Bản chất hóa học của enzyme là những protein hòa tan. Các enzyme này, sau khi chúng tham gia phản ứng hóa học xong thì chúng được giải phóng khỏi cơ chất và tiếp tục tham gia các phản ứng hóa học mới. Tuy nhiên các enzyme hòa tan có một số nhược điểm như: Các enzyme hòa tan thường kém bền. Khó tách khỏi các sản phẩm cuối để thực hiện các phản ứng mới trong công nghiệp. Nếu thực hiện các quá trình tách ra sẽ gây nên hiện tượng mất hoạt tính.
Do đó, phương pháp cố định enzyme là phương pháp giúp ta giải quyết một loạt những vấn đề tồn tại của enzyme hòa tan [10].
Enzyme không tan hay enzyme cố định là những enzyme được đưa vào những pha riêng lẽ, pha này được tách riêng với pha dung dịch tự do. Pha enzyme không hòa tan trong nước và được gắn với những polymer ưa nước có trọng lượng phân tử lớn.
2.6.2.1. Ưu và nhược điểm của enzyme không tan
Ƣu điểm:
- Enzyme cố định có thể tái sử dụng nhiều lần, hoạt tính của enzyme cố định ít thay đổi trong những lần tái sử dụng. Đặc điểm này của enzyme có ý nghĩa lớn
trong kỹ thuật, nhờ đó ta có thể tái sử dụng nhiều lần, giúp giảm chi phí cho việc sản xuất enzyme.
- Enzyme cố định không lẫn vào sản phẩm cuối của phản ứng, do đó không phải chi phí cho việc tách enzyme ra khỏi sản phẩm. Sản phẩm cuối thu được sẽ coi như sản phẩm tương đối sạch.
- Enzyme cố định có độ bền cao hơn enzyme tự do, vì thế trong nhiều trường hợp có thể cho enzyme cố định hoạt động ở những điều kiện nhiệt độ, pH không bình thường do chúng được bảo vệ bởi chất mang.
- Sử dụng enzyme cố định dễ dàng cho việc cơ khí hóa và tự động hóa trong quá trình sản xuất.
- Enzyme cố định có khả năng bảo quản tốt hơn enzyme tự do cùng loại. Từ các đặc điểm trên cho thấy, sử dụng enzyme cố định có ý nghĩa kinh tế hơn sử dụng enzyme tự do nhiều lần.
Nhƣợc điểm
Hoạt tính của enzyme cố định thường nhỏ hơn hoạt tính của enzyme hòa tan cùng loại. Do khi enzyme gắn vào chất mang cấu trúc của enzyme có thể thay đổi ở mức độ nhất định, vì sự thay đổi cấu trúc không gian của enzyme nên sự tương tác của enzyme và cơ chất chậm lại, phản ứng xảy ra yếu hơn. Hoặc do ta nhốt enzyme vào trong gel, gel sẽ bao lấy enzyme tạo thành vật cản đối với cơ chất, vì vậy sự tiếp xúc giữa cơ chất và trung tâm hoạt động của enzyme gặp khó khăn hơn so với enzyme tự do [10].
2.6.2.2. Phương pháp cố định enzyme (sơ đồ 2.1).
Ở đề tài, chúng tôi cố định enzyme bằng phương pháp hấp phụ lên BC và celite. Phương pháp hấp phụ: Nhờ vào khả năng hấp phụ của các 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 của enzyme cố định càng cao. Một số chất mang dùng trong phương pháp này: cellulose hạt, thủy tinh, chitin, kaolin,…
2.6.2.3. Chất mang.
Chất mang gồm có 2 loại: chất mang polymer hữu cơ, chất mang vô cơ.
a) Chất mang polymer hữu cơ
Chất mang là polymer tự nhiên là nhóm chất mang đang thịnh hành và được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay, đó là cellulose agarose, dextran, sephdex, gelatin, collagen… Ưu điểm của polymer sinh học là nó có tính tương thích sinh học cao với enzyme, và có thể phân hủy sinh học nhờ vi sinh vật, nhưng nhược điểm của nó là tính chất cơ lý kém bền vững và không ổn định.
Chất mang là polymer tổng hợp, hiện nay có rất nhiều polymer tổng hợp được sử dụng để cố định enzyme: polyacrylamide, polyester, polyvinylacetate… ưu điểm chung của các polymer này là bền, tính chất cơ lý tốt và hoàn toàn trơ với sự tấn công của vi sinh vật, độ trương tốt một số polymer có thể điều chỉnh
được kích thước siêu lỗ. Tuy nhiên nhược điểm chính của polymer tổng hợp là giá thành cao, tính tương thích sinh học kém và một nhược điểm nữa là do quá bền, không thể phân hủy trong tự nhiên vì vậy gây ô nhiễm môi trường.
Đề tài chúng tôi sử dụng chất mang hữu cơ là BC, để cố định enzyme.
b) Chất mang vô cơ.
Các chất mang vô cơ được sử dụng thương mại như: silicum oxide, aluminum oxide, magnesium oxdide. Đây là những dạng oxide bền với tác động bên ngoài, không bị vi sinh vật ăn mòn phân hủy nhưng việc gắn enzyme chủ yếu thông qua hấp thụ vật lý nên liên kết thường không bền.
Đề tài chúng tôi sử dụng chất mang vô cơ là celite. Giới thiệu về celite
Celite hay diatomite được tìm thấy trong tự nhiên ở dạng đá phấn, mềm và dễ dàng vỡ vụn thành dạng bột màu trắng. Loại bột này có khả năng chịu mài mòn giống đá bọt, có nhiều lỗ xốp và có khả năng chụi nhiệt cao. Celite được ứng dụng trong công nghiệp làm tác nhân lọc, làm chất mài mòn, sử dụng để hấp thụ chất lỏng, thành phần thuốc nổ và nó cũng được sử dụng như tác nhân làm đông máu máu trong y học [23].
Cấu tạo hóa học
Celite là hỗn hợp của nhiều oxit kim loại gồm:
SiO2: 89,4%; Al2O3: 3,4%; Fe2O3: 1,3%; TiO2: 0,2%; CaO và MgO: 1,1% còn lại là Na2O: 3,8%.
CHƢƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP