ه محصول تاثیر می پذیرند .برای درک این که چگونه یک آنزیم در طی فرآین عمل می کند ،ابتدا اطلاعاتی از چگونگی فعالیت آنزیم ها تحت شرایط ایده ال لازم است (۴۱) .
آنزیم ها قادرند به طور اختصاصی در تغییر همه ماکرومولکول های بیولوژیکی اصلی ،پروتئین ها ،هیدرات های کربن ،چربی ها و اسیدهای نوکلئیک و نیز مولکول های کوچکتر نظیر اسید های آمینه ،قندها و ویتامین ها دخالت نمایند .این دلیل اصلی اهمیت آنزیم ها در صنایع غذایی است (۲۱) .

۱-۸-اثر عوامل مختلف روی فعالیت آنزیم ها :
-اثر دما روی آنزیم ها :
به طور کلی عملکرد مطلوب یا نامطلوب آنزیم ها بستگی به شرایط محیط داشته و باید همواره این شرایط مورد توجه قرار بگیرند .از جهت این که آنزیم ها مواد پروتئینی هستند ،طبیعتا عواملی که بر ویژگی های ساختمانی پروتئین ها اثر می گذارند می توانند خصوصیات عاملی آنزیم ها را نیز تحت تاثیر قراردهند .اساسا بهترین درجه حرارت برای فعالیت آنزیم ها ۳۰ تا ۴۰ درجه سانتی گراد است و معمولا در حرارت ۴۵ درجه دناتوره شدن آن ها آغاز می گردد .در حرارت های زیر نقطه انجماد ،فعالیت آنزیم ها کاهش یافته و در حرارت های بسیار پایین متوقف می گردد .در انجماد علاوه براین که از آب در دسترس آنزیم کاسته می شود ،عمل تلغیظ الکترولیت ها و یون های موجود صورت گرفته که این ها باعث دناتوره شدن آنزیم می گردند . در اینجا افزایش ویسکوزیته نیز مطرح است که دسترسی آنزیم و سوبسترا به یکدیگر را کاهش می دهد (۴) .

-اثر pH و فعالیت آبی روی آنزیم ها :
عامل موثر دیگر pH است ،به طور کلی pH بسیار بالا یا بسیار پایین اثر متوقف کننده روی فعالیت آنزیم دارد .آنزیم ها معمولا نیازمند یک pH خاصی برای انجام حداکثر میزان فعالیت خود می باشند .اگر چه بیش ترین اثر اکثر آنزیم ها در محدوده pH ،۴/۵ تا ۸ است .میزان فعالیت آب یا در دسترس بودن آب در سیستم های غذایی نیز نقش تعیین کننده روی فعالیت آنزیم ها دارد .دلیل مهم کاهش فعالیت آنزیمی تحت شرایط انجماد ناشی از همین موضوع است .وجود آب آزاد به دلیل تحرک و سیالیت بخشیدن به آنزیم و سوبسترا در سیستم غذایی ،دسترسی این دو به یکدیگر را تسهیل می نماید از این رو فعالیت آنزیمی را افزایش می دهد (۴) .

۱-۹-تثبیت آنزیم ها :
آنزیم تثبیت شده در مقایسه با آنزیم آزاد بدلیل برخوردار ی از مزایای چشمگیری مانند ،پایداری بیشتر ، کاربرد پیوسته آنزیم ،بازیابی آنزیم ،حجم کمتر واکنش ،کنترل بهتر و بازدهی بالاتر واکنش ،خلوص بیشتر محصول ،کاهش آلودگی محیط ،صرفه اقتصادی و استفاده از بیوکاتالیست تثبیت شده در گستره وسیعی از انواع بیوراکتورها روز به روز مورد توجه بیشتری قرار می گیرد (۱۵) .
در یک تثبیت کارآمد بایستی فاکتورهای متفاوتی را درنظر گرفت تا ضمن دستیابی به بهترین توازن بین میزان پایداری و فعالیت ،فرآیند با کمترین هزینه ممکن انجام پذیرد .امکان تثبیت آنزیمها با حامل های مختلف توسط روش های ،مختلفی صورت می گیرد. معمولا ارجحیت با روشی است که کمترین صدمه را به آنزیم وارد می کند. و در این میان سیستم های با سهولت و امنیت بیشتر و هزینه کمترایده آل می باشند و روش محبوس کردن تا حد زیادی این نیاز را در اغلب موارد تامین می کند (۵۴) .
در تثبیت آنزیمها ،پلیمر مورد استفاده می بایست غیر سمی باشد و پلیمرهای طبیعی از این نظر مناسب ترند. علاوه بر آن طبیعی بودن منبع تهیه این پلیمرها ،امکان دست یابی به آنها را راحت تر می کند. نقطه ضعف استفاده ازپلیمرها ی طبیعی در فرآیند تثبیت ،محدودیت امکان تغییر خواص آنها در رنج وسیع است(۲۰) .
تثبیت یک آنزیم مستلزم تعامل دو گونه آنزیم و حامل بوده و بنابراین ویژگی های سطحی هر دو مهم است. در مورد آنزیم ،گروه های قطبی (مانند گروه های آمینی روی لیزین یا گروه های اسیدی روی گلوتامیک اسید) ،مناطق سطحی غیر قطبی یا بخش های قندی می توانند خواص سطحی را تحت تاثیر قرار دهند. حامل می تواند برای مطابقت با هر کدام از این خواص سطحی آنزیم ،آماده شود .نیاز ضروری برای هر حاملی ،داشتن ناحیه سطحی بالاست .این را می توان از طریق ذرات با اندازه کوچک بدست آورد ،هر چند که این باعث جدایی دشوار می شود ،یا با مواد بسیار متخلخل با منافذی با ابعاد به اندازه کافی بزرگ که نفوذ سوبسترا ها را محدود نمی کند ،بدست آورد .علاوه بر این مواد باید به صورت شیمیایی و مکانیکی پایدار باشند (۵۰) .
در روش تثبیت آنزیم ، مولکو ل های آنزیم از طریق جذب فیزیکی یا اتصالات کوولانسی بر روی ساختاری با سطح زیاد متصل شده و یا درون ژل یا ساختارهای میکروکپسول کپسوله می شوند .به طور خاص اتصال از چند نقطه بین آنزیم و ماده یا سطح مورد استفاده برای تثبیت ،جلوی بازشدن ساختار درهم پیچیده مولکول پروتئین را می گیرد و درنتیجه ،پایداری افزایش می یابد (۱۴) .
روش تثبیت آنزیم به علت سهولت بازیابی و احیای کاتالیست ،امکان عملیات پیوسته ،و سادگی تلخیص محصولات مورد توجه است .اما معمولا کارایی زیست کاتالیستی ضعیف آنزیم تثبیت شده ،سبب کاهش پیشبرد استفاده از فرآیندهای زیستی نسبت به فرآیندهای شیمیایی شده است .بهبود کارایی زیست کاتالیستی با ساخت ساختارهایی به عنوان حامل هایی برای تثبیت آنزیم امکا ن پذیر است (۴۲) و (۱۲) .

۱-۹-۱-اهداف تثبیت آنزیم:
هدف از تثبیت آنزیم ،افزایش مقاومت آنزیم در شرایط شدید درجه حرارت ،pH ،حلال های آلی ،بازیافت و استفاده مجدد از آنزیم است .با وجود این مزایا ،کاربرد صنعتی آن به دلیل هزینه های بستر ،محدودیت های انتقال جرم ،نگرش سنتی ،تغییر در خواص (عملکرد اختصاصی) ،از بین رفتن فعالیت در طی تثبیت ،محدود شده است (۱۹) .

۱-۹-۲-اثرات تثبیت آنزیم روی پارامترهای سنتیکی :
ازمطالعه سنتیکی هیدرولیز لاکتوز توسط لاکتاز ،Km و Vmax برای آنزیم تثبیت شده و آزاد به صورت زیر می باشد:

همان طور که دیده می شود Vmax کمتر از Km تحت تاثیر تثبیت قرار می گیرد .به علت محصور بودن آنزیم تثبیت شده مقدار Km آن در مقایسه با آنزیم محلول بالاتر است .طبیعی است هنگام توصیف پارامترهای کنتیکی یک آنزیم ،km که مستقل از غلظت آنزیم است و Vmax که وابسته به آن می باشد معمولا به عنوان واحدها یا کاتال های فعالیت در میلی گرم پروتئین بیان می شوند .بنابراینKm بر تمایل آنزیم به سوبسترای آن و این که چگونه سرعت واکنش با افزایش [S] به حد اشباع می رسد ،دلالت دارد .لذا در اصطلاح عملی مقدارکم Km نشانگر این است که آنزیم در سطوح پائین سوبسترا کارایی موثر ( به عبارتی v بالا) و در سطوح بالای سوبسترا حالت معکوس دارد .دو آنزیم با یک مقدار Vmax ولی مقادیر کاملاٌ متفاوتKm کارایی بسیار متفاوتی در حین پروسس دارند .از این طریق می توان به وجود سوبستر ای مناسب بر ای هرآنزیمی پی برد . زیرا هرچهKm کوچکتر باشد ،سوبسترا بر ای آنزیم مناسب تر است .بطورکلی سوبسترایی مناسب تر است که نسبت Vm/Km آن کوچکتر باشد. جهت تعیین ثوابت سینتیکی آنزیم ،نیاز به بررسی رفتار سینتیکی آن می باشیم (۵۹) .

۱-۹-۳-مزایای آنزیم های تثبیت شده :
آنزیم ها کاتالیزورهای چندکاره ای هستندکه در زمینه های مختلفی نظیرصنایع غذایی،داروسازی
،شیمی و…به طور گسترده ای به کار گرفته می شوند .برای گسترش کاربرد آن ها در آزمایشگاها و صنایع و نیز برای اطمینان از استفاده مجدد آن ها در تولید ،نیاز به افزایش پایداری آنزیم است .تثبیت می تواند موضوع ناپایداری آنزیم را حل کند .برخی از مزایای آنزیم های تثبیت شده عبارت انداز : پایداری بیشتر آنزیم ،امکان اسفاده چند باره ازیک منبع آنزیمی و جداسازی آسان آن از مخلوط واکنش است .آنزیم ها ترکیبات نسبتا ناپایداری هستند که هزینه خالص سازی آن ها بالاست و زمانی که به صورت محلول در واکنش استفاده می شوند بازیافت آن ها از مخلوط واکنش بسیار مشکل خواهد بود .مشکل اصلی آن ها ، حساس و شکننده بودن آن ها نسبت به شرایط سخت محیطی است که منجر به این امر می شود که نیمه عمر عملکردی آنزیم کاهش یابد .بهترین و موفق ترین روش برای غلبه براین مشکل ،تثبیت آنزیم است (۶) .

۱-۱۰-روش های تثبیت آنزیم:
اغلب روش های تثبیت به پنج دسته تقسیم می شوند که هرکدام مزایا و معایب خود را دارند:
۱-تثبیت با جذب غیر کوالانسی
۲-تثبیت از طریق فعل و انفعالات یونی
۳-تثبیت با اتصالات کوالانسی
۴-تثبیت به وسیله اتصال عرضی آنزیم ها
۵-تثبیت به وسیله به دام انداختن در یک ژل پلیمری یا کپسول

۱-۱۰-۱-تثبیت با جذب غیر کوالانسی:
جذب آنزیم بر روی حامل ها می توانند بوسیله انواع مختلفی از فعل و انفعالات انجام گیرد .آنزیم های دارای سطوح لیپوفیل بالا اتصال خوبی با یک حامل هیدروفوب ایجاد می کنند .نیروهای واندروالسی و تغییرات آنتروپی ،تثبیت آنزیم بر روی حامل را تضمین می کند .باقیمانده های قندی آنزیم های گلیکوزیله شده می تواند جذب از طریق پیوندهای هیدروژنی را اطمینان بخشند .و مناطق سطحی هیدروفیلیک زیادی از آنزیم با حامل هیدروفیل واکنش می دهند(۵۰) .
مزیت تثبیت بوسیله تاثیرات آنتروپی یا پیوندهای هیدروژنی این است که آنزیم پیش تیمار نشده و از نظر شیمیایی تغییر نمی یابد .هم چنین امکان استفاده از آنزیم خام در این نوع تثبیت ها وجود دارد .تغییر شرایط تثبیت به مقدار زیادی نتایج را تغییر می دهد و در نتیجه می تواند دستکاری مستقیم آنزیم را ممکن سازد.عیب مهم تثبیت توسط جذب سطحی این است که آنزیم تمایل به نشت از حامل را هنگام استفاده در محیط های آبی دارد .که اگر حلال های آلی استفاده شود ،به دلیل ماندگاری ذاتی آنزیم ها در چنین محیط هایی ،این موضوع حائز اهمیت نیست(۲۱) .

۱-۱۰-۲-تثبیت از طریق فعل و انفعالات یونی :
بسته به pH و نقطه ایزوالکتریک محلول ،ممکن است سطح آنزیم دارای بار باشد .با به کارگیری سیستم های مدل سازی می توان توزیع و بار سطحی آنزیم ها را تعیین نمود هر مبدل یونی می تواند از طریق واکنش های قطبی و یونی به عنوان یک حامل در تثبیت آنزیم ها عمل کند .بسته به بار اصلی آنزیم ،مبدل های یونی به صورت منفی (نظیر کربوکسیلات) یا مثبت (گروه های آمینی پروتون دار) باردار می شوند .فعالیت و قابلیت عملکردانتخابی آنزیم ها بسته به pH و دمای به کار رفته درتثبیت متفاوت می باشد که این امر بدلیل یونیزاسیون آنزیم حین فرآیند تثبیت است .مثالی از این نوع ،تثبیت آنزیم بنزآلدئیدلیاز می باشد ؛از طریق کمپلکس ایمیدازول و نیکل متصل به پلی وینیل پیرولیدون به عنوان ماتریکس تثبیت شده و می تواند چندین بار برای تشکیل بنزوئین مورد استفاده قرار گیرد (۲۲) .

شکل ۱-۳-آنزیم بنزآلدئید لیاز به همراه زنجیره اش از طریق حامل اصلاح شده با نیکل تثبیت شده و تشکیل

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید