Thiết kế phân xưởng sản xuất enzyme papain từ nhựa đu đủ năng suất 48000 tấn nguyên liệunăm

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đề tài tốt nghiệp này thì không chỉ có sự cố gắng, nổ lực của
chính bản thân em, mà còn cần đến quan tâm giúp đỡ nhiệt tình của quý thầy cô và các
bạn.
Em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô trong bộ môn Công nghệ sinh
học - Khoa Hóa - Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng đã cho em những nền tảng
kiến thức ban đầu vững chắc để có thể hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp của mình và
tiếp thu những kiến thức mới cho công việc sau này.
Em xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến Cô Đoàn Thị Hoài Nam đã hướng dẫn
tận tình, chu đáo và tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp.
Cuối cùng, em xin gởi lời cảm ơn đến người thân, bạn bè đã luôn giúp đỡ em
trong suốt quá trình hoàn thành đề tài tốt nghiệp của mình.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng để hoàn thiện đề tài bằng tất cả sự nhiệt tình và
năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận
được những ý kiến đóng góp quý báu từ quý thầy cô và các bạn độc giả.
Đà Nẵng, ngày 25 tháng 5 năm 2015

Nguyễn Thị Thân
SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam
MỤC LỤC
SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam
DANH MỤC HÌNH
SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam
DANH MỤC BẢNG
SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam

SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam
MỞ ĐẦU
Trước nay chúng ta đã nghe nhiều về công dụng của quả đu đủ, chúng giúp
cho việc tiêu hóa dể dàng hơn, giúp da đẹp hơn… và còn là món sinh tố ngon miệng
nữa. Quả đu đủ không chỉ có giá trị khi nó đã chín mà còn có giá trị cao khi nó còn
xanh. Trong mủ quả đu đủ xanh chứa rất nhiều loại enzyme có giá trị kinh tế, quan
trọng nhất là papain. Papain được xếp vào loại enzyme protease, có tính chất gần
giống như pepsin và các loại enzyme protease khác. Hiện nay người ta ứng dụng
papain trong việc mở đĩa đệm trong phẫu thuật cột sống, sản xuất mỹ phẩm… Nước
ta là có khí hậu nhiệt đới thích hợp cho cây đu đủ phát triển, vậy thì tại sao chúng ta
lại không khai thác lợi thế này để thu lấy nguồn papain, có giá trị cao hơn nhiều so
với khi thu nhận quả đu đủ chín.
Cho đến nay, chế phẩm enzyme đã trở thành mặt hàng có tính thương mại
toàn cầu. Nhưng ở Việt Nam công nghệ enzyme chưa phát triển và chưa có loại
enzyme nào được sản xuất theo quy mô công nghiệp. Vì vậy, yêu cầu phát triển
nghành công nghiệp enzyme là hết sức cần thiết.
Vì vậy em chọn đề tài “Thiết kế phân xưởng sản xuất enzyme papain từ
nhựa đu đủ năng suất 48000 tấn nguyên liệu/năm”
SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam
CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ
1.1. Sự cần thiết của xây dựng nhà máy sản xuất enzyme papain
Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của Công nghệ sinh học, các chế
phẩm enzyme được sản xuất ngày càng nhiều và được sử dụng hầu hết trong các
lĩnh vực như: chế biến thực phẩm, nông nghiệp, chăn nuôi, y tế… Khoảng 75% chế
phẩm là enzyme thủy phân được sử dụng cho việc thủy phân cơ chất tự nhiên. Với
những lợi ích và giá trị mà enzyme papain đem lại , nó được ứng dụng rộng rãi và
thường được dùng trong lĩnh vực chế biến mỹ phẩm. Ngoài ra, papain rất cần cho
nhiều lĩnh vực công nghiệp: dược phẩm, hóa chất, kỹ nghệ tơ sợi dệt may, thuộc da,

thực phẩm Papain là một loại enzyme protease được thu nhận từ nhựa đu đủ, một
loại nguyên liệu có nhiều ở các nước nhiệt đới cũng như ở nước ta. Vì vậy, đầu tư
cho xây dựng một nhà máy sản xuất chế phẩm enzyme papain là cần thiết. Việc lựa
chọn vị trí xây dựng nhà máy sản xuất enzyme papain có ảnh hưởng rất lớn đến sự
tồn tại của nhà máy vì vậy khi xây dựng nhà máy sản xuất enzyme papain cần phải
đảm bảo những yêu cầu về:
 Vị trí đặt nhà máy
 Giao thông vận tải thuận lợi
 Việc cung cấp điện và nguyên liệu dễ dàng
 Nguồn cấp và thoát nước thuận lợi
 Nguồn nhân lực dồi dào
1.2. Địa điểm xây dựng
Nhà máy sẽ được xây dựng tại khu công nghiệp Hòa Cầm – Thành phố Đà
Nẵng. Việc chọn khu công nghiệp Hòa Cầm làm địa điểm xây dựng nhà máy mang
lại cho chúng ta rất nhiều thuận lợi. Bởi vì đây là khu Công nghiệp (KCN) có vị trí
thuận lợi nhất trong các KCN tại Đà Nẵng, cách trung tâm thành phố 8km về phía
Tây Nam. Với vị trí chiến lược: nằm trên trục hành lang kinh tế Đông Tây, giáp
Quốc lộ 14B và chỉ cách các công trình hạ tầng quan trọng của thành phố như cảng
Sông Hàn, cảng Liên Chiểu, sân bay Quốc tế Đà Nẵng, Ga Đà Nẵng từ 5 đến 8km.
SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam
Hơn nữa, Đà Nẵng là thành phố lớn thứ 3 cả nước sau thành phố Hồ Chí Minh
và Hà Nội với vị trí địa lý rất lý tưởng: phía Bắc giáp tỉnh Thừa Thiên Huế, phía
Nam và phía Tây là tỉnh Quảng Nam, còn Phía Đông là biển Đông rộng lớn. Đặc
biệt với dòng sông này nối liền với Vịnh, đã làm cho Đà Nẵng trở thành cảng biển
lớn nhất khu vực miền Trung. Đà Nẵng nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa
điển hình, nhiệt độ cao và ít biến động. Khí hậu Đà Nẵng là nơi chuyển tiếp đan xen
giữa khí hậu miền Bắc và miền Nam, với tính trội là khí hậu nhiệt đới điển hình ở
phía Nam. Mỗi năm có 2 mùa rõ rệt: mùa mưa kéo dài từ tháng 8 đến tháng 12 và
mùa khô từ tháng 1 đến tháng 7, thỉnh thoảng có những đợt rét mùa đông nhưng

không đậm và không kéo dài. Nhiệt độ trung bình hàng năm khoảng 25,9
0
C. Độ ẩm
không khí trung bình là 83,4%; hướng gió chủ yếu là Đông - Nam.
Với điều kiện tự nhiên, khí hậu như vậy việc xây dựng nhà máy sản xuất
enzyme papain là hoàn toàn có cơ sở (không ảnh hưởng đến cuộc sống dân cư tại
đây).
1.3. Nguồn cung cấp điện, hơi và nhiệt
Đà Nẵng là một thành phố lớn lại có khu công nghiệp nên các vấn đề về điện,
hơi, nhiên liệu được thành phố đầu tư đáng kể. Nhà máy sẽ sử dụng nguồn điện và
hơi có sẵn tại khu công nghiệp.
Nhà máy sử dụng nguồn điện lấy từ lưới điện quốc gia. Ngoài ra để đảm bảo
cho quá trình sản xuất được liên tục thì nhà máy còn trang bị máy phát điện dự
phòng.
Lượng hơi đốt cung cấp cho các phân xưởng lấy từ lò hơi riêng của nhà máy.
Nhiên liệu dùng cho lò hơi là dầu DO được mua từ trạm xăng dầu trong tỉnh.
1.4. Hệ thống cấp và thoát nước
Nguồn nước sử dụng cho sản xuất tại cơ sở là nguồn nước ngầm, được lấy từ
giếng khoan có độ sâu 90m với công suất 12m
3
/h. Nước giếng sau khi được bơm
lên tháp chứa sẽ được xử lý sắt và mangan bằng hệ thống xử lý với công suất
150m
3
/8h trước khi đưa vào sử dụng.
SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam
Lượng nước thải ra của cơ sở chủ yếu là từ hoạt động vệ sinh thường ngày của
công nhân, vệ sinh thiết bị và từ các quá trình sản xuất như ly tâm Nước thải được
chuyển vào hệ thống xử lý nước thải chung của nhà máy rồi sau đó chuyển ra nguồn

nước thải của thành phố.
1.5. Giao thông vận tải.
Đà Nẵng nằm trên quốc lộ 1A là đầu mối giao thông quan trọng của hai miền
Nam Bắc. Có cảng lớn có thể thông ra quốc tế. Ngoài ra còn có tuyến quốc lộ 14B
nối Đà Nẵng với Tây Nguyên và Lào, Thái Lan. Do đó thuận lợi cho việc vận
chuyển nguyên liệu và sản phẩm. Kênh vận chuyển đa dạng với đường sắt, đường
bộ, đường thuỷ, đường hàng không là điều kiện rất thuận lợi về giao thông.
1.6. Hợp tác hóa
Nhà máy đặt trong khu công nghiệp nên việc hợp tác hóa, liên hợp hóa được
tiến hành chặt chẽ, do đó việc sử dụng những công trình điện, nước, giao thông,
cũng như việc nhập nguyện liệu và tiêu thụ sản phẩm…
1.7. Nhân công và thị trường tiêu thụ.
Thị trường tiêu thụ được chọn là thị trường cho cả nước và cả thị trường quốc
tế.
Nhà máy tuyển lao động ở tại Đà Nẵng và các địa phương lân cận. Mặt khác
với mức độ đô thị hoá của thành phố hiện nay, lượng lao động vãn lai rất dồi dào.
Từ đó có thể thuê nhân công với giá rẻ.
Kết luận: Tất cả các điều kiện trên là cở sở thuận lợi, có tính khả thi để xây
dựng nhà máy sản xuất enzyme papain tại khu công nghiệp Hoà Cầm của thành phố
Đà Nẵng.

SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan về cây đu đủ
2.1.1. Giới thiệu về cây đu đủ
Tên khoa học: Carica papaya L., thuộc họ đu đủ - Caricac.
Hình 2.1: Các loại hoa và trái của cây đu đủ
Cây đu đủ còn được gọi thù đủ ở Huế, phiên mộc, cà lào, phiên qua, phan qua
thụ, lô hong phlê (Campuchia), mắc hung (Lào), má hống (Thái). Đu đủ thường là

cây đồng chu, nhưng đu đủ có thể xếp thành 3 loại trên phương diện giới tính: cây
đực, cây lưỡng tính và cây cái. Vài cây đu đủ cũng có thể trổ cả ba loại hoa nói trên.
Ngoài ra cũng có cây ra hoa không hẳn hoàn toàn đực, cái hay lưỡng tính mà lại pha
lẫn nhiều ít đặc tính của ba loại hoa. Khuynh hướng thay đổi giới tính phần lớn do
thời tiết gây ra tỉ như khô hạn và thay đổi nhiệt độ. [4.5.15]
SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam
2.1.2. Phân bố sinh thái của cây đu đủ
Chi Carica L. có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới châu Mỹ. Ở vùng núi cao (1500 -
3000m), từ Panama đến Bolivia, cây đu đủ trồng hiện nay rất có thể là giống lai tự
nhiên của loài C. peltata Hook & Ann. Vào khoảng thế kỷ 16, người Tây Ban Nha
đã đưa đu đủ vào trồng ở vùng Caribê và một số nước Đông Nam Á. Từ các địa
điểm này, cây tiếp tục được trồng rộng rãi ở Ấn Độ, Srilanca, châu Đại Dương và
châu Phi. [4, Tr 372]
2.1.3. Hoạt tính sinh học và công dụng của một số chất có trong cây đu
đủ [20]
- Nhựa đu đủ có thể gây viêm da.
- Ở Trung Mỹ, trong dân gian, người ta sử dụng đu đủ để điều trị bệnh lỵ amip
(Entamoeba histolytica)-một loại ký sinh trùng gây tiêu chảy dạng lỵ và biến chứng
áp-xe gan.
- Ở Samoa, người dân dùng phần dưới vỏ thân cây đu đủ để chữa chứng nhức
răng.
- Nhựa đu đủ có chứa papain, là một trong hai loại men tiêu hủy protein
(proteolytic enzyme) có tác dụng làm mềm thịt bắp. Chính do tác dụng này, khi
dùng đu đủ hầm cùng với thịt, thịt sẽ mềm hơn. Người dân vùng Ca-ri-bê, Trung
Mỹ cho biết họ có thể dùng khẩu phần với số lượng lớn thịt cá nhưng vẫn không hề
gì nếu ăn đu đủ xanh sau đó.
- Phần cơm đu đủ là thành phần chính của các loại mỹ phẩm như kem nền
(mặt), kem đánh răng, xà bông gội đầu.
- Các ứng dụng quan trọng trong y học của nhựa đu đủ là chiết xuất papain để

dùng trong phẫu thuật cột sống (là một loại "dao phẫu thuật tự nhiên" để mở đĩa
đệm). Nghiên cứu cho thấy chiết xuất papain có hoạt tính kháng sinh (antibiotic
activity) với tác dụng chống vi khuẩn gram dương (gram-positive bacteria). Nó còn
được dùng để điều trị lở loét, làm tiêu giả mạc trong bệnh bạch hầu, chống kết dính
sau phẫu thuật, làm thuốc giúp tiêu hóa. Trong công nghiệp, papain được dùng để
tinh chế bia; xử lý len và lụa trước khi nhuộm; là phụ gia trong công nghệ chế biến
SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam
cao su; khi tinh chế dầu gan cá ngừ, người ta tiêm papain vào gan trước khi chiết
xuất, làm cho thành phẩm giàu Vitamin A và D hơn. Khoảng 1,500 quả đu đủ xanh
cỡ vừa cho được khoảng 650g papain.
2.2. Tổng quan về enzyme papain
2.2.1. Cysteine protease
Cysteine protease (EC.3.4.22) là nhóm các protein có trọng lượng phân tử
trong khoảng 21-30 kDa, các protein này có khả năng xúc tác để thủy phân các loại
liên kết: peptide, amide, ester thiol, đây cũng là những enzyme có nhóm –SH trong
tâm hoạt động.
Người ta đã tìm thấy hơn 20 họ cysteine protease (Barrett, 1994), nhiều
enzyme trong số này như: papain, bromelain, ficain, animal cathepsins được ứng
dụng rộng rãi trong công nghiệp.
Có hai loại cysteine protease là exopeptidase (cathepsin X, carboxypeptidase
B) và endopeptidase (bromelain, ficain, cathepsin ). Exopeptidase thủy phân liên
kết peptide ở đầu N hoặc đầu C tự do trong khi đó endopeptidase cắt đứt các liên
kết peptide ở giữa chuỗi polypeptide.
2.2.2. Papain
2.2.2.1. Nguồn gốc
Papain (EC 3.4.22.3) là cysteine protease được biết đến nhiều nhất và được
phân lập lần đầu tiên vào năm 1879 từ nhựa trái đu đủ (Carica papaya). Đây cũng là
enzyme đầu tiên được xác định cấu trúc tinh thể (Drenth et al., 1968; Kamphuis et
al., 1894). Trong nhựa đu đủ ngoài enzyme papain còn có các loại protease khác

như chymopapain, caricain, glycyl endopeptidase và một số enzyme khác (Baines
and Brock-lehurst, 1979). Nhựa đu đủ có hàm lượng và hoạt tính papain cao nhất
tập trung ở vùng có nắng nóng và độ ẩm ổn định quanh năm. [2, Tr 9 – 28]
2.2.2.2. Tính chất của papain
a. Tính chất vật lý
SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam
Bảng 2.1: Tính chất vật lý của papain
Tính chất vật lý Giá trị
Điểm đẳng điện pI = 8,75
Hằng số sa lắng S20 2,42±0,04
Hằng số phân tán D20 (10
-7
giây.cm
2
) 10,27±0,13
Phân tử lượng 20.700
Độ triền quang [α] D -66,7
0
Độ xoắn 17%
Vòng hiệu ứng cotton (nm) 290
Thể tích riêng phần V (mL/g) 0,724
Trị số ma sát f/f
0
1,16
Bột màu vàng hay màu nâu nhạt, tùy thuộc phương pháp sấy, không tan trong hầu
hết các chất hữu cơ nhưng tan một phần trong H
2
O hay glycerin, bền nhiệt.
b. Tính chất hóa học [5.10]

 Cấu tạo hóa học
Papain là một endoprotease có chứa 16% N và 1,2% S. Papain là một trong
protease thiol, theo nghiên cứu của R.L Hill và E.L Smith, papain là một chuỗi
polypeptide gồm 185 amino acid, trọng lượng phân tử là 20.900 Dalton. [5, Tr 186]
Bảng 2.2: Thành phần hóa học của papain
Amino acid Số lượng Amino acid Số lượng
Alanine 13 Lyenine 9
Arginine 10 Proline 4
Aspartic acid 17 Serine 9
Haft – Cysteine 6 Threonie 11
Glutamid acid 17 Tryptophan 7
Clycine 23 Tyrosine 5
Histidine 2 Valine 17
Isoleucine 10 Methionine 15
Leucine 10 0
Tổng cộng: 185
Theo kết quả phân tích bằng tia X, phân tử papain được cấu tạo bởi 212 acid
amin trong đó không có chứa methionine. Phân tử lượng khoảng 23,350 Da, phân tử
là một mạch polypeptide với đầu N là isoleucine, đầu C là asparagine, có 6 gốc
SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 13
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam
cysteine tạo thành 3 cầu disulfur ở các vị trí 22-63, 56-95, 153-200 không có chức
năng sinh học, chỉ làm tăng tính bền vững của cấu trúc và một nhóm –SH tự do ở vị
trí 25.
Thành phần chính của papain chưa hoạt hóa là hỗn hợp protein
disulfurcysteine, khi hoạt hóa papain bằng KCN sẽ giải phóng ra nhóm thiol của
enzym và β – thiol cyanatalanine do sự tương tác giữa cyanua và cysteine, sau đó, β
– thiol cyanatalaine khép vòng tạo thành α – iminotiazolidin. Khi có oxy không khí,
cơ chế trên xảy ra theo chiều ngược lại, tức là cysteine kết hợp với nhóm
sulfurhydride của papain hoạt hóa tạo thành sản phẩm không hoạt hóa. Quá trình

hoạt hóa papain không làm thay đổi cấu trúc không gian của nó.
 Cấu trúc không gian
Phân tử papain có dạng hình cầu với kích thước 36x48x36 A
0
và mạch chính
bị gấp thành hai phần riêng biệt bởi một khe. Trung tâm hoạt động nằm tại bề mặt
của khe này, nhóm –SH hoạt động của cysteine 25 nằm bên trái khe và nhóm
histidine 159 nằm bên phải khe. Phần xoắn chiếm 20% toàn bộ các amino acid có
trong phân tử.
Hình 2.2: Cấu trúc không gian của enzym papain
SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam
Hoạt tính của papain dựa trên hai trung tâm hoạt động là Cys25 và His159.
Khoảng pH hoạt động của papain khá rộng (3,5÷8,0) tùy thuộc vào cơ chất. Khi cơ
chất là casein thì hoạt tính tối ưu của papain trong vùng pH từ 5,7 đến 7,0 và nhiệt
độ thích hợp là 50÷57
0
C.
 Cấu trúc tâm hoạt động của papain
Tâm hoạt động của papain gồm có nhóm –SH của cysteine 25 và nitrogen bậc
3 của histidine 159. Bên cạnh đó nhóm imidazole của His 159 cũng liên kết với Asp
175 bởi liên kết hydrogen.
Vùng tâm hoạt động của papain chứa mạch polypeptide với các amino acid là:
Lys-Asp-Glu-Gly-Ser-Cys-Gly-Ser-Cys.
Theo các nghiên cứu của Lowe, chuỗi polypeptide trong trung tâm hoạt động
của papain gần giống như của ficin hay trypsin, mặc dù chúng có nguồn gốc khác
nhau.
Ficin: Arg-Glu-Glu-Gly-Glu-Cys-Gly-Ser-Cys.
Trypsin: Lys-Asp-Ser-Cys-Glu-Gly-Gly-Asp-Ser.
Hình 2.3: Cấu trúc tâm hoạt động của papain

• Hoạt tính enzym và cơ chất tác dụng
SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 15
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam
Papain thủy phân protein thành các polypeptide và các polypeptide và các
amino acid, đóng vai trò vừa như endopeptidase vừa như exopeptidase.
Các endopeptidase thủy phân protein chủ yếu thành các peptid:
(-NH-CH(R)-CO-NH-CH(R)-CO-)
n’
+ HOH (-NH-CH(R)-COOH)
i
+ (H
2
N-CH(R)-CO-)
k’
i+k = n.
Các exopeptidase thủy phân các peptide thành các amino acid:
(H
2
N -CH(R )-CO-NH-CH(R )-CO-)
n
+ HOH (H
2
N-CH(R)-
COOH)
n’
+ (H
2
N -CH(R)-CO-)
k’
n’+k’=n.

So với các protease có nguồn gốc động vật và vi sinh vật khác thì papain có
khả năng thủy phân sâu hơn, vì vậy nó được dùng để thủy phân tiếp các liên kết
peptide còn lại sau khi đã thủy phân bằng trypsin hay chymotrypsin.
Tính đặc hiệu cơ chất của papain rất rộng, papain có khả năng phân hủy hầu
hết các liên kết peptide trừ các liên kết với proline và các glutamic acid có nhóm
carboxy tự do.
Khả năng thủy phân cơ chất của papain còn tùy thuộc vào trạng thái của cơ
chất, tức là cơ chất có biến tính hay không, nếu cơ chất bị biến tính thì papain có
khả năng thủy phân sâu hơn, giống các protease serine khác như chymotrypsin hay
trypsin, papain có khả năng xúc tác phản ứng thủy phân các dẫn xuất acyl. Phản
ứng được tiến hành như sau:
Phản ứng thủy phân này đã được chứng minh theo nhiều cách khác nhau
bởi Lowe và Williams 1965, Kirsh và Igelstrom 1966, Brubacher và Bender 1966.
Tính ái nhân của phân tử sulful và nhóm SH mạnh hơn oxygen và được tăng
lên nhiều nhờ hệ thống histidine-asparagine mặc dù ảnh hưởng của nó không
SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 16
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam
rộng như hệ thống histidine-asparagine trong cơ chế enzyme chymotrypsin. Nhờ
đó mà nó thúc đẩy phản ứng thủy phân xảy ra dễ dàng hơn cho cacbon của cơ
chất có khuynh hướng phản ứng với những nguyên tử có tính ái nhân.
Papain có thể nhận biết một chuỗi gồm 7 amino aicd trên cơ chất peptide của
mình và sẽ ưu tiên cắt liên kết peptide trên một chuỗi có phenylamine như sau: nếu
peptide có dạng X-Phe-Y-Z (X, Y, Z là các gốc amino acid) thì papain sẽ cắt tại vị
trí giữa Y và Z, nhưng nếu peptide có dạng X-Phe-Y (có Phe nằm ở vị trí thứ 2
trước đầu tận cùng) thì không được thủy phân bởi papain.
Ngoài ra papain còn có hoạt tính esterase, thiolesterase và transferase.
• Hoạt hóa papain
Papain chỉ thể hiện hoạt tính xúc tác của mình khi nhóm –SH ở dạng tự do. Vì
vậy ta sử dụng chất hoạt hóa để đưa papain từ trạng thái không hoạt động sang trạng
thái hoạt động. Do trung tâm hoạt động của papain có tính khử nên các chất hoạt

hóa là các chất có tính khử như cysteine, glytation aicd, hdrocyanic… trong đó
cysteine là chất hay dùng nhất. Khi có mặt các chất này thì nhóm –SH của papain
được phục hồi và làm tăng hoạt tính papain. Để thu được hoạt tính cao nhất thì thích
hợp là dùng hỗn hợp cysteine và EDTA, trong đó cysteine đóng vai trò là chất hoạt
hóa papain, còn EDTA đóng vai trò chất liên kết tạo phức với ion kim loại nặng có
trong nhựa đu đủ.
• Bất hoạt
Papain bị kìm hãm ( ức chế bất thuận nghịch) bởi các chất oxy hóa như: O
2
,
O
3
, H
2
O
2
, iodur acetate và các hợp chất disufur khác. Các chất này phản ứng với
nhóm –SH ở trung tâm hoạt động của papain làm phá vỡ cấu trúc tâm hoạt động
của nó.
Papain bị bất hoạt thuận nghịch bởi không khí, cysteine ở nồng độ thấp. Các
ion kim loại nặng như Cd
+
, Cu
2+
, Zn
2+
, Hg
2+
, Pb
2+

, Fe
2+
và các tác nhân gây ức chế
papain.
Papain tác dụng với chloromethyl cetone của Phe và Lys thì mất hoàn toàn
hoạt tính. Tuy nhiên papain lại rất bền với các tác nhân biến tính là dung môi hữu
SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 17
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam
cơ (độ quay cực của papain hầu như không biến đổi trong ethanol 70% hay urea 6-8
(M/l).
 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của papain [12.13]
Nhiệt độ:
Papain là enzym chịu được nhiệt độ tương đối cao. Ở dạng nhựa khô papain
không bị biến tính trong 3 giờ ở 100
0
C. Còn ở dạng dung dịch papain bị mất hoạt
tính sau 30 phút ở 82,5
0
C và nếu nhiệt độ tăng cao hơn (>100
0
C) thì nó sẽ bị mất
hoàn toàn hoạt tính kể cả khi thêm lượng lớn chất hoạt hóa vào dung dịch.
Điều đáng lưu ý là sau khi đã được tinh sạch và ở trạng thái tinh thể thì papain
có độ bền nhiệt thấp hơn papain ở trong nhựa, do trong nhựa còn chứa các protein
khác có tác dụng bảo vệ papain.
Papain trong dung dịch NaCl giữ ở 4
0
C bền trong nhiều tháng. Trong dung
dịch dẫn xuất thủy ngân, papain cũng không mất hoạt tính trong nhiều tháng. Trong
khi đó hầu hết các enzyme mất hoạt tính mỗi ngày 1-2% do sự phân hủy hoặc oxy.

Khi thủy phân các protein khác nhau, thì tùy thuộc vào cơ chất mà nhiệt độ
thích hợp cho papain cũng khác nhau chẳng hạn đối với cơ chất là casein thì nhiệt
độ tối ưu cho phản ứng là 37
0
C. Papain dạng ổn định ở trạng thái khô có thể chịu
nhiệt độ sấy ở 115
0
C trong thời gian 2 giờ mà hoạt tính vẫn duy trì được 90%.
pH:
Papain hoạt động trong khoảng pH tương đối rộng từ 4,5÷8,5 nhưng lại dễ
biến tính trong môi trường acid có pH < 4.5 hoặc trong môi trường kiềm mạnh có
pH > 12.
Khi phản ứng với cơ chất thì tùy thuộc vào bản chất của cơ chất mà pH tối ưu
sẽ khác nhau. Chẳng hạn, papain phản ứng với casein ở pH tối ưu là 7-7.5.
Papain dạng ổn định tức là dạng mà cấu trúc không gian của enzyme được ổn
định, có thể chịu được các pH = 1.5 và pH = 8.5 trong 90 phút.
Dung môi:
Papain không thay đổi độ quay quang học trong dung môi là methanol 70% và
không thay đổi độ nhớt trong dung môi methanol 50%. Trong dung dịch
SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 18
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam
dimethylsulfoxide chứa 20% dung môi hữu cơ và urea 8M không làm giảm hoạt
tính cũng như thay đổi cấu hình của papain. Các chất gây biến tính mạnh như TCA
10%, guanidine hydrochloride 6M làm biến đổi bất thuận nghịch về độ quay quang
học và hoạt tính của papain.
2.2.2.3. Một số phương pháp thu nhận papain bán tinh khiết
Vấn đề tinh sạch papain đã được nghiên cứu rộng rãi từ trước tới nay, chủ yếu
dùng dung môi hữu cơ để tinh sạch papain.
Nhựa đu đủ đủ tuổi, sau khi lấy về được chiết rửa 2-3 lần bằng cồn 90
0

, lọc lấy
cặn và làm bay hơi cồn. Cặn được hòa tan trong nước cất, sau đó lại dùng cồn để
kết tủa lại, sấy ở nhiệt độ 37- 40
0
C và thu được papain.
Ngâm papain trong thể tích nước cất nhất định trong vài giờ hoặc hòa tan nhựa
tươi trong nước cất, có thể bổ sung một ít glycerine cho tạo thành dịch nhũ hòa tan
đều, lọc lấy dịch qua vài lớp vải màn. Dùng aceton lạnh với tỉ lệ 2:1 so với thể tích
dịch lọc, sau đó ly tâm lạnh và thu lấy kết tủa. Sấy kết tủa ở nhiệt độ 45
0
C, có thể
sấy chân không hoặc phơi, sau đó nghiền thành bột.
Tinh chế papain bằng phương pháp kết tủa phân đoạn sử dụng (NH
4
)
2
SO
4
và
NaCl.
Để nâng cao mức độ tinh sạch đối với papain, người ta sử dụng phương pháp
sắc ký cột với CMC.
2.2.2.4. Ứng dụng của enzym papain
a. Trong y học
- Chữa bệnh giun kim, gium đũa.
- Dùng tiêu diệt các dị vật thừa, các protein chết trong cơ thể. Hỗn hợp
papain-bromelin-celluloza được sử dụng hiệu quả để phá sỏi thận.
- Làm thành phần chính của các loại thuốc trị bệnh biếng ăn, ăn không tiêu.
- Làm một sổ vi trùng gram (+) và gram (-) ngưng phát triển, vi trùng thương
hàn, Staphylococus rất nhạy cảm với papain.

- Papain có tác dụng giảm độc tố với toxin và toxabumin.
- Dung dịch papain cysteine salicilate có công dụng chữa bỏng.
SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 19
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam
- Papain có tác dụng lên hệ mạch dùng trị bệnh bạch cầu, viêm họng…
b. Trong công nghiệp thực phẩm
- Protease, trong đó có papain được sử dụng rất rộng rãi trong chế biến thịt, cá
và đã mang lại hiệu quả kinh tế cao. Với phương pháp này, người ta có thể biến đổi
những loại thịt cá rẻ tiền, khô cứng, những phần không ngon thành các chế phẩm có
tính chất tốt hơn.
- Papain còn được dùng để thủy phân protein và ngăn ngừa vi khuẩn gây thối,
do nhiệt độ tối ưu của nó là 80
0
C.
- Papain được dùng để làm mềm thịt, dùng để thủy phân gan cá ngừ làm
thuốc bổ. Papain còn được dùng trong sản xuất bia vì nó giúp tiêu hóa các protein
còn hòa tan trong bia.
c. Trong các ngành công nghiệp khác
- Papain được dùng làm mềm da trong ngành công nghiệp thuộc da, dùng tẩy
các vết máu trên quần áo.
- Trong công nghiệp mỹ phẩm, papain được dùng để tẩy các vết nám, tàn
nhang trên da làm cho da mềm mại hơn.
SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 20
Tạo phức
EDTA 0,001M
Điều chỉnh pH
(pH = 9)
NaOH 0,1M
Ly tâm 2
(2500 v/p; T=1h)

Dịch lỏng chứa Chymopapain
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam
CHƯƠNG 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
3.1. Dây chuyền công nghệ
SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 21
Nguyên liệu
Định lượng
Cặn
Ly tâm 1
Tủa enzyme bằng
(NH
4
)
2
SO
4
(T = 1÷2 h, t=4
0
C)
(NH
4
)
2
SO
4
45% độ bão hòa
Tủa enzyme bằng NaCl (T = 1÷2h)
NaCl rắn
Hòa tan tủa
Cysteine 0,02 M

Ly tâm 3
Dịch lỏng
Hòa tan tủa
(pH=6,5)
Cysteine 0,002 M
Cân và đóng gói
Sấy chân không
(t=400C)
Bao bì
Papain thành phẩm
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam
3.2. Thuyết minh dây chuyền công nghệ
Nguyên liệu để sản xuất là nhựa đu đủ thu mua từ các vườn đu đủ hay là các
nơi tiêu thụ, các cơ sở được thu mua và vận chuyển về nhà máy để sử dụng cho
mục đích sản xuất enzyme papain. Nhựa sau khi lấy phải được đậy nắp kín, giữ
trong tối và bảo quản lạnh trong thời gian chờ các công đoạn xử lý tiếp theo. Trong
SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 22
Kết tinh
(t=4
0
C, T=10÷12h)
Dịch lỏng
Ly tâm lạnh
(2500 v/p;
T=4÷5h)
Nghiền
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam
quá trình thu mua nguyên liệu không cho nhựa tiếp xúc lâu với không khí, đảm bảo
hoạt tính papain có trong nhựa.
Chú ý không nên trộn nhựa tươi với nhựa khô vì sẽ làm giảm chất lượng của

nhựa.
3.2.1. Cân định lượng
Mục đích: Xác định đúng lượng nhựa đu đủ cần dùng.
Cách tiến hành: Nhựa đu đủ sẽ đựơc chuyển đến thùng cân để xác định khối
lượng khi đưa vào sản xuất.
3.2.2. Tạo phức
Mục đích: trong thành phần nhựa đu đủ ngoài papain, chymopapain còn có
một số enzyme, protein, chất nhựa, chất cao su, chất béo và các tạp chất khác… và
đặc biệt trong nhựa đu đủ còn có mặt của các kim loại nặng, chúng có thể làm bất
hoạt hay ức chế enzyme papain. Do đó, cần phải sử dụng EDTA để tạo phức với các
kim loại nặng. Khi đó các ion kim loại này sẽ bị cô lập không còn tác dụng ức chế
hay bất hoạt enzyme papain.
Cách tiến hành: Sau khi cân định lượng lượng tiến hành bổ sung EDTA khan
vào dịch nhựa đu đủ tươi để thu được dịch có nồng độ EDTA đạt 0,001M.
3.2.3. Điều chỉnh pH
Mục đích: Điều chỉnh về pH=9 nhằm tạo điều kiện để loại bỏ các kim loại
nặng cũng như các tạp chất có trong nhựa đu đủ không tan ở điều kiện này.
Tiến hành: Thêm từ từ và khuấy đều một lượng dung dịch NaOH 0,1M để
điều chỉnh dịch chứa enzyme thu được sau khi hòa tan nhựa đu đủ ở trên lên pH=9.
3.2.4. Ly tâm lần 1
Mục đích: Sau khi điều chỉnh pH =9 thì trong khối nguyên liệu sẽ có các
thành phần không tan ở điều kiện này. Do đó, ta tiến hành ly tâm để loại bỏ các
thành phần đó và thu được dịch chiết chứa enzyme ít tạp chất hơn.
Tiến hành: Sử dụng bơm để bơm dịch huyền phù thu được sau khi điều chỉnh
pH vào thiết bị ly tâm và tiến hành ly tâm với tốc độ 6000 vong/phút trong 1 giờ.
Sau quá trình ly tâm lần 1, phần dịch thu được có chứa enzyme papain,
SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 23
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam
chymopapain, peptidase A, peptidase B sẽ tiếp tục vào các công đoạn sản xuất tiếp
theo, phần cặn cần loại bỏ gồm phức EDTA – kim loại nặng, và các tạp chất khác

có trong nhựa, NaOH.
3.2.5. Kết tủa enzyme bằng (NH
4
)
2
SO
4
Mục đích: Muối nồng độ cao có tác dụng với phân tử nước bao quanh protein
enzyme và làm chuyển hóa điện tích, làm thay đổi tính hòa tan của các enzyme. Sử
dụng muối (NH
4
)
2
SO
4
nhằm phân dịch chiết enzyme ra làm hai phần: phần kết tủa
chứa papain và peptidase A, B và phần dịch chứa chymopapain, thuận lợi cho quá
trình ly tâm.
Tiến hành: Cho amoni sulfate vào dịch enzyme cho đến 45% độ bão hòa,
trong thời gian 1÷2 giờ sau đó tiến hành công đoạn tiếp theo. Theo Green và
Hughes, 1955, Brewer và cộng sự (1977) lượng muối rắn thêm vào 100 ml dung
dịch chứa protein đã có độ bão ban đầu là 0% để thu được dung dịch cuối có độ bão
hòa 45% là 277g. Nhiệt độ tiến hành kết tủa ở 4
0
C, để tránh khả năng làm mất hoạt
tính enzyme, người ta thường phải làm lạnh dung dịch enzyme trước khi trộn với
muối.
3.2.6. Ly tâm lần 2
Mục đích: Loại bỏ phần dịch có chứa enzyme chymopapain, thu được tủa có
chứa enzyme papain, peptidase A và peptidase B.

Cách tiến hành: Sau khi phân đoạn bằng (NH
4
)
2
SO
4
ta tiến hành ly tâm với
tốc độ 6000 vòng/phút trong vòng 1 giờ để thu phần tủa. Sau quá trình ly tâm lần 2,
ta thu được tủa có chứa enzyme papain, peptidase A, peptidase B, phần dịch loại bỏ
có chứa enzyme chymopapain, muối amoni sulfate, và một phần enzyme papain.
Dịch bỏ sau ly tâm sẽ được đưa vào hệ thống xử lý nước thải của nhà máy hoặc ta
có thể thu lại và bán cho nhà máy sản xuất enzyme chymopapain vì hàm lượng
chymopapain trong dịch bỏ lớn.
SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 24
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Đoàn Thị Hoài Nam
3.2.7. Hòa tan tủa
Mục đích: Nhằm hòa tan tủa của enzyme papain, peptidase A và peptidase B
và đồng thời điều chỉnh pH đến 7÷7,5 nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho công đoạn
phân đoạn tiếp theo.
Cách tiến hành: Tủa thu được sau quá trình ly tâm 2 sẽ được hòa tan bằng
dung dịch Cystein 0,02M (hòa tan Cystein trong NaOH 1 M để đưa pH dịch chiết
lên 7÷7,5).
3.2.8. Kết tủa enzyme bằng NaCl
Mục đích: Dựa vào cơ sở khi nồng độ muối thấp tính hòa tan tăng, nồng độ
muối cao tính tan giảm do phân tử protein được bền vững nhờ lớp vỏ nước (vỏ
hydrat), nếu nồng độ muối cao chúng sẽ cạnh tranh lấy đi lớp vỏ nước của protein,
các phân tử protein sẽ mất đi lớp vỏ hydrat liên hợp lại tạo kết tủa. Sử dụng muối
NaCl rắn để tủa enzyme papain nhằm tách dịch chiết enzyme thành hai phần: phần
rắn là tủa enzyme papain, phần dịch chứa các thành phần còn lại.
Cách tiến hành: Sau khi hòa tan tủa xong ta tiến hành thêm từ từ NaCl rắn

vào trong dịch chứa enzyme theo tỉ lệ khối lượng 1:10 (tức 10g dịch chứa enzyme
thì cần 1g NaCl rắn) và đồng thời khuấy đều.
3.2.9. Ly tâm lần 3
Mục đích: Loại bỏ phần dịch có chứa peptidase A, B ra khỏi tủa có chứa
enzyme papain.
Cách tiến hành: Sau khi phân đoạn bằng NaCl ta tiến hành ly tâm với tốc độ
6000 vòng/phút trong vòng 1 giờ. Kết thúc quá trình ly tâm ta thu tủa của enzyme
papain, loại bỏ dịch chứa peptidase A, peptidase B, Cystein, muối NaCl.
3.2.10. Hòa tan tủa
Mục đích: Nhằm hòa tan papain và hoạt hóa enzyme papain đồng thời điều
chỉnh pH của dịch enzyme về 6.5, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình kết tinh.
Cách tiến hành: Tủa thu được sau ly tâm hòa tan bằng dung dịch Cystein
0,002M.
SVTH: Nguyễn Thị Thân Trang 25