I. Sinh tổng hợp β galactosidase từ Aspergillus oryzae
Sinh tổng hợp là quá trình chính trong nghiên cứu này, tập trung vào việc tạo ra enzyme β-galactosidase từ nấm Aspergillus oryzae. Enzyme này có vai trò quan trọng trong thủy phân lactose và tổng hợp các sản phẩm galactosyl hóa. Aspergillus oryzae được chọn vì khả năng sinh tổng hợp enzyme ngoại bào, phù hợp cho sản xuất công nghiệp. Quá trình này được thực hiện thông qua phương pháp lên men, bao gồm lên men bán rắn và lên men chìm. Kết quả cho thấy chủng Aspergillus oryzae TN1 có hoạt tính enzyme cao nhất, đạt 12,272 U/g trong lên men bán rắn và 1,313 U/mL trong lên men chìm.
1.1. Phương pháp lên men bán rắn
Phương pháp lên men bán rắn được tối ưu hóa bằng cách sử dụng thiết kế Box-Behnken. Thành phần môi trường tối ưu bao gồm tỷ lệ cám trấu 7:5, hàm lượng (NH₄)₂SO₄ 1.099%, và độ ẩm 62.071%. Hoạt tính enzyme đạt 12,272 U/g, cao gấp 2.41 lần so với trước tối ưu hóa. Thời gian lên men là 108 giờ, cho thấy hiệu quả cao trong việc thu nhận β-galactosidase.
1.2. Phương pháp lên men chìm
Phương pháp lên men chìm cũng được tối ưu hóa với thành phần môi trường gồm nồng độ cám 44.258 g/L, cao nấm men 3.737 g/L, và MnSO₄ 5. Hoạt tính enzyme đạt 1,313 U/mL, cao hơn 1.14 lần so với trước tối ưu. Thời gian lên men là 120 giờ, dài hơn so với lên men bán rắn nhưng vẫn đạt hiệu quả cao.
II. Tối ưu hóa quá trình lên men
Tối ưu hóa lên men là bước quan trọng để nâng cao hiệu suất sản xuất β-galactosidase. Nghiên cứu sử dụng phương pháp RSM-BBD để tối ưu hóa các yếu tố môi trường. Kết quả cho thấy lên men bán rắn có hoạt tính enzyme cao hơn 1.754 lần so với lên men chìm. Điều này khẳng định tính ưu việt của phương pháp lên men bán rắn trong việc thu nhận enzyme từ Aspergillus oryzae.
2.1. Thiết kế Box Behnken
Thiết kế Box-Behnken được áp dụng để tối ưu hóa các yếu tố môi trường. Phương pháp này giúp xác định các điều kiện tối ưu cho quá trình lên men, bao gồm tỷ lệ cám trấu, hàm lượng (NH₄)₂SO₄, và độ ẩm. Kết quả cho thấy sự cải thiện đáng kể trong hoạt tính enzyme, đặc biệt trong lên men bán rắn.
2.2. So sánh phương pháp lên men
So sánh giữa lên men bán rắn và lên men chìm bằng phương pháp kiểm định t’Student cho thấy lên men bán rắn phù hợp hơn để thu nhận β-galactosidase. Hoạt tính enzyme từ lên men bán rắn cao hơn 1.754 lần so với lên men chìm, khẳng định tính ưu việt của phương pháp này.
III. Ứng dụng công nghiệp của β galactosidase
β-galactosidase có nhiều ứng dụng trong công nghệ sinh học, đặc biệt trong thủy phân lactose và sản xuất syrup nồng độ cao. Nghiên cứu này bước đầu khảo sát khả năng thủy phân lactose bằng sinh khối Aspergillus oryzae trong cột phản ứng. Kết quả cho thấy hiệu suất thủy phân đạt 66.74%, cao hơn so với sử dụng enzyme tự do (45.54%). Điều này mở ra tiềm năng ứng dụng trong sản xuất công nghiệp.
3.1. Thủy phân lactose
Thủy phân lactose là ứng dụng chính của β-galactosidase. Nghiên cứu sử dụng cột phản ứng chứa sinh khối Aspergillus oryzae để thủy phân lactose, đạt hiệu suất 66.74%. Kết quả này cao hơn so với sử dụng enzyme tự do, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong sản xuất syrup nồng độ cao.
3.2. Sản xuất syrup nồng độ cao
Nghiên cứu bước đầu khảo sát khả năng sản xuất syrup nồng độ cao từ lactose. Kết quả cho thấy nồng độ lactose ban đầu 50% cho hiệu suất thủy phân cao nhất. Glucose và galactose được xác định là chất ức chế quá trình thủy phân, cần được kiểm soát trong quy trình sản xuất.
