Công nghệ sản xuất enzyme papain

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÀI TIỂU LUẬN KĨ THUẬT THỰC PHẨM III ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ENZYME PAPAIN NHÓM SV THỰC HIỆN: MÃ SV: 1.NGUYỄN THỊ THÚY HỒNG 3005100260 2.NGUYỄN THỊ KIM TUYẾN 3005100886 3.NGUYỄN THỊ HỒNG VÂN 3005100905 4.ĐỖ THỊ HIỆP 3005100224 5.LÊ THỊ NGHĨ 3005100468 GVHD: TRẦN THỊ MINH HÀ TP.Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm … Nhóm 4 Trang 1 BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ***** BÀI TIỂU LUẬN KĨ THUẬT THỰC PHẨM III ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ENZYME PAPAIN Trình bày: Nguyễn Thị Thúy Hồng Hình ảnh: Nguyễn Thị Kim Tuyến Nhóm 4 Trang 2 MỤC LỤC CHƯƠNG I : LỜI MỞ ĐẦU .3 CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ ENZYME PAPAIN 4 2.1Giới thiệu về cây đu đủ 4 2.1.1. Phân bố sinh thái của cây đu đủ 4 2.1.2.Hoạt tính sinh học và công dụng của một số chất có trong cây đu đủ 5 2.2 Giới thiệu về enzyme papain 6 2.2.1 Nguồn gốc 6 2.2.2 Tính chất của papain 6 2.2.2.1 Tính chất vật lý 6 2.2.2.2 Tính chất hóa học 7 a) Cấu tạo hóa học: 7 b) Cấu trúc không gian 8 c) Cấu trúc tâm hoạt động của papain 8 d) Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của papain 11 CHƯƠNG III: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ENZYME PAPAIN 13 3.1 Nguyên liệu 13 3.2 Thiết bị ………………………………………………………………………………………………………. 13 3.3 Quy trình công nghệ……………………………………………………………………………………. 13 3.3.1 Thu nhận papain……………………………………………………………… 15 3.3.2 Sơ đồ quy trình công nghệ……………………………………………………………… 16 3.4 Ứng dụng của enzyme papain……………………………………………………………………… 18 3.4.1 Trong y học………………………………………………………………………………………. 18 3.4.2 Trong công nghệ thực phẩm…………………………………………………………… 18 3.4.3 Trong công nghệp khác ……………………………………………………………………. 18 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN……………………………………………………………………………………… 19 CHƯƠNG V: TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………………………. 20 Nhóm 4 Trang 3 CHƯƠNG I : LỜI MỞ ĐẦU Trong mủ đu đủ có ba enzyme chính bao gồm: papain, chymopapain và peptidase. Papain là một enzym đƣợc lấy ra từ mủ của các quả đu đủ xanh. Ngoài ra, papain còn là một loại men phân giải protein tồn tại trong đu đủ. Enzym papain rất tốt cho hệ tiêu hóa, giúp tiêu hóa các thức ăn giàu protein một cách dễ dàng hơn. Nó có thể giúp phân giải và loại bỏ những lớp da chết trên bề mặt cơ thể. Papain có tác dụng tiêu hóa protid, biến đổi các chất có albumin thành pepton, có tác dụng trên mỡ, trên các hydrat carbon trong môi trƣờng hơi kiềm hay trung tính. Ở nhiệt độ thƣờng khi cho tiếp xúc papain với lòng trắng trứng thì lòng trắng trứng bị mất tính sánh sền sệt. Trung bình một trái đu đủ cho đƣợc 12g mủ, từ 4kg mủ đu đủ tƣơi cho 1kg papain khô và trồng đu đủ để khai thác lấy mủ chỉ hiệu quả trong vòng 3 - 4 năm tuy vòng đời của một cây đu đủ khoảng 20 năm. Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của Công nghệ sinh học , các chế phẩm enzyme đƣợc sản xuất ngày càng nhiều và đƣợc sử dụng hầu hết trong các lĩnh vực nhƣ: chế biến thực phẩm, nông nghiệp, chăn nuôi, y tế… Khoảng 75% chế phẩm là enzyme thủy phân đƣợc sử dụng cho việc thủy phân cơ chất tự nhiên. Với những lợi ích và giá trị mà enzyme papain đem lại , nó đƣợc ứng dụng rộng rãi và thƣờng đƣợc dùng trong lĩnh vực chế biến mỹ phẩm. Ngoài ra, Papain rất cần cho nhiều lĩnh vực công nghiệp: dƣợc phẩm, hóa chất, kỹ nghệ tơ sợi dệt may, thuộc da, thực phẩm Và đó chính là nguyên nhân đã đƣa nhóm em đến với đề tài trình bày về công nghệ sản xuất enzyme papain. Nhóm 4 Trang 4 CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ ENZYME PAPAIN 2.1 Giới thiệu về cây đu đủ Cây đu đủ còn đƣợc 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 thƣờng là cây đồng chu, nhƣng đu đủ có thể xếp thành 3 loại trên phƣơng diện giới tính: cây đực, cây lƣỡng 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 lƣỡng tính mà lại pha lẫn nhiều ít đặc tính của ba loại hoa. Khuynh hƣớng thay đổi giới tính phần lớn do thời tiết gây ra tỉ nhƣ khô hạn và thay đổi nhiệt độ. Tên khoa học: Carica papaya L., thuộc họ đu đủ - Caricac. Hoa lưỡng tính hoa cái hoa đực 2.1.1 Phân bố sinh thái của cây đu đủ. 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, ngƣời Tây Ban Nha đã đƣa đu đủ vào trồng ở vùng Caribê và một số nƣớc Đông Nam Nhóm 4 Trang 5 Á. Từ các địa điểm này, cây tiếp tục đƣợc trồng rộng rãi ở Ấn Độ, Srilanca, châu Đại Dƣơng và châu Phi. Vườn cây đu đủ 2.1.2 Hoạt tính sinh học và công dụng của một số chất có trong cây đu đủ 1. Nhựa đu đủ có thể gây viêm da. 2. Ở Trung Mỹ, trong dân gian, ngƣời ta sử dụng đu đủ để điều trị bệnh lyamip (Entamoeba histolytica), một loại ký sinh trùng gây tiêu chảy dạng lỵ và biến chứng áp- xe gan. 3. Ở Samoa, ngƣời dân dùng phần dƣới 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. Ngƣời dân vùng Ca-ri-bê, Trung Mỹ cho biết họ có thể dùng khẩu phần với số lƣợng lớn thịt cá nhƣng 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 nhƣ kem nền (mặt), kem đánh răng, xà bông gội đầu. Nhóm 4 Trang 6 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 (antibioticactivity) với tác dụng chống vi khuẩn gram dƣơng (gram-positive bacteria). Nó còn đƣợc 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 đƣợc dùng để tinh chế bia; xử lý len và lụa trƣớc khi nhuộm; là phụ gia trong công nghệ chế biến cao su; khi tinh chế dầu gan cá tuna, ngƣời ta tiêm papain vào gan trƣớc khi chiết xuất, làm cho thành phẩm giàu Vitamin A và D hơn. Khoảng 1,500 quả đu đủ xanh cỡ vừa cho đƣợc khoảng 650g papain. 2.2 Giới thiệu về enzyme papain 2.2.1 Nguồn gốc Enzyme papain đƣợc tách ra từ nhựa trái đu đủ xanh, thuộc nhóm enzyme thủy phân có nguồn gốc thực vật đƣợc nghiên cứu nhiều nhất về tính chất và cơ chế hoạt động. Papain là một sulfhydryl protease, lần đầu tiên đƣợc tách ra bởi Bals và cộng sự của ông, sau đó bởi Kimmel va Smith từ nhựa khô. Trong nhựa đu đủ ngoài enzyme papain còn có các loại protease khác nhƣ chymopapain, caricain, glycyl endopeptidase và một số enzyme khác (Baines and Brock- lehurst, 1979). Nhựa đu đủ có hàm lƣợng và hoạt tính papain cao nhất tập trung ở vùng có nắng nóng và độ ẩm ổn định quanh năm. 2.2.2 Tính chất của papain 2.2.2.1 Tính chất vật lý Bảng 1: Tính chất vật lý của papain Tính chất vật lý Giá trị Điểm đẳng điện pI = 8.75 Hằng số sa lắng S20 2.42 ± 0.04 Hằng số phân tán D20 (10-7giây.cm2) 10.27 ± 0.13 Phân tử lƣợng 20,700 Nhóm 4 Trang 7 Độ triền quang [α]D -66.7 0 Độ xoắn 17% Vòng hiệu ứng cotton 290nm Thể tích riêng phần V(mL/g) 0.724 Trị số ma sát f/fo 1.16 Bột màu vàng hay màu nâu nhạt, tùy thuộc phƣơng pháp sấy, không tan trong hầu hết các chất hữu cơ nhƣng tan một phần trong H 2 O hay glycerine. Bền nhiệt. 2.2.2.2. Tính chất hóa học a) Cấu tạo hóa học: Papain là một endoprotease có chứa 16% N và 1.2% S. Papain là một protease thiol, theo nghiên cứu của R. L. Hill và E. L Smith, papain là một chuỗi polypeptide gồm 185 amino acid, trọng lƣợng phân tử là 20.900 Dalton. Bảng 2: Thành phần hóa học: Amino acid Số lƣợng Amino acid Số lƣợng Alanine 13 Lyeine 9 Arginine 10 Proline 4 Aspartic acid 17 Serine 9 Half – Cysteine 6 Threonie 11 Glutamid acid 17 Tryptophan 7 Glycine 23 Tyrosine 5 Histidine 2 Valine 17 Isoleucine 10 Methionine 15 Leucine 10 0 Tổng cộng: 185 Theo kết quả phân tích bằng tia X, phân tử papain đƣợc cấu tạo bởi 212 acid amin trong đó không có chứa methionine. Phân tử lƣợng 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 Nhóm 4 Trang 8 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. b) Cấu trúc không gian Phân tử papain có dạng hình cầu với kích thƣớc 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. Cấu trúc không gian của enzyme 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 ƣu của papain trong vùng pH từ 5.7 – 7.0 và nhiệt độ thích hợp là 50 – 57 0 C. c) Cấu trúc tâm hoạt động của papain Nhóm 4 Trang 9 - 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 nhƣ 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. Hoạt tính enzyme và cơ chất tác dụng: Papain thủy phân peotein thành các polypeptide và các polypeptide và các amino acid, đóng vai trò vừa nhƣ endopeptidase vừa nhƣ exopeptidase. Các endopeptidase thủy phân protein chủ yếu thành các peptid: [...]... máu trên quần áo - Trong công nghiệp mỹ phẩm, papain đƣợc dùng để tẩy các vết nám, tàn nhang trên da làm cho da mềm mại hơn Nhóm 4 Trang 18 Loại mặt nạ dưỡng da chế phẩm enzyme có chứa enzyme papain và những dưỡng chất của đu đủ CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN Việc sản xuất chế phẩm enzyme các loại đã và đang phát triễn mạnh mẽ trên qui mô công nghiệp Hiện tại đã có hàng nghìn chế phẩm enzyme bán trên thị trƣờng... trong chế biến thịt, trong sản xuất mỹ phẩm… Nhóm 4 Trang 19 CHƯƠNG V: TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 http://www.docsachonline.vn/thu-nhan -enzyme- papain- tu-du-du 2 http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/bao-cao-ung-dung -enzyme- papain- trongthuy-phan-banh-dau-dau-phong-nham-tao-san-pham-co-gia-tridin.659842.html 3 http://tailieu.vn/tinh-chat-hoa-hoc-cua -enzyme- papain 4 http://vho.vn/cac-duoc-pham-co -papain 5 Bài giảng Kĩ thuật... tính chất tốt hơn - Papain còn đƣợc dùng để thủy phân protein và ngăn ngừa vi khuẩn gây thối, do nhiệt độ tối ƣu của nó là 700C - Papain đƣợc dùng để làm mềm thịt, dùng để thủy phân gan cá ngừ làm thuốc bổ Papain còn đƣợc dùng trong sản xuất bia vì nó giúp tiêu hóa các protein còn hòa tan trong bia 3.4.3 Trong các ngành công nghiệp khác: - Papain đƣợc dùng làm mềm da trong ngành công nghiệp thuộc da,... của papain bị phá hủy hoàn toàn Điều đáng lƣu ý là sau khi đã đƣợc 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 40C 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. .. dimethylsulfoxide chứa 20% dung môi hữu cơ và urea 8M không làm giảm hoạt tính cũng nhƣ thay đổi cấu hình của papain Các chất gây biến tính mạnh nhƣ TCA 10%, guanidine hydrochloride 6M làm biến đổi bất thuận nghịch về độ quay quang học và hoạt tính của papain Nhóm 4 Trang 12 CHƯƠNG III: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ENZYME PAPAIN 3.1 nguyên liệu - Nguyên liệu chính thức và cần hàm lƣợng lón nhất là nhựa trái đu đủ thu... hoàn toàn hoạt tính Tuy nhiên papain lại rất bền với các tác nhân biến tính là dung môi hữu cơ ( độ quay cực của papain hầu nhƣ không biến đổi trong ethanol 70% hay urea 6-8m) d) Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của papain Nhiệt độ: Papain là enzyme chịu đƣợc nhiệt độ tƣơng đối cao Ở dạng nhựa khô papain không bị biến tính trong 3 giờ ở 1000C Còn ở dạng dung dịch papain bị mất hoạt tính sau... bị lọc - Thiết bị lắng - Thiết bị sấy 3.3 Quy trình công nghệ Nhựa cây đu đủ nằm trong các ống dẫn nhựa trải rộng khắp toàn bộ cây, ngoại trừ rễ nhựa là hỗn hợp enzyme chứa các protease sau: papain, chymopapain A( gốc amino acid cuối là glutamic acid), chymopapain B(gốc amino aicd là tyrosine), proteinase III, proteinase IV, thilprotesase, trong đó papain chiếm tới 95% Nhóm 4 Trang 13 Điều kiện lấy... gram (-) ngƣng phát triển, vi trùng thƣơng hàn, Staphylococus rất nhạy cảm với papain Papain có tác dụng giảm độc tố với toxin và toxabumin: Dung dịch papain cysteine salicilate có công dụng chữa bỏng Papain có tác dụng lên hệ mạch dùng trị bệnh bạch cầu, viêm họng… 3.4.2 Trong công nghiệp thực phẩm: - Protease, trong đó có papain đƣợc sử dụng rất rộng rãi trong chế biến thịt, cá và đã mang lại hiệu... biến màu và giảm hoạt tính Nhóm 4 Trang 14 enzyme Lọ, dao, muỗng,…phải đƣợc làm bằng nhựa hoặc thép không rỉ - Nhựa tƣơi không bền vì thế nên sấy khô 5 % ẩm 3.3.1 Thu nhận papain  Chuẩn bị: Do trong nhựa đu đủ ngoài papain, chymopapain còn có 1 số enzyme, protein, chất nhựa, chất cao su, chất béo và các tạp chất khác để có đƣợc quy trình tách và làm sạch papain từ nhựa đu đủ có hiệu quả thì có quy... tinh Dịch lỏng pH: 6.5 Thời gian: 30phút dd NaCl bão hòa Tái kết tinh Sấy chân không t: 37 0C t: 40 0 C Papain sơ đồ quy trình công nghệ Nhóm 4 Trang 17 3.4 ứng dụng của enzyme papain 3.4.1 Trong y học: Chữa bệnh giun kim, gium đũa Dùng tiêu diệt các dị vật thừa, các protein chết trong cơ thể Hỗn hợp papain- bromelin-celluloza đƣợc sử dụng hiệu quả để phá sỏi thận Làm thành phần chính của các loại thuốc . BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÀI TIỂU LUẬN KĨ THUẬT THỰC PHẨM III ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ENZYME PAPAIN NHÓM. 1 BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ***** BÀI TIỂU LUẬN KĨ THUẬT THỰC PHẨM III ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ENZYME PAPAIN . xúc tác của papain 11 CHƯƠNG III: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ENZYME PAPAIN 13 3.1 Nguyên liệu 13 3.2 Thiết bị ………………………………………………………………………………………………………. 13 3.3 Quy trình công nghệ ………………………………………………………………………………….