 3 loại trên phương diện giới tính: cây đực, cây lưỡng tính và cây cái Vài cây đu đủ cũng có thể trổ cả ba loại hoa nói trên Ngoài ra cũng có cây ra hoa không hẳn hoàn toàn đực, cái hay lưỡng tính mà lại pha lẫn nhiều ít đặc tính của ba loại hoa Khuynh hướng

thay đổi giới tính phần lớn do thời tiết gây ra tỉ như khô hạn và thay đổi nhiệt độ

Trang 3

1.1.2.1.2 Phân bố sinh thái của cây đu đủ [7, 26, 33]

Chi Carica L có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới châu Mỹ Ở vùng núi cao

(1500-3000m), từ Panama đến Bolivia, cây đu đủ trồng hiện nay rất có thể là giống

lai tự nhiên của loài C peltata Hook & Ann Vào khoảng thế kỷ 16, người Tây Ban

Nha đã đưa đu đủ vào trồng ở vùng Caribê và một số nước Đông Nam Á Từ các địa điểm này, cây tiếp tục được trồng rộng rãi ở Ấn Độ, Srilanca, châu Đại Dương và châu Phi

1.1.2.1.3 Hoạt tính sinh học và công dụng của một số chất có trong cây đu

đủ [8,41, 45]

1 Nhựa đu đủ có thể gây viêm da

2 Ở Trung Mỹ, trong dân gian, người ta sử dụng đu đủ để điều trị bệnh lỵ amip (Entamoeba histolytica), một loại ký sinh trùng gây tiêu chảy dạng lỵ và biến chứng áp- xe gan

3 Ở Samoa, người dân dùng phần dưới vỏ thân cây đu đủ để chữa chứng nhức răng

4 Nhựa đu đủ có chứa papain, là một trong hai loại men tiêu hủy protein (proteolytic enzymes) có tác dụng làm mềm thịt bắp Chính do tác dụng này, khi dùng đu đủ hầm chung với thịt, thịt sẽ mềm hơn Người dân vùng Ca-ri-bê, Trung

Mỹ cho biết họ có thể dùng khẩu phần với số lượng lớn thịt cá nhưng vẫn không hề

gì nếu ăn đu đủ xanh sau đó

5 Phần cơm đu đủ là thành phần chính của các loại mỹ phẩm như kem nền (mặt), kem đánh răng, xà bông gội đầu

6 Các ứng dụng quan trọng trong y học của nhựa đu đủ là chiết xuất papain

để dùng trong phẫu thuật cột sống (là một loại "dao phẫu thuật tự nhiên" để mở đĩa đệm) Nghiên cứu cho thấy chiết xuất papain có hoạt tính kháng sinh (antibiotic activity) với tác dụng chống vi khuẩn gram dương (gram-positive bacteria) Nó còn được dùng để điều trị lở loét, làm tiêu giả mạc trong bệnh bạch hầu, chống kết dính sau phẫu thuật, làm thuốc giúp tiêu hóa Trong công nghiệp, papain được dùng để

Trang 4

tinh chế bia; xử lý len và lụa trước khi nhuộm; là phụ gia trong công nghệ chế biến cao su; khi tinh chế dầu gan cá tuna, người ta tiêm papain vào gan trước khi chiết xuất, làm cho thành phẩm giàu Vitamin A và D hơn Khoảng 1,500 quả đu đủ xanh

cỡ vừa cho được khoảng 650g papain

1.1.2.2 Tính chất của papain[8]

1.1.2.2.1 Tính chất vật lý

Bảng 1.1 Tính chất vật lý của papain

Hằng số phân tán D20 (10-7giây.cm2) 10.27 ± 0.13

Độ triền quang []D

Bột màu vàng hay màu nâu nhạt, tùy thuộc phương pháp sấy, không tan trong hầu hết các chất hữu cơ nhưng tan một phần trong H2O hay glycerine Bền nhiệt

1.1.2.2.2 Tính chất hóa học [8, 34]

a) Cấu tạo hóa học

Theo kết quả phân tích bằng tia X, phân tử papain được cấu tạo bởi 212 acid amin trong đó không có chứa methionine Phân tử lượng khoảng 23,350 Da, phân tử

là một mạch polypeptide với đầu N là isoleucine, đầu C là asparagine, có 6 gốc cysteine tạo thành 3 cầu disulfur ở các vị trí 22-63, 56-95, 153-200 không có chức năng sinh học, chỉ làm tăng tính bền vững của cấu trúc và một nhóm –SH tự do ở vị trí 25

Trang 5

b) Cấu trúc không gian

Phân tử papain có dạng hình cầu với kích thước 36x48x36Ao

và mạch chính

bị gấp thành hai phần riêng biệt bởi một khe Trung tâm hoạt động nằm tại bề mặt của khe này, nhóm -SH hoạt động của cysteine 25 nằm bên trái khe và nhóm histidine 159 nằm bên phải khe Phần xoắn  chiếm 20% toàn bộ các amino acid có trong phân tử

Hình 1.2 Cấu trúc bậc 3 của papain

Hoạt tính của papain dựa trên hai tâm hoạt động là Cys25 và His159 Khoảng

pH hoạt động của papain khá rộng (3.5 – 8.0) tùy thuộc vào cơ chất Khi cơ chất là casein thì hoạt tính tối ưu của papain trong vùng pH từ 5.7 – 7.0 và nhiệt độ thích hợp là 50 – 57OC

Trang 6

c) Cấu trúc tâm hoạt động của papain

Tâm hoạt động của papain gồm có nhóm –SH của cysteine 25 và nitrogen bậc 3 của histidine 159 Bên cạnh đó nhóm imidazole của His 159 cũng liên kết với Asp 175 bởi liên kết hydrogen

Vùng tâm hoạt động của papain chứa mạch polypeptide với các amino acid là:

Lys-Asp-Glu-Gly-Ser-Cys-Gly-Ser-Cys

Theo các nghiên cứu của Lowe, chuỗi polypeptide trong trung tâm hoạt động của papain gần giống như của ficin hay trypsin, mặc dù chúng có nguồn gốc khác nhau

Ficin: Arg-Glu-Glu-Gly-Glu-Cys-Gly-Ser-Cys

Trypsin: Lys-Asp-Ser-Cys-Glu-Gly-Gly-Asp-Ser

Hình 1.3 Cấu trúc tâm hoạt động của papain

d) Phản ứng của papain [21, 22, 23, 35]

Papain thủy phân protein thành các polypeptide và các acid amin, nó đóng vai trò vừa như endopeptidase vừa như exopeptidase

Trang 7

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HĨA HỌC CHIÊM LÂM PHÚC DIỄM

S

NH HN

R' N H

R

NH N

Cys25 C

R O

R'

NH2

S

NH HN

Cys25

His159

RCO-NHR'

S

NH N

Cys25 C

R O

His159

O

H H

S

NH HN

OH

R

Cys25

His159

Thủy phân

RCOOH

S - acyl hóa

H2O

R'NH2

Đề acyl hóa Liên kết với chất nền

C

O

HNHC

(CH2)3 NH C

C O

NO2

NH2

C O HNHC (CH2)3 NH C

C O

NH2

OH3 +

NH2

NO2

Cl

Không màu

Có màu

Hình 1.4 Phản ứng hĩa học của papain

Trang 8

e Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của papain[8, 6, 38]

 Nhiệt độ: Papain là enzyme chịu được nhiệt độ tương đối cao Ở dạng nhựa khô papain không bị biến tính trong 3 giờ ở 100oC Còn ở dạng dung dịch papain bị mất hoạt tính sau 30 phút ở 82.5oC và nếu nhiệt độ tăng cao hơn (>100oC) thì nó sẽ

bị mất hoàn toàn hoạt tính kể cả khi thêm lượng lớn chất hoạt hóa vào dung dịch Điều này là do ở dạng dung dịch khi tăng lên đến nhiệt độ lớn hơn 100oC thì cấu trúc tâm hoạt động của papain bị phá hủy hoàn toàn

Điều đáng lưu ý là sau khi đã được tinh sạch và ở trạng thái tinh thể thì papain

có độ bền nhiệt thấp hơn papain ở trong nhựa, do trong nhựa còn chứa các protein khác có tác dụng bảo vệ papain

Papain trong dung dịch NaCl giữ ở 4oC bền trong nhiều tháng Trong dung dịch dẫn xuất thủy ngân, papain cũng không mất hoạt tính trong nhiều tháng Trong khi đó hầu hết các enzyme mất hoạt tính mỗi ngày 1-2% do sự phân hủy hoặc oxy hóa

Khi thủy phân các protein khác nhau, thì tùy thuộc vào cơ chất mà nhiệt độ thích hợp cho papain cũng khác nhau chẳng hạn đối với cơ chất là casein thì nhiệt

độ tối ưu cho phản ứng là 37oC Papain dạng ổn định ở trạng thái khô có thể chịu nhiệt độ sấy ở 115oC trong thời gian 2 giờ mà hoạt tính vẫn duy trì được 90%

 pH: Papain hoạt động trong khoảng pH tương đối rộng từ 4.5-8.5 nhưng lại

dễ biến tính trong môi trường acid có pH < 4.5 hoặc trong môi trường kiềm mạnh

có pH > 12

Khi phản ứng với cơ chất thì tùy thuộc vào bản chất của cơ chất mà pH tối ưu

sẽ khác nhau Chẳng hạn, papain phản ứng với casein ở pH tối ưu là 7-7.5

Papain dạng ổn định tức là dạng mà cấu trúc không gian của enzyme được ổn định, có thể chịu được các pH = 1.5 và pH = 8.5 trong 90 phút

 Dung môi: 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 thay đổi cấu hình của papain Các chất gây biến tính mạnh

Trang 9

như TCA 10%, guanidine hydrochloride 6M làm biến đổi bất thuận nghịch về độ quay quang học và hoạt tính của papain

1.1.2.3 Ứng dụng của enzyme papain[7, 8, 25, 29, 46]

1.1.2.3.1 Trong y học:

Papain được dùng làm thuốc chống giun sán, ăn không tiêu, chống biếng ăn,… papain còn dùng làm thuốc rửa ráy tai, dùng trong phẫu thuật

Papain có tác dụng lên hệ mạch dùng trị bệnh bạch cầu, viêm họng…

1.1.2.3.2 Trong công nghiệp thực phẩm:

Papain được dùng để làm mềm thịt, dùng để thủy phân gan cá ngừ làm thuốc

bổ Papain còn được dùng trong sản xuất bia vì nó giúp tiêu hóa các protein còn hòa tan trong bia

1.1.2.3.3 Trong các ngành công nghiệp khác:

Papain được dùng làm mềm da trong ngành công nghiệp thuộc da, dùng tẩy các vết máu trên quần áo Trong công nghiệp mỹ phẩm, papain được dùng để tẩy các vết nám, tàn nhang trên da

1.2 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA BÁNH DẦU ĐẬU PHỘNG

Đậu phộng có hàm lượng lipid cao nên thường được dùng để ép dầu Đậu phộng sau khi ép lấy dầu được gọi là bánh dầu phộng

Theo tài liệu công bố, trung bình trong hạt đậu phộng có thành phần như bảng 1.2:

Bảng 1.2 Thành phần hóa học của hạt đậu phộng

Hydrat carbon 6.0 – 22

Trong protein của đậu phộng thì glubumin có hàm lượng cao nhất chiếm khoảng 97%, ngoài ra còn có một số hàm lượng không đáng kể albumin, prolamin, glutein

Trang 10

Trong lipid của đậu phộng có hai loại acid béo no và không no với hàm lượng tính theo phần trăm như bảng 1.3:

Bảng 1.3 Thành phần acid béo trong bánh dầu đậu phộng

Tên acid béo Không no (%) No (%)

Linoleic 13 – 26 2 – 6 Linolenoic 13 – 26 5 – 7 Bánh đậu phộng đã tách dầu có thành phần theo bảng 1.4:

Bảng 1.4 Thành phần hóa học của bã đậu phộng đã loại béo

Hàm lượng acid amin bao gồm các acid amin cơ bản theo bảng 1.5 :

Bảng 1.5 Thành phần acid amin trong đậu phộng

Trang 11

1.3 PHẢN ỨNG THỦY PHÂN BÁNH DẦU ĐẬU PHỘNG

Phản ứng thủy phân là phản ứng phân hủy các chất có sự tham gia của nước Phản ứng thủy phân là phản ứng quan trọng trong các ngành công nghiệp, đặc biệt

là trong công nghiệp thực phẩm Người ta ứng dụng phản ứng thủy phân trong công nghiệp thực phẩm để sản xuất ra hàng loạt sản phẩm mới khác xa với tính chất của nguyên liệu ban đầu về tính cảm quan, về tính dinh dưỡng của sản phẩm Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp phản ứng thủy phân có hại cho các sản phẩm thực phẩm trong quá trình bảo quản

Phương trình tổng quát của phản ứng thủy phân

R1R2 + H2O Enzym

(H+, HO-)

R1OH + R2H

Các tác nhân làm xúc tác cho phản ứng thủy phân thường là các acid, base hay các enzyme hydrolase trong đó đặc biệt được ứng dụng rộng rãi là các enzyme

có nguồn gốc vi sinh vật và thực vật

Trong phản ứng thủy phân có sự tham gia của một lượng nước rất lớn do đó tốc độ của phản ứng thủy phân chỉ tùy thuộc vào nồng độ của cơ chất Như vậy, phản ứng thủy phân xúc tác bởi enzyme là phản ứng đơn phân có thứ bậc 1

Trang 12

1.3.2 Quy trình thực hiện phản ứng thủy phân

e e

Hình 1.8 Sơ đồ phản ứng thủy phân

Quá trình chuyển từ protein bánh đậu phộng thành acid amin là một quá trình khá phức tạp Dưới điều kiện thích hợp cho quá trình thủy phân, enzyme sẽ tham gia phản ứng theo sơ đồ sau:

E + S -> ES > S + P Người ta cho rằng ban đầu enzyme sẽ liên kết với cơ chất (bánh dầu đậu phộng), sau đó mới diễn ra sự thủy giải và tạo ra các sản phẩm là các acid amin và các đoạn peptid ngắn

Trang 13

Ở đây E là enzyme papain và S là protein đậu phộng, ES là phức hợp trung gian giữa enzyme và cơ chất, P là sản phẩm (chủ yếu là các acid amin và các peptid cấp thấp)

Sự tạo thành và chuyển biến của hợp chất trung gian ES xảy ra qua 3 bước: Bước 1: Enzyme kết hợp với protein tạo thành phức enzyme – protein (ES)

Bước 2: Có sự thay đổi mật độ điện tử và sự biến dạng hình học của các mối liên kết đồng hóa trị trong phân tử cơ chất S cũng như trung tâm hoạt động của E

Bước 3: Giai đoạn tạo thành acid amin hay peptid cấp thấp và giải phóng enzyme

1.3.3 Các thay đổi hóa sinh trong quá trình thủy phân:

Những nghiên cứu về sự liên kết enzyme và cơ chất đề ra giả thuyết: phần lớn các enzyme trở nên hấp thụ với bề mặt ngoài của protein đậu phộng theo một tiến trình tương đối nhanh, sau đó sự khuếch tán những phân tử enzyme vào trong những thành phần này xảy ra chậm hơn Sự thủy phân những nối peptid của protein đậu phộng có thể chia làm hai pha:

Pha nhanh (pha động): xảy ra ở giai đoạn đầu Trong suốt pha này, một số lớp peptid bị phá hủy trong một đơn vị thời gian và một phần chất hòa tan được phóng thích vào trong dung dịch

Pha chậm (pha tĩnh): tốc độ thủy phân càng về sau càng giảm, tiến trình hầu như ít có sự thay đổi cho đến khi phản ứng thủy phân kết thúc

Tính chất quan trọng nhất của sản phẩm là tính dinh dưỡng Chiều dài chuỗi peptid của sản phẩm thủy phân có tầm quan trọng đặc biệt Khả năng hòa tan, khả năng nhũ tương, vị đắng …đều phụ thuộc ít nhiều vào kích thước và trọng lượng phân tử của các loại proteint có trong sản phẩm Tất cả các sản phẩm thủy phân đều

có vị đắng ở những mức độ khác nhau làm hạn chế rất nhiều tính cảm quan của sản phẩm Vị đắng là nhược điểm chung của các sản phẩm thủy phân với xúc tác enzyme và được cho là có liên quan đến những peptid có trọng lượng phân tử thấp (khoảng 6,000 Da) Ta không thể khử được vị đắng nhưng có thể giảm bớt được

Định dạng
Số trang	15
Dung lượng	525,24 KB