Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Tufts đã đưa ra một quy trình mới có tiềm năng sản xuất thương mại loại đường thấp calo và có chỉ số đường huyết thấp. 

Trong báo cáo nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Nature Communications, các tác giả 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 cần có nhiều bước nữa để đưa quy trình từ phòng thí nghiệm đến sản xuất thương mại, nhưng mức hiệu suất cao này có triển vọng 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 được gọi 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 mức 37 độ C và chỉ tối đa 16% ở 50 độ C, trước khi enzyme suy giảm.

Nhóm nghiên cứu đã tìm cách khắc phục hạn chế đó thông qua sản xuất sinh học sử dụng Lactobacillus plantarum, loại vi khuẩn an toàn thực phẩm để tạo ra khối lượng lớn enzyme LAI và giữ cho nó an toàn và ổn định trong giới hạn của thành tế bào vi khuẩn.

Kết quả cho thấy khi biểu hiện trong L. plantarum, enzyme tiếp tục chuyển đổi galactose thành tagatose và đẩy năng suất lên 47% ở mức 37 độ C. Nhưng giờ enzyme LAI đã ổn định trong tế bào, nên có thể tăng năng suất lên 83% ở mức nhiệt trên 50 độ C mà không bị suy giảm đáng kể và sản xuất tagatose với tốc độ nhanh hơn nhiều.

Để xác định khả năng thúc đẩy phản ứng mạnh hơn, các nhà khoa học đã kiểm tra những yếu tố gây trở ngại. Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra bằng chứng cho thấy việc vận chuyển nguyên liệu ban đầu (galactose) vào tế bào là yếu tố hạn chế. Để giải quyết vấn đề đó, nhóm nghiên cứu đã xử lý vi khuẩn bằng nồng độ chất tẩy rửa 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 50 độ C.

Dù cần thêm nhiều nghiên cứu để xác định triển vọng nhân rộng quy trình cho các ứng dụng thương mại, nhưng sản xuất sinh học có tiềm năng cải thiện năng suất và tác động đến thị trường thay thế chất tạo ngọt, ước tính trị giá 7,2 tỷ USD vào năm 2018.

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 tỷ lệ và năng suất chuyển đổi và tổng hợp. 

N.P.D (NASATI), theo https://phys.org/news/2019-11-bacteria-low-calorie-sugar.html, 22/11/2019