6.1 Các điểm giới hạn của quá trình
Hiện nay, GOD chủ yếu được sản xuất và tinh chế từ các loài Aspergillus niger và
Penicillium, nhưng hiệu suất tương đối thấp và q trình tinh chế gặp nhiều rắc rối. Nó
là thực tế để xây dựng giống sản xuất GOD tối ưu (Dubey et al., 2017).
Trong quá trình sản xuất, GOD có thể bị bất hoạt bởi H2O2. Sự bất hoạt này dẫn đến sự tích tụ trong phản ứng oxy hóa, tiếp theo là sự giảm pH, có thể đi kèm với sự phân hủy D-glucono-δ-lactone thành GA, cũng như ức chế sản xuất enzyme. Nhìn chung, người ta cơng nhận sự phù hợp của một protein cho các mục đích cơng nghiệp phụ thuộc vào số lượng doanh thu cao, độ bền nhiệt và độ tin cậy của nó trong các mơi trường khác nhau (Klibanov, 1983).
Người ta đã biết rằng quá trình sinh tổng hợp glucose oxidase là do mức oxy tăng cao, và quá trình lên men glucose oxidase được coi là q trình hiếu khí mức độ cao. Do oxy hịa tan kém trong dung dịch nước, việc cung cấp oxy thường là cơng đoạn giới hạn trong q trình lên men. Do đó, các phương tiện cải thiện cung cấp oxy được kỳ vọng sẽ hữu ích trong q trình lên men glucose oxidase. Thơng thường, tăng áp suất khơng khí được sử dụng cho mục đích này (Li and Chen, 1994). Mặt khác, việc bổ sung một vector oxy vào môi trường lên men để tăng tốc độ truyền oxy đã nhận được sự quan tâm lớn trong các tài liệu (Ho et al., 1990, McMillan and Wang, 1987, Rols and Goma, 1989). Các vector oxy thường được sử dụng là hydrocacbon và perfluorocarbon, khơng hịa tan trong môi trường lên men (Li and Chen, 1994).
Là một triển vọng công nghệ sinh học, một số chiến lược để sản xuất GOD hiệu quả được thảo luận dưới đây (Dubey et al., 2017):
- Cố định: Mặc dù enzyme GOD tự nhiên đã thu hút được sự quan tâm vì tiềm năng của nó trong nhiều q trình, nhưng enzyme này khơng ổn định vì cấu trúc phân tử phức tạp của nó. Kỹ thuật cố định GOD mang lại một số lợi ích, chẳng hạn như tốc độ phản ứng nhanh hơn, tăng cường độ ổn định và dễ dàng tách sản phẩm khỏi hỗn hợp phản ứng, giảm rửa trôi, tăng năng suất và điều chế xúc tác với chi phí vận hành giảm. - Gây đột biến và tái tổ hợp: Sự biểu hiện và tối ưu hóa sản xuất GOD đã đạt được thông qua việc áp dụng công nghệ DNA tái tổ hợp ở các loại nấm khác với nguồn gốc của chúng để khắc phục những khó khăn. Nhân bản và biểu hiện quá mức của GOD ở
Saccharomyces cerevisiae, Escherichia coli và các vật chủ nấm khác từ các loài
Aspergillus và Penicillium đã được thực hiện thành công (Kapat et al., 2001, Malherbe et al., 2003, Park et al., 2000, Shaikh and Trivedi, 2016).
- Kỹ thuật thiết kế enzyme: Kỹ thuật enzyme sử dụng các phương pháp hiện có sẵn như thiết kế hợp lý, tái thiết kế hợp lý và tiến hóa có định hướng có thể giảm bớt hoặc loại bỏ các hạn chế đối với việc cải tiến các biến thể GOD. Holland và cộng sự (2012) đã kết hợp các yếu tố di truyền từ hai giống sản xuất GOD được nghiên cứu rộng rãi nhất, A. nigervà P. amagasakiense, bằng cách tái thiết kế hợp lý để tạo ra một enzyme
có khả năng xúc tác mạnh và ổn định (Holland et al., 2012). Fisher và cộng sự (2014) cũng chỉ ra rằng bằng cách sử dụng phương pháp thiết kế enzyme hợp lý, có thể tạo ra một GOD có độ ổn định của chất đồng đẳng từ A. niger và hoạt tính xúc tác của chất đồng đẳng từP. amagasakienseđể thực hiện tốt hơn q trình oxy hóa glucose trong các ứng dụng cơng nghiệp (Fisher et al., 2014). Gần đây, Song et al. (2015) đã cải thiện đặc tính chống oxy hóa của GOD chống lại H2O2(chất ức chế cạnh tranh) bằng cách thiết kế các đột biến trong đó leucine được thay thế bằng methionine sử dụng mơ hình tương đồng có sự hỗ trợ của máy tính với thuật tốn CDOCKER. Kết quả thu được phù hợp với kết quả phân tích có sự hỗ trợ của máy tính, cho thấy rằng phương pháp này có thể hữu ích cho việc tối ưu hóa cấu trúc enzyme (Song et al., 2015).