nghiên cứu sử dụng enzyme polysaccharase trong sản xuất carrageenan từ rong sụn (kappaphycus alvarezii (doty) doty)

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT i
DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ SƠ ĐỒ ii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ iii
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 3
1.1.Tổng quan về rong sụn 3
1.1.1. Hệ thống phân loại 3
1.1.2. Đặc điểm sinh học của rong sụn 5
1.1.3. Thành phần hóa học của rong sụn 6
1.2. Giới thiệu về carrageenan 7
1.3. Quy trình sản xuất carrageenan 18
1.4. Tổng quan về chế phẩm enzyme thủy phân polysaccharirde 20
1.4.1. Viscozyme – L 20
1.4.2. Chế phẩm Pectinex Ultra SP – L 22
1.5. Tổng quan công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về sử dụng enzyme
polysaccharase 24
CHƯƠNG II : NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27
2.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 27
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27
2.2.1. Phương pháp lấy mẫu và xử lý mẫu 27
2.2.2. Phương pháp phân tích 27
2.2.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm 28
2.2.3.1. Quy trình dự kiến cho việc thu nhận carrgeenan 28
2.2.3.2. Bố trí thí nghiệm chi tiết 31
2.2.4. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm 39
2.3. Các hóa chất và thiết bị chủ yếu đã sử dụng 39
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 40
3.1. XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ XỬ LÝ RONG BẰNG CHẾ PHẨM ENZYME
POLYSACCHARASE 40
3.1.1. Xác định tỷ lệ enzyme/rong thích hợp cho quá trình xử lý rong 40

3.1.2. Kết quả xác định nhiệt độ thích hợp cho quá trình xử lý 47
2
3.1.3. Kết quả xác định pH thích hợp cho quá trình xử lý rong 52
3.1.4. Tối ưu hóa quá trình xử lý rong 57
3.2. XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ NẤU CHIẾT RONG 66
3.2.1. Xác định thời gian nấu thích hợp 66
3.2.1. Xác định tỷ lệ nước/rong thích hợp cho quá trình nấu rong 68
3.3. Đề xuất quy trình sản xuất carrageenan 70
Phân tích tính khả thi của quy trình 73
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 74
1. KẾT LUẬN 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO 75
PHỤ LỤC 30
Phụ lục 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 30
Phụ lục 2: CÁC KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 34
Phụ lục 3: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ XỬ LÝ RONG 41


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Phát triển ngành nuôi trồng thủy sản bền vững có ý nghĩa quyết định đến sự phát
triển ngành thủy sản, một ngành kinh tế mũi nhọn và có vai trò quan trọng trong cơ
cấu các ngành kinh tế của đất nước. Trong ngành nuôi trồng thủy sản, bên cạnh phát
triển nuôi tôm, cá, nhuyễn thể thì lĩnh vực nuôi trồng rong biển tại các vùng ven biển
với chiều dài hàng ngàn cây số và các vùng biển đảo của đất nước có một vai trò vô
cùng quan trọng không chỉ vì phát triển kinh tế mà còn vì để khẳng định chủ quyền
biển đảo. Trước đây, Việt Nam đã nuôi trồng một số loài rong truyền thống có giá trị
kinh tế cao như: rong câu, rong mơ, Hiện nay, các nhà khoa học Việt Nam đã tuyển
chọn, di nhập một số loại rong mới để nuôi trồng thử nghiệm và phát triển thành nghề

mới cho ngư dân nhằm khai thác tiềm năng mặt nước biển và đa dạng hóa nguồn
nguyên liệu thuỷ sản. Trong số các loài rong mới được du nhập và phát triển vào Việt
Nam, rong sụn Kappaphycus alvarezii (Doty) Doty là loại rong có giá trị kinh tế cao và
phát triển tốt ở nhiều vùng biển tại Việt Nam. Nuôi trồng rong sụn đã nhanh chóng
phát triển thành một nghề của ngư dân các tỉnh như Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa,
Ninh Thuận, Kiên Giang. Tuy nhiên, công nghệ chế biến rong sụn và carrageenan từ
rong sụn ở Việt Nam còn hạn chế nên rong sụn khô nguyên liệu ít được tiêu thụ trong
nước mà chỉ thuần túy xuất khẩu nguyên liệu thô. Chính vì vậy, nghề nuôi trồng rong
phát triển không bền vững, dễ lâm vào tình trạng khủng hoảng giống như việc phát
triển nuôi tôm sú hay cá tra một cách tự phát tại nước ta trong thời gian qua. Mặt khác,
giá trị gia tăng do việc chế biến rong và ứng dụng carrageenan ở trong nước còn thấp,
thường trong tình trạng khai thác và xuất khẩu rong nguyên liệu.
Rong sụn là nguyên liệu để sản xuất carrageenan một loại polysaccarid được biết
và sử dụng từ lâu. Thành phần hoá học chủ yếu của rong sụn là carrageenan, chiếm 40
- 55% trọng lượng rong khô.Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu về rong sụn chủ yếu
tập trung vào nghiên cứu nuôi trồng và thu nhận carrageenan từ rong sụn theo quy trình xử
lý rong bằng acid hay kiềm. Phương pháp xử lý này sản xuất ra carrageenan có nhược điểm
là carrageenan thu được thường lẫn với hóa chất nên quá trình tinh chế gặp nhiều khó khăn.
Do vậy tôi tiến hành “Nghiên cứu sử dụng enzyme polysaccharase trong sản xuất
carrageenan từ rong sụn (Kappaphycus alvarezii (Doty) Doty)”
2

Mục tiêu của đề tài
Đánh giá khả năng sử dụng enzyme polysaccharase thay thế cho việc dùng acid
và kiềm trong quá trình xử lý rong để sản xuất carrageenan từ rong sụn K. alvarezii
nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường do công nghệ sản xuất truyền thống gây ra.

Nội dung đề tài
1) Nghiên cứu lựa chọn loại enzyme polysaccharase (trong số: Viscozyme L và
Pectinex Ultra SP) phù hợp cho mục đích xử lý rong sụn để thu nhận carrageenan.

2) Xác định các thông số thích hợp cho quy trình công nghệ sử dụng enzyme
polysaccharase đã lựa chọn để xử lý rong sụn thu nhận carrageenan: tỷ lệ
enzyme/nguyên liệu, nhiệt độ, thời gian xử lý, pH, thời gian nấu chiết và tỷ lệ
nước/nguyên liệu.
3) Đề xuất quy trình công nghệ sử dụng enzyme polysaccharase đã lựa chọn để
xử lý rong sụn sản xuất carrageenan.
4) Đánh giá chất lượng carrageenan sản xuất theo phương pháp enzyme so với
phương pháp sử dụng hóa chất.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Đây là một trong những nghiên cứu mới trong nước về sản xuất carragenan
bằng phương pháp enzyme.
- Kết quả đề tài góp phần làm phong phú thêm những hiểu biết về enzyme
polysaccharase và khả năng ứng dụng của nó trong quy trình sản xuất carrageenan từ
rong sụn.
- Kết quả của đề tài là cơ sở cho việc sản xuất carrageenan từ rong sụn nuôi trồng
tại Cam Ranh – Khánh Hòa.
- Thành công của đề tài góp phần nâng cao giá trị kinh tế cho rong sụn, góp mở
rộng đầu ra của rong sụn và góp phần xóa đói giảm nghèo.

3
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
1.1.Tổng quan về rong sụn (Kappaphycus alvarezi) [3], [6], [9], [19]
1.1.1. Hệ thống phân loại
Rong sụn thuộc ngành Tảo hồng (Rhodophyta), Lớp Florideophyceae, Phân lớp:
Florideophycidae, Bộ: Gigartinales, Họ: Areschougiaceae, Giống: Kappaphycus,
Loài: alvarezii. Trong đó loài Kappaphycus alvarezii (Doty) Doty là loài có sản lượng
lớn nhất.
Rong sụn được Doty lần đầu tiên phát hiện ở Creagh Reef - vùng biển phía Nam
của Semporna, Sabah, Malaysia và đặt tên là Eucheuma alvarezii Doty 1985. Năm

1987, Silva, Meñez và Moe tìm thấy rong sụn ở Philippine. Vì vậy, người ta gọi loài
này là Kappaphycus alvarezii (Doty) Doty ex P. C. Silva. Ngày nay, người ta tiến hành
nuôi trồng rong sụn ở nhiều nước trên thế giới [19].


Hình 1.1. Hình ảnh về rong sụn tươi

Hiện nay, rong sụn được triển khai nuôi trồng ở nhiều quốc gia khác trên thế
giới. Có thể nói, Philippine là một trong số các quốc gia đi đầu trong việc phát triển
nghề nuôi trồng rong sụn. Philippine cũng nghiên cứu phát triển công nghệ sản xuất
nhiều sản phẩm mới từ rong sụn và carrageenan thu nhận từ rong sụn để ứng dụng
trong đời sống, sản xuất và xuất khẩu. Nhiều cơ sở chế biến rong sụn đã được xây
dựng ở Philippine và nghề trồng rong sụn cũng như công nghiệp chế biến rong sụn trở
thành một ngành sản xuất mới phát đạt trong những năm qua tại đảo quốc này [9].
Từ sự thành công của Philippine, rong sụn được phát triển sang các nước lân
cận. Tại Indonesia, người ta cũng thử nghiệm nuôi trồng rong sụn và nhận thấy rong
sụn có thể phát triển tốt ở đây do có điều kiện tự nhiên tương tự Philippine. Ở Đông
4
Nam Á, Thái Lan cũng đang tiến hành trồng thử nghiệm rong sụn tại vùng biển
Phuket. Trung Quốc đã chú trọng đầu tư nghiên cứu nuôi trồng và chế biến rong sụn.
Tại Châu Phi, Kenya là quốc gia đầu tiên thử nghiệm nuôi trồng rong sụn nhưng
Tanzania lại là quốc gia nuôi trồng rong sụn có sản lượng lớn. Ngoài ra, nhiều nước
khác cũng quan tâm phát triển nuôi trồng và chế biến rong sụn. Năm 2003 tổng sản
lượng trên thế giới (chủ yếu là Philippine, Indonesia, Tanzania) đạt khoảng 150.000
tấn khô. Vì thế nhiều nhà khoa học xếp rong sụn vào thực đơn quan trọng của con
người của thế kỷ 21
[
6], [19].
Bảng 1.1. Sản lượng rong sụn của một số nước trên thế giới (2001) [24]
Loại rong sụn Tên nước

Km bờ biển
(km)
Tổng sản lượng
(tấn khô/năm)
Kappaphycus alvarezii Fiji 1.129 100
Kappaphycus alvarezii Indonesia 54.716 20000
Kappaphycus alvarezii Kiribati 1.143 100
Kappaphycus alvarezii Malaysia 4.575 4000
Kappaphycus alvarezii Philippine 80000
Kappaphycus alvarezii Tanzania 1000
Kappaphycus alvarezii Trung Quốc 14.500 800
Kappaphycus alvarezii Ấn Độ 7.000 200
Kappaphycus alvarezii Việt Nam 3.200 500

Rong sụn được Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang di nhập từ
Philippines về Việt Nam tháng 3 năm 1993, đến tháng 11 năm 1993 lần đầu tiên rong
sụn được trồng thử nghiệm tại đầm Sơn Hải. Kết quả thật bất ngờ, từ 5 kg rong giống
ban đầu sau 8 tháng trồng đã phát triển 20 tấn, phơi ra 2,5 tấn rong khô bán với giá
10.000 đồng/kg, sau khi trừ chi phí còn lãi gần 15 triệu đồng. Năm 2002, người
dân thử nghiệm đưa rong sụn ra trồng trực tiếp trên biển thành công, để từ đó đến nay
diện tích không ngừng gia tăng. Đến năm 2005, sản lượng rong sụn của Ninh Thuận đã
đạt 1.320 tấn khô, chiếm 40% sản lượng rong khô cả nước. Năm 2007, rong sụn tại
Ninh Thuận bước đầu xuất khẩu sang một số nước châu Âu như Pháp, Canada, … [3]
5
1.1.2. Đặc điểm sinh học của rong sụn [6]
Rong sụn là loài sinh trưởng phát triển nhanh, từ 100 gram rong giống ban đầu
sau sau một năm nuôi trồng có thể tăng trưởng thành bụi rong nặng tới 14 – 16 kg.
Thân rong dạng hình trụ tròn, đường kính thân chính khi phát triển cực đại có thể đạt
tới 20mm. Thân chứa nhánh phân bố không theo quy luật. Khi đang sinh trưởng trong
nước biển thân rong hơi nhớt, có màu xanh nâu, thân rong giòn, dễ gãy. Rong sụn tươi

thường có màu xanh hoặc màu xanh đỏ nâu do trong ronng có hai loại sắc tố là
phycobline (bao gồm phycocyanine có màu xanh tím, phycocythine có màu đỏ) và
chlorophyll. Sau khi thu hoạch, phơi khô rong sụn thường có màu vàng nâu, thể tích
giảm đến ¾ so với khi ở trong nước biển và có trạng thái rắn chắc.
Nhiệt độ thích hợp nhất cho rong sụn sinh trưởng và phát triển là từ 25
0
C -
28
0
C. Nhiệt độ cao hơn 30
0
C và thấp hơn 20
0
C sẽ ảnh hưởng đến sinh trưởng của
rong. Nếu nhiệt độ thấp hơn 18
0
C thỉ rong sẽ ngừng phát triển.
Rong sụn là loại ưa mặn, chúng chỉ sinh trưởng và phát triển tốt ở nơi có độ
mặn cao (28 – 32
0
/
00
), ở độ thấp (18 – 20
0
/
00
) rong sụn chỉ tồn tại trong thời gian ngắn
(5 – 7 ngày) và nếu kéo dài nhiều ngày rong sẽ ngừng phát triển, có hiện tượng đứt gãy
và dẫn đến lụi tàn.
Rong sụn thuộc ngành tảo đỏ Rhodophyta có chứa sắc tố chlorophyll và

phycobline nên rong sụn chỉ thích nghi với ánh sáng có bước sóng ngắn với cường độ
ánh sáng không cao, từ 12.000 – 15.000 lux, thích hợp nhất từ 30.000 – 50.000 lux.
Ánh sáng quá thấp hoặc quá cao thì đều ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát
triển của rong. Rong sụn phát triển tốt ở vùng nước thường xuyên trao đổi và luân
chuyển (tạo ra do dòng chảy, dòng triều hay sóng bề mặt), đây là yếu tố cực kỳ quan
trọng ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng và phát triển cũng như chất lượng của rong
sụn. Trong điều kiện nhiệt độ không quá cao, nước được trao đổi thường xuyên, rong
sụn hầu như không đòi hỏi nhiều về các chất dinh dưỡng có sẵn trong nước đủ cung
cấp cho rong sụn phát triển. Tốc độ tăng trưởng của rong sụn cao nhất vào khoảng
tuần thứ 2 đến tuần thứ 4, khi kích thước rong ở 200 – 700g/cụm. Khi rong đạt trung
bình trên 1000g/cụm (ở tuần thứ 5 hoặc thứ 6) tốc độ sinh trưởng của rong giảm dần,
hàm lượng kappa- carrageenan càng cao khi kéo dài thời gian trồng. Do đó để đảm bảo
6
cho việc nuôi trồng rong sụn có năng suất và chất lượng cao, thời gian thu hoạch rong
ít nhất sau 2 tháng trồng là hợp lý.
Rong sụn và đa số các loài rong khác co mùi tanh đặc trưng, mùi của rong sụn
là yếu tố phức tạp được cấu thành bởi nhiều yếu tố trong đó có sự tham gia đáng kể
của bihenic acid, là loại acid do vi khuẩn sống trên thân rong sinh ra. Các vi khuẩn này
có rất nhiều trong nước biển. Để khử mùi rong sụn, người ta có thể phơi rửa rong
nhiều lần bằng nước sạch hoặc ngâm trong nước gạo, dấm ăn, nước trà,…
1.1.3. Thành phần hóa học của rong sụn
Thành phần chính của rong sụn là carrageenan. Hàm lượng carrageenan có thể
chiếm đến 40% trọng lượng khô của rong. Trong đó, carrageenan tan chiếm khoảng
33% và carrageenan không tan chiếm 7%. Thành phần hóa học cơ bản của rong sụn
nguyên liệu thu hoạch ở biển , phơi nắng đến độ ẩm khoảng 20% rửa sạch bằng nước
sinh hoạt và sấy khô ở 40
0
C - 50
0
C để đạt trở lại độ ẩm 19 – 20% thể hiện ở bảng 1.1

Bảng 1.2: Thành phần hóa học của rong sụn [6]
Thành phần
Hàm
lượng
Đơn vị
tính
Thành phần Hàm lượng Đơn vị tính
Protein 2,40 % Cu 2,30
%

Cellulose 4,00
%

S 2,60
%

Ẩm 19,40
%

SO
2-
4

8,08
%

Tro tổng 20,00
%

I 23,00

%

Carrageenan 40.00
%

Cl 6,87
%

K 2,20
%

Hg 0,01
%

Na 2,40
%

As 0,02
%

Ca 0,36
%

Pb 0,75
%

Fe 0,04
%

Cd 0,31

%

7
Rong sụn có chứa hàm lượng tro rất đáng kể. Khi xử lý chế biến rong thành
phẩm thì hàm lượng tro còn lại so với lúc chưa xử lý là 6/10 (khoảng 16% chất khô).
Như vậy, sau khi xử lý lượng khoáng bám ở lớp bên ngoài rong đã bị giảm đi khá
nhiều. Nhưng trong rong sụn sau xử lý vẫn chứa nhiều loại nguyên tố vi lượng như:
Fe, Cu, Mg, Zn, Ca, Na, K…và các chất phi kim loại như I, S, P…đây là các chất cần
thiết cho cơ thể con người. Ngoài ra, trong rong nuôi ở môi trường ô nhiễm có thể
chứa các ion kim loại nặng như: Hg, As, Pb, Cd…Nhưng nhiều nghiên cứu về rong
sụn cho thấy hàm lượng các chất này đều ở dưới mức độ cho phép của tiêu chuẩn bộ Y
Tế ngày 4/4/1998.
Quá trình phá vỡ cấu thân rong và phân giải các hợp chất keo rong polymer
glycoside
Trên rong biển thường chứa 20 loại vi sinh vật khác nhau, có nhiều loại chuyên
phân hủy keo rong (Agar, Alginic). Các loại vi sinh vật này rất thích nghi với sự có
mặt của các muối có trong thành phần nước biển. Khi cây rong còn sống nó tạo ra các
Antibiotic để chống lại hoạt động của các vi khuẩn này. Khi cây rong đã chết không
còn khả năng trên, vi sinh vật sẽ xâm nhập vào thân rong và phá hủy tế bào của nó,
phẩn hủy các chất keo rong. Nếu cứ để môi trường nước biển bám trên cây rong thì
càng làm cho vi sinh vật nhanh chóng phá hủy cây rong trong thời gian ngắn. Đồng
thời trong rong biển còn chứa các enzyme đặc hiệu có khả năng thủy phân các chất
polymer keo rong thành các thành phần đơn giản, đặc biệt chúng hoạt động trong điều
kiện độ ẩm cao và làm cho tế bào rong bị phá hủy. Hiện tượng này còn gọi là hiện
tượng tự phân của tế bào cây rong.
Tác hại của quá trình biến đổi này là làm cho chất lượng keo rong giảm cụ thể
là độ nhớt của keo rong giảm do kích thước phân tử keo rong ngắn hơn.
1.2. Giới thiệu về carrageenan [12] [17], [19]
Carrageenan là một loại polysaccaride tìm thấy trong các loài rong đỏ như:
Chondrus, Gigartina, Eucheuma, Furcellaria, Phyllophora,… từ những năm 1837.

Stanford (1862) đã đặt tên lọai polysaccaride được chiết bằng nước từ loài Chondrus
crispus là “carrageenin”. Việc tinh sạch chúng bằng phương pháp kết tủa cồn đã được
thực hiện vào năm 1871. Tên gọi “carrageenan” được đề nghị và được Ủy Ban Danh
pháp carbohydrate của Hội Hóa học Mỹ thông qua. Nhưng việc sản xuất carrageenan
8
chỉ thực sự được quan tâm trong những thập niên 1930 khi một số công ty ở bờ biển
phía Tây nước Mỹ phát hiện ra carrageenan có độ nhớt cao và có khả năng tạo gel.
Hiện nay, các nước sản xuất carrageenan chủ yếu là: Mỹ, Đan Mạch, Pháp, Nhật, Tây
Ban Nha, Trung Quốc, Hàn Quốc, Brazil, Philippine,… [3], [17].
Trung Quốc bắt đầu nghiên cứu sản xuất carrageenan từ những năm 1970. Ban
đầu họ dùng loại rong Eucheuma gelatinae có ở đảo Hải Nam làm nguyên liệu tách
chiết và sau đó loại rong Hypnea sp.
Carrageenan có nhiều tính chất ưu viêt hơn agar nên hiện được ứng dụng rất
rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm. Do khả năng ứng dụng của carrageenan trong
lĩnh vực chế biến sữa và công nghệ sinh học tốt hơn agar nên việc sản xuất
carrageenan tăng lên khá nhanh và gần đây đã vượt qua agar. Sản lượng carrageenan
sản xuất hàng năm trên thế giới khoảng 50.000 tấn (năm 2009) trong đó, Trung Quốc
chiếm khoảng 600 tấn.
Carrageenan là một polyme mạch thẳng, chứa khoảng 25.000 phân tử
galactose, với liên kết luân phiên của các phân tử
β
D-galactose pyranose qua liên kết
1,3 và
α
D-galactose pyranose qua liên kết 1,4 (Hình 1.2). [19]

Hình 1.2. Cấu tạo của carrageenan với các liên kết luân phiên
β
D-galactose
pyranose và

α
D-galactose pyranose
Carrageenan là một polysaccharid của galactose gọi là galactan. Đơn vị cấu trúc
của carrageenan (Car) là một disaccharid, được cấu tạo bởi hai hợp phần. Đơn vị hợp
phần thứ nhất có thể là vòng α (1-3)-D-galactose (đơn vị G), vòng β(1-4)-D-galactose
(đơn vị D) hoặc vòng β(1-4)-3,6-anhydro-D-galactose (đơn vị DA) xen kẽ luân phiên
nhau bằng các liên kết α(1-3) và β(1-4). Đơn vị cấu trúc của carrageenan được trình
bày trên hình 1.3 và hình 1.4. Carrageenan là một galactan sulphate. Ngoài mạch
polysaccharid chính còn có thể có các nhóm sulphate được gắn vào carrageenan ở
những vị trí và số lượng khác nhau. Các carrageenan có mức độ sulphate hóa khác
nhau và phụ thuộc vào mức độ sulphate, các carrageenan có ký hiệu riêng. Ví dụ: κ -
9
carrageenan (25% sulphate), ι - carrageenan (32% sulphate), λ– carrageenan (35%
sulphate) [19].
Theo “Đơn vị cấu trúc” có thể chia Carrageen thành 2 nhóm:
- Carrageenan (G, D): nhóm carrageenan không có liên kết 3,6 -anhydro-D-
Galactose có đơn vị cấu trúc (G, D) như µ- Carrageenan (Hình 1.3).
- Carrageenan (G, DA): nhóm carrageenan có liên kết 3,6-anhydro-D-Galactose có
đơn vị cấu trúc (G, DA) như κ- Carrageenan (Hình 1.4) [19].






Hình 1.3. Đơn vị cấu trúc của Hình 1.4. Đơn vị cấu trúc của
µ
µµ
µ- Carrageenan (G, D) κ
κκ

κ- Carrageenan (G, DA)

Trong quá trình chiết tách, do tác động của môi trường kiềm các carrageenan có
đơn vị cấu trúc (G, D) dễ chuyển thành các carrageenan có đơn vị cấu trúc (G, DA).
Các µ-, ν-, λ- carrageenan dễ chuyển hóa thành κ-, ι, θ- carrageenan tương ứng.
Các Car có phân tử lượng từ 500 - 1000 kDa, trong đó chúng có thể chứa tới
25% thành phần với phân tử lượng nhỏ dưới 100 kDa.
Cấu tạo của carrageenan phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu và các điều kiện tách
chiết. Các liên kết ở vị trí số 3 xuất hiện ở các gốc có sulphate ở vị trí 2 và 4 hoặc
không có sulphate trong khi liên kết ở vị trí số 4 ở các gốc có sulphate ở vị trí số 2: gốc
2,6 disulphate, gốc 2,6 anhydro và 3,6 anhydro -2-sulphate. Người ta không gặp các
loại carrageenan có gốc sulphate ở vị trí số 3. Người ta cũng gặp gốc pyruvat ở
carrageenan tách chiết từ rong Gigartina. Các loại carrageenan có gốc pyruvat được
gọi là Pi-carrageenan. Nhóm methoxyl cũng có trong các polysaccharide sulphate hóa
từ các loài rong thuộc giống Grateloupiaceae.
Trong hai thập niên 60 và 70, đã có các công trình nghiên cứu cho thấy
carrageenan có nhiều dạng cấu trúc khác nhau. Các loại này chỉ khác nhau ở mức độ
sulphate hóa, vị trí sulphate hóa, mức độ hydrate hóa. Chẳng hạn mu và nu được xem
là các chất ban đầu để tổng hợp nên kappa và iota. Do vậy, các nhà nghiên cứu đã chia
10
carrageenan thành các loại sau: mu, kappa, nu, iota, lambda, theta và xi - carrageenan.
Một số dạng cơ bản của carrageenan như sau:
-
κ
- carrageenan (kappa-carrageenan) là một loại carrageenan được dùng thông
dụng nhất. Tính chất quan trọng nhất của chúng là sức tạo gel cao và tương tác mạnh
với protein sữa. Trên thế giới, carrageenan được sản xuất chủ yếu là dạng kappa -
carrageenan, dạng này chiếm khoảng 70% tổng sản lượng trên carrageenan thế giới.

Hình 1.5.

κ
-carrageenan được tạo ra từ
µ
-carrageenan [19]

-
µ
-carrageenan là lọai carrageenan sau khi xử lý kiềm thì chuyển thành kappa-
carrageenan.
µ
-Carrageenan hầu hết được tách chiết từ rong biển nhiệt đới
Kappaphycus alvarezii.
- Iota-carrageenan là một loại carrageenan có lượng sulphate nằm trung gian giữa
kappa và lambda - carrageenan. Iota-carrageenan hình thành gel đàn hồi với những
tính chất đông, tan giá và chữa vết thương tốt.
ν
-carrageenan sau khi được xử lý kiềm
thì được chuyển thành iota-carrageenan.
ν
-carrageenan hầu hết được tách chiết từ
rong biển (Eucheuma denticulatum) có ở Philippine.

Hình 1.6.
ι
-carrageenan được tạo ra từ
ν
-carrageenan [19]
11
- Lambda-carrageenan là một loại carrageenan có mức sulphate cao. Lambda-
carrageenan không tạo gel. Về phương diện thương mại, carrageenan được tách chiết

từ rong biển dưới dạng một hỗn hợp kappa/lambda.
Lambda-carrageenan (phần lớn được tách chiết từ Gigartina pistillata hoặc
Chondrus crispus) sau khi xử lý kiềm thì được chuyển thành
θ
-carrageenan (theta-
carrageenan), nhưng ở một tốc độ chậm hơn so với những nguyên nhân tạo ra
ι
-
carrageenan và
κ
-carrageenan [12]

Hình 1.7.
λ
-carrageenan chuyển thành
θ
-carrageenan


Một số tính chất của carrageenan [17], [19], [25]
Carrageenan có một số tính chất hóa lý sau:
Độ hòa tan
Carrageenan tan trong nước, độ tan của nó phụ thuộc vào dạng, nhiệt độ, pH,
nồng độ của ion và các chất tan khác. Nhóm carrageenan có cầu nối 3,6-anhydro
không ưa nước, do đó các carrageenan này khó tan trong nước. Thí dụ như λ-
carrageenan không có cầu nối 3,6-anhydro và có thêm 3 nhóm sulphate ưa nước nên
nó tan trong nước ở điều kiện bất kỳ.
Độ nhớt
Độ nhớt của các dung dịch carrageenan phụ thuộc vào nhiệt độ, dạng, trọng lượng
phân tử và sự hiện diện của các ion khác trong dung dịch. Khi nhiệt độ và lực ion của

dung dịch tăng thì độ nhớt của dung dịch giảm. Các carrageenan tạo thành dung dịch có
độ nhớt từ 25 – 500 Pa.s, riêng κ–carrageenan có thể tạo dung dịch có độ nhớt tới 2000
Pa.s.
Tương tác giữa carrageenan với protein
Tương tác giữa carrageenan với protein là một trong những tính chất quan trọng
của carrageenan và cũng là đặc trưng cho tất cả các chất tạo gel cũng như các chất
12
1không tạo gel là xuất hiện phản ứng với protein. Sự cân bằng của tương tác giữa Car-
Car và Car-protein xác định lực của gel. Phản ứng giữa Car và protein xảy ra nhờ các
cation có mặt trong các nhóm protein tác dụng với nhóm sulphate mang điện âm của
carrageenan và có tính quyết định đến độ bền cơ học của gel. Vi cấu trúc của
carrageenan và protein được quan sát bằng kính hiển vi điên tử quét [19].








Hình 1.8. Tương tác tĩnh điện giữa các nhóm sulphat của carrageenan và protein

Trong công nghiệp sữa, nhờ vào tính chất liên kết với các protein trong sữa mà
carrageenan được sử dụng (với nồng độ 0,015 – 0,025 %) làm tác nhân để ngăn chặn
sự tách lỏng và làm ổn định các hạt coca trong sữa sôcôla. Protein có mặt trong sữa
bao gồm hai dạng chính: casein chiếm 80% và các dạng hòa tan 20%. Khả năng hiệp
lực liên quan đến tương tác của các Car tích điện âm với amino axit tích điện dương tại
bề mặt mixell của casein, ví dụ như giữa κ- Car và κ- casein.
Trong dung dịch sữa loãng, κ- Car tạo phức với các mixell casein gây kết tủa
chỉ khi nó có mặt ở dạng xoắn lò xo. Sự tạo gel của hỗn hợp κ- Car và sữa bao gồm t-

ương tác của mixell casein của sữa với một phần của phân tử Car.
Tương tác hiệp lực của carrageenan với các polysaccharide khác [19]
Ngoài tương tác với protein, κ- carrageenan còn tương tác với các
polysaccharid khác, thí dụ như với galactomannan gum, đặc biệt với locust bean gum
(LBG). Cơ chế của tương tác trên được giả thiết là xuất hiện các liên kết của vùng
khung xương của galactomanan với tập hợp xoắn kép của κ- carrageenan (hình 1.9).
Việc thêm galactomanan vào gel κ- carrageenan làm thay đổi hình thái và tính
chất cơ học của gel từ cứng, dễ vỡ thành gel đàn hồi, đồng thời làm tăng đáng kể
cường độ gel. Vai trò của cation cũng rất quan trọng trong sự tương tác và hiệp lực để
tạo gel của hệ κ- carrageenan/LBG. Sự tạo gel của hệ này chỉ xuất hiện khi κ-
K
+

K
+

K
+

K
+

K
+


casein

13
carrageenan ở dạng muối K
+
, còn khi κ- carrageenan ở dạng muối Na
+
và Ca
2+
thì hệ
không có khả năng tạo gel mà các cation này chỉ làm tăng độ nhớt [19].










Hình 1.9. Tương tác giữa carrageenan và galactomannan
Sự tạo gel của hệ κ-Car/LBG tương tự như sự tạo gel của κ-Car nguyên chất
nhưng ở nồng độ không nhỏ hơn 0,2M KCl thì sự hiệp lực của hệ biến mất. Khả năng
hiệp lực của hệ κ-Car/LBG phụ thuộc vào các yếu tố sau: nồng độ của κ-Car, LBG, dạng
và nồng độ của cation và tỷ lệ mannan : galactose trong phân tử LBG (hay nói cách khác
phụ thuộc vào mức độ thay thế của D-galactose theo dọc khung xương galactomannan).
Tỷ lệ này bằng 3-5 là thích hợp nhất đối với quá trình tạo gel. Tỷ lệ tối ưu của κ-Car/LBG
là 4/1 trong môi trường KCl.
Ngoài ra, Car cũng có sự tương tác với gelatin. Tương tác tĩnh điện của hệ ι-Car -
gelatin sẽ dẫn đến sự ổn định của mạng lưới ι-Car. Ngoài các tính chất nêu trên, gel của
Car có tính chất lưu biến khi thay đổi nhiệt độ, tức là có thể thay đổi cấu hình. Như vậy,

nhiệt độ là yếu tố vô cùng quan trọng trong quá trình tạo gel.
Tính chất tạo gel của Carrageenan
Vì có liên kết 3,6-anhydro (như một cầu vồng trên mặt galactose), mà
carrageenan có một tính chất vô cùng quan trọng là có khả năng tạo gel ở nồng độ thấp
(<0,5 %). Ở dạng gel, các mạch polysacharid xoắn vòng như lò xo và cũng có thể xoắn
với nhau tạo thành khung xương không gian 3 chiều vững chắc và có thể chứa nhiều
phân tử nước (dung môi) bên trong (hình 9). Từ dạng dung dịch chuyển sang dạng gel
là do sự tương tác giữa các phân tử polymer hoà tan với các phân tử dung môi ở bên
trong. Do tương tác ấy mà gel tạo thành có độ bền cơ học đáng kể. Phần xoắn vòng lò
14
xo chính là những mầm tạo gel, chúng lôi kéo các phân tử dung môi vào vùng liên kết
.


Hình 1.10. Cơ chế chuyển đổi từ dung dịch sang gel ở nhiệt độ thấp [19]

Liên kết 3,6-anhydro là yếu tố chính của quá trình tạo gel. Do có cầu nối 3,6
anhydro trong vòng 4-α-D- galactose và có hàm lượng ion sunfat ít hơn, nên trong
dung dịch κ- và ι- Carrageenan có dạng cấu hình là lò xo và gel. Dạng λ-, µ-, ν-
Carrageenan không có cấu trúc cầu nối 3,6 - anhydro trong vòng 4-α-D- galactose với
cấu hình
4
C
1
là nguyên nhân bẻ gãy chuỗi thông thường và ngăn chặn sự hình thành
các bộ phận xoắn lò xo, do đó nó cản trở sự hình thành xoắn kép, như vậy là các dạng
này không trải qua các trật tự thích hợp nên vì thế không có tính chất tạo gel, mà chỉ
có tính chất nhớt, làm đông tụ nói chung.
Cấu trúc hoá học và nồng độ polyme cũng là những yếu tố quan trọng của quá
trình tạo gel. Do đó, từng dạng Carrageenan tạo gel với tính chất khác nhau và nồng độ

polymer cần thiết để tạo gel cũng khác nhau. Ngoài ra, quá trình tạo gel còn phụ thuộc
vào một số điều kiện khác nữa như: bản chất các cation thêm vào và đặc biệt là nồng
độ ion sulphate. Khả năng tạo gel của các carrageenan tỉ lệ thuận với nồng độ nhóm
3,6-anhydro, tỷ lệ nghịch với nồng độ ion sulphat.
Nhiệt độ là yếu tố vô cùng quan trọng đối với quá trình tạo gel cuả carrageenan.
Trên 60
0
C, κ-carrageenan luôn ở dạng cuộn ngẫu nhiên và phụ thuộc vào cấu trúc hoá
học chi tiết của κ-Carrageenan và hệ. Nhiệt độ chuyển đổi điển hình trong nước và sữa
xấp xỉ 38
0
C. Trong sự có mặt của ion kali (K
+
), kali tác động như keo giữa các phân
15
tử bằng việc hình thành các tương tác tĩnh điện với nhóm este sunphate và oxy nguyên
tử ở cầu nối anhydro của κ-Carrageenan.
Dung dịch carrageenan có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại ở một bước sóng
nhất định phụ thuộc vào loại và thành phần của carrageenan. Dựa vào tính chất này
người ta có thể phân biệt được carrageenan thuộc loại: kappa, iota, hay lambda,… Các
loại polysaccharide thường có khả năng hấp thụ ánh sáng với bước sóng ở vùng hồng
ngoại trong khoảng 1000 – 1100 cm
-1
. Các loại carrageenan tạo gel thì đỉnh hấp thu
cực đại ở bước sóng 1065 cm
-1
, loại không tạo gel có đỉnh hấp thu ở vùng 1020 cm
-1
.
Carrageenan có tính chất tạo gel đông giống như agar nhưng sức đông kém hơn

vì ảnh hưởng bởi lực tĩnh điện của các nhóm -SO
3
. Tuy nhiên, trong môi trường có
canxi thì sức đông tăng lên rất lớn (1000g/cm
2
) do có sự tạo thành cầu nối liên kết
canxisulphate giữa các phân tử carrageenan trong dung dịch. Carrageenan có thể hòa
tan trong nước, rượu và độ tan tùy thuộc vào loại carrageenan.
Trong môi trường acid yếu, carrageenan chuyển thành carrageenic acid
ROSO
3
H. Trong môi trường kiềm, carrageenan bị khử các gốc -SO
3
và hình thành liên
kết anhydro.
Tại Philippine, người ta sản xuất và cung cấp ra thị trường sản phẩm
carrageenan chất lượng cao có ký hiệu PNG (Philippine natural grade carrageenan).
Từ năm 1991, PNG được FDA công nhận đạt chất lượng tương đương với carrageenan
tinh khiết và cho phép sử dụng làm phụ gia thực phẩm, từ năm 1994 được JECFA
(Join Expert Committee on Food Additives) và CCFAC (Code Committee on Food
Additives and Contaminants) công nhận là một phụ gia thực phẩm an toàn và cấp mã
số cho sản phẩm này là E-407a. Trên thị trường, các sản phẩm carrageenan thường
được tiệu thụ ở dạng bột mịn hoặc bản mỏng, đóng gói trong bao bì PE hoặc bao bì
thủy tinh.

Một số ứng dụng của carrageenan [1], [6], [9], [19]
Nhờ có các tính chất vật lý và hoá học đặc biệt mà carrageenan được sử dụng
rất rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm và phi thực phẩm để làm chất tạo sự đồng
nhất, ổn định, tạo gel, tạo độ nhớt, tạo kết cấu,…. Carrageenan là một trong những phụ
gia rất tốt trong công nghiệp thực phẩm và các ngành công nghiệp khác. Ứng dụng của

carrageenan vô cùng lớn, có thể tóm tắt lại như sau:
16
Bảng 1.3. Cơ cấu thị trường tiêu thụ carrageenan năm 2001
Lĩnh vực ứng dụng Tấn Tỷ lệ (%)
Bơ sữa 11.000 33
Thịt và gia cầm 5.000 15
Nước giải khát 5.000 15
Thực phẩm sử dụng carrageenan tinh khiết 8.000 25
Kem đánh răng 2.000 6
Khác 2.000 6
Tổng cộng 33.000 100
(Nguồn: H. Porse, CP Kelco ApS, 2002, pers.comm.)
Ngày nay trên thị trường có khoảng 4.000 sản phẩm hàng hoá có sử dụng
carrageenan, trong đó công nghệ thực phẩm sử dụng nhiều nhất. Với sự phát triển của
khoa học kỹ thuật, con người ngày càng khám phá ra nhiều ứng dụng mới của
carrageenan đặc biệt là trong thực phẩm và y dược. Carrageenan có một số ứng dụng:
•
••
• Trong công nghệ thực phẩm:
+ Carrageenan là phụ gia quan trọng để tăng tính mềm dẻo, đồng nhất cho sản phẩm
và cho điểm đóng băng thấp.
+ Trong sản xuất bánh mì, bánh qui, bánh cuốn, carrageenan tạo cho sản phẩm có
cấu trúc xốp và mềm.
+ Trong sản xuất sữa, chocolate: carrageenan được sử dụng nhằm làm cho sản phẩm
có độ đồng nhất, tính ổn định và độ đặc nhất định.
+ Trong sản xuất đồ hộp thịt (thịt gà, thịt lợn, xúc xích ) và trong các sản phẩm
đông lạnh: carrageenan được sử dụng để tăng tính ổn định, tạo trạng thái lỏng sánh cho
nước sốt, hạn chế sự phân tầng [1].
•
••

• Trong y dược và dược phẩm: với sự có mặt của carageenan, con người đã nghiên
cứu và thử nghiệm để tạo ra nhiều dạng lọai thuốc mới mà cách sử dụng thích hợp, tiện lợi
cho quá trình điều trị bệnh cho con người.
+ Ứng dụng để sản xuất thuốc dạng nhờn, nhũ tương để thoa lên các vết thương rất
hữu hiệu, sản xuất các loại thực phẩm chức năng hỗ trợ chống loét dạ dày, thuốc nhuận
tràng….
17
•
••
• Trong mỹ phẩm: carrageenan được sử dụng trong sản xuất các loại kem dưỡng
da, kem giữ ẩm,… Ngoài ra, carrageenan còn được sử dụng làm các món ăn có tác
dụng giảm cân, làm nước hoa.
•
••
• Trong nghiên cứu
+ Carrageenan dùng làm môi trường nuôi cấy các vi sinh vật, nuôi cấy mô tế bào.
+ Carrageenan cũng được dùng như một chất làm mềm dẻo hay chất ổn định cho
hệ polyme.
+ Dùng rong biển để sản xuất thức ăn gia súc.
•
••
• Trong các ngành khác:
Carrageenan thu nhận từ rong biển có tác dụng tăng nhũ hoá nên được ứng dụng
trong sản xuất thuốc nhuộm, sản xuất tơ, sợi nhân tạo, sản xuất phim nước, phim ảnh
tổng hợp, sản xuất giấy viết… và ngày nay còn được sử dụng trong sản xuất các lọai
bao bì tự hủy thay thế cho các lọai bao bì PE, PP [6], [9].

18
1.3. Quy trình sản xuất carrageenan [6]
- Quy trình sản xuất carrageenan từ rong sụn(kappaphycus alvarezii) của

Trần Thị Luyến

- Quy trình này đề xuất sản xuất carrageenan theo 3 cách thức khác nhau:
+ Thu carrageenan mà không sử dụng bất kỳ hóa chất nào, theo phương pháp
này thu được carrageen không lẫn hóa chất nhưng hiệu suất thu hồi thấp.
+ Thu carrageenan bằng cách kết tủa cồn (96%), tuy nhiên phương pháp này ít
được sử dụng.
+ Thu carrageenan bằng cách bổ sung KCl (1,5%), sẽ thu được carrageenan có
sức đông cao.
Rong nguyên liệu
Xử lý kiềm
Rửa sạch
Nấu chiết
Lọc (lấy dịch lọc)
Để đông
Cắt sợi
Cấp đông
Rã đông, tách nước

Phơi khô
Bao gói
Cô đặc
Làm nguội
Loại nước (dùng cồn 96%)
Phơi khô
Kết tủa bằng dung dịch
KCL 1,5% (2 lần)

Rửa
Để ráo nước
Phơi hoặc sấy khô
19
- Đào Trọng Hiếu nghiên cứu tối ưu hóa quy trình công nghệ tách chiết
carrageenan từ rong sụn (Kappaphycus alvarezii) [2].

Quy trình đưa ra các thông số kỹ thuật tối ưu cho công đoạn xử lý rong bằng
kiềm và công đoạn tách chiết carrageenan từ rong sụn. Carrageenan được sản xuất
theo quy trình này cho chất lượng như sau:
+ Sức đông: 1020 g/cm
2

+ Màu sắc: trắng sáng
+ Hiệu suất thu hồi 33 – 35%
+ Các chỉ tiêu về hoá học, vi sinh đều nằm trong giới hạn cho phép làm phụ gia
thực phẩm.



Bã
Nấu chiết
Lọc
Dịch lọc
Lạnh đông tan giá
Phơi sấy
Rong sụn khô
Xử lý kiềm
Rửa trung tính

-
Nhiệt độ 30
0
C
- Thời gian 40 phút
- Nồng độ NaOH 6%

-
Nhiệt độ 102
0
C
- Thời gian 65 phút
- Tỷ lệ nước/rong: 52/1

Ngâm phơi
Xay nghiền
Bao gói
KCl 0,06%
20
1.4. Tổng quan về chế phẩm enzyme thủy phân polysaccharirde
1.4.1. Viscozyme – L
Viscozyme L là một phức hợp đa enzyme thủy phân polysaccharide. Trong
phòng thí nghiệm chế phẩm này còn được dùng để tạo tế bào trần.
Viscozyme được sản xuất bởi chủng nấm Aspergilus aculeatus. Nó được sử
dụng trong ngành công nghiệp, đặc biệt trong việc tách bóc lớp vỏ cà phê, chế biến các
loại ngũ cốc và rau quả. Ngoài ra, sử dụng chế phẩm này trong nguyên liệu thực vật
còn có tác dụng làm giảm độ nhớt, cải thiện tính chất của nguyên liệu và giúp tăng
hiệu suất quá trình tách chiết những thành phần mong muốn của thực vật.
Chế phẩm Viscozyme L chứa nhiều loại polysaccharase như cellulase, beta –
glucanase, hemixenlulase và xylanase. Các điều kiện thích hợp cho chế phẩm enzyme

này hoạt động: pH 3,3 – 5,5 và nhiệt độ 50 – 55
0
C.
Bảo quản: Viscozyme L nên được bảo quản ở nhiệt độ lạnh từ 3 – 5
0
C, tại nhiệt
độ này chế phẩm có thể giữ được hoạt độ ít nhất trong một năm, nếu bảo quản ở 25
0
C
thì hoạt độ có thể duy trì trong 3 tháng.
a. Enzyme hemicellulase
Hemicellulase là một hỗn hợp các enzyme thủy phân bao gồm: xylan endo-1,3-
β-xylosidase, EC 3.2.1.32 ; xylan 1,4- β-xylosidase, EC 3.2.1.37; và α-L-
arabinofuranosidase ; EC 3.2.1.55. Hemicellulase hoạt động tốt ở pH 4,5 – 5,5 và nhiệt
độ dưới 50
0
C.
Hemicellulase là enzyme thủy phân hemicellulose. Hemicellulose là một dạng
của polyshaccarides, hemicellulose có mặt ở thành tế bào, kém bền, có thể bị thủy
phân bởi dung dịch acid hay kiềm yếu.
Hemicellulase là hỗn hợp enzyme có thể thủy phân những thành phần khó tiêu
hóa của mô thực vật. Nó sẽ tấn công vào hemicellulose và giải phóng ra những phân tử
có trọng lượng nhỏ hơn.
Ngoài ra, hemicellulase được ứng dụng nhiều trong xử lý phế liệu rau quả vì
hemicellulose trong rau quả chủ yếu là cellulose, hemicellulase sẽ thủy phân cellulose
tạo thành những phân tử đường có khối lượng thấp hơn, giúp cơ thể sinh vật hấp thụ
tốt hơn.
21
Hiện nay hemicellulase còn được ứng dụng trong sản xuất dầu dừa tinh khiết
trong điều kiện pH 7, nhiệt độ 50

0
C, thời gian 6 ngày với cơ chất là cơm dừa và phôi
dừa.
Trong công nghiệp sản xuất bia, nếu dùng nguồn nguyên liệu tinh bột thay thế
malt với tỷ lệ cao sẽ bổ sung thêm enzyme này nhằm đường hóa các tinh bột.
Hemicellulase được ứng dụng để sơ chế thức ăn, phân hủy các hợp chất phức
tạp tạo thành các hợp chất đơn giản dễ tiêu hóa.
b. Enzyme cellulase
Cellulase là một phức hệ enzyme xúc tác thủy phân cellulose thành cellobiose
và cuối cùng là glucose. Được thu nhận từ các nguồn khác nhau:
Động vật: dịch tiết dạ dày bò, các nhóm thân mềm…
Thực vật: trong hạt ngũ cốc nảy mầm như đại mạch, yến mạch, lúa mì mạch
đen…
Vi sinh vật: các loại xạ khuẩn, vi khuẩn, nấm sợi, nấm men…
Trong thực tế người ta thường thu nhận enzyme cellulase từ vi sinh vật. Các
chủng vi sinh vật thường sử dụng:
Nấm mốc: Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Aspergillus candidus…
Xạ khuẩn: Actinomyces griseus, Streptomyces reticuli…
Vi khuẩn: Acetobacter xylinum, Bacillus subtilis, Bacillus pulmilus…
Trong công nghiệp sản xuất thức ăn chăn nuôi
Nguồn thức ăn cung cấp năng lượng cho gia súc và gia cầm có chứa một phần
polysaccharide gồm cellulose, β-glucan là các chất chứa cầu nối β-1,4 glucoside
làm tăng độ nhớt trong ruột.
Vì thế, việc bổ sung cellulase trực tiếp vào thức ăn sẽ làm tăng khả năng đồng
hóa thực phẩm trong đường tiêu hóa động vật, tăng khả năng hấp thu và chuyển hóa
thức ăn của động vật.
Tuy nhiên, việc bổ sung một số enzym như cellulase, hemicelluase sẽ phá hủy
tế bào, giúp tăng lượng đường tạo thành và đẩy nhanh tốc độ tiếp xúc của tinh bột với
amylase, dẫn tới hiệu suất thu hồi sẽ tăng
+ Ứng dụng trong nuôi cấy tế bào và tái tổ hợp gen:

22
Sử dụng cellulase để phá vỡ thành tế bào để tạo tế bào trần (protoplast), có ý
nghĩa rất lớn trong việc tiến hành các kỹ thuật chuyển nạp gen: dung hợp tế bào trần
tạo tế bào lai mang đặc điểm của cả tế bào bố mẹ.
1.4.2. Chế phẩm Pectinex Ultra SP – L
Pectinex Ultra SP – L là một loại enzyme đặc biệt có khả năng phá vỡ cấu trúc
pectin, thường được sử dụng trong sản xuất nước trái cây.
Chế phẩm Pectinex Ultra SP – L chứa thành phần chính là polygalacturonase có
tác dụng thủy phân tế bào thực vật mà chủ yếu là thủy phân hợp chất pectin và
cellulose. Enzyme polygalacturonase phân cắt liên kết glucoside 1,4 trong mạch
pectin, tạo ra acid galacturonic.
PG là enzyme xúc tác sự phân cắt các liên kết glucoside 1-4 ở trong các mạch
của hợp chất pectine. PG ít gặp ở trong cây và nếu có gặp thì cũng không nhiều. PG
chủ yếu có ở các vi sinh vật đặt biệt ở nẩm mốc và vi khuẩn.
Dựa vào tính đặc hiệu và cơ chế tác dụng trên cơ chất, H. Deuel và E. Stuti
(1958) đã chia ra các kiểu polygalacturonase:
1. Enzyme tác dụng trên acid polygalacturonic đã được metoxye hóa (tức là
pectine) gọi là polymetylgalacturonase (PMG). Enzyme này thường có tên hệ thống là
poly- α-1-4 galacturonic-metylesterglucanohydrolase và có mã số EC 3.2.1.41.
2. Enzyme tác dụng trên acid pectin hoặc pectinic gọi là polygalacturonase.
Polygalacturonase chia làm hai nhóm nhỏ endo-PG và exo-PG.
pH tối ưu của các polygalacturonase cũng khác nhau, phụ thuộc nguồn thu nhận
và cơ chất.
Chẳng hạn phân giải dịch hóa khi tác dụng trên acid pectinic thì pH tối ưu là 4 –
5,5. Còn PG đường hóa, khi tác dụng trên pectin có pH tối ưu là 3 -4 nhưng khi tác
dụng trên acid pectinic thì pH tối ưu là 4,4 – 4,6. Các PG chủ yếu bền vững trong vùng
pH từ 4 - 6.
PG đường hóa từ Aspergillus niger được hoạt hóa bằng Hg thì có thể bền vững
khi pH = 2,5 nhiệt độ tối ưu của đa số PG là 40 – 45
0

C.
Các polygalacturonase cũng như pectinesterase đều được hoạt hóa bởi các
cation của kim loại kiềm.
23
Enzyme polygalacturonase (PG) tham gia quá trình thủy phân liên kết α 1,4
glucoside của acid pectic và các polygalacturonic khác, tách các gốc acid D –
galacturonic thành các phân tử D – galacturonic tự do.
Cơ chế quá trình thủy phân của polygalacturonase này được chia thành 2 kiểu
+ Endo – polygalacturonase: tham gia thủy phân những liên kết bên trong, phân
hủy những phân tử polygalaturonic thành những chuỗi ngắn hơn. Trong một số trường
hợp chúng tạo thành diacid và monogalacturonic acid.
+ Exo – polygalacturonic: tham gia thủy phân liên kết glucoside ở hai đầu của
chuỗi polygalacturonate α 1,4 acid galacturonic. Kết quả dạng đường hóa cuối cùng
tạo nên acid monogalacturonic.
Chế phẩm Pectinex Ultra SP – L được sản xuất từ quá trình lên men chìm bởi
chủng nấm Aspergilus aculeatus. Sau đó, thu chế phẩm enzyme nhờ quá trình tinh
sạch.
Việc sử dụng chế phẩm Pectinex Ultra SP – L ngày càng rộng rãi, nó được sử
dụng trong việc phá vỡ thành tế bào thực vật để tăng hiệu suất tách chiết các thành
phần mong nuốn của thực vật.
+ Ứng dụng của pectinase [7], [16]
Trong công nghệ thực phẩm người ta thường sử dụng pectinase ở dạng tinh
khiết. Tỷ lệ chế phẩm pectinase cô đặc trên nguyên liệu đem chế biến thường từ 0,05 –
0,1%.
Pectinase thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp sau :
- Sản xuất rượi vang
- Sản xuất nước quả và đồ uống không cồn
- Sản xuất các mặt hàng từ quả: mứt quả, mứt nhừ, mứt đông
- Sản xuất cà phê và cà phê hòa tan
- Sản xuất đồ uống

Trong sản xuất rượu vang cũng như đồ uống không cồn đều có thể sử dụng
pectinase rất hiệu quả. Nhờ có pectinase mà quá trình ép, lọc và làm trong dịch quả đạt
hiệu quả cao. Chẳng hạn pectinase đưa vào quá trình nghiền quả, sau khi nghiền có thể