Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu tạo gelatinase tái tổ hợp và ứng dụng trong thủy phân gelatin da cá tra

• Tác giả: Phạm Mỹ Dung
• Người hướng dẫn: Phạm Công Hoạt
• Trường học: Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Nghiên cứu tạo gelatinase tái tổ hợp và ứng dụng trong thủy phân gelatin da cá tra
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Cấu trúc và tính chất gelatin
• 1.2. Gelatin có nguồn gốc từ da cá
• 1.3. Đặc điểm, chức năng của gelatinase
• 1.4. Phân loại gelatinase
• 1.5. Cấu trúc và cơ chế hoạt động của gelatinase
• 1.6. Tính chất chung của gelatinase
• 1.7. Nguồn sản xuất gelatinase
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VỀ GELATINASE TÁI TỔ HỢP
• 2.1. Sản xuất gelatinase tái tổ hợp
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT VÀ ỨNG DỤNG GELATINASE TẠI VIỆT NAM
• 3.1. Nghiên cứu sản xuất gelatinase
• 3.2. Nghiên cứu ứng dụng gelatinase vào thủy phân da cá
• 4. CHƯƠNG 4: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 4.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU
• 4.2. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ
• 4.3. MÔI TRƯỜNG NUÔI CẤY
• 4.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 4.4.1. Phương pháp sàng lọc nguồn gen mã hóa gelatinase
• 4.4.2. Phương pháp tạo chủng tái tổ hợp
• 4.4.3. Phương pháp nghiên cứu điều kiện biểu hiện rGEL
• 4.4.4. Phương pháp thu hồi, tinh sạch và đặc tính của rGEL
• 4.4.5. Ứng dụng rGEL thủy phân gelatin da cá tra
• 4.4.6. Phương pháp thu thập và xử lý số liệu
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 5.1. SÀNG LỌC NGUỒN GEN MÃ HÓA GELATINASE
• 5.1.1. Tuyển chọn các chủng vi khuẩn sinh tổng hợp gelatinase cao
• 5.1.2. Đặc điểm sinh học, sinh lý, sinh hóa và định tên của chủng vi khuẩn lựa chọn
• 5.2. TẠO CHỦNG TÁI TỔ HỢP
• 5.2.1. Thiết kế mồi khuếch đại gen gelE mã hóa gelatinase từ chủng E. coli tái tổ hợp
• 5.2.2. Nhân dòng gen gelE mã hóa gelatinase
• 5.2.3. Giải trình tự và phân tích gen gelE
• 5.2.4. Thiết kế vector tái tổ hợp cho biểu hiện gen gelE trong E. coli tái tổ hợp mang gen gelE
• 5.3. ĐIỀU KIỆN BIỂU HIỆN rGEL
• 5.3.1. Ảnh hưởng của pH đến biểu hiện rGEL
• 5.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến biểu hiện rGEL
• 5.3.3. Ảnh hưởng của IPTG đến biểu hiện rGEL
• 5.3.4. Động thái quá trình lên men sinh tổng hợp gelE tái tổ hợp
• 5.4. THU HỒI, TINH SẠCH VÀ ĐẶC TÍNH CỦA rGEL
• 5.4.1. Thu hồi và tinh sạch rGEL
• 5.4.2. Đặc tính của gelatinase tái tổ hợp
• 5.5. ỨNG DỤNG rGEL THỦY PHÂN GELATIN DA CÁ TRA
• 5.5.1. Kết quả xác định các điều kiện thủy phân gelatin da cá Tra bằng rGEL
• 5.5.2. Đánh giá hiệu quả bổ sung chế phẩm axit amin vào thức ăn ương cá Mú chấm đen
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về gelatinase tái tổ hợp

Gelatinase tái tổ hợp là một enzyme quan trọng trong công nghệ sinh học, được sản xuất thông qua kỹ thuật di truyền. Enzyme này có khả năng thủy phân gelatin thành các peptide và axit amin, ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp thực phẩm, y tế và hóa chất. Gelatinase tự nhiên thường được chiết xuất từ các vi khuẩn như Staphylococcus, Pseudomonas, và Bacillus, nhưng các chủng này có thể gây hại cho con người và động vật. Do đó, việc sản xuất gelatinase tái tổ hợp từ các chủng vi khuẩn an toàn như Escherichia coli đã trở thành hướng nghiên cứu chính. Enzyme tái tổ hợp này không chỉ loại bỏ nguy cơ gây hại mà còn có hoạt tính cao hơn so với enzyme tự nhiên.

1.1. Cấu trúc và chức năng của gelatinase

Gelatinase thuộc nhóm metalloprotease, có cấu trúc gồm các domain chức năng như domain xúc tác và domain liên kết với kim loại. Enzyme này có khả năng phân hủy gelatin, collagen, và các protein khác thành các peptide nhỏ. Gelatinase đóng vai trò quan trọng trong quá trình tái tạo mô và chẩn đoán ung thư. Trong công nghiệp, gelatinase được sử dụng để thủy phân da cá tra thành các axit amin, tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế cao.

1.2. Nguồn sản xuất gelatinase tái tổ hợp

Gelatinase tái tổ hợp được sản xuất thông qua việc biểu hiện gen mã hóa enzyme trong các hệ thống tái tổ hợp như Escherichia coli. Quá trình này bao gồm việc nhân dòng gen, thiết kế vector biểu hiện, và tối ưu hóa điều kiện lên men. Công nghệ sinh học hiện đại cho phép sản xuất enzyme tái tổ hợp với hiệu suất cao và ổn định, đáp ứng nhu cầu sử dụng trong quy mô công nghiệp.

II. Ứng dụng thủy phân gelatin da cá tra

Thủy phân gelatin từ da cá tra là một ứng dụng quan trọng của gelatinase tái tổ hợp. Da cá tra là phụ phẩm phổ biến trong ngành chế biến thủy sản, chiếm khoảng 4-6% tổng lượng phụ phẩm. Việc sử dụng gelatinase tái tổ hợp để thủy phân gelatin da cá không chỉ tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế cao mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Quy trình thủy phân bao gồm các bước như xử lý nguyên liệu, tối ưu hóa điều kiện thủy phân, và thu hồi sản phẩm.

2.1. Quy trình thủy phân gelatin

Quy trình thủy phân gelatin bắt đầu với việc xử lý da cá tra để loại bỏ tạp chất và chuẩn bị nguyên liệu. Sau đó, gelatinase tái tổ hợp được sử dụng để thủy phân gelatin trong điều kiện nhiệt độ và pH tối ưu. Quá trình này tạo ra các peptide và axit amin, được thu hồi và tinh chế để sử dụng trong các sản phẩm thực phẩm hoặc thức ăn chăn nuôi. Công nghệ enzyme này mang lại hiệu quả cao và an toàn so với các phương pháp thủy phân hóa học.

2.2. Ứng dụng trong thức ăn chăn nuôi

Sản phẩm thủy phân từ gelatin da cá tra được sử dụng làm thức ăn bổ sung cho cá biển, đặc biệt là cá Mú chấm đen. Các axit amin thiết yếu trong sản phẩm thủy phân giúp cải thiện tốc độ tăng trưởng và sức khỏe của cá. Ứng dụng công nghệ sinh học trong sản xuất thức ăn chăn nuôi không chỉ nâng cao hiệu quả kinh tế mà còn góp phần phát triển bền vững ngành nuôi trồng thủy sản.

III. Kết quả và đánh giá

Nghiên cứu đã thành công trong việc tạo ra gelatinase tái tổ hợp từ chủng Escherichia coli BL21(DE3) và ứng dụng enzyme này trong thủy phân gelatin da cá tra. Kết quả cho thấy gelatinase tái tổ hợp có hoạt tính cao và ổn định, phù hợp cho sản xuất quy mô công nghiệp. Sản phẩm thủy phân từ da cá tra được sử dụng hiệu quả trong thức ăn chăn nuôi, góp phần nâng cao giá trị kinh tế của phụ phẩm thủy sản.

3.1. Hiệu quả kinh tế và môi trường

Việc ứng dụng gelatinase tái tổ hợp trong thủy phân gelatin da cá tra không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế cao mà còn góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Phụ phẩm từ ngành chế biến thủy sản được tận dụng triệt để, tạo ra các sản phẩm có giá trị gia tăng. Công nghệ sinh học đã chứng minh vai trò quan trọng trong việc phát triển bền vững ngành thủy sản.

3.2. Hướng phát triển trong tương lai

Nghiên cứu mở ra hướng phát triển mới trong việc sản xuất và ứng dụng gelatinase tái tổ hợp. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình sản xuất, mở rộng ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác, và phát triển các chủng vi khuẩn tái tổ hợp mới với hiệu suất cao hơn. Ứng dụng công nghệ sinh học sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết các thách thức về môi trường và kinh tế.