3. ENZYME CỐ ĐỊNH
3.4. Ứng dụng của enzyme cố định
Ngày nay, có một vài quy trình cơng nghiệp ở quy mơ lớn đang hoạt động mà có sử dụng enzyme cố định. Ví dụ điển hình là q trình sản xuất fructose siro từ tinh bột bắp và quá trình sản xuất Ltamino acid từ hỗn hợp L và Dtamino acid. Enzyme cố định penicillin acylase cũng được sử dụng rộng rãi trong quá trình sản xuất penicillin bán tổng hợp.
3.4.1. Sản xuất fructose nhờ enzyme glucose isomerase
Dtglucose không thể được thay thế trực tiếp từ đường sucrose bởi vì glucose ít ngọt hơn. Hơn nữa, tinh thể glucose trong dung dịch đậm đặc có thể làm cho q trình khó thực hiện hơn. Để loại bỏ những trở ngại này người ta chuyển đổi từ dạng đồng phân glucose sang fructose, sử dụng enzyme glucose isomerase.
Hệ số cân bằng của phản ứng này ở 50oC gần bằng 1, gia trị này không thay đổi lớn theo nhiệt độ bởi vì ước lượng nhiệt của phản ứng này là 1kcal/mol. Kết quả là sản phẩm có chứa glucose và frucose theo tỷ lệ 1:1. Hỗn hợp này ngọt hơn so với glucose đơn lẻ và rất phù hợp để thay thế đường trong nhiều ứng dụng như sản xuất nước giải khát, thực phẩm và làm bánh kẹo. Sở dĩ sản phẩm cuối ngọt hơn là do có chứa nhiều fructose.
Enzyme ngoại bào glucose isomerase được tạo ra bởi nhiều vi sinh vật, cụ thể là Arthobacter và
Streptomyces sp. Nhu cầu phá vỡ tế bào mà không phá hủy enzyme làm cho glucose isomerase co giá
thành cao hơn so với các enzyme thủy giải ngoại bào khác. Hơn nữa, glucose isomerase rất nhạt cảm với một số tác nhân kìm hãm. Cả hai yếu tố này cho thấy duy trì enzyme ở dạng cố định dưới những điều kiện phản ứng được kiểm soát tốt là một biện pháp cần được thực hiện. Người ta đã cố định glucose isomerase dưới dạng kết hợp với collagen, bông hay một vài loại tác nhân gắn kết khác.
Hình 3.1. Sơ đồ sản xuất fructose siro từ tinh bột bắp sử dụng enzyme glucose isomerase cố định
Có nhiều cơng đoạn tách lọc và xử lý giữa q trình đường hóa và đồng phân hóa phải thỏa mãn các điều kiện cơ bản của enzyme học: để tối ưu hóa độ ổn định nhiệt của αtamylase được sử dụng trong giai đoạn hóa lỏng (nhiệt độ của giai đoạn này vào khoảng 105oC) thì cần sử dụng ion canxi. Mặt khác, nhưng ion này ức chế glucose isomerase, và chúng được loại bỏ nhờ quá trình trao đổi ion trước khi dung dịch đường dextrose được cho vào thiết bị thực hiện phản ứng isomer hóa.
3.4.2. Sản xuất L|amino acid nhờ enzyme aminoacylase cố định
Nhu cầu sử dụng Ltamino acid trong thực phẩm và y học gia tăng nhanh chóng. Ltamino acid đã được tiến hành nghiên cứu sản xuất từ công nghệ vi sinh vật hay bằng phương pháp tổng hợp hóa học. Các amino acid được tổng hợp bằng phương pháp hóa học thường gặp một số bất lợi do tạo ra cả dạng đồng phân Dtamino acid, dạng đồng phân này khơng có giá trị dinh dưỡng. Do đó, trong q trình sản xuất người ta mong muốn chỉ thu được dạng đồng phân L trong sản phẩm cuối.
Nguyên lý chung của phản ứng chuyển hóa Dltamino acid thành dạng Ltamino acid dưới sự xúc tác bởi enzyme aminoacylase:
Phản ứng xảy ra trong một thiết bị dạng cột có chứa enzyme aminoacylase cố định. Ltamino acid mong muốn được tách ra khỏi dạng acyl Dtamino acid dựa trên sự khác biệt về độ hịa tan. Sau đó Dtacylamino acid được racemic hóa thành dạng DLtamino acid để tiếp tục quay trở lại lị phản ứng có chứa enzyme aminoacylase cố định.
Hình 3.2. Sơ đồ sản xuất L|amino acid sử dụng amino acylase của công ty Taabe Seiyaku, Nhật Bản
Hiện nay, loại aminoacylase gắn với DEAEtSephadex bằng liên kết ion được chọn sử dụng bởi vì nó có hoạt tính cao, dễ dàng chuẩn bị, có khả năng tái sinh và ổn định.