tổng quan về enzyme công nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM THÀNH PHỐ HỒ
CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC & KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
MÔN CÔNG NGHỆ ENZYME

BÀI TIỂU LUẬN
ĐỀ TÀI: TỔNG QUAN VỀ ENZYME CÔNG
NGHIỆP


LỜI MỞ ĐẦU

Enzyme là chất xúc tác sinh học có ý nghĩa trong quá trình sinh trưởng, sinh sản của
mọi sinh vật.Trong vài thập kỷ trở lại đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công
nghệ sinh học, các enzyme được sản xuất ngày càng nhiều và được sử dụng hầu hết
các trong các lĩnh vực kinh tế. Enzyme còn đóng vai trò trong kỹ thuật phân tích, công
nghệ gen và trong bảo vệ môi trường. Enzyme đã dần từng bước làm thay đổi và nâng
cao một số quá trình công nghệ trong chế biến thực phẩm, nông nghiệp, chăn nuôi, y
tế… đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của xã hội.
Nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng enzyme được phát triển mạnh từ đầu thế kỷ 20 đến
nay. Công nghệ sản xuất enzyme đã đem lại nhiều lợi nhuận cho nhiều quốc gia. Hàng
năm enzyme được sản xuất ra trên thế giới đạt khoảng trên 300.000 tấn với trị giá trên
500 triệu USD được phân bố trong các lĩnh vực khác nhau. Trong số enzyme được sản
xuất và ứng dụng trên thế giới, các nước châu Âu sản xuất và bán ra thị trường thế giới
số lượng nhiều nhất. việt Nam là một trong nhiều nước có rất nhiều nghiên cứu và ứng
dụng enzyme. Tuy nhiên, nền công nghiệp enzyme của ta chưa thực sự phát triển.
Phần lớn enzyme được sử dụng ở mức độ công nghiệp đều thuộc loại enzyme đơn cấu
tử, xúc tác cho các phản ứng phân hủy. Các protease là các enzyme được sử dụng
nhiều nhất hiện nay trong một số ngành sản xuất như chế biến thực phẩm, chất tẩy rửa,
thuộc da… Tiếp theo là các hydratcacbonase được ứng dụng nhiều trong kỹ nghệ chế
biến thực phẩm, công nghiệp dệt nhuộm, công nghiệp giấy và bột giấy, chế biến thức

ăn gia súc… Một số enzyme khá phức tạp và đặc hiệu cũng được đưa ra sử dụng trong
lĩnh vực thực phẩm, phân tích, dệt nhuộm, trong chuẩn đoán và điều trị bệnh.
Theo yêu cầu của GVHD thì bài tiểu luận của nhóm là bài dịch phần 5.4 (Overview of
Industrial Enzyme Applications) của cuốn Enzymes in Industry của Wolfgang Aehle.
Bài còn nhiều thiếu sót, mong cô góp ý để bài của nhóm hoàn thiện hơn.

2


1. Bảng 38. Ứng dụng ezyme đ
ược mô
trong
mục 5.1,
and
5.3răng
5.3
Sửtảdụ
ng công
Làm5.2,
sạch
hàm

Số EC
3.4.21.62

Tên
subtilisin

nghiệp mới
Phạm vi

Mục
ứng
5.2.1 Bột giặt
dụng

nhân tạo
Chức năng
Loại bỏ các vết bẩn
proteinaceous

Lớp 1: Oxidoreductases
1.1.3.4

glucose oxidase

3.4.21.63

oryzin

3.4.22.X

cysteine
endopeptidases

5.1.1 5.1.1
5.2.2 Máy giặt
Nướng
bánh
5.2.4 Động vật
5.1.3 nuôi

5.1.3
Làm
rượu bia

Tăng thêm tính năng
Loại bỏ các vết bẩn
của gluten( Gluten là
proteinaceous
một thành phần
protein trong lúa mì,
lúa mạch,…)
Cải thiện khả năng
Tăng
ời hprotein
ạn sử ở các
tiêuthhóa
dụđng
ộng vật nuôi

5.1.4 Sản xuất Bảo quản sữa
5.1.3 Sảsnữxu
a ất bia Viện trợ lọc
5.1.5

Dệt vải

Tẩy trắng

5.3 Ngành công nghiệp mới, sử dụng cho
ấtdthu

c đánh Chăm
răng sóc da
5.3sản xu
Sử
ụngốcông
1.1.3.5

3.4.23.4
3.4.23.18
1.10.3.2

hexose oxidase

chymosin
Aspergillopepsin I
laccase

3.4.23.22

Endothiapepsin

3.4.23.23

Mucorpepsin

3.4.24.28

Bacillolysin

1.11.1.6

catalase
Lớp 4: Lyases
4.1.1.5

α-acetolacetate
decarboxylase

4.2.2.2

pectate lyase

4.2.2.10

pectin lyase

ệpng
mới Tăng thêm tính năng
5.1.1 nghi
Nướ
bánh
của gluten (Gluten là
một thành phần
protein trong lúa mì,
5.1.4 Sữa
Pho mát đông
lúa mạch,…)
5.2.4 Động vật
Cải thiện khả năng
5.2.5 Dệt vải
Phòng chống lại

nuôi
tiêu hóa protein ở các
nhuộm trong đá rửa
động vật nuôi
enzyme
5.2.6 Bột giấy
5.4.4 Sữvà
a giấy

Tẩy trắng bột giấy
Pho mát đông

5.3 Ngành
p mớ
i, sửđông
dụng
5.1.4
Sữa công nghiệPho
mát
trong sản xuất nút chai
5.2.4 Động vật
Cải thiện khả năng
5.3 Ngành
ệp m
ới protein
sử dụngở các
nuôi công nghitiêu
hóa
cho sản xuất ván sợi đ
gỗ

bằvng
ộng
ật trùng
nuôi hợp
của lignin
5.1.3

Làm
Tăng thời hạn sử
rượu bia dụng
5.1.3 Sản xuất bia Loại bỏ diacetyl để
5.1.4 Sản xuất Bảo quản sữa
tăng cường hương vị
sữa
5.2.5 Dệt vải
5.2.5 3 Dệt may

Loại bỏ hydrogen
Bông cọ rửa
peroxide
5.1.2 Nước ép trái Nước ép táo và dâu
5.3 xử lý nước thải công nghiệp mới ,


1. 5.4 Tổng quan về các ứng dụng Enzyme công nghiệp

Chương này tóm tắt việc sử dụng enzyme trong các ứng dụng công
nghiệp, như đã trình bày trong phần 5.1 đến 5.3. Bảng 38 trình bày t ổng quan
của các enzym thương mại được sử dụng trong các ứng dụng được mô tả trong
các mục. Nó được giới hạn thương mại các ứng dụng được trình bày bởi các tác

giả và không bao gồm các ứng dụng được phát tri ển vào năm 2003 ho ặc phát
triển đã chấm dứt.
Mặc dù điều này giới hạn phạm vi, bảng cho một tổng quan tốt về vi ệc s ử
dụng enzyme công nghiệp như đã trình bày trong các chương này. Một cái nhìn
sâu hơn về các bảng và phân tích việc sử dụng enzyme trong các ứng d ụng công
nghiệp chi tiết hơn cho thấy có tổng cộng 35 enzym ch ức năng khác nhau, đ ược
sử dụng trong gần 80 ứng dụng kỹ thuật khác nhau. 35 enzyme chức năng chi ếm
nhiều sản phẩm khác nhau trên toàn thế giới, thậm chí lên đ ến hàng trăm ho ặc
hàng ngàn. Mỗi công ty enzyme chắc chắn đã có hơn 35 s ản ph ẩm trong danh
mục đầu tư của mình . Sự khác biệt trong số các chức năng enzym và các s ản
phẩm enzyme có thể được giải thích bởi thực tế là hầu hết các enzyme đ ược
thiết kế riêng cho một sản phẩm ứng dụng enzyme cụ thể trong các công th ức
khác nhau, mỗi thiết kế để thực hiện enzyme được tối ưu hóa đ ể s ử d ụng trong
một ứng dụng cụ thể. Sự khác biệt của một số lượng nhỏ các chức năng vào m ột
loạt các sản phẩm này cũng được thực hiện bằng cách ch ọn và s ản xu ất các
enzym từ các nguồn khác nhau (ví dụ, động vật, vi khuẩn, n ấm men, n ấm ) v ới
một loạt các tính chất nội tại như pH / hoặc hoạt động ổn định dưới một t ập
hợp các điều kiện. Sự cần thiết cho sự khác bi ệt đó tr ở nên rõ ràng khi nhìn vào
các điều kiện khác nhau được sử dụng trong lĩnh vực công nghi ệp enzyme.
Ngành công nghiệp nước hoa quả sử dụng các quy trình trong đó các enzyme có
hoạt động ở pH và nhiệt độ khá thấp. Mặt khác, ngành công nghi ệp ch ất tẩy r ửa
sử dụng điều kiện kiềm với pH lên đến 11, nhiệt độ từ 40,8 đến 60,8 oC, và sự
biến tính của bề mặt sẽ không tránh được đối với hầu h ết các enzym. Cho đ ến
nay, sự ổn định nhiệt độ đã được chuyển đến cho α- amylase trong tinh b ột
4


lỏng, được thực hiện dưới áp suất trên điểm sôi của nước. α-amylase có ho ạt
động trong một vài phút vào khoảng 106-108,8oC sau đó làm mát trong 2h từ 90
đến 95,8oC .

Bảng 38 cũng cho thấy sự đa dạng hóa về các phản ứng xúc tác, như minh
họa trong hình 92: phần lớn các enzyme công nghi ệp được mô tả trong ch ương
trước là từ các lớp của enzymes. Gần như 70% enzyme công nghi ệp thu ộc nhóm
này, lớp 3 của hệ thống phân loại enzyme IUB. Các oxidoreductases ( l ớp 1) là
những đóng góp lớn thứ hai của nhóm enzyme công nghiệp (15%). Lớp 2, 4, và 5
là gần như không sử dụng trong công nghiệp ứng dụng, và không có ví dụ nào
của một loại enzyme công nghiệp của lớp 6.

5


Hình 92 A) Sự phân bố của các enzyme chức năng dựa trên hệ thống phân loại
các lớp enzyme UIB. B) Sự phân bố của các enzyme ứng dụng dựa trên h ệ th ống
phân loại các lớp enzyme UIB
Từ điều này rõ ràng là sự đa dạng rất l ớn của các chất xúc tác cho các ph ản ứng
hóa học có sẵn trong phòng thí nghiệm tự nhiên là hoàn toàn được khai thác
trong các ứng dụng enzyme công nghiệp. Do đó có m ột phạm vi r ộng v ề ti ềm
năng xúc tác tự nhiên đang chờ đợi khai thác bởi con người. Một cái nhìn g ần h ơn
vào các ứng dụng không được thương mại hóa mới như chưa cho th ấy s ự thay
đổi trong xu hướng. Nhu cầu sử dụng mới, các chức năng chưa được khai thác,
đặc biệt là trong phát triển mới, là điều hiển nhiên. Vi ệc s ử dụng các
oxidoreductases đặc biệt dường như nhận được sự chú ý hơn .
Mặc khác, một số enzyme được sử dụng trong hỗn hợp chứ không phải là
chế phẩm enzyme pha chế. Một ví dụ điển hình trong số này là cellulase, được
sử dụng trong nhiều ứng dụng như dệt hỗn hợp phức tạp của các loại cellulase
khác nhau. Các phản ứng hóa học cơ bản tất nhiên giống nhau trong tất cả các
loại cellulase: các phân cắt của liên kết β-1,4 glycosidic gi ữa các phân t ử đ ường.
Tuy nhiên, khác biệt sai lầm trong vị trí cắt ( exo hoặc endo ) và sự khác biệt
trong liên kết với các vùng khác nhau của sự đa dạng c ủa ch ất cellulase enzyme
phức tạp. α- amylase là ví dụ điển hình cho việc sử dụng một phản ứng hóa h ọc

xúc tác trong nhiều ứng dụng công nghiệp. α - amylase dường nh ư là men linh
hoạt nhất trong lĩnh vực công nghiệp enzyme, với tám ứng dụng khác nhau, hoàn
toàn do sự phong phú của tinh bột. Sự xuất hiện rộng rãi các polymer sinh học
này và khả năng của α -amylase để xúc tác cho sự phân h ủy th ủy phân c ủa hàm
lượng amylose hoặc amylopectin bởi sự phân tách của liên kết α -1,4 glycosidic
giữa các phân tử glucose là một trong vô s ố các ứng d ụng cho enzyme này. Các
ứng dụng của α-amylase bao gồm phân hủy tinh bột trong bước hóa l ỏng của
glucose, maltose, hoặc lượng đường fructose cao sản xu ất xi-rô ngô, s ự phân h ủy
của các vết bẩn chứa tinh bột trong các ứng dụng chất tẩy r ửa, và làm tinh khi ết
nước ép trái cây và bia. Việc sử dụng α-amylase như một tác nhân chống trong lò
là khác nhau. Trong ứng dụng này, hoạt tính của α-amylase biến đổi cấu trúc
không gian ba chiều của amylose và do đó thay đổi các thuộc tính v ật ch ất của
6


bánh mì qua ảnh hưởng đến cấu trúc ruột bánh mì. Tinh bột cũng được sử dụng
để phụ vụ các giếng dầu, α- amylase chịu nhiệt được sử dụng để ki ểm soát độ
nhớt của chất lỏng giếng dầu.
Chọn lọc sử dụng enzyme trong các ứng dụng enzyme công nghi ệp một
lần nữa là minh chứng tốt nhất bằng cách sử dụng α-amylase trong rũ h ồ d ệt
may. Trong ứng dụng cụ thể này α -amylase được sử dụng để loại bỏ m ột l ớp
bảo vệ của tinh bột được áp dụng cho các s ợi cellulose đ ể tránh thi ệt h ại trong
quá trình xử lý cơ học trong quá trình sản xuất. α- amylase phá v ỡ các amylose và
amylopectin tinh bột, trong đó các monome glucose được liên k ết v ới nhau b ởi
liên kết α-1,4 glycosidic, trong khi các gốc đường của cellulose, được liên k ết
thông qua liên kết β-1,4 glycosidic, không được thủy phân. Trong th ực t ế kích
thước tinh bột có thể được loại bỏ trong một quá trình nhẹ nhàng mà không phá
vỡ tính toàn vẹn của polymer cellulose. Về hóa học lập thể của một nguyên tử
carbon trong monomer là đủ để điều khiển việc ch ọn l ọc của các enzyme pha
hủy polyme. Nó là không thể đối với chương này bao gồm tất cả các s ử dụng c ủa

tất cả các enzyme trong mọi lĩnh vực công nghiệp: nhiều enzyme đ ược li ệt kê
trong Bảng 38 cũng được sử dụng như thuốc tiêu hóa, thực phẩm chức nămg, và
chế phẩm sinh học, trong việc nâng cấp các vật li ệu phế thải , trong đánh bóng
của da; để đẩy nhanh ủ chua, hoặc trong việc thu h ồi b ạc từ nh ững b ộ phim, ch ỉ
để tóm tắt một số trong những ứng dụng kỳ lạ hơn của các enzym trong các ứng
dụng công nghiệp.

7


TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Enzymes in Industry-Production and Applications, Wolfgang Aehle.

8


MỤC LỤC
Mục................................................................................................................................... Trang
Lời mở đầu............................................................................................................................. 1
1. Bảng 38. Ứng dụng ezyme được mô tả trong mục 5.1, 5.2, and 5.3.........2
2. 5.4 Tổng quan về các ứng dụng Enzyme công nghiệp.................................10
3 Tài liệu tham khảo........................................................................................................14

9