Bài 10: Ứng dụng và triển vọng của công nghệ enzyme

Hướng dẫn giải

Chúng ta có thể “sống xanh” hơn  nữa bằng cách giảm sử dụng, sử dụng lại hoặc tái chế enzyme để giảm thiểu việc tiêu tốn năng lượng, phát thải khí CO₂, nước thải và các phế phụ phẩm cần được xử lí trong quy trình sản xuất enzyme. Muốn tái sử dụng chế phẩm enzyme cần có phương pháp giữ cho enzyme không bị biến tính như cố định enzyme.

(Trả lời bởi Nguyễn Quốc Đạt)

Hướng dẫn giải

- Enzyme thường được dùng ở dạng tự do khi cơ chất là các chất không tan như cellulose, tinh bột, các chế phẩm và phụ phẩm dạng rắn trong công nghiệp chế biến,…

- Enzyme thường được dùng ở dạng cố định khi muốn tái sử dụng enzyme nhiều lần và cơ chất ở dạng hòa tan.

- Enzyme thường được dùng ở dạng trong tế bào khi sản phẩm chuyển hóa đòi hỏi sự xúc tác của enzyme có gắn với coenzyme hoặc của phức hệ nhiều enzyme phức tạp trong tế bào, đòi hỏi năng lượng ATP.

(Trả lời bởi Nguyễn Quốc Đạt)

Hướng dẫn giải

- Ưu điểm của chế phẩm enzyme tự do: Các enzyme trong chế phẩm tự do tiếp xúc với cơ chất, không bị giới hạn không gian, do vậy, chúng thể hiện được đầy đủ hoạt tính của mình.

- Nhược điểm: Các enzyme tự do rất dễ bị biến tính bởi các điều kiện môi trường (nhiệt độ, pH, các chất ức chế,…).

(Trả lời bởi Nguyễn Quốc Đạt)

Hướng dẫn giải

Người ta có thể tái sử dụng enzyme bằng cách cố định enzyme. Enzyme có thể được cố định trong các hạt vi nang hoặc được hấp phụ, gắn trên các giá thể bằng các liên kết khác nhau, nhờ đó, enzyme vẫn giữ được hoạt tính xúc tác nhưng thường không hòa tan vào dung dịch có chứa cơ chất giúp enzyme được tái sử dụng nhiều lần.

(Trả lời bởi Nguyễn Quốc Đạt)

Hướng dẫn giải

- Kĩ thuật cố định enzyme (a), (b) thuộc loại cố định trong vi nang.

- Kĩ thuật cố định enzyme (c), (d), (e) thuộc loại gắn trên giá thể bằng liên kết khác nhau.

(Trả lời bởi Nguyễn Quốc Đạt)

Hướng dẫn giải

- Cơ chất A được chuyển hóa thành sản phẩm B nhờ các enzyme-1, enzyme-2 và enzyme-3 trong tế bào.

- Sự hỗ trợ từ tế bào đối với hoạt động của enzyme: Sự hoạt động của enzyme-2 cần có các tiền chất hoặc coenzyme từ chu trình trao đổi chất của tế bào.

(Trả lời bởi Nguyễn Quốc Đạt)

Hướng dẫn giải

- Ưu điểm: Giảm chi phí tinh sạch enzyme, giảm thiểu sự biến tính của enzyme do tác động của môi trường.

- Hạn chế:

+ Cơ chất cần phải đi qua màng tế bào để vào bên trong tế bào và sản phẩm cần phải đi qua màng tế bào để ra ngoài môi trường dẫn đến tộc độ phản ứng enzyme bị chậm lại.

+ Việc duy trì sinh trưởng của tế bào trong môi trường cũng gặp khó khăn đối với các vi sinh vật sống trong điều kiện khắc nghiệt.

(Trả lời bởi Nguyễn Quốc Đạt)

Hướng dẫn giải

Một số chế phẩm enzyme được dùng trong công nghiệp chế biến thực phẩm:

- Chế phẩm enzyme alpha – amylase từ Bacillius stearothermophilus được sử dụng để thủy phân tinh bột ăn để sản xuất maltodextrin và chất ngọt carbohydrate dinh dưỡng.

- Chế phẩm enzyme urease từ Lactobacillus fermentum được sử dụng để sản xuất rượu vang.

- Chế phẩm protease được sử dụng để giảm thời gian trộn, giảm độ đặc và tạo độ đồng đều của bột, điều chỉnh độ bền gluten trong bánh mì và cải thiện kết cấu, hương vị trong các loại bánh mì, thực phẩm nướng, bánh quy giòn và bánh quế.

- Chế phẩm enzyme lipase từ Rhizopus niveus  được sử dụng để cải thiện hương vị, cấu trúc và độ mềm đặc trưng của phô mai.

- Chế phẩm protein thực vật như bromelain, ficin và papain được dùng để sản xuất bia.

(Trả lời bởi Nguyễn Quốc Đạt)

Hướng dẫn giải

Các enzyme được sử dụng trong quy trình sản xuất syrup HFCS thực hiện xúc tác các phản ứng tương ứng trong quy trình là:

- Enzyme nhóm amylase xúc tác cho phản ứng thủy phân tinh bột ngô thành glucose.

- Enzyme glucose isomerase xúc tác cho phản ứng chuyển glucose thành fructose.

(Trả lời bởi Nguyễn Quốc Đạt)

Hướng dẫn giải

Enzyme được dùng trong các ứng dụng của ngành y dược với những vai trò như:

- Dùng để sản xuất thuốc. Ví dụ: penicillin acylase dùng để sản xuất 6-amino penicillanic acid.

- Dùng để làm chất chỉ thị, chẩn đoán bệnh. Ví dụ: Creatine kinase dùng để chẩn đoán cơn đau tim,…

- Dùng để hỗ trợ tăng hiệu quả của thuốc. Ví dụ: Hyaluronidase được tăng tính dẫn thuốc, làm thuốc hấp thụ sâu vào mô cơ thể,…

- Dùng để làm thuốc trị liệu. Ví dụ: Trypsin được sử dụng để chống viêm, chống phù nề, sưng tấy,…

(Trả lời bởi Nguyễn Quốc Đạt)