Đề tài ứng dụng của những enzmye phổ biến

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
Trong mấy chục năm cuối của thế kỷ XX và đầu thế kỷ XXI, người ta đã chú ý
nghiên cứu việc ứng dụng enzyme. Người ta đã tận dụng các nguyên liệu giàu
enzyme để tách enzyme, dùng chế phẩm enzyme này để chế biến các nguyên liệu
khác nhau hoặc sử dụng vào mục đích khác nhau. Ở nhiều nước đã hình thành
ngành công nghệ enzyme, hàng năm đã sản xuất hàng trăm tấn chế phẩm enzyme
để phục vụ cho các ngành sản xuất khác nhau và cho y học. Công nghệ enzyme
càng ngày càng phát triển mang lại nhiều ứng dụng mới và mang lại lợi nhuận
kinh tế cao, đạt hơn 40 triệu USD/năm (2008).
Vì vậy, chúng tôi tìm hiểu về ENZMYE CÔNG NGHIỆP VÀ ỨNG DỤNG, để
làm rõ hơn về cấu trúc, vai trò cũng như ứng dụng cụ thể của những enzyme được
sử dụng phổ biến trong công nghiệp hiện nay. Giúp cho các bạn có cái nhìn tổng
quan hơn về enzyme, biết rõ những ứng dụng, những kết quả đã đạt được của công
nghệ enzyme. Đồng thời cũng các bạn giúp định hướng rõ các hướng nghiên cứu
về enzyme.
Trong quá trình tìm hiểu và trình bày cũng không thể tránh hỏi những thiếu sót,
mong nhận được sự đóng góp của cô và các bạn!
Chân thành cảm ơn!
2
ENZYME CÔNG NGHIỆP VÀ ỨNG DỤNG
I. Khái quát về enzyme
Từ thời cổ xưa người ta đã dùng nước ép trái nho để lên men rượu cũng như
chứa sữa tươi trong dạ dày của súc vật mới bị giết để chuyển hóa thành phomat. Tuy
nhiên đó chỉ là những phát hiện tình cờ, chẳng ai biết rằng có sự giúp đỡ âm thầm của
một loại enzyme tiết ra bởi vi khuẩn hiếu khí từ không khí rơi vào hũ nho để mở cũng
như một loại enzyme khác đó là renin trong dạ dày của súc vật. Năm 1897, E.Bucher
thu dịch nấm men nghiền nát và thấy hoạt tính lên men rượu của nó. Ông gọi chúng là
enyme.
Enzyme có thể thu nhận từ các cơ thể sống khác nhau như động vật, thực vật,
vi sinh vật ( pepsin trong dạ dày, trypsin trong tụy tạng, renin trong ngăn tứ 4 của dạ

dày bê, bromelin trong thơm, papin trong đu đủ, amilaza trong thóc ẩm). Nguồn
enzyme quan trọng hiện nay lấy từ vi sinh vật.
Enzyme là chất xúc tác sinh học được hình thành trong tế bào dưới dạng hợp
chất protein có cấu trúc hóa học rất đặc thù. Trong tế bào sinh vật luôn xảy ra quá trình
trao đổi chất, enzyme đã góp phần thúc đẩy các phản ứng hóa học này ở điều kiện
đẳng nhiệt, đẳng áp với tốc độ nhanh, hiệu qur cao, nhiều phản ứng xảy ra đồng thời, ít
tiêu tốn năng lượng…
Enzyme trong cơ thể sinh vật với chức năng là xúc tác chọn lọc, đóng vai trò
định hướng tất cả mọi phản ứng xảy ra trong tế bào. Khi ở ngoài tế bào nhiều enzyme
vẫn có khả năng hoạt động tương tự. Chính vì lý do đó khi tách được các enzyme khỏi
cơ thể sống ở mức độ thuần khiết khác nhau người ta có thể sử dụng trong nhiều lĩnh
vực.
Về tính chất, enzym có bản chất là protein nên có tất cả thuộc tính lý hóa của
protein. Đa số enzym có dạng hình cầu và không đi qua màng bán thấm do có kích
thước lớn; Tan trong nước và các dung môi hữu cơ phân cực khác, không tan
trong ete và các dung môi không phân cực; Không bền dưới tác dụng của nhiệt độ,
nhiệt độ cao thì enzym bị biến tính; Môt trường axít hay bazơ cũng làm enzym mất
khả năng hoạt động; Có tính lưỡng tính: tùy pH của môi trường mà tồn tại ở các
dạng: cation, anion hay trung hòa điện.
3
Enzyme có tính đặc hiệu:
− Đặc hiệu phản ứng: chỉ biểu hiện với một loại liên kết hóa học nhất
định, như lipase chỉ cắt liên kết ester nối glycerol và acid béo của nhiều
loại lipid khác nhau…
− Đặc hiệu cơ chất: thể hiện chuyên biệt cho những cơ chất nhất định,
như urease chỉ thủy phân urea thành ammonia và CO
2
nhưng không tác
dụng với các chất khác…
Trung tâm hoạt động của enzyme: Trong quá trình xúc tác của enzym chỉ có

một phần tham gia trực tiếp vào phản ứng để kết hợp với cơ chất gọi là "trung tâm hoạt
động".
− Cấu tạo đặc biệt của trung tâm hoạt động quyết định tính đặc hiệu và
hoạt tính xúc tác của enzyme.
− Nhóm chức tham gia tạo trung tâm hoạt động cần phân biệt hai nhóm:
"tâm xúc tác" (tham gia trực tiếp vào hoạt động xúc tác của enzym) và
"nền tiếp xúc" (giúp enzym kết hợp đặc hiệu với cơ chất)
− Một enzym có thể có 2 hoặc nhiều trung tâm hoạt động, tác dụng của
các trung tâm hoạt động không phụ thuộc vào nhau.
− Các cơ chất kết hợp với trung tâm hoạt động tạo phức hợp enzyme -cơ
chất (ES) : E + S → ES→ ES++ → E + P S:cơ chất; P:sản phẩm
E và S phải bổ sung về mặt không gian và hợp nhau về mặt hóa học, có khả
năng hình thành nhiều liên kết yếu với nhau. Chúng liên kết sao cho có thể tạo ra và
cắt đứt sự dính nhau được gây nên do biến động nhiệt ngẫu nhiên ở nhiệt độ thường.
Enzyme có nhiều cách gọi tên. Ngày nay đã biết được khoảng 3000 enzyme và
phân thành 6 nhóm dựa vào loại phản ứng mà chúng xúc tác:
− Oxydo-reductase: xúc tác cho phản ứng oxy hóa- khử, có các enzyme
như: dehydrogenase, oxydase, cytochromreductase, peroxydase…
− Transferase: xúc tác cho phản ứng chuyển vị, có các enzyme như:
transaminase, methyltransferase, các kinase.
− Hydrolase: Các enzyme xúc tác cho phản ứng thủy phân, có các enzyme
phân giải este, lipid, glucozid, amid, peptid, protein
− Lyase: Các enzyme xúc tác cho phản ứng phân cắt không cần nước, loại
nước tạo thành nối đôi hoặc kết hợp phân tử nước vào nối đôi. Có các
enzyme như hydratase, aldolase, decarboxylase và một số desaminase.
4
− Isomerase: Các enzyme xúc tác cho phản ứng đồng phân hóa.
− Ligase: Các enzyme xúc tác cho phản ứng tổng hợp có sử dụng liên kết
giàu năng lượng ATP. v.v
Nhờ sử dụng enzyme trong sản xuất đã mang lại hiệu quả cao, tiết kiệm thời

gian và chi phí, tạo ra được nhiều sản phẩm mới chất lượng cao và thân thiện với
môi trường. Vì vậy, thị trường sản xuất enzyme đang phát triển mạnh trên toàn thế
giới.
Sản lượng và giá bán tương đối cảu các enzyme chủ yếu
Loại enzyme Sản lượng (tấn/ năm) Giá bán ( kg)
- Amilase và Glucoamylase 50000 2-3 USD/kg
Rennin 10000 3-4 USD/kg
Pectinase 5000 5 USD/kg
Protease 8000 10 USD/kg
Glucoisomerase 2000 30USD/kg
Các enzyme tinh 0,1 10000 USD/kg
II. Các loại enzyme công nghiệp và ứng dụng
1. Amylase: gồm 2 nhóm chính:
• Endoamylase : là nhóm enzyme nội bào, thủy giải các liên kết trong
chuỗi polysaccharide
• Exoamylase : là nhóm enzyme ngoại bào, thủy phân tinh bột từ đầu
không khử của chuỗi polysaccharide.
5
Được phân loại cụ thể như sau:
 Ứng dụng của enzyme amylase trong y học và dược phẩm
 Sự tiêu hóa tinh bột:
α amylase
Tinh bột Dextrin + maltose + glucose
Thủy phân α-1,4 của amylose

α -1,6 glucosidase
Dextrin Maltose + glucose
Thủy phân α-1,6 của amylospectin

α glucosidase (maltase)

Maltose 2 glucose

β glucosidase (lactase)
Lactose Glucose + galactose

β fructofuranisidase (sucrase)
Suctose Glucose + fructose
6
- Enzyme amylase phân giải carbonhydrat có trong thực phẩm nhằm cung cấp năng
lượng cho hoạt động sống của cơ thể.
- Sản phẩm chữa men tiêu hóa dành cho trẻ sơ sinh và trẻ em, kích thích tiêu hóa,
chống suy dinh dưỡng và các sản phẩm cùng loại: minigadine, trymo,
calcinol_RB, calciol 100
Hình 1: Các sản phẩm sử dụng enzyme amylase.
 Ứng dụng trong y dược.
- Nguồn thu nhận: vi khuẩn Bacillus subtilis.
- Ưu điểm là bền hơn trong môi trường acid của dạ dày so với diastase (amylase)
lấy từ động vật và vi nấm. Amylase được sử dụng:
+ Phối hợp với coenzyme A, cytocrom C, ATP, carboxylase để chế thuốc
điều trị bệnh tim mạch, bệnh thần kinh.
+ Phối hợp với enzyme thủy phân để chữa bệnh thiếu enzyme tiêu hóa.
Trong cơ thể enzyme amylase là hormon tuyến tụy ngoại tiết có tác dụng chống
phù nề sau chấn thương hoặc sau mổ. Điều trị triệu chứng phản ứng viêm kèm nhiễm
khuẩn đường hô hấp trên hoặc dưới. Các sản phẩm chứa emzyme α-amylase có tác
dụng kiểm soát lượng calo của cơ thể.
- Sử dụng enzyme amylase trong chuẩn đoán bệnh viêm tủy cấp ở trẻ em:
7
Dựa vào các biểu hiện của enzyme amylase người ta tiến hành nghiên cứu
chuẩn đoán bệnh viêm tuyến tụy. khi nghiên cứu nhận thấy: khi lựa chọn điểm cắt
thích hợp và phối hợp cả hai enzyme s-amylase + lipre hoặc p-amylase + lipre trong

chuẩn đoán viêm tụy cấp ở trẻ em thì độ chính xác là cao nhất.
- Thuốc, hóa chất chứa hoạt tính enzyme amylase phục vụ nuôi trồng thủy sản:
Enzyme amylase thường được bổ sung trong thành phần các hợp chất hóa học
nhằm cải tạo ao hồ, kích thích tăng trưởng và phát triển mạnh của động vật thủy
sản ở các giai đoạn mong muốn.
+ Cá ăn thực vật:enzyme amylase phân giải tinh bột có trong thức ăn của cá:
cỏ, khoai lang, khoai mì…
+ Cá ăn thịt động vật: enzyme amylase phân giải glycogen hay glucid ở tế bào
động vật.
Hình 2: Thuốc, hóa chất chứa hoạt tính enzyme amylase phục vụ nuôi trồng thủy sản.
2. Protease
Protease là các enzyme xúc tác sự thủy phân liên kết peptit (CO-NH) trong
phân tử protein và các cơ chất tương tự.
Theo phân loại quốc tế các enzyme thuộc nhóm này chia thành 4 phân nhóm phụ:
8
- Aminopeptidase: xúc tác sự thủy phân liên kết peptit ở đầu nitơ của mạch
polypeptit.
- Cacboxypeptidase: xúc tác sự thủy phân liên kết peptit ở đầu cacbon của
mạch polypeptit. Cả hai phân nhóm enzyme trên đều là các exo – peptidase.
- Dipeptidhydrolase: Xúc tác sự thủy phân các liên kết dipepit.
- Proteinase: Xúc tác sự thủy phân các liên kết peptid nội mạch.
Protease trong vi sinh vật là nguồn thu nhận chính hiện nay. Protease trong sinh vật được
chia làm 4 nhóm chính và chúng có những đặc điểm thể hiện ở bảng sau:
Bảng 1. Một số tính chất của Protease (P) vi sinh vật
9
10
Nhóm
Nguồn thu nhận Chất kìm hãm
Đặc điểm
TTHĐ

pH tối
thích
P-
Xerin
Bac.subtilis
Bac.pumilus
Str.griseus
Str.fradiae
Art hrobacter B22
Asp.oryzae
Asp.flavus
Asp.sojae
E.coli
DFP
+
Xerin Kiềm
P-tiol Streplococcus
Clostridium histoly-ticum
Indoaxeta-mit
Ps.cloromer-
curbenzoat
-SH 7,5
7,0
P-kim
loại
Bac.subtilus
Bac.subtilus NRRL B3411
Bac. Subtilisamy
Losaccarilicis
Bac. Megaterium

Psuedomonasaeruginoa
Atreptomeces naraensis
Asp. Oryzae
Acremonium kiliense
Clostridiumhisttolytium
EDTA
++
1,10octa-fenantrolin
Kim loại
hóa trị hai
Trung
tính
P-Acid Asp.niger
Asp.Awamori
Sailoi,penicillium
Janthinellum
Rhizopus chinensis
Mucor pucillus
Endothia parasilica
Dizoaxetil
Dlnorlox-inmetil
este
COOH Acid
Thu nhận sinh khối (enzyme thô)
Chế phẩm enzyme thô đem $nh chế
Nghiền mịn
Trích ly
Chế phẩm ezyme thô đem sử dụng
Khoáng hỗn hợp
Nguyên liệu dinh dưỡng (bột bắp, cao nấm men, pepton)

Hấp thanh trùng
Làm nguội đến 300C
Nước
Đỗ lên khay
Giống Asp.oryzae
Nuôi cấy ở nhiệt độ phòng
0,5-2%
Dùng trong chăn nuôi
Lọc
Kết tủa enzyme
Thu nhận kết tủa
Tinh chế
Bã
Chế phẩm ezyme Kỹ thuật
Thu nhận chế phẩm enzyme nh khiết
Sấy
 ứng dụng của protease trong công nghiệp thuộc da
Da thuộc là một dạng vật liệu bền và dẻo được chế biến thông qua quá trình
thuộc da của da động vật, như da bò, trâu, dê, cừu non, nai, cá sấu, đà điểu, v.v ,
nhưng thông dụng nhất là da bò. Da thuộc có thể được sản xuất bằng nhiều phương
pháp khác nhau, ở quy mô lớn hay nhỏ, từ thô sơ cho tới cầu kỳ.
Trong công nghiệp da, enzyme protease được dùng để làm mềm da, làm sạch
da, rút ngắn thời gian, tránh ô nhiễm môi trường. Việc xử lý đã được tiến hành bằng
cách ngâm da trong dung dịch enzyme, hay phết dịch enzyme lên bề mặt da. Enzyme
sẽ tách các chất nhờn và làm đứt một số liên kết trong phân tử collagen của da và loại
bỏ các protein phi fibrin như albumin, globulin trong quá trình thuộc da rất có hiệu
quả, làm cho da mềm mịn và bóng hơn.Thực tế cho thấy khi xử lý da bằng chế phẩm
protease từ vi sinh vật có thể rút ngắn thời gian làm mềm và tách lông xuống nhiều
lần. Điều quan trọng là chất lượng lông tốt hơn khi cắt. So với phương pháp hóa học
thì việc xử lý bằng enzyme có số lượng lông tăng 20-30%. Lông không cần xử lý thêm

sau khi ngâm trong dịch enzyme vì khi ngâm trong dung dịch enzyme, lông cũng được
tách hết chất béo do có lipaza trong chế phẩm.
Quy trình thu nhận enzyme protease
11


Quy trình sản xuất thuộc da
Thông thường các phương pháp thuộc da thường dùng các hóa chất độc hại như
natri sulfide, làm ảnh hưởng rất nghiêm trọng đến môi trường khi nước thải của nhà
máy này thải ra sông. Việc sử dụng enzyme để thay thế các hóa chất đã rất thành công
trong việc nâng cao chất lượng da và làm giảm ô nhiễm môi trường.
Trước đây để làm mềm da người ta thường sử dụng protease được phân lập từ
cơ quan tiêu hoá của động vật. Hiện nay, việc đưa các protease tách từ vi
khuẩn( B.mesentericus, Bb.subtilis), nấm mốc (A.oryzae, A.flavus) và các xạ khuẩn
(S.fradiae, S.griseus, S.rimosus ) vào công nghiệp thuộc da đã đem lại nhiều kết quả
và dần dần chiếm một vị trí quan trọng. Điểm thuận tiện là các chế phẩm protease
dùng cho công nghiệp thuộc da chỉ cần hoà tan tốt và không chứa tạp chất không tan là
được, mà không đòi hỏi tinh chế cẩn thận.Chế phẩm enzyme có thể dưới dạng nước
chiết từ canh trường bề mặt nấm mốc.
Quy trình sản xuát được chia thành 3 công đoạn chính:
• Chuẩn bị thuộc.
• Thuộc.
12
• Hoàn tất.
* Chuẩn bị thuộc.
Tất cả nguyên liệu trước khi và thuộc phải lựa chọn theo loại, trọng lượng,
phương pháp bảo quản để có chế độ xử lí thích hợp.Các khâu công nghệ trong quá
trình chuẩn bị thuộc có thể khác nhau, tuỳ theo loại nguyên liệu, phương pháp bảo
quản và mục đích sử dụng da thành phẩm.
Trước tiên, da được lóc cẩn thận khỏi các thớ thịt và mỡ, rồi được phân loại

cẩn thận theo chủng loại da và chất lượng. Công đoạn này có nhiệm vụ loại bỏ những
phần không cần thiết như biểt bì, mô liên kết dưới da …, tạo cho sự liên kết của chất
thuộc với sợi collagen trong giai đoạn thuộc. Enzyme được bổ sung vào giai đoạn này.
Những công đoạn như: hồi tươi, tẩy lông, ngâm vôi, tẩy vôi, làm mềm axit hoá
được áp dụng cho tất cả phương pháp thuộc. Riêng thuộc da để có da sử dụng trong
công nghiệp, công đoạn làm mềm, axit hoá không thực hiện hoặc thực hiện ở mức độ
thấp.
* Tẩy lông, ngâm vôi thuộc và hoàn tất
Giúp tẩy sạch lớp lông, thượng bì và loại bỏ lớp mỡ dưới da. Đây là công đoạn
phức tạp, hoá chất tẩy lông ngâm vôi có tác dụng phá huỷ lớp chân lông và lớp biểu bì
trên mặt da đồng thời làm trương nở da, nên cần phải có sự kiểm tra chặt chẽ việc sử
dụng hoá chất, nước, nhiệt độ, thời gian. Trong quá trình tẩy lông ngâm vôi, sự tác
động của kiềm làm sạch lông và chân lông là sunfuanatri đóng vai trò quan trọng, pH
tẩy chân lông là 12-13. Trong các loại kiềm, sử dụng vôi là tốt nhất, vôi có độ hoà tan
giới hạn là 0,15%, pH=12,6. Nếu sử dụng NaOH thì sẽ phá huỷ sợi collagen trong da
vì pH của nó quá cao. Nếu ngâm vôi quá mức, sợi collagen sữ bị phá huỷ, da bị hư
hỏng. Ngược lại ngâm vôi chưa đạt, da thành phẩm sẽ bị cứng do không trương nở hết.
Sử dụng protease giúp cho lông tẩy trong thời gian ngắn hơn và sạch hơn cùng
với vôi nước được sử dụng để tẩy lông đồng thời loại bỏ 1 số chất đạm, sợi trong da và
thay đổi ít nhiều cấu trúc của da để da sẽ thẩm thấu tốt hơn những hóa chất sẽ được sử
dụng trong công đoạn kế tiếp.
Tiếp theo, da được phơi ráo nước, bôi dầu, phơi khô, nhào cho mềm và đều dầu,
cán phẳng, và nhuộm màu theo nhu cầu.
13
3. Pectinase
Pectinase là enzyme được ứng dụng nhiều thứ 3 sau protease và amylase ( tỷ lệ
ứng dụng 3%, giá trị buôn bán enzyme: 41,6 triệu USD/năm)
Pectinase là enzyme xúc tác sự thủy phân các polymer pectin. Sự thủy phân
pectin trong tự nhiên thường xảy ra khi trái cây chín. Phần lớn các chế phẩm pectinase
nhận từ các loài Aspergillus và Penicillinum.

Tồn tại 3 nhóm pectinase phân giải pectin:
- Pectin methyl esterase
- Depolymease
- Exoenzyme pectinase
Pectin methyl esterase (EC.3.1.1.11) hay còn gọi là pectiestenase (PE): enzyme
này tham gia phân giải pectin thành acid pectic và methanol. Hiệu suất thủy phân
pectin của enzyme này rất cao, có thể đạt 98%. Pectinesterase của nấm sợi hoạt động
mạnh ở pH 3-5. Cả 2 loại pectinase này đều biến tính ở 80
0
C.
Enzyme pectinase được ứng dụng chủ yếu để phá vỡ thành tế bào của quả, giải
phóng các chất có trong tế bào của quả ra ngoài và đồng thời làm làm trong và ổn định
chất lượng nước quả.
Việc thu nhận nước quả từ trước đến nay chủ yếu bằng phương pháp ép. Nếu
pectin còn nhiều trong sẽ theo nước quả và gây ra hiện tượng nước quả bị đục, có độ
keo cao và rất khó lọc trong. Trong tế bào của quả nước chiếm khoảng 90 – 95%. Nếu
chỉ nghiền sau đó ép thì ta chỉ có thể thu nhận được khoảng 60 – 70%, khi cho enzyme
pectinase vào thì hiệu suất ép có thể tăng thêm 15-30%.
Pectinase được dùng trong một số ngành công nghiệp thực phẩm:
- Sản xuất rượu vang
- Sản xuất nước quả và nước uống không cồn
- Sản xuất các mặt hàng từ quả: quả cô đăc, mứt
- Sản xuất nước giải khát: nước quả thanh trùng uống trực tiếp từ táo và quả vải,
dâu tây, anh đào, sản xuất nước quả nho, sản xuất nước mận…
- Sản xuất caffe
Trong sản xuất rượu vang cũng như trong sản xuất nước quả và các nước uống
không cồn, đều có thể sử dụng pectinase một cách rất hiệu quả. Nhờ tác dụng của
pectinase mà các quá trình ép, làm trong và lọc dịch quả rất dễ dàng, do đó làm tăng
hiệu suất sản phẩm. Chẳng hạn, khi đưa pectinase vào khâu nghiền quả, sẽ làm tăng
14

Đánh bóng
Phân loại
Cà phê tươi
Thu nhận, phân loại
Xát vỏ
Tách lớp nhầy
Rửa và phân loại
Phơi sấy
Xay xát
Cà phê thương phẩm
Phơi sấy
Xay xát
Phân loại
hiệu suất nước quả sau khi ép lên tới 15-25%. Bởi lẽ khi có pectin thì khối quả nghiền
sẽ có trạng thái keo, do đó khi ép dịch quả không thoát ra được. Nhờ pectinase phân
giải các chất pectin đi mà dịch quả trong suốt không bị vẩn đục và lọc rất dễ dàng.
Không chỉ vậy enzyme pectinase còn giúp chiết rút các chất màu, tannin và các chất
hoà tan khác, do đó làm tăng chất lượng thành phẩm.
Trong sản xuất các mặt hàng từ quả ( mứt nhừ, mứt đông…) pectinase cũng có
vai trò quan trọng. nhờ có pectinase mà có thể thu được dịch quả có nồng độ đậm đặc.
Chẳng hạn như dịch táo cô đặc đến 72 độ Brix, nếu không tách các pectin tự nhiên
chứa trong đó thì sản phẩm sẽ bị keo tụ một cách mạnh mẽ và không thể cô đặc hơn
nữa. Đa số trường hợp, người ta khử pectin đi, sau đó mới lọc rồi cô đặc, nhưng đôi
khi người ta cho pectinase tác dụng trong suốt thời gian cô đặc.
Trong chăn nuôi, người ta thêm vào khẩu phần ăn của động vật các chế phẩm
enzyme có hoạt độ pectinase cùng với cellulose và hemicellulose cao để giúp chúng sử
dụng triệt để thức ăn. Điều quan trọng là phải xác lập được liều lượng chế phẩm tối ưu,
thường khi sử dụng liều lượng quá lớn sẽ không có hiệu quả.
Trong sản xuất cà phê, người ta dùng pectinase để tách lớp keo ở trên bề mặt
của hạt cà phê. Trước đây người ta dùng ngay vi sinh vật để làm việc này, nhưng

thường quá trình xảy ra không đồng đều và khó kiểm tra. Hiện nay, người ta thường
dùng các chế phẩm pectinase.
 ứng dụng của pectinase trong sản xuất cà phê
Trong kỹ thuật chế biến cà phê hiện nay có 2 phương pháp chính là chế biến
khô và chế biến ướt. Tuy nhiên xử lý cà phê theo quy trình thông thường chưa mang
lại hiệu quả tối ưu cho việc trích ly các thành phần hòa tan có trong hạt cà phê. Vấn đề
đặt ra là sử dụng phương pháp lên men để nâng cao tối đa hiệu quả trích ly của hạt cà
phê, từ đó thu được lượng chất hòa tan cao nhất.
Quy trình sản xuất cà phê:
15
Trong hạt cà phê có lớp nhầy khoảng 1,5 mm nhưng thay đổi tùy theo giống cà
phê. Lớp nhầy không hòa tan trong nước, không có cấu trúc tế bào rõ rệt nhưng ở thể
keo vô định hình, nó kết dính rất chặt vào hạt cà phê. Lớp nhầy cà phê chứa khoảng
85% nước liên kết lỏng và 15% chất rắn ở dạng không hòa tan. Lớp nhầy này giảm
mùi vị và màu sắc của sản phẩm. Trong kỹ thuật chế biến cà phê theo phương pháp
ướt, người ta có năm biện pháp để tách lớp nhầy cà phê như sau:
- Lên men tự nhiên
- Biện pháp hóa học: xử lý với NaOH hoặc sodium carbonate (Na
2
CO
3
)
- Nước ấm
- Sử dụng máy đánh nhớt cơ học
- Biện pháp sinh hóa: sử dụng enzyme pectinase
Với phương pháp lên men tự nhiên, sử dụng vi sinh vật để lên men tách lớp
nhầy và tạo hương vị cho cà phê nhưng quá trình lên men diễn ra không đồng đều và
khó kiểm soát.
Với biện pháp hóa học, hạt cà phê được xử lí với NaOH hoặc Na
2

CO
3
tạo môi
trường kiềm để phân hủy pectin và protopectin. Nhưng phương pháp này ít sử dụng vì
ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm.
Sử dụng nước ấm là một phương pháp đơn giản để tách nhanh lớp nhầy, tiến
hành trộn một khối lượng bằng nhau giữa khối cà phê và nước sinh hoạt, rồi đun nóng
hỗn hợp này đến nhiệt độ 50
0
C. Do nước ấm có khả năng bẻ gãy các cấu trúc của
16
pectin tồn tại ở thể keo nên lớp nhầy dễ dàng tách ra. Tuy nhiên, thời gian thực hiên
quá trình này lâu và tốn lượng nước rất lớn.
Sử dụng máy đánh nhớt cơ học, thường dùng máy Raoeng hay máy
Aquapulpa. Phương pháp tách chất nhầy bằng máy thì đơn giản hơn và dễ đoán trước
kết quả nhưng nó làm mất hương vị của cà phê do tách quả ra khỏi hạt sớm.
Biện pháp sinh hóa là biện pháp tối ưu nhất để tách nhầy hạt cà phê. Người ta
sử dụng các enzyme để bổ sung vào khối cà phê như pectase, protopectinase, pectinase
và pectinesterase. Các enzyme này bẻ gãy các phân tử lớn bằng cách cắt đứt các liên
kết polymer, dần dần tạo thành các chuỗi ngắn hơn cho tới khi còn các acid đơn phân
tử và các ester. Biện pháp này khắc phục được nhược điểm của các phương pháp sử
dụng trước đó, đồng thời cải thiện được hương vị của sản phẩm.
4. Mannanase
Enzyme mannanase là enzyme sử dụng chính trong việc cải thiện chất lượng
của thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, đặc biệt là trong công nghệ tẩy trắng sản phẩm từ
gỗ như giấy.
• Nguồn gốc, cấu tạo
Nguồn thu Endo-beta-1,4-mannanase rất phong phú: vi khuẩn thermotoga
neapolitana, nấm mốc, nấm men, tảo nước ngọt, tảo biển, hạt nảy mầm và cả động vật.
Endo-beta-1,4-mannanase của Pseudomonas cellulose bao gồm 423 axit amin,

với cấu trúc được chia thành 3 vùng:
 Vùng A: prolin 44 - isoleucin 323
 Vùng B: Leucin 32 - Tryptophan 360
 Vùng C: Threonin 392 - Threinin 419.
 Các chuỗi Arg 39- Lys 43, Arg 324-Gly 331, Arg 361-Thr 391 và Leu 420- Lys
423 có chức năng nối các vùng trên với nhau.
 Toàn bộ phân tử endo-beta-1,4- mannanase được cấu tạo bởi 8 chuỗi xoắn anpha
và 8 chuỗi beta.
Sự thủy phân mannan và các hợp chất của mannan bằng beta-1,4-mannanase sẽ
dụng thủy phân liên kết beta-1,4-mannasidic trong chuỗi polysaccharide galactomannan,
glucomannan, glactoglucomannan và mannan.
17
 các sản phẩm là beta-D mannooligosaccharides và hỗn hợp oligosaccharides có
chứa các D-mannose, D-glucose và D-galactose.
 Ứng dụng vào sản xuất giấy
Thành phần chính của bột gỗ mềm chiếm 15-20% là hemicellulose, thành phần
cấu tạo là galactomannan. Việc tẩy trắng bằng enzyme đòi hỏi khi phá vỡ
hemicellulose mà không làm hư hỏng chất lượng sản phẩm khi tác động vào các sợi
cellulose.
Mannanase là lớp dưới đặc biệt của galactomannase, có cấu tạo đặc biệt và là
yếu tố chính quyết định quá trình tẩy trắng. Ngoài ra, bột giấy khi nóng lên nhiệt độ
cao, có tỏa nhiệt và mananase là thành phần cơ bản ổn định nhất, không bị biến tính và
xúc tác phản ứng để nâng nhiệt độ này. Mannanase có lợi cho quá trình tẩy trắng bột
giấy, máy móc, nó làm giảm bớt hoặc loại trừ những phần bị oxi hóa trong quá trình
tẩy trắng.
Việc ứng dụng các đặc tính của enzyme vào sản xuất giấy đã giúp con người
khắc phục không ít khó khăn khi sử dụng các phương pháp cơ học, hóa học vào trong
quá trình tẩy trắng bột giấy.
Quy trình xử lý cụ thể:
18

Việc bổ sung mannanase vào quy trình cũng tùy vào mục đích sản xuất các loại
giấy khác nhau cũng như tùy vào độ trắng của sản phẩm mà bổ sung lượng enzyme
cho phù hợp. Với các loại giấy bìa cứng có màu sắc thì việc bổ sung enzyme vào quy
trình là không cần thiêt còn với việc sản xuất các loại giấy trắng dùng cho học sinh thì
việc bổ sung enzyme vào mang lại lợi ích rất lớn không chỉ cho sản phẩm đáp ứng
được thị hiếu tiêu dùng mà còn góp phần bảo vệ môi trường rất nhiều so với các
phương pháp làm trắng giấy bằng các chất hóa học.
5. Lipase
Lipase (triacylglycerol acylhydrolasr, EC 3.1.1.3) là enzyme xúc tác thủy phân
triglyxerit thành diglyxerit và monoglyxerid hoặc glyxerol và các acid béo nhờ hoạt
động bề mặt giữa mặt phân pha dầu và nước.
Lipase là enzyme linh hoạt có thể sử dụng xúc tác nhiều loại phản ứng khác
nhau, có khả năng chịu kiềm, chịu nhiệt.
Có hoạt tính mạnh đối với các chất không tan trong nước, ưa dầu mỡ, thể hiện
hoạt tính bề mặt.
Hoạt động mạnh trong hệ nhũ hóa, đặc biệt là hệ nhũ đảo (nước trong dầu).
Cấu trúc không gian (3D) của lipase từ nấm Rhizomucor miehei và lipase từ
tuyến tụy của người dã duợc xác định vào năm 1990, từ đó đến nay có hơn 11 cấu trúc
lipase nữa được xác định. Ngoại trừ lipase từ tuyến tụy của người, tất cả các lipase còn
lại đều từ vi sinh vật. Các lipase này có khối luợng phân tử (19 – 60) kDa, đều biểu
hiện đặc tính xoắn cuộn như xoắn /-hydrolase. Lõi trong của lipase được cấu thành từ
phiến trung tâm bao gồm 8 chuỗi ß khác nhau (1 – 8) nối với 6 xoắn (A – F).
19
Lipase được phân lập từ nhiều loài thực vật, đông vật, vi khuẩn, nấm và nấm
men.
Trong sinh vật nhân chuẩn, lipase tham gia vào các giai đoạn khác nhau của quá
trình chuyển hóa lipid bao gồm phân hủy các chất béo, hấp thu và sự trao đổi chất
lipoprotein. Nguồn lipase từ động vật quan trọng nhất là tụy tạng bò, cừu và lợn. Ở
thực vật, lipase được tìm thấy nhiều ở các mô dự trữ năng lượng (R. Sharma et a,
2001).

Các enyme lipase từ vi sinh vật được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực
công nghiệp. vi sinh vật là nguồn nguyên liệu vô tận để sản xuất enzyme với quy mô
công nghiệp lớn, việc thu nhận chế phẩm dễ dàng, đáp ứng được nguồn nhu cầu lớn
của ngành công nghiệp như công nghiệp sản xuất sữa, thực phẩm, chất tẩy rửa, dệt
may, dược phẩm, mỹ phẩm, đặc biệt trong sản xuất nhiên liệu sinh học, tổng hợp các
chất hóa học, hóa chất ứng dụng cho ngành nông nghiệp và vật liệu polymer mới
(Hasan et al, 2010).
- Vi khuẩn: Lipase từ vi khuẩn được nghiên cứu từ khá sớm được tìm thấy ở
Streptomyces ramous, sử dụng lipase thủy phân ngoại bào để phá hủy nguyên liệu
hữu cơ trong môi trường tự nhiên.
- Nấm men: nấm men Candida rugosa là một nguồn sản xuất lipase quan trọng.
Qua nghiên cứu, có ít nhất 7 giống lipase từ Candida rugosa trong đó có 3 giống
được dùng để sản xuất enzyme thương phẩm.
20
 Ứng dụng của lipase trong sản xuất chất tẩy rửa
Bột giặt hay các chất tẩy rửa là những thương phẩm thông dụng và thiết yếu
hằng ngày đối với mỗi cá nhân. Công nghệ sinh học cũng được đưa và trong nghiên
cứu và sản xuất chất tẩy rửa nhằm tạo ra chất lượng, tác dụng của sản phẩm tốt hơn ,
đặc biệt là giảm khả năng gây ô nhiễm môi trường. Enzyme được đưa vào trong các
chất tẩy rửa đế tạo nên những mong muốn đó. Nhờ enzyme, chất tẩy rửa có tính năng
tẩy sạch các vết bẩn cao hơn và có thể bị phân hủy sinh học, do đó giúp tiết kiệm năng
lương và góp phần giảm ô nhiễm môi trường. Hiện nay, các loại enzyme sử dụng phổ
biến trong các sản phẩn chất tẩy rửa:
Hiện nay, thị trường lớn nhất cho các loại enzyme lipase là trong công nghiệp
chất tẩy rửa. Bởi vì khả năng thủy phân chất béo, lipase được sử dụng rộng rãi trong
các chất phụ gia công nghiệp giặt, tẩy rửa gia dụng. người ta ước tính rằng mỗi năm,
có khoẳng 1000 tấn lipase thêm vào 13 tỷ tấn chất tẩy rửa (Hasan at al, 2010).
Enzyme lipase được sử dụng trong chất tẩy rửa được lựa chọn dể đáp ứng
những yêu cầu sau: có khả năng thủy phân nhiều chất béo khác nhau, khả năng chịu
được điều kiện rửa trôi khắc nghiệt (pH 10-11, 30-60

o
C), có khả năng chịu được các
chất hoạt động bề mặt gây phân hủy. Việc sử dụng như vậy cũng giúp cho duy trì kết
cấu và chất lượng của các loại vải.
Năm 1994, Novo Norisk đã đưa ra thị trường lipase tái tổ hợp thương mại
“Lipolase” có nguồn gốc từ nấm Thermomyces lanuginosus và được biểu hiện ở
A.mendocina. Năm 1995, hai enzyme lipase tái tổ hợp vi khuẩn được đưa vào thị
trường là “Lumafast” và “Lipomax” do công ty Genencor International sản xuất. (R.
Sharma et al. 2001).
6. Phytase
21
Phytase (myo-inositol hexakisphosphat phosphohydrolase) là enzyme xúc tác
cho phản ứng thủy giải liên kết monophosphoester của acid phytic hoặc muối
phytat, giải phóng orthophosphat và các dẫn xuất myo-inositol chứa ít nhóm
phosphat hơn hay các myo-inositol tự do.
Dựa trên vị trí của nhóm phospho đầu tiên bị tác động chia phytase thành 2 loại:
+ Loại 1 là: EC 3.1.3.8, tên thông thường là 3-phytase, tên hệ thống là myo-
inositolhexakisphosphat-3-phosphohydrolase. Enzyme loại này thủy giải liên
kết ester tại vị trí thứ 3 của myo-inositolhexakisphosphat, cho sản phẩm là D-
myo-Ins-1,2,4,5,6-pentakisphosphat và orthophosphat. Đây là dạng thường
gặp đối với các phytase có nguồn gốc vi sinh vật.
+ Loại 2 là: EC 3.1.3.26, tên thông thường là 6-phytase, tên hệ thống là myo-
inositolhexakisphosphat-6-phosphohydrolase. Enzyme loại này thủy giải liên
kết ester tại vị trí thứ 6 của myo-inositolhexakisphosphat, cho sản phẩm là D-
myo-Ins-1,2,3,4,5-pentakisphosphat và orthophosphat. 6-phytase là dạng
thường gặp đối với phytase có nguồn gốc thực vật.
Phytase có trong thực vật như: lúa mì, bắp, lúa mạch, gạo, và từ các loại đậu
như đậu nành, đậu trắng, trong mù tạt, khoai tây, củ cải, rau diếp, rau bina, và phấn hoa
huệ tây… nhưng hàm lượng rất thấp; Trong ruột của động vật nhai lại, được sản xuất
bới hệ vi sinh trong dạ cỏ. Phytase được sản xuất từ vi sinh vật là nguồn chính và có

nhiều ứng dụng nhất trong kĩ thuật sinh học, được thu nhận từ nhiều chủng vi sinh vật
như: Pseudomonas spp, Bacillus subtilis và Klebsiella spp, Escherichia coli và
Mitsuokella spp, nấm như Aspergillus spp và Penicillum spp… Nấm Aspergillus niger
là được xem là loại nấm mốc sản xuất phytase nấm có hoạt tính cao nhất và nhiều ứng
dụng nhất.
 Ứng dụng của phytase trong sản xuất thức ăn chăn nuôi
Trong thực vật, 50-80% tổng lượng photpho (P) tồn tại dưới dạng phytate hay
acid phytic (myo-inositol 1,2,3,4,5,6 hexadihydrogenphosphate) rất khó tiêu hoá và
hấp thu . Do vậy, lượng P hữu dụng trong thực vật rất thấp. Bên cạnh đó, phytate hoặc
acid phytic còn tạo liên kết chặt chẽ với các khoáng kim loại, axit amin, protein, tinh
bột, gây ra hiệu ứng kháng dinh dưỡng, làm giảm khả năng tiêu hóa của các dưỡng
chất này. Lượng P ở dạng phytate hoặc acid phytic không được động vật tiêu hóa sẽ
22
thải ra ngoài theo phân gây ra ô nhiễm môi trường, đồng thời lượng P này sẽ là nguồn
thức ăn cho vi khuẩn gây bệnh sống trong đất phát triển và phát tán trong nước gây ra
hiện tượng nở hoa bùng phát ảnh hưởng xấu đến sự sinh trưởng của các loài thủy sản.
Muốn phân giải phytate cần phải có sự xúc tác của enzyme phytase, tuy nhiên cơ thể
động vật thủy sản hay một số động vật khác không tự tổng hợp được enzyme phytase.
Do vậy, cần phải bổ sung enzyme phytase vào thức ăn để giúp chúng tăng cường hiệu
quả tiêu hoá và hấp thu P cũng như các chất dinh dưỡng khác có trong thức ăn, đồng
thời cũng làm giảm được sự ô nhiễm môi trường đáng kể.
Hiện nay, enzym phytase có thể làm tăng hấp thụ P trong cơ thể vật nuôi thêm
60% và làm giảm 30-50% lượng P thải ra môi trường nên được dùng như là chất bồ
sung bắt buộc cho thức ăn chăn nuôi ở Châu Âu, một số nước của Đông Nam Á, Hàn
Quốc, Nhật, Đài Loan để giảm tác hại đến môi trường do P từ phân vật nuôi thải ra.
Ở Việt Nam, hiện có khoảng 27 triệu lợn, 215 triệu gia cầm. Với số lợn và gia
cầm như vậy, tại những trang trại nuôi tập trung, hằng năm lượng P từ trong phân vật
nuôi được thải vào môi trường và tích tụ trong đất là khá lớn. Đây là một nguồn ô
nhiễm nặng cho môi trường. Vì vậy, enzym phytase được bổ sung vào khẩu phần vật
nuôi để giảm thấp tác hại, làm cho vật nuôi "thân thiện" hơn với môi trường là vô cùng

quan trọng.
III. TỔNG KẾT
Enzyme được xem là thuốc thử có tính chuyên hóa cao mà không có enzyme thì
các quá trình công nghệ sinh học không thể tối ưu hóa được.
Các sản phẩm sử dụng enzyme công nghiệp sẽ sạch hơn, chất lượng hơn, hiệu
quả hơn so với các công nghệ truyền thống. vì vậy, enzyme công nghiệp được ứng
dụng rộng rãi và mang lại lợi nhuận cao.
23
Bảng 2. Giá trị enzyme đối với các ngành công nghiệp (năm 2008)
Hiện nay có rất nhiều công trình nghiên cứu về enzyme, các hướng nghiên cứu
và phạm vi của những vấn đề enzyme học có thể được tóm tắt như sau:
1) Với mục đích xác định cấu trúc phân tử của chúng, người ta đang cố gắng
hoàn thiện những phương pháp tách và tinh chế enzyme. Nhờ vậy có thể nhận được
các chế phẩm enzyme có độ tinh khiết cao để có thể dùng cho việc nghiên cứu những
tính chất cơ bản và có thể sử dụng trong y học. như dung sắc ký ái lực, sắc ký hấp phụ
lựa chọn…
2) Nghiên cứu điều kiện và tốc độ tác động của các enzyme cũng như ảnh
hưởng của các yếu tố vật lý và hóa học đối với hoạt động của enzyme.
3) Làm sáng tỏ bản chất của quá trình xúc tác của enzyme và cơ chế tác dụng
của nó. Ở đây cần xem xét mối liên quan giữa cấu trúc và chức năng của protein
enzyme có khả năng xúc tác (ví dụ trong một số trường hợp xem trung tâm hoạt động
của enzyme ở chỗ nào để tổng hợp ở phần đảm bảo chức năng của nó: papain ở trung
tâm hoạt động của enzyme có nhóm SH ở 1/3 phân tử, vì vậy chỉ cần tổng hợp 1/3
phân tử enzyme là đủ cho mục đích của mình.
4) Nghiên cứu sinh học enzyme. Điều đó có nghĩa là phải tìm hiểu sự tạo thành
enzyme trong tế bào sống, tác dụng điều chỉnh hoạt động của enzyme, vai trò của
chúng trong việc thực hiện các chức năng sinh lý khác nhau ở cơ thể sống. Cần phải
xem sự phân bố của enzyme trong tế bào, qua đó thấy được mối liên hệ giữa chức năng
24
và cấu tạo giữa các thành phần tế bào. Ngoài ra cũng cần nghiên cứu mối quan hệ hợp

tác giữa các enzyme trong tế bào để xem quy luật tác dụng của enzyme. Đồng thời
cũng cần nghiên cứu sự tiến hóa của enzyme liên quan với sự phát sinh và tiến hóa của
sự sống.
5) Nghiên cứu tính đặc hiệu của các enzyme.
6) Nghiên cứu cải tiến phương pháp và kỹ thuật thực nghiệm mới của hóa lý,
sinh học vào nghiên cứu enzyme để thúc đẩy sự phát triển của enzyme học.
7) Nghiên cứu enzyme ứng dụng trong thực tế nhằm mục đích hạ giá thành,
tăng độ bền của chế phẩm. Đó chính là mục đích cuối cùng của enzyme học. Để thực
hiện được mục đích này, cần phải có hướng giải quyết:
- Cải tạo nguồn nguyên liệu vi sinh vật là nguồn nguyên liệu tốt.
- Chọn phương pháp tách.
- Dùng lặp lại (enzyme không tan)
 Vấn đề nghiên cứu enzyme ở nước ta
Các nghiên cứu nhằm theo hướng tách, tinh sạch enzyme, tạo các chế phẩm có
độ sạch khác nhau, nghiên cứu cấu trúc, mối liên quan giữa cấu trúc và hoạt tính sinh
học của enzyme, khả năng ứng dụng enzyme trong thực tế. Nghiên cứu về công nghệ
enzyme đã được tiến hành bởi nhiều tác giả như sử dụng phủ tạng của lò mổ để sản
xuất pancrease, pepsin, trypsin sử dụng mầm mạ để sản xuất amylase. Đã có những
thử nghiệm công nghệ như sản xuất amino acid từ nhộng tằm bằng protease, bột
protein thịt bằng bromelain từ đọt dứa, lên men rượu bằng enzyme cố định trên cột.
Cũng đã có những nghiên cứu sử dụng peroxydase, cyt-P450 trong chế tạo biosensor
và thuốc phát hiện chất độc Trong lĩnh vực y dược, việc nghiên cứu sâu về cơ chế tác
dụng của một số enzyme nhằm mục đích kiến tạo nên một số thuốc dùng điều trị một
số bệnh đặc biệt là tạo ra một số chế phẩm thuốc chống suy dinh dưỡng ở trẻ em, đồng
thời đã tiến hành sản xuất đại trà. Đây là một đóng góp rất thiết thực và kịp thời trong
việc phòng chống suy dinh dưỡng ở nước ta. Tuy nhiên, ở nước ta hiện nay, việc ứng
dụng công nghệ enzyme vào thực tế sản xuất còn gặp nhiều khó khăn vì để ứng dụng
vào thực tế thì đòi hỏi phải thay đổi công nghệ và các nguồn enzyme nước ngoài bán
rất sẵn nhưng giá thành lại khá cao…
25