Khi hòa tan, protein tạo thành dung dịch keo.Trên bề mặt phân tử protein có các nhóm phân cực khi hòa tan vào nước, các phân tử nước lưỡng cực được hấp thụ bởi các nhóm này tạo thành màng nước bao quanh phân tử protein gọi là lớp vỏ hydrat. Độ bền của dung dịch keo protein phụ thuộc vào nhiều yếu tố, ví dụ: sự tích điện của phân tử protein, mức độ hydrat hóa, nhiệt độ. Khi thay đổi các yếu tố này như làm trung hòa về điện phân tử protein, loại bỏ lớp vỏ hydrat các phân tử protein
H2N – CH – CO – NH – CH R1 R2 enzym H2O Polypeptid H2N – CH – R1 + H2N – CH – CO – NH – R2 R3 Acid Peptid
sẽ kết tụ lại với nhau tạo thành khối lớn tách khỏi dung dịch, thường gọi là kết tủa protein [19].
Phương pháp thu hồi bằng pH đẳng điện (pI)
Giá trị pH mà tại đó phân tử protein trung hòa điện gọi là điểm đẳng điện của protein (pI), ở giá trị pH = pI phân tử protein trung hòa điện, điện tích của protein bằng không, tương tác tĩnh điện giữa các phân tử protein và các phân tử nước bị giảm. Các phân tử protein tập hợp lại với nhau do lớp vỏ hydrat bên ngoài bị phá vỡ. Người ta lợi dụng tính chất này để kết tủa protein. Do không có sự thay đổi cấu trúc phân tử nên sau khi loại bỏ tác nhân gây kết tủa ra khỏi dung dịch thì các phân tử protein có thể hòa tan trở lại (Trang sĩ Trung, 2008) [15]. Cơ chế kết tủa bằng pH đẳng điện có thể mang tính thuận nghịch nên áp dụng để tách hợp chất protein có hoạt tính sinh học ra khỏi hỗn hợp mà vẫn đảm bảo giữ được hoạt tính và cấu trúc phân tử. Tuy nhiên thời gian tủa thường xảy ra rất lâu, hiệu suất thu hồi lại thấp và chi phí cao nên hiệu quả kinh tế không cao.
Phương pháp thu hồi bằng xử lý nhiệt
Với phương pháp thu hồi protein bằng xử lý nhiệt thì với nhiệt độ cao sẽ loại bỏ được lớp vỏ hydrat của protein, làm giảm khả năng hấp thụ của nước. Các phân tử protein kết tụ lại với nhau thành khối. Do mỗi loại protein khác nhau thì có độ biến tính khác nhau vì vậy độ biến tính của protein tỷ lệ thuận vào cường độ và thời gian khác nhau. Đa số protein biến tính ở nhiệt độ 45 – 500C.Protein khi được gia nhiệt ở điểm đẳng điện sẽ cho kết tủa nhanh hơn.
Kết tủa protein bằng nhiệt có rất nhiều ưu điểm trong việc tách protein từ dung dịch mà khi chúng ta ít quan tâm đến hoạt tính hay cấu trúc của nó. Phương pháp kết tủa này xảy ra nhanh, triệt để, ít gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, chi phí năng lượng cho quá trình gia nhiệt quá lớn khi thực hiện ở quy mô công nghiệp.
Tính chất đặc trưng mang điện tích dương nên chitosan có thể tương tác với phần lớn các chất hữu cơ mang điện tích âm. Chitosan thể hiện là một chất keo tụ, tạo bông tốt, có hiệu quả trong việc thu hồi các chất hữu cơ trong nước, đặc biệt là protein. Phân tử chitosan cũng có khả năng hấp phụ, tạo cầu nối để liên kết các hạt keo protein đã kết tủa thành các phân tử có kích thước lớn hơn và lắng. Ngoài ra, chitosan có độ deacetyl cao thì trong dung dịch có chứa nhiều gốc amin tích điện dương sẽ trung hòa điện tích của các phân tử protein tích điện âm trong dung dịch nước rửa, giảm khả năng hydrat hóa, tập hợp lại và kết tụ (Trang Sĩ Trung và cộng sự, 2010) [18]. Nồng độ chitosan cũng ảnh hưởng lớn đến hiệu quả thu hồi, cần sử dụng chitosan ở một nồng độ hợp lý vì khi tăng nồng độ chitosan làm tăng số điện tích cùng dấu và đẩy nhau tạo nên một mạng lưới keo cản trở quá trình keo tụ lắng xuống của các phân tử protein. Chitosan có độ deacetyl hóa càng cao thì các nhóm tích điện dương trên mạch chitosan càng nhiều, thuận lợi trong tương tác ion để thu hồi protein hòa tan.
Ưu điểm của phương pháp này là không gây biến tính protein, không độc hại và hiệu quả thu nhận cao. Do đó phương pháp này áp dụng để tận thu các chế phẩm enzyme và các hợp chất có hoạt tính sinh học khác.
