Giáo trình Công nghệ sinh học Enzym

Đại học khoa học 
Đại học Huế 
GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC 
ENZYM 
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
Lời nói đầu
Trong cơ thể sống, hầu như không có một quá trình hóa học nào lại không có liên 
quan mật thiết đến các quá trình sinh học do các enzyme xúc tác. Có thể nói rằng sự sống 
gắn liền với enzyme.
Ngoài một nhóm nhỏ phân tử RNA có hoạt tính xúc tác, các enzyme đều có bản 
chất protein; chúng bảo đảm cho các quá trình chuyển hóa các chất trong cơ thể sống tiến 
hành với tốc độ nhịp nhàng, cân đối, theo những chiều hướng xác định.
Enzyme học (Enzymology) là một môn học có vị trí then chốt trong hóa sinh đang 
phát triển mạnh mẽ và xâm nhập vào rất nhiều ngành khoa học, đặc biệt thu hút sự chú ý 
của các nhà sinh học và sinh y học vì những hiểu biết cơ bản về enzyme có liên quan mật 
thiết đến sinh học phân tử và y học phân tử và là những kiến thức cơ bản rất quan trọng của 
sinh học và sinh y học.
Giáo trình nhằm cung cấp cho sinh viên các ngành, chuyên ngành liên quan đến 
sinh học trong Đại học Huế nhũng kiến thức cơ bản về enzyme - chất xúc tác sinh học.
Cuốn sách được biên soạn theo chương trình giáo dục đại học đã được Đại học Huế 
phê duyệt, bởi tập thể tác giả trường Đại học Khoa học, Đại học Huế. Sách này cũng có thể 
dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên các trường khác, những người chuẩn bị thi tuyển 
sau đại học cũng như các cán bộ nghiên cứu liên quan.
Các tác giả xin cảm ơn những đồng nghiệp đã góp nhiều ý kiến bổ ích trong quá 
trình biên soạn. Đặc biệt các tác giả xin chân thành cám ơn GS.TSKH Lê Doãn Diên- 
Giám đốc Trung tâm Tư vấn Đầu tư Nghiên cứu phát triển Nông thôn Việt Nam 
(INCEDA), Chủ tịch Hội Hóa sinh Việt Nam đã nhận phản biện và cho rất nhiều những lời 
khuyên quý báu nhằm hoàn thiện giáo trình.
Với thời gian biên soạn và kinh nghiệm còn hạn chế, cuốn sách còn chưa thật đầy 
đủ và chắc chắn không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót. Chúng tôi rất mong nhận được nhiều 
ý kiến đóng góp của các bạn đồng nghiệp, sinh viên và bạn đọc để lần xuất bản sau sẽ được 
hoàn thiện hơn.
Thay mặt các tác giả
Chủ biên
 PGS.TS. Đỗ Quý Hai
3Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
Mục lục
 Trang
Lời nói đầu 3
Chương 1 Mở đầu 7
1.1. Định nghĩa enzyme 7
1.2. Lược sử nghiên cứu enzyme 7
 1.2.1. Giai đoạn 1 7
 1.2.2. Giai đoạn 2 8
 1.2.3. Giai đoạn 3 9
 1.2.4. Giai đoạn 4 12
1.3. Phương hướng nghiên cứu enzyme 14
1.4. Những vấn đề cần đề cập khi nghiên cứu enzyme 16
1.5. Vấn đề nghiên cứu enzyme ở nước ta 17
Tài liệu tham khảo 18
Chương 2 Phương pháp nghiên cứu enzyme 19
2.1. Những nguyên tắc chung khi nghiên cứu enzyme 19
2.2. Tách và làm sạch (tinh chế) enzyme 21
 2.2.1. Chọn nguồn nguyên liệu 21
 2.2.2. Chiết rút enzyme 26
 2.2.3. Các phương pháp tách từng phần protein enzyme 28
 2.2.4. Kết tinh protein enzyme 38
 2.2.5. Đánh giá tính đồng thể của protein enzyme 39
2.3. Hoạt độ enzyme 41
 2.3.1. Phương pháp xác định hoạt độ enzyme 41
 2.3.2. Đơn vị hoạt độ enzyme 41
Tài liệu tham khảo 4
43
Chương 3 Cách gọi tên và phân loại enzyme 44
3.1. Cách gọi tên enzyme 44
3.2. Phân loại enzyme 44
4Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
 3.2.1. Các lớp enzyme 44
 3.2.2. Các phản ứng enzyme 46
Tài liệu tham khảo 51
Chương 4 Cấu trúc phân tử enzyme 52
4.1. Bản chất hóa học của enzyme 52
4.2. Thành phần cấu tạo của enzyme 53
4.3. Cấu trúc bậc 4 của enzyme 54
4.4. Trung tâm hoạt động của enzyme 56
4.5. Phương pháp thăm dò và phát hiện các nhóm chức năng trong 
trung tâm hoạt động của enzyme
57
 4.5.1. Phương pháp dùng chất ức chế 58
 4.5.2. Phương pháp đánh dấu bằng cơ chất đặc hiệu hoặc coenzyme 59
 4.5.3. Xác định trị số pK của các nhóm hoạt động 60
 4.5.4. Nghiên cứu cấu trúc phân tử 60
4.6. Các dạng phân tử của enzyme 61
4.7. Phức hợp multienzyme 62
Tài liệu tham khảo 63
Chương 5 Tính đặc hiệu của enzyme 64
5.1. Khái niệm chung 64
5.2. Các hình thức đặc hiệu 64
 5.2.1. Đặc hiệu kiểu phản ứng 64
 5.2.2. Đặc hiệu cơ chất 64
Tài liệu tham khảo 68
Chương 6 Cơ chế tác dụng của enzyme 69
6.1. Cơ chế của phản ứng có xúc tác nói chung 69
6.2. Cơ chế của xúc tác enzyme 69
Tài liệu tham khảo 73
5Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
Chương 7 Động học Enzyme 74
7.1. Ý nghĩa của việc nghiên cứu động học enzyme 74
7.2. Động học các phản ứng enzyme 74
 7.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme 74
 7.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất [S] 75
 7.2.3. Ảnh hưởng của chất kìm hãm (inhibitior) 79
 7.2.4. Ảnh hưởng của chất hoạt hóa (activator) 9
 7.2.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ 87
 7.2.6. Ảnh hưởng của pH 88
 7.2.7 Các yếu tố khác 89
Tài liệu tham khảo 91
Chương 8 Sinh học enzyme 92
8.1 Sự phân bố enzyme trong tế bào 92
8.2 Điều hòa hoạt độ và số lượng của enzyme trong tế bào 94
 8.2.1 Điều hòa hoạt độ enzyme 94
 8.2.2 Điều hòa sinh tổng hợp enzyme 101
Tài liệu tham khảo 108
Chương 9 Công nghệ enzyme và ứng dụng 109
9.1. Công nghệ enzyme 109
 9.1.1. Enzyme với công nghệ sinh học 109
 9.1.2. Công nghệ sản xuất enzyme 109
9.2. Ứng dụng 111
 9.2.1. Ứng dụng trong y dược 111
 9.2.2. Ứng dụng trong hóa học 112
 9.2.3. Ứng dụng trong công nghiệp 113
Tài liệu tham khảo 116
6Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
Chương 1
Mở đầu
1.1. Định nghĩa enzyme
Trong cơ thể sống (các tế bào) luôn luôn xảy ra quá trình trao đổi 
chất. Sự trao đổi chất ngừng thì sự sống không còn tồn tại. Quá trình trao 
đổi của một chất là tập hợp các quy luật của rất nhiều các phản ứng hóa 
học khác nhau. Các phản ứng hóa học phức tạp này có liên quan chặt chẽ 
với nhau và điều chỉnh lẫn nhau. Enzyme là các hợp chất protein xúc tác 
cho các phản ứng hóa học đó. Chúng có khả năng xúc tác đặc hiệu các 
phản ứng hóa học nhất định và đảm bảo cho các phản ứng xảy ra theo một 
chiều hướng nhất định với tốc độ nhịp nhàng trong cơ thể sống.
Chúng có trong hầu hết các loại tế bào của cơ thể sống. Chính do 
những tác nhân xúc tác có nguồn gốc sinh học nên enzyme còn được gọi 
là các chất xúc tác sinh học (biocatalysators) nhằm để phân biệt với các 
chất xúc tác hóa học.
Enzyme học là khoa học nghiên cứu những chất xúc tác sinh học có 
bản chất protein. Hay nói cách khác, enzyme học là khoa học nghiên cứu 
những tính chất chung, điều kiện, cơ chế tác dụng và tính đặc hiệu của các 
enzyme.
1.2. Lược sử nghiên cứu enzyme
Do enzyme học được coi như cột sống của hóa sinh học nên phần 
lớn các nghiên cứu hóa sinh từ trước đến nay đều liên quan nhiều đến enzyme. 
Về sự phát triển của học thuyết enzyme, có thể chia thành 4 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: trước thế kỷ thứ XVII
- Giai đoạn 2: từ thế kỷ XVII đến nửa đầu thế kỷ XIX
- Giai đoạn 3: từ giữa thế kỷ XIX đến 30 năm đầu của thế kỷ XX
- Giai đoạn 4: từ những năm 30 của thế kỷ XX đến nay.
1.2.1. Giai đoạn 1
Trước thế kỷ XVII người ta đã biết sử dụng các quá trình enzyme 
trong đời sống song chỉ có tính chất kinh nghiệm thực tế và thông qua hoạt 
động của vi sinh vật. Đó là các quá trình lên men rượu, muối dưa, làm 
tương và nước chấm... Ở thời kỳ này người ta chưa hiểu về bản chất 
enzyme và các quá trình lên men.
7Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
1.2.2. Giai đoạn 2
Ở giai đoạn này các nhà bác học đã tiến hành tìm hiểu bản chất của 
các quá trình lên men. Thời kỳ này đã khái quát hiện tượng lên men như là 
hiện tượng phổ biến trong sự sống và enzyme là yếu tố gây nên sự chuyển 
hóa các chất trong quá trình lên men.
Vào những năm 1600 của thế kỷ XVII, Van Helmont là người đầu 
tiên cố gắng đi sâu tìm hiểu bản chất của quá trình lên men. Van Helmont 
đã nhận thấy thực chất của sự tiêu hóa là sự chuyển hóa hóa học của thức 
ăn và giải thích cơ chế của nó với sự so sánh nó với quá trình lên men 
rượu. Danh từ ferment (từ chữ Latinh fermentatio - sự lên men) được Van 
Helmont dùng để chỉ tác nhân gây ra sự chuyển biến các chất trong quá 
trình lên men rượu.
Vào nửa cuối thế kỷ thứ XVIII, nhà tự nhiên học người Pháp là 
Réaumur cũng đã nghiên cứu bản chất của sự tiêu hóa. Nhà tự nhiên học 
này đã cho chim quạ đen nuốt những miếng thịt đặt sẵn trong ống kim loại 
có thành đã được đục sẵn và buộc vào dây thép. Sau vài giờ đã không thấy 
gì ở trong ống. Hiện tượng này đã thúc đẩy sự nghiên cứu thành phần dịch 
tiêu hóa để tìm hiểu khả năng tiêu hóa của dịch dạ dày. Sau thí nghiệm 
này một thời gian, vào năm 1783, nhà bác học người Ý là Spalanzani đã 
lặp lại thí nghiệm bằng cách lấy dịch dạ dày trộn với thịt mới và thấy có 
hiện tượng hòa tan xảy ra.
Vào đầu thế kỷ XIX, các nhà nghiên cứu đã tách được các chất gây 
ra quá trình lên men. Năm 1814 Kirchoff, viện sĩ Saint Petercburg đã phát 
hiện nước chiết của mầm đại mạch có khả năng chuyển hóa tinh bột thành 
đường ở nhiệt độ thường. Đây là công trình đầu tiên thu được chế phẩm 
amylase ở dạng dung dịch và lịch sử enzyme học thực sự được xem như bắt 
đầu từ đây.
Mười chín năm sau (năm 1833), hai nhà khoa học người Pháp là 
Payen và Pessoz đã chứng minh chất có hoạt động phân giải tinh bột thành 
đường có thể tách được ở dạng bột. Thí nghiệm được tiến hành bằng cách 
cho etanol vào dịch chiết của lúa đại mạch nảy mầm thì thấy xuất hiện kết 
tủa. Kết tủa được hình thành này có khả năng chuyển hóa tinh bột và nếu 
đun kết tủa này sẽ mất tác dụng chuyển hóa. Danh từ diastase (từ chữ 
Latinh diastasis - phân cắt) là do Payen và Persoz dùng để gọi enzyme 
amylase lúc bấy giờ.
8Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
Tiếp đó người ta cũng đã tìm ra và tách được nhiều enzyme khác 
như enzyme phân giải protein của dịch tiêu hóa trong dạ dày như Pepsin 
(Emberle và Shwan) - những nhà khoa học người Đức, năm 1836)...
Sau đó, lý thuyết xúc tác đã ra đời. Năm 1835, nhà khoa học 
Berzelius có quan điểm cho rằng tăng tốc độ phản ứng là hiện tượng xúc 
tác. Đây là một quan điểm đúng. Song thật đáng tiếc là nhà khoa học này 
đã coi các chất xúc tác này hoạt động được là do " lực sống" không theo 
sự điều khiển của con người. Đây là quan điểm duy tâm, siêu hình đã làm 
trì trệ sự phát triển của khoa học nhất là ảnh hưởng sâu sắc đến sưh phát 
triển của ngành enzyme học.
1.2.3. Giai đoạn 3
Giai đoạn từ giữa thế kỷ XIX đến 30 năm đầu của thế kỷ XX. Ở 
giai đoạn này một số lượng rất lớn các enzyme ở dạng hòa tan đã 
được tách chiết.
Trong thời kỳ này, có hai trường phái đấu tranh với nhau: đó là 
trường phái Pasteur - nhà bác học vĩ đại người Pháp và trường phái Liebig 
- nhà bác học nổi tiếng người Đức.
* Trường phái Pasteur:
Năm 1856 Pasteur đã đề cập đến bản chất của quá trình lên men. 
Ông cho rằng không thể tách các enzyme khỏi tế bào. Tác dụng và tính 
chất của enzyme gắn liền với sự sống của tế bào và quá trình lên men rượu 
là kết quả hoạt động sống của tế bào nấm men chứ không phải là kết quả 
của tác dụng của enzyme. Ông đã tiến hành thí nghiệm và nhận thấy nếu 
một dung dịch hữu cơ, ví dụ dung dịch glucose để trong bình đã khử trùng 
thì không xảy ra quá trình lên men rượu. Chính vì suy nghĩ ấy, Pasteur đã 
chia các enzyme thành 2 loại: "enzyme có tổ chức" và "enzyme không có 
tổ chức".
Theo ông, các "enzyme có tổ chức" là những enzyme không thể tách 
khỏi tế bào, khi tách chúng sẽ bị mất tác dụng xúc tác như các enzyme của 
các tế bào nấm men thực hiện quá trình lên men rượu; còn các "enzyme 
không có tổ chức" là các enzyme có thể thực hiện tính xúc tác của nó 
ngoài cơ thể như các enzyme có trong dịch tiêu hóa (ví dụ Pepsin ở trong 
dạ dày, amylase ở trong tuyến nước bọt, trong mầm thóc...)
Quan điểm sai lầm này của Pasteur đã thống trị ngành enzyme học 
trong một thời gian dài. Năm 1878 Kuhne đã đề nghị dùng danh từ 
"ferment" (từ tiếng Latinh: fermentatio = lên men) để gọi các "enzyme cớ 
9Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
tổ chức" và đã gọi các chất chiết có tác dụng xúc tác cho phản ứng hóa 
học là các enzyme (từ chữ Hy Lạp: en = bên trong, zyme = men rượu, tức 
là "ở trong nấm men" để gọi các enzyme "không có tổ chức". Danh từ 
enzyme được xuất phát từ đây.
* Trường phái Liebig:
Chống lại quan điểm trên của Pasteur, Liebig (trước đó có cả 
Berzelius) cho rằng có thể không có hoạt động của các tế bào vi sinh vật 
cũng có quá trình lên men. Điều đó có nghĩa là ông coi enzyme như là một 
chất hóa học gây nên hiệu quả tương tự như các chất xúc tác, tác dụng cả ở 
trong và ngoài tế bào, không phụ thuộc vào hoạt động sống cúa vi sinh vật.
Nhưng năm 1871 Liebig thất bại vì thực nghiệm không chứng minh 
được quan điểm trên của mình . Các thí nghiệm được tiến hành bằng cách 
lấy dịch chiết từ tế bào nấm men đã nghiền nát đều không có tác dụng gây 
lên men rượu. Cũng vào năm1871 Manatxein là một bác sĩ người Nga đã 
dùng cát thạch anh nghiền các tế bào nấm men và thu được dịch chiết 
không chứa tế bào có khả năng biến đổi đường thành rượu. Nhưng những 
quan sát này đã không được ai chú ý tới. Chính vì vậy, quan điểm siêu 
hình của Pasteur đã hạn chế khá nhiều sự phát triển của ngành enzyme 
học. Đến năm 1897, H. Büchner - một nhà khoa học người Đức đã nhận 
được dịch chiết nấm men bằng cách phân huỷ tế bào hoàn thiện hơn. 
Trong thí nghiệm này, các tế bào nấm men được nghiền nát hoàn toàn 
cùng với bột thủy tinh, sau đó được ép bằng áp suất cao. Dịch chiết thu 
được không chứa tế bào vẫn có khả năng gây ra quá trình lên men (chuyển 
hóa glucose thành rượu). Điều đó chứng tỏ quá trình lên men rượu không 
phải là kết quả của hoạt động sống của tế bào nấm men mà là kết quả tác 
dụng của các enzyme vốn có trong các tế bào. Do đó, quan điểm sai lầm 
về enzỵme "có tổ chức" và enzyme "không có tổ chức" mà thực chất là về 
bản chất của enzyme đến lúc này mới hoàn toàn bị đánh đổ, mở ra một 
thời kỳ phát triển mới của ngành enzyme học. Cũng từ đó đã không có sự 
phân biệt về nội dung giữa thuật ngữ "ferment" và "enzyme". Có thể nói 
rằng, công trình của Büchner đã đánh dấu một bước ngoặt quan trọng 
trong lịch sử phát triển của enzyme học. Sau đó, nhiều loại enzyme trong 
cơ thể sống đã được tìm ra. Vì vậy việc phân loại và gọi tên các enzyme 
một cách thống nhất càng cần thiết. Năm 1883, Duyclo, nhà bác học Pháp 
đã đề ra nguyên tắc phân loại enzyme theo cơ chất (substrate) do chúng 
biến đổi và thêm đuôi tận cùng "ase" vào. Ví dụ enzyme phân giải tinh bột 
(amilun) là amylase. Tuy vậy, trong thực tế còn tồn tại nhiều ngoại lệ về 
thuật ngữ, ví dụ những tên gọi enzyme pepsin, trypsin, catalase trước đây 
vẫn được dùng.
10Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
Ở thời kỳ này, dựa vào thành tựu của hóa học, đặc biệt là hóa lý và 
hóa keo, các nhà khoa học đã hướng vào việc nghiên cứu các tính chất hóa 
và lý học của enzyme cũng như hoàn thiện các phương pháp làm thuần 
khiết enzyme.
Giai đoạn quan trọng nhất trong thời kỳ này là các công trình của 
nhà bác học vĩ đại người Đức E. Fisher. Ông đã đặt nền móng cho những 
khái niệm hiện đại về tính đặc hiệu của enzyme, về sự tương tác không 
gian giữa enzyme và cơ chất. Giả thuyết nổi tiếng của ông là giữa enzyme 
và cơ chất kết hợp với nhau như "ổ khóa với chìa khóa". Rồi những 
nghiên cứu của Bach và Palladin về các enzyme ôxy hóa khử đã tạo nên 
cơ sở cho việc xây dựng học thuyết ôxy hóa khử sinh học. Trong thời gian 
này người ta cũng đã phát hiện ra được tính tác dụng thuận nghị ... như papain của đu đủ, amylase của đại mạch. Nhưng enzyme vi 
sinh vật là nguồn phổ biến và giá thành có ý nghĩa kinh tế nhất.
9.1.2.2. Cách thu nhận
+ Chọn đối tượng: Phải dựa vào đặc rưng sinh học của đối 
tượng.Đối với vi sinh vật cần chú ý đến khâu chọn giống , vấn đề di truyền 
giống , khả nâng sinh trưởng và phát triễn của giống , đặc tính sinh lí hóa 
sinh của giống.
+ Các phương pháp nuôi cấy:
- Môi trường nuôi cấy: Tùy chủng để chọn môi trường thích hợp, 
thành phần dinh dưởng phải phù hợp với sinh trưởng phát triễn, đặc biệt là 
các yếu tố cần thiết cho quá trình sinh tổng hợp protein. Cần nắm vững cơ 
chế điều hòa để có những thay đổi thích nghi.
109Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
- Phương pháp nuôi cấy bề mặt; là nuôi cấy trên giá thể rắn với hàm 
lượng nước thấp khoảng 15-20%. Ngoài thành phần dinh dưởng là protein, 
tinh bột, khoáng có thể trộn các chất làm xốp để thoáng khí.
Tùy chủng để khống chế nhiệt độ , pH môi trường , độ ẩm, thời gian 
nuôi cấycho đạt hiệu quả sinh tổng hợp enzyme cao nhất.
- Phương pháp nuôi cấy chìm: là nuôi cấy trong môi trường dịch thể, 
hàm lượng chất khô tối đa từ 25-30%, thường từ 10-15%. Ngoài protein, 
tinh bột, khoángcòn có thể bổ sung kích thích tố. Cũng như trên, tùy 
chủng để khống chế nhiệt độ , pH môi trường, độ ẩm, thời gian nuôi cấy
cho đạt hiệu quả sinh tổng hợp enzyme cao nhất.
Với hai phương pháp trên, mỗi loại có ưu khuyết điểm riêng. Nuôi 
cấy bề mặt thường cho hiệu suất cao, dễ gở bỏ từng phần nếu bị nhiễm , 
nhược điểm là tốn mặt bằng nhiều, khó tự động hóa. Phương pháp nuôi 
cấy chìm dễ tự động hóa, phải loại bỏ hoàn tòan khi bị nhiễm.
+ Thu nhận chế phẩm enzyme: 
Đối với canh trường bề mặt hay các đối tượng thực vật, có thể đồng 
hóa nếu cần, sau đó dùng dung dịch đệm hay nước cất để chiết rút enzyme 
ra khỏi canh trường bề mặt ta có dịch chiết enzyme . Đối với canh trường 
bề sâu chỉ cần lọc bỏ sinh khối là có dịch chiết tương tự trên.
Sau đó có thể dùng các tác nhân kết tủa thuận nghịch như aceton, 
ethanol, muối trung tính để có chế phẩm enzyme ở dạng sạch hơn.
Từ chế phẩm sạch này, bằng kỹ thuật điện di, lọc gel ta có thể 
tách từng phần để có enzyme tinh khiết hơn.Tùy mục đích sử dụng để ta 
tạo ra chế phẩm thích hợp.
Để nâng cao giá trị sử dụng, hiện nay người ta thường tạo ra chế 
phẩm enzyme gọi là enzyme không tan.
Enzyme không tan
Hầu hết các enzyme trong cơ thể đều ở dạng liên kết với màng còn 
cơ chất đi qua màng để enzyme chuyển hóa nó thành sản phẩm. Trong 
công nghiệp thường sử dung enzyme ở dạng hòa tan, thường chỉ sử dụng 
được một lần và đó là lí do để người ta tạo ra enzyme không tan.
Để tạo ra enzyme không tan có nhiều phương pháp khác nhau như 
phương pháp hấp phụ vật lí, phương pháp đưa enzyme vào khuôn gel, 
phương pháp cộng hóa trị của enzyme và chất mang.
110Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
Phương pháp hấp phụ vật lí: là phương pháp hấp phụ lên bề mặt chất 
mang. Chất mang như cám, than hoạt tính, bột thủy tinhNhược điểm 
của phương pháp là enzyme dễ hòa tan trở lại, độ liên kết lỏng lẻo, khi 
chịu tác động lực ion lớn dễ bị nhả ra.
Phương pháp đưa enzyme vào khuôn gel: enzyme dễ định vị trong 
gel, mạng lưới chất trùng hợp càng nhỏ enzyme sẽ được giữ chặt hơn. Đây 
là cách được dùng khá phổ biến.
Phương pháp cộng hóa trị của enzyme và chất mang: dựa vào ái lực 
giữa enzyme và chất mang để tạo phức giữa enzyme - chất mang bằng liên 
kết cộng hóa trị. Đây cũng là phương pháp được dùng phổ biến.
9.2. Ứng dụng
Hiện nay, việc sản xuất chế phẩm enzyme các loại đã và đang phát 
triễn mạnh mẽ trên qui mô công nghiệp. Thực tế đã có hàng nghìn chế 
phẩm enzyme bán trên thị trường thế giới, các chế phẩm này đã được khai 
thác và tinh chế có mức độ tinh khiết theo tiêu chuẩn công nghiệp và ứng 
dụng. Các chế phẩm enzyme phổ biến như amylase, protease, catalase, 
cellulase, lipase, glucoseoxydase
Chế phẩm enzyme không chỉ được ứng dụng trong y học mà còn 
được ứng dụng trong nhiều lãnh vực công nghiệp khác nhau, trong nông 
nghiệp, trong hóa học "ý nghĩa của việc sử dụng enzyme trong các 
lãnh vực thực tế không kém so với ý nghĩa của việc sử dụng năng 
lượng nguyên tử".
9.2.1. Ứng dụng trong y dược
Enzyme có một vị trí quan trọng trong y học. Đặc biệt là các phương 
pháp định lượng và định tính enzyme trong hóa học lâm sàng và phòng thí 
nghiệm chẩn đoán. Do đó, hiện nay trong y học đã xuất hiện lãnh vực mới 
gọi là chẩn đoán enzyme, có nhiệm vụ:
- Phân tích xác định nồng độ cơ chất như glucose, ure, cholesterol 
với sự hổ trợ của enzyme .
- Xác định hoạt tính xúc tác của enzyme trong mẫu sinh vật.
- Xác định nồng độ cơ chất với sự hổ trợ của thuốc thử enzyme đánh 
dấu. 
Dùng enzyme để định lượng các chất, phục vụ công việc xét nghiệm 
chẩn đoán bệnh, ví dụ dùng để kiểm tra glucose nước tiểu rất nhạy.
111Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
Urease để định lượng ure
Dùng enzyme làm thuốc ví dụ protease làm thuốc tắc nghẽn tim 
mạch, tiêu mủ vết thương, làm thông đường hô hấp, chống viêm, làm 
thuốc tăng tiêu hóa protein, thành phần của các loại thuốc dùng trong da 
liễu và mỹ phẩm
Trong y học các protease cũng được dùng để sản xuất môi trường 
dinh dưỡng để nuôi cấy vi sinh vật sản xuất ra kháng sinh, chất kháng 
độc Ngoài ra người ta còn dùng enzyme protease để cô đặc và tinh chế 
các huyết thanh kháng độc để chửa bệnh.
Amylase được sử dụng phối hợp với coenzyme A, cytocrom C, 
ATP, carboxylase để chế thuốc điều trị bệnh tim mạch, bệnh thần kinh, 
phối hợp với enzyme thủy phân để chữa bệnh thiếu enzyme tiêu hóa. 
9.2.2. Ứng dụng trong hóa học
Cho đến nay, việc ứng dụng enzyme trong hóa học là do enzyme có 
cảm ứng cao đối với nhiệt độ, pH và những thay đổi khác của môi trường.
Một trong những ứng dụng chế phẩm enzyme đáng được chú ý nhất 
trong thời gian gần đây là dùng chất mang để gắn phức enzyme xúc tác 
cho phản ứng nhiều bước. Ví dụ tổng hợp glutathion, acid béo, alcaloid, 
sản xuất hormoneCũng bằng cách tạo phức, người ta gắn vi sinh vật để 
sử dụng trong công nghệ xử lý nước thải, sản xuất alcohol, amino acid
Trong nghiên cứu cấu trúc hóa học, người ta cũng sử dụng enzyme, 
ví dụ dùng protease để nghiên cứu cấu trúc protein, dùng endonuclease để 
nghiên cứu cấu trúc nucleic acid 
Dùng làm thuốc thử trong hóa phân tích.
9.2.3. Ứng dụng trong công nghiệp
Việc sử dụng enzyme trong công nghiệp là đa dạng, phong phú và 
đã đạt được nhiều kết quả to lớn. Thử nhìn thống kê sơ bộ sau đây về các 
lãnh vực đã dùng protease ta có thể thấy được sự đa dạng: công nghiệp 
thịt, công nghiệp chế biến cá,công nghiệp chế biến sữa, công nghiệp bánh 
mì, bánh kẹo, công nghiệp bia, công nghiệp sản xuất sữa khô và bột trứng, 
công nghiệp hương phẩm và mỹ phẩm, công nghiệp dệt, công nghiệp da, 
công nghiệp phim ảnh, công nghiệp y họcVới amylase, đã được dùng 
trong sản xuất bánh mì, công nghiệp bánh kẹo, công nghiệp rượu, sản xuất 
bia, sản xuất mật,glucose, sản xuất các sản phẩm rau, chế biến thức ăn cho 
112Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
trẻ con, sản xuất các mặt hàng từ quả, sản xuất nước ngọt, công nghiệp 
dệt, công nghiệp giấyTrong phạm vi giáo trình này chúng ta chỉ đề cập 
đến việc ứng dụng chế phẩm enzyme trong một số lãnh vực. 
9.2.3.1. Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm
Protease với công nghiệp thực phẩm: Việc sử dụng trong chế biến 
làm mềm thịt là ứng dụng có tính truyền thống. Nhân dân ta từ rất lâu đã 
dùng thơm để nấu canh thịt bò; dùng rau sống là chuối chát, vả kết hợp 
thức ăn nhiều thịt; đu đủ trong chống táo bónmà thực chất là sử dụng 
papain, bromelain, fixin. Người Nga còn dùng protease từ hạt đậu tương 
nẫy mầm để làm mềm thịt.
Ngoài khả năng phân giải để làm mềm thịt, tạo thức ăn dễ tiêu hóa, 
công nghệ sản xuất các loại dịch thủy phân giàu protein đã được áp dụng 
một cách có hiệu quả tính năng của protease. 
Enzyme là một công cụ để chế biến các phế liệu của công nghiệp 
thực phẩm thành thức ăn cho người và vật nuôi.
Người ta còn khai thác tính đông tụ như của renin, pepsin vào công 
nghiệp thực phẩm như trong sản xuất phomat.
Pectinase với công nghiệp thực phẩm: Pectinase đã được dùng trong 
một số ngành công nghiệp thực phẩm sau:
- Sản xuất rượu vang.
- Sản xuất nước quả và nước uống không có rượu.
- Sản xuất các mặt hàng từ quả: quả cô đặc, mứt.
- Sản xuất nước giải khát.
- Sản xuất cà phê.
Chế phẩm pectinase được sử dụng trong sản xuất nước quả từ các 
nguyên liệu quả nghiền hay để làm trong nước quả ép. Bởi vì khi có pectin 
thì khối quả nghiền sẽ có trạng thái keo, do đó khi ép dịch quả không thóat 
ra được. Nhờ pectinase mà nước quả trong suốt, dễ lọc, hiệu suất tăng.
Pectinase còn góp phần chiết rút các chất màu, tanin và các chất hòa 
tan khác, do đó làm tăng chất lượng của thành phẩm.
Những nghiên cứu khi ép nho có xử lý bằng pectinase không những 
làm tăng hiệu suất mà còn làm tăng màu sắc.
113Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
Trong sản xuất mứt nhừ, mứt đông nhờ pectinase mà dịch quả có 
nồng độ đậm đặc hơn.
Cellulase với công nghiệp thực phẩm: 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. 
Nhưng 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.
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.
Ứng dụng trước tiên của cellulase đối với chế biến thực phẩm là 
dùng nó để tăng độ hấp thu, 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 như gạo. Người ta còn xử lý cả 
chè, các loại tảo biển
Trong sản xuất bia, dưới tác dụng của cellulase hay phức hệ citase 
trong đó có cellulase, thành tế bào của hạt đại mạch bị phá hủy tạo điều 
kiện tốt cho tác động của protease và đường hóa.
Trong sản xuất agar-agar, tác dụng của chế phẩm cellulase sẽ làm tăng 
chất lượng agar-agar hơn so với phương pháp dùng acid để phá vở thành tế 
bào. Đặt biệt là việc sử dụng chế phẩm cellulase để tận thu các phế liệu thực 
vật đem thủy phân, dùng làm thức ăn gia súc và công nghệ lên men.
Những ứng dụng của cellulase trong công nghiệp thực phẩm đã có 
kết quả rất tốt. Tuy nhiên hạn chế lớn nhất là rất khó thu được chế phẩm 
có cellulase hoạt độ cao.
Amylase với công nghiệp thực phẩm: Chế phẩm amylase đã được 
dùng phổ biến trong một số lãnh vực của công nghiệp thực phẩm như sản 
xuất bánh mì, glucose, rượu , bia...
Trong sản xuất bánh mì, chế phẩm amylase đã làm thay đổi hoàn 
tòan chất lượng của bánh mì cả hương vị, màu sắc, độ xốp...Chế phẩm 
amylase sạch cho chất lượng bánh mì tốt hơn ở dạng phức hợp với 
protease.
114Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
Trong sản xuất bánh kẹo người ta thường dùng maltose là sản phẩm 
thủy phân tinh bột bằng amylase và glucose bằng glucoamylase. Chính 
glucoamylase, là yếu tố làm tăng hiệu suất trong sản xuất rượu.
Trong sản xuất bia, viêc sử dụng amylase có trong các hạt nẩy mầm 
thay thế malt đã góp phần đáng kể trong việc giảm giá thành.
9.2.3.2. Ứng dụng trong công nghiệp dệt
Trong công nghiệp dệt, chế phẩm amylase được dùng để rũ hồ vải 
trước khi tẩy trắng và nhuộm. Amylase có tác dụng làm vải mềm, có khả 
năng nhúng ướt, tẩy trắng và bắt màu tôt. Rũ hồ bằng enzyme không 
những nhanh, không hại vải, độ mao dẫn tốt mà còn đảm bảo vệ sinh, do 
đó tăng được năng suất lao động.
Trong sản xuất tơ tằm, người ta dùng protease để làm sạch sợi tơ. Với 
công đoạn xử lý bằng enzyme sau khi xử lý bằng dung dịch xà phòng sẽ giúp 
lụa có tính đàn hồi tốt, bắt màu đồng đều và dễ trang trí trên lụa.
9.2.3.3. Ứng dụng trong công nghiệp thuộc da
Trong công nghiệp da, enzyme protease được dùng để làm mềm da, 
làm sạch da, rút ngắn thời gian, tránh ô nhiễm môi trường. Việc xử lý đã 
được tiến hành bằng cách ngâm da trong dung dịch enzyme, hay phết dịch 
enzyme lên bề mặt da. Enzyme sẽ tách các chất nhờn và làm đứt một số 
liên kết trong phân tử collagen làm cho da mềm hơn.
Thực tế cho thấy khi xử lý da bằng chế phẩm protease từ vi sinh vật 
có thể rút ngắn thời gian làm mềm và tách lông xuống nhiều lần. Điều 
quan trọng là chất lượng lông tốt hơn khi cắt. So với phương pháp hóa học 
thì việc xử lý bằng enzyme có số lượng lông tăng 20-30%. Lông không 
cần xử lý thêm sau khi ngâm trong dịch enzyme.
9.2.4. Ứng dụng trong nông nghiệp
Có thể sử dụng các loại chế phẩm enzyme khác nhau để chuyển hóa 
các phế liệu, đặc biệt là các phế liệu nông nghiệp cải tạo đất phục vụ nông 
nghiệp.
Ở Nhật hằng năm đã sản xuất hàng vạn tấn chế phẩm cellulase các 
loại để dùng trong nông nghiệp. Có chế phẩm chứa cả cellulase, 
hemicellulase, protease và amylase.
Công nghệ này khá phổ biến ở nhiều quốc gia. Ở nước ta việc dùng 
enzyme vi sinh vật góp phần trong sản xuất phân hữu cơ đang được khai 
thác để thay thế cho phân hóa học.
115Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
Tóm lại, có thể nói rằng, việc nghiên cứu ứng dụng các chế phẩm 
enzyme ngày càng được chú trọng ở các lĩnh vực khác nhau. Trong 20 
năm cuối thế kỷ XX và các năm dầu của thế kỷ XXI các enzyme khác 
nhau đã được ứng dụng. Ở Việt Nam bước đầu đã có nhiều nghiên cứu 
ứng dụng các enzyme trong chế biến nông sản, thực phẩm, nhất là trong 
lĩnh vực sản xuất bia, rượu, chế biến tinh bột (Viện công nghiệp thực 
phẩm, Viện công nghệ sinh học – công nghệ thực phẩm, Đại học Bách 
khoa Hà Nội). Việc nghiên cứu các enzyme phục vụ nông nghiệp, công 
nghiệp cũng được quan tâm và có các kết quả đáng khích lệ. Ví dụ, chế 
phẩm enzyme mới ra đời phục vụ nông nghiệp E2001 có tác dụng tăng độ 
phì nhiêu đất, tăng năng suất cây trồng. Đã có các nghiên cứu ứng dụng 
protease trong sản xuất rượu bia, rút ngắn thời kỳ lên men cũng như sản xuất 
nước mắm ngắn ngày bằng công nghệ enzyme protease. Enzyme amylase 
cũng được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi trong sản xuất đường bột, 
maltodextrin, nha glucose, siro, glucose – fructose ở quy mô công nghiệp.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Việt
1. Đỗ Quý Hai. 2004. Chuyên đề enzyme, Tài liệu lưu hành nội bộ Trường 
ĐHKH Huế.
2. Trần Thanh Phong. 2004. Chuyên đề enzyme, Tài liệu lưu hành nội bộ 
Trường ĐHKH Huế.
3. Trần Thanh Phong. 2005. Chuyên đề Công nghệ hóa sinh, Tài liệu lưu 
hành nội bộ Trường ĐHKH Huế.
4. Nguyễn Xuân Thành (chủ biên), Lê Văn Hưng, Phạm Văn Toản. 2003. 
Công nghệ vi sinh vật trong sản xuất nông nghiệp và xử lý môi trường, 
Nxb Nông nghiệp, Hà Nội.
5. Lê Ngọc Tú (chủ biên), Lê Văn Chứ, Đặng Thị Thu, Phạm Quốc Thăng 
Nguyễn Thị Thịnh, Bùi Đức Hợi, Lưu Duẫn, Lê Doãn Diên, 2000. Hóa sinh 
Công nghiệp, Nxb KH&KT, Hà Nội.
Tài liệu tiếng nước ngoài
1. Copeland R. A. 2000. Enzymes,copyright by Wiley-VCH, Inc.
6. Lehninger A. L. 2004. Principles of Biochemistry, 4th Edition. W.H 
Freeman.
116Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -