I. Giới thiệu
Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu điều kiện nuôi cấy Aspergillus oryzae trên môi trường bán rắn để thu được enzym lactase với hoạt tính cao nhất. Aspergillus oryzae là một loại nấm mốc có khả năng sản xuất lactase, một enzym quan trọng trong việc thủy phân lactose thành glucose và galactose. Việc tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy là cần thiết để nâng cao hiệu suất sản xuất enzym, từ đó phục vụ cho các ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm. Theo các nghiên cứu trước đây, việc sử dụng môi trường nuôi cấy bán rắn có thể cải thiện đáng kể khả năng sinh enzym của nấm. Do đó, mục tiêu chính của nghiên cứu này là xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất lactase và tìm ra điều kiện tối ưu cho sự phát triển của Aspergillus oryzae.
1.1. Tầm quan trọng của lactase
Lactase đóng vai trò quan trọng trong việc tiêu hóa lactose, một loại đường chính có trong sữa. Theo thống kê, khoảng 75% dân số toàn cầu không có khả năng tiêu hóa lactose, dẫn đến các vấn đề về tiêu hóa như tiêu chảy. Do đó, việc sản xuất enzym lactase từ Aspergillus oryzae không chỉ có ý nghĩa trong việc cung cấp sản phẩm sữa tiêu hóa dễ dàng hơn mà còn góp phần vào việc sản xuất galacto-oligosaccharides (GOS), một loại prebiotic có lợi cho sức khỏe. Nghiên cứu này sẽ khảo sát khả năng sản xuất lactase của nhiều chủng nấm khác nhau và tìm ra chủng có khả năng sinh enzym cao nhất.
II. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu này sử dụng phương pháp lên men bán rắn để tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy Aspergillus oryzae. Các yếu tố được khảo sát bao gồm hàm lượng lactose, nguồn cung cấp nitơ, pH và độ ẩm của môi trường nuôi cấy. Phương pháp phân tích hồi quy (Response Surface Methodology - RSM) được áp dụng để xác định các điều kiện tối ưu cho quá trình sinh tổng hợp lactase. Qua các thí nghiệm, các thông số như tỉ lệ cám và trấu, nguồn nitơ từ amoni sulfat đã được tối ưu hóa để đạt được hoạt tính enzym cao nhất. Kết quả cho thấy, điều kiện nuôi cấy tối ưu là hàm lượng lactose 13,3%, (NH4)2SO4 1,7%, pH 5,94, độ ẩm 61,04% và tỷ lệ giống 1,05%. Những điều kiện này đã cho hoạt tính enzym đạt cực đại là 4,120 U/g.
2.1. Thiết kế thí nghiệm
Thí nghiệm được thực hiện theo mô hình Central Composite Design (CCD) để khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến khả năng sinh lactase của Aspergillus oryzae. Mỗi yếu tố được điều chỉnh ở nhiều mức độ khác nhau nhằm xác định mối quan hệ giữa các yếu tố và hoạt tính enzym. Kết quả thu được sẽ giúp xác định các điều kiện tối ưu cho quá trình sản xuất enzym, từ đó tăng cường hiệu suất sản xuất trong các ứng dụng thực tiễn.
III. Kết quả và thảo luận
Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng chủng Aspergillus oryzae BKO có khả năng sinh lactase cao nhất trong số các chủng được khảo sát. Thời điểm thu enzym tối ưu được xác định là 5 ngày sau khi nuôi cấy. Phân tích định lượng sản phẩm GOS cho thấy, hàm lượng lactose trong sản phẩm đạt 22,5%, galactose 15,4% và galactotetraose 0,8%. Hiệu suất chuyển hóa lactose thành các đường đơn và oligosaccharide đạt hơn 60%. Những kết quả này khẳng định tiềm năng của Aspergillus oryzae trong việc sản xuất lactase và GOS, mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các sản phẩm thực phẩm chức năng và hỗ trợ tiêu hóa.
3.1. Ứng dụng thực tiễn
Việc tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy Aspergillus oryzae không chỉ có ý nghĩa trong nghiên cứu mà còn có ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm. Sản phẩm lactase có thể được sử dụng để sản xuất các sản phẩm sữa không chứa lactose, giúp người tiêu dùng có thể thưởng thức sản phẩm mà không gặp phải các vấn đề về tiêu hóa. Hơn nữa, GOS được sản xuất từ quá trình này có thể được sử dụng như một loại prebiotic, giúp cải thiện sức khỏe đường ruột. Nghiên cứu này cũng mở ra cơ hội cho việc thương mại hóa sản phẩm enzym trong nước, góp phần nâng cao giá trị sản phẩm nông nghiệp và đáp ứng nhu cầu tiêu dùng ngày càng cao.
