I. Giới thiệu về enzyme lipase và hydrotalcite Mg
Enzyme lipase là một enzyme xúc tác thủy phân và tổng hợp các este từ triglyceride và acid béo. Hydrotalcite Mg là một chất mang có cấu trúc lớp, được sử dụng để cố định enzyme nhờ tính chất vật lý và hóa học phù hợp. Sự kết hợp giữa enzyme lipase và hydrotalcite Mg mang lại nhiều lợi ích trong công nghệ thực phẩm, đặc biệt là trong quá trình thủy phân dầu thực vật. Nghiên cứu này tập trung vào việc cố định enzyme lipase lên chất mang hydrotalcite Mg để tối ưu hóa hiệu suất và ứng dụng trong sản xuất thực phẩm.
1.1. Cấu trúc và tính chất của enzyme lipase
Enzyme lipase từ Porcine pancreas có cấu trúc không gian gồm hai vùng chính: vùng N-terminal và vùng C-terminal. Vùng N-terminal chứa bộ ba xúc tác Ser, Asp, và His, trong khi vùng C-terminal tương tác với colipase. Enzyme lipase có phân tử lượng khoảng 50 kDa và pH đẳng điện là 4.4. Hoạt tính của enzyme được xác định thông qua lượng cơ chất bị thủy phân hoặc sản phẩm được tạo thành. Enzyme lipase có tính ổn định cao và hoạt động hiệu quả trong môi trường liên pha dầu-nước.
1.2. Tính chất của hydrotalcite Mg
Hydrotalcite Mg là một vật liệu có cấu trúc lớp, với khoảng cách giữa các lớp được xác định bởi tỷ lệ mol Mg/Al. Vật liệu này có bề mặt xốp và dạng vảy, phù hợp để cố định enzyme. Hydrotalcite Mg có pH đẳng điện khoảng 9, tạo điều kiện thuận lợi cho việc cố định enzyme lipase trong môi trường bazơ. Tính chất vật lý và hóa học của hydrotalcite Mg giúp tăng cường độ bền và hiệu suất của enzyme sau khi cố định.
II. Quy trình cố định enzyme lipase trên hydrotalcite Mg
Quy trình cố định enzyme lipase lên chất mang hydrotalcite Mg bao gồm các bước khảo sát và tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng như tỷ lệ enzyme/chất mang, pH, nhiệt độ, tốc độ lắc và thời gian cố định. Kết quả nghiên cứu cho thấy, tỷ lệ Mg/Al 2/1 là tối ưu, với hiệu suất cố định đạt 82%. Enzyme lipase cố định trên hydrotalcite Mg có độ bền cao hơn so với enzyme tự do, đặc biệt trong điều kiện pH và nhiệt độ khắc nghiệt.
2.1. Tối ưu hóa tỷ lệ enzyme chất mang
Tỷ lệ enzyme lipase và chất mang hydrotalcite Mg được khảo sát để đạt hiệu suất cố định cao nhất. Kết quả cho thấy, tỷ lệ tối ưu là 0.5 mg enzyme/mg chất mang. Tỷ lệ này đảm bảo sự hấp phụ hiệu quả của enzyme lên bề mặt chất mang mà không gây lãng phí enzyme. Hiệu suất cố định đạt 82%, với hoạt tính tương đối của enzyme được duy trì ở mức cao.
2.2. Ảnh hưởng của pH và nhiệt độ
pH và nhiệt độ là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình cố định enzyme lipase. Nghiên cứu chỉ ra rằng, pH tối ưu cho quá trình cố định là 8.5, trong khi nhiệt độ tối ưu là 40°C. Enzyme lipase cố định trên hydrotalcite Mg có độ bền cao hơn so với enzyme tự do, đặc biệt trong điều kiện pH và nhiệt độ khắc nghiệt. Điều này giúp tăng khả năng ứng dụng của enzyme trong các quy trình sản xuất thực phẩm.
III. Ứng dụng enzyme lipase cố định trong công nghệ thực phẩm
Enzyme lipase cố định trên hydrotalcite Mg được ứng dụng trong quá trình thủy phân dầu thực vật, đặc biệt là dầu oliu và dầu dừa. Kết quả thử nghiệm cho thấy, enzyme lipase cố định có hiệu suất thủy phân cao hơn so với enzyme tự do, với mức độ thủy phân đạt 88% sau 6 giờ. Enzyme lipase cố định cũng có khả năng tái sử dụng nhiều lần mà vẫn duy trì được hoạt tính, mang lại hiệu quả kinh tế cao trong công nghệ thực phẩm.
3.1. Thủy phân dầu oliu
Enzyme lipase cố định trên hydrotalcite Mg được sử dụng để thủy phân dầu oliu. Kết quả cho thấy, pH tối ưu cho hoạt động của enzyme là 8.5, và nhiệt độ tối ưu là 40°C. Tỷ lệ dầu/nước tối ưu là 1:1, với tốc độ khuấy 350 vòng/phút. Sau 6 giờ thủy phân, mức độ thủy phân đạt 88%, cao hơn so với enzyme tự do. Enzyme lipase cố định cũng có độ bền cao hơn trong điều kiện pH và nhiệt độ khắc nghiệt.
3.2. Thủy phân dầu dừa
Thử nghiệm thủy phân dầu dừa bằng enzyme lipase cố định trên hydrotalcite Mg cho thấy, mức độ thủy phân đạt 71% sau 6 giờ. Kết quả này cho thấy tiềm năng ứng dụng của enzyme lipase cố định trong công nghệ thực phẩm, đặc biệt là trong sản xuất các sản phẩm từ dầu dừa. Enzyme lipase cố định có khả năng tái sử dụng nhiều lần mà vẫn duy trì được hoạt tính, giúp giảm chi phí sản xuất.
