C hỉnh pH 5,5 ụ đặc dịch
a. Vật liệu vụ cơ:
-Vọ̃t liợ̀u vụ cơ thường rṍt bờ̀n với mụi trường xung quanh , có cṍu tạo dạng xụ́p, nhiờ̀u lụ̃ nờn dờ̃ hṍp phụ enzyme. Là loại vọ̃t liợ̀u bờ̀n, rẻ và dờ̃ kiờ́m. Tuy nhiờn vọ̃t liợ̀u vụ cơ thường chỉ hṍp phụ tụ́t enzyme đụ́i với phương pháp vọ̃t lý , với phương pháp hóa học thì khó khăn hơn vì ít các gụ́c hoạt đụ̣ng nờn khó gắn.
-Các vọ̃t liợ̀u vụ cơ thụng dụng như thủy tinh xụ́p , các oxit kim loại như oxit mangan, oxit magie , oxit titan . Gõ̀n đõy có mụ̣t sụ́ sản phõ̉m đang được thương mại
húa là diatomite , tờn thương mại là celic . Loại vọ̃t liợ̀u này rẻ tiờ̀ n, do đó có thờ̉ ứng dụng trong sản xuṍt cụng nghiợ̀p.
Diatomite (kaolin) là mụ̣t khoáng sản phi kim được hình thành do quá trình phong hóa củ a phenpat chủ yờ́u là octodase và anbit. Quá trình phong hóa trờn được gọi là quá trình kaolin húa.
Kaolin có cụng thức hóa học là Al2O3.2SiO2.2H2O
Thành phõ̀n lý thuyờ́t: Al2O3 39,48%; SiO2 46,6%, H2O: 13,92%
Kích thước hạt đo bằng kính hiờ̉n vi điợ̀n tử : dài khoảng 0,1 – 1um, dày khoảng 0,02 – 0,1um theo quan niợ̀m của Vicnatski, chớnh là axit nhụm – silic có cụng thức H2Al2SiO8H2O trụ̣n với nước, kaolin biờ́n thành mụ̣t dạng bùn nhão , dẻo dạng hụ̀, hũa tan đờ̉ khuờ́ch tán trong nước.
b. Vật liệu hữu cơ:
Vọ̃t liợ̀u hữu cơ dùng làm chṍt mang đờ̉ cụ́ định enzyme được chia làm 2 loại: polymer – sinh học v à polymer tụ̉ng hợp hóa học . Chúng thường có các nhóm hoạt đụ̣ng hóa học như : −NH2, −COOH, −OH, −SH,… nờn dờ̃ kờ́t gắn với enzyme nhưng đụ̣ bờ̀n với tác đụ̣ng mụi trường khụng ca o, đặc biợ̀t các polymer sinh học rṍt dờ̃ bị vi sinh vọ̃t xõm nhọ̃p và tṍn cụng.Mụ̣t sụ́ vọ̃t liợ̀u hữu cơ thụng dụng dùng làm chṍt mang gụ̀m :
- Chất mang là polymer – sinh học:
+ Polysaccharide là nhóm chṍt mang đang thịnh hành và được sử dụng rụ̣ng rãi nhṍt hiợ̀n nay , đó là cellulose, agarose, dextran, sephadex và các dõ̃n xuṍt của chúng . Ở mụ̃i loại có những đặc điờ̉m , tính chṍt khác nhau , tùy theo mục đích sử dụng , đụ́i tượng nghiờn cứu mà có sự lựa chọn thích hợp.
Chitin là mụ̣t polymer sinh học có nhiờ̀u triờ̉n vọng trong nghiờn cứu và ứng dụng làm vọ̃t liợ̀u cụ́ định enym và tờ́ bào . Chitin rṍt phụ̉ biờ́n trong tự nhiờn , chỉ đứng sau cellulose, là mụ̣t polymer của các gụ́c 2-acetoamido-2-deoxy-β-D-glucose, liờn kờ́t với nhau bởi liờn kờ́t β-1,4-glycoside. Chitin có trong thành phõ̀n cṍu trúc vỏ của cụn trựng, vỏ tụm cua, sũ, vách tờ́ bào vi sinh vọ̃t…
Chitin là mụ̣t vọ̃t liợ̀u chứa cả hai nhóm chức –OH và –NH2 có thờ̉ liờn kờ́t với enzyme, có cṍu trúc siờu lụ̃ , có khả năng hṍp phụ tụ́t , dờ̃ tạo màng. Chitin có cṍu trúc mạng tinh thờ̉ chặt chẽ, khụng chỉ có các liờn kờ́t hydro hình thành trong chuụ̃i mà còn có giữa các lớp với nhau trong mạng tinh thờ̉.
Vì vọ̃y chitin là mụ̣t polymer kị nước , đụ̣ trương thṍp, diợ̀n tích bờ̀ mặt tiờ́p xúc nhỏ và bờ̀n vờ̀ mặt hóa học . Gõ̀n đõy có rṍt nhiờ̀u nghiờn cứu cụ́ định enzyme trờn chitin, chủ yờ́u bằng phương pháp hṍp phụ và liờn kờ́t cụ̣ng hóa trị qua cõ̀u nụ́i glutaraldehyde.
Vờ̀ mặt cṍu trúc , chitin có cṍu trúc tương tự như cellulose , điờ̉m khác biợ̀t hóa học duy nhṍt là nhóm acetamido ở vị trí sụ́ 2 trờn khung carbon của chitin được thay thờ́ cho nhúm hydroxyl (-OH) ở cellulose.
Chitosan là mụ̣t dõ̃n xuṍt của chitin khi được deacetyl trong kiờ̀m mạnh. Chitosan dờ̃ dàng tạo màng, tạo hạt, có cṍu trúc siờu lụ̃, có các nhóm chức năng –NH2. Chitosan có thờ̉ cụ́ định enzyme bằng phương pháp hṍp phụ , phương pháp cụ̣ng hóa trị , hoặc nhụ́t enzyme, tờ́ bào trong gel chitosan.
Chitin Chitosan
Chitin, chitosan có khả năng cụ́ định enzyme rṍt cao, nhiờ̀u cụng trình đã cụng bụ́ cho thṍy chitin, chitosan có thờ̉ cụ́ định được từ 80–100% protein enzyme, nhưng hoạt tớnh enzyme cụ́ định thường rṍt thṍp . Chitin hoạt hóa bằng glutaraldehyde có thờ̉ cụ́ định 100% phosphatase, chymotrypsin, nhưng hoạt tính của enzyme cụ́ địn h chỉ là 20% và 14%, hoặc xṍp xỉ 90% enzyme pullulanase cụ́ định trờn chitin nhưng hoạt tính enzyme chưa tới 1%. Liu cụ́ định glucooxidase , catalase trờn chitin sau khi hoạt hóa với glutaraldehyde, hoạt tính chỉ còn lại 10%. Nguyờn nhõn chủ yờ́u là do tính chṍt kị nước của chitin và chitosan , đụ̣ trương và diợ̀n tích bờ̀ mặt tiờ́p xúc nhỏ , điờ̀u này hạn chờ́ khả năng tiờ́p xúc của cơ chṍt với enzyme cụ́ định, đặc biợ̀t trong trường hợp cơ chṍt có trọng lượng ph õn tử lớn. Khi cơ chṍt là những phõn tử ưa nước sẽ có khuynh hướng khó tiờ́p xúc với enzyme khi cụ́ định trờn các vọ̃t liợ̀u kị nước.
Chitin, chitosan là những vọ̃t liợ̀u đõ̀y hứa hẹn cho cụ́ định enzyme và tờ́ bào , chitin và chitosan hụ̣i tụ nhiờ̀u ưu điờ̉m mà nhiờ̀u vọ̃t liợ̀u khác khụng có như rṍt phụ̉ biờ́n trong tự nhiờn, rẻ tiờ̀n, là vọ̃t liợ̀u có cṍu trúc siờu lụ̃ , khả năng hṍp phụ tụ́t, dờ̃ tạo màng, tạo hạt, tạo gel, kháng khuõ̉n tụ́t, có sự hiợ̀n diợ̀n mụ̣t lượng lớn các nhóm chức năng tự nhiờn là –NH2. Vì vọ̃y, nờ́u khắc phục được nhược điờ̉m là tính kị nước của chitin và chitosan thì đõy sẽ là những vọ̃t liợ̀u lý tưởng cho cụ́ định enzyme.
Alginate Natri là mụ̣t chuụ̃i polym er mạch thẳng khụng phõn nhánh , là dõ̃n xuṍt của axit alginic kờ́t hợp với cation của kim loại Na+
, cṍu trúc của alginate bao gụ̀m hai axit hợp thành: axit α - L - guluronic (gọi tắt là G) và axit α – D – manuronic (gọi tắt là M) qua liờn kờ́t 1,4 – glucozit. Natrialginate có nguụ̀n gụ́c từ mụ̣t loài tảo nõu.
Ba tính chṍt cơ bản của natrialginate là : khả năng tạo đụ̣ nhớt , khả năng tạo gel và khả năng tạo màng:
Khả năng tạo độ nhớt:
Khi muụ́i natrialginate hòa ta n vào trong nước , tạo ra mụ̣t dung dịch đặc (gia tăng đụ̣ nhớt của dung dịch nước ). Đụ̣ nhớt của natrialginate tùy thuụ̣c vào từng loài rong biờ̉n, vào từng giai đoạn sinh trưởng của rong và đặc biợ̀t hơn là phương pháp tách chiờ́t rong. Đờ̉ gia tăng đụ̣ nhớt , trong quá trình tách chiờ́t alginate , người ta thuờng bụ̉ sung thờm mụ̣t sụ́ chṍt phụ gia đờ̉ thu đươc sản phõ̉m có đụ̣ nhớt như mong muụ́n.
Bờn cạnh đó , đụ̣ nhớt của natrialginate còn phụ thuụ̣c vào quá trì nh bóo hũa . Natrialginate ở dạng bụ̣t , đờ̉ sau mụ̣t thời gian thì nó bị giảm đụ̣ nhớt đáng kờ̉ . Do đó người ta thường thờm vào mụ̣t lượng canxi sao cho chưa đờ́n ngưỡng tạo gel.
Khả năng tạo gel của natrialginate
NaOH to
Trong điờ̀u kiợ̀n bì nh thường các gụ́c -COO- của các phõn tử guluronic sẽ hình thành liờn kờ́t hydro với ion Na + có trong dung dịch . Khi đưa vào mụi trường các ion kim loại như Ca 2+
, Ba2+, Sr2+…, các ion này sẽ thay thờ́ vào vị trí của Na +
, nụ́i các chuụ̃i guluronic lại với nhau sẽ hình thành mụ̣t cṍu trúc mạng lưới khụng tan trong nước, cṍu trúc này được gọi là gel.
Khả năng tạo gel của natrialginate với các cation là khác nhau đụ̣ bờ̀n của gel tăng dõ̀n theo thứ tự Ca2+
<Sr2+ < Ba2+. Trong đó Ca2+là tác nhõn tạo gel được sử dụng nhiờ̀u nhṍt và khụng gõy đụ̣c hại.
Đờ̉ tạo gel natrialginate khụng cõ̀n sức nóng , đõy là sự tương phản so với gel agar. Sử dụng sức nóng khoảng 800C đờ̉ hòa tan agar và hình thành gel dưới 400
C. Tỉ lợ̀ M /G là hai đơn vị cơ bản trong chuụ̃i có thờ̉ thay đụ̉i từ những loài rong biờ̉n khác nhau . Hàm lượng G cao tạo gel bờ̀n nhưng giòn và dờ̃ bị tan chảy , hàm lượng M cao giúp cho gel đàn hụ̀i hơn và ít bị tan chảy.
Khả năng tạo màng (films):
Khi tạo gel nước sẽ thoát ra khỏi cṍu trúc gel . Đờ̉ có khả năng này , trọng lượng của phõn tử natrialginate phải lớn hơn trọng lượng phõn tử nước . Tính chṍt này được ứng dụng trong viợ̀c tạo nờn mụ̣t lớp phủ bờn ngoài.
Ngoài ra alginate còn có mụ̣t sụ́ tính chṍt khác như tan được trong nước , khả năng tạo đụ̣ phụ̀ng…
+ Chṍt mang là protein thường dùng như gellatin , keratin, albumin. Tính chṍt chung của vọ̃t liợ̀u nhóm này là dờ̃ tạo màng , tạo hạt, có nhóm chức năng là nhóm – NH2 , vì vọ̃y thường được sử dụng nhụ́t enzyme trong khuụn gel với tác nhõn khõu mạch là glutaraldehyde . Nhược điờ̉m của nhóm này là kộm bờ̀n , dờ̃ nhiờ̃m khuõ̉n, hay gõy ra cỏc phản ứng miờ̃n dịch với cơ thờ̉ khi sử dụng trờn người và đụ̣ng vọ̃t.