Các sản phẩm dùng cho người thường khá nghiêm ngặt, đòi hỏi tính an toàn và hiệu quả khi sử dụng. Các sản phẩm được chế biến hoặc phân giải bằng phương pháp hóa học (sử dụng các chất xúc tác chuyển hóa) thường khó kiểm soát, thường tạo ra nhiều dạng đồng phân, các sản phẩm phụ và tạp chất không mong muốn trong quy trình chế biến. Trong khi, quy trình kiểm nghiệm để kiểm soát chất lượng sản phẩm trong suốt quá trình chế biến chỉ ở mức hữu hạn, việc tinh chế sản phẩm tạo thành cũng gặp nhiều khó khăn.

Điểm đặc biệt là cơ thể người và động vật chỉ có thể sử dụng hoặc chuyển hóa được 1 hay 1 vài đồng phân cấu trúc của các chất. Điển hình là hầu hết các loài động vật chỉ sử dụng được D-glucose để chuyển hóa và cung cấp năng lượng cho cơ thể sống, L-glucose cơ thể không thể chuyển hóa được bởi không thể bị phosphoryl hóa bởi hexokinase trong quá trình đường glycolysis.

Trên thực tế, việc sử dụng enzyme để chuyển hóa và tổng hợp các chất thường hiệu quả hơn nhiều so với phương pháp hóa học, vì mỗi enzyme có trung tâm hoạt động (trung tâm xúc tác phản ứng) có cấu trúc không gian khác nhau nên phản ứng xúc tác rất đặc hiệu cho từng loại nhóm chức và vị trí không gian của các chất; do đó, sản phẩm tạo ra thường rất tinh khiết và rất ít các sản phẩm phụ tạo ra trong suốt quá trình phản ứng. Đồng thời, tốc độ phản ứng của enzyme diễn ra cũng rất nhanh và không yêu cầu điều kiện phản ứng khắc nghiệt.

Sản phẩm enzyme tinh khiết trên thị trường thường khá đắt tiền, nếu sử dụng các enzyme ở trạng thái tự do để xúc tác và chuyển hóa các chất thì sản phẩm tạo thành phải qua quá trình tinh chế, các enzyme thường khó có thể tái sử dụng được nên làm tăng giá thành trong chế biến. Tuy nhiên, nếu cố định enzyme trên các giá thể mang thì enzyme sau khi sử dụng có thể được tái sử dụng nhiều lần, việc tinh sạch sản phẩm sau phản ứng đơn giản hơn, ít có sản phẩm phụ trong phản ứng, làm giảm giá thành trong chế biến.

Enzyme α – amylase được cố định trên agar (A) và trên Ca -alginate (B)

Cố định enzyme α – amylase dùng trong thủy phân tinh bột để sản xuất nguyên liệu D - glucose tinh khiết đang là hướng được quan tâm nhiều do tạo được đường glucose có độ tinh khiết cao về đồng phân quang học. Đề tài: “Đánh giá hoạt tính enzyme alpha – amylase cố định trên các giá thể mang” được nhóm sinh viên Nguyễn Tuấn Kiệt và Nguyễn Trung Tín trường Đại học Nguyễn Tất Thành thực hiện tại Khoa Công nghệ Sinh học, nhằm đánh giá hiệu quả hoạt động của enzyme alpha – amylase khi được cố định trên các giá thể mang. Kết quả nghiên cứu cho thấy:

Đồ thị hoạt độ của các nồng độ enzyme trên chất nền agar 3% và 4%

Nồng độ agar 3 % và lượng enzyme 0,5 % cho hạt có độ bền và độ cứng thích hợp; và cho hoạt tính của enzyme cao nhất.

Đồ thị giá trị hoạt độ của các nồng độ enzyme trên chất nền alginate 1 – 4 %

A: Hoạt độ của enzyme α – amylase 0,5 %; B:Hoạt độ của enzyme α – amylase 1 %; C: Hoạt độ của enzyme α – amylase 1,5 %; D: Hoạt độ của enzyme α – amylase 2 %

Nồng độ alginate 3 %, nồng độ CaCl₂ 1,5 M với lượng enzyme 0,5 % cho  hạt có độ bền và độ cứng thích hợp; và cho hoạt tính của enzyme cao nhất.

Đồ thị ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt tính của enzyme cố định trên Agar (A) và Ca - alginate (B)

Nhiệt độ tối ưu cho hoạt tính của enzyme cố định cao nhất trên alginate là 60°C và trên  agar là 45°C.

Ở nhiệt độ 45 °C, enzyme tự do cho hoạt độ enzyme (117.94 µg/mg), enzyme cố định trên agar (128.18 µg/mg), thấp nhất là enzyme cố định trên Ca - alginate (268.65 µg/mg). Ở 60 °C, enzyme tự do có hoạt độ (226.42 µg/mg) và enzyme khi cố định trên Ca - alginate có hoạt độ (247.57 µg/mg). Trong cùng điều kiện, các hạt này có thể được tái sử dụng 4 lần ở nhiệt độ 45 ^oC mà không làm thay đổi đáng kể hoạt độ của enzyme.

Từ các kết quả nghiên cứu có thể kết luận:

• Xây dựng được đường chuẩn tinh bột có dạng: Y = 0,1836X + 0,0214 (R² = 0,9824).
• Nồng độ agar 3 % và lượng enzyme 0,5 % cho hạt có độ bền và độ cứng thích hợp; và cho hoạt tính của enzyme cao nhất.
• Nồng độ alginate 3 %, nồng độ CaCl₂ 1,5 M với lượng enzyme 0,5 % cho hạt có độ bền và độ cứng thích hợp; và cho hoạt tính của enzyme cao nhất.
• Nhiệt độ tối ưu cho hoạt tính của enzyme cố định cao nhất trên alginate là 60 °C và trên agar là 45 °C.
• Ở nhiệt độ 45 °C, enzyme tự do cho hoạt tính cao nhất, thấp nhất là enzyme cố định trên alginate. Ở 60 °C, enzyme tự do vẫn cao nhất và thấp nhất là enzyme được cố định trên alginate.

Nguyễn Trung Hiếu