Công nghệ sản xuất VÀ ỨNG DỤNG ENZYME TRANSGLUTAMINASE TRONG công nghệ thực phẩm

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
BÀI TIỂU LUẬN
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC
TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
ĐỀ TÀI: CNSX VÀ ỨNG DỤNG ENZYME
TRANSGLUTAMINASE TRONG CNTP
GVGD: NGUYỄN THỊ THU SANG
TKB: thứ 5_tiết 7,8_nhóm 20
STT Họ & tên MSSV
1 Huỳnh Kiểm 2005120306
2 Trần Mai Phương Thảo 2005120346
3 Phan Công Thức 2005120311
4 Nguyễn Văn Tường Lâm 2005120254
MỤC LỤC
TP. HỒ CHÍ MINH, 2015
I/ Tổng quan
1. Khái niệm
Transglutaminase (R-glutaminyl-peptide: amin g-glutamyltransferase, EC 2.3.2.13)
là một enzyme xúc tác cho phản ứng chuyển acyl giữa các nhóm acyl γ-cacboxamit của
glutamine và nhóm ε-amino của lysine. Kết quả là hình thành liên kết isopeptide.
Hình 1. Phản ứng tạo liên kết ngang
Tuy nhiên TG-ases cũng có thể xúc tác cho nhiều phản ứng khác, ví dụ deamidation
của một nhóm γ-amide, các nitrosylation và denitrosylation của nhóm -SH của Cys, sự
phân giải protein để hình thành các isopeptide hoặc phản ứng tạo phức protein Gh (GDP
2
«GTP) sẽ kích hoạt một số enzyme protein kinase và tham gia vào việc chuyển tín hiệu
qua màng.
Transglutaminase hoạt động trong một phạm vi pH rộng (pH 5-8), bền vững đến
khoảng nhiệt độ 40°C. Trên 75°C enzyme mất hoạt tính trong vòng một vài phút nếu sử

dụng ở liều thông thường. . Enzyme này bị ức chế mạnh bởi PCMB, Pb
2+
, Zn
2+
và Cu
2+
nhưng không bị ảnh hưởng bởi EDTA và Ca
2+.
Điều này cho thấy TG-ase tinh khiết là caxi
độc lập và trung tâm hoạt động của nó có chứa Cys.
2. Phân loại cấu trúc và tính chất của Transglutaminase.
Enzyme transglutaminase có thể tồn tại ở nhiều hình thức, thể hiện ít nhất bởi 9 loại
gen, phân biệt bằng khả năng hòa tan, nội địa hóa, cấu trúc bậc bốn và chức năng
Có thể phân loại TG-ase như sau:
• TG-ase 1 (khối lượng phân tử khoảng 106 kDa) chủ yếu ở màng biểu mô.
• TG-ase 2 (MW 80 kDa) ở dạng hòa tan, cytosolic và đã được tìm hiểu rộng nhất.
• TG-ase 3 (77 kDa), cũng dạng hòa tan và chủ yếu ở lớp biểu mô.
• TG-ase 4 (80 kDa) và hoạt động của nó xảy ra rõ ràng hơn trong tế bào.
• TG-ase X (80 kDa) cùng với các yếu tố XIIIa làm đông máu.
3. Cơ chế tác dụng của enzyme transglutaminase 2 (TG-ase 2).
TG-ase 2 xúc tác tạo liên kết ngang, tức là hình thành liên kết isopeptide giữa các
peptide ràng buộc để cố định amide Gln dư lượng và các nhóm amin cơ bản của Lys
(peptide dạng liên kết hay tự do) hoặc các nhóm amin khác. Do đó các protein có thể được
sửa đổi bởi: cầu nối các polyamine, deamidation hay thủy phân của các liên kết isopeptide
Hơn nữa , khi tồn tại trên bề mặt bên ngoài thành tế bào, E cũng có thể tham gia vào
việc chuyển tín hiệu qua màng, vì nó cũng có các chức năng như protein G; sau đó là liên
kết với phức hệ GDP / GTP. Các cơ chế của các quá trình xúc tác bởi TG-ase 2 được diễn
tả như sau:
3
Các hoạt động quan trọng

nhất của TG-ase 2 đã được thể
hiện trong hình sau đây: trong
cytosole (C), trong nhân(N),
trong không gian ngoại bào (E),
và trong màng tế bào (M).
Ở nồng độ Ca
2+
thích hợp,
TG-ase xúc tác cho các phản ứng:
(1) chuyển acyl giữa các nhóm
amide xác định Gin (peptide liên
kết) và các nhóm amin cơ bản
của Lys (peptide liên kết hay tự
do), cũng như polyamine
(putrescine, cadaverine,
histamine,cũng như một số amin
cơ bản khác);
(2) tham gia qua Lys ràng buộc
NH để hình thành liên kết
isopeptide; (3) thủy phân Gln
(nhóm amide loại bỏ NH
3
, Gln
Glu);
(4) khi vắng mặt ion Ca
2+
, TGase
có thể liên kết hệ protein Gh-
GDP / GTP; (5) kết quả của thay
đổi và chuyển giao bên ngoài bề

mặt màng TG-ase giúp làm tăng
kích thích các tín hiệu;
(6) TG-ase được tạo thành giữa
các tế bào có khả năng tham gia
các integrin protein và
Fibronectin sau khi Ca
2+
tăng làm
xúc tác cho quá trình tham gia và
hình thành tế bào mô. Sự thay đổi
của protein là kết quả của sự xúc
tác và tương tác của TG-ase với
các thụ thể kích hoạt và tạo phức
với các thành phần tích hợp.
4
4. Nguồn gốc
Enzyme transglutaminase có nguồn gốc từ động vật, thực vật và vi sinh vật.
TG-ase được sản xuất chủ yếu từ vi sinh vật như Streptoverticillium ladakanum;
S.mobaraense… trong môi trường rỉ đường có bổ sung glycerol.
Ở động vật TG-ase được tìm thấy trong tất cả các tế bào sống và tham gia vào nhiều
quá trình sinh lý, do đó chúng có thể có mặt trong phần chất hòa tan (tế bào chất), cũng
như không hòa tan (màng tế bào hoặc mô). Chúng cũng được tìm thấy trong các mô thần
kinh (cả tế bào trung tâm và ngoại vi) và một số plastid (ví dụ như trong lục lạp hay màng
hồng cầu).
Ở thực vật, TG-ase được tìm thấy trong lục lạp, trong lá trưởng thành chủ yếu là TG-
ase 77 kDa.
Trong các loại TG-ase nêu trên thì chỉ có TG-ase có nguồn gốc từ vi sinh vật được
ứng dụng trong sản xuất thực phẩm.
II/Quy trình sản xuất enzyme transglutaminase.
1. Sơ đồ quy trình công nghệ

5
2. Thuyết minh quy trình.
a) Chuẩn bị môi trường.
Rỉ đường được dùng làm cơ chất cho quá trình lên men. Trước khi sử dụng, rỉ đường
được loại bỏ các chất keo, chất lơ lửng và một số tạp chất khác để quá trình nuôi cấy diễn
ra tốt hơn và quá trình thu nhận enzyme diễn ra dễ dàng hơn.
Môi trường nuôi cấy được chuẩn bị bao gồm rỉ đường pha loãng (60g/L của tổng
lượng đường), glycerol (60g/L) hoặc hỗn hợp (rỉ đường 30g/L tổng lượng đường và
30g/L của glycerol) có bổ sung (g/L): sodium casein 38.4; peptone 10.5; chiết xuất nấm
men 2.5; Na
2
HPO
4
5, KH
2
PO
4
2 và MgSO
4
0.5.
b) Xử lý môi trường
Thanh trùng
Mục đích: tiêu diệt vi sinh vật gây hại chuẩn bị cho quá trình lên men.
Tiến hành: rỉ đường được tiệt trùng riêng bằng cách lọc qua màng có kích thước lọc
0.2µm, các thành phần còn lại của môi trường được khử trùng trong nồi hấp.
Các biến đổi:
- Vật lý: nhiệt độ tăng.
- Sinh học: các vi sinh vật tạp nhiễm bị tiêu diệt.
- Hóa học: có thể xảy ra phản ứng maillard.
- Hóa lý: độ nhớt dung dịch giảm.

- Hóa sinh: các enzyme bị biến tính mất hoạt tính.
Làm nguội
Mục đích: hạ nhiệt độ của canh trường xuống 26
o
C để chuẩn bị cho quá trình nuôi
cấy.
Các biến đổi:
- Vật lý: nhiệt độ canh trường giảm
- Hóa lý: độ nhớt dung dịch tăng.
c) Nhân giống
Mục đích: làm tăng lượng sinh khối cho tới khi đủ số lượng phục vụ sản xuất.
Cách tiến hành: S. ladakanum chủng NRRL 3191 được cấy vào ống nghiệm trong
môi trường thích hợp ở 26
o
C.
Biến đổi chủ yếu là sinh khối tăng nhanh.
6
d) Cấy giống
Giống sau khi được đạt đủ số lượng được cấy vào môi trường với tỷ lệ 2% v/v.
e) Lên men
Mục đích: tăng lượng enzyme đến mức mong muốn.
Tiến hành: Quá trình lên men ở nhiệt độ 26
o
C trong 72h, với tốc độ khuấy 400rpm,
trong điều kiện hiếu khí với lượng Oxy được cung cấp 200cm
3
/phút/L.
Các biến đổi:
- Hóa lý: nồng độ chất khô giảm
- Hóa sinh: sinh khối tế bào và lượng enzyme tăng.

f) Ly tâm
Mục đích: loại bỏ sinh khối tế bào ra khỏi dung dich chuẩn bị cho quá trình kết tủa
enzyme
Cách tiến hành: Có thể sử dụng thiết bị ly tâm đĩa để tách sinh khối tế bào ra khỏi
dung dịch.
Các biến đổi: dung dịch trong hơn.
g) Kết tủa enzyme và lọc tách enzyme
Mục đích: tách riêng enzyme ra khỏi dịch lên men.
Tiến hành:
Trong công nghệ tinh chế enzyme, người ta thường dùng cồn và sunfat amon. Hai tác
nhân kết tủa này dễ tìm kiếm và giá rẻ so với những tác nhân gây tủa khác.
Trong khi tiến hành tủa cần làm lạnh cả dung dịch enzyme thô và cả những tác nhân
kết tủa để tránh làm mất hoạt tính enzyme. Khi đổ chất kết tủa enzyme vào dung dịch
enzyme thô phải hết sức từ từ để tránh hiện tượng biến tính.
Trong quá trình kết tủa người ta dùng cồn hoặc sunfat amon với liều lượng như sau:
cứ một phần dung dịch enzyme thô cần 2 đến 2,5 lần cồn hoặc sunfat amon.
Khi cho chất kết tủa vào dung dịch enzyme thô, tiến hành khuấy nhẹ sau đó để yên
trong điều kiện nhiệt độ lạnh (thường 4 đến 7
o
C) theo thời gian các enzyme sẽ được kết
tủa và lắng xuống đáy. Tiến hành gạn và lọc thu nhận kết tủa dạng paste (độ ẩm lớn hơn
70% ).
h) Tinh sạch
Mục đích: loại bỏ các enzyme không cần thiết để thu được enzyme transglutaminase
có độ tinh khiết cao.
7
Tiến hành: Sử dụng phương pháp sắc kí lọc gel để tinh sạch enzyme. Enzyme thu
được sau khi kết tủa là một hỗn hợp nhiều enzyme khác nhau. Do đó phải tiến hành sắc
ký lọc gel qua cột gel Blue sepharose để thu được enzyme transglutaminase.
i) Sấy

Mục đích: bảo quản, hoàn thiện.
Tiến hành: Sản phẩm sau sắc kí được sấy ở nhiệt độ 30-40
o
C để đảm bảo hoạt tính
cho enzyme, độ ẩm sản phẩm từ 5-8%.
III/ Ứng dụng của enzyme transglutaminase.
Transglutaminase là một loại enzyme gốc protein, tự nhiên và an toàn, có chức năng
đóng khối thịt theo hình dạng mong muốn dựa trên liên kết polymer sinh học mà không sử
dụng các loại phụ gia thực phẩm gốc phosphate.
Công dụng:
- Tạo cấu trúc liên kết tốt giữa các Protein.
- Tăng độ dai, giòn cho sản phẩm.
- Giữ hương vị đặc trưng cho sản phẩm.
- Hạn chế thất thoát nước trong quá trình chế biến.
Transglutaminase được sử dụng để cải thiện kết cấu của các sản phẩm thịt nấu chín
như xúc xích. Transglutaminase xúc tác cho sự liên kết giữa các phân tử của glutamine và
lysine dư trong các protein của thịt sống bằng cách tạo ra một mạng lưới phức tạp. Vào
cuối của xử lý các hoạt động của enzyme bị phá hủy bằng cách xử lý nhiệt.
Hình 2.Chế phẩm enzyme transglutaminase trên thị trường và ứng dụng
Khi sử dụng enzyme transglutaminase cần bổ sung thêm các protein dạng hòa tan
(gel ). Vì transglutaminase không thể tạo liên kết ngang với các protein ở trạng thái rắn.
8
Trong các ngành chế biến thit cá, số lượng thịt vụn là đáng kể, TG-ase có thể giải
quyết vấn đề này. TG-ase giúp liên kết các mảnh thịt vụn thành một khối rồi chế biến mà
chất lượng của sản phẩm không bị ảnh hưởng nhiều.
Trên thị trường, E.Transglutaminase được chia thành nhiều code khác nhau, mỗi
code sẽ có những chức năng riêng:
 Transglutaminase (code: TG-SA)
• Được ứng dụng chế biến kết dính thịt gia cầm, thịt đỏ và hải sản.
• Dễ sử dụng bằng nhiều cách

• Không gây dị ứng
Hình 3.Kết
dính thịt heo và da gà nấu chín
Hình 4. Ham
thịt gà Hình 5. Ham thịt heo
9
Hình 6. Tái cấu trúc cá hồi Hình 7.Thịt xông khói cắt lát
Lợi ích của TG-SA:
• Dễ dàng sử dụng
• Trộn với thịt trực tiếp
• Tạo liên kết chéo tự nhiên của chính các mạch protein của thịt (cá).
• Không ảnh hưởng đến tính chất của thịt (cá).
• ổn định trong quá trình sử lý tiếp theo như cắt, ướp, sấy và đóng gói.
• Có thể tiêu chuẩn hóa và kiểm sót thành phần nhằm tạo các giá trị gia
tăng.Sản phẩm có thể tiếp tục chế biến.
 Transglutaminase (code: TG-MTC)
• Được pháp triển trong ứng dụng tăng trọng bằng phương pháp tiêm (injection)
và ướp ngấm (marination) trong thịt (cá).
• Là sản phẩm giúp tăng trọng lượng thịt (cá) bằng việc tích nước.
• Không dùng phosphate và không làm ảnh hưởng đến hương vị tự nhiên của
thịt (cá).
• Sau khi hấp thu TG-MTC, sản phẩm có thể được chế biến bình thường hoặc
trộn TG-SA kết dính định hình với cấu trúc mới.
Hình 8. Thịt bò trước và sau khi ướp ngấm với TG-MTC
Bảng 1. So sánh tỷ lệ tăng trọng giữa phosphate và TG-MTC
Thịt Phostphate (%) TG-MTC (%)
Gà 37 62
Bò 37 60
Heo 18 53
Lợi ích của TG-MTC:

• Cải thiện khả năng giữ nước, làm tăng việc lưu giữ nước và các thành phần
cần thiết nếu có trong thực phẩm.
• Ít thất thoát sau khi rã đông.
10
• Nâng cao năng suất chế biến thức ăn, tăng khối lượng của sản phẩm
• Không làm thay đổi các đặc tính cảm quan của sản phẩm, cải thiện đặc tính
ngoại quan (thịt trông tươi hơn).
 Transglutaminase (code: TG-0411)
• Được phát triển để cải thiện cấu trúc trong các sản phẩm thuần chay.
• Có thể thay thế làng trắng trứng và các sản phẩm kết dính có nguồn gốc tảo
biển trong sản phẩm chay.
Hình 9. Sản phẩm nguồn gốc từ Surimi Hình 10. Chả chay
Lợi ích của TG-0411:
• Cải thiện độ đàn hồi, dai, và độ săn chắc của sản phẩm.
• Tăng năng suất chế biến thức ăn.
• Tăng khả năng cắt lát mỏng cho sản phẩm
• Giữ hương vị ban đầu tự nhiên của sản phẩm
• Sản phẩm chay sử dụng kết hợp với TG-0411 rất ổn định trong khi nấu,
nướng, chiên.
 Transglutaminase (code: TG-BH)
• Được phát triển cho các ứng dụng trong thịt và hải sản
• Được dùng cho các sản phẩm thịt (cá) kết dính và thái lát
• Thường được pha ở tỷ lệ dạng dung dịch (1:7) vì có hoạt tính enzyme cao.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Oscar M. Portilla-Rivera, Simón J. Téllez-Luis1, José A. Ramírez de León1
and Manuel Vázquez_Production of Microbial Transglutaminase on Media
11
Made from Sugar Cane Molasses and Glycerol_2007.
[2]. Lee C.H.1 and Lee.Y.K_ Microbial Fermentation Production Of The Enzyme
Transglutaminase_ Department of Microbiology, Yong Loo Lin School of

Medicine,National University of Singapore.
[3]. Aleksandr Shleikin, Andrey Gorbatovsky, Nikolay Danilov_ THE USE OF
TRANSGLUTAMINASE IN FOOD PROCESSING_2008.
[4]. J. Zotzel, P. Keller and H L. Fuchsbauer_ Transglutaminase from Streptomyces
mobaraensis is activated by an endogenous metalloprotease_2003.
12