ạ Khái quát chung
Phương pháp thủy phân bằng enzyme là phương pháp sử dụng tác nhân hóa sinh. Enzyme là những protein giữ chức năng xúc tác các phản ứng sinh hóa học. Nhờ enzyme xúc tác mà các phản ứng sinh hóa học cần thiết cho sự sống và sự sinh sản của tế bào diễn rạ
Enzyme có nguồn gốc từ các nguồn như: thực vật (dứa, nhựa đu đủ, sung, hạt ngũ cốc); động vật (tụy tạng, màng nhầy dạ dày lợn, dạ dày bê và nội tạng khác); vi sinh vật và các chế phẩm enzyme thương mạị
Đây là phương pháp an toàn, giảm chi phí năng lượng, thời gian thủy phân ngắn. Thủy phân bằng enzyme có nhiều ưu điểm hơn phương pháp thủy phân bằng kiềm và acid:
- Không tạo thành sản phẩm phụ nên dịch thủy phân có độ thuần khiết. - Phản ứng tiến hành ở điều kiện nhẹ nhàng hơn.
- Khi thủy phân bằng enzyme thì cường lực xúc tác lớn và ít tốn năng lượng. Tuy nhiên, phương pháp này lại có một số nhược điểm như:
- Thời gian thủy phân dài dẫn đến chu kỳ sản xuất kéo dàị
- Muốn có hiệu suất cao và chất lượng sản phẩm tốt thì phải có chế phẩm enzyme tinh khiết.
- Dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường: pH, t0, kim loại nặng, nồng độ enzyme, nồng độ cơ chất, chất hoạt hóa và chất ức chế. [8]
Về mặt tổng quát, cơ chế tác dụng của enzyme theo cơ chế chung sau: E + S ES P + E
Trong đó:
E: Enzyme S: Cơ chất P: Sản phẩm
ES: Phức hợp của enzyme – cơ chất
b. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân
Ảnh hưởng của nhiệt độ
Bản chất ủa enzyme là protein nên khi tăng hay giảm nhiệt độ thường có thể ảnh hưởng tới hoạt tính của enzyme, enzyme thể hiện hoạt tính cao nhất ở một giới hạn nhiệt độ thích hợp nhất định. Thông thường đối với đa số enzyme thì nhiệt độ thích hợp nằm trong khoảng từ 40 – 500C, ở nhiệt độ lớn hơn 700C da số enzyme bị mất hoạt tính. Do vậy, nhiệt độ 700C gọi là nhiệt độ tới hạn của enzymẹ Khi nhiệt độ thấp hơn 700C, trong phạm vi thích hợp nếu nhiệt độ tăng 100C thì tốc độ thủy phân tăng 1.5 – 2 lần. Nhiệt độ thích hợp đối với một enzyme có thể thay đổi khi thay đổi về cơ chất, pH.
Ảnh hưởng của pH môi trường
Enzyme rất nhạy cảm với đối với sự thay đổi pH môi trường. Mỗi enzyme chỉ hoạt động ở 1 vùng pH nhất định gọi là pH tối thích. pH tối thích của đa số enzyme nằm trong vùng trung tính, acid yếu hoặc bazơ yếu, chỉ rất ít enzyme hoạt động mạnh trong vùng acid hay kiềm.
Ảnh hưởng của thời gian
Thời gian thủy phân kéo dài hay rút ngắn đều ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình do enzyme tác động và chất lượng sản phẩm. Thời gian kéo dài thì enzyme có điều kiện để cắt mạch triệt để, dẫn đến sự biến đổi sâu sắc của cơ chất. Nhưng nếu kéo dài thời gian thủy phân quá mức thì sẽ các vi sinh vật sẽ hoạt động
sinh ra nhiều sản phẩm thứ cấp, đồng thời khi thời gian kéo dài hiệu quả kinh tế giảm, chỉ áp dụng thí nghiệm, trong sản xuất không áp dụng. Thời gian thủy phân rút ngắn, sự phân giải protein chưa triệt để. Hiệu suất thủy phân kém và gây lãng phí nguyên liệu và khó khăn cho công đoạn saụ
Ảnh hưởng của nồng độ enzyme
Khi nồng độ enzyme thấp, lượng cơ chất lớn, vận tốc thủy phân phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ enzymẹ Khi nồng độ enzyme tăng, tốc độ phản ứng thủy phân tăng đến một giá trị giới hạn v = vmax thì nếu tiếp tục tăng nồng độ enzyme, tốc độ phản ứng thủy phân bởi enzyme tăng không đáng kể, thậm chí không tăng.
Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất
Khi enzyme kết hợp với cơ chất thì tạo ra phức trung gian E – S, phức chất này sẽ kéo căng liên kết và chuyển hóa thành sản phẩm dịch đạm và giải phóng enzymẹ Quá trình này cứ tiếp tục xảy ra đến khi cơ chất hết, nếu nồng độ cơ chất đủ thích hợp với lượng enzyme sẽ làm cho quá trình thủy phân diễn ra đều đặn, nhanh chóng.
E + S ES P + E (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khi tăng nồng độ cơ chất, tốc độ phản ứng thủy phân càng tăng, nhưng khi tốc độ phản ứng thủy phân đạt dến giới hạn v = vmax , nếu tiếp tục tăng nồng độ cơ chất thì vận tốc phản ứng hầu như không tăng.
Ảnh hưởng của hàm lượng nước
Nước là môi trường thuận lợi của enzyme và vi sinh vật hoạt động. Các nghiên cứu cho thấy điều kiện để các loại enzyme và các vi sinh vật hoạt động được là môi trường phải có nước và hàm lượng nước phải linh động (nước phải ở trạng thái tự do) chiếm tối thiểu là 15%, do vậy trong quá trình thủy phân nếu ta bổ sung hàm lượng nước quá thấp thì nó cũng ức chế sự hoạt động của vi sinh vật nhưng đồng thời nó cũng ức chế sự hoạt động của enzyme làm giảm hiệu suất thủy phân. Nhưng nếu bổ sung hàm lượng nước quá cao thì chính nước là môi trường thuận lợi để cho vi sinh vật hoạt động và phát triển, nó sẽ thủy phân sản phẩm thành các sản phẩm thứ cấp khác.
Ảnh hưởng của chất kìm hãm
Chất kìm hãm (hay chất ức chế) là những chất vô cơ hay hữu cơ mà khi có sự hiện diện của chúng, enzyme có thể bị giảm hoặc mất hoạt tính. Với mỗi enzyme ta có các chất kìm hãm khác nhau, vì vậy khi sử dụng enzyme ta phải biết rõ các chất kìm hãm của nó để điều chỉnh phản ứng.
Ảnh hưởng của chất hoạt hóa
Chất hoạt hóa là chất khi có mặt của chúng trong phản ứng thì có tác dụng làm tăng hoạt tính enzyme, các chất này có bản chất khác nhau, có thể là ion kim loại, anion hoặc các chất hữu cơ. Tuy nhiên, các chất hoạt hóa chỉ có tác dụng trong một giới hạn nồng độ xác định, khi dùng quá nồng độ cho phép, hoạt độ enzyme sẽ bị giảm.
Ảnh hưởng của diện tích tiếp xúc
Khi thủy phân diện tích tiếp xúc giữa enzyme và cơ chất cũng ảnh hưởng lớn đến tốc độ thủy phân. Diện tích tiếp xúc giữa enzyme với cơ chất càng lớn thì quá trình thủy phân càng dễ dàng và ngược lạị[8]