Sản xuất enzyme
Ứng dụng thương mại chính của các enzyme vi sinh vật là trong công nghiệp
thực phẩm và sản xuất bia mặc dù enzyme đã được thừa nhận trong các ứng
dụng chẩn đoán và điều trị bệnh.
Hầu hết các loại enzyme được tổng hợp trong pha log của nuôi cấy mẻ và
được xem như các chất trao đổi sơ cấp. Tuy nhiên, trong một số trường hợp
amylase (Bacillus stearothermophillus) được sản xuất bởi nuôi cấy idiophase
vì thế có thể xem là tương đương với các chất trao đổi thứ cấp. Các enzyme
có thể được sản xuất từ động-thực vật cũng như các nguồn vi sinh vật, nhưng
sản xuất bằng lên men vi sinh vật là phương pháp kinh tế và thích hợp nhất.
Hơn nữa, hiện nay nhờ công nghệ DNA tái tổ hợp người ta có thể chuyển gen
vào các tế bào vi sinh vật để sản xuất các enzyme của động-thực vật. Các tiến
bộ của công nghệ DNA tái tổ hợp đã mở rộng phạm vi các sản phẩm lên men
tiềm tàng của vi sinh vật. Có khả năng đưa các gen từ các cơ thể bậc cao vào
các tế bào vi sinh vật như là các tế bào nhận để tổng hợp các protein (bao
gồm enzyme) ngoại lai. Các tế bào vật chủ dùng trong những trường hợp này
là E. coli, S. cerevisiae và một số loại nấm men khác.
Trong quá trình sinh trưởng của vi sinh vật, enzyme được hình thành trong tế
bào và một số được tiết ra môi trường xung quanh. Trong sản xuất chủ yếu là
sản phẩm của enzyme ngoại bào, còn nếu muốn tách enzyme nội bào thì phải
phá vỡ tế bào. Các vi sinh vật được dùng trong sản xuất enzyme gồm có vi
khuẩn, nấm mốc, nấm men và xạ khuẩn. Các chế phẩm enzyme được sản
xuất từ vi sinh vật đã được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác
nhau, chủ yếu là các enzyme thủy phân dùng trong công nghiệp thực phẩm
như:
- Amylase dùng trong sản xuất đường mật ngô và chocolate, trong sản xuất
bia, chế biến dextrin với dịch đường để sản xuất thức ăn cho người già và trẻ
em, trong sản xuất nước quả và trong y học.
- Protease thủy phân protein của sữa để chế biến những món ăn kiêng đặc
biệt, được dùng trong thuộc da, sản xuất bột giặt, phim ảnh, tơ sợi, len dạ và
trong y học. Protease vi sinh vật có thể sử dụng cùng với amylase trong chế
biến thức ăn gia súc.
- Pectinase là nhóm enzyme thủy phân pectin tạo thành galacturonic acid,
glucose, galactose, arabinose, methanol…
- Cytolase là hệ enzyme có hoạt tính cao có thể phân hủy hemicellulose,
pentozan, lignin… Các enzyme này được gọi chung là cytolase (bao gồm
cellulase, hemicelllulase, pentosinase).
- Invertase là enzyme nội bào được dùng rộng rãi trong sản xuất bánh kẹo,
rượu mùi, kem, mật ong nhân tạo. Nó làm tăng vị ngọt khi thủy phân đường
saccharose thành fructose và glucose, làm tăng độ hòa tan của saccharose
trong sản phẩm.
Trong một tương lai gần, enzyme sẽ được sử dụng rộng rãi trong y học để
làm đầu dò (probe) cho các thiết bị phân tích y khoa và để chữa bệnh. Hiện
nay, một số enzyme như: glucooxydase, hexokinase, esterase, urease,
cholesteroloxydase, alcoholdehydrogenase… đã được sử dụng khá phổ biến
trong y học. Điển hình nhất là sử dụng glucooxydase cố định trên bề mặt điện
cực platinum trong thiết bị phân tích hàm lượng glucose máu. Trong y học,
enzyme còn được sử dụng để chữa trị một số bệnh liên quan đến sự thiếu hụt
của một số enzyme trong cơ thể người, hoặc dùng enzyme để loại bỏ những
cục thịt, mỡ dư thừa gây nguy hiểm cho một số bộ phận của cơ thể người.
Chẳng hạn: dùng enzyme streptokinase và urokinase để làm tan máu đông
làm tắc nghẽn mạch máu.