MỤC LỤC
TÓM TẮT
MỤC LỤC
DANH SÁCH HÌNH
DANH SÁCH BẢNG
CHƯƠNG 1.GIỚI THIỆU
1.1.Đặt vấn đề
1.2.Mục tiêu nghiên cứu
CHƯƠNG 2.LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1.Giới thiệu về bưởi
2.2.Khả năng ức chế hoạt động của enzyme pectinmetylesterase
2.3.Giới thiệu enzyme bromelain
CHƯƠNG 3.PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
3.1.Phương tiện nghiên cứu
3.2.Phương pháp nghiên cứu
CHƯƠNG 4.KẾT QUẢ THẢO LUẬN
CHƯƠNG 5.KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
5.1.Kết luận
5.2.Đề nghị
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
40 trang |
Chia sẻ: maiphuongtl | Lượt xem: 3287 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Sử dụng enzyme bromelain - Khóm để ức chế hoạt động của enzyme pectinmetylesterase trong nước ép trái bưởi, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
c yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme bromelain. Từ đó tìm ra
những điều kiện tốt nhất mà bromelain có thể ức chế được hoạt động của enzyme
pectinmetylesterase một cách hiệu quả nhất.
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 2
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1 Giới thiệu về bưởi
2.1.1 Nguồn gốc
Theo nhiều tài liệu, bưởi có nguồn gốc từ Đông Nam Á, quần đảo Mã Lai , sau này lan
dần sang Châu Á và đến Châu Úc. Bưởi được xem như là giống cây quan trọng ở
Đông Nam Á. Cây cao từ 5-15m, thường có gai lớn (nhất là trồng hột), nhánh non có
lông tơ, bưởi chịu được cả nhiệt độ cao và cả nhiệt độ thấp, giống này có khả năng
phát triển ở những vùng đất thấp hay khô hạn. Ở Việt Nam, bưởi được trồng nhiều ở
khu vực đồng bằng sông Cửu Long với nhiều giống với các tên gọi khác nhau.
Bưởi da xanh được trồng nhiều ở tỉnh Bến Tre. Giống ưởi này được biết đến trong vài
năm gần đây nhờ phẩm chất thơm ngon, trái hình cầu, nặng khoảng 1,1 kg, có màu từ
hồng đến đỏ không đều, bó khá chặt, nước quả khá ngọt (Brix=9,5-12%), tỷ lệ thịt quả
trên 55%, có vị thơm và rất ngon.
Giống như cam, quýt, bưởi được sử dụng rộng rãi vì có chứa nhiều chất dinh dưỡng
cần thiết cho cơ thể nhất là vitamin C. Vị chua nhẹ và hơi đắng của bưởi giúp dễ tiêu
hóa và tuần hoàn máu. Trái bưởi được chế biến thành nhiều loại sản phẩm: nước giải
khát, xyrô, mứt, rượu…
2.1.2 Thành phần
Bảng 1: Thành phần dinh dưỡng của bưởi trong 100 g phần ăn được
Nước (g) 91.38 P (mg/100g) 9
Tro (g) 0,29 Fe (mg/100g) 0,12
Protein (g) 0,55 Mg (mg/100g) 8
Carbonhydrate (g) 7.68 K (mg/100g) 129
Chất xơ (g) 0,7 B2(mg/100g) 0,02
Năng lượng (kj) 126 P.P (mg/100g) 0,1
Ca (mg/100g) 11 C (mg/100g) 38.1
(6)
Bảng 2: Hàm lượng khoáng chất của bưởi so với một số trái cây khác (ppm)
Trái cây Canxi Phospho Magie Kali
Bưởi 170 160 100 2000
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 3
Táo 100 130 100 1500
Chuối 100 300 300 4000
Sơ ri 200 300 150 2500
Chanh 80 100 70 1400
Cam 350 300 130 1400
Khóm 110 100 150 2500
(5 )
Bảng 3: Hàm lượng vitamin của bưởi so với một số trái cây khác (ppm)
Trái cây Vitamin A Vitamin B1 Vitamin B2 Vitamin C
Bưởi 2 0,5 0,2 400
Táo 0,5 0,3 0,2 100
Chuối 2 0,5 0,6 100
Sơ ri 2 0,4 0,7 2000
Chanh 2 0,4 0,2 500
Cam 1 0,9 0,4 500
Khóm 0,3 0,8 0,4 200
(5 )
2.1.3 Dược tính của bưởi
Nước khoáng trong bưởi chứa hàm lượng vitamin C cao
Vitamin C có khả năng phòng chống ung thư
Vitamin C có khả năng phòng chống các bệnh tim mạch (4).
Nước bưởi giúp ngăn ngừa bệnh tiểu đường
Theo y học hiện đại, nước bưởi có chứa thành phần tựa như insulin, giúp hạ đường
huyết, có tác dụng hỗ trợ đối với bệnh nhân tiểu đường, cao huyết áp (7).
Ăn bưởi đều đặn sẽ giúp giảm cân và phòng chống thư
Một hoặc hai quả bưởi mỗi ngày, cùng với một khẩu phần ăn khoa học, có thể giúp
bạn giảm cân. Nó cũng giúp làm giảm nguy cơ ung thư ở những người hút thuốc nhờ
tác dụng khống chế hoạt động của chất sinh ung thư trong khói thuốc (8).
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 4
PME
2H2O
Ăn bưởi làm giảm cholesterol
Trong bưởi có pectin, chất sợi hòa tan có tác dụng làm giảm cholesterol trong máu,
giảm chất béo thâm nhập vào cơ thể. Theo nghiên cứu trên những người có lượng
cholesterol trong máu cao, việc ăn thường xuyên 15 g pectin trong bưởi trong thời gian
4 tháng giúp giảm cholesterol trung bình 8%, trong một vài trường hợp cá biệt giảm
đến 20% (9).
Giảm tai biến tim mạch
Hesperidin và naringin là hai chất flavonoid có trong bưởi giúp bảo vệ tính đàn hồi của
mạch máu, ngừa xơ cứng động mạch, gián tiếp chống cao huyết áp và tai biến mạch
máu não. Acid galacturonique trong bưởi tác động đặc biệt lên cholesterol xấu, một
trong những yếu tố tạo nên mảng xơ vữa thành mạch làm giảm độ đàn hồi của động
mạch. Chính tác động này có tác dụng săn đuổi và loại bỏ sự tích tụ cholesterol, đồng
thời làm sạch các mạch máu (9).
2.1.4 Enzyme pectinmetylesterase
Pectinmetylesterase (PME) còn có tên là Pectinesterase hay pectin-pectinhydrolase
(EC 3.1.1.11), là enzyme xúc tác thủy phân của các nhóm methyl ester của các gốc
galacturonase nằm kề đơn vị không bị ester hóa. Tức là phân cắt các nhóm methoxyl (-
COOCH3) đứng cạnh các nhóm –COOH tự do.
Hình 1: Cơ chế phân cắt của pectinmethylesterase
Cấu trúc khác nhau của chuỗi galacturonan: các gốc bị acetyl hóa, các nhóm ester bị
chuyển đổi thành amid hay bị khử đến rượu bậc một hay sự tồn tại của các vùng có
nhiều mạch nhánh sẽ ức chế hoạt động của enzyme pectinmetylesterase (PME).
Polygalacturonic acid cũng là chất ức chế cạnh tranh của PME (3).
Tốc độ để ester hóa trên mạch pectin phụ thuộc vào độ dài của mạch. Đối với
pectinmetylesterase có nguồn gốc từ thực vật tấn công hoặc đầu không khử hoặc gần
với nhóm carboxyl tự do và tiến dọc theo phân tử bằng cơ chế chuỗi đơn.
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 5
Bảng 4: Thành phần pectin trong một số loại trái cây
Trái cây Pectin (% w/w) Loại pectinase pH
Táo 0,7-0,8 PE-PG 3,5
Chuối 0,5-0,6 PE-PG -
Sơ ri 0,2-0,3 PE 3
Bưởi 1,3-1,6 PE 3,2
Cam 0,6-0,9 PE 2,2
(5 )
Cà chua chứa ít nhất 2 loại PME: PME1 và PME2. PME1 giảm vào giai đoạn chín
nhưng PME2 tích lũy dần cho đến khi trái có màu đặc trưng của trái chín. PME có
khối lượng 23kD, pH tối ưu 7,6. Enzyme này bị bất hoạt 50% sau 5 phút đun ở 67oC.
Các ion Ca2+ và Na+ làm tăng hoạt độ của enzyme lên tối đa ở nồng độ 0,005M và
0,05M theo thứ tự.
Pectinesterase (PE) của đậu nành là protein có khối lượng 33kD, hoạt động ở pH tối
ưu gần bằng 8.
Chuối có hai loại pectinesterase (PE). Cả hai cùng có khối lượng phân tử là 30kD,
nhưng điểm đẳng điện khác nhau: 8,8 và 9,3; pH tối thích là 7,5. Hoạt độ của hai
enzyme này tăng khi thêm vào dung dịch NaCl 0,2M, và đưa pH của dung dịch về 6.
Các enzyme này bị ức chế bởi nhiều loại polyol có khối lượng phân tử thấp, như
glycerol, sucrose, glucose, maltose, và galactose.
PE trong quả cam (cũng như các quả họ citrus khác) có hai loại: PE1 và PE2 có khối
lượng phân tử 36kD, nhưng có điểm đẳng điện khác nhau là 10,5 và ≥11, theo thứ tự.
pH tối ưu của PE1 = 7,6, còn PE2 = 8,0 (3).
Sự có mặt của PE trong trái cây họ citrus là nguyên nhân gây ra các vấn đề cần được
giải quyết trong công nghệ thực phẩm, tức là sự mất đi của các vết vẩn đục trong dịch
ép. Nếu PE không bị ức chế trực tiếp sau khi chiết tách dịch quả bằng cách bất hoạt
bởi nhiệt hay lạnh đông, các phân tử pectin sẽ bị đề ester hóa và sẽ bị đông tụ bởi sự
có mặt của ion Ca2+ trong dịch ép. Để ngăn chặn điều này, nước ép phải được tách
phần cặn và phần trong. Nếu nước ép quá đặc, gel pectate hình thành và do đó nước ép
sẽ không được hoàn nguyên trở lại. Những vấn đề này làm giảm chất lượng sản phẩm
một cách nghiêm trọng. Các chất tạo hương của nước ép trái cây họ citrus cực kỳ mẫn
cảm với nhiệt.
Các phương pháp sản xuất trái cây đông lạnh được thực hiện. Polyphenol có thể ức
chế được hoạt động của PE nhưng lại gây ảnh hưởng đến vấn đề cảm quan (vị và tính
đồng nhất của sản phẩm. PE đồng thời là một chất ức chế sản phẩm cuối, nhưng nếu
thêm pectic acid vào lại làm cho nước ép bị phân lớp.
Việc thêm các exo-enzyme : PG (polygalactorunase) làm phân hủy pectin có mức
ester hóa thấp hình thành trước khi đông tụ với Ca2+ xảy ra, hay PL ( pectin liase) phân
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 6
hủy pectin trong nước ép trái cây đến sản phẩm có khối lượng phân tử thấp hơn, là các
hợp chất không mẫn cảm với Ca2+, dù là đề ester hóa nhưng thực chất cũng đã thực
hiện chức năng ức chế hoạt động của enzyme PE.
Vấn đề đặt ra là nước ép được cho bay hơi nhiều lần nhằm tối ưu hóa quá trình xử lý
nhiệt và khôi phục hương vị cho sản phẩm, kết hợp với điều kiện bảo quản đông lạnh
và vận chuyển nhanh nước ép cô đặc giúp tránh được phần lớn PE bị bất hoạt do tác
động của nhiệt độ.Tuy nhiên, đối với các nước đang phát triển, vân đang tồn tại vấn đề
này trong công nghiệp sản xuất nước ép trái cây họ citrus có hoạt lực PE cao (3).
2.2 Khả năng ức chế hoạt động của enzyme pectinmetylesterase
Để ức chế hoạt động của enzyme pectinmetylesterase bằng các phương pháp nói trên
là điều khó thực hiện với điều kiện ở nước ta. PME có bản chất là một protein nên nó
dễ bị biến tính bởi nhiệt độ cao và cũng bị enzyme protease cắt đứt liên kết peptide.
Việc sử dụng nhiệt độ cao để ức chế hoạt động của enzyme này thường được áp dụng
ở các nước đang phát triển. Còn việc sử dụng enzyme protease được xem như là một
phát hiện mới dựa trên việc protease sẽ cắt đứt mạch pepetide của PME, cũng đồng
nghĩa với việc sẽ ức chế được hoạt động của enzyme PME
Sử dụng enzyme protease
Sử dụng enzyme có nhiều ưu điểm hơn so với các phương pháp khác:
Enzyme được tạo ra trong tế bào sinh vật
Enzyme tham gia phản ứng trong điều kiện nhiệt độ ôn hòa.
Protease là nhóm enzyme xúc tác sự thủy phân liên kết peptide, là liên kết chủ yếu
trong phân tử protein. Cơ chế thủy phân như sau:
Endopeptidase
HO H HO H
NH2-CH-CO-NHCH….NHCHCO-NHCHCO-NHCHCO-NHCHCOOH
R1 R2 R3 R4 R5 R6
Aminopeptidase HO H Carboxy peptidase
Exopeptidase
(3)
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 7
Thường protease trong cơ thể tồn tại dạng không hoạt động (zymogen) và có thể
chuyển thành dạng hoạt động do chính enzyme protease tương ứng tác động bằng sự
cắt đứt một hay một số liên kết peptide trong phân tử của nó.Khi đó sẽ làm thay đổi
cấu trúc phân tử theo hướng có lợi cho các hoạt động khác, enzyme chuyển sang trạng
thái họat động.
Dựa vào vị trí tác dụng của protease lên các liên kết peptide trong phân tử protein mà
người ta chia protease ra làm 2 nhóm:
Endopeptidase phân giải các liên kết peptide nằm trong phân tử protein tạo thành các
polypeptide mạch ngắn, peptone…
Exopeptidase (polypeptidase) phân cắt liên kết peptide ở 2 đầu mạch
Dựa vào thành phần amino acid và vùng pH tối ưu của protease mà người ta chia
nhóm:
Protease acid: hoạt động ở pH acid
Protease kiềm: hoạt động ở vùng pH kiềm
Protease trung tính hoạt động ở vùng pH trung tính.
Có nhiều loại enzyme protease có thể ức chế hoạt động của PE. Nhưng do đặc thù của
sản phẩm nước bưởi là pH thấp, không chịu được nhiệt độ cao, cũng như vấn đề về
nguồn ezyme và các vấn đề về kinh tế, kỹ thuật khác nên nghiên cứu này quyết định sử
dụng enzyme bromelain để tiến hành thí nghiệm.
2.3 Giới thiệu enzyme bromelain
2.3.1 Đặc điểm nguồn thu nguyên liệu
Khóm là một loại nông sản vô cùng quan trọng, chỉ đứng thứ hai - sau chuối và đóng
góp hơn 20% tổng sản lượng trái cây ở các nước nhiệt đới. Các nhà khoa học cho rằng
nguồn gốc ban đầu của khóm là ở lưu vực sông Amazon với Brazil và Paraguay là hai
nước thuần hoá được giống khóm đầu tiên.
Khóm được sản xuất một cách rộng rãi trên toàn thế giới vào những năm 1500 khi nó
bắt đầu du nhập sang châu Âu và các nước nhiệt đới. Ban đầu, khóm được người dân
vùng Caribbe gọi là Anana có nghĩa là “trái cây ngon tuyệt” (“excellent fruit”). Tên
gọi “khóm” (“pineapple”) bắt nguồn từ châu Âu vì người ta nghĩ rằng nó giống như
trái thông (“pinecone”) với phần thịt giống như một quả táo (apple).
Ngày nay, Thái Lan, Philippine, Brazil và Trung Quốc là những nước sản xuất khóm
hàng đầu trên toàn thế giới. Bên cạnh đó, các nước khác như Ấn Độ, Nigieria, Kenya,
Indonesia, Mexico và Costa Rica cũng đóng góp trên 50% tổng sản lượng khóm trên
toàn thế giới (10).
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 8
Ở nước ta, dứa trồng từ Bắc đến Nam, diện tích trồng cả nước hiện khoảng 40.000 ha
với sản lượng khoảng 500.000 tấn trong đó 90% là phía Nam. Các tỉnh trồng dứa
nhiều ở miền Nam là Kiên Giang, Tiền Giang, Cà Mau, Cần Thơ, Long An… miền
Bắc có Thanh Hóa, Ninh Bình, Tuyên Giang, Phú Thọ….miền Trung có Nghệ An,
Quảng Nam, Bình Định,… Năng suất quả bình quân một năm ở các tỉnh phía Bắc
khoảng 10 tấn, phía Nam 15 tấn/ha.
Trong năm cây dứa ra hoa nhiều vụ. Ở miền Bắc vụ chính ra hoa tháng 2-3, thu
hoạch tháng 6-7, vụ trái ra hoa tháng 6-8, thu hoạch tháng 10-12. Ở miền Nam, dứa có
thể ra hoa quanh năm, song thường tập trung vào tháng 4-5 và tháng 9-10. Từ khi ra
hoa đến thu hoạch trung bình khoảng 4-5 tháng (10).
Quả dứa được coi là một trong những cây ăn quả nhiệt đới hàng đầu, loại quả “vua”,
rất được ưa chuộng ở các nước phương Tây. Quả dứa có mùi thơm mạnh, chứa nhiều
đường, lượng calo khá cao, giàu chất khoáng, nhất là Kali, có đủ các loại vitamin cần
thiết như A, B1, B2, PP, C đặc biệt trong cây và quả dứa có chất Bromelin là một loại
men thủy phân protein (giống như chất Papain ở đủ đủ), có thể chữa được các bệnh rối
loạn tiêu hóa, ức chế phù nề và tụ huyết, làm vết thương mau thành sẹo. Trong công
nghiệp, chất Bromelin dùng làm mềm thịt để chế biến thực phẩm, nước chấm (10).
2.3.2 Enzyme bromelain
Bromelain là tên gọi chung cho nhóm enzyme thực vật chứa nhóm sulfhydryl, có khả
năng phân giải protein được thu nhận từ học Bromeliaceae, đặc biệt là cây dứa (thân
và trái).
Bromelain được trích ly từ khóm lần đầu tiên vào năm 1891 và được giới thiệu như
một sản phẩm thương mại vào năm 1957. Hoạt tính của bromelain được phát hiện ở
trong thân và quả cây khóm, nhưng trong thân khóm chứa nhiều bromelain hơn quả
khóm
Bromelain là một loại enzyme thuộc nhóm protease, nó dễ dàng thủy phân hầu hết các
loại protin như casein, gelatin, đậu nành, cá…để tạo thành các peptide, poly peptide và
các acid amin. Bromelain không giống như các các loại enzyme khác, nó hoạt động rất
rộng cả trong môi trường acid lẫn kiềm. Bromelain vẫn có hoạt tính cả trong môi
trường cơ thể sinh vật (2).
Bromelain chiếm 50% protein trong quả dứa. Nó có khả năng thủy phân khá mạnh và
hoạt động tốt ở pH từ 6-8. Enzyme bromelain có trọng lượng phân tử khoảng 33000
Da ( 3)
Trong công nghiệp, phần thân nguyên liệu được dùng làm nguyên liệu chính để sản
xuất enzyme bromelain thương mại, vì đây là nguồn nguyên liệu dồi dào đặc biệt là
sau mùa thu hoạch trái.
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 9
Enzyme bromelain quả (EC 3.4.22.33)
Tên gọi khác: bromelain quả, juice bromelain, bromelase, bromelain quả FA2.
Hoạt tính: là một endopeptidase, xúc tác phản ứng thủy phân tại vị trí bất kỳ trên mạch
polypeptide.
Cơ chất: thủy phân cơ chất tự nhiên lẫn tổng hợp tương tự như broimelain thân. Nhưng
bromelain quả hoạt động thủy phân tốt trên cơ chất tổng hợp Bz-Phe-Val-Arg-
NHMec, không phản ứng với cơ chất Z-Arg-Arg-NHMec như bromelain thân (11).
Mã số enzyme
Bromelain thân: E.C.3.4.22.32 (12).
Tên gọi khác: bromelin, bromeline, bromelain
Tên khoa học và y học: sulfuhydryl proteolytic enzyme, cytein protase
Tên thương mại: Bromanase (Kramer – Novis), bromelain 2400 Maximum Strength
(Vitalize Corp).
Bromelain là một thuật ngữ dùng chung để chỉ các enzyme được tìm thấy trong dịch
chiết từ cây dứa, chủ yếu là các protease cysteine.
i. Cấu tạo hóa học
Bromelain ở thân và quả dứa có thành phần acid amine thay đổi khác nhau. Bromelain
thân có khoảng 321-144 acid amin, còn bromelain quả có khoảng 283-161 acid amin.
Bromelain thân là một sợi polypeptide có amino acid ở đầu amin là valine và ở đầu
carbonyl là glycine. Bromelain quả có amino acid ở đầu amin là alnine.
Enzyme bromelain là một protease-thiol. Trong trung tâm hoạt động của bromelain có
cysteine. Đây là một amino acid có nhóm hóa học hoạt động mạnh là – SH
(sulfuhydryl). Phân tử có dạng hình cầu do cách sắp xếp phức tạp và trong mỗi phân tử
có tất cả 5 cầu nối disulfite.
Khi phân tích cấu trúc bậc một của bromelain, Murachi và Busan nhận thấy cách sắp
xếp amino trong phân tử bromelain như sau:
Ser-Val-Lys-Asn=Gln-Asn-Pro-Cys-Gly-AlaCys-Tryp
(3)
ii. Hoạt tính của bromelain
Bromelain có 3 hoạt tính khác nhau: peptidase, amylase và esterase. Bromelain xúc tác
phản ứng thủy phân trên nhiều cơ chất và có thể thủy phân cơ chất tự nhiên lẫn tổng
hợp.
-Gly-Cys-Lys-
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 10
Giống như papain, bromelain đóng vai trò là một endopeptidase, có khả năng tham gia
xúc tác, đẩy mạnh phản ứng thủy phân protein thành các oligopeptide và các amino
acid.
Hoạt tính của bromelain có thể được xác định theo các đơn vị: đơn vị Rorer, đơn vị
BTU, (đơn vị bromelain tyrosine), đơn vị CDU (đơn vị thủy phân casein), đơn vị GDU
(đơn vị thủy phân gelatin), đơn vị MCU (đơn vị đông tụ sữa)…
Thông thường người ta đánh giá hoạt tính của enzyme bromelain dựa trên đơn vị
MCUs hoặc GMU. 1 GMU tương đương với 1,5 MCU (8).
iii. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của bromelain
Giống như các cấu trúc sinh học khác, hoạt tính enzyme của bromelain cũng bị ảnh
hưởng bởi các yếu tố khác:
Nhân tố môi trường: nhiệt độ, pH, ion kim loại…;
Nhân tố bên trong: nồng độ enzyme, nồng độ cơ chất, một số nhóm chức của enzyme
và độ tinh khiết của enzyme…;
Các yếu tố pH, nhiệt độ cho hoạt động xúc tác của enzyme bromelain còn phụ thuộc
lẫn nhau và phụ thuộc vào các yếu tố khác như cơ chất, bản thân enzyme, thời gian
phản ứng, sự có mặt của các chất hoạt hóa…
Bromelain là một enzyme có nguồn gốc từ thực vật vì thế tính chất của enzyme này sẽ
gắn liền với một số tính chất của loại thực vật chứa chúng. Trong số các tác nhân ảnh
hưởng đến hoạt tính của enzyme thì tác nhân vật lý được quan tâm nhiều nhất bởi các
ứng dụng của nó trong thực tiễn sản xuất, đặc biệt sự ảnh hưởng bởi nhiệt độ và pH
môi trường xử lý enzyme hay trong quá trình chế biến loại thực vật chứa chúng.
Ảnh hưởng bởi nhiệt độ
Nhiệt độ có ảnh hưởng đến nhiều mức độ khác nhau lên hoạt tính của enzyme.
Enzyme có bản chất là protein nên nó không bền dưới tác dụng của nhiệt độ, đa số các
enzyme bị mất hoạt tính trên 700C (3).
Nhiệt độ của phản ứng xúc tác còn chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, đặc biệt là thời
gian phản ứng, thời gian tác dụng càng dài thì nhiệt độ sẽ có những tác động làm ảnh
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 11
hưởng đến hoạt tính của enzyme, nồng độ enzyme, nồng độ cơ chất, dạng tồn tại của
enzyme…
Các nghiên cứu cho thấy:
Bromelain hoạt động ở nhiệt độ từ 40-600C ( tối thích 50-600C) và bị ức chế ở nhệt độ
trên 65oC (17).
Bromelain tinh khiết rất nhạy cảm với nhiệt độ
Ở 50C, pH 4-10, bromelain giữ hoạt tính tối đa trên casein trong 24 giờ
Ở 550C, pH 6,1 bromelain bị bất hoạt 50% hoạt tính trong vòng 29 phút.
Quá trình đông khô, enzyme bromelain bị mất 27% hoạt tính (3).
Theo cuộc nghiên cứu của Bollag và Edelstein vào năm 1991 thì Bromelain có thể
hoạt động ở nhiệt độ từ 45-700C.
Hình 2: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt tính của bromelain
(1)
Ảnh hưởng của nhân tố pH
pH là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme, pH tối thích của
bromelain không ổn định mà còn tùy thuộc vào nhiệt độ, thời gian phản ứng, bản chất
và nồng độ cơ chất, độ tinh sạch của enzyme, bản chất của dung dịch đệm, sự hiện
diện của chất hoạt hóa.
Khoảng pH mà bromelain có hoạt tính lớn nhất từ 4-8. Tuy nhiên, pH từ 4.5-5.5 thì
khả năng thủy phân của bromelain là mạnh nhất (17).
H
o
ạt
tín
h
củ
a
en
zy
m
e
(U
/m
l)
Nhiệt độ (0C)
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 12
Theo cuộc nghiên cứu của Bollag và Edelstein vào năm 1991 thì Bromelain có thể
hoạt động ở pH từ 4-9.
Hình 3: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH lên hoạt tính của Bromelain
( 1)
Nồng độ enzyme
Khi cơ chất đầy đủ thì vận tốc của phản ứng tỷ lệ thuận với nồng độ enzyme.
[ ]EkV ×=
Trong đó:
v: vận tốc của phản ứng
k: hằng số vận tốc
[ ]E : nồng độ enzyme
Nồng độ của enzyme càng lớn bao nhiêu thì lượng cơ chất càng bị biến đổi bấy nhiêu,
nhưng nếu nồng độ enzyme quá lớn thì vận tốc phản ứng sẽ chậm lại.
Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất
Năm 1993 Mischealis và Menten đã giải thích tính chất động học của enzyme và lập
phương trình biểu diễn liên quan giữa vận tốc phản ứng với nồng độ cơ chất.
Enzyme đã tham gia quá trình xúc tác tạo phức hợp enzyme
-
cơ chất (E). Trường hợp
đơn giản nhất phản ứng chỉ có một cơ chất (S) thì enzyme (E) xúc tác cho sự chuyển
hóa cơ chất thành một sản phẩm (P) phản ứng xảy ra như sau:
H
o
ạt
tín
h
củ
a
en
zy
m
e
(U
/m
l)
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 13
E: enzyme
S: cơ chất
P: sản phẩm
K1: hằng số tốc độ phản ứng tạo ES
K2: hằng số tốc độ phân ly ES và cơ chất ban đầu
K3: hằng số tốc độ phân ly phức hợp ES tạo sản phẩm P
[ ]
[ ]SK
SV
v
m +
×
=
max
Trong đó:
V: vận tốc phản ứng
Km: hằng số Michaelis-Menten
Vmax: vận tốc phản ứng cực đại
[ ]S : nồng độ cơ chất
V là hàm số của [ ]S , đồ thị có dạng nhánh hyperbol vuông góc:
Hình 4: Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đến tốc độ phản ứng
Km: là hằng số Mischealis-M.Menten đặc trưng cho mỗi enzyme, –Km đặc trưng cho
ái lực của enzyme và cơ chất, Km có trị số càng nhỏ thì ái lực của enzyme đối với cơ
chất càng lớn, nghĩa là vận tốc phản ứng càng lớn. Qua đồ thị chung của đường biểu
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 14
diễn cho thấy khi tăng nồng nộ cơ chất đến một giá trị nào đó, vận tốc phản ứng đạt
một giá trị cực đại Vmax, sau đó vận tốc sẽ không tăng nữa nếu ta tiếp tục tăng nồng độ
cơ chất.
Ảnh hưởng bởi chất ức chế:
Các ion kim loại có ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme do chúng thường gắn vào các
trung tâm hoạt động của enzyme. Muối và thủy ngân có ảnh hưởng quan trọng đến
hoạt tính của bromelain và mức độ kìm hãm thay đổi theo nồng độ muối.
Ngoài ra, còn có những chất có tác động ức chế bromelain do chúng kết hợp với nhóm
SH của trung tâm phản ứng của enzyme.
Trong đó:
E: enzyme
I:chất kìm hãm
K1, K2: hệ số vận tốc của phản ứng thuận nghịch
Ảnh hưởng bởi chất hoạt hóa:
Chất hoạt hóa làm tăng hoạt tính xúc tác của enzyme, chất hoạt hóa có bản chất giống
nhau có thể là:
Các chất hữu cơ phức tạp (coenzyme, vitamin) làm nhiệm vụ chuyển nhóm hydro
Những chất có khả năng phá vỡ một số liên kết trong phân tử tiền enzyme kết quả là
bỏ một vài đoạn peptide, phá vỡ thế bị bao vây của một số nhóm hoạt động trong trung
tâm hoạt động của enzyme làm cho enzyme trở nên hoạt động.
Các chất có tác dụng phục hồi nhóm chức hoạt động của trung tâm hoạt động của
enzyme. Trung tâm hoạt động của bromelain có chứa nhóm –SH sẽ chuyển thành –S-S
làm enzyme mất khả năg hoạt động. Nếu thêm vào môi trường chất hoạt hóa có tính
khử như cystein, glutation, nhóm –SH sẽ được phục hồi và enzyme sẽ hoạt động trở
lại.
Các ion kim loại, hoặc các kim loại cũng có thể tham gia tạo thành trung tâm hoạt
động của enzyme làm cầu nối giữa enzyme và cơ chất .
Tuy nhiên, khi sử dụng hóa chất này phải tùy từng loại mà sử dụng nồng độ khác nhau
vì các chất hoạt hóa chỉ có tác dụng ở một nồng độ nhất định. Vượt quá nồng độ này
chúng sẽ gây ức chế hoạt động của enzyme.
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 15
iv. Sơ lược các nghiên cứu về enzyme bromelain
Shoshi et al. (1975) đã nghiên cứu về sự biến đổi thành phần hóa học của enzyme
bromelain thân I-1 và bromelain quả A dưới sự tác động của 2- hydroxy-5-5-
nitrobenzyl Bromide, tetra nitromethane và H2O2. Kết quả nghiên cứu cho thấy, dưới
tác động của các hợp chất trên, enzyme bromelin bị biến đổi mạnh về mặt cấu trúc,
thành phần các acid amin trong phân tử, trong khoảng pH và nhiệt độ nhất định (13).
Yamada, Takahashi và Murachi (1976), đã tinh chế và định tính được một loại
protease từ quả dứa, tên là bromelain quả FA2. Kết quả nghiên cứu cho thấy, sự biến
đổi của enzyme này sẽ sinh ra chuổi acid amin cuối cùng là
Ala-Val-Pra-Gln-Ser-Ile-Asp=Trp-Arg-Asp-Tyr-Gly-Ala
Thành phần amino acid của FA2 không khác biệt gì so với bromelain thân, tuy nhiên
về cấu tạo FA2 có ít hơn tổng lượng lysine và alanine so với glycine như với
bromelain thân nên có thể kết luận FA2 không phải là một glucoprotein (14).
Waliszewski và Coro (2004) cũng đã nghiên cứu về ái lực xúc tác của enzyme
bromelain quả dạng thô trên cơ chất protein khác nhau. Nghiên cứu đã thực hiện ở
dịch quả dứa ở 4 mức độ chín khác nhau trên 5 loại cơ chất gồm azocasein,
azoalbumine, hemoglobin, natricasenate và casein. Sản phẩm tạo thành được xác định
bằng phương pháp quang phổ. Nghiên cứu đưa ra kết luận về khoảng pH và nhiệt độ
tối thích đối với hoạt tính xúc tác của enzyme bromelain quả trên từng loại cơ chất
(15).
Bên cạnh, Andrew et al. (1990) cũng đã tiến hành nghiên cứu về nhóm các enzyme
cysteine proteinase của cây dứa và các nghiên cứu về ảnh hưởng của pH và nhiệt độ
lên hoạt tính xúc tác của bromelain quả, comosain và pinguinain trên các loại cơ chất
tổng hợp, sử dụng phương pháp quang phổ để xác định sản phẩm tạo thành. Một phần
kết quả cho thấy trong thân dứa có tối thiểu 4 loại cysteine proteinase này là thể hiện
mạnh nhất.
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 16
CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
3.1 Phương tiện nghiên cứu
3.1.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu
Địa điểm thực hiện: phòng thí nghiệm Công nghệ sau thu hoạch, Bộ môn Công nghệ
Thực phẩm, khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng, trường Đại học Cần Thơ.
3.1.2 Nguyên liệu
Bưởi da xanh mua ở huyện Châu Thành, Tiền Giang
Nước
3.1.3 Hóa chất thí nghiệm
NaOH 0.01N
Pectin táo (poly-D-galacturonic acid methylester)
3.1.4 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm
Máy xay nguyên liệu
Máy đo pH
Đồng hồ thời gian
Bếp điện
Nhiệt kế
Dụng cụ gọt vỏ
Micropipet
Ống nghiệm
Ống đong
Máy chuẩn độ acid bazơ 785 DMP Titrio Metrohm, Thụy Sỉ
Cốc thủy tinh
Vải lọc
Bình định mức
Một số dụng cụ khác.
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 17
3.2 Phương pháp nghiên cứu
3.2.1 Nội dung nghiên cứu
Sử dụng enzyme bromelain thô được trích ly bởi Viện Công nghệ sinh học Trường
Đại Học Cần Thơ nghiên cứu khả năng ức chế lên hoạt động của enzyme
pectinmetylesterase.
3.2.2 Phương pháp chuẩn bị mẫu
Hình 5: Sơ đồ chuẩn bị mẫu nước bưởi
3.2.3 Bố trí thí nghiệm
i. Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng pH, nhiệt độ đến khả năng ức chế hoạt động
pectinmetylesterase của enzyme bromelain khóm
Mục đích
Xác định pH, nhiệt độ tối ưu để ức chế hoạt động PME của enzyme bromelain
Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên với 2 nhân tố
Nhân tố A: Nhiệt độ môi trường
A1: 35oC
A2: 40oC
A3: 45oC
A4: 50oC
Dịch quả
Lọc
Tách bao, hạt
Ép
Vỏ, cùi
Phân loại
Bóc vỏ, tách múi
Nguyên liệu
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 18
A5: 55oC
A6: 60oC
Nhân tố B: pH môi trường
B1: pH 4,6
B2: pH 5,2
B3: pH 5,8
B4: pH 6,4
Ứng với mỗi nghiệm thức, thí nghiệm được lặp lại 3 lần
Tổng số mẫu thí nghiệm: 6x 4x 3 (lần lặp lại) = 72 mẫu
Thí nghiệm được bố trí theo sơ đồ sau:
Mô tả tiến hành thí nghiệm
Chuẩn bị enzyme: enzyme bromelain được pha thành dung dịch ở nồng độ 0,004g/ml
trong nước cất
Chuẩn bị mẫu: 15 ml nước bưởi được cho vào trong ống nghiệm. Sau đó, ống nghiệm
được cho vào trong waterbath đến khi nào nhiệt độ nước bưởi đạt nhiệt độ yêu cầu thì
cho enzyme bromelain khóm với tỷ lệ 0,004g enzyme bromelain/100ml nước bưởi Sau
khoảng thời gian 10 phút, mẫu được đo 1 lần để xác định hoạt tính của enzyme
pectinmetylesterase
A1 A2 A3 A4 A5 A6
B1 A1B1 A2B1 A3B1 A4B1 A5B1 A5B1
B2 A1B2 A2B2 A3B2 A4B2 A5B2 A6B2
B3 A1B3 A2B3 A3B3 A4B3 A5B3 A6B3
B4 A1B4 A2B4 A3B4 A4B4 A5B4 A6B4
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 19
Kết quả thí nghiệm
Hoạt tính của enzyme pectinmetylesterase còn lại trong nước bưởi ở các điều kiện pH
và nhiệt độ khác nhau. Kết quả được phân tích thống kê theo phần mềm
STATGRAPHICS 4.0
ii Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme bromelain và thời gian thủy
phân đến khả năng ức chế hoạt động của enzyme pectinmetylesterase
Mục đích
Xác định tỷ lệ enzyme bromelain và thời gian thủy phân thích hợp để ức chế hoạt động
của pectinmetylesterase
Bố trí nghiệm: Thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên với 2 nhân tố
Nhân tố C: nồng độ enzyme bromelain khóm
C1: 0 %
C2: 0,002 %
C3: 0,004 %
C3: 0,006 %
C4: 0,008 %
Nhân tố D: Thời gian thủy phân
D1: 0 phút
D2: 5 phút
D3: 10 phút
D4: 15 phút
D5: 20 phút
Ứng với mỗi nghiệm thức ta lặp lại 3 lần
Tổng số mẫu thí nghiệm: 5 x 5 x 3 = 75 mẫu
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 20
Thí nghiệm được bố trí theo sơ đồ sau:
D1 D2 D3 D4 D5
C1 C1D1 C1D2 C1D3 C2D4 C1D5
C2 C2D1 C2D2 C2D3 C2D4 C2D5
C3 C3D1 C3D2 C3D3 C3D4 C3D5
C4 C4D1 C4D2 C4D3 C4D4 C4D5
C5 C5D1 C5D2 C5D3 C4D4 C5D5
Mô tả tiến hành thí nghiệm
Chuẩn bị enzyme: enzyme bromelain được pha thành dung dịch ở các nồng độ
0,002g/ml; 0,004g/ml; 0,006g/ml; 0,008g/ml trong nước cất
Chuẩn bị mẫu: 15 ml nước bưởi trong điều kiện pH được xác định thí nghiệm 1 được
cho vào trong ống nghiệm. Sau đó, ống nghiệm được cho vào trong waterbath đến khi
nào nhiệt độ nước bưởi đạt nhiệt độ yêu cầu (kết quả từ thí nghiệm 1) thì cho enzyme
bromelain khóm với các tỷ lệ 0; 0,002; 0,004; 0,006; 0,008g enzyme bromelain/100ml
nước bưởi. Sau các khoảng thời gian 0, 5, 10, 15, 20 phút, mẫu được đo 1 lần để xác
định hoạt tính còn lại của enzyme pectinmetylesterase.
Kết quả thí nghiệm
Hoạt tính của enzyme pectinmetylesterase còn lại trong nước bưởi ở các tỷ lệ enzyme
bromelain khác nhau, trong các khoảng thời gian khác nhau. Kết quả được phân tích
thống kê theo phần mềm STATGRAPHICS 4.0
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 21
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THẢO LUẬN
4.1. Ảnh hưởng nhiệt độ và pH đến khả năng ức chế hoạt động
pectinmetylesterase (PME) của enzyme bromelain khóm
Hình 6: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng ức chế hoạt động pectinmetylesterase
(PME) của enzyme bromelain khóm
Nhiệt độ là một trong các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của bromelain và
pectinmetylesterase. Từ đồ thị hình 6 nhận thấy rằng, ở nhiệt độ từ 35-450C, hoạt tính
còn lại của enzyme pectinmetylesterase rất nhiều, đặc biệt ở nhiệt độ 450C là 0,066
đơn vị/ml.Tuy nhiên, từ nhiệt độ 45-550C thì hoạt tính của PME bắt đầu giảm dần, ở
550C hoạt tính còn lại của PME là 0,0332 đơn vị/ml. Nhưng khi nhiệt độ môi trường
tăng lên là 600C thì hoạt tính còn lại của PME lại bắt đầu tăng lên. Theo nghiên cứu
của Bollag DM và Edelstein SJ vào năm 1991 thì Bromelain có thể hoạt động ở nhiệt
độ từ 45-700C do đó ở nhiệt độ thấp, khả năng thủy phân của bromelain kém. Hơn thế
nữa, trong dịch nước bưởi chứa một hàm lượng lớn ion kim loại Ca2+và Mg 2+ (5). Hai
ion kim loại này là yếu tố làm gia tăng hoạt tính của PME.
Hình 7: Ảnh hưởng của pH đến khả năng ức chế hoạt động pectinmetylesterase (PME) của
enzyme bromelain khóm
0.0448b
0.0552bc
0.0660c
0.0401ab
0.0332a
0.0407ab
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
35 40 45 50 55 60
Nhiệt độ (oC)
H
o
ạ
t t
ín
h
PM
E
cò
n
lạ
i (đ
ơ
n
v
ị/m
l)
0
0.02357a 0.0263a
0.0177a
0.1192b
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
4.6 5.2 5.8 6.4
pH
H
o
ạ
t t
ín
h
cò
n
lạ
i c
ủ
a
PM
E
(đ
ơ
n
v
ị/m
l)
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 22
Với mỗi nguyên liệu protein (ốc bươu vàng, casein, protein thực vật…)khác nhau sẽ
có một giá trị pH thích hợp cho phản ứng thủy phân của enzyme bromelain. Nhìn vào
đồ thị hình 7 thấy rằng, ở pH từ 4,6-5,8 hoạt tính của PME còn rất thấp từ 0,0177-
0,0263 đơn vị/ml. Tuy nhiên, khi pH môi trường là 6,4 thì hoạt tính còn lại của PME
rất cao 0,1162đơn vị/ml. Điều này có thể giải thích, do enzyme bromelain thể hiện
hoạt tính mạnh nhất trong vùng pH từ 4,5-5,8 (17).
Hình 8: Ảnh hưởng nhiệt độ và pH đến khả năng ức chế hoạt động pectinmetylesterase (PME)
của enzyme bromelain khóm
Từ đồ thị hình 8 nhận thấy rằng có mối liên hệ giữa nhiệt độ và pH, hai yếu tố này tác
động lên đồng thời hoạt tính của enzyme bromelain và PME. Ở pH 4,6-5,8 và nhiệt độ
35-600C hoạt tính còn lại của PME thấp. Tuy nhiên, với pH 6,4 hoạt tính còn lại của
PME là rất cao.
4.2. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ enzyme bromelain và thời gian thủy phân
đến khả năng ức chế hoạt động của enzyme pectinmetylesterase (PME)
Hình 9: Ảnh hưởng của tỉ lệ enzyme bromelain khóm đến khả năng ức chế hoạt động của
enzyme pectinmetylesterase
0.1124b
0.0617a 0.0630a
0.0434a
0.0377a
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0 0.002 0.004 0.006 0.008
Tỷ lệ enzyme Bromelain (%)
H
o
ạ
t t
ín
h
cò
n
lạ
i c
ủ
a
PM
E
(Đ
ơ
n
v
ị/m
l)
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 23
Từ đồ thị hình 11 cho thấy, nếu không bổ sung lượng enzyme bromelain vào nước
bưởi thì hoạt tính còn lại của PME là rất cao 0,1124 đơn vị/ml. Khi tăng nồng độ
enzyme lên 0,002% thì hoạt tính còn lại của PME thấp nhưng khi tăng tiếp tục ở mức
0,004-0,008% so với cơ chất thì hoạt tính còn lại của PME vẫn không giảm đáng kể,
không có sự khác biệt về ý nghĩa thống kê. Theo Nguyễn Đức Lượng, 2004 thì khi
tăng nồng độ enzyme lên phản ứng thủy phân sẽ diễn ra mạnh mẽ, nhưng nếu
tăngnồng độ enzyme lên quá nhiều thì vận tốc phản ứng sẽ chậm lại.
Hình 10: Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến khả năng ức chế hoạt động của enzyme
pectinmetylesterase
Thời gian thủy phân cũng là một trong những yếu tố quan trọng đánh giá khả năng
thủy phân, và xác định hiệu suất thủy phân. Quá trình thủy phân phụ thuộc vào nhiều
yếu tố cơ chất, nồng độ cơ chất, pH, nhiệt môi trường…Việc xác định thời gian thủy
phân là rất cần thiết, nếu như trong quá trình thủy phân ta không xác định chính xác
quá trình thủy phân có kết thúc hay chưa mà ngưng sớm quá trình thủy phân, trong khi
đó enzyme vẫn xúc tác thủy phân PME thì hoạt tính còn lại của PME sẽ cao. Từ đồ thị
hình 12 nhận thấy quá trình thủy phân tăng dần theo thời gian nghĩa là hoạt tính còn lại
của PME giảm dần. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với Nguyễn Đức Lượng, 2004.
Hình 11. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme và thời gian lên hoạt tính còn lại của
pectinmetylesterase
0.2105c
0.0627b
0.0414b
0.0031a 0.0005a
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0 5 10 15 20
Thời gian (phút)
H
o
ạ
t t
ín
h
cò
n
lạ
i c
ủ
a
PM
E
(Đ
ơ
n
v
ị/m
l)
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 24
Từ đồ thị hình 11 nhận thấy rằng mẫu không sử dụng enzyme bromelain và thời gian
thủy phân là 0 phút thì hoạt tính còn lại của PME rất cao.Tuy nhiên nếu bổ sung
enzyme bromelain để tiến hành thủy phân PME thì hoạt tính còn lại của PME rất thấp
kể từ 5 phút đầu tiên. Từ thí nghiệm này có thể kết luận rằng nồng độ enzyme
bromelain và thời gian thủy phân ảnh hưởng rất lớn đến hoạt tính còn lại của PME.
Nồng độ enzyme bromelain càng cao và thời gian thủy phân càng dài thì hoạt tính còn
lại của PME rất thấp.
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 25
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
5.1 Kết luận
Từ kết quả nghiên cứu trên nhận thấy:
- Thí nghiệm 1 cho thấy có sự tương tác qua lại giữa pH và nhiệt độ của môi trường xử
lý lên hoạt tính của hệ enzyme bromelain khóm. Enzyme bromelain khóm thể hiện
hoạt tính mạnh nhất ở pH là 4,6-5,8 và nhiệt độ 50-55-600C. Tuy nhiên, mẫu có nhiệt
độ là 500C và pH 4,6 là thích hợp nhất để tiến hành thí nghiệm 2.
- Thời gian tác động mạnh đến khả năng ức chế hoạt tính của PME. Sau khi nghiên
cứu ảnh hưởng của thời gian lên hoạt tính còn lại của PME nhận thấy khoảng thời gian
15-20 phút là khoảng thời gian thích hợp để enzyme bromelain thủy phân enzyme
PME. Nồng độ enzyme bromelain khóm thì không ảnh hưởng lớn đến hoạt tính còn lại
của PME. Từ kết quả thí nghiệm 2 cho thấy ở nồng độ enzyme bromelain khóm từ
0,002-0,006%, thời gian thủy phân từ 15 phút và nồng độ enzyme bromelain khóm
0,008%, thời gian thủy phân 10 phút là điều kiện thích hợp nhất để hoạt tính còn lại
của PME là thấp nhất. Theo kết quả và thảo luận mẫu được chọn ở thí nghiệm hai là
mẫu nồng độ enzyme bromelain khóm 0,008%, thời gian thủy phân 10 phút.
Kết quả nghiên cứu cho thấy hoạt tính còn lại của PME thấp nhất ở điều kiện:
pH 4,6-5,8 và nhiệt độ từ 50-600C
Tỷ lệ enzyme bromelain khóm 0,002-0,006%, thời gian thủy phân 15-20 phút
và 0,008% enzyme bromelain khóm, thời gian thủy phân 10-20 phút
5.2 Đề nghị
- Đưa ra một quy trình sản xuất nước ép trái bưởi hoàn chỉnh
- Khảo sát khả năng ức chế hoạt động của enzyme bromelain khóm lên hoạt
tính còn lại của PME một số loại rau và quả khác.
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 26
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Bollag DM và Edelstein SJ, 1991. Protein methods. Willey-LISS, inc. New York.
2. Monograph. Bromelain. Altern Med Rev. 1998.
3. Nguyễn Đức Lượng, (2004), Công nghệ enzyme, Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia thành phố Hồ Chí
Minh.
4. Nguyễn Trung Thuần và Phạm Thị Thu, (2002), Bách khoa dinh dưỡng, Nhà xuất bản Phụ Nữ.
5. Vicken, J.P., Beldman, G. and Voragen, A. (1994). The effect of xylogucans on the degradation of cell
wall embedded cellulose by the combined action of cell cellobiohydrolase and endoglucanases from
Trichoderma viride. Plant Physiol.
6.
7.
8.
9.
%C3%ADch+c%E1%BB%A7a+b%C6%B0%E1%BB%9Fi:&hl=vi&ct=clnk&cd=4&gl=vn
10.
11.
12.
cd=2&gl=vn
13.
-
enzymes.php4?ecno=3.4.22.33
14. http//www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&list
uids=956152&dopt=Abstract
15.
16.
17.
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng iv
PHỤ LỤC
1 Phương pháp phân tích
Xác định hoạt tính còn lại của pectinmetylestersae
Hoạt tính còn lại của enzyme pectinmetylesterase bằng phương pháp chuẩn độ (12).
Nguyên tắc
Hoạt tính PME được xác định dựa vào quá trình giải phóng nhóm -OCH3 của phân tử
pectin tạo ra acid polygalacturonic và methanol. Lượng acid sinh ra được đo bằng
phương pháp chuẩn độ acid-base. Từ đó, ta xác định được hoạt tính của PME tham gia
quá trình phân cắt mạch pectin.
Tiến hành và ghi nhận kết quả
Lấy 30 ml dung dịch pectin được pha sẵn cho vào cốc phản ứng; khởi động thiết bị
chuẩn độ tự động (máy chuẩn độ acid-bazơ 785 DMP Titrio Metrohm, Thụy Sỉ). Hoạt
tính của enzyme PME được máy xác định thông qua việc ghi liên tục thể tích NaOH
0,01N chuẩn dùng để trung hòa lượng carboxyl được giải phóng trong dung dịch,
trong khoảng thời gian 10 phút ở nhiệt độ phản ứng là 22,5oC.
Chuẩn bị dung dịch pectin chuẩn (3,5 g pectin táo/lít và 6.85 g NaCl/lít dung
dịch sau khi pha)
Tiến hành pha
+ Cân 3,5 g pectin táo và 6,85 g NaCl
+ 6,85 g NaCl được cho vào bình cùng với 800 ml nước cất đun trên bếp điện đến khi
nào dung dịch muối và nước sôi 1000C. Sau đó, dung dịch muối được khuấy trên máy
khuấy từ cùng với lượng pectin táo cho vào. Sau khoảng thời gian 1 phút, dung dịch
được đem đi làm nguội và nước được pha thêm vào cho đến khi thể tích dung dịch
pectin chuẩn là 1 lít.
Hoạt tính còn lại của PME được tính theo công thức
Hoạt tính còn lại của PME (đơn vị/ml)=
t1: là thời gian mà tại thời điểm đó pH của dung dịch pectin chuẩn và mẫu nước bưởi
sau khi tiến hành thí nghiệm có giá trị là 7 (s)
v1: là thể tích NaOH 0,01N mà tại đó pH của dung dịch pectin chuẩn và mẫu nước
bưởi sau khi tiến hành thí nghiệm có giá trị là 7 (ml)
t2: là thời gian kết thúc quá trình chuẩn độ (s)
( )
v
ttvvslope 60*:,: 2121
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng v
v2: là thể tích NaOH 0,01N đọc được khi kết thúc quá trình chuẩn độ (ml)
v: là thể tích nước bưởi sau khi tiến hành thí nghiệm được cho vào dung dịch pectin
chuẩn để tiến hành đo hoạt tính còn lại của PME (ml)
60: hoạt tính của PME được tính trong thời gian 1 phút
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng vi
2 Kết quả thống kê
2.1 Phân tích ANOVA cho ảnh hưởng nhiệt độ và pH đến khả năng ức chế hoạt động
pectinmetylesterase của enzyme bromelain khóm
Analysis of Variance for hoat tinh pme con lai – Type III Sums of Squares
Source Sum of
Squares
Df Mean Square F-Ratio P-Value
MAIN EFFECTS
A: nhiet do 0.00850625 5 0.00170125 3.17 0.0129
B: pH 0.126812 3 0.0422707 78.72 0.0000
RESIDUAL 0.0338274 63 0.000536942
TOTAL
(CORRECTED)
0.169146 71
Mutiple Range Tests for hoat tinh pme con lai by pH
Method: 95.0 percent LSD
pH Count LS Mean Homogeneous
Groups
5.8 18 0.0177111 X
4.6 18 0.0235667 X
5.2 18 0.02625 X
6.4 18 0.119167 X
*denotes a statistically significant difference
Mutiple Range Tests for hoat tinh pme con lai by nhiet do
Method: 95.0 percent LSD
nhiet do Count LS Mean Homogeneous
Groups
55 12 0.0332 X
50
12
0.0401 XX
60
12
0.0407
XX
35
12
0.0448
X
40
12
0.055175 XX
45
12
0.0659917 X
*denotes a statistically significant difference
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng vii
Analysis of Variance for Hoat tinh con lai PME - Type III Sums of Squares
--------------------------------------------------------------------------------
Source Sum of Squares Df Mean Square F-Ratio P-Value
--------------------------------------------------------------------------------
MAIN EFFECTS
A:nhiet do 0.00850625 5 0.00170125 5.15 0.0007
B:pH 0.126812 3 0.0422707 127.86 0.0000
INTERACTIONS
AB 0.0179585 15 0.00119723 3.62 0.0003
RESIDUAL 0.0158689 48 0.000330602
--------------------------------------------------------------------------------
TOTAL (CORRECTED) 0.169146 71
--------------------------------------------------------------------------------
All F-ratios are based on the residual mean square error.
Multiple Range Tests for Hoat tinh con lai PME by Nd-pH
--------------------------------------------------------------------------------
Method: 95.0 percent LSD
NdpH Count LS Mean Homogeneous Groups
--------------------------------------------------------------------------------
A1B3 3 0.0 X
A5B2 3 0.0 X
A4B1 3 0.0071 X
A5B1 3 0.0107333 XX
A4B3 3 0.0123 XX
A1B1 3 0.016 XXX
A2B3 3 0.0184667 XXX
A2B1 3 0.0197333 XXX
A6B3 3 0.0198667 XXX
A2B2 3 0.0246667 XXX
A6B2 3 0.0254 XXX
A5B3 3 0.0274 XXX
A1B2 3 0.0274333 XXX
A3B3 3 0.0282333 XXX
A4B2 3 0.0398667 XX
A3B2 3 0.0401333 XX
A3B1 3 0.0436667 XX
A6B1 3 0.0441667 XX
A6B4 3 0.0735 XX
A5B4 3 0.0946667 X
A4B4 3 0.101133 X
A1B4 3 0.135933 X
A3B4 3 0.151933 X
A2B4 3 0.157833 X
2.2 Phân tích ANOVA cho ảnh hưởng của nồng độ enzyme bromelain và thời gian thủy
phân đến khả năng ức chế hoạt động của enzyme pectinmetylesterase
Analysis of Variance for hoat tinh pme con lai – Type III Sums of Squares
Source Sum of
Squares
Df Mean Square F-Ratio P-Value
MAIN EFFECTS
A: nong do
enzyme
0.0519412 4 0.0129853 5.95 0.0004
B: thoi gian 0.445745 4 0.111436 51.09 0.0000
RESIDUAL 0.143969 66 0.00218135
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng viii
TOTAL
(CORRECTED)
0.641656 74
Mutiple Range Tests for hoat tinh pme con lai by nong do enzyme
Method: 95.0 percent LSD
Nong do enzyme Count LS Mean Homogeneous
Groups
0.008 15 0.0376671 X
0.006
15
0.0434074 X
0.002
15
0.0616709 X
0.004
15
0.0630066 X
0
15
0.112369 X
*denotes a statistically significant difference
Mutiple Range Tests for hoat tinh pme con lai by thoi gian
Method: 95.0 percent LSD
Toi gian Count LS Mean Homogeneous
Groups
20 15 0.000454967 X
15
15
0.00308113 X
10
15
0.0413705
X
5
15
0.0627416
X
0
15
0.210473 X
*denotes a statistically significant difference
Analysis of Variance for HOAT TINH PME CON LAI - Type III Sums of Squares
--------------------------------------------------------------------------------
Source Sum of Squares Df Mean Square F-Ratio P-Value
--------------------------------------------------------------------------------
MAIN EFFECTS
A:NONGDO 0.0519412 4 0.0129853 14.57 0.0000
B:THOIGIAN 0.445745 4 0.111436 125.06 0.0000
INTERACTIONS
AB 0.0994165 16 0.00621353 6.97 0.0000
RESIDUAL 0.0445529 50 0.000891058
--------------------------------------------------------------------------------
TOTAL (CORRECTED) 0.641656 74
--------------------------------------------------------------------------------
All F-ratios are based on the residual mean square error.
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng ix
Multiple Range Tests for HOAT TINH PME CON LAI by ND-TG
--------------------------------------------------------------------------------
Method: 95.0 percent LSD
NDTG Count LS Mean Homogeneous Groups
--------------------------------------------------------------------------------
C5D4 3 0.0 X
C4D4 3 0.0 X
C4D5 3 0.0 X
C5D5 3 0.0 X
C3D5 3 0.0 X
C5D3 3 0.0 X
C2D5 3 0.0 X
C3D4 3 0.0 X
C2D4 3 0.0 X
C1D5 3 0.00227483 X
C4D3 3 0.0035499 X
C5D2 3 0.0107217 X
C1D4 3 0.0154057 X
C3D3 3 0.0155077 X
C4D2 3 0.0158547 X
C3D2 3 0.025252 X
C2D2 3 0.044386 X
C2D3 3 0.0471063 X
C1D3 3 0.140689 X
C5D1 3 0.177614 XX
C1D1 3 0.185982 XX
C4D1 3 0.197633 X
C2D1 3 0.216862 X
C1D2 3 0.217494 X
C3D1 3 0.274273 X
--------------------------------------------------------------------------------
Chương trình SAS cho đồ thị 3D và contour xác định ảnh hưởng của pH và nhiệt độ
đến khả năng ức chế hoạt động pectinmetylesterase của enzyme bromelain khóm
data scatter;
input pH tem Act;
cards;
4.6 35 0.0160
5.2 35 0.0274
5.8 35 0.0000
6.4 35 0.1359
4.6 40 0.0197
5.2 40 0.0247
5.8 40 0.0185
6.4 40 0.1578
4.6 45 0.0437
5.2 45 0.0402
5.8 45 0.0282
6.4 45 0.1519
4.6 50 0.0071
5.2 50 0.0399
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng x
5.8 50 0.0123
6.4 50 0.1011
4.6 55 0.0107
5.2 55 0.0000
5.8 55 0.0274
6.4 55 0.0947
4.6 60 0.0442
5.2 60 0.0254
5.8 60 0.0199
6.4 60 0.0735
;
proc print data=scatter;
run;
goptions reset=all hpos=0 vpos=0 hsize=9 cm vsize=9 cm
colors=(black black green black) cback=white
ftext=simulate htext= 0.35 cm;
title1 h=0.4cm 'Anh huong cua pH & nhiet do';
proc g3d data=scatter;
scatter Tem*pH=Act/
grid
rotate=150
tilt=80
shape='prism'
size=1.2
yticknum=6
xticknum=4
zticknum=5
zmin=0
zmax=0.2;
run;
Chương trình SAS cho đồ thị 3D và contour xác định ảnh hưởng của nồng độ và thời
gian đến khả năng ức chế hoạt động pectinmetylesterase của enzyme bromelain khóm
data scatter;
input C t Act;
cards;
0 0 0.1860
0 5 0.2175
0 10 0.1407
0 15 0.0154
0 20 0.0023
0.002 0 0.2169
0.002 5 0.0444
0.002 10 0.0471
0.002 15 0.0000
0.002 20 0.0000
0.004 0 0.2743
0.004 5 0.0253
0.004 10 0.0155
0.004 15 0.0000
0.004 20 0.0000
0.006 0 0.1976
0.006 5 0.0159
0.006 10 0.0035
0.006 15 0.0000
0.006 20 0.0000
0.008 0 0.1776
0.008 5 0.0107
Luận văn tốt nghiệp khóa 29-2008 Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng xi
0.008 10 0.0000
0.008 15 0.0000
0.008 20 0.0000
;
proc print data=scatter;
run;
goptions reset=all hpos=0 vpos=0 hsize=9 cm vsize=9 cm
colors=(black black green black) cback=white
ftext=simulate htext= 0.35 cm;
title1 h=0.4cm 'Anh huong cua nong so & thoi gian';
proc g3d data=scatter;
scatter t*C=Act/grid
rotate=240
tilt=80
shape='prism'
size=1.2
yticknum=6
xticknum=3
zticknum=4
zmin=0
zmax=0.3;
run;
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- S7917 d7909ng enzyme bromelain khm.pdf