Giải bài tập Chuyên đề Sinh học 10 Bài 6: Quy trình công nghệ sản xuất enzyme
Mở đầu trang 35 Chuyên đề Sinh học 10: Trong đời sống, nhiều ngành sản xuất ứng dụng công nghệ enzyme với quy mô lớn như công nghiệp thực phẩm, công nghiệp dệt, mĩ phẩm,… Với quy mô sản xuất lớn phải cần một lượng lớn enzyme. Vậy enzyme được dùng trong các ngành sản xuất có nguồn gốc từ đâu và quy trình để tạo ra các enzyme tinh sạch được tiến hành như thế nào?
Lời giải:
– Enzyme được dùng trong các ngành sản xuất thường có nguồn gốc từ các nguồn sinh vật chủ yếu là từ vi sinh vật.
– Quy trình tạo ra các enzyme tinh sạch:
+ Giai đoạn 1. Tạo nguồn thu enzyme: Chọn nguồn nguyên liệu cung cấp enzyme → Nuôi cấy nguồn nguyên liệu được chọn.
+ Giai đoạn 2. Tách chiết enzyme: Phá vỡ cấu trúc tế bào → Tách chiết enzyme.
+ Giai đoạn 3. Tạo sản phẩm enzyme: Enzyme sau khi được tinh sạch và cô đặc cần lưu giữ trong điều kiện phù hợp để đảm bảo hoạt tính của enzyme.
I. QUY TRÌNH TỔNG QUÁT
Dừng lại và suy ngẫm 1 trang 38 Chuyên đề Sinh học 10: Trong sản xuất chế phẩm enzyme, người ta thường lựa chọn đối tượng nào làm nguồn cung cấp chính? Hãy nêu một số lí do sử dụng nguồn cung cấp đó.
Lời giải:
– Trong sản xuất chế phẩm enzyme, người ta thường chọn vi sinh vật là nguồn cung cấp chính.
– Lí do sử dụng vi sinh vật là nguồn cung cấp chính vì: Vi sinh vật có nhiều ưu điểm như sinh trưởng ngắn, tốc độ sinh trưởng nhanh, con người có thể chủ động nuôi cấy vi sinh vật trong điều kiện nhân tạo với chi phí thấp, sản xuất được enzyme với khối lượng lớn, hệ enzyme đa dạng,…
Dừng lại và suy ngẫm 2 trang 38 Chuyên đề Sinh học 10: Nêu những yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng enzyme thu được khi nuôi cấy vi sinh vật.
Lời giải:
Những yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng enzyme thu được khi nuôi cấy vi sinh vật:
– Môi trường dinh dưỡng: Cùng một loại vi sinh vật nhưng môi trường nuôi cấy có thành phần dinh dưỡng khác nhau thì mức độ tạo thành enzyme và các thành phần tạo nên enzyme cũng khác nhau.
– Độ ẩm môi trường: Độ ẩm phải phù hợp với từng loại môi trường, ví dụ nuôi cấy bề mặt phải đảm bảo độ ẩm môi trường khoảng 60%.
– pH môi trường: Mỗi loại môi trường, mỗi loại enzyme cần thu có dải pH tương thích hợp khác nhau, có thể dao động từ 3,5 đến 8.
– Nhiệt độ: Thông thường, vi sinh vật có phổ nhiệt độ tương thích từ 25 – 30 oC.
– Ngoài ra, nồng độ oxygen của môi trường nuôi cấy, thời gian nuôi cấy cũng có thể ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, sinh sản của vi sinh vật, do đó ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng enzyme,
– Đặc biệt lưu ý, để tăng sự tổng hợp enzyme, người ta thường dựa vào hiện tượng cảm ứng. Chất cảm ứng tổng hợp enzyme cho thêm vào môi trường nuôi thường là cơ chất tương ứng của enzyme cần tổng hợp. Ví dụ: Muốn tách enzyme α – amylase ở nấm mốc, người ta bổ sung vào môi trường nuôi cấy tinh bột.
Dừng lại và suy ngẫm 3 trang 38 Chuyên đề Sinh học 10: Hãy nêu những lưu ý quan trọng khi thực hiện tách chiết enzyme.
Lời giải:
Những lưu ý quan trọng khi thực hiện tách chiết enzyme:
– Nếu nguồn thu enzyme là vi sinh vật, người ta thường thu enzyme ngoại bào trong môi trường nuôi cấy. Đối với nguồn thu là động vật và thực vật thì cần phải phá vỡ cấu trúc tế bào để thu enzyme nội bào. Để thu được enzyme động vật, phải cắt bỏ hết các mô liên kết để đảm bảo khi nghiền tế bào được hiệu quả.
– Quá trình chiết rút và kết tủa enzyme phải thực hiện ở nhiệt độ thấp (3oC – 5oC) và thao tác rất nhanh để tránh làm biến tính enzyme.
– Sau khi tách chiết enzyme, chế phẩm thu được vẫn còn lẫn những chất khác như các protein không phải enzyme, nước và các thành phần khác của tế bào, cần chuyển qua giai đoạn thẩm tích dịch tiết.
– Khi tách và làm sạch enzyme, cần chọn và phối hợp các phương pháp khác nhau để xác định phương pháp phù hợp nhất.
II. QUY TRÌNH SẢN XUẤT VÀ THU NHẬN MỘT SỐ ENZYME
Dừng lại và suy ngẫm trang 41 Chuyên đề Sinh học 10: Sản xuất enzyme protease tái tổ hợp có ưu điểm gì so với sản xuất protease bằng phương pháp nuôi cấy chìm? Giải thích.
Lời giải:
Ưu điểm khi sản xuất protease tái tổ hợp so với sản xuất protease bằng phương pháp nuôi cấy chìm: So với sản xuất enzyme protease bằng phương pháp nuôi cấy chìm, sản xuất enzyme protease tái tổ hợp thu được lượng enzyme lớn hơn do vi sinh vật sử dụng làm nguồn thu được cấy gene mã hóa tổng hợp enzyme protease vào DNA tế bào chủ, giúp tăng lượng enzyme khi nuôi cấy vi sinh vật. Nhờ đó, sản xuất protease tái tổ hợp giúp đáp ứng được việc mở rộng quy mô sản xuất và ứng dụng nhóm enzyme này trong đời sống.
Luyện tập và vận dụng 1 trang 42 Chuyên đề Sinh học 10: Chìa khóa để duy trì hoạt tính xúc tác của enzyme là gì? Nêu cách thức bảo quản chế phẩm enzyme.
Lời giải:
– Chìa khóa để duy trì hoạt tính xúc tác của enzyme là duy trì cấu hình không gian ba chiều đặc trưng của enzyme. Bởi vì, cấu hình không gian tạo nên đặc tính lí hóa tự nhiên của enzyme, khi cấu hình không gian bị biến đổi trong quá trình sản xuất hay quá trình bảo quản thì hoạt tính xúc tác của enzyme sẽ bị ảnh hưởng.
– Cách thức bảo quản chế phẩm enzyme:
+ Enzyme dạng dung dịch hay dạng huyền phù thường được đưa vào các dung dịch bảo quản đồng thời cần đảm bảo nhiệt độ thích hợp với từng loại enzyme, không bảo quản ở nhiệt độ cao vì dễ làm biến tính enzyme.
+ Enzyme dạng viên và dạng bột khô thường bảo quản thuận lợi hơn, nên thường người ta bảo quản trong điều kiện nhiệt độ thích hợp là được, không bảo quản ở nhiệt độ cao.
Luyện tập và vận dụng 2 trang 42 Chuyên đề Sinh học 10: Từ quy trình thu nhận enzyme urease trong hình 6.6, hãy tìm hiểu và đề xuất quy trình thu nhận enzyme bromelain và papain từ thực vật.
Lời giải:
• Quy trình thu nhận enzyme bromelain từ thực vật:
– Giai đoạn tạo nguồn thu enzyme: Sử dụng thân cây dứa, lá dứa và quả dứa để thu enzyme bromelain. Rửa sạch bụi bẩn trên lá, thân và quả dứa rồi cắt thành miếng, xay nhuyễn, thu được dịch.
– Giai đoạn tách chiết enzyme: Dịch thu được li tâm để loại bỏ các tạp chất, thu dịch chiết.
– Giai đoạn tạo chế phẩm enzyme: Dung dịch bromelain được sấy đông khô và bảo quản trong túi nylon.
• Quy trình thu nhận enzyme papain từ thực vật:
– Giai đoạn tạo nguồn thu enzyme: Lấy nhựa của quả đu đủ xanh rồi sấy khô.
– Giai đoạn tách chiết enzyme: Enzyme papain trong nhựa quả đu đủ sấy khô được tách chiết bằng nước cất và dung dịch đệm. Sau đó, li tâm loại bỏ cặn, lấy dịch papain.
– Giai đoạn tạo chế phẩm enzyme: Dung dịch papain được sấy đông khô và bảo quản trong túi nylon.