I. Tổng Quan Nghiên Cứu Enzyme Saccharase Mục Tiêu
Trong hai thập kỷ qua, việc sử dụng Enzyme ngày càng phổ biến và hiệu quả trong nhiều lĩnh vực, từ hóa sinh, y học đến các ngành sản xuất công nghiệp. Sự ra đời của ngành công nghiệp sản xuất chế phẩm Enzyme giúp giải quyết các yêu cầu cấp bách của thực tiễn sản xuất, ví dụ như tìm kiếm giải pháp hiệu quả và hợp lý nhất để rũ hồ vải, sản xuất rượu, bia, bánh mì. Do đó, một khối lượng lớn chế phẩm Enzyme đã được sản xuất tại nhiều nước phát triển. Hiện nay, Enzyme trở thành ngành khoa học mũi nhọn, phát triển với tốc độ rất nhanh vì những tính chất ưu việt mà không một loại chất xúc tác nào có được. Hàng năm trên thế giới có hàng chục công trình nghiên cứu về Enzyme, về cơ chế tác dụng, phương pháp tách chiết, tinh chế Enzyme, tạo điều kiện nâng cao năng suất sản xuất một khối lượng lớn Enzyme có chất lượng cao. Luận văn này tập trung vào một số nghiên cứu về Enzyme Saccharase có trong tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae. Các nội dung chính của luận văn này là: Nghiên cứu sự thu nhận Enzyme Saccharase từ nấm men Saccharomyces cerevisiae với các tác nhân tủa khác nhau; Nghiên cứu một số đặc tính sinh hóa của Enzyme Saccharase; Nghiên cứu quá trình thủy phân của Enzyme Saccharase trên một số cơ chất khác nhau.
1.1. Tầm Quan Trọng Của Enzyme Saccharase Trong Công Nghiệp
Enzyme đóng vai trò quan trọng trong nhiều quy trình công nghiệp, đặc biệt là Enzyme Saccharase. Sự ra đời và phát triển của ngành công nghiệp sản xuất Enzyme đã mang lại nhiều giải pháp hiệu quả trong sản xuất. Do đó, việc nghiên cứu và ứng dụng các Enzyme ngày càng được chú trọng để nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm. Các chế phẩm Enzyme ngày càng chứng minh vai trò không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực sản xuất.
1.2. Giới Thiệu Về Nấm Men Saccharomyces Cerevisiae
Nấm men Saccharomyces cerevisiae là một loại vi sinh vật quen thuộc, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thực phẩm và đồ uống. Bên cạnh đó, Saccharomyces cerevisiae cũng là một nguồn cung cấp Enzyme quan trọng, đặc biệt là Enzyme Saccharase. Nghiên cứu về Saccharomyces cerevisiae mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng trong công nghiệp và đời sống.
II. Cách Nấm Men Tạo Enzyme Saccharase Tổng Quan Quy Trình
Trước thế kỷ 17, con người hoàn toàn không biết gì về Enzyme, nhưng tới thế kỷ 17 đã có khái niệm về sự lên men. Tuy nhiên, đến đầu và nửa thế kỷ 19, con người đã có những hiểu biết nhiều hơn về Enzyme. Từ việc ban đầu chỉ tách được các chất gây ra hiện tượng lên men, về sau người ta đã biết dùng phương pháp hấp thụ chọn lọc để tinh chế Enzyme, xác định tính đặc hiệu của Enzyme, xác định ảnh hưởng của pH đến hoạt động của Enzyme. Từ năm 1922 trở về sau, có nhiều công trình nghiên cứu tách Enzyme ở dạng tinh khiết và nghiên cứu bản chất hóa học của chúng. Năm 1926, lần đầu tiên Sumner tách được Enzyme ở dạng tinh thể (urease). Công trình này đã mở đầu cho một giai đoạn mới trong lịch sử nghiên cứu Enzyme. Từ đó trở đi, sự nghiên cứu Enzyme và các chất xúc tác của chúng đã chính thức bước vào giai đoạn thực nghiệm hóa học chính xác.
2.1. Sự Phát Triển Của Nghiên Cứu Enzyme Saccharase
Nghiên cứu về Enzyme Saccharase từ nấm men Saccharomyces cerevisiae đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển. Các công trình nghiên cứu ban đầu tập trung vào việc tách chiết và xác định đặc tính của Enzyme Saccharase. Sau đó, các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu về cơ chế hoạt động, ứng dụng và tối ưu hóa quy trình sản xuất Enzyme Saccharase.
2.2. Định Nghĩa Và Bản Chất Của Enzyme
Enzyme là chất xúc tác sinh học có bản chất là protein. Enzyme chiếm tới 80 – 90% thành phần protein của tế bào vi sinh vật. Enzyme có tác dụng tham gia xúc tác các đặc hiệu cho các phản ứng hóa học nhất định trong cơ thể và bên ngoài tế bào của sinh vật. Enzyme được cấu tạo từ các L- α - axitamin liên kết nhau bằng liên kết peptit.
2.3. Thành Phần Hóa Học Của Enzyme Saccharase
Các nghiên cứu cho thấy enzym được chia thành hai loại: enzym một thành phần và enzym hai thành phần. Enzyme một thành phần có cấu tạo từ protein, còn enzym hai thành phần có cấu tạo từ protein và một phần phi protein gọi là nhóm ngoại. Nhóm ngoại có thể là các dẫn xuất của vitamin, các kim loại, nucleotide, v.v.
III. Phương Pháp Thu Nhận Enzyme Saccharase Tối Ưu Hóa
Trong quá trình xúc tác, chỉ có một phần rất nhỏ của phân tử Enzyme tham gia kết hợp đặc hiệu với cơ chất, phần này được gọi là trung tâm hoạt động của Enzyme. Ở các Enzyme một cấu tử, trung tâm hoạt động thường bao gồm một tổ hợp các nhóm định chức của axitamin không tham gia tạo thành trục chính của sợi polypeptit. Nhờ có liên kết bậc 3,4, các nhóm này tuy nằm cách xa nhau trong mạch polypeptit nhưng do xoắn cuộn mà được gần nhau. Ở các Enzyme hai cấu tử’, ngoài một số nhóm chức của axit amin còn có nhóm ngoại tham gia trung tâm hoạt động Enzyme.
3.1. Các Phương Pháp Tủa Enzyme Saccharase
Nhiều phương pháp có thể được sử dụng để tủa Enzyme Saccharase, chẳng hạn như sử dụng các chất hữu cơ như cồn hoặc aceton, hoặc sử dụng muối amoni sulfat hoặc polyethylen glycol (PEG). Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chi phí, hiệu quả và độ tinh khiết của sản phẩm.
3.2. Trung Tâm Hoạt Động Của Enzyme Saccharase
Trung tâm hoạt động của Enzyme Saccharase là vị trí quan trọng, nơi enzyme liên kết với cơ chất và xúc tác phản ứng thủy phân. Cấu trúc và chức năng của trung tâm hoạt động quyết định tính đặc hiệu và hiệu quả của Enzyme Saccharase.
IV. Khảo Sát Hoạt Tính Enzyme Saccharase Yếu Tố Ảnh Hưởng
Enzyme có thể tan trong nước, trong dung dịch muối loãng, trong dung môi hữu cơ có cực nhưng không hòa tan trong dung môi không cực. Giống như protein, Enzyme không bền dưới tác dụng của nhiệt độ, mất khả năng hoạt động dưới tác dụng của các tác nhân gây biến tính protein như acid hay kiềm mạnh, các muối kim loại nặng và Enzyme cũng có tính lưỡng cực. Enzyme không thẩm tích qua màng bán thấm. Về hình dạng, đa số Enzyme có dạng hình cầu. Trọng lượng phân tử lớn. Enzyme là chất xúc tác sinh học, có khả năng xúc tác rất lớn, nghĩa là chỉ cần một lượng rất nhỏ Enzyme đã làm tăng đáng kể vận tốc phản ứng, sau phản ứng chất xúc tác sẽ được hoàn lại với lượng và cấu tạo như ban đầu. Tuy nhiên, Enzyme có cường lực xúc tác mạnh hơn nhiều so với xúc tác thông thường.
4.1. Ảnh Hưởng Của Nhiệt Độ Đến Hoạt Tính Enzyme Saccharase
Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của Enzyme Saccharase. Enzyme chỉ hoạt động trong một khoảng nhiệt độ nhất định, thông thường từ 50-60 độ C. Khi nhiệt độ tăng quá cao, protein của Enzyme bắt đầu bị biến tính, dẫn đến giảm hoạt tính xúc tác.
4.2. Ảnh Hưởng Của pH Đến Hoạt Tính Enzyme Saccharase
pH môi trường cũng ảnh hưởng đến phản ứng Enzyme vì nó ảnh hưởng đến mức độ ion hóa cơ chất, Enzyme và ảnh hưởng đến độ bền protein Enzyme. Đa số Enzyme bền trong giới hạn pH giữa 5 và 9. Mỗi Enzyme có một giá trị pH mà tại đó vận tốc đạt cực đại, được gọi là pH tối ưu.
V. Ứng Dụng Enzyme Saccharase Thực Tiễn Và Tiềm Năng
Mỗi Enzyme chỉ có khả năng xúc tác cho sự chuyển hóa một hay một số chất nhất định theo một kiểu phản ứng nhất định. Sự tác dụng có tính lựa chọn cao này gọi là tính đặc hiệu hoặc tính chuyên hóa của Enzyme. Tính đặc hiệu cao của Enzyme là một trong những điểm khác biệt chủ yếu giữa Enzyme với các chất xúc tác khác. Người ta thường phân biệt các dạng đặc hiệu sau: Đặc hiệu kiểu phản ứng; Đặc hiệu cơ chất: cơ chất là chất có khả năng kết hợp vào trung tâm hoạt động của Enzyme và bị chuyển hóa dưới tác dụng của Enzyme; Mức độ đặc hiệu của Enzyme không giống nhau, người ta thường phân biệt thành các mức: Đặc hiệu tuyệt đối; Đặc hiệu tương đối; Đặc hiệu nhóm; Đặc hiệu quang học.
5.1. Ứng Dụng Trong Sản Xuất Thực Phẩm
Enzyme Saccharase có nhiều ứng dụng trong sản xuất thực phẩm, đặc biệt là trong sản xuất đường nghịch đảo, bánh kẹo và đồ uống. Enzyme Saccharase giúp thủy phân đường saccharose thành glucose và fructose, tạo ra các sản phẩm có vị ngọt và dễ tiêu hóa.
5.2. Ứng Dụng Trong Sản Xuất Ethanol Sinh Học
Enzyme Saccharase có tiềm năng ứng dụng trong công nghiệp sản xuất ethanol sinh học. Enzyme Saccharase giúp chuyển hóa đường saccharose từ các nguồn sinh khối thành glucose và fructose, là nguyên liệu để sản xuất ethanol bằng phương pháp lên men.
VI. Kết Luận Hướng Nghiên Cứu Enzyme Saccharase Tương Lai
Hiện nay, người ta đã biết đến hơn một nghìn Enzyme. Vì Enzyme có những tính chất ưu việt so với các chất xúc tác khác, mà khá nhiều Enzyme đã và đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như công nghiệp, y học, và đặc biệt là trong công nghiệp thực phẩm. Một số ứng dụng của một số Enzyme: Protease, Amylase, Lipase...
6.1. Tổng Kết Về Nghiên Cứu Enzyme Saccharase
Nghiên cứu về Enzyme Saccharase từ nấm men Saccharomyces cerevisiae đã mang lại nhiều kiến thức quan trọng về đặc tính, cơ chế hoạt động và ứng dụng của enzyme này. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình sản xuất và mở rộng ứng dụng của Enzyme Saccharase trong các lĩnh vực khác.
6.2. Hướng Nghiên Cứu Và Phát Triển Enzyme Saccharase
Hướng nghiên cứu và phát triển Enzyme Saccharase trong tương lai bao gồm: Nghiên cứu các chủng nấm men mới có khả năng sản xuất Enzyme Saccharase với hiệu suất cao hơn; Phát triển các phương pháp tinh sạch Enzyme Saccharase hiệu quả và tiết kiệm chi phí; Nghiên cứu các ứng dụng mới của Enzyme Saccharase trong các lĩnh vực khác nhau.
