Cố định enzyme bằng phương pháp bao gói trong khuôn gel

Cố định enzyme bằng phương pháp bao gói trong khuôn gel- Đây là phương pháp vật lý cố định enzym hòa tan.. Cơ chất sẽ xuyên qua polymer để tiếp xúc với enzym và xảy ra phản ứng hoặc thẩm

Cố định enzyme bằng phương pháp bao gói trong khuôn gel

- Đây là phương pháp vật lý cố định enzym hòa tan

1 Nguyên tắc:

Tạo ra một màng bọc hay một polymer không tan trong nước để giữ enzym Cơ chất sẽ xuyên qua polymer để tiếp xúc với enzym và xảy ra phản ứng hoặc thẩm thấu ra ngoài nhưng enzym vẫn sẽ được giữ nguyên trong khuôn gel đó

2 Đặc điểm:

-Do enzyme bị nhốt vào gel , gel bao lấy phân tử enzyme tạo thành vật cản giữa enzyme với cơ chất làm cho sự tiếp xúc giữa trung tâm hoạt động của enzyme với cơ chất gặp khó khăn hơn

-Gel ngăn cản sự khuếch tán tự do của các phân tử, từ đó ảnh hưởng đến hiệu quả xúc tác của enzyme

-Tốc độ khuếch tán của cơ chất, sản phẩm và các phân tử khác phụ thuộc vào kích thước lỗ gel, trọng lượng phân tử của cơ chất và sự chênh lệch nồng độ giữa môi trường xung quanh enzyme với dung dịch tự do

2.1 Gói trong gel dạng hạt:

- Enzym được hòa tan trong một dung dịch monome Sau đó, monome này trùng hợp tạo các polymer giữ các phân tử enzym trong mạng lưới khuôn gel của polymer

- Kích thước hạt rất quan trọng vì nếu hạt bị teo sẽ khó tái sử dụng và hiệu suất thấp

- Nồng độ CaCl2 làm bền hạt, nếu không có hạt sẽ dễ bị hòa tan

- Không đồng đều hoạt tính ở tất cả vị trí

- Các chất mang: poliacrylamid, alginat, caraghehan, agarose, gelatin,

…

2.2.Gói trong gel dạng sợi:

- Enzym được cho vào dung dịch phân tán sợi collagen trong dung môi nước - metanol và có khuấy từ Các protein đi về phía catot và nhận được các mạng collagen có "nhốt" enzym

- Có thể nhốt enzym trong các lỗ nhỏ của sợi tổng hợp bằng cách cho các dòng lỏng chảy tuần hoàn bên trong sợi

- Khả năng xúc tác phản ứng tốt hơn nhốt enzym trong gel

- Các sợi dùng để nhốt enzym thường là những sợi nhân tạo (Cellulose acetate, cellulose, PVC, polysulphone,…) có độ bền với acid, kiềm, các loại ion và dung môi hữu cơ hòa tan

2.3.Gói trong bao vi thể (Microcapsule):

- Giới hạn bởi một màng bán thấm Màng này có tính chất cho các cơ chất và sản phẩm qua lại tự do trong quá trình phản ứng

- Nguyên liệu tạo vi thể: nitro cellulose, nylon, polyurea, collodion, polysyrene,…

- Có thể gói enzym trong bao vi thể bằng cách: Polime hóa ở bề mặt liên pha, sấy lỏng hay tách pha

2.4.Gói bằng phương pháp tiền polymer:

- Tạo liên kết chéo giữa các tiền polymer bằng chiếu quang để gói enzym: Khi chiếu tia cực tím gần (360nm) lên dung dịch có chứa chất tiền polyme, enzym và chất nhạy quang (benzoin etylete, benzoin izobutylete) sẽ tạo ra liên kết chéo giữa các gốc của tiền polyme Từ

đó gel được hình thành và bao lấy enzym

- Các chất tiền polyme thường sử dụng: ENT (metacrylat), PEGM (polyetylenglycoiđimetacrylat), ENTP(tổng hợp từ hydroxyetylacrylat)

- Tiến hành ở điều kiện nhẹ nhàng tránh được thay đổi quá kiềm hoặc acid trong thời gian ngắn

- Các tính chất hóa lý của gel có thể định hướng trước bằng cách chọn các tiền polyme thích hợp

3 Ưu và nhược điểm:

3.1 Ưu điểm:

- Không đòi hỏi phải có các nhóm phản ứng của protein nên thích hợp

- Toàn bộ lượng enzym đều được gói trong khuôn hay trong microcapsule và nhận được bề mặt tiếp xúc giữa enzym và cơ chất

- Có thể gói đồng thời nhiều enzym trong cùng một khuôn (các enzym này phải có điều kiện hoạt động tối ưu gần nhau)

- Enzym loại này không độc

- Mạng lưới trùng hợp kích thước càng nhỏ thì khả năng giữ chặt được enzyme càng tốt

3.2 Nhược điểm:

- Chỉ thích hợp cho những phản ứng mà cơ chất có khối lượng phân tử nhỏ

- Cản trở việc tiếp xúc của enzym với cơ chất làm giảm tốc độ và hiệu quả phản ứng

- Có thể làm thất thoát enzym (do kích thước lỗ xốp cần đủ lớn để cho

cơ chất và sản phẩm đi qua) hoặc làm mất hoạt tính enzym (nếu sử dụng các đại phân tử để cải thiện lỗ xốp gây cản trở không gian)

- Các điều kiện tiến hành polyme hóa, tạo các gốc tự do thường làm biến tính enzym

- Gel kém bền với các tác nhân hóa học

- Dễ bị đông đặc nên khó sử dụng trong các reactor kích thước nhỏ

- Không tái sử dụng được chất mang do đã tạo thành gel và các liên kết không thể phục hồi

4 Ví dụ:

Sản xuất L-aspartic:

L-aspartate là một axit amin glycogen thúc đẩy sản xuất năng lượng thông qua quá trình trao đổi chất trong chu trình Krebs

Cố định tế bào vi khuẩn Brevibacterium flavum (chứa enzym aspartate) bằng phương pháp vật lý gói trong gel của polyacrylamide

Sản xuất siro fructose:

Cố định enzyme glucose isomerase dưới dạng kết hợp với collagen, bông hay 1 vài tác nhân gắn kết khác

Sản xuất Acrylamide:

Acrylamide là hợp chất có thành phần cấu tạo bởi polyAcrylamide và Acrylamide copolymer Trong công nghiệp, actylamide được sử dụng nhiều trong sản xuất giấy, nhuộm, làm chất dẻo, sản xuất các loại polyme khác nhau hay sử dụng trong xử lý nước thải, điện di gel

Cố định enzym trong gel polyacryamit/ dimethylaminoethylmetacrylat 10% liên kết chéo, dạng hạt

Sản xuất sữa và sữa whey không có lactose (LACTAID):

Sử dụng β-galactosidase (lactase) từ Saccharomyces lactis,

Kluiveromyces fragillis cố định bằng cách “gói” trong sợi cellulose

triaxetat, sợi được cắt ra và sử dụng thiết bị phản ứng gián đoạn STR ở

5°C) được dùng cho sữa và whey ngọt Còn enzym lactase từ Aspergillus

niger cố định trong silic dioxit rỗng đường kính 0,5mm được dùng cho

sản xuất sữa chua…

Tài liệu tham khảo

[1] Nguyễn Đức Lượng và cộng sự (2004) Công nghệ Enzym, NXB Đại

học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh

[2] Đặng Thị Thu và cộng sự (2012) Công nghệ Enzym, NXB Khoa học

và Kỹ thuật Hà Nội

https://www.slideshare.net/luongnguyenthanh/cn-enzyme

[4] Phạm chiến Yêu cầu và phương pháp cố định enzym và tế bào Truy

cập từ

https://h2hglobal.org/ky-thuat-co-dinh-enzyme-va-te-bao/#phuong-phap-hoa-hoc