TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA NÔNG NGHIỆP & TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN NHÓM 1 SEMINAR ENZYME PROTEASE An Giang, Tháng 03.2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA NÔNG NGHIỆP & TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN SEMINAR ENZYME PROTEASE GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Th.S Nguyễn Phú Thọ Th.S Lê Hoàng Bảo Ngọc NHÓM 1 1. Bung San Ny Thanh Hồng Anh 2. Trương Thị Ngọc Hân 3. Lê Thị Đẹp 4. Nguyễn Hoàng Nhựt Lynh 5. Hoàng Nguyễn Trung Nghĩa 6. Nguyễn Hoàng An 7. Trần Văn Phận 8. Nguyễn Phú Hơn 9. Nguyễn Minh Luân 10. Trần Thanh Tiền An Giang, Tháng 03.2013 i Mục lục Nội dung Trang Mục lục i Danh sách hình iii Chương 1: Giới thiệu 1 Chương 2: Tổng quan về enzym Protease 2 2.1. Đặc điểm chung 2 2.2. Phân loại 3 2.3. Quy trình thu nhận protease 4 Chương 3: Thu nhận protease 5 3.1. Thu nhận protease từ thực vật 5 3.1.1. Bromelin 5 3.1.2. Papain 6 3.1.3. Ficin 7 3.2. Nguồn protease từ từ động vật 9 3.2.1. Pepsin 9 3.2.2. Rennin 10 3.2.3. Pancreatin 11 3.2.4. Trypsin 12 3.2.5. Chymotrypsin 13 3.3. Nguồn protease từ vi sinh vật 14 3.3.1. Đặc điểm chung 14 3.3.2. Đặc điểm và tính chất của protease vi sinh vật 14 3.3.3. Một số loại enzyme vi sinh vật: 15 Chương 4: Tình hình nghiên cứu - Ứng dụng enzym protease 17 4.1. Tình hình nghiên cứu enzyme protease 17 4.1.1. Tình hình nghiên cứu enzyme protease trong nước 17 ii 4.1.2. Tình hình nghiên cứu enzyme Protease trên thế giới: 17 4.2. Ứng dụng enzyme protease 18 4.2.1. Trong công nghiệp sữa 18 4.2.2. Trong chế biến nước mắm 19 4.2.3. Trong công nghiệp chế biến thịt 19 4.2.4. Trong công nghiệp dệt 19 4.2.5. Trong sản xuất bia 20 4.2.6. Trong công nghiệp da 21 4.2.7. Trong hương phẩn, mỹ phẩm 21 4.2.8. Trong y học 22 4.2.9. Trong công nghệ sản xuất chất tẩy rửa 23 4.2.10. Trong một số ngành khác 24 Chương 5: Kết luận 25 Tài liệu tham khảo 26 iii Danh sách hình Nội dung Trang Hình 2.1: Mô hình enzyme Protease thủy phân phân tử Protein 2 Hình 2.2: Sơ đồ phân loại protease 3 Hình 2.3: Quy trình tổng quát thu nhận protease 4 Hình 3.1: Cấu trúc phần hydrocacbon của bromelin thân dứa 5 Hình 3.2: Quy trình tổng quát thu nhận và tinh sạch enzym bromelin 6 Hình 3.3: Mô hình phân tử enzyme protease (papain) 6 Hình 3.4: Cấu trúc tâm hoạt động của papain 6 Hình 3.5: Sơ đồ tổng quát quy trình thu nhận ficin từ nhựa sung 8 Hình 3.6: Cấu trúc không gian của pepsin A 9 Hình 3.7: Một số chế phẩm men tiêu hóa pepsin 9 Hình 3.8: Phomat 11 Hình 3.9: Một số chế phẩm pacreatin 11 Hình 3.10: Cấu trúc không gian của trypsin 12 Hình 3.11: Trypsin cắt các liên kết tạo ra bởi nhóm carboxyl (-COOH) của lysin hoặc arginine với nhóm amine (-NH 2 ) của các amino acid bất kì 13 Hình 3.12: Cấu trúc không gian của chymotrypsin 13 Hình 3.13: Cấu trúc không gian của subtilisin 15 Hình 3.14: Cấu trúc tâm hoạt động của subtilisin 15 Hình 3.15: Chế phẩm từ collagenase 16 Hình 4.1: Một số loại Phomat 18 Hình 4.2: Một số loại nước mắm điển hình 19 Hình 4.3: Một số loại bia 20 Hình 4.4: Sơ đồ khái quát quy trình sản xuất bia 20 Hình 4.5: Các giai đoạn làm sạch lông 21 Hình 4.6: Mỹ phẩm chứa collagen 21 iv Hình 4.7: Thuốc có chứa enzyme papain 22 Hình 4.8: Thuốc có chứa bromelin 23 Hình 4.9: Thuốc có chứa chymotripsin 23 Hình 4.10: Sản xuất bánh kẹo 24 1 Chương 1: Giới thiệu Protease là chất xúc tác thủy phân protein tạo thành những phân tử thấp và các amino acid. Chúng không chỉ có ý nghĩa cho quá trình sinh trưởng, sinh sản của mọi sinh vật mà còn đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệ chế biến thực phẩm, trong y học, trong công nghệ gen và bảo vệ môi trường. Protease là một trong những enzyme được ứng dụng rất nhiều trong mọi lĩnh vực. Đặc biệt là công nghiệp thực phẩm, protease đã có những đóng góp rất to lớn trong việc phục vụ và nâng cao đời sống của con người. Hiện nay trên thế giới, công nghệ thu nhận protease từ vi sinh vật hiện còn đang phát triển, tìm tòi nghiên cứu về khả năng ứng dụng vô vàn của enzyme protease. Ở Việt Nam cũng có nhiều công trình công bố về việc nghiên cứu sử dụng Protease, chủ yếu tập trung vào các protease thực vật và động vật còn protease vi sinh vật chỉ được nghiên cứu trong hơn chục năm trở lại đây. 2 Chương 2: Tổng quan về enzym Protease 2.1. Đặc điểm chung Protease là nhóm enzym xúc tác sự thủy phân liên kết peptide, là liên kết chủ yếu trong phân tử protein và peptide. Cơ chế thủy phân như sau: Thường các protease trong cơ thể tồn tại ở dạng không hoạt động (zymogen) và có thể trở thành hoạt động do chính protease tương ứng tác động bằng sự cắt đứt một hay một số liên kết peptide trong phân tử của nó, khi đó sự thay đổi cấu trúc phân tử theo hướng có lợi cho hoạt động xúc tác, enzym chuyển sang trạng thái hoạt động. Hình 2.1: Mô hình enzyme Protease thủy phân phân tử Protein Cấu trúc bậc bốn của phân tử protein ảnh hưởng đến quá trình phân giải cơ chất dưới tác dụng của các protease. Dạng monomer và dimer của cơ chất dễ phân giải hơn dạng tetramer. Protease cần thiết cho các sinh vật sống, rất đa dạng về chức năng từ mức độ tế bào, cơ quan đến cơ thể nên được phân bố rất rộng rãi trên nhiều đối tượng từ vi sinh vật (vi khuẩn, nấm và virus) đến thực vật (đu đủ, dứa ) và động vật (gan, dạ dày bê ). So với protease động vật và thực vật, protease vi sinh vật có những đặc điểm khác biệt. Trước hết hệ protease vi sinh vật là một hệ thống rất phức tạp bao gồm nhiều enzyme rất giống nhau về cấu trúc, khối lượng và hình dạng phân tử nên rất khó tách ra dưới dạng tinh thể đồng nhất. Cũng do là phức hệ gồm nhiều enzyme khác nhau nên protease vi sinh vật thường có tính đặc hiệu rộng rãi cho sản phẩm thuỷ phân triệt để và đa dạng. 3 2.2. Phân loại Protease (peptidase) thuộc phân lớp 4 của lớp thứ 3 (E.C.3.4) . Hình 2.2: 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: Endopeptidase (proteinase): Chủ yếu phân giải các liên kết peptide nằm trong phân tử protein tạo thành những đoạn peptide có trọng lượng phân tử nhỏ. Exopeptidase (polypeptidase): Chủ yếu phân cắt peptide ở hai đầu mạch. 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. Protease kiềm: tryssin, chymmotrysin, … hoạt động ở vùng pH kiềm. Protease trung tính: papain, … hoạt động ở vùng pH trung tính. 4 2.3. Quy trình thu nhận protease Trong sản xuất các chế phẩm protease, người ta thường chia làm hai giai đoạn: Thu Protease thô và tinh sạch protease. Thu chế phẩm protease thô: Với nguồn động vật và thực vật thì ta nghiền , trích ly rồi ly tâm. Còn với nguồn vi sinh vật thì ta nuôi cấy, phá vỡ tế bào rồi đem ly tâm. Tinh sạch protease: Sử dụng phương pháp hóa lý để loại dần các thành phần không phải protease ra khỏi thành phần protease. Sản phẩm cuối cùng là protease tinh khiết. Hình 2.3: Quy trình tổng quát thu nhận protease [...]... tính chất của protease vi sinh vật Căn cứ vào cơ chất phản ứng, pH hoạt động thích hợp,… các nhà khoa học đã phân loại các Protease vi sinh vật thành bốn nhóm như sau: P-xerin; P-thiol; P-kim loại; P-acid Một số tác giả khác chia Protease ra ba nhóm, dựa vào hoạt động pH của chúng bao gồm: Protease acid; protease trung tính; protease kiềm Trong bốn protease kể trên, các protease- xerin và protease- thiol... xuất bia 20 4.2.6 Trong công nghiệp da Các loại enzyme được dùng trong chế biến da động vật như: protease acid, protease trung tính, protease kiềm của vi khuẩn, protease nấm sợi, papain từ đu dủ, bromelin từ trái thơm Enzyme protease được sử dụng làm mềm da nhờ sự thủy phân một phần protein của da, chủ yếu là collagen, thành phần chính làm cho da bị cứng Protease được dùng để làm mềm, làm sạch và tẩy... ester 3.3 Nguồn protease từ vi sinh vật 3.3.1 Đặc điểm chung So với protease động vật và thực vật, protease vi sinh vật có những đặc điểm khác biệt Trước hết hệ protease vi sinh vật là một hệ thống rất phức tạp bao gồm nhiều enzyme rất giống nhau về cấu trúc, khối lượng và hình dạng phân tử nên rất khó tách ra dưới dạng tinh thể đồng nhất Cũng do là phức hệ gồm nhiều enzyme khác nhau nên protease vi sinh... ‘Nghiên cứu thu nhận chế phẩm enzyme protease từ ruột cá basa (Pangasius bocourti)’, Tạp chí Phát Triển KH&CN 9 (11): 59-67 Nguyễn Duy Hà, Nguyễn Thị Minh Huệ, Nguyễn Thị Thu Hà (2006) Seminar: Nguồn thu nhận Protease, Trường Đại học Bán công Tôn Đức Thắng, Thành phố Hồ Chí Minh Lê Thị Ngọc Bích, Võ Văn Giàu, Phan Chí Hiếu, Trần Thị Kim Yến (2006), Seminar: Hệ enzyme protease, Trường Đại học Bán công... mang không tan cho phép có thể tái sử dụng enzyme nhiều lần Vì vậy mà việc ứng dụng Protease ngày càng gia tăng 4.2 Ứng dụng enzyme protease Protease được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như công nghiệp thực phẩm, công nghiệp nhẹ, công nghiệp dược phẩm và nông nghiệp… 4.2.1 Trong công nghiệp sữa Hình 4.1: Một số loại Phomat Trong công nghiệp sữa, protease được dùng trong sản xuất phomat... 16 Chương 4: Tình hình nghiên cứu - Ứng dụng enzym protease 4.1 Tình hình nghiên cứu enzyme protease 4.1.1 Tình hình nghiên cứu enzyme protease trong nước Trần Quốc Hiền, Lê Văn Việt Mẫn, Trung tâm Công nghệ sau thu hoạch, Viện Nghiên cứu nuôi trồng thủy sản II, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Hồ Chí Minh đã “Nghiên cứu thu nhận chế phẩm protease từ ruột cá Basa (pangasius bocourti)” thực... sự phát triển, tuy nhiên đã có nhiều công trình nghiên cứu và ứng dụng enzyme Trong đó, enzyme protease được sản xuất và sử dụng nhiều nhất Tin chắc rằng, trong một tương lai không xa, nền công nghiệp enzyme của nước ta nói chung và protease nói riêng sẽ phát triển vượt bậc 25 Tài liệu tham khảo Nguyễn Đức Lượng (2004), Công nghệ Enzyme, Thành phố Hồ Chí Minh, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Thành phố... sp QN6 sinh tổng hợp protease Phan Thị Bích Trâm, Dương Thị Hương Giang, Hà Thanh Tồn, Phạm Thị Ánh Hồng, Đại học Cần Thơ, Trường ĐHKH Tự nhiên, ĐH Quốc Gia TP Hồ Chí Minh đã tiến hành “Tinh sạch và khảo sát đặc điểm của các Serine protease từ Trùn Quế” (2007) Bước đầu khảo sát hệ enzyme protease từ trùn quế (Perionyx excavatus) cho thấy phần lớn các protease trong dịch chiết enzyme thô có thể tinh... dịch tụy, đó là protease đầu tiên nhận được ở dạng chế phẩm 17 Năm 1861 Brucke cũng đã tách được pepsin từ dịch dạ dày chó ở dạng tương đối tinh khiết Ngòai các enzyme của hệ tiêu hóa, người ta cũng đã quan sát đầu tiên về các protease trong máu Năm 1879 Wurtz được xem là người đầu tiên tách được protease thực vật Đến nay người ta đã nghiên cứu được khá đầy đủ về cấu trúc phân tử của nhiều protease như:... chymotrypsin, subtilisin Các protease của vi sinh vật mới được chú ý nghiên cứu nhiều từ năm 1950 Trong hơn 10 năm nay số công trình nghiên cứu protease vi sinh vật tăng lên đáng kể nhiều hơn các protease của động và thực vật Từ năm 1950 trở lại đây trên thế giới có hàng loạt protease động vật, thực vật và vi sinh vật được tách chiết nghiên cứu Hiện nay, số lượng các enzyme được sản xuất hàng năm . giả khác chia Protease ra ba nhóm, dựa vào hoạt động pH của chúng bao gồm: Protease acid; protease trung tính; protease kiềm. Trong bốn protease kể trên, các protease- xerin và protease- thiol. protease 17 4.1.1. Tình hình nghiên cứu enzyme protease trong nước 17 ii 4.1.2. Tình hình nghiên cứu enzyme Protease trên thế giới: 17 4.2. Ứng dụng enzyme protease 18 4.2.1. Trong công nghiệp. 1 SEMINAR ENZYME PROTEASE An Giang, Tháng 03.2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA NÔNG NGHIỆP & TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN SEMINAR ENZYME PROTEASE