Nghiên Cứu Tuyển Chọn Và Ứng Dụng Enzyme β-Galactosidase Ưa Lạnh Trong Sản Xuất Sữa Tươi Tiệt Trùng Không Lactose

Enzyme β-Galactosidase là một enzyme thủy phân, có khả năng phân cắt liên kết β-glycosidic trong lactose, biến nó thành glucose và galactose. Enzyme này có vai trò quan trọng trong việc tiêu hóa lactose ở động vật và được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, đặc biệt là trong sản xuất sữa không lactose. Việc sử dụng enzyme β-Galactosidase giúp giảm độ ngọt của sữa và tạo ra sản phẩm dễ tiêu hóa hơn cho những người không dung nạp lactose. Nguồn enzyme β-Galactosidase có thể được thu nhận từ nhiều nguồn khác nhau như vi sinh vật, thực vật và động vật.

Sữa tươi tiệt trùng không lactose là một sản phẩm sữa được chế biến từ sữa tươi nguyên liệu, trong đó lactose đã được loại bỏ hoặc thủy phân bằng enzyme β-Galactosidase. Sản phẩm này đặc biệt phù hợp cho những người không dung nạp lactose, giúp họ vẫn có thể tận hưởng các lợi ích dinh dưỡng từ sữa mà không gặp phải các triệu chứng khó chịu. Nhu cầu về sữa không lactose ngày càng tăng cao do tỷ lệ người không dung nạp lactose trên thế giới khá lớn, đặc biệt là ở người lớn tuổi. Việc phát triển các quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng không lactose hiệu quả và tiết kiệm chi phí là một mục tiêu quan trọng của ngành công nghiệp sữa.

Các enzyme β-Galactosidase truyền thống thường có điều kiện hoạt động enzyme tối ưu ở nhiệt độ cao, khoảng 30-40°C. Điều này đòi hỏi quá trình gia nhiệt sữa tươi trước khi bổ sung enzyme, gây tốn kém năng lượng và có thể ảnh hưởng đến chất lượng của sữa. Ngoài ra, một số enzyme có thể bị bất hoạt trong quá trình tiệt trùng, làm giảm hiệu quả thủy phân lactose. Việc tìm kiếm các enzyme chịu nhiệt hoặc enzyme ưa lạnh có hoạt tính enzyme cao là một giải pháp để khắc phục những hạn chế này.

Ổn định enzyme là một yếu tố quan trọng trong quá trình sản xuất sữa không lactose. Enzyme β-Galactosidase có thể bị mất hoạt tính do nhiều yếu tố như nhiệt độ, pH, và sự hiện diện của các chất ức chế. Việc bảo quản enzyme ở điều kiện thích hợp và sử dụng các chất bảo vệ enzyme có thể giúp duy trì hoạt tính enzyme trong suốt quá trình sản xuất. Nghiên cứu về đặc tính enzyme và các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định enzyme là cần thiết để tối ưu hóa quy trình sản xuất.

Quy trình phân lập enzyme bắt đầu bằng việc thu thập các mẫu từ môi trường tự nhiên, chẳng hạn như đất, nước, hoặc các sản phẩm sữa. Các mẫu này sau đó được nuôi cấy trên môi trường chọn lọc để khuyến khích sự phát triển của các vi sinh vật có khả năng sinh enzyme β-Galactosidase. Các khuẩn lạc có khả năng thủy phân lactose sẽ được chọn lọc và định danh bằng các phương pháp sinh hóa và phân tử, chẳng hạn như giải trình tự gen 16S rRNA. Kết quả định danh enzyme sẽ giúp xác định loài vi sinh vật và đánh giá tiềm năng ứng dụng của chúng.

Sau khi phân lập enzyme và định danh enzyme, các enzyme thu được sẽ được đánh giá về hoạt tính enzyme và độ bền enzyme ở nhiệt độ thấp. Hoạt tính enzyme được đo bằng cách xác định tốc độ phản ứng thủy phân lactose trong điều kiện thí nghiệm. Độ bền enzyme được đánh giá bằng cách theo dõi sự thay đổi của hoạt tính enzyme theo thời gian ở các nhiệt độ khác nhau. Các enzyme có hoạt tính enzyme cao và độ bền enzyme tốt ở nhiệt độ thấp sẽ được ưu tiên lựa chọn cho các nghiên cứu tiếp theo.

Quy trình sản xuất sữa không lactose bắt đầu bằng việc thu hoạch sữa tươi từ các trang trại. Sữa tươi sau đó được làm lạnh và vận chuyển đến nhà máy chế biến. Enzyme β-Galactosidase ưa lạnh được bổ sung vào sữa trong quá trình bảo quản lạnh. Sau một thời gian ủ, lactose trong sữa sẽ được thủy phân thành glucose và galactose. Sữa sau đó được tiệt trùng và đóng gói để bảo quản. Quy trình sản xuất sữa không lactose cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng và an toàn của sản phẩm.

Việc sử dụng enzyme β-Galactosidase ưa lạnh có thể giúp cải thiện chất lượng sữa bằng cách giảm độ ngọt của sữa và tạo ra sản phẩm dễ tiêu hóa hơn. Ngoài ra, việc thủy phân lactose trong điều kiện lạnh có thể giúp bảo toàn hương vị và các chất dinh dưỡng có trong sữa. Việc sử dụng enzyme ưa lạnh cũng có thể giúp giảm chi phí sản xuất bằng cách giảm chi phí năng lượng và thời gian xử lý. Nghiên cứu về ứng dụng công nghệ sinh học trong sản xuất sữa có thể giúp tối ưu hóa quy trình và nâng cao hiệu quả sản xuất.

Chủng vi khuẩn SC3 đã được định danh là Streptococcus thermophilus bằng phương pháp giải trình tự gen 16S rRNA. Chủng SC3 có khả năng sinh enzyme β-Galactosidase ưa lạnh với hoạt tính enzyme cao ở nhiệt độ thấp. Enzyme từ chủng SC3 có khả năng thủy phân lactose hiệu quả trong điều kiện thí nghiệm. Nghiên cứu về đặc tính enzyme của chủng SC3 cho thấy enzyme có độ bền enzyme tốt và có thể được sử dụng trong quy trình sản xuất sữa không lactose.

Enzyme từ chủng SC3 có khả năng thủy phân lactose trong sữa tươi hiệu quả ở nhiệt độ thấp. Sau 27 giờ ở 4°C với lượng enzyme sử dụng 2,110 U/1 g lactose, lượng lactose còn lại là 40,67%. Điều này cho thấy enzyme từ chủng SC3 có thể được sử dụng để sản xuất sữa tươi tiệt trùng không lactose với hàm lượng lactose thấp, phù hợp cho những người không dung nạp lactose. Nghiên cứu về khả năng phân giải lactose của enzyme từ chủng SC3 trong sữa tươi là cần thiết để tối ưu hóa quy trình sản xuất.

Việc tối ưu hóa quy trình sản xuất enzyme là cần thiết để giảm chi phí và nâng cao hiệu quả sản xuất. Các yếu tố cần được xem xét bao gồm môi trường nuôi cấy, điều kiện nuôi cấy, và phương pháp thu hồi enzyme. Nghiên cứu về công nghệ enzyme và ứng dụng công nghệ sinh học có thể giúp phát triển các quy trình sản xuất enzyme hiệu quả và bền vững.

Ngoài ứng dụng trong sản xuất sữa không lactose, enzyme β-Galactosidase ưa lạnh còn có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác, chẳng hạn như sản xuất thực phẩm chức năng, dược phẩm, và các sản phẩm công nghiệp. Nghiên cứu về ứng dụng enzyme trong công nghiệp sữa và các lĩnh vực khác có thể giúp khai thác tối đa tiềm năng của enzyme và mang lại lợi ích cho xã hội.