การพัฒนาและประยุกต์ใช้เอนไซม์เบตากาแลคโตซิเดสเพื่อการเพิ่มมูลค่าผลิตภัณฑ์นม

บทคัดย่อ

ผู้วิจัยประสบความสำเร็จในการพัฒนาเอนไซม์เบต้ากาแลคโตชิเดส ๒ ชนิด เพื่อเพิ่มมูลค่าผลิตภัณฑ์ นม ๒ แนวทางหลัก คือ ๑ ในการผลิต แกแลโตโอลิโกแซคคาไรด์ หรือ กอช ซึ่งมีคุณสมบัติเป็น พรีไบโอติก และ ๒) สำหรับการผลิตนมที่มีปริมาณแลคโตสต่ำ เพื่อช่วยให้ผู้บริโภคที่ขาดเอนไซม์นี้ซึ่งมีอยู่ ๑ ใน ๓ ของ ประขากรโลก และมีน้อยกว่าร้อยละ ๑0 ในประเทศไทย สามารถดื่มนมได้โดยไม่มีผลข้างเคียง เอนไซม์ทั้ง ๒ ที่ได้พัฒนาขึ้นมานี้ สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในระดับอุตสาหกรรมได้ต่อไป เอนไซม์แรก เป็นเอนไชม์จากเชื้อ แลคโตบาชิลัส เพนโตซัส เคยูบี-เอสที ๑๐-๑ พัฒนาขึ้นด้วยวิธีการ ทำให้บริสุทธิ์โดยการตกตะกอนด้วย แอมโมเนียม ซัลเฟต ตามด้วย วิธีการคัดแยกด้วยวิธีการโครมาโตกราฟฟิ ที่คัดแยกโดยปฏิกิริยาแบบไม่ชอบน้ำ และโดยความสามารถในการจับจำเพาะ ผลจากการวิเคราะเอนไชม์ บริสุทธิ์แสดงว่า เอนไชม์มีโครงสร้างเป็นคู่แบบแตกต่าง ที่มีขนาด ๑๑๕ กิโลดาลตัน มีค่ากิจกรรมจำเพาะ 97 UaPd/mg มีค่าจลศาสตร์ในการทำปฏิกริยา Km, kcat และ kcat/Km สำหรับ แลคโตส และ ๐ nitrophenyl-8-D-galactopyranoside (oNPG) เท่ากับ 38 mM, 20 s~, 530 M- s" และ 1.67 mM, 540 s, 325 000 M- s, ตามลำดับ มีคำอุณหภูมิที่เหมาะสมในการทำปฏิริยาอยู่ในช่วง 60-65*C สำหรับการวิเคราะห์ในช่วงเวลา ๑0 นาที ซึ่งเป็นค่าที่สูงกว่าเอนไซม์ เบต้ากาแลคโตซิเดส จากเชื้อ แลคโตบา ซิลัสอื่นๆ ที่เคยมีรายงานมา รวมทั้งยังพบว่า แมกนีเซียม สามารถเพิ่มทั้งความสามารถในการทำงาน และ ความเสถียรของเอนไซม์ อย่างมีนัยสำคัญ จากการทดลองนำเอนไซม์นี้ไปใช้ผลิต พรีไบโอติก กอซ จากแลค โตส พบว่าได้ผลผลิตสูงสุดที่ ร้อยละ ๓ด ของ น้ำตาลรวม ซึ่งมีอัตราการเปลี่ยนแลคโตส ที่ร้อยละ ๗๘ เอนไชม์มีความสามารถสูงในการสร้างพันธะ B-(1 - 3) และ B-(1 - 6) โดยมีผลผลิตหลักเป็น กอช ที่มีความ ยาว ๒ โมเลกุล ชนิดต่างๆ ได้แก่ B-D-Galp(1->6)-D-GIc, B -D-Galp-(1->3)-D-Glc, B -D-Galp- (1-6)-D-Gal, B -D-Galp-(1-3)-DGal และ กอช ที่มีความยาว ๓ โมเลกุล ๒ แบบ ได้แก่ B -D-Galp- (1-3)-D-Lac, B - D-Gap-(1 -6)-D-Lac คุณสมบัติข้างต้น มีความเหมาะสมสำหรับการประยุกต์ใช้ใน ระดับอุตสาหกรรมการสังเคราะห์ กอช ต่อไป เอนไซม์ตัวที่สองที่ได้พัฒาขึ้นจากโครงกรวิจัยนี้ คือเอนไซม์ เบต้ากาแลคโตซิเดส จากเชื้อ บาซิลัส ไลเคนนิฟอร์มิส ดีเอสเอ็ม ๑๓ ซึ่งมีโครงสร้างเป็นโมเลกุลคู่แบบเสมือน พัฒนาขึ้นมาโดยการโคลนยีน lOCA แล้วนำไปแสดงออกในปริมาณสูงในชื้อ เอลเซอริเย โคไล ได้เป็นเอนไซม์ดัดแปลงพันธุกรรม แล้วนำมาทำให้ บริสุทธิ์เพื่อศึกษาคุณสมบัติ ซึ่งพบว่าเมื่อใช้ทั้ง แลคโตส และ NPG เป็นสารตั้งต้น จะมีค่าอุณหภูมิ และความ เป็นกรดต่าง ที่เหมาะสมในการทำงานที่ ๕0 *ซ และ ๖.๕ ตามลำดับ เอนไชม์นี้มีความเสถียรในช่วงค่า pH 5- 9 ที่ ๓๗ และในช่วงอุณหภูมิกว้างตั้งแต่ ๔ - ๔๒ *ซ ที่ pH 6.5 ถึง ๑ เดือน ค่า K. สำหรับ แลคโตส และ ONPG เท่ากับ 169 and 13.7 mM, ตามลำดับ เอนไซม์นี้ถูกยับยั้งได้ดีด้วยผลผลิต ได้แก่ กลูโคส และ กาแลค โตส และสามารถถูกกระตุ้นได้บ้างด้วย อิออนเดี่ยว Na และ K* ที่ความเข้มข้นในช่วง 1-100 mM และ อิ ออนคู่ Mg, Mn* และ Ca"* ที่ความเข้มข้น 1 mM ดังนั้นเอนไซม์นี้จึงมีคุณสมบัติเหมาะสมในการใช้ย่อย แลคโตสในนมที่อุณหภูมิค่อนข้างสูง แต่ไม่เหมาะกับการนำมาสังเคราะห์ กอช เพราะมีประสิทธิภาพต่ำกว่า เอนไซม์แรกมาก คือใช้สังเคราะห์ได้ กอซ ในปริมาณสูงสุดเพียง ร้อยละ ๑๒ ของปริมาณน้ำตาลรวม เมื่อใช้ แลคโตสตั้งต้นในความเข้มข้น ๒00 กรัมต่อลิตร ดังนั้นเอนไซม์นี้จึงมีความเหมาะสมสำหรับการประยุกต์ใช้ใน ระดับอุตสาหกรรมการสังเคราะห์ นมแลคโตสต่ำ ต่อไป ทั้งนี้ข้อมูลเกี่ยวกับเอนไซม์ทั้ง ๒ นี้ ได้รับการตีพิมในวารสารทางวิชาการระดับนานาชาติ ที่มีการ ประเมินโดยผู้ทรงคุณวุฒิ และมีค่าดัชนีผลกระทบ เป็นที่เรียบร้อยแล้ว

คำสำคัญ