Bài tiểu luận Ứng dụng của Emzym Lipase trong sản xuất bột giặt

HCM KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG  oOo  Đề tài: ỨNG DỤNG CỦA EMZYM LIPASE TRONG SẢN XUẤT BỘT GIẶT.. HCM KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG  oOo  Đề tài:

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

 oOo 

Đề tài:

ỨNG DỤNG CỦA EMZYM LIPASE TRONG

SẢN XUẤT BỘT GIẶT.

BÀI TIỂU LUẬN NHÓM

Môn: Công nghệ emzym.

Giảng viên hướng dẫn: Ths Đỗ Thị Hiền

TP.HCM, Tháng 2 năm 2016

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

 oOo 

Đề tài:

ỨNG DỤNG CỦA EMZYM LIPASE TRONG

SẢN XUẤT BỘT GIẶT.

BÀI TIỂU LUẬN NHÓM

Môn: Công nghệ emzym.

Giảng viên hướng dẫn: Ths Đỗ Thị Hiền.

Nhóm sinh viên thực hiện:

LỜI CẢM N ƠN

Chúng tôi xin trân thành cảm ơn Ths Đỗ Thị Hiền đã tận tình chỉ bảo, hướng

dẫn và giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gian học tập Một lần nữa nhóm chúng tôi xintrân thành cảm ơn cô

Mặc dù bài tiểu luận đã hoàn thành nhưng khó tránh những sai sót Mong rằng sẽnhận được đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn để bài tiểu luận hoàn thiện hơn Từ

đó, chúng tôi sẽ có thêm nhiều kinh nghiệm để thực hiện những bài tiều luận tiếp theocũng như đồ án sau này và nghề nghiệp tương lai

Sau cùng chúng tôi xin chúc Ths Đỗ Thị Hiền và toàn thể các thầy cô trong

Khoa thật dồi dào sức khỏe, niềm vui để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình

là truyền đạt kiến thức của mình cho thế hệ mai sau

Trân trọng cảm ơn!

NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN

i

LỜI CAM ĐOAN

Chúng tôi những người thực hiện bài tiểu luận này xin cam đoan:

Bài tiểu luận do các thành viên trong nhóm cùng chung tay làm việc, có sự phâncông rõ ràng và công bằng giữa các thành viên trong nhóm Đồng thời, không sao chépbất cứ bài tiểu luận của bất kì ai Các nội dung trong đây đã được tham khảo kỉ lưỡngtrước khi đưa vào bài tiều luận Chúng tôi sẽ chịu hoàn toàn trách nhiệm trước cô vàKhoa về những cam đoan này

TP.HCM, ngày 29 tháng 2 năm 2016

NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN

ii

DANH MỤC CÁC BẢNG

1 Bảng 1.1: So sánh giữa chất xúc tác hữu cơ (E) và chất xúc tác vô cơ. 2

2 Bảng 1.2: Phân loại emzym theo cơ chế phản ứng. 4

3 Bảng 3.1: Kết quả chọn lọc sơ bộ bằng tributyrin 0,1% và rhodamine B 0,001% 10

4 Bảng 5.1: Một số loại E được sử dụng trong nghành tẩy rửa. 22

iii

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH

1 Hình 1.1: Hình E Pyruvate decarboxylase (bên trái) và E Monooxygenase (bên phải) 2

2 Hình 1.2: Mô hình cấu trúc một E 4

3 Hình 1.3: Mô hình của Fischer (hình a) và Koshland (hình b) 5

4 Hình 2.1: Lipase ở tuyến tụy của lợn (hình bên trái) và lipase của vi khuẩn Candida albicans (hình bên phải) 6

5 Hình 2.2: Một số sản phẩm từ lipase 8

6 Hình 2.3: Trình tự acid amin của lipase thu được từ nấm men Candida rugosa 9

7 Hình 2.4: Cấu trúc không gian của nấm men Candida rugosa. 9

8 Hình 3.1: Hoạt tính lipase của 7 chủng Bacillus 10

9 Hình 3.2: Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy lên khả năng sinh tổng hợp lipase. 11

10 Hình 3.3: Ảnh hưởng pH lên khả năng sinh tổng hợp lipase 11

11 Hình 3.4: Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất lên khả năng sinh tổng hợp lipase 12

12 Hình 3.5: Ảnh hưởng của ion và chất tẩy rửa khác lên hoạt tính chế phẩm lipase 12

13 Hình 3.6: Ảnh hưởng của pH đến hoạt tính chế phẩm lipase (: đệm Tris –Cl; : đệm carbonate) 13

14 Hình 3.7: Ảnh hưởng của pH đến độ bền của chế phẩm lipase (T: đệm Tris –Cl; C: đệm carbonate). 13

15 Hình 3.8: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt tính chế phẩm lipase 14

16 Hình 3.9: Sắc ký đồ biểu diễn các phân đoạn lọc gel Sephadex G – 75. 15

17 Hình 3.10: Diễn biến quá trình dịch mã tạo chuổi polypeptid. 16

18 Hình 3.11 : Qúa trình thủy phân Tryacyglyxerol 17

19 Hình 3.12: Cơ chế phản ứng của lipase theo 5 giai đoạn. 18

20 Hình 3.13: Các chất tẩy rữa từ lipase 19

21 Hình 4.1: Hoạt độ của lipase từ Baccilus đặc hiệu cho từng cơ chất. 20

22 Hình 4.2: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ủ đến hoạt tính của E. 20

iv

23 Hình 4.3: Ảnh hưởng của pH đến hoạt tính của E 21

v

MỤC LỤ

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

DANH MỤC CÁC BẢNG iii

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH iv

I Giới thiệu về emzym 2

1.1 Emzym 2

1.1.1 Khái niệm 2

1.1.2 Đặc điểm chung của Emzym 3

1.1.3 Phân loại và danh pháp 4

1.2 Trung tâm hoạt động của emzym 4

II Emzym Lipase 6

2.1 Giới thiệu 6

2.1.1 Lipase 6

2.1.2 Các nguồn cung cấp Lipase 7

2.1.3 Ứng dụng 7

2.2 Cấu tạo 8

2.2.1 Trình tự các acid amin 8

2.2.2 Cấu trúc không gian 9

III Emzym Lipase trong đời sống 10

3.1 Nghiên cứu, khảo sát 10

3.1.1 Quy trình tiến hành 10

3.1.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nuôi cấy 11

3.1.3 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của E 12

3.1.4 Tinh sạch và thu Lipase 14

3.2 Cơ chế 15

3.2.1 Cơ chế sinh tổng hợp lipase 15

3.2.2 Cơ chế xúc tác phản ứng 17

3.3 Ứng dụng trong nghành sản xuất bột giặt 18

IV Các thông số của Emzym 19

4.1 Hoạt lực của emzym 19

4.2 Đặc hiệu cơ chất 19

4.3 Thời gian, nhiệt độ, pH 20

V Kết luận 21

TÀI LIỆU THAM KHẢO 23

LỜI MỞ ĐẦU

Emzym là chất xúc tác sinh học không chỉ có ý nghĩa trong quá trình sinh trưởng,sinh sản của mọi sinh vật mà nó còn đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệ chếbiến thực phẩm, y dược, trong kỹ thuật phân tích, trong công nghệ gen, trong ngànhmôi trường cùng như là trong nông nghiệp và nhiều ngành công nghiệp khác

Việc nghiên cứu, ứng dụng và sản xuất các chế phẩm từ emzym được phát triểnrất mạnh từ đầu thế kỉ XX đến nay Việt Nam là một trong những nước có rất nhiềunghiên cứu và ứng dụng của emzym vào trong thực tiển đời sống Tuy nhiên, nền côngnghiệp emzym của chúng ta chưa thật sự phát triển các chế phẩm, công nghệ sản xuất

đa phân đều nhập khẩu hoặc nhận chuyển giao công nghệ từ các nước

Bài báo có này trình bày một trong những ứng dụng của công nghệ emzym trongsản xuất công nghiệp Đó là nghành công nghiệp sản xuất chất tẩy rữa một trong lĩnhvực mà nền công nghiệp Việt Nam chưa đáp ứng được Emzym được ứng dụng tronglĩnh vực này đa phần là các emzym thủy phân như protedase, xellulase, lipase,…Dođiều kiện hạn chế nhóm chỉ chọn một loại emzym nhất định để tìm hiểu đó là Emzym

Lipase Chính vì lẽ đó mà đề tài của nhóm là “Ứng dụng của emzym Lipase trong

công nghiệp sản xuất bột giặt hay chất tẩy rữa”

Nội dung bài luận này được chia làm 5 phần cụ thể như sau:

 Phần I : Giới thiệu về emzym Ở phần này chúng tôi sẽ trình bày khái quát một

số đặc điểm liên quan tới Enzym

 Phần II : Emzym Lipase Phần này nhóm chúng tôi sẽ tìm hiểu sơ nét về một số

đặc trưng của emzym Lipase

 Phần III: Emzym Lipase trong sản xuất công nghiệp Phần này sẽ đi vào tìm

hiểu quá trình sản xuất, khảo sát một số các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính củaEmzym,…

 Phần IV: Các thông số của Emzym Tìm hiểu các thông số ảnh hưởng đến hoạt

động của emzym

 Phần cuối: Phần kết luận.

Biển học là vô bờ, do đó còn nhiều điều còn chưa đề cập đến hay còn sai sót chắc

chắn là không thể tránh khỏi Rất mong nhận được sự đóng góp từ Ths Đỗ Thị Hiền

cũng như các thầy cô trong Khoa, để các bài báo cáo, luận sau này có thể hoàn thiệnhơn tránh những sai lầm không đáng có

Cuối cùng, xin chúc Ths Đỗ Thị Hiền và quý thầy cô thật dồi dào sức khỏe và

luôn thành công trong công việc

Xin trân thành cảm ơn !

NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN

1

I Giới thiệu về emzym

1.1 Emzym.

1.1.1 Khái niệm.

Enzym (E) là một chất xúc tác sinh học nó là những sản phẩm của sinh vật, do tếbào sản xuất ra với những lượng nhỏ, có tác dụng làm tăng nhanh các phản ứng hóasinh và khi kết thúc phản ứng E vẫn không thay đổi so với trạng thái ban đầu Bảnthân nó không tham gia phản ứng nhưng giúp tăng tốc độ của phản ứng bằng cách làmgiảm mức năng lượng hoạt hóa cần thiết

Enzym là một phân tử rất lớn với hàng trăm axit amin, nhưng chỉ có một số thànhphần nhỏ trong nó có chức năng xúc tác cho các phản ứng sinh hóa

Emzym có tính đặc hiệu cao nghĩa là mỗi E sẽ xúc tác một phản ứng nhất định có

cơ chất tương ứng nhất định Ví dụ saccrase chỉ thủy phân saccrose,…

Dưới đây là bảng so sánh giữa chất xúc tác hữu cơ (E) và chất xúc tác vô cơ

Bảng 1.1: So sánh giữa chất xúc tác hữu cơ (E) và chất xúc tác vô cơ.

Đặc điểm Chất xúc tác vô cơ Chất xúc tác hữu cơ

Bản chất hóa học Phân tử nhỏ gồm một vàinguyên tố (Pt, HCl, ) Đại phân tử proteinTốc độ phản ứng 102 – 106 lần 106 – 1011 lần

Các điều kiện:

 Nhiệt độ thích hợp  Cao (≥ 1000 oC )  Thấp ( 36- 45 oC)

2

 pH thích hợp

 Áp suất  Acid hoặc kiềm mạnhCao ( vài amotphe)  pH sinh lí 7.4Áp suất khí quyển

Thay đổi cấu trúc Không cấu trúc ban đầu sau khôngCó thay đổi nhưng trở lại

kết thúc phản ứng.Tính đặc hiệu Thấp ( thí dụ thủy phânglucosid, peptid,…) một emzym tương ứng).Cao ( mỗi phản ứng cần

1.1.2 Đặc điểm chung của Emzym

Tất cả các E đều có bản chất là protein Enzym là một loại protein được sinh vậttổng hợp nên, và tham gia vào các phản ứng sinh học Tuy Enzym có thể nói nó là mộtprotein, nhưng không phải tất cả các protein đều là enzym mà chỉ những protein cókhả năng tham gia xúc tác vào phản ứng sinh hóa

Enzym có những dạng cấu trúc sau:

 Cấu trúc bậc I: Một chuổi polypeptid với khoảng 20 axit amin khác nhau

 Cấu trúc bậc II: Các chuỗi axit amin xoắn

 Cấu trúc bậc III: Các mạch axit amin xoắn và gấp khúc

 Cấu trúc bậc IV: Cấu trúc không gian ba chiều

Theo điều kiện hoạt động người ta chia E thành hai loại:

E không cần cộng tố (cofactor): là nhóm các E có bản chất là protein như

amylase, trysin,…

E cần cộng tố gồm hai phần: Phần protein gọi là apoemzym và phần cộng tố có bản chất khác protein Apoemzym kết hợp với phần cộng tố tạo thành một E hoàn chỉnh ( holoemzym) có hoạt tính xúc tác Cộng tố thường là kim loại (Zn2+, Mg2+,

…hay chất hữu cơ Trường hợp cộng tố là chất hữu cơ thì ta gọi đó là Coemzym

Apoemzym là protein nó quyết định tính đặc hiệu của E.

Hình 1.2: Mô hình cấu trúc một E

3

Hoạt tính của enzym phụ thuộc vào những điều kiện như độ pH, nhiệt độ, nồng

độ ion và nồng độ trong dung dịch Mỗi loại enzym có các điều kiện hoạt động tối ưukhác nhau

1.1.3 Phân loại và danh pháp.

Dựa vào loại phản ứng mà emzym xúc tác mà người ta chia E thành 6 loại (theođúng trình tự từ 1- 6)

Bảng 1.2: Phân loại emzym theo cơ chế phản ứng.

Loại

emzym Tên emzym. Cơ chế phản ứng xúc tác Phương trình phản ứng tổng quát.

1 Oxydoreductase Oxi hóa khử (chonhận điện tử

hydro và oxy

Ak + Box Aox + Bk

2 Transferase

Chuyển nhómhóa học (amin,glucosyl,…)

AB + CD AC + BD

3 Hydrolase Thủy phân (cắtliên kết este,

glucosid,…)

R1R2 + HOH R1H + R2OH

4 Lyase có nước tham gia)Phân cắt (không AB A + B

5 Isomerase Đồng phân hóa A B

6

Lygase ( bao gồm

Synthetase và Synthase) Tổng hợp

A + B AB

Trong 6 loại trên mỗi loại được chia làm nhiều nhóm; mỗi nhóm chia làm nhiềuphân nhóm; nhiều phân nhóm gồm nhiều emzym

Việc gọi tên các E tuân theo nguyên tắc quốc tế được ghi như sau:

EC (Emzym committee) : Số thứ 1 (chỉ loại) Số thứ 2 (chỉ nhóm) Số thứ 3 (chỉ phân

nhóm) Số thứ 4(chỉ thứ tự của emzym trong nhóm).

Ví dụ: E Lactat dehydrogenase : EC: 1.1.1.27

E Creatin Kinase: EC: 2.7.3.2.

4

1.2 Trung tâm hoạt động của emzym.

Trung tâm hoạt động là một phận nhỏ của E là nơi kết hợp với cộng tố (nếu có)

và với cơ chất Nó gồm những nhóm hóa học trực tiếp tham gia tạo thành hoặc cắt đứtcác liên kết của cơ chất Trung tâm hoạt động của emzym gồm một số acid amin

thường là Ser, Try, Cys,…Những acid amin này thường ở vị trí khác nhau trong một

chuổi polypeptid thường ở vị trí xa nhau

Trong quá trình phản ứng E kết hợp với cơ chất một cách đặc hiệu có sự ăn khớp

về mặt cấu trúc giữa trung tâm hoạt động của E và cơ chất

Có hai thuyết về sự ăn khớp này:

 Mô hình “chìa khóa” và “ ổ khóa” của Fischer (cơ chất được ví như chìa khóa

và trung tâm hoạt động ví như ồ khóa)

 Mô hình cảm ứng của Koshland ( giữa cơ chất và trung tâm hoạt động không

phù hợp về mặt cấu trúc không gian khi cơ chất tiếp xúc với trung tâm hoạtđộng thì trung tâm hoạt động cảm ứng và thay đổi phù hợp với cơ chất)

Hình 1.3: Mô hình của Fischer (hình a) và Koshland (hình b)

Emzym nào cũng có trung tâm hoạt động , một số emzym có thể có hai trung tâm

hoạt động( ví dụ như alcol dehydrogennase,…)

Sử dụng enzyme trong các ngành công nghiệp, y dược, … đang là xu hướngchung của cả thế giới Việc sản xuất các chất tẩy rữa, bột giặt sinh học cũng khôngnằm ngoài xu hướng đó Các chất giặt rửa chứa enzym là ví dụ điển hình của những xuhướng công nghệ mới trên ngưỡng cửa thế kỷ 21- đó là sự kết hợp giữa các ngành hóahọc và sinh học, mà kết quả là những sản phẩm được ứng dụng rộng rãi trên toàn thếgiới Hiện nay bột giặt chứa enzym đang được sử dụng phổ biến Nhờ enzym nên bộtgiặt có tính năng giặt rửa cao hơn ở nhiệt độ thấp hơn và có thể bị phân hủy sinh học,

do đó giúp tiết kiệm năng lượng và góp phần đáng kể giảm ô nhiễm môi trường

5

Một trong những E được ứng dụng trong lĩnh vực này không thể không nhắc đến

Lipase chính vì vậy khi nhóm được giao đề tài về “ Ứng dụng của Emzym trong

công nghiệp sản xuất bột giặt” nhóm đã không ngừng ngại chọn Lipase để tìm hiểu.

II Emzym Lipase.

2.1 Giới thiệu.

2.1.1 Lipase.

Lipase (EC 3.1.1.3) thuộc nhóm phụ enzyme thủy phân có serine ở trung tâm

hoạt động của tổng họ thủy phân α/β, xúc tác cho nhiều phản ứng khác nhau: thủyphân các liên kết carboxylester trong glyceride, chuyển ester hóa Trong môi trườngkhan nước lipase có khả năng ester hóa rượu, đường, thiol và amin tạo những ester cócấu trúc lập thể đặc trưng Ngoài ra, lipase hiện diện rộng rãi và tham gia vào sựchuyển hóa sinh học của lipid trong tự nhiên

Trong những năm gần đây, lipase giữ một vị trí quan trọng trên thị trườngenzyme thương mại do khả năng xúc tác các phản ứng bề mặt phân cách giữa phanước và các pha khác ở điều kiện bình thường và không tạo ra sản phẩm phụ Lipase

chiếm 5% thị trường enzyme thương mại, chỉ sau protease và carbohydratase Chúng

được sử dụng trong công nghiệp sản xuất chất tẩy rửa, thực phẩm, mỹ phẩm, y học,nhiên liệu sinh học, xử lý môi trường và các chế phẩm sinh học khác

Lipase có thể thu nhận từ nhiều nguồn khác nhau như:

 Động vật

 Thực vật

 Vi sinh vật

Hình 2.1: Lipase ở tuyến tụy của lợn (hình bên trái) và lipase của vi khuẩn

Candida albicans (hình bên phải)

6

Đặc hiệu vị trí:

 Những enzyme không đặc hiệu với vị trí hoặc cấu trúc gốc acyl trên mạch

triglyceride (C.rugosa).

 Xúc tác đặc hiệu vị trí 1,3 trên phân tử triacylglycerol (A.niger).

 Chỉ xúc tác đặc hiệu 1 số acid béo nhất định (Geotrichum candidum)

Đặc hiệu cơ chất: cơ chất có khả năng kết hợp vào trung tâm hoạt động của

enzyme và bị chuyển hóa dưới tác dụng của enzyme (C.rugosa, A.niger, M.miehei …)

2.1.2 Các nguồn cung cấp Lipase.

Lipase được phân bố rộng rãi trong các loài vi sinh vật, động vật và cả ở thực vật

 Ở người và động vật có xương sống, nhiều Lipase kiểm soát sự thủy phân, hấpthụ, sự tạo thành chất béo và chuyển hóa lipoprotein Lipase động vật chia làm 3nhóm dựa trên vị trí và hoạt động của chúng: lipase thực phẩm, lipase mô vàlipase sữa

 Ở thực vật, lipase được tìm thấy ở mô dự trữ của hạt dầu, hạt ngũ cốc trong quatrình nảy mầm của hạt Hầu hết các lipase không hoạt động trong thời kì ngủđông ( trừ hạt đậu caston)

 Lượng lớn lipase trong công nghiệp được sản xuất từ các loại vi sinh vật: vikhuẩn, nấm móc, nấm men

 Ở vi khuẩn: Sản xuất từ lipase ngoại bào của S rimous R6554W (một vi

khuẩn Gram +) được tách từ dịch lọc canh trường bằng sắc kí cột Ngoài ra,người ta cũng tìm thấy lipase trong một số loại vi khuẩn khác nhưPseudomomas cepacia hay các chủng Baccilus

 Nấm mốc: Lipase tìm thấy ở một số loải như Aspargillus, Rhizopus (tách từ quả dừa), Rhizopus oryzae (phân lập từ dầu dừa),….

 Nấm men: Nấm men Candida rugose là một nguồn sản xuất lipase quantrọng

2.1.3 Ứng dụng.

Lipase được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất bột giặt, tổng hợp cácchất hữu cơ, trong công nghiệp chế biến sữa sản xuất phomat, công nghiệp sản xuấtdược phẩm, mĩ phẩm và các nghành công nghiệp khác Ngoài ra nó còn được ứngdụng rộng rãi trong các hoạt động biến đổ sinh học trong quá trình thủy phân cũng như

là quá trình tổng hợp và kiểm soát được các bước trong công nghiệp giấy và bột giấy

7