Nghiên cứu cố định enzyme cellulase trên vật liệu hydrotalcite từ hóa cell mag ht định hướng ứng dụng xúc tác cho phản ứng thủy phân tinh bột

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH SỞ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THÀNH ĐỒN TP HỒ CHÍ MINH TRUNG TÂM PHÁT TRIỂN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP THÀNH PHỐ BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU CỐ ĐỊNH ENZYME CELLULASE TRÊN VẬT LIỆU HYDROTALCITE TỪ HÓA CELL@mag-HT ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG XÚC TÁC CHO PHẢN ỨNG THỦY PHÂN TINH BỘT Cơ quan chủ trì nhiệm vụ: Trung tâm Phát triển Khoa học Công nghệ Trẻ Chủ nhiệm nhiệm vụ: ThS Trần Bội An Thành phố Hồ Chí Minh – 12/2021 ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH SỞ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THÀNH ĐỒN TP HỒ CHÍ MINH TRUNG TÂM PHÁT TRIỂN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TRE CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP THÀNH PHỐ BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU CỐ ĐỊNH ENZYME CELLULASE TRÊN VẬT LIỆU HYDROTALCITE TỪ HÓA CELL@mag-HT ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG XÚC TÁC CHO PHẢN ỨNG THỦY PHÂN TINH BỘT Chủ tịch Hội đồng nghiệm thu (Ký ghi rõ họ tên) Chủ nhiệm nhiệm vụ: (ký tên) Trần Bội An Cơ quan chủ trì nhiệm vụ Đồn Kim Thành TỔNG QUAN MỘT SỐ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Tóm tắt nội dung, tiến độ công việc thực Thời gian Số TT Các nội dung, công việc (Bắt đầu, kết thúc Người, chủ yếu - tháng … năm) quan (Các mốc đánh giá chủ yếu) Xây dựng thuyết minh chi tiết đề tài Thực tế hoạch đạt 1/2021 1/2021 hydrotalcite từ hóa (mag-HT) 4/2021 cấu trúc, tính chất hóa lý cell@mag-HT -Phạm Thị Thùy Phương -Dương Huỳnh Thanh Linh 1/2021- Nội dung 2: Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình cố định enzyme cellulase chất mang mag-HT - Ảnh hưởng thời gian cố định - Ảnh hưởng pH môi trường - Ảnh hưởng hàm lượng enzyme cố định - Ảnh hương lượng chất mang thực -Trần Bội An Nội dung 1: Điều chế chất mang 1/2021 - Nội dung 3: Phân tích đặc trưng Theo kế 3/2021 - Trần Bội An -Dương Huỳnh Thanh Linh -Nguyễn Phụng Anh - Trần Bội An -Dương Huỳnh Thanh Linh 2/2021- 3/2021- 5/2021 6/2021 -Phạm Thị Thùy Phương -Nguyễn Phụng Anh - Trần Bội An 4/2021- 5/2021- -Nguyễn Phụng Anh 6/2021 8/2021 -Lê Thanh Quang -Phạm Thị Thùy Phương - Trần Bội An Nội dung 4: Khảo sát hoạt tính 8/2021- 6/2021- -Phạm Thị Thùy Phương xúc tác cell@mag-HT 11/2021 10/2021 -Nguyễn Phụng Anh -Dương Huỳnh Thanh Linh Nội dung 5: Viết báo cáo tổng kế 11/2021 11/2021 - Trần Bội An -Dương Huỳnh Thanh Linh - Lê Thanh Quang Sản phẩm đề tài Sản phẩm cụ thể đề tài bao gồm: - Enzyme cố định cell@mag-HT: 20 g - Bài báo khoa học: + 01 báo tạp chí thuộc danh mục ISI (đã chấp nhận đăng) “Immobilization and Performance of cellulase on Recyclable Magnetic Hydrotalcites”, Journal of Biochemica Technology + 01 báo tạp chí thuộc danh mục Scopus (đang chỉnh sửa theo ý kiến phản biện) “Magnetic Zn-Al hydrotalcite immobilizers towards highperformance cellulase actibity”, Materials Transactions MỞ ĐẦU Enzyme trở thành chất xúc tác vơ quan trọng, có nhiều tiềm ứng dụng ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm Enzyme tiếng chất xúc tác sinh học hiệu cao cho nhiều phản ứng tính chọn lọc khả phản ứng cao, giúp giảm số lượng phản ứng dung mơi độc hại Vì mà phản ứng tốn thân thiện môi trường Một dạng enzyme thường sử dụng enzyme cố định Khi đó, enzyme cố định chất mang có độ ổn định cao không tan môi trường phản ứng Ưu điểm lớn phương pháp cố định cải thiện đáng kể độ ổn định phân tử sinh học điều kiện phản ứng khác tăng cường khả tái sử dụng chu trình xúc tác [1] Cellulose thành phần tế bào thực vật có trái cây, rau quả, nguyên liệu thô phế liệu ngành trồng trọt lâm nghiệp Đối với người động vật, cellulose hỗ trợ tiêu hóa, với lượng lớn, cản trở q trình tiêu hóa người động vật phân hủy cellulose Tuy nhiên, nhiều chủng vi sinh vật chuyển hóa cellulose thành sản phẩm dễ phân hủy thơng qua q trình thủy phân cellulose [2].Trong thực tế, người ta sử dụng enzyme cellulase để xử lý nước thải có chứa bột giấy hay có chất cellulose, nhiên việc xử lý tốn tái sử dụng hóa chất Trong khn khổ đề tài nghiên cứu này, thực khảo sát điều cố định enzyme định hướng làm xúc tác cho phản ứng thủy phân cellulose không tan nước Kết nghiên cứu bước đầu cho nghiên cứu ứng dụng xử lý nước ứng dụng cần phản ứng thủy phân cellulose không tan tinh bột khác Vật liệu sử dụng làm chất mang hydrotalcite (HT), loại vật liệu điều chế từ muối kim loại hóa trị II III với kích thước nano mét Kết hợp hai loại muối phương pháp đồng kết tủa môi trường dung dịch chứa Fe3O4 tạo vật liệu từ tính (mag−HT) có lỗ xốp để cố định enzyme Sự kết hợp hydrotalcite enzyme Cellulase phương pháp hấp phụ tạo xúc tác sinh học cell@mag−HT định hướng ứng dụng cho quy trình chuyển hóa cellulose khơng tan nước Kết nghiên cứu nhằm điều chế xúc tác enzyme cell@mag−HT có hoạt tính đạt tối thiểu 60 % so với hoạt tính enzyme tự do, cải tiến chu kỳ sử dụng chi phí giảm TỔNG QUAN 1.1 Enzyme cố định Enzyme cố định enzyme định vị vật lý vào vài vùng xác định chất mang mà giữ hoạt tính xúc tác sử dụng lặp lại nhiều lần [3] 1.1.1 Kỹ thuật cố định enzyme: Hình 1: Phương pháp cố định enzyme Enzyme biết đến xúc tác sinh học hiệu cao cho nhiều phản ứng đặc trưng tính chọn lọc khả hoạt động cao Ngoài ra, enzyme giúp làm giảm số lượng phản ứng dung môi độc hại, q trình phản ứng tốn chi phí thân thiện với mơi trường Vì lý này, enzyme trở thành xúc tác quan trọng, có tiềm lớn cho nhiều ứng dụng thực tế ngành công nghiệp bật công nghiệp thực phẩm dược phẩm Việc sử dụng enzyme làm xúc tác thu hút nghiên cứu cải thiện đáng kể tính chất enzyme Một kỹ thuật quan trọng sử dụng rộng rãi cố định enzyme Khi đó, xúc tác cố định lên chất mang có độ bền cao khơng hịa tan mơi trường phản ứng Ưu điểm lớn việc cố định cải thiện đáng kể tính ổn định phân tử sinh học điều kiện phản ứng khác tăng cường khả tái sử dụng phân tử sinh học chu kỳ xúc tác [1] Các kỹ thuật cố định khác nghiên cứu, bao gồm hấp phụ, liên kết cộng hóa trị, bẫy, đóng gói thơng qua liên kết ngang [4], [5] Các phương pháp khác loại đặc tính tương tác hình thành loại chất mang Lựa chọn phương pháp cố định chất mang thích hợp phụ thuộc nhiều vào tính chất điều kiện cố định loại enzyme Tuy nhiên, việc lựa chọn chất mang quan trọng ảnh hưởng chất mang tính chất hệ thống xúc tác sinh học Phương pháp hấp phụ vật lý có ưu điểm trì hoạt tính enzyme cao Zhang cộng chứng minh cellulase cố định hạt nano Fe3O4 tương tác tĩnh điện đạt 87 % hoạt tính enzyme [6] Mishra Sardar nghiên cứu cố định cellulase hạt nano Ag Au, sau hoạt hóa enzyme cố định với CMC thời gian 30 phút cho chu kỳ, hoạt tính enzyme 73－78 % sau lần tái sử dụng thứ [7] Mubarak cộng công bố cellulase cố định carbon nanotube đa lớp liên kết hydro chí có hoạt tính cao enzyme tự do, hoạt tính cellulase cố định cịn 52 % cho lần sử dụng thứ 26 % cho lần sử dụng thứ [8] Tuy nhiên, liên kết vật lý liên kết yếu, nguyên nhân làm cho enzyme bị giải hấp hoàn toàn sau sử dụng khơng thể sử dụng lại Ngồi ra, liên kết cộng hóa trị đóng vai trị liên kết cố định enzyme chất mang Tuy nhiên, liên kết làm giảm hoạt tính enzyme thay đổi cấu trúc hình dạng phân tử enzyme làm giảm hoạt độ phân tử enzyme [5] Theo nghiên cứu Li cộng Wang cộng sự, hoạt tính riêng cellulase cố định liên kết cộng hóa trị 52 % Tuy nhiên độ bền ổn định cao, cellulase cố định liên kết cộng hóa trị lại có khả tái sử dụng cao [9],[10],[11],[12] Với lợi này, phương pháp cố định enzyme liên kết cộng hóa trị có nhiều hứa hẹn cho ứng dụng công nghiệp 1.1.2 Vật liệu làm chất mang: Một loạt vật liệu khác nghiên cứu làm chất mang cho trình cố định enzyme Những vật liệu phân loại thành hữu cơ, vơ lai hóa hỗn hợp Khi cố định chất mang, cấu trúc enzyme bảo vệ điều kiện phản ứng khắc nghiệt giúp enzyme cố định trì hoạt động xúc tác cao Hơn nữa, với vật liệu phù hợp, ví dụ chất mang kỵ nước trình cố định lipase, làm tăng thêm hoạt động chất sinh học [10] Các nhóm nghiên cứu khảo sát cố định cellulase chất mang nano Ag, Au [7], carbon nanotube đa lớp [8], copolymer [11], khống silicate [12], hạt chitosan biến tính [13], than hoạt tính [14] graphene oxide [15] Vật liệu HT đáp ứng yêu cầu chất mang như: độ bền học cao, không tan môi trường phản ứng, chất mang không làm hoạt tính enzyme khơng gây hấp phụ khơng mong muốn nên nhiều nhóm nghiên cứu nghiên cứu cố định enzyme chất mang HT 1.1.3 Các nhóm enzyme Khá nhiều enzyme nghiên cứu cố định HT sử dụng cho nhiều ứng dụng làm cảm biến sinh học peroxidase [16],[17],[18], dextranase [19], laccase [20], peroxidase [21], superozide dismutase [22], tyrosinase [23], and lactate dehydrogenase [24] Các enzyme thuộc nhóm thủy phân tinh bột amylase [25], [26], lipase [27], glucodase cellulase [15] quan tâm nhóm nghiên cứu, kết nghiên cứu cho thấy hiệu suất cố định enzyme 90 %, hoạt tính enzyme cố định 50% Một số kết nghiên cứu tiêu biểu cố định enzyme chất mang HT khảo sát hoạt tính enzyme cố định có hiệu cao kể đến sau: Yi Ding cộng nghiên cứu cố định enzyme dextranase HT hệ MgFe theo chế hấp phụ [19] Kết khảo sát xác định điều kiện lý tưởng cho cố định enzyme môi trường đệm 4(2hydroxyethyl)1piperazineethanesulfonic acid (HEPES), pH 7, đương lượng hấp phụ tối đa đạt 1,38 mg/g (416,67 U/mg), histidine va phenylalanine ảnh hưởng đến trình hấp phụ Enzyme cố định HT hệ Mg/Al khảo sát để cố định số enzyme có hiệu suất cố định cao enzyme laccase đạt hiệu suất cố định 92% [20], hay enzyme horseradish peroxidase (HRP) ứng dụng biosensor [21] Mohamed Amine Djebbi cộng nghiên cứu cố định enzyme lactate dehydrogenase vật liệu HT phương pháp trao đổi anion phương pháp đồng kết tủa sau khảo sát hoạt tính enzmye cố định [24] Hiệu cố định phần lớn phụ thuộc vào phương pháp cố định Một nghiên cứu so sánh cho thấy phương pháp đồng kết tủa hiệu cho việc cố định enzyme lượng lớn điều chỉnh Hoạt tính enzyme cố định khảo sát cho kết luận tương quan cấu trúc/vi cấu trúc hoạt tính enzyme cố định phụ thuộc hoàn toàn vào phương pháp cố định Asma Soussou cộng nghiên cứu cố định enzyme Tyrosinase vật liệu HT hệ CoAl ứng dụng làm cảm biến điện hóa phát polyphenols có chiết xuất trà xanh [23] Kết phân tích hóa lý cho thấy cảm biến sinh học có: độ nhạy cao, khoảng làm việc lớn (lên đến 1000 ng/mL), giới hạn phát thấp (0,33 pg/mL cho trình oxy hóa 0,03 pg/mL cho q trình khử) Trong nghiên cứu này, tập trung khảo sát cố định enzyme chất mang HT từ hóa nhằm mục tiêu cải thiện hiệu sử dụng xúc tác enzyme nhờ có tính chất từ Theo đó, xúc tác thu hồi dễ dàng cách áp từ trường Enzyme khảo sát nghiên cứu celullase, enzyme phổ biến, dễ thu nhận, giá thành tương đối thấp Enzyme cố định dự kiến thử nghiệm nhiều lĩnh vực khác nhằm mở rộng phạm vi sử dụng enzyme cellulase Một số khái niệm tổng quan enzyme cellulase chất mang hydrotalcte HT trình bày 1.2 Enzyme cellulase Cellulose thành phần tế bào thực vật, có mặt loại rau nguyên liệu, phế liệu ngành trồng trọt lâm nghiệp Đối với người động vật, cellulose hỗ trợ tiêu hóa với lượng lớn lại cản trở tiêu hóa người động vật khơng có khả phân giải cellulose Tuy nhiên, nhiều chủng vi sinh vật có khả chuyển hóa cellulose thành sản phẫm dễ phân hủy nhờ khả thủy phân cellulose [28] Cellulase nhóm enzyme có khả thủy phân cellulose thông qua việc thủy phân liên kết β1,4glucoside cellulose Enzyme cellulase thu nhận từ nguồn khác nhau: Bảng 1: Nguồn gốc enzyme cellulase Động vật Thực vật Vi sinh vật Dịch tiết dày bị, nhóm thân mềm,… Trong hạt ngũ cốc đại mạch, yến mạch, lúa mì mạch đen,… Các loại vi khuẩn, xạ khuẩn nấm sợi, nấm men,… Thực tế, enzyme cellulase thu nhận từ nhiều chủng vi sinh vật Các chủng vi sinh vật thường dùng: Bảng 2: Các chủng vi sinh vật thu nhận enzyme cellulase Nấm mốc Xạ khuẩn Vi khuẩn Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Aspergillus candidus… Actinomyces griseus, Streptomyces reticuli… Acetobacter xylinum, Bacillus subtilis, Bacillus pumilis… 1.2.1 Phân loại: Về phương diện hóa học, cellulose polyme cấu tạo từ đơn vị βglucose nối với liên kết β－1,4－glucoside Cellulose thành phần polysaccharide chủ yếu vách tế bào thực vật Dựa vào đặc điểm chất chế phân cắt, enzyme cellulase chia thành ba loại: 1,4－β－D－glucan cellobiohydrolase (EC 3.2.1.91) 1,4－β－D－glucan 4－glucanohydrolase (EC 3.2.1.4) β－D－glucoside glucohydrolase (EC 3.2.1.21) Các enzyme tìm thấy vi khuẩn sống dày cỏ bò mối số nấm Trichoderma, Aspergillus, 1.2.2 Tính chất Enzyme có khoảng pH từ 4,5－6,0, hoạt động tốt pH 5,5 Nhiệt độ làm việc từ 40－60 °C, nhiệt độ tối ưu 55 °C Các dung mơi hữu ảnh hưởng tới enzyme trừ n－butanol Các ion kim loại EDTA nồng độ 4－14 nM làm giảm hoạt tính enzyme Enzyme càn bảo quản từ 0－4 °C 1.2.3 Cơ chế tác dụng [29] Cơ chế thủy phân: thủy phân cellulose phải có tham gia ba loại enzyme cellulase endoglucanase, exoglucanase β−glucosidase Thiếu ba loại enzyme khơng thể thủy phân đến phân tử cellulose Từ nghiên cứu loại enzyme độc lập đến nghiên cứu phối hợp ba loại enzyme cellulase, 10 [12] A A Safari Sinegani, G Emtiazi, and H Shariatmadari, Sorption and immobilization of cellulase on silicate clay minerals, Journal of colloid and interface science, 290 (1), pp.39–44, 2005, doi: 10.1016/j.jcis.2005.04.030 [13] A Dinỗer and A Telefoncu, Improving the stability of cellulase by immobilization on modified polyvinyl alcohol coated chitosan beads, Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 45 (1), pp.10–14, 2007, doi: https://doi.org/10.1016/j.molcatb.2006.10.005 [14] S Jabasingh and V Nachiyar, Immobilization of Aspergillus nidulans SU04 cellulase on modified activated carbon, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry J THERM ANAL CALORIM, 109, 2011, doi: 10.1007/s10973-011-1758-4 [15] H Zhang, S.-F Hua, and L Zhang, Co-immobilization of cellulase and glucose oxidase on graphene oxide by covalent bonds: a biocatalytic system for one-pot conversion of gluconic acid from carboxymethyl cellulose, Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 95 (4), pp.1116–1125, 2020, doi: 10.1002/jctb.6296 [16] Y Wang, Z Wang, Y Rui, and M Li, Horseradish peroxidase immobilization on carbon nanodots/CoFe layered double hydroxides: direct electrochemistry and hydrogen peroxide sensing, Biosensors & bioelectronics, 64, pp.57–62, 2015, doi: 10.1016/j.bios.2014.08.054 [17] Z Baccar, S Hidouri, A Errachid, and O Ruiz Sánchez, Study of Bi-Enzyme Immobilization onto Layered Double Hydroxides Nanomaterials for Histamine Biosensor Application,” Journal of nanoscience and nanotechnology, 11, pp.8798– 8803, 2011, doi: 10.1166/jnn.2011.3461 [18] S Hidouri, A H Errachid, J Baussels, Y I Korpan, O Ruiz-Sanchez, and Z M Baccar, Potentiometric sensing of histamine using immobilized enzymes on layered double hydroxides, Journal of Food Science and Technology, 2020, doi: 10.1007/s13197-020-04795-7 [19] Y Ding, L Liu, Y Fang, X Zhang, M Lyu, and S Wang, The Adsorption of Dextranase onto Mg/Fe-Layered Double Hydroxide: Insight into the Immobilization, Nanomaterials (Basel, Switzerland), (3), 2018, doi: 10.3390/nano8030173 [20] D I Camacho Córdova, R Morales Borges, G G C Arizaga, F Wypych, and N Krieger, Immobilization of laccase on hybrid layered double hydroxide, Química Nova, 32, pp.1495–1499, 2009 34 [21] Z Baccar and I H Hafaiedh, Immobilization of HRP Enzyme on Layered Double Hydroxides for Biosensor Application, International Journal of Electrochemistry, 2011, 2011, doi: 10.4061/2011/934893 [22] I Szilágyi, M Pavlović, and P Rouster, Immobilization of Superoxide Dismutase Enzyme on Layered Double Hydroxide Nanoparticles, World Academy of Science, Engineering and Technology, International Journal of Chemical and Molecular Engineering, 5, 2018 [23] A Soussou et al., Efficient Immobilization of Tyrosinase Enzyme on Layered Double Hydroxide Hybrid Nanomaterials for Electrochemical Detection of Polyphenols, IEEE Sensors Journal, 17 (14), pp.4340–4348, 2017, doi: 10.1109/JSEN.2017.2709342 [24] M A Djebbi, M Braiek, S Hidouri, P Namour, N Jaffrezic-Renault, and A Ben Haj Amara, Novel biohybrids of layered double hydroxide and lactate dehydrogenase enzyme: Synthesis, characterization and catalytic activity studies, Journal of Molecular Structure, 1105, pp.381–388, 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2015.10.065 [25] F Bruna, M G Pereira, M de L T M Polizeli, and J B Valim, Starch Biocatalyst Based on α-Amylase-Mg/Al-Layered Double Hydroxide Nanohybrids, ACS Applied Materials & Interfaces, (33), pp.18832–18842, 2015, doi: 10.1021/acsami.5b05668 [26] A S Sahutoglu and C Akgul, Immobilisation of Aspergillus oryzae α-amylase and Aspergillus niger glucoamylase enzymes as cross-linked enzyme aggregates, Chemical Papers, 69 (3), pp.433–439, 2015, doi: 10.1515/chempap-2015-0031 [27] G Silva Dias et al., Immobilization of Pseudomonas cepacia lipase on layered double hydroxide of Zn/Al-Cl for kinetic resolution of rac-1-phenylethanol, Enzyme and Microbial Technology, 130, p.109365, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.enzmictec.2019.109365 [28] Đ T Thu, Công nghệ Enzyme NXB Khoa học kỹ thuật, 2012 [29] N Đ Lượng, Cơng nghệ Enzyme NXB Đại học Quốc gia Tp.Hồ Chí Minh, 2004 [30] N T T Sang, Bài giảng Hóa sinh học thực phẩm NXB Đại học Công nghệ Thực phẩm, 2011 [31] H Uhlig, Industrial enzymes and their applications, Wiey Interscience, 1998 35 [32] V K Gupta, R Jain, A Mittal, M Mathur, and S Sikarwar, Photochemical degradation of the hazardous dye Safranin-T using TiO2 catalyst, Journal of Colloid and Interface Science, 309 (2), pp.464–469, 2007, doi: https://doi.org/10.1016/j.jcis.2006.12.010 [33] S Yuan, Y Li, Q Zhang, and H Wang, ZnO nanorods decorated calcined Mg– Al layered double hydroxides as photocatalysts with a high adsorptive capacity, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 348 (1), pp.76–81, 2009, doi: https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2009.06.040 [34] D Chen, Y Li, J Zhang, J Zhou, Y Guo, and H Liu, Magnetic Fe3O4/ZnCr- layered double hydroxide composite with enhanced adsorption and photocatalytic activity, Chemical Engineering Journal, 185–186, pp.120–126, 2012, doi: https://doi.org/10.1016/j.cej.2012.01.059 [35] L Lu, J Li, D H L Ng, P Yang, P Song, and M Zuo, Synthesis of novel hierarchically porous Fe3O4@MgAl–LDH magnetic microspheres and its superb adsorption properties of dye from water, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 46, pp.315–323, 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.jiec.2016.10.045 [36] F Mi, X Chen, Y Ma, S Yin, F Yuan, and H Zhang, Facile synthesis of hierarchical core-shell Fe3O4@MgAl-LDH@Au as magnetically recyclable catalysts for catalytic oxidation of alcohols, Chemical communications (Cambridge, England), 47 (48), p.12804—12806, 2011, doi: 10.1039/c1cc15858a [37] L I Ardhayanti and S J Santosa, Synthesis of Magnetite-Mg/Al Hydrotalcite and Its Application as Adsorbent for Navy Blue and Yellow F3G Dyes, Procedia Engineering, 148, pp.1380–1387, 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.06.609 [38] F Zhang, Y Song, S Song, R.-J Zhang, and W Hou, Synthesis of Magnetite– Graphene Oxide-Layered Double Hydroxide Composites and Applications for the Removal of Pb(II) and 2,4-Dichlorophenoxyacetic Acid from Aqueous Solutions, ACS applied materials & interfaces, 7, 2015, doi: 10.1021/acsami.5b00433 [39] X Zhang et al., Preparation of Fe3O4@C@Layered Double Hydroxide Composite for Magnetic Separation of Uranium,” Industrial & Engineering Chemistry Research, 52, pp.10152–10159, 2013, doi: 10.1021/ie3024438 36 [40] L Yan, K Yang, R Shan, H Yu, and B Du, Calcined ZnAl- and Fe3O4/ZnAl– layered double hydroxides for efficient removal of Cr(vi) from aqueous solution, RSC Adv., (117), pp.96495–96503, 2015, doi: 10.1039/C5RA17058C [41] G.-H Gwak, M.-K Kim, and J.-M Oh, Nanocomposites of Magnetite and Layered Double Hydroxide for Recyclable Chromate Removal, Journal of Nanomaterials, 2016, pp.1–10, 2016, doi: 10.1155/2016/8032615 [42] R Shan, L Yan, K Yang, Y Hao, and B Du, Adsorption of Cd(II) by Mg–Al– CO3- and magnetic Fe3O4/Mg–Al–CO3-layered double hydroxides: Kinetic, isothermal, thermodynamic and mechanistic studies,” Journal of Hazardous Materials, 299, pp.42– 49, 2015, doi: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2015.06.003 [43] S Komarneni, N Kozai, and R Roy, Novel function for anionic clays: selective transition metal cation uptake by diadochy, J Mater Chem., (6), pp.1329–1331, 1998, doi: 10.1039/A801631C [44] W P Costa-Silva, T A., Souza, C R F., Said, S., & Oliveira, Drying of enzyme immobilized on eco-friendly supports, African Journal of Biotechnology, 14 (44), pp.3019–3026, 2015, doi: https://doi.org/10.5897/AJB2015.14830 [45] T Sulistyaningsih, S J Santosa, D Siswanta, and B Rusdiarso, Preparation of Magnetite-Mg/Al Hydrotalcite through Hydrothermal Process and Subsequent Calcination, Advanced Materials Research, 1101, pp.336–339, 2015, doi: 10.4028/www.scientific.net/AMR.1101.336 [46] S S Umare, B H Shambharkar, and R S Ningthoujam, Synthesis and characterization of polyaniline–Fe3O4 nanocomposite: Electrical conductivity, magnetic, electrochemical studies, Synthetic Metals, 160 (17), pp.1815–1821, 2010, doi: https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2010.06.015 [47] M Jokar, R Foroutani, M Safaralizadeh, and K Farhadi, Synthesis and Characterization of Polyaniline/Fe3O4 Magnetic Nanocomposite as Practical Approach for Fluoride Removal Process,” Annual Research & Review in Biology, , p.3262, 2014, doi: 10.9734/ARRB/2014/9109 [48] X N Dai, W G Hou, H D Duan, and P Ni, Thixotropy of Mg–Al-layered double hydroxides/kaolinite dispersion, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 295 (1), https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2006.08.043 37 pp.139–145, 2007, doi: [49] C Mousty and V Prévot, Hybrid and biohybrid layered double hydroxides for electrochemical analysis, Analytical and bioanalytical chemistry, 405 (11), pp.3513– 3523, 2013, doi: 10.1007/s00216-013-6797-1 [50] O Barbosa, C Ortiz, Á Berenguer-Murcia, R Torres, R C Rodrigues, and R Fernandez-Lafuente, “Glutaraldehyde in bio-catalysts design: a useful crosslinker and a versatile tool in enzyme immobilization,” RSC Adv., (4), pp.1583–1600, 2014, doi: 10.1039/C3RA45991H 38 THÀNH ĐỒN TP HỒ CHÍ MINH TRUNG TÂM PHÁT TRIỂN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp.Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 12 năm 2021 BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KH&CN I THÔNG TIN CHUNG Tên nhiệm vụ: Nghiên cứu cố định enzyme cellulase vật liệu hydrotalcite từ hóa cell@mag-HT định hướng ứng dụng xúc tác cho phản ứng thủy phân tinh bột Thuộc: Chương trình/lĩnh vực (tên chương trình/lĩnh vực): Vườn ươm Sáng tạo Khoa học Công nghệ trẻ Chủ nhiệm nhiệm vụ: Họ tên: Trần Bội An Ngày, tháng, năm sinh: 17/03/1987 Nam/ Nữ: Nữ Học hàm, học vị: Thạc sỹ Chức danh khoa học: Nghiên cứu viên Chức vụ: Điện thoại: Tổ chức: 028 38 222263 Nhà riêng: Mobile: 0398329209 Fax: 028 38 293889 E-mail: tban@ict.vast.vn Tên tổ chức cơng tác: Viện Cơng nghệ Hóa học Địa tổ chức: 1A TL29, Phường Thạnh Lộc, Quận 12, Tp.Hồ Chí Minh Địa nhà riêng: 229 Hùng Vương, Phường 9, Quận 5, Tp.Hồ Chí Minh Tổ chức chủ trì nhiệm vụ: Tên tổ chức chủ trì nhiệm vụ: Trung tâm Phát triển Khoa học Công nghệ Trẻ Điện thoại: 028.38.230.780 Fax: E-mail: khoahoctre@gmail.com Website: khoahoctre.com.vn Địa chỉ: Số 01 Phạm Ngọc Thạch, Phường Bến Nghé, Quận Họ tên thủ trưởng tổ chức: Đoàn Kim Thành 39 Số tài khoản: 3713.0.1083277.00000 Kho bạc: Tại Kho bạc Nhà nước Quận Tên quan chủ quản đề tài: II TÌNH HÌNH THỰC HIỆN Thời gian thực nhiệm vụ: - Theo Hợp đồng ký kết: từ tháng 12/ năm 2020 đến tháng 11/ năm 2021 - Thực tế thực hiện: từ tháng 01/năm 2021 đến tháng 11/năm 2021 - Được gia hạn (nếu có): - Lần từ tháng… năm… đến tháng… năm… - Lần … Kinh phí sử dụng kinh phí: a) Tổng số kinh phí thực hiện: 90 tr.đ, đó: + Kính phí hỗ trợ từ ngân sách khoa học: 90 tr.đ + Kinh phí từ nguồn khác: ……………….tr.đ b) Tình hình cấp sử dụng kinh phí từ nguồn ngân sách khoa học: Số TT Theo kế hoạch Thực tế đạt Ghi Thời gian Kinh phí Thời gian Kinh phí (Số đề nghị (Tháng, năm) (Tr.đ) (Tháng, năm) (Tr.đ) toán) Tháng 45 Tháng 9/2021 45 45 Tháng 45 9/2021 Tháng 11/2021 11/2021 … c) Kết sử dụng kinh phí theo khoản chi: Đối với đề tài: Đơn vị tính: Triệu đồng 40 Theo kế hoạch ố Nội dung Tổng NSKH khoản chi Thực tế đạt Nguồn Tổng NSKH khác Nguồn khác T Trả công lao động 83,19 83,19 0 Thiết bị, máy móc 0 Xây dựng, sửa chữa 0 6,81 6,81 (khoa học, phổ thông) Nguyên, vật liệu, lượng nhỏ Chi khác Tổng cộng - Lý thay đổi (nếu có): Đối với dự án: Đơn vị tính: Triệu đồng Theo kế hoạch Số Nội dung TT khoản chi Thiết bị, máy móc Tổng NSKH khác mua Nhà xưởng xây dựng mới, cải tạo Kinh phí hỗ trợ cơng nghệ Chi phí lao động Nguyên vật liệu, lượng Nguồn Thuê thiết bị, nhà xưởng 41 Thực tế đạt Tổng NSKH Nguồn khác Khác Tổng cộng - Lý thay đổi (nếu có): Các văn hành trình thực đề tài/dự án: (Liệt kê định, văn quan quản lý từ cơng đoạn xét duyệt, phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực có); văn tổ chức chủ trì nhiệm vụ (đơn, kiến nghị điều chỉnh có) Số Số, thời gian ban TT hành văn Tên văn Ghi … Tổ chức phối hợp thực nhiệm vụ: Số TT Tên tổ chức Tên tổ chức Nội dung Sản phẩm đăng ký theo tham gia thực tham gia chủ chủ yếu đạt Thuyết minh yếu Ghi chú* - Lý thay đổi (nếu có): Cá nhân tham gia thực nhiệm vụ: (Người tham gia thực đề tài thuộc tổ chức chủ trì quan phối hợp, không 10 người kể chủ nhiệm) Số TT Tên cá nhân Tên cá nhân Nội dung Sản phẩm đăng ký theo tham gia tham gia chủ yếu đạt Thuyết minh thực - Lý thay đổi ( có): 42 Ghi chú* Tình hình hợp tác quốc tế: Số TT Theo kế hoạch Thực tế đạt (Nội dung, thời gian, kinh phí, (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm, tên tổ chức hợp tác, địa điểm, tên tổ chức hợp tác, số đoàn, số lượng người tham số đoàn, số lượng người tham gia ) gia ) Ghi chú* - Lý thay đổi (nếu có): Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị: Số TT Theo kế hoạch Thực tế đạt (Nội dung, thời gian, kinh phí, (Nội dung, thời gian, địa điểm ) kinh phí, địa điểm ) Ghi chú* - Lý thay đổi (nếu có): Tóm tắt nội dung, cơng việc chủ yếu: (Nêu mục 15 thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo sát nước nước ngoài) Thời gian Số TT Các nội dung, công việc (Bắt đầu, kết thúc Người, chủ yếu - tháng … năm) quan (Các mốc đánh giá chủ yếu) Xây dựng thuyết minh chi tiết đề tài Theo kế Thực tế hoạch đạt thực - Trần Bội An 1/2021 1/2021 - Phạm Thị Thùy Phương 43 - Dương Huỳnh Thanh Linh - Trần Bội An Nội dung 1: Điều chế chất mang 1/2021 - 1/2021- -Dương Huỳnh Thanh hydrotalcite từ hóa (mag-HT) 4/2021 Linh 3/2021 -Nguyễn Phụng Anh Nội dung 2: Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình cố định - Trần Bội An enzyme cellulase chất mang -Dương Huỳnh Thanh mag-HT Linh - Ảnh hưởng thời gian cố định - Ảnh hưởng pH môi trường 2/2021- 3/2021- 5/2021 6/2021 -Phạm Thị Thùy Phương -Nguyễn Phụng Anh - Ảnh hưởng hàm lượng enzyme cố định - Ảnh hương lượng chất mang - Trần Bội An Nội dung 3: Phân tích đặc trưng cấu trúc, tính chất hóa lý cell@mag-HT 4/2021- 5/2021- 6/2021 8/2021 -Nguyễn Phụng Anh -Lê Thanh Quang -Phạm Thị Thùy Phương - Trần Bội An -Phạm Thị Thùy Nội dung 4: Khảo sát hoạt tính xúc 8/2021- 6/2021- Phương tác cell@mag-HT 11/2021 10/2021 -Nguyễn Phụng Anh -Dương Huỳnh Thanh Linh Nội dung 5: Viết báo cáo tổng kế 11/2021 44 11/2021 - Trần Bội An -Dương Huỳnh Thanh Linh - Lê Thanh Quang - Lý thay đổi (nếu có): III SẢN PHẨM KH&CN CỦA NHIỆM VỤ Sản phẩm KH&CN tạo ra: a) Sản phẩm Dạng I: Số TT Tên sản phẩm tiêu chất lượng chủ yếu Enzyme cố định Đơn vị đo Số lượng Gam Theo kế Thực tế hoạch đạt 20 20 20 cell@mag-HT - Lý thay đổi (nếu có): b) Sản phẩm Dạng II: Yêu cầu khoa học Số TT Tên sản phẩm cần đạt Theo kế hoạch Thực tế đạt Quy trình cố định Quy trình có hiệu Quy trình cố định enzyme cellulase cao: hiệu suất cố định enzyme với đầy đủ tác thông số thời gian, pH, nồng độ thu cell@magHT đạt yêu enzyme lượng tác cầu chất mang cho hiệu chất mang hoạt magHT enzyme xúc tính xúc suất cố định cao cell@magHT Quy trình điều Quy trình có hiệu Quy trình điều kiện hoạt hóa cao: điều kiện hoạt kiện hoạt hóa để 45 Ghi sử dụng hóa nhiệt độ, pH, enzyme cố dịnhđạt cell@magHT thời gian hoạt hóa cho hoạt tính cao sau thu hồi hoạt tính xúc tác cao số lần tái sử dụng tối đa trì hoạt tính xúc tác cell@magHT 50 % Báo cáo phân tích Đầy đủ tính chất lý hóa, Báo cáo phân tính tính chất hóa lý hoạt tính xúc tác đầy đủ tính chất hóa hoạt lý chất mang tính cell@magHT mag-HT cell@magHT cell@mag-HT - Lý thay đổi (nếu có): c) Sản phẩm Dạng III: Số TT Tên sản phẩm Yêu cầu khoa học Số lượng, nơi cần đạt công bố Theo Thực tế (Tạp chí, nhà kế hoạch đạt xuất bản) Được chấp Được chấp nhận đăng nhận đăng Bài báo khoa học Immobilization and Performance of cellulase on Recyclable Magnetic Journal of Biochemica Technology Hydrotalcites - Lý thay đổi (nếu có): d) Kết đào tạo: Số Cấp đào tạo, Chuyên TT ngành đào tạo Số lượng Theo kế hoạch 46 Ghi Thực tế đạt (Thời gian kết thúc) Thạc sỹ Tiến sỹ - Lý thay đổi (nếu có): đ) Tình hình đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp: Số Tên sản phẩm TT đăng ký Kết Ghi Theo Thực tế (Thời gian kế hoạch đạt kết thúc) - Lý thay đổi (nếu có): e) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN ứng dụng vào thực tế Địa điểm Số Tên kết TT ứng dụng Thời gian (Ghi rõ tên, địa Kết nơi ứng sơ dụng) 2 Đánh giá hiệu nhiệm vụ mang lại: a) Hiệu khoa học công nghệ: Kết nghiên cứu bước đầu xây dựng quy trình sản xuất enzyme cố định nước, tăng hiệu sử dụng enzyme Enzyme cố định sử dụng rộng rãi công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm, phục vụ nông nghiệp, ngành lượng xanh, quản lý mơi trường Theo đó, thay số quy trình chế biến, sản xuất sử dụng hóa chất trước mà số cần sử dụng hóa chất độc hại, gây ô nhiễm Sử dụng enzyme cố định cho phản ứng chuyển hóa xanh, thân thiện mơi trường, hạn chế nguy hại trình sản xuất xử lý môi trường Một số lợi xúc tác enzyme cố định so với enzyme tự sau: có thời gian bảo quản lâu bền chất ức chế hay tác nhân gây biến tính; cố định chất mang nên có hoạt tính ổn định có tác động 47 môi trường nhiệt độ, pH…; đặc biệt thích hợp với quy trình cơng nghê liên tục, tự động hóa, enzyme cố định nạp vào thiết bị phản ứng cột, tháp với dòng chất vào liên tục đầu sản phẩm Kết nghiên cứu khảo sát bước đầu cho nghiên cứu định hướng xúc tác sinh học mà nhóm nghiên cứu định hướng nghiên cứu phục vụ nơng nghiệp Với sở ứng dụng kết nghiên cứu, góp phần xây dựng quy trình tổng hợp nhiên liệu sinh học xây dựng quy trình xử lý nước xúc tác enzyme cố định b) Hiệu kinh tế xã hội: Các quy trình sản xuất xử lý môi trường với xúc tác enzyme hạn chế sử dụng hóa chất gây hại có, sản phẩm phụ sinh ra, phản ứng chuyển hóa thân thiện với mơi trương Tuy nhiên, nhược điểm enzyme tự không ổn định môi trường, thu hồi sau phản ứng bị thải bỏ Do chi phí cho sử dụng enzyme lớn, Kết nghiên cứu bước đầu khảo sát điều chế xúc tác enzyme cố định với nhiều ưu điểm mà quan trọng có độ bền ổn định mơi trường sử dụng, giúp giảm chi phí sản xuất, tăng hiệu sử dụng mở rộng phạm vi ứng dụng Chủ nhiệm đề tài Thủ trưởng tổ chức chủ trì (Họ tên, chữ ký) (Họ tên, chữ ký đóng dấu) Trần Bội An 48