Khảo sát đặc tính và khả năng thu nhận enzym - Galactosidaza từ vi khuẩn Sphingomonas paucimobilis B

tử lượng cao khác thường dùng kết hợp nhiều phương pháp khác nhau: phương pháp biến tính chọn lọc nhờ tác dụng của nhiệt độ hay pH của môi trường, phương pháp kết tủa phân đoạn bằng muối trung tính hay dung môi hữu cơ, các phương pháp sắc ký (sắc ký hấp thụ, sắc ký trao đổi ion), điện di, phương pháp lọc gel…
Phương pháp biến tính chọn lọc nhờ tác dụng của nhiệt độ hay pH môi trường chỉ dùng đối với trường hợp của các enzym bền nhiệt hay bền axit. Dịch enzym được giữ ở 50 đến 700C hay ở pH = 5 hay nhỏ hơn trong thời gian xác định sau đó protein tạp đã bị biến tính được loại bỏ bằng cách lọc hay ly tâm.
Phương pháp kết tủa phân đoạn bằng (NH4)2SO4 dựa trên cơ sở sự khác nhau về khả năng kết tủa các protein ở một nồng độ muối (tính theo phần trăm nồng độ bão hòa) xác định được dùng phổ biến để loại bỏ bước đầu protein tạp của các dịch enzym. Cũng có thể kết tủa phân đoạn bằng các dung môi hữu cơ. tuy nhiên phương pháp này chỉ dùng với những enzym ít bị biến tính bởi các dung môi hữu cơ chọn dùng. Để giữ cho enzym khỏi bị mất khả năng hoạt động, quá trình kết tủa phải được thực hiện ở nhiệt độ thấp (00C).
Phương pháp hấp thụ chọn lọc được dùng phổ biến trong việc tách và làm sạch enzym. Chất hấp thụ chủ yếu thường được dùng là hydroxyapatit cho hiệu quả phân tách đặc biệt cao. Hấp thụ chọn lọc enzym có thể thực hiện bằng một trong hai cách là chất hấp thụ protein tạp hay hấp thụ enzym. Quá trình hấp thụ thường được tiến hành ở 00C. Enzym sau đó dược chiết bằng các dung môi thích hợp.
Phương pháp sắc ký và trao đổi ion dựa trên cơ sở của phản ứng trao đổi ion giữa protein được tan trong nước hay dung dịch đệm loãng và các tác nhân trao đổi ion. Tác nhân trao đổi ion có thể là nhựa trao đổi ion hay dẫn xuất este của xelluloza. Phương pháp sắc ký trên dietylaminoetylxelluloza (DEAE – xenlluloza) có ưu điểm là với dịch chiết thích hợp ngoài tạp chất protein còn có khả năng loại bỏ cả các tạp chất axit nucleic. Điều đó cho phép không cần dùng đến các biện pháp nhằm loại bỏ axit nucleic khó và phức tạp như kết tủa protamin hay streptomixinsufat thường dùng trước đây.
Sephadex là dẫn xuất của polysacarit dextran trong đó các phân tử của chúng liên kết với nhau bởi các liên kết ngang xuất hiện nhờ tác dụng của epiclohidrin tạo thành “sàng phân tử”. Khi lọc và chiết bằng dung môi thích hợp một hỗn hợp gồm nhièu chất trên cột sephadex, các phân tử có kích thước nhỏ sẽ khuếch tán vào bên trong cột, các phân tử có kích thước lớn không có khả năng đi vào sẽ được chiết ra khỏi cột. Vậy cơ sở của phương pháp lọc gel sephadex dựa vào sự khác nhau về kích thước, hình dạng và phân tử lượng của các chất trong hỗn hợp. Sự chênh lệch nhiều về phân tử lượng của các enzym (12.700 – 1.000.000 Da) cho phép tách và làm sạch enzym bằng phương pháp lọc gel sephadex là phương pháp có nhiều triển vọng [1].
Cho đến nay không có phương pháp tách và làm sạch chung cho mọi enzym. Để xây dựng phương pháp tách và làm sạch một enzym nào đó cần biết lựa chọn và phối hợp một cách có hiệu quả nhất các biện pháp tách và làm sạch khác nhau.
I.6. ỨNG DỤNG CỦA ENZYM b-GALACTOSIDAZA:
I.6.1 Ứng dụng để thuỷ phân lactoza trong công nghiệp chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa:
Enzym b-galactosidaza thuỷ phân các gốc b-galactosidaza tận cùng đều không khử của các b-D-galactosit thành các oligosaccarit bao gồm cả lactoza. Lactoza là disaccarrit bao gồm galactoza và glucoza, trong sữa bò nó chiếm khoảng 40% trọng lượng chất khô.
Việc tách loại lactoza khỏi các sản phẩm thực phẩm là cần thiết đối với đại đa số người tiêu dùng - những người bị thiểu năng chuyển hoá lactoza với các triệu chứng đau bụng, khó tiêu khi dùng lactoza. Tuy nhiên, các sản phẩm thủy phân của lactoza bao gồm glucoza và galactoza đều dễ hấp thụ qua đường tiêu hoá và dễ đồng hoá.
Lactoza trong sữa cũng có thể gây ra một số khó khăn trong quá trình chế biến phomat. Quá trình sản xuất phomat tạo ra một lượng lớn dịch sữa “whey” dưới dạng sản phẩm phụ, dịch sữa này chứa lactoza có sẵn trong sữa tự nhiên. Dịch sữa này là nguồn cacbonhydrat tốt và có tiềm năng lớn đối với lĩnh vực thực phẩm cũng như thức ăn gia súc. Vấn đề là lactoza không hoà tan hoàn toàn và có xu hướng kết tinh từ dung dịch này. Điều này làm cho việc vận chuyển dich sữa là khó khăn, đồng thời làm hạn chế việc tái sử dụng dịch sữa này, do vậy mỗi năm người ta phải đổ đi một lượng lớn dịch sữa.
Lactoza có thể được thuỷ phân bằng cách sử dụng axit, song việc thuỷ phân bằng axit gây ra màu và làm tắc nghẽn nhựa trao đổi ion trong quá trình chế biến.
Cách tốt hơn là sử dụng enzym b-galactosidaza. Enzym này đã được tìm thấy trong nhiều hệ vi sinh vật. Tuy nhiên để sử dụng cho mục đích này thì nấm men, nấm mốc và vi khuẩn vẫn là những nguồn khai thác thương mại chính.
Một quá trình khả thi về mặt kỹ thuật và công nghệ khi sử dụng enzym này để thuỷ phân lactoza cũng cho phép sử dụng dịch sau đông tụ sữa chua hay dịch permeate, đồng thời hạn chế một số khó khăn về công nghệ như hiện tượng “lên cát” ở kem, hay hiện tượng tái kết tinh các sản phẩm từ sữa như dịch sau đông tụ phomat. Một trong những tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực công nghệ sinh học của enzym b-galactosidaza là khả năng thuỷ phân lactoza – thành phần chính phụ của ngành công nghiệp chế biến sữa.
Đặc biệt các nghiên cứu về lâm sàng đã cho thấy những người bệnh bị thiểu năng chuyển hoá lactoza có thể sử dụng các sản phẩm sữa đã qua thuỷ phân này, đồng thời làm giảm triệu chứng bệnh. Vì vậy, người ta mong muốn sản xuất ra sữa có hàm lượng lactoza thấp sao cho mọi người đều có thể dụng các sản phẩm từ nó.
Việc lựa chọn công nghệ cho quá trình thuỷ phân tuỳ từng trường hợp chủ yếu vào đặc tính và các chi phí sản xuất, tàng trữ và tiếp thị sản phẩm. Quy trình công nghệ khả thi bao gồm bổ sung trực tiếp enzym hoà, tan, tái tuần hoàn enzym hoà tan bằng quy trình màng hay sử dụng enzym cố định. Mặt khác, ở những phân xưởng nhỏ sản xuất các sản phẩm từ sữa cũng có thể sử dụng các sản phẩm enzym ở dưới dạng canh trường nuôi cấy một cách đơn giản.
Vấn đề khó nhất khi sử dụng b-galactosidaza là khó đạt được thuỷ phân hoàn toàn vì 2 lý do sau:
Enzym này là sản phẩm bị ức chế bởi glucoza được tạo ra trong quá trình phản ứng.
Enzym xúc tác cho phản ứng chuyển hoá tổng hợp các đồng phân liên kết b 1-6 của lactoza và các chất khác ngoài lactoza.
Đối với mục đích sử dụng thuỷ phân lactoza các hướng chính hiện nay là:
Sử dụng enzym cố định
Có rất nhiều nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về sử dụng enzym b-galactosidaza cố định nhưng cho đến nay áp dụng nó vào quy mô công nghiệp vẫn gặp nhiều khó khăn. Enzym này được cố định trên một loạt các chất mang vô cơ, Shepadex, DEAE-xenllulose, thuỷ tinh xốp hay bẫy vào trong gel polyacrylamit… Enzym cố định được sử dụng cả trong các thiết bị phản ứng liên tục và gián đoạn [9].
Sử dụng ở dạng liposom sấy khô có chứa b-galactosidaza để thuỷ phân lactoza trong sữa.
Liposom bao gồm một màng kép lipit gi