Bài giảng Công nghệ enzime

Công nghệ enzym
Người giảng bài
PGS TS Nguyễn Duy Thịnh
ĐT 0913.349.796


Mục đích của môn học

Cung cấp cho sinh viên một số kiến thức cơ bản về:

-

Phương pháp công nghệ để thu được chế phẩm enzym
Phương pháp nghiên cứu về enzym
Các ứng dụng của enzym

2


Phần mở đầu
MỘT SỐ KHÁI NIỆM
Enzym là gì?
Là chất xúc tác sinh học, có nguồn gốc protein


Tính chất của enzym

 Sự biến tính: Tất cả các yếu tố làm biến tính protein (nhiệt độ cao, axit đặc, kiềm

đặc, muối kim loại nặng .v.v.) đều có thể làm biến tính Enzym và làm mất một phần
hoặc hoàn toàn hoạt tính xúc tác

 Cường lực xúc tác: Ở điều kiện thích hợp, Enzym xúc tác tạo ra phản ứng có tốc độ
rất nhanh có thể gấp 108 đến 1011 lần phản ứng thiếu xúc tác

(một gam pepsin phân giải 5 kg protein trứng trong 2 giờ, 1 gam renin làm đông tụ 72
tấn sữa trong sản xuất phomat . . .)


Tính chất của enzym

 Tính đặc hiệu: mỗi Enzym chỉ xúc tác làm chuyển hóa được một hoặc một số cơ
chất nhất định theo một kiểu phản ứng nhất định, vì thế không gây ra phản ứng
phụ.

 Điều kiện phản ứng: phản ứng Enzym xấy ra trong điều kiện thông thường (nhiệt độ
thấp – 300C đến 500C, pH trung tính, áp suất thường), nên không cần thiết bị đắt
tiền


Tính chất của enzym

 Tính độc hại: Tất cả enzym có nguồn gốc tự nhiên không độc
 Tính kinh tế: Hầu hết các chế phẩm enzym được sản xuất từ nguồn nguyên liệu dễ
kiếm và rẻ tiền

Enzym proteaza động vật thường thu từ các phụ phẩm của lò mổ, còn enzym thực vật
thu từ lá, thân, vỏ, nhưa cây của một số loại cây


Hoạt độ enzym

 Hoạt độ enzym: thể hiện tính hoạt động của enzym
 Đơn vị hoạt độ của một enzym: là lượng enzym có khả năng xúc tác làm chuyển

hóa một lượng cơ chất nhất định trong một đơn vị thời gian ở điều kiện tiêu chuẩn


Đơn vị hoạt độ enzym

 Đơn vị IU: Là lượng enzym có khả năng chuể hóa 1 micromol cơ chất sau thời
gian 1 phút

1 IU = 10-6 M/phút

 Đơn vị katal (kat): là lượng enzym có khả năng xúc tác chuyển hóa 1 mol cơ chất
sau thời gian 1 giây ở điều kiện tiêu chuẩn

1 kat = 1 Mol cơ chất/giây
1 IU = 1/60 x 10-6 kat


Hoạt độ enzym

 Hoạt độ riêng của một chế phẩm enzim: là số đơn vị hoạt độ enzym trên đơn vị khối
lượng protein. IU/1 mg protein hoặc kat/1 mg protein

 Hoạt độ phân tử (còn goi là hoạt độ riêng phân tử): là số phân tử cơ chất được
chuyển hóa bới một phân tử enzym trong một đơn vị thời gian (phút)

 Hoạt độ tâm xúc tác: là số phân tử cơ chất được chuyển hóa bởi một trung tâm

hoạt động trong 1 đơn vị thời gian (phút)


Chương 1 Công nghệ thu chế phẩm enzym

1.1 – Nguồn nguyên liệu thu enzym

 Enzym không thể tổng hợp được bằng con đường tổng hợp hóa học.
 Enzym được thu nhận từ:
- Nguồn động vật (8%)
- Nguồn thực vật (4%)
- Nguồn vi sinh vật (chr yếu từ nấm mốc và nấm men, 1/3 từ vi khuẩn)


1.1 – Nguồn nguyên liệu thu enzym

1.1.1- Enzym động vật
- Tụy tạng: amilaza, maltaza, lipaza, trypsin, nucleaza, colesterol esteraza,
chymotrypsin, elastaza, carboxyl - peptidaza, pectinaza, .v.v.
Các enzym này tiết ra ngoài tế bào cùng với dịch tụy.
- Dạ dầy: màng nhầy của dạ dầy lợn, chó, gà, thỏ chứa pepsin A, B, C, D. Dạ dày
lợn con có gastrisin (thủt phân protein)


1.1.1- Enzym động vật

- Dạ dầy (tiếp theo): Ngăn thứ 4 dạ dầy bò chứa vi khuẩn tổng hợp cellulaza. Dạ
dầy của bê, nghé chứa renin (enzym làm đông tụ sữa)
- Ruột: Enzym tiết ra cùng dịch ruột gồm enterokinaza, lactaza, maltaza, sacaraza,
nucleaza, phosphataza, aminopetidaza .v.v.

- Gan: Chứa hầu hết enzym có ở cơ quan khác và một số enzym chỉ có trong gan
như enzym tổng hợp ure


1.1.1- Enzym động vật

- Tuyến nước bọt: có enzym tiêu hóa như amilaza, maltaza và enzym kalicrein làm
tăng sự tiết nước bọt.
- Huyết thanh: có một số enzym chỉ thị

 Amylaza tăng khi viêm dạ dầy
 Phosphataza tăng khi bị còi xương, tắc mật
 Transaminaza tăng khi viêm gan, nhồi máu cơ tim


1.1.2 – Enzym thực vật

-

Papain trong nhựa đu đủ
Bromalin trong thân, lá và vỏ quả dứa
Plazmin, papain, fixin có trong lá, quả, thân các cây họ xung, si, vả
α và β – amilaza có trong malt đại mchsj và malt thóc
Ureaza có trong giá đậu tương
Lipaza có trong mầm hạt thầu dàu
Polyphenoloxydaza có trong lá chè


1.1.3 – Enzym vi sinh vật

 Enzym vi sinh vật thu được từ việc nuôi cấy VSV trong những điều kiện nhất định
 VSV phát triển với tốc độ rất lớn nên có thể cho lượng chế phẩm enzym lớn
 Enzym VSV có hoạt tính rất mạnh so với enzym động vật và enzym thực vật


Một số enzym động vật

Tên enzym

Nguồn enzym

Nội bào/

Sử dụng

Ngoại bào

trong CN

Catalaza

Gan

Nội

Thực phẩm

Chymotrypsin

Tụy tạng

Ngoại

Thuộc da

Lipaza

Tụy tạng

Ngoại

Thực phẩm

Renin

Dạ dầy bê

Ngoại

Phomat

Tripsin

Tụy tang

Ngoại

Thuộc da

Một số enzym thực vật

Tên enzym

Nguồn enzym

Nội bào/

Sử dụng

Ngoại bào

trong CN

Actinidin

Quả kiwi

Ngoại

Thực phẩm

α amilaza

Malt đại mạch

Ngoại

Đồ uống lên men

β amilaza

Malt đại mạch

Ngoại

Rượu, bia

Bromelin

Dứa

Ngoại

Rượu, bia

β glucanaza

Malt đại mạch

Ngoại

Rượu, bia

Ficin

Nhựa xung, vả

Ngoại

Thực phẩm

Lipoxygenaza

Đậu tương

Nội

Thực phẩm

Papain

Nhựa đu đủ

Ngoại

Thịt


Một số enzym vi khuẩn

Tên enzym

Nguồn enzym

Nội bào/

Sử dụng

Ngoại bào

trong CN

α amilaza

Bacillus

Ngoại

Tinh bột

β amilaza

Bacillus

Ngoại

Tinh bột

Asparaginaza

Escherichia coli

Nội

Sức khỏe

Gluco isomeraza

Bacillus Streptomices

Nội

Siro fructoza

Penecillinamidaza

Bacillus

Nội

Dược

Proteaza

Bacillus

Ngoại

Tẩy rửa

Pullulanaza

Klebsiella Bacillus

Ngoại

Tinh bột

Một số enzym nấm sợi

Tên enzym

Nguồn enzym

Nội bào/

Sử dụng

Ngoại bào

trong CN

α amilaza

Aspergilus

Ngoại

Bánh mỳ

Aminoacylaza

Aspergilus

Nội

CN dược

Glucoamilaza

Aspergilus, Rhizopus

Ngoại

Tinh bột

Catalaza

Aspergilus

Cellulaza

Trichoderma

Ngoại

Xử lý chất thải

Dextranaza

Penicilium

Ngoại

Thực phẩm

Glucooxydaza

Aspergilus

Nội

Thực phẩm

Nội

Thực phẩm


Một số enzym nấm sợi (tiếp theo)

Tên enzym

Nguồn enzym

Nội bào/

Sử dụng

Ngoại bào

trong CN

Lactaza

Aspergilus

Ngoại

Sữa

Lipaza

Rizopus

Ngoại

Thực phẩm

Renin

Muco miehei

Ngoại

Phomat

Pectinaza

Aspergilus

Ngoại

Đồ uống

Pectilyaza

Aspergilus

Ngoại

Đồ uống

Proteaza

Aspergilus

Ngoại

Bánh mỳ

Raffinaza

Mortiella

Nội

Thực phẩm


Một số enzym nấm men

Tên enzym

Nguồn enzym

Nội bào/

Sử dụng

Ngoại bào

trong CN

Invertaza

Saccaromyces

Nội/Ngoại

Mứt kẹo

Lactaza

Kluyveromyces

Nội/Ngoại

Sữa

Lipaza

Candida

Raffinaza

Saccaromyces

Ngoại

Thực phẩm

Nội

THực phẩm


1.2 - Phương pháp thu
chế phẩm enzym vi sinh vật

Quy trình sản xuất chế phẩm enzym vi sinh vật gồm 3 giai đoạn
Phân lập, tuyển chọn và cải tạo giống VSV
Nuôi cấy VSV tổng hợp enzym
Tách và tinh chế enzym






1.2.1 - Phân lập, tuyển chọn
và cải tạo giống VSV
A - Phân lập và tuyển chọn

 Đặt mục đích thu nhận được chế phẩm men phục vụ mục đích gì?
 Nguồn thu VSV từ
Thực vật
- Đất

Động vật
- Nước
Bộ sưu tập giống
- Không khí


B – Cải tạo giống vi sinh vật

Nguyên tắc: Enzym được tạo thành trong tế bào đều được xác định bởi tính di truyền
của tế bào do đó có thể dùng các tác nhân đột biến tác động lên bộ máy di truyền
của tế bào để tạo ra các dạng biến chủng có khả năng sinh tổng hợp đặc biệt cao
một loại enzym nào đó như mục đích đã đặt ra.


Hai phương pháp gây đột biến
tạo biến chủng
Phương pháp thứ nhất: Đột biến bằng các tác nhân vật lý hoặc hóa học

 Các tác nhân vật lý: Chiếu bằng các tia:

tia cực tím, tia rơnghen (tia X), tia gama,

bắn bằng hạt notron, electron

 Các tác nhân hóa học: Các hợp chất chứa ni tơ như nitrozometylguanidin,
metyldicloroetylamin nitrithydroxylamin, etymetylsulfonat