Tiểu luận công nghệ enzyme

TiỂU LuẬN

ứng dụng enzym beta-galactosidase thủy phân đường lactose


GVHD: TS. Đỗ Biên Cương
SVTH: Nguyễn Thị Hiền - 20086158
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CN SINH HỌC & CN THỰC PHẨM

NỘI DUNG
ENZYM BETA-GALACTOSIDASE
Enzym β-Galactosidase được thu từ L.reuteri L103,
ly tâm để phá vỡ tế bào
tinh sạch bằng tương tác kỵ nước và sắc ký ái lực.
β-Galactosidase là enzym thủy phân tác dụng lên nhóm O-glucosyl của lactose.

ĐƯỜNG LACTOSE VÀ BẤT DUNG NẠP ĐƯỜNG LACTOSE
Lactose là dạng đường chủ yếu có trong sữa và các sản phẩm từ sữa và được tiêu hóa trong ruột nhờ sự trợ giúp của men gọi là lactase (Beta-galactosidase)
Nếu không có hoặc thiếu hụt men này cơ thể sẽ không dung nạp được lactose, dẫn đến tình trạng đường lactose (không được hấp thu) bị lên men và gây ra một loạt các triệu chứng khó chịu như đầy bụng, buồn nôn, đau bụng, tiêu chảy...
ĐƯỜNG LACTOSE VÀ BẤT DUNG NẠP ĐƯỜNG LACTOSE
Khoảng 25% người Mỹ bị chứng không hợp với Lactose (Lactose intolerance)
Khoảng 75% người trên toàn thế giới bị chứng này. Trong đó, có khoảng 15% người da trắng, 45% người Eskimo, 81% người da đen, và 100% người Á Ðông. Và trong số này, có 46% người mắc chứng này từ 50 tuổi trở lên, trong khi chỉ có 25% người ở dưới 50 tuổi.
Không có sự khác biệt về giới tính của chứng này, và nếu bố mẹ đều bị chứng này, thì chắc chắc con cái sẽ bị.
XỬ LÝ VÀ PHÒNG NGỪA
Tới các cơ sở y tế khám để được chẩn trị và tư vấn
Không ăn thức ăn gây bất dung nạp nhưng cũng không nên kiêng cữ quá kỹ nhiều lọai thực phẩm sẽ làm cho cơ thể mất cân bằng các chất dinh dưỡng.
Sử dụng các thực phẩm thay thế
Đối với các trường hợp bị dị ứng sữa bò có khả năng hết dị ứng tới 80% khi trẻ được 1 tuổi và khỏi hẳn khi trẻ được 3 tuổi. Đối với người lớn và trẻ lớn có thể khỏi hẳn sau 1 - 2 năm kiêng không ăn lại các thực phẩm gây dị ứng.
Khi dị ứng với protein sữa bò thì không dùng hoặc hạn chế sử dụng một số các chế phẩm từ sữa. 
Nếu ngưng uống sữa một thời gian và khi uống sữa trở lại thì nên uống ít một để cho cơ thể thích nghi dần với sữa. 
Nên sử dụng sữa đậu nành hoặc sữa đã được thủy phân một phần thành polypeptides hoặc thủy phân hoàn toàn thành acid amin.
PREBIOTIC
Prebiotic là nguồn thức ăn cho probiotic (vi sinh vật sống hữu ích trong đường ruột vật chủ). Nhờ có prebiotic mà vi sinh hữu ích có điều kiện phát triển mạnh mẽ hơn, do đó cải thiện hệ tiêu hóa cho vật chủ.
Prebiotic chủ yếu là oligosaccharides. Các prebiotic được nghiên cứu nhiều nhất là Inulin/Fructo-oligosaccharides (FOS) và Galacto-oligosaccharides (GOS).
Galacto-oligosaccharides
GOS: là một prebiotic có nguồn gốc từ động vật. GOS được chiết xuất từ lactose có trong sữa bò, dê… Cấu trúc hóa học của GOS bao gồm galactose và glucose liên kết với nhau.
CON ĐƯỜNG CHUNG ĐỂ THỦY PHÂN ĐƯỜNG LACTOSE
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ THIẾT BỊ
1. Bể làm mát
2. Thùng chứa cơ chất
3. Bơm nhu động (peristaltic pump) (thể tích tối thiểu 50 mL/min)
4. Bể nước (37 ÷1°C)
5. Thùng phản ứng sinh học
6. Màng lọc tiếp tuyến (crossflow membrane)
7. Bơm pittong
8. Thùng chứa sản phẩm
10. Van lấy mẫu
SẢN XUẤT GOS GIÁN ĐOẠN
Enzym: 13 UoNPG/mL
Nhiệt độ: 370C
60mM lactose hòa tan trong 50mM đệm Na3PO4 (pH 6.0) chứa 1mM MgCl2, lắc 300 rpm
SẢN XUẤT GOS LIÊN TỤC
Nồng độ Enzym: 30 - 45 UoNPG/ml tinh khiết
Nhiệt độ phản ứng: 37°C
Enzym phản ứng với cơ chất lần lượt 135, 300, or 600 mM lactose, lactose hòa tan trong 50mM đệm Na3PO4 (pH 6.0) chứa 1mM MgCl2 và 0.05% NaN3 (sodium azide)
Cơ chất được bơm liên tục bằng bơm pittong với tốc độ 6 - 48ml/h.
Bơm (3) điều chỉnh với tốc độ thấp nhất là 50ml/phút

KẾT QUẢ
SẢN XUẤT GOS GIÁN ĐOẠN
Dưới các điều kiện và khi 80% lactose chuyển hóa, 36% GOS tạo thành, monosaccharides và đường lactose không chuyển hóa 64% tổng lượng đường.
Sản phẩm chính của quá trình chuyển galactose bằng enzym β-Galactosidase từ vi khuẩn L.reuteri:
β-D-Galp-(1->6)-D-Glc (allolactose),
β-D-Galp-(1->6)-D-Gal,
β-D-Galp-(1->3)-D-Glc,
β-D-Galp-(1->3)-D-Gal,
β-D-Galp-(1->6)-Lac,
β-D-Galp-(1 ->3)-Lac.
KẾT QUẢ
SẢN XUẤT GOS LIÊN TỤC
- Thủy phân 50% lactose tạo thành 10, 19 và 24% GOS tương ứng khi sử dụng 135, 300, 600 mM đường lactose như là cơ chất.
- Kết quả thử nghiệm 6 ngày sử dụng 600mM dung dịch lactose:
Chuyển lactose liên tục trong CSTR tại 370C
Enzym sử dụng 28UoNPG/mL và 600mM lactose trong 50mM đệm Na3PO4 (pH 6.0) +1mM MgCl2 + 0.05% NaN3 (sodium azide)
SỰ CHUYỂN HÓA LACTOSE VÀ GOS TẠO THÀNH
Hình tam giác là lượng lactose chuyển hóa (%)
Hình tròn lượng GOS tạo thành (g/l.h)
Dung dịch cơ chất: 600 mM lactose trong 50 mM đệm Na3PO4 (pH 6.0) + 1mM MgCl2 + 0.05% NaN3(sodium azide)
ẢNH HƯỞNG CỦA ENZYM TỚI SỐ LƯỢNG GOS VÀ SẢN PHẨM KHÁC
Tròn là lượng GOS tạo ra trong thiết bị phản ứng liên tục
Tam giác là lượng GOS tạo ra trong phản ứng kiểu gián đoạn
So sánh tỷ lệ D-glucose và D-galactose ra trong thiết bị phản ứng liên tục (tròn)
và phản ứng kiểu gián đoạn(tam giác)


ẢNH HƯỞNG CỦA ENZYM TỚI SỐ LƯỢNG GOS VÀ SẢN PHẨM KHÁC
Sản lượng disaccharides (tam giác), trisaccharides (vuông), và tetrasaccharides (thoi) trong CSTR (nét đậm) và trong phản ứng kiểu gián đoạn - batchwise reaction (chấm gạch)
Quan sát tỷ lệ các phân tử disaccharides khác trong CSTR (tròn), phản ứng kiểu gián đoạn - batchwise reaction (tam giác)
NHẬN XÉT
1. Yếu tố nồng độ lactose
Khi tăng nồng độ lactose lượng GOS tổng hợp tăng. Và khi nồng độ GOS đạt đến giới hạn tối đa, lượng GOS tạo thành không tăng.
2. Yếu tố nhiệt độ
Cần lựa chọn nhiệt độ thích hợp để enzyme hoạt động tốt. Nhiệt độ quá cao hay quá thấp đều ảnh hưởng không tốt đến hoạt tính enzym dẫn đến ảnh hưởng đến lượng GOS tạo thành.
3. Yếu tố pH
Lựa chọn pH tối thích đối với hoạt động của enzyme. Khi lựa chọn pH cần quan
tâm đến cả nhiệt độ.
4. Yếu tố nồng độ enzym
Khi tăng nồng độ enzym GOS tổng hợp tăng. Tùy vào nồng độ cơ chất chọn nồng
độ enzym cho thích hợp.
5. Ảnh hưởng của nồng độ glucose và nồng độ galactose
Sự có mặt của các đường đơn ảnh hưởng không tốt đến quá trình hình thành GOS,
làm giảm sản lượng GOS.
Ảnh hưởng của thời gian
Ở thời điểm ban đầu, lượng GOS tạo thành chậm và tốc độ tăng nhanh. Sau đó, lượng GOS tạo thành là cực đại. Cuối cùng, GOS giảm dần theo thời gian ở giai đoạn sau.
KẾT LUẬN
Enzym beta-galactosidase là enzym thủy phân đường lactose tạo thành galacto, glucose, GOS,…
Enzym này tạo ra bước phát triển mới trong công nghệ sữa chứa đường lactose
Đường GOS là sản phẩm prebiotic có lợi cho sức khỏe con người nên việc sản xuất và ứng dụng nó trong công nghiệp thực phẩm là rất quan trọng và cần thiết.
Tài liệu tham khảo
BARBARA SPLECHTNA, THU-HA NGUYEN,AND DIETMAR HALTRICH, Comparison between Discontinuous and Continuous Lactose….
BARBARA SPLECHTNA, THU-HA NGUYEN, MARLENE STEINBOCK, KLAUS D. KULBE, WERNER LORENZ, AND DIETMAR HALTRICH, Production of Prebiotic Galacto-Oligosaccharides from Lactose…
Đặng Thị Thu, Nguyễn Văn Cách, Bùi Thị Hải Hòa, Tuyển chọn và nghiên cứu điều kiện lên men sinh tổng hợp β-Galactosidase …
Em xin cảm ơn thầy và các bạn đã chú ý lắng nghe!