TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

PHẠM THỊ NGỌC YẾN

TÍNH CHẤT ENZYME POLYPHENOL OXYDASE
TRONG KHOAI LANG TRẮNG
Luận văn tốt nghiệp
Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Cần Thơ, 12/2013


TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

Luận văn tốt nghiệp
Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Tên đề tài:

TÍNH CHẤT ENZYME POLYPHENOL OXYDASE
TRONG KHOAI LANG TRẮNG

Giáo viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

PGs.Ts. Nguyễn Văn Mƣời

Phạm Thị Ngọc Yến

MSSV: 2101969
Lớp Công nghệ Thực phẩm K36

Cần Thơ, 12/2013


LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của sinh viên Phạm Thị Ngọc Yến
với sự hƣớng dẫn của PGs. Ts. Nguyễn Văn Mƣời. Các số liệu và kết quả trình bày
trong luận văn là trung thực và do chính tác giả thực hiện. Luận văn đính kèm theo
đây, với đề tài “Tính chất enzyme polyphenol oxydase trong khoai lang trắng”
đã đƣợc hội đồng chấm luận văn thông qua.

Cần Thơ, ngày
Ngƣời hƣớng dẫn

PGS. TS. Nguyễn Văn Mƣời

tháng

năm 2013

Ngƣời viết

Phạm Thị Ngọc Yến


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 – 2013


Trường Đại học Cần Thơ

LỜI CẢM TẠ

Trong quá trình học tập và thực hiện đề tài nghiên cứu luận văn tốt nghiệp chuyên
ngành Công nghệ thực phẩm, mặc dù gặp không ít khó khăn nhƣng đến nay em đã
hoàn thành quá trình nghiên cứu và có đƣợc những kết quả nhƣ mong muốn. Những
thành quả có đƣợc là nhờ sự giúp đỡ của thầy cô, gia đình và bạn bè.
Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy Nguyễn Văn Mƣời và cô
Trần Thanh Trúc, giảng viên Bộ môn Công nghệ thực phẩm, Trƣờng Đại học Cần
Thơ. Mặc dù bận rộn với công việc giảng dạy nhƣng thầy, cô vẫn thƣờng xuyên
theo dõi, hƣớng dẫn và giúp đỡ em rất tận tình. Thầy, cô đã truyền đạt kiến thức,
kinh nghiệm quý báu, quan tâm, động viên và giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình
nghiên cứu, giúp em hoàn thành tốt đề tài luận văn.
Qua đây, em cũng xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô Trƣờng Đại học Cần
Thơ, đặc biệt là quý thầy cô trong bộ môn Công nghệ thực phẩm đã nhiệt tình giảng
dạy và truyền đạt những kiến thức hữu ích và những kinh nghiệm thực tế trong suốt
thời gian em học tập và rèn luyện tại trƣờng.
Con kính xin gửi lời biết ơn chân thành nhất đến cha mẹ, ngƣời đã nuôi dạy và luôn
bên con những lúc khó khăn nhất.
Sau cùng, xin chân thành cảm ơn đến các anh chị Cao học Công nghệ thực phẩm
K18, các anh chị khóa trƣớc, các bạn lớp Công nghệ thực phẩm K36, những ngƣời
đã khuyến khích, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian làm luận văn.
Cuối lời, xin kính chúc quý Thầy Cô và tất cả các bạn lời chúc sức khỏe và thành
công trong cuộc sống.
Xin chân thành cảm ơn!
Cần Thơ, ngày tháng 12 năm 2013
Sinh viên thực hiện

Phạm Thị Ngọc Yến


Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh học ứng dụng

Trang i


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 – 2013

Trường Đại học Cần Thơ

TÓM TẮT

Đề tài được thực hiện nhằm mục đích xác định tính chất cơ bản của enzyme polyphenol
oxydase (PPO) có trong khoai lang trắng làm cơ sở cho việc đề xuất biện pháp tiền xử lý
thích hợp. Enzyme PPO thô được trích ly từ khoai lang trắng (Ipomoea batatas L.) và khảo
sát các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính PPO ở các điều kiện pH, nhiệt độ, ảnh hưởng của
một số phụ gia gây ức chế, độ bền nhiệt và xác định các thông số động học Km, Vmax cũng
như hoạt tính ban đầu của PPO khi sử dụng catechol là cơ chất. Sử dụng phương pháp
quang phổ để xác định hoạt tính ban đầu của PPO, đo độ hấp thu thay đổi theo thời gian
do sự hình thành quinone.
Kết quả thực hiện đề tài, enzyme polyphenol oxydase có hoạt tính cao nhất ở 30oC tương
ứng với giá trị pH bằng 8,0. Hoạt tính PPO ban đầu tương đối thấp (256,92 U/g chất khô
của khoai lang khô), các thông số động học được xác định là Km bằng 27,4 mM và Vmax đạt
7,55.10-3 OD/giây trên cơ chất catechol. Enzyme PPO bền với nhiệt và hoạt tính được duy
trì ở 4oC, khi tăng nhiệt độ đến 40oC hoạt tính bắt đầu giảm, ở 80oC giảm gần 80% hoạt
tính ban đầu. Khả năng ức chế PPO của sodium bisulfite là mạnh nhất (ức chế hơn 70%
hoạt tính ban đầu ở nồng độ sử dụng rất thấp), tiếp theo là acid ascorbic, acid citric và
sodium chloride.
Từ khóa: Độ bền nhiệt, hoạt tính, khoai lang trắng, polyphenol oxydase, ức chế.


Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh học ứng dụng

Trang ii


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 – 2013

Trường Đại học Cần Thơ

MỤC LỤC
LỜI CẢM TẠ .................................................................................................................... i
TÓM TẮT ......................................................................................................................... ii
MỤC LỤC ....................................................................................................................... iii
DANH SÁCH HÌNH ......................................................................................................... v
DANH SÁCH BẢNG....................................................................................................... vi
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................ vii
Chƣơng 1 ĐẶT VẤN ĐỀ.............................................................................................. 1
1.1 TỔNG QUAN ................................................................................................... 1
1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .............................................................................. 1
Chƣơng 2 LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU ............................................................................. 3
2.1 NGUỒN NGUYÊN LIỆU KHOAI LANG TRẮNG .......................................... 3
2.1.1 Tổng quan................................................................................................. 3
2.1.2 Nguồn gốc và đặc tính chủ yếu của một số giống khoai lang phổ biến trong
sản xuất hiện nay .................................................................................................... 4
2.1.3 Đặc điểm hình thái, thành phần hóa học và dinh dƣỡng của khoai lang ..... 6
2.2 SỰ HOÁ NÂU DO TÁC ĐỘNG CỦA POLYPHENOL OXYDASE ................ 8
2.2.1 Enzyme polyphenol oxydase ..................................................................... 8
2.2.2 Cơ chất của polyphenol oxydase ............................................................. 10
2.2.3 Cơ chế phản ứng của polyphenol oxydase ............................................... 11
2.2.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính phenolase ........................................ 12

2.3 PHƢƠNG PHÁP ỨC CHẾ QUÁ TRÌNH HÓA NÂU ..................................... 15
2.3.1 Sử dụng nhiệt .......................................................................................... 16
2.3.2 Loại oxygen ............................................................................................ 16
2.3.3 Sự ức chế bởi muối ................................................................................. 17
2.3.4 Sự methyl hóa cơ chất của phenolase ...................................................... 17
2.4 CÁC PHỤ GIA SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU ...................................... 18
2.4.1 Acid citric (C6H8O7) ............................................................................... 18
2.4.2 Acid ascorbic (C6H8O6) .......................................................................... 19
2.4.3 Sodium chloride (NaCl) .......................................................................... 20
2.4.4 Hợp chất sulfite ...................................................................................... 20
2.5 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN .................................................... 21
Chƣơng 3 PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................. 23
3.1 PHƢƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM ...................................................................... 23
3.1.1 Địa điểm, thời gian ................................................................................. 23
3.1.2 Dụng cụ, thiết bị ..................................................................................... 23
3.2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................... 24
3.1.3 Phƣơng pháp chuẩn bị mẫu ..................................................................... 24
3.1.4 Phƣơng pháp chuẩn bị dịch trích enzyme PPO thô từ khoai lang trắng .... 24
3.1.5 Xác định hoạt độ của PPO ...................................................................... 24
Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh học ứng dụng

Trang iii


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 – 2013

Trường Đại học Cần Thơ

3.1.6 Phƣơng pháp xác định các thông số động học Vmax, Km của PPO khoai lang
trắng…. ............................................................................................................... 25

3.1.7 Chỉ tiêu và các phƣơng pháp phân tích .................................................... 26
3.1.8 Phƣơng pháp thu thập và xử lý số liệu ..................................................... 26
3.3 PHƢƠNG PHÁP BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM........................................................ 27
3.3.1 Quy trình tổng quát ................................................................................. 27
3.3.2 Thí nghiệm 1: Xác định ảnh hƣởng của pH đến hoạt tính enzyme
polyphenol oxydase trích ly từ khoai lang ............................................................ 27
3.3.3 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hoạt tính enzyme
polyphenol oxydase trích ly từ khoai lang ............................................................ 28
3.3.4 Thí nghiệm 3: Xác định độ bền nhiệt của enzyme PPO thu nhận từ khoai
lang trắng ............................................................................................................. 29
3.3.5 Thí nghiệm 4: Thiết lập các thông số động học và hoạt tính enzyme ban
đầu của nguyên liệu khoai lang............................................................................. 30
3.3.6 Thí nghiệm 5: Nghiên cứu ảnh hƣởng của các phụ gia khác nhau đến hoạt
tính của enzyme polyphenol oxydase ở các nồng độ khác nhau ............................ 31
Chƣơng 4 KẾT QUẢ THẢO LUẬN ........................................................................... 33
4.1 GIÁ TRỊ pH TỐI THÍCH CHO HOẠT ĐỘNG CỦA POLYPHENOL
OXIDASE TRÍCH LY TỪ KHOAI LANG TRẮNG................................................ 33
4.2 ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN HOẠT TÍNH ppo TRÍCH LY TỪ
KHOAI LANG TRẮNG .......................................................................................... 34
4.3 XÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN NHIỆT CỦA POLYPHENOL OXYDASE THU NHẬN
TỪ KHOAI LANG TRẮNG .................................................................................... 36
4.4 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC Km, Vmax và HOẠT TÍNH BAN
ĐẦU CỦA POLYPHENOL OXIDASE TRÍCH LY TỪ KHOAI LANG TRẮNG ... 37
4.5 ẢNH HƢỞNG CỦA NỒNG ĐỘ CÁC PHỤ GIA SỬ DỤNG ĐẾN HOẠT
TÍNH CỦA POLYPHENOL OXYDASE ................................................................. 40
CHƢƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ....................................................................... 45
5.1 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 45
5.2 ĐỀ NGHỊ ........................................................................................................ 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 46
PHỤ LỤC. PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ...................................................................... ix


Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh học ứng dụng

Trang iv


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 – 2013

Trường Đại học Cần Thơ

DANH SÁCH HÌNH
Hình 2.1: Khoai lang trắng ................................................................................................ 3
Hình 2.2: Cấu trúc enzyme polyphenol oxydase từ khoai lang ........................................... 9
Hình 2.3 : Các cơ chất chủ yếu của phenolase.................................................................. 11
Hình 2.4: Các dẫn xuất methyl của phenol ....................................................................... 11
Hình 2.5: Phản ứng tạo thành quinone từ catechol ........................................................... 11
Hình 2.6: Phản ứng hydroxyl hóa o-quinone .................................................................... 12
Hình 2.7: Phản ứng thành lập hydroxyquinone ................................................................ 12
Hình 2.6: Sự phụ thuộc của vận tốc phản ứng vào nồng độ enzyme ................................. 13
Hình 2.7: Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến vận tốc phản ứng enzyme .................................... 15
Hình 2.8: Ảnh hƣởng pH đến vận tốc phản ứng enzyme .................................................. 15
Hình 2.9: Công thức cấu tạo acid citric ............................................................................ 18
Hình 2.10: Công thức cấu tạo L-ascorbic acid ................................................................. 19
Hình 2.11: Cơ chế ức chế phản ứng hóa nâu do enzyme bằng sulfite ............................... 21
Hình 3.1: Sự phụ thuộc của vận tốc phản ứng vào nồng độ cơ chất ................................. 26
theo phƣơng trình Lineweaver – Burk ............................................................................. 26
Hình 3.2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát ..................................................................... 27
Hình 3.3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 1 .................................................................................. 28
Hình 3.4: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 2 .................................................................................. 29
Hình 3.5: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 3 .................................................................................. 30

Hình 3.5: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 5 .................................................................................. 31
Hình 4.1: Ảnh hƣởng của pH đến hoạt tính tƣơng đối PPO trích ly từ khoai lang ............. 33
Hình 4.2: Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hoạt tính tƣơng đối PPO từ dịch
trích khoai lang trắng ....................................................................................................... 35
Hình 4.3: Độ bền nhiệt của PPO sau quá trình xử lý nhiệt ................................................ 36
Hình 4.4: Mô hình xác định các thông số động học Vmax, Km của PPO trong khoai lang (đồ
thị Lineweaver-Burk) ...................................................................................................... 38
Hình 4.5: Đồ thị thể hiện sự thay đổi hoạt tính tƣơng đối của polyphenol oxydase ........... 40
khi xử lý bằng sodium bisulfite........................................................................................ 40
Hình 4.6: Sự thay đổi hoạt tính tƣơng đối của polyphenol oxydase .................................. 41
khi xử lý bằng acid ascorbic ............................................................................................ 41
Hình 4.7: Hoạt tính tƣơng đối của polyphenol oxydase .................................................... 42
khi xử lý bằng NaCl ở các nồng độ khác nhau ................................................................. 42
Hình 4.8: Hoạt tính tƣớng đối của enzyme PPO khi xử lý bằng acid citric ....................... 43
Hình PL1: Thiết bị do pH HANA 212 .............................................................................. xi

Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh học ứng dụng

Trang v


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 – 2013

Trường Đại học Cần Thơ

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1: Thành phần dinh dƣỡng của khoai lang trong 100 g ăn đƣợc ............................. 7
Bảng 3.1: Phƣơng pháp phân tích và đo đạc các chỉ tiêu .................................................. 26
Bảng 4.1: Sự thay đổi mật độ quang trong quá trình xác định hoạt tính của polyphenol
oxydase trong khoai lang trắng ........................................................................................ 39

Bảng 4.2: Ảnh hƣởng của phụ gia đến hoạt tính của enzyme PPO trong khoai lang ......... 44
Bảng PL1: Cách pha dung dịch đệm phosphate ............................................................... xii

Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh học ứng dụng

Trang vi


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 – 2013

Trường Đại học Cần Thơ

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

AOAC: Association of Official Analytical Chemists
EC: The Enzyme Commission
FAO: Food and Agriculture Orgnization
GRAS: Generally Recognized as safe
ISO: International Organization for Standardization
OD: Optical density
PPO: Polyphenol oxydase
Rpm: Revolutions Per Minute
TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh học ứng dụng

Trang vii


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 – 2013


CHƢƠNG 1

Trường Đại học Cần Thơ

ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 TỔNG QUAN
Hiện nay, bên cạnh vấn đề an toàn thực phẩm, có thể thấy giá trị dinh dƣỡng và
cảm quan là những yêu cầu quan trọng trong quá trình chế biến và bảo quản sản
phẩm thực phẩm. Phản ứng hóa nâu xảy ra phổ biến trong thực phẩm, đặc biệt là
rau quả do quá trình chế biến hay tổn thƣơng cơ học trong và sau quá trình thu hái.
Tiến trình hóa nâu ở rau quả sau thu hoạch, cũng nhƣ trong chế biến và bảo quản
thƣờng không mong muốn, tác động trực tiếp đến chất lƣợng và giá trị cảm quan
sản phẩm (Sapers và Miller, 1992; Watada et al., 1996; Moline et al., 1998). Trên
thực tế có nhiều biện pháp ngăn chặn hóa nâu do enzyme đã đƣợc sử dụng một
cách có hiệu quả trên các loại rau quả khác nhau. Tuy nhiên, trong một vài trƣờng
hợp, phản ứng hóa nâu lại đƣợc mong muốn, và tìm giải pháp kích thích sự hóa
nâu xảy ra nhằm tạo hƣơng vị và nâng cao cảm quan cho các sản phẩm trà, cà phê,
ca cao…(Haard và Chism, 1996).
Cũng nhƣ những loại rau quả khác thì khoai lang – đặc biệt là khoai lang trắng
cũng thƣờng gặp những vấn đề xảy ra trong thu hoạch, chế biến và tồn trữ, đặc biệt
là sự hóa nâu và các biến đổi vật lý (Iyengar và McEvilly, 1992). Enzyme
polyphenol oxydase (PPO) bên trong các mô của củ khoai lang, là tác nhân chủ yếu
làm biến đổi màu của sản phẩm, sản phẩm sẽ bị chuyển sang màu nâu sậm. Sự hóa
nâu thƣờng làm giảm tính chất cảm quan do liên quan đến sự thay đổi trong màu
sắc, hƣơng vị hoặc làm mềm cấu trúc (Martinez và Whitaker, 1995). Hoạt tính của
enzyme PPO chịu ảnh hƣởng của các yếu tố nhƣ nồng độ cơ chất, nồng độ enzyme,
nhiệt độ, pH, ion kim loại,… Để có thể kiểm soát các phản ứng hóa nâu không
mong muốn, việc xác định cơ chế phản ứng, các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính

của enzyme hóa nâu (chủ yếu là PPO) và các thông số động học về enzyme PPO là
cần thiết. Chính vì vậy, nghiên cứu “Tính chất của enzyme polyphenoloxydase
trong khoai lang trắng” đƣợc thực hiện. Từ đó, có thể ứng dụng vào sản xuất thực
tế nhằm ngăn chặn sự hóa nâu các sản phẩm đƣợc chế biến từ khoai lang trắng.
1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Đề tài đƣợc thực hiện nhằm khảo sát một số tính chất của polyphenol oxydase
trong khoai lang trắng thông qua xác định hoạt tính enzyme PPO trong các điều
kiện xử lý khác nhau. Trên cơ sở đó, xác định các thông số động học dựa trên sự
thay đổi độ hấp thu sản phẩm của phản ứng hóa nâu.

Ngành Công nghệ thực phẩm, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng

Trang 1


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 – 2013

Trường Đại học Cần Thơ

Từ mục tiêu nghiên cứu trên, đề tài đƣợc tiến hành với những nội dung sau:
- Xác định nhiệt độ, pH tối ƣu của enzyme PPO.
- Nghiên cứu ảnh hƣởng của một số chất ức chế riêng lẻ ở các nồng độ khác nhau
đến sự hoạt động của PPO.
- Khảo sát độ bền nhiệt của enzyme PPO ở các nhiệt độ khác nhau.
- Thiết lập các thông số động học Km, Vmax và hoạt tính ban đầu của PPO trong
khoai lang trắng.

Ngành Công nghệ thực phẩm, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng

Trang 2



Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 – 2013

Trường Đại học Cần Thơ

CHƢƠNG 2

LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 NGUỒN NGUYÊN LIỆU KHOAI LANG TRẮNG
2.1.1 Tổng quan
Khoai lang (Ipomoea batatas) là một loại cây nông nghiệp với các rễ củ lớn, chứa
nhiều tinh bột, có vị ngọt, là một nguồn cung cấp lƣơng thực quan trọng. Khoai
lang có nguồn gốc từ khu vực nhiệt đới châu Mỹ và đƣợc con ngƣời trồng cách đây
trên 5.000 năm. Ngày nay, khoai lang đƣợc trồng rộng khắp trong các khu vực
nhiệt đới và ôn đới ấm. Theo số liệu thống kê của FAO (2004) thì sản lƣợng toàn
thế giới là 127 triệu tấn, trong đó phần lớn tại Trung Quốc với sản lƣợng khoảng
105 triệu tấn và diện tích trồng là 49.000 km².

Hình 2.1: Khoai lang trắng
(Nguồn: o/vi/news/Hoa-Qua/Khoai-Lang-Trang-51/)

Hệ thống phân loại của khoai lang:
Giới (regnum): Plantae
(không phân hạng): Angiospermae
không phân hạng): Eudicots
(không phân hạng): Asterids
Bộ (ordo): Solanales
Họ (familia): Convolvulaceae

Chi (genus): Ipomoea
Loài (species): Ipomoea batatas
(Nguồn: />
Ngành Công nghệ thực phẩm, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng

Trang 3


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 – 2013

Trường Đại học Cần Thơ

Ở Việt Nam, khoai lang là cây lƣơng thực đứng thứ ba sau lúa, bắp và đứng thứ hai
về giá trị kinh tế sau khoai tây. Khoai lang đƣợc trồng khắp mọi nơi trên cả nƣớc từ
đồng bằng đến miền núi. Diện tích khoai lang của cả nƣớc đạt 1,3 triệu tấn, tăng
105,9 nghìn tấn (Tổng cục thống kê, 2010). Khoai lang đƣợc xem là cây màu đặc
trƣng của huyện Bình Tân, tỉnh Vĩnh Long với các giống khoai lang đƣợc thị
trƣờng trong và ngoài nƣớc ƣa chuộng nhƣ khoai lang Tím Nhật, khoai lang trắng,
khoai sữa, khoai vỏ tím ruột vàng,... Khoai lang đƣợc chế biến thành các món ăn
nhƣ canh, xào, các loại bánh,...Tinh bột khoai lang đƣợc sử dụng để sản xuất
tƣơng, bánh gatô, miến khoai lang. Diện tích trồng khoai lang trên địa bàn huyện
trong năm 2010 là 5,674 ha, chiếm 97,1% diện tích trồng khoai lang trong toàn tỉnh
(Cục Thống kê tỉnh Vĩnh Long, 2011).
2.1.2 Nguồn gốc và đặc tính chủ yếu của một số giống khoai lang phổ iến
trong sản uất hiện nay
Giống khoai lang Hoàng Long là giống khoai lang phổ biến ở Việt Nam. Nguồn
gốc Trung Quốc nhập nội vào Việt Nam năm 1968. Giống do Trƣờng Đại học
Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh tuyển chọn và giới thiệu (Hoàng Kim, Nguyễn Thị
Thủy, 1981). Bộ Nông nghiệp và PTNT công nhận giống năm 1981. Thời gian sinh
trƣởng 85 ÷ 95 ngày. Năng suất củ tƣơi 15 ÷ 27 tấn/ ha, tỷ lệ chất khô 27 ÷ 30%,

chất lƣợng củ luộc khá, vỏ củ màu hồng sẫm, thịt củ màu vàng cam, dạng củ đều
đẹp, dây xanh tím phủ luống gọn, mức độ nhiễm sùng và sâu đục dây trung bình
Giống khoa HL4 là giống khoai lang phổ biến ở vùng Đông Nam Bộ. HL4 là giống
lai [khoai Gạo x Bí Dalat] x Tai Nung 57 do Trung tâm Nghiên cứu Thực Nghiệm
Nông nghiệp Hƣng Lộc tạo chọn và giới thiệu (Nguyễn Thị Thủy, Hoàng Kim
1987). Bộ Nông nghiệp và PTNT công nhận giống năm 1987. Thời gian sinh
trƣởng 85 ÷ 95 ngày. Năng suất củ tƣơi 18 ÷ 33 tấn/ha, tỷ lệ chất khô 27 ÷ 30%,
chất lƣợng củ luộc khá, vỏ củ màu đỏ, thịt củ màu cam đậm, dạng củ đẹp, dây xanh
phủ luống gọn, mức độ nhiễm sùng trung bình, nhiễm nhẹ sâu đục dây.
Giống khoai HL518 do Trung tâm Nghiên cứu Thực nghiệm Nông nghiệp Hƣng
Lộc chọn tạo và giới thiệu từ tổ hợp Kokey 14 polycross nguồn gốc Nhật Bản =
CIP92031 = HL518 (Nguyễn Thị Thủy, Hoàng Kim, 1997). Giống đã đƣợc Bộ
Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn công nhận giống năm 1997, hiện phổ biến
trong sản xuất phía Nam và bán nhiều ở các siêu thị. Thời gian sinh trƣởng từ 95 ÷
110 ngày. Năng suất củ tƣơi khoảng 17 ÷ 32 tấn/ha, tỷ lệ chất khô 27 ÷ 30%. chất
lƣợng củ luộc ngon, vỏ củ màu đỏ đậm, thịt củ màu cam đậm, dạng củ đều đẹp,
dây xanh tím, nhiễm nhẹ sùng, hà và sâu đục dây.
Giống khoai Kokey 14 (Nhật vàng) có nguồn gốc Nhật Bản do Trung tâm Nghiên
cứu Thực nghiệm Nông nghiệp Hƣng Lộc nhập nội năm 1997 từ Công ty FSA

Ngành Công nghệ thực phẩm, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng

Trang 4


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 – 2013

Trường Đại học Cần Thơ

(Bảng 1). Giống đƣợc tuyển chọn và giới thiệu năm 2002 (Hoàng Kim, Nguyễn

Thị Thủy, 2003), hiện là giống phổ biến trong sản xuất ở các tỉnh Nam Bộ và bán
nhiều tại các siêu thị. Thời gian sinh trƣởng từ 110 ÷ 120 ngày. Năng suất củ tƣơi
dao động 15 ÷ 34. tấn/ha; tỷ lệ chất khô 29 ÷ 31%. Chất lƣợng củ luộc ngon, vỏ củ
màu đỏ, thịt củ màu vàng cam, dạng củ đều đẹp, dây xanh, nhiễm nhẹ sùng (Cylas
formicariu) và sâu đục dây (Omphisia anastomosalis) virus xoăn lá (feathery mottle
virus), bệnh đốm lá (leaf spot: Cercospora sp), bệnh ghẻ (scab).
Giống HL491 (Nhật tím) do Trung tâm Nghiên cứu Thực nghiệm Nông nghiệp
Hƣng Lộc chọn tạo và giới thiệu từ tổ hợp Murasa Kimasari polycross nguồn gốc
Nhật Bản = CN76-2 CIP/AVRDC (Nguyễn Thị Thủy, Hoàng Kim 1997). Giống đã
đƣợc Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn công nhận giống năm 1997, hiện
phổ biến trong sản xuất phía Nam và bán nhiều ở các siêu thị. Thời gian sinh
trƣởng từ 95 ÷ 110 ngày. Năng suất củ tƣơi khoảng 15 ÷ 27 tấn/ha, tỷ lệ chất khô
27- 31%. Chất lƣợng củ luộc khá, vỏ củ màu tía, thịt củ màu tím đậm, dạng củ đều
đẹp, dây xanh tím, nhiễm nhẹ sùng, hà và sâu đục dây.
Giống khoai Murasa Kimasari có nguồn gốc Nhật Bản, do Trung tâm Nghiên cứu
Thực nghiệm Nông nghiệp Hƣng Lộc nhập nội năm 1994 từ Công ty FSA. Giống
tuyển chọn và giới thiệu năm 2002 (Hoàng Kim và Nguyễn Thị Thủy, 2003), hiện
đƣợc trồng ở vùng đồng bằng sông Cửu Long, bán tại các chợ đầu mối và siêu
thị. Đặc tính nông học chủ yếu: Thời gian sinh trƣởng 105 ÷ 110 ngày. Năng suất
củ tƣơi: 10 ÷ 22, tỷ lệ chất khô 27 ÷ 30%. chất lƣợng củ luộc khá ngon, vỏ củ màu
tím sẫm, thịt củ màu tím đậm, dạng củ đều đẹp, dây tím xanh, nhiễm nhẹ sùng…
Giống khoai HL284 (Nhật trắng) thuộc nhóm giống khoai lang tỷ lệ chất khô cao,
nhiều bột. Nguồn gốc AVRDC (Đài Loan)/Japan. Giống do Trung tâm Nghiên cứu
Thực nghiệm Nông nghiệp Hƣng Lộc nhập nội, tuyển chọn và đề nghị khảo
nghiệm năm 2000. Thời gian sinh trƣởng khoảng 90 ÷ 105 ngày. Năng suất củ tƣơi
18 ÷ 29 tấn/ ha, tỷ lệ chất khô 28 ÷ 31%, chất lƣợng củ luộc khá, độ bột nhiều hơn
độ dẽo, vỏ củ màu trắng, thịt củ màu trắng kem, dạng củ đều, dây xanh, nhiễm
sùng…
Giống khoai KB1 là giống khoai lang hiện đang phát triển ở vùng đồng bằng sông
Hồng. Giống do Viện Cây Lƣơng thực Cây Thực phẩm tuyển chọn và giới thiệu

(Vũ Văn Chè, 2004). Bộ Nông nghiệp và PTNT đã công nhận giống năm 2004.
Thời gian sinh trƣởng 95 ÷ 100 ngày. Năng suất củ tƣơi 22 ÷ 32 tấn/ ha, tỷ lệ chất
khô 27 ÷ 29%, chất lƣợng củ luộc khá, vỏ củ màu hồng cam, thịt củ màu cam đậm,
dạng củ hơi tròn, dây xanh, ngọn tím, nhiễm sùng và sâu đục dây trung bình.

Ngành Công nghệ thực phẩm, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng

Trang 5


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 – 2013

Trường Đại học Cần Thơ

2.1.3 Đặc điểm hình thái, thành phần hóa học và dinh dƣỡng của khoai lang
2.1.3.1 Đặc điểm hình thái
Khoai lang là loài cây thân thảo dạng dây leo sống lâu năm, lá mọc so le hình tim
hay xẻ thùy chân vịt, các hoa có tràng hợp và kích thƣớc trung bình. Rễ củ ăn đƣợc
có hình dáng thuôn dài và thon, lớp vỏ nhẵn nhụi có màu từ đỏ, tím, nâu hay trắng.
Lớp cùi thịt có màu từ trắng, vàng, cam hay tím.
Khoai lang là loại thực vật không chịu đƣợc sƣơng giá. Điều kiện phát triển tốt
nhất ở nhiệt độ trung bình khoảng 24°C (75°F). Phụ thuộc vào giống cây trồng và
các điều kiện khác, các rễ củ sẽ phát triển đầy đủ trong vòng từ 2 đến 9 tháng. Các
giống ngắn ngày có thể trồng nhƣ cây một năm để cho thu hoạch vào mùa hè tại
các khu vực có khí hậu ôn đới, nhƣ miền bắc Hoa Kỳ. Khoai lang ít khi ra hoa nếu
khoảng thời gian ban ngày vƣợt quá 11 giờ. Chúng đƣợc nhân giống chủ yếu bằng
các đoạn thân (dây khoai lang) hay rễ hoặc bằng các rễ bất định mọc ra từ các rễ củ
trong khi bảo quản.
2.1.3.2 Thành phần hóa học
Cấu tạo khoai lang gồm 3 phần: vỏ lụa, vỏ cùi và thịt củ. Lớp vỏ cùi không rõ rệt và

khi luộc khó bóc. Vỏ lụa chiếm khoảng 1%, vỏ cùi 5 ÷ 10% trọng lƣợng toàn củ.
Cấu tạo thành tế bào chủ yếu là cellulose có tác dụng giữ cho khoai lang khỏi tác
động từ bên ngoài và chậm mất nƣớc. Lớp vỏ cùi gồm những thành tế bào mỏng
chứa tinh bột, chất nguyên sinh và dịch thể. Trong dịch thể có nhiều chất khác nhau
nhƣ sắc tố, enzyme,…Thành phần hoá học của khoai lang đƣợc trình bày ở Bảng
2.1.
Khoai lang là nguồn cung cấp tinh bột, đƣờng, protein, các vitamin cần thiết. Cùng
với tinh bột, củ khoai lang cũng chứa nhiều xơ tiêu hoá, vitamin A, vitamin C và
vitamin B6. Khoai lang có khối lƣợng đƣờng bột (cacbonhydrate), vitamin A và
năng lƣợng cao hơn so với lúa mì, lúa nƣớc, sắn. Thịt củ khoai lang gồm những tế
bào chứa tinh bột, các chất nitơ và một số chất vi lƣợng khác. Khoai lang đƣợc sử
dụng củ và lá để làm thức ăn gia súc, chế biến bột, rƣợu cồn, bánh kẹo và gần đây
đang đƣợc nghiên cứu để làm màng phủ sinh học (bioplastic).
Chất khô: Củ khoai lang cũng nhƣ loại rễ củ và thân củ khác, thƣờng có hàm lƣợng
nƣớc cao nên hàm lƣợng chất khô thấp. Hàm lƣợng chất khô xấp xỉ 30% và luôn
biến động phụ thuộc vào yếu tố: giống, khí hậu, nơi trồng và kỹ thuật trồng trọt,…
Glucid: thành phần chủ yếu của chất xơ, chiếm khoảng 80 ÷ 90% hàm lƣợng khô,
khoảng 24 ÷ 27% trọng lƣợng tƣơi. Thành phần glucid chủ yếu là tinh bột và
đƣờng. Ngoài ra còn có các hợp chất nhƣ peptin, cenlullose, hemicellulose,….

Ngành Công nghệ thực phẩm, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng

Trang 6


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 – 2013

Trường Đại học Cần Thơ

Bảng 2.1: Thành phần dinh dƣỡng của khoai lang trong 100 g ăn đƣợc


Thành phần

Đơn vị

Hàm lƣợng (%)

Nƣớc

g

77,28

Carbohydrate

g

20,12

Protein

g

1,60

Lipide tổng số (chất béo)

g

0,05


Cellulose

g

3,0

Tro

g

1,0

Đƣờng tổng số

g

4,18

Calcium, Ca

mg

30,0

Iron, Fe

mg

0,61


Magnesium, Mg

mg

25,0

Phosphorus, P

mg

47,0

Potassium, K

mg

337

Sodium, Na

mg

55,0

Zinc, Zn

mg

0,30


Vitamin C, ascorbic acid

mg

2,4

Thiamin

mg

0,078

Riboflavin

mg

0,061

Niacin

mg

0,557

Vitamin B6

mg

0,209


Folate, DFE

µg

11

Vitamin E (alpha-tocopherol)

mg

0,26

Vitamin K (phylloquinone)

µg

1,8

Vitamin A

IU

14187

Chất khoáng

Các vitamin

( />

Tinh bột: Trung bình chiếm khoảng 60 ÷ 70% hàm lƣợng chất khô nhƣng tỷ lệ tinh
bột so với các hợp chất glucid khác có biến đổi lớn, trong đó giống có ảnh hƣởng
lớn. Tinh bột thƣờng chứa hai thành phần chính là amylose và amylopectin, thông
thƣờng theo tỷ lệ 1: 3. Ngoài ra tinh bột còn chứa H3PO4 (0,2 : 0,7%) làm ảnh
hƣởng đến đặc tính chất keo. Tinh bột hiện diện ở nhiều vị trí khác nhau nhƣ trong
hạt (ngũ cốc), trong củ (khoai), trong quả (chuối) và đƣợc sử dụng nhƣ nguồn thực
phẩm. Trong thực vật tinh bột có dạng hình cầu với nhiều dạng khác nhau: tròn,

Ngành Công nghệ thực phẩm, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng

Trang 7


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 – 2013

Trường Đại học Cần Thơ

oval, hạt đậu,… và với kích thƣớc khác nhau (1 đến 100 micromet). Hạt tinh bột
chứa một phần không phải tinh bột nhƣ lipide và protein.
Đƣờng: Sự biến động về hàm lƣợng đƣờng tổng số từ 0,3 ÷ 5,65% trọng lƣợng
tƣơi. Ở Việt Nam hàm lƣợng đƣờng trong khoai lang dao động khoảng 3,63 ÷
6,77%. Yếu tố ảnh hƣởng quan trọng nhất ảnh hƣởng là giống, thành phần đƣờng
chủ yếu là saccarose, glucose và fructose. Ở một số giống và ở củ khoai lang bảo
quản còn chứa thêm một lƣợng nhỏ đƣờng mantose.
Chất xơ: Đóng vai trò quan trọng trong dinh dƣỡng. Nó có vai trò quan trọng trong
việc phòng chống một số bệnh nhƣ: ung thƣ, tiểu đƣờng, tim mạch,… Xơ ăn đƣợc
bao gồm các hợp chất peptin, cellulose và hemicellulose.
Protein: Hàm lƣợng protein thô trong khoai lang không cao, trung bình chiếm 5%
trọng lƣợng chất khô hay 1,5% trọng lƣợng chất tƣơi.
Khoai lang có chứa nhiều nucoprotein, có khả năng cản cholesterol lắng động trên

thành mạch, đồng thời giữ đƣợc tính đàn hồi của mạch máu, tránh teo mô liên kết
trong gan, thận,… Trong khoai lang còn có một số chất đặc thù phòng bệnh ung
thƣ ruột kết, ung thƣ vú. Khoai lang có thể thúc đẩy nhu động ruột tránh bị táo bón.
( />2.2 SỰ HOÁ NÂU DO TÁC ĐỘNG CỦA POLYPHENOL OXYDASE
Sự hóa nâu do enzyme có tầm quan trọng đáng kể trong ngành công nghiệp rau
quả. Enzyme hóa nâu làm thay đổi màu sắc dẫn đến làm giảm chất lƣợng của nhiều
loại thực phẩm chế biến, ảnh hƣởng đến quá trình sản xuất trái cây và rau
(Shewfelt, 1986; Huxsoll và Bolin, 1989). Mặc dù màu nâu do phản ứng enzyme là
một nguyên nhân gây ra sự đổi màu, nó là một phản ứng mong muốn trong quá
trình chế biến trà, lên men ca cao (Haard và Chism, 1996). Sự hoá nâu đƣợc mong
muốn trong trƣờng hợp nó làm biểu lộ tốt màu sắc, hƣơng vị đƣợc ngƣời tiêu dùng
chấp nhận. Tuy nhiên, trong nhiều trƣờng hợp khác nhƣ rau, trái đông lạnh, rau trái
làm khô. Sự hoá nâu thƣờng không mong muốn vì nó làm biến đổi màu, mùi và
biểu hiện xấu.
2.2.1 Enzyme polyphenol oxydase
Quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ trong cơ thể sinh vật do hệ enzyme oxy hóa
khử xúc tác. Các enzyme này thuộc nhóm chính trong hệ thống phân loại enzyme
và có tên gọi chung là oxydoreductase. Trong điều kiện sinh học oxy phân tử có
khả năng oxy hóa cơ chất khi đƣợc hoạt hóa bởi các enzyme đặc hiệu – các chất
hoạt hóa oxy (oxydase) hay các chất hoạt hóa hydro (dehydrogenase). Nhóm
enzyme oxy hóa khử rất phổ biến trong tế bào của mọi sinh vật vì phản ứng oxy
hóa khử là một trong những quá trình cơ bản nhất của sự sống (Lê Ngọc Tú và

Ngành Công nghệ thực phẩm, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng

Trang 8


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 – 2013


Trường Đại học Cần Thơ

cộng sự, 2005). Phản ứng xảy ra mạnh ở môi trƣờng acid yếu gần trung tính.
Polyphenol oxydase (EC 1.10.3.1) hay đƣợc biết đến nhƣ phenolase,
phenoloxydase, monophenol oxydase, diphenol oxydase và tyrosinase (Marshall et
al., 2000) đƣợc phát hiện đầu tiên ở nấm bởi Schoenbein năm 1856, là một
metalloprotein có chứa nguyên tử đồng và thuộc vào nhóm enzyme oxy hóa khử,
xúc tác phản ứng oxy hóa hợp chất phenolic với sự hiện diện của oxy tạo sản phẩm
quinone, hình thành màu nâu trong trái cây và rau củ bị tổn thƣơng nên polyphenol
oxydase đƣợc gọi là enzyme hóa nâu (Fabienne Crumière, 2000; Jolley et al.,
1974).

Hình 2.2: Cấu trúc enzyme polyphenol oxydase từ khoai lang
(Kanade, 2007)

Enzyme PPO nằm trong lục lạp của tế bào và đƣợc bao phủ bởi các màng thylakoid
(Golbeck và Cammarata, 1981). PPO đƣợc kích hoạt khi các tế bào mô thực vật
chịu các tác động cơ học trong quá trình xử lý, chế biến và bảo quản. Trong sự hiện
diện của oxy trong khí quyển và PPO, monophenol là hydroxyl để hình thành
o-diphenol, và o-diphenol có thể đƣợc oxy hóa và chuyển hóa thành o-quinone, sau
đó trải qua quá trình trùng hợp polymer, kết quả là sự xuất hiện màu nâu sẫm trên
bề mặt nguyên liệu (Lê Ngọc Tú và cộng sự, 2005).
Polyphenol oxydase tồn tại chủ yếu ở 2 dạng : monophenol oxydase hoặc diphenol
oxydase. Nghiên cứu ban đầu trên một số loài thực vật, chẳng hạn nhƣ táo
(Goodenough et al., 1983), bơ (Kahn và Pomerantz, 1980), cà tím (Perez-Gilabert
và Carmona, 2000), nho (Ferrer et al., 1989) và khoai tây (Ferrer et al., 1993), cho
thấy PPO đều có cả hai loại hình hoạt động, trong khi những nghiên cứu khác trên
rau diếp (Heimdal et al., 1994), nhãn (Jiang, 1999), dứa (Das et al., 1997) và
hƣớng dƣơng (Raymond et al., 1993) thiếu các tính chất hydroxyl và hoạt động
trên o-diphenol. Diphenol oxydase là trạng thái hoạt động phổ biến nhất của


Ngành Công nghệ thực phẩm, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng

Trang 9


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 – 2013

Trường Đại học Cần Thơ

enzyme PPO (Yoruk và Marshall, 2003).
Phenolase xúc tác 2 kiểu phản ứng: phenol hydroxylase (cresolase) và polyphenol
oxydase (catecholase) (Kertesz và Zito, 1962). Tùy theo từng loại cơ chất nguồn
enzyme mà phenolase có thể có hoạt tính khác nhau.
- Hoạt tính cresolase có ở monophenol monoxygenase có khả năng hydroxyl hóa
monophenol thành o-diphenol sau đó oxy hóa thành o-quinone. Từ lâu ngƣời ta đã
biết đến hoạt tính này ở các loài nấm (Galeazzi et al., 1981) và mới phát hiện gần
đây ở khoai tây, đào, nho, mơ, táo, bơ, xà lách… (Bohdziewicz et al., 1994), hoạt
tính này thƣờng bị mất đi trong quá trình tinh chế enzyme.
- Hoạt tính catecholase xúc tác cho sự oxy hóa o-diphenol thành o-quinone
Theo Benjamin (1973), hoạt tính catecholase giữ vai trò chủ đạo trong quá trình
hóa nâu do enzyme của rau quả, nơi chứa rất nhiều hợp chất thiên nhiên ở dạng
o-diphenol. Enzyme này cũng có trong một số mô động vật nhƣng không quan
trọng nhƣ trong hệ thống thực phẩm. Ở mô thực vật tƣơi, chƣa bị dập, enzyme
phenolase không hoạt động vì chúng nằm trong các bào quan đặc biệt. Nhƣng khi
mô bị dập, phenolase đƣợc giải phóng ra có điều kiện tiếp xúc với cơ chất và oxy
không khí nên phản ứng hóa nâu xảy ra.
2.2.2 Cơ chất của polyphenol oxydase
Cơ chất của enzyme phenolase là các hợp chất phenol. Phenol là hợp chất có vòng
thơm có nhóm hydroxyl gắn trực tiếp vào vòng benzen hay vòng bezonoid. Sự

hiện diện của các nhóm hydroxyl ảnh hƣởng đến tính chất vật lý của phenol.
Các nhóm hydroxyl này hình thành liên kết hidro với các phenol khác và với
nƣớc, do đó phenol có nhiệt độ sôi cao và hòa tan trong nƣớc tốt hơn các
hydrocacbon có cùng khối lƣợng phân tử.
- o-diphenol đƣợc xem là cơ chất dễ bị tấn công nhất và có cấu trúc hóa học thích
hợp nhất cho hoạt động của enzyme phenolase.
- Monodiphenol nhƣ tyrosine và p-cresol là cơ chất tác dụng chậm, chúng đƣợc
hydroxyl hóa trƣớc sự oxy hóa đến o-quinone tƣơng ứng.
- p-diphenols bị hydroxyl hóa bởi cresolase rồi oxy hóa thành quinone tƣơng ứng.
- Flavonoid và tannin (catechins và leucoanthocyanins) tác động nhƣ cơ chất của
phenolase và có vai trò quan trọng đặc biệt trong sự lên men trà và trong giai đoạn
ủ và sấy khô của trái ca cao tƣơi, bƣớc quan trọng trong sự phát triển màu, hƣơng
vị của ca cao và chocolate cuối cùng (hình 2.3).
Các dẫn xuất có các nhóm thế methyl không phải là cơ chất của phenolase (hình
2.4). Trái với o-diphenol, m-diphenol không là cơ chất thích hợp của phenolase, và

Ngành Công nghệ thực phẩm, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng

Trang 10


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 – 2013

Trường Đại học Cần Thơ

nó có một hiệu ứng ức chế đối với cơ chất. Sự ức chế đó theo kiểu cạnh tranh do có
sự gần giống nhau về mặt hóa học giữa chất ức chế và tác chất thực (resorcinol,
phloroglucinol).

Catechol


Cafeic acid

Catechin

Hình 2.3 : Các cơ chất chủ yếu của phenolase
(Lê Ngọc Tú và cộng sự, 2005)

Guaicol

Ferulic acid
Hình 2.4: Các dẫn xuất methyl của phenol

(Lê Ngọc Tú và cộng sự, 2005)

Dựa vào đặc trƣng của khung cacbon các hợp chất phenol đƣợc chia thành 3 nhóm
chính: nhóm hợp chất phenol C6-C1 (acid malic), nhóm hợp chất phenol C6-C3
(acid cafeic) và nhóm hợp chất phenol C6-C3-C6 (catechin và flavonoid). Khả năng
phản ứng tạo màu mạnh hay yếu phụ thuộc vào cấu trúc của phenol cũng nhƣ
nguồn enzyme xúc tác phản ứng oxy hóa các phenol này. Các polyphenol có chứa
gốc pyrocatechin hoặc pyrogalic nên chúng có thể tham gia phản ứng oxy hóa khử, phản ứng cộng và phản ứng ngƣng tụ.
2.2.3 Cơ chế phản ứng của polyphenol oxydase
- Cơ chất là monophenol: Phản ứng xảy ra gồm hai bƣớc. Đầu tiên monophenol bị
hydroxyl hóa tạo thành dạng o-diphenol tƣơng ứng, enzyme thể hiện hoạt tính
cresolase. Tiếp theo o-diphenol bị oxy hóa tạo thành o-quinone nhờ tác dụng của
hoạt tính catecholase.
- Cơ chất là diphenol: Catechol là một o-diphenol dễ dàng bị tấn công bởi enzyme
phenolase bằng hoạt tính catecholase (hình 2.5)
O2


OH

H2O

O

OH

O
catecholase

Catechol

o-benzoquinone

Hình 2.5: Phản ứng tạo thành quinone từ catechol
(Lê Ngọc Tú, 2004)

Ngành Công nghệ thực phẩm, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng

Trang 11


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 – 2013

Trường Đại học Cần Thơ

Sự tạo thành quinone tùy thuộc vào enzyme và oxygen. Khi phản ứng này đã xảy
ra thì các phản ứng tiếp theo sẽ không cần sự hiện diện của enzyme, các phản ứng
tạo thành chất màu sẽ bắt đầu từ o-quinone.

- Phản ứng đầu tiên là hydroxyl hóa o-quinone tạo thành trihydroxybenzen (hình
2.6)
O

OH

H2O

O

OH

OH

o-quinone

trihydroxybenzen

Hình 2.6: Phản ứng hydroxyl hóa o-quinone
(Lê Ngọc Tú, 2004)

- Sản phẩm trihydroxybenzen tiếp tục phản ứng với o-quinone để thành lập
hydroxyquinones (hình 2.7)
OH

O
OH

O
O


OH

hay

+
OH

O
O

OH

O

Hình 2.7: Phản ứng thành lập hydroxyquinone
(Lê Ngọc Tú, 2004)

Hydroxyquinone xảy ra sự đa phân hóa, ngƣng tụ oxy tạo thành hợp chất polymer
có màu. Sản phẩm cuối cùng của sự oxy hóa do phenolase thƣờng có màu nâu,
màu đen hoặc các gam màu trung gian nhƣ hồng, đỏ nâu, xanh đen… gọi chung là
melanin hay flobafen (Lê Ngọc Tú, 2004).
2.2.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính phenolase
Giống nhƣ những cấu trúc xúc tác sinh học khác, phenolase cũng chịu ảnh hƣởng
bởi các yếu tố nhƣ cơ chất, nồng độ cơ chất, nồng độ enzyme, nhiệt độ, pH, ion
kim loại, hàm lƣợng oxygen, các chất kiềm hãm….(Lê Ngọc Tú, 2004).
2.2.4.1 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme
Trong điều kiện thừa cơ chất, nghĩa là [S] >>[E] thì vận tốc phản ứng phụ thuộc
tuyến tính vào nồng độ enzyme. Đƣờng biểu diễn có dạng bậc một tuyến tính hay
tốc độ phản ứng v = K[E] có dạng y = ax. Khi thừa cơ chất thì khi nồng độ enzyme

tăng vận tốc tăng. Khi nồng độ enzyme bão hòa với nồng độ cơ chất thì nồng độ
enzyme tăng vận tốc không thay đổi.

Ngành Công nghệ thực phẩm, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng

Trang 12


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 – 2013

Trường Đại học Cần Thơ

Hình 2.6: Sự phụ thuộc của vận tốc phản ứng vào nồng độ enzyme
(Lê Ngọc Tú, 2004)

2.2.4.2Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất [S]
Khi enzyme (E) kết hợp với cơ chất (S) sẽ hình thành phức hợp enzyme –cơ chất.
Phức hợp sau đó tạo ra sản phẩm (P) và giải phóng enzyme. Mischaelis và Menten
đã giải thích tính chất động học của phản ứng enzyme và lập đƣợc phƣơng trình
biểu diễn sự liên quan giữa vận tốc phản ứng và nồng độ cơ chất. Tính chất phổ
biến của phƣơng trình Michaelis – Menten thể hiện ở chỗ nó không chỉ dùng trong
trƣờng hợp đơn giản nhƣ đã nói ở trên (một cơ chất S tạo thành một sản phẩm P)
mà nó cũng đúng trong những trƣờng hợp phức tạp hơn, phản ứng gồm hai hay
nhiều cơ chất tạo thành nhiều sản phẩm (Đặng Thị Thu và Nguyễn Thị Xuân Sâm,
2009).
2.2.4.3 Ảnh hưởng của chất ức chế
Chất ức chế hay kiềm hãm là chất có khả năng làm giảm hoạt tính hoặc làm ngƣng
hoạt tính của enzyme. Nó có thể là những ion, các phân tử vô cơ, hữu cơ và cả
protein. Cơ chế kiềm hãm của các chất ức chế này có thể là thuận nghịch hoặc
không thuận nghịch.

Chất ức chế (hay chất kiềm hãm) là chất có khả năng làm yếu hoặc làm đứt hoàn
toàn tác dụng của enzyme. Khi có mặt cơ chất, hoạt tính xúc tác của enzyme bị ảnh
hƣởng bởi loại và nồng độ chất ức chế. Các chất ức chế có thể tác động thuận
nghịch hoặc không thuận nghịch với enzyme. Chất ức chế thuận nghịch tƣơng tác
với enzyme thông qua các liên kết không đồng hóa trị hay các phản ứng phân ly.
Ngƣợc lại chất ức chế không thuận nghịch gây ra sự thay đổi liên kết đồng hóa trị
trong enzyme.
Trong ức chế thuận nghịch gồm có ức chế cạnh tranh và ức chế không cạnh tranh:
+ Ức chế cạnh tranh: chất ức chế có cấu tạo tƣơng tự nhƣ cơ chất, nó gắn vào trung
tâm hoạt động của enzyme, ngăn cản sự kết hợp giữa enzyme và cơ chất. Vì vậy
xảy ra sự cạnh tranh giữa cơ chất và chất ức chế, làm giảm số lƣợng các enzyme

Ngành Công nghệ thực phẩm, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng

Trang 13


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 – 2013

Trường Đại học Cần Thơ

kết hợp với cơ chất, kết quả là hoạt động của enzyme sẽ bị giảm.
+ Ức chế không cạnh tranh: chất ức chế không gắn vào trung tâm hoạt động của
enzyme mà gắn vào vị trí khác trong phân tử enzyme, làm thay đổi cấu trúc không
gian của phân tử enzyme làm cho enzyme giảm khả năng xúc tác. Chất ức chế có
thể phản ứng với enzyme tự do và cơ chất tạo thành phức hợp enzyme - chất ức chế
- cơ chất.
(Nguyễn Đức Lƣợng, 2004)
2.2.4.4 Ảnh hưởng của chất hoạt hóa
Các chất có tác dụng làm tăng hoạt tính của enzyme đƣợc gọi là các chất hoạt hóa

enzyme. Các chất hoạt hóa enzyme có bản chất hóa học rất khác nhau. Chúng có
thể là các anion, các ion kim loại, các chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp. Các chất
hoạt hóa có tác dụng hoạt hóa ở nồng độ nhất định. Vƣợt qua nồng độ này chúng sẽ
gây ức chế hoạt động của enzyme. Ở nồng độ hoạt hóa, các chất hoạt hóa thƣờng
làm nhiệm vụ chuyển nhóm hydrogen hoặc phục hồi các nhóm chức năng trong
trung tâm hoạt động của enzyme. Tác dụng của anion clo, brom, iot đến hoạt độ
của α – amilaza động vật, tác dụng của một số ion kim loại nhƣ Mn 2+, Zn+,… đối
với hoạt độ của các protease. Tuy nhiên tác dụng hoạt hóa chỉ giới hạn ở những
nồng độ xác định, vƣợt quá giới hạn này có thể làm giảm hoạt tính enzyme
(Nguyễn Đức Lƣợng, 2004).
2.2.4.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ
Theo quy luật của các phản ứng hóa học thông thƣờng, vận tốc phản ứng enzyme
càng tăng khi nhiệt độ tăng, nhƣng vì enzyme có bản chất là protein do đó khi tăng
nhiệt độ tới một giới hạn nào đó thì vận tốc phản ứng enzyme sẽ bị giảm do sự biến
tính của protein.
Nhiệt độ ứng với vận tốc cực đại gọi là nhiệt độ tối thích, thƣờng ở trong khoảng từ
40 ÷ 60oC. Tuy nhiên, mỗi enzyme có một nhiệt độ tối thích khác nhau, nó phụ
thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ nguồn enzyme, cơ chất, pH môi trƣờng, thời gian phản
ứng… Nhiệt độ mà enzyme bị mất hoàn toàn hoạt tính xúc tác gọi là nhiệt độ tới
hạn thƣờng vào khoảng 70 oC. Ở nhiệt độ tới hạn enzyme bị biến tính, ít khi có khả
năng phục hồi. Ngƣợc lại, ở nhiệt độ dƣới 0 oC hoạt tính của enzyme tuy bị giảm
nhƣng lại có thể tăng lên khi đƣa về nhiệt độ bình thƣờng.

Ngành Công nghệ thực phẩm, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng

Trang 14


Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 36 – 2013


Trường Đại học Cần Thơ

Hình 2.7: Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến vận tốc phản ứng enzyme
(Lê Ngọc Tú, 2004)

2.2.4.6 Ảnh hưởng của pH
Giá trị pH có ảnh hƣởng lớn tới vận tốc phản ứng enzyme, mỗi enzyme chỉ hoạt
động thích hợp nhất ở một pH xác định gọi là pH tối thích của enzyme. Ví dụ,
pHopt của tripsine là 5 ÷ 9, của pepsine là 1,8 ÷ 2,2. Cùng một loại enzyme nhƣng
thu từ các nguồn khác nhau cũng có pH tối thích khác nhau.

Hình 2.8: Ảnh hƣởng pH đến vận tốc phản ứng enzyme
(Lê Ngọc Tú, 2004)

Sự thay đổi giá trị pH có ảnh hƣởng rất lớn đến trạng thái ion hóa của các nhóm
chức trong trung tâm hoạt động của enzyme, trạng thái ion hóa của cơ chất và phức
chất ES. Ngoài các yếu tố chính đã nêu trên, hoạt tính của enzyme còn phụ thuộc
vào những yếu tố khác: ánh sáng (đặc biệt là tia tử ngoại), sóng siêu âm, tia bức
xạ,… Trong hệ thống sống, hoạt tính enzyme còn phụ thuộc vào giai đoạn sinh
trƣởng phát triển.
2.3 PHƢƠNG PHÁP ỨC CHẾ QUÁ TRÌNH HÓA NÂU
Sự hoá nâu do enzyme không xảy ra trong tế bào thực vật còn nguyên vẹn. Khi mô
bị phá vỡ do cắt, nghiền,… sự hình thành những hợp chất màu nâu sẽ xảy ra.
Polyphenol oxydase xúc tác sự oxy hóa phenol thành o-quinone đƣợc tạo thành sẽ
trãi qua phản ứng trùng hợp thành hợp chất cao phân tử và những hợp chất màu
nâu (melanin). Nhiều nghiên cứu tập trung vào việc ức chế và ngăn chặn hoạt động

Ngành Công nghệ thực phẩm, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng

Trang 15