Cơ chế của việc sản xuất enzym từ vi sinh vật gồm những giai đoạn sau:
Vi sinh vật có rất nhiều ưu điểm như sinh trưởng nhanh, diện tích nuôi cấy nhỏ, cho hoạt chất có tính đặc hiệu cao…..
- Tuyển chọn, cải tạo giống vi sinh vật cho enzym có hoạt lực cao:Yêu cầu đối với giai đoạn này là: tuyển chọn được chủng giống tổng hợp enzym cần thiết, với lượng đáng kể và hoạt tính sinh học cao. Môi trường tuyển chọn được phân lập chủ yếu từ đất, nước, lương thực, thực phẩm…. Tuy nhiên các chủng giống phân lập theo phương pháp thông thường, chỉ tổng hợp được một lượng nhỏ enzym (enzym bản thể), người ta cần tiến hành gây đột giống biến bằng phương pháp sinh học, lý, hóa học…để tạo chủng có khả năng “siêu tổng hợp enzym” như: Phương pháp gây đột biến; Phương pháp biến nạp; Phương pháp tiếp hợp gene; Phương pháp tải nạp.
- Phương pháp để bảo quản giống vi sinh vật:Cùng với việc chọn giống thuần chủng, đã được kiểm tra đầy đủ về các đặc tính hóa sinh, vi sinh, nuôi cấy, thì cũng cần chú ý đến điều kiện bảo quản giống. Thực tế, khi bảo quản giống gốc trong một thời gian nhất định có thể tạo ra các đột biến ngẫu nhiên không mong muốn, chính vì vậy định kỳ phải cấy chuyền và kiểm tra lại các đặc tính ban đầu bằng các phương pháp như: phương pháp cấy chuyền; phương pháp làm khô; phương pháp đông khô; phương pháp bảo quản lạnh sâu.
- Môi trường nuôi dưỡng và giai đọan nuôi cấy vi sinh vật:Thành phần của môi trường dinh dưỡng có ảnh hưởng trực tiếp đến sự sinh trưởng và tổng hợp enzym của các vi sinh vật. Môi trường phải có đủ hợp chất chứa C, N, H, O và các chất khoáng Mg, Ca, S, Fe, K, Cu, Zn, Co,…và vitamin…. Nguồn cung cấp cacbon tốt nhất là glucid (đường monose, hoặc disarcarid…) sau đó là chất béo, acid hữu cơ, rượu….Nguồn N đưa vào môi trường dạng muối nitrat, nitrit, muối amoni, chất hữu cơ có nitơ….Nguồn Phospho ở dạng muối photphat. Đặc biệt, để tăng cường sự tổng hợp enzym người ta thường cho thêm vào môi trường nuôi “chất cảm ứng” tổng hợp enzym, đó thường là cơ chất tương ứng của enzym cần tổng hợp.
Trong quá trình nuôi vi sinh vật, phải trú trọng đến nồng độ cơn chất cho phù hợp, nhiệt độ nuôi, độ pH của môi trường, độ ẩm, độ thoáng khí, thiết bị và phòng nuôi…v.v…, tất cả những vấn đề trên đều ảnh hưởng đến hiệu quả tổng hợp enzym, do đó ta phải chọn lọc và tạo điều kiện tối ưu nhất cho vi sinh vật. Hiện nay người ta dùng 2 phương pháp sau: nuôi cấy bề mặt; nuôi cấy chìm.
- Tách chiết và tinh chế chế phẩm enzym:Các phân tử enzym không có khả năng đi qua màng của tế bào và màng của các thành phần của tế bào. Do đó để có thể chiết rút được các enzym nội bào, đầu tiên chúng ta phải phá vỡ cấu trúc của các tế bào có chứa enzym và chuyển chúng vào dung dịch. Có thể phá vỡ cấu trúc của các tế bào bằng những biện pháp cơ học như nghiền nhỏ với bột thủy tinh hoặc cát thạch anh, làm đồng hóa bằng thiết bị đồng hóa (homogenizator). Muốn tách được các enzyme trong các thành phần của tế bào, người ta còn sử dụng các yếu tố vật lý và hóa học khác nhau như dùng sóng siêu âm, dùng các dung môi hữu cơ như butanol, aceton, glycerin, ethyl acetate… và chất detergent. Các hóa chất đó có tác dụng tốt cho việc phá vỡ các thành phần của tế bào vì trong các cơ quan này thường chứa mỡ.
Để loại bỏ muối khoáng và các loại đường có lẫn … là các tạp chất có phân tử lượng thấp, người ta thường dùng phương pháp thẩm tích đối nước hay đối các dung dịch đệm loãng hoặc bằng cách lọc qua màng lọc gel sephadex. Để loại bỏ các protein tạp lẫn ( như các protein cấu trúc, protein trơ) và các chất có phân tử lượng cao khác người ta hay dùng kết hợp các phương pháp khác nhau như: phương pháp biến tích chọn lọc nhờ tác dụng của nhiệt độ( pH) của môi trường, phương pháp kết tủa phân đoạn bằng muối trung tính hoặc có thể là các dung môi hữu cơ, các phương pháp sắc ký (như sắc ký hấp phụ, sắc ký trao đổi ion), điện di, phương pháp lọc gel. Để nâng cao giá trị sử dụng của sản phẩm, hiện nay người ta thường tạo ra chế phẩm enzym gọi là enzym không tan (hay enzym cố định).
Một số phương pháp chủ yếu để tạo enzym không tan là: phương pháp hấp phụ vật lí; phương pháp đưa enzym vào khuôn gel; phương pháp cộng hóa trị của enzym và chất mang, đây chính là phương pháp được dùng phổ biến nhất.
