Giải bài tập Chuyên đề Sinh học 10 Bài 8: Sản xuất enzyme tự nhiên
A/ Câu hỏi mở đầu
Mở đầu trang 50 Chuyên đề Sinh học 10: Hiện nay, bên cạnh việc làm mềm thịt bằng phương pháp cơ học (hình 8.1a), người ta còn sử dụng các chế phẩm enzyme được chiết xuất từ tự nhiên (hình 8.1b). Enzyme có thể được sản xuất từ các nguồn nào trong tự nhiên và bằng cách nào? Vì sao cần sản xuất các chế phẩm enzyme tự nhiên?
Trả lời:
– Enzyme có thể được sản xuất từ 3 nguồn trong tự nhiên:
(1) – Tế bào, mô và cơ thể động vật
(2) – Tế bào, mô và cơ thể thực vật.
(3) – Vi sinh vật.
– Sản xuất enzyme tự nhiên cần thực hiện quy trình sản xuất gồm các bước cơ bản sau: Nuôi trồng và thu hoạch nguyên liệu sản xuất enzyme (động vật, thực vật hoặc vi sinh vật) → Trích li enzyme từ nguyên liệu → Tinh sạch enzyme → Phối chế, đóng gói và bảo quản chế phẩm enzyme.
– Cần sản xuất các chế phẩm enzyme tự nhiên nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng enzyme tự nhiên trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp chế biến thực phẩm, mĩ phẩm, dược phẩm,…
B / Câu hỏi giữa bài
I. NGUỒN ENZYME TỰ NHIÊN
Hình thành kiến thức, kĩ năng 1 trang 50 Chuyên đề Sinh học 10: Tại sao người ta có thể sản xuất enzyme lysozyme từ lòng trắng trứng gà; sản xuất enzyme papain từ đu đủ xanh và sản xuất enzyme bromelain từ dứa?
Trả lời:
Người ta có thể sản xuất enzyme lysozyme từ lòng trắng trứng gà; sản xuất enzyme papain từ đu đủ xanh và sản xuất enzyme bromelain từ dứa vì trong mỗi loại nguyên liệu này đều chứa hàm lượng lớn loại enzyme cần sản xuất, nhờ đó, việc sản xuất sẽ dễ dàng hơn, chi phí sản xuất sẽ thấp hơn.
Hình thành kiến thức, kĩ năng 2 trang 50 Chuyên đề Sinh học 10: Quan sát hình 8.2 và cho biết các enzyme trong hệ tiêu hóa của người có vai trò khác nhau và khác với các enzyme trong hệ thống tiết trên da (ví dụ tuyến mồ hôi) như thế nào.
Trả lời:
– Các enzyme trong hệ tiêu hóa có vai trò thủy phân thức ăn thành các chất dinh dưỡng mà cơ thể có thể hấp thụ được. Mỗi loại enzyme trong hệ tiêu hóa thì có vai trò thủy phân các chất khác nhau trong thức ăn, cụ thể:
+ Enzyme amylase có vai trò thủy phân tinh bột thành đường.
+ Enzyme pepsin có vai trò thủy phân protein.
+ Enzyme lipase có vai trò thủy phân lipid.
+ Enzyme nuclease có vai trò thủy phân nucleic acid.
+ Enzyme maltase có vai trò thủy phân đường đôi.
+ Enzyme trypsin có vai trò thủy phân protein.
+ Enzyme peptidase có vai trò thủy phân peptide.
– Enzyme trong hệ thống tiết trên da (ví dụ tuyến mồ hôi) có tác dụng bảo vệ cơ thể, ngăn chặn sự xâm nhập của vi khuẩn như lysozyme phá vỡ thành tế bào vi khuẩn.
Luyện tập 1 trang 51 Chuyên đề Sinh học 10: Nêu các điểm hạn chế của nguồn nguyên liệu động vật và thực vật so với nguồn nguyên liệu vi sinh vật trong công nghệ sản xuất enzyme từ tự nhiên.
Trả lời:
Điểm hạn chế của nguồn nguyên liệu động vật và thực vật so với nguồn nguyên liệu vi sinh vật trong công nghệ sản xuất enzyme tự nhiên:
– Tốc độ sinh trưởng của tế bào động vật và thực vật trong môi trường nuôi cấy nhân tạo kém hơn của vi sinh vật.
– Chi phí nuôi cấy của tế bào động vật và thực vật tốn kém hơn.
– Nguồn enzyme của tế bào động vật và thực vật kém phong phú hơn.
II. SẢN XUẤT ENZYME TỰ NHIÊN
Hình thành kiến thức, kĩ năng 3 trang 51 Chuyên đề Sinh học 10: Quan sát hình 8.4, chỉ ra nguyên tắc chung và các khác biệt giữa quy trình sản xuất enzyme tự nhiên từ động vật, thực vật và vi sinh vật.
Trả lời:
– Nguyên tắc chung giữa quy trình sản xuất enzyme tự nhiên từ động vật, thực vật và vi sinh vật: Đều trải qua 4 giai đoạn cơ bản gồm: Nuôi trồng và thu hoạch nguyên liệu sản xuất enzyme → Trích li enzyme từ nguyên liệu → Tinh sạch enzyme → Phối chế, đóng gói và bảo quản chế phẩm enzyme.
– Khác biệt giữa quy trình sản xuất enzyme tự nhiên từ động vật, thực vật và vi sinh vật:
|
Giai đoạn |
Quy trình sản xuất enzyme tự nhiên từ động vật, thực vật |
Quy trình sản xuất enzyme tự nhiên từ vi sinh vật |
|
Nuôi trồng và thu hoạch nguyên liệu sản xuất enzyme |
Tế bào, mô, cơ thể động vật và thực vật được tiến hành nuôi trồng trong các nông trại hoặc đánh bắt, thu hái từ tự nhiên. |
Thực hiện nuôi cấy vi sinh vật trên môi trường nuôi cấy nhân tạo. |
|
Trích li enzyme từ nguyên liệu |
Thực hiện bằng cách cắt nhỏ và nghiền mẫu rồi lọc qua màng vải để loại bỏ cặn tế bào, thu dịch lọc chứa enzyme. |
Đối với enzyme ngoại bào, dịch enzyme thô được thu bằng cách loại bỏ sinh khối tế bào. Đối với enzyme nội bào, dịch enzyme thô được thu từ sinh khối tế bào bằng các phương pháp phá vỡ tế bào khác nhau. |
Luyện tập 2 trang 52 Chuyên đề Sinh học 10: Tại sao nguồn nguyên liệu động vật, thực vật sau khi thu hoạch về phải được sử dụng ngay hoặc bảo quản trong điều kiện thích hợp (để lạnh hoặc sấy khô)?
Trả lời:
Nguyên liệu động vật, thực vật sau khi thu hoạch về phải được sử dụng ngay hoặc bảo quản trong điều kiện thích hợp (để lạnh hoặc sấy khô) vì để hạn chế sự mất mát và biến tính của enzyme.
Hình thành kiến thức, kĩ năng 4 trang 52 Chuyên đề Sinh học 10: Tại sao công nghệ nuôi cấy bề mặt rắn lại phù hợp để nuôi các vi sinh vật hiếu khí?
Trả lời:
Công nghệ nuôi cấy bề mặt rắn phù hợp để nuôi các vi sinh vật hiếu khí vì bề mặt rắn có diện tích tiếp xúc với không khí rộng đảm bảo cung cấp đủ O2 cho vi sinh vật hiếu khí sinh trưởng và phát triển.
Vận dụng 2 trang 52 Chuyên đề Sinh học 10: Hãy mô tả một hệ thống nuôi cấy bề mặt rắn mà em biết.
Trả lời:
Hệ thống nuôi cấy nấm mốc trên môi trường rắn có các khay đột lỗ nằm ngang: Trong các điều kiện sản xuất để nuôi cấy các giống nấm mốc trên bề mặt trong các khay, người ta sử dụng các phòng tiệt trùng. Phòng tiệt trùng là các buồng kín có kích thước 1000×2800×2100 mm với hai cửa, một cửa nối với hành lang thải liệu. Bên trong phòng có ba đoạn ống thông khí để nạp không khí điều hòa từ một hướng, còn hướng ngược lại – các ống để thải không khí trong phòng. Diện tích của phòng được tính cho 18 ÷ 20 giàn có khoảng 9 ÷ 10 khay cho mỗi bên. Khoảng cách giữa các giàn 80 ÷ 100 mm. Các bộ điều hòa độc lập được phân bổ trên các phòng tiệt trùng nhằm để đẩy không khí có nhiệt độ 22 ÷ 32 oC, độ ẩm tương đối 96 ÷ 98 % vào phòng. Không khí tuần hoàn có bổ sung 10 % không khí sạch từ bộ điều hòa chính, các hành lang nạp và tháo của các phòng cần phải cách li với các phòng bên cạnh.
Luyện tập 3 trang 53 Chuyên đề Sinh học 10: So sánh công nghệ nuôi cấy bề mặt rắn với công nghệ nuôi cấy chìm.
Trả lời:
|
Nuôi cấy bề mặt rắn |
Nuôi cấy chìm |
|
Phù hợp để nuôi cấy vi sinh vật hiếu khí. |
Phù hợp để nuôi cấy vi sinh vật hiếu khí và vi sinh vật kị khí. |
|
Cơ chất nuôi cấy dạng rắn như mùn cưa, vỏ trấu, rơm, rạ,… |
Cơ chất nuôi cấy được hòa tan trong dung dịch. |
|
Chỉ nuôi cấy được theo mẻ. |
Có thể nuôi cấy theo mẻ hoặc nuôi cấy liên tục. |
|
Ưu điểm: tiến hành đơn giản, có thể tiến hành nuôi cấy đồng thời nhiều vi sinh vật, dễ xử lí cục bộ, có thể tận dụng được các phế phụ phẩm nông nghiệp và công nghiệp. |
Ưu điểm: áp dụng được gần như mọi loại vi sinh vật, tốn ít diện tích, dễ dàng kiểm soát bằng máy móc nên cần ít nhân công, đảm bảo độ đồng nhất của sản phẩm. |
|
Nhược điểm: đòi hỏi diện tích bề mặt lớn, khó giữ được độ vô trùng (do diện tích tiếp xúc rộng), khó cơ giới hóa tự động hóa, tốn diện tích và nhân công. |
Nhược điểm: thiết bị đắt tiền, phức tạp; cần có cán bộ chuyên môn vận hành; khó xử lí nếu có sự cố nhiễm khuẩn. |
Hình thành kiến thức, kĩ năng 5 trang 53 Chuyên đề Sinh học 10: Quan sát hình 8.4 và so sánh các quy trình trích li enzyme ngoại bào với enzyme nội bào từ vi sinh vật.
Trả lời:
– Giống nhau: Đều phải tiến hành thu dịch enzyme từ dịch nuôi cấy vi sinh vật rồi tiến hành kết tủa enzyme để thu hồi chế phẩm enzyme thô.
– Khác nhau:
+ Đối với enzyme ngoại bào, dịch enzyme được thu bằng cách loại bỏ sinh khối tế bào.
+ Đối với enzyme nội bào, dịch enzyme được thu từ sinh khối tế bào bằng các phương pháp phá vỡ tế bào khác nhau.
Luyện tập 4 trang 53 Chuyên đề Sinh học 10: Nêu các phương pháp phá vỡ tế bào để trích li enzyme nội bào ra khỏi tế bào sinh vật.
Trả lời:
Các phương pháp phá vỡ tế bào để trích li enzyme nội bào ra khỏi tế bào sinh vật:
– Cắt nhỏ và nghiền mẫu trong nước để trích li enzyme từ tế bào động vật và thực vật.
+ Đối với vi sinh vật, dịch enzyme nội bào thô được trích li từ sinh khối tế bào bằng cách phương pháp phá vỡ tế bào khác nhau như phương pháp vật lí (nghiền với bi thủy tinh, thay đổi áp suất dịch tế bào, dùng nhiệt độ để phá vỡ tế bào), phương pháp hóa học (dùng các chất tẩy rửa, các ion gây thay đổi áp suất thẩm thấu trong tế bào,…) hoặc kết hợp với phương pháp sinh học (dùng enzyme để phá vỡ tế bào).
Hình thành kiến thức, kĩ năng 6 trang 54 Chuyên đề Sinh học 10: Tại sao phải tinh sạch enzyme?
Trả lời:
Dịch enzyme trích li từ tế bào hoặc từ môi trường nuôi cấy có thể chứa nhiều tạp chất khác như các thành phần dinh dưỡng, chất thải độc hại từ môi trường nuôi cấy hoặc các thành phần khác nhau trong tế bào động vật, thực vật và vi sinh vật bị phá vỡ. Bởi vậy, cần loại bỏ các thành phần này để tinh sạch enzyme.
Luyện tập 5 trang 54 Chuyên đề Sinh học 10: Nêu các kĩ thuật tinh sạch enzyme hiện có.
Trả lời:
Các kĩ thuật tinh sạch enzyme hiện có:
– Dùng các dung môi có ái lực (có khả năng hòa tan và hấp thu) với các hợp chất cao phân tử (các polysaccharide, lipid,…) để tách chúng ra khỏi dịch chứa enzyme.
– Dùng các phương pháp sắc kí khác nhau (trao đổi ion, tương tác kị nước, ái lực và lọc gel) để tách enzyme ra khỏi dịch chứa enzyme.
Hình thành kiến thức, kĩ năng 7 trang 54 Chuyên đề Sinh học 10: Nêu vai trò của chất phụ gia đối với chế phẩm enzyme.
Trả lời:
Vai trò của chất phụ gia đối với chế phẩm enzyme: Các chất phụ gia có vai trò giữ ổn định về cấu trúc và đặc tính của enzyme, nhờ đó, giúp enzyme giữ được hoạt tính sinh học trong thời gian bảo quản.
Hình thành kiến thức, kĩ năng 8 trang 54 Chuyên đề Sinh học 10: Nêu các cách bảo quản chế phẩm enzyme.
Trả lời:
Các cách bảo quản chế phẩm enzyme:
– Theo dạng bảo quản: Sấy khô, sấy phun, sấy đông khô và được đóng gói dạng bột hoặc được giữ trong dung dịch bảo quản và đóng chai.
– Theo điều kiện nhiệt độ: Bảo quản chế phẩm enzyme ở nhiệt độ thường (25 – 30 oC), bảo quản trong điều kiện mát (4 – 10 oC) hoặc ở điều kiện đông lạnh (từ -20 oC đến – 30 oC).
Hình thành kiến thức, kĩ năng 9 trang 55 Chuyên đề Sinh học 10: Quan sát hình 8.7 và cho biết những bước nào trong quy trình sản xuất chế phẩm amylase từ nấm mốc A. oryzae tương ứng với bốn giai đoạn cơ bản của quy trình sản xuất enzyme.
Trả lời:
Những bước trong quy trình sản xuất chế phẩm amylase từ nấm mốc A. oryzae tương ứng với bốn giai đoạn cơ bản của quy trình sản xuất enzyme là:
|
Giai đoạn trong quy trình sản xuất enzyme |
Giai đoạn tương ứng trong quy trình sản xuất chế phẩm amylase |
|
(1) Nuôi trồng và thu hoạch nguyên liệu sản xuất enzyme |
Tạo môi trường (mảnh ngô + gạo nếp) → khử trùng → nuôi cấy trên khay (30 oC, 48 giờ). |
|
(2) Trích li enzyme từ nguyên liệu |
Trích li → Kết tủa enzyme → Hòa tan kết tủa trong dung dịch đệm. |
|
(3) Tinh sạch enzyme |
Sắc kí trao đổi ion. |
|
(4) Phối chế, đóng gói và bảo quản chế phẩm enzyme |
Phối trộn với đường dextrose → Sấy đông khô → Đóng gói và bảo quản dưới 30 oC tạo chế phẩm amylase. |