LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của Công nghệ sinh học, các chế
phẩm enzyme được sản xuất ngày càng nhiều và được sử dụng hầu hết trong các lĩnh
vực như: chế biến thực phẩm, nông nghiệp, chăn nuôi, y tế… Hàng năm, lượng
enzyme được sản xuất trên thế giới đạt khoảng trên 300.000 tấn với giá trị trên 500
triệu USD, được phân phối trong các lĩnh vực khác nhau. Khoảng 75% chế phẩm là
enzyme thủy phân được sử dụng cho việc thủy phân cơ chất tự nhiên. Protease là
enzyme được sử dụng nhiều nhất hiện nay trong một số ngành sản xuất như: chế biến
thực phẩm (đông tụ sữa làm fomat, làm mềm thịt, bổ sung để làm tăng chất lượng sản
phẩm trong sản xuất bia, xử lý phế phụ phẩm trong chế biến thực phẩm…), sản xuất
chất tẩy rửa, thuộc da, y tế, nông nghiệp… Vì tầm quan trọng của protease trong
nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong công nghệ thực phẩm, nên nhóm chúng tôi đã lựa
chọn ứng dụng của protease trong công nghệ thực phẩm làm đề tài báo cáo.
DANH MỤC BẢNG, HÌNH, SƠ ĐỒ
3
Trang
Bảng 1: Một số enzyme đông tụ sữa trong sản xuất Fomat............................ 14
Bảng 2: Tỉ lệ nước, muối trong ướp cá........................................................... 27
Hình 1: Mô hình phân tử enzyme protease (papain)......................................... 6
Hình 2: Cấu trúc không gian enzym protease (renin)....................................... 7
Hình 3: Bào tử xạ khuẩn.................................................................................. 10
Hình 4: Sản xuất Fomat..................................................................................... 13
Sơ đồ 1: Các giai đoạn trong quá trình thu nhận protease............................... 10
Sơ đồ 2: quy trình chế biến nước mắm bằng phương pháp cổ truyền............. 25
Sơ đồ 3: qui trình chế biến nước mắm bằng phương pháp vi sinh vật............ 26
Sơ đồ 4: Các giai đoạn trong sản xuất nước chấm lên men chìm.................... 28
Sơ đồ 5: Quy trình sản xuất nước tương theo phương pháp vi sinh vật.......... 29
Sơ đồ 6: Quy trình sản xuất nước tương theo phương pháp thủy phân........... 30
4
NỘI DUNG
Qua nhiều năm, việc gia tăng sử dụng vi sinh vật như là một nguồn cung cấp

Protease cần thiết cho các sinh vật sống, rất đa dạng về chức năng từ mức độ
tế bào, cơ quan đến cơ thể nên được phân bố rất rộng rãi trên nhiều đối tượng từ vi
sinh vật (vi khuẩn, nấm và virus) đến thực vật (đu đủ, dứa...) và động vật (gan, dạ dày
bê...). So với protease động vật và thực vật, protease vi sinh vật có những đặc điểm
khác biệt. Trước hết hệ protease vi sinh vật là một hệ thống rất phức tạp bao gồm
nhiều enzyme rất giống nhau về cấu trúc, khối lượng và hình dạng phân tử nên rất
khó tách ra dưới dạng tinh thể đồng nhất.
Hầu hết các protease phân cắt protein ở các liên kết đặc hiệu, vì thế có thể sử
dụng các enzyme này theo chiều phản ứng tổng hợp để tổng hợp các liên kết peptitd
định trước. Yếu tố tăng cường quá trình tổng hợp bao gồm pH, các nhóm carboxyl
hoặc nhóm amin được lựa chọn để bảo vệ, khả năng kết tủa sản phẩm,…
Trong cơ thể protein thực phẩm được phân giải ở bộ máy tiêu hóa bởi các
enzyme phân giải protein, đầu tiên là pepsin trong dịch dạ dày và sau đó là các
protease được tiết ra ở tuyến tụy và từ các tế bào ở màng nhày thành ruột. Các acid
amin tự do và các peptid ngắn được hấp thụ và đi qua các tế bào hình lông ở thành
ruột. Phần lớn các peptid được hấp thụ bị thủy phân ở các tế bào thành ruột. Các acid
amin được hấp thụ sẽ đi vào gan và sau đó tham gia vào quá trình chuyển hóa.
Quá trình thủy phân protein đóng vai trò quan trọng trong sản xuất nhiều loại
thực phẩm. Quá trình này có thể được thực hiện nhờ chính protease của thực phẩm đó
hay do các protease vi sinh vật được đưa vào trong quá trình chế biến thực phẩm.
6
Trong nhiều trường hợp các tính chất protein thực phẩm được cải thiện nhờ
thủy phân hạn chế hoặc sâu sắc nhờ các enzyme protease. Sự thủy phân hạn chế có
tác dụng tăng khả năng nhũ hóa và tạo bọt của protein (do tăng tính hòa tan và khả
năng khuếch tán đến bề mặt phân chia).

Hình 2: Cấu trúc không gian enzym protease (renin)
1.2. Phân loại protease
 Protease (peptidase) thuộc phân lớp 4 của lớp thứ 3 (E.C.3.4) trong hệ thống
phân loại các nhóm enzyme;

proteinase thường hoạt động vùng pH trung tính và hoạt độ giảm mạnh dưới
tác dụng của EDTA.
 Ngoài ra, protease được phân loại một cách đơn giản hơn thành ba nhóm:
 Protease acid: pH = 2 – 4;
 Protease trung tính: pH = 7 – 8;
 Protease kiềm: pH = 9 – 11.
1.3. Nguồn thu protease vi sinh vật
Trong công nghiệp protease có thể thu từ nhiều nguồn chủ yếu từ vi sinh vật như:
vi khuẩn, nấm mốc, xạ khuẩn.
1.3.1. Vi khuẩn:
Lượng protease sản xuất từ vi khuẩn được ước tính vào khoảng 500 tấn, chiếm
59% lượng enzyme được sử dụng.
Protease của động vật hay thực vật chỉ chứa một trong hai loại endopeptidase
hoặc exopeptidase, riêng vi khuẩn có khả năng sinh ra cả hai loại trên, do đó protease
của vi khuẩn có tính đặc hiệu cơ chất cao. Chúng có khả năng phân hủy tới 80% các
liên kết peptid trong phân tử protein.
8
Trong các chủng vi khuẩn có khả năng tổng hợp mạnh protease là Bacillus
subtilis, B. mesentericus, B. thermorpoteoliticus và một số giống thuộc chi
Clostridium. Trong đó, B. subtilis có khả năng tổng hợp protease mạnh nhất. Các vi
khuẩn thường tổng hợp các protease hoạt động thích hợp ở vùng pH trung tính và
kiềm yếu.
Các protease trung tính của vi khuẩn hoạt động ở khoảng pH hẹp (pH 5 – 8)
và có khả năng chịu nhiệt thấp. Các protease trung tính tạo ra dịch thủy phân protein
thực phẩm ít đắng hơn so với protease động vật và tăng giá trị dinh dưỡng. Các
protease trung tính có khả năng ái lực cao đối với các amino acid ưa béo và thơm.
Chúng được sinh ra nhiều bởi B. subtilis, B. mesentericus, B. thermorpoteoliticus và
một số giống thuộc chi Clostridium.
Protease của Bacillus ưa kiềm có điểm đẳng điện bằng 11, khối lượng phân tử
từ 20.000-30.000. Ổn định trong khoảng pH 6 – 12 và hoạt động trong khoảng pH

10
1.4.1. Tuyển chọn chủng:
Yêu cầu tuyển chọn chủng tổng hợp được enzyme cần thiết, với lượng đáng
kể và hoạt tính cao. Đối với việc thu protease thì thu từ nguồn như nấm mốc, vi
khuẩn, xạ khuẩn.
Môi trường tuyển chọn phân lập thường từ đất, nước, lương thực, thực
phẩm…Tuy nhiên các chủng phân lập theo phương pháp thông thường chỉ tổng hợp
được một lượng nhỏ enzyme (enzyme bản thể), người ta cần tiến hành gây đột biến
bằng phương pháp sinh học, lý, hóa học… để tạo chủng có khả năng “siêu tổng hợp
enzyme”. Vi sinh vật sau khi được tuyển chọn cần được nhân giống và nuôi trong
điều kiện tối ưu để chúng sinh sản và phát triển tốt, tổng hợp nhiều enzyme.
1.4.2. Môi trường và phương pháp nuôi cấy vi sinh vật tổng hợp
Protease:
Cần phải chọn môi trường vì thành phần môi trường dinh dưỡng có ảnh hưởng
trực tiếp đến sự sinh trưởng và tổng hợp enzyme của vi sinh vật. Trong thành phần
môi trường phải có đủ các chất đảm bảo được sự sinh trưởng bình thường của vi sinh
vật và tổng hợp enzyme.
Đặc biệt lưu ý là để tăng sự tổng hợp enzyme người ta thường dựa vào hiện
tượng cảm ứng. Vì nếu như trong thành phần môi trường có các chất cảm ứng thì
chất đó hay sản phẩm phân giải của nó sẽ kìm hãm hoặc làm yếu tác dụng phong toả
của chất kìm hãm nhằm bảo đảm khả năng sinh tổng hợp enzyme đã cho không bị
cản trở. Chất cảm ứng tổng hợp enzyme cho thêm vào môi trường nuôi thường là cơ
chất tương ứng của enzyme cần tổng hợp.
Thành phần chính của môi trường: C, N, H, O. Ngoài ra các chất vô cơ: Mn,
Ca, P, S, Fe, K và các chất vi lượng khác.
Về phương pháp nuôi cấy hiên nay người ta thường dùng hai phương pháp
sau:
 Nuôi bề mặt (môi trường nuôi dạng rắn) hay trên bề mặt dạng lỏng;
 Nuôi bề sâu (nuôi chìm) – môi trường nuôi dạng lỏng.
1.4.3. Phương pháp tách chiết và tinh sạch enzyme:

khi thanh trùng ở nhiệt độ 76 ÷ 78
o
C.
Khi điều kiện vệ sinh không tốt, một số men tạo ra từ các nguồn vi sinh vật
xâm nhập vào gây tác hại đến sữa. Chúng có thể làm giảm nghiêm trọng chất lượng
của sữa ban đầu. Sự có mặt một số men trong sữa được dùng làm chỉ tiêu trong kiểm
tra chất lượng sữa.
12
Các sản phẩm từ sữa có thể ở dạng rắn như các fomat với kết cấu hình thù và
tính cảm vị đặc trưng, dạng hạt đơn điệu như trong các sữa bột, dạng đặc mịn màng
như trong các sữa chua, dạng lỏng như trong các sữa cô đặc với đường.
Trong đó, mảng sản phẩm lên men truyền thống từ sữa vô cùng phong phú và
chiếm một vị trí quan trọng trong ngành công nghiệp chế biến các sản phẩm sữa. Có
thể kể ra đây là bơ, fomat, kefir, yoghurt,…do đó các enzyme sử dụng trong công
nghiệp sữa ngày càng được nghiên cứu và ứng dụng, có thể kể đến như rennin
(chymosin), pepsin có thể làm đông tụ sữa được dùng trong sản xuất fomat, sữa đông
tụ…
2.1.2. Ứng dụng trong việc sản xuất fomat:

13
Hình 4: Sản xuất Fomat
Fomat là sản phẩm chế biến từ sữa có sử dụng quá trình lên men lactic. Đây là
môt thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, bảo quản được lâu, rất phổ biến và thích
hợp khẩu vị người châu Âu, châu Mỹ.
Protease ngoài khả năng thuỷ phân protein đều có khả năng đông tụ sữa tuỳ
mức độ khác nhau, mạnh nhất là rennin, sau đó là pepsin và các protease khác. Quá
trình đông tụ sữa được ứng dụng trong sản xuất fomat. Protease được thu nhận từ
một số vi sinh vật như Asp. candidus, P. roquerti, Bac. mesentericus,…
Bảng 1: Một số enzyme đông tụ sữa trong sản xuất Fomat
Nhóm Nguồn gốc Tên enzyme

.
 Phân loại:
14
 Rennin là một protease acid tính, số phân loại E.C.3.4.4.3. Rennin đặc
biệt có khả năng đông tụ sữa cao và phân giải protein (chủ yếu casein của
sữa).
 Rennin là enzyme thuỷ phân liên kết peptit trong protein có trọng lượng
phân tử khoảng 33.000 – 34.000 Da. Rennin tinh khiết có dạng tinh thể hình
lập phương. Về mặt cấu tạo phân tử, rennin có mạch polypeptit có gắn glycine
trong mạch có vòng cacbon. Các liên kết hydro có thể đóng vai trò quan trọng
trong việc bảo vệ cấu trúc bậc 2, 3 của rennin ở dạng hoạt động. Trong thành
phần hoá học, rennin chứa nhiều amino acid có tính acid nhưng ít hơn pepsin.
Do đó, rennin thể hiện tính acid yếu hơn pepsin.
 Đặc tính và khả năng thuỷ phân của rennin:
 Rennin tinh khiết có đặc tính của một globulin. Điểm đẳng điện của
rennin pI = 4,5. Rennin thấm chọn lọc qua màng tế bào nhưng không thấm qua
màng tế bào ở môi trường kiềm.
 Đặc hiệu thuỷ phân:
 Rennin chỉ thuỷ phân các liên kết peptit và không làm ảnh hưởng đến
liên kết ester và amin. Rennin đặc biệt có tác động mạnh lên các liên kết được
tạo nên bởi tyrosine và phenylalanine.
 Rennin tác động lên cơ chất casein của sữa bò và những loại sữa khác.
Đặc tính thuỷ phân casein của rennin phụ thuộc rất nhiều vào pH. Ở pH = 6,8
rennin phân cắt trung bình 1/33 còn ở pH = 2,3 thì phân cắt 1/8 số liên kết
peptit trong phân tử casein.
 Sự hoạt hoá prorennin thành rennin:
 Prorennin là một chuỗi protein đơn chứa 3 cầu nối disulfite được giữ
lại trong phân tử rennin hỗ trợ cho hoạt động của enzyme.
 Quá trình hoạt hoá prorennin giống sự hoạt hoá pepsinogen, ở pH < 3
quá trình chuyển hoá từ prorennin thành rennin xảy ra rất mạnh. Nhưng quá

5 tháng tuổi.
 Xử lý sơ bộ: tách mỡ, rửa sơ: Lấy phần múi khế của bao tử bê và lộn
ngược một cách nhẹ tay để bỏ hết thức ăn dư, tách bỏ phần mỡ, cân trọng
lượng. Rửa nhẹ bằng nước lạnh , không nên rửa quá kỹ sẽ làm mất enzyme,
sau đó rửa bằng dung dịch muối NaCl 15%.
 Xay nhuyễn: Dùng kéo cắt nhuyễn màng nhầy dạ dày thành miếng nhỏ
khoảng 1cm rồi xay nhuyễn đồng nhất nhằm phá vỡ các mô tế bào tạo điều
kiện cho quá trình trích ly.
 Chiết enzyme và chỉnh pH = 4:
 Bản chất của quá trình chiết tách enzyme từ màng nhầy dạ dày động
vật là sự phối hợp của ba giai đoạn: phá vỡ tế bào, hoạt hoá và chiết tách
enzyme.
 Có hai phương pháp là: phương pháp chiết và phương pháp tự phân. Cả
hai phương pháp này đều dựa trên nguyên tắc: enzyme rennin được giải phóng
từ màng nhầy dạ dày động vật bằng cách chiết trong dung dịch acid loãng hay
nhờ sự tự phân trong môi trường acid.
16
• Phương pháp 1: phương pháp chiết: dạ dày rửa sạch, tách màng
nhầy, nghiền ngâm vào nước 5% butanol hay glycerin có cloroform để
tránh nhiễm khuẩn, thời gian ngâm 48 – 72 giờ, nhiệt độ thường. Sau đó
chế hoá bằng etanol để rennin kết tủa.
• Phương pháp 2: phương pháp tự phân:
♦ Niêm mạc dạ dày xay nhỏ, dùng HCl hay H
3
PO
4
, H
2
SO
4

17

Trích đoạn Protease trong công nghệ chế biến thịt và đồ hộp Một số ứng dụng khác của protease

---