Enzyme mananase và ứng dụng trong công nghiệp giấy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÁI NGUYÊN
KHOA CNSH-CNTP
--------------------o0o---------------------
Bài tiểu luận
Tìm hiểu về enzym Mannanase và
Ứng dụng trong ngành công nghiệp giấy

Giảng viên: TS.Nguyễn Văn Duy
Lớp: K42- CNTP
Nhóm thực hiện: 6
Chuyên đề: 7
Thái Nguyên, 10/2012
1
Danh sách thành viên nhóm:
1.Trần Huy Hoàng
2.Nguyễn Thị Hồng (DTN1053170024)
3.Nguyễn Thị Hồng (DTN1053170060)
4.Nông Thị Huệ
5.Trương Mạnh Hùng
2
Mục lục:
I. Đặt vấn đề
II. Nội dung
A. Enzym mannanase
1. Tổng quát về enzym
2. Enzym mannanase (enzym endo- beta-1,4-mannanase)
2.1 Nguồn gốc thu nhận
2.2 Cấu tạo
2.3 Cơ chế tác dụng
2.4 Một số đặc tính
2.5 Tách và tinh chế

B. Ứng dụng của enzyme mannanase trong ngành công nghiệp sản
xuất giấy
1. Giới thiệu chung về ngành công nghiệp giấy
2. Vai trò của enzyme mannanase trong sản xuất giấy
III. Kết luận
IV. Tài liệu tham khảo
3
PHẦN I. ĐẶT VẤN ĐỀ

Mannanases là hydrolases glycoside làm suy giảm mannans và
heteromannans. Hydrolases glycoside là một nhóm phổ biến rộng rãi của các
enzym thủy phân polysaccharides.
Enzym endo- beta-1,4-mannanase là một thành viên trong gia đình
mannase đã có nhiều ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm và đồ uống, công
nghiệp sản xuất thức ăn gia súc, công nghiệp khai thác dầu mỏ và khí đốt, trong
xử lý ô nhiễm môi trường. Ngoài ra enzyme này còn được ứng dụng rộng rãi
trong công nghiệp sản xuất bột giấy và giấy.
Công nghiêp 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 công nghiệp
hóa hiện đại hóa của đất nước.
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 cấp
bách. Vì vậy song song với áp dụng các biện pháp kịp thời về sử lý chất thải,
việc cải tiến công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế và giảm thiểu ảnh
hưởng đến môi trường cần được quan tâm đúng mức.
Để hiểu thêm về mannanase và khả năng ứng dụng của nó trong ngành
công nghiệp sản xuất giấy. Chúng em xin được làm bài tiểu luận “ enzym
mannanase và ứng dụng của enzym trong ngành công nghiệp giấy”.
4
PHẦN II. NỘI DUNG

A. Enzym và enzym mananase
1. Giới thiệu chung về enzym
Enzym: + Là chất xúc tác sinh học có bản chất là protein
+ Hòa tan trong nước và dung dịch muối loãng
+ Khối lượng phân tử lớn: từ 20000-1000000 Da
Enzym là những yếu tố quyết định xúc tác quá trình trao đổi chất và là trung
tâm của nghiên cứu trên toàn thế giới tập trung. Sự ra đời của enzymology đại
diện cho một bước đột phá quan trọng trong ngành công nghiệp công nghệ sinh
học, với sự gia tăng trên toàn thế giới trong việc sử dụng các enzyme.
Nửa sau của thế kỷ XX đã chứng kiến một sự mở rộng chưa từng có trong
kiến thức của chúng ta về việc sử dụng các vi sinh vật, các sản phẩm trao đổi
chất của họ, và các enzym trong một khu vực rộng lớn của nghiên cứu cơ bản
và nghiên cứu ứng dụng tiềm năng công nghiệp của họ. Các hydrolases như:
protease, amylases, amidases, esterase và carbohydrolases như: cellulase,
hemicellulases và pectinase chiếm phần lớn của thị trường enzyme công nghiệp.
Cellulase và hemicellulases có rất nhiều ứng dụng và tiềm năng của công nghệ
sinh học. Người ta ước tính rằng khoảng 20% của hơn một tỷ đô la Mỹ bán các
enzyme công nghiệp của thế giới bao gồm cellulases, hemicellulases và
pectinase.
2. Enzym mannanase
Mannanases vi sinh vật đã trở nên quan trọng kể từ khi con người nhắm
mục tiêu quá trình thủy phân các polysaccharides phức tạp trong mô thực vật
thành các phân tử đơn giản như: Manno-oligosaccharides và mannoses.
5
Endo-beta-1,4- mannanase là enzyme thủy phân liên kết 1,4-beta-
manopyranozit trong mạch chính của mannan và heteropolysaccharide có chứa
đường mannanose, galactomanna, glucomanna.
Sự thủy phân manna có chứa các polysaccharide bằng beta-mannanase tạo
ra các mano-oligosaccharide và một chuỗi các oligosaccharide chứa D-manose,
D-glucose và D-galactose.

2.1 Nguồn gốc
Nguồn thu mannanase rất phong phú: từ vi khuẩn, nấm mốc, nấm men, tảo
nước ngọt, tảo biển, hạt nảy mầm và cả động vật.
Trên thế giới mannanase được sản xuất trên quy mô công nghiệp nhằm
phục vụ cho nhiều ngành như: công nghiệp giấy, thức ăn chăn nuôi, dược
phẩm.. Ngoài ra, còn có cả sản xuất cà phê hòa tan.
Mặc dù một số mannanase sản xuất từ nguồn vi khuẩn có sẵn, chỉ có một ít
được khai thác thương mại để làm giống tự nhiên hoặc tái tổ hợp, trong số này,
những cái quan trọng là: Bacillus sp, Streptomyces, Caldibacillus cellulovorans,
Caldicellulosiruptor Rt8B, Caldocellum saccharolyticum.
Tuy nhiên, việc sử dụng mannanase trong các ngành công nghiệp còn hạn
chế do hiệu suất sinh tổng hợp enzym này của vi sinh vật tự nhiên còn thấp, chi
phí sản xuất enzym còn cao. Mặt khác, các chủng sinh tổng hợp mannanase
trong tự nhiên thường đồng thơi sinh tổng hợp nhiều loại enzym khác làm ảnh
hưởng đến hiệu quả sử dụng enzym.
Ngày nay, cùng với sự tiến bộ của khoa học, đặc biệt là sự phát triển của
các kĩ thuật sinh học phân tử tạo ra tiềm năng lớn để sản xuất mannanase từ vi
sinh vật. Công nghệ gen cung cấp khả năng để hiện thị chỉ một loại enzym
mong muốn trong các vật chủ mà không sinh tổng hợp enzym có liên quan, do
đó không cần tách và tinh chế enzym nhưng trong một số ứng dụng vẫn đạt
được hiệu quả mong muốn.
6
2.2 Cấu tạo
Mannanase có nguồn gốc khác nhau thì có thành phần cấu tạo và cấu trúc
khác nhau.
• Từ nấm mốc Sclerotium Rolfsii: là một glucoprotein có
M = 46.5 kDa
• Từ vi khuẩn ưa nhiệt Thermotoga Neapolitana 5068: là enzyme
một cấu tử, có M = 65 kDa
• Từ Aspergillus Niger có M = 45 kDa

• Từ loài nhuyễn thể biển Littovena Reesei: có M = 42 kDa
Endo-beta-1,4-mannanase của Pseudomonas cellulose bao gồm 423 axit
amin, với cấu trúc chia thành 3 vùng : vùng A từ Prolin 44 đến Isoleucin 323,
vùng B từ Leucin 32 đến Tryptophan 360 và vùng C từ Threonin 392 đến
Threinin 419. Các chuỗi Arg 39-Lys 43, Arg 324-Gly 331, Arg 361-Thr 391, và
Leu 420-Lys 423 có chức năng nối các vùng trên lại với nhau. Toàn bộ phân tử
endo-beta-1,4-mannanase được cấu tạo bởi 8 chuỗi xoẵn anpha và 8 chuỗi beta.
Hình 2.1: Cấu trúc không gian của endo-beta-1,4-mannanase
7

2.3: Cơ chế tác dụng của endo-beta-1,4-mannanase
8
Hình 2.2: Cấu tạo phân tử manan
Mannanase (beta-1,4-mannan mannohydrolase) phân cắt liên kết beta-1,4-
mannosit trong mạch mannan do vậy nó xúc tác thủy phân mannan,
glucomannan, galactomannan và galatoglucomannan tạo thành mannobiose,
mannotriose và hỗn hợp các oligosaccarit. Quá trình này phụ thuộc vào cấu tạo
của cơ chất và lượng sản phẩm tạo thành.
9