Đề tài nghiên cứu: Nghiên cứu các điều kiện thích hợp sinh tổng hợp pectinase từ aspergillus niger CF2 trình bày nội dung với kết cấu 4 chương: Tổng quan về đề tài nghiên cứu; Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu; Kết quả nghiên cứu; Kết luận và kiến nghị,... Mời các bạn cùng tham khảo.
Trang 1L I C M NỜ Ả Ơ
Đ hoàn thành khóa lu n này, tôi xin chân thành c m n Ban lãnhể ậ ả ơ
đ o Vi n Công ngh sinh h c Lâm nghi p đã cho phép và t o đi u ki nạ ệ ệ ọ ệ ạ ề ệ thu n l i đ tôi th c t p t i Vi n. Tôi xin chân thành c m n các th y, côậ ợ ể ự ậ ạ ệ ả ơ ầ giáo trong Vi n Công ngh sinh h c Lâm nghi p đã t n tình truy n đ tệ ệ ọ ệ ậ ề ạ
ki n th c cho tôi trong su t 4 năm h c t p t i trế ứ ố ọ ậ ạ ường. V i v n ki n th cớ ố ế ứ
được ti p thu trong quá trình h c không ch là n n t ng cho quá trình nghiênế ọ ỉ ề ả
c u đ tài t t nghi p mà còn là hành trang quý báu đ tôi bứ ề ố ệ ể ước vào đ i m tờ ộ cách v ng ch c và t tin.ữ ắ ự
Tôi xin được bày t lòng bi t n sâu s c đ n TS. Vũ Kim Dung –ỏ ế ơ ắ ế
gi ng viên Vi n CNSH Lâm nghi p đã t n tình đ nh hả ệ ệ ậ ị ướng và hướng d nẫ tôi trong su t quá trình hoàn thành khóa lu n t t nghi p.ố ậ ố ệ
Cu i cùng, tôi xin kính chúc các th y, cô giáo trong Vi n Công nghố ầ ệ ệ sinh h c Lâm nghi p, tr ng Đ i h c Lâm nghi p luôn d i dào s c kh e, đ tọ ệ ườ ạ ọ ệ ồ ứ ỏ ạ
đ c nhi u thành công trong cu c s ng cũng nh trong s nghi p nghiên c uượ ề ộ ố ư ự ệ ứ
và gi ng d y.ả ạ
Tôi xin chân thành c m n! ả ơ
Giáo viên hướng d nẫ Sinh viên th c hi nự ệ
TS. Vũ Kim Dung Ph m Nh t Thànhạ ậ
Trang 2M C L CỤ Ụ
Trang 3DANH M C CÁC B NGỤ Ả
Trang 4DANH M C CÁC HÌNHỤ
Trang 5Đ T V N ĐẶ Ấ Ề
Enzyme pectinase bao g m nhi u lo i enzyme khácnhaunhồ ề ạ ư polygalacturonase, pectinesterase, pectolyase,… xúc tácth yphân các phân tủ ử pectin t o các s n ph m khác nhau. Ban đ u, enzyme này đạ ả ẩ ầ ược phát hi nệ trong các d ch chi t trái cây nh cà r t, cà chua hay đ i m ch. Đ c bi tị ế ư ố ạ ạ ặ ệ
ph i k đ n là phát hi n c a nhà khoa h c ngả ể ế ệ ủ ọ ười Italia Enrico Fermi năm
1840 trên đ i tố ượng cà r t.ố
V i vai trò quan tr ng, pectinase đớ ọ ượ ử ục s d ng r ng rãi, đem l i l iộ ạ ợ ích khá l n trong công nghi p ch bi n th c ph m và công nghi p nh ớ ệ ế ế ự ẩ ệ ẹ
Trước đây ngu n enzyme ch y u thu nh n t th c v t và đ ng v t. Ngàyồ ủ ế ậ ừ ự ậ ộ ậ nay, người ta đã nghiên c u tìm ra ngu n enzyme t vi sinh v t phong phú,ứ ồ ừ ậ
đa d ng và mang l i l i ích kinh t M t đ c đi m n i b t c a pectinase làạ ạ ợ ế ộ ặ ể ổ ậ ủ các enzyme này được dùng không gi i h n trong th c ph m vì không nhớ ạ ự ẩ ả
hưởng đ n s c kh e con ngế ứ ỏ ười. B ng u đi m là d nuôi c y, sinh trằ ư ể ễ ấ ưở ng
và phát tri n nhanh,cho nhi u enzyme trong m t th i gian ng n, vi sinh v tể ề ộ ờ ắ ậ
là l a ch n hàng đ u c a các nhà s n su t công nghi p v i mong mu nự ọ ầ ủ ả ấ ệ ớ ố
gi m giá thành, tăng năng su t s n xu t lên cao nh t. S s n xu t pectinaseả ấ ả ấ ấ ự ả ấ quy mô công nghi p đệ ược th c hi n ch y u t ự ệ ủ ế ừ Aspergillus niger(Yogesh,
2009)
Trên c s đó, m c tiêu c a đ tài “ơ ở ụ ủ ề Nghiên c u các đi u ki n thíchứ ề ệ
h p sinh t ng h p pectinase t ợ ổ ợ ừ Aspergillus niger CF2”góp ph n nghiênầ
c u s nh hứ ự ả ưởng c a m t s y u t môi trủ ộ ố ế ố ường lên men nh m tăng hi uằ ệ
su t quá trình lên men sinh t ng h p enzyme pectinase t đó ph c v nhuấ ổ ợ ừ ụ ụ
c u s n xu t trong nầ ả ấ ước và mang l i giá tr kinh t cho ngành công nghi p.ạ ị ế ệ
Trang 7Pectin tan trong nước ammoniac, dung d ch ki m, carbonatte natri,ị ề glycerine nóng.
Các pectin t nhiên đ nh v trong thành ph n ự ị ị ầ c a ủ t ế bào có th liênể
k t v i ế ớ các c u trúc polysaccharide ấ và protein đ t o thành các protopectinể ạ không tan. Chúng ta có th phân ể h y các ủ protopectin không tan trong t ế bào thành các pectin tan trong nướ b ng c ằ cách đun nóng pectin trong môi trườ ngacid, vì v y các pectin ậ tan này không đ ng d ng v inhau.ồ ạ ớ
Trong th c v t, pectin t n t i dự ậ ồ ạ ưới ba d ng:ạ
Pectin hòa tan: là ester methylic c a polygalacturonic acid, trong tủ ự nhiên có kho ng 2/3 s nhóm carboxyl c a polygalacturonic acid đả ố ủ ược ester hóa b ng methanol. Pectin đằ ược ester hóa cao s t o gel đ c trong dungẽ ạ ặ
d ch acid và trong dung d ch đị ị ường có n ng đ 65%. Enzyme pectinase tácồ ộ
đ ng lên các h p ch t pectin có kh i lộ ợ ấ ố ượng phân t khác nhau và c u trúcử ấ hóa h c không đ ng d ng. C u trúc hóa h c c b n c a pectin là ọ ồ ạ ấ ọ ơ ả ủ Dgalacturonan hay Dgalacturoglycan, m ch th ng có c u t o t các đ n vạ ẳ ấ ạ ừ ơ ị Dgalactopyranosyluronic acid (liên k t theo ki u ế ể 1,4). M t khác, m c đặ ứ ộ oxy hóa trong các phân t polymer này cũng khác nhau, trong đó m t sử ộ ố
nh t đ nh các nhóm carboxyl b ester hóa b i các nhóm methoxyl. Trong m tấ ị ị ở ộ
s trố ường h p, ch ng h n trong pectin c c i đợ ẳ ạ ủ ả ường có s ester hóa gi aự ữ
Trang 8Pectin acid: là polygalacturonic acid có m t ph n nh các nhómộ ầ ỏ carboxyl được ester hóa b ng methanol. Pectinate là mu i c a pectinic acid.ằ ố ủ Pectic acid là polygalacturonic acid đã hoàn toàn gi i phóng kh i m t đ n vả ỏ ộ ơ ị galacturonic acid. Pectate là mu i c a pectic acid.ố ủ
Protopectin: t o đ c ng cho qu xanh, không tan trong n c và cóạ ộ ứ ả ướ
c u t o hóa h c ph c t p. Trong protopectin có các phân t pectin, các phânấ ạ ọ ứ ạ ử
t cellulose và các ion Caử 2+, Mg2+ các g c phosphoric acid, acetic acid vàố
đường. Protopectin khi b th y phân b ng acid thì gi i phóng ra pectin hòaị ủ ằ ả tan
1.1.2. H Enzyme Pectinaseệ
1.1.2.1. Gi i thi u enzyme pectinase ớ ệ
Enzyme pectinase là enzyme xúc tác s phân h y c a các polymerự ủ ủ pectin và s n ph m c a quá trình này là acid galacturonic, galactose,ả ẩ ủ arabinose, methanol,… đây là nhóm enzyme đượ ức ng d ng r ng rãi trongụ ộ công nghi p ch đ ng sau amylase và protease. S phân h y pectin trong tệ ỉ ứ ự ủ ự nhiên thường x y ra khi trái cây chín.Nh ng enzyme này vì v y có m t vaiả ữ ậ ộ trò h t s c quan tr ng trong quá trình b o qu n trái cây và rau qu ế ứ ọ ả ả ả
Hình 1.1: C u trúc phân t c a peptin ấ ử ủ
1.1.2.2. Phân lo i ạ
Trang 9Enzyme pectinase có th phân lo i theo c ch tác d ng c a chúngể ạ ơ ế ụ ủ
nh b ng 1.1.ư ả
Pectinesterase (PE): xúc tác s th y phân c a các nhóm methylự ủ ủ ester. Enzyme thường t n công vào các nhóm ester methyl c a đ n vấ ủ ơ ị galaturonate n m k đ n v không b ester hoá, phân c t các nhóm methoxyằ ề ơ ị ị ắ (COOCH3) đ ng c nh các nhóm –COOH t do, t o thành acid pectinic ho cứ ạ ự ạ ặ acid pectic và methanol. Pectinesterase thu đượ ừc t các ngu n khác nhau cóồ giá tr pH t i u khác nhau. Pectinesterase thị ố ư ường được ho t hoá b i cácạ ở ion Ca2+ và Mg2+
Th y phân liên k t ủ ế 1,4Dgalacturonid trong galacturonid không theo
m t tr t t nàoộ ậ ự
3 Poly 1,4Dgalacturonidgalacturo
nhydrolase
Exopoly galacturonase (exoPG)
Th y phân liên k t ủ ế 1,4Dgalacturonid trong pectat, trong galacturonic v i s ớ ự
đ t m ch c a acid ứ ạ ủgalacturonic
4 Poly 1,4Dgalacturonidmetilester
glycanohydrolase
Endopolymetil
galacturonase (EndoPMG)
Th y phân liên k t ủ ế 1,4Dgalacturonid trong pectin không theo m t tr t t nh tộ ậ ự ấ
đ nh.ị
5 Poly 1,4Dgalacturonid
digalacturonoliase
Exopectatliase (exoPKTE)
Th y phân liên k t ủ ế 1,4Dgalacturonid trong pectat
v i s t o thành ớ ự ạ 4,5 aciddegalacturonic không theo m t tr t t nh t đ nh.ộ ậ ự ấ ị
Trang 10trong galacturonic v i s ớ ự
t o thành n i đôi không ạ ốtheo m t tr t t nh t đ nhộ ậ ự ấ ị
v i s t o thành n i đôi ớ ự ạ ốkhông theo m t tr t t nh tộ ậ ự ấ
đ nhị
Polygalacturonase (PG): còn có tên g i khác là poly 1,4ọ galacturoniglucanohydrolase, xúc tác s phân c t các m i liên k t ự ắ ố ế 1,4glycoside. Các exoPG (exopoly 1,4Dgalacturonide) galacturonohydrolase, phân c t t đ u không kh , và endoPG (endo poly ắ ừ ầ ử 1,4Dgalacturonide) glycanohydrolase t n công ng u nhiên vào gi a m ch c ch t.ấ ẫ ữ ạ ơ ấ Polygalacturonase là m t ph c h enzyme g m có nhi u c u t và th ng cóộ ứ ệ ồ ề ấ ử ườ tính đ c hi u cao đ i v i c ch t.ặ ệ ố ớ ơ ấ
Pectate lyase (PEL): xúc tác s phân c t các đ n v galacturonateự ắ ơ ị không không b ester hóa C hai enzyme exoPEL (exopoly (1,4ị ả Dgalacturonide)lyase) và endoPEL (endopoly (1,4 Dgalacturonic) lyase)
đ u t n t i. Pectate và pectin có lề ồ ạ ượng methoxyl th p là các c ch t thíchấ ơ ấ
h p cho các enzyme này. Nói chung, c hai enzyme này đ u có kho ng pHợ ả ề ả
t i đa n m trong kho ng t 8,011, đ u c n ion Caố ằ ả ừ ề ầ 2+ đ ho t đ ng. Pectateể ạ ộ lyase không được tìm th y trong cây xanh, nh ng có vi khu n và n m.ấ ư ở ẩ ấ Các enzyme VSV ngo i bào này đóng m t vai trò r t quan tr ng trong quáạ ộ ấ ọ trình gây b nh th c v t, gây ra s phân h y mô c a thành t bào, làmệ ở ự ậ ự ủ ủ ế
m m và làm m c mô th c v t.ề ụ ự ậ
Ngoài ra còn có:
Pectintranseliminase (poly 1,4 galaturonidmethylesteglucanolise)
là enzyme tác d ng lên pectin và pectinic acid.ụ
Trang 11 Trong s n xu t rả ấ ượu vang, cũng nh trong s n xu t nư ả ấ ước qu vàả các nước u ng không rố ượu, đ u có th s d ng pectinase m t cách hi uề ể ử ụ ộ ệ
qu Nh tác d ng c a pectinase mà các quá trình ép, làm trong và d ch l cả ờ ụ ủ ị ọ
qu r t d dàng, do đó làm tăng hi u su t s n ph m. Ch ng h n đ aả ấ ễ ệ ấ ả ẩ ẳ ạ ư pectinase vào khâu nghi n qu , s làm tăng hi u su t nề ả ẽ ệ ấ ước qu sau khi épả
t i 15 – 25%. B i l khi có pectinase phân gi i các ch t pectinase mà d chớ ở ẽ ả ấ ị
qu trong su t không b đ c và l c r t d dàng. Không nh ng v y, enzymeả ố ị ụ ọ ấ ễ ữ ậ pectinase còn góp ph n chi t rút đầ ế ược các ch t màu, tannin và nh ng ch tấ ữ ấ hoà tan n a, do đó làm tăng thêm ch t lữ ấ ượng thành ph m.ẩ
Trong s n xu t nả ấ ước qu và rả ượu vang, người ta thường s d ngử ụ
m t trong sáu nhóm enzyme sau:ộ
Nhóm ch ph m enzyme dùng đ s n xu t nế ẩ ể ả ấ ước qu đ c. M cả ụ ụ đích s d ng nhóm ch ph m enzyme này là làm tăng hi u su t trích ly đử ụ ế ẩ ệ ấ ể thu được lu ng s n ph m l n.ợ ả ẩ ớ
Nhóm ch ph m enzyme dùng đ s n xu t nế ẩ ể ả ấ ước qu trong, khôngả
ch a pectin. M c đích s d ng nhóm này là làm tăng hi u su t trích ly vàứ ụ ử ụ ệ ấ thu phân hoàn toàn các ch t protein, pectin, làm gi m đ nh t và làm tri tỷ ấ ả ộ ớ ệ tiêu nguyên nhân làm đ c nụ ước qu ả
Trang 12Nhóm ch ph m enzyme dùng đ làm tăng kh năng đ ng hoáế ẩ ể ả ồ
nước qu và th t qu , làm tăng kh năng trích ly nả ị ả ả ước qu ả
Nhóm ch ph m enzyme dùng đ s n su t bán s n ph m rế ẩ ể ả ấ ả ẩ ượ uvang nh m làm tăng hi u su t trích ly c a bán s n ph m.ằ ệ ấ ủ ả ẩ
Nhóm ch ph m enzyme dùng đ ngăn c n quá trình oxy hoá vàế ẩ ể ả làm c n tr s phát tri n c a vi sinh v t hi u khí phát tri n trong nả ở ự ể ủ ậ ế ể ướ c
qu , trong rả ượu vang
Nhóm ch ph m enzyme dùng vào m c đích ch ng l i đế ẩ ụ ố ạ ườ ngtrong s n su t siro thành ph m.ả ấ ẩ
Vi c s d ng các ch ph m enzyme ph i đệ ử ụ ế ẩ ả ược xem xét k lỹ ưỡ ngtrên c s đ c đi m nguyên li u trái cây c n x lý. Trong các đ c đi mơ ở ặ ể ệ ầ ử ặ ể
c a trái cây, ngủ ười ta quan tâm r t nhi u đ n đ c đi m màu s c t nhiênấ ề ế ặ ể ắ ự
c a s n ph m.Trong nhi u trủ ả ẩ ề ường h p, vi c s d ng enzyme ph i đ mợ ệ ử ụ ả ả
b o gi đả ữ ược màu s c t nhiên ban đ u ho c t o ra nh ng màu s c theoýắ ự ầ ặ ạ ữ ắ
mu n b ng cách đi u khi n nh ng ph n ng enzyme. Theo màu s c tố ằ ề ể ữ ả ứ ắ ự nhiên, các lo i trái cây đạ ược chia làm hai lo i: ạ
Trái cây có màu nh t: táo, lê, nho tr ng, chu i, cam, xoài, bạ ắ ố ưởi…
Trái cây có màu s m do ch a nhi u antoxian: anh đào, m n đ , nhoẫ ứ ề ậ ỏ
đ , m n đen, dâu…ỏ ậ
Đ x lý qu nghi n có màu nh t, ngể ử ả ề ạ ười ta thường s d ng m tử ụ ộ
lo t các enzyme sau:ạ
- Enzym endoPmG đ làm gi m đ nh t c a d ch qu ể ả ộ ớ ủ ị ả
- Enzyme PE làm tăng hi u su t trích lyệ ấ
- Enzyme khác nh cellulose, hemicelluase, protease không b t bu c.ư ắ ộ
1.1.2.3.1. Làm trong n ướ c qu ả
Vi c ng d ng pectinase đ thu nh n nệ ứ ụ ể ậ ước qu đả ược áp d ng l nụ ầ
đ u tiên vào năm 1930. T đó đ n nay vi c áp d ng enzyme này đã tr nênầ ừ ế ệ ụ ở
Trang 13r t ph bi n nhi u nấ ổ ế ở ề ước trên th gi i. Vi c thu nh n nế ớ ệ ậ ước qu t trả ừ ướ c
đ n nay ch y u b ng phế ủ ế ằ ương pháp ép. Syrup qu nhanh đóng c c là doả ụ
ch a 1 hàm lứ ượng pectine đáng k Qua phân tích hàm lể ượng pectinase trong 1 s qu nh sau:ố ả ư
•Syrup m : 0,107%ơ
•Syrup m n: 0,153%ậ
•Nước m n: 0,452%ậ
Lượng pectin này làm cho syrup qu b keo và đ c, có đ nh t cao,ả ị ụ ộ ớ
nh t là khi qu có đ acid và hàm lấ ả ộ ượng đường cao nh các l ai syrup kư ọ ể trên
Đ s d ng vào vi c ch bi n nể ử ụ ệ ế ế ước qu trong thì ch ph m thìả ế ẩ pectinase ph i có enzym endo và exopolygalacturonase, enzymả pectinestenase. Trong ch ph m lo i này thì nh ng enzym v a k trên làế ẩ ạ ữ ừ ể
nh ng enzym quy t đ nh hi u qu c a ch ph m Vì endo và exoữ ế ị ệ ả ủ ế ẩpolygalacturonase s làm gi m đ nh t c a d ch qu , còn enzyme PE cũngẽ ả ộ ớ ủ ị ả góp ph n vào tác d ng c a enzym này. Enzym proteinase c a ch ph m sầ ụ ủ ủ ế ẩ ẽ thu phân v protein c a v nguyên sinh t bào, k t qu là làm cho s thoátỷ ỏ ủ ỏ ế ế ả ự
c a d ch qu d dàng. S có m t c a cellulase và hemicellulase trong chủ ị ả ễ ự ặ ủ ở ế
ph m cũng t t nh ng không b t bu c. Khi s d ng cho các lo i qu nhẩ ố ư ắ ộ ử ụ ạ ả ư táo, lê thì trong ch ph m không đế ẩ ược phép có enzyme pectinaseliminase và enzym này s phân hu protopectin v n g n các t bào riêng bi t c a môẽ ỷ ố ắ ế ệ ủ
qu l i v i nhau, do đó gây m n hoá mô qu , làm tăng đ nh t c a d chả ạ ớ ủ ả ộ ớ ủ ị
qu và k t qu là làm gi m hi u su t d ch qu Ngả ế ả ả ệ ấ ị ả ượ ạc l i, khi s d ngử ụ cho các lo i qu m ng nh dâu tây thì s có m t trong ch ph m enzymạ ả ọ ư ự ặ ế ẩ PTE l i c n thi t vì enzym này s làm m n hoá t bào làm cho tính ch tạ ầ ế ẽ ủ ế ấ thoát nướ ủ ếc c a t bào tăng lên còn đ nh t c a d ch qu l i gi m xu ng.ộ ớ ủ ị ả ạ ả ố
Trang 14Ngoài ra, đ i v i các ch ph m pectinase dùng trong s n xu t nố ớ ế ẩ ả ấ ướ c
qu trong cũng không đả ược phép có các enzym oxidase (ascohatoxydase, poliphenoloxydase)
Trong ch bi n nế ế ước qu có th t thì các enzym PTE, hemicellulase vàả ị cellulase l i là nh ng enzym quy t đ nh hi u qu tác d ng c a chạ ữ ế ị ệ ả ụ ủ ế
ph m.Trong đó vai trò d n đ ng là enzym PTE có tác d ng phân huẩ ẫ ộ ụ ỷ protopectin c a mô qu Hemicellulase và cellulase s cùng v i PTE làmủ ả ẽ ớ cho đ đ ng th c a nộ ồ ể ủ ước qu có màu sáng thì trong ch ph m không ch aả ế ẩ ứ enzym oxi hoá, còn cho các nguyên li u có carotenoid và antoxian thì khôngệ
ch a enzym phá hu các ch t này.ứ ỷ ấ
Đ thu để ược nước qu , trong trả ường h p có s d ng enzymợ ử ụ pectinase, người ta cũng ph i nghi n nh nguyên li u qu Bã nghi nả ề ỏ ệ ả ề nhanh được đem x lý b ng enzym, sau đó m i đem ép ho c ly tâm. Trongử ằ ớ ặ
trường h p có s d ng enzyme, ngợ ử ụ ười ta có thê nghi n nh t i m c t i đa,ề ỏ ớ ứ ố
c t sao thu n l i cho tác d ng c a enzym mà không s b t c ngh n kênhố ậ ợ ụ ủ ợ ị ắ ẽ
V i phớ ương pháp enzym, khi mang m t lộ ượng th a ch ph m sừ ế ẩ ẽ
lo i tr đạ ừ ược trường h p làm trong không hoàn toàn.ợ
D ch nị ước qu đả ược x lý b ng ch ph m pectinase thử ằ ế ẩ ường có vị hoàn toàn h n và ít có khuynh hơ ướng b đ c h n.ị ụ ơ
Trang 15Quá trình làm trong d ch qu d ị ả ướ i tác d ng c a pectinase có th ụ ủ ể chia làm 3 giai đo n: ạ
+ Giai đo n “b t n đ nh hoá” đạ ấ ổ ị ược tiêu bi u b ng s gi m đ nh tể ằ ự ả ộ ớ
m t cách sâu s c và thộ ắ ường được g i là tr ng thái “phá v ”ọ ạ ỡ
+ Giai đo n “k t l ng” b t đ u t tr ng thái “phá v ” và k t thúc khiạ ế ắ ắ ầ ừ ạ ỡ ế
k t t a hoàn toàn. ế ủ
+ Giai đo n cu i cùng thạ ố ường được xác đ nh b ng s v ng m t cácị ằ ự ắ ặ pectin k t t a b i ion canxiế ủ ở
Đ làm trong nể ước trong qu nên s d ng ch ph m enzyme cóả ử ụ ế ẩ
ho t đ 1,950 đvhđ/1g canh trạ ộ ường (theo phương pháp Cupectat) ho cặ 0,768 đvhđ/1g canh trường (theo phương pháp so màu). Dưới tác d ng c aụ ủ pectinase, pectine m t polysacharide độ ượ ạc t o thành t s liên k t gi aừ ự ế ữ các m ch c a phân t acid galacturonic (Cạ ủ ử 6H10O7) mà m t ph n đã độ ầ ượ ceste hoá v i rớ ượu metylic (CH3OH) b phân hu ho c b phân c t liên k tị ỷ ặ ị ắ ế glucozic. Pectine là 1 ch t đi n ly cao phân t (polime) mang đi n tích âmấ ệ ử ệ () d c theo chi u dài c a m ch phân t có s s p x p các nhóm đi n tíchọ ề ủ ạ ử ự ắ ế ệ cùng d u (COO) nên m ch có xu hấ ạ ướng du i th ng t o nên b m t h pỗ ẳ ạ ề ặ ấ
ph l n trong toàn b dung d ch có ch a pectin. Nụ ớ ộ ị ứ ước qu đ c là h huy nả ụ ệ ề phù trong đó ph n t th t qu có kích thầ ử ị ả ước nh , b m t riêng l n và cóỏ ề ặ ớ năng lượng r t l n nên không b n v ng v m t nhi t đ ng h c. M t khác,ấ ớ ề ữ ề ặ ệ ộ ọ ặ chúng là nh ng phân t tích đi n nên dữ ử ệ ưới tác d ng c a l c hút phân tụ ủ ự ử chúng liên k t l i t o thành nh ng phân t l n d dàng l ng xu ng. Trongế ạ ạ ữ ử ớ ễ ắ ố
nước qu , s có m t c a h p ch t polyphenol (đ c bi t là tanin) t o nênả ự ặ ủ ợ ấ ặ ệ ạ
v i pectine nh ng k t t a không tan v.v S có m t c a pectinase s thúcớ ữ ế ủ ự ặ ủ ẽ
đ y nhanh quá trình c b n nêu trên. Xác đ nh giá tr m t đ quang ODẩ ơ ả ị ị ậ ộ (Optical Density) = 600 nm theo th i gian đ so sánh t c đ l ng th tở λ ờ ể ố ộ ắ ị
qu gi a các m u.ả ữ ẫ
Trang 16 Trong t bào c a qu nế ủ ả ước chi m kho ng 9095%. N u ta chế ả ế ỉ nghi n sau đó ép thì ta ch có th thu nh n đề ỉ ể ậ ược kho ng 6070% là t i đa.ả ố Khi ta cho pectinase vào, hi u su t ép s tăng 1530%. Nhi u trệ ấ ẽ ề ường h p,ợ
hi u su t ép tăng đ n 50%. Li u lệ ấ ế ề ượng ch ph m enzyme tinh khi t choế ẩ ế vào là 0,03 0,05% ho c ch ph m thô là 0,5 – 2%. Nhi t đ duy trì cho quáặ ế ẩ ệ ộ trình thu phân là 43 – 45%.Th i gian thu phân là 4 – 8 gi D ch qu thuỷ ờ ỷ ờ ị ả
được b ng pectinase s trong h n, kh năng l c s t t h n và hi u quằ ẽ ơ ả ọ ẽ ố ơ ệ ả kinh t th y rõ.ế ấ
1.1.2.3.2. Trong s n xu t rả ấ ượu vang
Giúp c i thi n k t t a màu và n đ nh các lo i rả ệ ế ủ ổ ị ạ ượu vang đ ỏ Enzyme pectin được thêm vào các lo i trái cây trạ ước khi b sung các menổ
rượu trong quá trình s n xu t rả ấ ượu vang đ đ c i thi n màu s c và đỏ ể ả ệ ắ ộ
đ c. Rụ ượu vang đ đỏ ược b sung enzym có màu s c t t h n so v i các lo iổ ắ ố ơ ớ ạ
rượu vang không được b sung enzyme. Nh ng lo i rổ ữ ạ ượu này cũng cho
th y s n đ nh l n h n so v i các lo i rấ ự ổ ị ớ ơ ớ ạ ượu vang không được b sungổ enzyme
1.1.2.4. M t s phộ ố ương pháp s n xu t enzyme pectinaseả ấ
Trang 18 Thuy t minh quy trình:ế
Môi tr ườ ng nuôi c y ấ
Là môi trường r n, g m các thành ph n t nhiên: ắ ồ ầ ự cám mì, cám g o,ạ ngô m nh, b t đ u tả ộ ậ ương… pha thêm mu i khoáng Môi trố ường r nắ
thường dùng nh t là cám, đ t bi t trong cám mì có tấ ặ ệ ương đ i đ y đ cácố ầ ủ
ch t dinh dấ ưỡng và khi làm m s t o ra c u trúc c n thi t cho n m m cẩ ẽ ạ ấ ầ ế ấ ố phát tri n, sinh ra nhi u enzyme. Có th b sung nh ng thành ph n giàuể ề ể ổ ữ ầ pectin nh bã c c i đư ủ ả ường, b t cà r t làm ch t c m ng đ thu độ ố ấ ả ứ ể ược hàm
lượng pectinase cao. Bên c nh đó, chúng ta c n b sung thêm tr u đ t oạ ầ ổ ấ ể ạ môi trường thoáng khí t t, giúp cho s phát tri n c a n m. V y môi trố ự ể ủ ấ ậ ườ nghoàn ch nh đ nuôi c y g m có: 70% cám mì + 23% tr u + 5% ch t c mỉ ể ấ ồ ấ ấ ả
ng + ch t dinh d ng khác (m m m , n c khoai tây… đ cung c p thêm
ngu n nit , photphat, kali…) Môi trồ ơ ường r n c n đắ ầ ược làm m đ nẩ ế kho ng 60%, n u đ m quá cao thì nhi u lo i vi khu n phát tri n gây t pả ế ộ ẩ ề ạ ẩ ể ạ nhi m, n u đ m quá th p s làm môi trễ ế ộ ẩ ấ ẽ ường nhanh khô, sinh bào tử
Trang 19đ cho n m m c m c già đ n khi sinh ra nhi u bào t , ể ấ ố ọ ế ề ử bào t đử ược thu theo phương pháp tách bào t kh i môi trử ỏ ường và ch a trong các bình cóứ nút kín. T l nhân gi ng vào kho ng 0,2 – 2%. M i gam bào t m c có thỉ ệ ố ả ỗ ử ố ể
c y vào 10kg môi trấ ường
Nuôi c y ấ
Các khay có môi trường đã c y m c đấ ố ược đ t vào phòng nuôi có s nặ ẵ các giá. Phòng nuôi có th đi u ch nh để ề ỉ ược nhi t đ , đ m và đệ ộ ộ ẩ ược th iổ gió. Nhi t đ thích h p v i đa s m c là 3032ệ ộ ợ ớ ố ố 0C. N u nhi t đ xu ngế ệ ộ ố
dưới 240C thì n m m c phát tri n ch m, sinh bào t y u, th i gian nuôiấ ố ể ậ ử ế ờ
c y dài nh v y s làm gi m kh năng sinh t ng h p enzyme.ấ ư ậ ẽ ả ả ổ ợ
Quá trình nuôi c y n m m c trên b m t môi tru ng đấ ấ ố ề ặ ờ ược chia thành
3 giai đo n:ạ
Giai đo n 1: Kho ng 10 – 14 gi đ u: giai đo n này có nh ng thayạ ả ờ ầ ạ ữ
đ i sau:ổ
Bào t n m b t đ u hình thành có màu tr ng ho c màu s a.ử ấ ắ ầ ắ ặ ữ
B t đ u hình thành enzym, không đòi h i ph i thông khí nhi u chắ ầ ỏ ả ề ỉ
c n làm thoáng kho ng 2 – 3 th tích không khí / th tích phòng / gi ầ ả ể ể ờ
Kh i môi trố ường còn r i r c, các thành ph n dinh dờ ạ ầ ưỡng b t đ uắ ầ
có s thay đ i.ự ổ
Giai đo n 2: kéo dài kho ng 14 – 18 gi : giai đo n này có nh ngạ ả ờ ạ ữ thay đ i sau:ổ
M c phát tri n nhanh, hô h p m nh, s i n m có th quan sát b ngố ể ấ ạ ợ ấ ể ằ
m t thắ ường, lúc đ u là l p lông t màu tr ng – xám và ngày càng rõ, làmầ ớ ơ ắ môi trường k t bánh l i, đ m môi trế ạ ộ ẩ ường gi m d n. Các ch t dinhả ầ ấ
dưỡng trong môi trường tiêu hao nhanh đ ph c v cho các quá trình traoể ụ ụ
đ i ch t trong t bào và gi ng hô h p m nh t a ra môi trổ ấ ế ố ấ ạ ỏ ường chung quanh
80 – 90kcal/gi Làm nhi t đ môi trờ ệ ộ ường tăng lên 400 450C. Th i kì nàyờ
Trang 20c n ph i thông khí m nh t i 60 th tích khí/1th tích phòng/gi đ cungầ ả ạ ớ ể ể ờ ể
c p Oấ 2 cho m c th và đu i COố ở ổ 2 ra kh i môi trở ường, đ ng th i làm gi mồ ờ ả nhi t đ bu ng nuôi. Nhi t đ bu ng nuôi giai đo n này c n gi 28 ệ ộ ồ ệ ộ ồ ở ạ ầ ữ ở
Quá trình trao đ i ch t y u d n vì do đó m c đ gi m ch t dinhổ ấ ế ầ ứ ộ ả ấ
dưỡng s ch m l i Lẽ ậ ạ ượng nhi t t o ra gi m, kho ng 15 –ệ ạ ả ả 30kcal/kg/gi Thông khí không quá 20 – 25 th tích không khí/th tíchờ ể ể phòng/gi , gi nhi t đ bu ng nuôi duy trì 30ờ ữ ệ ộ ồ ở 0C
Tùy thu c vào đ c tính sinh lí c a t ng gi ng m c, th i gian nuôiộ ặ ủ ừ ố ố ờ
c y có th k t thúc t i đi m mà lấ ể ế ạ ể ượng enzyme t o thành t i đa,ạ ố enzyme
v n đẫ ược hình thành giai đo n này.ở ạ
Môi trường sau khi nuôi c y đấ ược s y khô t i đ m dấ ớ ộ ẩ ưới 12%, nghi n nh , đ ng trong các bao polyetylen ho c gi y ch ng m. S n ph mề ỏ ự ặ ấ ố ẩ ả ẩ này là ch ph m enzyme thô.ế ẩ
1.1.2.4.3. Thu nh n enzymeậ
a. Ph ươ ng pháp thu nh n ậ
Có 2 lo i enzyme: n i bào và ngo i bào, m i enzyme đòi h i ph i cóạ ộ ạ ỗ ỏ ả
phương pháp tách và thu nh n riêng:ậ
Enzyme ngo i bào: (g m pectinase) do vi sinh v t ti t ra trong môiạ ồ ậ ế
trường nuôi c y ngoài t bào, thấ ế ường hoà tan trong nước do đó d trích lyễ
và tinh s ch. ạ
Enzyme n i bào: là enzyme độ ược s n xu t ra bên trong t bào viả ấ ế sinh v t và không đậ ược ti t ra môi trế ường bên ngoài. Nh ng t bào vi sinhữ ế
Trang 21v t sau khi đậ ược nuôi c y s đấ ẽ ược tách ra và phá v t bào. M c đích c aỡ ế ụ ủ
vi c này là gi i phóng toàn b các ch t có trong t bào g m c enzyme n iệ ả ộ ấ ế ồ ả ộ bào. H n h p thu đỗ ợ ượ ẽc s đem ly tâm tách t p ch t và nh ng ch t có phânạ ấ ữ ấ
t lử ượng l n; còn enzyme s đớ ẽ ược k t t a b ng c n hay mu i. Enzyme sauế ủ ằ ồ ố
đó s đẽ ược đem tinh s ch.ạ
Ph i phá v thành t bàoả ỡ ế Không c n phá v thành t bàoầ ỡ ế
Thường l n chung v i các ch t khác c aẫ ớ ấ ủ
t bào sau khi b phá v (acid nucleic,ế ị ỡ
ch t nguyên sinh, lipid…)ấ
Không l n chung v i các thànhẫ ớ
ph n n i bào, n u có ch là m tầ ộ ế ỉ ộ vài enzyme ngo i bào khacạ
Ch b n v ng trong môi trỉ ề ữ ường n i bàoộ B n v ng h nề ữ ơ
+ T môi tr ừ ườ ng nuôi c y b m t ấ ề ặ
Đ chi t rút enzyme t môi tr ể ế ừ ườ ng r n ng ắ ườ i ta dùng n ướ c, các dung d ch ị
mu i trung tính, các dung môi h u c (c n, axeton). Nhi u k t qu thí nghi m ố ữ ơ ồ ề ế ả ệ cho th y dùng n ấ ướ c trong m c đích này có k t qu t t và d đ ụ ế ả ố ễ ượ c dùng r ng rãi ộ trong s n xu t. Theo ph ả ấ ươ ng pháp khu ch tán b ng n ế ằ ướ c có th chi t đ ể ế ượ c
l ượ ng enzyme trên 90 – 95% và trong n ướ c chi t không ch a các t p ch t không ế ứ ạ ấ tan. N ướ c th ườ ng dùng khu ch tán nhi t đ 25 – 28 ế ở ệ ộ 0 C. Đ tránh t p nhi m nên ể ạ ễ thêm vào n ướ c m t ít focmalin hoăc ch t sát trùng khác. D ch chi t thu đ ộ ấ ị ế ượ c có màu nâu s m, khá trong, ch a 10 – 15% ch t khô hòa tan và đ ẫ ứ ấ ượ c làm l nh k p ạ ị
th i xu ng 10 – 12 ờ ố 0 C.
Ph ươ ng pháp tách chi t và làm s ch enzyme đ ế ạ ượ c s d ng r ng rãi nh t ử ụ ộ ấ
hi n nay là ph ệ ươ ng pháp k t t a enzyme b ng dung môi h u c (etanol, ế ủ ằ ữ ơ izopropanol và axeton). Các dung môi h u c này làm gi m h ng s đi n môi c a ữ ơ ả ằ ố ệ ủ
Trang 22môi tr ườ ng. Nh ta đã bi t, l c hút tĩnh đi n t l ngh ch v i h ng s đi n môi ư ế ự ệ ỉ ệ ị ớ ằ ố ệ
Vì v y, các enzyme, các ch t protein cũng nh các ch t có phân t th p trong h ậ ấ ư ấ ử ấ ệ dung d ch n ị ướ c – dung môi h u c s t a và l ng xu ng ữ ơ ẽ ủ ắ ố
Đ hòa tan c a enzyme vào dung d ch c n – n ộ ủ ị ồ ướ c ph thu c vào n ng đ ụ ộ ồ ộ
c n, nhi t đ , l c hút ion c a dung d ch và tính ch t protein c a enzyme. Đ ồ ệ ộ ự ủ ị ấ ủ ể tránh m t ho t tính c a enzyme d ch ph i đ ấ ạ ủ ị ả ượ c làm l nh xu ng 3 – 5 ạ ố o C. Khi tr n ộ
ph i khu y m nh, khi các enzyme k t t a, l ng xu ng d ả ấ ạ ế ủ ắ ố ướ ầ i c n tách ly ngay
Hình 1.2: S đ tinh s ch enzyme t canh tr ơ ồ ạ ừ ườ ng n m m c ấ ố
+ T môi tr ừ ườ ng nuôi c y b sâu ấ ề
Phương pháp hi u khíế
S tích t enzyme trong môi trự ụ ường được b t đ u khi s phát tri nắ ầ ự ể
c a vi sinh v t g n đ t đ n pha n đ nh, khi môi trủ ậ ầ ạ ế ổ ị ường b acid hoá m nhị ạ
Trang 23và khi lượng phospho vô c đơ ược s d ng hoàn toàn, pH c a môi trử ụ ủ ườ ngnuôi c y thấ ường đ t t 67,2 là thích h p. Đ i v i n m m c, pH kìm hãmạ ừ ợ ố ớ ấ ố
s t ng h p sinh kh i và s tích lu enzyme pectinase. Khi pH d ch v phíaự ổ ợ ố ự ỹ ị ề acid, ngay c khi pH n m trong kho ng 4.55.0, tuy s t o thành sinh kh iả ằ ả ự ạ ố không b nh hị ả ưởng nh ng s t o thành enzyme pectinase b kìm hãm.ư ự ạ ị
V t li u gieo c y có th là s i n m 24, 32 và 48 gi tu i và v i hàmậ ệ ấ ể ợ ấ ờ ổ ớ
lượng t 210%. Đ i v i ừ ố ớ A.niger và A.awamori, v t li u gieo c y là s iậ ệ ấ ợ
n m đấ ượ ủ ơ ộc s b trong môi trường dinh dưỡng cho đ n khi b t đ u n tế ắ ầ ứ nanh bào t , th i gian s b thử ờ ủ ơ ộ ường là 3842 gi Lờ ượng s i n m đemợ ấ gieo c y thấ ường là 2%. Trong quá trình nuôi c y, hàm lấ ượng các ch t hoàấ tan trong môi trường gi m t 6% xu ng còn 1,51,8%.ả ừ ố
Đ thu ch ph m khô, c n tách s i n m ra kh i canh trể ế ẩ ầ ợ ấ ỏ ường l ng.ỏ
Cô đ c chân không canh trặ ường l ng đ n khi hàm lỏ ế ượng ch t khô đ t 58%ấ ạ
r i s y khô trên thi t b s y phun. Đi u ki n s y phun là nhi t đ ch t t iồ ấ ế ị ấ ề ệ ấ ệ ộ ấ ả nhi t đi vào ph i đ t 165180ệ ả ạ oC và đi ra đ t 6070ạ oC. Th i gian l u c a chờ ư ủ ế
ph m enzyme trong thi t b s y phun ph i không quá 7 giây và nhi t đẩ ế ị ấ ả ệ ộ
ch ph m sau khi s y ph i không quá 40ế ẩ ấ ả oC. Ch ph m thu đế ẩ ược c n ph iầ ả đóng gói kín đ tránh hút m.ể ẩ
Trang 24thái canh trường ch a bào t và đứ ử ược c y v i lấ ớ ượng 4% theo th tích. Quáể trình nuôi c y đấ ược ti n hành nhi t đ 35ế ở ệ ộ oC.
C.felsineum cũng có th để ược nuôi c y y m khí đ thu pectinase.ấ ế ể Thành ph n môi trầ ường g m có: lactose 2%; pectin c c i 1%;ồ ủ ả (NH4)2HPO40,4%; K2HPO4 0,7%; KH2PO4 0,3%; NaCl 0,1%; MgSO4 0,025%; FeSO4 d ng v t; CaCOạ ế 3 0,5%; d ch n m men t phân 0,05%;ị ấ ự ascorbic acid 0,5%
Có th ti n hành thu ch ph m t d ch l c canh trể ế ế ẩ ừ ị ọ ường b ng cáchằ
k t t a enzyme v i dung môi h u c ho c v i mu i ammonium sulfat. N uế ủ ớ ữ ơ ặ ớ ố ế
k t t a b ng dung môi h u c , pH c a dung d ch đã x lý là 6.56.8. N uế ủ ằ ữ ơ ủ ị ử ế
k t t a b ng 22,5 th tích aceton thì ho t đ enzyme trong k t t a đ t 93ế ủ ằ ể ạ ộ ế ủ ạ95% so v i ho t đ ban đ u.ớ ạ ộ ầ
Khi k t t a ammonium sulfat có đ bão hoà b ng 0,2 thì s thu đế ủ ộ ằ ẽ ượ c
ch ph m ch ch a pectinesterase và pectintranseliminase, khi đ bão hoà làế ẩ ỉ ứ ộ 0,91,0 thì s thu đẽ ược ch ph m ch ch a pectintrenseliminase vàế ẩ ỉ ứ exopolygalacturonase
1.1.2.5. Đ c đi m c a enzyme pectinase ặ ể ủ
Pectinesterase:
Pectinesterase thu đ c t các ngu n khác nhau có giá tr pH t i uượ ừ ồ ị ố ư khác nhau: pH t i u c a pectinesterase t ngu n n m m c là 4,5 đ n 5,5ố ư ủ ừ ồ ấ ố ế còn c a ch ph m đã lo i b enzyme polygalacturonase s có pH t i u tủ ế ẩ ạ ỏ ẽ ố ư ừ 2,0 đ n6,5. Trái l i pH t i u c a pectinesterase t ngu n th c v t là t 6ế ạ ố ư ủ ừ ồ ự ậ ừ
đ n 7,5 – 8.ế
Nhi t đ t i u c a pectinesterase t n m m c là 40 đ n 45ệ ộ ố ư ủ ừ ấ ố ế 0C. Từ
55 đ n 62ế 0C thì enzyme b vô ho t, trong khi đó nhi t đ t i u c a enzymeị ạ ệ ộ ố ư ủ pectinesterase t th c v t cao h n: t 55 – 60ừ ự ậ ơ ừ 0C
Trang 25Pectinesterase có th nh n để ậ ượ ừc t canh trường n m m c ấ ố A.niger có
nhi t đ t i u là 30 – 45ệ ộ ố ư oC, pHopt= 4,55,5 và b vô ho t 55 62ị ạ ở oC và từ
th c v t (pHự ậ opt=7,58, t o opt= 5560 oC). Kh năng ho t đ ng c a chúng phả ạ ộ ủ ụ thu c vào ngu n thu nh n, m c đ ester hoá c a pectin. Ion natri và đ cộ ồ ậ ứ ộ ủ ặ
bi t là ion canxi, cũng nh chlorua c a Na, K và Ca s ho t hóaệ ư ủ ẽ ạ pectinesterase t n m m c ừ ấ ố Conithyrium diplodiella và t ừ A.niger. Trái l iạ các cation hóa tr 3 và 4 (th y ngân nitrat, chì nitrat, nhôm sunfat và s tị ủ ắ clorua) s kìm hãm tác d ng c a pectinesteraseẽ ụ ủ
pH t i u c a các polygalacturonase cũng khác nhau, ph thu c vàoố ư ủ ụ ộ ngu n thu và c ch t Ch ng h n polygalacturonase d ch hóaồ ơ ấ ẳ ạ ị (endopolygalacturonase) khi tác d ng trên acid pectinic thì pH t i u n mụ ố ư ằ trong kho ng t 4,0 – 5,5. Cũng enzime đó nh ng khi tác d ng trên pectinả ừ ư ụ thì l i có pH t i u trong kho ng 5,5 – 6. Còn polygalacturonase đạ ố ư ả ường hóa khi tác d ng trên pectin thì pH t i u t 3 – 4 nh ng khi tác d ng trên acidụ ố ư ừ ư ụ pectinic thì ph t i u cao h n m t ít vùng 4,4 6.ố ư ơ ộ ở
Các polygalacturonase ch y u b n v ng vùng pH t 4 – 6.ủ ế ề ữ ở ừ
Polygalacturonase đường hóa ch y u t ủ ế ừ A.niger n u đế ược ho t hóaạ
b ng th y ngân thì có th b n v ng khi pH= 2,5.ằ ủ ể ề ữ