Cellulase

Bài viết này không nằm trong Dược thư quốc gia Việt Nam 2022 lần xuất bản thứ 3

Cellulase được biết đến là một một nhóm enzyme phức tạp được tiết ra bởi nhiều loại vi sinh vật bao gồm nấm, vi khuẩn và xạ khuẩn. Trong bài viết này, Trung Tâm Thuốc Central Pharmacy (trungtamthuoc.com) xin gửi đến bạn đọc những thông tin chi tiết về Cellulase.

1 Enzym Cellulase là gì ?

1.1 Enzyme cellulase có ở đâu ?

Enzyme Cellulase là enzyme xúc tác quá trình thủy phân cellulose. Tuy nhiên, cellulase không phải là một enzyme đơn lẻ. Nó là một nhóm enzyme chủ yếu bao gồm endoglucanase và exoglucanase bao gồm cellobiohydrolase và glucosidase. 

Trong tự nhiên người ta đã phát hiện ra rằng, nấm, vi khuẩn và xạ khuẩn có khả năng sản xuất enzyme cellulase. Những vi sinh vật này phải tiết ra cellulase tự do hoặc liên kết trên bề mặt tế bào. Hiệu suất sản xuất enzyme và thành phần phức hợp enzyme của chúng luôn khác nhau. Mặc dù cả vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí đều sản sinh ra các enzyme này, nhưng nấm phân giải Cellulase hiếu khí, tức là,vi rút Trichoderma và T. reesei, được nghiên cứu quá mức. Enzym phá vỡ liên kết β-1,4 trong polyme xenlulo để giải phóng các tiểu đơn vị đường như glucose.

1.2 Cấu trúc của Cellulase

Cellobiohydrolase và endocellulase bao gồm một peptide tín hiệu làm trung gian bài tiết, vùng bản lề giàu dư lượng Pro, Thr và Ser, miền liên kết cellulose và miền xúc tác. Các cellulase của vi khuẩn và nấm thường bao gồm hai hoặc nhiều miền cấu trúc và chức năng được kết nối bằng một liên kết peptide. Cellulase của nấm bao gồm mô đun liên kết cellulose (CBM) và miền xúc tác (CD); CBM được kết nối thông qua một vùng polylinker ngắn. Trong cellulase của nấm, vùng liên kết xúc tác bao gồm ít hơn 40 gốc axit amin, trong đó có ba gốc thơm được bảo toàn. 

2 Cơ chế hoạt động và vai trò của Cellulase

2.1 Cơ chế hoạt động của Cellulase

Cellulase là một loại enzyme phân hủy các sợi thực vật cellulose mà chúng ta ăn thành beta-glucose và polysacarit chuỗi ngắn . Hầu hết tất cả các loài vi khuẩn, nấm và động vật nguyên sinh đều sản sinh ra cellulase, nhưng con người và động vật thì không. Cellulase được tạo thành từ một phức hợp gồm nhiều enzyme khác nhau, bao gồm exoglucanase (còn gọi là cellobiohydrolase), endglucanase và beta-glucosidase. Các enzyme này phối hợp với nhau để cho phép động vật phân hủy hoàn toàn (hoặc thủy phân) cellulose thành đường beta-glucose đơn giản.Quá trình hóa học này được gọi là phân giải xenlulo, thuật ngữ khoa học để chỉ sự phân hủy Cellulase

Khi cellulase phân hủy cellulose thành polysaccharides hoặc beta-glucose, cơ thể sẽ sử dụng các sản phẩm phụ này hoặc đào thải chúng. Phần còn lại của chất xơ cellulose thực vật hoạt động như một chất tạo khối được đào thải qua phân.

Các loài vi sinh vật khác nhau tạo ra các loại cellulase khác nhau và hoạt động của chúng phụ thuộc vào độ pH: một số thích môi trường kiềm (pH thấp) và một số khác hoạt động mạnh hơn trong môi trường axit (pH cao) hoặc trung tính.

Cellulose không được tiêu hóa nhanh như các chất dinh dưỡng hoặc thành phần khác của thức ăn thực vật. Trên thực tế, khi nói đến việc tiêu hóa cellulose, hệ thống tiêu hóa chuyển động chậm hơn sẽ có lợi vì nó sẽ tiêu hóa cellulose tốt hơn so với hệ thống tiêu hóa chuyển thức ăn qua quá nhanh. Con người, với sự trợ giúp của enzyme cellulase, cũng tiêu hóa cellulose ở các loại thực vật khác nhau với mức độ thành công khác nhau. Ví dụ, nghiên cứu cho thấy con người tiêu hóa cellulose trong bắp cải và cà rốt tốt hơn vỏ hạt bông.

2.2 Vai trò của Cellulase

Vì cơ thể con người không thể tiêu hóa cellulose nên con người có thể bổ sung cellulase để có được beta-glucose cần thiết trong cơ thể. Glucose, hay còn gọi là đường huyết, là nguồn năng lượng quan trọng giúp con người tràn đầy năng lượng. Bên trong dạ dày và ống ruột beta-glucose có thể cực kỳ nhớt. Tuy nhiên, khi ăn đúng cách, nó sẽ làm giảm sự hấp thụ carbohydrate và chất béo, duy trì lượng cholesterol và lượng đường trong máu thích hợp. Chất bổ sung cellulase được lấy từ Trichoderma viride, một loại nấm không gây độc và không gây bệnh.

Vì vậy, enzyme cellulase rất hữu ích cho cơ thể con người. Trước hết, chúng kiểm soát lượng đường trong máu bằng cách chuyển cellulose thành beta-glucose. Ngoài ra, chúng còn duy trì mức cholesterol tối ưu và cũng có thể làm giảm cholesterol. Một lợi ích khác của cellulase là nó giúp loại bỏ các hóa chất độc hại, các gốc tự do và các sinh vật gây hại khác khỏi màng tế bào. Nó thậm chí còn thúc đẩy sự phát triển của màng sinh học trong cellulose. Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, enzyme đặc biệt này rất hữu ích trong việc phá vỡ một số nguyên tố có trong màng sinh học vi sinh vật gọi là polysaccharides.

3 Ứng dụng của Enzyme Cellulase

Enzyme cellulase được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thực phẩm cho người và động vật, giấy, dệt may, nhiên liệu sinh học và chất tẩy rửa. Nó được sử dụng trong sản xuất các chất khác nhau như bột giấy, giấy và dệt may, ngoài ra nó còn được sử dụng trong ngành sản xuất rượu và bia, công nghiệp chế biến thực phẩm cũng như trong ngành thức ăn chăn nuôi. 

3.1 Công nghiệp bột giấy và giấy

Việc sử dụng enzyme cellulase trong ngành công nghiệp giấy và bột giấy vẫn đang phát triển. Quá trình nghiền được thực hiện bằng phương pháp sinh hóa và cơ học. Trong quá trình cơ học, bột giấy thu được có độ cứng và độ xốp cao. Trong khi đó ở quá trình sinh hóa, việc nghiền bột tiết kiệm được 20-40% năng lượng. Nói về lợi ích của enzyme cellulase, nó cực kỳ hữu ích trong quá trình nghiền, khử mực, tẩy trắng, xử lý sinh học chất thải công nghiệp và tăng cường chất xơ. Tất cả các quá trình này diễn ra với sự có mặt của enzyme cellulase. 

3.2 Công nghiệp dệt may

Nhu cầu thay đổi và phát triển không ngừng và liên tục là lý do khiến ngành này rất phổ biến. Khán giả yêu cầu sự độc đáo về màu sắc, kiểu dáng và trang phục họ mặc. Enzyme Cellulase giúp chuẩn bị hàng dệt. Đặc biệt là các quy trình như ném đá vải denim, xử lý ướt hàng dệt, làm mềm hàng may mặc, đánh bóng sinh học vải dệt và loại bỏ thuốc nhuộm dư thừa trên vải. Hơn nữa, đánh bóng sinh học và đá sinh học hiện đang là những ứng dụng chính của enzyme cellulase trong lĩnh vực này.

3.3 Công nghiệp rượu và bia

Các enzyme cellulase hỗ trợ tăng cường chiết xuất và hương vị của rượu vang. Các quá trình như lên men, nghiền, làm chín và chống lạnh đặc biệt cần có sự hiện diện của một số enzyme cellulase. Hơn bất cứ điều gì, enzym được sử dụng để cân bằng màu sắc của đồ uống. Việc sử dụng cellulase trong quá trình sản xuất rượu vang cho phép chiết xuất màu sắc tốt hơn, đặc biệt là đối với rượu vang đỏ. Chúng còn hỗ trợ thêm trong việc cải thiện chất lượng tổng thể của rượu khi được sử dụng trong quá trình ủ mạch nha. Ngoài ra, cải thiện việc làm rõ và lọc. 

3.4 Công nghiệp chế biến thực phẩm

Một trong những ứng dụng chính của enzyme cellulase trong thực phẩm là chiết xuất sắc tố của các sản phẩm thực vật. Các ứng dụng khác bao gồm cô đặc tinh khiết, chiết xuất dầu ô liu và cải thiện chất lượng sản phẩm bánh. Các sắc tố tự nhiên đang nhận được nhiều nhu cầu hơn từ khán giả. Các ứng dụng quan trọng khác của enzyme cellulase là làm mềm trái cây, giảm chất thô trong bột, làm trong nước ép trái cây, thủy phân cà phê rang, chiết xuất tinh dầu, cùng với việc tăng mùi thơm và hương vị của các mặt hàng thực phẩm. 

4 Ứng dụng trong y học

Do nhu cầu toàn cầu về hỗn hợp enzym, cellulase được sản xuất bằng quá trình lên men tự nhiên của Trichoderma reesei và Trực khuẩn licheniformis đã được đưa vào hỗn hợp enzyme có sẵn trên thị trường. Loại hỗn hợp enzyme này nhắm mục tiêu tiêu hóa tập thể các chất xơ giàu cellulose như trái cây và rau quả, ngũ cốc, các loại đậu, cám, các loại hạt và hạt, đậu nành, sữa, rau xanh, rau mầm và thảo mộc cùng với chất béo (lipid), đường, protein, carbohydrate và gluten.

4.1 Ứng dụng gián tiếp trong y học

Cellulase có nguồn gốc từ nấm kết hợp với chitinase và Lysozyme được báo cáo là có tác dụng phân hủy chitosan. Để thu được chitosan, phải xảy ra quá trình phân hủy một phần chitin. Giống như cellulose, chitin là một polysacarit cấu trúc có trong động vật như động vật biển như tôm và bộ xương ngoài của côn trùng cũng như tham gia vào quá trình hình thành một số bộ phận của thành tế bào nấm. Chitin là một poly-ß-1,4-N-acetyl-D-glucosamine, có dạng sợi nhỏ kết tinh. Polysacarit này cung cấp tính toàn vẹn cấu trúc, sự ổn định và bảo vệ động vật. Chitosan là dạng dẫn xuất bán tinh thể quan trọng nhất của chitin. Điều này thu được bằng cách deacetyl hóa một phần chitin (khoảng 50%, hòa tan trong dung dịch nước) trong điều kiện kiềm hoặc thủy phân bằng enzyme. 

4.2 Ứng dụng trực tiếp trong y học

Ứng dụng phổ biến được báo cáo là cellulase từ nấm. Vì không có nhiều báo cáo về ứng dụng cellulase của vi khuẩn, nghiên cứu có thể được tiến hành để tìm ra ứng dụng tiềm năng của cellulase vi khuẩn để điều trị tình trạng này. 

Một ứng dụng trực tiếp khác của cellulase trong y học là làm suy thoái thành tế bào của sinh vật gây bệnh.Acanthamoeba là một loài Protista gây nhiễm trùng giác mạc rất hiếm gặp và nghiêm trọng dẫn đến mù lòa. Điều này được gọi đơn giản là viêm giác mạc. Viêm giác mạc do amip này là một bệnh nhiễm trùng giác mạc đe dọa thị lực cấp tính liên quan đến việc sử dụng sai kính áp tròng. inh vật này có hai giai đoạn trong vòng đời của nó: u nang và tư dưỡng. Cả hai cấu trúc này đều có sẵn khi mắt bị nhiễm sinh vật này. Thành nang giống với thành tế bào thực vật. Điều hợp lý là amip tiết ra cellulose vì thành nang của nó chủ yếu được cấu tạo từ cellulose. Có bằng chứng đã được tìm thấy để chứng minh vấn đề này về sự hiện diện của cellulose trong. Vì vậy, có thể ứng dụng cellulase trong việc kiểm soát mầm bệnh gây bệnh này. Cellulase có thể được sử dụng để phá vỡ thành nang và kiểm soát mầm bệnh. Tuy nhiên, cần rất nhiều nghiên cứu trước khi sử dụng cellulase để điều trị mắt.

5 Tài liệu tham khảo

Tác giả Uroosa Ejaz và cộng sự, ngày đăng báo năm 2021. Cellulases: From Bioactivity to a Variety of Industrial Applications, PMC. Truy cập ngày 6 tháng 9 năm 2023.