Luận văn nghiên cứu sử dụng enzyme xylanaza để tẩy trắng bột giấy của công ty giấy bãi bằng

MỤC LỤC
Trang phụ bìa ................................................................................................. 1
Lời cam đoan .................................................................................................. 2
Lời cám ơn ..................................................................................................... 5
Danh mục các hình ......................................................................................... 6
Danh mục các bảng ........................................................................................ 7
Mở đầu ........................................................................................................... 9
Chương I: Tổng quan về sử dụng enzyme cho sản xuất bột giấy ............ 13
1.1. Khái quát về enzym và một số tính chất của chúng ................................ 13
1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phản ứng được xúc tác
bởi enzym ................................................................................................ 15
1.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme ................................................... 15
1.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất ................................................... 15
1.2.3. Ảnh hưởng của chất kìm hãm ....................................................... 16
1.2.4. Ảnh hưởng của ion kim loại .......................................................... 17
1.2.5. Ảnh hưởng của pH đến độ bền enzyme ........................................ 17
1.2.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ ................................................................ 18
1.2.7. Ảnh hưởng của điều kiện bảo quản đến độ bền cuả enzyme .......... 20
1.2.8. Các yếu tố khác .............................................................................. 20
1.3. Các phương pháp xác định hoạt độ của enzym. ...................................... 21
1.4. Tình hình sản xuất và ứng dụng enzym ở Việt Nam và trên thế giới ..... 23
1.5. Ứng dụng enzym trong công nghiệp giấy ............................................... 25
1.5.1. Cơ sở lý thuyết ..................................................................................... 25
1.5.2. Tổng quan các nghiên cứu sử dụng enzyme cho tẩy trắng bột giấy .... 34
1.6. Kết luận .................................................................................................. 46
Chương II: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu ................................. 47
2.1. Chuẩn bị nguyên liệu cho nghiên cứu ..................................................... 47


2.2. Các thiết bị và dụng cụ chính sử dụng cho nghiên cứu .......................... 47
2.3. Phương pháp xử lý bột giấy sunfat bằng enzyme ................................... 48

2.4. Quy trình tẩy trắng bột giấy ................................................................... 49
2.5. Chuẩn bị mẫu bột giấy cho xác định tính chất cơ lý ............................... 50
2.6. Các phương pháp phân tích tính chất bột giấy ....................................... 50
Chương III: Kết quả và thảo luận .............................................................. 52
3.1. Xác định hoạt độ của enzym ................................................................... 52
3.2. Xác định tính chất của bột sunfat chưa tẩy trắng .................................... 52
3.3. Xác định ảnh hưởng của mức dùng enzym tới độ trắng của bột sunfat
tẩy trắng ................................................................................................... 53
3.4. Ảnh hưởng của thời gian xử lý bằng enzym tới độ trắng của bột .......... 56
3.5. Ảnh hưởng của xử lý bột sunfat bằng enzym tới tốc độ hoà tan lignin .. 58
3.6. Xác định mức giảm hố chất tẩy trong q trình tẩy trắng sử
dụng enzyme ............................................................................................ 61
3.7. Ảnh hưởng của xử lý enzym tới hàm lượng pentozan trong bột
giấy sunfat ................................................................................................ 62
3.8. Ảnh hưởng của enzym tới quá trình nghiền bột sunfat ........................... 63
3.9. Ảnh hưởng của enzym tới tính chất của bột giấy ................................... 64
Kết luận ......................................................................................................... 66
Kiến nghị những nghiên cứu tiếp theo ........................................................... 67
Tài liệu tham khảo .......................................................................................... 68
Phụ lục ........................................................................................................... 71
Tóm tắt luận văn ............................................................................................. 73



9

MỞ ĐẦU
Công nghiệp giấy là một ngành kinh tế quan trọng cần được ưu tiên phát
triển phù hợp với đường lối đổi mới của nền kinh tế, với tiến trình cơng
nghiệp hóa hiện đại hóa của đất nước. Theo Hiệp hội bột giấy và giấy Việt

Nam, mặc dù chịu ảnh hưởng của khủng hoảng kinh tế song tiêu dùng giấy
Việt Nam năm 2008 vẫn đạt mức bình quân đầu người 22- 23 kg và lượng
giấy tiêu thụ trong nước năm 2008 là khoảng 1,98 triệu tấn. Dự đoán đến năm
2020 mức tiêu dùng giấy bình quân đầu người sẽ đạt khoảng 50 kg, tức lượng
giấy tiêu dùng trong nước sẽ vào khoảng 5 triệu tấn/năm, sản lượng giấy trong
nước đạt khoảng 3,6 triệu tấn, bột giấy đạt 1,8 triệu tấn.
Tháng 3/2007 Bộ Công nghiệp đã phê duyệt Quy hoạch phát triển
ngành công nghiệp giấy Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn 2020 nhằm xây
dựng ngành cơng nghiệp giấy Việt Nam với cơng nghệ hiện đại, hình thành
các khu vực sản xuất giấy, bột giấy tập trung với công suất đủ lớn, đáp ứng
nhu cầu trong nước và xuất khẩu. Đến năm 2020, đáp ứng 70% nhu cầu tiêu
dùng trong nước, đẩy mạnh xuất khẩu các mặt hàng giấy, tạo thế cạnh tranh
với các thị trường trong khu vực và quốc tế; xây dựng vùng nguyên liệu giấy
tập trung nhằm đáp ứng đủ nhu cầu nguyên liệu để cung cấp cho sản xuất
600.000 tấn bột giấy vào năm 2010 và 1.800.000 tấn vào năm 2020, tạo điều
kiện để xây dựng các nhà máy chế biến bột giấy tập trung, quy mô lớn. Phấn
đấu đến năm 2010, trồng được 470.000 ha rừng nguyên liệu, sản xuất được
600.000 tấn bột giấy và 1.380.000 tấn giấy; đến năm 2020, trồng thêm
907.000 ha rừng nguyên liệu, sản xuất được 1.800.000 tấn bột giấy và
3.600.000 tấn giấy.
Bên cạnh đó, với thực trạng hiện nay và trước tình hình mới, vấn đề đáp
ứng các yêu cầu về bảo vệ môi trường của công nghiệp giấy đang hết sức


10

cấp bách. Vì vậy song song với áp dụng các biện pháp kịp thời về xử lý chất
thải, việc cải tiến công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế và giảm thiểu
ảnh hưởng đến môi trường cũng cần được quan tâm đúng mức.
Trên thế giới, ứng dụng công nghệ sinh học trong tẩy trắng bột giấy đã thực

sự thu hút sự quan tâm và đã đạt được nhiều thanh tựu trong những năm gần
đây . Sử dụng enzyme kết hợp vào công đoạn tẩy trắng bột giấy đã khẳng
định những ưu việt của mình so với chỉ sử dụng các chất tẩy truyền thống.
Ở nước ta, “Đề án phát triển và ứng dụng công nghệ sinh học trong lĩnh vực
công nghiệp chế biến đến năm 2020” do Thủ tướng Chính phủ ban hành theo
Quyết định số 14/2007/QĐ-TTg ngày 25/01/2006 đã được triển khai trong
nhiều ngành công nghiệp và đang mang lại những hiệu quả kinh tế xã hội
đáng kể. Theo Quyết định này, mục tiêu đến năm 2010 phải nghiên cứu tạo ra
các công nghệ sinh học tiên tiến ở trong nước, sản xuất ở quy mô công nghiệp
các sản phẩm enzyme (kể cả enzyme tái tổ hợp), các chế phẩm vi sinh, các
hoạt chất sinh học đáp ứng nhu cầu phát triển ngành công nghiệp chế
biến.Nghiên cứu tạo ra các công nghệ sinh học tiên tiến ở trong nước, kết hợp
với việc nhập khẩu và làm chủ các công nghệ sinh học hiện đại trong lĩnh vực
công nghiệp chế biến của nước ngoài phù hợp với điều kiện sản xuất ở nước
ta. Ứng dụng rộng rãi và có hiệu quả các công nghệ này vào sản xuất để chủ
động tạo ra các sản phẩm công nghiệp chế biến có chất lượng tốt và sức cạnh
tranh cao trên thị trường;
Phát triển mạnh và bền vững ngành công nghệ sinh học phục vụ lĩnh vực
công nghiệp chế biến, tạo lập thị trường thuận lợi để thúc đẩy sản xuất kinh
doanh và dịch vụ các sản phẩm trong lĩnh vực công nghiệp chế biến cũng là
một trong những nhiệm vụ trọng tâm của Chương trình. Trong chiến lược này
cơng nghiệp giấy cũng sẽ là một trong những ngành cần quan tâm thúc đẩy
ứng dụng công nghệ sinh học.


11

Nhà máy giấy Bãi Bằng (Tổng Công ty giấy Việt Nam) là nhà máy duy
nhất ở nước ta sản xuất bột sunfat, có cơng suất 61.000 tấn bột/năm, nấu bột
bằng phương pháp sunfat kết hợp với tẩy trắng sử dụng chất tẩy truyền thống

(clo nguyên tố và natri hypoclorit). Mặc dù giai đoạn 2000-2004 đã được đầu
tư cải tiến kỹ thuật-công nghệ, song hiện nay tổng mức tiêu hao clo vẫn ở
khoảng 50-60 kg/tấn bột. Với mức nước thải từ phân xưởng tẩy khoảng 2500
m3/tấn bột, lượng nước thải tạo ra là 19.000 - 20.500 m3/ngày đêm. Nhà máy
đang gặp nhiều khó khăn trong việc xử lý nước thải này đạt u cầu với chi
phí hàng tỉ đồng và cơng nghệ xử lý phức tạp.
Thực tế công nghiệp giấy thế giới cho thấy, có nhiều phương pháp hữu
hiệu để giảm hoặc loại bỏ hoàn toàn việc sử dụng chất tẩy chứa clo, như thay
thế clo bằng di oxit clo, ozon, hydropeoxit, …, trong đó ứng dụng cơng nghệ
sinh học là biện pháp hiệu quả và phù hợp với xu hướng phát triển của thời
đại…
Để có thể mạnh dạn áp dụng các cơng nghệ thân thiện mơi trường cần có
các nghiên cứu khả thi, vì vậy trong khn khổ luận văn này tôi đã tiến hành
nghiên cứu sử dụng enzyme xylanaza để tẩy trắng bột giấy của nhà máy giấy
Bãi Bằng.
Mục tiêu của đề tài là xác lập hiệu quả của xử lý bột giấy bằng xylanaza
trong quá trình tẩy trắng và ảnh hưởng của nó tới tính chất của bột giấy.
Đối tượng nghiên cứu là bột giấy sunfat chưa tẩy trắng của nhà máy
giấy Bãi Bằng (Tổng Công ty Giấy Việt Nam).
Nội dung nghiên cứu bao gồm:
- Xác định ảnh hưởng của mức dùng enzyme và thời gian xử lý tới độ
trắng của bột giấy;
- Xác định ảnh hưởng của xử lý enzyme tới sự biến đổi của xylan trong
bột giấy.
- Xác định ảnh hưởng của xử lý enzyme tới khả năng giảm mức tiêu


12

hao chất tẩy trắng sử dụng enzyme.

- Đánh giá tính chất của bột giấy.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
- Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc xây dựng các quy trình cơng
nghệ tẩy trắng bột sunfat ở nước ta áp dụng công đoạn xử lý enzyme, nhằm
giảm mức tiêu hao hóa chất tẩy, đáp ứng mục tiêu hồn thiện và áp dụng các
cơng nghệ thân thiện môi trường hơn trong công nghiệp giấy.
- Là tài liệu tham khảo tốt trong lĩnh vực hóa học và công nghệ sản xuất
bột giấy, ứng dụng công nghệ sinh học trong công nghiệp chế biến.


13

CHƯƠNG I:
TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG ENZYME
TRONG SẢN XUẤT BỘT GIẤY
1.1. Khái quát về enzyme và một số tính chất của chúng
Enzyme là các chất xúc tác sinh học cấu tạo từ các phân tử protein, có
khả năng hịa tan trong nước và dung dịch muối loãng, phân tử lượng lớn
20.000–1.000.000 Dal.[5]
So với các chất xúc tác hoá học, enzyme có những tính chất ưu việt hơn
hẳn:
- Cường lực xúc tác lớn: trong điều kiện thích hợp các enzyme có khả
năng tăng tốc độ của các phản ứng nhanh gấp 108 – 1011 lần so với khi khơng
có xúc tác;
- Tính đặc hiệu cao: mỗi enzyme chỉ chuyển hố một hoặc một số cơ
chất nhất định theo một kiểu phản ứng nhất định, do đó khơng tạo sản phẩm
phụ;
- Tác dụng trong điều kiện ơn hịa: đa số các enzyme hoạt động ở nhiệt
độ 35oC– 40oC, áp suất thường, nồng độ khơng cần q cao. Do vậy khơng
địi hỏi các thiết bị chịu nhiệt, chịu áp…

- Không độc hại đối với sức khỏe con người, thân thiện với môi trường;
- Dễ kiếm, rẻ tiền. Enzyme có thể thu được từ nhiều nguồn động vật,
thực vật, vi sinh vật… Đặc biệt vi sinh vật là ngun liệu tốt nhất vì có tốc độ
sinh trưởng, phát triển nhanh trên các môi trường khơng đắt tiền. Hơn nữa, ta
có thể chủ động điều khiển quá trình sinh tổng hợp enzyme nhằm nâng cao
hàm lượng enzyme trong tế bào một cách dễ dàng. Các loại enzyme sử dụng


14

trong công nghiệp rất đa dạng. Mỗi một ngành lại có sự đặc thù nhất định.Với
những ưu điểm vượt trội các chế phẩm enzyme được sản xuất ngày càng
nhiều và được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế. Enzyme đã góp
phần thay đổi và mơi trường… đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội.
Hàng năm lượng enzyme nâng cao một số q trình cơng nghệ trong chế biến
thực phẩm, nông nghiệp, y tế, được sản xuất ra trên thế giới đạt khoảng trên
300.000 tấn với trị giá trên 500 triệu USD được phân bố trong các lĩnh vực
khác nhau.[1]
Cơ chế tác dụng của enzyme lên các chủ thể được phản ánh tương đối
đầy đủ và sâu rộng trong nhiều tài liệu. Có thể tóm tắt cơ chế xúc tác các phản
ứng biến đổi các chủ thể như sau:[2]
Khi enzyme tác dụng với cơ chất, tạo thành một hợp chất dạng phức,
trong đó enzym tham gia vào các phản ứng biến đổi phức này thành sản phẩm
và giải phóng enzyme tự do:

E+S

ES

P+E

Một phản ứng như vậy diễn ra qua 3 giai đoạn:
- Giai đoạn thứ nhất: Enzyme tác dụng với cơ chất bằng liên kết yếu tạo
thành phức enzyme - cơ chất (ES) không bền. Phản ứng này diễn ra rất nhanh
và đòi hỏi năng lượng hoạt hóa thấp. Liên kết chủ yếu được tạo thành giữa E
và S trong phức ES là liên kết tương tác tĩnh điện, liên kết hidro, tương tác
Vander waal.
- Giai đoạn thứ hai: Sảy ra sự biến đổi cơ chất dẫn tới sự kéo căng và
phá vỡ các liên kết đồng hóa trị.
- Giai đoạn thứ ba: Sản phẩm được tạo thành, cịn enzyme được
giải phóng ra dưới dạng tự do, nguyên dạng.
Đây là một quá trình tương đối phức tạp, chịu ảnh hưởng của nhiều yếu


15

tố hóa - lý học.
1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến các quá trình được xúc tác bởi
enzyme [1]:
1.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme:
Trong điều kiện thừa cơ chất, tốc độ phản ứng phụ thuộc tuyến
tính vào [E]:
v= k.[E]
Trong đó: v- vận tốc phản ứng.
[E]- nồng độ cơ chất.
Trường hợp khi nồng độ enzyme quá lớn thì tốc độ phản ứng có thể
bị chậm lại.

V

[E]
Hình 1.1: Sự phụ thuộc vận tốc phản ứng vào nồng độ enzyme
1.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất:
Cả Henri (1903), Michaelis & Menten (1913) đều đã đưa ra phương
trình biểu diễn mối liên hệ giữa vận tốc phản ứng và nồng độ cơ chất
([S]) giống nhau, tuy nhiên Henri nhấn mạnh tầm quan trọng của vận tốc
(V), còn Michaelis & Menten lại nhấn mạnh tầm quan trọng của vận tốc
ban đầu (V0) của phản ứng, theo đó:


16

vo =

k
V [S ]
; K s = −1
K s + [S ]
k1

Hình 1.2 Biến thiên vận tốc phản ứng theo nồng độ cơ chất.

1.2.3. Ảnh hưởng của chất kìm hãm (inhibitor):
Các chất kìm hãm (I) hay chất ức chế là những chất làm giảm tốc độ
phản ứng do enzyme xúc tác.
Về bản chất, chúng là các ion, các chất vô cơ, chất hữu cơ hoặc có thể
là cơ chất hay sản phẩm của phản ứng (E).
Về tác dụng, chất ức chế thường đặc hiệu hoặc khơng đặc hiệu.
Chúng có khả năng kìm hãm thuận nghịch hoặc khơng thuận nghịch
(inactivator).

Khi có mặt các chất kìm hãm thuận nghịch, chúng kìm hãm enzyme
bằng cách kết hơp với nó và làm ảnh hưởng đến sự kết hợp của E & S, tức là
ảnh hưởng đến hoạt độ phân tử của nó.


17

Các chất kìm hãm có thể tác dụng theo nhiều kiểu: Cạnh tranh ( một
phần hay tồn phần); Khơng cạnh tranh;
1.2.4. Ảnh hưởng của các ion kim loại:
Các ion kim loại có thể kìm hãm hoặc kích hoạt q trình xúc tác của
enzyme. Tác dụng của ion kim loại phụ thuộc nhiều vào nồng độ của
chúng. Giới hạn nồng độ là khác nhau đối với từng loại ion riêng biệt.
Tác dụng của ion kim loại có mối quan hệ qua lại giữa enzym và cơ
chất.
Tác dụng kích hoạt của ion kim loại có tính đặc hiệu, mỗi ion kim loại
thường kích hoạt một loại enzyme xúc tác cho 1 kiểu phản ứng nhất định
và cũng thay đổi tùy dạng ion.
Ví dụ: Mg2+ hoạt hóa các enzyme mà cơ chất được phosphoryl hóa như
pyrophosphatase (cơ chất là pyrophosphate), adenosintriphosphatase (cơ chất
là ATP). Các cation kim loại có thể có tính đặc hiệu, tính đối kháng và tác
dụng cịn tuỳ thuộc vào nồng độ.
Tính chất hoạt hóa của các cation kim loại:
- Mỗi cation kim loại hoạt hóa cho một kiểu phản ứng nhất định.
- Cation kim loại có tính đặc hiệu tương đối hay tuyệt đối.
- Cation kim loại có thể có sự đối kháng ion.
- Phụ thuộc nồng độ cation kim loại .
- Cation kim loại làm thay đổi pH tối thích.
- Phụ thuộc bản chất cation kim loại.
1.2.5. Ảnh hưởng của pH đến độ bền của enzyme:

Sự phân li khác nhau của một phân tử protein ở các giá trị pH khác nhau
làm thay đổi tính chất của trung tâm liên kết cơ chất và hoạt động ở phân tử
phân tử enzyme, dẩn đến giá trị xúc tác khác nhau phụ thuộc vào giá trị pH.


18

Như đã biết mỗi enzyme có một pH tối thích, mỗi enzyme có đường biểu
diễn ảnh hưởng pH lên vận tốc của phản ứng do enzyme xúc tác có dạng như
hình 1.3.
Độ bền của enzyme cũng phụ thuộc vào trạng thái ion hoá của phân
tử, phần lớn các enzyme bền trong khoảng 5
Hình 1.3 : Ảnh hưởng của pH đến độ bền của enzyme

Bản chất hố học (thành phần hóa học) của dung dịch đệm cũng ảnh
hưởng tới độ bền, hoạt độ của enzyme.
1.2.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Vận tốc phản ứng do enzyme xúc tác chỉ tăng lên khi tăng nhiệt độ
trong một giới hạn nhất định, chưa ảnh hưởng tới cấu trúc của enzyme.
Đại lương đặc trưng cho ảnh hưởng của nhiệt độ đến vận tốc phản ứng
là hằng số Q10:


19

Q10 =

k t +10
kt

.

Hệ số này càng lớn thì phản ứng càng khó xảy ra. Ở nhiệt độ thường và
trong đại đa số các phản ứng của enzyme thì Q10 thường có giá trị là 2.
Nhiệt độ hoạt động thích hợp topt của nhiều enzyme vào khoảng
40÷50oC.
Trên 50oC hoạt độ thường bị giảm mạnh do làm hỏng cấu trúc phân tử
enzyme. Topt của một số vi sinh vật và enzyme có nguốn gốc thưc vật
thường cao hơn.
Topt của một enzyme chỉ có nghĩa khi ở điều kiện đó enzyme có hoạt
độ cao nhất.
Hoạt độ

(Nhiệt độ)

Hình 1.4 : Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt độ của enzyme
Đối với phản ứng do enzyme xúc tác cũng có thể áp dụng được quy luật
này nhưng chỉ trong một phạm vi nhất định. Do bản chất enzyme là protein


20

nên khi tăng nhiệt độ lên trên 40-50 0C sẽ xảy ra q trình phá hủy chất xúc
tác. Ngồi khoảng nhiệt độ thích hợp, tốc độ phản ứng do enzyme xúc tác sẽ
giảm. Nhờ có sự tồn tại nhiệt độ tối ưu đối với enzyme mà người ta phân biệt
được phản ứng hóa sinh với các phản ứng vơ cơ thơng thường.
Mỗi enzyme có một nhiệt độ thích hợp khác nhau, phần lớn phụ thuộc
vào nguồn cung cấp enzyme, thông thường ở trong khoảng từ 40-60 0C. Cũng
có enzyme có nhiệt độ thích hợp rất cao như enzyme của những chủng ưa

nhiệt.
1.2.7. Ảnh hưởng của điều kiện bảo quản đến độ bền của enzyme
Ở khoảng 70oC thì phần lớn enzyme bị mất hồn tồn hoạt tính, gọi là
nhiệt độ tới hạn. Trong khoảng tới hạn enzyme bị biến tính hiếm khi hồi
phục lại được. Ngồi ra cịn nhiều yếu tố khác như áp suất cao, sự thay đổi
mạnh pH của mơi trường, phóng xạ, ... Chính vì vậy điều kiện bảo quản
enzyme khi sử dụng là yếu tố rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp tới mức
tiêu hao enzyme cho phản ứng.
1.2.8. Các yếu tố khác
- Ánh sáng: Có ảnh hưởng khác nhau đến từng loại enzyme, các bước
sóng khác nhau có ảnh hưởng khác nhau, thường ánh sáng trắng có tác động
mạnh nhất, ánh sáng đỏ có tác động yếu nhất. Ánh sáng vùng tử ngoại cũng
có thể gây nên những bất lợi, enzyme ở trạng thái dung dịch bền hơn khi được
kết tinh ở dạng tinh thể, nồng độ enzyme trong dung dịch càng thấp. càng
kém bền, tác động của tia tử ngoại sẽ tăng lên khi nhiệt độ. Ví dụ: dưới tác
động của tia tử ngoại ở nhiệt độ cao, enzyme amylase nhanh chóng mất hoạt
tính.
- Sự chiếu điện: Điện chiếu với cường độ càng cao thì tác động phá hủy
càng mạnh. Tác động sẽ mạnh hơn đối với dịch enzyme có nồng độ thấp. Có
thể do tạo thành những gốc tự do, từ đó tấn cơng vào phản ứng enzyme.


21

- Sóng siêu âm: Tác động rất khác nhau đối với từng loại enzyme, có
enzyme bị mất hoạt tính, có enzyme lại không chịu ảnh hưởng.
Độ bền phụ thuộc vào trang thái của tồn tại enzyme, càng tinh khiết thì
enzyme càng kém bền, dịch càng lỗngng thì độ bền càng kém
1.3. Các phương pháp xác định hoạt độ của enzyme[3].[5].
Phân tích liên tục: là phương pháp đo cơ chất bị biến đổi hay sản phẩm

tạo thành một cách liên tục theo thời gian. Tuy nhiên yêu cầu đối với thiết bị
đo là phải có bộ phận ổn định nhiệt. Đây là mặt hạn chế của phương pháp.
Đồng thời, do phải theo dõi sự biến đổi của chất phản ứng một cách liên tục
nên khó thực hiện phân tích hoạt độ nhiều mẫu enzyme cùng lúc.
Phân tích gián đoạn: là phương pháp cho enzyme tác dụng với cơ chất
sau một khoảng thời gian nhất định thì ngừng phản ứng enzyme và sau đó đo
lượng cơ chất cịn lại hoặc sản phẩm tạo thành. Để ngừng phản ứng có thể
dùng các tác nhân làm mất hoạt tính của enzyme như tăng nhiệt độ cao, thay
đổi pH, dùng chất tạo phức hay tách enzyme ra khỏi hỗn hợp…Phương pháp
này khắc phục những hạn chế của phương pháp đo liên tục, phản ứng có thể
tiến hành trong tủ ấm hay bể nhiệt ổn định, có thể tiến hành một lúc nhiều
mẫu…tuy nhiên vấn đề đặt ra là phải tìm cách làm ngưng phản ứng bằng cách
thích hợp nhất.
Dựa theo nguyên tắc xác định hoạt độ trên, có thể xác định theo một
hoặc một số phương pháp chính sau đây:
- Phương pháp đo độ nhớt: Dùng nhớt kế đo sự biến đổi độ nhớt của
dung dịch phản ứng. Áp dụng với các enzyme mà cơ chất có độ nhớt cao hơn
hẳn so với sản phẩm (chất có phân tử lớn như axit nucleic, protein,
xenluloza).
- Phương pháp phân cực kế: Sử dụng khi cơ chất và sản phẩm có khả
năng làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực và có góc quay riêng khác nhau.


22

- Phương pháp đo áp suất hay áp kế: Dùng với các phản ứng enzyme có
sự tiêu hao hay sinh khí, như các phản ứng oxy hóa, phản ứng tách loại nhóm
cacboxyl, tách loại amin. Phản ứng sinh khí hay tiêu hao khí có thể diễn ra
trực tiếp hoặc gián tiếp.
- Phương pháp quang phổ kế: Được sử dụng phổ biến hiện nay, dựa trên

khả năng hấp thụ ánh sáng ở các bước sóng xác định của cơ chất, hoặc sản
phẩm phản ứng.
- Phương pháp chuẩn độ: Dùng cho các phản ứng enzyme có sự hình
thành axit hoặc bazơ. Phương pháp này u cầu duy trì pH của mơi trường cố
định, lượng kiềm hoặc axit chuẩn dùng để chuẩn độ theo thời gian phản ánh
hoạt độ của enzyme.
- Phương pháp sắc ký: Sử dụng sắc ký để phân tách sản phẩm phản
ứng, như tách amino axit sau khi cho hai enzyme aminotranspherase lên cơ
chất hay protein tác dụng lên cơ chất và sau đó dịnh lượng các amino axit
thu được. Đây là phương pháp tốn nhiều thời gian, vì vậy phương pháp này
ít sử dụng.
- Phương pháp hóa học: Dùng các phản ứng hóa học để định lượng cơ
chất mất đi hay lượng sản phẩm tạo thành. Thông thường phải chọn phản
ứng tạo nên các phức chất màu có độ hấp thu ánh sáng cực đại ở vùng nào
đó để từ đó định lượng hợp chất này.
- Phương pháp định lượng cơ chất còn lại hay sản phẩm tạo thành có
thể đơn giản là sự đo cơ chất cịn lại hay sản phẩm tạo thành một cách trực
tiếp. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp có thể đo một cách gián tiếp và do đó
phép đo phức tạp hơn.
- Phương pháp phóng xạ: Dựa trên sự hình thành các bức xạ của các chất
đồng vị phóng xạ gắn vào cơ chất tại nhóm chức thích hợp để có thể đo độ
phóng xạ (sự phân rã) của cơ chất còn lại, hay sản phẩm tạo thành. Thường áp


23

dụng xác định hoạt độ các enzyme mà các phương pháp thơng thường khơng
thể đo được.
Có thể kết hợp phương pháp điện di với phương pháp phóng xạ để
xác định hoạt độ enzyme.

- Phương pháp huỳnh quang: Dựa trên sự phát quang của một số hợp
chất dưới tác dụng của một nguồn sang kích thích đặc trưng. Mức độ phát
huỳnh quang được đo nhờ máy huỳnh quang kế. Đây cũng là phương pháp
cho độ nhạy cao, cho phép phát hiện hoạt độ enzyme ở mức độ thấp.
Bên cạnh những phương pháp phân tích hoạt độ có tính định lượng nêu
trên, nhiều trường hợp phân tích định tính hay bán định lượng cũng được sử
dụng để nhanh chóng bước đầu xác định sự có mặt của enzyme. Thường được
dùng nhiều hơn hết là phương pháp khuếch tán trên đĩa thạch có chứa đệm và
cơ chất (tinh bột với amylase, casein với protease…) sau đó nhuộm màu (iot
nhuộm với tinh bột, xanh coomassie hay amido đen với casein…) để phát
hiện hay đánh giá hoạt độ enzyme qua vòng phân giải cơ chất. Để khẳng định
chắc chắn bản chất phản ứng có phải do enzyme xúc tác hay không, người ta
xử lý nhiệt (vì phần lớn enzyme có bản chất protein (hay RNA) đều mất hay
giảm phần lớn hoạt tính xúc tác sau khi xử lý ở nhiệt độ cao. Trong một số
trường hợp có thể dùng chất ức chế đặc biệt khẳng định sự có mặt của
enzyme trong mẫu phân tích (azid natri ức chế đặc hiệu catalase, phenyl
methyl sunfonyl fluorid-PMSF ức chế đặc hiệu các protease serine…).
1.4. Tình hình sản xuất và ứng dụng enzyme ở Việt nam và trên
Thế giới
Hiện nay, việc sản xuất các chế phẩm enzyme đã và đang phát triển
mạnh mẽ trên qui mô công nghiệp. Thực tế đã có hàng nghìn chế phẩm
enzyme bán trên thị trường thế giới, các chế phẩm này đã được khai thác và


24

tinh chế có mức độ tinh khiết theo tiêu chuẩn công nghiệp và yêu cầu sử
dụng. Các chế phẩm enzyme phổ biến như amylase, protease, catalase,
cellulase, lipase, glucoseoxydase… được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công
nghiệp khác nhau, như trong nơng nghiệp, cơng nghệ hóa học, thực phẩm…

Hiện nay trên thế giới có trên 10 hãng sản xuất enzyme với trên 60 nhà
cung cấp lớn. Hai hãng sản xuất enzyme lớn nhất hiện nay là Novozymes và
Gist Brocades của Đan Mạch chiếm trên 60% lượng enzyme trên thị trường.
Tiếp đến là Mỹ (15%), trong đó 2/3 sử dụng nội địa chủ yếu dùng để sản xuất
cồn và đường hồi biến. Nhật Bản chiếm 12% – 15% thị trường tiêu thụ với
các sản phẩm đa dạng. Trung Quốc và Nga là hai nước sản xuất enzyme chủ
yếu để phục vụ trong nước. Phần lớn enzyme được sử dụng ở mức độ công
nghiệp đều thuộc loại enzyme đơn cấu tử xúc tác cho phản ứng phân huỷ.
Khoảng 70% chế phẩm là enzyme thủy phân sử dụng để thuỷ phân các cơ
chất tự nhiên.Các protease là enzyme được sử dụng nhiều nhất hiện nay, dùng
trong q trình đơng tụ sữa sản xuất fomat, làm mềm thịt, sản xuất chất tẩy
rửa, thuộc da. Tiếp đến là các enzyme nhóm hydratcacbonat như Amylase,
xylanaza, cellulase, pectinase… sử dụng nhiều trong chế biến thực phẩm,
thức ăn gia súc, công nghiệp dệt, công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy. [22].
Việc nghiên cứu và ứng dụng enzyme ở Việt Nam mới chỉ được chú ý
trong vài thập niên trở lại đây. Cho đến nay, nước ta chưa có một enzyme nào
được sản xuất ở quy mô công nghiệp mà mới chỉ được chế thành các chế
phẩm sử dụng tại chỗ ở quy mơ nhỏ hay phạm vi phịng thí nghiệm của các
trường đại học, các viện nghiên cứu, như enzyme pepsin từ dạ dày (Trường
Đại học Bách Khoa Hà Nội), bromelin từ dứa (Đại học Quốc Gia), αAmylase, glucoseAmylase, protease từ vi sinh vật (Viện Công nghiệp thực
phẩm)…


25

Những chế phẩm enzyme được sử dụng rộng rãi nhất ở nước ta hiện nay
là Amylase, chủ yếu dùng cho công nghiệp sản xuất rượu bia, đường glucose,
đường nha, công nghiệp dệt…Enzyme protease phân giải protein tăng độ bền
ngọt của bia, công nghiệp chất tẩy rửa, nước chấm, y học... Một số nghiên
cứu (các đề tài nghiên cứu cấp Bộ, cấp Nhà nước) về tuyển chọn và phân lập

một số enzyme lacaza, xylanaza hay mananaza ứng dụng cho tẩy trắng bột
giấy mới chỉ đang bắt đầu triển khai.
Ngày nay, khoa häc ph¸t triển cùng với sự lớn mạnh về kĩ thuật công
nghệ những nhận thức của con người về enzyme ngày càng sâu rộng hơn thì
vai trị gắn liền với sự sống của enzyme ngày càng khẳng định. Các nghiên
cứu ứng dụng enzyme trong thực tế được mở rộng và đạt hiệu quả cao,
enzyme được sản xuất không chỉ với mục đích thương mại kinh tế mà cịn
nhằm mục đích bảo vệ con người vµ mơi trường sống của con người
1.5. Ứng dụng enzyme trong công nghiệp giấy
1.5.1. Cơ sở lý thuyết
Như đã biết màu sẫm của bột giấy (bột hóa) sau nấu là do lignin cịn sót
lại trong bột gây nên. Enzyme phân huỷ lignin đã được sử dụng để xử lý phần
lignin này, nhưng kết quả chưa đạt được như mong đợi. Trong khi đó, hiện
nay tác nhân tẩy trắng sinh học đang được sử dụng hiệu quả là enzyme phân
huỷ hemixenluloza (các hemixenlulaza). Tẩy trắng với sự trợ giúp của
enzyme, và cụ thể là dùng enzyme phân huỷ hemixenluloza rất hiệu quả, dựa
trên thực tế là khi một phần hemixenluloza có trong bột sau nấu bị thuỷ phân
dưới tác dụng của hemixenlulaza thì khả năng tách và hòa tan lignin vào dung
dịch tăng lên.
Nhờ xử lý bột giấy bằng enzyme trước khi tiến hành các công đoạn tẩy
trắng thơng thường khác, ta có thể giảm lượng hóa chất (như hợp chất clo)
dùng cho quá trình tẩy, bằng cách đó cũng giảm được lượng chất thải độc hại