Enzyme thủy phân ứng dụng trong công nghệ thực phẩm: Tất tần tật những điều cần biết!

Enzyme thủy phân là gì? Chúng hoạt động như thế nào? Ứng dụng của enzyme thủy phân trong công nghệ thực phẩm ra sao? Hãy cùng chúng tôi khám phá thế giới diệu kỳ của enzyme thủy phân trong bài viết này!

Đặc điểm trung tâm hoạt động của enzyme thuỷ phân

Enzyme có các tính chất tương tự như protein bởi vì nó có bản chất là protein. Một số tác nhân có thể gây biến tính có thể kể đến như là nhiệt độ, kiềm, acid hay tác động cơ học,... đều có thể khiến cho enzyme bị biến tính thuận nghịch hoặc không thuận nghịch. 

Điểm khác nhau giữa protein và enzyme đó là: Trong phần cấu tạo của enzyme có một phần rất đặc biệt chính là trung tâm hoạt động. Không phải tất cả các phần enzyme đều sẽ tham gia vào hoạt động xúc tác mà trung tâm hoạt động mang tính đặc hiệu trong mỗi phân tử enzyme mới tham gia vào quá trình xúc tác các phản ứng.

Trung tâm hoạt động của những enzyme thủy phân thường sẽ chứa các acid amin đặc hiệu. Là các vòng imidazol của histidine, nhóm hydroxyl của một trong các gốc serine. Liên kết trong trung tâm hoạt động là các liên kết yếu để cơ chất có thể gắn vào. Chính vì có liên kết yếu này nên các nhóm chức hoạt động rất linh động.

Đặc điểm của các cơ chất bị enzyme thủy phân

Những cơ chất bị enzyme thủy phân thường là những polyme như: Protein, lipid, glucid hay cellulose,... Những có chất này có chứa các liên kết bị thủy phân do những phân tử tích điện dương tạo nên hay còn gọi đó là “liên kết nhị dương” theo Bernard Pullman và Albert Pullman. Như liên kết glycoside hay liên kết peptide.

Chính vì thế đặc điểm của cơ chất enzyme thủy phân bao gồm cấu trúc phù hợp, tính đặc hiệu, kích thước phù hợp và tính chất hóa học phù hợp với phản ứng. Nhờ những đặc điểm này, enzyme có thể liên kết chính xác với cơ chất, tạo ra vị trí xúc tác hiệu quả và hoàn thành nhiệm vụ phân hủy một cách nhanh chóng và hiệu quả.

Yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của enzyme thủy phân

Hoạt động của enzyme này không phải lúc nào cũng giống nhau mà phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Vậy, những yếu tố nào chi phối hoạt động xúc tác của enzyme thủy phân?

Ảnh hưởng từ nhiệt độ

Các enzyme đều chịu sử ảnh hưởng của nhiệt độ theo một quy luật giống nhau. Trong giới hạn nhiệt độ enzyme chưa bị biến tính thì vận tốc xúc tác của enzyme sẽ tăng theo nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng lên trong giới hạn thích hợp, enzyme sẽ hoạt động mạnh mẽ hơn, dẫn đến tăng tốc độ phản ứng. 

Tuy nhiên, chiếc "nhiệt kế" này cũng có giới hạn. Vượt quá nhiệt độ tối ưu, enzyme bắt đầu biến tính, cấu trúc bị thay đổi và mất đi khả năng xúc tác. Thông thường đa số enzyme sẽ bị biến tính hoàn toàn ở nhiệt độ 70°C hoặc lớn hơn. Khi nhiệt độ hạ thấp xuống dưới 0°C thì enzyme sẽ bị biến tính thuận nghịch hay cũng có trường hợp làm giảm hoạt tính xúc tác, thậm chí là không thể hiện hoạt tính xúc tác.

Mỗi loại enzyme cũng sở hữu nhiệt độ tối thích khác nhau. Nhiệt độ này của enzyme phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như: Loại enzyme, pH, kim loại, nguồn thu enzyme, chất bảo vệ,...

Ảnh hưởng từ pH

Ảnh hưởng của pH lên enzyme cũng giống như nhiệt độ. pH có thể làm thay đổi trạng thái ion hóa của cơ chất lẫn enzyme. Tại giá trị pH mà enzyme và cơ chất tích điện trái dấu nên kết hợp dễ dàng với nhau gọi là pH thích hợp cho enzyme hoạt động. Đại đa số enzyme hoạt động tốt nhất trong môi trường trung tính (pH từ 5 đến 9). Tuy nhiên, cũng có những enzyme đặc biệt có thể hoạt động trong môi trường axit mạnh (pH 3,5) hoặc kiềm mạnh (pH 11).

Nồng độ cơ chất và enzyme ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của enzyme

Nồng độ cơ chất đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh hoạt động enzyme. Khi nồng độ cơ chất tăng, tốc độ phản ứng enzyme cũng tăng theo, nhưng chỉ đến một giới hạn nhất định. Trường hợp cơ chất còn thừa và đồng thời nồng độ enzyme tăng thì sẽ dẫn đến việc vận tốc phản ứng tăng. Khi hết cơ chất, tăng nồng độ enzyme sẽ không làm tăng tốc độ phản ứng.

Khi nồng độ cơ chất giảm thì cũng sẽ làm giảm mức độ tiếp xúc giữa các enzyme và cơ chất nên dẫn đến giảm phản ứng enzyme.

Lượng enzyme sử dụng cũng ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng enzyme. Khi tăng lượng enzyme, phản ứng thủy phân sẽ xảy ra nhanh hơn và lượng sản phẩm tạo thành cũng nhiều hơn.

Ảnh hưởng từ chất ức chế và chất hoạt hóa

Khi thêm chất hoạt hóa vào trong phản ứng enzyme sẽ làm tăng hoạt tính xúc tác của enzyme lên hoặc có thể chuyển enzyme từ dạng không hoạt động sang hoạt động. Vì vậy khi có mặt của chất hoạt hóa trong phản ứng thì vận tốc của phản ứng enzyme sẽ tăng.

Ngược lại, khi có mặt của chất ức chế thì sẽ làm giảm hoặc mất đi hoạt tính xúc tác của enzyme. Những chất kìm hãm hoạt động của enzyme như: Các phân tử vô cơ, ion kim loại nặng, các chất hữu cơ, cũng có thể là các protein, cơ chất hay chính những sản phẩm của phản ứng. Có hai loại ức chế chính:

• Ức chế cạnh tranh: Chất ức chế cạnh tranh với cơ chất để liên kết vào trung tâm hoạt động enzyme.
• Ức chế không cạnh tranh: Chất ức chế không cạnh tranh sẽ không cạnh tranh với cơ chất mà liên kết với vị trí khác trên enzyme, làm thay đổi cấu trúc trung tâm hoạt động.

Như vậy bài viết tìm hiểu về enzyme thủy phân cũng đã khép lại. Hy vọng bạn đọc đã có cho mình những thông tin bổ ích nhất về enzyme thủy phân và hẹn gặp lại ở những bài viết tiếp theo của Long Châu.