Đồ án Tổng quan tài liệu về phương pháp nội chuyển ester bằng enzyme lipase

MỤC LỤC PHẦN 1: GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP NỘI CHUYỂN HÓA ESTER BẰNG ENZYME 1.1. Giới thiệu và phân loại các phương pháp chuyển hóa ester 1.1.1. Giới thiệu 1.1.2. Phân loại các phương pháp chuyển hóa ester 1.1.2.1. Acidolysis 1.1.2.2. Alcoholysis 1.1.2.3. Nội chuyển hóa ester 1.2. Phương pháp nội chuyển hóa ester bằng enzyme 1.2.1. Mục đích và ứng dụng 1.2.2. Cơ chế phản ứng 1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng hoạt tính enzyme lipase 1.2.3.1. pH 1.2.3.2. Nhiệt độ 1.2.3.3. Hàm lượng và hoạt độ nước 1.2.3.4. Thành phần cơ chất và sự cản trở không gian 1.2.3.5. Chất hoạt động bề mặt PHẦN 2: ENZYME LIPASE TRONG PHƯƠNG PHÁP NỘI CHUYỂN HÓA ESTER BẰNG ENZYME 2.1. Giới thiệu 2.2. Nguồn thu nhận enzyme lipase 2.2.1. Lipase từ động vật 2.2.2. Lipase từ thực vật 2.2.3. Lipase từ vi sinh vật 2.3. Phương pháp thu nhận và tinh sạch lipase 2.3.1. Sinh tổng hợp lipase từ vi sinh vật 2.3.2. Phương pháp thu nhận enzyme 2.3.3. Phương pháp tách và tinh sạch enzyme 2.4. Tính chất và phản ứng của enzyme 2.4.1. Cấu trúc phân tử 2.4.2. Hoạt tính bề mặt và phản ứng thủy phân 2.4.2.1. Hoạt tính bề mặt 2.4.2.2. Cơ chế phản ứng thủy phân 2.4.3. Sự hoạt hóa và ức chế enzyme 2.4.3.1. Sự hoạt hóa enzyme 2.4.3.2. Colipase và sự ức chế enzyme 2.4.4. Tính đặc hiệu của enzyme PHẦN 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP NỘI CHUYỂN HÓA ESTER BẰNG ENZYME LIPASE 3.1. Nội chuyển hóa ester bằng enzyme lipase cố định 3.1.1. Các phương pháp cố định enzyme lipase 3.1.1.1. Phương pháp hấp phụ 3.1.1.2. Phương pháp gắn enzyme lên chất mang bằng liên kết đồng hóa trị 3.1.1.3. Phương pháp gói enzyme trong khuôn gel 3.1.1.4. Phương pháp Bio – imprinting 3.1.2. Các thiết bị sử dụng enzyme lipase cố định 3.1.2.1. Thiết bị phản ứng dạng cột (Packed – bed reactor) 3.1.2.2. Thiết bị phản ứng dạng màng (Membrane reactor) 3.2. Phương pháp sử dụng CO2 siêu tới hạn 3.2.1. Định nghĩa CO2 siêu tới hạn 3.2.1.1. Nguyên lý tạo thành CO2 siêu tới hạn 3.2.1.2. Tính chất của lưu chất siêu tới hạn 3.2.2. Nguyên tắc sử dụng CO2 siêu tới hạn trong phản ứng nội chuyển hóa ester 3.2.3. Phương pháp 3.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp 3.2.4.1. Hàm lượng nước 3.2.4.2. Thời gian lưu trong thiết bị phản ứng TÀI LIỆU THAM KHẢO (65 trang)

pdf72 trang | Chia sẻ: maiphuongtl | Ngày: 29/05/2013 | Lượt xem: 240 | Lượt tải: 0download
Tóm tắt tài liệu Đồ án Tổng quan tài liệu về phương pháp nội chuyển ester bằng enzyme lipase, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
thí nghieäm cho thaáy söû duïng ñeäm khoâng khí seõ laøm taêng hoaït tính enzyme lipase leân gaáp 4,5 laàn enzyme lipase töï do. Boå sung Tween 20 hoaëc daàu olive ñeå taêng tính ñoàng nhaát cho hoãn hôïp enzyme nhöng hoaït tính enzyme laïi thaáp hôn khi khoâng söû duïng chaát nhuõ hoùa trong phöông phaùp söû duïng ñeäm khoâng khí. Roõ raøng phöông phaùp naøy coù theå laøm taêng theâm söï tieáp xuùc cô chaát cuõng nhö hoaït tính cuûa enzyme lipase. Neáu khoâng söû duïng chaát nhuõ hoùa maø laøm laïnh khoâ hoãn hôïp thì enzyme seõ bò bieán tính, hoaït tính cuûa enzyme chæ baèng phaân nöõa so vôùi lipase töï do. Enzyme lipase ñöôïc xöû lyù baèng phöông phaùp bio-imprinting coù khuyeát ñieåm laø khaù nhaïy caûm vôùi haøm löôïng nöôùc. Vì chính nhöõng phaân töû nöôùc naøy seõ laøm thay ñoåi caáu truùc ñaõ ñöôïc hoaït hoùa cuûa enzyme (Hình 3.11). Boå sung theâm 0,5% haøm löôïng nöôùc, hoaït tính enzyme lipase giaûm roõ reät. Ñieàu kieän toái öu ñeå thöïc hieän phöông phaùp ñeäm khoâng khí cuõng ñöôïc nghieân cöùu ñeå ñaït hoaït tính enzyme lipase cao nhaát (50oC trong 2 giôø). Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Phaàn 3 – Phöông phaùp Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 39 Hình 3.11 – AÛnh höôûng cuûa haøm löôïng nöôùc ñeán hoaït tính enzyme bio-imprinted Beân caïnh vieäc nghieân cöùu söï aûnh höôûng cuûa caùc hôïp chaát löôõng cöïc ñeán tính chaát hoaït hoùa beà maët enzyme lipase, Yilmaz(2003) coøn söû duïng chaát öùc cheá enzyme ñeå laøm taêng hoaït tính enzyme trong phaûn öùng noäi chuyeån hoùa ester. Chaát öùc cheá ñöôïc söû duïng coù teân thöông maïi laø Orlistat (C29H53NO5), khoâng tan trong nöôùc, chæ hoøa tan trong caùc dung moâi höõu cô nhö chloroform, methanol, vaø ethanol (Hình 3.12). Ñaây laø chaát öùc cheá enzyme lipase nhöng thuaän nghòch. Caùc böôùc thöïc hieän gioáng nhö khi söû duïng caùc chaát nhuõ hoùa, nhöng ta thay theá caùc chaát nhuõ hoùa baèng Orlistat hoøa tan trong chloroform. Sau quaù trình laøm khoâ laïnh, tieán haønh röûa troâi Orlistat baèng chính dung moâi chloroform. 1-(3-hexyl-4-oxo-oxetan-2- yl)tridecan-2-yl 2-formylamino-4- methyl-pentanoate Hình 3.12 – Caáu truùc phaân töû Orlistat Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Phaàn 3 – Phöông phaùp Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 40 Khi ñöôïc hoøa tan trong dung dòch enzyme lipase, Orlistat seõ keát hôïp vôùi trung taâm hoaït ñoäng cuûa enzyme. Nhöng sau quaù trình laøm laïnh khoâ vaø röûa troâi chaát öùc cheá, vuøng trung taâm hoaït ñoäng cuûa enzyme seõ khoâng coøn bò che phuû. Hoaït tính cuûa enzyme lipase taêng leân raát nhieàu so vôùi enzyme töï do (Hình 3.13). Nhöng so saùnh hoaït tính caùc enzyme sau khi xöû lyù baèng Orlistat vaø caùc chaát nhuõ hoùa thì keát quaû töông ñöông nhau (Baûng 3.6). Thí nghieäm cuûa Yilmaz cuõng nghieân cöùu söï aûnh höôûng cuûa caùc loaïi dung moâi khaùc nhau ñeán hoaït tính enzyme lipase (Baûng 3.7). Hexane ñöôïc xem laø moâi tröôøng phaûn öùng toát nhaát so vôùi nhöõng loaïi dung moâi khaùc, nhöng hieäu quaû hoaøn toaøn gioáng nhö phaûn öùng trong moâi tröôøng khoâng söû duïng dung moâi. Enzyme sau khi xöû lyù cuõng khaù nhaïy caûm vôùi haøm löôïng nöôùc (0,5%) (Hình 3.14). Moät ñieåm thuaän lôïi khi söû duïng nhöõng loaïi enzyme naøy laø khaû naêng taùi söû duïng raát deã daøng (hoãn hôïp sau phaûn öùng ñöôïc loïc qua coät Na2SO4 khan nöôùc) vaø hoaït tính enzyme vaãn duy trì ñöôïc 80% sau 3 laàn söû duïng (Hình 3.15). Hình 3.13 – Hoaït tính cuûa enzyme lipase bio-imprinted (Orlistat) vaø enzyme lipase töï do trong phaûn öùng noäi chuyeån hoùa ester (solvent-free) 24 giôø Lipase PS (Candida rugosa); AK,AY-30 (Pseudomonas spp.); pfL (Pseudomonas fluorescens); cvL (Chromabacterium viscosum); ppL (porcine pancreatic lipase) () enzyme lipase töï do; (O) enzyme lipase Orlistat bio-imprinted Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Phaàn 3 – Phöông phaùp Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 41 Baûng 3.6 – AÛnh höôûng cuûa chaát nhuõ hoùa vaø Orlistat trong phöông phaùp bio-imprinting ñeán hoaït tính enzyme lipase (% chuyeån ñoåi cô chaát trong 24 giôø) (b: soá lieäu so saùnh vôùi enzyme lipase töï do (DFB- direct from bottle) Baûng 3.7 – AÛnh höôûng cuûa moâi tröôøng phaûn öùng ñeán hoaït ñoä enzyme pfL Hình 3.14 – AÛnh höôûng cuûa haøm löôïng nöôùc ñeán caùc enzyme lipase Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Phaàn 3 – Phöông phaùp Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 42 Hình 3.15 – Khaû naêng taùi söû duïng theå hieän qua hoaït tính enzyme (thöù töï coät töø traùi sang phaûi: n-OG, Orlistat, enzyme lipase töï do) Khoâng chæ döøng laïi ôû ñaây, kyõ thuaät bio-imprinting coøn ñöôïc keát hôïp vôùi kyõ thuaät coá ñònh enzyme ñeå naâng cao hoaït tính cuûa enzyme lipase. Yilmaz vaø coäng söï (2002) ñaõ thöïc hieän nhieàu thí nghieäm ñeå xem xeùt hieäu quaû cuûa vieäc keát hôïp hai phöông phaùp naøy so vôùi nhöõng phöông phaùp xöû lyù enzyme khaùc (enzyme lipase söû duïng laø ppL vaø pfL). Phöông phaùp keát hôïp bio-imprinting vaø coá ñònh enzyme lipase:  Nguyeân taéc: aùp duïng kyõ thuaät coá ñònh enzyme treân beà maët chaát mang (haáp phuï) coù boå sung chaát nhuõ hoùa vaøo trong hoãn hôïp enzyme.  Phöông phaùp 1: aùp duïng cho chaát nhuõ hoùa laø n-OG vaø chaát mang laø ñaát hoaït hoùa (bioimprinted – immobilized I).  Hoøa tan enzyme lipase trong dung dòch ñeäm (pH=7,5)  Boå sung chaát nhuõ hoùa, khuaáy troän hoãn hôïp trong 5 phuùt  Boå sung ñaát hoaït hoùa, khuaáy troän theâm 5 phuùt  Nhoû gioït dung moâi acetone ñöôïc laøm laïnh vaøo trong hoãn hôïp ñeå keát tuûa enzyme leân chaát mang  Loïc hoãn hôïp enzyme vaø laøm bay hôi acetone ôû nhieät ñoä phoøng trong 30 phuùt.  Röûa enzyme coá ñònh baèng hoãn hôïp benzene/ethanol (90:10 v/v) ñeå loaïi n-OG (tieán haønh 3 laàn) Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Phaàn 3 – Phöông phaùp Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 43  Phöông phaùp 2: aùp duïng cho chaát nhuõ hoùa laø n-OG vaø chaát mang laø CM-Sephadex (bioimprinted – immobilized II).  Hoøa tan enzyme lipase vaø chaát nhuõ hoùa vaøo nöôùc laïnh, khuaáy troän hoãn hôïp trong 5 phuùt  Boå sung CM-Sephadex hoøa tan trong dung dòch ñeäm (pH=3,6), khuaáy troän theâm 5 phuùt  Laøm laïnh khoâ hoãn hôïp -30oC trong 36 giôø  Röûa enzyme coá ñònh baèng hoãn hôïp benzene/ethanol (90:10 v/v) ñeå loaïi n-OG (tieán haønh 3 laàn) Tieán haønh töông töï phöông phaùp coá ñònh nhö treân nhöng khoâng söû duïng chaát nhuõ hoùa ñeå ñaùnh giaù hieäu quaû cuûa vieäc keát hôïp kyõ thuaät bio-imprinting: Immobilized I – ñaát hoaït hoùa, Immobilized II – CM-Sephadex. Keát quaû thí nghieäm:  Phöông phaùp keát hôïp cho thaáy hoaït tính enzyme lipase cao hôn raát nhieàu so vôùi enzyme lipase töï do vaø coá ñònh (Baûng 3.8).  Dung moâi höõu cô thích hôïp cho phaûn öùng laø hexane (Baûng 3.9).  Khaû naêng taùi söû duïng enzyme vaãn duy trì ñöôïc hoaït tính cao hôn phöông phaùp coá ñònh (Hình 3.16).  Haøm löôïng nöôùc laø yeáu toá laøm giaûm hoaït tính enzyme roõ reät (Hình 3.17)  Nhieät ñoä toái öu cho phaûn öùng laø 55oC ñoái vôùi taát caû enzyme, nhieät ñoä caøng taêng hoaït tính enzyme caøng giaûm. Taïi nhieät ñoä 85oC, enzyme gaàn nhö bò öùc cheá hoaøn toaøn (Hình 3.18). Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Phaàn 3 – Phöông phaùp Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 44 Baûng 3.8 – Hoaït tính enzyme lipase vôùi caùc phöông phaùp xöû lyù khaùc nhau (b: caùc phöông phaùp chuaån bò enzyme ñöôïc thöïc hieän nhö treân) (c : soá lieäu so saùnh vôùi enzyme lipase töï do (Solid enzyme supplied) Baûng 3.9 – AÛnh höôûng cuûa dung moâi ñeán hoaït tính enzyme (b: hoãn hôïp enzyme vaø cô chaát) Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Phaàn 3 – Phöông phaùp Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 45 Hình 3.16 – Khaû naêng taùi söû duïng theå hieän qua hoaït tính enzyme (thöù töï coät töø traùi sang phaûi: immobilzed I, II; bioimprinted-immobilized I, II) Hình 3.17 – AÛnh höôûng cuûa haøm löôïng nöôùc ñeán caùc enzyme lipase (thöù töï coät töø traùi sang: enzyme raén; n-OG; immobilzed I, II; bioimprinted-immobilized I, II) Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Phaàn 3 – Phöông phaùp Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 46 Hình 3.18 – AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán hoaït tính enzyme 3.1.2. Caùc thieát bò söû duïng enzyme lipase coá ñònh 3.1.2.1. Thieát bò phaûn öùng daïng coät (Packed – bed reactor) Thieát bò phaûn öùng daïng coät coù daïng hình truï, ñöôïc laép ñaày chaát mang coù gaén enzyme baèng moät trong caùc nguyeân taéc coá ñònh enzyme. Ñaëc ñieåm cuûa thieát bò phaûn öùng daïng coät laø cô chaát chaûy doøng qua khoái enzyme coá ñònh, song song vôùi truïc doïc thieát bò vaø khoâng bò khuaáy troän ngöôïc. Trong ñieàu kieän lyù töôûng, doøng cô chaát coù vaän toác khoâng ñoåi trong suoát chieàu cao coät. Cô chaát taïi moïi khu vöïc trong thieát bò ñeàu coù cô hoäi tieáp xuùc vôùi enzyme nhö nhau, saûn phaåm taïi moïi vò trí trong thieát bò ñeàu coù thôøi gian löu nhö nhau (Ñaëng Thò Thu, 2003). Hieäu quaû chuyeån hoùa cô chaát cuûa thieát bò phaûn öùng daïng coät töông ñöông vôùi thieát bò giaùn ñoaïn coù caùnh khuaáy coù cuøng thôøi gian löu. Coù theå xem moãi phaân ñoaïn chieàu cao coät thieát bò nhö moät thieát bò phaûn öùng giaùn ñoaïn. Möùc ñoä chuyeån hoùa mong muoán coù theå ñaït ñöôïc baèng caùch söû duïng coät phaûn öùng coù chieàu cao thích hôïp. Ñeå coù theå taïo ra cheá ñoä chaûy lyù töôûng trong coät, chaát loûng trong thieát bò caàn giöõ ôû cheá ñoä chaûy maøng ñeå oån ñònh möùc ñoä ñaûo troän vaø truyeàn nhieät bình thöôøng cuûa doøng chaûy, haïn cheá söï ñaûo troän ngöôïc cuûa doøng chaát loûng. Khoù coù theå ñaït ñöôïc giaù trò Re cao trong thieát bò do khoù ñaït ñöôïc vaän toác doøng cô chaát cao. Vì theá noàng ñoä cô chaát trong thieát bò phaûn öùng daïng coät thöôøng raát cao vaø noàng ñoä saûn phaåm thöôøng raát thaáp, keùo theo heä soá chuyeån hoùa thöôøng Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Phaàn 3 – Phöông phaùp Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 47 raát cao ôû cöûa vaøo vaø raát thaáp ôû cöûa ra thieát bò. Thieát bò daïng coät thích hôïp cho caùc quaù trình bò aûnh höôûng cuûa söï öùc cheá bôûi saûn phaåm cuoái, bôûi söï hoaït hoùa cuûa cô chaá vaø tính thuaän nghòch cuûa phaûn öùng. Trong thieát bò daïng coät lyù töôûng, 100% phaân töû cô chaát coù thôøi gian löu baèng vôùi thôøi gian löu trung bình cuûa cô chaát trong thieát bò. Ñaây laø ñieåm khaùc bieät lôùn cuûa thieát bò daïng coät so vôùi thieát bò lieân tuïc coù khuaáy. Taïi giaù trò Re thaáp, vaän toác doøng tyû leä thuaän vôùi söï giaûm aùp trong thieát bò. Thoâng thöôøng söï giaûm aùp trong thieát bò tyû leä thuaän vôùi chieàu cao lôùp chaát mang, vaän toác doøng, ñoä nhôùt ñoäng hoïc cuûa doøng cô chaát vaø theå tích dung dòch trong thieát bò vaø tyû leä nghòch vôùi dieän tích caét ngang cuûa haït enzyme coá ñònh. Söï taêng vaän toác doøng coù theå daãn ñeán bieán daïng vaät lyù vaø ñoä chaéc cuûa nhöõng haït enzyme coá ñònh treân chaát mang meàm. Söï bieán daïng caùc haït enzyme coù theå daãn tôùi giaûm beà maët tieáp xuùc cuûa haït enzyme vôùi doøng cô chaát, giaûm vaän toác truyeàn khoái, haïn cheá doøng chaûy vaø gaây giaûm aùp lôùn trong thieát bò. AÛnh höôûng noái tieáp cuûa caùc hieäu öùng taêng aùp suaát ngöôïc , bieán daïng haït enzyme, haïn cheá doøng chaûy coù theå daãn ñeán hoaøn toaøn khoâng coù doøng chaûy trong thieát bò. Thieát bò phaûn öùng daïng coät nhö moät giaù loïc coá ñònh ñoái vôùi doøng cô chaát. Do vaäy caàn söû duïng giaù loïc sao cho thieát bò khoâng bò nhöõng haït enzyme nhoû bít kín. Ngoaøi ra, caàn tính ñeán khaû naêng lôùp loïc bò bít kín bôûi söï taïo keo hoaëc keát tuûa cuûa cô chaát. Caùc thieát bò daïng coät coù kích thöôùc lôùn thöôøng gaëp khoù khaên trong kieåm soaùt nhieät ñoä vaø pH. Hieän töôïng ñaûo troän ngöôïc trong thieát bò phaûn öùng daïng coät laøm sai leäch moâ hình doøng chaûy vaø laøm cho thôøi gian löu cuûa cô chaát trong thieát bò thay ñoåi. Trong nhöõng tröôøng hôïp thieát bò chòu aûnh nhöôûng lôùn cuûa hieän töôïng naøy, cô chaát coù theå chaûy qua thieát bò nhanh hôn ôû moät soá keânh ñöôïc taïo ra do söï ñaûo troän. Ngöôïc laïi vaän toác doøng chaûy laïi giaûm ôû moät soá vò trí khaùc. Caùc keânh naøy chæ ñöôïc taïo ra trong tröôøng hôïp coù söï giaûm aùp lôùn, lôùp ñeäm khoâng ñoàng ñeàu, hoaëc doøng cô chaát thay ñoåi, taïo ra vaän toác doøng khaùc nhau trong toaøn boä khoái ñeäm. Khi ñoù, ñoäng hoïc phaûn öùng trong thieát bò phaûn öùng daïng coät gioáng nhö trong tröôøng thieát bò lieân tuïc coù caùnh khuaáy, daãn ñeán khoù coù theå ñaït ñöôïc möùc ñoä chuyeån hoùa cô chaát cao trong thieát bò. Caùc aûnh höôûng keå treân coù theå ñöôïc haïn cheá neáu söû duïng enzyme coá ñònh coù kích thöôùc ñoàng ñeàu. Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Phaàn 3 – Phöông phaùp Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 48 Thuøng chöùa saûn phaåm Thuøng chöùa nguyeân lieäu Maãu Van Bôm AÙp keá Coät ñeäm enzyme coá ñònh Löu löôïng keá Hình 3.19 – Thieát bò phaûn öùng lieân tuïc daïng coät (packed-bed reactor) Hoaït ñoäng cuûa thieát bò: hoãn hôïp nguyeân lieäu ñöôïc phoái troän theo tæ leä thích hôïp trong thuøng chöùa nguyeân lieäu, coù theå ñöôïc gia nhieät ñeán nhieät ñoä toái öu cho enzyme xuùc taùc. Khi nhieät ñoä oån ñònh, nguyeân lieäu ñöôïc bôm vaän chuyeån vaøo coät phaûn öùng thoâng qua löu löôïng keá, kieåm soaùt thôøi gian löu trong thieát bò. Vieäc laáy maãu nhaèm ñeå xaùc ñònh thôøi gian keát thuùc phaûn öùng. Hoãn hôïp saûn phaåm cuoái cuøng ñöôïc vaän chuyeån vaøo thuøng chöùa. Caùc yeáu toá aûnh höôûng: caùc thoâng soá caàn kieåm soaùt khi söû duïng thieát bò lieân tuïc daïng coät bao goàm: nhieät ñoä, thôøi gian phaûn öùng, vaø löu löôïng vaøo coät ñeäm. Ngoaøi ra haøm löôïng nöôùc vaø caùc saûn phaåm phuï trong phaûn öùng caàn ñöôïc theo doõi vaø ñieàu khieån thoâng qua caùc yeáu toá treân. Tæ leä phoái troän nguyeân lieäu coù aûnh höôûng quan troïng ñeán thaønh phaàn vaø tính chaát cuûa hoãn hôïp saûn phaåm. Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Phaàn 3 – Phöông phaùp Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 49 Xuebing Xu vaø coäng söï (2002) ñaõ tieán haønh phaûn öùng noäi chuyeån hoùa ester hoãn hôïp daàu caù vaø TAG maïch ngaén (C8:0 vaø C10:0) trong thieát bò lieân tuïc daïng coät. Caùc thoâng soá cô baûn caàn xaùc ñònh bao goàm löu löôïng, nhieät ñoä vaø ñoä beàn cuûa enzyme coá ñònh (Lipozyme TL IM). Hình 3.20 – AÛnh höôûng thôøi gian löu ñeán möùc ñoä phaûn öùng vaø haøm löôïng DAG, FFA Ñieàu kieän phaûn öùng: nhieät ñoä 60oC vaø khoâng theâm nöôùc Noàng ñoä nhöõng saûn phaåm thuûy phaân trung gian (DAG vaø FFA) thay ñoåi raát ít trong suoát thôøi gian phaûn öùng khi thôøi gian löu trong thieát bò khaùc nhau. Nguyeân nhaân laø do noàng ñoä cô chaát nhaäp lieäu vaøo trong coät ñaït caân baèng sau vaøi giôø phaûn öùng vaø haøm löôïng nöôùc dö ñaõ ñöôïc laáy ñi tröôùc khi ño caùc thoâng soá. Döïa treân ñoà thò ta thaáy thôøi gian löu 45 phuùt laø toái öu cho möùc ñoä phaûn öùng vaø haøm löôïng caùc saûn phaåm phuï. Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Phaàn 3 – Phöông phaùp Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 50 Hình 3.21 – AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán möùc ñoä phaûn öùng vaø haøm löôïng DAG, FFA Ñieàu kieän phaûn öùng: Thôøi gian löu 22 phuùt Nhieät ñoä coù aûnh höôûng maïnh ñeán möùc ñoä phaûn öùng. Tuy nhieân, nhieät ñoä phaûn öùng seõ khaùc nhau vì phuï thuoäc vaøo nguoàn cô chaát söû duïng. Döïa vaøo ñoà thò ta nhaän thaáy nhieät ñoä 60oC laø toái öu cho phaûn öùng vì noù aûnh höôûng khoâng nhöõng ñoái vôùi nhieät ñoä toái öu cuûa enzyme maø coøn ñoái vôùi söï khueách taùn vaät chaát vaøo beân trong chaát mang. Beân caïnh ñoù, noàng ñoä nhöõng saûn phaåm phuï taêng khoâng ñaùng keå khi nhieät ñoä phaûn öùng taêng. Hình 3.22 – Ñoä beàn coät enzyme coá ñònh theå hieän qua möùc ñoä phaûn öùng Ñieàu kieän phaûn öùng: thôøi gian löu 45 phuùt, nhieät ñoä 60oC, khoâng theâm nöôùc Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Phaàn 3 – Phöông phaùp Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 51 Ñoä beàn cuûa coät nhoài enzyme laø yeáu toá quan troïng khi söû duïng thieát bò. Möùc ñoä cuûa phaûn öùng töông ñoái oån ñònh trong 2 tuaàn. Vì vaäy enzyme hoaøn toaøn khoâng bò maát hoaït tính bôûi doøng cô chaát nhaäp lieäu lieân tuïc. Nguyeân nhaân laø do chaát mang theå hieän tính chaát öu nöôùc vaø do ñoù ñaõ giöõ laïi caùc phaân töû nöôùc caàn thieát cho vieäc duy trì hoaït tính enzyme. Ngoaøi ra, ñoä beàn coät coøn ñöôïc theå hieän ôû löôïng enzyme coá ñònh treân chaát mang, ñieàu naøy laøm giaûm ñi hoaït ñoä nöôùc toái öu. Moät ñieàu caàn löu yù laø haøm löôïng caùc saûn phaåm phuï giaûm nhieàu trong thôøi gian ñaàu söû duïng coät vì coät coøn môùi. Nguyeân nhaân laø do haøm löôïng seõ giaûm daàn khi phaûn öùng ñaït caân baèng. 3.1.2.2. Thieát bò phaûn öùng daïng maøng (Membrane reactor) Thieát bò daïng maøng ñöôïc trang bò moät maøng baùn thaám cho pheùp caùc phaân töû saûn phaåm ñi qua maø khoâng cho pheùp caùc phaân töû enzyme ñi qua. Thieát bò coù theå hoaït ñoäng giaùn ñoaïn hay lieân tuïc. Sau phaûn öùng, saûn phaåm ñöôïc taùch ra khoûi enzyme hoaëc cô chaát dö. Neáu cô chaát coù theå khueách taùn qua maøng, coù theå ñaët enzyme vaø cô chaát ôû hai phía khaùc nhau cuûa maøng. Neáu cô chaát khoâng khueách taùn ñöôïc qua maøng, enzyme vaø cô chaát phaûi ñöôïc ñaët trong cuøng moät khoang cuûa thieát bò, khi aáy caàn coù söï kieåm soaùt chaët cheõ vaän toác doøng trong tröôøng hôïp thieát bò vaän haønh lieân tuïc. Trong tröôøng hôïp thieát bò söû duïng maøng sieâu loïc nhaèm taùch saûn phaåm phaûn öùng, söû duïng enzyme töï do coù theå traùnh ñöôïc caùc khoù khaên nhö söï phaân cöïc noàng ñoä hay voâ hoaït enzyme treân beà maët maøng. Thieát bò daïng maøng ñöôïc thieát laäp moät caùch deã daøng neân thöôøng ñöôïc söû duïng ôû quy moâ nhoû, ñaëc bieät trong caùc tröôøng hôïp phaûn öùng nhieàu giai ñoaïn hoaëc caàn taùi taïo CoE. Thieát bò phaûn öùng daïng maøng cho pheùp deã daøng thay theá enzyme ñaëc bieät khi enzyme khoâng beàn. Tuy nhieân, thieát bò maøng coù giaù thaønh cao do maøng ñaét vaø phaûi thöôøng thay theá sau moät thôøi gian hoaït ñoäng nhaát ñònh. Vì vaäy thieát bò naøy vaãn chöa aùp duïng trong quy moâ coâng nghieäp. Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Phaàn 3 – Phöông phaùp Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 52 Hình 3.23 – Moâ hình thieát bò daïng maøng (Ultrafiltration Membrane Reactor) Caùc yeáu toá aûnh höôûng: Maøng membrane ñöôïc söû duïng nhö moät thieát bò phaân rieâng ñaëc bieät maø caáu taïo vaø tính chaát cuûa noù aûnh höôûng quan troïng ñeán muïc ñích cuûa quaù trình. Caàn phaûi choïn löïa hoaëc cheá taïo loaïi maøng sao cho phuø hôïp ñeå ñaûm baûo hieäu quaû cuûa quaù trình. Caùc yeáu toá nhö beà maët, ñoä beàn vöõng vaø khaû naêng taùi söû duïng cuûa maøng caàn phaûi xem xeùt ñeán. Baûng 3.10 – Tính chaát cuûa moät soá loaïi maøng membrane Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Phaàn 3 – Phöông phaùp Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 53 Aùp suaát laø yeáu toá ñieàu khieån söï hoaït ñoäng cuûa thieát bò daïng maøng. Aùp suaát aûnh höôûng ñeán tính choïn loïc cuûa maøng ñoái vôùi töøng thaønh phaàn acid beùo trong hoãn hôïp phaûn öùng. Tính choïn loïc cuûa maøng ñöôïc tính theo coâng thöùc: Trong ñoù, Cpermeate laø noàng ñoä caáu töû caàn khaûo saùt trong doøng ñi qua maøng; Cmixture laø noàng ñoä caáu töû caàn khaûo saùt trong hoãn hôïp phaûn öùng. Ñoäng hoïc phaûn öùng enzyme trong thieát bò maøng gioáng nhö trong tröôøng hôïp thieát bò giaùn ñoaïn hoaëc thieát bò lieân tuïc. Söï khaùc bieät cuûa ñoäng hoïc trong thieát bò naøy laø do söï khueách taùn haïn cheá cuûa enzyme vaø cuûa saûn phaåm qua maøng baùn thaám. Vì vaäy, phaûn öùng enzyme trong thieát bò daïng maøng seõ chòu aûnh höôûng cuûa hieäu öùng öùc cheá bôûi saûn phaåm cuoái hôn so vôùi phaûn öùng enzyme trong thieát bò khaùc. Tuy nhieân, moät hieäu quaû raát roõ raøng laø neáu söû duïng maøng membrane ñeå tieán haønh phaûn öùng noäi chuyeån hoùa ester thì möùc ñoä chuyeån hoùa cuûa phaûn öùng seõ cao hôn khi khoâng söû duïng thieát bò. Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Phaàn 3 – Phöông phaùp Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 54 Hình 3.24 – Phaûn öùng acidolysis giöõa EPA(20:5n-3)/DHA(22:6n-3) vaø caùc TAG maïch ngaén xuùc taùc bôûi enzyme coá ñònh Lipozyme IM (A) Thaønh phaàn EPA/DHA trong TAG theo thôøi gian (B) Toác ñoä doøng permeate theo thôøi gian Ñieàu kieän phaûn öùng: 50oC, 200-400 voøng/phuùt, 1bar (Xu vaø coäng söï, 2000) Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Phaàn 3 – Phöông phaùp Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 55 3.2. PHÖÔNG PHAÙP SÖÛ DUÏNG CO2 SIEÂU TÔÙI HAÏN 3.2.1. Ñònh nghóa CO2 sieâu tôùi haïn Traïng thaùi sieâu tôùi haïn laø traïng thaùi cuûa moät chaát, hôïp chaát hay hoãn hôïp maø nhieät ñoä vaø aùp suaát toàn taïi cuûa noù treân nhieät ñoä tôùi haïn (Tc), aùp suaát tôùi haïn (Pc) vaø döôùi aùp suaát chuyeån sang theå raén cuûa chaát ñoù. 3.2.1.1. Nguyeân lyù taïo thaønh CO2 sieâu tôùi haïn Traïng thaùi cuûa moät chaát bieán ñoåi khi thay ñoåi caùc thoâng soá traïng thaùi cuûa chaát ñoù. Nguyeân taéc taïo traïng thaùi sieâu tôùi haïn cuûa moät chaát laø hieäu chænh nhieät ñoä vaø aùp suaát cuûa chaát ñoù phaûi lôùn hôn nhieät ñoä tôùi haïn vaø aùp suaát tôùi haïn cuûa chính noù. Baûng 3.11 – Nhieät ñoä tôùi haïn vaø aùp suaát tôùi haïn cuûa moät soá chaát thoâng duïng Nhö vaäy, ñoái vôùi CO2, ta duy trì aùp suaát treân 7,37 Mpa vaø nhieät ñoä treân 31,1oC thì coù theå taïo ra CO2 ôû traïng thaùi sieâu tôùi haïn. 3.2.1.2. Tính chaát cuûa löu chaát sieâu tôùi haïn  Haèng soá tôùi haïn Ñieåm tôùi haïn cuûa moät chaát ñöôïc xaùc ñònh bôûi nhieät ñoä vaø aùp suaát, taïi ñoù traïng thaùi pha loûng vaø pha khí khoâng theå phaân bieät. Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Phaàn 3 – Phöông phaùp Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 56 Khi moät chaát bò neùn vaø gia nhieät ñeán moät aùp suaát vaø nhieät ñoä cao hôn ñieåm tôùi haïn thì chaát ñoù chuyeån sang moät traïng khaùc ñöôïc goïi laø traïng thaùi sieâu tôùi haïn. Nhieät ñoä, aùp suaát vaø theå tích mol cuûa moät chaát ôû ñieåm tôùi haïn ñöôïc goïi laø nhieät ñoä tôùi haïn (Tc), aùp suaát tôùi haïn (Pc) vaø theå tích mol tôùi haïn (Vc) töông öùng. Caùc tham soá treân ñöôïc goïi laø haèng soá tôùi haïn. Moãi chaát coù moät haèng soá tôùi haïn nhaát ñònh (baûng 3.11).  Tyû troïng Tyû troïng cuûa löu chaát sieâu tôùi haïn seõ thay ñoåi khi nhieät ñoä vaø aùp suaát töông öùng cuûa moâi tröôøng thay ñoåi. Trong moïi tröôøng hôïp, söï gia taêng nhieät ñoä daãn ñeán söï giaûm tyû troïng. Tyû troïng cuûa löu chaát bieán ñoåi nhanh ôû vuøng nhieät ñoä vaø aùp suaát gaàn ñieåm tôùi haïn. Tyû troïng ruùt goïn (ρr = ρ/ρc) cuûa hôïp chaát tinh khieát ôû aùp suaát ruùt goïn (Pr = P/Pc) laø 1,0 coù theå thay ñoåi töø giaù trò khoaûng 0,1 (tyû troïng gioáng chaát khí) ñeán khoaûng 2,0 (tyû troïng gioáng chaát loûng) khi ta tieán haønh hieäu chænh nhieät ñoä ruùt goïn (Tr = T/Tc) trong daõy töø 0,9 – 1,2 (Hình 3.25, Baûng 3.12). Hình 3.25 – Söï bieán thieân tyû troïng ruùt goïn cuûa moät chaát trong vuøng laân caän tôùi haïn. Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Phaàn 3 – Phöông phaùp Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 57 Baûng 3.12 – So saùnh ñaëc tính vaät lyù cuûa chaát loûng, chaát khí vaø chaát loûng sieâu tôùi haïn. Khi tyû troïng cuûa löu chaát sieâu tôùi haïn coù giaù trò töông ñöông vôùi tyû troïng cuûa chaát ñoù ôû traïng thaùi loûng thì chaát loûng sieâu tôùi haïn hoaït ñoäng nhö dung moâi loûng. Tuy nhieân, khi nhieät ñoä ruùt goïn taêng ñeán giaù trò khoaûng 1,6, chaát loûng sieâu tôùi haïn trôû neân gioáng chaát khí do söï giaõn nôû taêng cuøng vôùi söï taêng nhieät ñoä.  Haèng soá ñieän moâi. Taïi aùp suaát cao, chaát khí khoâng coøn toàn taïi ôû traïng thaùi khí lyù töôûng do söï taêng cöôøng lieân keát vaät lyù giöõa caùc ion, caùc löôõng cöïc, caùc löôõng cöïc taïm thôøi vaø nhieàu cöïc aûnh höôûng tôùi caùc töông taùc phaân töû trong heä. Naêng löôïng töông taùc (Eq) giöõa caùc ñieän tích q1, q2 ñöôïc xaùc ñònh bôûi moät haøm cuûa haèng soá ñieän moâi (ε) vaø khoaûng caùch giöõa caùc ñieän tích (r). r qqEq ..4 . 21 εpi = Haèng soá ñieän moâi tónh laø moät thoâng soá hieäu quaû ñeå ñaùnh giaù ñaëc tính dung moâi cuûa chaát loûng coù cöïc nhö ethanol, methanol vaø nöôùc. Haèng soá ñieän moâi cuõng laø thoâng soá phuï thuoäc vaøo tyû troïng vaø coù theå thay ñoåi baèng caùch hieäu chænh nhieät ñoä vaø aùp suaát cuûa heä. Haèng soá ñieän moâi cuûa chaát loûng sieâu tôùi haïn laø moät thoâng soá quan troïng ñeå öôùc löôïng söï taêng cöôøng lieân keát noäi phaân töû thoâng qua töông taùc löôõng cöïc – löôõng cöïc. Ví duï: ôû nhieät ñoä 40oC, giaù trò haèng soá ñieän moâi cuûa CO2 taêng khi aùp suaát taêng töø 70 – 200.105Pa vaø ñaït traïng thaùi gioáng chaát loûng khi aùp suaát cuûa heä dao ñoäng quanh giaù trò 200.105Pa. Nhö vaäy, aùp suaát caøng cao thì lieân keát noäi phaân töû caøng ñöôïc cuûng coá, tính chaát khoâng phaân cöïc cuûa CO2 caøng ñöôïc taêng cöôøng. Ñieàu naøy giaûi thích nguyeân nhaân ôû aùp suaát caøng cao thì khaû naêng tan cuûa caùc chaát khoâng phaân cöïc vaø caùc hôïp chaát khoù bay hôi trong dung moâi CO2 caøng taêng. Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Phaàn 3 – Phöông phaùp Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 58 Hình 3.26 – Tyû troïng vaø haèng soá ñieän moâi cuûa CO2 theo aùp suaát ôû 50oC.  Ñaëc tính chuyeån ñoäng Ñoä nhôùt Ñoä nhôùt laø moät thoâng soá quan troïng duøng ñeå ñaùnh giaù söï chuyeån ñoäng cuûa chaát loûng trong heä thoáng. Ñoä nhôùt cuûa chaát khí taêng khi nhieät ñoä taêng trong moät khoaûng aùp suaát nhaát ñònh. Tuy nhieân, ñoä nhôùt cuûa chaát loûng sieâu tôùi haïn laïi giaûm khi taêng nhieät ñoä trong 1 khoaûng aùp suaát nhaát ñònh. Ñoái vôùi löu chaát ôû traïng thaùi sieâu tôùi haïn, khi aùp suaát cuûa heä caøng taêng thì tyû troïng cuûa noù cuõng taêng vaø ñaït giaù trò baèng vôùi tyû troïng cuûa chaát ñoù ôû traïng thaùi loûng. Trong khi ñoù, ñoä nhôùt cuûa löu chaát sieâu tôùi haïn laïi taêng chaäm hôn vaø vaãn chöa ñaït ñeán ñoä nhôùt cuûa chaát ñoù ôû traïng thaùi loûng. Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Phaàn 3 – Phöông phaùp Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 59 Hình 3.27 – Ñoä nhôùt cuûa CO2 ôû caùc nhieät ñoä khaùc nhau trong vuøng sieâu tôùi haïn. Khaû naêng khueách taùn Khaû naêng khueách taùn cuõng laø moät thoâng soá quan troïng ñaùnh giaù hieäu quaû trích ly cuûa löu chaát sieâu tôùi haïn. Khaû naêng khueách taùn cuûa moät chaát ôû traïng thaùi sieâu tôùi haïn cao hôn so vôùi chaát ñoù ôû traïng thaùi loûng, vì vaäy maø khaû naêng truyeàn khoái cuûa löu chaát sieâu tôùi haïn cuõng cao hôn. Khaû naêng khueách taùn cuûa löu chaát sieâu tôùi haïn taêng khi nhieät ñoä taêng vaø giaûm khi aùp suaát taêng.  Nhieät dung rieâng vaø söï daãn nhieät Caùc thoâng soá veà nhieät dung rieâng vaø söï daãn nhieät ñöôïc duøng ñeå moâ taû caùch truyeàn nhieät trong heä. Trong vuøng tôùi haïn, nhieät dung ñaúng aùp raát lôùn vaø ñaït ñeán giaù trò cöïc ñaïi roài giaûm daàn veà giaù trò oån ñònh. Tuy nhieân, nhieät dung ñaúng tích chæ thay ñoåi raát ít trong vuøng tôùi haïn. Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Phaàn 3 – Phöông phaùp Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 60 Hình 3.28 – Nhieät dung rieâng cuûa CO2 ôû 320oK. Söï daãn nhieät cuûa chaát loûng sieâu tôùi haïn ñöôïc xem laø moät tính chaát truyeàn nhieät quan troïng. Heä soá daãn nhieät (λ) laø heä soá tyû leä giöõa doøng nhieät Q vaø gradient nhieät ñoä cuûa chaát loûng. Q = λ.∇T Haàu heát heä soá daãn nhieät cuûa chaát loûng sieâu tôùi haïn taêng vôùi söï taêng nhieät ñoä vaø tyû troïng cuûa heä. Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc vaø CO2 nhö moät haøm cuûa nhieät ñoä ôû vaøi aùp suaát. Baûng 3.13 – Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc vaø CO2.  Toùm laïi, traïng thaùi dense phase hay traïng thaùi sieâu tôùi haïn ñöôïc moâ taû laø moät traïng thaùi trung gian giöõa traïng thaùi khí vaø loûng, coù khaû naêng khueách taùn cao gaàn vôùi chaát khí vaø khaû naêng hoaø tan caùc chaát tan gaàn nhö moät dung moâi loûng. Moät chaát toàn taïi ôû traïng thaùi dense phase seõ coù nhöõng tính chaát gioáng traïng thaùi khí do ñoäng naêng cuûa caùc phaân töû lôùn hôn löïc huùt giöõa caùc phaân töû vôùi nhau, vì vaäy maø noù coù khaû naêng khueách taùn gioáng chaát khí. Maët khaùc, chaát naøy cuõng seõ coù nhöõng tính chaát gioáng traïng Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Phaàn 3 – Phöông phaùp Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 61 thaùi loûng do maät ñoä phaân töû lôùn, coù caùc tính chaát veà ñoä nhôùt, tính chaát doøng chaûy gaàn gioáng chaát loûng (N.L. Rozzi and R.K. Singh , 2002; Yoshaki Fukushima, 1999). Nhôø tính chaát khueách taùn vaø hoaø tan caùc chaát khaùc maø CO2 ôû traïng thaùi dense phase coù theå tieâu dieät vi sinh vaät vaø ñöôïc aùp duïng vaøo kyõ thuaät thanh truøng, tieät truøng môùi khoâng duøng nhieät ñoä cao. 3.2.2. Nguyeân taéc söû duïng CO2 sieâu tôùi haïn trong phaûn öùng noäi chuyeån hoùa ester Söû duïng CO2 sieâu tôùi haïn (Supercritical Carbon Dioxide – SC-CO2) thay theá cho dung moâi höõu cô ñeå hoøa tan cô chaát trong phaûn öùng noäi chuyeån hoùa ester. Nhöõng öu ñieåm cuûa SC-CO2 so vôùi dung moâi höõu cô (Miller vaø coäng söï, 1991):  Khaû naêng hoøa tan chaát beùo cao hôn dung moâi höõu cô  Khoâng hoøa tan enzyme  Coù theå taùch khoûi hoãn hôïp phaûn öùng moät caùch deã daøng  Giaûm ñöôïc hoaït ñoä nöôùc trong phaûn öùng Vì vaäy, vieäc nghieân cöùu SC-CO2 trong phaûn öùng enzyme laø caàn thieát ñeå aùp duïng phöông phaùp naøy vaøo quy moâ coâng nghieäp. Tuy nhieân, nhöôïc ñieåm cuûa phöông phaùp laø thieát bò phaûi chòu ñöôïc aùp suaát cao, quaù trình toán raát nhieàu naêng löôïng. Hình 3.29 – Moâ hình phaûn öùng enzyme söû duïng SC-CO2 (A) SC-CO2; (B) Cô chaát; (C) Enzyme coá ñònh;(D) Doøng saûn phaåm; (E) Thieát bò ñk nhieät ñoä Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Phaàn 3 – Phöông phaùp Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 62 3.2.3. Phöông phaùp Aùp duïng SC-CO2 cho phaûn öùng noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme coá ñònh trong thieát bò daïng coät. Caùc thieát bò söû duïng ñöôïc mieâu taû trong Hình 3.30 goàm coù: molecular sieve (chaát huùt aåm), H2O chamber (bình chöùa vaûi cotton aåm), substrate chamber (bình chöùa cô chaát), packed-bed reactor (thieát bò daïng coät chöùa enzyme coá ñònh). Hình 3.30 – Moâ hình heä thoáng thieát bò trong phaûn öùng söû duïng SC-CO2 Khí CO2 ñöôïc bôm qua hai chamber, taïi ñaây khí seõ ñöôïc baõo hoøa haøm löôïng nöôùc vaø cô chaát. Doøng khí tieáp tuïc chuyeån ñoäng ñeán thieát bò phaûn öùng vôùi enzyme vaø thoaùt ra vaøo van 6 cöûa (6-way sampling valve). Maãu seõ ñöôïc laáy ra ôû ñaây vaø khí CO2 seõ ñöôïc hoaøn löu trôû laïi thieát bò nhôø bôm HPLC. Toaøn boä thieát bò phaûn öùng phaûi ñöôïc kieåm soaùt nhieät ñoä oån ñònh vaø chòu ñöôïc aùp suaát cao (3000psi). 3.2.4. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán phöông phaùp (Hakoda vaø coäng söï, 2002) 3.2.4.1. Haøm löôïng nöôùc Nöôùc laø yeáu toá quan troïng trong phaûn öùng noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme lipase. Vì nöôùc khoâng nhöõng xuùc taùc cho phaûn öùng thuûy phaân maø coøn ñaûm baûo cho hoaït tính enzyme Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Phaàn 3 – Phöông phaùp Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 63 lipase oån ñònh. Tuy nhieân, haøm löôïng nöôùc baõo hoøa trong SC-CO2 caàn phaûi ñöôïc kieåm soaùt chaët cheõ ñeå khoâng taïo ra nhöõng saûn phaåm thuûy phaân khoâng mong muoán. Ñeå kieåm soaùt haøm löôïng nöôùc haáp phuï vaøo enzyme coá ñònh maø ñoái vôùi SC-CO2 thì yeáu toá aùp suaát vaø nhieät ñoä laø quan troïng nhaát (Hình 3.31). Hình 3.31 – AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán söï haáp phuï nöôùc leân enzyme Lipozyme IM Söï haáp phuï nöôùc leân enzyme coá ñònh phuï thuoäc vaøo noàng ñoä nöôùc baõo hoøa trong SC-CO2. Giöõ aùp suaát coá ñònh, khi nhieät ñoä taêng thì haøm löôïng nöôùc haáp phuï giaûm. Töông töï nhö vaäy, khi nhieät ñoä coá ñònh, aùp suaát taêng haøm löôïng nöôùc haáp phuï seõ giaûm. Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Phaàn 3 – Phöông phaùp Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 64 Hình 3.32 – AÛnh höôûng cuûa aùp suaát ñeán söï haáp phuï nöôùc leân enzyme Lipozyme IM 3.2.4.2. Thôøi gian löu trong thieát bò phaûn öùng Thôøi gian löu coù aûnh höôûng ñeán söï chuyeån ñoåi cô chaát, ñoàng thôøi haøm löôïng nöôùc haáp phuï trong enzyme coá ñònh cuõng quyeát ñònh thaønh phaàn saûn phaåm. Hình 3.33 – AÛnh höôûng cuûa thôøi gian löu vaø haøm löôïng nöôùc haáp phuï ñeán thaønh phaàn glyceride sau phaûn öùng Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Taøi lieäu tham khaûo Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 65 TAØI LIEÄU THAM KHAÛO 1. Ñaëng Thò Thu, Leâ Ngoïc Tuù, Toâ Kim Anh, Phaïm Thu Thuûy, Nguyeãn Xuaân Saâm, Coâng ngheä enzyme, NXB KHKT, Haø Noäi, 2003, 304. 2. Nguyeãn Ñöùc Löôïng (Chuû bieân), Coâng ngheä enzyme, NXB Ñaïi hoïc Quoác gia TPHCM, 2004, 534. 3. Abigor R., Marmer W., Folia T., Jones K., DiCiccio R., A.R., U.P., Production of cocoa butter-like fats by the lipase-catalyzed interesterification of palm oil and hydrogenated soybean oil, JAOCS, 80, 2003, 1193. 4. Abraham G., M.A. Murray, V.T. John, Interesterification selectivity in lipase catalyzed reactions of low molecular weight triglycerides, Biotechnol. Lett., 10(8), 1998, 555 – 558. 5. Akoh C.C., B.H. Jennings, D.A. Lillard, Enzymatic modification of trilinolein: Incorporation of n-3 polyunsaturated fatty acid, J. American Oil Chemist’s Society, 71, 1995, 1317 – 1321. 6. Baba T., Downs D., Jackson K.W., Tang J., Wang C.S., Structure of human milk activated lipase, Biochemistry, 30:500, 1991. 7. Bloomer S., P. Adlercreutz, B. Mattiasson, Triglyceride interesterification by lipases 2. Reaction parameters for the reduction of trisaturated impurities and diglycerides in batch reaction, Biocatalysis, 5, 1991, 145 – 162. 8. Bornaz S., J. Fanni, M. Parmentier, Limit of the solid fat content modifiation of butter, J. Am. Oil Chem. Soc., 71(12), 1994, 1373 – 1380. 9. Briand D., E. Dubreucq, P. Galzy, Enzymatic fatty esters synthesis in aqueous medium with lipase from Candida parapsilosis (Ashford) Langeron vaø Talice, Biotechnol. Lett., 16, 1994, 813 -818. 10. Buchholz K., Kasche V., Bornscheuer U.T., Biocatalysts and Enzyme Technology, Wiley VCH, Weinheim, 2005. 11. Chang M.K., G. Abraham, V.T. John, Production of cocoa butter-like fat from interesterification of vegetable oils, J. Am. Oil Chem. Soc., 67, 1990, 832 – 834. Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Taøi lieäu tham khaûo Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 66 12. Chong C.N., Y.M. Hoh, C.W. Wang, Fractionation procedures for obtaining cocoa butter-like fat from enzymatically interesterified palm olein, J. Am. Oil Chem. Soc., 67, 1990, 137 – 140. 13. Clark S.B., Laboda H.L., Triolein-phosphatidylcholine cholesterol emulsions as substrates for lipoprotein and hepatic lipases, Lipids, 26:28, 1991. 14. Daniels R.L., H.J. Kim, D.B. Min, Hydrogenation and Interesterification Effects on the Oxidative Stability and Melting Point of Soybean Oil, J. Agric. Food Chem., 54, 2006, 6011 – 6015. 15. Desnuelle P., The lipase, The enzymes, Vol.7, 3rd ed., Academic Press, New York, 1972. 16. Dogan I.S., I. Javidipour, T. Akan, Effects of interesterified palm and cottonseed oil blends on cake quality, International J. Food Science and Technol., 42, 2007, 157 – 164. 17. Dugi K.A., Dechek H.L., Tally G.D., Brewer H.B., Santamaria-Fojo S., Human lipoprotein lipase: The loop covering the catalytic site is essential for interaction with substrates, J. Biol. Chem., 267:25086, 1992. 18. Enfors, S.O., Control of proteolysis in fermentation of recombinant proteins, Trends Biotechnol., 10, 1992, 310 – 315. 19. Forssell P., K. Poutanen, Continuous enzymatic transesterification of rapeseed oil and lauric acid in a solvent-free system, Biocatalysis in Non-Conventional Media, Elsevier Science Publishers, Amsterdam, 1992, 491 – 495. 20. Garcia H., K. Keough, J. Arcos, C. Hill, Interesterification (Acidolysis) of Butterfat with Conjugated Linoleic Acid in Batch Reactor, J. Dairy Sci., 83, 2000, 371 – 377. 21. Garcia H., Keough K., Arcos J., Hill C., Continuous interesterification of butteroil and conjugated linoleic acid in a tubular reactor packed with an immobilized lipase, Biotechnology Techniques, 13, 1999, 369 – 373. 22. Gunstone F.D., Introduction: Modifying Lipids – Why and How?, Modifying Lipids for Use in Food, CRC Press LLC, USA, 2006. 23. Hakoda M., S.N., Enomoto A., N.K., Effect of moisture on enzymatic reaction in supercritical carbon dioxide, Bioprocess Biosyst Eng, 24, 2002, 355 – 362. Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Taøi lieäu tham khaûo Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 67 24. Haraldsson G., B. Kristinsson, Seperation of eicosapentaenoic acid and docosahexaenoic acid in fish oil by kinetic resolution using lipase, J. Am. Oil Chem. Soc., 76, 1998, 1551 – 1556. 25. Henge, R., Bukau, B., Proteolysis in prokaryotes: protein quality control and regulatory principles, Mol. Microbiol., 49, 2003, 1541 – 1462. 26. Hjorth A., Carriere E., Cudrey C., A structural domain (the lid) found in pancreatic lipases is absent in the guinea pig (phospholipase) lipase, Biochemistry, 32, 1993. 27. Ison A.P., A. Macrae, C. Smith, J. Bosley, Mass Transfer Effects in Solvent-Free Fat Interesterification Reactions: Influences on Catalyst Design, Biotechnology and Bioengineering, Vol. 43, 1994, 122 – 130. 28. Iwai M., Y. Tsujisaka, The purification and properties of three kinds of lipases from Rhizopus delemar, Agric. Biol. Chem., 38, 1974, 241 – 247. 29. Jackson M., King J., List G., Neff W, Lipase-Catalyzed Randomization of Fats and Oils in Flowing Supercritical Carbon Dioxide, JAOCS, 74, 1997, 635. 30. Jones, H.E., Holland, I.B., Campbell, A.K., Direct measurement of free Ca2+ shows different regulation of Ca2+ between the periplasm and the cytosol of Escherichia coli, Cell Calcium, 32, 2002, 183 – 192. 31. Kavanagh A.R., A breakthrough in infant formula fats, Oleagineux Corps Gras Lipides, 4, 1997, 165 -168. 32. Kennedy J.P., Structured lipids: Fats of the future, Food Technol., 45, 1991, 76 – 83. 33. Lee D.H., Park C.H., Yeo J., Kim S., Lipase immobilization on Silica gel using a cross- linking method, J. Ind. Eng. Chem., 12, 2006, 777- 782. 34. Lee J.H., Jones K.C., Lee K.T., Kim M.R., Foglia T.A., High-performance liquid chromatographic separation of Structured lipids produced by interesterification of Macadamia oil with Tributyrin and Tricaprylin, Chromatographia, 58, 2003, 653–658. 35. Lee Ki-Teak, Akoh C., Immobilization of lipase on clay, Celite 545, diethylaminoethyl-, and carboxymethyl-Sephadex and their interesterification activity, Biotechnol Techniques, 12, 1998, 381 – 384. Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Taøi lieäu tham khaûo Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 68 36. Malcata F.X., H.R. Reyes, H.S. Garcia, C.G. Hill Jr., C.H. Amundson, Kinetics and mechanisms catalyzed by immobilized lipase, Enzyme Microb. Technol., 14, 1992, 426 – 446. 37. Maruyama T., M. Nakajima, S. Ichikawa, H. Nabetani, S. Furusaki, M. Seki, Oil – Water Interfacial Activation of Lipase for Interesterification of Triglyceride and Fatty Acid, J. American Oil Chemist’s Society, Vol. 77, no. 11, 2000, 1121 – 1126. 38. Mcneill G.P., D. Borowitz, R.G. Berger, Selective distribution of saturated fatty acids into the monoglyceride fraction during enzymatic glycerolysis, J. Am. Oil Chem. Soc., 69, 1992, 1098 – 1103. 39. Mcneill G.P., S. Shimizu, T. Yamane, High-yield glycerolysis of fats and oils, J. American Oil Chemist’s Society, 68, 1991, 1 – 5. 40. Miller A.D., Blanch H., Prausnitz J., Enzyme-Catalyzed Interesterification of Triglycerides in Supercritical Carbon Dioxide, Ind. Eng. Chem. Res, 30, 1991, 939. 41. Miller C., Austin H., Porsorske L., Gonziez J., Characteristics of an immobilized lipase for the commercial synthesis of esters, J. Am. Oil Chem. Soc., 65(6), 1988, 927 – 935. 42. Mitraki, A., Fane, B., Haase-Petigell, C., Sturtevant, J., King, J., Global suppression of protein folding defects and inclusion body formation, Science, 290, 1991, 54 – 58. 43. Monero PA, Medina A., Rubio F., P.B., C.L., G. E., Production of structured triacylglycerols in an immobilized lipase packed-bed reactor: batch mode operation, J. Chemical Technol. and Biotechnol., 80, 2005, 35 – 43. 44. Mu H., P. Kalo, X. Xu, Carl-Erik Hoy, Chromatographic methods in the monitoring of lipase-catalyzed interesterification, Eur. J. Lipid Sci. Technol., 2000, 202 – 211. 45. Mukherjee K.D., Mills M.J., Lipases from plants, Lipases, Cambridge University Press, Cambridge, 1994, 49. 46. Mustranta A., Forssell P., Poutanen K., Applications of immobilized lipases to transesterification and esterification reactions in non-aqueous systems, Enzyme Microb. Technol., 15, 1993, 133 – 139. 47. Nascimento A.C., C. Tecelao, J. Gusmao, M. Fonseca, S. Dias, Modelling lipase-catalysed transesterification of containing n-3 fatty acids monitored by their solid fat content, Eur. J. Lipid Sci. Technol., 106, 2004, 599 – 612. Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Taøi lieäu tham khaûo Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 69 48. Oba T., B. Witholt, Interesterification of milk fat with oleic acid catalyzed by immobilized Rhizopus arrhizus lipase, J. Dairy Sci., 77, 1994, 1797 – 1797. 49. Osorio N., Manuela M., Ferreira-Dias S., Operational stability of Thermomyces lanuginosa lipase during interesterification of fat in continuous packed-bed reactors, Eur. J. Lipid Sci. Technol., 108, 2006, 543 – 553. 50. Pabai F., Kermasha S., Morin A., Interesterification of butter fat by partially purified extracellular lipases from Pseudomonas putida, Aspergillus niger and Rhizopus oryzae, World J. Microbiol. Biotechnol., 11, 1995, 669 – 677. 51. Pabai F., S. Kermasha, A. Morin, Lipase from Pseudomonas fragi CRDA 323: Partial purification, characterization and interesterification of butter fat, Appl Microbiol Biotechnol, 43, 1995, 42 – 51. 52. Pederson S., M.W. Christensen, Immobilized biocatalyst, Straathof A and Adlercreutz P, Applied Biocatalysis, 2ndedn, New York, Harwood Academic, 2000, 213 – 228. 53. Ramamurthi S., A.R. McCurdy, Interesterification – Current Status and Future Prospects, Development and Processing of Vegetable Oils for Human Nutrition, AOCS Press, USA, 1995. 54. Reyes H., Hill Charles G., Kinetic modeling of interesterification reactions catalyzed by immobilized lipase, Biotechnol Bioeng, 43, 1994, 171 – 182. 55. Rousseau D., A.G. Marangoni, Chemical interesterification of food lipids: Theory and Practice, Food Lipids: Chemistry, Nutrition and Biotechnology, Marcel Dekker, Inc, USA, 2002. 56. Rousseau D., K. Forestieøre, A.R. Hill, A.G. Marangoni, Restructuring butterfat through blending and chemical interesterification: 1. Melting behavior and triacylglycerol modifications, J. Am. Oil Chem. Soc., 72, 1996, 973. 57. Scherer, L.J., Rossi, J.J., Approaches for the sequence-specific knockdown of mRNA, Nature Biotechnol., 21, 2003, 1457 – 1465. 58. Shimada Y., A. Sugihara, H. Kuramoto, T. Nagao, M. Gemba, Y. Tominaga, Purification of docosahexaenoic acid by selective esterification of fatty acid from tuna oil with Rhizopus delemar lipase, J. Am. Oil Chem. Soc., 74, 1997, 97 – 101. Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Taøi lieäu tham khaûo Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 70 59. Soumanou M., U.T. Bornscheuer, R.D. Schmid, Synthesis of structured triglycerides by lipase catalysis, Fett/Lipid, 100(4-5), 1998, 156 – 160. 60. Sreenivasan B., Interesterification of fats, J. Am. Oil Chem. Soc., 55, 1978, 796. 61. Sridhar R., G. Lakshminarayana, T. Kaimal, Modification of Selected Edible Vegetable Oils to High Oleic Oils by Lipase-Catalyzed Ester Interchange, J. Agric. Food Chem., 39, 1991, 2069 – 2071. 62. Svesson I., E. Wehtje, P. Adlercreutz, B. Mattiasson, Effects of water activity on reaction rates and equilibrium positions in enzymatic esterification, Biotechnol. Bioeng., 44, 1994, 549 – 556. 63. Torres C., Munir F., Blanco R., Otero C., Hill C., Catalyitc transesterification of corn oil and tristearin using immobilized lipase from Thermomyces lanuginosa, JAOCS, 79, 2002, 775. 64. Trevan M.D., Immobilized Enzymes, John Wiley & Sons, New York, 1980, 16 – 26. 65. Ujang Z., Vaidya A., Stepped water activity control for efficient enzymatic interesterification, Appl Microbiol Biotechnol, 50, 1998, 318 – 322. 66. Weete J.D., Microbial Lipases, Food Lipids: Chemistry, Nutrition and Biotechnology, Marcel Dekker, Inc, USA, 2002. 67. Wickner, S., Maurizi, M.R., Gottesman, S., Posttranslational quality control: folding, refolding, and degrading proteins, Science, 286, 1999, 1888 – 1893. 68. Willis W.M., A.G. Marangoni, Enzymatic Interesterification, Food Lipids: Chemistry, Nutrition and Biotechnology, Marcel Dekker, Inc, USA, 2002. 69. Wong D.W.S., Food Enzymes: Structure and Mechanism, Chapman & Hall, New York, 1995, 37 – 84. 70. Wong D.W.S., Lipase, Handbook of Food Enzymology, Marcel Dekker, Inc, USA, 2003. 71. Xu X., Balchen S., Jonsson G., A. J., Production of structured lipids by lipase-catalyzed interesterification in flat membrane reactor, JAOCS, 77, 2000, 1035. 72. Xu X., H. Mu, C-E Hoy, J. Adler-Nissen, Production of specific structured lipids by enzymatic interesterification in a pilot enzyme bed reactor: process optimisation by response surface methodology, Fett/Lipid, 101(6), 1999, 203 – 214. Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Taøi lieäu tham khaûo Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 71 73. Xu X., P.L., R. T., Triglycerides selectivity of immobilized Thermomyces lanuginosa lipase in interesterification, JAOCS, 82, 2005, 737. 74. Xu X., Porsgaard T., Zhang H., A.J., H. C, Production of Structured Lipids in Packed-Bed Reactor with Thermomyces lanuginosa Lipase, JAOCS, 79, 2002, 561. 75. Xu X., Production of specific-structured triacylglycerols by lipase-catalyzed reaction: a review, Eur. J. Lipid Sci. Technol, 2000, 287 – 303. 76. Xu X., S. Balchen, C-E Hoy, J. Adler-Nissen, Pilot batch prduction of specific-structure lipids by lipase-catalyzed interesterification: preliminary study on incorporation and acyl migration, J. Am. Oil Chem. Soc., 75, 1998, 301 – 308. 77. Xu X., Skands A., Jonsson G., A. J., Production of structured lipids by lipase-catalyzed interesterification in an ultrafiltration membrane reactor, Biotechnology Letters, 22, 2000, 1667 – 1671. 78. Xu X., Z. Guo, H. Zhang, F. Vikbjerg, M.L. Damstrup, Chemical and enzymatic interesterification of lipids for use in food, Modifying Lipids for Use in Food, CRC Press LLC, USA, 2006. 79. Yamane T., Enzyme technology for the lipids industry: An engineering overview, J. Am. Oil Chem. Soc., 4(12), 1987, 1657 – 1662. 80. Yamane T., T. Suzuki, T. Hoshino, Increasing n-3 polyunsaturated fatty acid content of fish oil by temperature control of lipase –catalyzed acidolysis, J. American Oil Chemist’s Society, 70, 1993, 1285 – 1287. 81. Yang T., Fruekilde M., Xu X., Applications of immobilized Thermomyces lanuginosa lipase in interesterification, JAOCS, 80, 2003, 881. 82. Yilmaz Emin, Bio-imprinting of microbial lipase at air-water interface, World J. Microbiol Biotechnol, 18, 2002, 141 – 145. 83. Yilmaz Emin, Combining the bioimprinting technique with lipase immobilized for interesterification, World J. Microbiol Biotechnol, 18, 2002, 621 – 625. 84. Yilmaz Emin, Orlistat-induced molecular bio-imprinting of microbial lipase, World J. Microbiol Biotechnol, 19, 2003, 161 – 165. Noäi chuyeån hoùa ester baèng enzyme Taøi lieäu tham khaûo Ñoà aùn moân hoïc Coâng ngheä Thöïc phaåm 72 85. Yokozeki K., Yamanaka S., T.K., H.Y., T.A., S.K., F.S., Application of immobilized lipase to regio-specific interesterification of triglyceride in organic solvent, Eur J Appl Microbiol Biotechnol, 14, 1982, 1 – 5. 86. Zaborsky O.R., Immobilized Enzymes, CRC Press, Boca Raton, FL, 1973. 87. Zhang H., L.S. Pedersen, D. Kristensen, J. Adler-Nissen, H.C. Holm, Modification of margarine fats by enzymatic interesterification: evaluation of a solid-fat-content- based exponential model with two groups of oil blends, J. Am. Oil Chem. Soc., 81(7), 2004, 653 – 658. 88. Zhang H., Mu H., Xu X., Monitoring lipase-catalyzed butterfat interesterification with rapeseed oil by Fourier transform near-infrared spectroscopy, Anal Bioanal Chem, 386, 2006, 1889 – 1897. 89. Zhang H., P. Smith, J.A. Nissen, Effects of degree of enzymatic interesterification on the physical properties of margarine fats: Solid fat content, crystallization behavior, crystal morphology, and crystal network, J. Agricultural and Food Chemistry, 52, 2004, 4423 – 4431. 90. Zhang H., Pedersen L., Kristensen D., Adler-Nissenn J., H.H., Modification of Margarine fats by enzymatic interesterification: Evaluation of a solid-fat-content-based exponential model with two group of oil blends, JAOCS, 81, 2004, 653.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfNoi chuyen hoa ester bang enzyme.pdf
  • pdfBia.pdf
  • pptDAMH CNTP - QUOCDUNG.ppt
  • docMuc luc-Michel.doc
Tài liệu liên quan