Trang 25 2.3.4.1. Ảnh hưởng của cấu trúc nguyên liệu
Hiệu suất quá trình thủy phân bị ảnh hưởng mạnh bởi tính chất của nguồn nguyên liệu. Cấu trúc tự nhiên của lignocellulose tạo ra nhiều cản trở đến quá trình tấn công của các tác nhân thủy phân. Nếu lignocellulose không được tiền xử lý, hiệu quả thủy phân thấp. Xử lý loại bỏ hemicelluose và lignin sẽ làm tăng cấu trúc xốp đồng thời tăng bề mặt cellulose, làm cho enzyme dễ tấn công hơn, do vậy làm tăng khả năng thủy phân cellulose [36].
2.3.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Tốc độ phản ứng thủy phân tăng theo nhiệt độ, tuy nhiên đến một nhiệt độ nhất định, tốc độ phản ứng sẽ giảm dần và đến mức triệt tiêu. Phần lớn enzyme hoạt động mạnh nhất ở nhiệt độ 40 – 500C. Riêng đối với enzyme cellulase, nhiệt độ tối ưu là 500C. Những enzyme khác nhau đều có nhiệtđộ tối ưu khác nhau [7].
Khi ở nhiệt độ 00C, enzyme bị hạn chế hoạt động rất mạnh, nhưng khi đưa nhiệt độ lên từ từ, hoạt tính của enzyme sẽ tăng dần đều đến mức tối ưu. Nếu đưa nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tối ưu, hoạt tính enzyme sẽ bị giảm, khi đó enzyme không có khả năng phục hồi hoạt tính. Phản ứng vô hoạt của enzyme dưới tác dụng của nhiệt thường biểu diễn là phản ứng bậc một [6].
Trong đó:
k : hằng số vận tốc phản ứng
E : nồng độ enzyme hoạt động ở thời điểm t Eo : nồng độ ban đầu của enzyme hoạt động
2.3.4.3. Ảnh hưởng của pH
pH môi trường thường ảnh hưởng đến mức độ ion hóa cơ chất, enzyme và đặc biệt ảnh hưởng đến độ bền của enzyme. Chính vì thế pH có ảnh hưởng rất mạnh đến phảnứng của enzyme. Nhiều enzyme hoạt động rất mạnh ở pH trung tính. Tuy nhiên
Trang 26
cũng có nhiềuenzyme hoạt động ở môi trường acid yếu. Một số enzyme khác lại hoạt động mạnh ởpH kiềm và cả pH acid. Đối với enzyme cellulase, khoảng pH thích hợp là 4-5, trong đó tốt nhất là 4.8 [7].
2.3.4.4. Nồng độ enzyme
Khi nồng độ enzyme tăng, tốc độ phản ứng tăng theo đường thẳng. Tuy nhiên, khi nồng độ enzyme đạt đến một ngưỡng nào đó, nồng độ cơ chất sẽ trở thành yếu tố hạnchế tốc độ phản ứng. Khi đó, tốc độ phản ứng sẽ không tăng nữa mà là một đường nằm ngang [7].
Hình 2.14 : Ảnh hưởng của nồng độ enzyme.
2.3.4.5. Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất
Khi nồng độ cơ chất tăng, tốc độ phản ứng enzyme tăng, vì sẽ có nhiều cơ chất va chạm với enzyme tiến hành phản ứng. Khi nồng độ cơ chất đủ lớn, các enzyme bị bão hòa cơ chất, vì vậy, tăng nồng độ cơ chất thì tốc độ phản ứng sẽ không thay đổi đángkể [7].
2.3.4.6. Ảnh hưởng của các chất kìm hãm
Các chất kìm hãm hoạt động của enzyme thường là các chất có mặt trong các phản ứng enzyme, làm giảm hoạt tính enzyme nhưng lại không bị enzyme làm thay đổitính chất hóa học, cấu tạo hóa học và tính chất vật lý của chúng. Các chất gây kìm hãm hoạt động của enzyme bao gồm các ion, các phần tử vô cơ, các chất hữu cơ và cả protein. Các chất kìm hãm có ý nghĩa rất lớn trong điều khiển cácquá trình trao đổi ở tế bào sinh vật.
Trang 27
Cơ chế kìm hãm của các chất kìm hãm có thể là thuận nghịch hoặc không thuận nghịch. Trong trường hợp các chất kìm hãm thuận nghịch, phản ứng giữa enzyme và chất kìm hãm sẽ nhanh chóng đạt được cân bằng.
Trong đó: E – enzyme, I – chất kìm hãm
k1, k2 hằng số vận tốc phản ứng thuận nghịch.
Trong trường hợp phản ứng ức chế là không thuận nghịch, hằng số k2 sẽ rất nhỏ và không đáng kể. Các chất kìm hãm liên kết cộng hóa trị với enzyme tạo thành phức hợp EI. Phức hợp này bị phân rã rất chậm. Tùy thuộc vào bản chất phức EI, bản chất chất kìm hãm người ta chia ra nhữngchất kìm hãm :
Chất kìm hãm cạnh tranh: là những chất có cấu trúc tương tự như cơ chất và có khả năng kết hợp với trung tâm hoạt động của enzyme. Do đó, chúng sẽ chiếm vị trí của cơ chất trongtrung tâm hoạt động và vì vậy, cơ chất không còn cơ hội tiếp cận với trung tâm này. Chúng thường là những chấtkìm hãm thuận nghịch.
Chất kìm hãm không cạnh tranh: chất kìm hãm không chiếm trung tâm hoạtđộng của enzyme mà là ở một vị trí ngoài trung tâm hoạt động của enzyme. Kết quả sự kết hợp này, chất kìm hãm làm thay đổi cấu trúc không gian của phân tử enzyme theo chiều hướng bất lợi cho hoạt động xúc tác. Các chất kìm hãm không cạnh tranh thường gồm hai loại: kìm hãm do sản phẩm phản ứng và kìm hãm do thừa cơ chất [6, 7].
Đối với enzyme cellulase, người ta nhận thấy, sản phẩm của phản ứng thủy phân, bao gồm cả cellobiose và glucose đều có tác động kìm hãm hoạt tính của cellulase, đặc biệt là cellobiose [35].