Các ester có cấu tạo acid béo chuỗi ngắn đƣợc ứng dụng rộng rãi trong việc tạo hƣơng cho các loại nƣớc ép trái cây, phô mai, bánh nƣớng, kẹo, đồ uống và kem. Hai ester tạo mùi loại này (n-butyl acetate và n-propyl acetate) đƣợc tổng hợp bằng enzym thông qua phản ứng chuyển ester của vinyl acetate với hai rƣợu tƣơng ứng là n-butanol và n-propanol. Hai ester này có mặt trong tự nhiên ở nhiều loại trái cây khác nhau nhƣ táo, dâu tây, lê,… Lipase từ
Rhizopus oligosporus NRRL 5905 đƣợc cố định trên silica gel sử glutaraldehyde làm tác nhân liên kết chéo dùng để tổng hợp ester. Hiệu suất tạo thành n-butyl acetate và n-propyl acetate tƣơng ứng là 50% và 56% đạt đƣợc sau 24h ở nhiệt độ ở 30oC với nồng độ enzym là 25%(w/v). Enzym lipase cố định có thể đƣợc sử dụng trong 3 chu kỳ mà vẫn giữ đƣợc 100% hiệu suất tổng hợp ester. Giá tri Km và Vmax đƣợc xác định là 227mM và 322 µmol/(g.h) đối với n-butyl acetate và 222mM và 385 µmol/(g.h) đối với n-propyl acetate.
Chương 2: Ứng dụng Đồ án môn học
~ 21 ~
Trong phản ứng sử dụng xúc tác là enzym cố định, tồn tại hệ thống xúc tác hai pha do sự không hòa tan của enzym trong hỗn hợp phản ứng dẫn đến hạn chế sự truyền khối trong hệ thống phản ứng. Để quan sát ảnh hƣởng của sự hạn chế truyền khối ngƣời ta tiến hành thí nghiệm ở các tốc độ khuấy khác nhau từ 50 đến 300 rpm, qua đó nhận thấy hiệu suất tổng hợp đạt cao nhất khi tốc độ khuấy là 200 rpm.
Để khảo sát ảnh hƣởng nồng độ enzym đối với việc tổng hợp ester ngƣời ta tiến hành phản ứng với nồng độ enzym từ 2.5% (w/v) (1.5U/ml) đến 30% (w/v) (18U/ml) và cố định các thông số khác của hỗn hợp phản ứng. Sau 24h phản ứng hiệu suất tổng hợp lần lƣợt là 50% và 56% tƣơng ứng với n-butyl acetate và n-propyl acetate với nồng độ enzym là 25% (w/v) (15 U/ml). Khi tăng lƣợng enzym thì tốc độ phản ứng không tăng thêm, điều này có thể giải thích là do thiếu cơ chất để kết hợp với trung tâm hoạt động và khó duy trì độ bền của hệ huyền phù chất xúc tác khi nồng độ enzym cao hơn.
Sự ảnh hƣởng của lƣợng nƣớc ban đầu đến hiệu suất phản ứng cũng đƣợc kiểm tra bằng cách thêm nƣớc từ 2%-20% (v/v) vào hỗn hợp phản ứng. Hiệu suất phản ứng cao nhất đạt đƣợc khi không có mặt nƣớc là 10% đối với n-butyl acetate và 13% đối với n-propyl acetate. Trong khi đó hiệu suất sẽ giảm khoảng 5% khi hàm lƣơng nƣớc là 20%.
Khi tăng nhiệt độ từ 30o
C lên 50oC thì tốc độ phản ứng tăng, qua giá trị 50oC thì tốc độ phản ứng giảm xuống. Với n-butyl acetate tốc độ phản ứng tăng từ 217 đến 410 µmol/(g.h) và tăng từ 298 đến 529 µmol/(g.h).
