Giải chuyên đề học tập Sinh học 10 KNTT bài 6: Quy trình công nghệ sản xuất enzyme

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?

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.

 Enzyme có thể thu được từ nhiều nguồn khác nhau, trong đó nguồn thu chính là vi sinh vật. Dùng vi sinh vật để sản xuất các chế phẩm enzyme có nhiều ưu điểm vì vi sinh vật có chu kì sinh trưởng ngắn, tốc độ sinh trưởng nhanh, con người chủ động nuôi cấy trong điều kiện nhân tạo với chi phí thấp, enzyme vi sinh vật có hoạt tính mạnh, 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.

Những yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng enzyme thu được khi nuôi cấy vi sinh vật là:

• Môi trường dinh dưỡng: Cùng một loại vi sinh vật nhưng môi trường nuôi cấy có thành phần dinh dưỡng khác nhau thì mức độ tạo thành enzyme và các thành phần tạo nên enzyme cũng khác nhau.
• Độ ẩm môi trường: Nếu nuôi cấy bề mặt (môi trường rắn) phải đảm bảo độ ẩm cho môi trường khoảng 60%.
• pH môi trường: Mỗi loại môi trường, mỗi loại enzyme cần thu có dải pH tương thích khác nhau, có thể dao động từ 3,5 đến 8.
• Nhiệt độ: Thông thường, vi sinh vật có phổ nhiệt độ tương thích từ 25oC đến 30oC.

Ngoài ra, nồng độ oxygen của môi trường nuôi cấy, thời gian nuôi cấy cũng có thể ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, sinh sản của vi sinh vật, đo đó ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng enzyme.

Đặc biệt lưu ý: Để tăng sự tổng hợp enzyme, người ta thường dựa vào hiện tượng cảm ứng. Chất cảm ứng tổng hợp enzyme cho thêm vào môi trường nuôi thường là cơ chất tương ứng của enzyme cần tổng hợp. Ví dụ: Muốn tách enzyme α - amylase ở nấm mốc (Asp. oryzae), người ta bổ sung vào môi trường nuôi cấy tinh bột.

Câu hỏi 3. Hãy nêu những lưu ý quan trọng khi thực hiện tách chiết enzyme.

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 4. Sản xuất enzyme protease tái tổ hợp có ưu điểm gì so với sản xuất protease bằng phương pháp nuôi cấy chìm? Giải thích.

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 hoá tổng hợp enzyme protease vào DNA tế bào chủ, giúp tăng lượng enzyme khi nuôi cấy vi sinh vật. Sản xuất enzyme protease từ vi sinh vật bằng phương pháp nuôi cấy chìm chưa đáp ứng được việc mở rộng quy mô sản xuất và ứng dụng nhóm enzyme này trong đời sống.

Luyện tập và vận dụng

Bài 1. Chìa khóa để duy trì hoạt tính xúc tác của enzyme là gì? Nêu cách thức bảo quản chế phẩm enzyme.

Chìa khoá để duy trì hoạt tính xúc tác của enzyme là cấu hình không gian ba chiều của enzyme, cấu hình này tạo nên các đặc tính lí hoá tự nhiên của nó. Khi cấu hình không gian bị biến đổi trong quá trình sản xuất hay quá trình bảo quản thì hoạt tính xúc tác của enzyme sẽ bị ảnh hưởng.

Chế phẩm enzyme có nhiều dạng khác nhau nên có nhiều cách bảo quản khác nhau:

• Dạng dung dịch hoặc huyền phù: Enzyme được đưa vào các dung dịch bảo quản để bảo quản chúng, đồng thời đảm bảo nhiệt độ thích hợp với từng loại enzyme. Không bảo quản ở nhiệt độ cao vì dễ làm biến tính enzyme.
• Dạng viên và dạng bột khô thường bảo quản thuận lợi hơn, nên thường người ta bảo quản trong điều kiện nhiệt độ thích hợp là được, không bảo quản ở nhiệt độ cao.