BỘ CÔNG THƢƠNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
BỘ MÔN: HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM
 ĐỀ TÀI:
TÌM HIỂU VỀ ỨNG DỤNG CỦA
NHÓM ENZYME CELLULASE
GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG
SVTH: NGUYỄN HOÀNG PHÚC 2005100031
HUỲNH TẤN ĐẠT 2005100054
PHẠM QUỐC HUY 2005100171
NGUYỄN TẤN PHÚC 2005100040
VÕ MINH TRÍ 2008100088
NHÓM 02_LỚP 01DHTP1_SÁNG THỨ 2_TIẾT 1,2 TP.HỒ CHÍ MINH - 2012
BỘ CÔNG THƢƠNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
BỘ MÔN: HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM



1.6. Phân loại enzyme cellulase 6
1.7. Cơ chế tác dụng của enzyme cellulase 7
1.7.1. Cơ chế 1,4-

-D-glucan cellobiohydrolase (EC 3.2.1.91) 7
1.7.2. Cơ chế 1,4-

-D-glucan 4-glucanohydrolase (EC 3.2.1.4) 8
1.7.3. Cơ chế

-D-glucoside glucohydrolase (EC 3.2.1.21) 9
1.8. Hoạt lực của enzyme cellulase 10
1.9. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt lực của enzyme cellulase 11
1.9.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ 11
1.9.2. Ảnh hưởng của pH 11 1.9.3. Ảnh hưởng của ion kim loại 12
1.9.4. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme 12
1.9.5. Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất [S] 13
CHƢƠNG 2. CÁC ỨNG DỤNG CỦA NHÓM ENZYME CELLULASE 17
2.1. Sơ lược về ứng dụng của nhóm enzyme cellulase 17
2.2. Các ứng dụng của nhóm enzyme cellulase 18
2.2.1. Trong công nghiệp giấy 18
2.2.2. Trong công nghiệp dệt 19
2.2.3. Trong xử lý môi trường 20
2.2.4. Trong sản xuất thức ăn gia súc 20
2.2.5. Trong kỹ thuật di truyền 21
2.2.6. Trong công nghiệp chế biến thực phẩm 21
2.2.6.1. Trong nghiệp sản xuất bia 21

Dù đã cố gắng rất nhiều nhưng trong quá trình thực hiện cũng không thể tránh
khỏi những sai sót, rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của Cô để những bài
tiểu luận về sau sẽ đầy đủ và chính xác hơn.
TẬP THỂ NHÓM

1

DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1.1. Enzyme cellulase 5
Hình 1.2. Cơ chế hoạt động của exoglucanase 8
Hình 1.3. Cơ chế hoạt động của endoglucanase 8
Hình 1.4. Cơ chế hoạt động của

-glucosidase 9
Hình 1.5. Quá trình phân giải cellulose của cellulase 9
Hình 1.6. Sự phụ thuộc của vận tốc phản ứng vào [E] 13
Hình 1.7. Biến thiên vận tốc phản ứng theo nồng độ cơ chất 15
Hình 1.8. Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ cơ chất 16
Hình 2.1. Sợi giấy được tái chế 19
Hình 2.2. Cơ chế thủy phân phân tử cellulose(A) và phức hệ cellulose(B) của các
Enzyme thuộc hệ phức cellulase 23
Hóa sinh thực phẩm Mở đầu

2

MỞ ĐẦU
1. Yêu cầu thực tế và lý do chọn đề tài
Enzyme là loại protein, xúc tác cho mọi phản ứng sinh học trong mọi tế bào của
sinh vật. Enzyme rất quan trọng với cơ thể con người, nếu không có enzyme thì mọi sự
chuyển hóa trong cơ thể con người bị đình trệ và con người không thể sống được.

Tiểu luận với đề tài: “TÌM HIỂU VỀ ỨNG DỤNG CỦA NHÓM ENZYME
CELLULASE” được thực hiện với hai chương chính:
- Chƣơng 1: Tổng quan về enzyme cellulase
- Chƣơng 2: Các ứng dụng của nhóm enzyme cellulase
Hóa sinh thực phẩm Chương 1.Tổng quan về enzyme cellulase

4

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ENZYME CELLULASE
1.1. Giới thiệu chung
Cellulose là thành phần cơ bản của tế bào thực vật, vì vậy nó có mặt trong mọi
loại rau quả cũng như trong các nguyên liệu, phế liệu của các ngành trồng trọt và lâm
nghiệp. Tuy nhiên, người và động vật không có khả năng phân giải cellulose. Nó chỉ có
giá trị làm tăng tiêu hóa, nhưng với lượng lớn nó trở nên vô ích hay cản trở tiêu hóa.
Cellulase là một phức hệ enzyme có tác dụng thủy phân cellulose thông qua việc
thủy phân liên kết

-1,4-glucoside trong cellulose.
Cellulase có khả năng thủy phân cellulose thành đường. Con người và động vật
không có khả năng phân giải cellulose, nó có vai trò chất độn. Phương pháp tìm chế
phẩm cellulase còn hạn chế.
Chế phẩm cellulase thường dùng để:
- Tăng chất lượng thực phẩm và thức ăn gia súc.
- Tăng hiệu suất trích ly các chất từ nguyên liệu thực vật.
Enzyme cellulase đã được nghiên cứu từ rất lâu trên thế giới. Đây là enzyme
được ứng dụng rất rộng rãi, chỉ đứng sau protease và amylase.
1.2. Cấu trúc của enzyme cellulase
Cellulase có bản chất là protein được cấu tạo từ các đơn vị là axit amin, các axit
amin được nối với nhau bởi lien kết peptid –CO-NH- . Ngoài ra, trong cấu trúc còn có
những phần phụ khác, Cấu trúc hoàn chỉnh của các loại enzyme nhóm endoglucanase

khác như Mn, Ag, Zn nhưng ở mức độ nhẹ.
Trọng lượng của enzyme cellulose thay đổi từ 30 -110 KDa (Begunin, 1990;
Gilkes và cộng sự, 1991).
1.4. Nguồn gốc của enzyme cellulase
• Được thu nhận từ các nguồn khác nhau:
– Động vật: dịch tiết dạ dày bò, các nhóm thân mềm…
– Thực vật: trong hạt ngũ cốc nảy mầm như đại mạch, yến mạch, lúa mì
mạch đen…
– Vi sinh vật: các loại xạ khuẩn, vi khuẩn, nấm sợi, nấm men…
• Trong thực tế người ta thường thu nhận enzyme cellulase từ vi sinh vật. Các
chủng vi sinh vật thường sử dụng:
– Nấm mốc: Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Aspergillus candidus…
– Xạ khuẩn: Actinomyces griseus, Streptomyces reticuli…
– Vi khuẩn: Acetobacter xylinum, Bacillus subtilis, Bacillus pumilis…
1.5. Cơ chất của enzyme cellulase
Cellulose là cơ chất của enzyme cellulase. Cellulose là một polysaccharide
phong phú nhất trong tự nhiên. Việc phân hủy sinh học cellulose bởi vi sinh vật là một
trong những bước chính của chu trình carbon trên trái đất.
1.6. Phân loại enzyme cellulase
Hóa sinh thực phẩm Chương 1.Tổng quan về enzyme cellulase

7

Về phương diện hóa học, cellulose là một polyme được cấu tạo từ các đơn vị

-glucose nối với nhau bằng liên kết

-1,4-glucoside. Cellulose là thành phần
polysaccharide chủ yếu của vách tế bào thực vật.
Dựa vào đặc điểm của cơ chất và cơ chế phân cắt, enzyme cellulase được chia

8

Hình 1.2. Cơ chế hoạt động của exoglucanase
1.7.2. Cơ chế 1,4-

-D-glucan 4-glucanohydrolase (EC 3.2.1.4)
Enzyme này còn có tên gọi khác như: Endoglucanase, Endo-1,4-

-D-
glucanase, Endo-1,4 glucanase,

-1,4-endoglucan hydrolase, Carboxymethyl
cellulase, Celludextrinase, Cellulase A, Cellulosin AP, Alkali Cellulase, Cellulase A3,
9,5 Cellulase, Avicelase, Pancellase SS.
Enzyme này thủy phân ngẫu nhiên liên kết 1,4-

-D-glucoside giữa mạch của
chuỗi cellulose, lichenin và các

-D-glucan của ngũ cốc.

Hình 1.3. Cơ chế hoạt động của endoglucanase
Hóa sinh thực phẩm Chương 1.Tổng quan về enzyme cellulase

9

1.7.3. Cơ chế

-D-glucoside glucohydrolase (EC 3.2.1.21)
Enzyme này có tên gọi khác như là:

Hình 1.4. Cơ chế hoạt động của

-glucosidase
Hình 1.5. Quá trình phân giải cellulose của cellulase

Hóa sinh thực phẩm Chương 1.Tổng quan về enzyme cellulase

10

1.8. Hoạt lực của enzyme cellulase (cơ chế thủy phân cellulose)
Thủy phân cellulose phải có sự tham gia của cả ba loại enzyme cellulose như
endoglucanase, exoglucanase và β-glucosidase. Thiếu một trong ba loại enzyme trên
thì không thể thủy phân phân tử cellulose đến cùng.
Từ những nghiên cứu riêng lẽ đối với từng loại enzyme đến nghiên cứu tác động
tổng hợp của cả ba loại enzyme cellulose, nhiều nhà khoa học đều đưa ra kết luận
chung là các loại enzyme cellulose sẽ thay phiên nhau phân hủy cellulose để tạo thành
sản phẩm cuối cùng là glucose. Có nhiều cách giải thích khác nhau về cơ chế tác động
của cellulose, trong đó cách giải thích do Erikson đưa ra được nhiều người công nhận
hơn cả.
Theo Erikson và cộng tác viên (1980), cơ chế tác động hiệp đồng của 3 loại
cellulose như sau: đầu tiên endoglucanase tác động vào vùng vô định hình trên bề mặt
cellulose, cắt liên kết β-1,4-glucosid và tạo ra các đầu mạch tự do. Tiếp đó
exoglucanase tấn công cắt ra từng đoạn cellobiose từ đầu mạch được tạo thành. Kết
quả tác động của endoglucanase và exoglucanase tạo ra các celloligosaccharit mạch
ngắn, cellobiose, glucose. β-glucosidase thủy phân tiếp và tạo thành glucose.
Các loài vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp cellulose trong điều kiện tự nhiên
thường bị ảnh hưởng bởi tác động nhiều mặt của các yếu tố ngoại cảnh nên có loài phát
triển rất mạnh, có loài lại phát triển yếu. Chính vì thế, việc phân hủy cellulose trong tự
nhiên được tiến hành không đồng bộ, xảy ra rất chậm.
Trong điều kiện phòng thí nghiệm hay điều kiện công nghiệp, việc phân hủy

C, còn hoạt tính xúc tác của endoglucanase III từ
Trichoderma reesei đạt tối đa ở 55
0
C. Theo kết quả nghiên cứu của Kiamoto và cs
(1996), các endoglucanase từ chủng A. oryzae KBN616 hoạt động tốt nhất torng dải
nhiệt độ 45 – 55
0
C.
1.9.2. Ảnh hƣởng của pH
Khả năng hoạt động của enzyme còn phụ thuộc vào pH môi trường phản ứng.
Tủy thuộc vào bản chất của enzyme mà pH thích hợp để enzyme hoạt động có thể
trung tính, kiềm hoặc acid. Theo nghiên cứu trước đây cho thấy, pH tối thích cho hoạt
động của cellulase từ A. niger NRRL – 363 là 5,5; của cellulase từ A. niger Z10 là 4,5
và 7,5; của endoglucanase III từ Trichoderma reesei là 4,0 – 5,0; của endoglucanase từ
A. oryzae KBN616 là 4,0 – 5,0. Khi nghiên cứu ảnh hưởng của pH lên hoạt tính
Hóa sinh thực phẩm Chương 1.Tổng quan về enzyme cellulase

12

endoglucanase từ chủng nấm ưa acid A. terreus M11, Gao và cộng sự (2008) cho rằng
enzyme này có khả năng hoạt động trong dải pH 2 – 5, trong đó pH 2 là tốt nhất.
1.9.3. Ảnh hƣởng của ion kim loại
Các ion kim loại có thể kìm hãm hoặc hoạt hóa sự hoạt động của các enzyme.
Các ion kim loại nặng ở nồng độ nhất định có thể gây biến tính và kìm hãm không
thuận nghịch enzyme. Sharma và cs (1995) nhận thấy, ion Ca
2+
làm tăng hoạt tính của
enzyme cellulase của Baccillus sp. D04 lên 40% so với đối chứng, còn Mg
2+
làm giảm

1.9.5. Ảnh hƣởng của nồng độ cơ chất [S]
Ta khảo sát trường hợp đơn giản nhất: chỉ một cơ chất Gọi v
1
là vận tốc của phản ứng tạo thành phức chất ES.
Gọi v
-1
là vận tốc của phản ứng tạo phân ly phức chất ES tạo thành E và S. Gọi v
2
là vận tốc của phản ứng tạo thành E và P (sản phẩm).
11
11
22
[ ][ ]
[]
[]
v k E S
v k ES
v k ES





Khi hệ thống đạt trạng thái cân bằng ta có:

2
)[ES] = k
1
([E
0
]-[ES]) [S]
10
1 2 1
[ ][ ]
[]
[]
k E S
ES
k k k S



Nếu đặt
12
`
m
kk
K
k




(Km: gọi là hằng số Michalis Menten)
Ta có:

= k
2
[E
0
]
Thay vào phương trình (4) ta được:
max
[]
[]
m
S
vV
KS


(5)
Phương trình (5) gọi là phương trình Michelis Menten
Km gọi là hằng số Michelis Menten đặc trưng cho mỗi enzyme. Km đặc trưng
cho ái lực của enzyme với cơ chất, Km có trị số càng nhỏ thì ái lực của enzyme với cơ
chất càng lớn, nghĩa là vận tốc của phản ứng do enzyme xúc tác càng lớn.
Hóa sinh thực phẩm Chương 1.Tổng quan về enzyme cellulase

15

Ý nghĩa thực tiễn của hằng số Michelis là ở chỗ nó chính là giá trị của nồng độ
cơ chất khi tốc độ phản ứng bằng ½ tốc độ tối đa. Thay V và v bằng các con số tương
ứng 1 và 0,5 vào phương trình trên, ta sẽ thấy rõ điều đó. Như vậy, K
m
được đo bằng
đơn vị nồng độ, tức là mol/l.

Hình 1.8. Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ cơ chất
Trong nhiều phản ứng do enzyme xúc tác có 2 hay nhiều cơ chất, ví dụ
hexokinase xúc tác phản ứng:
ATP + glucose hexokinase ADP + glucose 6 phosphate
Hóa sinh thực phẩm Chương 2.Ứng dụng của enzyme cellulase

17

CHƢƠNG 2. CÁC ỨNG DỤNG CỦA NHÓM ENZYME CELLULASE
2.1. Sơ lƣợc về ứng dụng của nhóm enzyme cellulase
Ứng dụng trước tiên của cellulase đối với chế biến thực phẩm là dùng nó để
tăng độ hấp thụ, nâng cao phẩm chất về vị và làm mềm nhiều loại thực phẩm thực vật.
Đặc biệt là đối với thức ăn cho trẻ con và nói chung chất lượng thực phẩm được tăng
lên. Một số nước đã dùng cellulase để xử lý các loại rau quả như bắp cải, hành, cà rốt,
khoai tây, táo và lương thực gạo. Người ta còn xử lý cả chè, các loại táo biển.
Trong sản xuất bánh mì từ lúa mạch đen, việc sử dụng enzyme này sẽ làm tăng
chất lượng bánh, nhờ vào việc thủy phân một phần pentosan có trong bột.
Việc ngâm trong dung dịch enzyme sẽ thúc đẩy quá trình hòa tan các thành phần
của thực vật. Hỗn hợp sau thường được sử dụng: exo- và endo-cellulase,

và

-
mannosidase và pectolytic enzyme. Ví dụ ứng dụng trong sản xuất quả nghiền, hoặc
rau nghiền (puree), quá trình phân giải lá chè, quá trình sản xuất bột khoai tây,
Glycosidase (cellulase và amylase từ Aspergillus Niger) khi sử dụng chung với
proteinase sẽ loại bỏ được vỏ từ tôm. Vỏ tôm được làm lỏng và tuột ra dễ dàng dưới
vòi nước.
Cellulase thường được sản xuất bằng phương pháp lên men các loại nấm mốc
hoặc vi khuẩn. Tại châu Âu, có ít nhất năm loại cellulase được sản xuất từ các vi sinh

 Trong giai đoạn nghiền bột giấy cơ học: Người ta bổ sung enzyme
cellobiohydrolase nhằm làm thay đổi nhẹ cấu hình của sợi cellulose, từ đó làm
tăng khả năng nghiền và tiết kiệm 20% năng lượng.
 Trong giai đoạn nghiền bột giấy hóa học: Ngoài enzyme cellulase, người ta
còn bổ sung thêm enzyme hemicellulase và peptinase nhằm phá vỡ lớp vỏ ngoài
của gỗ, giúp tăng cường khả năng khuyếch tán của hóa chất vào bên trong gỗ,
nhằm làm tăng hiệu quả khử lignin.
Hóa sinh thực phẩm Chương 2.Ứng dụng của enzyme cellulase

19

 Trong giai đoạn tẩy trắng giấy: Đây là giai đoạn rất quan trọng trong sản xuất
giấy. Trước đây, người ta thường sử dụng acid HCl để tẩy trắng giấy; tuy nhiên,
HCl thải ra trong quá trình sản xuất làm ô nhiễm môi trường và gây hại đối với
sức khỏe con người. Ngày nay, người ta thường sử dụng enzyme cellulase trong
giai đoạn tẩy trắng giấy cũng như trong quá trình tái chế giấy. Ưu điểm của
phương pháp này là giữ cho sợi giấy không bị ăn mòn nhiều và không ảnh
hưởng đến môi trường.

Hình 2.1. Sợi giấy được tái chế
2.2.2. Trong công nghiệp dệt
Trong công nghiệp dệt, người ta sử dụng enzyme cellulase để giữ màu vải sáng,
bền và không bị sờn cũ.
Đối với vải jean, cellulase được dùng để làm mềm vải jean và tạo ra các vệt
“stone washed”. Trước đây các vệt “stone washed” được làm thủ công bằng cách dùng
đá bọt chà lên vải jean, làm mất lớp kiềm trên bề mặt vải và tạo ra những sợi chỉ trắng.
Hiện nay người ta sử dụng enzyme cellulase trong giai đoạn giặt vải jean thay cho việc
sử dụng đá bọt. Enzyme cellulase chỉ phân hủy theo các vết kiềm trên vải jean đã
nhuộm màu để tạo ra các vệt “stone washed”. Các vệt “stone washed” được tạo ra bằng
Hóa sinh thực phẩm Chương 2.Ứng dụng của enzyme cellulase

Trích đoạn Trong sản xuất nhiên liệu sinh học

---