Ngày nay không còn ai nghi ngờ rằng công nghệ sinh học đã trở thành một trong những ngành khoa học mũi nhọn có tác động to lớn đến đời sống con người trong thế kỷ 21. Không chỉ cung cấp hàng loạt sản phẩm cần cho dinh dưỡng hoặc điều trị bệnh của người, động vật, thực vật, công nghệ sinh học còn cho ta các chế phẩm hữu hiệu làm giảm nhẹ nạn ô nhiễm toàn cầu_ một thảm hoạ có thể của nhân loại trong thế kỷ tới. Hơn lúc nào hết, chúng ta nhớ đến câu nói của L. Pasteur: “Messieurs, c’est les microbes, qui auront le dernier mot” (Thưa các ngài, chính vi sinh vật là kẻ có lời nói cuối cùng). Bởi vì chỉ vi sinh vật với hoạt tính phong phú đa dạng và hiệu quả mới là kẻ đóng vai trò quyết định cho công nghệ sinh học.
Trong những năm gần đây, ngành công nghệ sinh học phát triển ngày càng mạnh mẽ và thu được nhiều lợi nhuận mang lại lợi ích kinh tế cao. Một trong những lĩnh vực được quan tâm nhiều nhất của công nghệ sinh học là công nghệ sản xuất ra các chế phẩm enzyme trong đó có enzyme protease.
Từ khi enzyme được phát hiện thì chúng ta không ngừng đưa nó vào trong thực tiễn của cuộc sống, phục vụ cho nhiều ngành như công nghiệp, nông nghiệp, y học, thực phẩm Enzyme được xem là thành phần quan trọng và tất yếu trong thực phẩm. Bằng cách bổ sung có định hướng và chọn lọc thì có thể tạo cho sản phẩm có được kết cấu, hương vị, màu sắc và các tính chất đặc thù khác. Trong lượng enzyme được sử dụng trên thế giới thì protease chiếm đến 60% hàm lượng enzyme. Trước đây, phần lớn các protease đều được thu từ nội tạng động vật, thực vật nhưng ngày nay nó đang được thay thế dần bằng protease của vi sinh vật rẻ tiền.
Chính vì tầm quan trọng đó mà mấy chục năm gần đây hình thành và phát triển mạnh kỹ thuật sản xuất chế phẩm enzyme. Hàng năm, trên thế giới có khoảng 20 hãng sản xuất ra hơn 100.000 tấn chế phẩm enzyme. Tuy nhiên, nó tập trung chủ yếu ở các nước phương Tây, còn ở phương Đông thì còn rất non kém.
Thực tế ở nước ta, các chế phẩm enzyme hầu hết phải nhập từ nước ngoài và có giá thành rất cao nên việc ứng dụng chế phẩm enzyme trong sản xuất chưa được rộng rãi. Do đó căn cứ vào nguồn nguyên liệu và điều kiện hiện có tại Việt Nam, đồng thời sử dụng những phương pháp phân tích và phương án ma trận trực giao cấp một trong hoá học, dưới sự hướng dẫn của cô giáo Th.S Lê Xuân Phương, tôi chọn đề tài "Nghiên cứu sử dụng môi trường dịch thể để thu nhận enzyme protease từ nấm mốc".
Mục tiêu của đề tài:
1. Phân lập, tuyển chọn các chủng nấm mốc có khả năng sinh tổng hợp enzyme protease.
2. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sinh tổng hợp enzyme protease trong môi trường dịch thể.
3. Xác định điều kiện tối ưu nuôi cấy nấm mốc sinh tổng hợp protease trong môi trường dịch thể.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Sở dĩ chọn nấm mốc là đối tượng để khảo sát khả năng sinh tổng hợp protease với phương pháp nuôi cấy trong môi trường dịch thể là do vi sinh vật là nguồn nguyên liệu thích hợp nhất để sản xuất enzyme ở qui mô lớn dùng trong công nghiệp, có thể chủ động về nguồn nguyên liệu, chu kì sinh trưởng của vi sinh vật ngắn, do đó ta có thể thu hoạch hàng trăm lần một năm, có thể điều khiển sự sinh tổng hợp enzyme dễ dàng hơn các nguồn nguyên liệu khác để tăng lượng enzyme được tổng hợp hoặc tổng hợp định hướng enzyme, giá thành thấp vì môi trường nuôi cấy vi sinh vật tương đối đơn giản, rẻ tiền. Và hiện nay trên thế giới, nuôi cấy bề sâu là phương pháp phổ biến nhất trong công nghiệp sản xuất enzyme vi sinh vật.
Nội dung được trình bày trong đề tài gồm:
- Chương I : Tổng quan tài liệu .
- Chương II : Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu .
- Chương III : Kết quả và thảo luận .
- Chương IV : Kết luận .
- Tài liệu tham khảo
- Phụ lục
51 trang |
Chia sẻ: ngtr9097 | Lượt xem: 2265 | Lượt tải: 5
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Nghiên cứu sử dụng môi trường dịch thể để thu nhận enzyme protease từ nấm mốc, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay không còn ai nghi ngờ rằng công nghệ sinh học đã trở thành một trong những ngành khoa học mũi nhọn có tác động to lớn đến đời sống con người trong thế kỷ 21. Không chỉ cung cấp hàng loạt sản phẩm cần cho dinh dưỡng hoặc điều trị bệnh của người, động vật, thực vật, công nghệ sinh học còn cho ta các chế phẩm hữu hiệu làm giảm nhẹ nạn ô nhiễm toàn cầu_ một thảm hoạ có thể của nhân loại trong thế kỷ tới. Hơn lúc nào hết, chúng ta nhớ đến câu nói của L. Pasteur: “Messieurs, c’est les microbes, qui auront le dernier mot” (Thưa các ngài, chính vi sinh vật là kẻ có lời nói cuối cùng). Bởi vì chỉ vi sinh vật với hoạt tính phong phú đa dạng và hiệu quả mới là kẻ đóng vai trò quyết định cho công nghệ sinh học.
Trong những năm gần đây, ngành công nghệ sinh học phát triển ngày càng mạnh mẽ và thu được nhiều lợi nhuận mang lại lợi ích kinh tế cao. Một trong những lĩnh vực được quan tâm nhiều nhất của công nghệ sinh học là công nghệ sản xuất ra các chế phẩm enzyme trong đó có enzyme protease.
Từ khi enzyme được phát hiện thì chúng ta không ngừng đưa nó vào trong thực tiễn của cuộc sống, phục vụ cho nhiều ngành như công nghiệp, nông nghiệp, y học, thực phẩm …Enzyme được xem là thành phần quan trọng và tất yếu trong thực phẩm. Bằng cách bổ sung có định hướng và chọn lọc thì có thể tạo cho sản phẩm có được kết cấu, hương vị, màu sắc và các tính chất đặc thù khác. Trong lượng enzyme được sử dụng trên thế giới thì protease chiếm đến 60% hàm lượng enzyme. Trước đây, phần lớn các protease đều được thu từ nội tạng động vật, thực vật nhưng ngày nay nó đang được thay thế dần bằng protease của vi sinh vật rẻ tiền.
Chính vì tầm quan trọng đó mà mấy chục năm gần đây hình thành và phát triển mạnh kỹ thuật sản xuất chế phẩm enzyme. Hàng năm, trên thế giới có khoảng 20 hãng sản xuất ra hơn 100.000 tấn chế phẩm enzyme. Tuy nhiên, nó tập trung chủ yếu ở các nước phương Tây, còn ở phương Đông thì còn rất non kém.
Thực tế ở nước ta, các chế phẩm enzyme hầu hết phải nhập từ nước ngoài và có giá thành rất cao nên việc ứng dụng chế phẩm enzyme trong sản xuất chưa được rộng rãi. Do đó căn cứ vào nguồn nguyên liệu và điều kiện hiện có tại Việt Nam, đồng thời sử dụng những phương pháp phân tích và phương án ma trận trực giao cấp một trong hoá học, dưới sự hướng dẫn của cô giáo Th.S Lê Xuân Phương, tôi chọn đề tài "Nghiên cứu sử dụng môi trường dịch thể để thu nhận enzyme protease từ nấm mốc".
Mục tiêu của đề tài:
Phân lập, tuyển chọn các chủng nấm mốc có khả năng sinh tổng hợp enzyme protease.
Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sinh tổng hợp enzyme protease trong môi trường dịch thể.
Xác định điều kiện tối ưu nuôi cấy nấm mốc sinh tổng hợp protease trong môi trường dịch thể.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Sở dĩ chọn nấm mốc là đối tượng để khảo sát khả năng sinh tổng hợp protease với phương pháp nuôi cấy trong môi trường dịch thể là do vi sinh vật là nguồn nguyên liệu thích hợp nhất để sản xuất enzyme ở qui mô lớn dùng trong công nghiệp, có thể chủ động về nguồn nguyên liệu, chu kì sinh trưởng của vi sinh vật ngắn, do đó ta có thể thu hoạch hàng trăm lần một năm, có thể điều khiển sự sinh tổng hợp enzyme dễ dàng hơn các nguồn nguyên liệu khác để tăng lượng enzyme được tổng hợp hoặc tổng hợp định hướng enzyme, giá thành thấp vì môi trường nuôi cấy vi sinh vật tương đối đơn giản, rẻ tiền. Và hiện nay trên thế giới, nuôi cấy bề sâu là phương pháp phổ biến nhất trong công nghiệp sản xuất enzyme vi sinh vật.
Nội dung được trình bày trong đề tài gồm:
Chương I : Tổng quan tài liệu .
Chương II : Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu .
Chương III : Kết quả và thảo luận .
Chương IV : Kết luận .
Tài liệu tham khảo
Phụ lục
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
Tổng quan về vi sinh vật
Giới thiệu về vi sinh vật
Vi sinh vật là những cơ thể vô cùng nhỏ bé mà mắt thường không nhìn thấy được, chỉ có thể quan sát bằng kính hiển vi. Vi sinh vật bao gồm nhiều nhóm khác nhau: vi rút, vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm men, nấm mốc, niêm vi khuẩn, vi khuẩn lam, tảo...
Vi sinh vật sống ở khắp mọi nơi trên trái đất: từ đỉnh núi cao đến tận đáy biển sâu, trong không khí, trong đất, trong hầm mỏ, trong sông ngòi, ao hồ, trên da, trong từng bộ phận của cơ thể người, động vật, thực vật, trong các sản phẩm, vật liệu, hàng hóa… Ngay cả trong những nơi mà điều kiện sống tưởng chừng hết sức khắc nghiệt vẫn thấy có sự phát triển của vi sinh vật.
Từ cổ xưa, mặc dầu chưa nhận thức được sự tồn tại của vi sinh vật, nhưng loài người đã biết khá nhiều về tác dụng của vi sinh vật gây nên. Trong sản xuất và trong đời sống, con người đã tích luỹ được nhiều kinh nghiệm về các biện pháp lợi dụng các vi sinh vật có ích và phòng tránh các vi sinh vật có hại.
Vai trò của vi sinh vật:
Xét về mặt tích cực
Vi sinh vật tham gia vào việc khép kín vòng tuần hoàn vật chất và giữ cân bằng sinh thái tự nhiên
Một số chủng vi sinh vật tiết ra chất kháng sinh, vitamin, chất kích thích sinh trưởng… vì thế chúng được áp dụng trong sản xuất các chất trên.
Một số chủng, giống vi sinh vật trong tế bào có chứa tinh thể diệt côn trùng. Người ta dùng các chủng, giống vi sinh vật này vào quy trình công nghệ sản xuất chế phẩm vi sinh vật dùng trong bảo vệ thực vật để diệt côn trùng có hại.
Vi sinh vật còn phân huỷ các chất độc hại, các phế thải công nghiệp, làm sạch môi trường.
Từ đầu thập kỉ 70 của thế kỉ này người ta bắt đầu thực hiện thành công thao tác di truyền ở vi sinh vật. Nhờ đó đã mang lại lợi ích to lớn bởi vì có thể sản sinh ở qui mô công nghiệp những sản phẩm trước đây chưa hề được tạo thành bởi vi sinh vật. Đến nay chúng đã phát huy tích cực trong nhiều lĩnh vực: y tế và thú y, công nghiệp thực phẩm, nông nghiệp, công nghiệp hoá học và công nghiệp năng lượng, bảo vệ môi trường…
Xét về mặt tiêu cực
Vi sinh vật gây ra các bệnh cho người, động vật thực vật, chúng phá huỷ mùa màn trong quy trình sản xuất chế biến, bảo quản lương thực thực phẩm.
Vi sinh vật còn phá huỷ các công trình xây dựng cầu cống, các di tích lịch sử, gây phiền nhiễu trong hoạt động sống của con người.
Như vậy vi sinh vật có mặt mọi nơi thâm nhập vào mọi hoạt động sống của chúng ta. Nắm vững hoạt động của chúng, chúng ta có thể đề ra các biện pháp làm cho chúng trở thành vũ khí sắc bén trong công cuộc chinh phục và cải tạo thiên nhiên để phục vụ con người.
Giới thiệu về nấm mốc
1. Đặc điểm chung của nấm mốc
Nấm mốc là tên chung để chỉ các loại nấm hiển vi có cấu tạo sợi. Chúng thuộc loại thực vật hạ đẳng có bào tử, không có diệp lục, không có khả năng tổng hợp các chất hữu cơ từ khí cacbonic mà sử dụng trực tiếp chất hữu cơ sẵn có để sinh sống.
Nấm mốc chỉ mọc tốt trong môi trường có nhiều không khí, vì vậy chúng thường phát triển trên bề mặt của cơ chất dưới dạng những sợi lùn phún hình sợi, lớp mạng nhện, hay khối sợi bông. Chúng có thể phát triển ở một số môi trường mà nấm men, vi khuẩn không thể phát triển được như môi trường có áp suất thẩm thấu, độ ẩm và acid lớn.
Nhiều loại nấm mốc có giá trị lớn trong công nghiệp. Chúng được dùng trong việc sản xuất nhiều loại axit hữu cơ, enzyme, chất kháng sinh, vitamin, thực phẩm… Trái lại nhiều loại nấm mốc cũng gây nhiều thiệt hại trong việc bảo quản thực phẩm và nhiều hàng công nghiệp khác. Nhiều nấm mốc ký sinh trên người, trên động vật, thực vật và gây ra các bệnh nấm khá nguy hiểm, nhiều nấm mốc sinh ra độc tố có thể gây ra bệnh ung thư và nhiều bệnh khác.
Trong tự nhiên, nấm mốc phân bố rất rộng rãi và tham gia tích cực vào các vòng tuần hoàn vật chất, nhất là trong quá trình phân giải chất hữu cơ và hình thành chất mùn. Chúng phát triển rất nhanh trên nhiều nguồn cơ chất khi gặp khí hậu nóng ẩm.
2. Đặc điểm hình thái của nấm mốc
Nấm mốc là loại sinh vật phát triển thành hình sợi phân nhánh. Những sợi phân nhánh này phát triển thành từng đám chằng chịt gọi là khuẩn ty hay hệ sợi nấm khi phát triển trên môi trường đặc, bao gồm: khuẩn ty khí sinh và khuẩn ty dinh dưỡng.
Hai loại khuẩn ty này đóng vai trò và nhiệm vụ khác nhau. Khuẩn ty dinh dưỡng làm nhiệm vụ hấp thụ chất dinh dưỡng, còn khuẩn ty khí sinh thì hấp thụ oxy và đóng vai trò sinh sản là chủ yếu.
Nấm mốc không di chuyển được và không có một cơ quan vận chuyển nào. Chúng có nhiều màu sắc khác nhau: đỏ (Neospora Crassa), màu đen (Asp. niger), màu xám (Asp. usami), màu trắng xám (Mucor hay Rhyzopus) và lại có những loại màu xanh (Penicillium). Về hình thái của khối bào tử thì cũng có nhiều kiểu khác nhau. Có loại bọc xung quanh thể hình chai và tạo thành một khối cân đối như hoa cúc, hoa hướng dương (Aspergillus). Lại có loài có hình dạng phân nhánh như chiếc chổi (Penicillium), lại có loài như trái bưởi bị đốt cháy đen vỏ (Mucor, Rhyzopus).
Đặc điểm cấu tạo của nấm mốc
Do có cấu tạo đặc biệt, nấm mốc hoàn toàn khác với vi khuẩn và nấm men. Dựa vào cấu tạo của nấm mà người ta chia chúng ra làm hai loại:
Loại nấm mốc có vách ngăn
Đây là trường hợp khuẩn ty được tạo thành do một chuỗi tế bào nối tiếp nhau. Sự nối tiếp này có thể xem như những đốt tre trên một cây tre. Ngăn cách hai tế bào là một màng ngăn. Trong mỗi tế bào nấm hầu như có đủ cơ quan của một tế bào, trong đó quan trọng là có nhân. Thường thấy ở Aspergillus và Penicillium.
Loại nấm mốc không có vách ngăn
Đây là những loại nấm mốc đa hạch. Trong đó giữa các hạch không có màng ngăn. Hầu hết màng tế bào nấm không có lớp vỏ cellulose như ở thực vật mà lại có lớp kitin như lớp vỏ cứng ở sâu bọ. Chất dự trữ hydrat cacbon của nấm cũng không là đường mà là chất glycogen.
Đặc biệt trong tế bào nấm rất giàu các chất có hoạt tính sinh học (enzyme) và rất giàu kháng sinh. Lợi dụng đặc điểm này người ta đã sử dụng nấm mốc để sản xuất ra những sản phẩm phục vụ cho đời sống.
Cấu tạo thành tế bào nấm mốc hiện nay vẫn chưa hiểu biết hết. Tuy nhiên nhiều tài liệu cho thấy rằng nó có: 80 – 90% polysacarit, 1 - 3% hecxozamin, 3 – 8% lipit, 4% protein, chất màu (melanin).
4. Đặc tính sinh sản của nấm mốc
Nấm mốc có hai hình thức sinh sản chính: sinh sản bằng bào tử và bằng sợi nấm. Bào tử của các chủng nấm mốc khác nhau có màu sắc không giống nhau, và đây chính là đặc điểm nhận biết để phân loại nấm mốc.
Một số nấm mốc thường gặp
Nấm mốc đơn bào:
+ Giống Mucor: Thường có dạng bên ngoài giống như nỉ tạo những khối lông tơ trắng trên các nguồn bã thải hữu cơ để lâu ngày. Một số loại mucor có khả năng lên men rượu và oxy hoá, chúng được dùng trong sản xuất axit hữu cơ, rượu và chế phẩm enzyme.
+Giống Rhyzopus: Giống này thường lan tràn rất nhanh nhờ chúng có khả năng mọc nhánh ra khắp mọi hướng. Các giống này gắn chặt vào cơ chất nhờ những sợi giống rễ cây. Điển hình nhất là Rhyzopus nigricans thường hay mọc đen trên bánh mì bị ẩm trong thời gian vài ba ngày.
Hai giống trên đều phát triển tốt trong điều kiện hiếu khí, được dùng sản xuất các enzyme, axit thực phẩm và chuyển hoá thuốc. Trong tương cũng gặp nhưng chúng thường làm tương chua và nhão. Ở điều kiện yếm khí chúng có thể lên men rượu, vì vậy trước kia đã được dùng làm rượu như Mucor rouxii và Rhyzopus delemar nhưng cũng có loài làm hư hỏng thực phẩm như Mucor mucedo.
Nấm mốc đa bào:
+ Aspergillus:
Giống nấm Aspergillus có thể tới hơn 200 loài, sinh sản vô tính bằng cách tạo thân quả hoặc cuống bào tử đính. Bào tử đính phát triển thành tế bào rất dày ở bên trong hệ sợi nấm gọi là tế bào gốc (foot cell). Nó tạo thành sợi cuống dài (stalk) và kết thúc khi tạo ra một cấu trúc phồng hình củ hành gọi là túi (vesicle). Xung quanh túi là một hoặc hai bộ cuống để đính bào tử gọi là cuống đính bào tử hay thể bình (sterigmata). Từ bộ cuống đính bào tử cuối cùng, bào tử được sinh ra gọi là bào tử đính (conidia). Không có một giống nấm sợi nào khác ngoài giống nấm này có hệ bào tử đính tương tự. Giống nấm này phát triển rất nhiều trong các vùng khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới.
+ Pennicillium:
Giống này phức tạp hơn so với giống Aspergillus.
Khuẩn ty có vách ngăn và phân nhánh, một số đầu sợi lại chia thành các nhánh và từ các nhánh này mới mọc các cuống bào tử. Toàn bộ nhánh sinh đính bào tử này có hình dạng giống cái chổi. Bào tử đính có hình cầu và khi chín có màu xanh, vàng hoặc trắng…nhưng các mốc Pennicillium thường có màu xanh và người ta thường gọi mốc này là mốc xanh. Bề mặt khuẩn lạc thường có một số các giọt lỏng. Giống Pennicillium thường không phát triển mạnh ở các vùng có khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới.
Giống Pennicillium chỉ có vài loài có giai đoạn sinh sản hữu tính. Vì vậy việc định danh các loài trước hết dựa vào hình thái bào tử. Giống này có ba loại bào tử đính: loại đơn giản nhất của một hệ bào tử đính gồm có sợi cuống, túi nhỏ và một cuống đính bào tử hình lọ, cổ thóp và bào tử đính; loại thứ hai gồm sợi cuống nhưng không có túi. Ở đầu sợi cuống là một loạt các tế bào nằm kề nhau gọi là cuống thể bình (metulae). Ở đầu các cuống thể bình là các cuống đính bào tử hình giáo, nhọn, dài cho bào tử đính được tạo ra; loại thứ ba rất không đối xứng gồm có một sợi cuống phân nhánh tự do ở đầu sợi, gắn vào các đầu nhánh là các cuống thể bình tạo ra cuống đính bào tử và bào tử đính. [7, tr52].
Hai giống này có ứng dụng rất nhiều trong công nghệ thực phẩm.
Ứng dụng của nấm mốc
Vi sinh vật nói chung và nấm mốc nói riêng đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế quốc dân. Đặc biệt là ngành công nghệ sinh học và công nghệ thực phẩm. Trong công nghệp thực phẩm, nấm mốc được sử dụng cho các ngành sản suất chính như: sản xuất axit hữu cơ; sản xuất chất kháng sinh; sản xuất enzyme; sản xuất nước chấm, tương, chao; sản xuất rượu…
Trong tế bào vi sinh vật rất giàu các hệ enzyme để thực hiện các phản ứng sinh hóa phức tạp. Có một số hệ enzyme tiết vào môi trường xung quanh để phân hủy các cơ chất có cấu tạo cao phân tử, biến các cơ chất này thành những chất có phân tử thấp mà vi sinh vật có thể đồng hóa được. Thuộc loại này là những enzyme ngoại bào_ những enzyme thủy phân như protease, amylase, pectinase, cellulose…Những enzyme ngoại bào đầu tiên được được hình thành trong tế bào khi môi trường có những cơ chất cảm ứng rồi tiết dần vào môi trường. Vi sinh vật tạo thành những enzyme này chủ yếu ở thời kỳ phát triển, khi các tế bào còn non.
rất nhiều
Nhiều chế phẩm enzyme có nguồn gốc vi sinh vật được sản xuất từ nấm mốc, vi khuẩn và xạ khuẩn. Nấm mốc là loại đặc biệt giàu các enzyme ngoại bào.
Tổng quan về enzyme
Giới thiệu về enzyme
Enzyme là chất xúc tác sinh học, có bản chất protein, hoà tan trong nước và trong dung dịch muối loãng. Đảm bảo cho quá trình chuyển hoá các chất trong cơ thể sống tiến hành với tốc độ nhịp nhàng, cân đối theo những chiều hướng xác định để đảm bảo cho sự tồn tại của cơ thể sống.
Enzyme có phân tử lượng lớn từ 20.000÷1.000.000 danton, được cấu tạo từ các L-- acid amin kết hợp với nhau qua liên kết peptid.
Tất cả các yếu tố làm biến tính protein như kiềm đặc, acid đặc, muối kim loại nặng…đều có thể làm enzyme biến tính và mất hoạt tính xúc tác.
Enzyme có nhiều tính chất ưu việt hơn hẳn các chất xúc tác hoá học:
Enzyme có cường lực xúc tác rất lớn: Ở điều kiện thích hợp hầu hết các phản ứng có xúc tác enzyme xảy ra với tốc độ nhanh gấp 108 – 1011 lần so với phản ứng không có chất xúc tác.
Enzyme có tính đặc hiệu cao: Mỗi enzyme chỉ xúc tác làm chuyển hoá được một hoặc một số cơ chất nhất định. Sự tác dụng có tính chất lựa chọn này gọi là tính đặc hiệu của enzyme. Enzyme có tính đặc hiệu cao nên không tạo ra sản phẩm phụ.
Enzyme thường tác dụng thích hợp ở nhiệt độ 30 – 50OC, pH trung tính và ở áp suất thường, không cần nồng độ acid hay nồng độ kiềm mạnh, áp suất cao do đó không đòi hỏi các thiết bị chịu acid, kiềm và chịu áp suất cao đắc tiền.
Tất cả các enzyme có nguồn gốc không độc. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong công nghiệp thực phẩm và y học.
Các chế phẩm enzyme được sản xuất từ nguồn nguyên liệu dễ kiếm, rẻ tiền. Enzyme động vật thường thu nhận từ các phụ phẩm lò mổ như: tụy, tạng, dạ dày… Enzyme thực vật được thu từ vỏ, lá dứa, lá, thân, nhựa sung, vả, nhựa đu đủ xanh…Còn để thu enzyme vi sinh vật người ta nuôi vi sinh vật bằng phương pháp bề mặt hoặc phương pháp bề sâu từ nhiều nguồn phế phẩm của các ngành công nghiệp khác.
Hơn nữa enzyme lại là thành phần không thể thiếu được trong mọi tế bào sinh vật, chúng đóng vai trò quyết định cho mọi chuyển hoá vật chất trong tế bào và quyết định mối quan hệ giữa cơ thể sống và môi trường sống. Chính vì những tính chất ưu việt và vai trò to lớn của chúng trong sự sống, enzyme đã trở thành đối tượng rất quan trọng trong nghiên cứu không chỉ các nhà khoa học sinh học, công nghệ sinh học mà còn là mối quan tâm rất lớn của những nhà khoa học trong nhiều lĩnh vực khoa học có liên quan.
Tính đến năm 1984 người ta đã biết đến 2477 loại enzyme khác nhau và chúng đã có mặt trong rất nhiều hoạt động sản xuất và đời sống của con người. Trong những năm cuối của thế kỉ 20 và những năm đầu của thế kỉ 21, công nghệ sinh học trong đó có công nghệ enzyme đã phát triển rất mạnh, dự báo cho những thành công lớn trong khoa học và trong kinh tế.
Các chế phẩm enzyme đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: trong hoá phân tích để định tính và định lượng các chất, trong nông nghiệp, trong y học, trong công nghiệp thực phẩm, công nghiệp dược liệu, công nghiệp hoá học và nhiều ngành công nghiệp khác như công nghiệp dệt, công nghiệp da v.v ...
Với đà phát triển hiện nay của enzyme học, chắc chắn trong tương lai không xa chúng ta có thể tổng hợp được nhiều chất xúc tác enzyme để sử dụng trong thực tế. Điều này sẽ có ý nghĩa kinh tế hơn đối với các enzyme khó tách từ các nguyên liệu tự nhiên.
Giới thiệu về enzyme protease
Protease là enzyme xúc tác sự thuỷ phân liên kết peptid (CO-NH) trong phân tử protein và các cơ chất tương tự.[ 3, tr127 ].
Dưới tác dụng của enzyme protease, protein bị thuỷ phân theo sơ đồ sau :
Protein pepton polypeptid peptid acid amin.
Đây là quá trình thuỷ phân tương đối phức tạp và có sự tham gia của nhiều loại protease khác nhau. Nhiều protease cũng có khả năng thủy phân liên kết este và vận chuyển acid amin (CO-OH).
Theo phân loại quốc tế các enzyme thuộc nhóm này chia thành 4 phân nhóm:
Aminopeptidase: Xúc tác sự thuỷ phân liên kết peptid ở đầu nitơ của mạch polypeptit.
Cacboxypeptidase: Xúc tác sự thuỷ phân liên kết peptid ở đầu cacbon của mạch polypeptit. Cả hai phân nhóm enzyme trên đều là các exo-peptidase.
Dipeptihydrolase: Xúc tác sự thuỷ phân các liên kết dipeptid.
Proteinase: Xúc tác sự thuỷ phân các liên kết peptid nội mạch.
Từ năm 1950 trở lại đây đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về protease cho thấy các protease khác nhau về cơ chế phản ứng, phân hủy các cơ chất có cấu trúc khác nhau, điều kiện môi trường hoạt động khác nhau.
Ứng dụng của enzyme protease
Các protease nói chung cũng như protease từ vi sinh vật nói riêng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: công nghiệp, nông nghiệp, y học, trong nghiên cứu khoa học…
Trong công nghệ chế biến thực phẩm
Trong chế biến cá: Việc sử dụng enzyme protease vào quá trình chế biến cá không những rút ngắn thời gian chế biến mà còn tận dụng được phế thải của các nhà máy chế biến thuỷ sản và các loại cá vụn, cá không ăn được. Sản phẩm thu được của quá trình thuỷ phân có chất lượng dinh dưỡng cao và chứa các acid amin thiết yếu.
Trong công nghiệp thịt: Sự làm mềm thịt có thể được tác động bởi protease nội sinh, đặc biệt là enzyme cathespin và bởi protease trung tính được tìm thấy trong hoặc gần protein sợi cơ. Các protease thực vật và vi sinh vật có tác động làm mềm thịt khác nhau. Cần phải kết hợp cả enzyme thực vật và enzyme vi sinh vật để làm mềm thịt.
Trong quá trình chế biến sữa và sản xuất phomat: Protease không những có khả năng thuỷ phân protein mà còn có khả năng đông tụ sữa.
Trong công nghiệp sản xuất nước quả và rượu vang: Protease được sử dụng như một chất hỗ trợ kỹ thuật trong việc làm trong và ổn định chất lượng nước quả và rượu vang. Hiện nay người ta đã sản xuất ra nhiều chế phẩm protease axit từ