Thủy phân chitosan bằng cellulase cố định trên chitosan và agar gel

Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn<br /> <br /> Soá 1/2011<br /> <br /> THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC<br /> <br /> THỦY PHÂN CHITOSAN BẰNG CELLULASE CỐ ĐỊNH<br /> TRÊN CHITOSAN VÀ AGAR GEL<br /> <br /> CHITOSAN HYDROLYSIS BY CELLULASE IMMOBILIZED ON CHITOSAN<br /> AND AGAR-AGAR GEL<br /> Lê Thanh Long1, Nguyễn Bảo Gia1, Trang Sĩ Trung2<br /> 1<br /> Trường Đại học Nông Lâm Huế<br /> 2<br /> Trường Đại học Nha Trang<br /> TÓM TẮT<br /> Chitosan có khối lượng phân tử thấp (LMWC) và chitosan oligosaccharides (COS) là các sản phẩm<br /> của quá trình thủy phân chitosan, với các đặc tính sinh học đặc biệt, dễ hòa tan trong nước đang là đối tượng<br /> được quan tâm đặc biệt trong lĩnh vực dinh dưỡng và thực phẩm nhằm cải thiện chất lượng sức khỏe con người.<br /> Nghiên cứu thủy phân chitosan bằng cellulase (từ Trichoderma viride) ở trạng thái tự do và cố định trên gel<br /> chitosan cũng như gel agar đã được thực hiện. Điều kiện thích hợp để thủy phân dung dịch chitosan 0,5%<br /> bằng cellulase tự do: thời gian phản ứng thủy phân 3 giờ, nồng độ cellulase 9 mg/ml, nhiệt độ 55°C, pH = 5,2.<br /> Cellulase cố định trên gel chitosan nồng độ 2% được tạo ra trong dung dịch NaOH 3% và trên gel agar với<br /> nồng độ agar 6%. Khi tiến hành thủy phân dung dịch chitosan 0,5% bằng cellulase cố định trên gel chitosan<br /> và gel agar ở nhiệt độ 55oC, pH = 5,2, lắc vòng liên tục 120 v/p cho thấy sau 2 lần quay vòng sử dụng cellulase<br /> cố định trên chất mang agar thì hoạt độ giảm 11,3%, trong khi đó hoạt độ enzyme giảm 37,9% khi cố định trên<br /> chất mang chitosan. Việc cố định cellulase để tái sử dụng cho phép giảm chi phí enzyme trong quá trình thủy<br /> phân chitosan.<br /> Từ khóa: cố định enzyme, cellulase, chitosan hòa tan, chitosan oligosaccharides, thủy phân chitosan.<br /> ABSTRACT<br /> Low molecular weight chitosan (LMWC) and chitosan oligosaccharides (COS) were the products of<br /> chitosan hydrolysis process with particular biological characteristics and easily soluble in water, have been<br /> widely used in the fields of food and nutrition to improve human health. Chitosan hydrolysis by cellulase<br /> (from Trichoderma viride) in free-form and immobilized on chitosan beads and to agar gel were investigated.<br /> Optimal conditions for hydrolysis of chitosan solution of 0.5% by free cellulase is enzyme concentration of 9<br /> mg/ml, at 55°C, pH 5.2 for 3 h. The amount of 9 mg/ml cellulase was immobilized on chitosan beads prepared<br /> from 2% chitosan with 5 cm between pipet and surface of 3% sodium hydroxide and 1 drop per second and by<br /> multipoint attachment to agar gel support in 2 mm cubic shape and it it was used repeatedly in batch processes<br /> of chitosan hydrolysis at 55oC, pH 5.2, agitating speed of 120 rpm. The results showed that the repeated use<br /> of the enzyme in 2 successive and efficient chitosan hydrolysis operations, losing only 11,3% with agar gel<br /> support and 37,9% with chitosan beads of their initial efficiency. The re-use of cellulase resulted in lower cost<br /> in chitosan hydrolysis process.<br /> Key words: Multipoint attachment; cellulase; chitosan beads; immobilization; chitosan hydrolysis.<br /> TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG ❖ 3<br /> <br /> Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn<br /> I. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> <br /> Soá 1/2011<br /> Cellulase với khả năng thủy phân không đặc<br /> <br /> Mặc dù được biết đến như là một polyme<br /> <br /> hiệu chitosan đã được một số tác giả sử dụng<br /> <br /> sinh học với nhiều đặc tính chức năng quan<br /> <br /> để thủy phân chitosan tạo ra LMWC và COS<br /> <br /> trọng, không độc hại nhưng do khả năng hòa<br /> <br /> (Zhang và cộng sự, 1999; Tsai và cộng sự, 2004,<br /> <br /> tan kém (chỉ tan trong môi trường acid) đồng<br /> <br /> 2006; Qin, Du, 2002; Qin và cộng sự, 2004; Xia<br /> <br /> thời khi tan tạo ra dung dịch có độ nhớt cao,<br /> <br /> và cộng sự., 2008) thay thế chitosanase đặc<br /> <br /> do đó chitosan khó sử dụng trong thực phẩm,<br /> <br /> hiệu thường rất đắt. Tuy nhiên, việc nghiên cứu<br /> <br /> y dược và công nghệ nano. Khác với chitosan,<br /> <br /> cố định cellulase trên gel chitosan và gel agar sử<br /> <br /> các sản phẩm thủy phân của nó như chitosan có<br /> <br /> dụng trực tiếp enzyme cellulase thương mại để<br /> <br /> khối lượng phân tử thấp - low molecular weight<br /> <br /> thủy phân dung dịch chitosan chưa được công<br /> <br /> chitosan (LMWC) và chitosan oligosaccharides<br /> <br /> bố trong và ngoài nước.<br /> <br /> (COS) có thể hòa tan trong nước do mạch phân<br /> <br /> Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu khả năng<br /> <br /> tử ngắn và có mặt của các nhóm NH2 tự do có<br /> <br /> thủy phân chitosan bằng enzyme cellulase tự do<br /> <br /> trong các đơn vị D-glucosamine. Bên cạnh đó,<br /> <br /> và thử nghiệm thủy phân chitosan bằng cellulase<br /> <br /> các sản phẩm thủy phân chitosan này thường<br /> <br /> cố định trên hai chất mang agar và chitosan.<br /> <br /> có hoạt tính sinh học (kháng nấm, kháng khuẩn,<br /> tăng hệ miễn dịch) cao hơn so với chitosan<br /> ban đầu. Chính vì các đặc điểm khác biệt này<br /> mà có nhiều nghiên cứu theo hướng ứng dụng<br /> chitosan ở dạng oligosaccharide và khối lượng<br /> <br /> II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN<br /> CỨU<br /> 2.1 Vật liệu và hóa chất<br /> Cellulase(1,4-(1,3:1,4)-β-D-Glucan4-glucano-<br /> <br /> phân tử thấp, đặc biệt trong lĩnh vực dinh dưỡng<br /> <br /> hydrolase<br /> <br /> và thực phẩm nhằm cải thiện chất lượng và sức<br /> <br /> Trichoderma viride, được cung cấp bởi Merck,<br /> <br /> khỏe con người (Qin C, Du Y, 2002; Kim S.K,<br /> <br /> hoạt tính 10 U/mg (Một đơn vị U là lượng<br /> <br /> Rajapakse N, 2005).<br /> <br /> enzyme cần thiết để thủy phân cellulose tạo ra<br /> <br /> Để sản xuất LMWC và COS người ta tiến<br /> hành thủy phân chitosan bằng các tác nhân<br /> <br /> E.C.3.2.1.4)<br /> <br /> chiết<br /> <br /> xuất<br /> <br /> từ<br /> <br /> loài<br /> <br /> 1µmol glucose trong một giờ ở pH = 5,0; nhiệt<br /> độ 37oC).<br /> <br /> hóa học và enzyme, trong đó phương pháp<br /> <br /> Chitosan được cung cấp từ Đại học Nha<br /> <br /> hóa học được sử dụng phổ biến hơn ở quy<br /> <br /> Trang có dạng bột, màu trắng; độ deacetyl<br /> <br /> mô công nghiệp. Tuy nhiên, do tạo ra nhiều<br /> <br /> (DD): 86-90%; hàm lượng protein: 0,9%; hàm<br /> <br /> chất độc hại có nguy cơ cao làm ô nhiễm môi<br /> <br /> lượng khoáng: 0,9%; độ tan: >99 %; hàm lượng<br /> <br /> trường, ít nhiều làm thay đổi cấu trúc sản phẩm<br /> <br /> protein