Trong báo cáo nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Nature Communications, các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Tufts, Mỹ đã mô tả quy trình sản xuất đường bằng cách sử dụng vi khuẩn như các lò phản ứng sinh học nhỏ bao bọc enzyme và chất phản ứng.
Hiệu suất đạt được lên đến 85%. Dù các nhà nghiên cứu cần thực hiện nhiều bước nữa để đưa quy trình từ phòng thí nghiệm đến sản xuất thương mại, nhưng mức hiệu suất cao này mang lại nhiều triển vọng trong việc triển khai sản xuất trên quy mô lớn và đưa loại đường tagatose ra thị trường. Đường tagatose đã được Cơ quan Quản lý thực phẩm và dược phẩm Hoa Kỳ cấp phép sử dụng làm phụ gia thực phẩm.
Enzym được lựa chọn để tạo ra tagatose từ galactose là L-arabinose isomerase (LAI). Tuy nhiên, galactose không phải là mục tiêu chính của enzyme, do đó, tốc độ và công suất của phản ứng với galactose ít tối ưu. Bản thân enzyme không ổn định và phản ứng chỉ được thúc đẩy cho đến khi khoảng 39% đường được chuyển thành tagatose ở nhiệt độ 37oC và 16% ở 50oC, trước khi enzyme suy giảm.
Nhóm nghiên cứu đã tìm cách khắc phục hạn chế đó bằng cách sử dụng Lactobacillus plantarum, loại vi khuẩn đảm bảo an toàn thực phẩm, để tạo ra khối lượng lớn enzyme LAI và giữ cho chúng an toàn và ổn định trong giới hạn của thành tế bào vi khuẩn.
Kết quả cho thấy nhờ L. plantarum, enzyme tiếp tục chuyển đổi galactose thành tagatose và đẩy năng suất lên 47% ở mức 37oC. Nhưng giờ enzyme LAI đã ổn định trong tế bào, nên chúng có thể tăng năng suất lên 83% ở mức nhiệt trên 50oC mà không bị suy giảm và sản xuất tagatose với tốc độ nhanh hơn nhiều.
Để xác định khả năng thúc đẩy phản ứng mạnh hơn nữa, các nhà khoa học đã kiểm tra những yếu tố gây trở ngại. Họ phát hiện ra rằng việc vận chuyển nguyên liệu ban đầu (galactose) vào tế bào là một yếu tố hạn chế. Để giải quyết vấn đề đó, nhóm nghiên cứu đã xử lý vi khuẩn bằng chất tẩy rửa nồng độ rất thấp. Galactose có thể xâm nhập và đi ra khỏi tế bào, cho phép enzyme chuyển đổi galactose thành tagatose với tốc độ nhanh hơn, giảm hai giờ so với thời gian cần để đạt năng suất 85% ở mức 50oC.
Nhóm nghiên cứu cũng nhấn mạnh nhiều enzyme khác có thể được “hưởng lợi” từ việc sử dụng vi khuẩn như các lò phản ứng hóa học nhỏ để làm tăng tính ổn định của enzyme cho các phản ứng ở nhiệt độ cao và cải thiện tốc độ, năng suất chuyển đổi, tổng hợp.
Ngọc Diệp (Theo https://phys.org/news/2019-11-bacteria-low-calorie-sugar.html)
Đăng nhập
