Nghiên cứu quy trình sản xuất bromelain từ phế phẩm dứa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN VÕ MINH TÚ

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT BROMELAIN
TỪ PHẾ PHẨM DỨA

Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
Mã số: 8520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2019


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: 1/ TS. Trần Tấn Việt

2/ PGS.TS. Lê Thị Kim Phụng

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Lê Ngọc Liễu

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Phạm Thị Hồng Phượng

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 20 tháng 07 năm 2019
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS.TS Phạm Thành Quân
2. TS. Lê Ngọc Liễu

3. TS. Phạm Thị Hồng Phượng
4. TS. Trần Tấn Việt
5. TS. Châu Ngọc Đỗ Quyên
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau
khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA
KỸ THUẬT HĨA HỌC


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Trần Võ Minh Tú

MSHV: 1870271

Ngày, tháng, năm sinh: 04/09/1994

Nơi sinh: Tiền Giang

Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học

Mã số : 8520301

I. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu quy trình sản xuất Bromelain từ phế phẩm dứa
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1/ Khảo sát q trình trích ly enzyme từ phế phẩm dứa.
2/ Khảo sát quá trình tinh sạch enzyme bằng kỹ thuật lọc màng.
3/ Khảo sát q trình sấy đơng khơ enzyme Bromelain.
4/ Nghiên cứu động học enzyme.
5/ Đánh giá chất lượng chế phẩm Bromelain so với thị trường.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo trong QĐ giao đề tài) 11/02/2019
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài) 08/12/2019
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: 1/ TS. Trần Tấn Việt
2/ PGS. TS. Lê Thị Kim Phụng

Tp. HCM, ngày 10 tháng 06 năm 2019
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MƠN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC


i

LỜI CẢM ƠN
Ngành công nghiệp enzyme phát triển ngày càng mạnh, mở ra những cơ hội
và thách thức lớn, đặc biệt là enzyme từ nguồn phế phẩm Dứa ở một quốc gia nông
nghiệp là ngành phát triển nhất như Việt Nam. Trước hiện trạng đó, vấn đề nghiên
cứu cấp thiết được đặt ra và sau khơng ít những khó khăn, trở ngại nhưng với sự nỗ
lực của bản thân cùng sự hỗ trợ của Thầy Cơ, gia đình, đồng nghiệp và bạn bè,
luận án đã hồn thành.
Tơi xin gửi lời tri ân sấu sắc đến Thầy, Cô hướng dẫn khoa học là TS. Trần

Tấn Việt và PGS. TS. Lê Thị Kim Phụng – những người đã tận tình hướng dẫn, định
hướng và hỗ trợ tôi rất nhiều từ những ngày đầu tiên thực hiện đề tài cho đến tận
ngày hôm nay.
Tơi xin gửi lịng biết ơn đến q Thầy, Cơ trong khoa Kỹ thuật hóa học và
phịng thí nghiệm nhiên liệu sinh học và biomass – Viện nghiên cứu năng lượng bền
vững – Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh cũng như các anh chị trong
phịng phân tích trung tâm, trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM ln giúp
đỡ tơi trong suốt thời gian làm thí nghiệm với điều kiện tốt nhất.
Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lịng biết ơn vơ hạn đến gia đình và ba mẹ - chính gia
đình là nguồn động lực giúp tơi kiên trì vượt qua mọi khó khăn, quyết tâm hồn
thành luận án.
Luận án này là món q vơ giá tơi xin trân trọng dành tặng cho Gia đình,
Thầy Cơ – những người luôn yêu thương, bên cạnh tôi trong cuộc sống cũng như
trong sự nghiệp.
TPHCM, ngày 10 tháng 06 năm 2019
TRẦN VÕ MINH TÚ


ii

TĨM TẮT LUẬN VĂN
Việt Nam là một quốc gia có nền nông nghiệp phát triển đặc biệt là cây ăn
quả. Trong đó, dứa là một loại cây ăn quả được trồng phổ biến ở đồng bằng sông
Cửu Long với năng suất đứng thứ 14 trên thế giới với trên 500,000 tấn/năm theo
thống kê của FAO 2017. Bên cạnh đó, có khoảng 50% khối lượng quả dứa là phế
phẩm bao gồm: chồi, vỏ, mắt và lá, đây là nguồn nguyên liệu dồi dào nhiều tiềm
năng để thu nhận các enzyme protease. Do đó, luận văn “Nghiên cứu quy trình sản
xuất Bromelain từ phế phẩm dứa” đã được đề xuất phương pháp chiết tách, tinh
sạch, tạo chế phẩm enzyme có giá trị sử dụng cao từ phế liệu. Nghiên cứu đã đúc
kết được những kết quả như sau:

1- Điều kiện tốt nhất để trích ly enzyme từ phế phẩm dứa: tỷ lệ ngun
liệu/dung mơi là 1/2 (w/v) với dung mơi trích ly là dung dịch đệm photphat
1/15 M, pH 7,0, nhiệt độ 4oC, thời gian 10 phút với sự hỗ trợ siêu âm.
2- Sử dụng phương pháp lọc màng có thể tinh sạch enzyme qua ba giai đoạn
lọc: dịch thô được lọc qua màng MF 1µm và 0,2µm, siêu lọc UF ~100 kDa
với hiệu suất 92,13% và NF ~10 kDa để thu enzyme tinh sạch với độ tinh
sạch 1,37 lần.
3- Sử dụng kỹ thuật sấy đông khô để tạo chế phẩm Bromelain: sữa tách béo
được chọn làm chất trợ sấy với nồng độ 10% và tỷ lệ chất trợ sất/dịch tinh
sạch (v:v) là 1/4. Chế phẩm sau sấy được đánh giá một số tính chất: enzyme
tinh sạch cho thấy sự ổn định ở pH 7,0, protease được giữ lại 80% hoạt độ
trong 2 giờ; enzym giữ được độ ổn định hơn 90% ở 30°C sau một giờ ủ sau
đó hai giờ giảm còn 71%; hằng số động học Km và Vmax để thủy phân chất
nền gelatin bằng protease tinh sạch lần lượt là 11,98 (mg/ml) và 111,11
(GDU/g/phút).
4- Chế phẩm được mang đi kiểm tra chất lượng theo tiêu chuẩn của bộ y tế và
một số công bố chất lượng từ các nhà sản xuất enzyme lớn trên thế giới: sản
phẩm đạt yêu cầu về cảm quan, vi sinh. Trong đó, hàm lượng vitamin C và
hàm lượng Bromelain lần lượt là 746,2 µg/g và 229,2 mg/g.


iii

ABSTRACT
Vietnam is a country with developed agriculture, especially fruit trees.
Pineapple is among one of the most popular fruit trees that is grown in the Mekong
Delta with its productivity peaked 14th in the world with over 500,000 tons/year
according to FAO in 2017. Besides, about 50% the mass of pineapples are waste
including: crowns, peels, eyes and leaves, which are a rich source of potential
materials to acquire protease enzymes. Therefore, the thesis "The process of

producing Bromelain from pineapple waste" has proposed method of extracting,
purifying, creating enzyme products with high nutrition value from pinepple waste.
The research has summarized the following results:
1/ Optimal conditions for extracting enzymes from pineapple waste products:
raw ratio material/solvent: 1/2 (w/v) with solvent extraction is phosphate buffer
solutio 1/15 M, pH 7.0, 4oC temperature in 10 minutes with the support of
ultrasonic.
2/ Using membrane filtration method can purify enzyme through three stages
of filtration: raw extract is filtered through MF membrane 1µm and 0.2 µm, UF
membrane filter ~100 kDa with efficiency of 92.13% and NF ~10 kDa to collect
purified enzyme with purity of 1.37 folds.
3/ Use the freeze-drying technique to create Bromelain powder: skim milk is
selected as a cryoprotectant at a concentration of 10% and the ratio of
liquid/cryoprotectant (v:v) is 1/4. After-drying preparations were assessed some
properties: purified enzyme showed stability at pH 7.0, protease was retained 80%
of activity in 2 hours; over 90% enzymes retained stability at 30°C after one hour of
incubation then two hours reduced to 71%; Km and Vmax kinetic constants to
hydrolyze gelatin substrate with purified protease are 11.98 (mg/ml) and 111.11
(GDU/g/min) respectively.
4/ The product is taken out for quality inspection according to the standards
of the Ministry of Health and some quality claims from major enzyme
manufacturers in the world: products meet the requirements of sensory and
microbiological. The amount of vitamin C and Bromelain content are 746.2 µg/g
and 229.2 mg/g respectively.


iv

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi. Các số liệu và kết quả

trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ
cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn

Trần Võ Minh Tú


v

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG ...................................................................................... viii
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... ix
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................. xi
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU ................................................................................. xii
1.1

Đặt vấn đề .......................................................................................... xii

1.2

Đối tượng nghiên cứu ........................................................................ xii

1.3

Nội dung nghiên cứu ......................................................................... xiii

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN .............................................................................1
2.1

Giới thiệu về dứa ...................................................................................1

2.1.1 Khái quát chung ..............................................................................1
2.1.2 Giá trị dinh dưỡng trong dứa ..........................................................1
2.1.3 Tình hình sản xuất trên thế giới và Việt Nam .................................2
2.1.4 Phế phẩm dứa ..................................................................................4
2.1.5 Tình hình nghiên cứu các ứng dụng từ phế phẩm dứa trên thế giới
và Việt Nam ........................................................................................................5
2.2

Enzyme..................................................................................................6

2.2.1 Khái quát về enzyme .......................................................................6
2.2.2 Enzyme bromelain ..........................................................................7
2.2.3 Công dụng của enzyme Bromelain .................................................9
2.2.4 Các chất bảo vệ enzyme ................................................................12
2.3

Các nghiên cứu về enzyme Bromelain ...............................................13

2.3.1 Chiết tách enzyme .........................................................................13
2.3.2 Các phương pháp tinh sạch Bromelain .........................................14


vi

2.3.3 Các phương pháp sấy enzyme Bromelain.....................................19
2.3.4 Nghiên cứu động học enzyme .......................................................22
CHƯƠNG 3 NỘI DUNG THỰC HIỆN ........................................................26
3.1

Đối tượng và phương pháp nghiên cứu ..............................................26

3.1.1 Nguyên liệu ...................................................................................26
3.1.2 Hóa chất ........................................................................................26
3.2

Phương pháp nghiên cứu ....................................................................28

3.2.1 Quy trình chung ............................................................................28
3.2.2 Trích ly enzyme trong phế phụ phẩm dứa. ...................................30
3.2.3 Tinh sạch enzyme bàng kỹ thuật lọc màng ...................................30
3.2.4 Sấy đông khô enzyme ...................................................................33
3.2.5 Xác định một số yếu tố ảnh hưởng đến enzyme protease .............34
3.2.6 Đánh giá chất lượng sản phẩm ......................................................35
3.3

Các phương pháp phân tích ................................................................35

3.3.1 Hàm lượng protein tổng ................................................................35
3.3.2 Hoạt độ enzyme ............................................................................37
3.3.3 Độ ẩm ............................................................................................38
3.3.4 Hàm lượng Bromelain (HPLC-RID) ............................................39
3.3.5 Vitamine C ....................................................................................39
3.3.6 Vi sinh vật .....................................................................................40
3.4

Cơng thức tính tốn .............................................................................42

3.5

Phương pháp xử lý số liệu ..................................................................42

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ....................................................43
4.1

Khảo sát quá trình trích ly thu nhận dịch enzyme thơ ........................43


vii

4.1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến q trình trích ly .............................43
4.1.2 Ảnh hưởng của pH đến q trình trích ly .....................................44
4.1.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ rắn lỏng đến q trình trích ly .....................45
4.1.4 Ảnh hưởng của thời gian chiết đến q trình trích ly ...................46
4.2

Khảo sát q trình tinh sạch enzyme bằng phương pháp lọc màng....47

4.3

Khảo sát quá trình sấy đơng khơ .........................................................54

4.3.1 Khảo sát loại chất trợ sấy ..............................................................54
4.3.2 Khảo sát nồng độ chất trợ sấy .......................................................56
4.3.3 Khảo sát tỷ lệ chất trợ sấy và chiết xuất enzyme ..........................57
4.4

Nghiên cứu động học enzyme .............................................................58

4.4.1 Ảnh hưởng pH đến độ bền của enzyme ........................................58
4.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền của protease tinh sạch .........59
4.4.3 Động học phản ứng enzyme bằng phương pháp LineweaverBurk…………………………………………………………………………...59
4.5

Đánh giá chất lượng sản phẩm ............................................................61

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................63
5.1

Kết luận ...............................................................................................63

5.2

Kiến nghị .............................................................................................63

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................65
PHỤ LỤC .........................................................................................................73


viii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Thành phần của các giống dứa ở Việt Nam ..............................................1
Bảng 2.2: Top 10 quốc gia có sản lượng dứa cao nhất trên thế giới trong những năm
1990, 2000, 2014 .........................................................................................................3
Bảng 2.3: Các thông số vận hành được báo cáo trong quá trình vi lọc MF của nước
ép dứa ........................................................................................................................17
Bảng 2.4: Các thông số vận hành được báo cáo trong quá trình siêu lọc nước ép dứa
...................................................................................................................................18

Bảng 3.1: Các chỉ tiêu và phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm ...................35
Bảng 3.2: Chuẩn bị đường chuẩn Albumin ..............................................................36
Bảng 3.3: Xác định hoạt tính của enzyme ................................................................38
Bảng 3.4: Các thông số chạy máy HPLC-UV ..........................................................39
Bảng 4.1: Độ tinh sạch và hiệu suất thu hồi qua quá trình lọc .................................52
Bảng 4.2: Kết quả kiểm tra chất lượng sản phẩm .....................................................61


ix

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Phân bố địa lý của dứa năm 2018 ...............................................................2
Hình 2.2: Phân bố địa lý của năng xuất dứa Việt Nam năm 2018 ..............................4
Hình 2.3: Cấu trúc hóa học của Bromelain .................................................................8
Hình 2.4: Sơ đồ biểu diễn máy sấy phun ..................................................................19
Hình 2.5: Sơ đồ biểu diễn hệ thống sấy đơng khơ ....................................................22
Hình 2.6: Biến thiên vận tốc phản ứng theo nồng độ cơ chất ...................................24
Hình 2.7: Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ cơ chất theo LineweaverBurk ...........................................................................................................................25
Hình 3.1: Phế phẩm dứa ............................................................................................26
Hình 3.2: Hệ thống vi lọc (MF) ................................................................................27
Hình 3.3: Hệ vi lọc UF (trái) – Hệ lọc nano NF (phải) .............................................28
Hình 3.4: Máy sấy đơng khơ Eyela FDU-2110 ........................................................28
Hình 3.5: Quy trình tạo chế phẩm enzyme Bromelain từ phế phẩm Dứa.................29
Hình 3.6: Hệ thống lọc MF .......................................................................................31
Hình 3.7: Quy trình sấy đơng khơ .............................................................................33
Hình 3.8: Khảo sát scan bước sóng ...........................................................................36
Hình 3.9: Đường chuẩn BSA ....................................................................................37
Hình 4.1: Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly đến hoạt độ protease .............................43
Hình 4.2: Ảnh hưởng của pH đến hoạt độ protease ..................................................45
Hình 4.3: Ảnh hưởng của tỷ lệ lỏng/rắn đến hoạt độ protease .................................46

Hình 4.4: Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hoạt độ protease ............................47
Hình 4.5: Hoạt độ của enzyme thơng qua q trình vi lọc........................................49
Hình 4.6: Tốc độ dịng permeate và thu hồi enzyme theo thể tích dịch chiết tinh sạch
...................................................................................................................................50
Hình 4.7: Tốc độ dòng permeate và độ tinh sạch theo VFR .....................................51
Hình 4.8: So sánh độ tinh sạch của enzyme Bromelain thơng qua sắc ký đồ HPLC
. ..................................................................................................................................53
Hình 4.9: Ảnh hưởng của các loại chất trợ sấy đến hàm lượng protein và hoạt độ
enzyme ......................................................................................................................55


x

Hình 4.10: Ảnh hưởng của nồng độ chất trợ sấy đến hàm lượng protein và hoạt độ
enzyme ......................................................................................................................56
Hình 4.11: Ảnh hưởng của tỉ lệ chất trợ sấy đến hàm lượng protein và hoạt độ
enzyme ......................................................................................................................57
Hình 4.12: Ảnh hưởng của pH theo thời gian đến hoạt độ tương đối của protease..58
Hình 4.13: Ảnh hưởng của nhiệt độ theo thời gian đến hoạt độ tương đối của
protease......................................................................................................................59
Hình 4.14: Tuyến tính hóa dữ liệu động học của quá trình thủy phân gelatin ..........60


xi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Man

Mannose

Fruc

Frucose

Xyl

Xylose

GlcNAc

N-acetylglycosamine

RFLP

Restriction fragment length polymorphism

TOSC

Total oxyradical scavenging capacity

AEDA

Aroma extract dilution analysis

SAFE

Solvent-assisted flavor evaporation

MS

Murashige and Skoog

BA 1-1

benzyladenine

MF

Micro-filtration

UF

Ultra-filtration

NF

Nano-filtration


xii

CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề
Việt Nam là một quốc gia thuộc khu vực khí hậu nhiệt đới thích hợp với nhiều
loại cây ăn trái trong đó cây dứa là loài cây quen thuộc được trồng hầu hết trên cả
nước tập trung chủ yếu ở đồng bằng sông Cửu Long và Sông Hồng với năng suất
đứng thứ 14 trên thế giới với trên 500,000 tấn/ năm theo thống kê của FAO 2017.

Tuy nhiên ở nước ta dứa hầu như chỉ được biết đến như một loại trái cây để sản
xuất nước ép hay làm thực phẩm sấy khô trong khi phế phẩm của nó chiếm hơn
50% trọng lượng quả dứa. Thế nhưng trong phế phẩm từ dứa có chứa rất nhiều chất
dinh dưỡng đặc biệt là enzyme Bromelain với nhiều công dụng nổi bật như chống
viêm, trị tiêu chảy, rối loạn tiêu hóa, chống ung thư v.v. Enzyme Bromelain khơng
tồn tại độc lập mà hòa tan trong dịch dứa với nhiều chất khác như đường, vitamin,
và các chất khác không phải enzyme. Do đó việc loại bỏ bớt tạp chất và cô đặc
Bromelain là cần thiết khi sản xuất enzyme.
Mặc dù trên thế giới đã có nghiên cứu về vấn đề này nhưng giá thành khi nhập
về đến Việt Nam rất cao trong khi đó các cơng trình nghiên cứu về enzyme
Bromelain này ở nước ta còn hạn chế với quy mơ nhỏ lẻ chưa có ứng dụng nhiều
trong sản xuất chế phẩm thương mại. Do đó việc tận dụng nguồn phế phẩm này để
tạo ra Bromelain là một công trình có ý nghĩa thực tiễn cao nhằm góp phần giảm
thiểu ơ nhiễm mơi trường mà cịn tạo ra giá trị về kinh tế. Chính những lí do trên,
tơi chọn đề tài : Nghiên cứu qui trình sản xuất Bromelain từ phế phẩm dứa làm
đề tài nghiên cứu, nhằm xây dựng quy trình chiết, tinh sạch và cơ đặc Bromelain
hiệu quả.
1.2 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là enzyme Bromelain có trong phế phẩm
Dứa. Trong đề tài này tơi thực hiện các q trình chiết tách, tinh sạch bằng hệ thống
màng sau đó sấy thành bột Bromelain tại Trung tâm nghiên cứu lọc hóa dầu – ĐH
Bách Khoa TPHCM và phịng thí nghiệm Biomass. Chất lượng sản phẩm được


xiii

phân tích tại Phịng phân tích trung tâm – ĐH Khoa Học Tự Nhiên TPHCM và
trung tâm CASE.
1.3 Nội dung nghiên cứu
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly enzyme.

Các thơng số ảnh hưởng đến q trình tinh sạch.
Khảo sát ảnh hưởng chất trợ sấy đến q trình đơng khơ tạo chế phẩm
Bromelain.
Nghiên cứu động học enzyme.
Đánh giá chất lượng chế phẩm với một số sản phẩm trên thị trường.


1

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN

2.1 Giới thiệu về dứa
2.1.1 Khái quát chung
Dứa là một trong những loại trái cây nhiệt đới có sản lượng đứng thứ 3 trên
thế giới sau chuối và cam quýt và có nguồn gốc ở Nam Mỹ (Brazil, Argentina,
Paraguay). Dứa thuộc họ Bromeliaceae, chi Ananas tên khoa học là Ananas
comosus L. Merryl[1]. Tương tự như các loại trái cây khác, dứa đóng vai trị quan
trọng trong chế độ ăn uống của chúng ta vì có chứa enzyme, protein, vitamin và
khống chất. Thịt dứa tươi có thể dùng để sản xuất thành một loạt các sản phẩm như
dứa đóng hộp, nước ép dứa cô đặc, và mứt dứa[2].
Trên thế giới có khoảng 60-70 giống dứa, gồm 7 nhóm trong đó có 3 nhóm
chính là nhóm Cayen, nhóm Queen và nhóm Spanish[3].
2.1.2 Giá trị dinh dưỡng trong dứa
Bảng dưới đây cho thấy thông tin về giá trị dinh dưỡng của ba loại dứa chính
ở Việt Nam.
Bảng 2.1: Thành phần của các giống dứa ở Việt Nam (giá trị/100g dứa)
Thành phần

Smooth Cayenne

Pineapple MD2

Queen

Nước

87g

86g

89g

Năng lượng

190kJ

215kJ

186kJ

Protein

0.55g

0.53g

0.45g

Total lipid (fat)

0.13g

0.11g

0.10g

Carbohydrate

11.82g

13.50g

10.22g

1.4g

1.3g
7.02g

Fiber
Đường tổng

8.29g

10.32g

Fructose

1.94g

2.15g

Tinh bột

0.047g

Sắt

0.25mg

0.28mg

0.23mg

Magnesium

12mg

12mg

12mg


2

Phosphorus

9mg

8mg

7mg

Potassium

125mg

108mg

45mg

Kẽm

0.08mg

0.12mg

0.08mg

Copper

0.081mg

0.113mg

0.095mg

Vitamin C

16.9mg

56.4mg

21.09mg

Vitamin B1

0.078mg

0.080mg

0.081mg

Vitamin B2

0.029mg

0.033mg

0.021mg

Số liệu cho thấy dứa có độ ẩm khá cao (> 85g/100 g mẫu) cung cấp lượng
năng lượng lớn (~200 KJ/100 g mẫu). Ngoài ra dứa cũng chứa một lượng tương đối
vitamin C, magie, carbohydrate, canxi.
2.1.3 Tình hình sản xuất trên thế giới và Việt Nam
- Trên thế giới:
Dứa là nơng sản có ý nghĩa hết sức quan trọng, đứng thứ 2 sau chuối; đóng góp
trên 20% sản lượng trái cây nhiệt đới trên thế giới.

Hình 2.1: Phân bố địa lý của dứa năm 2018


3

Top 10 quốc gia sản xuất dứa lớn thay đổi qua các năm, tuy nhiên Brazil,
Philippines vẫn là 2 nước có sản lượng dứa trong top 3 qua nhiều năm. Từ số liệu ta
thấy năng suất dứa trên thế giới tăng khá nhanh, cho thấy mức độ phát triển cũng
như sự ưa chuộng mà trái dứa mang lại [4].
Bảng 2.2: Top 10 quốc gia có sản lượng dứa cao nhất trên thế giới trong
những năm 1990, 2000, 2014
1990

2000

2014

Thái Lan

1865

Thái Lan

2248

Costa Rica

2915

Philippines

1421

Brazil

2004

Brazil

2646

Brazil

1104

Philippines

1559

Philippines

2507

Ấn Độ

881

Ấn Độ

1020

Thái Lan

1915

Nigeria

763

Costa Rica

903

Indonesia

1835

USA

521

Nigeria

885

Ấn Độ

1737

Việt Nam

468

Trung Quốc

856

Nigeria

1465

Trung Quốc

462

Kenya

606

Trung Quốc

1433

Mexico

455

Mexico

522

Mexico

817

Costa Rica

423

Indonesia

399

Ghana

661

- Ở Việt Nam:


4

Hình 2.2: Phân bố địa lý của năng xuất dứa Việt Nam năm 2018
Ở nước ta dứa được trồng từ Bắc đến Nam, diện tích trồng cả nước khoảng
40.000 ha với sản lượng khoảng 500.000 tấn trong đó 90% ở phía Nam. Các tỉnh
trồng nhiều dứa ở miền Nam là Kiên Giang, Tiền Giang, Cà Mau, Cần Thơ, Long
An. Năng suất quả bình qn một năm ở các tỉnh phía Bắc là 10 tấn/ha và ở miền
Nam là 15 tấn/ha [3].
Trong năm cây dứa ra hoa nhiều vụ. Ở miền Bắc, vụ chính ra hoa vào tháng

2-3, thu hoạch tháng 6-7; trái vụ ra hoa tháng 6-8, thu hoạch tháng 10-12. Ở miền
Nam, cây dứa có thể ra hoa quanh năm, song thường tập trung vào tháng 4-5 và
tháng 9-10 [3].
2.1.4 Phế phẩm dứa
Hơn 50% khối lượng của quả dứa là phế phẩm (lá, cùi, vỏ, chồi). Hằng năm có
hơn 250,000 tấn phế phẩm dứa thải ra môi trường. Đây là nguồn nguyên liệu dồi
dào sẵn có cho những nhà máy sản xuất Bromelain và thức ăn gia súc.


5

2.1.5 Tình hình nghiên cứu các ứng dụng từ phế phẩm dứa trên thế giới và
Việt Nam
2.1.5.1 Trên thế giới
- Nghiên cứu những hợp chất có khả năng chống oxy hóa từ phế phẩm dứa. Năm
2002, Jie Sun và các cộng sự đã chỉ ra rằng khả năng chống oxy hóa từ 100 g dứa
tương đương với 298 mg vitamin C bằng cách phân tích hàm lượng phenolic
dạng tự do và dạng liên kết sau đó sử dụng phương pháp TOSC để đo tổng hoạt
tính chống oxy hóa [5]. Kết quả thu được tuy không cao nhưng cũng cho thấy
hiệu quả của trái dứa đối với khả năng chống oxy hóa.
- Sản xuất ethanol từ nước dứa và phế phẩm dứa. Nhận thấy lượng dứa có chất
lượng thấp bị bỏ đi rất lớn trên thế giới, K. Tanaka và cộng sự đã nghiên cứu khả
năng sản xuất ethanol từ nước dứa bằng cách thủy phân saccharose thành glucose
và fructose, sau đó lên men bằng vi sinh vật Z. mobilis ATCC 10988. Kết quả
cho thấy nước ép từ dứa bị loại bỏ là nguồn nguyên liệu giá rẻ để sản xuất
ethanol [6].
- Nghiên cứu hoạt tính kháng nấm từ phế phẩm lá dứa. Năm 2005, T. Taira, N.
Toma và M. Ishihara đã xác định được 3 chitinase từ lá dứa bằng cách sử dụng
cột sắc kí ái lực cao. Kết quả thu nhận cho thấy PL Chi-A khơng có hoạt tính
kháng nấm trong khi PL Chi-B có hoạt tính kháng nấm mạnh đối với

Trichoderma ở nồng độ ion thấp. Đối với nồng độ ion cao thì hoạt tính kháng
nấm của PL Chi-B và C tương ứng là mạnh và yếu [7].
2.1.5.2 Ở Việt Nam
- Phạm Thị Trân Châu và ctv (1987) nghiên cứu một số tính chất của enzyme
Bromelain tách từ chồi dứa tây cho thấy trong chồi dứa có chứa hai protease và
Bromelain có hoạt tính cực đại ở pH 6,5 và nhiệt độ tối ưu là 60 oC[8].
- Lê Thị Thanh Mai (1997) nghiên cứu các phương pháp tinh sạch và ứng dụng
Bromelain cho thấy có thể thu nhận bromelain theo phương pháp kết tủa bằng
aceton hay cô đặc theo phương pháp siêu lọc rồi kết tủa bằng aceton, cũng như
có thể tinh sạch bromelin bằng phương pháp lọc gel sephadex G75 với hiệu suất
cao[9].


6

- Nghiên cứu về quá trình lên men từ chất thải dứa. Năm 2015, Nguyễn Thúy Nga
và Nguyễn Thế Trang đã nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình lên men chất thải
từ dứa bằng Methanobacterium. Nhận thấy chất thải dứa thu được sau quá trình
sản xuất chiếm tới 30-50% trọng lượng nguyên liệu; tuy nhiên trong những chất
thải này còn chứa lượng đường, albumin, lipid và vitamin có thể phân hủy dưới
tác động của vi sinh vật. Sau khi nghiên cứu, nhóm tác giả nhận thấy chất thải
dứa là nguyên liệu tốt để lên men tạo nguồn khí biogas lớn, điều này khơng
những tạo nên những lợi ích to lớn trong kinh tế mà cịn giúp bảo vệ mơi
trường[10].
- Nghiên cứu ảnh hưởng của siêu âm lên pectinase trong quá trình chế biến nước
dứa từ bã. Năm 2011, Lê Văn Việt Mẫn và cộng sự đã nghiên cứu tập trung vào
tác động của siêu âm đến hoạt tính xúc tác pectinase. Kết quả cho thấy sự thay
đổi về thời gian và nồng độ enzyme gây ảnh hưởng lớn đến hoạt tính pectolytic.
Dung dịch sử dụng là pectinase chứa 63,3 đơn vị polygalacturonase/ml được siêu
âm trong 60s với công suất 225 W. Kết quả thu được pectinase tăng 5,6 % so với

dung dịch ban đầu. Từ đó cho thấy trong điều kiện nhất định siêu âm khơng làm
giảm hay biến tính enzyme mà còn giúp tăng chất lượng nước dứa thu được [11].
2.2 Enzyme
2.2.1 Khái quát về enzyme
Enzyme là một loại protein hoạt động như một loại xúc tác sinh học trong tế
bào sống. Nó giúp tăng tốc độ và khả năng phản ứng hóa sinh mà khơng bị hao hụt
hay mất đi sau quá trình phản ứng[12].
Enzyme tồn tại trong hầu hết tế bào động vật, thực vật và vi sinh vật, có thể
xúc tác các phản ứng ngay ở trong và ngồi cơ thể.
Xúc tác enzyme có các ưu điểm như:
-

Làm giảm năng lượng hoạt hóa cần thiết của các phản ứng hóa học.

-

Làm tăng tốc độ phản ứng nhưng không làm thay đổi chiều phản ứng.


7

-

Có tính đặc hiệu cao: mỗi enzyme đều có tính chọn lọc cao đối với một cơ
chất hoặc một phản ứng nhất định, một vài enzyme có tính đặc hiệu hóa học
lập thể (đặc hiệu quang học).

Cơ chế xúc tác của enzyme:
E+S → ES → ES*→ E+P
- Ở giai đoạn 1: cơ chất S liên kết với enzyme E bằng liên kết yếu tạo ra phức hợp

enzyme-cơ chất. Phản ứng này thường rất nhanh và địi hỏi một ít năng lượng.
- Ở giai đoạn tiếp theo: enzyme tác động lên cơ chất làm biến đổi cấu hình khơng
gian và các liên kết bên trong cơ chất, từ đó phá vỡ liên kết và tạo ra sản phẩm.
- Giai đoạn cuối cùng: sản phẩm được tạo ra tách khỏi enzyme.
→ Do đó chỉ cần 1 lượng năng lượng nhỏ cũng làm biến đổi cơ chất S thành
sản phẩm P.
2.2.2 Enzyme bromelain
Trong dịch chiết thơ từ thân dứa có tới 4 protein cysteine là Bromelain thân
(thành phần chính), Ananain, Comosain (thường gộp chung vơ nhóm Ananain do
khi chạy sắc kí thì Comosain thường trùng peak với Ananain) và Bromelain quả.
Còn trong dịch chiết từ trái dứa chứa chủ yếu là Bromelain quả và 1 lượng nhỏ
Bromelain thân. Ananain có trọng lượng phân tử gần bằng Bromelain quả trong khi
Bromelain thân thì lớn hơn. Tuy Ananain và Bromelain khác nhau về hoạt lực với
cơ chất nhưng Ananain chỉ chiếm vài phần trăm trong tổng số protein trong dứa nên
không cần phân tách trong quá trình tinh sạch[13].
Bromelain là một loại enzyme thu được từ thân và trái dứa chứa nhóm
sulfhydryl thủy phân protein, chiếm khoảng 50% tổng lượng protein trong dứa.
Ngoài ra trong dịch chiết Bromelain cịn chứa 1 ít peroxidase, acid phosphate, một
vài chất ức chế protease; tuy nhiên peroxidase chỉ tồn tại trong dứa tươi, còn khi lưu
trữ Bromelain từ 3-6 tháng thì peroxidase sẽ biến mất [14].
Bromelain có trọng lượng phân tử khoảng 30 kDa [15]. Người ta đã tìm được
2 loại Bromelain từ cây dứa là Bromelain thân (từ gốc dứa) và Bromelain quả (từ
trái dứa); cả 2 loại này đều thuộc nhóm EC 3.4.22.4. Thành phần chính của
Bromelain thân là proteinase F4, F5 và proteinase F9; tuy proteinase F9 chỉ chiếm


8

2% tổng lượng protein nhưng hoạt tính lại cao hơn khoảng 15 lần so với thành phần
chính là F4. Bromelain thân là một chuỗi 212 amino acid hoàn chỉnh, thường bắt

đầu chuỗi bằng valine hoặc alanin. Đối với pH, proteinase F4 và F5 tối ưu ở
pH=44,5; trong khi F9 có pH tối ưu là trung tính [16].
Bromelain quả có amino acid ở đầu và cuối chuỗi đều là alanin; là 1 protein
đơn giản, khơng chứa đường amino hay carbohydrate có trọng lượng phân tử
khoảng 31kDa, pH = 4,6; một phần chuỗi amino acid là Ala-Val-Pro-Gln-Ser-IleAsp-Trp-Arg-Asp-Tyr-Gly-Ala. Trong khi Bromelain thân là một glycoprotein cơ
bản, có chứa một vài nhóm monosaccharide. Trình tự acid amin trong Bromelain
quả và thân giống hệt nhau, chỉ có khác nhau khối lượng, số lượng và cách sắp xếp
các amino acid nhưng cũng thể hiện sự khác biệt đáng kể tới hoạt tính xúc tác. Giá
trị pH tối ưu là 8,0 và 8,3 đối với hemoglobin và casein [17].
2.2.2.1 Cấu tạo hóa học
Năm 1970, Yoko Yasuda và cộng sự đã nghiên cứu cấu trúc của Bromelain
thân và chỉ ra trong 1 đơn vị carbohydrate của Bromelain chứa 3 mannose, 1
frucose, 1 xylose và 2 N-acetylglycosamine [18]

Hình 2.3: Cấu trúc hóa học của Bromelain


9

Từ thực nghiệm ta thấy Bromelain thân có hoạt tính enzyme cao hơn nhiều so
với Bromelain quả khi cho 2 enzyme này thủy phân gelatin [15].
2.2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme Bromelain
- Ảnh hưởng bởi cơ chất: trên những cơ chất khác nhau thì Bromlain có hoạt tính
khác nhau. Nếu cơ chất là Hemoglobin thì khả năng phân giải của Bromelain
mạnh hơn Papain 4 lần, nếu cơ chất là Casein thì hoạt tính Bromelain tương tự
như Papain hoặc nếu là BAEE (Benzoyl-L-Arginine ethyl ester) thì hoạt tính
Bromelain chỉ bằng 0,065 lần so với Papain [19].
- Ảnh hưởng bởi nhiệt độ.
- Ảnh hưởng bởi pH: Xác định sự ảnh hưởng của enzyme Bromelain bởi pH bằng
cách thử với Hemoglobin, ta thấy pH=2,9 và nhiệt độ =37C là điều kiện enzyme

hoạt động tối ưu. Còn khi thử với Azoalbumin thì pH=7,5 và pH=6,5 đối với
Azocasein , cùng ở nhiệt độ 55C [20]. Như vậy pH tối ưu của Bromelain không
ổn định mà phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian phản ứng, bản chất và nồng độ cơ
chất, độ tinh sạch của enzyme, bản chất dung dịch đệm, sự hiện diện của chất
tăng hoạt [12].
- Ảnh hưởng bởi ion kim loại: hoạt tính của Bromelain bị ức chế mạnh bởi HgCl2,
thực tế cho thấy hoạt lực sẽ giảm 50% khi có HgCl2 0,45.10-6M [19].
- Ảnh hưởng bởi trạng thái và điều kiện bảo quản.
2.2.3 Công dụng của enzyme Bromelain
2.2.3.1 Ứng dụng trong y học
Năm 2001, Christian R. Engwerda và cộng sự đã nghiên cứu sự tác động của
enzyme Bromelain lên quá trình đáp ứng miễn dịch. Bằng cách thử hoạt tính in
vitro trên tế bào lá lách chuột và in vivo trên chuột cái từ 6-8 tuần tuổi đã nhận thấy
Bromelain có thể tăng cường receptor tế bào T (T cell receptor- TCR) và kích thích
sự phát triển tế bào T qua CD28 trong splenocyt bằng cách tăng costimulatory. Tuy
vậy Bromelain đồng thời làm giảm sản xuất IL-2 trong splenocyt, được coi như tín
hiệu kích thích tế bào T. Do đó, Bromelain được nhận định là vừa kích thích và ức
chế đáp ứng miễn dịch, có ý nghĩa quan trọng trong việc sản xuất vaccine hay thuốc
điều hòa miễn dịch, thuốc chống viêm từ cây dứa [21].