Tiểu luận ứng dụng enzyme trong chất tẩy rửa

Tiểu luận ứng dụng enzyme trong chất tẩy rửa, Tiểu luận ứng dụng enzyme trong chất tẩy rửa, Tiểu luận ứng dụng enzyme trong chất tẩy rửa, Tiểu luận ứng dụng enzyme trong chất tẩy rửa

BÀI BÁO CÁO SEMINAR MÔN: CÔNG NGHỆ HOÁ SINH ENZYME

Đ

Ề TÀI: ỨNG DỤNG ENZYME TRONG CHẤT TẨY RỬA

MỤC LỤC

I.Mở đầu:

I.1.1.Khái quát về enzyme:

I.1.2.Điều kiện hoạt động của enzyme:

I.1.2.1.1 pH hoạt động của enzyme:

I.1.2.1.2 Nhiệt độ:

I.1.2.1.3 Nồng độ enzyme:

I.1.2.1.4 Phân loại enzyme:

I.1.2.1.5 Nguồn thu nhận enzyme :

I.1.3.Một số ứng dụng của enzyme:

I.1.3.1.1 Ứng dụng trong y dược

I.1.3.1.2 Ứng dụng trong hóa học

I.1.3.1.3 Ứng dụng trong công nghiệp

I.1.3.1.4 Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

I.1.3.1.5 Ứng dụng trong công nghiệp dệt

I.1.3.1.6 Ứng dụng trong công nghiệp thuộc da

I.1.3.1.7 Ứng dụng trong nông nghiệp

II Enzyme trong chất tẩy rửa:

II.1.1 Giới thiệu chung:

II.1.1.1.1 Quá trình phát triển của chất tẩy rửa có nguồn gốc từ enzyme

II.1.1.1.2 Enzym làm việc như thế nào?

II.1.1.1.3 Đặc tính của enzyme trong tẩy rửa

II.1.1.1.4 Tầm quan trọng của enzym trong chất tẩy rửa II.1.2 Một số enzyme được dùng trong chất tẩy rửa:

II.1.2.1.1 Protease:

II.1.2.1.2 Lipase:

II.1.2.1.3 Cellulase:

II.1.2.1.4 Amylase:

II.1.2.1.5 Loại enzym mới:

III.Một số ứng dụng khả năng tẩy rửa của enzyme:

III.1.1.Trong sản xuất bột giặt:

III.1.2.Trong sản xuất vải sợi:

III.1.3.Trong sản xuất bột giấy:

III.1.4.Thuốc đánh răng và súc miệng:

III.1.5.Khống chế vấn đề sticky:

IV Kết luận:

IV.1.1 Các hướng nghiên cứu sản xuất enzyme:

IV.1.2 Enzyme và sức khỏe:

I Mở đầu:

I.1.1 Khái quát về enzyme:

Cấu tạo hóa học của enzyme: Enzyme có bản chất hóa học là protein, cấutrúc phức tạp gồm nhiều phân tử amino acid nối lại với nhau bằng liên kết peptid.Enzym gồm có hai loại enzyme một cấu tử và enzyme nhị cấu tử Enzyme một cấu

tử trong thành phần chỉ có protein, còn enzyme nhị cấu tử ngoài thành phầnprotein còn có thêm nhóm ngoại là ion kim loại hay các vitamin Trong enzymenhị cấu tử phần protein gọi là apoenzym đóng vai trò định hướng phản ứng cònphần còn lại là coenzyme trực tiếp tham gia vào phản ứng

I.1.2 Điều kiện hoạt động của enzyme:

I.1.2.1.1 pH hoạt động của enzyme:

Thông thường mỗi loại enzyme hoạt động trong một khoảng pH nhất định

Enzyme được chia thành 6 loại:

 Nhóm oxy hoá khử ( oxydoreductase ) Enzyme này thực hiện các phản ứngoxy hóa khử của phân tử

 Nhóm vận chuyển ( transferase ), vận chuyển các nhóm từ phân tử này đếnphân tử khác

 Nhóm thuỷ phân ( hydrolase ), cần có nước để thực hiện phản ứng thuỷphân

 Nhóm phân cắt ( lysase ) thực hiện các phản ứng phân cắt không có sựtham gia của nước

 Nhóm đồng phân hóa ( isomerase ) chuyển hóa các hợp chất đồng phân

 Nhóm tổng hợp ( synthetase ) tổng hợp các chất với sự tham gia của hợpchất cao năng là ATP

I.1.2.1.5 Nguồn thu nhận enzyme :

Các enzyme có trong 3 nguồn: động vật, thực vật và vi sinh vật

Hiện nay, người ta xác định được có khoảng 2000 loại enzyme và còn rấtnhiều loại khác đang được khám phá

I.1.3 Một số ứng dụng của enzyme:

I.1.3.1.1 Ứng dụng trong y dược:

Enzyme có một vị trí quan trọng trong y học Đặc biệt là các phương phápđịnh lượng và định tính enzyme trong hóa học lâm sàng và phòng thí nghiệm chẩnđoán Do đó, hiện nay trong y học đã xuất hiện lãnh vực mới gọi là chẩn đoánenzyme, có nhiệm vụ:

- Phân tích xác định nồng độ cơ chất như glucose, ure, cholesterol…với sự

hổ trợ của enzyme

- Xác định hoạt tính xúc tác của enzyme trong mẫu sinh vật

- Xác định nồng độ cơ chất với sự hổ trợ của thuốc thử enzyme đánh dấu

Dùng enzyme để định lượng các chất, phục vụ công việc xét nghiệm chẩnđoán bệnh, ví dụ dùng để kiểm tra glucose nước tiểu rất nhạy, urease để địnhlượng ure…

Dùng enzyme làm thuốc ví dụ protease làm thuốc tắc nghẽn tim mạch, tiêu

mủ vết thương, làm thông đường hô hấp, chống viêm, làm thuốc tăng tiêu hóaprotein, thành phần của các loại thuốc dùng trong da liễu và mỹ phẩm…

Trong y học các protease cũng được dùng để sản xuất môi trường dinhdưỡng để nuôi cấy vi sinh vật sản xuất ra kháng sinh, chất kháng độc… Ngoài rangười ta còn dùng enzyme protease để cô đặc và tinh chế các huyết thanh khángđộc để chữa bệnh

Amylase được sử dụng phối hợp với coenzyme A, cytocrom C, ATP,carboxylase để chế thuốc điều trị bệnh tim mạch, bệnh thần kinh, phối hợp vớienzyme thủy phân để chữa bệnh thiếu enzyme tiêu hóa

I.1.3.1.2 Ứng dụng trong hóa học:

Cho đến nay, việc ứng dụng enzyme trong hóa học là do enzyme có cảmứng cao đối với nhiệt độ, pH và những thay đổi khác của môi trường

Một trong những ứng dụng chế phẩm enzyme đáng được chú ý nhất trongthời gian gần đây là dùng chất mang để gắn phức enzyme xúc tác cho phản ứngnhiều bước Ví dụ tổng hợp glutathion, acid béo, alcaloid, sản xuất hormone…Cũng bằng cách tạo phức, người ta gắn vi sinh vật để sử dụng trong công nghệ xử

lý nước thải, sản xuất alcohol, amino acid…

Trong nghiên cứu cấu trúc hóa học, người ta cũng sử dụng enzyme, ví dụdùng protease để nghiên cứu cấu trúc protein, dùng endonuclease để nghiên cứucấu trúc nucleic acid …

Dùng làm thuốc thử trong hóa phân tích

I.1.3.1.3 Ứng dụng trong công nghiệp:

Việc sử dụng enzyme trong công nghiệp là đa dạng, phong phú và đã đạtđược nhiều kết quả to lớn Thử nhìn thống kê sơ bộ sau đây về các lãnh vực đa

biến cá, công nghiệp chế biến sữa, công nghiệp bánh mì, bánh kẹo, công nghiệpbia, công nghiệp sản xuất sữa khô và bột trứng, công nghiệp hương phẩm và mỹphẩm, công nghiệp dệt, công nghiệp da, công nghiệp phim ảnh, công nghiệp yhọc…Với amylase, đa được dùng trong sản xuất bánh mì, công nghiệp bánh kẹo,công nghiệp rượu, sản xuất bia, sản xuất mật,glucose, sản xuất các sản phẩm rau,chế biến thức ăn cho trẻ con, sản xuất các mặt hàng từ quả, sản xuất nước ngọt,công nghiệp dệt, công nghiệp giấy…

I.1.3.1.4 Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm:

Protease với công nghiệp thực phẩm: Việc sử dụng trong chế biến làm mềm

thịt là ứng dụng có tính truyền thống Nhân dân ta từ rất lâu đa dùng thơm để nấucanh thịt bò; dùng rau sống là chuối chát, vả kết hợp thức ăn nhiều thịt; đu đủtrong chống táo bón…mà thực chất là sử dụng papain, bromelain, fixin NgườiNga còn dùng protease từ hạt đậu tương nẫy mầm để làm mềm thịt

Ngoài khả năng phân giải để làm mềm thịt, tạo thức ăn dễ tiêu hóa, côngnghệ sản xuất các loại dịch thủy phân giàu protein đa được áp dụng một cách cóhiệu quả tính năng của protease

Enzyme là một công cụ để chế biến các phế liệu của công nghiệp thựcphẩm thành thức ăn cho người và vật nuôi

Người ta còn khai thác tính đông tụ như của renin, pepsin vào công nghiệpthực phẩm như trong sản xuất phomat

Pectinase với công nghiệp thực phẩm: Pectinase đa được dùng trong một sốngành công nghiệp thực phẩm sau:

- Sản xuất rượu vang

- Sản xuất nước quả và nước uống không có rượu

- Sản xuất các mặt hàng từ quả: quả cô đặc, mứt

- Sản xuất nước giải khát

- Sản xuất cà phê

Chế phẩm pectinase được sử dụng trong sản xuất nước quả từ các nguyênliệu quả nghiền hay để làm trong nước quả ép Bởi vì khi có pectin thì khối quả

nghiền sẽ có trạng thái keo, do đó khi ép dịch quả không thóat ra được Nhờpectinase mà nước quả trong suốt, dễ lọc, hiệu suất tăng.

Pectinase còn góp phần chiết rút các chất màu, tanin và các chất hòa tankhác, do đó làm tăng chất lượng của thành phẩm

Những nghiên cứu khi ép nho có xử lý bằng pectinase không những làmtăng hiệu suất mà còn làm tăng màu sắc

Trong sản xuất mứt nhừ, mứt đông… nhờ pectinase mà dịch quả có nồng

độ đậm đặc hơn

I.1.3.1.5 Ứng dụng trong công nghiệp dệt:

Trong công nghiệp dệt, chế phẩm amylase được dùng để rũ hồ vải trước khitẩy trắng và nhuộm Amylase có tác dụng làm vải mềm, có khả năng nhúng ướt,tẩy trắng và bắt màu tôt Rũ hồ bằng enzyme không những nhanh, không hại vải,

độ mao dẫn tốt mà còn đảm bảo vệ sinh, do đó tăng được năng suất lao động

Trong sản xuất tơ tằm, người ta dùng protease để làm sạch sợi tơ Với côngđoạn xử lý bằng enzyme sau khi xử lý bằng dung dịch xà phòng sẽ giúp lụa có tínhđàn hồi tốt, bắt màu đồng đều và dễ trang trí trên lụa

I.1.3.1.6 Ứng dụng trong công nghiệp thuộc da:

Trong công nghiệp da, enzyme protease được dùng để làm mềm da, làmsạch da, rút ngắn thời gian, tránh ô nhiễm môi trường Việc xử lý đa được tiếnhành bằng cách ngâm da trong dung dịch enzyme, hay phết dịch enzyme lên bềmặt da Enzyme sẽ tách các chất nhờn và làm đứt một số liên kết trong phân tửcollagen làm cho da mềm hơn

Thực tế cho thấy khi xử lý da bằng chế phẩm protease từ vi sinh vật có thểrút ngắn thời gian làm mềm và tách lông xuống nhiều lần Điều quan trọng là chấtlượng lông tốt hơn khi cắt So với phương pháp hóa học thì việc xử lý bằngenzyme có số lượng lông tăng 20-30% Lông không cần xử lý thêm sau khi ngâmtrong dịch enzyme

I.1.3.1.7 Ứng dụng trong nông nghiệp:

Có thể sử dụng các loại chế phẩm enzyme khác nhau để chuyển hóa cácphế liệu, đặc biệt là các phế liệu nông nghiệp cải tạo đất phục vụ nông nghiệp.

Ở Nhật hằng năm đa sản xuất hàng vạn tấn chế phẩm cellulase các loại đểdùng trong nông nghiệp Có chế phẩm chứa cả cellulase, hemicellulase, protease

và amylase

Công nghệ này khá phổ biến ở nhiều quốc gia Ở nước ta việc dùng enzyme

vi sinh vật góp phần trong sản xuất phân hữu cơ đang được khai thác để thay thếcho phân hóa học

II.Enzyme trong chất tẩy rửa:

II.1.1 Giới thiệu chung:

Các chất giặt rửa chứa enzyme là ví dụ điển hình của những xu hướng côngnghệ mới trên ngưỡng cửa thế kỷ 21, đó là sự kết hợp giữa các ngành hóa học vàsinh học, mà kết quả là những sản phẩm được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới.Hiện nay bột giặt chứa enzyme đang được sử dụng phổ biến Nhờ enzyme nên bộtgiặt có tính năng giặt rửa cao hơn ở nhiệt độ thấp hơn và có thể bị phân hủy sinhhọc, do đó giúp tiết kiệm năng lượng và góp phần đáng kể giảm ô nhiễm môitrường

II.1.1.1.1 Quá trình phát triển của chất tẩy rửa có nguồn gốc từ

enzyme:

 Khoảng năm 1913, tại Đức, enzym đầu tiên được sử dụng trong các chấttẩy là trupsin tách từ tụy lợi Do độ bền của enzyme này chỉ ở mức vừa phải nêncũng không hấp dẫn lắm

 Năm 1963, khi hãng Novo sản xuất được protease chịu kiềm bán ra thịtrường (đó là enzyme alcalase dùng để giặt các đồ dùng có máu ở bệnh viện và các

lò mổ) thì việc sản xuất enzyme mới được phát triển (ở qui mô nhỏ)

 Năm 1965, chế phẩm protease kiềm khác (maxatase) được đưa vào thịtrường

 Trong vòng năm năm, Châu Âu đã có hơn 50% bột giặt dùng cho giađình Sau những cải tiến đưa enzyme vào các bao nang nhỏ (capsule) có thể tảntrong nước, giải quyết được các vấn đề vệ sinh công nghiệp do đó, được đầu tưphát triển.

 1970, α-amilase chịu kiềm chịu nhiệt cũng được bổ sung vào các chất tẩy

 1980-1990, một số protease mới có các tính chất phù hợp được sử dụng.Các celluzyme novezyme lần đầu tiên được dùng làm sạch và loại màu Sử dụngcác kỉ thuật di truyền và các kỉ nghệ protein, người ta đã sản xuất được cácenzyme có những đặc tính thích hợp sử dụng trong bột giặt và đạt yêu cầu về mặtkinh tế để bổ sung vào bột giặt

II.1.1.1.2 Enzym làm việc như thế nào?

Enzym là chất xúc tác sinh học Bản thân nó không tham gia phản ứngnhưng giúp tăng tốc độ của phản ứng bằng cách làm giảm mức năng lượng hoạthóa cần thiết

Enzym là một phân tử rất lớn với hàng trăm axit amin, nhưng chỉ có một sốthành phần nhỏ trong nó có chức năng xúc tác cho các phản ứng sinh hóa Nhữngvùng như vậy được gọi là vùng hoạt động Cấu trúc không gian 3 chiều của enzymxác định diện mạo của vùng hoạt động của nó Khi được sử dụng trong chất giặtrửa, cấu trúc này tự biến đổi hình dạng cho phù hợp với các vết bẩn ở quần áo.Chúng gắn vừa khít với các vết bẩn như chìa khóa và ổ khóa, đây là đặc tính rấtđặc biệt của enzym.Như vậy: Cơ chế chung tác dụng làm sạch vết bẩn của enzyme

là phân giải chất bẩn thành các đoạn, các phần có khối lượng phân tử nhỏ hơn, dểhòa tan hơn.

Ví dụ:

Protease, Amylase, Lipase có thể thủy phân các vết bẩn Protein, tinh bột,dầu mỡ (ngay cả khi nó ở dạng rắn) ở nhiệt độ nhỏ hơn 400C

Đối với các phân tử có kích thước nhỏ hơn bám vào áo quần bằng vải sợi,

có thể dùng Cellulase, enzyme sẽ loại thành phần cellulose mảnh ở trên bề mặt vảisợi

II.1.1.1.3 Đặc tính của enzyme trong tẩy rửa:

 Sản xuất các chất tẩy rửa dùng trong nhà như nước rửa bát (rửa bằngtay ,máy)

Để sử dụng hiệu quả một enzyme nào đó đưa vào chất tẩy, cần tiến hànhnhiều thử nghiệm với các loại vết bẩn mẫu khác nhau ( lỏng, rắn, dạng tự nhiênhay dạng oxi hóa…) của cùng một loại chất bẩn, tính chất nguyên liệu (vải sợi hay

tơ lụa…) cần tẩy sạch để đánh giá hiệu quả, hoạt độ, độ bền của enzyme ở nhữngđiều kiện thực tế ( pH, nhiệt độ, thời gian, đặc biệt là độ pha loãng để xác địnhlượng enzyme cần bổ sung sao cho khi pha loãng chất tẩy, enzyme vẫn ở nồng độthích hợp và vẫn còn có tác dụng tẩy sạch mà cũng không quá thừa )

Hoạt tính của enzym phụ thuộc vào những điều kiện như độ pH, nhiệt độ,nồng độ ion và nồng độ chất bẩn trong dung dịch Mỗi loại enzym có các điều kiệnhoạt động tối ưu khác nhau

Lượng enzyme thêm vào bột giặt cũng rất khác nhau tùy theo loại bột giặt,

có thể dưới 1%-6% Nói chung thành phần hóa học của các chất bẩn rất phức tạp,

có thể là Protein, tinh bột, dầu, mỡ, các loại chất màu tự nhiên hay tổng hợp khácnhau, hoặc cũng là sản phẩm oxi hóa, sản phẩm keo tụ của chúng…vì vậy để tẩysạch cần dùng nhiều biện pháp khác nhau

II.1.1.1.4 Tầm quan trọng của enzym trong chất tẩy rửa

Enym có những tác dụng như sau khi được sử dụng trong chất giặt tẩy:

- Giúp tăng hiệu quả của việc giặt tẩy

- Giảm thời gian giặt nhờ khả năng phân hủy vết bẩn nhanh chóng

- Giảm năng lượng tiêu thụ do có thể giặt ở nhiệt độ thấp

- Giảm lượng nước tiêu thụ do hiệu quả giặt rửa cao

- Giảm ảnh hưởng đối với môi trường vì enzyme là chất có thể phânhủy sinh học

- Làm mới vải vóc nhờ tác dụng của cellulase

Trong sản phẩm bột giặt, enzym chiếm 0,2 2,0% khối lượng và chiếm 5 10% giá thành nguyên liệu

-II.1.2 Một số enzyme được dùng trong chất tẩy rửa:

Công dụng của proteaza là phân hủy vết bẩn dạng protein trên vải

Tên thương mại: Savinase và Relase

Protease là một trong những thành phần không thể thiếu trong tất cả cácloại chất tẩy rửa, từ chất tẩy rửa dùng trong gia đình đến những chất làm sạch kínhhoặc răng giả và kem đánh răng Việc ứng dụng enzyme vào các chất tẩy rửa nhiềunhất là trong bột giặt Các protease thích hợp để bổ sung vào chất tẩy rửa thường

có tính đặc hiệu cơ chất rộng để dễ dàng loại bỏ các vết bẩn do thức ăn như lòng

đỏ trứng, sữa, nước rau, đậu, nước xốt thức ăn, máu và các chất do cơ thể conngười tiết ra Một tiêu chuẩn quan trọng khác của các protease dùng trong chất tẩyrửa là hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt độ và pH cao cũng như phải thích hợpvới các tác nhân oxy hóa và các chất kìm hãm có trong thành phần của chất tẩyrửa Và tham số đóng vai trò chìa khóa cho việc bổ sung protease nào vào chất tẩyrửa là pI của chúng Một protease phù hợp khi pI của nó trùng với pH của dungdịch chất tẩy rửa Subtilisin đáp ứng được đầy đủ những yêu cầu khắt khe trên Subtilisin là một nhóm enzyme protease kiềm (serine protease) với 2 đạidiện được nghiên cứu nhiều nhất là subtilisin Carlsberg và subtilisin BPN' Trong

đó subtilisin Carlsberg được sử dụng trong sản xuất chất tẩy rửa

Subtilisin Carlsberg Enzyme này được tìm thấy khi nuôi cấy

B licheniformis vào năm 1947 bởi Linderstrom, Lang và Ottesen tại phòng thí

nghiệm Carlsberg (Phadarate et al., 1997) Nó được thu lần đầu tiên ở dạng kết

tinh vào năm 1952 và từ đó đến nay, subtilisin là protease vi sinh vật công nghiệpquan trọng nhất, được sử dụng nhiều trong sản xuất các chất tẩy rửa

Subtilisin Carlsberg có tính đặc hiệu rộng, thủy phân nhiều loại liên kếtpeptide cũng như các liên kết ester, nhất là những liên kết được tạo thành từ cácamino acid thơm Dưới tác dụng của enzyme này, một số triglyceride cũng có thể

bị thủy phân như tripropionin và tributyrin Subtilisin Carlsberg thủy phân từ 30đến 40% liên kết peptide của casein

II.1.2.1.2 Lipase

Lipase có tác dụng thủy phân các este béo Lipolase là enzym chính củalipase Hoạt tính của lipase được áp dụng để loại bỏ các vết bẩn dạng dầu

Lipase sản xuất từ aspergillus oryzae được dùng trong bột giặt do có khả

năng chịu kiềm cao

Hàng năm có khoảng một ngàn tấn lipase được dùng cho vào mười ba triệutấn bôt giặt , với tổng giá trị vào khoảng ba mươi triệu USD

Lipase được ứng dụng chủ yếu để xúc tác thủy phân acylglyceride hoặc một

số este khác như thiol, polyol hay polyacid este Lipase có bản chât là mộtglobullin và có thể được sản xuất từ tuyến tụy và màng dạ dày của động vật.Tuynhiên sinh tổng hợp lipase từ vi sinh vật mang lại độ thuần khiết và hiệu suất caohơn Lipolase là enzym chính của lipase Hoạt tính của lipase được áp dụng để loại

bỏ các vết bẩn dạng dầu

 Cơ chế tác dụng :

Do cấu trúc bậc ba của enzym mà nhóm hyroxyl của serine và vòngimidazol của histidin tiếp xúc nhau tạo thành liên kết hydro Kết quả là oxy củanhóm hydroxyl thu được tính chất ái nhân Và tâm ái nhân này của enzym sẽtương tác trực tiếp với một trong hai nguyên tử tích điện dương của liên kết bịthủy phân Và do đó liên kết này dễ bị cắt đứt và sự thủy phân thuận lợi hơn Một

cơ chế khác là enzym tạo thành liên kết tương ứng với cơ chất ở những vị trí gầngũi với liên kết thủy phân Kết quả làm tăng sự khuyết electron vốn đã tồn tại