tổng quan về enzyme công nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ SINH HỌC & KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG MÔN CÔNG NGHỆ ENZYME BÀI TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI: TỔNG QUAN VỀ ENZYME CÔNG NGHIỆP LỜI MỞ ĐẦU Enzyme chất xúc tác sinh học có ý nghĩa trình sinh trưởng, sinh sản sinh vật.Trong vài thập kỷ trở lại đây, với phát triển mạnh mẽ công nghệ sinh học, enzyme sản xuất ngày nhiều sử dụng hầu hết lĩnh vực kinh tế Enzyme đóng vai trò kỹ thuật phân tích, công nghệ gen bảo vệ môi trường Enzyme dần bước làm thay đổi nâng cao số q trình cơng nghệ chế biến thực phẩm, nông nghiệp, chăn nuôi, y tế… đáp ứng nhu cầu ngày tăng xã hội Nghiên cứu, sản xuất ứng dụng enzyme phát triển mạnh từ đầu kỷ 20 đến Công nghệ sản xuất enzyme đem lại nhiều lợi nhuận cho nhiều quốc gia Hàng năm enzyme sản xuất giới đạt khoảng 300.000 với trị giá 500 triệu USD phân bố lĩnh vực khác Trong số enzyme sản xuất ứng dụng giới, nước châu Âu sản xuất bán thị trường giới số lượng nhiều việt Nam nhiều nước có nhiều nghiên cứu ứng dụng enzyme Tuy nhiên, công nghiệp enzyme ta chưa thực phát triển Phần lớn enzyme sử dụng mức độ công nghiệp thuộc loại enzyme đơn cấu tử, xúc tác cho phản ứng phân hủy Các protease enzyme sử dụng nhiều số ngành sản xuất chế biến thực phẩm, chất tẩy rửa, thuộc da… Tiếp theo hydratcacbonase ứng dụng nhiều kỹ nghệ chế biến thực phẩm, công nghiệp dệt nhuộm, công nghiệp giấy bột giấy, chế biến thức ăn gia súc… Một số enzyme phức tạp đặc hiệu đưa sử dụng lĩnh vực thực phẩm, phân tích, dệt nhuộm, chuẩn đoán điều trị bệnh Theo yêu cầu GVHD tiểu luận nhóm dịch phần 5.4 (Overview of Industrial Enzyme Applications) Enzymes in Industry Wolfgang Aehle Bài nhiều thiếu sót, mong góp ý để nhóm hồn thiện Bảng 38 Ứng dụng ezyme đ ược mô mục 5.1, and 5.3răng 5.3 Sửtảdụ ng công Làm5.2, hàm Số EC 3.4.21.62 Tên subtilisin nghiệp Phạm vi Mục ứng 5.2.1 Bột giặt dụng nhân tạo Chức Loại bỏ vết bẩn proteinaceous Lớp 1: Oxidoreductases 1.1.3.4 glucose oxidase 3.4.21.63 oryzin 3.4.22.X cysteine endopeptidases 5.1.1 5.1.1 5.2.2 Máy giặt Nướng bánh 5.2.4 Động vật 5.1.3 ni 5.1.3 Làm rượu bia Tăng thêm tính Loại bỏ vết bẩn gluten( Gluten proteinaceous thành phần protein lúa mì, lúa mạch,…) Cải thiện khả Tăng ời hprotein ạn sử tiêuthhóa dụđng ộng vật ni 5.1.4 Sản xuất Bảo quản sữa 5.1.3 Sảsnữxu a ất bia Viện trợ lọc 5.1.5 Dệt vải Tẩy trắng 5.3 Ngành công nghiệp mới, sử dụng cho ấtdthu c đánh Chăm sóc da 5.3sản xu Sử ụngốcông 1.1.3.5 3.4.23.4 3.4.23.18 1.10.3.2 hexose oxidase chymosin Aspergillopepsin I laccase 3.4.23.22 Endothiapepsin 3.4.23.23 Mucorpepsin 3.4.24.28 Bacillolysin 1.11.1.6 catalase Lớp 4: Lyases 4.1.1.5 α-acetolacetate decarboxylase 4.2.2.2 pectate lyase 4.2.2.10 pectin lyase ệpng Tăng thêm tính 5.1.1 nghi Nướ bánh gluten (Gluten thành phần protein lúa mì, 5.1.4 Sữa Pho mát đơng lúa mạch,…) 5.2.4 Động vật Cải thiện khả 5.2.5 Dệt vải Phòng chống lại ni tiêu hóa protein nhuộm đá rửa động vật nuôi enzyme 5.2.6 Bột giấy 5.4.4 Sữvà a giấy Tẩy trắng bột giấy Pho mát đông 5.3 Ngành p mớ i, sửđông dụng 5.1.4 Sữa công nghiệPho mát sản xuất nút chai 5.2.4 Động vật Cải thiện khả 5.3 Ngành ệp m ới protein sử dụngở ni cơng nghitiêu hóa cho sản xuất ván sợi đ gỗ bằvng ộng ật trùng nuôi hợp lignin 5.1.3 Làm Tăng thời hạn sử rượu bia dụng 5.1.3 Sản xuất bia Loại bỏ diacetyl để 5.1.4 Sản xuất Bảo quản sữa tăng cường hương vị sữa 5.2.5 Dệt vải 5.2.5 Dệt may Loại bỏ hydrogen Bông cọ rửa peroxide 5.1.2 Nước ép trái Nước ép táo dâu 5.3 xử lý nước thải công nghiệp , 5.4 Tổng quan ứng dụng Enzyme cơng nghiệp Chương tóm tắt việc sử dụng enzyme ứng dụng công nghiệp, trình bày phần 5.1 đến 5.3 Bảng 38 trình bày t quan enzym thương mại sử dụng ứng dụng mô tả mục Nó giới hạn thương mại ứng dụng trình bày tác giả không bao gồm ứng dụng phát tri ển vào năm 2003 ho ặc phát triển chấm dứt Mặc dù điều giới hạn phạm vi, bảng cho tổng quan tốt vi ệc s dụng enzyme cơng nghiệp trình bày chương Một nhìn sâu bảng phân tích việc sử dụng enzyme ứng d ụng cơng nghiệp chi tiết cho thấy có tổng cộng 35 enzym ch ức khác nhau, đ ược sử dụng gần 80 ứng dụng kỹ thuật khác 35 enzyme chức chi ếm nhiều sản phẩm khác tồn giới, chí lên đ ến hàng trăm ho ặc hàng ngàn Mỗi công ty enzyme chắn có 35 s ản ph ẩm danh mục đầu tư Sự khác biệt số chức enzym s ản phẩm enzyme giải thích thực tế hầu hết enzyme đ ược thiết kế riêng cho sản phẩm ứng dụng enzyme cụ thể công th ức khác nhau, thiết kế để thực enzyme tối ưu hóa đ ể s d ụng ứng dụng cụ thể Sự khác biệt số lượng nhỏ chức vào m ột loạt sản phẩm thực cách ch ọn s ản xu ất enzym từ nguồn khác (ví dụ, động vật, vi khuẩn, n ấm men, n ấm ) v ới loạt tính chất nội pH / hoạt động ổn định t ập hợp điều kiện Sự cần thiết cho khác bi ệt tr nên rõ ràng nhìn vào điều kiện khác sử dụng lĩnh vực công nghi ệp enzyme Ngành cơng nghiệp nước hoa sử dụng quy trình enzyme có hoạt động pH nhiệt độ thấp Mặt khác, ngành công nghi ệp ch ất tẩy r ửa sử dụng điều kiện kiềm với pH lên đến 11, nhiệt độ từ 40,8 đến 60,8 oC, biến tính bề mặt không tránh hầu h ết enzym Cho đ ến nay, ổn định nhiệt độ chuyển đến cho α- amylase tinh b ột lỏng, thực áp suất điểm sơi nước α-amylase có ho ạt động vài phút vào khoảng 106-108,8oC sau làm mát 2h từ 90 đến 95,8oC Bảng 38 cho thấy đa dạng hóa phản ứng xúc tác, minh họa hình 92: phần lớn enzyme công nghi ệp mô tả ch ương trước từ lớp enzymes Gần 70% enzyme cơng nghi ệp thu ộc nhóm này, lớp hệ thống phân loại enzyme IUB Các oxidoreductases ( l ớp 1) đóng góp lớn thứ hai nhóm enzyme cơng nghiệp (15%) Lớp 2, 4, gần không sử dụng công nghiệp ứng dụng, khơng có ví dụ loại enzyme cơng nghiệp lớp Hình 92 A) Sự phân bố enzyme chức dựa hệ thống phân loại lớp enzyme UIB B) Sự phân bố enzyme ứng dụng dựa h ệ th ống phân loại lớp enzyme UIB Từ điều rõ ràng đa dạng l ớn chất xúc tác cho ph ản ứng hóa học có sẵn phòng thí nghiệm tự nhiên hoàn toàn khai thác ứng dụng enzyme cơng nghiệp Do có m ột phạm vi r ộng v ề ti ềm xúc tác tự nhiên chờ đợi khai thác người Một nhìn g ần h ơn vào ứng dụng khơng thương mại hóa chưa cho th s ự thay đổi xu hướng Nhu cầu sử dụng mới, chức chưa khai thác, đặc biệt phát triển mới, điều hiển nhiên Vi ệc s dụng oxidoreductases đặc biệt dường nhận ý Mặc khác, số enzyme sử dụng hỗn hợp chế phẩm enzyme pha chế Một ví dụ điển hình số cellulase, sử dụng nhiều ứng dụng dệt hỗn hợp phức tạp loại cellulase khác Các phản ứng hóa học tất nhiên giống tất loại cellulase: phân cắt liên kết β-1,4 glycosidic gi ữa phân t đ ường Tuy nhiên, khác biệt sai lầm vị trí cắt ( exo endo ) khác biệt liên kết với vùng khác đa dạng c ch ất cellulase enzyme phức tạp α- amylase ví dụ điển hình cho việc sử dụng phản ứng hóa h ọc xúc tác nhiều ứng dụng công nghiệp α - amylase dường nh men linh hoạt lĩnh vực công nghiệp enzyme, với tám ứng dụng khác nhau, hoàn toàn phong phú tinh bột Sự xuất rộng rãi polymer sinh học khả α -amylase để xúc tác cho phân h ủy th ủy phân c hàm lượng amylose amylopectin phân tách liên kết α -1,4 glycosidic phân tử glucose vô s ố ứng d ụng cho enzyme Các ứng dụng α-amylase bao gồm phân hủy tinh bột bước hóa l ỏng glucose, maltose, lượng đường fructose cao sản xu ất xi-rô ngô, s ự phân h ủy vết bẩn chứa tinh bột ứng dụng chất tẩy r ửa, làm tinh ết nước ép trái bia Việc sử dụng α-amylase tác nhân chống lò khác Trong ứng dụng này, hoạt tính α-amylase biến đổi cấu trúc khơng gian ba chiều amylose thay đổi thuộc tính v ật ch ất bánh mì qua ảnh hưởng đến cấu trúc ruột bánh mì Tinh bột sử dụng để phụ vụ giếng dầu, α- amylase chịu nhiệt sử dụng để ki ểm soát độ nhớt chất lỏng giếng dầu Chọn lọc sử dụng enzyme ứng dụng enzyme công nghi ệp lần minh chứng tốt cách sử dụng α-amylase rũ h d ệt may Trong ứng dụng cụ thể α -amylase sử dụng để loại bỏ m ột l ớp bảo vệ tinh bột áp dụng cho s ợi cellulose đ ể tránh thi ệt h ại trình xử lý học trình sản xuất α- amylase phá v ỡ amylose amylopectin tinh bột, monome glucose liên k ết v ới b ởi liên kết α-1,4 glycosidic, gốc đường cellulose, liên k ết thông qua liên kết β-1,4 glycosidic, không thủy phân Trong th ực t ế kích thước tinh bột loại bỏ q trình nhẹ nhàng mà khơng phá vỡ tính tồn vẹn polymer cellulose Về hóa học lập thể nguyên tử carbon monomer đủ để điều khiển việc ch ọn l ọc enzyme pha hủy polyme Nó chương bao gồm tất s dụng c tất enzyme lĩnh vực công nghiệp: nhiều enzyme đ ược li ệt kê Bảng 38 sử dụng thuốc tiêu hóa, thực phẩm chức nămg, chế phẩm sinh học, việc nâng cấp vật li ệu phế thải , đánh bóng da; để đẩy nhanh ủ chua, việc thu h ồi b ạc từ nh ững b ộ phim, ch ỉ để tóm tắt số ứng dụng kỳ lạ enzym ứng dụng công nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Enzymes in Industry-Production and Applications, Wolfgang Aehle MỤC LỤC Mục Trang Lời mở đầu 1 Bảng 38 Ứng dụng ezyme mô tả mục 5.1, 5.2, and 5.3 .2 5.4 Tổng quan ứng dụng Enzyme công nghiệp .10 Tài liệu tham khảo 14 ... xử lý nước thải công nghiệp , 5.4 Tổng quan ứng dụng Enzyme công nghiệp Chương tóm tắt việc sử dụng enzyme ứng dụng cơng nghiệp, trình bày phần 5.1 đến 5.3 Bảng 38 trình bày t quan enzym thương... phạm vi, bảng cho tổng quan tốt vi ệc s dụng enzyme cơng nghiệp trình bày chương Một nhìn sâu bảng phân tích việc sử dụng enzyme ứng d ụng công nghiệp chi tiết cho thấy có tổng cộng 35 enzym... enzyme cơng nghiệp (15%) Lớp 2, 4, gần không sử dụng cơng nghiệp ứng dụng, khơng có ví dụ loại enzyme công nghiệp lớp Hình 92 A) Sự phân bố enzyme chức dựa hệ thống phân loại lớp enzyme UIB B)