Enzyme protease được ứng dụng rộng rãi trong y học, nông nghiệp, hóa học, công nghiệp dệt, mỹ phẩm, công nghiệp da, phim ảnh và đặc biệt là trong công nghiệp thực phẩm như: công nghiệp thịt, cá, công nghiệp chế biến sữa, bánh mì, bánh kẹo, bia, sản xuất sữa khô và bột trứng. Ngoài ra enzyme protease còn được ứng dụng trong xử lý phế liệu để thu hồi các sản phẩm có giá trị và bước đầu đã đem lại hiệu quả đáng kể. Các ứng dụng cụ thể của enzyme protease:
* Trong công nghiệp thực phẩm
- Trong công nghiệp chế biến thịt: Protease được dùng làm mềm thịt nhờ sự thủy phân protein trong thịt.
- Trong chế biến thủy sản. Chế biến nước mắm ngắn ngày rút ngắn thời gian chế biến và nâng cao hiệu quả kinh tế.
- Trong công nghiệp sữa: protease được dùng trong sản xuất phomat nhờ tác dụng làm đông tụ sữa.
- Trong sản xuất bánh mì, bánh quy protease làm giảm thời gian nhào trộn, tăng độ dẻo và làm nhuyễn bột, tạo độ xốp và độ nở tốt hơn.
- Trong sản xuất nước giải khát: làm tăng độ bền của bia và rút ngắn thời gian lọc. Làm trong và ổn định nước quả, rượu vang.
Trong y học.
Protease dùng làm thuốc tắc nghẽn tim mạch, tiêu mủ vết thương, làm thông đường hô hấp, chống viêm, làm thuốc tăng tiêu hóa protein, thành phần của các loại thuốc dùng trong da liễu và mỹ phẩm. Trong y học protease cũng dùng để sản xuất môi trường dinh dưỡng nuôi cấy vi sinh vật sản xuất ra kháng sinh, chất kháng độc. Ngoài ra còn dùng để cô đặc và tinh chế các huyết thanh kháng độc để chữa bệnh.
Trong nông nghiệp:
- Có thể sử dụng các loại chế phẩm enzyme khác nhau để chuyển hóa các phế liệu, đặc biệt là các phế liệu nông nghiệp cải tạo đất phục vụ nông nghiệp.
- Công nghệ này khá phổ biến ở nhiều quốc gia. Ở nước ta việc dùng enzyme vi sinh vật góp phần trong sản xuất phân hữu cơ đang được khai thác để thay thế cho phân hóa học.
Trong hóa học:
- Cho đến nay, việc ứng dụng enzyme trong hóa học là do enzyme có cảm ứng cao đối với nhiệt độ, pH và những thay đổi khác của môi trường.
- Một trong những ứng dụng chế phẩm enzyme đáng được chú ý nhất trong thời gian gần đây là dùng chất mang để gắn phức enzyme xúc tác cho phản ứng nhiều bước. Ví dụ tổng hợp glutathion, acid béo, alcaloid, sản xuất hormone…Cũng bằng cách tạo phức, người ta gắn vi sinh vật để sử dụng trong công nghệ xử lý nước thải, sản xuất alcohol, amino acid…
- Trong nghiên cứu cấu trúc hóa học người ta cũng sử dụng enzyme, ví dụ dùng protease để nghiên cứu cấu trúc protein, dùng endonuclease để nghiên cứu cấu trúc nucleic acid …
- Dùng làm thuốc thử trong hóa phân tích.
- Trong các ngành công nghiệp khác như: Điều chế dịch đạm thủy phân dùng làm chất dinh dưỡng, chất tăng vị trong thực phẩm và sản xuất một số thức ăn kiêng.
- Protease của nấm mốc và vi khuẩn phối hợp với amylasa tạo thành hỗn hợp enzyme dùng làm thức ăn gia súc có độ tiêu hóa cao, có ý nghĩa lớn trong chăn nuôi gia súc và gia cầm.
- Điều chế môi trường dinh dưỡng của vi sinh vật để sản xuất vaccine, kháng sinh.
- Sản xuất keo động vật, chất giặt tổng hợp để giặt chất bẩn protein, sản xuất mỹ phẩm...
*Ứng dụng trong xử lý phế liệu.
Ngày nay tốc độ ô nhiễm môi trường đang gia tăng, các phương pháp xử lý hoá học và sinh học thông thường ngày càng khó đạt được mức độ cần thiết để loại bỏ các chất ô nhiễm này. Do đó, những phương pháp xử lý nhanh hơn, rẻ hơn, đáng tin cậy hơn được đưa vào áp dụng. Hiện nay người ta đã biết nhiều loại enzyme khác nhau của thực vật và vi sinh vật. Số lượng enzyme đã biết đạt tới con số hơn 3000 enzyme. Trong đó có enzyme protease – một enzyme quan trọng trong xử lý protein.
Protease thuộc nhóm enzyme thủy phân protein được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm như trong chế biến cá và thịt. Protease có thể thủy phân các protein có trong chất thải, để sản xuất các dung dịch đặc hoặc các chất rắn khô có giá trị dinh dưỡng cho cá hoặc vật nuôi. Protease thủy phân các protein không tan thông qua nhiều bước, ban đầu chúng được hấp thụ lên các chất rắn, cắt các chuỗi polypeptit tạo thành các liên kết lỏng trên bề mặt. Sau đó, quá trình hoà tan những phần rắn xảy ra với tốc độ chậm hơn phụ thuộc vào sự khuếch tán enzyme lên bề mặt cơ chất và tạo ra những phần nhỏ. Chính vì tính chất trên mà protease được sử
dụng một mặt để tận dụng các phế thải từ nguồn protein để những phế thải này không còn là các tác nhân gây ô nhiễm môi trường, một mặt để xử lý các phế thải protein tồn đọng trong các dòng chảy thành dạng dung dịch rửa trôi không còn mùi hôi thối.
Lông tạo nên 5% trọng lượng cơ thể gia cầm và có thể được coi như là nguồn protein cao tạo nên cấu trúc keratin cứng được phá huỷ hoàn toàn. Lông có thể được hoà tan sau khi xử lý với NaOH, làm tan bằng cơ học và bằng các enzyme thủy phân, như protease kiềm từ Bacillus subtilis tạo thành sản phẩm có dạng bột, màu xám với hàm lượng protein cao có thể được sử dụng làm thức ăn. Protease ngoại bào được tiết ra từ Bacillus polymyxa, Bacillus megaterium, Pseudomonas marinoglutinosa và Acromonas hydrophila có thể cố định trong canxi alginat để thực hiện các phản ứng liên tục thu được sản lượng cao trong các phản ứng thủy phân thịt cá. [9]
*Ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm từ phế liệu thủy sản.
- Ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm từ phế liệu tôm, cua, ghẹ...:
Enzyme protease được dùng để thủy phân protein trong sản xuất chitin, astaxanthin, bột đạm...Phần lớn phế liệu tôm tại Việt Nam cũng như trên thế giới hiện nay đang chủ yếu được sử dụng để sản xuất chitin – chitosan, một ứng dụng có ý nghĩa lớn. Công nghệ sản xuất chitin, chitosan còn đang gặp nhiều bất cập khi các quy trình sản xuất chitin-chitosan quy mô lớn tại Việt Nam chủ yếu là quy trình hóa học. Việc sử dụng hóa chất với nồng độ cao dẫn đến lượng chitin-chitosan thu được chưa cao và nhiều tạp chất. Mặt khác, các quy trình này chỉ tập trung vào việc thu nhận chitin-chitosan chưa chú trọng đến việc tận thu các sản phẩm khác của phế liệu tôm như protein, chất màu. Các hóa chất và chất hữu cơ chưa được tận thu thải ra gây ô nhiễm môi trường.
Việc kết hợp sử dụng enzyme protease trong quá trình sản xuất chitin-chitosan có ưu thế hơn so với phương pháp hóa học truyền thống. Nó giảm thiểu lượng hóa chất sử dụng và thải ra môi trường. Mặt khác, quy trình cải tiến với sự vượt trội về chất lượng chitin, chitosan thu được và thu hồi sản phẩm protein-astaxanthin có giá
trị dinh dưỡng và sinh học, làm hạn chế các chất hữu cơ chứa trong nước thải, giảm thiểu chi phí xử lý môi trường. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường trầm trọng do các cơ sở chế biến chitin-chitosan gây ra, góp phần phát triển bền vững ngành công nghiệp sản xuất chitin-chitosan từ phế liệu thủy sản. Đây là một hướng đi cho phương pháp sản xuất sạch hơn. Bên cạnh đó, việc kết hợp sinh học và hóa học còn đảm bảo vấn đề giá thành sản xuất hợp lý, cơ hội cho mở rộng sản xuất với quy mô lớn. Chitin - chitosan thu được có chất lượng cao hơn so với phương pháp hóa học, đặc biệt là độ nhớt và phân tử lượng. Đồng thời, giảm hơn 50% lượng hóa chất sử dụng so với phương pháp hóa học truyền thống. [20]
Sử dụng enzyme protease trong việc thu hồi một phần protein từ phế liệu tôm cũng là một hướng tận dụng được nghiên cứu rộng rãi ( Simpson và Hard, 1985; Cano – Lopezandothers, 1987; Synowiecki và Al-Khateeb, 2000; Gildberg và Stenberg, 2001; Mizani và cộng sự, 2005). Các enzyme protease như enzyme Alcalase đã được sử dụng để thủy phân protein từ phế liệu tôm ( Chabeaud, Guerard, Laroque và Dufosse 2007; Mizani, Aminlari, 2005) Trypsin, Papain, Pepsin (Synowiecki và Al-Khateeb, 2000; Chakrabarty, 2002), enzyme Neutrase và protease ( Rutanapornvareeskul, 2006).
Jozef Synowiecki và cộng sự (1999) nghiên cứu ứng dụng Alcalase khử protein của phế liệu vỏ tôm Crangon crangon nhằm thu hồi chitin và protein.[14]
Wenhong Cao và các cộng sự , 2008 đã cho đầu tôm thủy phân bằng enzyme nội tại có sự điều chỉnh nhiệt độ bằng cách nâng nhiệt độ dần lên từ 400C÷700C, cứ sau 30 phút thì tăng lên 50C, pH tự nhiên và bằng cách đó nghiên cứu thu hồi protein của phế liệu đầu tôm thẻ chân trắng.[17]
- Ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm từ phế liệu cá:
Enzyme protease được dùng để thủy phân phế liệu cá để sản xuất chế phẩm dẫn mùi giàu đạm dùng trong thức ăn nuôi tôm, cá hạn chế ô nhiễm môi trường. Với công nghệ sản xuất đơn giản sử dụng chất xúc tác enzyme của vi khuẩn đã phân lập được bổ sung vào phế liệu thủy sản (đầu, xương cá), chúng sẽ tự tách phần thịt ra
khỏi xương. Với phần thịt được cô đặc giàu chất đạm trộn với thức ăn cho tôm, phần xương được làm sạch, sấy khô, nghiền thành bột dùng cho chăn nuôi gia súc. Biện pháp không những xử lý ngay được chất thải rắn với chi phí thấp, mà còn mang lại hiệu quả kinh tế từ việc sản xuất ra thức ăn dùng cho chăn nuôi được người tiêu dùng chấp nhận.
- Ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm từ phế liệu khác.
Ngoài ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm từ phế liệu tôm cua, phế liệu cá enzyme protease còn được ứng dụng sản xuất các sản phẩm từ phế liệu khác như: Sử dụng enzyme Pectinase trong chiết rút các chất màu, tanin và các chất hòa tan khác do đó làm tăng chất lượng thành phẩm và tận dụng tối đa lượng nguyên liệu trái cây sản xuất dịch quả.
CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.