CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU
1.3. Giới thiệu về enzyme Bromelain
1.3.1. Đặc điểm enzyme Bromelain.
Bromelain là tên gọi chung cho nhóm enzyme thực vật chứa nhóm sulfhydryl, có khả năng phân giải protein và nhiều ứng dụng trong y học và thực phẩm.
Bromelain là một hỗn hợp protease thiol có trong thực vật họ Bromeliaceae trong đó có cây dứa (Hebbar et al., 2008). Trong y học, Bromelain có thể ngăn chặn tăng huyết áp, tình trạng máu vón cục, xơ vữa động mạch, các cơn đau tim và đột quỵ, trị viêm họng, giảm các triệu chứng dị ứng và can thiệp vào sự tăng trưởng của các tế bào ác tính, hữu hiệu trong việc chữa lành vết thương, giảm chứng phù, chứng viêm khớp và tăng cường hấp thu thuốc (Tochi et al., 2008). Trong công nghiệp thực phẩm, Bromelain được sử dụng như một tác nhân làm mềm thịt; thủy phân gan bò;
làm đông tụ sữa; phá đục bia; thủy phân protein gluten trong sản xuất bánh mỳ làm khối bột nhào mềm dẻo hơn, tăng hương và chất lượng bánh (Lê Thanh Mai và Nguyễn Kiêu Hùng, 2005; Rabeloet al, 2004; Đặng Thị Thu và cộng sự, 2004; Lê Ngọc Tú, 2004).
Bromelain có mặt trong phế phụ phẩm của dứa như lõi, chồi, vỏ và lá. Phần phế phụ phẩm này chiếm một tỷ lệ lớn của lượng dứa nguyên liệu đưa vào chế biến, khoảng 70% (Nguyễn Bá Mùi, 2002). Trên thế giới nhiều công trình nghiên cứu đã tiến hành chiết tách, tinh sạch Bromelain từ phế phụ phẩm bằng nhiều cách khác
nhau như kết tủa bằng amoni sulfat, sắc kí trao đổi ion, đông khô, sấy phun (Devakateet al., 2009; Evens, 2006); tách bằng dùng màng ái lực cố định kim loại (immobilizedmetal affinity membrance) (Huali et al., 2008), chiết hai pha lỏng - lỏng (Ravindra et al., 2008), nhiều chế phẩm thương mại đã ra đời. Tuy nhiên, ở Việt Nam, một đất nước nhiệt đới có sản lượng dứa lớn, việc tách Bromelain từ phế phụ phẩm tạo chế phẩm thương mại ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm chưa nhiều (Lại Thị Ngọc Hà, 2009).
Bromelain chiếm 50% protein trong quả dứa. Nó có khả năng thủy phân khá mạnh và hoạt động tốt ở pH từ 6 – 8. Bromelain có hoạt tính xúc tác sự phân giải protein tương tự như papain trong mủ đu đủ hay ficin trong cây họ Sung (Nguyễn Ích Tuấn, 2014).
1.3.2. Tính chất enzyme Bromelain.
Thành phần chủ yếu của Bromelain có chứa nhóm sulfhydryl thủy phân protein.
Trong dịch chiết Bromelain còn có chứa một ít peroxidase, acid phosphatase và chất cản protease.
Cấu tạo hóa học của Bromelain.
Polypeptide của Bromelain trích từ thân cây dứa có acid amin đầu –NH2 là valine và đầu carboxyl là glycine; còn đối với Bromelain quả, acid amin đầu –NH2
là alanine (Nguyễn Đức Lượng, 2004).
Hình 1.2. Cấu trúc sợi hydrate carbon của Bromelain.
Nguồn: Nguyễn Đức Lượng (2004).
Khi phân tích cấu trúc bậc một của enzyme Bromelain Murachi và Busan nhận thấy cách sắp xếp acid amin trong phân tử Bromelain như hình 1.3 (Nguyễn Đức Lượng, 2004).
Hình 1.3. Trình tự acid amin trong phân tử Bromelain.
Nguồn: Nguyễn Đức Lượng (2004).
Hoạt tính phân giải của Bromelain.
Đối với cơ chất là casein, hoạt tính phân giải của Bromelain trong thân cao hơn trong quả xanh và quả chín.
Bảng 1.4. Hoạt tính phân giải casein của Bromelain.
Cơ chất Hoạt tính phân giải casein (UI/mg)
Bromelain thân Bromelain quả xanh Bromelain quả chín
Casein 7,4 4,0 3,0
Nguồn: Nguyễn Đức Lượng (2004). Nghiên cứu khả năng phân giải cơ chất nhân tạo Benzoyl - L - Arginine amide (BAA) của Bromelain (Nguyễn Đức Lượng, 2004) cho biết Bromelain quả xanh có hoạt tính phân giải cao (9,1 UI/mg) hơn trong thân (7,2 UI/mg) và quả chín (3,7 UI/mg).
Bảng 1.5. Hoạt tính phân giải Benzoyl – L – Arginine amide (BAA) của Bromelain.
Cơ chất Hoạt tính phân giải BAA (UI/mg)
Bromelain thân Bromelain quả xanh Bromelain quả chín
BAA 3,7 9,1 7,2
Nguồn: (Nguyễn Đức Lượng (2004).
1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng của enzyme Bromelain.
Giống như các cấu trúc xúc tác sinh học khác, Bromelain chịu ảnh hưởng của các yếu tố như: loại cơ chất, nồng độ cơ chất, nồng độ enzyme, nhiệt độ, pH, ion
kim loại, thời gian phản ứng một số nhóm chức của enzyme và độ tinh khiết của enzyme...
Ảnh hưởng bởi cơ chất: Trên những loại cơ chất khác nhau, Bromelain có hoạt tính khác nhau. Nếu là cơ chất hemoglobin thì khả năng phân giải của Bromelain mạnh hơn papain 4 lần. Nếu cơ chất là casein thì hoạt tính của Bromelain tương tự papain. Đối với các cơ chất tổng hợp như: BAA (Benzoyl – L – Arginine amide), BAEE (Benzoyl – L – Arginine ethyl ester) thì khả năng phân giải của Bromelain yếu hơn papain (Nguyễn Đức Lượng, 2004).
Ảnh hưởng bởi nhiệt độ: Nhiệt độ có ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme.
Enzyme có bản chất là protein nên nó không bền dưới tác dụng của nhiệt độ, đa số các enzyme bị mất hoạt tính trên 700C. Nhiệt độ của phản ứng xúc tác còn chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố đặc biệt là thời gian phản ứng. Thời gian tác dụng càng dài thì nhiệt độ sẽ có những tác động làm ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme, nồng độ enzyme, nồng độ cơ chất, dạng tồn tại của enzyme (Nguyễn Đức Lượng, 2004).
Ảnh hưởng của pH: Khi thu nhận Bromelain, nếu dùng tác nhân kết tủa của amonium sulfate hoặc molypdeum carbonate thì enzyme có hoạt tính cao nhất ở pH 4,8 và ổn định ở pH 4,6 – 5,4. Bromelain thân đã được tinh sạch một phần có hoạt tính cao nhất ở pH 6,0 và pH 8,0, ổn định ở pH 3,5 – 5,6 với nhiệt độ 63 . Enzyme Bromelain đã tinh sạch chỉ còn lại 60 - 70% hoạt tính (Nguyễn Đức Lượng, 2004).
Ảnh hưởng bởi các ion kim loại: Các ion kim loại có ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme do chúng thường gắn vào các trung tâm hoạt động của enzyme Bromelain và mức độ kìm hãm thay đổi theo nồng độ muối (Nguyễn Đức Lượng, 2004).
Ngoài ra, còn có những chất có tác động ức chế Bromelain do chúng kết hợp với nhóm –SH của trung tâm phản ứng của enzyme (Nguyễn Đức Lượng, 2004).