3. ENZYME CỐ ĐỊNH
3.3.2.1. Chất mang dùng để cố định enzyme
Mục đích cuối cùng của việc cố định enzyme là gắn được enzyme vào một chất mang nào đó để ta có thể thực hiện phản ứng enzyme nhiều lần. Công việc này cần thực hiện những bước sau:
Chọn chất mang phù hợp với enzyme cần gắn vào nó Hoạt hóa chất mang cho khả năng gắn enzyme tốt hơn
Tiến hành các kỹ thuật phù hợp để gắn enzyme vào chất mang Yêu cầu của một chất mang lý tưởng:
một chất mang lý tưởng sử dụng trong cố định enzyme điều trước hết là cần phải rẻ. Điều này có liên quan đến hiệu quả kinh tế của quy trình công nghệ, đặc biệt có ý nghĩa khi quy trình đó ứng dụng ở quy mô công nghiệp
Chất mang phải có tính chất cơ lý bền vững, ổn định. Nhờ đó mà chất mang mới chịu được các điều kiện của môi trường như khuấy trộn, áp lực trong các quy trình sản xuất
Về mặt hóa học, chất mang phải bền vững, không tan trong môi trường phản ứng. Chất mang không được làm mất hoạt tính enzyme. Chất mang không gây ra những phản ứng hấp phụ không đặc hiệu. Chất mang phải có tính kháng khuẩn cao, bền vững với sự tấn công của vi sinh vật.
Chất mang phải có độ trương tốt, có diện tích bề mặt tiếp xúc lớn. Tính chất này của chất mang vừa làm tăng khả năng cố định enzyme vừa tăng khả năng tiếp xúc của cơ chất với enzyme, nhờ đó làm tăng hoạt tính của enzyme cố định và số lần tái sử dụng
Chất mang có thể có cấu trúc lỗ xốp, siêu lỗ, có thể ở dạng hạt, dạng màng, dạng phim mỏng… Tất cả các chất mang dùng trong cố định enzyme được chia làm hai nhóm: chất mang polymer hữu cơ, chất mang vô cơ
Chất mang là polymer hữu cơ: polymer tổng hợp (polyacrylamide, polyester, polyvinylalcohol…) và polymer tự nhiên (polysaccharide: cellulose, agarose, dextran, sephadex và các dẫn xuất của chúng, alginate, carrageenan, chitin, chitosan…; protein: gelatin, keratin, albumin…)
Chất mang vô cơ: sợi bông thủy tinh, silicum oxide, alluminium oxide, mangesium oxide…
3.3.2.2. Phương pháp cố định enzyme
Trong tế bào sinh vật tồn tại sẵn cả enzyme dạng hòa tan và cả enzyme không hòa tan. Muốn thực hiện được các phương pháp tạo enzyme không hòa tan ta phải tách và thu nhận được enzyme từ tế bào vsv. Phương pháp nhốt enzyme: có 2 phương pháp:
Nhốt enzyme trong gel: nhốt enzyme trong gel là phương pháp dựa trên cơ sở tạo ra một màng bọc hay một polymer. Các chất tham gia phản ứng và sản phẩm của phản ứng có thể thẩm thấu vào trong hoặc ra ngoài thông qua mang bao bọc này và enzyem sẽ được giữ nguyên trong khuôn gel đó. Cách thực hiện: enzyme được trộn vào trong một polymer. Sau đó tiến hành các quá trình trùng hợp với sự có mặt của một hay nhiều tác nhân khâu mạch, tạo ra phức chelate. Khi đó enzyme sẽ được bao bọc trong khoảng không của gel mới tạo thành. Polymer được sử dụng ở đây là acrylamide
Nhốt enzyme trong hệ sợi: Phương pháp nhốt enzyme trong hệ sợi có khả năng xúc tác phản ứng tốt hơn phương pháp nhốt enzyme trong gel. Các sợi sử dụng để nhốt enzyme thường là những sợi nhân
CÔNG NGHỆ ENZYME
tạo. Các loại sợi này có độ bền với acid, kiềm, các loại ion và các dung môi hữu cơ hòa tan. Cellulose acetate thường được sử dụng nhiều hơn cả
Phương pháp tạo vi nang nhốt enzyme: các vi nang được tạo ra để nhốt enzyme thường có kích thước 1 – 100µm. Các vi nang có tính chất là cho các cơ chất và sản phẩm phản ứng qua lại tự do.
Phương pháp này có ưu điểm là enzyme được nhốt trong đó khá bền với mọi tác động bên ngoài và sử dụng được nhiều lần.
Phương pháp tạo liên kết enzyme với chất mang:
Đây là những phương pháp không phải nhốt enzyme vào một chất mang mà gắn enzyme vào chất mang. Như vậy, không phải tất cả các vật liệu đều có thể sử dụng làm chất mang mà chúng phải có tính chất đặc biệt mới gắn enzyme được vào chất mang. Tính chất đặc biệt này:
Chất mang phải bền với acid, kiềm
Chất mang pahri gắn được với enzyme theo những cơ chế nhất định Chất mang không được tham gia phản ứng với cơ chất
Tùy theo tính chất của chất mang, người ta thực hiện gắn enzyme vào chất mang theo những cơ chế sau: Phương pháp hấp phụ: nhờ khả năng hấp phụ của nguyên liệu làm chất mang, enzyme sẽ được gắn
vào bề mặt của chất mang. Khả năng hấp phụ của chất mang càng cao, enzyme càng được gắn nhiều vào chất mang. Do đó, khả năng tái sử dụng enzyme cố định càng cao. Trong thực tế người ta thường sử dụng các chất có khả năng hấp phụ cao như: cellulose, agarose, chitin, polyacrylamide, nylon, nhựa trao đổi ion, silicagel, thủy tinh….
Phương pháp tạo liên kết ion: dựa vào khả năng tạo liên kết ion giữa chất mang và enzyme người ta gắn enzyme vào chất mang. Liên kết ion thường không bền bằng sự hấp phụ của enzyme đối với chất mang. Chất mang thường sử dụng: DEAE-sephadex
Phương pháp tạo liên kết kim loại: người ta làm tăng hoạt tính bề mặt của chất mang bằng những hợp chất kim loại. Từ đó các enzyme sẽ gắn chặt hơn vào các chất mang. Những chất mang thường được hoạt hóa bề mặt bằng kim loại: cellulose, gelatin, bông thủy tinh, nylon, nhôm, silicagel…
Phương pháp tạo liên kết đồng hóa trị: dựa trên nguyên tắc của sự tương tác đồng hóa trị giữa phân tử enzyme và chất mang. Các chất mang này phải là những chất không được tan trong nước. Phương pháp này được ứng dụng rất rộng trong quy mô công nghiệp.