Phần 1 : Khái quát về enzyme
Phần 2 : Enzyme trong chăn nuôi

_______________________________

Thời tôm mất giá, thay vì ngồi kêu rên than trời, ta trau dồi kiến thức để tự cứu mình, sống chung với lũ. Thử tưởng tượng 10 năm nữa, giá tôm thế nào, chắc chắn không cao hơn bây giờ, Ấn độ - trở nên quốc gia hàng tỷ người, đông dân nhất thế giới, với bờ biển nhiệt đới dài, sẽ nâng cao trình độ nuôi tôm, với giá đầu vào của thức ăn rẻ, thuốc rẻ, đồng thời tôm thẻ không được tiêu thụ nội địa Ấn độ mà tất cả đều xuất khẩu, chắc chắn giá tôm khó lòng vươn lên. Enzyme là thứ vũ khí giúp hạ giá thành chăn nuôi, để giúp nông dân tồn tại trong thế giới phẳng.

Vậy enzyme là gì? Đó là các protein đóng vai trò xúc tác cho mọi phản ứng hoá học trong cơ thể mọi loài sinh vật, từ vi khuẩn cho đến con người. Nó làm tăng tốc độ phản ứng ở nhiệt độ thường lên hàng ngàn lần, hàng triệu lần, hàng tỷ lần, thậm chí hàng triệu tỷ lần. Có thể so sánh như sau, bạn có 1 bộ robot lego tháo rời cho vào cái hộp và lắc nó trong một ngàn năm, một triệu năm, thì thế nào cũng có lúc bộ robot sẽ ngẫu nhiên được ráp lại, đó là phản ứng hoá học bình thường. Còn khi có một đứa bé ngồi ráp robot lego, nó sẽ mất vài giây, đó chính là enzyme.

Enzyme có mặt ở mọi nơi trong tế bào, trong hệ cơ, trong hệ tiêu hoá, ở nơi nào có phản ứng sinh học, nơi đó có enzyme. Người ta đã phát hiện ra khoảng 5000 loại enzyme, đa số cấu tạo từ protein, ngoại trừ vài enzyme RNA phụ trách việc đem thông tin di truyền từ DNA đến ribosome để tổng hợp protein, gọi là ribozyme.

Người phân chia enzyme thành 6 nhóm:

EC 1 – Oxidoreductase - xúc tác phản ứng oxy hoá – khử
EC 2 – Transferase – chuyển hoán 1 nhóm chức.
EC 3 – Hydrolase – xúc tác phản ứng thủy phân
EC 4 – Lyase – chẻ bỏ các liên kết hoá học không bằng thủy phân hay oxy hoá.
EC 5 – Isomerase – xúc tác phản ứng tạo đồng phân hoá học.
EC 6 – Ligases – xúc tác phản ứng nối hai phân tử với nhau bằng liên kết hoá trị.

Enzyme có thể là 1 mảnh protein đơn nhất, hoặc hai mảnh ghép lại trong đó có một mảnh cấu tạo từ protein và một mảnh chất hữu cơ được gọi coenzyme. Các vitamin nhóm B thường tham gia các phản ứng sinh học quan trọng dưới vai trò coenzyme. Ngoài ra đi kèm với enzyme là các đồng tác nhân (cofactor) là các chất vô cơ, các cofactor đóng vai trò giúp enzyme ổn định, và hỗ trợ phản ứng.

Enzyme được ứng dụng trong mọi mặt của đời sống. Các thức ăn lên men như sữa chua, kim chi, cá mắm, tôm chua, đều là nhờ tác dụng của enzyme được sản sinh bởi các vi sinh vật.

Ngày xưa, ta mua vải mới, đem về phải ngâm rũ hồ, vải co rút lại xong, mới đem ra may quần áo, hoặc phải may quần áo bằng vải mới chưa rũ hồ, kích cỡ lớn trừ hao vải co rút, thật bất tiện, và quần áo cũng không đẹp. Trong thế giới hiện đại, nhà máy dệt có công đoạn hoàn thành, vải đi qua máng rũ hồ bằng enzyme amylase, rồi vào buồng sấy căng kim định hình, thế là trong tích tắc vải trở nên đẹp, không hề co rút. Hay quần jean giới trẻ mặc có vết sờn rách, đó là tác phẩm của enzyme cellulase.

Rượu bia hay nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất, được làm ra đều nhờ các enzyme amylase thủy phân các phân tử tinh bột dài thành đường glucose, sau đó lên men glucose thành ethanol.

Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai, không còn dùng tinh bột làm nguyên liệu đầu vào, vì lý do an toàn lương thực. Thân mía, bã mía, các chất xơ khác như rơm, cỏ, được enzyme cellulase thủy phân thành đường glucose và đưởng xylose, từ đó lên men thành ethanol nhiên liệu sinh học.

_______________________________

Một câu chuyện enzyme – trái cây ở khắp nơi trên thế giới chỉ có theo mùa, không thể bảo quản để được ăn quanh năm, lý do là ethylene (khí đá) một loại khí quen thuộc trong hàn gió đá, cũng là một loại hormone thực vật, khiến trái cây chín. Ethylene được tự sinh trong các mô thực vật và bay trong không khí. Năm 2003, Susan Kegley – khoa học gia trưởng của Viện nghiên cứu thuốc trừ sâu Hoa kỳ (sau đó bà trở thành giám đốc viện này), phát minh ra chất 1-mcp, chất này là 1 vòng tam giác với 3 nguyên tử carbon, với 1 cạnh có nối đôi, đỉnh đối diện liên kết với 1 nhóm methyl. Cấu trúc đặc biệt này khiến cho nối đôi của 1-mcp giống hệt kích thước của nối đôi của ethylene. Các thụ thể trong trái cây sẽ kết hợp với 1-mcp và mất khả năng chín. Trong cơn sốt bùng nổ đầu tư “dot com” và công nghệ sinh học những năm 2000, một quỹ đầu tư đã mua lại phát minh này và đầu tư nó thành một công ty agrofresh, tầm cỡ thế giới, giữ bản quyền chất 1-mcp dưới cái tên Smartfresh. Nó giúp táo và các trái cây khác, có thể lưu giữ được trong 6 tháng đến một năm.

Thế nhưng làm thế nào để đưa 1-mcp đến được với từng trái táo trong hàng triệu trái táo trong kho, khi chất này vô cùng đắt đỏ, và hàm lượng cần dùng chỉ vài phần tỷ trong không khí. Ngành enzyme học đưa đến một loại enzyme tên CGTase, nó cắt tinh bột thành các mạch ngắn dextrin, và khiến dextrin tạo vòng với mỗi cạnh là 1 phân tử glucose. Khoảng trống trong lòng đa giác này có kích thước nano, vừa đủ để bắt giữ phân tử 1-mcp, nhốt trong khoang nano. Thế là từng gói nhỏ 0.5 g hoặc 1 gam, gamma-cyclodextrin với 1-mcp bên trong được thương mại hoá, để cho vào các thùng trái cây.

Ứng dụng khoang nano này còn dùng cho các sản phẩm tạo hương, tạo mùi, hoặc truyền vận thuốc trong cơ thể (drug delivery).

_______________________________

Hình 1: 3 loại enzyme dùng trong công nghiệp đường của Mỹ, đầu tiên tinh bột bắp được 1 loại amylase xuất xứ từ vi khuẩn (màu xanh bên trái), cắt thành các đoạn ngắn gọi là đường dextrin. Sau đó dextrin được 1 loại amylase xuất xứ từ nấm gọi là glucoamylase (màu tím ở giữa), cắt thành đường glucose. Đường glucose vị ngọt thanh, không ngọt bằng đường cát saccharose hay fructose, do đó người biến một phần đường glucose thành đường fructose bằng loại enzyme có tên glucose isomerase (màu hồng bên phải).

Hình 2: sơ đồ phân tử amylase, màu xanh dương là các amino acid của protein amylase, tại vùng hoạt động của enzyme có 3 nhóm chức acid của các amino acid số 197, 233, 300, màu trắng đỏ. Khối cầu màu xám là ion Ca++, giúp ổn định cấu trúc của enzyme. Khối cầu màu xanh lá là ion Cl-, hỗ trợ phản ứng. Phân tử tinh bột amylase ở đây màu vàng, liên kết sẽ bị enzyme cắt đứt màu hồng.

Bảo Cần Giờ - 0931560170 © 21/5/2018

Nhấn vào đây để xem các kinh nghiệm nuôi tôm của ông Bảo Cần Giờ