Báo cáo khoa học Viện ĐH Mở - Khoa Công nghệ Sinh học
800.000 tấn, EU là 2 triệu tấn, Canada 300000 tấn, Đông Âu 200000 tấn, các
nước đang phát triển là 500000 tấn.
Sau công nghiệp thực phẩm các chế phẩm enzym được sử dụng trong
công nghiệp, nông nghiệp, dược phẩm, y tế, chế biến thức ăn gia súc. Đặc
hiệu việc sử dụng enzym của các hệ vi sinh vật trong nước thải trong công
nghiệp xử lý môi trường ngày càng được nghiên cứu khai thác sử dụng.
Trong công nghiệp dệt, Enzym từ nước chiết Malt và Pancrease được
sử dụng để rũ hồ. Năm 1971, sử dụng enzym Amylase của Bacillus subtilis rũ
hồ ở nhiệt độ cao, rút ngắn thời gian.
Trong công nghiệp bột giặt và tẩy rửa, các chế phẩm enzym được sử
dụng là protease, lipase, cellulose, amylase, oxydoreductase tăng vận tốc và
hiệu quả quá trình tẩy rửa. Một số enzym được bổ xung vào các loại xà phòng
và kem dưỡng da, thuốc đánh răng như bromelin, collagenase, lipase…các
enzym này có tác dụng tẩy hôi, tẩy các vết bẩn bám trên da khá tốt, đồng thời
làm mịn và tăng độ đàn hồi cho da.
Trong nông nghiệp, enzym dùng để sản xuất thức ăn cho động vật
nhằm tăng giá trị thức ăn thô, tăng hệ số sử dụng cho thức ăn. Các enzym sử
dụng với mục đích này là các enzym thủy phân như amylase, protease, đặc
hiệu là celluloase và hemicelluloase. Chúng thủy phân các chất có phân tử lớn
thành dạng dễ hấp thụ hơn thường làm tăng hiệu quả sử dụng thức ăn.
Sự phát triển của y học phản ánh sự lớn mạnh của tiềm năng enzym.
Ngay từ thế kỷ 19 enzym tụy tạng được sử dụng để chữa bệnh rối loạn tiêu
hóa. Enzym tripsin, chymotripsin sử dụng để làm tiêu viêm, lành vết thương,
vết bỏng, viêm phổi, viêm khí quản. Tipsin chữa bệnh viêm tĩnh mạch huyết
khối, viêm tụy. Chymotripsin chữa bệnh loét dạ dày tá tràng. Một số enzym
tiêu hóa được sử dụng để chữa bệnh suy dinh dưỡng ở trẻ em, người già và
người bệnh như pepsin (từ dạ dày lợn). Ngày nay, một số thuốc tổng hợp hóa
học đã lần lượt được thay thế bằng các quá trình enzym nhờ những ưu điểm
SV: Vũ Thị Hằng
5
Báo cáo khoa học Viện ĐH Mở - Khoa Công nghệ Sinh học
của nó. Ví dụ việc sản xuất Pinicillin bán tổng hợp nhờ enzyme penicillin
acylase để sản xuất hai dẫn xuất ban đầu 6- APA và 7 – ADCA, từ đó tổng
hợp lên kháng sinh thế hệ II, III, IV, V. Cùng với sự phát triển của kỹ thuật
gen và lai tạo tế bào, người ta đã sản xuất được những chất mà cơ thể sống chỉ
có thể tổng hợp được với lượng cực nhỏ như interferon, hormone sinh trưởng
người, isulin, vaccine… Ngoài việc nghiên cứu enzym trong y học lâm sàng
và trong điều trị học, người ta còn nghiên cứu sự phát triển của enzym trong
cơ thể từ giai đoạn bào thai cho đến lúc già. Bởi vậy ngày nay enzym học còn
đóng vai trò quan trọng trong di truyền học phân tử, trong nghiên cứu quá
trình tiến hóa của các giống nòi và trong nhiều lĩnh vực khác.
I.2 Tình hình sản xuất và ứng dụng enzym ở Việt Nam.
Việc nghiên cứu và ứng dụng enzym ở Việt Nam chỉ mới được tập
trung chú ý trong vài thập kỷ trở lại đây. Cho đến nay Việt Nam chưa có một
enzym nào được sản xuất ở quy mô công nghiệp mà mới chỉ dừng lại ở quy
mô nhỏ, phạm vi phòng thí nghiệm của các trường đại học, các viện nghiên
cứu.
Những chế phẩm enzyme được sử dụng rộng rãi nhất ở nước ta hiện
nay là amylase chủ yếu dùng trong công nghiệp sản xuất rượu bia, đường
glucose, đường nha, công nghiệp dệt…Enzyme phân giải protein (protease)
tăng độ bền ngọt của bia, công nghiệp chất tẩy rửa, nước chấm, y học…
Một số enzyme (chủ yếu nhập từ nước ngoài) được sử dụng rộng rãi
trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm và đa dạng hóa sản phẩm sữa.
Các chế phẩm protease (dùng trong công nghiệp sản xuất nước chấm,
chế biến thịt cá) và prozimabo (y học) là các chế phẩm có nguồn gốc từ thực
vật.
Sản lượng chế phẩm enzyme tiêu thụ hàng năm khoảng 100-300
tấn/năm. Tuy nhiên, việc sử dụng enzyme trong các ngành công nghiệp ở
SV: Vũ Thị Hằng
6
Báo cáo khoa học Viện ĐH Mở - Khoa Công nghệ Sinh học
nước ta còn ở dạng tiềm năng, do vậy trong những năm tới khả năng ứng
dụng của enzyme còn được khai thác và mở rộng ra nhiều lĩnh vực khác: xử
lý rác thải sinh hoạt và rác công nghiệp, sản xuất bột dinh dưỡng trẻ em, sản
xuất chế phẩm probiotic, prebiotic…
I.3 Enzyme Trehalases
I.3.1 Giới thiệu về enzyme Trehalase
Trehalase là enzyme phân bố rộng rãi trong tự nhiên. Nó được dùng
khá phổ biến trong công nghiệp, y học và nhiều lĩnh vực khác.
Trehalase là một loại enzyme glycoside hydrolase có tác dụng xúc tác
cho quá trình chuyển đổi trehalose thành glucose. Nó được tìm thấy trong hầu
hết các động vật. Trehalose là đường đôi không khử (α-D-
glucopyranosyl-1,1-α-D-glucopyranoside) là một trong những nguồn
carbohydrate quan trọng nhất xuất hiện trong hầu hết các loại sinh vật, trừ
lớp động vật có vú. Disaccharide được thủy phân vào 2 phân tử glucose bằng
enzyme Trehalase. Có 2 loại Trehalase được tìm thấy trong Saccharomyces
cerevisiae (nấm men), là Trehalase trung tính (NT)và Trehalase axit (AT)
được phân loại dựa vào độ pH của chúng [4]. NT có độ pH là 7.0 trong khi
AT là 4.5.
Theo báo cáo mới đây, hơn 90% AT hoạt động trong S. cerevisiae là
ngoại bào và tách ngoại bào Trehalose thành glucose trong môi trường chất
bao.
I.3.2 Trehalase trong vi khuẩn
Trehalose được tìm thấy như tích lũy carbonhydrate trong
Pseudomonas, Bacillus, Rhizobium và trong rất nhiều khuẩn tia và là nguyên
nhân của khả năng kháng khuẩn. Hầu hết các enzyme Trehalase tách biệt với
các vi khuẩn có độ pH từ 6.5 đến 7.5.
SV: Vũ Thị Hằng
7
Báo cáo khoa học Viện ĐH Mở - Khoa Công nghệ Sinh học
Enzyme Trehalase của Mycobacterium là một màng protein bị ràng
buộc. Tế bào chất Trehalase của Escherichiacoli K12 được kích thích bở sự
tăng cao trong nồng độ thẩm thấu. Sự thủy phân của Trehalose thành glucose
diễn ra trong bào chất, và sau đó glucose được chuyển vào các tế bào vi
khuẩn. Một tế bào chất Trehalase khác cũng được tìm thấy từ E.coli. Gen mã
hóa tế bào chất Trehalase có tính đồng đẳng cao với Trehalase tế bào chất.
I.3.3Trehalase trong thực vật
Trong thế giới thực vật, mặc dù Trehalose được tìm thấy từ rất nhiều
loài cây không hoa bao gồm Selaginella lepidophylla và Botrychium lunaria;
đường rất hiếm trong cây có mạch và chỉ được tìm thấy trong quả chín của
các loại thuộc Apiaceae và trong lá cây của thực vật hạt kín có khả năng chịu
khô hạn như Myrothamnus flabellifolius.
Tuy nhiên enzyme Trehalase lại phổ biến trong các loại cây. Điều này
rất khó hiểu vì tuy thiếu cơ chất nhưng Trehalase lại có mặt ở các loại thực
vật bậc cao. Không có sự chứng minh rõ ràng nào về vai trò hoạt động của
Trehalase trong thực vật. Tuy nhiên có nhiều ý kiến cho rằng Trehalases có
thể đóng vai trò trong cơ cấu kháng khuẩn hoặc enzyme có thể đóng vai trò
trong việc giảm lượng Trehalose có nguồn gốc từ vi sinh thực vật
I.3.4 Trehalase trong nấm men
Trong S.cerevisiae có ít nhất 2 enzyme Trehalase khác biệt được tìm
thấy. Một loại được điều hòa bởi cAMP-phụ thuộc phosphorylation. Hoạt
động của loại enzyme này được tìm thấy trong dịch bào tương. Loại enzyme
hoạt động thứ hai được tìm thấy trong các không bào của 12 vi sinh vật tương
ứng. Nồng độ pH của Trehalase dịch bào tương vào khoảng 7.0 do đó nó
được cho vào cùng loại với Trehalase trung tính. Trong khi đó, enzyme
Trehalase không bào được cho rằng có khả năng hoạt động tốt nhất tại độ pH
SV: Vũ Thị Hằng
8
Báo cáo khoa học Viện ĐH Mở - Khoa Công nghệ Sinh học
khoảng 4.5 và được coi là Trehalase axit. Hai loại enzyme này mã hóa bởi hai
loại gen khác nhau là NTH1 và ATH1
I.3.5 Thủy phân Trehalose
Một phân tử Trehalose được thủy phân thành 2 phân tử glucose bằng
enzyme Trehalase. Thủy phân enzyme của Trehalose lần đầu tiên được tiến
hành vào năm 1893 tại Aspergillus niger bởi Bourquelot. Fischer đã thấy được
phản ứng này trong S. cerevisiae vào năm 1895. Kể từ lần thủy phân enzyme
Trehalose đó, Trehalase (α, α-trehalose-1-C-glucohydrolase, EC 3.2.1.28) đã
được tìm thấy trong rất nhiều sinh vật bao gồm động vật và thực vật. Thủy
phân Trehalose bằng enzyme Trehalase là một quá trình sinh lý học quan
trọng của nhiều loại sinh vật như nảy mầm bào tử nấm, côn trùng bay và tăng
trưởng lại trong tế bào không hoạt động tích cực.
I.4 Tổng quan về đường chức năng Trehalose
I.4.1 Trehalose
Trehalose là một đường tự nhiên với chức năng tương tự như đường
sucrose nhưng ổn định hơn và có vị ngọt nhẹ hơn. Trehalose là đường đa chức
năng, vị ngọt nhẹ của nó (45% sucrose).
SV: Vũ Thị Hằng
9
Báo cáo khoa học Viện ĐH Mở - Khoa Công nghệ Sinh học
Hình 1: Biểu đồ hàm lượng đường trehalose, maltose, glucose, sucrose
Thành phần các chất dinh dưỡng trong đường Trehalose:
Thành phần Giá trị thành phần trong 100g
Năng lượng 628kj/150kcal
Protein 0g
Carbonhydrate trong đường 100g
Hàm lượng chất béo 0g
Hàm lượng xenluloza 0g
Hàm lượng natri 0g
Bảng 1: Thành phần các chất trong đường Trehalose
Cấu tạo Trehalose:
SV: Vũ Thị Hằng
10
Báo cáo khoa học Viện ĐH Mở - Khoa Công nghệ Sinh học
Hình 2: Công thức cấu tạo của trehalose
SV: Vũ Thị Hằng
11
Báo cáo khoa học Viện ĐH Mở - Khoa Công nghệ Sinh học
Hình 3:Sơ đồ phản ứng enzyme
I.4.2 Ảnh hưởng của Trehalose lên cơ thể sống
I.4.2.1 Ảnh hưởng của Trehalose đến sự chuyển hóa hydratcacbon
Trehalose không hoặc rất ít bị thủy phân bởi hệ enzyme đường ruột nên
khi ăn lượng đường hòa tan trong máu không bị biến động. Trong gan, hoạt
lực của enzyme trên tăng lên nếu chỉ ăn sacaroza nhưng sẽ được bình thường
hóa bởi sự cung ứng Trehalose. Như vậy, Trehalose có vai trò khá tích cực
trong việc phòng và chữa bệnh tiểu đường xét về góc độ bệnh lý liên quan
đến sự gia tăng của lipoprotein trong máu. Vì thế Trehalose hiện nay được
SV: Vũ Thị Hằng
12
Báo cáo khoa học Viện ĐH Mở - Khoa Công nghệ Sinh học
dùng nhiều như một chất thấp năng lượng đặc biệt dành cho các đối tượng bị
bệnh tiểu đường.
Từ kết quả của một nghiên cứu khác cho thấy, đối với những người
mắc bệnh tiểu đường, nếu mỗi ngày mỗi người ăn 8g trehalose, lượng đường
trong máu sẽ giảm nhanh trong 14 ngày.
I.4.2.2 Vai trò thúc đẩy quá trình hấp thụ canxi của Trehalose
Nhiều nghiên cứu cho thấy, sử dụng Trehalose có thể tăng cường sự
hấp thụ canxi của tế bào. Nhờ đặc tính này, Trehalose có thể giúp cho con
người phòng chống các bệnh về chuyển hóa và bệnh loãng xương.
Quá trình thúc đẩy hấp thụ canxi của Trehalose xảy ra trong ruột già.
Cơ chế thúc đẩy trên chưa được xác định rõ ràng nhưng các tác giả đều có
một kết luận chung là do ba yếu tố sau:
+ Đường Trehalose trong ruột già được các vi sinh vật sinh axit lên
men, làm giảm pH của môi trường, dẫn đến sự tái hòa tan của các muối canxi
+ Trong ruột già các vi khuẩn Bifidobacterium lên men mạnh khi môi
trường có chứa Trehalose sinh ra các axit mạch ngắn, các axit này khuếch tán
vào tế bào biểu bì thành ruột, từ đó thúc đẩy sự hấp thụ canxi.
+ Sự dịch chuyển Trehalose trong ruột già sẽ kéo theo sự dịch chuyển
của hợp chất canxi – protein, nhờ đó canxi được tiếp xúc nhiều hơn với các tế
bào thành ruột, tạo điều kiện tốt cho sự hấp thu vào máu. Ngoài canxi,
Trehalose đồng thời còn thúc đẩy sự hấp thụ cả magie. Điều này thúc đẩy quá
trình phát triển xương, tăng cường hàm lượng canxi trong xương.
I.4.2.3 Ảnh hưởng của trehalose đến hệ vi sinh vật trong khoang miệng
Bệnh sâu răng chủ yếu là do vi khuẩn streptococci đột biến và các liên
cầu khuẩn gây nên. Các vi sinh vật có rất nhiều trong khoang miệng của
người và động vật. Khi đưa thức ăn vào chúng sẽ lựa chọn thành phần dinh
dưỡng thích hợp dễ lên men, phát triển và gây bệnh. Vì thế nếu trong thành
SV: Vũ Thị Hằng
13
Báo cáo khoa học Viện ĐH Mở - Khoa Công nghệ Sinh học
phần thức ăn của ta không chứa hoặc ít chứa chất thích hợp cho quá trình dinh
dưỡng của loại vi sinh vật trên sẽ có thể ngăn ngừa được bệnh. Để xét ảnh
hưởng của Trehalose đến bệnh sâu răng người ta đã tiến hành thí nghiệm trên
cơ thể chuột. Kết quả cho thấy nhóm chuột thí nghiệm (ăn đường Trehalose)
bị sâu răng ít hơn nhiều so với nhóm chuột đối chứng (ăn Saccaroza)
Các thí nghiệm nuôi cấy vi sinh vật phân lập từ khoang miệng lên môi
trường Trehalose đã chứng tỏ cơ chế và khả năng phòng bệnh sâu răng của
nó. Đó là do Trehalose không phải là môi trường thích hợp cho các vi sinh vật
trên phát triển.
Ngoài ra Trehalose còn có khả năng chữa bệnh sâu răng. Vì thế ngày
nay trên thế giới người ta còn dùng Trehalose thay thế cho đường kính trong
thành phần ăn hoặc trong chế biến bánh kẹo, đặc biệt là bánh kẹo cho trẻ em
để phòng bệnh sâu răng.
I.4.2.4 Tính kháng khuẩn của trehalose
SV: Vũ Thị Hằng
14
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét