Các loại enzyme từ động vật thủy sản

Động vật thủy sản là nguồn gốc của nhiều enzyme với những tính chất độc đáo và hữu dụng, mở ra tiềm năng khai thác trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau của cuộc sống. Enzyme từ thủy sản thường thể hiện hoạt tính cao ở nhiệt độ thấp hoặc không cao lắm, vì vậy nhà sản xuất có thể thực hiện phản ứng ở nhiệt độ thấp, giúp tiết kiệm năng lượng, phản ứng này cũng dễ dàng ngừng lại khi nâng nhiệt độ lên không quá cao và nhờ đó giảm được nguy cơ hư hỏng do vi sinh vật. Những thành tựu công nghệ sinh học ngày nay cho phép sản xuất ra nhiều loại enzyme khác nhau với giá thành rẻ và dễ dàng nhờ qui trình tách chiết và tinh sạch đã được cải tiến. Enzyme từ động vật thủy sản đã, đang và sẽ được sử dụng như phương tiện trợ giúp hiệu quả ở rất nhiều lĩnh vực sản xuất thực phẩm và ngày càng đóng vai trò quan trọng trong công nghệ thực phẩm.

pdf7 trang | Chia sẻ: linhmy2pp | Ngày: 24/03/2022 | Lượt xem: 92 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Các loại enzyme từ động vật thủy sản, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 3/2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 183 CÁC LOẠI ENZYME TỪ ĐỘNG VẬT THỦY SẢN ENZYMES FROM FISH AND AQUATIC INVERTERBRATES Nguyễn Lệ Hà1 Ngày nhận bài : 06/6/2013; Ngày phản biện thông qua: 26/6/2013; Ngày duyệt đăng: 10/9/2013 TÓM TẮT Bài viết điểm lại các nghiên cứu về các loại enzyme từ động vật thủy sản và những tính chất cơ bản của chúng như pH tối thích, phân tử lượng, hoạt tính trên các cơ chất khác nhau, ảnh hưởng của enzyme đến biến đổi của mô cơ trong quá trình bảo quản Protease là nhóm được nghiên cứu nhiều nhất: các protease chịu axit từ dạ dày cá, protease từ ruột và gan tụy động vật thủy sản, protease trung tính và kiềm trong mô cơ. Động vật thủy sản còn là nguồn của các enzyme khác như elastase, carbohydrase và polyphenoloxydase với những tính chất độc đáo mở ra cơ hội cho nhiều ứng dụng trong sản xuất và bảo quản. Từ khóa: enzyme, protease, động vật thủy sản, giáp xác ABSTRACT The article reviews information related to enzymes in fi sh and aquatic invertebrates, their characteristics such as pH optimum, molecular weight, temperature optimum, activity on different substrates, and the effect on changes in muscle during preservation. Protease is most well known group: acid protease from fi sh gastric, intestinal and hepatopancreas proteases, neutral and alkaline muscle protease. Fish and aquatic invertebrates are the sources of other enzymes like elastase, carbohydrase and polyphenoloxydase with unique characteristics, hence offer a wide range of applications in food processing and preservation. Keywords: enzyme, protease, fi sh, aquatic invertebrates 1 TS. Nguyễn Lệ Hà: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ, Thành phố Hồ Chí Minh VAÁN ÑEÀ TRAO ÑOÅI I. MỞ ĐẦU Động vật thuỷ sản hầu hết là loài máu lạnh vì chúng sống ở trong nước có nhiệt độ thấp, do đó để duy trì cuộc sống (trao đổi chất, hoạt động, tiêu hoá) cần phải có hệ enzyme tương đối mạnh (Nguyễn Trọng Cẩn, 2006). Hầu hết enzyme có nguồn gốc từ động vật thủy sản đều có thể tìm thấy ở động vật trên cạn (Haard 1998). Sự khác nhau giữa chúng chính là khối lượng phân tử, thành phần acid amin, pH và nhiệt độ hoạt động tối ưu, tính ổn định, điều kiện hoạt hóa hay ức chế và động học phản ứng (De-Vecchi & Coppes, 1996). Đã từ lâu, người ta biết rằng, ruột cá là nguồn chứa enzyme tiêu hóa quan trọng. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện nhằm tách chiết các protease từ ruột cá và vào năm 1988 Reece đã thành công trong việc tách chiết các enzyme này ở qui mô lớn. Thời gian gần đây, nhiều enzyme như phosphatase, hyluronidase, acetylglucosaminidase, chitinase and protease cũng đã được thu từ phế liệu thủy sản (Venugopal, 1995). Tuy nhiên, các enzyme thường gặp nhất ở cá và động vật thủy sản phải kể tới polyphenolase từ tôm hùm (Ferer, Koburger, Simpson, Gleeson, Marshall, 1989) và tôm (Gallas-Galvan và cộng sự, 1999; Simpson, Marshall & Otwell, 1988), urease từ gan cá (Kinsella và cộng sự, 1985), thymidilate kinase từ nhím biển (Terentyev và cộng sự, 1999) và trymethylamine oxide demethylase từ cá tuyết và cá bơn (Lundstrom và cộng sự, 1982). Trong số các enzyme tự nhiên thu nhận được từ các loài thủy sản, protease là nhóm quan trọng và được phân chia thành các endoproteinase và exopeptidase. Chúng xúc tác các phản ứng thủy phân liên kết Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 3/2013 184 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG peptid trong các mạch polypepdide và protein. Theo Haard (1994), các protease từ cá và động vật thủy sản có thể phân làm hai nhóm chính là các enzyme acid và enzyme hoạt động trong môi trường kiềm tới trung tính. Theo cách phân loại của Hiệp hội sinh hóa ứng dụng quốc tế, protease trong động vật thủy sản lại có thể chia làm bốn nhóm cơ bản là protease acid và aspartic, serin, thiol (hay cystine) và metalloproteases (Haard, Simpson, 1994) II. NỘI DUNG 1. Các protease trong dạ dày cá Protease trong dạ dày cá và động vật thủy sản thuộc họ aspartic protease và bao gồm các loại: pepsin, pepsinogen, chymosin và gastricsin. Protease từ các nguồn khác nhau có tính chất rất khác nhau (Han & Shahidi, 1995). Nhìn chung, các enzyme trong hệ tiêu hóa của động vật thủy sản thể hiện hoạt tính tốt nhất ở nhiệt độ cao hơn nhiều so với môi trường chúng sống. Điều này có thể do nhiệt độ bên trong hệ tiêu hóa thường cao hơn nhiều so với nhiệt độ môi trường sống bên ngoài (Gildberg, 1988). Các protease từ nguồn hải sản thường có các tính chất khá độc đáo như dễ bị biến tính do nhiệt, có hoạt tính cao ở nhiệt độ thấp và có khả năng xúc tác và thủy phân protein nguyên thủy (Simpson & Haard, 1989a). Pepsin: Pepsin cá thuộc họ aspartic endopeptidase và là cũng là protease tiêu hóa có mặt trong dịch vị của động vật trên cạn, chúng có hoạt tính riêng mạnh hơn so với các động vật thủy sản thuộc loài có vú (Gildberg & Raa 1983). Chúng cũng tồn tại ở dạng đồng enzyme (Squires, Haard, Feltham, 1986). Một số nghiên cứu đã chứng minh rằng, rất nhiều loại cá có ít nhất hai loại pepsin khác nhau với pH tối ưu khác nhau và được gọi là pepsin I và pepsin II (Gildberg, 1988). Người ta đã tách chiết được pepsin từ lớp màng nhầy dạ dày của nhiều loài cá nước mặn và nước ngọt khác nhau, kể cả các loài sống ở vùng nước lạnh và nước ấm. Các protease hoạt động tốt trong môi trường axit của động vật thủy sản có pH tối ưu trong khoảng 2,5 - 4, giá trị thường gặp nhất là 3 và nhiệt độ tối ưu trong khoảng 30 - 550C với giá trị phổ biến nhất là 370C (Shahidi & Kamil, 2001). Chymosin và gastricsin: Chymosin còn được gọi là rennin, thuộc protease acid có các tính chất đặc trưng như: thể hiện hoạt tính proteolytic ổn định ở pH gần 7 (trên một số cơ chất), đây cũng là đặc tính khác biệt của enzyme này so với các protease acid khác (Haard & Simpson,1994). Chymosin thường có mặt trong dạ dày múi khế của động vật nhai lại. Tính chất của chymosin khác nhiều so với pepsin: khả năng đông tụ protein sữa rất cao, pH tối ưu khi thủy phân haemoglobin là 2,2 - 3,5; không có khả năng vô hoạt ribonuclease, thể hiện hoạt tính thấp trên N-acetyl-1-phenylalanyl-3,5-diiodo-1-tyrosin (Haard & Simpson, 1994; Shamsuzaman, 1984). Han và Shahidi (1995) còn thử cố định protease từ dạ dày hải cẩu và cho biết chúng có khả năng đông tụ sữa thấp hơn so với protease nguyên thủy. Gastricsin là các protease aspartyl có tính chất hóa học và hoạt tính enzyme khá tương đồng với pepsin (De-Vicchi & Coppes, 1996; Sanchez- Chiang & Ponce, 1981). Sanchez-Chiang và Ponce (1981) đã tách chiết được hai tiền enzyme của gastricsin từ dạ dày cá tuyết Merluccius gayi, cả hai tiền enzyme này đều được hoạt hóa ở pH dưới 10 và có pH tối ưu là 3,0. Thêm vào đó, các tiền enzyme này khác xa các protease trong dạ dày của loài có vú bởi vì chúng có hoạt tính khá ổn định ở môi trường kiềm và khả năng hoạt động khác biệt trên các cơ chất protein và cơ chất nhân tạo. Các kết quả này phù hợp với nhận định của Haard (1986) về tính chất của protease dạ dày cá tuyết Atlantic. 2. Các protease từ ruột và gan tụy của cá và động vật thủy sản Protease nội tạng các loài cá có xương cứng thường được tách từ ruột hoặc tuyến tụy (Haard, 1994; Walsh Wilcox, 1970). Hai dạng protease serine thu được từ ruột cá là trypsin và chymotrypsin (Han, 1993), ngoài ra còn có collagenase, elastase và carboxypeptidase. Các nghiên cứu về enzyme protease ở hệ tiêu hóa của nhiều loài cá khác nhau cho thấy rằng, các protease serine trong ruột cá thể hiện hoạt tính trong môi trường kiềm tốt hơn so với môi trường trung tính (Walsh, 1970), kích thước phân tử, thành phần amino acid và độ nhạy với các chất kìm hãm của chúng khá tương đồng với protease serine ở các động vật máu nóng. Trypsin và chymotrypsin: Trong các thập niên vừa qua, người ta đã nghiên cứu nhiều về trypsin và các enzyme tựa trypsin ở nhiều loài cá sống ở vùng nước lạnh và nước ấm. Các enzyme này được tinh chế và nghiên cứu tính chất từ nhiều nguồn khác nhau như cá mòi, cá ốt vảy nhỏ, cá tuyết Greenland, cá tuyết Atlantic, cá hồi Atlantic (Shahidi & Kamil, 2001). Trypsin và các enzyme tựa chymotrypsin có khối lượng phân tử khoảng 25.000 Da (Cohen Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 3/2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 185 & Gertler, 1981). Simpson (1989) đã chỉ ra phân tử lượng của trypsin ở cá tuyết Atlantic, cá tuyết Greenland lần lượt là 24.000 và 23.500 Da. Các trypsin ở nhiều loài cá khác nhau có tính chất ổn định ở pH kiềm, điều này khác xa so với trypsin ở các loài có vú ổn định nhất ở điều kiện acid (De Vecchi & Coppes, 1996; Haard, 1992; Haard và Simpson, 1994). Tuy nhiên, Haard và Simpson cũng cho biết rằng, enzyme tựa trypsin thu được từ cá rô biển xanh cunner ở biển Atlantic lại tỏ ra bền hơn ở pH 2-4, và điểm này khá giống với trypsin tách được ở các loài có vú. Tính bền nhiệt của trypsin cá phụ thuộc vào giống loài và điều kiện phản ứng (De Vecchi & Coppers, 1996). Simpson (1984) và Simpson cùng cộng sự (1989) đã nghiên cứu tính chất động học của trypsin từ ba loài cá khác nhau và trypsin bò. Kết quả cho thấy, vận tốc của cả phản ứng esterase và amidase đều cao hơn đối với trypsin cá. Các tác giả cũng cho biết năng lượng hoạt hóa Arrhenius đối với trypsin cá thấp hơn so với trypsin của các loài có vú, họ cho rằng, điều này là do tính chất ít đáp ứng với sự thay đổi nhiệt độ của phản ứng. So với trypsin, các loại chymotrypsin của cá ít được nghiên cứu hơn nhiều (Haard, 1994). Một số nghiên cứu đã được thực hiện bao gồm công trình của Kalac (1978) trên cá ốt vảy nhỏ và cá trích, của Asgeirson và Bjarnason (1991) trên cá tuyết Atlantic. Người ta đã tìm ra, chymotrypsin từ cá tuyết có hoạt tính cao hơn trên cơ chất ester và amid. Các tác giả giải thích rằng, sự khác nhau về tính chất động học của trypsin và chymotrypsin cá tuyết Atlantic so với động vật có vú là do khả năng thích ứng với môi trường sống ở nhiệt độ thấp của chúng. Một số tác giả cũng đã tách chiết và nghiên cứu trypsin và chymotrypsin từ các loài cá nước ngọt như cá chép (Cohen & Gertler, 1981) và cá rô phi lai (El-Shemy, 1997). Trypsin tinh chế được từ cá rô phi lai có hoạt tính esterase tốt hơn so với amidase ở pH tối ưu 9 và nhiệt độ tối ưu 40oC. Fong, Chan và Lav (1998) tinh chế được hai loại chymotrypsin I và II từ nội tạng cá chép cỏ có độ nhạy trên các chất kìm hãm giống như chất kìm hãm trypsin đậu nành và phenylmethylsulphonyl fl uoride. Các kết quả này phù hợp với những phát hiện của Kristjansson và Nielson (1992) về hai loại chymotrypsin trong ruột cá hồi. Ở các loài giáp xác, gan tụy hay ruột là cơ quan đảm nhiệm chức năng của gan và tụy tạng ở động vật có vú, là nơi sản sinh ra các protease tiêu hóa (Tsai, Lu & Chuang,1991). Các protease serine, như trypsin chẳng hạn, có mặt ở nhiều loại giáp xác và động vật thân mềm (Garcia-Carreno & Haard, 1993; Kim và cộng sự, 1992), chymotrypsin thì tìm thấy ở sò điệp (Le-chevalier và cộng sự, 1995), bào ngư (Groppe & Morse, 1993) và tôm bạc (Hernandez-Cortes và cộng sự, 1997). Các protease tiêu hóa này chịu trách nhiệm chính trong quá trình tự phân giải của các protein mô cơ sau khi động vật chết, chúng cũng chịu trách nhiệm gián tiếp trong hiện tượng biến đen của các loại tôm. Tsai, Chuang và Chuang (1986) cũng đã chỉ ra rằng, chymotrypsin ở các loài giáp xác có tính chất xúc tác độc đáo đối với phản ứng thủy phân các cơ chất nhân tạo nhờ tính đặc hiệu của chúng. Collagenase và elastase: Các collagenase thuộc loại protease serine khác nhiều so với collagenase mô cơ. Chúng có khả năng thuỷ phân các phân tử collagen loại I, II và III, và nói chung có tính chất khá tương tự các trypsin và chymotrypsin (Haard, 1994). Người ta đã tinh chế và xác định được tính chất của nhiều protease serin collagenase ở hệ tiêu hoá của nhiều loại cá và thuỷ sản khác nhau như cáy (Elsen & Jeffrey, 1969), tôm càng (Baranowski, Nip & Moy, 1984), tôm đất (Garcia-Careno và cộng sự, 1994), cá tuyết Atlantic (Krisjansson và cộng sự, 1995). Các enzyme này thể hiện hoạt tính cao nhất ở khoảng pH 6,5-8,0 và hầu như mất hoạt tính ở pH nhỏ hơn 6,0 (Haard & Simpson, 1994). Zefi rova cũng thông báo rằng, ứng dụng vào thực tế của các enzyme này thật sự hạn chế bởi vì chúng ít bền với nhiệt, ngay cả nhiệt độ 40oC cũng có thể làm chúng vô hoạt. Nhiều nghiên cứu đã xác định rằng, các protease serin collagenolytic đóng vai trò quan trọng trong quá trình tự phân mô cơ sau khi chết của các loài giáp xác (Baranowski và cộng sự, 1984; Kawamura và cộng sự, 1984). Elastase trong tụy tạng cũng thuộc về họ protease serine và có khả năng tiêu hoá elastin của mô liên kết (Asgeirson & Bjarnason, 1993). Tuy nhiên, Shotton (1970) lại thông báo rằng, elastase có khả năng phân giải nhiều loại protein chứ không phải chỉ elastin nguyên thuỷ. Người ta đã thu nhận được elastase từ dạ dày nhiều loại cá như cá chép, cá da trơn, cá tuyết Atlantic và cả từ tụy tạng nhiều loài cá nước mặn cũng như nước ngọt. Asgeirsson và Bjarnason (1993) đã quan sát thấy các gốc acid amin trong elastase cá tuyết có tính kỵ nước hơn so với elastase của lợn và cho rằng, do sự hiện diện của các tương tác yếu trong nhân kỵ nước của phân tử đã làm cho enzyme này dễ dàng thích nghi hoạt động ở môi trường nhiệt độ thấp. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 3/2013 186 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG 3. Các protease trung tính và kiềm trong mô cơ động vật thủy sản Các protease nội tại của mô cơ chủ yếu tồn tại trong các tơ cơ và mạng liên kết cơ phía ngoài tế bào (Haard, 1994). Trong các sợi cơ, có thể tìm thấy các enzyme này ở dịch bào và trong chất cơ hoặc những cơ quan khác của tế bào (Kolodziejska & Sirorski, 1996). Các protease trong tơ cơ lại có thể phân loại thành các protease thể men (lysosome), protease kiềm, trung tính và kim loại (Haard, 1994; Kolodziejska & Sirorski, 1996). Các protease lysosome như cathepsin A (caroxypeptidase A), cathepsin B (caroxypeptidase B), cathepsin D, H và L đã được thu nhận từ nhiều loại cá và thuỷ sản khác nhau, người ta cũng xác định được nhiều tính chất của chúng. Ngoại trừ cathepsin D, tất cả các protease khác đều thuộc nhóm protease serin hoặc cystein (thiol) với pH hoạt động tối ưu ở khoảng kiềm tính. Riêng cathepsin D lại là protease aspartic và có pH hoạt động tối ưu ở vùng acid (Haard, 1994, Kolodziejska & Sirorski, 1996), chúng có thể hoạt động trong môi trường pH từ 2 đến 7, nhưng tối thích ở pH 4 (Nguyễn Trọng Cẩn, 2006). Giá trị pH tối ưu của các cathepsin trong mô cơ cá thấp hơn nhiều so với pH đo được trong thịt cá, chúng có thể hoạt động trong nồng độ muối tăng lên tới 5% thì sẽ bị ức chế. Tính hoạt động của cathepsin trong các loại cơ thịt khác nhau là không giống nhau, thường ở các bắp cơ hoạt động nhiều cathepsin hoạt động mạnh hơn ở bắp cơ ít hoạt động (Nguyễn Trọng Cẩn, 2006). Gildberg (1988) đã thông báo rằng, lượng cathepsin D trong cơ thịt cá cao gấp 10 lần so với cơ thịt động vật có vú. Người ta cho rằng có lẽ hàm lượng enzyme trong cơ thịt cá cao như vậy là để bù đắp sự giảm hoạt tính do tác dụng của nhiệt độ thấp ở môi trường sống. Cho đến hiện tại, có khá nhiều báo cáo về khả năng phân giải mô cơ của các protease lysosome. Người ta tin rằng, cathepsin D chịu trách nhiệm chủ yếu trong phân giải protein mô cơ (Makinodan, Toyohara, & Ikeda, 1983), các protease cystein như cathepsin B, H và L cũng góp một phần vai trò trong quá trình đó nhưng chỉ là thứ yếu vì cathepsin D khởi đầu sự phân giải các protein trong tế bào nội tại thành các peptid, sau đó các cathepsin khác mới tác dụng tiếp tục. Chưa có nhà khoa học nào tách chiết được cathepsin C từ mô cơ cá, tuy nhiên, Hameed và Haard (1985) đã thu được enzyme này từ tụy tạng loại mực có rìa ngắn ở Atlantic, họ cho rằng, chính độ chịu mặn, hoạt tính exopeptidase của enzyme này đã ảnh hưởng sâu sắc đến mùi vị thơm ngon của các sản phẩm lên men. Các protease kiềm của cơ thịt cá đã được nghiên cứu khá nhiều. Các enzyme này thường tồn tại trong chất cơ của mô thịt hoặc các phần tử siêu nhỏ gắn vào tơ cơ (Makinodan, Kyaw, & Ikeda, 1982; Makinodan, Toyohara, & Ikeda, 1983). Các enzyme này ít, thậm chí không thể hiện hoạt tính trừ phi phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ cao hơn nhiều so với môi trường sống tự nhiên (60 - 650C) hoặc phải được hoạt hóa nhờ các tác nhân làm biến tính protein như urea, acid béo hay chất tẩy rửa (Toyohara và cộng sự, 1987). Gần đây, protease kiềm được biết đến như loại enzyme chính tham gia vào sự phá vỡ mạch myosin chuỗi nặng trong gel cá. Surimi là loại sản phẩm mới được sản xuất từ các loài thủy sản trong đó enzyme đóng vai trò quan trọng quyết định chất lượng sản phẩm. Nishimoto và các tác giả khác (1987) thông báo rằng, gel cá trở nên yếu đi khi nấu các sản phẩm surimi chính là do hoạt động của protease kiềm này. Sự phân giải của các protein tơ cơ như vậy làm giảm độ bền gel xuống. Trong số hàng loạt protease hiện diện ở mô cơ, endoprotease cysteine có ảnh hưởng sâu sắc nhất đến cấu trúc do độ bền nhiệt và khả năng cắt đứt các liên kết peptid bên trong, tạo ra hai mạch peptid ngắn hơn (An, Peters, & Seymour, 1996). Cathepsin L là enzyme chủ yếu quyết định sự “yếu” đi của surimi khi gia nhiệt. Việc đun nóng các sản phẩm cá ở dạng gel với nhiệt độ khoảng chừng 600C có thể gây hậu quả làm mềm quá mức. Kolodziejska và Sirorski (1996) cho rằng, hiện tượng này quan hệ mật thiết với quá trình phân giải protein tơ cơ cá (chính là thành phần quyết định sự tạo gel). Loại protease gây nên tác dụng làm mềm gel cá không giống nhau và phụ thuộc giống loài, tuy nhiên, trong phần lớn trường hợp protease serine đóng vai trò chủ yếu. Kinoshita và cộng sự (1990) đã xác định được tính chất của bốn loại protease trung tính chịu trách nhiệm phân giải mạch myosin và gọi chúng là “protease làm mềm”, đây là các protease kim loại trung tính. Trong quá trình tự phân sau khi chết xảy ra ở mô cơ cá, độ pH sau cùng đạt được thường dao động trong khoảng giữa 6 và 7. Có nhiều loại enzyme thích hợp hoạt động ở pH gần trung tính như calpain, hay “protease làm mềm”. Các enzyme này được gọi là các protease mô cơ trung tính. Gần đây, người ta rất chú ý đến loại enzyme được hoạt hóa bởi canxi có tên là calpain này vì thấy rằng chúng phân giải các protein ở đường Z của sợi cơ và giải phóng ra các tơ cơ. 4. Một số enzyme khác Một số nhóm enzyme khác ở động vật thủy sản đã được nghiên cứu có thể kể tới là các enzyme Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 3/2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 187 esterase và carbohydrase (bao gồm cả các enzyme chinolytic là chitinase và lysozyme). Esterase Đây là loại enzyme phân giải các mối liên kết este, loại phân giải cho ra acid hữu cơ gọi là esterase hữu cơ, phân giải acid vô cơ gọi là esterase vô cơ. Esterase (lipase) xúc tác thủy phân chất béo tạo thành glycerin và acid béo tương ứng. Những động vật thủy sản ăn thức ăn động vật thì lipase của chúng có nhiều loại esterase hữu cơ, còn ăn thực vật thì có nhiều loại vô cơ. Người ta đã tìm thấy esterase hữu cơ trong tụy tạng của tôm càng Squillaoratoria, trong gan và tụy tạng của mực Sepia offi cinalis, bạch tuộc Eledne cierbosa, trong gan cá chép và cá diếc (Nguyễn, 2006), trong tụy tạng cá mập (Patton & Nevenzel, 1974), cá hồi đốm (Tocher & Sargent, 1984). Từ những số liệu đã thu được về các lipase, người ta thấy rằng, pH thích hợp nhất của đa số lipase là gần trung tính (pH 7-9) ngoại trừ một số trường hợp đặc biệt. Các lipase có thể hoạt động ở khoảng nhiệt độ rất rộng từ -20 đến 65oC, nhưng tốt nhất là ở 30 - 450C (Jensen, 1983). Thời gian gần đây, người ta đặc biệt chú ý đến dầu cá do khả năng giúp ngăn ngừa các bệnh tim mạch của nó. Khả năng đặc biệt này có được là do acid béo không bão hòa ω-3 là EPA, DPA và DHA có mặt trong dầu cá. Các lipase có khả năng xúc tác phản ứng ester hóa, phản ứng thủy phân hoặc trao đổi acid béo giữa các ester (Wanasundara & Shahidi, 1997). Việc nghiên cứu về các enzyme lypolytic nguồn gốc thủy sản để xúc tác phản ứng interesterifi cation của dầu cá để sản xuất triacylglycerol giàu acid béo không bão hòa ω-3 đang đóng một vai trò quan trọng. Gần đây, người ta thường dùng lipase từ nguồn vi sinh vật để sản xuất axit béo không bão hòa giàu ω-3. Tuy nhiên, các acid béo không bão hòa có mạch dài lại không phải là cơ chất thích hợp đối với phần lớn lipase thương mại đang có trên thị trường do tính đặc hiệu đối với acid béo (Vilhelmsson, 1997). Các lipase từ ruột cá tuyết Atlantic Gadus morhua cho kết quả đầy hứa hẹn khi thủy phân các axit béo không bão hòa thành acid béo mạch ngắn hơn hẳn và thể hiện tính lựa chọn hoàn toàn khác đối với các acid béo (Lie & Lambertsen, 1985). Nhiều nhà nghiên cứu khác cũng đã thử nghiệm thủy phân mỡ hải cẩu và cá mòi dầu với mục đích nâng cao hàm lượng acid béo không bão hòa ω-3 ở dạng acylglycerol. Trong số các esterase vô cơ ở động vật thủy sản, phosphatase được nghiên cứu nhiều hơn cả. Phosphatase của động vật thủy sản không xương sống có hai loại là tính kiềm (hoạt động tốt ở pH 8,2-9,4) và tính acid (hoạt động tốt ở pH 3-6). Glucosulphatase và phenylsulphatase cũng là hai loại có mặt ở nhiều động vật thủy sản, chúng thường kết hợp với nhau nhưng tỉ lệ giữa chúng khác nhau phụ thuộc vào nguồn gốc. Carbohydrase Enzyme này xúc tác thủy phân các glucid và glucozit. Loại men này có nhiều trong các động vật thủy sản ăn thức ăn thực vật (rong, rêu, tảo). Các loài nhuyễn thể và hải tảo có nhiều amylase (glycogenase). α-amylase có nhiều trong tụy tạng, trong dạ dày tương đối ít. Nhiệt độ và pH hoạt động tối ưu của enzyme này không giống nhau ở các loài cá khác nhau nhưng nhìn chung chúng thích hợp với môi trường trung tính ở khoảng 35 - 450C. Nồng độ NaCl cũng có ảnh hưởng đến hoạt động của α-amylase, khi nồng độ NaCl tăng từ 0-10% thì nhiệt độ thích hợp của men tăng từ 25 - 420C nhưng nếu vượt qua ngưỡng 10% thì nhiệt độ lại giảm, nhiệt độ thích hợp cũng giảm theo thời gian kéo dài phản ứng phân giải. Ví dụ, thời gian phân giải là 3 giờ thì nhiệt độ thích hợp là 400C, 30 giờ thì là 300C, 90 giờ là 250C (Nguyễn Trọng Cẩn, 2006). Gần đây, người ta đặc biệt chú ý đến các enzyme chitinolytic. Các enzyme thuộc nhóm này bao gồm chitinase “thật sự” và lysozyme. Chitinase “thật sự” lại tiếp tục được phân chia thành chitinase và chitobiase. Ở các loài nhuyễn thể và giáp xác, hoạt tính chitinolytic liên quan chủ yếu đến quá trình lột xác của chúng. Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu cũng đã tìm thấy chitinase và chitobiase ở đường tiêu hóa ruột, dạ dày của một số loài hải sản (Fang và cộng sự, 1979; Danulat, 1986, Matsumiya,1996), trong tôm và phế thải chế biến tôm (Koga và cộng sự, 1990; Suresh & Chandrasekaran, 1998), trong gan mực (Matsumiya & Mochizuki, 1997) và ở bạch tuộc (Grisley & Boyle, 1990). Cho đến bây giờ, người ta vẫn còn tranh cãi nhiều về nguồn gốc của các chitinase trong hệ tiêu hóa các loài hải sản. Một số nhà khoa học cho rằng, các enzyme này là enzyme nội tại do bản thân động vật sinh ra, nhiều người khác lại giả thuyết chúng do các vi sinh vật trong thức ăn hoặc do hệ vi sinh vật trong hệ tiêu hóa tạo thành. Chitinase tìm được ở vi sinh vật, rong biển, cá và động vật có vú thường có phân tử lượng từ 25 đến 120 kDa (Koga và cộng sự, 1999). Chúng có điểm đẳng điện trong khoảng khá rộng: từ 3,0 - 10,0 ở tảo và thực vật bậc cao, 4,7 - 9,3 ở động vật thân mềm, các loài giáp xác và cá, 3,5 - 8,5 ở vi sinh vật (Flach và cộng sự, 1992; Koga và cộng sự, 1999). Như vậy, trong các động vật kể trên có cả chitinase acid và kiềm. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 3/2013 188 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Enzyme chitinolytic là công cụ tốt nhất giúp chuyển chitin sang dạng đơn giản oligomeric mà không cần cắt mạch trùng hợp (depolymerization) bằng hóa học (thường là dùng HCl đậm đặc) dẫn đến sản phẩm có tính chất lý hóa không ổn định. Trong công nghệ thực phẩm và y học, người ta quan tâm đặc biệt đến chitin và chitosan oligomer bởi vì chúng có tính kháng khuẩn phổ rộng, kháng ung thư, tác dụng cải thiện miễn dịch và bảo vệ cơ thể khỏi nhiều vi sinh vật gây bệnh. Vì thế, các enzyme chitinolytic từ cá và động vật thủy sản có rất nhiều ứng dụng tiềm năng trong nhiều lĩnh vực công nghệ khác nhau. Trong động vật thủy sản còn nhiều loại enzyme thủy phân như maltose, saccharose, trong nội tạng bào ngư có cellulase, alginase, tuy nhiên các enzyme này còn chưa được nghiên cứu nhiều. Polyphenoloxydase (PPO) Các enzyme này thuộc nhóm oxydase, chúng oxy hóa các hợp chất có gốc phenol khi có mặt oxy. Trong động vật thủy sản, đặc biệt là trong tôm cá, enzyme này tồn tại khá phổ biến. Hệ enzyme PPO ở trong tôm chủ yếu là tyrosinase, chúng tồn tại trong lớp màng trong suốt dưới vỏ tôm. Khi tôm chết, do protease trong tôm phân giải lớp màng này thúc đẩy sự giải phóng của PPO, gặp điều kiện thuận lợi có đủ oxy và nhiệt độ phù hợp sẽ xúc tác phản ứng oxy hóa các hợp chất mang gốc phenol tạo ra phức chất có màu nâu đen (melanin), đây gọi là hiện tượng biến đen của tôm. Các chất có gốc phenol trong tôm cá thường là tyrosin hoặc phenylalanin. Nhiệt độ thích hợp của PPO trong tôm là 35 - 450C, và pH thích hợp là 6 - 8. III. KẾT LUẬN Động vật thủy sản là nguồn gốc của nhiều enzyme với những tính chất độc đáo và hữu dụng, mở ra tiềm năng khai thác trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau của cuộc sống. Enzyme từ thủy sản thường thể hiện hoạt tính cao ở nhiệt độ thấp hoặc không cao lắm, vì vậy nhà sản xuất có thể thực hiện phản ứng ở nhiệt độ thấp, giúp tiết kiệm năng lượng, phản ứng này cũng dễ dàng ngừng lại khi nâng nhiệt độ lên không quá cao và nhờ đó giảm được nguy cơ hư hỏng do vi sinh vật. Những thành tựu công nghệ sinh học ngày nay cho phép sản xuất ra nhiều loại enzyme khác nhau với giá thành rẻ và dễ dàng nhờ qui trình tách chiết và tinh sạch đã được cải tiến. Enzyme từ động vật thủy sản đã, đang và sẽ được sử dụng như phương tiện trợ giúp hiệu quả ở rất nhiều lĩnh vực sản xuất thực phẩm và ngày càng đóng vai trò quan trọng trong công nghệ thực phẩm. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Albuquerque-Cavalcanti C., Garcia-Carreno F.L., Navarrete M.A., 2002. Trypsin and trypsin inhibitors from Penaeus shrimp. J.Food Biochem. 26, 233-251. 2. An, H., Peters, M.Y., & Seymour, T.A., 1996. Role of endogenous enzymes in surimi gelation. Trends in Food Science & Technology, 7, 321-327. 3. Asgeirsson, B., & Bjarnason, J.B., 1991. Structural and kinetic properties of chymotrypsin from Atlantic cod (Gadus morhua), Comparison with bovine chymotrypsin. Comparative Biochemistry and Physiology, 99B, 327-335. 4. Cohen, T., & Gertler, A., 1981. Pancreatic proteolytic enzymes from carp Cyprinus carpio I, Purifi cation and physical properties of trypsin, chymotripsin, elatase and carboxypeptidase B. Comparative Biochemistry and Physiology, 69B, 647-653. 5. De-Vecchi, S.D., & Coppes, Z., 1996. Marine fi sh digestive proteases - relevance to food industry and south-west Atlantic region - a review. Journal of Food Biochemistry, 20, 193-214. 6. Fong, W.P., Chan, E.Y,, & Lau, K.K., 1998. Isolation of two chymotrypsins from grass carp. Biochemistry and Molecular Biology International, 45, 409-418. 7. Haard, N. F. 1998. Speciality enzymes from marine organisms. Food Technology, 53(7), 64-67. 8. Haard, N. F., & Simpson, B. K., 1994. Protease from aquatic organisms and their uses in the seafood industry, In A, M, Martin (Ed,). Fisheries processing: biotechnological applications (132-154), London, UK: Chapman and Hall. 9. Hameed,K.S.,&Haard, N.F., 1985. Isolation and characterization of cathepsin C from Atlantic short fi nned squid Illex illecebrosus. Comparative Biochemistry and Physiology, 82B,241-246. 10. Han,X.Q.,& Shahidi,F., 1995. Extraction of darp seal gastric proteases and their immobilization on chitin. Food Chemistry,52,71-76. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 3/2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 189 11. Jensen, R. G., 1983. Detection and determiantion of lipase (acylglycerol hydrolase) activity from various sources. Lipids, 18, 650-657. 12. Kawamura, Y,, Nishimura, K,, Matoba, T,, & Yonezawa, D., 1984. Effects of protease inhibitors on the autolysis and protease activities of Antarctic krill. Agricultural Biology and Chemistry, 48, 923-930. 13. Kinoshita, M., Toyohara, H., & Shimizu, Y., 1990. Characterization of two distinct latent proteinases associated with myofi brils of crucian carp (Carassius auratus cuvieri). Comparative Biochemistry and Physiology, 97B, 315-319. 14. Kolodziejska, I., & Sikorski, Z. E., 1996. Neutral and alkaline muscle proteases of marine fi sh and aquatic invertibrates, A review. Journal of Food Biochemistry, 20, 349-363. 15. Kristjansson, M.M., & Nielsen, H.H., 1992. Purifi cation and characterization of two chymotrypsin-like proteases from the pyloric caeca of rainbowtrout (Oncorhynchus mykiss). Comprative Biochemistry and Physiology, 101B, 247-253. 16. Makinodan, Y., Toyohara, H., & Ikeda, S., 1983. Combined action of carp muscle cathepsins A and D on proteins. Bulletin of the Japanese Society of Scientifi c Fisheries, 49, 1153-1161. 17. Nguyễn Trọng Cẩn, Đỗ Minh Phụng, 2006. Công nghệ chế biến thực phẩm thủy sản, tập 1 Nguyên liệu chế biến thủy sản. Nhà xuất bản Nông nghiệp. 18. Raa, J., & Walther, B. T., 1998. Purifi cation and characterization of chymotrypsin, trypsin and elastase like proteinase from cod Gadus morhua L.. Comparative Biochemistry and Physiology, 93B, 317-324. 19. Shamsuzzaman, K., & Haard, N. F., 1984. Purifi cation and characterization of a chymosin-like protease from gastric mucosa of harp seal (Paophilus groenlandicus). Canadian Journal of Biochemistry and Cell Biology, 62, 699-708. 20. Simpson, B.K., & Haard, N.F, 1984. Purifi cation and characterization of trypsin from the Greenland cod (Gadus ogac). Can. J. Biochem. Cell. Biol., 62, 894-900. 21. Simpson, B.K., Simpson, M. V., & Haard, N. F., 1989. On the mechanism of enzyme action: digestive proteases from selected marine organisms. Biotechnology and Applied Biochemistry, 11, 226-234. 22. Tsai I.H., Lu P.J and Chuang J.L., 1991. The midgut chymotrypsins of shrimps (Penaeus monodon, Penaeus japonicas and Penaeus penicillatus). Biochimica et Biophysica Acta 1080: 59-67

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfcac_loai_enzyme_tu_dong_vat_thuy_san.pdf