Enzyme protease là protein được sinh vật sinh tổng hợp trong tế bào và là chất tham gia xúc tác cho mọi phản ứng sinh học. Mọi sinh vật đều được xem là nguồn thu nhận để sản xuất enzyme. Nhưng chủ yếu là ba nguồn chính: động vật, thực vật và vi sinh vật.
* Từ động vật.
Trong các enzyme protease, enzyme của hệ tiêu hóa được nghiên cứu sớm hơn cả. Enzyme từ động vật chủ yếu là các enzyme từ nội tạng, bao gồm enzyme trypsin, pepsin...
Ngoài ra trong ngăn thứ tư của dạ dày bê có tồn tại enzyme thuộc nhóm protease là renin - được sử dụng phổ biến trong công nghệ phomat. Renin làm biến đổi cazein thành paracazein có khả năng kết tủa trong môi trường sữa có đủ nồng độ Ca2+. Trong thực tế nhiều chế phẩm renin bị nhiễm pepsin (trong trường hợp thu chế phẩm renin ở bê quá thì. Khi đó dạ dày bê đã phát triển đầy đủ có khả năng tiết ra pepsin) thì khả năng đông tụ sữa kém đi.
Gần đây có nghiên cứu sản xuất protease từ vi sinh vật có đặc tính renin như ở các loài Eudothia Parasitica và Mucor Purillus.
* Từ thực vật.
Enzyme protease thực vật được phát hiện muộn hơn. Có 3 loại protease thực vật như bromelain, papain và ficin. Papain thu được từ nhựa của lá, thân, quả đu đủ. Bromelain thu từ quả, chồi dứa, vỏ dứa. Các enzyme này được sử dụng để chống lại hiện tượng tủa trắng của bia khi làm lạnh do kết tủa protein. Những ứng dụng khác của protease thực vật này là trong công nghệ làm mềm thịt và trong mục tiêu tiêu hoá. Ficin thu được từ nhựa cây cọ. Enzyme được sử dụng thuỷ phân protein tự nhiên.
* Từ vi sinh vật.
Trước đây người ta mới chỉ chú ý nhiều đến nguồn nguyên liệu động vật nhưng khoa học ngày càng phát triển thì vấn đề thu tách enzyme protease từ vi sinh vật càng được quan tâm nghiên cứu nhiều hơn. Có thể nói enzyme ở vi sinh vật là phong phú nhất. Nó có mặt ở hầu hết các vi sinh vật như vi khuẩn, nấm mốc, xạ khuẩn gồm nhiều loài thuộc Aspergillus, Bacillus, Penicillium, Clotridium, Streptomyces và một số và một số loại nấm men.
- Vi khuẩn.[11]
Lượng protease sản xuất từ vi khuẩn được ước tính vào khoảng 500 tấn, chiếm 59% lượng enzyme được sử dụng.
Protease của động vật hay thực vật chỉ chứa một trong hai loại endopeptidase hoặc exopeptidase, riêng vi khuẩn có khả năng sinh ra cả hai loại trên, do đó protease của vi khuẩn có tính đặc hiệu cơ chất cao. Chúng có khả năng phân hủy tới 80% các liên kết peptide trong phân tử protein.
Trong các chủng vi khuẩn có khả năng tổng hợp mạnh protease là Bacillus subtilis, B. mesentericus, B. thermorpoteoliticus và một số giống thuộc chi Clostridium. Trong đó, B. subtilis có khả năng tổng hợp protease mạnh nhất
(Nguyễn Trọng Cẩn và cộng sự, 1998). Các vi khuẩn thường tổng hợp các protease hoạt động thích hợp ở vùng pH trung tính và kiềm yếu.
Các protease trung tính của vi khuẩn hoạt động ở khoảng pH hẹp (pH 5-8) và có khả năng chịu nhiệt thấp. Các protease trung tính tạo ra dịch thủy phân protein thực phẩm ít đắng hơn so với protease động vật và tăng giá trị dinh dưỡng. Các protease trung tính có khả năng ái lực cao đối với các amino acid ưa béo và thơm. Chúng được sinh ra nhiều bởi B. subtilis, B. mesentericus, B. thermorpoteoliticus
và một số giống thuộc chi Clostridium.
Protease của Bacillus ưa kiềm có điểm đẳng điện bằng 11, khối lượng phân tử từ 20.000-30.000. Ổn định trong khoảng pH 6-12 và hoạt động trong khoảng pH rộng 7-12.
- Nấm mốc.
Nhiều loại nấm mốc có khả năng tổng hợp một lượng lớn protease được ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm là các chủng: Aspergillus oryzae, A. terricola,
A. fumigatus, A. saitoi, Penicillium chysogenum… Các loại nấm mốc này có khả
năng tổng hợp cả ba loại protease: acid, kiềm và trung tính. Nấm mốc đen tổng hợp chủ yếu các protease acid, có khả năng thủy phân protein ở pH 2,5 - 3.
Một số nấm mốc khác như: A. candidatus, P. cameberti, P. roqueforti… cũng
có khả năng tổng hợp protease có khả năng đông tụ sữa sử dụng trong sản xuất phomat.
- Xạ khuẩn
Xạ khuẩn được nghiên cứu ít hơn vi khuẩn và nấm mốc, đã tìm được một số chủng có khả năng tổng hợp protease cao như: Streptomyces grieus, S. fradiae, S.
trerimosus...
Các chế phẩm protease từ xạ khuẩn được biết nhiều là pronase (Nhật) được tách chiết từ S. grieus, enzyme này có đặc tính đặc hiệu rộng, có khả năng thủy phân tới 90% liên kết peptide của nhiều protein thành amino acid. Ở Liên Xô (cũ), người ta cũng tách được chế phẩm tương tự từ S. grieus có tên là protelin.
Từ S. fradiae cũng có thể tách chiết được keratinase thủy phân karetin. Ở Mỹ, chế phẩm được sản xuất có tên là M-Zim dùng trong sản xuất da. Protease từ S.
fradiae cũng có hoạt tính elastase cao, do đó chúng được dùng trong công nghiệp chế biến thịt.
Hầu hết các protease phân cắt protein ở các liên kết đặc hiệu, vì thế có thể sử dụng các enzyme này theo chiều phản ứng tổng hợp để tổng hợp các liên kết peptide định trước. Yếu tố tăng cường quá trình tổng hợp bao gồm pH, các nhóm carboxyl hoặc nhóm amine được lựa chọn để bảo vệ, khả năng kết tủa sản phẩm, phản ứng trong hệ hai pha lỏng.
Enzyme thu từ vi sinh vật có nhiều ưu điểm hơn enzyme thu từ nguồn động thực vật: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Vi sinh vật có khả năng chuyển hóa một khối lượng lớn cơ chất, lớn hơn khối lượng cơ thể chúng hàng ngàn lần sau một ngày một đêm.
- Enzyme từ vi sinh vật có hoạt tính cao.
- Tốc độ sinh sản của vi sinh vật mạnh, trong thời gian ngắn có thể thu một lượng sinh khối lớn.
- Trong quá trình sinh trưởng, phát triển và sinh tổng hợp enzyme của vi sinh vật không phụ thuộc khí hậu bên ngoài.
- Nguồn nguyên liệu để sản xuất enzyme theo quy mô công nghiệp rẻ tiền và dễ kiếm.