Phương pháp gắn enzyme vào chất mang rắn bằng liên kết cộng hóa trị

Phương pháp gắn E vào chất mang rắn bằng liên kết cộng hóa trị

Vào những năm 1953, Grubhofer và Schleith đã tạo được các chế phẩm không tan của một số E như carboxypeptidase, diastase, pepsin, và ribonuclease bằng cách tạo liên kết cộng hóa trị giữa E với polyaminostyrene đã được diazot hóa.  Có thể tạo ra các chế phẩm có độ bền cao, có thể sử dụng trong nhiều quá trình sản xuất quy mô lớn, trong hệ thống dòng chảy.  Việc tìm được các điều kiện thích hợp cho quá trình sản xuất chế phẩm không tan theo phương pháp này cũng có nhiều khó khăn.

- Phải có các nhóm có khả năng phản ứng với các nhóm chức của protein, nhưng không phản ứng với các nhóm chức của trung tâm hoạt động. - Các polymer của saccharide và dẫn xuất của chúng: agarose, dextran, chitin, cellulose; hay một số protein như collagen, gelatin, albumin. - Do hạn chế của chất mang khi gắn trực tiếp với E có thể làm ảnh hưởng xấu đến hoạt động của E, một phần do chất mang có thể cản trở bề mặt không gian tiếp xúc giữa E và cơ chất.

Vì vậy người ta thường dùng spacer có vai trò như là cầu nối giữa E và chất mang, làm cho E có thể hoạt động trong phạm vi môi trường rộng hơn, dễ tiếp xúc với cơ chất hơn. - Khoảng cách giữa E và chất mang cũng có vai trò quan trọng, khi có spacer, khoảng cách giữa E và chất mang là khoảng 1nm.

Cyanogens bromide (BrCN) được sử dụng phổ biến để hoạt hóa các chất mang

Các chất này có bề mặt phân tử ưa nước, lại có nhiều nhóm hydroxyl, có thể tạo thành liên kết cộng hóa trị với E. Phải chọn được spacer có chiều dài thích hợp, để vừa đảm bảo độ linh động của E và cũng không quá dài. - Xử lý, hoạt hóa chất mang trước khi gắn E - Gắn E vào chất mang đã được hoạt hóa.

Một số phương pháp dùng để hoạt hóa chất mang như: dùng cyanogens bromide, diazot hóa, azide acid, các chất ngưng tụ….

Cố định E trên bột thủy tinh bằng liên kết cộng hóa trị Chất mang bột thủy tinh có nhiều ưu điểm như chịu được các điều kiện

- Phản ứng tiếp với p-nitrobenzoylchloride, nhóm nitro của vòng thơm sẽ được chuyển hóa bằng các phản ứng khác.

Cố định E vào các nhóm amin sau khi thủy phân một phần polyamide, quá trình này gồm có 4 bước

• Trong công nghiệp
• APA [10]
• Xử lý chất thải
• Một số ứng dụng tiềm năng 1. Ứng dụng trong hóa học

Để đo vận tốc phản ứng, nếu chất mang E đủ nặng, dễ lắng, có thể dừng ngay phản ứng, gạn lấy phần trong, đo độ hấp thụ quang học, sau khi đo phải cho dung dịch vào lại bình phản ứng để giữ cho thể tích hỗn hợp phản ứng không thay đổi. Cùng với sự phát triển của công nghệ sinh học, E và các chế phẩm của nó ngày càng được sản xuất nhiều và được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực như công nghiệp thực phẩm, da giày, dệt may, nông nghiệp, chăn nuôi, y tế… Cho tới nay, người ta đã biết được khoảng 3.000 E. Các nghiên cứu nhằm theo hướng tách, tinh sạch E, tạo các chế phẩm có độ sạch khác nhau, nghiên cứu về cấu trúc, mối liên quan giữa cấu trúc và hoạt tính sinh học của E, khả năng ứng dụng vào đời sống của E và các sinh phẩm từ nó.

Hai chế phẩm ở dạng hạt, cố định bằng tương tác tĩnh điện với chất mang tích điện (DEAE - cellulose và chất mang làm từ silic dioxyde), hai chế phẩm khác là chế phẩm không tan của tế bào Streptomyces cố định bằng liên kết chéo đồng hóa trị nhờ glutaraldehyde. Những nghiên cứu toàn diện thực hiện trên các khía cạnh khác nhau về việc sử dụng tế bào nấm men nguyên vẹn để cố định E đã thu được nhiều kết quả đáng kể trong công nghiệp sản xuất đường nghịch (Glucose và Fructose). Hiện nay, xu hướng trong công nghiệp là sản xuất chất ngọt theo phương pháp dùng các E cố định này, vì ít tiêu tốn năng lượng hơn và không phụ thuộc mùa vụ như đường làm từ mía vì sản xuất đường mía phải quy hoạch vùng nguyên liệu.

Như vậy nếu thủy phân lactose thành 2 monosaccharic cấu thành nó sẽ mang lại hiệu quả lớn hơn, nâng cao chất lượng sữa, lọai bỏ hiện tượng sạn sữa, nâng cao độ tiêu hóa và các monosac sẽ được vi sinh vật sử dụng khi lên men sữa. Là cơ chất trung gian của rất nhiều quá trình chuyển hóa sinh tổng hợp các acid amin khác rất quan trọng trong dinh dưỡng động vật và chế biến thực phẩm như sản xuất acid L – valin, tổng hợp acid α – xetoglutaric là tiền chất để chuyển hóa thành acid L – glutamic. Người ta đã sử dụng thermolysin trong môi trường nước, E này xúc tác cho phản ứng thủy phân liên kết peptide, nhưng nếu bảo vệ nhóm amin của L - aspartame và khóa nhóm carboxyl của Phe, nó sẽ xúc tác cho phản ứng ngược, tức là tổng hợp liên kết peptide, tạo thành aspartame ở dạng muối kết tinh, D - phenyalanine methyl ester còn lại trong dung dịch, racemic hóa thành dạng L và được tái sử dụng như trên.

Trước kia, định lượng đường máu theo phương pháp Folin - Wu là phương pháp định lượng không đặc hiệu dựa vào tính khử của đường cho nên khi trong máu bệnh nhân có các chất khử khác (ví dụ vitamin C) nó sẽ tạo nên kết quả cao hơn nồng độ đường thực có. Các E cố định xúc tác cho phản ứng oxy hóa khử thuộc lớp Oxidoreductase và các E xúc tác phản ứng thủy phân thuộc lớp Hydrolase có vai trò tích cực trong việc phá hủy hay loại bỏ các phức chất trên, mang hiệu quả tích cực trong việc xử lý môi trường. Urease là một loại enzym thuỷ phân urea hình thành NH3 và CO2, được ứng dụng rất nhiều trong Y học và Công nghiệp thực phẩm để định lượng ure trong các mẫu bệnh phẩm và nước chấm nhất là trong điều trị bệnh nhân thận (máy lọc thân nhân tạo).

Bằng việc tìm ra các nguồn vi sinh vật có khả năng chịu nhiệt cao tạo ra những loại E bền với nhiệt, cảm ứng cao với pH và những thay đổi khác của môi trường, E và sinh phẩm của nó ngày càng được ứng dụng nhiều trong hóa học. Với những tính năng vượt trội của mình, E giúp tăng hiệu quả việc giặt tẩy, tiết kiệm nước, giảm thời gian giặt nhờ khả năng phân hủy vết bẩn nhanh chóng, giảm năng lượng tiêu thụ do có thể giặt ở nhiệt độ thấp, làm giảm ảnh hưởng đối với môi trường do E là chất có thể phân hủy sinh học, làm mới vải, tăng độ trắng và tăng khả năng chống bẩn bám trở lại. Hiện nay, các loại E được sử dụng phổ biến trong sản phẩm tẩy rửa là protease, lipase, xenlulase, amylase…sản phẩm chất tẩy rửa thường có một hỗn hợp dạng cokatil giữa 2 hoặc 3 loại E trên, nhưng có những sản phẩm có cả 4 loại.

Chất giặt tẩy chứa E là ví dụ điển hình cho sự kết hợp của hóa học và sinh học, mà kết quả là bột giặt có chứa E đang được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới với những tính năng vượt trội giúp tiết kiệm năng lượng và góp phần giảm ô nhiễm môi trường. Trong thức ăn của động vật có nhiều chất không thể hấp thụ được như là cellulose, hemicellulose, pectin mặc dù trong hệ tiêu hóa của động vật có các E phân hủy thức ăn nhưng vẫn không đủ để phân giải hết, vì vậy người ta sử dụng các E không tan để bổ sung thiếu E tiêu hóa nội nguồn trong cơ thể gia súc, gia cầm, giảm sự phát sinh của bệnh đường tiêu hóa, thúc đẩy sự hấp thu tiêu hóa đối với các chất dinh dưỡng như protein, tinh bột… phân giải chất xơ trong thức ăn chăn nuôi, giúp các chất dinh dưỡng và E tiêu hóa trong tế bào tiếp xúc hiệu quả, nâng cao sự hấp thu tiêu hóa đối với các chất dinh dưỡng.Thúc đẩy gia súc gia cầm sinh sản, tăng trọng hàng ngày rừ ràng, nõng cao tỷ lệ đẻ trứng và lượng sữa đạt 4-10%. Cải thiện môi trường chăn nuôi, không độc hại, không có thuốc sót lại, hạn chế mùi hôi thối của phân bón động vật, hạn chế mùi amoniac của chuồng nuôi, cải thiện môi trường chăn nuôi, là sự lựa chọn tốt nhất cho thay thế kháng sinh, sản xuất thực phẩm xanh.

Ngoài ra người ta còn sử dụng E như là một nguyên liệu tự nhiên nhằm thay thế kháng sinh, chất kích thích tăng trưởng trong khẩu phần, ít sử dụng thuốc thú y…Với sự hỗ trợ về di truyền của các giống cây trồng (chủ yếu là bắp, đậu nành) nhằm nghiên cứu chọn tạo, sản xuất ra các nguyên liệu thức ăn có E phân hủy phytate và chất xơ.