Acrylamide H2C CH CO NH CH2 NH CO CH H2C Methylene bisacrylamide + + Enzyme CH2CHCH2CHCH2CHCH2CHCH2CH CO CO CO CO NH NH2 NH2 NH CH2 CH2 NH NH CO CO CH2CHCH2CHCH2CHCH2CHCH2CH Polyacrylamide + Enzyme Enzyme
năm 2012 tổng giá trị enzyme hòa tan sẽ là 2,7 tỷ USD. Riêng Hoa Kỳ đã tiêu thụ lượng enzyme với tổng giá trị là 514 triệu USD năm 2000 và tới 2005 đã đạt tới 629,3 triệu USD với mức tăng trung bình hàng năm là 4,1%, enzyme được phục vụ chủ yếu cho các ngành thực phẩm và thức ăn gia súc, dệt, giấy, chất tẩy rửa … [64], [68].
Enzyme thủy phân protein (Proteolytic enzymes, protease) là một trong những enzyme quan trọng trong công nghiệp thực phẩm. Protease bao gồm pepsin, trypsin, chymotrypsin, chymosin... được chiết xuất từ động vật; Papain, ficin, bromelain... thu nhận từ thực vật; Mucorpepsin hay còn được gọi là mucorrennin, subtilisin A... và thường được gọi là protease vi sinh vật. Protease thương mại được sản xuất từ vi nấm và cả vi khuẩn. Điểm đặc biệt quan trọng để phân biệt các protease là pH tối ưu và protease trên thị trường gồm ba loại là protease kiềm tính, protease trung tính và protease acid tính [7], [25].
− Protease kiềm tính bao gồm các protease hoạt động trong môi trường kiềm pH > 7. Nhiều chủng vi sinh vật tiết protease kiềm tính ngoại bào quan trọng như giống vi khuẩn Bacillus: B.licheniformis , B.pumillus .v.v, nấm mốc như giống Aspergillus : A.niger , A.sojae .v.v. Protease kiềm tính được biết nhiều nhất là Subtilisin BPN và Subtilisin Novo sản xuất từ vi khuẩn
B.amyloliquafaciens với các đặc tính như chịu nhiệt cao vào khoảng 700C, bền vững trong môi trường kiềm pH khoảng 9 – 11.
− Protease trung tính bao gồm các protease hoạt động trong môi trường trung tính với pH lân cận 7. Các chủng vi sinh vật có khả năng tiết protease trung tính ngoại bào như vi khuẩn B.subtilis, B.cereus .v.v, nấm mốc A.oryzae, A.sojae .v.v. Protease trung tính có khoảng pHopt rất hẹp và không bền với nhiệt độ cao.
− Protease acid tính bao gồm các protease hoạt động trong môi trường acid với pH < 7, protease acid tính hay còn được gọi aspartic protease và được ứng dụng nhiều trong kỹ nghệ fromage, dược và thực phẩm. Khoảng pHopt từ 2 – 4. Các vi sinh vật có khả năng tiết protease acid tính gồm Mucor pusillus, M.miehei, Penicillium janthinellum, P.roqueforti, Aspergillus oryzae, Pseudomonas.sp .v.v.
Protease được ứng dụng trong công nghiệp nhẹ khá phổ biến và riêng trong ngành công nghiệp thực phẩm thì enzyme tham gia vào các lãnh vực như chế biến fromage, thủy phân protein đậu nành mục đích là sản xuất nước chấm lên men, sản xuất tương, chao để nâng cao giá trị sử dụng sữa và bột đậu nành, làm mềm thịt, thủy phân một phần gluten trong bột mì được ứng dụng trong công nghiệp bánh biscuit… Hiện nay protease cố định chưa được ứng dụng phổ biến trong công nghiệp thực phẩm. Enzyme cố định ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm được thương mại hóa bao gồm invertase, gluco- amylase, gluco-isomerase ứng dụng trong chế biến siro fructose (“HFCs” high-fructose corn syrups), lactase trong công nghiệp sữa, L-aminoacylase thủy phân N-acyl-L-amino acid thành carboxylate và L-amino acid, ứng dụng sản xuất L-amino acid.
Rennin (chymosin) là enzyme chủ yếu sử dụng trong công nghệ fromage. Hiện nay, các nhà khoa học đang nghiên cứu thêm các nguồn enzyme protease khác có khả năng thay thế rennin chủ yếu là protease vi sinh vật nhưng phải hội tụ các điều kiện của rennin trong tính chất enzyme đông tụ sữa bao gồm [83]:
− Làm đông tụ sữa tốt nhưng hoạt tính thủy phân protein thấp (enzyme thuộc nhóm endopeptidase phân cắt có giới hạn).
− Tạo cho fromage có mùi thơm ngon và có cấu trúc đẹp. − Không có độc tố.
Rennin thu nhận từ vi sinh vật được các nhà khoa học quan tâm nhất, bao gồm các loài như Mucor miehei, M.pusillus, Bacillus subtilis, B. prodigiosum,
Pencillium janthinellum, P.roqueforti, Aspergillus oryzae.v.v. Công trình
nghiên cứu về những yếu tố ảnh hưởng quá trình tạo enzyme đông tụ sữa từ
Amylomyces rouxii do nhóm tác giả Pei-Jing Yu và Cheng-Chun Chou thuộc
Viện Khoa học và Công nghệ Thực phẩm, Đại học Quốc gia Đài Loan công bố 2005 [85].
Rennin vi sinh vật chiếm khoảng 33% trong công nghiệp chế biến fromage hiện nay. Ngoài việc thu nhận protease từ vi sinh vật thì thực vật cũng có khả năng cung cấp enzyme đông tụ sữa như ficin từ quả sung (Ficus
carica), papain từ quả đu đủ (Papaya latex), bromelain từ quả thơm (Ananas comosus) . . . và được gọi chung là rennin thực vật. Công trình nghiên cứu
rennin thực vật do nhóm tác giả M.Umar Dahot, M. Yakoub Khan, A. N. Memon công bố 1990 [29]. Ngoài các nghiên cứu protease có nguồn gốc từ thực vật và vi sinh vật thì các nhà khoa học nghiên cứu thêm việc chuyển gene mã hóa enzyme protease từ động vật hoặc vi sinh vật có khả năng ứng dụng trong chế biến fromage như: Chuyển gene pepsinogen A của heo vào
Escherichia coli do nhóm tác giả Takuji Tanaka và Rickey Y. Yada 1996
[76]. Chuyển gene mã hóa protease của Myxococcus xanthus 422 vào Escherichia coli và ứng dụng trong chế biến fromage do nhóm tác giả M.
Poza, M. Prieto-Alcedo, C. Sieiro và T. G. Villa 2004 [63].