Hàng năm hoạt động trong ngành nông nghiệp đã thải ra môi trường hàng ngàn tấn phế phấm và đang là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường. Neu lượng phế phẩm này được xử lý làm thức ăn gia súc hoặc phân bón vi sinh thì sẽ là một nguồn lợi lớn. Vì vậy, trên thế giới và ở Việt Nam đã có những nghiên cún về khả năng
sinh cellulase của các visinh
vật trong đất để phân giải cellulose từ các phế phẩm nông nghiệp. Đặc biệtxạ khuẩn là một loài vi sinh vật có khả năng sinh cellulase khá mạnh và có thể cho nguồn enzyme dồi dào phục vụ cho việc xử lý rác thải, chế biến thức ăn gia súc probiotin...
Khả năng sinh tổng họp cellulase của xạ khuẩn đã được nghiên cứu tò rất lâu.
Ngay từ năm 1930, Jensen đã phân lập được nhiều loài Micromonospora có khả năng thủy phân cellulose. Krainsky (1941) nghiên cứu khả năng phân giải cellulose của một số loài Streptomyces. Enger và Sleeper (1965) chứng minh cellulase do Streptomyces antỉbỉolỉcus là thuộc loại cx, bằng phương pháp điện di các tác giả đã cho rang enzyme
chủng Streptomyces sp.0143 và nhận thấy enzyme này tác động lên CMC, thích hợp nhất ở pH 5,9 và nhiệt độ là 37°c. Golovina và cs (1968) đã tuyển chọn được chủng Streptomyces dỉastatỉcus tò đất rừng, phát triển tốt nhất ở 40°c, tổng họp cellulase và hemicellulase. Fergus (1969) nhận thấy T.curvata tổng họp khá nhiều enzyme cx khi nuôi trên môi trường có CMC. Khả năng tích lũy cx còn thấy ở một số loài khác như Streptomyces rectes, Streptomyces thermovulgarỉs. Stuzeberger và cs (1971) nuôi cấy T.curvata ưa nhiệt trên môi trường chứa cellulose vi tinh thể và cao nấm men có bổ sung 0.1 % bông nghiền nhỏ thì khả năng tích lũy C] và cx tăng lên rõ rệt.
Nhìn chung đã có khá nhiêu nghiên cứu vê Streptomỵces, đánh giá, phân loại, nghiên cứu điều kiện tối ưu để sản sinh cellulase cao nhất (Mc. Carthy và cs 1984;
Goodfellow,1971; Jones, 1975 và Wilian, 1983).
Amira M. Và cs (1988) nghiên cứu sự tống hợp cellulase từ Streptomyces sp.AT7, nhận thấy chủng này tổng họp cả Ci và cx trong môi trường lỏng chứa 2%
CMC với hoạt tính cao nhất ở 36°c, tương ứng hoạt tính Ci là 6mg/ml/giờ sau 2 ngày và cx là 13.6 mg/ml/giờ sau 9 ngày.
Ở Việt Nam có một số công trình nghiên cứu về xạ khuẩn tổng hợp cellulase như:
Nguyễn Đình Quyến và cs (1986) đã phân lập và định danh 30 chủng ưa nhiệt và ưa ẩm nhận thấy các chủng này có kha năng phân giải CMC và avicel, trong đó có 1 chủng thể hiện hoạt tính exoglucanase khá mạnh.
Phạm Văn Ty và cs (1990) đã phân lập được hàng trăm chủng xạ khuẩn ưa nhiệt và ưa ẩm thuộc chi Streptomyces trong đó chủng Streptomyces L3 có hoạt tính phân giải CMC và avicel mạnh nhất.
Vũ Thị Thanh Bình và cs (1990) đã phân lập được hàng trăm chủng xạ khuẩn ưa nhiệt, trong đó có 10 chủng có khả năng tổng họp cellulase trên các nguồn cacbon là CMC, avicel, bông, giấy lọc.
Trịnh Thị Hồng (1997) đã phân lập được 8 chủng xạ khuẩn và 5 chủng nấm mốc có khả năng phân giải cellulose, tác giả nhận thấy hiệu suất phân giải rơm đạt 22% và khi nuôi chúng với nấm mốc thì hiệu suất phân giải rơm tăng lên đến 29%.
khuẩn ưa ấm có khả năng phân giải bột cellulose và CMC.
Nguyễn Đức Lượng và cs (1999) nghiên cứu một số tính chat enzyme Cêllulasẽ củâ xậ khuân Actinomyces griseus và nhận thây Cẽllulasẽ củâ Xậ khuẩn hoạt động mạnh ở 50°c và pH tối ưu là 7 [34].
Việt Nam là đất nước sản xuất nông nghiệp là chủ yếu nên việc nghiên cứu về khả năng sinh cellulase của xạ khuẩn có triển vọng rất lớn.
1.4.2. Úng dụng của cellulase
Nguồn cơ chất để cellulase phân giải là vô cùng phong phú và đa dạng trong tụ’
nhiên cũng như trong đời sống sinh hoạt. Hàng ngày, một lượng lớn chất thải
lignocellulose từ nông nghiệp, công nghiệp, đô thị luôn chồng chất hoặc sử dụng chúng một cách kém hiệu quả do giá thành của quy trình sử lý rác thải rất cao. Điều này trở thành vấn đề quan trọng hàng đầu với sinh thái, công nghiệp hóa học và công nghệ sinh học. Hơn nữa, đây còn là vấn đề kinh
tế đáng quan tâm trong việc phát triển quy trình tái sử dụng cho hiệu quả và lợi dụng chất thải cellulose như là nguồn cơ chất rẻ tiền. Cellulase là phức hệ enzyme rất quan trọng và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.Trong
hiện tại và tương lai người ta sử dụng cellulase cho mục đích chính:
Dùng cellulase trực tiếp trong phân giải phế thải của công nghệ thực phấm bố sung và thức ăn gia súc và trong công nghệ môi trường. Thủy phân cellulose tạo cơ chất lên men để thu các sản phẩm cuối cùng khác nhau.Các lĩnh vực chính ứng dụng
cellulase bao gồm:
Công nghệ chế biến thực phấm
• Cải thiện chế độ tiêu hóa thức ăn.
• Chiết rút các chất gây vị, dầu, dịch ép protin từ rau quả.
• Cải thiện độ hòa tan của các nguyên liệu trong công nghệ lên men.
• Sản xuất rượu và một so acid hữu cơ Công nghệ dược phâm
• Cải thiện độ tiêu hóa rơm, cỏ làm thức ăn gia súc
Công nghệ môi trường
• ứng dụng trong xử lý phế liệu sau thu hoạch, xử lý rác đô thị, phân hủy thành phân bón hữu cơ.
• Phân hủy các chất tồn lun, trong đó có DDT, TNT.
Công nghệ lên men
• Cung cấp cơ chất cho tổng họp khí metan, glyxerin, acid xitric, acid lactic, vitamin, protein đơn bào, chất kháng sinh, các chất có hoạt tính sinh học khác.
Ngoài ra, trong giao thông vận tải, từ sinh khối cellulose sản xuất ra etanol là nhiên liệu tuyệt vời cho động cơ đốt trong và nó có thể thay thế cho nhiên liệu hóa thạch đế giảm bót sự ô nhiễm môi trường và nóng lên toàn cầu (Philippidis và Smith, 1995).
Trong công nghệ dệt may, người ta thấy nếu dùng cellulase ở liều thấp đế xử lý bông sẽ làm bông trắng và mịn màng hơn, do nó loại bỏ được các sợi và các hạt trên bề mặt sợi bông làm cho sợi phang, bóng mượt và mềm. Hoặc có thể dùng cellulase (các loại cellulase trung tính) để mài vải quần áo bò thay thế cho mài bằng đá bọt để tạo ra các điểm “bạc” tự nhiên của quần áo bò. Điều này có ý nghĩa rất lớn với ngành công nghiệp mài vải bò vì khi xử lý bang cellulose làm cho vải bò mềm hơn nhiều, nó không phá cấu trúc của vải mạnh như đá mài, hon nữa khối lượng mài một mẻ tăng lên 50%
do đã loại bỏ 50% thể tích đá bọt phải bổ sung vào vải ở thùng mài.
Trong công nghệ sản xuất bột giấy, giấy sử dụng cellulase để tẩy mực trên các giấy phế thải thay thế dùng C1 hoặc C102 gây ô nhiễm môi trường. Đe làm sạch, trắng giấy người ta sử dụng chủ yếu là loại hemicellulase, xylanase từ Sporotricchum pulverulentum, S.dimorphosphorum, cellulase từ A.niger hoặc từ Phanerochaeta chrysosporiym hoặc mannase từ T.reesei. Cellulase thường được dùng ở (0.001
0.1%), cellobiãse (0.005 -ỉ- 0.015%).
Trong công nghiệp sản xuất các chất tay rửa, tác dụng của cellulase trong chất tẩy rủa chủ yếu là loại bỏ các sợi hỏng, làm cho vải sợi trở nên mịn đẹp, mềm sáng đẹp hơn. Cellulase thường được sử dụng kết họp với lipase (loại bỏ mỡ) và protease (loại
kiềm.
Cellulase còn được sử dụng hiệu quả để phá vỡ thành tế bào thực vật trong công nghệ lai ghép tế bào trần - một công nghệ lai tế bào giữa các loài hoặc thậm chí giữa các chi khác nhau tạo giống cây trồng mới trong nông nghiệp.
ứng dụng celỉulase trong chăn nuôi
Trong chăn nuôi, một trong nhũng biện pháp nâng cao năng suất vật nuôi là nâng cao hiệu suất sử dụng các chất dinh dưỡng của thức ăn ở mức cao nhất. Trong nhiệm vụ này, người ta có thể dùng chế phẩm enzyme bố sung vào khấu phần thức ăn của vật nuôi. Các enzyme này cùng với các enzyme có sẵn trong đường tiêu hóa sẽ phân giải các chất dinh dưỡng của thức ăn giúp cho con vật tiêu hóa được tốt hơn.
Cellulase là một trong số các enzyme thường được bổ sung vào thức ăn chăn nuôi gia súc. Tuy nhiên, người ta không bổ sung riêng chế pham enzyme này mà thường bổ sung với các enzyme khác như: amylase, protease, xylanase ... tạo ra một dạng chế phẩm chứa nhiều loại enzyme (multienzyme). Việc bổ sung nhiều loại
enzyme giúp vật nuôi phân giải được nhiều loại cơ chất, vật nuôi sẽ hấp thụ tốt hơn các nguồn thức ăn khác nhau.
Khi động vật ở giai đoạn còn non, hệ enzyme tiêu hóa của chúng chưa hoàn chỉnh, chủ yếu ở động vật ăn bột và ăn cỏ. Sử dụng enzyme trong chăn nuôi, người ta thấy lợn con theo ổ tăng trọng 20% và giảm thức ăn 6 -ỉ- 14%. Thí nghiệm trên lợn 1 3
tuần tuổi thì lợn tăng trọng 8 40%, tăng khả năng
sử đụng thức ăn từ 10 -ỉ- 18% [17].
Người ta cũng đã dùng enzyme bổ sung vào thức ăn của trâu bò. Quá trình tiêu hóa thức ăn trong dạ cỏ của trâu bò được gắn liền với hoạt động enzyme của các vi sinh vật sống nhờ ở đấy. Vì vậy, bổ sung vào thức ăn những chế phẩm enzyme đế nâng cao khả năng tiêu hóa là điều rất cần thiết. Dùng các chế phẩm có hoạt tính amylase, protease, cellulase ... đều thu được kết quả tốt, khả năng tăng trọng của trâu bò có thể đạt tới 12 -ỉ- 17 %, có khi còn cao hơn [19], [20].
Trên thế giới, người ta sử dụng thức ăn gia súc có chứa các enzyme tiêu hóa tù’
đầu những năm 1990. Hiện nay, hàng năm người ta sản xuất khoảng 30 triệu tấn thức
thức ăn gia súc được sản xuất.
Như vậy, hiệu quả của việc bo sung enzyme vào thức ăn chăn nuôi là rõ ràng làm tăng tỷ lệ tiêu hóa cho vật nuôi và giảm chi phí. Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam chế pham enzyme thường phải nhập khấu với giá thành cao nên nghiên cún.
CHƯƠNG 2
NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu