Ứng dụng enzyme trong xử lí ô nhiễm môi trường 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC & THỰC PHẨM

Mơn học: CƠNG NGHỆ ENZYME
Đề tài báo cáo:

ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ ENZYME TRONG XỬ LÍ Ơ
NHIỄM MÔI TRƯỜNG 2

Giảng viên hướng dẫn:

TS. Đỗ Việt Hà

Sinh viên thực hiện:
1.

Trần Trương Thu Thủy

19139167

2.

Lại Thị Thúy

19139165

3.

Nguyễn Trần Anh Thư

19139160

4.

Tăng Võ Minh Tâm

17139125

Thủ Đức, ngày 22 tháng 12 năm 2021


Lời cảm ơn
Chúng em xin chân thành cảm ơn cô đã chia sẻ cho chúng em những bài học bổ ích cũng
như những kinh nghiệm quý giá để chúng em có thể ứng dụng trong học tập cũng như
cơng việc sau này của chúng em. Chúng em xin chân thành cảm ơn!


Mục lục
Lời mở đầu……………………………………………………………………………….1
Chương 1: Tổng quan
1.

Khái niệm enzyme và cơ chế hoạt động…………………………………………..2

2.

Công nghệ enzyme và ứng dụng của công nghệ enzyme………………………....2

3.

Hiện tượng ô nhiễm môi trường và ứng dụng của enzyme trong xử lí ơ nhiễm ..2

Chương 2: Các enzyme được ứng dụng trong xử lí ơ nhiễm môi trường
1.

Enzyme Catalase…………………………………………………………………..3

2.

Enzyme Peroxidase………………………………………………………………..4

3.

Enzyme Cyanide hydratase……………………………………………………….4

4.

Enzyme Protease………………………………………………………………......4

5.

Enzyme Lipase…………………………………………………………………….5

6.

Enzyme Cellulase………………………………………………………………….5

Chương 3: Tổng kết
1.

Nhận xét…………………………………………………………………………...5

2.

Định hướng phát triển trong tương lai……………………………………………6


Mở đầu
Thế giới ngày càng phát triển, nhu cầu sống của con người ngày càng cao, kéo theo đó là tình
trạng ơ nhiễm mơi trường ngày càng nghiêm trọng, do rác tải từ các nhà máy, khói bụi của
phương tiện giao thông, từ nông nghiệp,…đã làm ô nhiễm đất, ô nhiễm nguồn nước, ơ nhiễm
khơng khí và ơ nhiễm tiếng ồn. Từ đó đã dẫn đến hiệu ứng nhà kính, biến đổi khí hậu, nhiễm
mặn và hàng loạt các thiên tai khác. Do đó, việc hạn chế ơ nhiễm mơi trường đang là vấn đề
đang được các nước chú trọng. Làm sao để có thể hạn chế ơ nhiễm mơi trường xuống mức thấp
nhất đang là câu hỏi được quan tâm nhiều nhất. Cần phải thực hiện nghiêm ngặt các tiêu chuẩn
đối với việc thải chất thải vào môi trường. Các phương pháp xử lý hoá học và sinh học thơng
thường ngày càng khó đạt được mức độ cần thiết để loại bỏ các chất ơ nhiễm này. Do đó, cần
phải triển khai những phương pháp xử lý nhanh hơn, rẻ hơn, đáng tin cậy hơn và với những
dụng cụ đơn giản hơn so với những hệ thống xử lý hiện hành.
Nhiều nghiên cứu đã chứng minh được enzyme có nhiều khả năng và triển vọng giải quyết vấn
đề nêu trên trong giám định và xử lý ô nhiễm môi trường. Hầu hết những quy trình xử lý rác
thải đều sử dụng một trong hai phương pháp hoá lý hoặc sinh học hoặc kết hợp. Phương pháp
xử lý bằng enzyme là trung gian giữa hai phương pháp truyền thống, nó bao gồm các quy trình
hố học trên cơ sở hoạt động của các chất xúc tác có bản chất sinh học. Enzyme có thể hoạt
động trên các chất ơ nhiễm đặc biệt khó xử lý để loại chúng bằng cách kết tủa hoặc chuyển
chúng thành dạng khác. Ngoài ra chúng có thể làm thay đổi các đặc tính của chất thải đưa
chúng về dạng dễ xử lý hoặc chuyển thành các sản phẩm có giá trị hơn. Phương pháp xử lý
bằng enzyme so với phương pháp xử lý thông thường có những ưu điểm sau: được áp dụng đối
với các hợp chất sinh học khó xử lý; tác dụng ở cả vùng nồng độ chất ô nhiễm cao và thấp; một
số enzyme riêng biệt có tác dụng trên phạm vi rộng pH, nhiệt độ và độ mặn; không gây ra
những biến động bất thường; không gây ra các cản trở phá vỡ cân bằng sinh thái.

Và để hiểu rõ hơn về các loại enzyme được ứng dụng trong xử lí ô nhiễm môi trường chúng em
xin trình bày về một số loại enzyme được dùng trong q trình xử lí ô nhiễm môi trường.

Chương 1: TỔNG QUAN
4


1. Khái niệm enzyme và cơ chế hoạt động:
Enzym là chất xúc tác sinh học, do tế bào sông sản xuất ra, có tác dụng tăng tơc độ và hiệu
suất phản ứng hố sinh, mà sau phản ứng vẫn cịn giữ nguyên khả năng xúc tác.
Cơ chế hoạt động của enzyme bao gồm ba bước chính:
Bước 1: Cơ chất (Substrate) liên kết với enzyme (Enzyme) để hình thành phức hệ
enzyme - cơ chất (E - S complex).
Bước 2: Enzyme xúc tác phản ứng biến đổi cơ chất thành sản phẩm (Product), tạo thành
phức hệ E-P.
Bước 3: Sản phẩm P được giải phóng enzyme E.
2. Cơng nghệ enzyme và ứng dụng của công nghệ enzyme:
Công nghệ enzyme là một trong những lĩnh vực của công nghệ sinh học hiện đại sản xuất ra
các chế phẩm enzyme - một trong những định hướng phát triển công nghiệp vi sinh. Công
nghiệp enzyme phát triển gắn liền với những nghiên cứu trong sản xuất, và kiến thức trong các
lĩnh vực vi sinh vật, hóa sinh, hóa lý, hóa keo, di truyền và đặc biệt là enzyme.
Ngày nay công nghệ enzyme được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều ngành công nghiệp như: y
dược, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp thuộc da, dệt, trong nông nghiệp, và đặc biệt là việc
ứng dụng công nghệ enzyme trong xử lí ơ nhiễm mơi trường.
3. Hiện tượng ơ nhiễm môi trường và ứng dụng của công nghệ enzyme xử lí ơ nhiễm mơi
trường:
Ơ nhiễm mơi trường là hiện tượng môi trường tự nhiên bị bẩn, đồng thời các tính chất vật lý,
hóa học, sinh học của mơi trường bị thay đổi gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người và các
sinh vật khác.
Các loại ô nhiễm môi trường hiện nay được phân ra theo những hình thức sau:

+ Ơ nhiễm mơi trường đất.
+ Ơ nhiễm mơi trường nước.
+ Ơ nhiễm mơi trường khơng khí.
+ Ơ nhiễm tiếng ồn.
5


-

Tình trạng ơ nhiễm mơi trường hiện nay đang diễn ra ở khắp nơi trên thế giới đặc biệt tại
các nước đang phát triển, trong đó khơng thể khơng nhắc tới Việt Nam. Bên cạnh ơ nhiễm
mơi trường khơng khí, đất do chất thải chưa qua xử lý xả thẳng ra môi trường, Việt Nam
cũng đang đối mặt với mức độ ô nhiễm nguồn nước vô cùng nghiêm trọng. do đó việc ứng
dụng cơng nghệ enzyme vào xử lí ơ nhiễm môi trường được xem là giải pháp hàng đầu để
giảm thiểu việc ô nhiễm môi trường.

-

Nguồn gốc các enzym dùng để xử lí mt ơ nhiễm có từ nhiều nguồn gốc khác nhau như:
động vật, thực vật và vi sinh vật.

-

Nhiều nghiên cứa đã chứng minh được Enzym có nhiều khả năng và triển vọng giải quyết
vấn đề trong giám định và xử lí ơ nhiễm mơi trường. Hầu hết các quy trình xử lí rác thải
đều sử dụng một trong hai phương pháp hóa lý hay sinh học hay kết hợp.Phương pháp xử lí
bằng Enzym là trung gian giữa hai phương pháp truyền thống , nó bao gồm các phương
trình hóa học trên cơ sở hoạt động của các chất xúc tác cơ bản là chất sinh học. Enzym có
thể hoạt động trên các chất ơ nhiễm đặc biệt khó xử lí để loại chúng băng cách kết tủa hay
chuyển chúng thành dạng khác.Ngồi ra chúng có thể làm thay đổi các đặc tính của chất

thải đưa chúng về dạng dễ xử lí hay chuyển thành các sản phẩm có giá trị hơn.

-

Ứng dụng cơng nghệ enzyme trong xử lí ơ nhiễm mơi trường bao gồm việc ứng dụng
enzyme vào các lĩnh vực như:

+ Xử lí nước thải (enzyme Catalase, enzyme Peroxidase, enzyme Lipase, enzyme Cellulase,..)
+ Xử lí các chất thải trong công nghiệp (enzyme Catalase, enzyme Protease,enzyme Lipase,
enzyme Cellulase,…)
+ Xử lí rác và chất phân hủy trong mơi trường (enzyme Protease, enzyme Lipase, enzyme
Cellulase,…)
+ Xử lí đất (enzyme Cyanide hydratase,enzyme Cellulase,…)

Chương 2: CÁC ENZYME ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÍ Ơ NHIỄM MƠI TRƯỜNG
1 Enzyme Enzyme Catalase: (EC 1.11.1.6)
-

Nguồn gốc: Catalase là một loại enzyme phổ biến được tìm thấy trong gần như tất cả các
sinh vật sống tiếp xúc với oxy (như vi khuẩn, thực vật và động vật ví dụ như
Methanosarcina barkeri…).
6


-

-

Cơ chế: Xúc tác phản ứng đặc hiệu phân hủy H2O2 (xúc tác sự phân hủy hydro
peroxid thành nước và oxy)

H2O2 + H2R → 2H2O + R
Vai trị: có thể phân hủy formaldehyde, formic acid, phenol, acetaldehyde và alcohol – là
những chất độc hại với môi trường
Ứng dụng: Xử lý các chất độc hại được thải ra trong nước thải của các nhà máy chế biến
sữa, phomat hoặc các nhà máy dệt, sợi thành các chất khác, ít nguy hiểm hơn
Dạng sử dụng: hịa tan.

2 Enzyme Peroxidase (POD) kí hiệu EC 1.11.1.7
-

-

Nguồn gốc: POD là enzyme có nhiều trong củ cải trắng và các loại cây họ đậu
Cơ chế: xúc tác phân hủy các hợp chất peroxide. Đối với hầu hết các phản ứng hóa học
có sự tham gia của enzyme peroxidase, chất nền tối ưu là hydrogen peroxide
Vai trị:
• Xử lý các chất khó phân hủy, nguy hiểm như phenol, aniline, benzidine....thành
các chất ít độc hại hơn
• Phản ứng polime hóa thành kết tủa và dễ dàng loại bỏ khỏi chất lỏng nhờ quá trình
lắng đọng
Ứng dụng: dùng xử lý các chất có trong nước thải lọc dầu, sản phẩm cao su, than đá...
Dạng sử dụng: hòa tan.

3 Enzyme Cyanide hydratase (EC 4.2.1.66) :
-

Nguồn gốc: Cyanide hydratase được sản sinh ra từ nấm thích hợp, một số vi khuẩn
Gram(-) như Alcaligenes denitrificans...

-

Cơ chế: chuyển hóa cyanide trong nước thải công nghiệp thành amoniac và fomat chỉ qua
một bước phản ứng, khơng bị ảnh hưởng bởi các ion thường có trong nước thải (Fe2+,
Zn2+, Ni2+) hay các chất hữu cơ như formamide, acetamide...

-

Ứng dụng: Xử lý chất thải Cyanure.

-

Dạng sử dụng: cố định.

4 Enzyme Protease ( phân hủy nhóm protein):
-

Nguồn gốc: được tạo ra từ các tế bào sinh vật, không độc hại, thân thiện với môi trường.
Cơ chế: Ezyme protease là enzyme thủy phân các liên kết pectid (-CO-NH-) trong phân
tử protein giải phóng các acid amin, pepton hoặc dittripepton.

7


Vai trò: Được sử dụng để tận dụng nguồn các phế thải từ nguồn protein để những phế thải
này không cịn là tác nhân gây ơ nhiễm mơi trường ; xử lí các phế thải protein tồn động
trong các dịng chảy thành dạng dung dịch rửa trơi khơng cịn mùi hôi thối.
Ứng dụng: Làm chất tẩy rửa, trong công nghiệp thuộc da, xử lí phim X-quang, xử lí rác
thải,…
Dạng sử dụng là: hòa tan.

-

-

5 Enzyme Lipase:

Nguồn gốc: là chế phẩm enzyme thu được từ quá trình lên men chìm của chủng vi sinh
vật sản xuất lipase cao.
Cơ chế: xúc tác cho quá trình thủy phân chất béo (lipid), giúp chuyển hóa mỡ và
triglycerid thành glycerol và acid béo.
Vai trị: Phân giải dầu mỡ, thuỷ phân chất béo (lipid) đặt biệt là chất béo trung tính thành
diglyceride, monoglyceride, acid béo tự do và glycerol. Đóng vai trị quan trọng trong xử
lý nước thải thực phẩm nhiều chất béo
Ứng dụng: Dùng trong xử lý môi trường, nước thải và các ngành công nghiệp sản xuất
giấy và bột giấy.
Dạng sử dụng là: cố định.

-

-

6 Enzyme Cellulase:

Nguồn gốc: Được sản xuất chủ yếu bởi nấm, vi khuẩn và các động vật nguyên sinh
Cơ chế: Cellulase là phức hệ enzyme thủy phân cellulose và một số polysaccharide tạo
thành các phân tử đường - β glucose.
Vai trị:
+ Phân giải chất thải có chứa Cellulose.
+ Chuyển hố các hợp chất kiểu lignocellulose và cellulose trong rác thải tạo nên nguồn
năng lượng.

Ứng dụng: Đây là enzyme được ứng dụng rộng rãi chỉ đứng sau enzyme protease và
amylase. Các enzyme cellulase đã có những ứng dụng trong lĩnh vực xử lý nước thải nhà
máy giấy.
Dạng sử dụng là: cố định.

-

-

-

Chương 3: TỔNG KẾT
1. Nhận xét:
-

-

Công nghệ enzyme phát triển gắn liền với những nghiên cứu trong sản xuất, và kiến thức trong
các lĩnh vực vi sinh vật, hóa sinh, hóa lý, hóa keo, di truyền và đặc biệt là enzyme.

Việc sản xuất các chế phẩm enzyme đã và đang phát triển mạnh mẽ ở quy mô công
nghiệp, không ngừng tăng về khối lượng, chủng loại và lĩnh vực ứng dụng. cho nên ý
8


nghĩa của việc sử dụng enzyme trong các lĩnh vực thực tế không kém so với ý nghĩa của
việc ứng dụng năng lượng nguyên tử.
-

Theo giới chuyên gia, các phương pháp hóa học và sinh học thơng thường ngày càng khó

đạt được mức độ cần thiết để loại bỏ các chất ơ nhiễm mơi trường. Phương pháp xử lí rác
thải bằng enzyme là trung gian giữa hai phương pháp truyền thống là hóa lí và hóa sinh,
dựa trên cơ sở các chất xúc tác cơ bản là chất sinh học.

-

Phương pháp xử lí bằng enzyme so với các phương pháp thơng thường có những ưu điểm
sau: được áp dụng với những chất sinh học khó xử lí, tác dụng cả ở vùng có nồng độ chất
ơ nhiễm mơi trường cao, một số enzyme riêng biệt có tác dụng trên phạm vi rộng về pH,
nhiệt độ và độ mặn, không gây ra những biến đổi bất thường không gây ra các cản trở
phá vỡ cân bằng sinh thái.

-

Nhiều nghiên cứu đã chứng minh enzyme có khả năng và triển vọng giải quyết vấn đề
giám định và xử lí mơi trường nhanh, rẻ và đáng tin cậy, với những dụng cụ đơn giản so
với các hệ thống xử lí hiện hành.

2. Định hướng phát triển trong tương lai:
-

Enzyme có thể được sử dụng đối với các chất ơ nhiễm đặc biệt khó xử lí để loại chúng bằng
cách kết tủa, hoặc chuyển chúng thành dạng khác. Ngồi ra, chúng có thể làm thay đổi các đặc
tính của chất thải, đưa chất thải về dạng dễ xử lí , hoặc chuyển thành các sản phẩm có giá trị hơn
nhờ có những ưu điểm: áp dụng với những chất sinh học khó xử lí, tác dụng cả ở vùng có nồng
độ chất ơ nhiễm mơi trường cao, một số enzyme riêng biệt có tác dụng trên phạm vi rộng về pH,
nhiệt độ và độ mặn, không gây ra những biến đổi bất thường không gây ra các cản trở phá vỡ
cân bằng sinh thái…

-

Xử lí ơ nhiễm mơi trường có nhiều biện pháp kỹ thuật khác nhau, mỗi phương pháp đều có hiệu
quả nhất định. Hiện nay, sử dụng công nghệ vi sinh và enzyme là xu hướng đang được ứng dụng
nhiều. Những biện pháp này khơng chỉ có hiệu quả mà cịn tạo ra nhiều sản phẩm thương mai
khác dùng trong nông nghiệp, cũng như từ q trình xử lí các phụ phẩm thải ra của các nhà máy
thực phẩm.

*Bảng tóm tắt các enzyme :
Tên
Enzyme
Catalase
(EC

Nguồn gốc

Cơ chế

Vai trị

Dạng
sử dụng
Được tìm thấy trong Xúc tác phản Có thể phân hủy Xử lý các Hịa tan
gần như tất cả các ứng đặc hiệu formaldehyde,
chất độc
sinh vật sống tiếp phân
hủy formic
acid, hại được
9

Ứng dụng

1.11.1.6)

xúc với oxy (như vi
khuẩn, thực vật và
động vật ví dụ như
Methanosarcina
barkeri…).

H2O2 (xúc tác
sự phân hủy
hydro peroxid
thành nước và
oxy)
H2O2 + H2R
→ 2H2O + R

phenol,
acetaldehyde và
alcohol – là
những chất độc
hại với mơi
trường.

Enzyme
Có nhiều trong củ
Peroxidase cải trắng và các loại
(POD) (EC cây họ đậu.
1.11.1.7)

Xúc tác phân
hủy các hợp
chất peroxide,
chất nền tối
ưu
là
hydrogen
peroxide.

Enzyme
Cyanide
hydratase
(EC
4.2.1.66)

Được sản sinh ra từ
nấm thích hợp, một
số vi khuẩn Gram(-)
như
Alcaligenes
denitrificans...

Chuyển hóa
cyanide trong
nước
thải
cơng nghiệp
thành amoniac
và fomat.

Enzyme

Được tạo ra trong Ezyme

Xử lý các chất
khó phân hủy,
nguy hiểm như
phenol, aniline,
benzidine....thàn
h các chất ít độc
hại hơn.
-Phản
ứng
polime hóa thành
kết tủa và dễ
dàng loại bỏ khỏi
chất lỏng nhờ
q trình lắng
đọng.
Chuyển
hóa
cyanide
trong
nước thải cơng
nghiệp
thành
amoniac
và
fomat chỉ qua

một bước phản
ứng, khơng bị
ảnh hưởng bởi
các ion thường
có trong nước
thải
(Fe2+,
Zn2+, Ni2+) hay
các chất hữu cơ
như formamide,
acetamide...
Được sử dụng để

10

thải
ra
trong
nước thải
của
các
nhà máy
chế biến
sữa,
phomat
hoặc các
nhà máy
dệt.
Dùng xử Hịa tan
lý các chất

có trong
nước thải
lọc dầu,
sản phẩm
cao
su,
than đá...

Xử lý chất Cố định
thải
Cyanure.

Làm chất Hòa tan


Protease

các tế bào của sinh
vật (như vi khuẩn
Bacillus
subtilis,
B.mesentericus,
B.thermopoteoliticu
s và một số giống
thuộc
chi
Clostridium,
nấm
mốc và xạ khuẩn).

protease
là
enzyme thủy
phân các liên
kết pectid (CO-NH-)
trong phân tử
protein
giải
phóng
các
acid
amin,
pepton hoặc
dittripepton.

Enzyme
Lipase

Là
chế
phẩm
enzyme thu được từ
q trình lên men
chìm của chủng vi
sinh vật sản xuất
lipase cao. Nhiều
loài trong các chi
nấm
Aspergillus,
Penicillium,

Rhizobus,v.v… sinh
lipase mạnh. Hầu
hết Lipase vi khuẩn
có nguồn gốc từ
Bacillus.

Xúc tác cho
q trình thủy
phân chất béo
(lipid), giúp
chuyển
hóa
mỡ
và
triglycerid
thành glycerol
và acid béo.

Enzyme
Cellulase

Được sản xuất chủ
yếu bởi nấm, vi
khuẫn và các động
vật nguyên sinh
được sản xuất chủ
yếu bởi nấm (như
A.niger, A.candidus,
A.oryzae), vi khuẩn
(Bacillus

subtilis,
Bacillus pumilis),
xạ
khuẩn
(Actinomyces

Cellulase là
phức
hệ
enzyme thủy
phân cellulose
và một số
polysaccharid
e tạo thành
các phân tử
đường - β
glucose.
11

tận dụng nguồn
các phế thải từ
nguồn protein để
những phế thải
này khơng cịn là
tác nhân gây ơ
nhiễm
mơi
trường ; xử lí các
phế thải protein
tồn động trong

các dịng chảy
thành dạng dung
dịch rửa trơi
khơng cịn mùi
hơi thối.
Phân giải dầu
mỡ, thuỷ phân
chất béo (lipid)
đặt biệt là chất
béo trung tính
thành
diglyceride,
monoglyceride,
acid béo tự do và
glycerol. Đóng
vai trị quan
trọng trong xử lý
nước thải thực
phẩm nhiều chất
béo
-Phân giải chất
thải có chứa
Cellulose.
-Chuyển hố các
hợp chất kiểu
lignocellulose và
cellulose trong
rác thải tạo nên
nguồn
năng

lượng.

tẩy
rửa,
trong cơng
nghiệp
thuộc da,
xử lí phim
X-quang,
xử lí rác
thải,…

Dùng
Cố định
trong xử
lý
mơi
trường,
nước thải
và
các
ngành
cơng
nghiệp sản
xuất giấy
và
bột
giấy.

Đây

là Cố định
enzyme
được ứng
dụng rộng
rãi
chỉ
đứng sau
enzyme
protease
và
amylase.
Các
enzyme


griseus,
Streptomyces
reticuli) và các động
vật nguyên sinh.

cellulase
đã
có
những ứng
dụng
trong lĩnh
vực xử lý
nước thải
nhà máy
giấy.

*CÁC NGUỒN TÀI LIỆU THAM KHẢO:
•
•
•
•

•
•
•

/> /> /> />%81+enzyme&rlz=1C1CHBF_enVN856VN856&oq=t%E1%BB%95ng+quan+v
%E1%BB
%81+enzyme&aqs=chrome..69i57j0i512l3j0i22i30l2.6858j0j15&sourceid=chrome&ie=
UTF-8
/> /> />%20structure&tbm=isch&rlz=1C1CHBF_enVN856VN856&hl=vi&sa=X&ved=0CB0Qt
I8BKABqFwoTCJiynb-5_QCFQAAAAAdAAAAABBA&biw=1349&bih=657#imgrc=KUyRR1sVLGLOfM

12