Luận văn Nghiên cứu cố định enzyme α-Amylase

Amylase rất quan trọng trong quá trình đường hóa tinh bột, đồng thời amylase cũng có nhiều ứng dụng trong công nghệ thực phẩm như: sản xuất syrup glucose, syrup giàu fructose, syrup maltose, giảm độ nhớt của sugar syrup, hòa tan và đường hóa tinh bột để lên men cồn trong công nghiệp rượu bia Trong hầu hết các trường hợp, quá trình sử dụng enzyme bị ức chế khi nồng độ cơ chất, sản phẩm cao và khi sử dụng enzyme nhiều lần hoặc lâu cũng làm enzyme mất ổn định. Chính vì thế quá trình cố định enzyme rất quan trọng để sử dụng enzyme liên tục và tái sử dụng nhiều lần trong công nghiệp, và dễ dàng tách enzyme ra khỏi sản phẩm. Điều này rất quan trọng trong việc phát triển thiết bị phản ứng sinh học có tính khả thi về kinh tế dùng trong công nghiệp thủy phân tinh bột. Trong thời gian qua, trên thế giới và Việt Nam đã thực hiện nhiều công trình nghiên cứu cố định α-amylase trên các chất mang khác nhau. Tuy nhiên quá trình thực hiện khá phức tạp, hạn chế khi ứng dụng trong công nghiệp. Để đáp ứng cho mục tiêu ứng dụng thuận tiện trong công nghiệp, chúng tôi quyết định tiến hành nghiên cứu cố định α-amylase trên chitosan. Từ trước đến nay, chitosan chỉ được hoạt hóa xử lý ở dạng dung dịch, do đó cần thêm quá trình tạo hạt hoặc tạo màng, nhưng ở đây chúng tôi tiến hành sử dụng chitosan ở dạng rắn để thuận tiện tạo cột thủy phân tinh bột. Chitosan là chất mang được ưu tiên chọn lựa vì chitosan là một polymer có cấu trúc siêu lỗ dễ dàng hấp phụ enzyme đồng thời trong phân tử chitosan có các nhóm amino hoạt động dễ dàng liên kết cộng hóa trị với một nhóm aldehyde của glutaraldehyde, tạo cầu nối để liên kết cộng hóa trị với nhóm amino của enzyme. Trong nghiên cứu này chúng tôi sẽ xác định điều kiện để cố định α-amylase và khảo sát tính chất của α-amylase cố định. Nội dung nghiên cứu gồm có:  Khảo sát những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cố định.  Tối ưu hóa 2 yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất đến quá trình cố định.  Khảo sát tính chất của enzyme cố địnhvà xác định hiệu quả sử dụng enzyme cố định.

doc88 trang | Chia sẻ: lvbuiluyen | Lượt xem: 4810 | Lượt tải: 3download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Nghiên cứu cố định enzyme α-Amylase, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM – & — LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU CỐ ĐỊNH ENZYME α-AMYLASE SVTH : NGUYỄN THỊ VÂN LINH MSSV : 60601261 GVHD : TS. TRẦN BÍCH LAM TP Hồ Chí Minh, 1/2011 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2011 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2011 LỜI CẢM ƠN Trong suốt khoảng thời gian học tập và rèn luyện dưới mái trường Bách Khoa, nhờ sự tận tình dạy bảo, giúp đỡ và dìu dắt của quý thầy cô, em đã trưởng thành hơn rất nhiều trong học tập, trong công việc và trong cuộc sống. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến tất cả các quý thầy cô trong trường Đại học Bách Khoa và đặc biệt là các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, những người đã dạy em những kiến thức nền tảng vững vàng nhất để trở thành một kỹ sư trẻ trong tương lai. Em cũng xin gửi lời chân thành và sâu sắc đến cô TS. Trần Bích Lam, người cô đáng kính có ảnh hưởng sâu sắc đến em trong quá trình học tập, vì sự tận tình chỉ bảo và hướng dẫn em trong suốt khoảng thời gian học tập và làm luận văn, giúp em hoàn thành tốt nhất luận văn của mình. Con xin cảm ơn nội và ba luôn ở bên cạnh con, hết lòng yêu thương, chăm sóc và cổ vũ tinh thần cho con, giúp con vượt qua được những giai đoạn khó khăn nhất trong công việc cũng như trong cuộc sống. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè tôi và các bạn lớp HC06TP, những người đã ở bên cạnh động viên giúp đỡ tôi rất nhiều để tôi hiểu được giá trị tình bạn chân thành, đẹp đẽ. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 1 năm 2011 Nguyễn Thị Vân Linh MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Phân loại enzyme dùng trong sản xuất syrup tinh bột, maltodextrins và cyclodextrins 3 Bảng 1.2: Một số nghiên cứu cố định glucoamylase 20 Bảng 2.1: Ma trận quy hoạch cấu trúc có tâm, hai yếu tố 32 Bảng 3.1: Hàm lượng protein và hoạt tính riêng của α-amylase tự do 40 Bảng 3.2: Hoạt tính riêng của các mẫu α-amylase cố định tương ứng với những thể tích enzyme sử dụng khác nhau 44 Bảng 3.3: Hoạt tính riêng của các mẫu α-amylase cố định tương ứng với những thời gian cố định khác nhau 46 Bảng 3.4: Hoạt tính riêng của các mẫu α-amylase cố định tương ứng với những vận tốc lắc đảo khác nhau 48 Bảng 3.5: Hoạt tính riêng của các mẫu α-amylase cố định tương ứng với những kích thước chitosan khác nhau 50 Bảng 3.6: Hoạt tính riêng của các mẫu α-amylase cố định tương ứng với những nồng độ glutaraldehyde khác nhau 52 Bảng 3.7: Bảng mã hóa các thông số ảnh hưởng cần khảo sát 55 Bảng 3.8: Kết quả thực nghiệm với ma trận trực giao cấp 2 55 Bảng 3.9: Các hệ số phương trình hồi quy Y và kết quả kiểm định Student 56 Bảng 3.10: Ảnh hưởng của pH lên hoạt tính α-amylase tự do và cố định 59 Bảng 3.11: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt tính α-amylase tự do và cố định 61 Bảng 3.12: Các phương pháp cố định và chất mang dùng để cố định α-amylase 62 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Các enzyme thủy phân tinh bột 2 Hình 1.2: Vị trí hoạt động của enzyme thủy phân tinh bột 4 Hình 1.3: Cấu trúc của pullulan 7 Hình 1.4: Quá trình chuyển đồng phân glucose thành fructose 8 Hình 1.5: Cơ chế phản ứng thủy phân – liên kết của cyclodextrin glycosyltransferases. 8 Hình 2.1: Đường chuẩn albumin 36 Hình 2.2: Đường chuẩn glucose 38 Hình 3.1: So sánh hiệu quả các phương pháp cố định 40 Hình 3.2: Cố định enzyme bằng phương pháp liên kết hóa trị 41 Hình 3.3: Cố định enzyme bằng phương pháp hấp phụ và liên kết các enzyme 41 Hình 3.4: Ảnh hưởng của thể tích enzyme sử dụng lên hiệu suất cố định 43 Hình 3.5: Ảnh hưởng của thể tích enzyme sử dụng lên lượng enzyme gắn vào chitosan 43 Hình 3.6: Ảnh hưởng của thời gian cố định lên hiệu suất cố định enzyme 45 Hình 3.7: Ảnh hưởng của vận tốc lắc đảo lên hiệu suất cố định enzyme 47 Hình 3.8: Ảnh hưởng của kích thước chitosan lên hiệu suất cố định enzyme 50 Hình 3.9: Ảnh hưởng của nồng độ Glutaraldehyde lên hiệu suất cố định enzyme 52 Hình 3.10: Ảnh hưởng của thể tích enzyme và thời gian cố định lên hiệu suất cố định 57 Hình 3.11: Đồ thị vòng dự đoán kết quả quy hoạch thực nghiệm 57 Hình 3.12: Ảnh hưởng của pH lên hoạt tính α-amylase tự do và cố định 59 Hình 3.13: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt tính của α-amylase tự do và cố định 60 Hình 3.14: Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất lên vận tốc thủy phân 64 Hình 3.15: Mối liên hệ giữa 1/V và 1/[S] 64 Hình 3.16: Khả năng tái sử dụng của chế phẩm α-amylase cố định 66 MỞ ĐẦU Amylase rất quan trọng trong quá trình đường hóa tinh bột, đồng thời amylase cũng có nhiều ứng dụng trong công nghệ thực phẩm như: sản xuất syrup glucose, syrup giàu fructose, syrup maltose, giảm độ nhớt của sugar syrup, hòa tan và đường hóa tinh bột để lên men cồn trong công nghiệp rượu bia…Trong hầu hết các trường hợp, quá trình sử dụng enzyme bị ức chế khi nồng độ cơ chất, sản phẩm cao và khi sử dụng enzyme nhiều lần hoặc lâu cũng làm enzyme mất ổn định. Chính vì thế quá trình cố định enzyme rất quan trọng để sử dụng enzyme liên tục và tái sử dụng nhiều lần trong công nghiệp, và dễ dàng tách enzyme ra khỏi sản phẩm. Điều này rất quan trọng trong việc phát triển thiết bị phản ứng sinh học có tính khả thi về kinh tế dùng trong công nghiệp thủy phân tinh bột. Trong thời gian qua, trên thế giới và Việt Nam đã thực hiện nhiều công trình nghiên cứu cố định α-amylase trên các chất mang khác nhau. Tuy nhiên quá trình thực hiện khá phức tạp, hạn chế khi ứng dụng trong công nghiệp. Để đáp ứng cho mục tiêu ứng dụng thuận tiện trong công nghiệp, chúng tôi quyết định tiến hành nghiên cứu cố định α-amylase trên chitosan. Từ trước đến nay, chitosan chỉ được hoạt hóa xử lý ở dạng dung dịch, do đó cần thêm quá trình tạo hạt hoặc tạo màng, nhưng ở đây chúng tôi tiến hành sử dụng chitosan ở dạng rắn để thuận tiện tạo cột thủy phân tinh bột. Chitosan là chất mang được ưu tiên chọn lựa vì chitosan là một polymer có cấu trúc siêu lỗ dễ dàng hấp phụ enzyme đồng thời trong phân tử chitosan có các nhóm amino hoạt động dễ dàng liên kết cộng hóa trị với một nhóm aldehyde của glutaraldehyde, tạo cầu nối để liên kết cộng hóa trị với nhóm amino của enzyme. Trong nghiên cứu này chúng tôi sẽ xác định điều kiện để cố định α-amylase và khảo sát tính chất của α-amylase cố định. Nội dung nghiên cứu gồm có: Khảo sát những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cố định. Tối ưu hóa 2 yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất đến quá trình cố định. Khảo sát tính chất của enzyme cố địnhvà xác định hiệu quả sử dụng enzyme cố định. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC ENZYME THỦY PHÂN TINH BỘT (AMYLOLYTIC ENZYME) [3, 13, 15] Có 5 nhóm enzyme cơ bản tham gia thủy phân tinh bột: Nhóm endoamylase và exoamylase thủy phân chủ yếu ở liên kết α–1,4 glycoside. Nhóm enzyme cắt mạch nhánh (debranching enzyme) thủy phân liên kết α–1,6 glycoside. Nhóm isomerase xúc tác phản ứng chuyển đồng phân hóa từ glucose thành fructose, được ứng dụng trong công nghiệp sản xuất syrup fructose từ syrup glucose. Nhóm cyclodextrin glycosyltransferase thủy phân tinh bột đồng thời xúc tác quá trình tạo vòng cyclodextrin. Các enzyme chuyển hóa tinh bột α–1,4–glucanases α–1,6–glucanases Endo– Exo– Endo– Exo– α–amylase β–amylase GlucoamylaseIsopullulanaseα–glucosidase Pullulanase Isoamylase Exopullulanase Hình 1.1: Các enzyme thủy phân tinh bột Hình 1: Các enzyme thủy phân tinh bột Bảng 1.1: Phân loại enzyme dùng trong sản xuất syrup tinh bột, maltodextrins và cyclodextrins[15] Loại Nguồn Vị trí xúc tác pHopt Topt (oC) Endoamylase Bacillus subtilis α-1,4-glycoside 6,0 65 – 70 B. licheniformis α-1,4-glycoside 5,0 – 7,0 90 Exoamylase Aspergillus oryzae α-1,4-glycoside 4,5 50 – 60 A.niger α-1,4-glycoside α-1,6-glycoside 4,0 – 5,0 60 Bacillus sp. α-1,4-glycoside 5,0 55 – 60 Clostridium sp. α-1,4-glycoside 5,5 – 6,0 75 – 85 α-1,6-amylase Klebsiella aerogenes α-1,6-maltotrioside 5,0 60 Pseudomonas sp. α-1,6-heptasacch 4,0 50 – 55 Exo-α-amylase Streptomyces griseus α-1,4-glycoside – – B.subtilis α-1,4-glycoside – – B.circulans α-1,4-glycoside – – Pseudomonas stutzeri α-1,4-glycoside – – Pseudomonas sp. α-1,4-glycoside – – B.subtils α-1,4-glycoside – – B.circulans α-1,4-glycoside – – Isomerase B.circulans Aldo/keto pentose Aldo/keto hexose 8,2 65 Glucanotransferase B.macerans α-1,4-glycoside 5,0 50 Thermoanaerobacter sp. α-1,4-glycoside 4,5 90 Endo/Exocellulase Trichoderma reesei β-1,4-glycoside – – Endoprotease B.licheniformis – 6,5 90 Hình 1.2: Vị trí hoạt động của enzyme thủy phân tinh bột Chú thích: A: α-amylase. O: gốc glucose. D: Enzyme cắt mạch nhánh. O-O: liên kết α-1,4. B: β-amylase. →O: liên kết α-1,6. G: glucoamylase. Ø, đầu tận cùng khử. Endo-enzyme Cơ chế tác dụng: Endo-enzyme thủy phân liên kết α-1,4 glycoside trong amylose, amylopectin, và các polysaccharide tương tự nhưng không thủy phân liên kết α-1,6 glycoside trong amylopectin. Sản phẩm thủy phân là các oligosaccharide có độ dài chuỗi khác nhau và có cấu tạo α trên carbon C1 của nhóm khử trong phân tử glucose. Có hai endoamylase khác nhau (EC 3.2.1.1): bền nhiệt và không bền nhiệt. α-Amylase bền nhiệt có nguồn gốc vi khuẩn và thu nhận từ chủng Bacillus. Hiện nay, hai loại α-amylase thương mại quan trọng là: Amylase từ B.subtilis nếu có mặt ion Ca2+ thì enzyme này sẽ có nhiệt độ tối ưu trong khoảng từ 65 đến 70oC. Amylase từ B.licheniformis hoạt động và ổn định trong dung dịch tinh bột ở nhiệt độ trên 90oC, sự ổn định tương đối độc lập với ion Ca2+, và enzyme này hoạt động tốt hơn với khoảng pH rộng. Exoamylase Cơ chế tác dụng: Một số có thể cắt liên kết α-1,6 glycoside (hình 1.2), nhưng tốc độ phản ứng chậm hơn so với khi thủy phân liên kết α-1,4 glycoside. Exoamylase hoạt động trên các liên kết bên ngoài từ đầu tận cùng không khử và tạo ra các sản phẩm khối lượng phân tử thấp. Hai loại exoenzyme quan trọng trong thủy phân tinh bột được ứng dụng trong công nghiệp là: glucoamylase và β-amylase. Glucoamylase Glucoamylase (EC 3.2.1.3) có nguồn gốc từ nấm. Enzyme này thủy phân liên kết α-1,4 glycoside từ đầu tận cùng không khử, giải phóng ra phân tử ᴅ-glucose cấu hình β. Glucoamylase cắt phân tử ᴅ-glucose ở đầu nhánh phân tử amylopectin, bắt đầu thủy phân ở liên kết α-1,6 glycoside, nhưng chậm hơn nhiều khi thủy phân liên kết α-1,4 glycoside. Enzyme này là một trong những enzyme công nghiệp quan trọng đã được ứng dụng rộng rãi trên thế giới. Glucoamylase sử dụng quan trọng nhất là sản xuất syrup giàu glucose (96 – 98% glucose) và syrup giàu fructose (55% fructose). Ở nồng độ glucose cao, glucoamylase tái tổng hợp các phân tử glucose hình thành maltose và isomaltose. Hiện tượng này xảy ra rõ hơn ở nồng độ cơ chất cao và nồng độ enzyme cao. Trong dung dịch glucoamylase thô thường có mặt transglucosidase (EC 2.4.1.24), enzyme này cũng có khả năng trùng hợp glucose. β-amylase Enzyme β-amylase (EC 3.2.1.2), có nguồn gốc thực vật. Lúa mạch, lúa mì, khoai tây và đậu nành là những nguồn phổ biến để thu nhận β-amylase. Tuy nhiên, β-amylase cũng tồn tại như một enzyme ngoại bào trong Bacillus sp. và Pseudomonas sp. β-amylase hoạt động theo kiểu exo, thủy phân từ đầu tận cùng không khử của chuỗi bên ngoài phân tử tinh bột hoặc polysaccharide tương tự, và mạch ngắn dần tạo β-maltose. Amylose được chuyển hoàn toàn thành maltose, ngược lại amylopectin và các polymer mạch nhánh khác được thủy phân thành nhiều sản phẩm khác nhau phụ thuộc vào mức độ phân nhánh, kết quả quá trình thủy phân này khoảng 50 – 60% chuyển thành maltose. Kết quả này là do β-amylase không thể thủy phân liên kết α-1,6 glycoside. Enzyme β-amylase đạt hoạt tính cao nhất ở pH 5. Nhiệt độ tối ưu trong khoảng giữa 55 và 60oC. α-1,6 enzymes Các enzyme α-1,6 (hay còn gọi là các enzyme cắt nhánh - debranching enzyme), vài thập niên qua đã được biết đến nhưng chưa phổ biến, như pullulanase (EC 3.2.1.41) và isoamylase (EC 3.2.1.68). Gần đây các enzyme này thu hút nhiều sự chú ý, do có thể cải thiện hiệu suất thủy phân khi có mặt một enzyme cắt nhánh trong hệ thống. Các enzyme cắt nhánh có 2 nhóm, có hoạt tính endo có thể thủy phân liên kết α-1,6 glycoside ở điểm nhánh của amylose, glycogen, pullulan và các oligosaccharide tương tự: Nhóm đầu tiên là pullulanase, thủy phân đặc hiệu liên kết α-1,6 glycoside, giải phóng các oligosaccharide mạch thẳng gồm các nhóm glucose liên kết bằng liên kết α-1,4 glycoside. Nhóm thứ hai là neopullulanase và amylopullulanase, có hoạt tính nhắm vào cả liên kết α-1,6 và α-1,4 glycoside. Pullulanase Pullulanse được phát hiện đầu tiên vào năm 1961 và thu hút sự chú ý vì nó hoạt động đặc hiệu trên liên kết α-1,6 glycoside của pullulan (pullulan là một polymer ᴅ-glucose mạch thẳng bản chất gồm các đơn phân maltotriosyl liên kết với nhau bằng liền kết α-1,6 glycoside), tinh bột, amylopectin, và các oligosaccharide tương tự. Pullulanase thủy phân tinh bột tạo các sản phẩm có DP trung bình thay đổi từ 115 đến 2300. Enzyme này thường dùng kết hợp với glucoamylase, α- hoặc β-amylase. Hình 1.3: Cấu trúc của pullulan Chú thích: O: gốc glucose. O-O: liên kết α-1,4. →O: liên kết α-1,6. Isoamylase Isoamylase được phát hiện vào năm 1949, được thu nhận ở phòng thí nghiệm từ một số vi sinh vật như K. aerogenes và Pseudomonas sp. Enzyme này thủy phân liên kết α-1,6 glycoside trong amylopectin và có hoạt tính rất thấp hoặc không có hoạt tính trên pullulan. Trong phản ứng thủy phân tinh bột, khi sử dụng isoamylase trước glucoamylase, phần amylopectin được tách khỏi polymer nhanh chóng và vì thế rất dễ bị hồ hóa. Thời điểm cho isoamylase vào hệ thống thủy phân rất quan trọng. Isomerases Glucose isomerase (EC 5.3.1.5) được ứng dụng quan trọng nhất trong công nghiệp thực phẩm là dùng để chuyển glucose thành fructose (hình 1.4). Cobalt được biết đến là chất hoạt hóa glucose isomerase, nhưng glucose isomerase từ một số nguồn lại không cần ion cobalt. Magnesium là một chất hoạt hóa khác của những enzyme này. Ngược lại, calcium và oxygen có tác động ức chế, tác động ức chế của calcium có thể khắc phục bằng cách cho magnesium vào, ngược lại tác động của oxygen được khắc phục nhờ quá trình nhiệt. Vì thế, việc tinh sạch cơ chất (glucose syrup) rất quan trọng để enzyme ổn định. Glucose isomerase Fructose Glucose Hình 1.4: Quá trình chuyển đồng phân glucose thành fructose Cyclodextrin Glycosyltransferase Cyclodextrin glycosyltransferase (CGTase; EC 2.4.1.19) thủy phân một loạt đầu không khử cyclomaltooligosaccharides chuyển thành cyclodextrin, gồm 6, 7 hoặc 8 nhóm ᴅ-glucopyranol. Các enzyme cyclodextrin glycosyltransferase thủy phân cắt mạch nhánh của tinh bột và xúc tác tạo vòng. γ-cyclodextrin β-cyclodextrin Phân tử tinh bột α-cyclodextrin Hình 1.5: Cơ chế phản ứng thủy phân – liên kết của cyclodextrin glycosyltransferases. Chú thích: →, vị trí thủy phân O-O, liên kết α-1,4. O, gốc glucose. →O, liên kết α-1,6.. CGTase được sản xuất chủ yếu bởi giống Bacillus. CGTase từ B. macerans khi thủy phân tinh bột chủ yếu tạo ra α-cyclodextrin, ngược lại CGTase bền nhiệt từ B. stearothermophilus khi thủy phân tinh bột sản xuất cả α- và β-cyclodextrin và B. subtilis CGTase thì tạo ra chủ yếu là γ-cyclodextrin. ENZYME CỐ ĐỊNH [3, 9, 16, 31, 32] Lịch sử nghiên cứu và phát triển Năm 1916, Nelson và Griffin quan sát và thấy rằng enzyme invertase của nấm men khi hấp phụ vào than có khả năng thủy phân đường saccharose. Năm 1949, Micheal và Iuers đã sử dụng phương pháp azide hóa carboxymethyl cellulose để cố định những chuỗi protein có hoạt tính. Năm 1953, Grubhofer và Schleith đã cố định được một số enzyme như carboxy peptidase, diastase, pepsin và ribonuclease trên polyaminostyrene bằng liên kết đồng hóa trị và các nghiên cứu trên mới bắt đầu thử nghiệm ứng dụng ở quy mô pilot. Năm 1954, Chang đã tạo ra được các vi tiểu cầu bán thấm có gắn enzyme để chống lại dị ứng khi đưa enzyme vào cơ thể. Năm 1963, Bernfeld và Wan đã thí nghiệm thành công khi nhốt các enzyme như amylase, trypsin, papain, ribonuclease vào gel polyacrylamide. Năm 1964, Quiociio và Richards đã mô tả phương pháp liên kết chéo cố định carboxy peptidase A với glutaraldehyde. Cũng trong năm này, Chang đã triển khai phương pháp tạo vi nang để nhốt enzyme carbonic anhydrase. Năm 1969, Wilson đã xây dựng thành công xưởng thực nghiệm để sản xuất glucose bằng glucoamylase cố định. Cũng trong năm này, Chibata và các cộng sự đã thực hiện thành công áp dụng enzyme cố định vào sản xuất công nghiệp. Năm 1970, Mosbach đã tiến hành cố định ba loại enzyme: β-galactosidase, hexokinase, glucophosphatase bằng liên kết cộng hóa trị với các hạt sephadex. Năm 1973, Chibata và các cộng tác viên cũng là những người đầu tiên thành công trong việc cố định tế bào vi sinh vật để sản xuất L-aspartate từ ammonium fumarate bằng gel acrylamide. Tế bào E.coli chứa trong gel có hoạt tính aspartase rất cao. Đến năm 1987, bằng công nghệ ứng dụng enzyme glucoisomerase cố định, đã tiến hành sản xuất syrup frutose từ glucose theo quy mô công nghiệp. Ngoài những sản phẩm kể trên, enzyme cố định còn có được những ứng dụng nhiều trong công nghệ lên men, chống ô nhiễm môi trường và cả trong y học. Định nghĩa Enzyme cố định có thể được hiểu theo 2 nghĩa: Nghĩa hẹp: Enzyme cố định là enzyme được đưa vào những pha riêng rẽ, pha này được tách riêng với dung dịch tự do. Pha enzyme không hòa tan trong nước và được gắn với các polymer ưa nước có trọng lượng phân tử lớn. Nghĩa rộng: các chất xúc tác cố định là các enzyme, tế bào, cơ thể sống ở trạng thái cho phép sử dụng lại. Như vậy, theo nghĩa rộng, enzyme không hòa tan bao gồm cả enzyme được cố định vào một chất mang, cả enzyme có trong tế bào sống được cố định trong các thiết bị phản ứng sinh học có sự gắn kết vào một chất mang cho phép sử dụng nhiều lần. Đặc điểm của enzyme cố định Hoạt tính riêng của enzyme cố định nhỏ hơn hoạt tính riêng của enzyme tự do cùng loại. Enzyme cố định hòa toàn tuân theo định luật Michaelis – Menten nhưng có một số sai khác nhất định. Enzyme cố định thường bền nhiệt hơn enzyme tự do. Enzyme cố định có pHopt có thể khác với pHopt của enzyme tự do cùng loại. Khả năng bảo quản của enzyme cố định tốt hơn. Enzyme cố định dễ dàng tách ra khỏi sản phẩm và có sự ổn định cao hơn enzyme tự do cùng loại. Ưu và nhược điểm của enzyme cố định Ưu điểm: Tái sử dụng nhiều lần. Điều khiển quá trình tốt hơn. Sự ổn định gia tăng. Sản phẩm không chứa enzyme. Mô hình tốt để nghiên cứu động học của enzyme. Nhược điểm: Hoạt tính enzyme bị giảm do chất mang. Enzyme bị giảm hoặc mất hoạt tính sau quá trình cố định. Một số phương pháp cố định enzyme Phương pháp hấp phụ (Adsorption) Nguyên tắc: Enzyme được hấp phụ vào các nguyên liệu, như là than, polymer hữu cơ, thủy tinh, muối vô cơ, oxide kim loại, hoặc silicagel. Enzyme CHẤT MANG Ưu điểm: Rẻ tiền, quá trình thực hiện đơn giản, enzyme ít bị biến tính trong suốt quá trình cố định so với quá trình cố định enzyme bằng phương pháp hóa học. Nhược điểm: Các lực liên kết yếu nên enzyme dễ bị giải hấp phụ khi thay đổi nhiệt độ, pH, lực ion hoặc sự có mặt của cơ chất. Ngoài ra những chất lạ cũng có khả năng hấp phụ vào chất mang, có thể gây ra những vấn đề khác nhau bao gồm cả việc làm biến tính enzyme. Phương pháp nhốt (Entrapment) Nguyên tắc: enzyme được nhốt trong cấu trúc mạng gel của các polymer như polysaccharide, protein, polymer tổng học như polyacrylamide… Phương pháp này đã được mô tả bởi Bernfeld and Wan. Phương pháp cố định này chỉ cho phép khuếch tán tự do các cơ chất có khối lượng phân tử thấp, sản phẩm cuối, cơ chất và những phân tử enzyme tương đối lớn không thể ra khỏi hạt. Ưu điểm: Giữa enzyme và chất mang không có liên kết nên enzyme ít bị phá hủy. Có thể cố định nhiều enzyme. Nhược điểm: Nhiều quá trình trùng ngưng giải phóng những phân tử mang điện tích tự do, những phân tử này có khả năng gây hại đến tính chất enzyme. Cơ chất sử dụng hạn chế, chỉ những cơ chất có khối lượng phân tử thấp mới được sử dụng trong quá trình

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • doc15 - Nguyen Thi Van Linh - Nghien cuu co dinh enzyme amylase.doc
  • ppt15 - Nguyen Thi Van Linh - Nghien cuu co dinh enzyme α-amylase.ppt
  • pptx15 - Nguyen Thi Van Linh - Nghien cuu co dinh enzyme α-amylase.pptx
Luận văn liên quan