CHÖÔNG 2: TOÅNG QUAN
3
CHÖÔNG
2
TOÅNG QUAN
2.1 TOÅNG QUAN VEÀ PECTINASE VAØ PHÖÔNG PHAÙP THU NHAÄN
2.1.1 HEÄ THOÁNG ENZYME PECTINASE
Pectinase ñöôïc phaân chia laøm 3 nhoùm chính (xem baûng 2.1), bao goàm: [44, 45]
–
Nhoùm 1: nhoùm enzyme thuûy phaân protopectin – Protopectinase
–
Nhoùm 2: nhoùm enzyme thuûy phaân lieân keát ester – Esterase
–
Nhoùm 3: nhoùm depolymer hoùa maïch pectin – Depolymerase
Protopectinase (PPase)
Protopectinase hay pectinosinase laø enzyme xuùc taùc cho phaûn öùng phaân giaûi
protopectin khoâng tan thaønh pectin hoøa tan. Cô cheá phaûn öùng xuùc taùc cuûa
protopectinase nhö sau:
(khoâng tan)
(hoøa tan)
Döïa treân cô cheá xuùc taùc, PPase ñöôïc chia laøm 2 loaïi:
–
Loaïi A-PPase xuùc taùc ôû vò trí beân trong maïch protopectin (vuøng acid
polygalacturonic). A-PPase ñöôïc toång hôïp bôûi naám men nhö Kluyveromyces
fragilis IFO 0288 (PPase-F), Galactomyces reesei L. (PPase-L) vaø Trichosporon
penicillatum (PPase-S) (Whitaker vaø coäng söï, 1990). Caû 3 loaïi A-PPase ñeàu coù
tính chaát töông töï nhau vaø khoái löôïng phaân töû xaáp xæ nhau (khoaûng 30 kDa).
Trong ñoù, PPase-F coù baûn chaát protein mang tính acid, coøn PPase-L vaø -S laø
nhöõng protein mang tính kieàm. Caùc enzyme naøy xuùc taùc cho phaûn öùng thuûy phaân
maïch polygalacturonate laøm giaûm ñoä nhôùt vaø taêng nheï tính khöû cuûa dung dòch
phaûn öùng. [44, 102]
LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
4
CHÖÔNG 2: TOÅNG QUAN
Baûng 2.1 Khoùa phaân loaïi pectinase [44]
LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
CHÖÔNG 2: TOÅNG QUAN
–
5
Loaïi B-PPase xuùc taùc ôû vò trí beân ngoaøi maïch protopectin (vuøng lieân keát giöõa
maïch polygalacturonic acid vôùi caùc thaønh phaàn caáu truùc cuûa thaønh teá baøo thöïc
vaät). B-PPase ñöôïc thu nhaän töø moät soá chuûng vi khuaån nhö Bacillus subtilis IFO
12113 (Sakai T. vaø coäng söï, 1988), B. subtilis 3134 (Sakai T. vaø coäng söï, 1990)
vaø Trametes sp. (Sakai T. vaø coäng söï, 1993) vaø ñöôïc ñaët teân töông öùng laø
PPase-B, -C, -T. Troïng löôïng phaân töû cuûa 3 loaïi enzyme PPase-B, -C vaø –T
töông öùng laø 45, 30 vaø 55 kDa. PPase-B vaø -C coù ñieåm ñaúng ñieän pI khoaûng 9.0,
trong khi PPase-T coù pI laø 8.1. Caû 3 loaïi enzyme naøy ñeàu xuùc taùc cho phaûn öùng
thuûy phaân protopectin töø voû traùi caây thuoäc hoï citrus vaø caùc moâ cuûa moät soá thöïc
vaät khaùc, giaûi phoùng ra pectin hoøa tan. [79, 80, 81]
Hoaït tính cuûa PPase ñöôïc xaùc ñònh döïa treân löôïng pectin hoøa tan ñöôïc giaûi phoùng
töø protopectin baèng phöông phaùp carbazole-sulphuric acid. [44]
Pectinesterase (PE)
Thuoäc nhoùm naøy coù 2 loaïi laø pectin methylesterase (EC 3.1.1.11) vaø pectin
acetylesterase (EC 3.1.1.6). Enzyme pectin methylesterase (PME) xuaát hieän phoå bieán
hôn ôû thöïc vaät vaø vi sinh vaät. Trong khi ñoù, pectin acetylesterase chæ taäp trung chuû yeáu
ôû moät soá thöïc vaät.[33, 44, 45]
Hình 2.1 Cô cheá xuùc taùc phaûn öùng thuûy phaân ester cuûa caùc enzyme pectinesterase
1- Pectin methylesterase
Pectin methylesterase (PME) coù nhieàu teân goïi khaùc nhau nhö pectase, pectin
methoxylase, pectin demethoxylase vaø pectolipase. Veà baûn chaát, PME thuoäc nhoùm
enzyme thuûy phaân lieân keát ester giöõa goác methoxyl vaø goác carboxylic ôû vò trí C6 cuûa
acid galacturonic treân maïch chính cuûa phaân töû pectin. Saûn phaåm cuûa phaûn öùng thuûy
LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
CHÖÔNG 2: TOÅNG QUAN
6
phaân laø acid pectinic (coù möùc ñoä ester hoaùc thaáp hôn) hoaëc acid pectic vaø methanol.
[44]
PME ñöôïc sinh toång hôïp bôûi moät soá vi khuaån vaø naám sôïi (Hasunuma vaø coäng söï,
2003). Ngöôøi ta thaáy raèng caùc loaïi PME toång hôïp töø naám sôïi coù khaû naêng xuùc taùc phaûn
öùng thuûy phaân ester ôû vò baát kyø treân maïch pectin. Trong khi ñoù, PME töø thöïc vaät chæ coù
khaû naêng xuùc taùc cho phaûn öùng demethoxyl hoùa goác galacturonic acid taïi vò trí ñaàu
khoâng khöû ôû cuoái maïch pectin hoaëc ôû vò trí ester cuûa goác galacturoronic naèm keà beân
goác acid galacturonic chöa ñöôïc ester hoùa (Froster, 1988). [29, 33]
Hoaït tính PME taêng leân cuøng vôùi möùc ñoä ester hoùa cuûa cô chaát. Do ñoù, PME xuùc taùc
ñaëc hieäu hôn ñoái vôùi caùc phaân töû cô chaát ñöôïc ester hoùa möùc ñoä cao. PME khoâng coù
hoaït tính ñoái vôùi muoái caùc pectate. Hoaït tính cuûa PME coù theå xaùc ñònh baèng phöông
phaùp chuaån ñoä pH töï ñoäng (pH-stat) (Whitaker, 1984) hoaëc baèng phöông phaùp chuaån
ñoä thoâng thöôøng vôùi NaOH chuaån tôùi moät giaù trò pH coá ñònh. [33, 28]
Khoái löôïng phaân töû cuûa haàu heát caùc enzyme pectinesterase thu nhaän töø vi sinh vaät
vaø thöïc vaät dao ñoäng trong khoaûng töø 30-50 kDa (Hadj-Taieb vaø coäng söï, 2002;
Christensen vaø coäng söï, 2002). Giaù trò pH toái öu cho hoaït ñoäng xuùc taùc cuûa PME naøy
thöôøng naèm trong vuøng acid ñeán trung tính (töø 4.0 ñeán 7.0), ngoaïi tröø PME thu nhaän töø
Erwinia hoaït ñoäng toát nhaát ôû vuøng pH kieàm. Haàu heát caùc loaïi PME hoaït ñoäng toái öu
trong khoaûng nhieät ñoä töø 40 ñeán 60oC vaø giaù trò pI töø 4.0-8.0. Giaù trò Km cuõng naèm trong
khoaûng 0.1-0.5 mg/mL. [33]
Baûng 2.2 Tính chaát cuûa moät vaøi pectinesterase [33]
2- Pectin acetylesterase
Pectin acetylesterase (PAE) coøn coù teân goïi khaùc laø pectin homogalacturonan
acetylesterase. Hoaït ñoäng cuûa enzyme naøy phoå bieán ôû nhieàu loaïi thöïc vaät nhö cam, caø
roát vaø ñaäu mung. PAE taäp trung chuû yeáu ôû phaàn voû ngoaøi vaø trong caùc muùi cam. ÔÛ ñaäu
mung (mung bean), PAE ñöôïc tìm thaáy ôû moät soá moâ ñaëc bieät. Trong ñoù, taäp trung nhieàu
nhaát caùc moâ ôû phaàn truï döôùi cuûa laù maàm (hypocotyl), vaø thaáp hôn ôû phaàn laù vaø reã. Tuy
LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
CHÖÔNG 2: TOÅNG QUAN
7
nhieân, khoâng tìm thaáy hoaït tính cuûa PAE ôû laù maàm (cotyledon). Hoaït ñoäng cuûa PAE
cuõng ñöôïc tìm thaáy raát roõ ôû caø roát. [28]
Depolymerases
Depolymerase laø nhoùm caùc enzyme pectinase taùc duïng chuû yeáu leân caùc hôïp chaát
pectic, gaây ra söï phaân caét vaø laøm giaûm kích thöôùc phaân töû. Ngöôøi ta coù theå phaân loaïi
caùc enzyme thuoäc nhoùm naøy baèng nhieàu khoùa phaân loaïi khaùc nhau döïa treân cô cheá
hoaëc tính ñaëc hieäu cô chaát. Trong phaàn naøy, chuùng toâi xin giôùi thieäu khoùa phaân loaïi caùc
caùc enzyme pectin depolymerase döïa vaøo cô cheá xuùc taùc laøm giaûm chieàu daøi maïch
pectin.Theo ñoù, phaûn öùng phaân giaûi maïch pectin ñöôïc thöïc hieän theo 2 cô cheá (xem
hình 2.2): [44, 45]
–
Cô cheá thuûy phaân (hydrolysis): phaân giaûi lieân keát -1,4 giöõa 2 ñôn vò
galacturonate caàn coù söï tham gia cuûa phaân töû H2O. Caùc enzyme thuoäc loaïi naøy
goàm coù polygalacturonase (PG), polymethylgalaturonase (PMG), rhamnose
galaturonase (RG).
–
Cô cheá phaûn öùng trans-elimination: phaân giaûi lieân keát giöõa 2 ñôn vò
galacturonate nhöng khoâng caàn söï coù maët cuûa phaân töû H 2O. Theo cô cheá naøy,
enzyme seõ taán coâng laøm beû gaõy lieân keát glycoside ôû vò trí C4, vaø ñoàng thôøi vôùi
vieäc khöû H ôû vò trí C5 hình thaønh neân noái ñoâi ôû vò trí C4-5 taïo saûn phaåm saûn
phaåm 4:5 galacturonate khoâng baõo hoøa. Caùc enzyme thuoäc loaïi naøy bao goàm
polygalacturonate lyase (hay pectin lyase), polymethylgalaturonate lyase (hay
pectate lyase), vaø rhamnogalacturonan lyase.
Hình 2.2 Caùc kieåu phaûn öùng xuùc taùc cuûa enzyme thuoäc nhoùm depolymerase. (a) R=H
ñoái vôùi polygalaturonase, R=CH3 ñoái vôùi polymethylgalacturonase; (b) R=H
LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
CHÖÔNG 2: TOÅNG QUAN
8
ñoái vôùi polygalacturonate lyase vaø R=CH 3 ñoái vôùi polymethylgalacturonate
lyase. [44]
A - Nhoùm enzyme thuûy phaân (hydrolysis)
1- Polygalacturonase (PGase)
Polygalacturonase laø enzyme xuùc taùc cho phaûn öùng thuûy phaân lieân keát glycoside
cuûa maïch polygalacturonate (hay pectate) theo 2 cô cheá exo- vaø endo-. Ñaây laø loaïi
enzyme quan troïng ñöôïc nghieân cöùu nhieàu nhaát trong heä thoáng caùc enzyme thuûy phaân
pectin.
Endo-polygalacturonase (Endo-PGase)
Endo-PGase (EC 3.2.1.15) thuûy phaân caùc lieân keát -1,4 glycoside ôû vò trí ngaãu nhieân
trong maïch polygalacturonate (ôû daïng homogalacturonan). Saûn phaåm cuûa quaù trình
thuûy phaân laø caùc ñoaïn oligogalacturonate. Endo-PGase xuùc taùc chuû yeáu treân cô chaát laø
pectate vaø khoâng theå hieän hoaït tính ñoái vôùi pectin coù chæ soá methoxyl hoùa cao (baûng
2.6). [44, 101]
Endo-PG thöôøng coù nguoàn goác töø naám sôïi, vi khuaån vaø moät soá loaøi naám men.
Chuùng cuõng ñöôïc tìm thaáy ôû moät soá thöïc vaät baäc cao vaø moät vaøi giun kyù sinh treân thöïc
vaät (Sakai vaø coäng söï, 1993). Caùc loaøi vi sinh vaät thöôøng ñöôïc nghieân cöùu thu nhaän
endo-PG goàm coù Aureobasidium pullulans, Rhizoctonia solani, Fusarium moniliforme,
Neurospora crassa, Rhizopus stolonifer, Aspergillus sp., Thermomyces lanuginosus,
Peacilomyces clavisporus. Endo-PG cuõng ñaõ vaø ñang ñöôïc nghieân cöùu thu nhaän töø caùc
vi sinh vaät taùi toå hôïp di truyeàn. [44, 81]
Baûng 2.3 AÛnh höôûng cuûa möùc ñoä ester hoùa ñeán hoaït tính cuûa endo-PGase [101]
Caùc phaân töû endo-PG thöôøng coù khoái löôïng khoaûng 30-80kDa, vaø giaù trò pI dao ñoäng
giöõa 3.8 ñeán 7.6. Haàu heát caùc endo-PG coù pH toái thích naèm trong vuøng acid töø 2.5-6.0
vaø nhieät ñoä toái thích töø 30-55oC (theo Singh vaø Rao, 2002; Takao vaø coäng söï, 2001).
LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
9
CHÖÔNG 2: TOÅNG QUAN
Giaù trò Km cuûa caùc endo-PG thöôøng vaøo khoaûng 0.14-2.7mg/mL öùng vôùi cô chaát laø muoái
pectate. [33, 34, 101]
Hoaït tính xuùc taùc cuûa caùc endo-PGase coù theå ñöôïc xaùc ñònh moät caùch giaùn tieáp
baèng phöông phaùp ño khaû naêng laøm giaûm ñoä nhôùt cuûa dung dòch pectin trong moät ñôn
vò thôøi gian khi coá ñònh caùc ñieàu kieän coøn laïi cuûa phaûn öùng (pH, nhieät ñoä, noàng ñoä cô
chaát). [44, 97]
Exo-polygalacturonase (Exo-PGase)
Ngöôïc laïi vôùi caùc endo-PGase, exo-polygalacturonase (EC 3.2.1.67) laïi xuùc taùc cho
phaûn öùng thuûy phaân caùc lieân keát -1,4 glycoside töø ngoaøi maïch polygalacturonate vaøo
tính töø ñaàu khoâng khöû. Saûn phaåm cuûa quaù trình thuûy phaân bôûi xuùc taùc exo enzyme laø
caùc di- vaø mono-galaturonates. [44, 101]
Exo-PGase coù theå phaân laøm 2 loaïi exo-PG töø naám sôïi vaø töø vi khuaån. Loaïi exoPGase coù nguoàn goác töø naám sôïi coù khuynh höôùng taïo ra saûn phaåm cuoái cuøng laø
monogalacturonic acid trong khi exo-PGase töø vi khuaån thöôøng chæ taïo ra acid
digalacturonic. Caùc chuûng vi sinh vaät ñöôïc nghieân cöùu thu nhaän exo-PGase goàm coù:
Erwinia
carotovora,
Agrobacteriumtumefaciens,
Bacteroides
thetaiotamicron,
E.
chrysanthemi, Alternaria mali, Fusarium oxysporum, Ralstonia solanacearum, Bacillus sp..
Khoái löôïng phaân töû vaø pI cuûa caùc exo-PGase dao ñoäng trong khoaûng 30-50kDa vaø
4.0-6.0 töông öùng. Nhieät ñoä toái thích naèm trong khoaûng töø 50 ñeán 70 oC (xem baûng 2.4).
pH toái thích cho caùc enzyme naøy dao ñoäng trong khoaûng roäng tuøy thuoäc vaøo loaøi vi sinh
vaät cuï theå. [44, 33, 34, 99].
Ngöôøi ta thöôøng xaùc ñònh hoaït tính caùc exo-PG baèng phöông phaùp ño haøm löôïng
ñöôøng khöû (acid galaturonic) giaûi phoùng trong 1 mL dòch thuûy phaân trong moät ñôn vò thôøi
gian khi coá ñònh caùc ñieàu kieän coøn laïi cuûa phaûn öùng (pH, nhieät ñoä, noàng ñoä cô chaát).
[44, 97]
2- Polymethylgalacturonase (PMG)
Khaùc vôùi PG, PMG xuùc taùc cho phaûn öùng thuûy phaân cô chaát pectic coù möùc ñoä
methoxyl hoùa raát cao. Do ñoù, acid pectic vaø caùc daãn xuaát cuûa pectate khoâng phaûi laø ñoái
töôïng taán coâng cuûa enzyme naøy. Hieän nay, coù raát ít caùc coâng trình nghieân cöùu veà tính
chaát cuûa PMG vì nhöõng khoù khaên do vaán ñeà tinh saïch vaø khoù xaùc ñònh hoaït tính loaïi
enzyme naøy. [45, 33, 34]
Aspergillus ñöôïc xem laø gioáng vi sinh vaät chuû yeáu saûn xuaát ra PMG. PMG töø A. niger
hoaït ñoäng toái öu trong vuøng pH töø 4 ñeán 7, vaø cô chaát chuû yeáu cho enzyme naøy xuùc taùc
phaûi laø pectin coù möùc ñoä ester hoùa raát cao (khoaûng 95%) (Koller vaø Neukom, 1967). Töø
LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
CHÖÔNG 2: TOÅNG QUAN
10
vieäc phaân tích caùc saûn phaåm thuûy phaân dung dòch pectin, caùc taùc giaû treân ñaõ döï ñoaùn
raèng, Aspergillus chæ coù theå sinh toång hôïp ñöôïc endo-PMG. [33, 34]
Baûng 2.4 Tính chaát cuûa moät vaøi polygalacturonase [44]
(–) chöa xaùc ñònh tính chaát
3- Rhamnogalaturonase
Rhamnogalacturonase laø enzyme coù khaû naêng thuûy phaân lieân keát glycoside trong
caùc vuøng phaân nhaùnh nhieàu cuûa phaân töû pectin (rhamnogalacturonan). Saûn phaåm cuoái
cuøng cuûa phaûn öùng thuûy phaân laø caùc oligomer chöùa caùc ñôn vò rhamnose vaø galaturonic
acid. Enzyme naøy thöôøng xuyeân coù maët trong caùc cheá phaåm thöông maïi cuûa enzyme
pectinase. [33, 101]
LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
CHÖÔNG 2: TOÅNG QUAN
11
B - Nhoùm enzyme trans-eliminase
1- Pectin lyase (polymethylgalacturonate lyase hay pectin transeliminase)
Albersheim vaø caùc coäng söï (1966) laø nhöõng ngöôøi ñaàu tieân tìm thaáy söï xuaát hieän
cuûa enzyme naøy töø A. niger. Cho ñeán nay, ngöôøi ta chæ bieát ñöôïc moät loaïi pectin lyase
hay polymethylgalacturonate lyase (PMGL) phaân caét maïch pectin theo kieåu endo.
Enzyme naøy phaân giaûi maïch chính cuûa phaân töû pectin ôû vò trí baát kyø hình thaønh neân saûn
phaåm coù chöùa lieân keát ñoâi laø 4:5 oligomethylgalacturonate khoâng baõo hoøa vaø
polymethylgalaturonate. [45, 101]
Hình 2.3 Cô cheá xuùc taùc phaûn öùng cuûa pectin lyase vaø pectate lyase
Khaùc vôùi polygalaturonate lyase hay pectate lyase, caùc pectin lyase khoâng caàn hoaït
hoùa bôûi ion calcium (ngoaïi tröø PMGL thu nhaän töø Fusarium). Tuy nhieân, moät soá nghieân
cöùu cho thaáy khi coù maët cuûa ion Ca2+ thì hoaït tính cuûa PMGL coù theå taêng leân [44]. Beân
caïnh ñoù, Soriano (2005) vaø Hayashi (1997) cuøng caùc coäng söï ñaõ xaùc ñònh ñöôïc khoái
löôïng phaân töû cuûa PMGL naèm trong khoaûng 30-40 kDa, duy chæ coù tröôøng hôïp PMGL töø
Aureobasidium pullulans vaø Pichia pinus coù khoái löôïng phaân töû raát cao (xaáp xæ 90 kDa).
[40, 92]
Thoâng thöôøng, pH cho PMGL hoaït ñoäng toái öu naèm trong vuøng acid ñeán trung tính
(töø 4 ñeán 7) (Soriano vaø coäng söï, 2005; Silva vaø coäng söï, 2005). Ñieåm ñaúng ñieän cuûa
haàu heát PMGL xaáp xæ 3.5 vaø giaù trò Km trong khoaûng töø 0.1 ñeán 5.0 mg/mL tuøy theo loaïi
cô chaát söû duïng (Sakiyama vaø coäng söï 2001; Moharib vaø coäng söï, 2000). [40, 64, 82,
87]
2- Pectate lyase (pectate transeliminase hay polygalacturonate lyase)
Pectate lyase hay polygalacturonate lyase (PGL) xuùc taùc cho phaûn öùng phaân giaûi
maïch polygalaturonate theo cô cheá trans-elimination. Cô chaát thích hôïp cho enzyme taùc
duïng laø acid pectic hay muoái pectate vaø caùc pectin coù möùc ñoä methoxyl hoùa thaáp. Trong
LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
12
CHÖÔNG 2: TOÅNG QUAN
töï nhieân, coù 2 loaïi PGL ñöôïc tìm thaáy ôû daïng endo vaø exo. Trong ñoù, daïng endo-PGL
phong phuù vaø phoå bieán hôn so vôùi daïng exo-PGL. [45, 101]
PGL ñöôïc toång hôïp töø nhieàu loaøi vi sinh vaät chuû yeáu laø vi khuaån vaø moät soá naám sôïi
gaây beänh cho caây. Thöôøng gaëp nhaát laø Colletotrichum lindemuthionum, Bacteroides
thetaiotaomicron, Erwinia carotovora, Amucala sp., Pseudomonas syringae pv. Glycinea,
Colletotrichum
magna,
E.
chrysanthemi,
Bacillus
sp.,
Bacillus
sp.
DT-7,
C.
gloeosporioides. [44]
PGL thuoäc loaïi enzyme löôõng caáu töû vaø noù ñoøi hoûi phaûi coù ion calcium laøm thaønh
phaàn coäng toá (cofactor) (Margo P. vaø coäng söï, 1994). Khoái löôïng phaân töû cuûa caùc
enzyme naøy thöôøng naèm trong khoaûng 30-50 kDa (McCarthy vaø coäng söï, 1985; Truong
vaø coäng söï, 2001). Giaù trò pH toái thích vaø nhieät ñoä toái thích ñeå enzyme naøy hoaït ñoäng
töông öùng laø 8.0-10.0 vaø 30-40oC. Moät soá loaøi vi sinh vaät chòu nhieät coù theå toång hôïp neân
PGL coù nhieät ñoä toái thích cao (töø 50 ñeán 75oC). [33, 34, 44, 58]
Ngoaøi ra, trong soá caùc enzyme lyase, coøn coù moät loaïi enzyme khaùc coù teân laø
oligogalacturonate lyase (EC 4.2.2.6). Enzyme naøy coù taùc duïng laøm beõ gaõy maïch cuûa
caùc oligogalacturonate baõo hoøa vaø khoâng baõo hoøa theo cô cheá trans-elimination töø vò trí
ñaàu khoâng khöû. Keát quaû laø laøm giaûi phoùng ra caùc monomer chöùa noái ñoâi ra khoûi cô
chaát. Oligogalacturonate lyase ñöôïc sinh toång hôïp chuû yeáu töø Erwinia vaø Pseudomonas
sp., vaø coù pH toái öu laø 7.0. [44]
Baûng 2.5 Tính chaát cuûa moät vaøi lyase [44]
LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
13
CHÖÔNG 2: TOÅNG QUAN
Chuù thích: PGL: polygalacturonate lyase, PMGL: polymethyl galacturonate lyase
Moät soá enzyme khaùc lieân quan ñeán quaù trình phaân giaûI pectin
Ngoaøi caùc enzyme vöøa keå treân, trong thöïc teá, ngöôøi ta coøn tìm thaáy moät soá enzyme
khaùc cuõng lieân quan ñeán quaù trình phaân giaûi caùc hôïp chaát pectic nhöng söï xuaát hieän
cuûa chuùng ít phoå bieán. Caùc enzyme naøy chuû yeáu taùc duïng leân phaàn vuøng coù caáu truùc
phaân nhaùnh (hairy structure) hay vuøng môû roäng cuûa phaân töû pectin. [99]
Caùc enzyme naøy bao goàm rhamnogalaturonan acetylesterase, rhamnogalacturonan
galacturonohydrolase,
rhamnogalacturonan
rhamnohydrolase,
rhamnogalacturonan
lyase, endogalactanase, feruloyl esterase, -L-arabinofuranosidase vaø endoarabanase.
[99, 101]
2.1.2 THU NHAÄN PECTINASE TÖØ VI SINH VAÄT
Hieän nay, vieäc thu nhaän cheá phaåm pectinase ñöôïc thöïc hieän chuû yeáu töø vi sinh vaät.
Trong soá caùc enzyme thuoäc heä thoáng pectinase, polygalacturonase laø enzyme ñöôïc
quan taâm nhieàu nhaát vaø coù phaïm vi öùng duïng roäng lôùn khoâng nhöõng trong coâng nghieäp
thöïc phaåm maø coøn trong lónh vöïc coâng ngheä sinh hoïc.
LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
CHÖÔNG 2: TOÅNG QUAN
14
Choïn gioáng vi sinh vaät
Nhö ñaõ giôùi thieäu ôû phaàn 1.2.3.1, polygalacturonase coù theå ñöôïc toång hôïp töø nhieàu
nguoàn khaùc nhau bao goàm caû vi khuaån, naám men vaø naám sôïi. Tuy nhieân, haàu heát caùc
cheá phaåm enzyme thöông maïi hieän nay ñeàu ñöôïc saûn xuaát töø naám sôïi, ñaëc bieät laø
gioáng Aspergillus. Caùc cheá phaåm pectinase ñöôïc saûn xuaát töø caùc loaøi khaùc nhau thì coù
nhöõng tính chaát khaùc nhau (de Vries vaø coäng söï, 2001). [24, 99]
Vieäc löïa choïn nguoàn naám sôïi sinh toång hôïp polygalacturonase coøn phuï thuoäc vaøo
nhieàu yeáu toá khaùc nhau nhö toác ñoä sinh tröôûng, hieäu suaát sinh toång hôïp enzyme,
phöông phaùp nuoâi caáy (canh tröôøng beà maët hay beà saâu), thaønh phaàn moâi tröôøng nuoâi
caáy (cô baûn, phoå bieán vaø kinh teá), ñieàu kieän nuoâi caáy (lieân quan ñeán pH vaø ñoä beàn nhieät
cuûa enzyme), ñaëc ñieåm veà genotype cuûa chuûng söû duïng (chuûng daïi, chuûng thuaàn,
chuûng ñoät bieán, chuûng taùi toå hôïp di truyeàn). [67, 99]
Moâi tröôøng nuoâi caáy thu nhaän enzyme pectinase
1- Nguoàn Carbon
Pectinase thuoäc loaïi enzyme caûm öùng. Ñieàu naøy coù nghóa laø pectinase chæ coù theå
ñöôïc sinh toång hôïp bôûi vi sinh vaät khi coù maët cuûa chaát caûm öùng, trong tröôøng hôïp naøy
chính laø pectin, trong moâi tröôøng nuoâi caáy. Vì theá, khi thieát laäp moâi tröôøng nuoâi caáy ñeå
thu nhaän pectinase thì cô chaát pectin laø thaønh phaàn baét buoäc phaûi boå sung vaøo. [8, 10,
52]
Ngöôøi ta coù theå boå sung nguoàn chaát caûm öùng laø pectin vaøo moâi tröôøng nuoâi caáy döôùi
2 daïng: [28; 99]
–
Boå sung cheá phaåm pectin ñaõ ñöôïc tinh saïch.
–
Boå sung pectin töø caùc nguyeân lieäu giaøu pectin nhö: taùo, caø roát, baõ mía, baõ cuû caûi
ñöôøng, voû cuûa moät soá loaïi quaû citrus, …
LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
15
CHÖÔNG 2: TOÅNG QUAN
Thôøi gian (giôø)
Thôøi gian (giôø)
Hình 2.4 Saûn xuaát pectinase töø A. niger trong canh tröôøng nuoâi caáy beà saâu vôùi cô chaát
pectin vaø caùc nguoàn carbon khaùc: (), pectin; (), pectin+glucose; (),
pectin+acid galacturonic; (), pectin+sucrose. A, Endo-polygalaturonase; B,
Exo-polygalaturonase. [91]
Nhö ñaõ bieát, pectinase laø moät heä thoáng goàm nhieàu loaïi enzyme khaùc nhau taùc duïng
leân cô chaát laø pectin. Vì vaäy, thaønh phaàn caáu taïo cuûa pectin seõ aûnh höôûng ñeán vieäc taïo
thaønh caùc loaïi enzyme vôùi haøm löôïng khaùc nhau. Moät ví duï ñieån hình laø
polymethylgalacturonase vaø pectin esterase chæ coù theå ñöôïc toång hôïp vôùi hoaït tính cao
khi trong moâi tröôøng coù chöùa pectin coù möùc ñoä methoxyl hoùa cao. Ngöôïc laïi, khi nuoâi
caáy trong moâi tröôøng chöùa pectin coù möùc ñoä methoxyl hoùa thaáp thì laïi kích thích cho söï
sinh toång hôïp polygalacturonase vaø pectate lyase. [32]
Ngoaøi pectin ra, trong moät soá tröôøng hôïp, ngöôøi ta cuõng coù theå keát hôïp boå sung moät
soá thaønh phaàn cô chaát khaùc ñoùng vai troø laø nguoàn chaát dinh döôõng cho teá baøo sinh
tröôûng vaø taêng sinh khoái. Caùc chaát naøy coù theå laø caùc loaïi mono-, di- hoaëc trisaccharide
nhö glucose, saccharose,... Tuy nhieân, vieäc boå sung caùc thaønh phaàn naøy caàn phaûi ñöôïc
tieán haønh khaûo saùt tröôùc vì söï coù maët cuûa chaát naøy coù theå daãn ñeán hieän töôïng öùc cheá
söï sinh toång hôïp enzyme ngay caû khi coù maët cuûa chaát caûm öùng. Hình 2.4 bieåu dieãn aûnh
höôûng vieäc löïa choïn nguoàn carbon khaùc nhau ñeán hoaït tính polygalacturonase thu ñöôïc
töø A. niger trong canh tröôøng beà saâu. Qua ñoù cho thaáy, hoaït tính endo-PG vaø exo-PG
ñaït ñöôïc cao nhaát khi nuoâi caáy trong moâi tröôøng chæ chöùa pectin laøm cô chaát caûm öùng.
Trong haàu heát caùc tröôøng hôïp coù boå sung caùc loaïi monosaccharide hoaëc disaccharide
vaøo moâi tröôøng nuoâi caáy ñeàu coù taùc duïng laøm chaäm hoaëc kìm haõm söï sinh toång hôïp
enzyme polygalacturonase. [32, 51, 91]
LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
16
CHÖÔNG 2: TOÅNG QUAN
Toùm laïi, vieäc löïa choïn nguoàn carbon thích hôïp ñeå nuoâi caáy coøn tuøy thuoäc vaøo loaïi
enzyme caàn thu nhaän (endo- hoaëc exo- pectinase) vaø phaûi ñöôïc tieán haønh khaûo saùt
baèng thöïc nghieäm.
2- Nguoàn nitô [4, 6, 28, 51, 87]
Nguoàn nitô cuõng ñoùng vai troø quan troïng trong thaønh phaàn moâi tröôøng nuoâi caáy naám
sôïi. Caùc nguoàn nitô khaùc nhau seõ aûnh höôûng ñeán hoaït tính cuûa enzyme do vi sinh vaät
sinh toång hôïp. Coù theå söû duïng nguoàn nitô ôû 2 daïng:
–
Nguoàn nitô höõu cô: nöôùc chieát ngoâ, boät ñaäu naønh, boät mì, dòch thuûy phaân casein,
peptone, cao thòt, cao naám men, ….
–
Nguoàn nitô voâ cô: muoái ammonium hoaëc muoái nitrat nhö: (NH 4)2SO4, NH4NO3,
(NH4)2HPO4, NaNO3 ...
Baûng 2.6 AÛnh höôûng cuûa nguoàn nitô leân hoaït tính endo-PGase ôû Asp. awamori [6]
Nguoàn nitô
Cao thòt
Chaát chieát naám men
Soy protein
(NH4)2SO4
NH4Cl
NH4NO3
(NH4)2HPO4
NaNO3
Hoaït tính endo-PGase (U/ml)
1,133
1,077
0,870
0,805
0,727
0,873
0,765
0,895
Söï toång hôïp pectinase töø naám sôïi coøn phuï thuoäc vaøo haøm löôïng caùc hôïp chaát coù
chöùa nitô trong moâi tröôøng nuoâi caáy. Do ñoù, ta caàn phaûi xaùc ñònh nguoàn nitô vaø haøm
löôïng söû duïng baèng phöông phaùp thöïc nghieäm. Baûng 2.6 cho thaáy aûnh höôûng cuûa vieäc
boå sung caùc nguoàn nitô khaùc nhau leân hoaït tính cheá phaåm endo-polygalacturonase
(endo-PG) thu ñöôïc töø A. awamori trong canh tröôøng nuoâi caáy beà saâu. Döïa vaøo ñoù, ta
coù theå thaáy raèng hoaït tính endo-PG thaáp nhaát khi nuoâi caáy A. awamori trong moâi tröôøng
söû duïng NH4Cl (0,727 U/mL) hoaëc (NH 4)2HPO4 (0,765 U/mL). Trong caùc nguoàn nitô höõu
cô thì cao thòt cho hoaït tính endo-polygalacturonase cao nhaát (1,133 U/mL). Trong caùc
nguoàn nitô voâ cô thì NH 4NO3 vaø NaNO3 cho hoaït tính endo-polygalacturonase cao nhaát
(0,873 U/ml vaø 0,895 U/ml). Nhö vaäy, tuøy theo loaøi vi sinh vaät söû duïng maø ta ñieàu chænh
tæ leä thích hôïp giöõa haøm löôïng carbon vaø nitô trong moâi tröôøng nuoâi caáy. [6]
3- Caùc nguyeân toá khaùc
Theo Tewari vaø coäng söï (2005), thaønh phaàn khoaùng söû duïng (0.05-3.0 mM) trong
nuoâi caáy sinh toång hôïp pectinase theo phöông phaùp beà saâu bao goàm: CaCl 2.2H2O,
LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
CHÖÔNG 2: TOÅNG QUAN
17
MgSO4.7H2O, CuCl2.H2O, CoCl2.2H2O, MnSO4.4H2O, H3BO3, ZnCl2, Fe (III) citrate,
Na2MoO4.2H2O, FeSO4, KCl vaø NaCl. [97]
Thu nhaän pectinase treân moâi tröôøng nuoâi caáy beà saâu
Trong phöông phaùp nuoâi caáy beà saâu (Submerged fermentation), ngöôøi ta cho vi sinh
vaät phaùt trieån trong moâi tröôøng loûng. Gioáng vaø moâi tröôøng dinh döôõng ñöôïc ñöa vaøo moät
laàn ñeå tieán haønh quaù trình nuoâi caáy. Quaù trình sinh toång hôïp pectinase trong canh
tröôøng beà saâu dieãn ra trong khoaûng thôøi gian 24 – 120 giôø tuøy vaøo gioáng vi sinh vaät söû
duïng. Sau ñoù, caû canh tröôøng nuoâi caáy ñöôïc thaùo ra khoûi thieát bò ñeå thöïc hieän tieáp quaù
trình taùch vaø tinh saïch. [4, 6, 8, 10, 67]
Caùc vi sinh vaät bao goàm caû naám men, naám sôïi, vi khuaån ñeàu thích hôïp vôùi phöông
phaùp naøy. Hieän nay, trong lónh vöïc thu nhaän pectinase, ngöôøi ta thöôøng söû duïng nhoùm
vi sinh vaät hieáu khí. Ñeå cung caáp ñuû oxy cho vi sinh vaät phaùt trieån, quaù trình suïc khí laø
raát caàn thieát. Beân caïnh ñoù, ngöôøi ta coøn söû duïng caùnh khuaáy (quy moâ coâng nghieäp)
hoaëc laéc ñaûo (quy moâ phoøng thí nghieäm) ñeå cung caáp oxy cho vi sinh vaät vaø giuùp caùc
thaønh phaàn trong moâi tröôøng trôû neân ñoàng ñeàu hôn. [3, 7, 8, 10]
Baûng 2.7 toùm taét moät soá keát quaû nghieân cöùu trong lónh vöïc thu nhaän
polygalacturonase vi sinh vaät baèng phöông phaùp nuoâi caáy beà saâu. [28]
Hieän nay, trong coâng nghieäp saûn xuaát enzyme noùi chung, haàu heát caùc nhaø saûn xuaát
ñeàu söû duïng phöông phaùp nuoâi caáy beà saâu vì phöông phaùp naøy coù nhöõng öu ñieåm sau:
[8, 10, 13, 77]
–
Tieát kieäm nhaân coâng vaø dieän tích nhaø xöôûng;
–
Khaû naêng cô giôùi hoùa cô giôùi hoùa, töï ñoäng hoùa quaù trình nuoâi caáy thöïc hieän deã
daøng hôn do canh tröôøng nuoâi caáy ñoàng nhaát maø nhôø ñoù coù theå chuû ñoäng ñieàu
chænh caùc thoâng soá nhö noàng ñoä, nhieät ñoä, pH, löôïng O2;
–
Vaán ñeà ñieàu khieån quaù trình sinh toång hôïp enzyme cuõng thuaän lôïi hôn;
–
Löôïng cô chaát soùt thaáp, nhôø ñoù, tieát kieäm chi phí saûn xuaát;
–
Ít sinh ra caùc enzym taïp, töø ñoù, giaûm chi phí quaù trình tinh saïch;
–
Chi phí cho quaù trình ñieàu nhieät, cung caáp oxy thaáp hôn;
–
Khoâng caàn thieát phaûi qua giai ñoaïn trích ly trong quaù trình tinh saïch enzym do ñoù
coù theå ruùt ngaén quy trình saûn xuaát.
Baûng 2.7 Thu nhaän polygalacturonase baèng phöông phaùp nuoâi caáy beà saâu [28]
LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
CHÖÔNG 2: TOÅNG QUAN
18
(*) Ñôn vò quoác teá tính baèng löôïng enzyme caàn ñeå giaûi phoùng 1 mol acid galacturonic trong 1
phuùt.
(**) Ñôn vò hoaït tính ñöôïc hieäu chænh töø 140U/5g caùm mì veà ñôn vò quoác teá U/mL.
Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán quaù trình nuoâi caáy thu nhaän pectinase töø naám sôïi trong
canh tröôøng nuoâi caáy beà saâu
1- Tyû leä gioáng caáy
Theo quy luaät, tyû leä gioáng caáy aûnh höôûng ñeán toác ñoä sinh tröôûng vaø löôïng sinh khoái
trong canh tröôøng töø ñoù aûnh höôûng ñeán naêng suaát vaø hieäu suaát sinh toång hôïp caùc saûn
phaåm trao ñoåi chaát. [30]
–
Löôïng gioáng cao: toác ñoä sinh tröôûng cao, tieâu hao cô chaát cho sinh tröôûng taêng,
thôøi gian nuoâi caáy ngaén, chi phí cao cho quaù trình nhaân gioáng.
–
Löôïng gioáng thaáp: toác ñoä sinh tröôûng chaäm, thôøi gian nuoâi caáy keùo daøi.
Khi khaûo saùt haøm löôïng gioáng caáy ban ñaàu leân hoaït tính endo-PGase toång hôïp töø
Asp. awamori, Phaïm Thaønh Leã vaø coäng söï (2007) ñaõ tìm ra tyû leä thích hôïp ñoái vôùi quaù
LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
19
CHÖÔNG 2: TOÅNG QUAN
trình sinh toång hôïp enzyme naøy laø khoaûng 34 mg chaát khoâ baøo töû cho 1 lít canh tröôøng
nuoâi. Khi ñoù, hoaït tính endo-PGase thu ñöôïc laø cöïc ñaïi (0.903 U/mL) sau 30 giôø nuoâi
caáy. Keát quaû nghieân cöùu ñöôïc trình baøy trong baûng 2.8: [6]
Baûng 2.8
So saùnh aûnh höôûng löôïng gioáng caáy ñeán hoaït tính endo-polygalacturonase
töø Asp. awamori vôùi nhöõng tyû leä gioáng caáy khaùc nhau
Löôïng gioáng caáy
(mg chaát khoâ baøo töû/lít moâi tröôøng)
Hoaït tính endo-PG cao nhaát (U/mL)
Thôøi ñieåm thu nhaän (giôø)
17
34
68
136
272
0,885
36
0,903
30
0,828
30
0,722
28
0,678
26
2- Ñieàu kieän nuoâi caáy
i) AÛnh höôûng cuûa pH ban ñaàu
Keát quaû nghieân cöùu tröôùc ñaây cuûa Phaïm Thaønh Leã vaø coäng söï (2007), veà aûnh
höôûng cuûa pH ban ñaàu ñeán hoaït tính endo-polygalaturonase thu ñöôïc töø canh tröôøng
naám sôïi Asp. awamori ñöôïc trình baøy trong baûng 2.9. [6]
Baûng 2.9
AÛnh höôûng pH ban ñaàu cuûa moâi tröôøng nuoâi caáy A. awamori ñeán hoaït tính
endo-polygalacturonase
pH ban ñaàu
Hoaït tính endo-PG cao nhaát (U/mL)
Thôøi ñieåm thu nhaän (giôø)
3,5
0,323
30
4,5
0.903
30
5,0
1.039
30
5,5
0.94
32
6,0
0,868
34
6,5
0.842
36
Soá lieäu trong baûng 2.9 cho thaáy, pH ban ñaàu thích hôïp cho Asp. awamori sinh toång
hôïp hoaït tính endo-PGase dao ñoäng quanh giaù trò pH = 5.0, khi ñoù hoaït tính endo-PG
ñaït cao nhaát laø 1.039 U/mL sau 30 giôø nuoâi caáy.
ii) AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä
Nhieät ñoä nuoâi caáy phaûi ñöôïc kieåm soaùt chaët cheõ vaø ñieàu chænh ñeán nhieät ñoä toái thích
cho naám sôïi phaùt trieån. Nhieät ñoä quaù cao hay quaù thaáp ñeàu aûnh höôûng quaù trình sinh
tröôûng vaø sinh toång hôïp enzyme trong teá baøo. Maëc khaùc, nhieät ñoä coøn aûnh höôûng ñeán
ñoä hoaø tan cuûa oxy trong canh. Nhieät ñoä caøng thaáp thì ñoä hoaø tan cuûa oxy caøng cao.
Nhöng neáu nhieät ñoä quaù thaáp (döôøi 25 oC) seõ laøm chaäm quaù trình sinh tröôûng cuûa naám
sôïi, töø ñoù, keùo daøi thôøi gian nuoâi caáy. [6]
Baûng 2.10
AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä moâi tröôøng nuoâi caáy A. awamori ñeán hoaït tính
endo-polygalacturonase [6]
Nhieät ñoä nuoâi caáy, oC
LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
27
30
33
36
39
20
CHÖÔNG 2: TOÅNG QUAN
Hoaït tính endo-PG cao nhaát (U/mL)
Thôøi ñieåm thu nhaän (giôø)
0,996
34
1,191
30
1,195
28
1,269
22
1,107
20
Soá lieäu trong baûng 2.10 cho thaáy, nhieät ñoä moâi tröôøng nuoâi caáy thích hôïp nhaát ôû
36oC, khi ñoù hoaït tính endo-polygalacturonase ñaït cao nhaát laø 1,269 U/mL sau 22 giôø
nuoâi caáy.
iii) AÛnh höôûng cuûa suïc khí vaø khuaáy troän
Theo Friedrich J. vaø coäng söï (1989), söï taêng cöôøng cheá ñoä suïc khí vaø khuaáy troän
trong quaù trình nuoâi caáy coù khaû naêng laøm taêng hieäu suaát thu nhaän pectinase maø khoâng
aûnh höôûng ñeán hình thaùi cuûa sôïi naám. Keát quaû nghieân cöùu nuoâi caáy naám sôïi Aspergillus
niger A138 trong bình nuoâi caáy dung tích 10L cho thaáy, neáu taïi thôøi ñieåm toác ñoä sinh
tröôûng ñaït cöïc ñaïi, toác ñoä suïc khí taêng leân töø 0.5vvm ñeán 1.2vvm vaø toác ñoä khuaáy taêng
töø 300rpm ñeán 500rpm thì hoaït tính pectinase thu ñöôïc taêng leân 2 laàn so vôùi tröôøng hôïp
giöõ nguyeân cheá ñoä cuõ. [31]
2.1.3 ÖÙNG DUÏNG CUÛA PECTINASE TRONG COÂNG NGHIEÄP
Pectinase ñöôïc xem laø moät trong nhöõng cheá phaåm enzyme quan troïng trong coâng
ngheä thöïc phaåm vaø thöôøng ñöôïc söû duïng trong caùc lónh vöïc nhö saûn xuaát röôïu vang vaø
nöôùc traùi caây leân men coù ñoä coàn thaáp, saûn xuaát nöôùc rau quaû khoâng coàn, saûn xuaát caùc
saûn phaåm töø quaû: möùt nhöø, möùt ñoâng, saûn xuaát caø pheâ, ca cao...
ÖÙng duïng trong coâng ngheä saûn xuaát nöôùc quaû
Trong coâng nghieäp saûn xuaát nöôùc quaû, ngöôøi ta thöôøng taïo ra 2 daïng saûn phaåm laø
nöôùc quaû trong vaø nöôùc quaû ñuïc. Phöông phaùp taïo nöôùc quaû trong thöôøng duøng ñeå saûn
xuaát nöôùc eùp taùo, leâ, nho, daâu,…. Phöông phaùp taïo nöôùc quaû ñuïc ñöôïc duøng ñeå saûn
xuaát nöôùc eùp caùc loaïi citrus (cam, chanh, böôûi,… ), xoaøi, mô, oåi, ñu ñuû, thôm, chuoái,…
Muïc ñích söû duïng pectinase laø:
1- Naâng cao hieäu suaát thu hoài chaát chieát cho quaù trình eùp vaø thu nhaän dòch quaû
Trích ly hoaëc eùp rau quaû ñeå thu hoài chaát chieát laø moät trong nhöõng coâng ñoaïn quan
troïng caû veà maët kyõ thuaät laãn kinh teá trong coâng ngheä cheá bieán rau quaû. Hieäu suaát thu
hoài chaát chieát phuï thuoäc vaøo nhieàu yeáu toá nhö: ñoä thaåm thaáu cuûa teá baøo moâ quaû, caáu
taïo teá baøo, moâ thöïc vaät vaø tính chaát cô lyù cuûa nguyeân lieäu, ñoä nhôùt cuûa dòch baøo, ñoä
chaéc cuûa thòt quaû, thaønh phaàn, haøm löôïng vaø söï phaân boá cuûa pectin trong rau quaû, möùc
ñoä nghieàn nguyeân lieäu… Thoâng thöôøng, hieäu suaát thu hoài chaát chieát töø rau quaû chæ ñaït
döôùi 70%, nhöng neáu ta boå sung cheá phaåm enzyme pectinase trong quaù trình xöû lyù thì
seõ laøm taêng hieäu suaát thu hoài chaát chieát leân theâm 15-25%. [2, 15, 17, 24, 90]
2- Laøm trong vaø caûi thieän ñoä nhôùt cho caùc saûn phaåm thöùc uoáng töø rau quaû
LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
CHÖÔNG 2: TOÅNG QUAN
21
Söï coù maët cuûa pectin trong dòch rau quaû thu ñöôïc seõ taïo ñoä nhôùt cho saûn phaåm vaø
laøm keùo daøi thôøi gian loïc. Hôn nöõa, pectin trong dung dòch ôû daïng keo neân deã gaây ñuïc
saûn phaåm trong quaù trình baûo quaûn. Ñoái vôùi nöôùc quaû trong, ta caàn phaûi coù bieän phaùp
xöû lyù, phaù huûy heä thoáng keo do pectin gaây neân trong dòch rau quaû. Enzyme pectinase
seõ xuùc taùc phaûn öùng thuûy phaân pectin laøm giaûm kích thöôùc vaø troïng löôïng phaân töû. Khi
ñoù ñoä trong cuûa dòch rau quaû seõ taêng leân. [17, 65, 99, 101]
3- Laøm taêng haøm löôïng chaát khoâ hoøa tan cuûa dòch eùp
Ñoàng thôøi vôùi taùc duïng laøm trong, söï thuûy phaân pectin do enzyme pectinase seõ taïo
thaønh caùc acid polygalacturonic maïch ngaén hay caùc monogalacturonic, digalacturonic...
Nhöõng saûn phaåm naøy khoâng coù khaû naêng keo hoùa, do ñoù laøm taêng haøm löôïng chaát
chieát hoaø tan töø nguyeân lieäu vaøo dòch quaû, giaûm ñoä nhôùt vaø taêng ñoä beàn hoùa lyù cuûa saûn
phaåm nöôùc quaû. Ngoaøi ra, khi söû duïng cheá phaåm pactinase, khaû naêng trích ly caùc hôïp
chaát hoaø tan, maøu, muøi, cuõng nhö caùc vitamine cuõng taêng leân do söï phaù vôõ caáu truùc teá
baøo thòt quaû cuõng nhö voû quaû. [99, 101]
ÖÙng duïng trong coâng ngheä saûn xuaát röôïu vang
ÖÙng duïng cuûa pectinase trong saûn xuaát röôïu vang cuõng vôùi nhöõng muïc ñích töông
töï nhö trong saûn xuaát nöôùc quaû trong. Ngoaøi ta, ngöôøi ta coøn thaáy raèng, neáu boå sung
pectinase vaøo hoãn hôïp dòch quaû (ñaõ qua xöû lyù nhieät) tröôùc khi leân men coù theå laøm taêng
ñoä maøu vaø caûi thieän ñoä beàn hoùa lyù cho röôïu vang thaønh phaåm so vôùi khi khoâng xöû lyù
baèng pectinase (theo Revilla I. vaø coäng söï, 2003). [74]
ÖÙng duïng trong coâng ngheä saûn xuaát möùt quaû
Trong saûn xuaát caùc saûn phaåm töø quaû (möùt nhuyeãn, möùt ñoâng… ) pectinase cuõng coù
vai troø quan troïng. Nhôø pectinase maø coù theå thu ñöôïc dòch quaû coù noàng ñoä chaát khoâ
cao hôn. Chaúng haïn nhö trong saûn xuaát möùt taùo, dòch taùo ñaõ qua xöû lyù baèng pectinase
coù theå coâ ñaëc leân ñeán haøm löôïng chaát khoâ ñaït 72 o Brix. Trong khi ñoù, neáu khoâng taùch
caùc pectin thì saûn phaåm deã bò keo tuï vaø khoâng theå coâ ñaëc ñeán noàng ñoä cao ñöôïc. [2]
ÖÙng duïng trong quaù trình khai thaùc daàu thöïc vaät
Ngöôøi ta söû duïng caùc enzyme phaân huûy vaùch teá baøo thöïc vaät, trong ñoù coù heä
enzyme pectinase ñeå hoã trôï quaù trình eùp daàu töø haït caây caûi daàu, phoâi döøa, haït hoa
höôùng döông, haït coï, quaû oâliu. Caùc enzym naøy coù taùc duïng laøm “hoùa loûng” caùc thaønh
phaàn caáu truùc vaùch teá baøo cuûa caây coù chöùa daàu. Chuùng ñöôïc boå sung vaøo trong quaù
trình nghieàn nguyeân lieäu coù daàu. Do ñoù, daàu ñöôïc phoùng thích ra deã daøng trong quaù
trình tieáp theo. Vieäc xöû lyù enzyme laøm taêng saûn löôïng daàu. Söï taêng saûn löôïng naøy phuï
thuoäc vaøo pH, nhieät ñoä vaø lieàu löôïng cuûa enzym ñöôïc söû duïng. [15, 45, 99]
LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
CHÖÔNG 2: TOÅNG QUAN
22
ÖÙng duïng trong quaù trình leân men cheø, caø pheâ
Thaønh phaàn chuû yeáu trong lôùp voû nhaøy cuûa haït caø pheâ laø pectin. Vì theá, trong quaù
trình leân men caø pheâ, ngöôøi ta duøng enzyme pectinase ñeå phaân giaûi pectin, loaïi lôùp voû
nhaøy khoûi haït caø pheâ. Cheá phaåm pectinase thöông maïi ñöôïc hoøa tan vaø phun vaøo khoái
haït vôùi haøm löôïng 2-10g/taán ôû 15-20oC. Khi ñöôïc xöû lyù vôùi enzym pectinase, quaù trình
leân men haït caø pheâ dieãn ra nhanh hôn vaø thôøi gian ñöôïc ruùt ngaén töø 40 – 80 giôø xuoáng
coøn khoaûng 20 giôø. Tuy nhieân, do vieäc xöû lyù caø pheâ vôùi cheá phaåm enzym pectinase
thöông maïi ôû quy moâ lôùn coù giaù thaønh cao neân trong thöïc teá saûn xuaát, ngöôøi ta thöôøng
taùi söû duïng lôùp voû nhaøy cuûa caø pheâ thaûi ra ñeå nuoâi caáy vi khuaån sinh enzym pectinase.
Canh tröôøng sau leân men ñöôïc xöû lyù sô boä vaø sau ñoù phun vaøo haït. [24, 45 ]
Trong saûn xuaát cheø ñen, neáu laù cheø ñöôïc xöû lyù baèng pectinase thì thôøi gian leân men
seõ ñöôïc ruùt ngaén do pectin trong laù cheø bò phaân giaûi seõ giuùp cho quaù trình trích ly caùc
polyphenol ra khoûi teá baøo deã daøng hôn. Ngoaøi ra, neáu pectin bò phaân giaûi cuõng giuùp laøm
giaûm khaû naêng taïo boït ñoái vôùi caùc saûn phaåm traø hoøa tan. [45]
ÖÙng duïng laøm meàm moâ thöïc vaät vaø coâ laäp protoplast (teá baøo traàn)
Trong quaù trình lai taïo gioáng ôû thöïc vaät, ngöôøi ta khoâng theå chuyeån caùc toå hôïp gene
mong muoán vaøo teá baøo baèng phöông phaùp thao taùc gene thoâng thöôøng. Ngaøy nay,
ngöôøi ta söû duïng phöông phaùp dung hôïp caùc protoplast ñöôïc coâ laäp töø teá baøo sinh
döôõng ôû thöïc vaät baäc cao trong ñieàu kieän nuoâi caáy invitro vaø phaùt trieån noù thaønh gioáng
lai. Ñaây thöïc söï laø moät coâng cuï höõu hieäu ñeå laøm taêng söï ña daïng veà ñaëc tính di truyeàn
ôû thöïc vaät baèng nhöõng toå hôïp gene khoâng coù trong töï nhieân (Gleba, 1978). Ñeå thöïc
hieän ñieàu naøy, ñaàu tieân, ngöôøi ta laøm meàm moâ thöïc vaät baèng caùch xöû lyù vôùi enzyme
pectinase, sau ñoù tieáp tuïc xöû lyù vôùi enzym cellulase ñeå chuyeån moâ naøy thaønh
protoplast. Noàng ñoä caùc enzym laø: pectinase 0,5% vaø cellulose 0,5%, chænh pH 5,6
baèng HCl 2N (Tanabe, 1968; Bock, 1983). [45]
2.2 CAÙC KYÕ THUAÄT TINH SAÏCH CHEÁ PHAÅM ENZYME
Coù raát nhieàu kyõ thuaät vaø phöông phaùp tinh saïch khaùc nhau ñeå tinh saïch enzyme.
Caùc kyõ thuaät naøy ñöôïc aùp duïng chuû yeáu döïa vaøo tính chaát cuûa phaân töû protein nhö kích
thöôùc, khoái löôïng phaân töû, khaû naêng tích ñieän, ... Moãi kyõ thuaät tinh saïch ñeàu coù öu vaø
nhöôïc ñieåm rieâng trong vieäc chieát taùch caùc loaïi protein-enzyme khaùc nhau. Trong
khuoân khoå cuûa luaän vaên naøy, chuùng toâi xin giôùi thieäu moät soá kyõ thuaät cô baûn vaø thöôøng
ñöôïc aùp duïng trong tinh saïch pectinase.
LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
- Xem thêm -
.DOC 
33 
191 
70 
