Tài liệu Nghiên cứu sử dụng hệ enzyme porcine pancreas cố định trên vật liệu hydrotalcite cho phản ứng thủy phân dầu hạt bụp giấm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐINH VĂN THOẠI PORCINE PANCREAS Chuyên ngành : Công nghệ hóa học Mã số : 605275 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 08/2014 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa – ĐHQGTP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: ................................. Ts. Phan Ngọc Hòa ....................................... Cán bộ nhận xét 1: ................................................. Ts.Tống Thanh Danh .................................... Cán bộ nhận xét 2: ................................................. Ts. Trương Vũ Thanh ................................... Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày14 tháng 8 năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. PGs. Ts. Phạm Thành Quân – Chủ tịch Hội đồng 2. Ts. Tống Thanh Danh – Phản biện 1 3. Ts. Trương Vũ Thanh – Phản biện 2 4. Ts. Phan Ngọc Hòa– Ủy viên Hội đồng 5. Ts. Nguyễn Quốc Thiết – Thư ký Hội đồng Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được chỉnh sửa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KỸ THUẬT HÓA HỌC ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độclập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: Đinh Văn Thoại MSHV: 11054178 Ngày, tháng, năm sinh: 10/6/1979 Nơi sinh: Hà Nam Chuyên ngành: Công nghệ hóa học Mã số: 605275 I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỆ ENZYME PORCINE PANCREAS CỐ ĐỊNH TRÊN VẬT LIỆU HYDROTALCITE CHO PHẢN ỨNG THỦY PHÂN DẦU HẠT BỤP GIẤM .................................................................................................... ........................................................................................................................................... NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: ........................................................................................ – Thu nhận dầu hạt bụp giấm .................................................................................... – Xác định một số tính chất của dầu hạt bụp giấm ................................................... – Khảo sát tính chất của hydrotalcite và enzyme lipase Porcine pancreas .............. – Cố định enzyme lipase Porcine pancreas lên chất mang hydrotalcite .................. – Khảo sát phản ứng thủy phân dầu hạt bụp giấm bằng enzyme cố định II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/02/2014 ........................................................................ III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/6/2014........................................................ IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:Ts. Phan Ngọc Hòa .............................................................. Tp. Hồ Chí Minh, ngày…….tháng..…..năm 20......... CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ và tên: Đinh Văn Thoại Ngày, tháng, năm sinh: 10/6/1979 Nơi sinh: Hà Nam Địa chỉ liên lạc: 1010/2/10 LêVăn Lương, Nhơn Đức, Nhà Bè, Tp. Hồ Chí Minh. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO – Từ năm 1999 đến năm 2003: Đại học KHTN – ĐHQG Hà Nội. – Từnăm 2011 đến năm 2014: Đại học BK – ĐHQG Tp.HCM. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC Từ năm 2005 đến nay: Viện Y tế công cộng Tp. Hồ Chí Minh – 159 Hưng Phú, P.8, Q.8, Tp. HồChí Minh. LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, bên cạnh sự nỗ lực của bản thân, tôi còn nhận được những ý kiến đóng góp hết sức quý báu và sự giúp đỡ, động viên nhiệt tình của Quý Thầy/Cô, gia đình cùng các bạn.Tuy nhiên,với kiến thức có giới hạn nên tôi không thể tránh khỏi những sai sót. Kính mong Quý Thầy/cô góp ý và sửa chữa để luận văn được hoàn thiện hơn. Với tấm lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm ơn đến: Cô Phan Ngọc Hòa, giảng viên trường Đại học Bách Khoa, đã hướng dẫn và theo sát tôi trong suốt thời gian dài thực hiện luận văn,đồng thời cung cấp nguyên liệu, hóa chất để tôi hoàn thành luận văn này. Quý Thầy/Cô trong Bộ môn đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong việc thực hiện luận văn. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các anh phụ trách phòng thí nghiệm công nghệ thực phẩm I và II đã hướng dẫn tận tình để tôi sử dụng thành thạo các thiết bị phục vụ cho việc nghiên cứu đề tài. TP. Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 8 năm 2014 Người viết ĐINH VĂN THOẠI TÓM TẮT LUẬN VĂN Nghiên cứu cố định xúc tác enzyme lên chất mang để thực hiện các phản ứng đang được quan tâm phát triển nhờ tính ưu việt của chúng. Sử dụng enzyme cố định sẽ thu được sản phẩm tinh khiết hơn do enzyme cố định dễ dàng được tách ra và có thể tái sử dụng nhiều lần. Với mong muốn tìm ra hệ enzyme cố định xúc tác cho phản ứng thủy phân chất béo, chúng tôi tập trung nghiên cứu tìm chất mang, điều kiện cố định và khảo sát phản ứng thủy phân chất béo xúc tác enzyme cố định. Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng chất mang là hydrotalcite (HTlcs 2, Mg:Al 2:1) và enzyme lipase Porcine pancreas. Tiến hành khảo sát khả năng cố định ở điều kiện nhiệt độ, pH, thời gian, tỷ lệ enzyme/chất mang, tốc độ khuấy khác nhau. Kết quả thu được HTlcs 2 có hiệu suất hấp thu protein đạt 72,19% và enzyme cố định có hoạt tính 1195 U/g enzyme ở điều kiện nhiệt độ 300C, pH 7,5, tốc độ khuấy 300 vòng/phút, tỷ lệ enzyme/chất mang 9mg/0,1g trong 6 giờ. Sử dụng enzyme cố định thu được để khảo sát khả năng xúc tác thủy phân dầu hạt bụp giấm với các thông số thay đổi là tỷ lệ dầu/nước, tỷ lệ enzyme/cơ chất (dầu), pH, nhiệt độ, thời gian tiến hành phản ứng. Kết quả thu được cho thấy phản ứng thủy phân có hiệu quả tốt nhất ở tỷ lệ dầu/nước 0,5 (%v/v), enzyme/dầu 6,5 (%w/w), pH 7,5 tại nhiệt độ 400C, tốc độ lắc 300 vòng/phút, sau 4 giờ tiến hành phản ứng mức độ thủy phân đạt được là 79,19%. Tiến hành tái sử dụng enzyme cố định, chúng tôi thu được kết quả là: sau 4 lần tái sử dụng, hoạt tính của enzyme cố định còn lại là 336,67 U/g enzyme cố định, tương ứng với 28,17% hoạt tính của enzyme cố định ban đầu. Abstract Study loading enzyme catalysts onto support for catalytic reaction attracted interest because of its advantages. Using immobilized enzyme will reach pure products because the catalysts are separated more easily and specially they are reused more times. For reaching finding out immobilized enzyme system to hydrolyze fat, we concentrate to study support, conditions for immobilizing of enzyme, and investigated hydrolytic reaction of fat by the immobilized enzyme. In this work, we use hydrotalcite (HTlcs 2, Mg:Al 2:1) as support and enzyme Porcine pancreas lipase. Investigated loading enzyme onto HTlcs 2 when change values of temperature, pH, time, ratio of enzyme/support, shaking rate. Resulted, HTlcs 2 absorbed protein reach 72,19% and catalytic ability of immobilized enzyme is 1195 U/g enzyme at 300C, pH 7,5, shaking rate 300 rpm, ratio of enzyme/support 9mg/0,1g after 6 hours. Use reached immobilized enzyme for investigating catalytic ability of hydrolytic reaction oil of rosselle seed when change values of ratio of oil/water, ratio of enzyme/oil, pH, temperature and time of reaction. The reaction is the best at ratio of oil/water 0,5 (%v/v), ratio of enzyme/oil 6,5 (%w/w), pH 7,5, temperature 400C, and after 4 hours, hydrolysis reachs 79,19%. And after reuse 4 times, catalytic ability of immobilized enzyme remain 336,67 U/g immobilized enzyme, equivalent 28,17% in comparison with the first catalytic ability of immobilized enzyme. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan trong nghiên văn này riêng tôi. . Học viên thực hiện Luận văn tốt nghiệp ĐINH VĂN THOẠI Trang viii MỤC LỤC MỤC LỤC ....................................................................................................................i DANH MỤC BẢNG ....................................................................................................v DANH MỤC HÌNH – ĐỒ THỊ................................................................................. vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................. viii MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 01 Chƣơng 1: TỔNG QUAN ....................................................................................... 03 1.1. Giới thiệu về enzyme lipase và lipase cố định ............................................... 03 1.1.1. Enzyme lipase và lĩnh vực ứng dụng .............................................................. 03 1.1.2. Nguồn thu nhận enzyme lipase ....................................................................... 04 1.1.3. Enzyme lipase Porcine pancreas .................................................................... 04 1.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng xúc tác enzyme ......................... 07 1.1.5. Enzyme cố định (không tan) ........................................................................... 09 1.2. Vật liệu hydrotalcite ......................................................................................... 12 1.3. Các nghiên cứu cố định enzyme trên hydrotalcite ............................................ 13 1.4. Giới thiệu hạt bụp giấm ...................................................................................... 14 1.5. Các nghiên cứu thủy phân dầu béo bằng enzyme và enzyme cố định .............. 19 Chƣơng 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP ............................................. 22 2.1. Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị..................................................................... 22 2.1.1. Nguyên liệu, hóa chất ...................................................................................... 22 2.1.2. Thiết bị sử dụng ............................................................................................... 23 2.1.3. Dụng cụ sử dụng.............................................................................................. 23 2.1.4. Phương pháp xử lý số liệu ............................................................................... 23 2.2. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 24 2.3. Tiến hành thí nghiệm ....................................................................................... 25 2.3.1. Khảo sát tính chất dầu hạt bụp giấm .......................................................... 25 2.3.1.1. Thu nhận dầu hạt bụp giấm .......................................................................... 25 2.3.1.2. Xác định chỉ số acid và hàm acid béo tư do của dầu hạt bụp giấm .............27 2.3.1.3. Xác định chỉ sô peroxide của dầu hạt bụp giấm ...........................................28 2.3.1.4. Xác định hàm lượng chất khô của dầu hạt bụp giấm ...................................29 HVTH : ĐINH VĂN THOẠI CBHD : Ts. PHAN NGỌC HÒA Trang viii 2.3.1.5. Xác định hàm lương lipd tổng của hạt bụp giấm..........................................29 2.3.1.6. Xác định độ tro của dầu hạt bụp giấm .........................................................30 2.3.2. Khảo sát tính chất của hydrotalcite và lipase .............................................31 2.3.2.1. Khảo sát cấu trúc và tính chất bề mặt của hydrotalcite ................................ 31 2.3.2.2. Xác định hàm lượng protein trong chế phẩm enzyme lipase .......................31 2.3.2.3. Xác định phân tử lượng của enzyme lipase ..................................................32 2.3.2.4. Xác định điểm đẳng điện của enzyme lipase ................................................32 2.3.2.5. Khảo sát hoạt tính riêng của enzyme lipase tự do ........................................33 2.3.3 Cố định enzyme Porcine pancreas lên chất mang hydrotalcite ..................33 2.3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng cố định PPL ......................34 2.3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng cố định PPL .............................. 35 2.3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ lắc đến khả năng cố định PPL ...................35 2.3.3.4. Khảo sát thời gian cố định PPL ....................................................................35 2.3.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme/chất mang đến khả năng cố định PPL .....................................................................................................................................35 2.3.4. Khảo sát phản ứng thủy phân dầu hạt bụp giấm bằng enzyme cố định..35 2.3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ dầu/nước đến tốc độ và mức độ thủy phân ...35 2.3.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến tốc độ thủy phân .......................................37 2.3.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ thủy phân ............................... 38 2.3.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme/dầu đến tốc độ thủy phân ................38 2.3.4.5. Khảo sát khả năng xúc tác của enzyme cố định theo thời gian phản ứng ..39 2.3.4.6. Khảo sát khả năng tái sử dụng enzyme cố định ...........................................40 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .................................................................42 3.1. Tính chất của dầu hạt bụp giấm ......................................................................42 3.1.1. Hiệu suất ép dầu ............................................................................................... 42 3.1.2. Chỉ số acid và hàm lương acid béo tự do của dầu hạt bụp giấm .................... 43 3.1.3. Chỉ số peroxide của dầu hạt bụp giấm ............................................................. 43 3.1.4. Hàm lượng chất khô của dầu hạt bụp giấm ....................................................44 3.1.5. Hàm lượng lipid tổng của hạt bụp giấm .........................................................44 3.1.6. Độ tro của dầu hạt bụp giấm ............................................................................44 HVTH : ĐINH VĂN THOẠI CBHD : Ts. PHAN NGỌC HÒA Trang viii 3.2. Tính chất của hydrotalcite và enzyme lipase .................................................44 3.2.1. Thông số kỹ thuật của hydrotalcite ..................................................................44 3.2.2. Hàm lượng protein trong chế phẩm enzyme ...................................................46 3.2.3. Phân tử lượng của enzyme lipase.....................................................................47 3.2.4. Điểm đẳng điện của enzyme lipase ..................................................................47 3.2.5. Hoạt tính riêng của enzyme lipase tự do..........................................................49 3.3. Cố định enzyme trên chất mang ......................................................................49 3.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ cố định PPL .............................................................. 49 3.3.2. Ảnh hưởng của pH đến khả năng cố định PPL ...............................................50 3.3.3. Ảnh hưởng của tốc độ lắc đến khả năng cố định PPL .....................................51 3.3.4. Khảo sát thời gian cố định enzyme PPL ..........................................................53 3.3.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme/chất mang đến khả năng cố định PPL ..............54 3.4. Khảo sát phản ứng thủy phân dầu hạt bụp giấm bằng PPL cố định ..........55 3.4.1. Ảnh hưởng của ty lệ dầu/nước đến tốc độ và mức độ thủy phân ...................55 3.4.2. Ảnh hưởng của pH đến tốc độ độ thủy phân ..................................................57 3.4.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ thủy phân ................................................59 3.4.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme/dầu đến tốc độ thủy phân .................................60 3.4.5. Khả năng xúc tác của PPL cố định theo thời gian phản ứng........................... 62 3.4.6. Khả năng tái sử dụng của PPL cô định ............................................................ 64 Chƣơng 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................. 66 4.1. Kết luận ..............................................................................................................66 4.1.1. Quá trình thu nhận dầu từ hạt bụp giấm .........................................................66 4.1.2. Tính chất của dầu bụp giấm .............................................................................66 4.1.3. Hiệu suất cố định enzyme ................................................................................66 4.1.4. Điều kiện thủy phân dầu hạt bụp giấm với enzyme cố định ........................... 66 4.2. Kiến nghị ...........................................................................................................67 Tài liệu tham khảo .....................................................................................................68 Phụ lục ........................................................................................................................72 1. Số liệu thí nghiệm .................................................................................................72 HVTH : ĐINH VĂN THOẠI CBHD : Ts. PHAN NGỌC HÒA Trang viii 1.1. Kết quả thí nghiệm khảo sát sự ảnh hưởng của tỷ lệ D/N đến tốc độ và mức độ thủy phân ....................................................................................................................72 1.2. Kết quả thí nghiệm khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến tốc độ thủy phân .........73 1.3. Kết quả thí nghiệm khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ thủy phân .74 1.4 Kết quả thí nghiệm khảo sát sự ảnh hưởng của tỷ lệ E/D đến tốc độ thủy phân 75 1.5. Kết quả thí nghiệm khảo sát khả năng xúc tác của PPLcđ theo thời gian phản ứng .....................................................................................................................................76 1.6. Kết quả thí nghiệm khảo sát khả năng tái sử dụng của PPLcđ ..........................77 2: Kết quả phân tích thành phần acid béo dầu hạt bụp giấm ............................. 77 HVTH : ĐINH VĂN THOẠI CBHD : Ts. PHAN NGỌC HÒA Trang viii DANH MỤC BẢNG trang Bảng 1.1: Các lĩnh vực ứng dụng của enzyme lipase ................................................03 Bảng 1.2: Thành phần các acid béo trong dầu hạt bụp giấm .....................................16 Bảng 2.1: Tỷ lệ Dầu/Nước khảo sát ...........................................................................35 Bảng 2.2: Giá trị pH khảo sát .................................................................................... 37 Bảng 2.3: Giá trị nhiệt độ khảo sát ............................................................................ 38 Bảng 2.4: Tỷ lệ Enzym/Cơ chất khảo sát.................................................................. 38 Bảng 2.5: Thời gian khảo sát .................................................................................... 39 Bảng 2.6: Số lần tái sử dụng enzyme cố định ........................................................... 40 Bảng 3.1: Thành phần acid béo trong dầu hạt bụp giấm .......................................... 42 Bảng 3.2: Chỉ số acid và hàm lượng acid béo tự do của dầu hạt bụp giấm nguyên liệu ............................................................................................................................. 43 Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật của HTlcs Mg:Al 2:1 .................................................. 44 Bảng 3.4: Số liệu xây dựng đường chuẩn xác đinh protein...................................... 46 Bảng 3.5: Kết quả đo độ hấp thu của PPL ở bước sóng 620nm............................... 48 Bảng 3.6: Hoạt tính riêng của PPL tự do .................................................................. 49 Bảng 3.7: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất cố định và hoạt tính của enzyme PPL............................................................................................................................. 49 Bảng 3.8: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất cố định và hoạt tính của PPLcđ ......... 50 Bảng 3.9: Ảnh hưởng của tốc độ lắc đến hiệu suất cố định PPL ............................. 52 Bảng 3.10: Ảnh hưởng của thời gian cố định đến hiệu suất cố định và hoạt tính của enzyme PPL cố định .................................................................................................. 53 Bảng 3.11: Ảnh hưởng của tỷ lệ E/CM đến khả năng cố định PPL ......................... 54 Bảng 3.12: Ảnh hưởng của tỷ lệ dầu/nước đến tốc độ và mức độ thủy phân .......... 56 Bảng 3.13: Ảnh ảnh hưởng của pH đến tốc độ thủy phân ........................................ 58 Bảng 3.14: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ thủy phân ...................................... 59 Bảng 3.15: Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme/dầu đến tốc độ thủy phân ....................... 61 Bảng 3.16: Khả năng xúc tác của enxyme cố định theo thời gian ........................... 62 Bảng 3.17: Hoạt tính của enzyme cố định sau các lần tái sử dụng .......................... 64 HVTH : ĐINH VĂN THOẠI CBHD : Ts. PHAN NGỌC HÒA Trang viii DANH MỤC HÌNH – ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Cấu trúc lipase Porcine pancreas .............................................................. 05 Hình 1.2: Cơ chế xúc tác (bước 1) ............................................................................ 05 Hình 1.3: Cơ chế xúc tác (bước 2) ............................................................................ 06 Hình 1.4: Phản ứng este hóa....................................................................................... 06 Hình 1.5: Cấu trúc hydrotalcite .................................................................................. 13 Hình 1.6: Cây và hoa bụp giấm .................................................................................. 15 Hình 1.7: Đài hoa bụp giấm ....................................................................................... 15 Hình 1.8: Quả bụp giấm ............................................................................................. 15 Hình 1.9: Quả bụp giấm với hạt ................................................................................. 16 Hình 1.10: Linoleic acid ............................................................................................. 17 Hình 1.11: α-Linolenic acid .......................................................................................18 Hình 2.1: Sơ đồ nội dung nghiên cứu ........................................................................24 Hình 2.2: Thiết bị ép trục vít ......................................................................................25 Hinh 2.3: Quy trình thu nhận dầu ..............................................................................26 Hình 2.4: Quy trình cố định enzyme lên chất mang ..................................................34 Hình 3.1: Ảnh chụp XRD mẫu HTlcs Mg:Al 2:1 ......................................................45 Hình 3.2: Bề mặt chất mang HTlcs Mg:Al 2:1 ..........................................................45 Đồ thị 3.1: Đường chuẩn protein theo Bradford ........................................................46 Hình 3.3: Kết quả chạy điện di trên SDS – PAGE ....................................................47 HVTH : ĐINH VĂN THOẠI CBHD : Ts. PHAN NGỌC HÒA Trang viii Hình 3.4: Ảnh chụp XRD mẫu HTLcs Mg:Al 2:1 trước và sau khi cố định enzyme .....................................................................................................................................55 Đồ thị 3.2: Quan hệ giữa mức độ thủy phân với tỷ lệ D/N .......................................56 Đồ thị 3.3: Quan hệ giữa tốc độ thủy phân với tỷ lệ D/N..........................................57 Đồ thị 3.4: Quan hệ giữa tốc độ thủy phân với giá trị pH .......................................58 Đồ thị 3.5: Quan hệ giữa tốc độ thủy phân với nhiệt độ ...........................................60 Đồ thị 3.6: Quan hệ giữa tốc độ thủy phân với tỷ lệ E/D ..........................................61 Đồ thị 3.7: Biểu diễn mức độ thủy phân theo thời gian phản ứng ............................ 63 Đồ thị 3.8: Biểu diễn tốc độ thủy phân theo thời gian phản ứng .............................. 63 Đồ thị 3.9: Hoạt tính enzyme cố định sau các lần tái sử dụng ..................................64 HVTH : ĐINH VĂN THOẠI CBHD : Ts. PHAN NGỌC HÒA Trang viii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BSA: Bovine serum albumin HTlcs: Hydrotalcite PPL: Lipase Porcine pancreas pHpzc: pH đẳng điện PZC: điểm đẳng điện SEM: Scanning Electron Microscope XRD: X-Ray Diffraction E/CM: Enzyme/chất mang D/N: Dầu/Nước E/D: Enzyme/Dầu PPLcđ: PPL cố định HVTH : ĐINH VĂN THOẠI CBHD : Ts. PHAN NGỌC HÒA 1 MỞ ĐẦU Sử dụng enzyme lipase làm xúc tác cho phản ứng thủy phân chất béo đang thu hút sự quan tâm nghiên cứu nhằm thay thế phương pháp dùng xúc tác hóa học do những ưu điểm về công nghệ, tạo ra sản phẩm tinh khiết, dễ dàng kiểm soát chất lượng, mặt khác do không sử dụng nhiều hóa chất, điều kiện phản ứng êm dịu, có thể thực hiện được ở điều kiện thường nên phương pháp sử dụng enzyme xúc tác cũng thân thiện hơn với môi trường. Các acid béo thu được từ sự thủy phân chất béo được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau như thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, chất tẩy rửa, đặc biệt các acid béo không no có giá trị dinh dưỡng cao đang được quan tâm như ω-3, ω-6,…là thành phần quan trọng của nhiều loại thực phẩm chức năng nên đòi hỏi chất lượng cao. Phương pháp dùng xúc tác hóa học đang được áp dụng có những nhược điểm như phản ứng phải tiến hành ở điều kiện nhiệt độ, áp suất cao, đòi hỏi trang thiết bị phải có những tính năng đặc biệt như chịu áp, chịu nhiệt, chống ăn mòn,… làm chi phí thiết bị, vận hành cao. Ngoài ra bằng phương pháp hóa học sản phẩm thu được có chất lượng không cao, lẫn tạp chất khó tách. Trong khi phương pháp sử dụng enzyme lipase làm xúc tác sẽ khắc phục được những hạn chế này. Lipase là enzyme xúc tác cho phản ứng thủy phân chất béo tạo ra các acid béo cũng như xúc tác cho phản ứng chuyển este chất béo hay tổng hợp các este từ acid và rượu. Do đó enzyme lipase được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực sản xuất khác nhau. Porcine pancreas (tuyến tụy lợn) là một trong những nguồn thu nhận enzyme lipase quan trọng, enzyme lipase từ Porcine pancreas có tính bền nhiệt cao, có thể xúc tác trong điều kiện khan nước. Hạn chế lớn nhất trong việc sử dụng enzyme lipase là giá thành còn cao. Nghiên cứu cố định enzyme lên chất mang không tan, bền với nhiệt độ và các yếu tố khác của môi trường phản ứng, dễ dàng tách khỏi sản phẩm và đặc biệt có thể tái sử dụng nhiều lần đang được quan tâm nghiên cứu. Trong luận văn này, chúng tôi sử dụng enzyme lipase thu nhận từ Porcine pancreas cố định lên vật liệu hydrotalcite làm xúc tác cho phản ứng thủy phân dầu hạt bụp giấm với mong muốn tìm ra điều kiện tối ưu cho phản ứng nhằm đánh giá HVTH : ĐINH VĂN THOẠI CBHD : Ts. PHAN NGỌC HÒA 2 khả năng ứng dụng hệ enzyme cố định này cũng như khả năng tận dụng nguồn phụ phẩm hạt bụp giấm. HVTH : ĐINH VĂN THOẠI CBHD : Ts. PHAN NGỌC HÒA 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về enzyme lipase và lipase cố định 1.1.1. Enzyme lipase và lĩnh vực ứng dụng Lipase (triaxylglixerollipaza 3.1.1.3): là enzyme thuộc nhóm 3 (hydrolase) xúc tác cho phản ứng thủy phân triaxylglixerol (dầu thực vật, mỡ động vật) tạo thành các acid béo tự do và glixerol. Tại bề mặt phân pha dầu – nước, lipase xúc tác phản ứng thủy phân lần lượt từng liên kết este trong phân tử triaxyglixerol chứ không cắt đứt cả ba liên kết este cùng lúc.[1] Lipase là enzyme được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Bảng 1.1: Các lĩnh vực ứng dụng enzyme lipase[2] Lĩnh vực Sự hoạt động enzyme Sản phẩm hoặc ứng dụng Chất tẩy rửa Thủy phân các chất béo Loại bỏ vết dầu từ vải Thủy phân sữa, làm chín Sản xuất bơ sữa phô mai, biến đổi mỡ động vật Sản xuất bánh Đồ uống Thực phẩm Thịt và cá Mỡ và dầu Cải tiến hương vị và tăng thời hạn sử dụng Tạo hương vị trong sữa, phô mai và bơ. Các sản phẩm bánh Cải tiến hương vị Các loại đồ uống Cải tiến chất lượng, Mayonnaise, nước sốt, kem trang trí chuyển este và các thực phẩm ăn kiêng Tăng cường hương vị và Các sản phẩm chế biến từ thịt và loại bỏ mỡ béo cá Chuyển este, thủy phân Bơ cocoa, margarine, các acid béo, glycerol, mono- và diglyceride Lựa chọn đồng phân, tổng Các khối đồng phân đối xứng, các hợp hóa chất Mỹ phẩm Tổng hợp Sản phẩm thể sữa, kem bôi, tắm Thuộc da Thủy phân Các sản phẩm da thuộc Giấy Thủy phân Giấy chất lượng cao Hóa chất HVTH : ĐINH VĂN THOẠI CBHD : Ts. PHAN NGỌC HÒA 4 Lĩnh vực Sự hoạt động enzyme Làm sạch Tổng hợp và thủy phân Trang trí thực phẩm Cải tiến chất lượng Dược phẩm Chuyển este và thủy phân Thực phẩm ăn kiêng Chuyển este Sản phẩm hoặc ứng dụng Các tác nhân làm sạch như chất hoạt động bề mặt Mayonnaise, sốt và kem trang trí. Các lipid đặc biệt, thuốc trợ tiêu hóa, các thực phẩm ăn kiêng Các thực phẩm ăn kiêng 1.1.2. Nguồn thu nhận enzyme lipase Enzyme là những chất không thể sản xuất được bằng phương pháp tổng hợp hóa học và mặc dù chúng có mặt trong tất cả các cơ quan, mô của động, thực vật cũng như trong tế bào vi sinh vật, nhưng việc sản xuất enzyme ở quy mô công nghiệp chủ yếu được tách từ ba nguồn nguyên liệu sinh học cơ bản là các mô, cơ quan động, thực vật và từ tế bào vi sinh vật.[1] 1.1.3. Enzyme lipase Porcine pancreas Enzyme lipase Porcine pancreas – được tách từ tuyến tụy của lợn. Tuyến tụy của lợn là nguồn quan trọng để tách enzyme lipase và lipase cũng là enzyme được phân lập lần đầu tiên từ nguồn này.[2,3] Chuỗi amino acid của enzyme lipase tuyến tụy được duy trì, bảo tồn cao ở động vật bậc cao. Enzyme lipase tụy người có 465 amino acid, của lợn là 449 amino acid. Và chuỗi amino acid của enzyme lipase tuyến tụy lợn giống 86% chuỗi enzyme lipase tuyến tụy của người. Khối lượng phân tử của enzyme lipase tuyến tụy lợn là 49934,6 Daltons, của colipase là 10322,7 Daltons. HVTH : ĐINH VĂN THOẠI CBHD : Ts. PHAN NGỌC HÒA