NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÁ TẾ BÀO LACTOBACILLUS ACIDOPHILUS GIẢI PHÓNG β-GALACTOSIDASE

Nghiên cứu phương pháp phá tế bào Lactobacillus acidophilus giải phóng β-galactosidase. Luận văn công nghệ thực phẩm, tối ưu hóa quy trình, so sánh hiệu quả.

• Tác giả: Nguyễn Thị Thùy Dung
• Người hướng dẫn: TS. Trần Bích Lam
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm và Đồ uống
• Đề tài: Nghiên cứu phương pháp phá tế bào Lactobacillus acidophilus giải phóng β-galactosidase
• Loại tài liệu: Luận văn Thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu β galactosidase và Lactobacillus 55

Enzyme β-galactosidase đóng vai trò quan trọng trong việc thủy phân lactose, giúp những người không dung nạp lactose có thể tiêu thụ các sản phẩm từ sữa. Ngoài ra, enzyme này còn có khả năng tổng hợp GOS (Galacto-oligosaccharide), một prebiotic có lợi cho sức khỏe. Trong số các vi sinh vật sản xuất β-galactosidase, vi khuẩn lactic là một nguồn tiềm năng, đặc biệt là Lactobacillus acidophilus với hoạt tính enzyme cao. Tuy nhiên, enzyme này là nội bào, do đó việc phá tế bào hiệu quả là yếu tố then chốt. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa quá trình phá tế bào Lactobacillus acidophilus để thu nhận β-galactosidase một cách hiệu quả nhất.

1.1. Định Nghĩa và Cơ Chế Hoạt Động của β galactosidase

β-galactosidase (β-D-galactoside galactohydrolase, EC 3.2.1.23), hay còn gọi là lactase, thủy phân lactose thành glucose và galactose. Enzyme này còn xúc tác phản ứng chuyển nhóm galactosyl tạo GOS. Quá trình thủy phân xảy ra tại vị trí galactosyl của β-D-galactopyranoside liên kết với các aglycon. Glu 537 của enzyme hình thành liên kết cộng hóa trị α-D- galactosyl với cơ chất, đồng thời liên kết glycoside bị phân giải. Theo Raymond và cộng sự (2003), sự hình thành GOS tăng khi nồng độ lactose cao hoặc giảm nồng độ nước, đạt hiệu suất 2-32% khi nồng độ lactose ban đầu từ 14-40% (w/v).

1.2. Vai Trò và Ứng Dụng của β galactosidase Trong Thực Phẩm

β-galactosidase có ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, sinh học, kỹ thuật và môi trường. Ứng dụng quan trọng nhất là loại trừ lactose, giúp người không dung nạp lactose sử dụng được các sản phẩm từ sữa. Enzyme cũng được sử dụng để cải thiện đặc tính kỹ thuật của thực phẩm, ví dụ như giảm sự hình thành tinh thể lactose trong kem và sữa cô đặc. Điều này giúp sản phẩm mềm mịn hơn và dễ tiêu hóa hơn. Bên cạnh đó, β-galactosidase còn giúp tăng vị ngọt cho yogurt và giảm thời gian lên men.

II. Thách Thức Giải Phóng β galactosidase từ L

Mặc dù Lactobacillus acidophilus là một nguồn β-galactosidase tiềm năng, enzyme này lại nằm bên trong tế bào, gây khó khăn cho việc chiết xuất. Việc phá tế bào cần đảm bảo hiệu quả giải phóng enzyme cao, đồng thời duy trì hoạt tính của enzyme. Các phương pháp phá tế bào truyền thống có thể không phù hợp hoặc kém hiệu quả đối với Lactobacillus acidophilus. Do đó, cần nghiên cứu và tối ưu hóa các phương pháp phá tế bào để có thể thu nhận β-galactosidase một cách kinh tế và hiệu quả.

2.1. Khó Khăn Trong Việc Tiếp Cận Enzyme Nội Bào β galactosidase

Enzyme β-galactosidase ở Lactobacillus acidophilus là enzyme nội bào. Điều này có nghĩa là enzyme nằm bên trong tế bào và được bảo vệ bởi thành tế bào vi khuẩn. Để thu nhận enzyme, cần phải phá vỡ tế bào mà không làm ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme. Quá trình này đòi hỏi phải có phương pháp phá tế bào hiệu quả và kiểm soát các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme, ví dụ như nhiệt độ và pH.

2.2. Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Hoạt Tính Enzyme Trong Quá Trình Phá Tế Bào

Quá trình phá tế bào có thể ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme β-galactosidase. Nhiệt độ cao, pH không phù hợp và các chất ức chế có thể làm giảm hoặc mất hoàn toàn hoạt tính của enzyme. Do đó, cần lựa chọn phương pháp phá tế bào phù hợp và kiểm soát chặt chẽ các yếu tố môi trường để đảm bảo thu được enzyme có hoạt tính cao. Theo Vasiljevic và Jelen (2001), vi khuẩn lactic là nguồn cung cấp enzyme tiềm năng, dễ lên men, hoạt tính cao và an toàn.

2.3. So Sánh Hiệu Quả Chi Phí Các Phương Pháp Phá Tế Bào

Các phương pháp phá tế bào khác nhau có chi phí khác nhau. Một số phương pháp như sử dụng sóng siêu âm hoặc enzyme lysozyme có thể tốn kém hơn so với các phương pháp vật lý đơn giản như xử lý nhiệt. Tuy nhiên, các phương pháp đắt tiền hơn có thể mang lại hiệu quả giải phóng enzyme cao hơn và duy trì hoạt tính enzyme tốt hơn. Cần cân nhắc kỹ lưỡng giữa chi phí và hiệu quả để lựa chọn phương pháp phá tế bào phù hợp.

III. Phương Pháp Tối Ưu Phá Tế Bào Bằng Sóng Siêu Âm 53

Sóng siêu âm là một phương pháp phá tế bào hiệu quả, dựa trên nguyên lý tạo ra các bong bóng khí trong dung dịch. Khi các bong bóng này vỡ ra, chúng tạo ra áp lực lớn, làm phá vỡ thành tế bào. Nghiên cứu này đã khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như nồng độ huyền phù, công suất siêu âm và thời gian siêu âm đến hiệu quả giải phóng β-galactosidase. Kết quả cho thấy, ở nồng độ huyền phù 5% (w/v), công suất siêu âm 396 W và thời gian siêu âm 3.2 phút, hoạt tính β-galactosidase thu được là cao nhất (739.65 U/g tế bào khô).

3.1. Ảnh Hưởng của Nồng Độ Huyền Phù Tế Bào Đến Hiệu Quả

Nồng độ huyền phù tế bào ảnh hưởng đến hiệu quả truyền năng lượng của sóng siêu âm. Nồng độ quá cao có thể cản trở sự lan truyền của sóng siêu âm, làm giảm hiệu quả phá tế bào. Nồng độ quá thấp có thể làm giảm lượng enzyme thu được. Nghiên cứu cho thấy nồng độ huyền phù tối ưu là 5% (w/v).

3.2. Tối Ưu Công Suất và Thời Gian Siêu Âm Để Giải Phóng Enzyme

Công suất và thời gian siêu âm là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả phá tế bào. Công suất quá cao có thể làm biến tính enzyme, trong khi công suất quá thấp có thể không đủ để phá vỡ tế bào. Thời gian siêu âm quá dài có thể làm tăng nhiệt độ, ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme. Nghiên cứu đã xác định công suất siêu âm tối ưu là 396 W và thời gian siêu âm tối ưu là 3.2 phút.

IV. Ứng Dụng Enzyme Lysozyme Thủy Phân Tế Bào 57

Enzyme lysozyme là một enzyme tự nhiên có khả năng phá vỡ thành tế bào vi khuẩn bằng cách cắt đứt liên kết β-1,4-glycosidic giữa N-acetylmuramic acid và N-acetylglucosamine trong peptidoglycan. Nghiên cứu này đã khảo sát ảnh hưởng của nồng độ lysozyme và thời gian xử lý đến hiệu quả giải phóng β-galactosidase. Kết quả cho thấy, nồng độ lysozyme tối ưu là 0.07% (w/v) và thời gian xử lý tối ưu là 140 phút, đạt hoạt tính β-galactosidase 512.50 U/g tế bào khô.

4.1. Cơ Chế Thủy Phân Tế Bào Lactobacillus Bằng Lysozyme

Lysozyme tấn công thành tế bào vi khuẩn, đặc biệt là lớp peptidoglycan, gây suy yếu cấu trúc và dẫn đến phá vỡ tế bào. Thành phần của peptidoglycan ở vi khuẩn lactic cũng được tìm hiểu để làm rõ hơn cơ chế tác động. Theo Nguyễn Thị Thùy Dung, lysozyme hiệu quả hơn trên các chủng vi khuẩn có thành tế bào ít lớp peptidoglycan hơn.

4.2. Tối Ưu Hóa Nồng Độ Lysozyme và Thời Gian Thủy Phân

Nồng độ lysozyme và thời gian thủy phân cần được tối ưu hóa để đạt hiệu quả phá tế bào cao nhất mà không gây lãng phí enzyme hoặc làm giảm hoạt tính enzyme. Nồng độ lysozyme quá cao có thể không cần thiết, trong khi nồng độ quá thấp có thể không đủ để phá vỡ tế bào hiệu quả. Thời gian thủy phân quá dài có thể làm giảm hoạt tính enzyme. Nghiên cứu đã tìm ra nồng độ và thời gian tối ưu.

V. Kết Hợp Lysozyme và Siêu Âm Giải Pháp Tối Ưu 59

Sự kết hợp giữa enzyme lysozyme và sóng siêu âm có thể mang lại hiệu quả phá tế bào cao hơn so với việc sử dụng từng phương pháp riêng lẻ. Lysozyme làm suy yếu thành tế bào, tạo điều kiện cho sóng siêu âm dễ dàng phá vỡ tế bào. Nghiên cứu này đã kết hợp thủy phân bằng lysozyme sau đó xử lý siêu âm ở công suất 282 W trong thời gian 2.7 phút, đạt hoạt tính β-galactosidase cao nhất là 889.18 U/g tế bào khô. Sự kết hợp này cho thấy tiềm năng lớn trong việc giải phóng enzyme.

5.1. Ưu Điểm của Phương Pháp Kết Hợp Phá Tế Bào

Phương pháp kết hợp tận dụng ưu điểm của cả lysozyme và sóng siêu âm. Lysozyme làm suy yếu thành tế bào, giảm năng lượng cần thiết để sóng siêu âm phá vỡ tế bào. Điều này giúp giảm nguy cơ làm biến tính enzyme do nhiệt hoặc áp lực quá cao. Đồng thời, tiết kiệm được chi phí khi cần dùng ít năng lượng siêu âm hơn.

5.2. Tối Ưu Hóa Các Thông Số Xử Lý Khi Kết Hợp Hai Phương Pháp

Khi kết hợp hai phương pháp, cần tối ưu hóa các thông số như nồng độ lysozyme, thời gian thủy phân, công suất siêu âm và thời gian siêu âm. Việc tối ưu hóa này giúp đạt hiệu quả phá tế bào cao nhất và duy trì hoạt tính enzyme. Nghiên cứu đã tìm ra các thông số tối ưu cho phương pháp kết hợp này.

VI. So Sánh Hiệu Quả Các Phương Pháp Phá Tế Bào 52

Nghiên cứu này đã so sánh hiệu quả của các phương pháp phá tế bào khác nhau, bao gồm sử dụng sóng siêu âm đơn thuần, sử dụng enzyme lysozyme đơn thuần và kết hợp lysozyme với siêu âm. Kết quả cho thấy phương pháp kết hợp lysozyme với siêu âm cho hiệu quả giải phóng β-galactosidase cao nhất. Điều này chứng tỏ sự kết hợp giữa các phương pháp có thể mang lại kết quả tốt hơn so với việc sử dụng từng phương pháp riêng lẻ. Hiệu quả kinh tế của từng phương pháp cũng cần được xem xét.

6.1. Đánh Giá Ưu Nhược Điểm Của Từng Phương Pháp Phá Tế Bào

Mỗi phương pháp phá tế bào có những ưu nhược điểm riêng. Sóng siêu âm có ưu điểm là nhanh chóng và dễ thực hiện, nhưng có thể làm biến tính enzyme nếu không kiểm soát nhiệt độ tốt. Lysozyme có ưu điểm là nhẹ nhàng và ít ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme, nhưng thời gian xử lý có thể dài. Phương pháp kết hợp tận dụng ưu điểm của cả hai, nhưng cần tối ưu hóa các thông số để đạt hiệu quả cao nhất.

6.2. Chọn Lựa Phương Pháp Phá Tế Bào Phù Hợp Với Mục Tiêu Nghiên Cứu

Việc lựa chọn phương pháp phá tế bào phù hợp phụ thuộc vào mục tiêu nghiên cứu. Nếu mục tiêu là thu được enzyme có hoạt tính cao nhất, phương pháp kết hợp lysozyme với siêu âm có thể là lựa chọn tốt nhất. Nếu mục tiêu là giảm chi phí, phương pháp sử dụng sóng siêu âm đơn thuần có thể là lựa chọn phù hợp hơn. Cần cân nhắc kỹ lưỡng các yếu tố như hiệu quả giải phóng enzyme, hoạt tính enzyme, chi phí và thời gian xử lý để đưa ra quyết định cuối cùng.

VII. Kết Luận và Hướng Nghiên Cứu β galactosidase Tương Lai 55

Nghiên cứu đã thành công trong việc tối ưu hóa các phương pháp phá tế bào Lactobacillus acidophilus để giải phóng enzyme β-galactosidase. Phương pháp kết hợp lysozyme và siêu âm cho hiệu quả cao nhất. Hướng nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc tìm kiếm các phương pháp phá tế bào mới, tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường hơn. Ngoài ra, cần nghiên cứu sâu hơn về ứng dụng của β-galactosidase trong các lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong sản xuất thực phẩm chức năng và dược phẩm.

7.1. Tóm Tắt Kết Quả Chính và Ý Nghĩa Của Nghiên Cứu

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc kết hợp lysozyme và sóng siêu âm là một phương pháp hiệu quả để phá tế bào Lactobacillus acidophilus và giải phóng enzyme β-galactosidase. Kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc sản xuất enzyme quy mô công nghiệp và ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau.

7.2. Đề Xuất Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Phá Tế Bào và Ứng Dụng

Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tìm kiếm các phương pháp phá tế bào mới, thân thiện với môi trường và tiết kiệm chi phí hơn. Đồng thời, cần nghiên cứu sâu hơn về các ứng dụng tiềm năng của β-galactosidase trong các lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong sản xuất thực phẩm chức năng, dược phẩm và xử lý chất thải.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. GIỚI THIỆU Trên thế giới, một lượng lớn dân số không có khả năng tiêu thụ lactose, dẫn đến việc họ không thể sử dụng những sản phẩm chứa lactose như sữa và những sản phẩm chế biến từ sữa (phô mai, yogurt, sữa chua…) (Bannan và cộng sự, 1996). Enzyme β-galactosidase xúc tác thủy phân lactose thành glucose và galactose tạo sản phẩm thích hợp cho những người không dung nạp lactose. Điều này không những mở ra tiềm năng trong sản xuất, tiêu thụ các sản phẩm từ sữa mà còn hỗ trợ những người này có thể sử dụng nguồn dinh dưỡng dồi dào trong sữa (protein, chất béo, vitamin và khoáng chất.

Bên cạnh đó, enzyme β-galactosidase còn có hoạt tính chuyển galactosyl giúp tổng hợp các galacto- oligosaccharide (GOS) - một prebiotic rất có lợi cho sức khỏe (Gosling và cộng sự, 2010). Ngoài ra, enzyme này còn có vai trò trong cải thiện các đặc tính kỹ thuật của thực phẩm, giúp mở rộng khả năng tận dụng nguồn whey góp phần giải quyết vấn đề về ô nhiễm môi trường. Trong số các vi sinh vật sản xuất β-galactosidase thì vi khuẩn lactic là nguồn cung cấp tiềm năng đáng được quan tâm vì điều kiện lên men dễ dàng, hoạt tính enzyme cao, ổn định và đặc biệt là tính an toàn (Vasiljevic và Jelen, 2001). - galactosidase từ vi khuẩn lactic có vai trò rất quan trọng trong ngành chế biến sữa và sản xuất phomai (Adam và cộng sự , 2004).

Mặc dù vậy, enzyme từ nguồn này vẫn chưa nhận được nhiều sự quan tâm về mặt khoa học. acidophilus là một trong những vi khuẩn lactic có hoạt tính β-galactosidase cao nhất (Klaenhammer và cộng sự, 2008). Tuy nhiên, enzyme này ở L. acidophilus là enzyme nội bào, nhạy cảm với các tác động môi trường nên quá trình xử lý phá vỡ tế bào để thu nhận enzyme một cách hiệu quả là yếu tố vô cùng quan trọng.

Nghiên cứu của chúng tôi tập trung vào việc tìm ra phương pháp và các thông số xử lý tế bào L. acidophilus nhằm thu nhận β-galactosidase một cách hiệu quả nhất. Định nghĩa -galactosidase (-D-galactoside galactohydrolase, EC 3.23) thường được gọi là lactase nhờ khả năng thủy phân lactose thành các đường đơn galactose và glucose (Panesar và cộng sự, 2006). -galactosidase ngoài thủy phân lactose còn xúc tác các phản ứng chuyển nhóm galactosyl tạo thành các GOS.

Ngoài ra, enzyme này cũng liên quan đến sự chuyển hóa của các galactoside phức hợp (glycoprotein và glycolipid) (Panesar và cộng sự, 2006). Sự thủy phân lactose bằng -galactosidase (Raymond và cộng sự, 2003) 2. Cơ chế hoạt động Enzyme β-galactosidase xúc tác thủy phân tại vị trí galactosyl của β-D- galactopyranoside liên kết với các aglycon (Matthews, 2005). Đầu tiên, Glu 537 ái nhân của enzyme sẽ hình thành liên kết cộng hóa trị α-D- galactosyl với cơ chất dưới sự hỗ trợ của acid, Glu 461 hay Mg2+, đồng thời liên kết glycoside trong cơ chất bị phân giải.

Sau đó, một liên kết được hình thành giữa nhóm galactosyl và enzyme, chuyển nhóm galactosyl đến một chất nhận có khả năng cho điện tử (hình 2. Kết quả phản ứng tùy thuộc vào chất nhận galactosyl. Nếu chất nhận galactosyl là nước (R2 = H) thì sản phẩm sẽ là galactose. Nếu chất nhận galactosyl là saccharide (R2 = glucose, galactose, lactose) thì xảy ra sự chuyển vị galactosyl và tổng hợp GOS (Gosling và cộng sự, 2010).

Cơ chế hoạt động của β-galactosidase trên galactoside (Gosling và cộng sự, 2010) Sự hình thành GOS tăng khi nồng độ lactose cao hoặc giảm nồng độ nước. Sản xuất GOS đạt hiệu suất từ 2 - 32 % khi nồng độ lactose ban đầu từ 14 - 40 %(w/v). Do đó, khi sử dụng β-galactosidase thủy phân lactose trong những sản phẩm có nồng độ lactose ban đầu thấp như sữa và whey thì β-galactosidase không thể hiện hoạt tính chuyển galactosyl (Valero, 2009). Ứng dụng Enzyme -galactosidase có ứng dụng rất quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp thực phẩm, sinh học cũng như trong kỹ thuật và môi trường (Jurado và cộng sự, 2002).

Loại trừ lactose giúp người không dung nạp lactose Trong sữa và các sản phẩm từ sữa có chứa một lượng lớn lactose. Lượng lactose chiếm 4.5 - 5 % trong sữa bò, hơn một phần ba lượng chất khô trong sữa; xấp xỉ 20 % trong ice cream và 72 % trong chất khô của whey. Disaccharide này hình thành nên các chức năng sinh học quan trọng như thúc đẩy sự phát triển của các vi khuẩn đường ruột và cung cấp galactose, một thành phần dinh dưỡng cần thiết giúp hình thành các GOS và các galactolipid trong não (Maldonado và cộng sự, 1998). Lactose không thể được hấp thu trực tiếp mà phải qua quá trình thủy phân thành các monosaccharise bằng enzyme -galactosidase trong ruột.

Một lượng lớn dân số 13 (khoảng 75 %) không thể tiêu hóa lactose vì thiếu gen mã hóa enzyme này (Bannan và cộng sự, 1996). Đối với những người thiếu enzyme -galactosidase, khi đưa một lượng lớn lactose vào ruột có thể gây ra các triệu chứng như: đầy hơi, đau bụng, chuột rút và tiêu chảy (tình trạng lâm sàng được gọi là không dung nạp lactose) (Ruch, 2004). Tình trạng không dung nạp lactose ở người có thể giải quyết bằng nhiều cách: thủy phân trước lactose trong sữa và các sản phẩm từ sữa bằng cách sử dụng enzyme β-galactosidase hoặc điều chế enzyme β-galactosidase thành dạng viên và ăn vào trực tiếp trước khi sử dụng các sản phẩm sữa (Eisenhardt và cộng sự, 2003). Sử dụng enzyme β-galactosidase thủy phân lactose để sản xuất các sản phẩm sữa nghèo lactose sẽ hỗ trợ cho những người không dung nạp lactose có thể sử dụng nguồn dinh dưỡng dồi dào trong sữa (protein, chất béo, vitamin và khoáng chất) và giúp tăng sản lượng sữa tiêu thụ.

Hình thành GOS GOS được hình thành đồng thời trong quá trình thủy phân lactose do hoạt tính chuyển galactosyl của enzyme β-galactosidase (Rabiu và cộng sự, 2001). Những oligosaccharide như GOS có nhiều tác động tích cực đối với sức khỏe con người (Urgell và cộng sự, 2001). GOS thuộc nhóm prebiotic - thực phẩm có khả năng hỗ trợ sự phát triển của các probiotic - hệ vi sinh đường ruột có lợi cho sức khỏe con người (Bifidobacterium sp. và Lactobacillus sp).

Các oligosaccharide thường có vai trò hỗ trợ hoạt động trao đổi chất của tất cả các vi khuẩn đường ruột, tuy nhiên GOS lại chọn lọc cho vi khuẩn probiotic có tính acid. Cải thiện đặc tính kỹ thuật và cảm quan của thực phẩm Đối với sản phẩm sữa không lên men Trong ice-cream, whey và sữa cô đặc nếu hàm lượng lactose cao có thể dẫn đến sự hình thành tinh thể, gây nên cấu trúc bột, cát trong sản phẩm. Sử dụng enzyme β- galactosidase trong quá trình sản xuất những sản phẩm trên có thể làm giảm nồng độ lactose đến giá trị thích hợp, vì vậy giúp cải thiện một số đặc tính kỹ thuật và cảm quan của sản phẩm: sản phẩm mềm, mịn hơn, tiêu hóa dễ dàng hơn… (Zadow và cộng sự, 1993). 14 Đối với sản phẩm lên men từ sữa Sản xuất yogurt từ nguyên liệu sữa đã thủy phân lactose sẽ giảm được thời gian lên men nhờ sự gia tăng tốc độ sản sinh acid, vị acid cũng được cải thiện nhờ tác động của glucose và galactose, nhờ vậy sản phẩm yogurt phù hợp hơn với người tiêu dùng.

Ngoài ra, glucose và galactose còn giúp tăng vị ngọt đáng kể cho sản phẩm, do đó có thể giảm lượng chất ngọt bổ sung trong yogurt, giúp giảm năng lượng của sản phẩm (Rabiu và cộng sự, 2001). Tương tự, trong sản xuất phô mai, khi sử dụng nguyên liệu sữa đã thủy phân lactose sẽ giảm được thời gian lên men và khối đông ít bị vỡ hơn. Xử lý whey Whey là sản phẩm phụ được tạo ra trong quá trình sản xuất phô mai, thành phần chính của whey là lactose (44 - 52 g/l), ngoài ra còn có protein (6 - 8 g/l) và khoáng chất (4. Một phần whey được xử lý siêu lọc để sản xuất whey protein concentrate (WPI).

Tuy nhiên, vẫn còn một lượng lớn whey bị thải bỏ và điều này gây ra các vấn đề về môi trường. Hơn 90 % nguyên nhân làm chỉ số sinh học (BOD) tăng cao được xác định là do lactose (Khider và cộng sự, 2004). Để xử lý vấn đề lactose trong whey, giải pháp được đưa ra là sử dụng các vi sinh vật thủy phân lactose. Tuy nhiên, lượng vi sinh vật có thể trực tiếp sử dụng lactose như nguồn carbon thấp hơn so với lượng vi sinh vật có khả năng chuyển hóa trực tiếp glucose và galactose.

Do đó, quá trình thủy phân sơ bộ lactose bằng β-galactosidase sẽ giúp tăng hiệu quả quá trình xử lý và có thể thu được các sản phẩm là các chế phẩm sinh học (lactate, acetate, ethanol, buthanediol.), các biopolymer và sinh khối ứng dụng vào các ngành công nghiệp khác (Coté và cộng sự, 2004). Ngoài ra, whey sau khi được xử lý enzyme còn có thể được sử dụng để sản xuất syrup và các GOS (Novalin và cộng sự, 2005). Nguồn thu nhận β-galactosidase β-galactosidase được phân bố rộng rãi trong tự nhiên theo các vai trò chức năng của nó như vai trò trong tiêu hóa, thoái hóa lysosomal, vai trò trong quá trình dị hóa. Tuy nhiên, β-galactosidase được tìm thấy phổ biến ở thực vật, ruột động vật có 15 vú và đặc biệt ở các vi sinh vật như nấm mốc, nấm men và vi khuẩn (Raymond và cộng sự, 2003).

β-galactosidase từ động, thực vật β-galactosidase từ thực vật là các glycosidase, tham gia nhiều chức năng quan trọng trong sự nảy mầm và sự chín của trái bằng cách thủy phân từng bậc các polymer chứa galactose tại đầu không khử (Brummel và Harpster, 2001). Hợp chất bị thủy phân có thể là arabinogalactan - một polymer của arabinose và galactose, thành phần giúp làm cứng thành tế bào thực vật. β-galactosidase acid từ thực vật có thể được thu nhận từ nhiều nguồn như táo, hồng vàng (Diospyros caci), lúa mạch, lúa mì, cà chua. Ở động vật, β-galactosidase có vị trí tại các vi nhung mao của tế bào nhầy trong ruột, đặc biệt là trong ruột các động vật mới sinh (Raymond và cộng sự, 2003).

β-galactosidase từ vi sinh vật β-galactosidase ở vi khuẩn và nấm men là enzyme nội bào, ở nấm mốc có thể là nội bào hoặc ngoại bào. β-galactosidase thu nhận từ các nguồn khác nhau sẽ có đặc tính và cấu trúc riêng (về trọng lượng phân tử, chiều dài chuỗi amino acid, vị trí trung tâm hoạt động, pH và nhiệt độ hoạt động tối ưu. a- β-galactosidase từ nấm mốc β-galactosidase từ nấm mốc có pH hoạt động trong khoảng acid (pH tối ưu từ 3 - 5), thường được sử dụng để thủy phân whey chua. β-galactosidase từ nấm mốc là enzyme chịu nhiệt, nhiệt độ hoạt động tối ưu khoảng 55 - 60 °C.

Sự kết hợp của pH thấp và nhiệt độ cao sẽ có tác dụng ức chế sự phát triển của các vi sinh vật không mong muốn.