- Máy khuấy từ gia nhiệt Van điều chỉnh
3.2 Phương pháp sử dụng tác nhân vật lý 1 Nguyên tắc chung
3.2.1 Nguyên tắc chung
Đây là phương pháp cố định enzyme bằng liên kết cộng hóa trị dựa vào sự hình thành liên kết cộng hóa trị giữa enzyme và tác nhân vật lý trong các điều kiện phù hợp. Các liên kết cộng hóa trị được hình thành bằng các nhóm chức không tham gia vào phản ứng xúc tác. Enzyme được cố định bằng phương pháp này thường rất bền, có thể dùng được trong vài tháng hoặc bảo quản trong nhiều năm. Tuy nhiên, phương pháp cố định này thường làm cho
84
các enzyme giảm đáng kể hoạt độ xúc tác (thường từ 40-60%) và giá thành của chất mang đóng vai trò quan trọng bởi vì chất mang không thể tái sử dụng.
Khả năng liên kết cộng hóa trị của enzyme với chất mang không chỉ phụ thuộc vào bản chất hóa học của chất mang mà còn phụ thuộc vào lượng nhóm chức hoạt động (-NH2, -COOH, -SH, -OH, imidzol, phenolic) trong enzyme có thể tham gia hình thành liên kết cộng hóa trị. Đối với phương pháp này thì chất mang phải có các nhóm có khả năng phản ứng với các nhóm chức trong enzyme để có thể tham gia hình thành liên kết cộng hóa trị.
Để gắn trực tiếp enzyme lên chất mang trước hết ta phải hoạt hóa chất mang sau đó gắn enzyme vào chất mang đã hoạt hóa. Để hoạt hóa chất mang có nhiều phương pháp khác nhau và phụ thuộc vào bản chất của từng loại chất mang.
- Đối với chất mang có bản chất polysaccharide (-OH) thường được hoạt hóa bằng cyanogenhalogenur như là cyanogen bromide tuy nhiên sản phẩm trung gian tạo thành rất độc nên ta có thể thay thế bằng phương pháp hoạt hóa bằng ethyl chloroformate tạo các sản phẩm trung gian không có tính độc.
- Đối với chất mang chứa nhóm –COOH như: CM-cellulose, polyacrylamide và nylon thì có thể hoạt hóa bằng phương pháp azide. Hoặc có thể hoạt hóa bằng các dẫn xuất của carbodiimide. - Đối với chất mang có chứa nhóm –NH2 như polyacrylamide, chitin,
chitosan, cellulose, tinh bột ghép acrylamide đều có thể dùng phương pháp hoạt hóa bằng glutaraldehyde.
- Đối với các chất mang chứa nhóm amin như aminobenzoylcellulose, polyaminostyrol có thể được hoạt hóa bằng phản ứng diazo. Muối diazo của chất mang hoạt hóa không chỉ có thể phản ứng với nhóm
85
amin mà còn phản ứng với cả nhóm phenol, imidazol của protein của các enzyme.
- Đối với các loại vật liệu trơ như thủy tinh thì có thể hoạt hóa bằng 3- aminopropyltriethoxysilane để có thể gắn enzyme.
Như vậy, việc sử dụng tác nhân vật lý là các hạt nano từ sẽ cần thiết phải tạo ra các liên kết cộng hóa trị bền vững giữa hạt từ và enzyme. Với các nghiên cứu khá sâu về CHHBM trình bày trong Chương 2, các hạt nano từ hoàn toàn có thể đáp ứng được yêu cầu hấp phụ hoặc gắn kết với các enzyme sinh học thích hợp.
Vật liệu dùng để cố định enzyme còn được gọi là chất mang. Một chất mang lý tưởng cần có những đặc tính sau đây:
- Chất mang dùng để cố định enzyme trước hết cần phải rẻ, vì điều này ảnh hưởng 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 vật
liệu dùng làm chất mang chịu được các điều kiện của môi trường như khuấy trộn, áp lực trong 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.
- Chất mang phải có độ trương tốt, có diện tích bề mặt tiếp xúc lớn. Tính chất này của chất mang làm tăng khả năng cố định enzyme và tăng khả năng tiếp xúc của cơ chất với enzyme nhờ đó tăng hoạt tính enzyme cố định và tăng 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…[100].
86