Bài 8: Ứng dụng của enzyme
Nội dung lý thuyết
I. ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
Việc sử dụng các enzyme và vi sinh vật trong các quá trình xử lí thực phẩm đã có từ rất lâu. Các vi sinh vật như vi khuẩn, nấm mốc, nấm men và các enzyme của chúng được sử dụng rộng rãi trong các quá trình xử lí thực phẩm để cải thiện mùi vị hay cấu trúc của sản phẩm.
Enzyme từ vi sinh vật đóng vai trò chính trong các ngành công nghiệp thực phẩm vì chúng ổn định hơn enzyme thực vật và động vật. Chúng có thể được sản xuất thông qua các kĩ thuật lên men theo cách tiết kiệm chi phí với yêu cầu ít thời gian và không gian hơn; do tính nhất quán cao nên việc điều chỉnh và tối ưu hoá quy trình có thể được thực hiện rất dễ dàng.
Các ứng dụng của enzyme trong công nghiệp thực phẩm là:
1. Ứng dụng trong ngành công nghiệp bánh
– α-amylase là một chất tăng cường (cải thiện) hương vị, màu sắc và là nhân tố duy trì độ ẩm và độ mềm mịn (antistaling agent) để cải thiện chất lượng bánh. Trong quá trình nướng, a-amylase trong bột tham gia chuyển đổi tinh bột thành các dextrin nhỏ hơn, sau đó phồng lên. a-amylase cũng tạo ra các dextrin phân nhánh có khối lượng phân tử cao, được sử dụng như chất phủ chống mất nước (glazing agent) để sản xuất bánh gạo và các thực phẩm dạng bột khác.
– Glucoamylase cải thiện chất lượng bột, giảm tình trạng bột nhào bị khô cứng cũng như cải thiện màu vỏ bánh và chất lượng của các sản phẩm nướng có chất xơ cao.
– Protease được sử dụng để giảm thời gian trộn, giảm độ đặc và tạo độ đồng đều của bột, điều chỉnh độ bền gluten trong bánh mì và cải thiện kết cấu, hương vị trong các loại bánh mì, thực phẩm nướng, bánh quy giòn và bánh quế.
– Lipase được sử dụng làm chất cải thiện hương vị trong bơ động vật và thực vật, giúp kéo dài thời hạn sử dụng của các sản phẩm bánh nướng khác nhau.
2. Ứng dụng trong ngành công nghiệp bia, nước trái cây
– α-amylase có tác dụng chuyển đổi đường trong tinh bột để lên men thành rượu và cùng với cellulase và pectinase có tác dụng làm trong (giảm độ đục) nước ép trái cây.
– Glucoamylase tham gia sản xuất siro có hàm lượng glucose cao và syrup có hàm lượng fructose cao. Glucoamylase tham gia chuyển đổi tinh bột thành đường maltose và đường lên men, được sử dụng để sản xuất glucose; khi lên men cùng với Saccharomyces cerevisiae tạo ra ethanol trong sản xuất rượu sake, cũng như sản xuất bia ít cồn do glucoamylase chuyển hoá các dextrin và chuyển đổi chúng thành các loại đường lên men với giá trị năng lượng và nồng độ cồn trong bia giảm.
– Các protease thực vật như bromelain, ficin và papain được sử dụng trong sản xuất bia.
– Trong thức uống có cồn như rượu vang, mùi thơm được điều chỉnh bằng lipase. Lipase còn được ứng dụng trong sản xuất kem, carbohydrate ester và các dẫn xuất acid amin.
– Nước ép có thêm pectinase sẽ trong hơn so với các loại không có enzyme. Ngoài việc giảm độ đục và tạo khói cho các loại nước ép trái cây có nguồn gốc tự nhiên như táo và chuối, pectinase còn cải thiện màu sắc và hương vị của đồ uống.
3. Ứng dụng trong ngành công nghiệp sữa, phô mai và nước chấm
– Protease được sử dụng để cải thiện hương vị, giá trị dinh dưỡng, độ hoà tan và khả năng tiêu hoá của protein thực phẩm cũng như quá trình đông tụ và nhũ hoá.
– Protease được sử dụng để thuỷ phân liên kết peptide để tạo ra paracasein và macropeptide, tăng cường hương vị của phô mai, tăng tốc độ chín của phô mai; biến đổi tính chất và giảm tính gây dị ứng của các sản phẩm sữa.
– Các protease thực vật như bromelain, ficin và papain còn được sử dụng làm mềm thịt, đông tụ sữa và làm chất hỗ trợ tiêu hoá.
– Lipase được sử dụng để cải thiện hương vị đặc trưng của phô mai bằng cách tạo ra các acid béo tự do khi thuỷ phân các chất béo sữa, cải thiện cấu trúc và độ mềm của phô mai.
4. Ứng dụng trong ngành công nghiệp tinh bột
α-amylase cũng được ứng dụng trong quá trình chuyển hoá tinh bột thành syrup glucose và fructose theo ba bước: hồ hoá, dịch hoá và đường hoá.
II. ỨNG DỤNG ENZYME TRONG Y DƯỢC
Enzyme có một vị trí quan trọng trong y học, đặc biệt là các phương pháp định lượng và định tính enzyme trong hoá học lâm sàng và phòng thí nghiệm chẩn đoán.
Bên cạnh đó, enzyme còn được dùng làm thuốc, chẳng hạn như:
– Protease sử dụng làm thuốc tăng tiêu hoá protein, giúp cải thiện tế bào máu, có tác dụng chống đông máu, chống tăng huyết áp, chống viêm nhiễm, tiêu mủ vết thương, làm thông đường hô hấp,...
– Amylase phối hợp với coenzyme A, cytochrome C, ATP, carboxylase để chế thuốc điều trị bệnh tim mạch, bệnh thần kinh, phối hợp với enzyme thuỷ phân để chữa bệnh thiếu enzyme tiêu hoá. Amylase được phân lập từ vi khuẩn Bacillus subtilis được dùng để bào chế thuốc giúp tăng cường tiêu hoá trong trường hợp ăn khó tiêu.
– Bromelain có khả năng chống đông tụ các tiểu cầu, làm giảm nguy cơ đột quỵ đối với bệnh tim mạch, tăng khả năng hấp thụ các loại thuốc, đặc biệt là kháng sinh như amoxicillin hay tetracycline nên được sử dụng để làm giảm đau nhanh sau khi phẫu thuật, giảm đau đối với các trường hợp viêm khớp, viêm đa khớp, giảm thời gian tan các vết bầm và chống viêm.
– Bromelain còn là enzyme thuỷ phân protein thành acid amin
nên có lợi cho tiêu hoá, hoạt động được trong môi trường acid của dạ dày và môi trường kiềm của ruột non nên có thể thay thể cho các enzyme tiêu hoá như pepsin, trypsin.
– Trypsin và chymotrypsin được sử dụng làm thuốc tiêu viêm, làm lành vết thương, vết bỏng, làm giãn và tiêu biến niêm mạc bị huỷ hoại trong một số bệnh viêm phổi, viêm khí quản.
+ Trypsin dùng để chữa bệnh viêm tĩnh mạch huyết khối, viêm tuy (dùng pancreatin là hỗn hợp của trypsin, chymotrypsin, peptidase, lipase và amylase).
+ Chymotrypsin chữa bệnh loét dạ dày, loét kết tràng.
Trong ngành mĩ phẩm, enzyme được sử dụng để tẩy da chết, làm trắng da hoặc kích thích những phản ứng hoá học giúp cho quá trình sinh học trên da hoạt động mạnh mẽ hơn. Cụ thể, enzyme có thể phá vỡ protein keratin trên da, mang đến một làn da mềm mại hơn. Ngoài ra, enzyme còn đóng vai trò là chất chống oxi hoá hiệu quả, ngăn ngừa sự tàn phá của các gốc tự do như bảo vệ làn da chống lại tác hại của ánh nắng mặt trời, tác nhân ô nhiễm từ môi trường. bị trường.
Hiện nay, việc sử dụng enzyme trong công nghệ mĩ phẩm trở nên phổ biến hơn với các loại sản phẩm lên men. Nhiều loại mặt nạ chứa các chiết xuất tốt cho da được sản xuất bằng cách lên men các loại hoa quả.
III. ỨNG DỤNG ENZYME TRONG KĨ THUẬT DI TRUYỀN
Cùng với sự phát triển của kĩ thuật gene, enzyme đã hỗ trợ sản xuất được những chất mà cơ thể sống chỉ có thể tổng hợp được một lượng cực nhỏ như inteferon, một số kháng thể, hormone, vaccine, insulin,..
+ Insulin được tổng hợp lần đầu tiên bằng công nghệ
+ Inteferon tổng hợp theo con đường sinh học ra đời năm 1985.
+ Năm 1975, hai nhà khoa học Kohler và Milster đã tìm ra phương pháp tổng hợp kháng thể đơn dòng bằng kĩ thuật lai soma giữa tế bào B với một tế bào ung thư. Kháng thể đơn dòng có tính đặc hiệu cao với kháng nguyên nên được sử dụng để sản xuất ra các bộ kit (bộ dụng cụ test nhanh) dùng trong chuẩn đoán bệnh.