Câu hỏi khởi động: Trong đời sống, nhiều ngành sản xuất ứng dụng công nghệ enzyme với quy mô lớn như công nghiệp thực phẩm, công nghiệp dệt, mĩ phẩm,... Với quy mô sản xuất lớn phải cần một lượng lớn enzyme. Vậy enzyme được dùng trong các ngành sản xuất có nguồn gốc từ đâu và quy trình để tạo ra các enzyme tinh sạch được tiến hành như thế nào?
Trả lời:
- Enzyme là protein có trong cơ thể sống, vì vậy, rất dễ mất
hoạt tính sinh học khi bị tách khỏi tế bào và cơ thể. Trong sản xuất chế phẩm
enzyme, việc giữ được hoạt tính enzyme là một trong những yêu cầu hàng đầu. Điều
chế enzyme bằng phương pháp hoá học với số lượng lớn rất khó khăn và tốn kém
nên chúng thường được thu nhận từ các nguồn sinh vật.
Quy trình sản xuất enzyme từ nguồn sinh vật được trình bày trong
hình 6.1.
I. Quy trình tổng quát
Câu hỏi 1: Trong
sản xuất chế phẩm enzyme, người ta thường lựa chọn đối tượng nào làm nguồn cung
cấp chính? Hãy nêu một số lí do sử dụng nguồn cung cấp đó.
Trả lời:
- Trong sản xuất chế phẩm enzyme, người ta thường chọn vi
sinh vật là nguồn cung cấp chính.
- Lí do sử dụng vi sinh vật là nguồn cung cấp chính vì: Vi
sinh vật có nhiều ưu điểm như sinh trưởng ngắn, tốc độ sinh trưởng nhanh,
con người có thể chủ động nuôi cấy vi sinh vật trong điều kiện nhân tạo với chi
phí thấp, sản xuất được enzyme với khối lượng lớn, hệ enzyme đa dạng,…
Câu hỏi 2: Nêu những yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng enzyme thu được khi nuôi cấy vi sinh vật.
Trả lời:
- Có 2 phương pháp nuôi cấy vi sinh vật thu enzyme là phương
pháp nổi và phương pháp chìm.
+ Ở phương pháp nổi, môi trường nuôi cấy phải ở dạng rắn,, làm ẩm và vô trùng.
+ Ở phương pháp chìm, môi trường lỏng, được sục khí, khuấy đảo liên tục.
Câu hỏi 3: Hãy nêu những lưu ý quan trọng khi thực hiện
tách chiết enzyme.
Trả lời:
- Lưu ý quan trọng khi thực hiện tách chiết enzyme:
+ Đối với nguồn thu enzyme là vi sinh vật, người ta thường thu
enzyme trong môi trường nuôi cấy (thu enzyme ngoại bào). Đối với nguồn thu là động
vật và thực vật thì hầu hết enzyme nằm trong tế bảo chất của tế bào, nên để thu
enzyme nội bào cần phá vỡ cấu trúc tế bào. Để thu được enzyme động vật, phải cắt
bô hết các mô liên kết để đảm bảo khi nghiền tế bào được hiệu quả.
Khi tách chiết enzyme, cần lưu ý khâu chiết rút và kết tủa phải thực hiện ở nhiệt độ thấp và thao tác rất nhanh để tránh làm biến tính enzyme. Nếu dịch chiết có lẫn nhiều tạp chất, có thể thêm giai đoạn thẩm tích dịch chiết để thu được chế phẩm enzyme.
II. Quy trình sản xuất và thu nhận một số enzyme
Câu hỏi: Sản
xuất enzyme protease tái tổ hợp có ưu điểm gì so với sản xuất protease bằng
phương pháp nuôi cấy chìm? Giải thích.
Trả lời:
- Ưu điểm khi sản xuất protease tái tổ hợp so với sản xuất
protease bằng phương pháp nuôi cấy chìm: So với sản xuất enzyme protease
bằng phương pháp nuôi cấy chìm, sản xuất enzyme protease tái tổ hợp
thu được lượng enzyme lớn hơn do vi sinh vật sử dụng làm nguồn thu
được cấy gene mã hóa tổng hợp enzyme protease vào DNA tế bào chủ,
giúp tăng lượng enzyme khi nuôi cấy vi sinh vật. Nhờ đó, sản xuất
protease tái tổ hợp giúp đáp ứng được việc mở rộng quy mô sản xuất và ứng dụng
nhóm enzyme này trong đời sống.
Luyện tập và vận dụng
Luyện tập và vận dụng 1: Chìa khóa để duy trì hoạt tính xúc tác của enzyme là gì? Nêu cách thức bảo quản chế phẩm enzyme.
Trả lời:
- Chìa khóa để duy trì hoạt tính xúc tác của enzyme chính là duy trì cấu hình không gian ba chiều đặc trưng của nó.
* Cách thức bảo quản chế phẩm enzyme:
- Chế phẩm dạng dung dịch và huyền phù được đưa vào dung dịch các chất bảo quản, giữ trong nhiệt độ nhất định, không được bảo quản ở nhiệt độ cao.
- Chế phẩm dạng bột khô, dạng viên thuận tiện trong việc vận chuyển và bảo quản rất lâu.
Luyện tập và vận dụng 2: Từ quy trình thu nhận enzyme urease trong hình 6.6, hãy tìm hiểu và đề
xuất quy trình thu nhận enzyme bromelain và papain từ thực vật.
Trả lời:
• Quy trình thu nhận enzyme bromelain từ thực vật:
- Giai đoạn tạo nguồn thu enzyme: Sử dụng thân cây dứa,
lá dứa và quả dứa để thu enzyme bromelain. Rửa sạch bụi bẩn trên lá,
thân và quả dứa rồi cắt thành miếng, xay nhuyễn, thu được dịch.
- Giai đoạn tách chiết enzyme: Dịch thu được li tâm để loại
bỏ các tạp chất, thu dịch chiết.
- Giai đoạn tạo chế phẩm enzyme: Dung dịch bromelain được sấy
đông khô và bảo quản trong túi nylon.
• Quy trình thu nhận enzyme papain từ thực vật:
- Giai đoạn tạo nguồn thu enzyme: Lấy nhựa của quả đu đủ
xanh rồi sấy khô.
- Giai đoạn tách chiết enzyme: Enzyme papain trong nhựa quả
đu đủ sấy khô được tách chiết bằng nước cất và dung dịch đệm. Sau đó, li tâm
loại bỏ cặn, lấy dịch papain.
- Giai đoạn tạo chế phẩm enzyme: Dung dịch papain được sấy
đông khô và bảo quản trong túi nylon.