CHUYÊN đề ENZYM cố ĐỊNH

1

Công nghệ thực phẩm

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ ENZYM


2

CHỦ ĐỀ


3

NỘI DUNG
1. ĐẶC ĐIỂM CỦA ENZYM CỐ ĐỊNH
2. CHẤT MANG DÙNG ĐỂ CỐ ĐỊNH ENZYM


4

3. PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH ENZYM
4. TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC CỦA ENZYM CỐ ĐỊNH


1. ĐẶC ĐIỂM CỦA ENZYM CỐ ĐỊNH

Hạn chế của enzym tự do
- Lẫn vào sản phẩm

tách khó khăn và

chi phí cao
VD: Sản xuất glucose sử dụng trong y
học phải tuyệt đối sạch
- Nếu tách được ra khỏi phản ứng
không giữ được hoạt tính như ban đầu

5


1. ĐẶC ĐIỂM CỦA ENZYM CỐ ĐỊNH

6

Enzym cố định (immobilized enzyme)
hay enzym không tan (insoluble enzyme)

Là những enzym hòa tan được gắn vào một
chất mang bằng nhiều kỹ thuật khác nhau.


1. ĐẶC ĐIỂM CỦA ENZYM CỐ ĐỊNH

Enzym cố định
- Ưu điểm:
+ Không lẫn vào sản phẩm
+ Có thể tái sử dụng nhiều lần
+ Có thể ngừng nhanh chóng phản ứng
(tách ra)
+ Ổn định và bền hơn với các yếu tố môi

trường

7


1. ĐẶC ĐIỂM CỦA ENZYM CỐ ĐỊNH

8

Enzym cố định
- Nhược điểm:
+ Hiệu suất gắn nhỏ hơn 100%
+ Hoạt tính thấp hơn enzym tự do
+ Hoạt tính giảm khi tái sử dụng nhiều lần
+ Truyền khối hạn chế
+ Không tác dụng lên cơ chất rắn, chỉ
tương tác với cơ chất lỏng


1. ĐẶC ĐIỂM CỦA ENZYM CỐ ĐỊNH

9


2. CHẤT MANG DÙNG ĐỂ CỐ ĐỊNH ENZYM
2.1. Những yêu cầu của một chất mang lý tưởng

- Rẻ
- Có tính chất cơ lý bền vững, ổn định
- Không tan trong môi trường phản ứng

- Không làm mất hoạt tính enzym
- Có tính kháng khuẩn cao
- Có độ trương tốt, có diện tích bề mặt tiếp
xúc lớn
10


2. CHẤT MANG DÙNG ĐỂ CỐ ĐỊNH ENZYM
2.2. Phân loại chất mang

2 nhóm:
- Chất mang polymer hữu cơ
+ Polymer tổng hợp
+ Polymer tự nhiên
- Chất mang vô cơ

11


2. CHẤT MANG DÙNG ĐỂ CỐ ĐỊNH ENZYM
2.2. Phân loại chất mang

a) Polymer tự nhiên
- Chất mang polysaccharide
+ Được sử dụng thương mại rộng rãi nhất
hiện nay
+ Agarose, cellulose, alginate,
carrageenan, tinh bột, chitin và chitosan,
…
12

2. CHẤT MANG DÙNG ĐỂ CỐ ĐỊNH ENZYM
2.2. Phân loại chất mang

Agarose
- Vật liệu ổn định, đồng nhất và dễ tạo hạt
- Giá cao (hãng Sigma 800 - 2.000USD/kg)
Chỉ sử dụng trong nghiên cứu và vì mục
đích y học

13


2. CHẤT MANG DÙNG ĐỂ CỐ ĐỊNH ENZYM
2.2. Phân loại chất mang

Cellulose và các dẫn xuất (CM-cel, DEAEcel)
- Có tính chất cơ lý khá tốt
- Giá rẻ
- Không đồng nhất và ổn định

14


2. CHẤT MANG DÙNG ĐỂ CỐ ĐỊNH ENZYM
2.2. Phân loại chất mang

Alginate, carrageenan
- Tạo gel trong dung dịch CaCl2 dùng để

nhốt enzym
- Không ổn định trong môi trường có
phosphat

15


2. CHẤT MANG DÙNG ĐỂ CỐ ĐỊNH ENZYM
2.2. Phân loại chất mang

Tinh bột
- Phong phú và rẻ tiền
- Độ trương còn hạn chế và thiếu các nhóm
chức

16


2. CHẤT MANG DÙNG ĐỂ CỐ ĐỊNH ENZYM
2.2. Phân loại chất mang
 Chitin và chitosan

- Chitin
+ Phổ biến trong tự nhiên (thứ hai sau cellulose)
+ Polymer của 2-acetomido-deoxy-β-D-glucose
+ Vỏ tôm, cua, côn trùng, thành tế bào VSV
- Chitosan: dẫn xuất của chitin khi xử lý bằng kiềm
đặc
Cấu trúc siêu lỗ, dễ tào màng, tạo hạt, khả năng
hấp phụ tốt, tính chất cơ lý bền vững, ổn định

Kỵ nước, độ trương kém
17


2. CHẤT MANG DÙNG ĐỂ CỐ ĐỊNH ENZYM
2.2. Phân loại chất mang

a) Polymer tự nhiên
- Chất mang protein
+ Gelatin, keratin, albumin
+ Dễ tạo màng, tạo hạt, có nhóm chức –
NH2
+ Kém bền, dễ nhiễm khuẩn

18


2. CHẤT MANG DÙNG ĐỂ CỐ ĐỊNH ENZYM
2.2. Phân loại chất mang
b) Polymer tổng hợp
- Polyacrylamide, polyester, polyvinylalcohol,
polyvinylacetate, polyacrylic,
polyhydroxyethylacrylate, polystyrene, polyethylene,
…
- Ưu:
+ Bền, tính chất cơ lý tốt
+ Trơ với sự tấn công của vi khuẩn
+ Độ trương tốt
- Nhược:
+ Giá thành cao (polyacrylic, polyacrylamide,

polyhydroxyethylmethacrylate)
+ Gây ô nhiễm môi trường

19


2. CHẤT MANG DÙNG ĐỂ CỐ ĐỊNH ENZYM
2.2. Phân loại chất mang

c) Chất mang vô cơ
- Sợi bông thủy tinh, silicum oxide,
alluminium oxide, magesium oxide, ceramic
xốp
- Ưu: Có cấu trúc lỗ và khả năng hấp phụ tốt
- Nhược:
+ Các vật liệu có nguồn gốc từ silic khá đắc
+ Tan trong dung dịch kiềm có pH > 7,5
20


3. PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH ENZYM

Các phương pháp cố định

Phương pháp nhốt enzym

Nhốt enzym
trong gel

Nhốt enzym

trong hệ sợi

Tạo vi nang
nhốt enzym

Phương pháp tạo liên kết

Gắn enzym lên bề
mặt chất mang

Khâu
mạch

- Hấp phụ vật lý
- Liên kết ion
- Liên kết kim loại
- Liên kết đồng hóa trị
21


3. PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH ENZYM
3.1. Phương pháp nhốt enzym

- Nguyên tắc:
+ Tạo ra một màng bọc
+ Enzym được giữ trong màng
+ Các chất tham gia phản ứng và sản phẩm
có thể thẩm thấu vào trong hoặc ra ngoài
thông qua màng bọc

22


3. PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH ENZYM
3.1. Phương pháp nhốt enzym
- Ưu điểm:
+ Có thể nhốt bất kỳ loại enzym nào
+ Nhốt cùng lúc nhiều enzym khác nhau (với kích thước
khác nhau)
- Hạn chế:
+ Diện tích tiếp xúc cơ chất giảm, truyền khối hạn chế
+ Hoạt tính giảm
- Yêu cầu:
+ Cơ chất và sản phẩm phải có kích thước tương đối nhỏ
+ Nồng độ enzym cao
23


Polymer
dạng bột

Dung môi
hữu cơ
Hòa tan
Tạo nhũ
tương

Tạo màng, sợi,
hạt
Sấy đuổi dung

môi
Enzym cố định
trong màng,
sợi, hạt
Hình 1: Phương pháp nhốt enzym

24


3. PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH ENZYM
3.1. Phương pháp nhốt enzym

enzyme +alginate

c ac l

2

Enzyme ®î c gãi trong
c¸c h¹t canxi alginat

25