tiểu luận ứng dụng công nghệ enzyme xử lý ô nhiễm môi trường

“Ứng dụng công nghệ enzyme
xử lý ô nhiễm môi trường”
Nhóm sinh viên:
1. Nông Thị Quỳnh Anh
2. Trần Thị Chiên
3. Phạm Thị Lan Hương
4. Nguyễn Phương Thảo
5. Phạm Thế Việt
Tiểu luận môn Công nghệ Enzyme Protein

Mục lục
I. Mở đầu
II. Nội dung
Tổng quan về ô nhiễm môi trường
Thực trạng ô nhiễm môi trường ở VN hiện nay
Cơ sở của việc ứng dụng công nghệ enzyme
Các enzyme trong xử lí môi trường
III. Ứng dụng cụ thể và những phát hiện mới sử
dụng công nghệ E-Pr xử lí ô nhiễm môi trường
IV. Kết luận

I. Mở đầu
•
Ô nhiễm môi trường là vấn đề cấp thiết và thu hút sự
quan tâm của rất nhiều cá nhân, tổ chức cũng như nhiều
quốc gia trên thế giới. Các công nghệ xử lý rác thải được
sử dụng hiện nay đều vấp phải các vấn đề môi trường về
lâu dài. Trong khi đó xử lý ô nhiễm môi trường bằng biện
pháp sinh học, đặc biệt là việc ứng dụng công nghệ
Enzyme trong xử lý rác thải đang là một công nghệ đem

lại hiệu quả cao, ít tốn kém và bền vững.
•
Với mục đích tìm hiểu rõ hơn về ứng dụng công nghệ
Enzyme trong xử lý môi trường chúng em thực hiện bài
thảo luận : “Ứng dụng công nghệ enzyme vào xử lý ô
nhiễm môi trường”

Các dạng ô nhiễm chính
•
Ô nhiễm không khí:
Việc xả khói chứa bụi và các
chất hóa học vào bầu không
khí. Ví dụ về các khí độc là
carbon monoxide, sulfur
dioxide, các chất
chlorofluorocarbon (CFCs), và
nitrogen oxide là chất thải của
công nghiệp và xe cộ. Ozone
quang hóa và khói lẫn sương
(smog) được tạo ra khi các ôxít
nitơ phản ứng với ánh sáng
mặt trời.

Các dạng ô nhiễm chính
•
Ô nhiễm đất:
Xảy ra khi đất bị nhiễm các chất
hóa học độc hại (hàm lượng vượt
quá giới hạn thông thường)do
các hoạt động chủ động của con

người như khai thác khoáng sản,
sản xuất công nghiệp, sử dụng
phân bón hóa học hoặc thuốc trừ
sâu quá nhiều, Phổ biến nhất
trong các loại chất ô nhiễm đất là
hydrocarbon, kim loại nặng, thuốc
diệt cỏ, thuốc trừ sâu, và
chlorinated hydrocarbon

Các dạng ô nhiễm chính
•
Ô nhiễm nước
xảy ra khi nước bề mặt chảy qua
rác thải sinh hoạt, nước rác công
nghiệp, các chất ô nhiễm trên mặt
đất, rồi thấm xuống nước ngầm.
•
Ô nhiễm phóng xạ
•
Ô nhiễm tiếng ồn,

Ảnh hưởng
Ảnh hưởng
Đối với sức khỏe con người
Đối với hệ sinh thái
Sự phát triển của nhân loại

2. Cơ sở của việc ứng dụng công
nghệ enzyme
•

Công nghệ enzym protein gắn liền với việc nghiên
cứu cấu trúc và chức năng của protein, enzym.
Hiểu biết về cấu trúc tính chất và chức năng của
enzym protein sẽ là cơ sở cho việc ứng dụng của
chúng trong nghiên cứu và ứng dụng .
•
Phát triển các phương pháp phân tích định tính,
định lượng protein, enzym cũng như các sản
phẩm của quá trình chuyển hóa enzym sẽ làm cơ
sở cho việc sản xuất các chế phẩm

3. Các enzyme trong xử lí môi
trường
3.1. Enzyme Oxidoreductase
3.1.1. Các enzyme peroxidase phân lớp EC 1.11
a. Enzyme Catalase (ký hiệu EC 1.11.1.6):

Xúc tác phản ứng đặc hiệu phân huỷ H
2
O
2
.

Có thể phân huỷ formaldehyde, formic acid và alcohol -
là những chất độc hại với môi trường, được thải ra trong
nước thải của các nhà máy chế biến sữa, pho mát hoặc
các nhà máy dệt, sợi.

3.1. Enzyme Oxidoreductase
3.1.1. Các enzyme peroxidase phân lớp

EC 1.11
a. Enzyme Catalase (ký hiệu EC
1.11.1.6):

Xúc tác phản ứng đặc hiệu phân huỷ
H
2
O
2
.

Có thể phân huỷ formaldehyde, formic
acid và alcohol - là những chất độc hại
với môi trường, được thải ra trong
nước thải của các nhà máy chế biến
sữa, pho mát hoặc các nhà máy dệt,
sợi.

3.1.1. Các enzyme peroxidase phân lớp EC 1.11
(tiếp)
b. Peroxidase củ cải ngựa (Horseradish peroxidase -HRP)
có ký hiệu EC 1.11.1.7

Tác động như catalase, xúc tác phản ứng đặc hiệu.

HRP có thể xúc tác phản ứng oxy hoá các hợp chất
thơm độc bao gồm phenol, biphenol, aniline, benzidine,
các hợp chất thơm dị vòng như hydroxyquinoline và
arylamine carcinogen như benzidine và naphthylamine
=> Sản phẩm phản ứng được polyme hoá hình thành

các chất kết tủa có thể dễ dàng loại bỏ khỏi nước thải
nhờ quá trình lắng đọng hoặc lọc

3.1.1. Các enzyme peroxidase phân lớp
EC 1.11 (tiếp)

HRP đặc biệt
phù hợp với
xử lý nước
thải bởi nó
giữ nguyên
hoạt tính ở
phạm vi pH
và nhiệt độ
rộng.

3.1.1. Các enzyme peroxidase phân lớp EC
1.11 (tiếp)
c. Chloride peroxidase (ký hiệu EC
1.11.1.10)

Xúc tác phản ứng đặc hiệu.

Chloroperoxidase từ nấm
Caldariomyces fumago có khả
năng oxy hoá một vài hợp chất của
phenol, xúc tác các phản ứng vận
chuyển oxy như phản ứng oxy hoá
ethanol thành acetaldehyde hoặc
oxy hoá khử các ion clorua.

3.1.1. Các enzyme peroxidase phân lớp
EC 1.11 (tiếp)
d. Các enzyme phân giải lignin (phân lớp EC.1.11)
Gồm các enzyme có hoạt tính rất mạnh là
Manganese peroxidase EC 1.11.1.13 (MnP) và Lignin
peroxidase EC 1.11.1.14 (LiP).

3.1.1. Các enzyme peroxidase phân lớp EC
1.11 (tiếp)

Enzyme MnP:

Sản xuất từ Phanerochaete
chrysosporium

Xúc tác phản ứng đặc hiệu phân huỷ
H
2
O
2
, phản ứng oxy hoá một vài loại
phenol đơn vòng và sắc tố vòng,
những phản ứng này phụ thuộc vào sự
có mặt của Mg
2+
và đệm.

Trên thực tế, MnP xúc tác phản ứng
oxy hoá khử Mn(II) thành Mn(III) khi có

mặt ligand làm bền vững Mn(III) => tạo
thành phức hợp Mn(III) sau khi xảy ra
phản ứng oxi hoá khử các chất hữu cơ.

3.1.1. Các enzyme peroxidase phân lớp EC
1.11 (tiếp)

Enzyme LiP:

Là một phần của hệ thống enzyme
ngoại bào của nấm mục trắng
Phanerochaete chrysosporium.

Gây khoáng hoá nhiều loại hợp
chất thơm khó xử lý và oxy hoá
một số lượng lớn các hợp chất
phenol và hợp chất thơm đa vòng.

LiP cố định trên chất mang xốp
ceramic hoặc trên màng silicon, nó
có thể sử dụng để xử lý các rác
thải nguy hiểm khó phá hủy.

3.1.2. Các oxidase thuộc các lớp oxidase
EC.1.1
L-galactonolactone oxidase (EC 1.1.3.24)

Có ý nghĩa đối với việc xử lý ô nhiễm môi trường.

Enzyme này xúc tác phản ứng đặc hiệu là phản ứng

oxi hóa L-galactono-1,4-lactone thành L-ascorbate.

L-galactonolactone oxidase từ nấm men Candida
norvegensis có thể được dùng để biến galactose từ
quá trình thủy phân lactose trong dịch sữa chua
thành axit L-ascorbic. Enzyme này đã được thử
nghiệm xử lý nước thải của nhà máy chế biến sữa.

3.1.3. Một số enzyme phân lớp khác:
Polyphenol oxidase
Gồm hai phân họ: tyrosinase và laccase. Hoạt tính của cả
hai họ đều cần sự có mặt của oxy phân tử nhưng không
cần có mặt các coenzyme.
Tyrosinase EC 1.14.18.1:

Còn gọi là polyphenol oxydase
hay phenolase hay catecholase.

3.1.3. Một số enzyme phân lớp khác:
Polyphenol oxidase

Xúc tác cho hai phản ứng liên tiếp:

Phản ứng thứ nhất phản ứng thuỷ phân monophenol
nhờ oxy phân tử thành các o-diphenol.

Phản ứng thứ hai: phản ứng dehydrogen hoá các o-
diphenol nhờ oxy thành các o-quinon. Các quinon
thường không bền và bị polime hoá không cần
enzyme thu được các hợp chất không tan trong

nước và dễ dàng bị loại bỏ nhờ quá trình kết tủa đơn
giản.

Tyrosinase cố định trên chitosan cho kết quả xử lý hợp
chất phenol rất hiệu quả (loại bỏ phenol 100%)

3.1.3. Một số enzyme phân lớp khác:
Polyphenol oxidase

Laccase (EC 1.10.3.2)

Là một enzyme kim loại xúc tác
cho phản ứng oxy hoá
hydroquinone thành
benzoquinone.

Trong trung tâm hoạt động của
enzyme này có ion Cu
2+
tham
gia.

Dùng laccase cố định trên chất
mang để xử lý các thuốc nhuộm
anthraquinonic làm giảm tới 80%
độ độc của các thuốc nhuộm này.

3.1.4.Ứng dụng kết hợp một số enzyme để
phân giải lignin


Ứng dụng kết hợp Peroxidase và laccase:

Trong công nghệ sản xuất giấy: Peroxidase và laccase có
tác dụng tích cực trong việc xử lý dịch lỏng được tạo ra
trong quá trình tẩy trắng (chứa các sản phẩm bị chlorin hoá
độc có khả năng gây đột biến gây nguy hiểm đối với môi
trường).

Ứng dụng kết hợp laccase với manganese peroxidae:

Laccase kết hợp với manganese peroxidase từ nấm trắng
Dichomitus squalens cố định dùng để phân giải lignin cho
hiệu quả đáng kể.

Người ta đã sử dụng hai enzyme này cố định trên màng
siêu lọc polysulphone để loại bỏ các hydrocarbon vòng
thơm trong nước ô nhiễm bởi dầu mỏ.

3.1.4. Ứng dụng kết hợp một số enzyme
để phân giải lignin

Ứng dụng kết hợp laccase với manganese
peroxidae:
Laccase kết hợp với manganese peroxidase từ
nấm trắng Dichomitus squalens sử dụng để
phân giải lignin. Khi laccase kết hợp với
manganese peroxidase cố định dùng để phân
giải lignin cho hiệu quả đáng kể. Người ta đã sử
dụng hai enzyme này cố định trên màng siêu lọc
polysulphone để loại bỏ các hydrocarbon vòng

thơm trong nước ô nhiễm bởi dầu mỏ

3.2 Các enzyme Hydrolase trong xử
lý môi trường

Các Amylase là các
enzyme đường hoá, có
khả năng phân huỷ
amylose và amylopectin,
glycogen và các
polysaccharit tương tự
giải phóng glucose.
3.2.1. Các enzyme thủy phân amylose


Mỗi enzyme có một chức năng phân biệt:
o
α-amylase, β-amylase tác động liên kết α(1-4)
amylose của tinh bột
o
α-amylase cắt tinh bột thành dextrin
o
β-amylase cắt tinh bột hoặc dextrin thành
maltose.
o
Maltase cắt liên kết α(1- 4) của maltose tạo
thành glucose.
o
α(1-6)-gluosidase cắt liên kết phân nhánh α(1-6)
của amylopectin để tạo thành các đoạn amylose.

=> Các enzyme này có ý nghĩa quan trọng
trong việc phân hủy phế thải chứa các nguồn
tinh bột từ các làng nghề làm bún, bánh đa,
chế biến nông sản ngô khoai, sắn

Từ các phế thải lương thực này, nhờ các
amylase có thể dùng để sản xuất alcohol.

Cũng nhờ các enzyme đường hoá α-
amylase và glucoamylase, từ các phế thải
lương thực chứa tinh bột của các dây chuyền
quy trình chế biến thức ăn có thể sản xuất
màng bao gói có tính chất phân huỷ quang
học và sinh học