Câu hỏi mở đầu: Protease là một loại enzyme được sử dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp (thực phẩm, thuộc da, chất tẩy rửa, …). Enzyme này được thu nhận chủ yếu từ động vật. Tuy nhiên, để thu nhận một lượng lớn enzyme cần phải sử dụng rất nhiều cá thể động vật, điều này gây mất nhiều thời gian cũng như tốn nhiều kinh phí cho việc chăn nuôi. Có phương pháp nào có thể tạo được số lượng lớn enzyme protease trong thời gian ngắn nhưng vẫn giảm được chi phí sản xuất?
Trả lời:
- Phương pháp sản xuất enzyme từ nguồn vi sinh vật có thể đáp ứng được yêu cầu về mặt kinh tế, cho phép thu được enzyme với hiệu suất cao và dễ dàng tinh chế nên có thể tạo được một lượng lớn enzyme protease trong thời gian ngắn và vẫn giảm được chi phí sản xuất.
I. Cơ sở khoa học của ứng dụng enzyme
Câu hỏi 1: Enzyme đóng vai trò quan trọng như thế nào đối với cơ thể sống?
Trả lời:
Vai trò của enzyme đối với cơ thể sống:
- Xúc tác các phản ứng hóa học: Enzyme làm tăng tốc độ phản
ứng của cơ thể lên hàng triệu lần, nhờ đó, sự đồng hóa và dị hóa xảy ra
một cách nhanh chóng trong điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường của cơ thể.
Nếu không có enzyme thì các phản ứng sẽ không xảy ra hoặc xảy ra vô
cùng chậm dẫn đến các hoạt động sống không thể duy trì.
- Kiểm soát các phản ứng hóa học đặc biệt: Nhờ có tính đặc
hiệu cao nên enzyme kiểm soát được các phản ứng hóa học đặc biệt và điều chỉnh
tốc độ phản ứng tương ứng với điều kiện trao đổi chất của cơ thể.
Câu hỏi 2: Trình bày các đặc điểm của enzyme. Cho ví dụ.
Trả lời:
- Enzyme có hoạt tính mạnh: túc là chỉ cần một lượng rất nhỏ
enzyme cũng có thể xúc tác các phản ứng hóa học diễn ra nhanh chóng và dễ dàng.
- Có tính đặc hiệu cao: mỗi enzyme phù hợp với một số cơ chất
nhất định, nên chỉ xúc tác một số phản ứng hóa học trong cơ thể.
- Tính phối hợp hoạt động: enzyme hoạt động kiểu dây chuyền.
- Sự định khu trong tế bào: enzyme có thể ở dạng hòa tan trong
tế bào chất hoặc được định khu trong các bào quan.
- Hầu hết enzyme có nguồn gốc tự nhiên và không độc.
- Enzyme chịu tác động của nhiều yếu tố: ở môi trường không thích hợp, enzyme sẽ mất hoạt tính.
Luyện tập: Điều gì sẽ xảy
ra với cơ thể nếu quá trình sản xuất các enzyme bị rối loạn?
Trả lời:
- Nếu quá trình sản xuất các enzyme bị rối loạn (các enzyme có thể không được tổng hợp hoặc được tổng hợp nhưng mất hoạt tính) sẽ làm cho các phản ứng sinh hóa trong tế bào diễn ra chậm hoặc không diễn ra dẫn đến sự rối loạn chuyển hóa các chất gây ra các bệnh lí hoặc tử vong.
II. Quy trình công nghệ sản xuất enzyme tự nhiên
Câu hỏi 3: Quy trình sản xuất công nghệ enzyme bao gồm
những giai đoạn nào?
Trả lời:
Quy trình công nghệ sản xuất enzyme gồm 4 bước chính:
1. Chọn nguồn nguyên liệu -> 2. Tách chiết enzyme -> 3. Tinh sạch enzyme -> 4. Tạo chế phẩm enzyme.
Câu hỏi 4: Khi lựa chọn nguồn nguyên liệu để thu nhận enzyme, cần lưu ý điều gì?
Tại sao?
Trả lời:
- Lưu ý khi lựa chọn nguồn nguyên liệu để thu nhận enzyme: cần lựa chọn nguồn nguyên liệu có chứa một lượng lớn enzyme cũng như cho phép thu được enzyme với hiệu suất cao và dễ dàng tinh chế chúng. Điều này sẽ giúp quá trình sản xuất enzyme diễn ra dễ dàng và tiết kiệm chi phí.
Câu hỏi 5: Việc tách chiết enzyme từ cơ thể sinh vật gặp
phải khó khăn gì? Để giải quyết khó khăn đó, người ta đã dùng phương án gì?
Trả lời:
Việc tách chiết enzyme từ cơ thể sinh vật gặp khó khăn và các phương án được đưa ra để giải quyết những khó khăn là:
Câu hỏi 6: Tại sao khi tách enzyme từ tế bào thực vật, nấm men và vi sinh vật,
người ta cần dùng các chất trợ nghiền còn đối với tế bào động vật thì không?
Trả lời:
- Khi tách enzyme từ tế bào thực vật, nấm men và vi sinh vật
người ta cần dùng các chất trợ nghiền vì tế bào thực vật, nấm men và vi
sinh vật có thành tế bào bao bọc bên ngoài, còn tế bào động vật không có thành
tế bào.
Câu hỏi 7: Tại sao lysozyme được dùng trong việc tách
enzyme từ vi khuẩn?
Trả lời:
- Vì lysozyme có hoạt tính kháng khuẩn nên có khả năng biến đổi các polysaccharide không hòa tan trên thành tế bào vi khuẩn, từ đó có thể phá vỡ thành tế bào vi khuẩn và giúp việc tách chiết enzyme dễ dàng hơn.
Câu hỏi 8: Để loại bỏ các chất khác ra khỏi enzyme, người ta dùng các biện pháp
gì?
Trả lời:
Để loại bỏ các chất khác ra khỏi enzyme, người ta dùng các
biện pháp như:
- Để loại bỏ muối và các tạp chất có khối lượng phân tử thấp,
người ta thường dùng các biện pháp thẩm tích.
- Để loại bỏ các protein tạp và các tạp chất có khối lượng
phân tử cao khác, người ta thường dùng kết hợp nhiều biện pháp nhau: phương
pháp biến tính chọn lọc nhờ tác dụng của nhiệt độ hoặc pH của môi trường,
phương pháp kết tủa phân đoạn bằng muối trung tính hoặc các dung môi hữu cơ,
các phương pháp sắc kí (sắc kí hấp phụ, sắc kí trao đổi ion, sắc kí
loại trừ phân tử, sắc kí ái lực,…), điện di, phương pháp lọc gel.
Câu hỏi 9: Sau khi thu nhận được chế phẩm enzyme, cần
làm gì để giữ được hoạt tính của enzyme trong suốt quá trình bảo quản và sử dụng?
Trả lời:
- Sau khi thu nhận chế phẩm enzyme, cần duy trình hình dạng của enzyme bằng cách sử dụng các chất phụ gia, chỉnh sửa các liên kết cộng hóa trị hoặc cố định enzyme để giữ được hoạt tính enzyme trong quá trình bảo quản và sử dụng.
Luyện tập: Việc giữ được
cấu trúc không gian của enzyme có ý nghĩa như thế nào trong sản xuất enzyme?
Trả lời:
- Việc giữ cấu trúc không gian của enzyme giúp enzyme giữ được hoạt tính xúc tác, đạt được mục tiêu bảo quản và sử dụng lâu dài. Bởi vậy, việc này có ý nghĩa quan trọng đối với sản xuất enzyme.
Câu hỏi 10: Nghiên cứu hình 7.5, 7.6, 7.8, và 7.10 hãy cho
biết:
a) Mỗi giai đoạn trong quy trình sản xuất các enzyme tương ứng
với giai đoạn nào trong Hình 7.3.
b) Việc sản xuất enzyme từ thực vật có gì giống và khác so với
sản xuất enzyme từ vi sinh vật.
Trả lời:
- Giống nhau: đều có đầy đủ các bước của quy trình chung
sản xuất enzyme.
- Khác nhau:
Vận dụng: Dựa trên quy trình sản xuất enzyme bromelain ở dưới, em hãy tìm hiểu và đề xuất quy trình sản xuất enzyme papain từ nhựa đu đủ.
Trả lời:
- Quy trình sản xuất enzyme papain từ nhựa đu đủ: Dùng dao rạch quả đu đủ còn xanh → Thu nhựa đu đủ → Trích li và lọc → Li tâm dịch lọc → Kết tủa papain → Kết tinh và tái kết tinh → Sấy chân không → Chế phẩm papain.
Bài tập
Bài tập 1: Hãy chọn một quy trình sản xuất enzyme đã học
và đề xuất phương án cải tiến quy trình đó để mang lại hiệu quả cao hơn.
Trả lời:
- Em chọn quy trình sản xuất enzyme bromelain từ dứa.
+ Đề xuất phương án cải tiến quy trình quy trình đó bằng cách lọc lấy dịch xay nhuyễn của quả dứa hai lần, có tác dụng không làm sót dịch lọc từ quả dứa, lần lấy dịch lọc thứ hai sẽ đảm bảo lấy được hết toàn bộ dịch lọc từ quả dứa
Bài tập 2: Hoàn thành bảng sau đây về nguồn thu nhận, tác dụng và ứng dụng của một số loại enzyme.
Trả lời:
Bài tập 3: Hãy tìm hiểu và trình bày một quy trình công
nghệ sản xuất một loại enzyme được ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm (dệt,
thuộc da, …).
Trả lời:
- Quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh lên men ca cao đóng góp
phần nâng cao giá trị sử dụng, giá trị gia tăng trái ca cao Đồng Nai.
+ Mục đích: nhằm ổn định quá trình lên men hạt ca cao,
phát triển sản phẩm rượu ca cao và nước ca cao lên men có mùi hương đặc trưng.
+ Quy trình sản xuất:
