Nghiên cứu công nghệ sinh tổng hợp Enzym glucose oxidaza (god) và ứng dụng trong công nghiệp chế biến một số sản phẩm từ quả nhằm đảm bảo ổn định chất lượng chống biến màu, hạn chế mất mùi sản phẩm

153 928 1
Nghiên cứu công nghệ sinh tổng hợp Enzym glucose oxidaza (god) và ứng dụng trong công nghiệp chế biến một số sản phẩm từ quả nhằm đảm bảo ổn định chất lượng chống biến màu, hạn chế mất mùi sản phẩm

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Nghiên cứu công nghệ sinh tổng hợp Enzym glucose oxidaza (god) và ứng dụng trong công nghiệp chế biến một số sản phẩm từ quả nhằm đảm bảo ổn định chất lượng chống biến màu, hạn chế mất mùi sản phẩm

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SINH TỔNG HỢP ENZYM GLUCOSE OXIDAZA (GOD) VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN MỘT SỐ SẢN PHẨM TỪ QUẢ NHẰM ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH CHẤT LƯỢNG CHỐNG BIẾN MÀU, HẠN CHẾ MẤT MÙI SẢN PHẨM Chủ nhiệm đề tài: THS TRẦN THỊ CHÂU 7860 08/4/2010 HÀ NỘI – 2010 MỞ ĐẦU Glucooxydaza (GOD) – enzym oxy hóa khử, sử dụng rộng rãi cơng nghiệp thực phẩm chuẩn đốn y học Chúng xúc tác cách đặc hiệu cho phản ứng glucoza với oxy Glucoza bị oxi hóa thành axit gluconic oxy tiêu thụ Vì thế, GOD ứng dụng để lọai bỏ oxy để định tính định lượng glucoza Enzym GOD cịn gọi β-D-glucose:oxygen 1-oxidoreductase hay EC 1.1.3.4 Trong tự nhiên enzym GOD tìm thấy mơ động vật, thận, gan canh trường nấm mốc, loài A niger, P amagasakiense, P chrysogenum, P vitale, P notatum số loài Penicillium khác [1]; [12]; [30] Enzym GOD ứng dụng nhiều lĩnh vực như: Công nghiệp thực phẩm, y học phân tích Trong cơng nghiệp thực phẩm GOD sử dụng chất bảo quản khơng độc, có nguồn gốc tự nhiên an toàn (để loại bỏ glucoza oxy khỏi thực phẩm đồ uống) như: Bảo quản dịch ép loại nhiệt đới, bảo quản rượu vang Đồng thời, enzym GOD dùng để loại bỏ glucoza khỏi lòng trắng trứng trước sấy khô làm nguyên liệu để sản xuất bánh [64]; [65];[66];[70] Trong y học GOD sử dụng để xác định hàm lượng glucoza dịch thể (xác định hàm lượng glucoza máu nước tiểu bệnh nhân tiểu đường) Ngồi enzym GOD cịn dùng để đánh dấu kháng thể để phát kháng thể đánh dấu khối u kháng thể virut Trong phân tích, enzym GOD sử dụng rộng rãi để sản xuất KIT thử sinh học nhằm xác định hàm lượng glucoza có mẫu [9]; [88];[90] GOD tổng hợp phương pháp lên men chìm từ nguồn cacbon glucoza, saccaroza, tinh bột số chất dinh dưỡng với có mặt oxy chủng nấm mốc nấm men [1]; [11];[13] Ở Việt nam, chưa có cơng trình nghiên cứu GOD công bố Do vậy, việc nghiên cứu sinh tổng hợp enzym GOD ứng dụng bảo quản sản phẩm thực phẩm có ý nghĩa, mở triển vọng việc thay chất bảo quản có nguồn gốc hóa học, góp phần nâng cao chất lượng thực phẩm, đảm bảo vệ sinh an tồn cho người tiêu dùng Mục đích nghiên cứu Quá trình sinh tổng hợp GOD chủng A niger nghiên cứu ba mức độ khác nhau: Ni lắc bình tam giác, bình lên men lít qui mơ pilot Nghiên cứu tập trung vào nhiệm vụ sau: 1 Lựa chọn chủng giống - Lựa chọn chủng giống A niger - Nghiên cứu đặc điểm hình thái - Kiểm tra độ an toàn chủng giống (dựa kết kiểm tra độc tố aflatoxin B1,B2,G1,G2) - Định tên chủng giống chọn lựa Nghiên cứu điều kiện sinh tổng hợp enzym GOD - Xác định ảnh hưởng ion kim loại đến trình sinh tổng hợp enzym (Sắt, đồng, kẽm, mangan, coban v.v) - Xác định thành phần môi trường sinh tổng hợp enzym (các bon, nitơ, khống, chất có hoạt tính bề mặt tween 80, EDTA v.v.) - Xác định điều kiện nuôi cấy để sinh tổng hợp enzym GOD (pH, nhiệt độ, tốc độ đảo trộn môi trường v.v) - Nghiên cứu động học trình sinh tổng hợp GOD - Sản xuất thử nghiệm enzim GOD quy mô xưởng thực nghiệm Thu nhận, tinh enzym xác định đặc tính chế phẩm - Lựa chọn phương pháp phá vỡ tế bào - Thu nhận tinh enzym - Nghiên cứu đặc tính enzym GOD sinh tổng hợp Nghiên cứu đặc tính sinh hóa độ an toàn chế phẩm enzym Nghiên cứu xác định điều kiện thích hợp q trình sử dụng enzym GOD chế biến quy mơ phịng thí nghiệm xưởng thực nghiệm (nước rượu vang) Nghiên cứu áp dụng thử nghiệm GOD công nghiệp chế biến nước rượu vang CHƯƠNG I TỔNG QUAN I GIỚI THIỆU VỀ ENZYM GOD I.1 Lịch sử phát enzym GOD Enzym GOD (GOD) enzym chống oxi hóa sinh tổng hợp từ năm 1950 Năm 1904, Maximow phát hệ thống enzym tiêu thụ oxy dịch chiết nấm mốc Năm 1926, D.Mueller xác định lại hệ thống ông ta đặt tên cho enzym glonga oxidaza GOD chiết tách lần từ hệ sợi nấm mốc Aspergillus niger Penicillium glaucum nhà khoa học Muller (năm 1928) Kể từ sau lần đầu phát tách chiết nhiều nhà khoa học tập trung nghiên cứu enzym GOD Năm 1946, Keilin Haitree chứng minh GOD flavinprotein với nhóm ngoại (prosthetic) FAD có đặc tính kháng khuẩn “antibiotic" (do tạo thành hydro peroxit H2O2) [9] Tiếp theo báo cáo Keston năm 1956 cặp phản ứng GOD, peroxidaza chất tạo mầu Trên nguyên tắc “que nhúng” định lượng glucoza xuất để xác định hàm lượng glucoza nước tiểu Cũng năm 1956, dựa báo Teller, Worthington lần đưa hệ thống enzym định lượng để xác định hàm lượng glucoza phương pháp so mầu Các chủng nấm mốc Aspergillus niger, Penicillium glaucum nấm men Saccharomyces cerevisiae nguồn vi sinh vật có khả sản xuất GOD tốt Enzym GOD thu dạng enzym nội bào (Aspergillus niger, Saccharomyces cerevisiae) hay ngoại bào (Penicillium glaucum) làm với mức độ khác nhau, tùy theo mục đích sử dụng Enzym GOD tinh loại bỏ polysaccharit tạp giới thiệu cho mục đích bảo quản thực phẩm, y học chuẩn đốn phân tích I Cấu tạo enzym GOD Cũng giống enzym khác GOD có chất protein GOD protein có cấu trúc đối xứng, gồm hai monomer giống có trọng lượng phân tử vào khoảng 80,000 daltons, liên kết đồng hóa trị với nhờ cầu nối disulfit Trọng lượng phân tử enzym GOD khoảng 160.000 dalton Kích thước phân tử GOD thu nhận từ nguồn khác khác (khối lượng phân tử GOD thu từ Aspergillus niger 186.000 Da từ Penicillium notatum 152.000 Da) [39] Để làm việc chất xúc tác, monomer GOD cần nhân tố phụ trợ FAD (flavin adenine dinucleotide) Trong phản ứng oxy hóa khử enzym GOD xúc tác, FAD đóng vai trị chất nhận điện tử ban đầu khử thành FADH2 sau FADH2 oxy hóa chất nhận điện tử cuối phân tử oxy (O2) oxy oxy hóa khử cao Sau oxy khử thành hydro peroxit (H2O2) FAD gắn với protein liên kết khơng đồng hóa trị bị giải phóng khỏi cấu trúc protein bị biến tính Enzym GOD gắn với 16% (w/w) hydratcacbon 80% (w/w) hydratcacbon mannoza Đường mannoza có thành phần nitơ oxy liên kết với axit amin: Arginin, threonin serin Mạch hydratcacbon phân tử GOD không tham gia vai trò xúc tác phản ứng enzym cấu tạo chưa xác định rõ ràng [23] Enzym GOD sinh tổng hợp từ A niger có cấu tạo 583 axit amin Enzym GOD có tính đặc hiệu cao Một thay đổi nhỏ cấu trúc có tác động lớn tới hoạt lực oxy hoá enzym Gốc glucoza phân tử enzym dạng βD- glucoza có hoạt tính oxy hố mạnh α- D- glucoza 157 lần [39] Hình 1.1 Cấu trúc khơng Hình 1.2 Cấu trúc tiểu đơn gian ba chiều GOD vị GOD (mầu đỏ FAD) I.3 Tính chất enzym GOD [8];[39];[92] Tính chất vật lý - Phân tử protein tan dễ dàng dung dịch potassium phosphate 0.1M, pH 7.0 cho dung dịch mầu vàng, suốt Hệ số phân li dung dịch GOD 1% (w/v) bước sóng 280 nm 13.8 - Enzym thể mức độ chuyên hóa cao β-D glucoza 2deoxy-D-glucoza, D-mannoza D-fructoza bị oxy hóa - Protein thân enzym có tính axit có điểm đẳng điện (pI) 4.2 pH tối ưu - pH môi trường ảnh hưởng rõ rệt đến phản ứng enzym ảnh hưởng đến mức độ ion hoá chất, enzym độ bền protein enzym Đa số enzym bền giới hạn pH từ 5- Độ bền enzym mơi trường tăng lên có chất coenzym ion Ca++ - pH tối thích (pHopt) cho hoạt động GOD thu từ nguồn khác khác Giá trị pH không cố định mà phụ thuộc vào nhiều yếu tố chất, tính chất dung dịch đệm, nhiệt độ v.v pH thích hợp cho hoạt động GOD vi sinh vật khoảng –7, tối ưu 5.6 Tính đặc hiệu Enzym có đặc tính chun hóa cao β-D-glucoza Với đồng phân α -Dglucoza enzym khơng có tác dụng Với chất 2-deoxy-D-glucoza, Dmannoza D-galactoza enzym GOD thể hoạt tính thấp Các chất ức chế - Ức chế bởi: D- arabinoza 2- deoxy-D-glucoza - Ức chế hoàn toàn bởi: ρ- cloromercuribenzoat - Ức chế phần bởi: 8- hydroxycholin, semicarbazit - Bị hoạt lực bởi: H2O2 - CO, HCN, NaF khơng ảnh hưởng đến hoạt tính enzym Các chất kìm hãm Các ion kim loại Ag+, Hg2+, Cu2+ có ảnh hưởng kìm hãm đến hoạt tính enzym GOD Sự gắn kết FAD bị kìm hãm vài nucleotit Điều kiện bảo quản Enzym GOD dạng khô ổn định nhiều năm bảo quản chỗ mát Các dạng dung dịch tính ổn định phụ thuộc nhiều vào điều kiện bảo quản I.4 Cơ chế hoạt động cña enzym GOD [77] Enzym GOD (còn gọi β-D-glucose:oxygen 1-oxidoreductase, EC 1.1.3.4) enzym oxi hóa khử β-D glucoza bị oxi hóa thành axit gluconic oxi bị tiêu thụ GOD Phản ứng tổng quát: C6H12O6 + ½ O2 C6H12O7 Trước tiên, β-D-glucoza bị loại nước thành D-glucono-1,5-lacton FAD bị khử thành dạng FAD khử Sau D-glucono-1,5-lacton bị kết hợp với nước tạo thành axit gluconic FAD khử phản ứng với oxy tạo thành hydro peroxit (H2O2) Nếu có mặt enzym catalaza hydro peroxit (H2O2) bị phân hủy thành nước oxy Phương trình phản ứng sau: GOD C6H12O6 + FAD C6H10O6 + FAD~H2 gluconolacton +O2 +H2O C6H12O7 H2O2 H2O + ½ O2 + FAD Sự tạo thành axit gluconic làm giảm pH môi trường nên trình phản ứng đồng thời phải bổ sung kiềm để điều chỉnh pH Theo chế hoạt động xúc tác của enzym GOD, q trình oxy hố glucoza ln có hình thành H2O2 sản phẩm phụ lại ức chế ngược hoạt động enzym GOD Hoạt lực enzym GOD biểu giảm mạnh sau phản ứng Các kết cho thấy hoạt lực GOD giảm tỷ lệ nghịch với tăng nồng độ H2O2 [45] I Chỉ tiêu chất lượng số chế phẩm GOD [8] Hoạt tính riêng Dựa vào hoạt tính riêng GOD mà chia enzym thành loại: - Loại I khoảng 210 U/mg - Loại II khoảng 70 U/mg - Loại III khoảng 20 U/mg - Loại IV khoảng 1.5 U/mg Mức độ tinh - Loại I: amylaza, sacaroza – loại < 0.01%, catalaza

Ngày đăng: 17/03/2014, 09:00

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan