β-galactosidase được phân bố rộng rãi trong tự nhiên theo các vai trò chức năng của nó như vai trò trong tiêu hóa, thoái hóa lysosomal, vai trò trong quá trình dị hóa. Tuy nhiên, β-galactosidase được tìm thấy phổ biến ở thực vật, ruột động vật có
vú và đặc biệt ở các vi sinh vật như nấm mốc, nấm men và vi khuẩn (Raymond và cộng sự, 2003).
2.1.4.1. β-galactosidase từ động, thực vật
β-galactosidase từ thực vật là các glycosidase, tham gia nhiều chức năng quan trọng trong sự nảy mầm và sự chín của trái bằng cách thủy phân từng bậc các polymer chứa galactose tại đầu không khử (Brummel và Harpster, 2001). Hợp chất bị thủy phân có thể là arabinogalactan - một polymer của arabinose và galactose,
thành phần giúp làm cứng thành tế bào thực vật.
β-galactosidase acid từ thực vật có thể được thu nhận từ nhiều nguồn như táo,
hồng vàng (Diospyros caci), lúa mạch, lúa mì, cà chua...
Ở động vật, β-galactosidase có vị trí tại các vi nhung mao của tế bào nhầy trong ruột, đặc biệt là trong ruột các động vật mới sinh (Raymond và cộng sự, 2003).
2.1.4.2. β-galactosidase từ vi sinh vật
β-galactosidase ở vi khuẩn và nấm men là enzyme nội bào, ở nấm mốc có thể là nội bào hoặc ngoại bào. β-galactosidase thu nhận từ các nguồn khác nhau sẽ có đặc tính và cấu trúc riêng (về trọng lượng phân tử, chiều dài chuỗi amino acid, vị trí trung tâm hoạt động, pH và nhiệt độ hoạt động tối ưu...) (Raymond và cộng sự, 2003).
a- β-galactosidase từ nấm mốc
β-galactosidase từ nấm mốc có pH hoạt động trong khoảng acid (pH tối ưu từ 3 - 5), thường được sử dụng để thủy phân whey chua. β-galactosidase từ nấm mốc là enzyme chịu nhiệt, nhiệt độ hoạt động tối ưu khoảng 55 - 60 °C. Sự kết hợp của pH thấp và nhiệt độ cao sẽ có tác dụng ức chế sự phát triển của các vi sinh vật không mong muốn. Tuy nhiên, β-galactosidase thu nhận từ nấm mốc thường bị lẫn các thành phần enzyme không mong muốn khác như protease, lipase hay amylase. Do đó, ứng dụng chủ yếu của β-galactosidase từ nguồn này giới hạn cho các sản phẩm có tính acid và các tiền chất trong dược phẩm (Nagy và cộng sự, 2001).
b- β-galactosidase từ nấm men
β-galactosidase từ nấm men có pH hoạt động trong khoảng trung tính (pH tối ưu 5.5 - 7), thường được sử dụng thủy phân sữa và whey ngọt (Cortes và cộng sự,
2005). β-galactosidase từ nấm men có thể được sản xuất với sản lượng cao, giá thành thấp và được đánh giá là an toàn khi sử dụng trong thực phẩm. Tuy nhiên, enzyme từ nguồn này có nhược điểm là nhiệt độ ổn định thấp (30 - 37 oC). Nếu nhiệt độ vượt quá 48°C, enzyme nhanh chóng bị vô hoạt.
c- β-galactosidase từ vi khuẩn
β-galactosidase từ vi khuẩn cũng có pH hoạt động trong khoảng trung tính.
Nhiệt độ hoạt động tối ưu của β-galactosidase khác nhau giữa các loài vi khuẩn và thậm chí khác nhau giữa các chủng trong cùng một loài. Một số loài vi khuẩn được xem là nguồn β-galactosidase tiềm năng bao gồm: L. lactis, L. acidophilus, L.
bulgaricus (Bury và Jelen, 2000; Vasiljevic và Jelen, 2001; Akolkar và cộng sự, 2005). Nguồn enzyme chịu nhiệt có thể được thu nhận từ các loài vi khuẩn chịu nhiệt. β-galactosidase từ vi khuẩn Streptococcus thermophilus có nhiệt độ hoạt động
tối ưu lên đến 55°C.
Bảng 2.1. Đặc điểm của β-galactosidase từ một số vi sinh vật (Zuzana và cộng sự, 2006)
Vi sinh vật Loại enzyme pH tối ưu Nhiệt độ tối ưu (oC)
Nấm mốc Aspergillus niger
Aspergillus oryzae Ngoại bào 3.0 - 4.0
5.0
55 - 60 50 - 55
Nấm men Kluyveromyces lactis
Kluyveromyces fragilis Nội bào 6.5 - 7.0
6.6
30 - 35 30 - 35
Vi khuẩn
Escherichia coli Lactobacillus thermophilus
Leuconostoc citrovorum Bacillus circulans
Nội bào
7.2 6.2 6.5 6.0
40 55 66 65
Trong thương mại, nguồn β-galactosidase được sản xuất từ các vi sinh vật có hiệu suất cao hơn sản xuất từ thực vật và động vật, và được xem là an toàn khi sử dụng trong thực phẩm.
Bảng 2.2. Một số nguồn β-galactosidase thương mại (Gekas và cộng sự, 2006; Panesar và
cộng sự, 2006)
Vi sinh vật Tên thương mại Công ty
Vi khuẩn
Bacillus sp.
Escherichia coli
Novozyme 231 β-galactosidase
- -
Novozymes A/S, Bagsvaerd, Denmark
Sigma-Aldrich, UK CF Boeringer GmbH, Mannheim, Germany.
Worthington Biochemical Corp., Freehold,
USA.
Nấm men
Kluyveromyces lactis
Kluyveromyces fragilis Kluyveromyces
marxianus Kluyveromyces sp.
Candida pseudotropicalis
Maxilact
Lactase β-galactosidase β-galactosidase
Lactozyme
Lactase NL Neutral lactase
DSM Food Specialties, Delt, The
Netherlands SNAM Progetti, Italy
Sigma-Aldrich, UK Sigma-Aldrich, UK Novozymes A/S, Bagsvaerd, Denmark
Enzyme Development Corp., NY, USA
Pfizer, Milwaukee, USA
Nấm mốc
Asppergillus niger
Aspergillus oryzae
Sumylact Lactase Fungal lactase
Biolactase
Lactase 2214C β-galactosidase
Sumitomo Xhemical. Japan Valio Lavoratory, Finland Enzyme Development Corp., NY, USA
Biocon (US) Inc., Lexington, USA Rohm, Darmstadt, Germany
Sigma-Aldrich, UK