0

Công nghệ enzyme: LIPASE

TS. Nguyễn Hoài Hương

SVNC: 11dsh05

1. Lê Trí Kiểng

2. Đỗ Tuyết Mai

3. Lê Thị Kiều Huệ

4. Lê Thị Tiểu Phụng

5. Trần Thị Thu Thảo

6. Trương Thị Thái Hảo

Khoa Công nghệ Sinh học- Thực phẩm- Môi trường

1

MỤC LỤC

ENZYME LIPASE ______________________________________________________________ 3

I. Tổng quan về Lipase ____________________________________________________ 3

1. Tên enzyme ________________________________________________________ 3

2. Cấu trúc enzyme Lipase _______________________________________________ 4

3. Cơ chế sinh tổng hợp lipase. ___________________________________________ 5

4. Phân loại enzyme ____________________________________________________ 6

5. Thông số : nhiệt độ, pH, cofactor, coenzyme. ______________________________ 7

II. Sản xuất enzyme Lipase ________________________________________________ 13

1. Quy trình tổng quát thu nhận enzyme ngoại bào từ VSV. ____________________ 13

2. Quy trình cơ bản thu nhận enzyme từ nguồn động vật, thực vật. _____________ 14

3. Quy trình cơ bản thu nhận enzyme lipase ngoại bào từ VSV. _________________ 15

4. Quy trình sản xuất lipase ngoại bào từ Cadida rugosa _______________________ 16

5. Tinh sạch enzyme bằng kỹ thuật sắc ký cột. ______________________________ 17

III. Phương pháp cố định enzyme lipase ______________________________________ 17

IV. Phương pháp xác định hoạt tính enzyme lipase _____________________________ 17

1. Đối với cơ chất dạng lỏng _____________________________________________ 18

2. Đối với cơ chất dạng khô _____________________________________________ 18

V. Ứng dụng ___________________________________________________________ 19

1. Ứng dụng của Lipase trong công nghiệp _________________________________ 19

2. Ứng dụng của lipase trong công nghiệp thực phẩm ________________________ 20

3. Ứng dụng lipase trong công nghiệp tẩy rửa _______________________________ 20

4. Ứng dụng lipase trong công nghiệp thuộc da, dệt, giấy _____________________ 21

5. Ứng dụng lipase trong quản lý môi trường _______________________________ 21

6. Ứng dụng lipase trong công nghiệp hóa chất _____________________________ 21

7. Ứng dụng lipase trong hóa sinh dược và y tế _____________________________ 22

8. Ứng dụng lipase trong nông dược ______________________________________ 22

9. Ứng dụng lipase trong mỹ phẩm và công nghiệp nước hoa __________________ 22

10. Ứng dụng lipase trong sản xuất biodiesel ______________________________ 22

11. Ứng dụng lipase trong biosensor (cảm biến sinh học) _____________________ 23

12. Quy trình ứng dụng của Lipase chuyển hóa Biodiesel từ dầu đậu nành _______ 23

13. Quy trình ứng dụng của Lipase trong sản xuất phô mai ___________________ 24

14. Chế phẩm enzyme ________________________________________________ 25

Tài liệu tham khảo ___________________________________________________________ 26

2

LỜI NÓI ĐẦU

Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ enzyme đã mang lại sự

quan tâm đáng kể đến việc ứng dụng enzyme lipase trong ngành công

nghiệp dầu béo. Các phản ứng sử dụng enzyme lipase mang lại nhiều lợi ích

hơn các phản ứng hóa học thông thường. Lipase có thể sử dụng một cách

hiệu quả và kinh tế trong điều kiện ôn hòa. Đây là đặc điểm quan trọng, bởi

vì điều kiện khắc nghiệt sẽ gây ra các phản ứng trùng hợp chất béo và sinh

ra nhiều sản phẩm phụ. Do đó việc sử dụng lipase sẽ làm giảm nhu cầu loại

bỏ các hợp chất màu và sản phẩm phụ bằng phương pháp tốn kém năng

lượng.

Do đó nhóm chúng tôi xin giới thiệu đến các bạn về loại enzyme vẫn

được xem là “chất xúc tác linh động nhất” này thông qua các phần sau đây:

1. Tổng quan về lipase

2. Sản xuất lipase

3. Phương pháp cố định lipase

4. Phương pháp xác định hoạt tính

5. Ứng dụng lipase trong đời sống và sản xuất

3

ENZYME LIPASE I. Tổng quan về Lipase

1. Tên enzyme Lipase (EC 3.1.1.3) còn có tên khác là Triacylglycerol lipase. Thuộc nhóm enzyme hydrolase, cắt đặc hiệu các liên kết ester.

Là enzyme tan trong nước xúc tác phản ứng thủy phân triacylglycerol không tan trong nước tạo thành các glyceril và các acid béo tương ứng nhờ hoạt động của nó trên bề mặt phân pha dầu-nước.

Lipase xúc tác phản ứng thủy phân cắt đứt lần lượt các liên kết α-ester chứ không cắt cùng một lúc 3 liên kết. Quá trình xúc tác thường chậm hơn so với các enzyme khác như protease, amylase…

EC 3. Hydrolase Nomenclature

EC 3.1. Acting on ester bonds

EC 3.1.1. Carboxylic ester hydrolases

EC 3.1.1.3 triacylglycerol lipase

4

Hoạt động mạnh trong hệ nhũ hóa, đặc biệt là hệ nhũ đảo. Tại bề mặt phân cách giữa pha nước với các pha không hòa tan chứa cơ chất.

Phản ứng thủy phân triacylglycerol thành glycerol và các acid béo

2. Cấu trúc enzyme Lipase Tâm hoạt động của lipase là bộ ba: Serine, Histidine và Aspartate/Glutamate.

Phía trên trung tâm hoạt động có vùng kỵ nước được hình thành sau khi lipase được hoạt hóa. Ngoại trừ các điểm chung về khả năng xúc tác thông dụng thì lipase từ những nguồn khác nhau có rất ít điểm chung ở cấp độ amino acid. Do đó, sự hiện diện của serine ở tâm hoạt động được xem là có tính bảo tồn cao và thường xuất hiện trong chuỗi pentapeptide Gly – Xaa – Ser – Xaa – Gly.

5

3. Cơ chế sinh tổng hợp lipase. Giống như sự tổng hợp protein, lipase sẽ được hình thành khi trải qua các quá

trình phiên mã, dịch mã và sau dịch mã. Tất cả các quá trình thực hiện bên trong tb chất của VSV.

Đầu tiên là sự phiên mã. Quá trình chỉ xảy ra khi đoạn gen tổng hợp nên lipase phải được hoạt hóa trước bằng chất cảm ứng. Chất này sẽ giúp giải phóng enzyme RNA polymerase thoát khỏi sự kìm hãm của chất ức chế bằng cách kết hợp với chính chất ức chế đó. Bản chất của chất cảm ứng chính là cơ chất chịu sự xsuc tác của lipase.

Kết thúc quá trình phiên mã diễn ra trong nhân tế bào sản phẩm sẽ là phân tử mRNA, nhưng phân tử này rất dễ bị thuỷ phân trong môi trường tế bào chất. Bên cạnh đó, những kết quả nghiên cứu gần đây cho thấy phân tử siRNA (short interference RNA) được hình thành trong quá trình phiên mã có tác động kìm hãm sự dịch mã hoặc thúc đẩy sự phân hủy những phân tử mRNA. Vì vậy số lượng enzyme được tổng hợp sẽ giảm đi đáng kể.

Tiếp theo, quá trình dịch mã sẽ sử dụng thông tin mã hóa trong mRNA để tạo thành mạch protein có thứ tự acid amin chính xác. Tuy nhiên, chuỗi polypeptide này rất dễ bị thủy phân bởi enzyme peptidase. Quá trình này cần một loại protein “chuyển giao” để tái sử dụng các acid amin của protein có cấu trúc gấp khúc (folded protein) mà không còn sử dụng được nữa.

Khi những polypeptide enzyme đã được tổng hơp khá nhiều thì những polypeptide ở gần nhau sẽ tương tác với nhau tạo thành cấu trúc gấp khúc làm cho khối enzyme trở nên không tan. Điều này đã làm cho enzyme mất đi hoạt tính sinh học. Quá trình này được điều khiển bởi chaperone, là một đoạn polypeptide có chức năng làm gấp khúc các enzyme trong nội bào trước khi những enzyme này được vận chuyển qua màng mmebrane. Đối với pro-pro-enzyme ngoại bào, là enzyme tổng hợp trong tế bào chất nhưng chưa có cấu trúc hoàn thiện, cấu trúc phân tử không được gấp khúc trogn suốt quá trình vận chuyển qua màng membrane. Do đó, một số protein khác đã hỗ trợ enzyme ngoại bào này chống lại sự gấp khúc trong tế bào chất để không hình thành khối protein không tan và chống lại thủy phân nội bào.

Hoạt tính của enzyme còn phụ thuộc vào cofactor là những ion kim loại. Sự cung cấp không đủ những ion này trong tế bào chất sẽ làm giảm đi hoạt tính của enzyme. Vì vậy phải đảm bảo nồng độ bão hòa của các ion đối với enzyme phải thấp hơn nồng độ các ion đó trong tế bào chất.

Đối với pro-pro-enzyme, khi không đủ cofactor để đảm bảo hoạt tính cũng như sự vận chuyển qua màng membrane thì một lượng enzyme này bị giữ lại trong tế bào chất làm ảnh hưởng hiệu suất sinh tổng hợp enzyme.

Sau khi được vận chuyển qua màng membrane, enzyme ngoại bào vẫn có thể bị phân hủy bởi enzyme peptidase trong không gian chu chất. Trong giai đoạn này pro-enzyme, là enzyme ngoại bào trong không gian chu chất chưa có cấu trúc hoàn thiện, vẫn tiếp tục hoàn thiện cấu trúc của nó nhờ những phân ứng thủy phân.

6

4. Phân loại enzyme

Lipase được thu nhận từ nhiều nguồn khác nhau : lipase từ thực vật, lipase

từ động vật và lipase từ vi sinh vật, đặc biệt là từ vi khuẩn và nấm, đã có một vài

lipase thu nhận từ vi sinh vật có giá trị thương mại.

Lipase từ thực vật như ngũ cốc trong giai đoạn nảy mầm. Lipase từ nguồn

thu nhận này hạn chế về hoạt tính lẫn khả năng bền nhiệt, đồng thời nồng độ

enzyme là không cao.

Nguồn lipase từ động vật quan trọng nhất là từ tụy tạng của bò, cừu và lợn.

Lipase từ tụy tạng lợn là một trong những lipase được biết đến sớm nhất

và khá thông dụng. Hạn chế của lipase từ tụy tạng là chúng chứa những hợp chất

có mùi và vị khó chịu như trypsine, tạo vị đắng nên không được ưa chuộng.

Bên cạnh đó, nguồn lipase này còn có khả năng lây truyền virus từ động vật sang

người nên hiện nay xu hướng sử dụng lipase từ vi sinh vật đang được ưa chuộng

do đặc tính đa dạng, dễ tách chiết và nguyên liệu vô hạn .

Đặc hiệu vị trí:

o Những enzyme không đặc hiệu với vị trí hoặc cấu trúc gốc acyl trên mạch

triglyceride (C.rugosa).

7

o Xúc tác đặc hiệu vị trí 1,3 trên phân tử triacylglycerol (A.niger).

o Chỉ xúc tác đặc hiệu 1 số acid béo nhất định (Geotrichum candidum).

Đặc hiệu cơ chất: cơ chất có khả năng kết hợp vào trung tâm hoạt động của

enzyme và bị chuyển hóa dưới tác dụng của enzyme. (C.rugosa, A.niger,

M.miehei …)

5. Thông số : nhiệt độ, pH, cofactor, coenzyme.

a) Nhiệt độ, pH tối ưu Lipase chiết xuất từ tụy tạng bị mất hoạt tính ở 400C, nhưng một số lipase ở vi

sinh vật lại có tính bền nhiệt.

b) Cofactor

Enzyme lipase hoạt động không cần cofactor, tuy nhiên sự hiện diện của một số các cation kim loại như Ca2+, Na+ sẽ làm tăng hoạt tính của lipase. Hoạt tính của lipase bị bất hoạt bởi Co2+, Ni2+, Hg2+ và Sn2+, bị kìm hãm nhẹ bởi Zn2+ và EDTA:

Đối với Bacillus sp • Mg2+ làm tăng hoạt tính enzyme. • Ca2+ tăng tiết enzyme ngoại bào, tăng hoạt tính enzyme. Đối với Geotrichum sp:

• Ca2+ 1mM có tác dụng làm tăng 6% hoạt tính enzyme. • Hoạt tính lipase mất gần hết với Pb2+ 10mM. • Tween 20 làm tăng 10% hoạt tính lipase. • Chất tẩy rửa SDS kiềm hãm lipase hoàn toàn.

8

c) Cơ chế xúc tác Hoạt tính đạt cực đại khi nó được phân tán vào giữa bề mặt phân pha

dầu-nước => quá trình hoạt hóa phân pha. Lipase xúc tác cho nhiều phản ứng khác nhau bao gồm: phản ứng thủy

phân, phản ứng tổng hợp ester, phản ứng chuyển ester và phản ứng amin hóa (aminolysis) .

Các phản ứng do lipase xúc tác đều là các phản ứng thuận nghịch và chiều hướng của phản ứng phụ thuộc vào lượng nước tham gia vào phản ứng.

9

10

Ví dụ về cơ chế xúc tác phản ứng thủy phân:

Do lipase chỉ hoạt động ở bề mặt phân cách giữa hai pha dầu - nước, nên lượng dầu tồn tại ở mặt phân cách sẽ quyết định hoạt tính của lipase. => đó là hoạt tính bề mặt của enzyme.

11

Do đó, cần áp dụng phương pháp nhũ hóa thích hợp để làm tăng diện tích tiếp xúc của các tế bào nhũ hóa.

d) Cơ chất tự nhiên.

Natural Substrates Organisms

Peanut press cake Neurospora sitophita, R.oligosporus

Wheat bran Several filamentous fungi

Coconut oil cake Candida rugosa

Rice bran, wheat bran Candida sp.

Wheat bran A.niger

Rice bran

C.rugosa

12

e) Môi trường nuôi cấy tối ưu sinh tổng hợp Lipase

Môi trường nuôi cấy Cadida rugosa KH2PO4: 15 g; K2HPO4:5,5 g;(NH4)2SO4:4g; MgSO4:1g; FeCl3:10m g; inositon:

0,004mg; biotin: 0,008mg; Thiamine.HCl: 0,2mg; dầu oliu: 1%; axit palmitic: 1.2 g;H2O: 1000ml.

Số tế bào nấm men cấy ban đầu 2,6x10-6 cfu/ml môi trường nuôi cấy. Thời gian nuối cấy 40 giờ.

Môi trường nuôi cấy Bacillus sp Môi trường BMGY với thanh phần: 1% (w/v) cao nấm men, 2% (w/v) bacto-peptone, 100mM kali phosphat, pH 7.0, 4x10-5% (w/v) biotin và 1% (v/v) Methanol. Nhiệt độ 30oC. Lắc 220 rpm.

13

II. Sản xuất enzyme Lipase

1. Quy trình tổng quát thu nhận enzyme ngoại bào từ VSV.

14

2. Quy trình cơ bản thu nhận enzyme từ nguồn động vật, thực vật.

Nguyên liệu động vật, thực vật

Nghiền bằng phương pháp thích hợp

Trích ly với dung môi

Kết tủa

Lọc thu tủa

Tinh sạch enzyme theo mục đích sử dụng

Enzyme

15

3. Quy trình cơ bản thu nhận enzyme lipase ngoại bào từ VSV.

Canh trường lên men VSV

Ly tâm 4000 rpm/15min thu dịch trong

Tủa protein bằng Amonisunfat

Lọc thu kết tủa

Tinh sạch enzyme theo mục đích sử dụng

Enzyme

16

4. Quy trình sản xuất lipase ngoại bào từ Cadida rugosa

Nấm sợi

Tiền xử lý với HCl 2%

Lên men

Lọc hoặc ly tâm thu dịch trong

Thu lipase thô

Tủa với sodium sulfat

Thẩm tích tách muối

Lọc gel

Cô đặc, tinh sạch enzyme

enzyme

Sợi nấm

Chất nền (sấy 60oC kích thước

hạt mịn)

Bảo quản trongđiều kiện chống

ẩm

Cadida rugosa

PDA nghiêng

Erlen 250ml

Thu bào tử nấm

-Lọc: Thêm nước cất tỷ lệ 1:10 so với thể tích canh trườg, lắc 120rpm trong 30 phút, sau đó lọc bằng màng thích hợp -Ly tâm 10000rpm/15p, ở 4oC

Đệm bằng Tris-HCl 0.2M (pH=8)

Đệm phosphate pH 6.5

17

5. Tinh sạch enzyme bằng kỹ thuật sắc ký cột. Do nguồn thu lipase từ động vật kém bền nhiệt, lại có mùi hôi, sản xuất mất

nhiều công sức và tốn kém. Hơn nữa, việc lây nhiễm virus động vật là mối lo ngại hàng đầu.

Nên việc chủ động nuôi cấy và tách chiết lipase từ VSV ngày càng chiếm ưu thế. Người ta sử dụng sắc ký ái lực cho độ tinh sạch cao nhất, nhưng phương pháp này tốn kém, do cột đắc tiền, lại không bền. Do nguyên nhân cột hoạt động trên nguyễn tắc sự bắt cặp giữa enzyme và cơ chất, tạo nên phức hợp E-S. Nhưng bản thân cơ chất của enzyme được nhồi vào cột là protein, đó là nguyên nhân mà cơ chất dễ bị biến tính và mất khả năng kết hợp với enzyme.

Từ đó, các nhà khoa học sử dụng DNA tái tổ hợp biểu hiện trong E.coli bằng cách thiết kế gen mã hóa tổng hợp lipase gắn thêm các trình tự mã hóa 6 gốc His ở đầu C (6His lk đặc hiệu với Ni++ trên cột sắc ký ái lực). Mà việc nhồi cột Ni++ tương đối dễ dàng, cột bền, sử dụng rất lâu. Từ đó mà thành enzyme giảm, tạo điều kiện cho việc ứng dụng lipase rộng rãi hơn. Bên cạnh đó, một số nghiên cứu còn dùng phương pháp gây đột biến, làm tăng khả năng biểu hiện gen, nâng cao hoạt tính lipase.

III. Phương pháp cố định enzyme lipase Tuy lipase có khả năng xúc tác nhiều phản ứng có giá trị trong thực phẩm, y học,

môi trường, công nghiệp da… nhưng việc ứng dụng còn hạn chế bởi chi phí cao. Có thể khắc phục với pp cố định enzyme với mục đích thu hồi và sử dụng nhiều lần, không tốn chi phí cho quá trình tách bỏ enzyme sau khi thu hồi sản phẩm. Có 3 pp được sử dụng:

PP hấp phụ vật lý: Dẫn xuất enzyme lipase từ C.antarcrica B cố định trên Octadecyl-Sepabead giữ được 100% hoạt tính sau khi ủ 200h/50oC/pH=7. Lipase được hấp phụ trên chất mang kỵ nước rất ổn định với nhiệt độ và sự vô hoạt của dung môi hữu cơ. Mặc dù phương pháp này đơn giản nhưng dẫn xuất của enzyme này có tính ổn định nhiệt hơn các phương pháp khác.

PP liên kết cộng hóa trị: Lipase đã được cố định thành công nhất trên các chất mang là chitosan, agarose, …làm tác nhân hoạt hóa nhóm cacboxyl của chất mang khi cố định enzme lipase từ C.Rugosa. Ưu điểm của carbodiimide là khả năng hoạt hóa cao, độc tính với enzyme thấp.

PP nhốt/bao gói: Dùng các polymer dạng hạt: chitosan(hiệu suất 50%), agarose, alginate…

IV. Phương pháp xác định hoạt tính enzyme lipase Hoạt tính enzyme lipase được xác định dựa trên lượng acid béo tự do được giải

phóng. Đối với lipase, 1 đơn vị hoạt độ U là lượng enzyme cần thiết để xúc tác tạo thành 1µmol acid béo trong 1 phút ở điều kiện xác định. Một số phương pháp thông dụng như:

PP chuẩn độ (titrimetry)-pH-stat PP quang phổ (Spectroscopy) PP sắc ký (Chromatography) PP phóng xạ (Radioactivity) PP sức căng bề mặt (Interfacial tensionmetry) PP hóa học miễn dịch (Immuno-chemistry)

18

……

1. Đối với cơ chất dạng lỏng Dầu olive đã nhũ hóa bị phản ứng thủy phân do xúc tác của lipase tạo thành các

acid béo (ở điều kiện pH, nhiệt độ, thời gian cụ thể cho các thử nghiệm xác định yếu tố cụ thể được đo trực tiếp) sau khi bất hoạt enzyme với ethanol 99,5° bằng phương pháp chuẩn độ acid-bazơ, sử dụng NaOH 0,1 N; chất chỉ thị là phenolphthalein 0,1%. Khi đó, hoạt tính (HT) và hoạt tính riêng (HTR) của lipase được tính theo công thức:

HT = [(a-b)*1000*0,1] (U/mL) Trong đó; a: VNaOH 0,1 N chuẩn độ ở mẫu có enzyme (mL); b: VNaOH 0,1 N chuẩn độ ở mẫu trắng (mL). HTR = ∑ ĐVHT/P Trong đó: ∑ ĐVHT: Tổng số đợn vị hoạt tính enzyme/g; P: Hàm lượng protein (mg/g).

2. Đối với cơ chất dạng khô

19

V. Ứng dụng

1. Ứng dụng của Lipase trong công nghiệp

Công nghiệp Hoạt tính Sản phẩm/ứng dụng

Chất tẩy Thủy phân chất béo Loại các vết bẩn dầu từ vải

Thực phẩm sữa

Thủy phân chất béo của sữa, làm chín phomat, biến đổi chất béo của bơ.

Tăng cường các chất mùi thơm trong sữa, phomat và bơ.

Các loại bánh Cải thiện mùi thơm Kéo dài thời gian sử dụng

Nước giải khát Cải tiến mùi hương Các loại nước giải khát

Bao bì thực phẩm

Cải tiến chất lượng Mayonnaise, các loại bao bì và các loại chỉ khâu

Thực phẩm chức năng

Chuyển đổi sự ester hóa Thực phẩm chức năng

Thịt và cá Tăng cường hương vị Các sản phẩm thịt và cá, loại bỏ

chất béo

Các chất béo và dầu

Chuyển đổi sự ester hóa, thủy phân

Bơ cocoa, margarine, các acid béo, glycerol, các glyceride đơn, đôi

Hóa chất Chọn lọc đối kháng, tổng hợp Các khối kết tinh, hóa chất

Dược phẩm Chuyển đổi sự ester hóa, thủy phân

Các lipid đặc trưng, các chất trợ tiêu hóa

Mỹ phẩm Tổng hợp Chất nhũ tương hóa, chất tạo ẩm

Da Thủy phân Các sản phẩm da

Giấy Thủy phân Cải thiện chất lượng giấy

Chất làm trắng Thủy phân Loại bỏ chất béo

20

2. Ứng dụng của lipase trong công nghiệp thực phẩm Bơ cocoa, chứa palmitic và stearic acid, khi tan chảy trong miệng sinh ra cảm giác

mát lạnh thích thú như chocolate. Công nghệ dựa vào lipase lien quan đến phản ứng

thủy phân và tổng hợp được thương mại hóa để nâng cao một vài loại mỡ kém chất

lượng thành chất thay thế bơ cocoa. Quá trình sử dụng lipase từ Rhizomucor miehei cố

định cho phản ứng chuyển ester thay thế palmitic trong dầu cọ với stearic acid.

Alcoholysis của dầu gan cá tuyết được sản xuất omega-3 để chống lại sự hình

thành cholesterol. Điều này được khám phá khi dùng lipase của Pseudomonas (Zuyi và

Ward 1993).

Một vài loài vi khuẩn sản sinh ra ester tạo mùi ứng dụng trong công nghiệp phomai

như sản phẩm mùi do lipase của vi khuẩn Staphylococcus warneri và Staphylococcus

xylosus.

Lipase của vi khuẩn C.viscosum giúp cho việc tích trữ hương vị tốt hơn khi tích

trữ trong vòng một tháng.

Nhiều hợp chất hương (Yadav và cs, 2008), chất hoạt động bề mặt phi ion (Yu và

cs, 2008), chất nhũ hóa đã được tổng hợp nhờ xúc tác của lipase. Ricinoleic acid estolide

(Bódalo và cs, 2008), monoacylglycerol (Esmelindro và cs, 2008; Kittikun và cs, 2008)

đã được tổng hợp để điều chỉnh độ nhớt của chocolate và nhũ hóa cho magarin. Xin và

cs (2009) đã dùng lipase xúc tác tổng hợp olein ferulyl có tác dụng như là chất chống

oxi hóa trong thực phẩm đồng thời có tác dụng ngăn chặn bệnh tim, chống viêm và

chống ung thư.

Các polymer sinh học đã được tổng hợp nhờ xúc tác lipase. Các polymer này được

ứng dụng trong công nghệ thực phẩm làm các màng bao kỵ nước.

Nhiều dạng enzyme đã được thương mại hóa dùng trong công nghệ thực phẩm như

Freshzyme®, Lipopan®, Noopazyme®, Palatase®, Novozyme® 871. Một số sản phẩm

lipase đã được thương mại dùng trong công nghiệp dầu và chất béo: Lecitase® Novo,

Lecitase® Ultra, Lipozyme® .

3. Ứng dụng lipase trong công nghiệp tẩy rửa Ứng dụng thương mại quan trọng của lipase là làm phụ gia trong công nghiệp chất

tẩy rửa và bột giặt gia đình. Để tăng khả năng tẩy rửa, các chất tẩy hiện đại đều chứa

một hoặc nhiều loại enzyme như protease, amylase, cellulose và lipase.

Việc loại bỏ dầu mỡ bằng lipase có triển vọng rất lớn trong công nghiệp chất tẩy

rửa. Trong điều kiên bình thường của quá trình giặt tẩy, lipase hoạt động khá tốt. Lipase

bổ sung vào chất tẩy rửa phải có đặc tính: chịu nhiệt, chịu kiềm (pH khoảng 7.5 đến 11)

và chịu các tác động của các chất cấu tạo nên chất tẩy rửa (Jäeger và cs, 1994). Lipase

kiềm chịu nhiêt đã được dùng trong công nghiệp tẩy rửa để loại bỏ các vết triglyceride

từ người và các loại thức ăn, trước kia, việc loại bỏ các chất này trong điều kiện giặt ủi

bình thường rất khó khăn.

Năm 1988, Lipase được cho vào chất tẩy rửa dưới tên thương mại là lipolase®

100T thu từ Humicola lanuginose được sản xuất bởi Novo Nordisk Bioindustry (Jäeger

và cs, 1994).

Lipase từ các chủng vi khuẩn P.medocina và Pseudomonas alcaligenes đã đươc

sản xuất và bổ sung vào chất tầy rửa ở công ty Genecor international USA (Jäeger và

cs, 1994; Reetz và Jäeger, 1998).

Novo đã thông báo về loại lipase chịu kiềm cao, đặc hiệu với nhiều cơ chất từ dòng

xạ khuẩn Steptomyces sp. và đó là một giải pháp hữu ích trong công nghiệp giặt ủi và

21

công nghiệp chất tẩy rửa, làm sạch và được thương mại hóa dưới tên Lipex®, Lipolase®,

LipoPrime® (Pvandey và cs, 1999).

4. Ứng dụng lipase trong công nghiệp thuộc da, dệt, giấy Quá trình thuộc da là quá trình khá phức tạp gồm loại bỏ chất béo, rủ lông và làm

mềm. Quá trình thuộc da thường sử dụng môi trường kiềm nên sử dụng các vi khuẩn

kiềm sẽ đem lại hiệu quả cao. Dòng bacillus sp. có thể phát triển trong môi trường kiềm

sinh tổng hợp lipase kiềm, vì thế chúng rất thích hợp cho quá trình thuộc da (Haalck và

cs, 1992; Wang và cs, 1995).

Lợi thế của việc dùng lipase là màu sắc được giữ nguyên và sạch. Lipase cũng cải

thiện tính không thấm nước của da và da không bị vết hoan ố như sử dụng dung môi và

chất hoạt động bề mặt.

Trong công nghiệp giấy, sáp và triglyceride gây trở ngại cho sản xuất nên loại bỏ

các chất này là điều cần thiết (Bajpai 1999). Công ty giấy công nghiệp Nippon (Nhật

Bản) đã dùng lipase từ nấm Canada rugosa để loại 90% các chất này có trong gỗ.

Một số sản phẩm lipase được thương mại hóa dùng cho công nghệ thuộc da:

Greasex®, NovoCor® ADL, dệt: Novozyme® 375, giấy: Resinase®.

5. Ứng dụng lipase trong quản lý môi trường Lipase đã được sử dụng để loại bỏ các chất chứa trong các loại phế thải như dầu

oliu và các chất phế thải từ nhà máy dầu (Vitolo và cs, 1998). Quá trình này sử dụng các

chủng vi khuẩn sản sinh lipase B.thermoleovorans IHI-91 (Reimann và cs, 2002).

Wakelin và Forster (1997) khám phá ra các vi sinh vật được phân lập từ chất thải

của nhà hàng thức ăn nhanh để loại bỏ chất béo, dầu, mỡ. Họ nuôi cấy vi khuẩn thuần

khiết và trộn với chất thải, vi sinh vật sẽ sản sinh lipase và các enzyme khác.

Ngoài ra, lipase còn có tác dụng phân hủy sinh học dầu diesel trong đất.

6. Ứng dụng lipase trong công nghiệp hóa chất Chất trung gian trong tổng hợp chất trị liệu, hóa nông và hương liệu thường dùng

là các chiral. Các chất này khó tổng hợp bằng phương pháp hóa học. chỉ 1 trong 2 đồng

phân của thuốc có dược tính, việc tổng hợp đồng phân thuần khiết là bước quan trọng

trong công nghiệp dược.

Có 2 loại biến đổi sinh học có chọn lọc đồng phân chất hữu cơ được xúc tác bởi

lipase: phản ứng các cơ chất tiền chiral và động học tan của các racemate (Kazlauskas

và cs, 1998). Theo truyền thống, các chất tiền chiral hoặc chiral alcohol và ester của acid

22

carboxylic được coi là 2 loại chất cơ bản nhưng nhiều năm qua phạm vi của các chất

nhanh chóng được mở rộng sang cả các diol, các acid α và β, hydroxyl, cyanohydrin,

chlorohydrin, diester, lactone, amine, diamine, amino-alcohol và dẫn xuất của α và β

acid amine (Kazlauskas và cs, 1998). Loại lipase xúc tác cho các phản ứng này thu nhận

từ vi khuẩn P.aeruginosa, P.flourescens và các loài Pseudomonas khác, B.cepacia,

C.viscosum, B.subtillis (Chunyuan và cs, 2008), Achromobacter sp., Alcaligenes sp.và

serratia marcescens.

7. Ứng dụng lipase trong hóa sinh dược và y tế Lipase được sử dụng để xúc tác ester hóa tinh bột sắn làm chất mang dược chất và

làm vật liệu trong điều trị gãy xương (Rajan và cs, 2008).

Lipase là một chất hoạt hóa yếu tố phá hủy tế bào ung thư, vì vậy có thể sử dụng

trong điều trị ung thư. Lipase Candida rugosa đang được dùng để tổng hợp thuốc hạ

cholesteron huyết thanh (Hasan và cs, 2006). Lipase còn được sử dụng là chất kích hoạt

nhân tố hoại tử khối u và được dùng trong một số liệu pháp chữa trị các khối u ác tính.

Lipase có thể được cố định trên điện cực pH/oxygen kết hơp với glucose oxidase

và có chức năng như là một lipid biosensor được dùng trong xác định cholesteron máu

(Hasan và cs, 2006).

Lipase được sử dụng khá sớm trong các liệu pháp chữa trị chứng khó tiêu, đầy hơi,

dị ứng bởi thức ăn,.... lipase từ thực vật được dùng để bào chết các loại thuốc hỗ trợ tiêu

hóa như Similase, Vitaline Herbal Formulas được sản xuất bởi Health Care

Professionals, Oregon, Hoa Kỳ.

Một số sản phẩm enzyme được thương mại hóa dùng xúc tác phản ứng sinh học:

Novozyme® 388, Novozyme® 435, Novozyme® 525 F.

8. Ứng dụng lipase trong nông dược Nikkomycin-B.Mitsuda và cs (1990) dùng lipase từ Achromobacter để thủy phân

liên kết ester của racemic a-cyano-3-phenoxybenzyl alcohol (CPBA) tạo thành sản phẩm

(S)-CPBA, một hoạt chất trừ sâu đồng phân lập thể.

Lipase cũng được dùng hiệu quả trong sản xuất đồng phân tinh khiết (S)-indanofan,

một chất diệt cỏ mới.

9. Ứng dụng lipase trong mỹ phẩm và công nghiệp nước hoa Monoacylglycerol và diacylglycerol là chất được tổng hợp bởi quá trình ester hóa

glycerol bằng lipase, chúng là chất hoạt động bề mặt hiệu quả được ứng dụng trong mỹ

phẩm (Pandey và cs, 1999; Kirk và cs, 2002). Việc tổng hợp monoacylglycerol bằng

enzyme monoacylglycerol lipase lấy từ vi khuẩn Pseudomonas sp.

Izumi và cs (1997) đã chỉ ra rằng sự chuyển vị trong quá trình ester hóa 3,7-

dimethyl-4,7-octadien-1-ol bằng lipase từ nhiều chủng vi sinh vật khác nhau là nguồn

hương hoa hồng nhân tạo rẻ tiền và hiệu quả cho công nghiệp nước hoa.

Ester của acid béo và các đường (lauryl manose) là những chất hoạt đông bề mặt

được sử dụng để nhũ hóa trong thực phẩm, mỹ phẩm và công nghiệp dược (Wenbin và

cs, 2009).

Lipase hỗ trợ quá trình tổng hợp hương liệu đã được nghiên cứu đặc biệt là (-)

menthol.

10. Ứng dụng lipase trong sản xuất biodiesel Lipase cố định từ Pseudomonas cepacia dùng trong phản ứng chuyển ester hóa

giữa dầu nành với ethanol và methanol tạo ra alkyl ester (biodiesel). Lipase thương mại

23

Novozyme 435 cũng dùng xúc tác phản ứng chuyển ester hóa của dầu nành để sản xuất

biodiesel trong môi trường không dung môi.

11. Ứng dụng lipase trong biosensor (cảm biến sinh học) Môt lĩnh vực mới đầy tiềm năng trong ứng dụng của lipase vi sinh vật là biosensor.

Người ta sử dụng mẫu dò là enzyme được đánh dấu để tránh tình trạng không ổn định

và các chất đồng vị nguy hiểm khi sử dụng mẫu dò là DNA được đánh dấu.

Phương pháp này cho phép chuẩn đoán nhanh và chính xác một số bệnh lien quan

đến tim mạch như hàm lượng cholesteron trong máu. Các lipase không đặc hiệu, đặc

biệt là lipase của Candida rugosa đã được phát triển thành mẫu dò.

12. Quy trình ứng dụng của Lipase chuyển hóa Biodiesel từ dầu đậu nành

Enzym lipase cố định trên nano từ tính ứng dụng cho quá trình chuyển hóa biodiesel từ dầu đậu nành

24

13. Quy trình ứng dụng của Lipase trong sản xuất phô mai

Việc bổ sung lipase có tác dụng tăng vị béo và hương vị đặc trưng của phô mai

Bổ sung Lipase 0,001% và 1 số enzyme khác

25

14. Chế phẩm enzyme Một số sản phẩm enzyme được thương mại hóa dùng xúc tác phản ứng sinh học:

Novozyme® 388, Novozyme® 435, Novozyme® 525 F, Novozyme® 375…

26

Tài liệu tham khảo 1. Nguyễn Lê Sỹ Thanh, Quyền Đình Thi, Một số tính chất hóa lý của lipase

ngoại bào chủng geotrichum sp.DTQ-26.3. tạp chí Công nghệ Sinh học 5 (1): 31-40, 2007.

2. Nguyễn Hồng Thanh, Phùng Thu Nguyệt, Biểu hiện gen mã hóa lipase từ chủng Bacillus subtilis FS2, tạp chí Công nghệ sinh học 5 (1): 41-46, 2007.

3. Trần Bích Lam, Cố định enzyme và ứng dụng. 4. Trần Thanh Trúc, Công nghệ chế biến dầu mỡ thực phẩm. 5. Lê Văn Việt Mẫn, Giáo trình công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa và

thức uống pha chế tập 1, tr273. 6. Mai Xuân Lương, Phương pháp tách chiết enzyme. 7. Rohit Shama et.al, Production, purification, characterization and

applications of lipase, Biotechnology adavances 19 (2001) 627-662. 8. Trần Bích Lam, phương pháp xác định hoạt tính enzyme. 9. Phạm Thị Hương, Ứng dụng enzyme ngoại bào trong công nghệ thực

phẩm. 10. Phạm Xuân Núi, tổng hợp và đặc trưng xúc tác lipase cố định nano từ tính

ứng dụng cho quá trình chuyển hóa biodiesel từ dầu đậu nành. 11. Trần Thị Bé Lan, so sánh một số tính chất của chế phẩm enzyme lipase từ

cadida rugosa và porcine pancreas, tạp chí khoa học 2012:22b 210 220. 12. Trần Thị Bé Lan, nghiên cứu enzyme lipase từ candida rugosa và porcine

pancreas xúc tác phản ứng transester hóa dầu dừa, tạp chí khoa học 2012: 23b 105-114.