Tài liệu Khảo sát hoạt tính lipase và phản ứng transeste hóa xúc tác enzym callera trans ljp30070 trên nguồn dầu ăn đã qua sử dụng

ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƯ PHẠM BỘ MÔN SƯ PHẠM HÓA HỌC ---------- KHẢO SÁT HOẠT TÍNH LIPASE VÀ PHẢN ỨNG TRANSESTE HÓA XÚC TÁC ENZYM CALLERA TRANS LJP30070 TRÊN NGUỒN DẦU ĂN ĐÃ QUA SỬ DỤNG Luận văn tốt nghiệp Ngành: Sư phạm Hóa học Giáo viên hướng dẫn TS. Phan Thị Bích Trâm Sinh viên thực hiện Võ Thị Tú Nhi Lớp: Sư phạm Hóa học Khóa 36 MSSV: 2102183 Cần Thơ, 2014 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm luận văn tôi đã học tập và tích lũy được nhiều kiến thức, kinh nghiệm bổ ích làm hành trang vững chắc giúp tôi bước trên con đường sắp tới. Để đạt được những kết quả như ngày hôm nay ngoài nỗ lực bản thân; tôi còn nhận được sự động viên, giúp đỡ của gia đình, thầy cô, bạn bè vào những lúc khó khăn. Vì thế, tôi xin dành trang đầu tiên này để gởi lời cám ơn chân thành đến: - Cô Phan Thị Bích Trâm đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo, động viên và tạo mọi điều kiện cho tôi hoàn thành tốt luận văn này. - Cô Phan Thị Ngọc Mai, thầy Nguyễn Mộng Hoàng và thầy Nguyễn Điền Trung đã truyền đạt và chỉ bảo tôi nhiều kinh nghiệm trong quá trình nghiên cứu. - Tất cả các thầy cô Bộ môn Sư phạm Hóa học–Khoa Sư Phạm, Trường Đại học Cần Thơ đã giúp đỡ cũng như đóng góp những ý kiến giúp luận văn của tôi được hoàn thiện hơn. - Gia đình, bạn bè luôn hỗ trợ, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cám ơn! SVTH: Võ Thị Tú Nhi i Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ----------  ---------- ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... SVTH: Võ Thị Tú Nhi ii Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ----------  ---------- .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... SVTH: Võ Thị Tú Nhi iii Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. i NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ...............................................................ii NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ................................................................ iii MỤC LỤC ................................................................................................................. iv DANH MỤC BẢNG ................................................................................................viii DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................. x Chương 1 PHẦN MỞ ĐẦU ....................................................................................... 1 1.1. Đặt vấn đề ......................................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu đề tài .................................................................................................. 2 1.3. Nội dung nghiên cứu ......................................................................................... 2 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................. 3 2.1 Enzym lipase ................................................................................................. 3 2.1.1 Định nghĩa ............................................................................................. 3 2.1.2 Cấu trúc lipase ....................................................................................... 3 2.1.3 Cơ chế phản ứng của lipase [14],[15] ..................................................... 4 2.1.4 Nguồn thu nhận lipase............................................................................ 4 2.1.5 Ứng dụng lipase [19] .................................................................................. 5 2.1.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính lipase ............................................. 6 2.1.6.1 pH ...................................................................................................... 6 2.1.6.2 Nhiệt độ ............................................................................................. 7 2.1.6.3 Chất hoạt hóa ..................................................................................... 7 2.1.6.4 Chất kìm hãm ..................................................................................... 7 2.1.6.5 Nồng độ enzym/cơ chất ...................................................................... 7 2.2 Biodiesel (BDF) ............................................................................................ 8 2.2.1 Khái niệm .............................................................................................. 8 SVTH: Võ Thị Tú Nhi iv Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm 2.2.2 Ưu và nhược điểm của BDF ................................................................... 8 2.2.3 Các phương pháp điều chế BDF ............................................................. 9 2.2.3.1 Phương pháp sấy nóng ....................................................................... 9 2.2.3.2 Phương pháp pha loãng ...................................................................... 9 2.2.3.3 Phương pháp Crackinh ..................................................................... 10 2.2.3.4 Phương pháp nhũ tương hóa ............................................................. 10 2.2.3.5 Phương pháp transester hóa .............................................................. 10 2.2.4 Các phương pháp thực hiện phản ứng transester hóa điều chế BDF ..... 11 2.2.4.1 Phương pháp hóa học (khuấy – gia nhiệt) ......................................... 11 2.2.4.2 Phương pháp siêu âm ....................................................................... 11 2.2.4.3 Phương pháp vi sóng ........................................................................ 11 2.2.4.4 Phản ứng transester hóa môi trường siêu tới hạn ............................... 12 2.2.5 Các loại xúc tác trong phản ứng transester hóa ......................................... 12 2.2.5.1 Xúc tác bazơ ..................................................................................... 12 2.2.5.2 Xúc tác axit ........................................................................................ 12 2.2.5.3 Xúc tác enzym ................................................................................... 13 2.2.5.4 Xúc tác dị thể .................................................................................... 13 2.2.6 Tình hình nghiên cứu và sản xuất BDF trên thế giới và trong nước ...... 13 2.2.6.1 Tình hình nghiên cứu và sản xuất BDF trên thế giới ......................... 13 2.2.6.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất BDF trong nước ........................... 14 2.3 Phản ứng transester hóa xúc tác enzym lipase ............................................. 14 2.3.1 Cơ chế phản ứng transester hóa ............................................................... 14 2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng transester hóa xúc tác enzym lipase …………. ................................................................................................ 16 2.3.2.1 Nhiệt độ ........................................................................................... 16 2.3.2.2 Tỉ lệ mol metanol/dầu ....................................................................... 16 2.3.2.3 Tỉ lệ enzym/cơ chất .......................................................................... 17 2.3.2.4 Hàm lượng nước ............................................................................. 17 2.3.2.5 Thời gian phản ứng .......................................................................... 17 SVTH: Võ Thị Tú Nhi v Luận văn tốt nghiệp 2.4 GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm Dầu ăn đã qua sử dụng ................................................................................ 17 2.4.1 Nguồn thu nhận.................................................................................... 17 2.4.2 Thành phần hóa học của dầu ăn đã qua sử dụng ................................... 18 2.4.3 Tính chất của dầu ăn đã qua sử dụng .................................................... 18 2.4.4 Ưu và nhược điểm của dầu ăn đã qua sử dụng để sản xuất BDF ........... 19 2.5 Sắc ký lớp mỏng ........................................................................................ 20 Chương 3 THỰC NGHIỆM .................................................................................... 22 3.1 Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ và trang thiết bị .......................................... 22 3.1.1 Nguyên liệu ......................................................................................... 22 3.1.2 Hóa chất............................................................................................... 22 3.1.3 Dụng cụ và thiết bị ............................................................................... 22 3.2 Khảo sát thành phần nguyên liệu ................................................................. 22 3.2.1 Xác định chỉ số axit.............................................................................. 22 3.2.2 Xác định chỉ số xà phòng ..................................................................... 23 3.2.3 Xác định hàm lượng protein của enzym ............................................... 24 3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzym ................................................. 25 3.3.1 Phương pháp xác định hoạt tính lipase ................................................. 25 3.3.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính lipase.............................. 27 3.3.2.1 Ảnh hưởng của pH ........................................................................... 27 3.3.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ ..................................................................... 27 3.3.2.3 Ảnh hưởng của độ bền nhiệt ............................................................... 28 3.3.2.4 Ảnh hưởng của dung môi (metanol và etanol) .................................... 28 3.4 Khảo sát phản ứng transester hóa xúc tác enzym lipase ................................... 29 3.4.1 Quy trình thực hiện .............................................................................. 29 3.4.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng transeste hóa xúc tác enzym lipase ...................................................................................................... 30 3.4.2.1 Nhiệt độ ........................................................................................... 30 3.4.2.2 Tỉ lệ % (v/w) enzym/dầu .................................................................. 30 SVTH: Võ Thị Tú Nhi vi Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm 3.4.2.3 Tỉ lệ mol metanol/dầu ....................................................................... 31 3.4.2.4 Thời gian phản ứng .......................................................................... 31 3.5 Kiểm tra độ sạch của BDF bằng sắc ký bản mỏng ....................................... 32 Phần 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................................... 33 4.1 Thành phần nguyên liệu .............................................................................. 33 4.1.1 Chỉ số axit và chỉ số xà phòng .............................................................. 33 4.1.2 Hàm lượng protein của enzym ............................................................. 34 4.2 Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzym lipase ............. 35 4.2.1 Ảnh hưởng của pH ............................................................................... 35 4.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ ....................................................................... 36 4.2.3 Ảnh hưởng của độ bền nhiệt theo thời gian .......................................... 37 4.2.4 Ảnh hưởng của metanol và etanol ........................................................ 38 4.3 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng transester hóa ......... 39 4.3.1 Nhiệt độ ............................................................................................... 39 4.3.2 Tỉ lệ mol metanol/dầu .......................................................................... 40 4.3.3 Lượng enzym xúc tác .......................................................................... 42 4.3.4 Thời gian phản ứng .............................................................................. 44 4.4 Kết luận và kiến nghị .................................................................................. 46 4.4.1 Kết luận ............................................................................................... 46 4.4.2 Kiến nghị ............................................................................................. 46 SVTH: Võ Thị Tú Nhi vii Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Một số ứng dụng của lipase ........................................................................ 5 Bảng 3.1 Xây dựng đường chuẩn ............................................................................. 25 Bảng 4.1 Chỉ số axit và chỉ số xà phòng của dầu ..................................................... 33 Bảng 4.2 Hàm lượng protein của enzym Callera Trans LJP30070 ........................... 34 SVTH: Võ Thị Tú Nhi viii Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Mô hình enzym lipase ................................................................................... 3 Hình 2.2 Phản ứng thủy phân triglyxerit của lipase ..................................................... 4 Hình 2.3 Phản ứng tổng hợp ester của lipase .............................................................. 4 Hình 2.4 Cơ chế xúc tác của enzym lipase trong phản ứng transester hóa ................. 15 Hình 3.1 Sắc ký bản mỏng mỡ cá và sắc ký bản mỏng metyl este ............................. 32 Hình 4.1 Đường chuẩn Albumin ............................................................................... 34 Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của pH đến hoạt tính lipase ........................ 35 Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt tính của lipase .......... 36 Hình 4.4 Đồ thị biểu diễn độ bền nhiệt theo thời gian của lipase ............................... 37 Hình 4.5 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của metanol và etanol đến hoạt tính enzym lipase .................................................................................................................................. 38 Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng ............... 39 Hình 4.7 Sắc ký bản mỏng sản phẩm metyl este ở các nhiệt độ khác nhau ................ 40 Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỉ lệ mol metanol/dầu đến hiệu suất chuyển hóa metyl este............................................................................................................ 41 Hình 4.9 Sắc ký bản mỏng sản phẩm metyl este ở các tỉ lệ mol metanol/dầu khác nhau .................................................................................................................................. 41 Hình 4.10 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của lượng enzym đến hiệu suất chuyển hóa ... 42 metyl este .................................................................................................................. 42 Hình 4.11 Sắc ký bản mỏng sản phẩm metyl este ở các lượng enzym khác nhau ....... 43 Hình 4.12 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất chuyển hóa metyl este............................................................................................................ 44 Hình 4. 13 Sắc ký bản mỏng sản phẩm metyl este ở các thời gian phản ứng khác nhau .............................................................................................................................................44 SVTH: Võ Thị Tú Nhi ix Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Asp : Acid aspartic BDF : Biodiesel BSA : bovine serum albumin (albumin huyết thanh bò) DO : diesel FAME : Fatty Acid Metyl ester (metyl este) FFA : Free Fatty Acid Glu : Glutamin acid residue Gly : Glycine residue His : Histidine residue HPLC: High Performance Liquid Chromatography ( Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao) OD : optical density (mật độ quang) Ser : Serine residue SVTH: Võ Thị Tú Nhi x Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI Đề tài nghiên cứu nhằm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính lipase trên nguồn dầu ăn đã qua sử dụng với xúc tác là enzym Callera Trans LJP30070. Trên cơ sở đó thực hiện phản ứng transeste hóa điều chế Biodiesel từ nguồn dầu ăn đã qua sử dụng xúc tác enzym đạt hiệu quả cao nhất. Kết quả đề tài đã xác định được enzym Callera Trans LJP30070 hoạt động tối ưu với cơ chất là nguồn dầu ăn đã qua sử dụng trong khoảng pH 7÷8, nhiệt độ tối ưu là 70oC, độ bền nhiệt trong khoảng 50÷55oC và enzym bị giảm hoạt tính dưới tác dụng của cả metanol và etanol. Khi thực hiện phản ứng transeste hóa nguồn dầu ăn đã qua sử dụng với xúc tác enzym Callera Trans LJP30070 ở nhiệt độ 40oC, tỉ lệ mol metanol/dầu là 6:1, lượng enzym là 3% trong thời gian phản ứng là 36 giờ thì hiệu suất chuyển hóa metyl este khá cao và sản phẩm thu được tương đối sạch. Tuy nhiên, hiệu suất chuyển hóa lại thấp hơn hiệu suất ở nhiệt độ 40oC trong 24 giờ khoảng 3,98%. SVTH: Võ Thị Tú Nhi xi Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm Chương 1 PHẦN MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Năng lượng và môi trường sống từ lâu đã trở thành một nhân tố tác động trực tiếp đến sự phát triển kinh tế và xã hội của hầu hết các quốc gia. Trong các nguồn năng lượng hiện nay thì năng lượng hóa thạch vẫn là nguồn năng lượng chủ yếu trong phát triển kinh tế xã hội loài người. Tuy nhiên, với sự phát triển ồ ạt của công nghiệp hóa, hiện đại hóa như ngày nay thì nguồn năng lượng hóa thạch sẽ ngày càng cạn kiệt. Không những thế việc khai thác và sử dụng năng lượng hóa thạch còn gây ra những tác động xấu đến môi trường như hiệu ứng nhà kính, ô nhiễm môi trường… Vì vậy, việc tìm ra một nguồn năng lượng mới thân thiện với môi trường để thay thế cho nguồn năng lượng hóa thạch là hết sức cần thiết.[8] Hiện nay, trên thế giới đã và đang có nhiều công trình nghiên cứu về nguồn năng lượng tái sinh như năng lượng Mặt trời, năng lượng gió, năng lượng thủy triều, năng lượng từ sinh khối… để thay thế cho năng lượng hóa thạch. Trong đó đáng chú ý là nguồn năng lượng từ sinh khối mà đặc biệt là Biodiesel (BDF) hay còn gọi là diesel sinh học. Đây là một loại nhiên liệu xanh thân thiện với môi trường và có thể được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu sẵn có như dầu thực vật, mỡ động vật, các phế phẩm nông nghiệp (rơm, cà phê,…)… Việt Nam là một nước nông nghiệp có nguồn sinh khối dồi dào nên các nhà khoa học nước ta đã và đang bắt tay vào việc nghiên cứu các phương pháp điều chế Biodiesel từ các nguồn nguyên liệu có sẵn này và thu được nhiều kết quả khả quan. Hơn nữa, Biodiesel có thể được điều chế từ dầu mỡ động thực vật nên nếu ta vận dụng nguồn dầu ăn đã qua sử dụng để tổng hợp BDF thì sẽ giảm được chi phí sản xuất và giảm lượng dầu thải gây ô nhiễm môi trường. Đã có nhiều công trình nghiên cứu việc điều chế biodesel từ nguồn dầu ăn đã qua sử dụng bằng nhiều phương pháp khác nhau [10]. Trong đó phương pháp được sử dung phổ biến nhất là phương pháp transester hóa với nhiều loại xúc tác như bazơ, axit, enzym… Trong đó, việc thực hiện phản ứng transester hóa xúc tác enzym vẫn còn khá mới. Việc sử dụng xúc tác sinh học so với SVTH: Võ Thị Tú Nhi 1 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm xúc tác hóa học có nhiều ưu điểm hơn như điều kiện phản ứng ôn hòa, không có phản ứng phụ, việc tách pha và thu hồi glyxerol dễ dàng, hiệu xuất phản ứng cao, xúc tác có thể tái sử dụng nhiều lần… Với những ưu điểm trên thì việc sử dụng enzym lipase để xúc tác cho phản ứng transester hóa để điều chế Biodiesel là hết sức cần thiết. Chính vì vậy mà đề tài “Khảo sát hoạt tính enzym lipase và phản ứng transester hóa với xúc tác Callera Trans LJP30070 trên nguồn dầu ăn đã qua sử dụng” được thực hiện. 1.2. Mục tiêu đề tài Xác định các điều kiện tối ưu về hoạt tính của enzym Callera Trans LJP30070 trên nguồn dầu ăn đã qua sử dụng, trên cơ sở đó khảo sát các điều kiện để thực hiện phản ứng transester hóa xúc tác enzym Callera Trans LJP30070 đạt hiệu suất cao nhất. 1.3. Nội dung nghiên cứu 1. Khảo sát nguồn nguyên liệu và các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzym lipase Callera Trans LJP30070 trên nguồn dầu ăn đã qua sử dụng. 2. Khảo sát phản ứng transester hóa xúc tác enzym lipase trên nguồn dầu ăn đã qua sử dụng để điều chế Biodiesel. SVTH: Võ Thị Tú Nhi 2 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Enzym lipase 2.1.1 Định nghĩa Lipase (triacylglycerol acylhydrolase EC.3.1.1.3) là enzym xúc tác thủy phân triglyxerit thành điglyxerit, monoglyxerit hoặc glyxerol và các axit béo tiếp diện phân pha dầu nước. Chúng hiện diện rông rãi trong tự nhiên (chiếm 5% trong thị phần enzym thế giới, chỉ đứng sau rotease và cacbohydrat).[17] 2.1.2 Cấu trúc lipase Hình 2.1 Mô hình enzym lipase Cấu trúc chung enzym lipase gồm một phiến β ở giữa các nhóm serin hoạt động. Trung tâm hoạt động là bộ ba Ser, His và Asp (hoặc Glu). Trên serin là một khe kỵ nước được hình thành sau hoạt hóa. Cấu trúc ba chiều của lipase đều theo một kiểu chung, trong nếp gấp α, β của enzym có 8 liên kết β song song, chủ yếu được bao quanh bởi xoắn α. Ngoại trừ các điểm chung về khả năng xúc tác thông dụng thì lipase từ những nguồn khác nhau có rất ít điểm chung ở cấp độ axit amin. Trong hầu hết cấu SVTH: Võ Thị Tú Nhi 3 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm trúc lipase, đầu serin hoạt động trong chuỗi pentapeptit có trình tự Gly–X1–Ser–X2 – Gly [10],[17] 2.1.3 Cơ chế phản ứng của lipase [14],[15] Lipase xúc tác cho nhiều phản ứng hóa học khác nhau, trong đó được quan tâm nhiều nhất là phản ứng thủy phân và phản ứng tổng hợp este. Triglyxerit COOR1 COOR2 Monoglyxerit Diglyxerit COOH lipase COOR3 COOR2 COOH lipase COOR3 COOH lipase COOH COOH COOR3 R2COOH Axit béo R1COOH Axit béo Glyxerol COOH R3COOH Axit béo Hình 2.2 Phản ứng thủy phân triglyxerit của lipase R1COOH + R2OH lipase R1COOR2 + H2O Hình 2.3 Phản ứng tổng hợp ester của lipase Lipase không tan trong các dung môi không phân cực (dầu) mà chỉ tan trong nước và các dung môi phân cực. Do đó, lipase chỉ hoạt động ở bề mặt phân cách hai pha dầu-nước, nên lượng dầu tồn tại ở mặt phân cách sẽ quyết định hoạt tính lipase. Để khắc phục hiện tượng này người ta có thể tăng diện tích tiếp xúc bằng cách tạo thể nhũ tương dầu bởi sự khuấy động mạnh với tác nhân nhũ hóa thích hợp. 2.1.4 Nguồn thu nhận lipase 2.1.4.1 Từ động vật [6],[14] Nguồn lipase từ động vật được biết đến sớm nhất. Khá phổ biến là lipase từ tuyến tụy của bò, cừu và lợn. Những enzym tuyến tụy này được tiết ra ở tá trạng, xúc tác cho sự thủy phân triglyxerit. Lipase tuyến tụy có thể thủy phân hoàn toàn triglyxerit, phân tử lượng khoảng 45-50 kDa, không có hoặc có rất ít phospholipids và được hoạt hóa ở bề mặt phân chia pha dầu nước, nhưng lại bị ức chế bởi muối mật. SVTH: Võ Thị Tú Nhi 4 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm 2.1.4.2 Từ thực vật [14],[23] Ở thực vật, lipase được tìm thấy ở mô dự trữ của các hạt có dầu như: hạt đậu nành, đậu phộng và hạt của các cây cải dầu, cây bông…các lipase được hình thành trong quá trình nảy mầm của hạt. 2.1.4.3 Từ vi sinh vật [21],[24] Lipase từ vi sinh vật có những ưu điểm hơn hẳn lipase từ động vật và thực vật vì thế được quan tâm và sản xuất nhiều nhất. Do vi sinh vật có khả năng tổng hợp một lượng enzym lớn trong khoảng thời gian ngắn, hoạt tính của enzym cao hơn hoạt tính của enzym được tổng hợp từ động, thực vật. Lipase thu nhận từ vi sinh vật bao gồm vi khuẩn, nấm men, nấm mốc,… Lipase từ vi khuẩn được nghiên cứu khá sớm và đầy đủ. Vi khuẩn được sử dụng trong quá trình tổng hợp lipase thường là Acromobacter sp., Alcaligenes sp., Arthrobacter sp., Pseudomonas sp.,Chromobacterium sp.,… Lipase từ nấm men có nhiều ưu điểm về tính ổn định theo pH và nhiệt độ, tính đặc hiệu với cơ chất và khả năng hoạt động trong dung môi hữu cơ. Lipase thương mại thường được sản xuất bởi Aspergillus niger, Candida cylindracea, Hummicola lanuginosa, Mucor miehei, Rhizopus arrhizus, Rhizopus delemar,… Lipase từ nấm mốc tìm thấy ở một số loài như Aspergillus, Rhizopus (tách từ quả dừa), Rhizopus oryzae (phân lập từ dầu dừa), … 2.1.5 Ứng dụng lipase [19] Lipase được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Một số ứng dụng của lipase được tổng hợp trong bảng sau: Bảng 2.1 Một số ứng dụng của lipase Ngành công nghiệp Chất tẩy rửa SVTH: Võ Thị Tú Nhi Phản ứng Sản phẩm hoặc ứng dụng Thủy phân chất béo Loại vết dầu mỡ trên vải 5 Luận văn tốt nghiệp Sữa và thực phẩm từ sữa GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm Thủy phân chất béo, làm chin phô mai, thay đổi thành Tăng cường hợp chất tạo hương vị cho sữa, phô mai và bơ phần bơ sữa. Bánh kẹo Cải thiện mùi vị Thức uống Kéo dài thời gian bảo quản Tăng cường hương vị Nước sốt Cải thiện chất lượng Thực phẩm dinh dưỡng Thịt cá Thức uống Mayonnaise, dressing whippings Chuyển hóa ester Thực phẩm dinh dưỡng Cải thiện mùi vị Sản phẩm thịt cá loại mỡ Bơ ca cao, margarine, acid béo, Dầu béo Chuyển hóa ester, thủy phân Hóa chất Phản ứng tổng hợp đặc hiệu Hợp chất vòng chiral, hóa chất Dược phẩm Chuyển hóa ester, thủy phân Hỗ trợ tiêu hóa, trao đổi chất glyxerol, mono và điglyxerit Mỹ phẩm Tổng hợp Thuộc da Thủy phân Sản phẩm thuộc da Giấy Thủy phân Giầy chất lượng cao 2.1.6 Chất nhũ hóa, chất làm ẩm Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính lipase 2.1.6.1 pH pH môi trường ảnh hưởng đến mức độ ion hóa của cơ chất, phức chất enzym-cơ chất, độ bền và hoạt tính enzym. Phần lớn enzym hoạt động mạnh ở pH trung tính (6÷8). Một số khác hoạt động ở pH axit (1,5÷2) hay pH kiềm (9,5÷10). Mỗi enzym có một giới hạn pH cho hoạt động xúc tác. Giá trị pH mà tại đó khả năng hoạt động của enzym cao nhất được gọi là pH tối ưu. Ngoài pH tối ưu, tốc độ phản ứng của enzym SVTH: Võ Thị Tú Nhi 6 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm giảm đi nhanh chóng. Giá trị pH tối ưu của enzym không cố định mà phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như bản chất và nồng độ cơ chất, tính chất dung dịch đệm, nhiệt độ. 2.1.6.2 Nhiệt độ Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến tốc độ phản ứng của enzym. Tốc độ phản ứng của enzym không phải lúc nào cũng tỷ lệ thuận với nhiệt độ phản ứng. Nhiệt độ tương ứng với tốc độ phản ứng enzym cao nhất được gọi là nhiệt độ tối ưu. Nhiệt độ tối ưu của enzym phụ thuộc nhiều vào sự có mặt của cơ chất, pH, lực ion của môi trường. Phần lớn enzym hoạt động mạnh nhất ở nhiệt độ 35oC÷50oC. Nếu đưa nhiệt độ cao hơn mức nhiệt độ tối ưu hoạt tính enzym sẽ giảm. Khi đó enzym không có khả năng phục hồi lại hoạt tính. Ngược lại, ở nhiệt độ 0oC enzym bị hạn chế hoạt động rất mạnh nhưng khi nâng nhiệt độ lên từ từ thì hoạt tính enzym sẽ tăng dần đến mức tối ưu. 2.1.6.3 Chất hoạt hóa Chất hoạt hóa là chất làm tăng hoạt tính xúc tác của enzym nên làm tăng tốc độ phản ứng. Chất hoạt hóa thường là:  Các chất hữu cơ phức tạp (cenzyme, vitamin) như NAD+, NADP+,…  Các ion kim loại như K+, Na+, Mg2+, Ca2+,… 2.1.6.4 Chất kìm hãm Chất kìm hãm là chất làm giảm hoạt tính xúc tác của enzym, nên làm giảm tốc độ phản ứng. Các chất kìm hãm có bản chất hóa học khác nhau có thể là ion kim loại, phân tử vô cơ, hữu cơ và protein. Có 2 loại chất kìm hãm: chất kìm hãm cạnh tranh và chất kìm hãm không cạnh tranh. 2.1.6.5 Nồng độ enzym/cơ chất Khi nồng độ cơ chất còn ở mức thấp, tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ cơ chất. Khi nồng độ cơ chất tiến tới giá trị cực đại thì tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ enzym. Khi lượng cơ chất đầy đủ, tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ enzym. Nồng độ enzym càng lớn bao nhiêu thì lượng cơ chất biến đổi càng nhiều bấy nhiêu. SVTH: Võ Thị Tú Nhi 7 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Bích Trâm 2.2 Biodiesel (BDF) 2.2.1 Khái niệm Biodiesel (BDF) hay Diesel sinh học là thuật ngữ dùng để chỉ loại nhiên liệu dùng cho động cơ diesel được sản xuất từ dầu mỡ động, thực vật. Về phương diện hóa học thì BDF là các ankyl este, thông dụng nhất là metyl este, thường được điều chế bằng phản ứng transeste chuyển đổi hay este hóa của các triglyxerit, axit tự do với ancol bậc nhất no đơn chức mạch từ C1-C4 [8] Nhiên liệu sinh học là nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường và có thể sản xuất từ các nguồn nguyên liệu có sẵn, nên nhiên liệu sinh học đang là giải pháp của nhiều quốc gia trong việc tìm kiếm nguồn năng lượng mới. 2.2.2 Ưu và nhược điểm của BDF [4],[11],[13]  Ưu điểm  Về môi trường - Giảm lượng khí thải CO2, CO, NOx,… hạn chế tình trạng ô nhiễm. - Khi cháy ít gây ra khí thải độc hại ảnh hưởng đến sức khỏe. - Có khả năng phân hủy và không độc (phân hủy nhanh hơn diesel 4 lần, phân hủy từ 85÷88% trong nước sau 28 ngày).  Về kỹ thuật - Chỉ số cetan cao hơn diesel. - Hạn chế việc ăn mòn thiết bị và tạo cặn trong buồng đốt. - BDF có điểm chớp cháy cao hơn DO, đốt cháy an toàn và an toàn trong quá trình vận chuyển, sử dụng. - BDF có tính bôi trơn tốt. - BDF có tính năng tương tự DO và rất linh động nên khi sử dụng BDF để pha trộn với DO thì không cần cải tiến chi tiết động cơ (riêng đối với các hệ thống ống dẫn, bồn chứa làm bằng nhựa thì thay bằng vật liệu kim loại). SVTH: Võ Thị Tú Nhi 8