Enzyme protease
Khái quát về enzyme
- Enzym có bản chất là protein được sinh vật tổng hợp nên, tham gia vào các phản ứng hóa sinh học.
1.2 Đặc tính chung của enzym
- Enzym được tạo ra trong tế bào sinh vật, không độc hại, thân thiện với môi trường.
- Enzym tham gia phản ứng cả trong tế bào sống và cả khi được tách khỏi tế bào sống.
Enzym đóng vai trò quan trọng trong việc xúc tác các phản ứng hóa học, cả trong và ngoài cơ thể, từ giai đoạn đầu đến giai đoạn cuối, giúp giải phóng hoàn toàn năng lượng dự trữ trong các hợp chất hóa học Trong chuỗi chuyển hóa, dù là hở hay khép kín, sản phẩm của phản ứng trước sẽ trở thành cơ chất cho phản ứng tiếp theo.
- Enzym có thể được thực hiện một phản ứng: xảy ra ngoài tế bào (như trong ống nghiệm)
- Phản ứng enzym tiêu hao năng lượng rất ít, hiệu suất và tốc độ cao
- Enzyme tính chọn lọc cao
- Enzym chịu sự điều khiển bởi gen và các điều kiện phản ứng.
Nhóm enzym đơn cấu tử : Thành phần cấu tạo chỉ có protein.
Nhóm enzym đa cấu tử :
+ Phần I: protein thuần : apoprotein hay apoenzym
+ Phần II: thành phần không phải protein : cofactor – chúng có thể gắn chặt (prosthetic) hoặc lỏng lẻo với phần protein (coenzym)
Ngoài ra còn có một số kim loại giữ vai trò liên kết giữa enzym và cơ chất, giữa apoenzym và coenzym, tham gia vận chuyển điện tử.
2 Tổng quan về enzyme protease
Protease là enzyme xúc tác thủy phân protein thành các phân tử nhỏ và amino acid, đóng vai trò quan trọng trong sinh trưởng, sinh sản của sinh vật và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm, y học, công nghệ gen và bảo vệ môi trường Trong ngành công nghiệp thực phẩm, protease góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và cải thiện đời sống con người Hiện nay, công nghệ thu nhận protease từ vi sinh vật đang phát triển mạnh mẽ, mở ra nhiều khả năng ứng dụng mới Tại Việt Nam, nghiên cứu về protease chủ yếu tập trung vào protease thực vật và động vật, trong khi protease vi sinh vật chỉ được nghiên cứu trong hơn mười năm qua.
Ezyme protease là enzyme thủy phân các liên kết pectid (-CO-NH-) trong phân tử protein giải phóng các acid amin, pepton hoặc dittripepton.
Hình 1.1: Mô hình enzyme Protease thủy phân phân tử Protein
Cấu trúc bậc bốn của protein có ảnh hưởng lớn đến khả năng phân giải cơ chất khi tiếp xúc với protease Cụ thể, dạng monomer và dimer của cơ chất dễ bị phân giải hơn so với dạng tetramer.
Protease là enzyme thiết yếu cho sự sống, với chức năng đa dạng từ tế bào đến cơ thể, phân bố rộng rãi trong vi sinh vật, thực vật và động vật Protease vi sinh vật có những đặc điểm khác biệt so với protease động vật và thực vật, tạo thành một hệ thống phức tạp với nhiều enzyme tương đồng về cấu trúc và hình dạng phân tử, khiến việc tách chúng thành dạng tinh thể đồng nhất trở nên khó khăn Hệ protease vi sinh vật thường có tính đặc hiệu rộng rãi, phù hợp cho việc thủy phân triệt để và đa dạng sản phẩm.
Hình 1.2: cấu trúc không gian enzyme protease
Protease (peptidase) thuộc phân lớp 4 của lớp thứ 3 (E.C.3.4)
Hình 1.3: Sơ đồ phân loại protease
Với enzym protease thì có nhiều cách phân loại nhưng ta chỉ dựa vào hai đặc điểm sau để phân loại chúng:
Dựa vào vị trí tác dụng của protease lên các peptide trong phân tử protein, người ta chia protease làm 2 nhóm chính:
• Exopeptidase: (Dựa vào vị trí tác động trên mạch polypeptid,) được phân thành 2 loại:
- Amino peptidase: xúc tác thuỷ phân liên kết peptid ở đầu N tự do của chuỗi poly peptid để giải phóng ra một amino acid, một dipeptid hoặc một tripeptid.
- Carboxy peptidase: xúc tác thuỷ phân liên kết peptid ở đầu C của chuỗi poly peptid và giải phóng ra một amino acid hoặc một đipepti.
• Endo peptidase: (Dựa vào động lực học của cơ chế xúc tác) được chia thành 4 nhóm:
Serin proteinase là các enzyme chứa nhóm –OH của gốc serine trong trung tâm hoạt động, đóng vai trò quan trọng trong hoạt động xúc tác Nhóm này bao gồm hai phân nhóm chính: chymotripsin và subtilisin Chymotripsin bao gồm các enzyme động vật như chymotripsin, tripsin và elastase, trong khi subtilisin bao gồm các enzyme vi khuẩn như subtilisin carlsberg và subtilisin BPN Các serine proteinase thường hoạt động hiệu quả ở pH kiềm và có đặc hiệu cơ chất tương đối rộng.
Cyteim proteinase là nhóm proteinase có chứa nhóm –SH trong trung tâm hoạt động, bao gồm các proteinase từ thực vật như papain và bromelain, cùng với một số proteinase động vật và ký sinh trùng Các cystein proteinase thường hoạt động hiệu quả trong môi trường pH trung tính và có tính đặc hiệu cơ chất khá rộng.
- Aspatic proteinase: hầu hết các asportic proteinase thuộc nhóm pepsin.
Nhóm pepsin bao gồm các enzyme tiêu hóa quan trọng như pepsin, chymosin, cathepsin và renin Các aspartic proteinase trong nhóm này có chứa nhóm carboxyl tại trung tâm hoạt động, thường hoạt động hiệu quả ở pH trung tính.
Metallo proteinase là nhóm enzyme proteinase được phát hiện ở vi khuẩn, nấm mốc và các vi sinh vật bậc cao hơn Chúng thường hoạt động hiệu quả ở pH trung tính, nhưng hoạt động của chúng sẽ giảm đáng kể khi có sự hiện diện của EDTA.
Dựa vào thành phần amimo acid và vùng pH tối ưu của protease, người ta chia làm các nhóm:
- Protease acid: pepsin, renin, … hoạt động ở vùng pH acid 2-4.
- Protease kiềm: tryssin, chymmotrysin, … hoạt động ở vùng pH kiềm 9-
- Protease trung tính: như papain từ quả đu đủ, bromelain từ quả dứa, … hoạt động ở vùng pH trung tính 7-8
Ngoài ra có thể phân làm 2 loại khác:
Enzyme protease nồi bào là những enzyme được tiết ra từ bên ngoài màng protein, và chúng có thể được trích ly vào môi trường thông qua các kỹ thuật trích ly.
- Enzyme protease ngoại bào được thu nhận từ quá trình lên men hoàn tất hoặc ngay quá trình lên men đang diễn ra.
Protease là enzyme có khả năng xúc tác quá trình thủy phân protein Nhiều giả thuyết đã được đề xuất để giải thích cơ chế xúc tác sinh học của enzym, nhưng tất cả đều đồng thuận rằng quá trình này bắt đầu bằng sự kết hợp giữa enzym và cơ chất, tạo thành hợp chất trung gian.
E (enzym) + S (cơ chất)→ ES(hợp chất trung gian) 2.5 Nguồn cung cấp
Enzyme hiện diện trong tất cả các cơ quan và mô của sinh vật, nhưng để tối ưu hóa chi phí, người ta thường chọn những nguồn nguyên liệu có khả năng sản xuất enzyme với số lượng lớn và hiệu suất cao.
Chúng ta hiện nay sử dụng ba nguồn nguyên liệu sinh học chính để thu nhận protease, bao gồm mô và cơ động vật, mô và cơ quan thực vật, cùng với tế bào vi sinh vật Trong đó, nguồn động vật là một trong những nguồn quan trọng.
Pepsin và rennin là hai loại protease acid quan trọng trong hệ tiêu hóa của con người và động vật, nổi bật với khả năng đông tụ sữa Các enzym này chủ yếu được chiết xuất từ dạ dày của động vật như heo, bê và bò, và chúng có nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm.
Tụy tạng là nguồn enzyme phong phú nhất và lâu dài nhất trong cơ thể, với trypsin là enzym chính có khả năng phân giải protein Trypsin được tiết ra từ tuyến tụy dưới dạng tiền thân trypsinogen, và được kích hoạt bởi enzyme enterokinase trong ruột Enzym này đóng vai trò quan trọng trong quá trình tiêu hóa protein.
Ngoài ra tuyến tụy còn tiết ra enzyme Chymotrypsin, enzym này góp phần phân giải protein trong ruột non và được chiết xuất từ tụy bò.
Dạ dày bê chứa enzyme renin, thuộc nhóm protease, có vai trò quan trọng trong công nghệ sản xuất phomat Renin giúp biến đổi casein thành paracazein, làm cho sữa đông tụ trong môi trường có nồng độ Ca 2+, từ đó tạo ra sữa chua.
Gần đây có nghiên cứu sản xuất protease từ vi sinh vật có đặc tính renin như: ở các loài Eudothia parasitica và Mucor purillus. b Nguồn thực vật
Thu nhận enzyme protease từ nấm mốc Aspergillus oryzae
Quy trình thu nhận enzyme protease
Trong sản xuất các chế phẩm protease, người ta thường chia làm hai giai đoạn: Thu protease thô và tinh sạch protease.
Để thu chế phẩm protease thô, nguồn nguyên liệu từ động vật và thực vật cần được nghiền, trích ly và ly tâm Đối với nguồn vi sinh vật, quá trình bao gồm nuôi cấy, phá vỡ tế bào và sau đó tiến hành ly tâm.
Tinh sạch protease là quá trình loại bỏ các thành phần không phải protease bằng phương pháp hóa lý, nhằm thu được sản phẩm protease tinh khiết.
Hình 2.1: Quy trình tổng quát thu nhận protease
Thu nhận enzyme protease từ nấm mốc Aspergillus oryzae
2.1 Tổng quan về Aspergillus oryzae a Đặc điểm cấu tạo
Aspergillus là một chi nấm gồm hơn 185 loài, trong đó khoảng 20 loài đã được xác định là nguyên nhân gây nhiễm trùng Các loài này thường được sử dụng trong sản xuất thực phẩm, hóa chất và enzyme Trong số các loài Aspergillus, Aspergillus fumigatus là phổ biến nhất, tiếp theo là Aspergillus flavus.
Aspergillus niger, Aspergillus clavatus, Aspergillus glaucus, Aspergillus terreus,versicolor, Aspergillus oryzae… -
Nấm mốc Aspergillus oryzae sinh ra các enzym amylase, invertase, maltoase, protease và catalase có khả năng phân giải tinh bột, protein thành đường, acid amin
Nấm mốc Aspergillus oryzae là một trong những tác nhân chính trong quá trình lên men nước tương bằng phương pháp vi sinh vật Trong ngành công nghiệp, nấm mốc này được nhân giống để phục vụ cho sản xuất nước tương.
Nấm Aspergillus orzae là một loại vi hoàn khuẩn đa bào, với cấu trúc khuẩn ty có nhiều vách ngăn Khi mới mọc, khuẩn ty có màu trắng xám, và khi phát triển, nó chuyển sang màu xanh lợt với ít sắc vàng.
Nấm Aspergillus oryzae có hình dáng bào tử đặc trưng, với màu sắc biến đổi từ xanh vôi đến xanh thẫm Dưới kính hiển vi, bào tử của nấm này có hình cầu và có các tia xung quanh.
Một số enzyme quan trọng được tổng hợp bởi nấm Aspergillus oryzae
- Protease: Ứng dụng trong công nghiệp da giày, y học, công nghiệp chế biến thức an gia súc
- Amylase: Ứng dụng trong công nghiệp dệt, sản xuất các chế phẩm sinh học bổ sung vào thức ăn gia súc, sản xuất glucose, dixtrin, malt…
- Cellulose: ứng dụng trong công nghiệp dệt,công nghệ giấy, xử lý ô nhiễm môi trường…. b Vai trò của giống
Trong công nghệ enzyme từ vi sinh vật, giống đóng vai trò quyết định đến năng suất nhà máy, chất lượng sản phẩm sinh học và hoạt tính của enzyme Yếu tố này ảnh hưởng lớn đến vốn đầu tư cho sản xuất và giá thành sản phẩm, đồng thời có ý nghĩa quan trọng trong sự phát triển của công nghệ vi sinh vật.
Công nghệ sản xuất enzyme là một phần của công nghệ lên men hiện đại, được triển khai quy mô công nghiệp Để đạt được hiệu quả cao, giống vi sinh vật sử dụng trong công nghệ enzyme cần đáp ứng những yêu cầu cụ thể, nhằm tạo ra sản phẩm mong muốn với số lượng và chất lượng tối ưu Trong quá trình trao đổi chất, vi sinh vật cần tổng hợp một lượng lớn chất để chuyển hóa sinh khối gấp hàng ngàn lần so với cơ thể chúng trong thời gian ngắn.
+ Giống phải cho năng suất sinh học cao
+ Giống phải có khả năng thích nghi nhanh và phát triển mạnh trong điều kiện sản xuất công nghiệp.
+ Giống vi sinh vật phải có khả năng đồng hóa các nguyên liệu rẻ tiền và dễ kiếm tại địa phương.
+ Giống sử dụng trong quá trình sản xuất hiện đại phải là những vi sinh vật thuần khiết, có tốc độ sinh sản nhanh.
+ Tốc độ trao đổi chất mạnh để tạo nhanh các sản phẩm mong muốn, dễ dàng tách chiết, tinh sạch
Để tối ưu hóa quá trình lên men công nghiệp, việc phân lập giống vi sinh vật thuần khiết là rất quan trọng, giúp dễ dàng bảo quản và duy trì ổn định Một trong những phương pháp hiệu quả để thu nhận protease là từ chủng nấm mốc Aspergillus oryzae.
Phương pháp nuôi cấy nấm mốc này rất hiệu quả nhờ vào khả năng phát triển nhanh và mạnh, giúp giảm thiểu tạp nhiễm Nấm mốc phát triển trên bề mặt hạt chất dinh dưỡng rắn, với các khuẩn ty thâm nhập sâu vào môi trường đã được tiệt trùng và làm ẩm Các nguyên liệu thường được sử dụng bao gồm cám mì, cám gạo và ngô mảnh, kết hợp với trấu, tạo ra độ xốp cao và không chứa chất gây hại cho sự phát triển của nấm mốc Tỷ lệ phụ gia cần đảm bảo hàm lượng tinh bột không thấp hơn 20%, có thể bổ sung thêm nguồn nitơ và các chất kích thích sinh trưởng Phương pháp này cho nồng độ enzyme cao hơn so với dịch nuôi cấy chìm, dễ dàng sấy khô mà vẫn giữ được hoạt tính enzyme, giúp bảo quản và vận chuyển dễ dàng Quy trình nuôi cấy đơn giản, có thể thực hiện tại nhà, và nếu có nhiễm trùng, chỉ cần loại bỏ phần bị nhiễm Tuy nhiên, năng suất của phương pháp bề mặt còn thấp, khó cơ khí hóa, cần diện tích nuôi lớn và chất lượng sản phẩm không đồng đều giữa các mẻ.
Vi sinh vật thường được nuôi cấy trong môi trường lỏng, chủ yếu sử dụng tinh bột làm nguồn carbon, mặc dù một số ít giống vi sinh vật có thể dùng đường glucose hoặc saccharose Phương pháp nuôi cấy bề sâu yêu cầu sự vô trùng tuyệt đối trong tất cả các khâu như vệ sinh tổng hợp, thanh trùng môi trường dinh dưỡng và thao tác nuôi cấy Quá trình nuôi cấy chìm bao gồm các giai đoạn chuẩn bị môi trường, nuôi cấy nấm men giống và nấm mốc sản xuất Phương pháp nuôi cấy hiện đại có khả năng cơ khí hóa và tự động hóa cao, giúp nâng cao năng suất và dễ dàng tổ chức sản xuất Việc nuôi cấy các chủng vi sinh vật đột biến có khả năng sinh tổng hợp enzyme cao cho phép tối ưu hóa thành phần môi trường và điều kiện nuôi cấy, đảm bảo enzyme thu được tinh khiết và vệ sinh Tuy nhiên, do nồng độ enzyme thấp và chi phí tách thu hồi enzyme cao, việc này có thể dẫn đến tiêu tốn điện năng cho khuấy trộn và nguy cơ nhiễm khuẩn nếu không đảm bảo vô trùng.
Việc chọn môi trường dinh dưỡng là rất quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến sự sinh trưởng và tổng hợp enzyme của vi sinh vật Môi trường cần đảm bảo đầy đủ các chất thiết yếu để hỗ trợ sự phát triển bình thường của vi sinh vật và quá trình tổng hợp enzyme Đặc biệt, để tăng cường tổng hợp enzyme, việc sử dụng chất cảm ứng là cần thiết Chất cảm ứng hoặc sản phẩm phân giải của nó có thể giúp giảm tác động kìm hãm của các chất khác, từ đó đảm bảo quá trình tổng hợp enzyme không bị cản trở Chất cảm ứng thường là cơ chất tương ứng của enzyme mà vi sinh vật cần tổng hợp.
Thành phần chính của môi trường: C, H, ON Ngoài ra các chất vô cơ: Mn, Ca,
P, S, Fe, K và các chất vi lượng khác như.
Nguồn cacbon Đối với Asp.oryzae: frucfoza saccroza maltoza glucoza manit arabinoza glactoza.
Tinh bột là nguồn cacbon quan trọng cho nhiều chủng vi khuẩn tổng hợp enzyme protease, chẳng hạn như vi khuẩn Bacillus subtilis, có khả năng sản xuất protease trong môi trường chứa tinh bột với nồng độ lớn hơn 8%.
Nhiều xạ khuẩn ưa nhiệt, đặc biệt là Micromonospora vulgaris 42, phát triển tốt và tổng hợp protease hiệu quả trong môi trường có tinh bột Việc tăng nồng độ tinh bột từ 0,25% đến 1,5% không chỉ cải thiện sinh khối mà còn nâng cao hiệu suất tổng hợp enzyme.
Trong số các nguồn nitơ vô cơ, NH4 và H2PO4 được đánh giá là hiệu quả nhất Để tạo ra môi trường tự nhiên, các nguyên liệu như cám, bột hạt cốc, nước chiết ngô, dịch ép quả, rau, khô dầu, bã rượu, rỉ đường, sản phẩm phân hủy, nấm, men bia, trấu và lõi ngô đã được chuẩn bị Khi lựa chọn môi trường, cần lưu ý đến các chất có khả năng điều hòa sinh tổng hợp enzyme, đặc biệt là các chất cảm ứng.
Vi sinh vật phân bố rộng rãi trong tự nhiên, hiện diện ở khắp nơi như trong không khí, cơ thể động vật và thực vật, cũng như ở những khu vực giàu chất hữu cơ Nhờ vào khả năng thích nghi, vi sinh vật có thể tồn tại và phát triển ngay cả trong những điều kiện khắc nghiệt nhất.
Thông thường chủng vi sinh vật để thu nhận enzyme thường có 3 cách phân lập: + Phân lập giống trong điều kiện tự nhiên
+ Phân lập giống trong điều kiện sản xuất
+ Phân lập giống trong mẫu giống đã hư hỏng
Tùy thuộc vào khả năng và điều kiện thực tế mà chọn cách phân lập phù hợp nhất.Mỗi cách có những ưu điểm riêng
Phân lập giống vi sinh vật trong điều kiện tự nhiên và sản xuất công nghiệp có sự khác biệt rõ rệt Các chủng vi sinh vật hoang dại có khả năng sinh tổng hợp enzyme đã quen thuộc với môi trường tự nhiên Khi chuyển sang điều kiện sản xuất công nghiệp với môi trường cố định, các loài vi sinh vật này cần thời gian để thích nghi Do đó, việc huấn luyện chúng để phù hợp với điều kiện sản xuất công nghiệp là rất cần thiết.
Phân lập giống trong điều kiện sản xuất
Ứng dụng enzyme Protease trong công nghệ sản xuất nước mắm ngắn ngày
Ứng dụng enzyme protease
a Trong công nghiệp thực phẩm
Trong công nghệ chế biến thịt
- Trong công nghiệp thịt, có thể dùng các chế phẩm protease để làm mềm thịt
- Chế phẩm enzyme để làm mềm thịt thường là papain hay hỗn hợp của papain với protease của vi sinh vật
- Tùy theo tính chất thịt mà sử dung các chế phẩm thích hợp
- Chất lượng các loại thịt được nâng cao
- Thời gian chin của thịt rút xuống nhiều lần
- Kỹ thuật làm mềm thịt không phức tạp lắm Có thể :
Để làm mềm thịt hiệu quả, cần ngâm thịt trong một phức hệ enzyme với pH, nhiệt độ và nồng độ thích hợp Sau đó, rải lên bề mặt thịt một lớp bột làm mềm chứa enzyme và các chất phụ gia Cuối cùng, tiêm dung dịch enzyme vào mô thịt để tăng cường quá trình làm mềm.
+ Đưa dung dịch enzyme vào máu động vật trước khi giết thịt
Trong công nghệ chế biến sữa
- Protease có khả năng làm đông tụ sữa
- Tính chất này từ lâu được ứng dụng vào công nghiệp thực phẩm
- Ứng dụng chính : sản xuất phomát
- Rennin đóng vai trò quan trọng nhất trong công nghệ này
- Người ta đang cố gắng tìm chủng vi sinh vật có tính chất tương tự hay thay thế một phần rennin
Trong công nghệ sản xuất nước chấm
- Sử dụng enzym từ các nguồn tự nhiên:
+ Động vật: trong nội tạng của gia súc có hiện diện nhiều enzym thủy phân protease như: pepsin, tripsin, cathepsin.
+ Thực vật: có một vài loại thực vật cũng có enzym protease như trong đu đủ có enzym papain, khóm có enzym bromelin
+ Vi sinh vật: trong quá trình hoạt động sống nhiều hệ enzym sinh ra từ nấm mốc Aspergillus oryzae, Asp niger.
+ Sử dụng dưới dạng thô: cho các nguyên liệu có enzym đó vào chượp với tỉ lệ nhất định.
+ Sử dụng dưới dạng chiết xuất: chiết enzym từ các nguyên liệu trên thành dạng tinh chế sau đó cho vào trong chượp
Trong công nghiệp sản xuất bia rượu
- Tăng tỉ lệ nguyên liệu thay thế
- Giảm thời gian lên men
- Hiệu suất thu hồi tăng
- Bia, rượu thành phẩm đạt các chỉ tiêu quy định tốt hơn khoảng 30%
- Nâng cao hiệu quả kinh tế, giảm chi phí sản xuất.
Trong ngành công nghiệp sản xuất bánh mỳ và bánh quy, enzyme protease đóng vai trò quan trọng bằng cách giảm thời gian trộn, tăng cường độ dẻo và làm mềm bột, đồng thời cải thiện độ xốp và khả năng nở của sản phẩm Bên cạnh đó, enzyme này cũng được ứng dụng trong công nghiệp thuộc da, giúp cải thiện quy trình sản xuất.
Collagen là thành phần quan trọng nhất của da, nhưng dưới tác động của protease, các chất nhờn bị tách ra và một số liên kết sợi collagen bị phá hủy Hệ quả là da trở nên mềm mại hơn.
- Trước đây, thường dùng các protease thu từ đường tiêu hóa động vật, ngày nay hiệu quả hơn cả là các enzyme thu từ vi khuẩn và nấm mốc
- Rút ngắn thời gian làm mềm, tách long xuống nhiều lần, chất lượng tốt hơn, số lượng lông thu được nhiều hơn, không cần xử lý them
- Người ta có thể ngâm nguyên liệu da trong dung dịch enzyme hoặc phết hồ enzyme lên bề mặt c Trong công nghệ sản xuất chất tẩy rửa
- Công dụng của proteaza là phân hủy vết bẩn dạng protein trên vải.
- Tên thương mại: Savinase và Relase.
Proteaza có khả năng làm sạch hiệu quả các vết bẩn như máu, lòng đỏ trứng, sữa, nước rau, đậu và nước sốt thực phẩm Tuy nhiên, enzyme này chỉ hoạt động hiệu quả trong môi trường dung dịch giặt.
- Enzyme có những tác dụng như sau khi được sử dụng trong chất tẩy rửa:
+ Giúp tăng hiệu quả của việc giặt tẩy.
+ Giảm thời gian giặt nhờ khả năng phân hủy vết bẩn nhanh
+ Giảm năng lượng tiêu thụ do có thể giặt ở nhiệt độ thấp.
+ Giảm lượng nước tiêu thụ do hiệu quả giặt rửa cao.
Enzym là chất có khả năng phân hủy sinh học, giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường Chúng không chỉ tăng cường độ trắng cho sản phẩm mà còn ngăn ngừa sự bám dính của chất bẩn Đặc biệt, enzym còn được ứng dụng hiệu quả trong quá trình sản xuất tơ tằm.
- Quá trình làm sạch tơ sợi tự nhiên tương đối phức tạp và khó khăn
Sợi tơ sau khi kéo kén chứa khoảng 30% xerixin, và để tách xerixin, cần nấu trong dung dịch xà phòng Một lượng nhỏ xerixin còn lại trên lụa sẽ làm giảm độ đàn hồi của sản phẩm.
- Để tách lượng xerixin còn lại người ta thường dùng chế phẩm protease từ nấm mốc, vi khuẩn e Trong sản xuất hương phẩm, mỹ phẩm
- Hiện nay, một số nước sản xuất những loại kem chứa enzyme để xoa mặt, xoa tay, cạo râu …
Dưới tác động của protease trong kem, các tế bào da chết sẽ được loại bỏ, giúp da mới và khỏe mạnh xuất hiện trên bề mặt Đồng thời, quá trình phát triển của lông và tóc cũng sẽ bị chậm lại.
Trong ngành công nghiệp y học, protease đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất các môi trường dinh dưỡng hỗn hợp chứa protein, phục vụ cho việc nuôi cấy vi khuẩn và các vi sinh vật khác.
Sử dụng các chế phẩm protease để cô đặc và tinh chế huyết thanh kháng độc là một phương pháp hiệu quả, vì protease có khả năng tiêu hủy các protein đệm mà không làm ảnh hưởng đến chất kháng độc.
- Ứng dụng chữa một số bệnh về đường tiêu hóa
Ứng dụng protease trong sản xuất nước mắm ngắn ngày
Nước mắm là dung dịch đạm chứa các acid amin, được hình thành từ quá trình thủy phân protein cá nhờ enzym protease tự nhiên Để rút ngắn thời gian sản xuất nước mắm từ 6 tháng đến 1 năm xuống còn 30 đến 60 ngày, người ta đã sử dụng enzym bên ngoài để tăng tốc quá trình thủy phân Tuy nhiên, phương pháp này vẫn còn hạn chế vì chưa thể đạt được hương vị đặc trưng của nước mắm truyền thống.
Enzyme có thể được sử dụng dưới dạng thô, tinh khiết hoặc bán tinh chế trong quy trình sản xuất chượp Thông thường, enzyme protease từ chủng nấm mốc Asp Oryaze được bổ sung vào nước mắm để cải thiện chất lượng trong thời gian ngắn.
Bản chất của quy trình sản xuất nước mắm là:
Bản chất của quá trình này chính là quá trình thủy phân protein trong cá nhờ hệ Enzyme protease pepton polypeptid peptid acid amin
Nước mắm đặc biệt, hay còn gọi là nước mắm nhỉ, được sản xuất bằng phương pháp nhỏ giọt, mang đến hương vị độc đáo với màu nâu cánh gián Loại nước mắm này có mùi thơm nồng, vị ngọt dịu đậm và độ đạm cao lên tới 30g/lít, càng để lâu càng trở nên ngon hơn.
Nước mắm thượng hạn, hay còn gọi là nước mắm cốt, có màu vàng rơm đến cánh gián, với hương thơm và vị ngọt dịu đậm Độ đạm cao lên đến 25g/lít, nước mắm này càng để lâu càng trở nên thơm ngon và chuyển sang màu nâu đen, là gia vị lý tưởng cho nhiều món ăn.
Do nước kéo qua chượp đã rút 90% nước cốt, hàm lượng đạm 15g/lít, dung làm nước mắm chấm.
Do nước kéo qua bã chượp đã rút hết 90% laoij 1, hàm lượng đmạ 10g/lít, dung để nấu nếm thức ăn.
Do nước mắm kéo qua bã chượp đã rút 90% loại 2, hàm lượng đạm thấp, dung làm nước mắm chượp cho mùa nước mắm sau.
Giá trị dinh dưỡng của nước mắm.
Chiếm chủ yếu và quyết định giá trị dinh dưỡng của nước mắm, gồm 3 loại đạm:
+ Đạm tổng số: là tổng lượng nitơ có trong nước mắm (g/l), quyết định phân hạng nước mắm.
+ Đạm amin: là tổng lượng đạm nằm dưới dạng acid amin (g/l), quyết định giá trị dunh dưỡng của nước mắm.
+ Đạm amon: càng nhiều nước mắm càng kém chất lượng.
Nước mắm chứa đầy đủ các acid amin, đặc biệt là các acid amin không thay thế như valin, leucin, methionin, isoleucin, phenylalanin và alanin Những acid amin này là yếu tố quan trọng khiến nước mắm dễ bị hư hỏng do hoạt động của vi sinh vật Thành phần dinh dưỡng của nước mắm còn phụ thuộc vào nguyên liệu được sử dụng trong quá trình chế biến.
- Rất phức tạp và quyết định đến hương vị của nước mắm.
- Hàm lượng các chất bay hơi trong nước mắm
- Hàm lượng các chất bay hơi trong nước mắm mg/100g nước mắm:
+ Các chất cacbonyl bay hơi: 407-512 (formaldehyde)
+ Các acid bay hơi : 104-533 (propionic)
+ Các acid amin bay hơi : 9,5- 11,3 (izopropylamin)
+ Các chất trung tính bay hơi: 5,1-13,2 (acetaldehyde)
- Mùi trong nước mắm được hình thành chủ yếu do hoạt động của vi sinh vật yếm khí trong quá trình sản xuất nước mắm tạo ra.
Các chất vô cơ: NaCl chiếm 250-280g/l và một số chất khoáng như: S, Ca, Mg,
Bảng thành phần các chất vô cơ
Bảng hàm lượng vitamin trong nước mắm
2.3 Các hệ enzyme trong sản xuất nước mắm a Hệ enzyme Metalo-protease
Hệ enzyme trong nội tạng cá có khả năng chịu đựng nồng độ muối cao và hoạt động mạnh ngay từ đầu, nhưng giảm dần từ tháng thứ 3 Enzyme này có hoạt tính thủy phân mạnh đối với nhiều loại peptid, với pH tối thích từ 5-7 và pI từ 4-5, ổn định với ion Mg2+ và Ca2+, nhưng mất hoạt tính khi tiếp xúc với Zn2+, Ni2+, Pb2+, và Hg2+ Trong số đó, enzyme serin-protease, điển hình là tripsin, hoạt động mạnh ở pH từ 5-10, tối ưu nhất ở pH 9, nhưng bị ức chế bởi chuỗi acid amin trong cấu trúc của nó và cần enzyme cathepsin B để tháo gỡ Tuy nhiên, cathepsin B lại dễ bị ức chế bởi nồng độ muối cao, do đó cần thực hiện nhiều lần bổ sung muối để enzyme này hoạt động hiệu quả.
Enzyme cathepsin D, có trong thịt và nội tạng cá, đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất nước mắm Tuy nhiên, enzyme này bị ức chế bởi nồng độ muối khoảng 15%, dẫn đến việc nó chỉ tồn tại trong thời gian ngắn ở giai đoạn đầu của quá trình thủy phân.
2.4 Vi sinh vật trong sản xuất nước mắm
+ Có từ nguyên liệu, dụng cụ, thiết bị, môi trường ( nước, không khí )
+ Bổ sung hệ enzyme protease được sản xuất từ vi khuẩn Asp.oryzae
Ngày nay, công nghệ sinh học, đặc biệt là sản xuất chế phẩm enzyme, đã giúp rút ngắn thời gian sản xuất từ 6-12 tháng xuống còn 15-30 ngày bằng cách thêm enzyme vào nguyên liệu trong quá trình ủ chượp Tuy nhiên, phương pháp này cũng gặp phải một số nhược điểm như thiếu hương vị, thời gian sản xuất ngắn có thể dẫn đến tình trạng chua do tinh bột lên men lactic, hoặc vị đắng do xác vi sinh vật còn sót lại và chất lượng muối kém Để đảm bảo hiệu quả, cần chú ý đến việc không ức chế hoạt động của enzyme và lựa chọn vi khuẩn có khả năng sinh tổng hợp protease cao, đồng thời phải chịu được điều kiện bất lợi trong quá trình ủ chượp.
Nước mắm được chế biến chủ yếu từ cá và muối ăn, với khả năng sử dụng đa dạng các loại cá Tùy theo tập quán sản xuất và sở thích tiêu dùng của từng địa phương, người sản xuất có thể thêm các phụ gia như thính gạo, thính ngô, thính vừng, mắm ruốc, ớt và riềng để tạo ra hương vị đặc trưng.
2.5.1 Cá a Giới thiệu và phân loại
Nước mắm, đặc trưng nhất là sản phẩm từ cá, có thể được làm từ nhiều loại nguyên liệu khác nhau Việc lựa chọn cá trong quá trình sản xuất là rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của nước mắm Cơ thể cá bao gồm nhiều bộ phận như đầu, xương, da, vây, vảy, thịt và nội tạng, nhưng trong sản xuất nước mắm, chỉ phần thịt cá được phân hủy, trong khi xương, vây và vảy hầu như không bị thủy phân.
Bảng: Thành phần khối lượng một số loài cá
STT Tên cá Thịt cá(%) Đầu cá(%)
Có nhiều yếu tố để phân loại cá:
Phân loại theo đạm (protid)
- Dựa vào hàm lượng nitơ của cá và thời gian chế biến, người ta chia thành cá loại sau:
+ Cá có độ đạm cao: >30 0 N (>= 20% protid) như: cá cơm Kiên Giang, cá ve, cá nục…
+ Cá có độ đạm thấp:25 o N >15 o N >10 o N
Chỉ tiêu vi sinh vật:
- Vi khuẩn hiếu khí:
