Công nghệ Ezyme và ứng dụng

1.  Enzyme với công nghệ sinh học

Enzyme được xem như là một kỹ thuật quan trọng của công nghệ sinh học do có các chức năng sau:

- Enzyme là chất xúc tác cho mọi biến đổi vật chất trong công nghệ sinh học.

- Enzyme và nhiều hoạt chất sinh học khác là sản phẩm của công nghệ sinh học. Chúng có thể dùng làm công cụ mới của công nghệ sinh học, hay sử dụng trong các lãnh vực khác .

- Enzyme được xem là thuốc thử có tính chuyên hóa cao mà không có enzyme thì các quá trình công nghệ sinh học không thể tối ưu hóa được

2.  Công nghệ sản xuất enzyme

Trong sản xuất chế phẩm enzyme, cần chú ý đến những yếu tố:

3. Nguồn enzyme

Có thể thu nhận enzyme từ động vật như trypsin, chimotrypsin, từ thực vật 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.

+ 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.

- 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 cấy…cho 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, khoáng…còn 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.

4. 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”.

5.  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 hormone…Cũng 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.

6. 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 bón…mà 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.

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.

7. 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.

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.

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.

Sưu tầm

Speak Your Mind