Cơ chế và hiệu ứng của phản ứng thủy phân và oxy hóa dưới xúc tác của Enzyme

Môn : Hóa sinh thực phẩm GVHD: ThS.Nguyễn Thị Mai Hương
LỜI MỞ ĐẦU
Enzyme là những chất xúc tác hữu cơ có tính đặc hiệu cao đối với cơ chất do tế
bào sống tổng hợp nên, điều khiển vận tốc và sự chuyển hóa của hàng ngàn phản ứng hóa
học xảy ra trong sinh chất. Với những ưu điểm như có nguồn gốc từ tự nhiên nên ít tác
hại đối với cơ thể, điều kiện xúc tác phản ứng ôn hòa, và có thể chiết tách được từ nhiều
nguồn nguyên liệu phổ biến trong tự nhiên… mà ngày nay Công nghệ enzyme rất phát
triển và được ứng dụng rộng rãi trong đời sống.
Enzyme có 6 lớp, trong đó enzyme thủy phân và enzyme oxy hóa khử được ứng
dụng đại trà nhất. Đặc biệt trong công nghiệp chế biến thực phẩm, chúng được ứng dụng
để tạo ra mùi vị và màu sắc đặc trưng cho sản phẩm, giúp thời gian sản xuất rút ngắn...
Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm trên, những enzyme này cũng gây ra không ít bất lợi
cho quá trình chế biến và bảo quản, làm ảnh hưởng đến chất lượng và cảm quan của sản
phẩm thực phẩm.
Vì vậy, chúng ta cần phải nắm rõ cơ chế phản ứng và hiệu ứng của chúng để có
những điều chỉnh phù hợp về điều kiện sản xuất, bảo quản…nhằm đạt được hiệu quả cao
nhất khi ứng dụng vào sản xuất và cả trong chiết tách enzyme. Những ứng dụng và
những thông tin trên rất cần thiết cho việc mở rộng kiến thức, nghiên cứu, ứng dụng vào
thực tiễn .
Đó cũng là nội dung chúng em sẽ trình bày trong đề tài tiểu luận : Cơ chế và hiệu
ứng của phản ứng thủy phân và oxy hóa dưới xúc tác của Enzyme
TỔNG QUAN VỀ ENZYME
Nhóm 15
Page 1
Môn : Hóa sinh thực phẩm GVHD: ThS.Nguyễn Thị Mai Hương
Bất kỳ lúc nào trong cơ thể sống cũng có hàng trăm phản ứng hóa học xảy ra. Các
phản ứng này cung cấp năng lượng và duy trì sự cung cấp rất nhiều chất cần thiết cho
tăng trưởng và tái tạo. Ở đây, các phản ứng điều phối toàn bộ quá trình chuyển hóa có
được là nhờ vào sự sản xuất các chất đặc biệt, gọi là enzyme (trong tiếng Hy lạp en là
bên trong, zym là sự lên men). Đa số các enzyme có bản chất hóa học là protein, một số
khác có bản chất là acid nucleic (trong trường hợp ở viruts) có khả năng điều hòa, xúc tác

cho các phản ứng sinh hóa nên còn được gọi là các xúc tác sinh học.
I. TÍNH CHẤT SINH HỌC CỦA ENZYME
• Không tham gia vào thành phần cuối của phản ứng
• Chỉ làm tăng nhanh phản ứng mà các phản ứng này có thể xảy ra ở điều kiện
không có enzyme
• Không làm mất vị trí cân bằng của phản ứng mà chỉ làm tăng tốc độ của phản ứng
• Theo cấu trúc hóa học thì tất cả enzyme là protein
• Có hiệu suất xúc tác sinh học cao hơn gấp nhiều lần xúc tác hóa học, tuy nhiên
vận tốc có thể tăng khi có xúc tác hóa học
• Enzyme có tính đặc hiệu cao và có tính chọn lọc đối với cơ chất
• Thực hiện sứ mệnh điều phối tất cả các quá trình trao đổi chất của cơ thể
• Trong các phản ứng enzyme hầu như kết quả cho ra 100% sản phẩm
II. BẢN CHẤT HÓA LÝ CỦA ENZYME
• Có tính chất lý hóa học của protein
• Đa số có dạng hình cầu và không đi qua được màng bán thấm do kích thước lớn
• Tan tốt trong nước và trong dung dịch muối loãng (buffer)
• Cũng như protein enzyme không bền với nhiệt độ. Bị biến tính không thuận
nghịch bởi acid, base mạnh hay muối kim loại nặng
• Enzyme là những protein đơn giản (enzyme 1 cấu tử): chỉ cấu tạo bởi các L-amino
acid, trung tâm hoạt động là các nhóm chức có trong phân tử của amino acid
• Enzyme phức tạp (enzyme 2 cấu tử): ngoài L-amino acid còn có nhóm ngoại
(prosthetic). Trong enzyme phức tạp, phần protein gọi là apoenzyme, phần không
phải protein có thể tách ra và tồn tại độc lập gọi là coenzyme (vitamin). Khi kết
hợp chặt với phần protein gọi là nhóm ngoại
• Đa số các coenzyme là chất cho hoặc nhận điện tử
• Coenzyme trực tiếp tham gia trong phản ứng xúc tác và giữ vai trò quyết định
kiểu của phản ứng xúc tác
Nhóm 15
Page 2
Môn : Hóa sinh thực phẩm GVHD: ThS.Nguyễn Thị Mai Hương

• Coenzyme là cầu nối giữa phần protein của enzyme và giúp ổn định phần
apoenzyme
• Ngược lại apoenzyme có tác dụng nâng cao hiệu lực xúc tác của coenzyme và
quyết định tính đặc hiệu của enzyme
III. TÍNH ĐẶC HIỆU
1. Đặc hiệu phản ứng : Một enzyme chỉ xúc tác cho một phản ứng.
2. Đặc hiệu cơ chất :
• Đặc hiệu tuyệt đối: chỉ có tác dụng lên một cơ chất nhất định
• Đặc hiệu tương đối: có khả năng tác dụng lên một kiểu nối hóa học nhất định
trong phân tử cơ chất.
• Đặc hiệu nhóm: có khả năng tác dụng lên một kiểu nối hóa học.
• Đặc hiệu quang học (còn gọi là đặc hiệu lập thể): chỉ tác dụng lên những đồng
phân lập thể nhất định.
IV. PHÂN LOẠI ENZYME
1. Phân loại theo cấu tạo :
• Enzyme một thành phần: Chỉ có thành phần cấu tạo duy nhất là protein.
• Enzyme hai thành phần: Một phần là protein được kết hợp với một thành phần
khác.
- Thành phần cấu tạo bởi protein gọi là Apoenzyme. Quyết định tính đặc hiệu cơ
chất.
- Thành phần không cấu tạo bởi protein, mà có khả năng tách ra gọi là
Coenzyme. Quyết định tính đặc hiệu phản ứng.
- Thành phần không cấu tạo bởi protein, mà không thể tách ra gọi là Cofacter.
2. Phân loại theo kiểu phản ứng:
Enzyme được phân loại thành 6 nhóm chính:
 Oxidoreductase
 Transferase
 Hydrolase
 Lyase
 Isomerase

 Ligase
2.1. Oxidoreductase
• Là nhóm xúc tác cho các phản ứng oxy hóa khử
Nhóm 15
Page 3
Môn : Hóa sinh thực phẩm GVHD: ThS.Nguyễn Thị Mai Hương
• Nếu chất chuyển hay chất nhận rõ ràng thì gọi tên theo chúng. Ex.
Dehydrogenase (NAD, FAD, FMN,…) oxydase (nhận hydro), oxygenase
(kết hợp trực tiếp với oxy)
• Nếu chất cho hydro không rõ ràng thì gọi là reductase
• Các enzyme thường gặp trong nhóm này là: dehydrogenase, oxydase,
peroxidase, catalase,…
2.2. Transferase
• Là nhóm enzyme xúc tác chuyển nhóm, chuyển gốc từ chất này sang chất
khác
• Phản ứng tổng quát là AX + B à A + BX
• Cách gọi tên: theo chất nhận nhóm chuyển vận transferase
E.C.
Number
Tên và các nhóm phụ xúc tác
2
2.1
2.1.1
2.1.2
2.1.3
2.2
2.3
2.4
2.6
2.6.1

2.7
2.7.1
Transferases (transfer of functional groups)
Transferring C-1 groups
Methyltransferases
Hydroxymethyltransferases and formyltransferases
Carboxyltransferases and carbamoyltransferases
Transferring aldehydic or ketonic residues
Acyltransferases
Glycosyltransferases
Transferring N-containing groups
Aminotransferases
Transferring P-containing groups
With an alcohol group as acceptor
2.3. Hydrolase
• Là nhóm enzyme xúc tác các phản ứng thủy phân các hợp chất hữu cơ với sự
tham gia của nước
• Phản ứng tổng quát XY + H
2
O à XOH + YH
• Cách gọi tên: Tên của cơ chất được tách ra hydrolase
• Các enzyme thường gặp là esterase, phosphatase, nuclease, peptidase, lipase
2.4. Lyase
Nhóm 15
Page 4
Môn : Hóa sinh thực phẩm GVHD: ThS.Nguyễn Thị Mai Hương
• Là enzyme phân cắt chất hữu cơ không có sự tham gia của nước
• Cách gọi tên: tên cơ chất + tên của nhóm được tách ra + lyase. Ex. Aspactate
ammonia lyase
• Các enzyme thường gặp: decarboxylase, aldolase, hydratase,…

2.5. Isomerase
• Là nhóm enzyme xúc tác cho chuyển hóa giữa 2 dạng đồng phân D và L, cis và
trans, aldose và ketose
• Các enzyme thường gặp là epimerase, mutase, isomerase
2.6. Ligase
• Là nhóm enzyme xúc tác tổng hợp chất hữu cơ và cần năng lượng từ ATP, GTP,
…
• Được chia thành 4 phụ nhóm tạo các liên kết: - C – O -, - C – S-, - C – N -,
- C – C –
• Cách gọi tên: Tên cơ chất + ligase (hay synthetase); VD: Glutamin synthetase
V. CẤU TRÚC CỦA ENZYME
Trong cấu trúc của enzyme tồn tại trung tâm họat động. Đây là phần rất nhỏ của
enzyme, nhưng nó lại quyết định tính xúc tác, tính đặc hiệu của enzyme.
Một trung tâm hoạt động của enzyme gồm 2 vùng:
– Tâm xúc tác: Tham gia kết hợp trực tiếp với cơ chất
– Miền tiếp xúc: Gắn cơ chất lên vị trí tác dụng
Đối với enzyme một thành phần, trung tâm hoạt động của enzyme được hình
thành do sự tương tác lẫn nhau của một số gốc acid amin nhất định có trong cấu trúc
của enzyme.
Đối với enzyme hai thành phần, trung tâm hoạt động thường là các nhóm ngoại
như vitamin, ion kim loại,...và các nhóm định chức của acid amin ở phần apoenzyme.
VI. CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA ENZYME
Mô hình chìa khóa và ổ khóa: Trung tâm hoạt động phải có cấu trúc tương ứng với
cấu trúc của cơ chất (khớp với nhau như chìa và ổ khóa)
Thuyết tiếp xúc cảm ứng: (theo Kosland) sự tương tác cảm ứng về cấu trúc không
gian tạo nên phức hợp enzyme cơ chất
Năng lượng hoạt hóa (Ea): Là năng lượng cần cung cấp để phân tử đạt tới trạng thái
hoạt hóa. VD: Xăng có khả năng bốc cháy nhưng cần lửa mồi.
Cơ chế tổng quát:
Nhóm 15

Page 5
Môn : Hóa sinh thực phẩm GVHD: ThS.Nguyễn Thị Mai Hương
• Cơ chất phải được gắn vào trung tâm hoạt động của enzyme tạo thành phức hợp
enzyme – cơ chất [ES]
• Với tác dụng của enzyme, hoạt tính của cơ chất tăng lên rõ rệt và chỉ cần 1 năng
lượng hoạt hóa nhỏ thì sẽ tạo thành sản phẩm
Cơ chế tác dụng theo Michaelis-Menten
• Tạo nhanh phức ES, phức này không bền, phức được tạo nên do các liên kết hóa
học
• Dưới tác dụng của enzyme, cơ chất được biến đổi thành sản phẩm
• Sau khi tạo sản phẩm (P), enzyme được giải phóng ra và trở về trạng thái ban đầu
• Phản ứng tổng quát:
E + S  ES  ES
*
 EP  E + P
VII. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VẬN TỐC PHẢN ỨNG
 Nồng độ enzyme
 Nồng độ cơ chất
 Nhiệt độ
 pH
 Chất hoạt hóa
 Chất kìm hãm
CƠ CHẾ & HIỆU ỨNG CỦA PHẢN ỨNG THỦY
PHÂN VÀ PHẢN ỨNG OXY HÓA DƯỚI XÚC TÁC
CỦA ENZYME
Nhóm 15
Page 6
Môn : Hóa sinh thực phẩm GVHD: ThS.Nguyễn Thị Mai Hương
A. ENZYME THỦY PHÂN
I. Hệ enzym thủy phân (hydrolase)

Tính chất chung của nhóm enzym này là xúc tác các phản ứng thủy phân, nghĩa là
phân giải các hợp chất phức tạp với sự tham gia của nước, thành những hợp chất đơn
giản hơn.
Các hyddrolase phần lớn là các enzym một thành phần nên chúng không cần
coenzym cho hoạt động xúc tác.
Trung tâm hoạt động của chúng bao gồm tổ hợp các nhóm định chức của axit amin
không tham gia tạo thành trục chính của sợi polypeptit. Các nhóm định chức có thể ở xa
nhau trong mạch polypeptit nhưng lại gần nhau trong không gian, được định hướng xác
định trong không gian cách nhau những khoảng cách nhất định sao cho chúng có thể
tương tác với nhau trong quá trình xúc tác.
Nhóm hyddrolase ( EC3) được chia thành 11 phân nhóm sau:
3.1 : enzym thủy phân các liên kết ester
3.2 : enzym thủy phân các liên kết glycoside
3.3 : enzym thủy phân các liên kết eter
3.4 : enzym thủy phân các liên kết peptide
3.5 : enzym thủy phân các liên kết C—N không phải peptide (các amide)
3.6 : enzym thủy phân các liên kết anhydride acid
3.7 : enzym thủy phân các liên kết C—C
3.8 : enzym thủy phân các liên kết haloid – rượu
3.9 : enzym thủy phân các liên kết P—N
3.10 : enzym thủy phân các liên kết S—N
3.11 : enzym thủy phân các liên kết C—P
II. Cơ chế tác dụng của enzym hydrolaza
Sự khuyết electron trong liên kết bị thủy phân là yếu tố quan trọng quyết định khả
năng và sự dễ dàng của phản ứng thủy phân.
Tác dụng xúc tác của enzym phụ thuộc vào từng trường hợp và do sự phân bố
electron đã tồn tại trước đó quyết định.
Enzym có thể tác dụng bằng các cách khác nhau. Cơ chế đơn giản nhất cho phép
liên hệ "phần dương" của liên kết bị thủy phân với tác dụng của enzym là: tâm ái nhân
của enzym sẽ tương tác trực tiếp với một trong hai nguyên tử tích điện dương của liên kết

bị thủy phân. Sự tạo thành phức hợp trực tiếp như thế với trung tâm phản ứng sẽ làm cho
sự đứt các liên kết và sự thủy phân được dễ dàng, thuận lợi. Enzym colinesteraza và
nhiều esteraza khác đều tác dụng thủy phân cơ chất theo cơ chế này.
Nhóm 15
Page 7
Môn : Hóa sinh thực phẩm GVHD: ThS.Nguyễn Thị Mai Hương
Một cơ chế khác liên hệ tính tác dụng của enzym với sự khuyết electron của liên kết
bị thủy phân là: enzym làm tăng sự khuyết electron vốn đã tồn tại trước đó bằng cách tạo
thành liên kết tương ứng với cơ chất ở những vị trí ít nhiều gần gũi với liên kết bị thủy
phân. Nhờ vậy ,làm cho sự phân bố electron trong phân tử cơ chất bị thay đổi theo một
chiều hướng cần thiết, khiến cho việc đứt liên kết được dễ dàng hoặc khiến cho một trong
hai nguyên tử của liên kết tương tác được với các tác nhân ái nhân.
III. Đặc điểm chung của trung tâm hoạt động của enzyme thủy phân
Đa số enzyme thủy phân (hydrolase) không có nhóm ngoại. Như vậy bắt buộc tâm
hoạt động của chúng phải có các gốc axitamin đặc hiệu.
Tâm hoạt động của enzyme hydrolase thường chứa nhóm imidazol của histidin và
nhóm hydroxyl của một trong số các gốc serin.
Nhiều hydrolase, người ta đã biết được thứ tự sắp xếp của các axitamin chung
quanh tâm hoạt động:
Kimotripxin A — Gly — Asp — Ser — Gly —
Tripxin — Gly — Asp — Ser — Gly —
Trombin — Asp — Ser — Gly —
Kimotripxin — Asp — Ser — Gly —
Colinesteraza — Gly — Glu — Ser — Ala —
Carboxylesteraza — Gly — Glu — Ser — Ala —
IV. Đặc điểm của các cơ chất bị enzyme thủy phân
1. Các cơ chất được enzyme thủy phân thường là protein, gluxit, lipit .v.v..
Theo Bernard Pullman và Alberte Pullman, đặc điểm chung của những cơ chất
này là có "liên kết bị thủy phân" do các nguyên tử tích điện dương tạo nên.
Người ta gọi các liên kết này là "liên kết nhị dương".

Chẳng hạn, liên kết peptit trong protein:
O
R
1
C N R
2
H
Liên kết này do các electron σ định vị của liên kết đơn và một hệ thống eletron π
linh động tạo nên. Hệ thống đó gồm bốn electron trong đó hai electron của nối kép
C = O và hai electron của cặp không chia của nitơ. Bốn electron này tạo thành một
hệ thống cộng hưởng và theo qui tắc chung: khi ở nguyên tử dị mạch nằm kề liền với nối
kép có cặp electron không chia thì sẽ xảy ra sự chuyển dịch một phần điện tích của cặp
không chia từ nguyên tử dị mạch tới nguyên tử cuối của nối kép. Như vậy, sự phân bố
điện tích trong liên kết peptit có thể như sau:
Nhóm 15
Page 8
Môn : Hóa sinh thực phẩm GVHD: ThS.Nguyễn Thị Mai Hương
O
-
R
1
C
-
N
+
R
2
H
Khi đó nguyên tử nitơ tích điện dương, nghĩa là thay cho hai electron của cặp không
chia, nó sẽ chỉ giữ lại một phần nào đó của hai electron này thôi.

Ngoài ra do sự khác nhau về độ âm điện của nguyên tử carbon và oxy của liên kết C
= O, (có thể xem liên kết C = O như là sự lai hóa giữa cấu trúc đồng hóa trị C = O và cấu
trúc ion C
+
= O
-
) mà nguyên tử carbon cũng phải có điện tích tổng dương. Như vậy các
nguyên tử carbon và nitơ góp vào hệ thống electron π ít hơn một electron π. Còn nguyên
tử oxy góp vào hệ thống hơn một electron π, do đó có điện tích tổng âm.
Nếu biểu diễn các phần điện tích đó bằng δ thì sự phân bố điện tích trong liên kết
peptit như sau: -δ
3
O
+δ
1
R
1
C N R
2
H
Rõ ràng δ
3
= δ
1
+ δ
2
Và (1+ δ
3
) + (1- δ
2

) + (2 - δ
1
) = 4.
Bằng phương pháp quĩ đạo phân tử người ta đã tính được sự phân bố bốn electron
của hệ thống như sau:
O
1.397
1.859
R
1
C N R
2
H
Từ đây điện tích sẽ được phân bố như sau:
O
-0.397
+0.141
R
1
C N R
2
H
Thuật ngữ "liên kết nhị dương" chỉ sự khuyết electron π ở cả hai nguyên tử tạo nên
liên kết đó.
Nhóm 15
Page 9
0.744
+ δ
2
+0.25

Môn : Hóa sinh thực phẩm GVHD: ThS.Nguyễn Thị Mai Hương
Đặc trưng nhị dương này của liên kết được bảo toàn trước mọi công kích bất kỳ kể
cả sự tấn công của enzyme.
Các liên kết nhị dương thường gặp
+ Liên kết este:
trong este của axit carboxylic
O
+0.214
R
1
C O R
2
+0.326
Trong este của axit phosphoric O
R O P O P O
O
Trong este của axit sulfuric:
R O S
este của phenol: Ph — O — R
+ Liên kết trong các anhidrit, đặc biệt liên kết — P — O — P trong hợp chất
phosphat giàu năng lượng ATP: O O O
+0.153 +0.208 +0.204
Adenine riboza O P O P O P O
O
+0.393
O
+0.397
O
+0.364
+ Liên kết glucozit trong các polysacarit: Khác với các liên kết kể trên, liên kết

glucozit chỉ có các electron σ mà không có electron π tham gia. Trong trường hợp này,
đóng vai trò phân cực là bộ electron σ. Do hiệu ứng cảm ứng của nguyên tử oxy trung
tâm, gây ra một sự tập trung điện tích nào đó trên nguyên tử Oxy, do đó oxy tích điện âm,
còn các nguyên tử carbon kết hợp với nó bị khuyết electron nên tích điện dương.
2. Sự thủy phân bởi enzyme sẽ càng dễ dàng khi sự khuyết electron trong liên kết bị
thủy phân càng lớn.
Sự khuyết đó có thể được tăng lên khi tăng tổng điện tích dương của cả hai nguyên
tử tạo thành liên kết hoặc khi chỉ tăng điện tích của một trong hai.
Nếu trong phân tử cơ chất có nhiều liên kết giống nhau thì liên kết nào nhị dương
hơn cả sẽ bị phân ly thủy phân bởi enzyme ( với điều kiện không có án ngữ không gian
và đặc hiệu lập thể của từng liên kết).
Chẳng hạn như trong phân tử alantoin có năm liên kết peptit, nhưng liên kết bị thủy
phân trước tiên là liên kết có màu xanh như trong hình bên:
Nhóm 15
Page 10
Môn : Hóa sinh thực phẩm GVHD: ThS.Nguyễn Thị Mai Hương
O
+0.121 +0.26 +0.228
H
2
N C NH
C +0.233 C O
+0.236
O N N
H H
+0.121 +0.124
V. Một số đặc điểm của phản ứng thủy phân bởi enzym
Thứ bậc của phản ứng
Sơ đồ chung của phản ứng thủy phân bởi enzym có thể biểu diễn như sau:
A — B + H

2
O AH + BOH
Cơ chất + nước Sản phẩm
Nhìn sơ đồ chúng ta thấy: phản ứng thủy phân bởi enzym là phản ứng lưỡng phân.
Nhưng vì nồng độ của nước rất lớn coi như không thay đổi trong suốt thời gian phản ứng,
do đó vận tốc của phản ứng chỉ phụ thuộc nồng độ cơ chất. Như vậy, phản ứng thủy phân
bởi enzym là phản ứng đơn phân và bậc nhất.
Như chúng ta đều biết, trong các phản ứng đơn phân các phân tử khởi đầu sẽ phản
ứng một cách độc lập không phụ thuộc vào sự có mặt của những phân tử khác. Nếu gọi a
là số phân tử gam ban đầu của cơ chất, gọi x là số phân tử gam cơ chất bị thủy phân trong
khoảng thời gian từ t tới t + dt, thì x sẽ tỉ lệ với khoảng thời gian dt và số phân tử gam
còn lại (a – x) chưa bị thủy phân trong thời gian t ta sẽ có:
= = k(a – x)
Sau một số biến đổi ta sẽ có hệ thức để tính lượng cơ chất bị thủy phân trong
khoảng thời gian bất kỳ:
x = a(1 – e
-kt
)
Và hằng số vận tốc của phản ứng thủy phân bởi enzym k
1
:
1 =
Nhóm 15
Page 11
Hydrolaza
Enzym
Môn : Hóa sinh thực phẩm GVHD: ThS.Nguyễn Thị Mai Hương
Tuy vậy trong giai đoạn đầu khi mà nồng độ của cơ chất rất lớn thì vận tốc của phản
ứng coi như không thay đổi và phản ứng có thứ bậc không:
Như vậy, tất cả các phản ứng thủy phân bởi enzym trong giai đoạn đầu có thứ bậc

không, sau đó phản ứng có thứ bậc nhất.
VI. Yếu tố điều chỉnh
Đối với phản ứng thủy phân bởi enzym thì nước không những là môi trường để
khuếch tán enzym và cơ chất mà còn là tác nhân tham gia vào phản ứng . Nước có ảnh
hưởng không những đến vận tốc mà cả chiều hướng của phản ứng thủy phân bởi enzym .
Bằng thí nghiệm trộn tinh bột đã được hồ hóa và đã sấy thăng hoa với enzym α – amilaza
của vi khuẩn, sau đó đem phun hơi nước đến những độ ẩm nhất định. Người ta thấy khi
hàm ẩm đạt 20% (khoảng 4% nước tự do) thì α – amilaza sẽ thủy phân tạo thành chủ yếu
là glucoza và mantoza. Khi hàm ẩm cao hơn thì ngoài glucoza và mantoza còn tạo thành
các oligosacarit khác.
Như vậy nước cũng là một yếu tố điều chỉnh các phản ứng thủy phân bởi enzym. Có
thể dùng nước làm nhân tố để tăng cường hay kìm hãm các phản ứng thủy phân có xúc
tác enzym. Khoa học về bảo quản các nguyên liệu có nguồn gốc sinh học chính là dựa
trên nguyên lý này. Như chúng ta đều biết, các nguyên liệu sinh học khi bảo quản có thể
bị hư hỏng do một loạt các phản ứng phức tạp mà khởi đầu là phản ứng thủy phân bởi
enzym. Để bảo quản được tốt thì một trong những biện pháp kĩ thuật tương ứng là tách
nước bằng cách phơi, sấy .v.v. các biện pháp kỹ thuật tương ứng để tách nước trong quá
trình tinh luyện dầu béo cũng là nhằm ngăn ngừa phản ứng thủy phân bởi enzym lipaza.
Ngoài ra, cũng như đối với những phản ứng enzym khác, có thể dùng yếu tố nhiệt
độ và pH để điều chỉnh các phản ứng thủy phân bởi enzym. Mỗi enzym thủy phân
(hydrolaza) có một nhiệt độ và pH tối ưu riêng. Ngay cũng một enzym hydrolaza nhưng
lấy từ các nguồn khác nhau cũng có nhiệt độ và pH xúc tác thủy phân khác nhau. Các quá
trình đường hóa trong sản xuất bánh mì, trong sản xuất bia và trong sản xuất rượu là
những quá trình thủy phân bằng enzym với mức độ khác nhau. Quá trình sản xuất nước
chấm, nước mắm, phomat, chao… thực chất cũng là những quá trình thủy phân bằng
enzym với mức độ khác nhau. Ở đây người ta chủ yếu là dựa vào nhiệt độ hoặc pH để
điều chỉnh các phản ứng thủy phân theo những chiều hướng mong muốn.
Khi thủy phân bằng enzym hydrolaza có một số ưu nhược điểm sau:
• Do enzym hydrolaza có tính đặc hiệu cao nên không tạo thành sản phẩm phụ do
đó dịch thủy phân thu được có độ thuần khiết cao.

• Phản ứng thủy phân bởi enzym tiến hành ở nhiệt độ thấp và pH cao, nghĩa là ở
điều kiện tạo thành rất ít tạp chất (không có phản ứng đảo chiều và phản ứng
phân hủy như trong thủy phân bằng axit) do đó vừa giảm được yêu cầu về độ
Nhóm 15
Page 12
Môn : Hóa sinh thực phẩm GVHD: ThS.Nguyễn Thị Mai Hương
thuần khiết của nguyên liệu (có thể thủy phân trực tiếp trên nguyên liệu), vừa có
hiệu suất cao.
• Khi thủy phân bằng enzym còn cho phép điều chỉnh được thành phần hóa học
của sản phẩm, do đó làm tăng được mặt hàng.
• Enzym hydrolaza có thể thủy phân trong điều kiện nồng độ cơ chất rất cao do đó
giảm được chi phí hơi.
• Thời gian thủy phân của enzym hydrolaza dài hơn so với axit nhiều, do đó chu
kỳ sản xuất kéo dài.
• Muốn có hiệu suất cao và chất lượng sản phẩm tốt phải có chế phẩm enzym tinh
khiết do đó phải có phân xưởng chuyên sản xuất chế phẩm tinh khiết này.
• Dung dịch do enzym thủy phân thường khó lọc hơn khi thủy phân bằng axit.
Nhằm phát huy các ưu điểm và khắc phục các nhược điểm của phương pháp thủy
phân bằng enzym, hiện nay trong một số ngành sản xuất thưucj phảm đang xuất hiện
phương pháp thủy phân mới: Phương pháp thủy phân bằng axit – enzym và bằng enzym
– axit.
Phương pháp mới này kết hợp được tính chất nhanh chóng và đơn giản của thủy
phân bằng axit và khả năng to lớn, tiềm tàng và đầy triển vọng của thủy phân bằng
enzym.
VII. Ý nghĩa của phản ứng thủy phân
Phản ứng thủy phân là phản ứng rất phổ biến và rất quan trọng trong bảo quản và
sản xuất thực phẩm. Do phản ứng thủy phân mà chất lượng các sản phẩm thực phẩm bị
giảm đi và cũng nhờ phản ứng thủy phân để tăng thêm phẩm chất cho thành phẩm. Qua
phản ứng thủy phân, không những chỉ các tính chất cảm quan mà các tính chất hóa học
của sản phẩm cũng bị biến đổi.

Phản ứng thủy phân thường là mở đầu cho một loạt các phản ứng khác tiếp diễn.
Các phản ứng khác chỉ có thể sảy ra khi phản ứng thủy phân kết thúc.
Xét về mặt sinh học, phản ứng thủy phân thường đặc trưng cho giai đoạn phân giải
– giai đoạn kết cùng của một quá trình sinh học.
Bên cạnh đó, trong kỹ thuật sản xuất các sản phẩm thực phẩm, phản ứng thủy phân
có vai trò rất quan trọng. Để giảm bớt sự tổn thất các chất thực phẩm, người ta phải tìm
những biện pháp kỹ thuật tương ứng để ngăn ngừa và hạn chế các phản ứng thủy phân.
Trái lại, nếu qua phản ứng thủy phân mà chất lượng thành phẩm tăng lên thì người ta
phải tạo điều kiện cho phản ứng ấy xảy ra đến tận cùng.
Chẳng hạn dầu mỡ hoặc các sản phẩm của hạt trong quá trình bảo quản chất lượng
thường bị giảm đi, là do phản ứng thủy phân đã tạo điều kiện cho phản ứng oxy hóa tiếp
diễn làm giảm phẩm chất của sản phẩm.
Từ tinh bột, muốn có được đường nha hay đường glucose người ta phải tạo điều
kiện để phản ứng thủy phân tinh bột bằng enzyme đạt đến mức tối đa. Để có được nước
mắm hay nước chấm, phomat hay chao, hoặc làm mềm thịt đều xuất phát từ nguyên lý
của phản ứng thủy phân. Hoặc như trong sản xuất bánh mì, các phản ứng oxy hóa,
caramen hóa và melanoidin, nghĩa là những phản ứng tạo nên toàn bộ chất lượng của sản
phẩm bánh chỉ có thể xảy ra khi đã có phản ứng thủy phân mở đầu.
Nhóm 15
Page 13
Môn : Hóa sinh thực phẩm GVHD: ThS.Nguyễn Thị Mai Hương
Quá trình sản xuất rượu, bia thực chất là quá trình oxy hóa sinh học, nhưng để có
được quá trình thực chất này trước đó phải có phản ứng thủy phân. Vì vậy, trước khi cho
lên men rượu người ta phải đường hóa tinh bột thành đường, nghĩa là phải thực hiện
phản ứng thủy phân.
VIII. Một vài enzym hydrolase điển hình và ứng dụng của chúng trong thực
phẩm
8.1. Enzym amilase
Amylase là một hệ enzyme rất phổ biến trong thế giới sinh vật. Các enzyme này thuộc
nhóm enzyme thủy phân, xúc tác phân giải liên kết nội phân tử trong nhóm polysaccharide

với sự tham gia của nước:
R-R’ + H-OH à R-H + R’-OH
Có 6 loại enzyme được xếp vào 2 nhóm: - Endoamylase ( enzyme nội bào)
- Exoamylase ( enzyme ngoại bào)
Endoamylase gồm có α-amylase và nhóm enzyme khử nhánh.
Nhóm enzyme khử nhánh này được chia thành 2 loại: Khử trực tiếp là Pullulanase ( hay
α-dextrin 6-glucosidase); khử gián tiếp là Transglucosylase (hay oligo-1,6-glucosidase) và
maylo-1,6-glucosidase.
Các enzyme này thủy phân các liên kết bên trong của chuỗi polysaccharide.
Exoamylase gồm có β-amylase và γ-amylase. Đây là những enzyme thủy phân tinh bột
từ đầu không khử của chuỗi polysaccharide.
+ Đặc tính và cơ chế tác dụng của enzyme amylase:
Tùy vào mỗi loại và vào các nguồn khác nhau sẽ có thành phần amino acid khác nhau.
a) Đặc tính của enzyme amylase:
 Tính chất vật lý :
- Trọng lượng phân tử của α-amylase nấm mốc: 45.000-50.000 D
- Amylase dễ tan trong nước, trong dung dịch muối và rượu loãng.
- Protein của các α-amylase có tính acid yếu và có tính chất của globuline.
- Điểm đẳng điện nằm trong vùng pH=4,2-5,7 ( Bernfeld P, 1951 ).
 Cấu tạo :
Mỗi loại α-amylase có một tổ hợp amino acid đặc hiệu riêng. α-amylase là một
protein giàu tyrosine, tryptophan, acid glutamic và aspartic. Các glutamic acid và aspartic
acid chiếm khoảng ¼ tổng lượng amino acid cấu thành nên phân tử enzyme.
α-amylase có ít methionine và có khoảng 7-10 gốc cysteine.
α-amylase là một metaloenzyme. Mỗi phân tử α-amylase đều có chứa từ 1 đến 30
nguyên tử gam Ca/1 mol, nhưng không ít hơn 1-6 nguyên tử gam/mol Ca tham gia vào sự
Nhóm 15
Page 14
Môn : Hóa sinh thực phẩm GVHD: ThS.Nguyễn Thị Mai Hương
hình thành và ổn định cấu trúc bậc 3 của enzyme, duy trì hoạt động của enzyme. Do đó,

Ca còn có vai trò duy trì sự tồn tại của enzyme khi bị tác động bởi các tác nhân gây biến
tính và của các enzyme phân giải protein. Nếu phân tử amylase bị loại bỏ hết Ca thì nó sẽ
hoàn toàn mất hết khả năng thủy phân cơ chất.
Do có hàm lượng Ca trong phân tử và nồng độ Mg
2+
cao nên α-amylase bền với
nhiệt độ hơn các enzyme khác.
Tất cả các amylase đều bị kìm hãm bởi các kim loại nặng như Cu
2+
, Ag
+
, Hg
2+
. Một
số kim loại như Li
+
, Na
+
, Cr
3+
, Mn
2+
, Zn
2+
, Co
2+
,Sn
2+
, không có ảnh hưởng mấy đến
enzyme α-amylase.

Riêng α-amylase của Asp.Oryzae (thuộc chủng nấm mốc Aspergillus Oryzae) có
chứa phần phi protein là poly saccharide, nhưng nó không tham gia vào thành phần của
trung tâm hoạt động và nằm ở phía trong phân tử enzyme.
α-amylase của nấm mốc hầu như chỉ tấn công vào những hạt tinh bột bị thương tổn.
Sản phẩm cuối cùng của thủy phân α-amylase nấm mốc là glucose và maltose.
α-amylase của nấm sợi không tấn công vào liên kết α-1,6 glucoside của amilopectin,
nên khi thủy phân nó sẽ tạo thành các dextrin tới hạn phân nhánh. Đây là một cấu trúc
phân tử tinh bột do enzyme α-amylase phân cắt tạo thành các dextrin tới hạn phân
nhánh.Sản phẩm thủy phân cuối cùng của thủy phân α-amylase nấm sợi là maltose và
maltotriose.
b) Cơ chế tác dụng của enzyme
α
-amylase:
α-amylase (1,4-α-glucan-glucanhydrolase) có khả năng phân cách các liên kết
α-1,4 glucoside nằm ở phía bên trong phân tử cơ chất (tinh bột hay glycogen) một cách
ngẫu nhiên, không theo một trật tự nào cả.
Quá trình thủy phân tinh bột bởi α-amylase là một quá trình đa giai đoạn:
Ở giai đoạn đầu (giai đoạn dextrin hóa): chỉ một số phân tử cơ chất bị thủy phân tạo
một lượng lớn phân tử α-dextrin. Độ nhớt của hồ tinh bột giảm nhanh chóng.
Sang giai đoạn hai (giai đoạn đường hóa): các phân tử α-dextrin tiếp tục bị thủy
phân tạo ra các tetra-trimaltose không màu với thuốc thử iodine. Các chất này bị thủy
phân rất chậm bởi α-amylase cho đến khi tạo thành các disaccharide và cuối cùng là
monosaccharide.
Maltotetrose
Amylose à oligosaccharide à Maltotriose à 13%glucose
Malto 87% maltose
19% glucose
Amylopectin à 72% maltose
8% isomaltose
Dextrin phân tử thấp

Tóm lại, dưới tác dụng của α-amylase, tinh bột có thể chuyển thành glucose, maltose,
maltotetrose, dextrin phân tử thấp. Tuy nhiên, thông thường α-amylase chỉ thủy phân tinh
Nhóm 15
Page 15
Môn : Hóa sinh thực phẩm GVHD: ThS.Nguyễn Thị Mai Hương
bột thành chủ yếu là dextrin phân tử thấp,và một ít maltose. Khả năng dextrin hóa cao là một
đặc trưng cơ bản của α-amylase, do vậy người ta còn gọi α-amylase là amylase dextrin hóa
hay amylase dịch hóa.
c) Ứng dụng
Hiện nay, việc sản xuất chế phẩm enzyme các loại đã và đang phát triễn mạnh trên qui
mô công nghiệp. Thực tế đã có hàng nghìn chế phẩm enzyme bán trên thị trường thế giới,
các chế phẩm này đã được khai thác và tinh chế có mức độ tinh khiết theo tiêu chuẩn công
nghiệp và ứng dụng. Chế phẩm enzyme không chỉ được ứng dụng trong y học mà còn được
ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau, trong nông nghiệp, trong hóa học…
Theo thời gian, enzyme công nghiệp ngày càng được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác
nhau, trong đó những enzyme ứng dụng nhiều nhất là protease, cellulose, ligase, amylase,…
và một số enzyme đặc biêt khác đã thu được rất nhiều lợi nhuận từ ngành này. Dưới đây là
một vài ứng dụng thực tế:
Ứng dụng amylase trong sản xuất bia
Trong công nghệ sản xuất bia truyền thống, các nước phương Tây chủ yếu sử dụng
enzyme amylase của malt để thủy phân tinh bột trong malt, sau đó đến giai đoạn rượu hóa
bởi nấm men Saccharomyces sp. Cơ sở khoa học của việc sử dụng amylase của malt ở chỗ,
khi đại mạch chuyển từ trạng thái hạt sang trạng thái nảy mầm (malt), enzyme amylase sẽ
được tổng hợp và khi đó enzyme này sẽ thủy phân tinh bột có trong hạt tạo ra năng lượng và
vật chất cho sự tạo thành mầm. Như vậy việc đường hóa tinh bột trong hạt nhờ enzyme của
chính nó. Khi đó hạt chỉ tổng hợp ra lượng enzyme amylase vừa đủ để phân hủy lượng tinh
bột có trong hạt. Như thế cần rất nhiều mầm đại mạch để sản xuất bia ở qui mô lớn, dẫn đến
chi phí cao cho sản xuất và sản phẩm.
Để khắc phục điều này, trong quá trình lên men tạo bia thì nhà sản xuất không sử dụng
hoàn tòan 100% nguyên liệu là malt đại mạch mà có sự pha trộn theo một công thức nào đó

để thay thế malt và còn bổ sung nguồn tinh bột cho quá trịnh lên men. Lý do là một phần để
tạo hương vị cho bia, màu sắc, độ cồn phù hợp cho người tiêu dùng và một phần là làm giảm
giá thành cho sản phẩm bia nhưng vẫn giữ được đặc trưng cho bia. Chính vì điều này, các
nhà sản xuất bia quan tâm đến việc sử dụng chế phẩm enzyme amylase cung cấp cho quá
trình thủy phân tinh bột .Enzyme này có ý nghĩa rất lớn trong việc làm bia, giúp sản xuất bia
ở qui mô công nghiệp.
Ngoài ra, trong sản xuất bia, người ta còn sử dụng chế phẩm enzyme cellulose có tác
dụng phá vỡ thành tế bào, tạo điều kiện để các thành phần có trong tế bào hạt thóat ra phía
ngoài nhờ đó chất lượng bia được nâng cao hơn. Một loại enzyme khác cũng được sử dụng
khá rộng rãi đó là gluco amylase, enzyme này được sử dụng để loại trừ O2 có trong bia, giúp
quá trình bảo quản bia kéo dài hơn rất nhiều.
Ứng dụng amylase trong sản xuất rượu:
Để sản xuất cồn từ nguồn nguyên liệu tinh bột, mỗi nước sử dụng các loại nguyên liệu
khác nhau.Ví dụ, ở Mỹ người ta sử dụng nguyên liệu từ bột ngô để sản xuất cồn, còn ở
Brazin lại sử dụng khoai mì, các nước khác sử dụng gạo hoặc tấm từ gạo. Qúa trình sản xuất
cồn trải qua hai giai đọan: giai đọan đường hóa và giai đọan rượu hóa.
Nhóm 15
Page 16