Đang tải... (xem toàn văn)
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 1 QUI TRÌNH THU NHẬN BROMELAIN TỪ DỨA VÀ ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT CHẤT TẨY RỬA SINH HỌC Mục lục Chương I Tổng quan 1 1 Giới thiệu tổng quan về dứa 1 1 1 Sơ lược về dứa 1 1 2 Đặc điểm sinh học của dứa 1 1 3 Phân bố 1 1 4 Tình hình chế biến và xuất khẩu dứa 1 1 5 Thành phần dinh dưỡng trong dứa 1 2 Tổng quan về enzyme 1 2 1 Định nghĩa về enzyme 1 2 2 Phân loại enzyme 1 2 3 Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng của enzyme 1 2 4 Sự khác nhau về chất lượng enzyme và thị trường enzy.
ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ QUI TRÌNH THU NHẬN BROMELAIN TỪ DỨA VÀ ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT CHẤT TẨY RỬA SINH HỌC 1.1 1.2 1.3 Mục lục Chương I: Tổng quan Giới thiệu tổng quan dứa 1.1.1 Sơ lược dứa 1.1.2 Đặc điểm sinh học dứa 1.1.3 Phân bố 1.1.4 Tình hình chế biến xuất dứa 1.1.5 Thành phần dinh dưỡng dứa Tổng quan enzyme 1.2.1 Định nghĩa enzyme 1.2.2 Phân loại enzyme 1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng enzyme 1.2.4 Sự khác chất lượng enzyme thị trường enzyme công nghiệp 1.2.5 Enzyme protease 1.2.5.1 Giới thiệu sơ lược 1.2.5.2 Protease vi sinh vật 1.2.5.3 Protease động vật 1.2.5.4 Protease thực vạt 1.2.5.5 Ứng dụng enzyme protease Enzyme Bromelain 1.3.1 Giới thiệu 1.3.2 Tính chất vật lí 1.3.3 Tính chất hóa học 1.3.3.1 Cấu tạo hóa học 1.3.3.2 Cấu trúc khơng gian 1.3.4 Hoạt tính bromelain 1.3.4.1 Cơ chế tác động 1.3.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính 1.3.4.3 Các chất bảo vệ enzyme 1.4 1.5 1.6 1.3.5 Ứng dụng bromelain 1.3.6 Tình hình nghiên cứu nước 1.3.6.1 Nghiên cứu nước 1.3.6.2 Nghiên cứu nước Phương pháp thu nhận enzyme bromelain 1.4.1 Tổng quan chất tẩy rửa 1.5.1 Định nghĩa 1.5.2 Phân loại 1.5.3 Chất tẩy rửa sinh học 1.6.1 Định nghĩa 1.6.2 Chất hoạt động bề mặt sinh học 1.6.3 Cơ chế tẩy rửa 1.6.3.1 Tẩy rửa chất bẩn chất béo 1.6.3.2 Tẩy rửa vết bẩn dạng hạt 1.6.4 Enzyme chất tẩy rửa sinh học 1.6.5 Nguyên liệu phương pháp sản xuất 1.1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU Giới thiệu tổng quan dứa: 1.1.1 Sơ lược dứa: Tên gọi khác: Dứa, Thơm, Khóm, Khớm,… Tên khoa học: Ananas comosus Họ: Bromeliacease Tên nước ngoài: Pineapples 1.1.2 Đặc điểm sinh học dứa: Dứa thực vật nhiệt đới có ăn được, lồi thực vật có giá trị kinh tế cao họ Bromeliacease Một loại thân thảo sống lâu năm, cao từ 1.0 đến 1.5m (3ft 3in đến 4ft 4in đơi cao hơn.Cây có thân ngắn, nịch với dài Dứa có từ 30 trở lên hẹp, nhiều thịt, hình lịng máng, dài từ 30 đến 100cm có gai nhọn dọc theo mép Khi tạo quả, thường tạo tới 200 hoa, số giống đậu lớn vượt số Khi hoa, mọng kết hợp tạo thành nhiều quả, nhỏ gọn Quả dứa thường xếp theo hai hình xoắn ốc lồng vào Dứa thực trình quang hợp CAM, cố định carbon dioxide vào ban đêm lưu trữ dạng axit malate, sau giải phóng vào ban ngày để hỗ trợ trình quang hợp Dứa hoa tự nhiên vào tháng 2- thu hoạch vào tháng 4, 5, Dứa bao gồm năm giống thực vật, trước coi loài riêng biệt: Ananas comosus var ananassoides Ananas comosus var bracteatus Ananas comosus var comosus Ananas comosus var cương thi Ananas comosus var parguazensis 1.1.3 phân bố: Dứa thích hợp với khí hậu ẩm áp , nhiệt đồ 22- 27C Nếu nóng rét ngừng sinh trưởng Mặc dù ưa ẩm không chịu ngập úng, Lượng mưa hàng năm 1200- 1500mm thích hợp, ánh sáng ảnh hưởng đến suất Trồng dày, thiếu ánh sáng nhỏ, không Đất đồi đốc, tránh nắng, dễ thoát nước hay đất phèn nhẹ trồng Dứa chịu hạn, chịu phèn (pH 4,5 -5,5) Dứa địa Paraguary miền nam Brasil, tìm thấy giống dứa hoang dại Philippines nước xuất dứa hàng đầu giới Tại Việt Nam, đứa trồng phổ biến, từ Bắc đến Nam phân bố nhiều từ Phú Thọ đến Kiên Giang Diện tích trồng nước khoảng 40.000 với sản lượng khoảng 500.000 Trong đó, 80% phía Nam Tiền Giang tỉnh có sản lượng dứa đứng đấu nước 1.1.4 Tình hình chế biến xuất dứa: Theo tài liệu hội thảo Viện Nghiên Cứu ăn Quả Miền Nam, năm gần sản lượng dứa xuất giới dao động khoảng 12,15 – 13.7 triệu tấn/năm Châu Á có sản lượng dứa xuất lớn nhất, chiếm 52% sản lượng dứa giới, Châu Mỹ (31%), Châu Phi (15,4%), Châu Âu Châu Đại Dương chiếm 1,4% Các sản phẩm chế biến dứa lưu thông giới dạng hộp nước dứa Dứa hộp dồm có dứa khoanh, dứa rẻ quạt, dứa miếng, dứa nghiền Nước dứa gồm nước dứa cô đặc nước dứa thường Trong nước sản xuất xuất dứa nhiều Philippines, Thái Lan, Dominica, Honduras, Mexico, Costaarica, Malaysia, Còn nước thị trường tiêu thụ dứa giới gồm: Nhật, Italia, Pháp, Đức, Hà Lan, Canada, Mỹ, Tây Ban Nha, Bỉ,… Ở Việt Nam, theo Tài liệu thống kê ngành Nông Nghiệp Phát Triển Nơng Thơn (1996) diện tích trồng dứa tồn quốc đạt 36.541 Trong đó, diện tích tỉnh miền Bác 9.675 (chiếm 26,48%), diện tích dứa tỉnh miền Nam 26.866 (chiếm 73,52%), diện tích dứa tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long lên đến 22.787 ha, chiếm đến 62,36% diện tích dứa nước Một số tỉnh trồng nhiều dứa nước là: Kiên Giang: 12.006 ha, Minh Hải: 4704 ah, Tiền Giang: 3889 ha, Thanh Hóa: 3097 ha,… Về sản lượng dứa tươi, năm gần nước đạt 234.000 tấn/ năm (theo Tài liệu thống kê ngành Nông Nghiệp Phát Triển Nông Thôn, 1996) Tốc độ tăng sản lượng đạt khoảng 10,7%/ năm Vào nmw đầu thập niên 1990, thị trường tiêu thụ nước ta Đơng Âu tan rã ngành dứa bước vào giai đoạn suy thoái Tuy nhiên, bất chấp cạnh tranh gay gắt nước xuất dứa khác, mở rộng thị trường xuất tốc độ tăng trưởng sản lượng đặn năm gần tín hiệu đáng mừng cho thấy ngành sản xuất dứa Việt Nam phụ hồi dần (Đường Hồng Dật, 2003) Dứa tươi Việt Nam hầu hết tiêu thụ thị trường nội địa cịn dứa chế biến xuất chính, thị trường nội địa chiếm tỷ trọng không đáng kể (2 – 5%) Trong năm gàn đây, sản phẩm dứa chế biến Việt Nam xuất nhiều nước với nhiều mặt hàng đa dạng Theo số liệu Tổng Công Ty Rau Quả Việt Nam (VGETEXCO), năm 2000, xuất 4.967 tấn, năm 2001 đạt 5.269 sản phẩm 1.1.5 Thành phần dinh dưỡng dứa: Quả dứa có hàm lượng axit hữu cao (axit malic axit xitric) Dứa nguồn cung cấp mangan dồi có hàm lượng Vitamin C Vitamin B1 cao Trong 100g phần ăn chứa 25 kcal, 0,03mg caroten, 0,08mg Vitamin B1, 0,02mg Vitamin B2, 16mg Vitamin C (dứa tây) Các chất khoáng: 16mg Ca, 11mg phosphor, 0,3mg Fe, 0,07mg Cu, 0,4g protein, 0,2g lipid, 13,7g hydrat cacbon, 85,3g nước, 0,4g chất xơ Trong dứa có chứa enzyme bromelain, phân hủy protein Do vậy, dứa sử dụng chế biến số ăn thịt bị cào, thịt vịt để giúp thịt nhanh mềm tạo hương vị đặc trưng 1.2 Tổng quan enzyme 1.2.1 Định nghĩa enzyme Enzyme chất xúc tác sinh học không độc hại, có hoạt lực xúc tác mạnh có chất protein Enzyme phổ biến tự nhiên, cần thiết cho nhiều q trình hóa học tế bào sinh vật sống (Giáo trình hóa sinh, Bùi Xuân Đông) Các enzyme xúc tác cho hầu hết phản ứng hóa học xảy thể sống, đảm bảo cho q trình chuyển hóa chất thể sống tiến hành với tốc độ nhịp nhàng, có trật tự, theo chiều hướng xác định Pavlov nói: “Hoạt động enyme biểu hoạt động sống Khơng có sống lại khơng có q trình enzyme” Điều làm sáng tỏ định nghĩa Anghen: “Sự sống, phương thức tồn thể protein” 1.2.2 Phân loại enzyme Năm 1930, Hiệp Hội Hóa Sinh Quốc Tế (IOB) thống phân loại enzyme làm lớp đánh số thứ tự từ đến sáu Các thứ tự cố định cho lớp Mỗi lớp lại chia làm nhiều tổ, tổ có nhiều nhóm Chính theo hệ thống phân loại, enzyme thường có bốn số: số thứ tự lớp, số thứ tự tổ, số thứ ba nhóm, số thứ tư enzyme Tên lớp, tổ nhóm sau: i Oxidoreductase: xúc tác phản ứng oxy hóa khử ii iii iv v vi a Dehydrogenase b Oxidase c Oxigenase d Peroxidase Transferase: xúc tác phản ứng vận chuyển nhóm a Acyltransferase b Glucosyltransferase c Aminotransferase d Phóphotransferase Hydrolase: xúc tác phản ứng thủy phân a Peptide hydrolase b Lipase Lyase: xúc tác phản ứng tạo liên kết đôi a Pyruvate decarboxylase b Fumarate hydrolase Isomerase: xúc tác phản ứng đồng hóa Ligase: xúc tác phản ứng kết gắn phân tử Theo Hội Đồng Enzyme Quốc Tế thành lập năm 1955 Hội Liên Hiệp Hóa Sinh Quốc Tế (Hội Liên Hiệp Hóa Sinh Sinh Học Phân Tử QT) Tên gọi enzyme theo số EC (enzyme commission): Gồm phần: a,b,c,d (a) Số đầu tiên: nhóm, nhóm, (kiểu phản ứng xúc tác) (b) Số thứ hai: phụ nhóm (kiểu chất hay liên kết bị phân cắt) (c) Số thứ ba: phụ phụ nhóm (kiểu chất cho hay chất nhận điện tử, hay kiểu nhóm vận chuyển) (d) Số thứ tư: thứ tự enzyme phụ phụ nhóm Thí dụ Enzyme bromelain thân có số EC 3.4.22.32: ly trích từ thân, rễ, dứa Enzyme bromelain có số EC 3.4.22.33: ly trích từ quả, vỏ (Nguồn: http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/EC34/3422.html) 1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng enzyme Ảnh hưởng nồng độ enzyme: Trong điều kiện thừa chất, tốc độ phản ứng phụ thuộc bậc vào nồng độ enzyme Ảnh hường nồng độ chất: Ở giai đoạn đầu phản ứng, nồng độ enzyme giữ cố định nồng độ chất thay đổi, người ta nhận thấy vận tốc phản ứng tăng nồng độ chất tăng Khi nồng độ chất tiếp tục gia tăng, đường biểu diễn uốn cong với nồng độ chất cao vận tốc khơng cịn gia tăng đường biểu diễn tiệm cận với giá trị Vmax Ảnh hưởng nhiệt độ: Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến phản ứng enzyme tốc độ phản ứng enzyme lúc tỷ lệ thuận với nhiệt độ phản ứng Tốc độ phản ứng tăng đến giới hạn nhiệt độ định Vượt giới hạn đó, tốc độ phản ứng giảm dẫn đến mức triệt tiêu Nếu đưa nhiệt độ lên cao mức nhiệt độ tối ưu, họat tính enzyme bị giảm, enzyme khơng có khả phụ hồi lại hoat tính.Ngược lại, nhiệt độ 0oC, enzyme bị hạn chế hoạt động mạnh, đưa nhiệt độ lên từ từ hoạt tính enzyme tăng dần đến mức tối ưu Ảnh hưởng pH: Sự thay đổi pH gây nên biên đổi ion hóa nhóm chức chuỗi polypeptide enzyme, làm thay đổi diện tích cần thiết cho tạp thành phức hợp enzyme - chất trì cấu hình ba chiều nguyên thủy chuoix polypeptide enxyme Và thay đổi mức độ ion hóa chất, điền cho phép ngăn cản tạ thành enzyme – chất trường hợp ph phải dạng ion Như vây, hoạt tính enzyme phụ thuộc rõ rệt vào pH mooit trường Đó pH mơi trường ảnh hưởng đến mức độ ion hóa chất, enzyme trung tâm hoạt động nó, phức chất enzyme – chất ảnh hưởng đến độ bền enzyme Mỗi enzyme có pH tối ưu khác nhau, acid (từ 1,5 – 2), hoặt kiềm (9,5 – 10) pH tối ưu đa số enzyme vào khoảng chung quanh giá trị trung tính (6 – 8) Tuy nhiên pH tố ưu enzyme cung không cố định mà phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác chất nồng độ chất, tính chất dung dịch đệm, nhiệt độ 1.2.4 Sự khác chất lượng enzyme thị trường enzyme công nghiệp Nồng độ enzyme thấp nguyên nhân gây khó khăn sản xuất enzyme Ba lĩnh vực sử dụng enzyme có mức yêu cầu số lượng chất lượng khác Lượng sử dụng Độ tinh khiết Enzyme công nghiệp Hàng Khơng tính khiết Nguồn gốc Vi sinh Enzyme phân tích Mg-g Tinh thể tinh khiết Vi sinh vật, động vật, vật, thực vật, Enzyme dược phẩm Mg-g Tinh thể tinh khiết Vi sinh vật, động vật, thực vật, thường ngoại bào thường nội bào thường nội bào Một số có khả Khơng phát triển Cho đến chưa Tái sử dụng có khả có khả nhiều lần cao Thấp Trung bình Giá sản xuất Bảng 1.2 khác chất lượng enzyme (Nguyễn Tiến Thắng, 2004) Ứng dụng Doanh số 1996 Doanh số ước đốn (triệu đơla) 2006 (triệu la) Thực phẩm 170 214 Chất tẩy 160 414 Dệt 27 32 Da thuộc 11 13 Bột giấy ứng dụng khác tổng 372 686 Bảng 2.1.2 Thị trường enzyme công nghiệp (Nguồn: C.Wrotnowski, Genetic & Engineering Newa, pp, 14 and 30, Feb 1997.) 1.2.5 Enzyme protease 1.2.5.1 Giới thiệu sơ lược Protease enzyme thuộc nhóm hydrolase, xúc tác cho trình thủy phân liên kết peptide (-CO-NH-) phân tử protein peptide thành acid amin tự do, peptide ngắn, pepton 1.2.5.2 Protease vi sinh vật Protease từ vi khuẩn: Protease serine từ vi khuẩn B subtilis Protease serine từ nấm Aspergillus.spp Metalloprotease (protease kim loại) Carboxyl protease (protease acid) Enzyme rennet từ vi sinh vật 1.2.5.3 Protease động vật Protease Pepsin Chymosin Trypsin pH 1,5 – 4,0 5–6 6,5 – 9,0 Chất hoạt hóa H+, proteaase Ca2+ Endrkinase, Ca2+ Chymotrypsin Carboxypeptidase aminopeptidase Bảng Protease động vật 7,0 – 8,5 6,0 – 8,5 6,5 – 8,0 Ca2+ Trypsin - 1.2.5.4 Protease thực vật Protease thực vật tập trung chủ yếu số vùng nhiệt đới đu đủ, dứa, sung, articho đậu tương Tất protease thực vật thuộc nhóm enzyme chứa gốc -SH tâm hoạt động Thí dụ: papain từ mủ đu đủ, bromelain từ dứa, ficin từ sung 1.2.5.5 Ứng dụng enzyme protease Trong loại enzyme enzyme protease có vai trị quan trọng thủy phân protein Protein đóng vai trị vơ thiết yếu đời sống người, thành phần dinh dưỡng người vật nuôi, nguồn cung cấp vật liệu da, lông, tơ phục vụ sản xuất nhằm nâng cao chất lượng gia tăng thời gian bảo quản Sản phẩm Ứng dụng Bia Làm tan protein hạt, làm ổn định bia Phomat Tủa protein sữa làm chín phomat Làm mềm thịt Cắt phần mơ liên kết Bánh mì Tăng độ dẻo gluten Bánh kẹo Tăng độ dịn Da Loại bỏ lơng, tóc, sắc tố, làm mềm da Chất tẩy rửa Tẩy rửa vết protein Bảng ứng dụng protease công nghiệp Hiện chế phẩm rotease thương mại phần có nguồn gốc từ động vật thực vật, chủ yếu từ vi sinh vật (Nguyễn Tiến Thắng, 2004) 1.3 Enzyme Bromelain 1.3.1 Giới thiệu Bromelain nhóm protease thực vật thu nhận từ họ Bromelacease, đặc biệt từ thân (EC 3.4.22.32) trái dứa (EC 3.4.22.33) phận khác bromelain có pH tối ưu khác cấu tạo có khác Bromelain có tồn dứa, nhiều Bromelain nhóm endoprotease có khả phân cắt liên kết peptide nội phân tử protein để chuyển phân tử protein thành đoạn nhỏ gọi peptide Thành phần chủ yếu bromelain có chứa nhóm sulfhydryl thủy giải protein Khi chiết tách tinh phân đoạn có chứa nhóm sulfhydryl bromelain thu enzyme thủy phân protein hiệu in vitro 1.3.2 Tính chất vật lí Murachi cộng năm 1964 nghiên cứu tính chất vật lý enyme bromelain trích từ thân dứa thấy sau: Trọng lượng phân tử: 33.200 – 33.500 Da Hằng số sa lắng: 2,73 S Thể tích riêng phần: 0,743 ml/g Độ nhớt bên trong: 0,039 dl/gam Hằng số khuếch tán: 7,77- 10 cm.sec Tỷ số ma sát f/fo: 1,26 Sự hấp thụ Al%cm: 20,1acm Điểm đẳng điện pI: 9,55 Bromelain trích từ protease acid với điểm đẳng điện pI: 4,6 (Murachi, 1964; trích dẫn Nguyễn Đức Lượng) Alfonso cộng 1994 qua nghiên cứu thực nghiệm cho bromelain thân có trọng lượng phân tử 25.400kD 1.3.3 Tính chất hóa học 1.3.3.1 Cấu tạo hóa học Bromelain thân glycoproteinbase gồm phần protein phần phi protein Phần phi protein glucide, phân tử gồm manose, xylose, fructose glucosamine Glucosamine phần nối trực tiếp với mạch polipeptide phần protein Sợi hydrate carbon liên kết hoán vị với polypeptide Trong sợi hydrate carbon dường nửa sợi không liên quan đến chế xúc tác phân tử Cấu trúc phần hydrate carbon bromelain thân (Yasuda ctv, 1970): Hình cấu trúc phần hydrate carbon bromelain thân Tùy phương pháp thu nhận phương pháp thí nghiệm, thành phần bromelain thân khác Bromelain (ép từ quả) protease acid với điểm đẳngg điện 4,6: cấu tạo khác so với loại enzyme treenn Bromelain thân có thành phần acid amin thay đổi khoảng 321 – 144 acid amin 283 – 162 bromelain Các nghiên cứu ghi nhận, polypeptide bromelain thân có acid amin đầu -NH2 valine đầu carboxyl glycine; đối cới bromelain quả, acid amin đầu -NH2 alanine (Nguyễn đức lượng, 2004) 1.3.3.2 Cấu trúc không gian Cấu trúc bậc bromelain theo Murachi Bussain: Bromelain papain, ficin protease có tâm hoạt động chứa cystein với cầu nối -S-S- (disulfur) sợi polypeptide với Tâm hoạt động -Cys đặt cách nhóm imidazole histidine 5Ao Chuỗi phân tử gấp nếp phức tạp thành dạng hình cầu Bromelaon có nhóm sulfuhydryl cần cho hoạt tính xúc tác với cầu nối disulfid phân tử Ngoài bromelain thân cịn có diện ZN2+ với hàm lượng mg/gram enxyme có lẽ đóng vai trị trì cấu trúc khơng gian enzyme (Nguồn: Yasuda ctv, 1970) 1.3.4 Hoạt tính bromelain Thịt dứa có hoạt tính bromelain kể từ tháng trước chín Trong hoạt tính cao khoảng 20 ngày trước chín Khi trái chín, hoạt tính bromelain giảm xuống không hẳn Một số nghiên cứu cho thấy bromelain có hoạt tính khác chất khác Nếu chất hemoglobin khả phân giải bromelain mạnh papain gấp lần, cịn chất casein khả phân giải hai enyme tương đương Đối với chất tổng hợp khả phân giải bromelain yếu papain Bromelain có hoạt tính khác nhau: peptidase, amidase esterase, hoạt tính esterase bromelain papain ficin (Nguyễn Đức Trọng, 2004) 1.3.4.1 Cơ chế tác động Hầu hết tác giả thừa nhận vai trị nhóm -SH cystein, nhóm imidazole histidine nhóm disulfur hoạt động thủy phân bromelain Nhóm -SH tham gia tạo thành acyl-thioester trung gian với nhóm carboxyl chất (nơi liên kết peptide bị cắt) Nhóm imidazole làm chất trung gian nhận gốc acid chuyển cho nhóm amino chất nhận khác Cầu nối S-S có vai trị trì cấu trúc khơng gian bromelain Casein hemogolobin chất tự nhiên dùng nhiều Đầu tiên, bromelain kết hợp với protein thủy phân sơ cho polypeptide acid amin Protein kết hợp với nhóm -SH enzyme khiến bị ester hóa nhóm imidazole khử ester để giải phóng enzyme, acid amin peptide giai đoạn đầu, Zn2+ quan trọng, chúng kết hợp với nhóm -SH tâm hoạt động hình thành mercaptid phân ly yếu (nhưng cịn khả tạo liên kết phối trí bổ sung với nhóm chức khác phân tử protein amin, carboxyl, ) Enzyme-SH + Zn2+ -> enzyme-S-Zn + H+ Do nhóm -SH tâm hoạt động bị ester hóa chất, cấu trúc không gian bảo vệ ổn định 1.3.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính Giống cấu trúc xúc tác sinh học khác, bromelain bị ảnh hưởng yếu tố nhưu: chất, nồng độ chất, nồng độ enzyme, nhiệt độ, pH, ion kim loại, số nhóm chức, phương pháp ly trích, phương pháp tinh Các yếu tố nhiệt độ, pH thích hợp cho hoạt động phản ứng xúc tác bromelain không ổn định mà phụ thuộc lẫn phụ thuộc vào yếu tố khác: chất chất, nồng độ chất, nồng độ enzyme, có mặt chất hoạt hóa, thời gian phản ứng 1.3.4.3 Các chất bảo vệ enzyme Tác nhân bảo vệ có vai trị quan trọng q trình đơng khơ Một chất bảo vệ tốt phải bảo vệ tế bào nhiệt độ thấp suốt q trình lạng đơng, dễ làm khô tạo hỗn hợp ổn định, dễ hịa tan lại vào nước nhiều nhóm chức kiểm tra khả bảo vệ chúng: polyol, polysaccharide, disaccharide, amino acid, protein, muối, vitamin, khoáng, acid hữu Tuy nhiên khả bảo vệ nhóm chức thay đổi loại phân tử sinh học Có nhóm chặn tác hại trình đơng khơ nghiên cứu, kiểm tra: Đường: trehalose, lactose, maltose, sucrose, fructose, glucose bổ sung với tỉ lệ 10% Acid amin: natri glutamate (2,5%), dịch trích nấm men (4%) Polyol: sorbitol (5%), mannitol (5%) Dung dịch đệm phosphate Đường tái xếp cấu trúc nước phân tử protein hòa tan lại vào nước ngăn cản uốn cong, hợp chất cầu nối hydro gốc phân cực protein Acid amin bảo vệ cách phản ứng với nhóm carboxyl protein nhóm amin tác nhân bảo vệ nhờ mà ổn định cấu trúc protein Cystein ngăn cản oxi hóa nhóm -SH thành cầu nối -S-SPolyol làm cho dung dịch chứa chúng nhanh chóng bị kết tinh q trình đơng khơ nhờ bảo vệ phân tử sinh học (nguyễn đức lượng, 2002) 1.3.5 Ứng dụng bromelain Trong công nghiệp thực phẩm: sử dụng enzyme bromelain lên men nước mắm ngắn ngày (Beddows Ardeshir, 1979, Salem ctv, 1995) Làm mềm thịt (Melendo ctv, 1996) Trong y dược học: ngăn ngừa bệnh tiêu chảy heo (Mynott tcv, 1996; Chandler ctv , 1998) Trợ tiê hóa (Nielsel ctv, 1991) Điều trị bệnh nhiễm trùng (Jayaran ctv,1991; Tanabe ctv, 1996; Kelly, 1996; Maurer, 2001; Anthony Cichoke, 1998) 1.3.6 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.3.6.1 Nghiên cứu nước nước ta có nhiều cơng trình cơng bố việc nghiên cứu sử dụng enzyme bromelain, cơng trình cơng bố tập trung lĩnh vực tách chiết, tinh khả ứng dụng enzyme Một số cơng trình nghiên cứu enzyme bromelain như: Phạm Thị Trân Châu tcv (1987) nghiên cứu số tính chất enzyme bromelain tách từ chồi dứa tây cho thấy chồi dứa có chứa hai protease bromelain có hoạt tính cực đại pH 6,5, nhiệt độ tối ưu 60oC Lê Thị Thanh Mai (1997) nghiên cứu phương pháp tinh ứng dụng bromelain cho thấy thu nhận bromelain theo phương pháp kết tủa aceton hay cô đặc theo phương pháp siêu lọc kết tủa aceton, tinh bromelin phương pháp lọc gel sephadex G75 với hiệu suất cao Nghiên cứu cịn cho thấy sử dụng bromelain để rút ngắn thời gian chế biến nước mắm Dương Thị Hương Giang Lê Thanh Hùng (2002) nghiên cứu điều kiện nhằm ổn định phương pháp tinh bromelain từ nước dứa thơ cho thấy thu nhận tinh bromelin phương pháp sắc ký trao đổi ion cột SPStreamline với hiệu suất cao Dương Thị Hương Giang ctv (2005) nghiên cứu tinh Bromelin từ phụ phẩm vỏ dứa cho thấy tinh bromelain phương pháp sắc ký gel mở rộng với hệ thống cột Streamline 50 gel trao đổi ion âm SPStreamline XL (Pharmacia) với hiệu suất cao 1.3.6.2 Nghiên cứu nước Corvisat (1857) chiết tách trypsin từ dịch tụy, protease thu nhận chưa tinh Danivevski (1862) chiết tách trypsin, amylase tụy tạng phương pháp hấp phụ Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng chiết tách nghiên cứu tính chất enzyme protein Tiếp theo Hommarsten (1872) chiết tách Chymosin Wurtz (1879) chiết tách papain, Crassman Ambros (1926) chiết tách bromelain… Theo Salem ctv (1995) sử dụng tỷ lệ 0.3% enzyme so với cá gồm papain, trypsin, ficin bromelain thêm vào với 25% muối từ lúc đầu trình sản xuất nước mắm năm loại cá (sardine, macaroni, bolti, bourri shark) Kết cho thấy với 0.3% papain cho hàm lượng đạm tổng số cao so với enzyme lại mẫu cá mòi (sardine) sau 180 ngày lên men cao so với mẫu đối chứng lên men cổ truyền 30% Liang ctv (1999) nghiên cứu hoạt tính bromelain sau bổ sung polyphenol trà trích ly từ trà xanh Trung Quốc cho thấy tính bền nhiệt bromelain đƣợc tăng lên Nielsen (2001) nghiên cứu cải tiến phương pháp xác định mức độ thủy phân protein cho kết nhanh chóng xác Stein (2004) sử dụng enzyme protease nội sinh thủy phân nội tạng cá tuyết Đại Tây Dương cho hiệu suất thủy phân cao 1.4 Phương pháp thu nhận enzyme bromelain 1.4.1 1.5 Tổng quan chất tẩy rửa 1.5.1 Định nghĩa 1.5.2 Phân loại 1.5.3 1.6 Chất tẩy rửa sinh học 1.6.1 Định nghĩa 1.6.2 Chất hoạt động bề mặt sinh học 1.6.3 Cơ chế tẩy rửa 1.6.3.1 Tẩy rửa chất bẩn chất béo 1.6.3.2 Tẩy rửa vết bẩn dạng hạt 1.6.4 Enzyme chất tẩy rửa sinh học 1.6.5 Nguyên liệu phương pháp sản xuất I Mục đích: - Trong số chất gây ô nhiễm khác nhau, chất tẩy rửa chất nhiễm quan trọng có nguy nghiêm trọng hệ sinh thái tự nhiên Hơn nữa, chất tẩy rửa vào nhà máy xử lý nước thải có ảnh hưởng xấu đến hoạt động chúng Chúng - - - - - - phần sống người tiêu thụ cho mục đích khác nhau, đặc biệt mục đích vệ sinh Do thành phần chất ty rửa xâm nhập vào đất vùng nước từ nguồn khác Chất tẩy rửa ảnh hưởng đến động thực vật chúng có ảnh hưởng trực tiếp gián tiếp đến hệ sinh thái Các nhà nghiên cứu khẳng định q trình hiếu khí phân hủy hầu hết chất tẩy rửa trình phân hủy kỵ khí khơng thể đường trao đổi chất bị hạn chế độc tính chúng Nhu cầu dứa ngày tăng góp phần tạo sản lượng dứa khổng lồ, đó, lượng lớn chất thải tạo Khoảng 80% phận dứa, bao gồm ngọn, vỏ, lá, lõi thân, bị loại bỏ trình chế biến, vận chuyển bảo quản dứa cuối chất thải Những chất thải chứa độ ẩm cao, đường, albumin, lipid vitamin dễ bị vi sinh vật làm hỏng góp phần gây vấn đề môi trường Chất thải chưa khai thác thường đối tượng chôn lấp Lượng chất thải ngày tăng bãi chôn lấp gây vấn đề nghiêm trọng mơi trường ức chế nhu cầu oxy sinh học hóa học hệ sinh thái, ô nhiễm địa điểm tăng nguy mắc bệnh truyền nhiễm Chôn lấp, đốt, nhiệt phân khí hóa, ủ phân phân hủy kỵ khí kỹ thuật phổ biến việc quản lý chất thải Những chất thải chuyển đổi thành sản phẩm có giá trị thơng qua q trình sinh hóa khác (lên men vi sinh vật phân hủy kỵ khí), nhiệt hóa (nhiệt phân, khí hóa, đốt thiêu hủy) hóa lý (transesterification) để tạo lượng sản phẩm sinh học Chất thải dứa nguyên liệu tiềm để sản xuất vật liệu phân hủy sinh học diện chất xơ Sự diện hợp chất thơm bên chất thải dứa 2-heptanol, propanol 3-hexanone làm tăng khả biến chất thải thành tinh dầu Hàm lượng đường cao, chất chống oxy hóa, hợp chất hoạt tính sinh học enyme bromelain diện nhóm carbonyl, hydroxyl, lignin, hemicellolose cellu bị mất, sản phẩm phụ bên dứa làm tăng khả sử dụng chất thải sản xuất nhiên liệu sinh học khí sinh học - Dứa phần chất thải tại, tập dụng nguồn enzyme có dứa để ứng dụng nhiều lĩnh vực - Vì vậy, sản xuất chất tẩy rửa thân thiện với môi trường vấn đề quan toàn giới - Trước đây, chất thải dứa tận dụng để tạo thành chất chống oxy hóa phenolic, chất chống nhuộm làm thức ăn chăn nuôi II Giới thiệu tổng quan chất tẩy rửa: Định nghĩa chất tẩy rửa: - Sự tẩy rửa định nghĩa “làm bề mặt vật thể rắn, với tác nhân riêng biệt, chất tẩy rửa, theo tiến trình lý hóa khác hẳn với việc hịa tan thơng thường” - Chất tẩy rửa (detergent) chất hoạt động bề mặt hỗn hợp chất hoạt động bề mặt với tính chất làm trạng thái dung dịch loãng - Là hợp chất hữu lưỡng tính - chứa nhóm kỵ nước (khơng phân cực) nhóm ưa nước (phân cực) đầu tan nước vàmột đầu không tan nước (tan dầu) Phân loại chất tẩy rửa Tùy thuộc vào điện tích chất hoạt động bề mặt Chất hoạt động bề mặt hợp chất làm giảm sức căng bề mặt hai chất lỏng, chất khí chất lỏng, chất lỏng chất rắn Chất hoạt động bề mặt hoạt động chất tẩy rửa, chất làm ướt, chất nhũ hóa, chất tạo bọt chất phân tán - Chất tẩy rửa không ion - Chất tẩy rửa ion Cation Anion Lưỡng tính Cơ chế hoạt động chất tẩy rửa: - Dung dịch tẩy rửa nước làm giảm sức căng nước, nước thấm sâu vào xơ sợi - Quá trình lấy bẩn - Quá trình chống tái bám chất bẩn - Chất hoạt động bề mặt tạo bọt, chất bẩn không tan tập trung lên bề mặt bọt bị hay phân tán vào dung dịch dạng huyền phù, treo lơ lửng Chất tẩy rửa sinh học: - Chất tẩy rửa sinh học loại chất tẩy rửa tìm thấy phân tách từ nguồn gốc “sinh học” thực vật, vi sinh vật, - Hoạt động nhờ vào enzyme tạo từ cơng nghệ sản xuất enzyme có khả tẩy chất bẩn bám Ưu điểm: - An tồn, khơng chứa chất độc hại, khả phân hủy sinh học nên thân thiện với môi trường Nhược điểm: - Khả tẩy rửa nhẹ so với chất tẩy rửa hóa học - Được sử dụng thơng thường, bị phụ thuộc vào nhiệt độ,… III.Giới thiệu tổng quan dứa: - Định nghĩa: Là thực vật nhiệt đới có ăn Tên gọi: Dứa, Thơm, Khóm, Khớm Tên khoa học: Ananas comosus Họ: Bromeliacease - Tên nước ngoài: Pineapples - Dứa địa Nam Mỹ, Việt Nam trồng phổ biến từ Phú Thọ đến Kiên Giang Đặc điểm: - Dứa loài thân thảo sống lâu năm - Cao từ đến 1.5m - Cây có thân ngắn, nịch với dài, có hình dạng giống mũi mác có mép với cưa hay gai - Hoa mọc từ phần trung tâm cụm lá, hoa có đài hoa riêng trở thành mập chứa nhiều nước phát triển thành dạng phức hợp gọi dứa - Dứa hoa tự nhiên vào tháng 2-3 thu hoạch vào tháng 4,5,6 Thành phần dinh dưỡng dứa: - Quả dứa có hàm lượng axit hữu cao (axit malic axit xitric) - Là nguồn cung cấp mangan dồi có hàm lượng vitamin C vitamin B1 cao - Có chứa enzyme bromelain, carbohydrate, protein, Ứng dụng: … III Công nghệ enzyme: Khái niệm: - Enzyme chất xúc tác sinh học khơng độc hại, có hoặt lực xúc tác mạnh có chất protein enzyme phổ biến tự nhiên, cầnthiết cho nhiều q trình hóa học tế bào sinh vật sống - Công nghệ enzyme lịch vực công nghệ sinh học đại, ngành sản xuất chế phẩm enzyme Bromelain: - Là loại enzyme có mặt tất phận dứa, có nhiều ứng dụng lĩnh vực khác - Bromelain hỗn hợp enzyme phân giải protein sulfhydryl enzyme protease - Do độc tính thấp, hiệu cao, tính khả dụng cao tương đối đơn giản việc thu nhận, đối tượng nhà khoa học qua tâm không ngừng - Protease (proteinase, peptidase, enzyme phân giải protein) nhóm phức tạp enyme tìm thấy nhiều loại sinh vật, bao gồm thực vật, động vật vi sinh vật chúng thực nhiều chức thiết yếu trình khác nhau, chẳng hạn tiêu hóa, kiểm sốt tăng sinh, tăng trường chết tế bào, điều hịa tổng hợp protein thối hóa Chúng đóng vai trị quan trọng việc chép lây lan virut, vi khuẩn kí sinh trùng - Bromelain, protease Ananas comosus, gọi chất chiết xuất từ nước thô - - - thu thương mại từ thân dứa Nó biết đến mặt hóa học từ năm 1876 công việc phân lập bromelain bắt đầu vào năm 1894 [12,13] Về mặt hóa học sinh học, bromelain hợp chất khơng độc, có giá trị chữa bệnh, phân loại loại enzyme tiêu hóa protein protease Một số nhóm cung cấp chứng đáng kể hiệu kháng khuẩn bromelain loạt thí nghiệm cổ điển sử dụng loài vi khuẩn khác [98] Dữ liệu Zharfan [99] cung cấp hấp dẫn cung cấp thơng tin cần thiết tính chất kháng khuẩn dịch chiết dứa (Ananas comosus L Merr) có chứa saponin bromelain Sử dụng Pseudomonas aeruginosa đa kháng thuốc, tác giả cho chiết xuất dứa ức chế phát triển vi khuẩn Zharfan cộng [99] chấp nhận giả thuyết bromelain, với tư cách enzym phân giải protein, gây phân hủy protein enzym màng bề mặt, cuối làm suy yếu thành tế bào, dẫn đến rò rỉ tế bào, sưng lên, phá vỡ màng vi khuẩn làm hỏng tế bào Tuy nhiên, tác giả nhấn mạnh chế hoạt động xác bromelain vi khuẩn Gram âm chưa hiểu đầy đủ Dữ liệu hiệu kháng khuẩn bromelain cho thấy hoạt tính tuyệt vời vi khuẩn, đặc biệt phổ biến nhiễm trùng miệng — Enterococcus faecalis [100,101], Strepto coccus mutans [101–104], Streptococcus sanguis [102], Staphylococcus aureus [105] —chính viêm nha chu, nhiễm trùng ống tủy, áp xe quanh răng, sâu Trong trường hợp, bromelain chứng minh có tác dụng kháng khuẩn mạnh, dẫn đến ức chế phát triển chết vi khuẩn Điều đáng ý là, nghiên cứu từ Anjos et al [106.107] cho thấy, bromelain ứng dụng ngành cơng nghiệp thực phẩm tiềm kháng khuẩn đáng kể chủng Alicyclobacillus Bromelain cho thấy hoạt động ức chế diệt khuẩn hiệu nồng độ thấp loài Alicyclobacillus Ataide et al [108] Các tác giả sử dụng nanocellulose vi khuẩn có chứa bromelain Đánh giá hoạt động kháng khuẩn bromelain E coli, S aureus P aureoginosa cho thấy hoạt tính kháng khuẩn đáng kể Hơn nữa, việc kết hợp vào nanocellulose vi khuẩn làm tăng hoạt tính kháng khuẩn - Ahamed cộng [101] nêu vấn đề quan trọng tăng hoạt tính kháng khuẩn dịch chiết bromelain tùy thuộc vào quy trình tinh chế thích hợp Các kết đáng kể thu Amini et al [109] Hidayat cộng [110] cung cấp chứng q trình tinh chế hóa lý thích hợp chiết xuất bromelain ảnh hưởng đến hiệu hoạt tính kháng khuẩn Ứng dụng: - Công nghệ enzyme ứng nhiều lĩnh vực y dược, công nghiệp, nông nghiệp, - Enzyme bromelain sử dụng y dược, thực phẩm, - Enzyme bromelain phân hủy vết bẩn dạng protein vải https://www.mdpi.com/2073-4360/14/2/264 ... rửa 1. 5 .1 Định nghĩa 1. 5.2 Phân loại 1. 5.3 Chất tẩy rửa sinh học 1. 6 .1 Định nghĩa 1. 6.2 Chất hoạt động bề mặt sinh học 1. 6.3 Cơ chế tẩy rửa 1. 6.3 .1 Tẩy rửa chất bẩn chất béo 1. 6.3.2 Tẩy rửa vết... 1. 4 Phương pháp thu nhận enzyme bromelain 1. 4 .1 1.5 Tổng quan chất tẩy rửa 1. 5 .1 Định nghĩa 1. 5.2 Phân loại 1. 5.3 1. 6 Chất tẩy rửa sinh học 1. 6 .1 Định nghĩa 1. 6.2 Chất hoạt động bề mặt sinh học. .. học 1. 6.3 Cơ chế tẩy rửa 1. 6.3 .1 Tẩy rửa chất bẩn chất béo 1. 6.3.2 Tẩy rửa vết bẩn dạng hạt 1. 6.4 Enzyme chất tẩy rửa sinh học 1. 6.5 Nguyên liệu phương pháp sản xuất I Mục đích: - Trong số chất