Enzyme là chất xúc tác sinh học có bản chất protein, xúc tác cho các phản ứng bên trong và ngoài cơ thể. Hoạt động của enzyme phụ thuộc chặt chẽ vào nhiều yếu tố khác nhau nhƣ: nhiệt độ, pH môi trƣờng, nồng độ enzyme và cơ chất, chất ức chế, chất hoạt hóa… Tất cả các yếu tố trên nếu thích hợp thì vận tốc phản ứng do enzyme sẽ là tối đa.
a. Ảnh hƣởng của nhiệt độ:
Nhiệt độ là yếu tố quan trọng nhất ảnh hƣởng đến tính chất của enzyme. Nhiệt độ cao làm biến tính không thuận nghịch enzyme. Bản chất của enzyme là protein nên khi tăng hay giảm nhiệt độ thƣờng ảnh hƣởng tới hoạt tính của enzyme và enzyme chỉ thể hiện hoạt tính cao nhất ở một giới hạn nhiệt độ nhất định. Nhiệt độ thấp làm biến tính thuận nghịch enzyme, tức là khi đƣa enzyme từ nhiệt độ thấp lên nhiệt độ bình thƣờng, thì enzyme sẽ phục hồi khả năng xúc tác của mình nên ngƣời ta thƣờng bảo quản enzyme ở nhiệt độ thấp. Giá trị nhiệt độ mà enzyme bắt đầu mất hoạt tính gọi là nhiệt độ tới hạn. Giá trị nhiệt độ mà enzyme thể hiện cao nhất khả năng xúc tác gọi là nhiệt độ tối thích. Cùng một enzyme nhƣng lấy từ các nguồn khác nhau thì vùng nhiệt độ tối thích cũng khác nhau.
Thông thƣờng đối với đa số enzyme thì nhiệt độ thích hợp nằm trong khoảng 40 - 500
Cvà nhiệt độ lớn hơn 700C đa số enzyme bị mất hoạt tính. Do vậy nhiệt độ 700C gọi là nhiệt độ tới hạn của enzyme.
Trong khoảng nhiệt độ thích hợp cho hoạt độ của enzyme, nếu nhiệt độ tăng 100C thì tốc độ thủy phân của enzyme tăng từ 1,5 - 2 lần. Nhiệt độ thích hợp đối với một enzyme có thể thay đổi khi có sự thay đổi về pH và cơ chất.
Enzyme rất nhạy cảm với sự thay đổi của pH bởi vì pH của môi trƣờng ảnh hƣởng đến mức độ ion hóa của cơ chất, enzyme và đặc biệt ảnh hƣởng đến độ bền của enzyme. Mỗi enzyme chỉ hoạt động ở một vùng pH nhất định gọi là pH tối thích, pH tối thích của đa số enzyme nằm trong vùng trung tính, acid yếu hoặc kiềm yếu, chỉ rất ít enzyme hoạt động mạnh trong vùng acid hay kiềm.
Nguyên liệu còn lại sau quá trình chế biến tôm có thể bị thủy phân bởi enzyme protease có sẵn trong đầu tôm vì thế chúng ta phải chọn enzyme nào đóng vai trò là enzyme chính xúc tác cho quá trình thủy phân để tạo môi trƣờng có pH thích hợp cho nó hoạt động và hạn chế ảnh hƣởng của các enzyme khác. Tại pH tối thích thì enzyme lẫn cơ chất đạt đến trạng thái ion hóa thích hợp nhất khiến cho chúng dễ dàng kết hợp với nhau nên vận tốc phản ứng tăng lên.
c. Ảnh hƣởng của thời gian:
Thời gian thủy phân kéo dài hay rút ngắn đều ảnh hƣởng đến hiệu quả của quá trình thủy phân và chất lƣợng của sản phẩm. Thời gian tác dụng kéo dài, enzyme có điều kiện để cắt mạch triệt để dẫn đến sự biến đổi sâu sắc của cơ chất. Nhƣng nếu kéo dài thời gian thủy phân quá mức sẽ tạo điều kiện cho vi sinh vật hoạt động làm sản sinh ra nhiều sản phẩm cấp thấp nhƣ: NH3, H2S, indol, scaptol… đồng thời khi kéo dài hiệu quả kinh tế kém. Khi rút ngắn thời gian thủy phân, sự thủy phân protein chƣa triệt để dẫn tới hiệu suất thủy phân thấp, gây lãng phí nguyên liệu và gây khó khăn cho khâu lọc rửa để thu dịch protein. d. Ảnh hƣởng của diện tích tiếp xúc:
Khi thủy phân diện tích tiếp xúc giữa enzyme protease và nguyên liệu còn lại sau chế biến tôm cũng ảnh hƣởng rất lớn đến tốc độ thủy phân. Để tạo điều kiện cho enzyme protease hoạt động tốt ngƣời ta thƣờng xay nhỏ nguyên liệu,
khi diện tích tiếp xúc giữa enzyme protease với protein càng lớn thì quá trình thủy phân càng dễ dàng và ngƣợc lại.
e. Ảnh hƣởng của nồng độ enzyme:
Trong điều kiện thừa cơ chất, nếu càng tăng nồng độ enzyme protease thì quá trình thủy phân xảy ra càng mãnh liệt. Khi nồng độ enzyme bão hòa với nồng độ cơ chất, dù tăng nồng độ enzyme bao nhiêu đi nữa vận tốc của quá trình thủy phân rất ít thay đổi.
f. Ảnh hƣởng của nồng độ cơ chất:
Khi enzyme protease kết hợp với cơ chất là nguyên liệu còn lại trong chế biến tôm sẽ tạo thành phức trung gian enzyme và cơ chất. Phức chất này sẽ kéo căng liên kết peptide, chuyển hóa thành sản phẩm dịch đạm và giải phóng enzyme.
Quá trình này cứ tiếp tục xảy ra đến khi cơ chất hết, nếu nồng độ cơ chất thích hợp với lƣợng enzyme sẽ làm cho quá trình thủy phân diễn ra đều đặn, nhanh chóng.
g. Ảnh hƣởng độ tƣơi của nguyên liệu:
Thành phần hóa học của đầu tôm ngoài chitin, protein, astaxanthin, còn có một lƣợng lớn enzyme nội tạng tại thuộc họ protease. Theo các nghiên cứu của các nhà khoa học trƣờng Đại học Nha Trang đã chứng minh rằng hoạt độ enzyme protease của đầu tôm khoảng 6,5 đơn vị hoạt độ/g.
Các enzyme này chủ yếu tồn tại trong nội tạng của đầu tôm nguyên liệu tƣơi. Chính vì vậy mà độ tƣơi nguyên liệu có ảnh hƣởng lớn tới hoạt động của protease nguyên liệu càng tƣơi thì lƣợng enzyme càng nhiều hoạt động càng mạnh và ngƣợc lại.
Do vậy chất lƣợng của nguyên liệu là mối quan tâm hàng đầu của các nhà nghiên cứu về thủy phân protein để đảm bảo chất lƣợng sản phẩm mà còn ảnh hƣởng nhiều tới hiệu quả thủy phân của protease [14].
h. Ảnh hƣởng của tỷ lệ nƣớc bổ sung vào hỗn hợp thủy phân:
Nƣớc là yếu tố ảnh hƣởng quan trọng đến phản ứng thủy phân. Nó có khả năng điều chỉnh phản ứng thủy phân, bởi lẽ nƣớc là môi trƣờng tăng cƣờng quá trình phân cắt các liên kết nhị dƣơng, là môi trƣờng khuyếch tán enzyme và cơ chất tạo điều kiện cho tốc độ phản ứng xảy ra. Do vậy quá trình thủy phân nguyên liệu đầu tôm nếu ta bổ sung nƣớc với tỷ lệ thấp sẽ hạn chế đƣợc hoạt động của vi sinh vật nhƣng đồng thời ức chế hoạt động của enzyme làm giảm hiệu suất thủy phân. Nhƣng nếu bổ sung nƣớc với tỷ lệ quá cao, vi sinh vật hoạt động và phát triển phân hủy sản phẩm thành các sản phẩm thứ cấp. Vì vậy, ta phải xác định tỷ lệ nƣớc bổ sung thích hợp cho quá trình thủy phân.
i. Ảnh hƣởng của chất kìm hãm:
Là chất làm giảm khả năng xúc tác hoặc vô hoạt enzyme, chất kìm hãm kết hợp thuận nghịch với enzyme. Những chất kìm hãm thƣờng là những chất hữu cơ phân tử nhỏ, các ion lạ, đặc biệt là các ion kim loại nặng rất độc với enzyme (Cu2+
, Hg2+, Cd2+…). Nó có thể là chất kìm hãm thuận nghịch hay bất thuận nghịch. Kìm hãm thuận nghịch có thể là cạnh tranh, không cạnh tranh hay hỗn tạp.
j. Ảnh hƣởng của chất hoạt hóa:
Chất kích hoạt là những chất có khả năng làm tăng hiệu lực xúc tác của enzyme hoặc chuyển enzyme từ trạng thái không hoạt động sang trạng thái hoạt động. Mỗi enzyme đòi hỏi cho mình chất hoạt hóa riêng.
Vai trò của chất hoạt hóa: Phục hồi một số nhóm chức hoạt động yếu hoặc không hoạt động thành hoạt động. Chất hoạt hóa có tác dụng cắt một số đoạn
peptide đang ức chế hoạt động của enzyme để hình thành lại trung tâm hoạt động của enzyme và enzyme trở nên hoạt động. Chất hoạt hóa có thể làm cho các ion kim loại, phi kim làm cầu nối giữa enzyme và cơ chất hoặc làm tăng diện tích tiếp xúc giữa enzyme và cơ chất.
Các chất hoạt hóa có khả năng cắt đứt một vài đoạn peptide đang kìm hãm sự hình thành trung tâm hoạt động của enzyme. Chất hoạt hóa có thể kết hợp vào các điểm dị không gian giúp trung tâm hoạt động biến đổi theo hƣớng có lợi và chất xúc tác. Chất kích hoạt có thể là ion kim loại kiềm: Ba2+, Ca2+, Cl-, Br-, I-… những ion này có vai trò làm cầu nối giữa enzyme với cơ chất, tăng diện tích tiếp xúc giữ enzyme với cơ chất, ổn định cấu trúc không gian cần cho sự xúc tác. Ngoài ra, chất hoạt hóa còn có vai trò phục hồi nhóm chức chƣa hoạt động hoặc hoạt động ít trở nên hoạt động mạnh mẽ hơn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});