Nghiên cứu sử dụng hệ enzym cellulase tách từ vi sinh vật để phân giải cellulose trong phế thải nông nghiệp

ĐẠI HỌC QUÓC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN
• • * *
— ca—
TÊN ĐẺ TÀI:
NGHIẾN c ứ u sử d ụ n g hệ ENZYM
CELLULASE TÁCH TỪ VI SINH VẶT
ĐỂ PHÂN GIẢI CELLULOSE TRONG
PHÉ THẢI NÔNG NGHIỆP
MÃ SỐ: QT-08-70
Chủ trì đề tài: TS. Trần Thị Hồng
HÀ NỘI - 2008
DẠI IIỌC QUỐC CIA IIẢ NỌI
TKƯ Ờ N í; DẠI nọc KHOA IKK TỊ NIIIRN
tu

TÊN ĐÈ TÀI:
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỆ ENZYM
CELLULASE TÁCH TỪ VI SINH VẬT
ĐẺ PHÂN GIẢI CELLULOSE TRONG
PHÉ THẢI NÔNG NGHIỆP
MẢ SỐ: QT-08-70
Đ A I HỌ C Q U Ố C G"V UẬ NỘI
TRuNG TÂM TH Ô N G ril\ IHƯ VIỆN
r>T ì 9 í ũ
Chủ trì đề tài: TS. Trần Thị Hồng
Tham gia í hực hiện: sv . Nguyễn Thị HÌ1 (ỉiang
IIÀ N OI - 2 006
BÁO CÁO TÓM TẮT
Tên dc tài:
Nghiên cứu sư dụng hệ cn/.ym ccllukise tách lừ vi sinh \ ill

dê phân giai cdlulosc Iroim phó thai nõim imhiệp
Ch lí trì đê tài:
Mã sỏ OT OH 7()
TS ĩ ran Thị /lãniỉ
Các cán bộ tham gia:
- Ngu veil I hi 1 là Giang - Sinh \ icn K49 Môi trườníi
Mục tiêu và nội dung nghicn cứu:
* Mục tiêu:
Nghicn cứu sứ dunạ hệ cn/ym cdhilase lách từ vi sinh \ậl dô phan tiiai
cellulose trong phế thái nône níihiộp
* Nội dung nghicn cứu:
- Tons, quan tài liệu
- rách hệ cn/.ym cellulase tách lừ vi sinh vậl
- Sứ dụng hệ enzym ccllulasc lách từ vi sinh vật dc phân giai cellulose IIOIIL’ rirm rạ
Các kct quà đạt đirọc:
- Thực hiện dâv dll các mục liêu dã dê ra. K.ÔI qua níihiẽn cưu cho ihâ\
- Kêl qua xác dinh kha năng phân íiiai Cellulose \à hoạt dộ enzyme c ellulase
tách lừ hai chúno xạ khuân 2I\ 7P và 2 chunu vi khuân C32. C36 cho thà\. chủna
xạ khuân 2P có hoạt tính enzyme ccllulasc Ciio nhât. có khá năng phàn oiai ccllnlose
lớn nhất tronạ 4 chủng vi sinh dược nshiên cửu.
- Rơm rạ phàn huv có sự iham gia cua enzyme cellulase tách ũr chung \ạ
khuân 2P có nồng độ nilơ tôna sỏ lớn hơn 42.9% so với nòng độ niio Irone mâu
rơm rạ phân húy ụr nhiên. Như vậy. CO the sư đụng dịch enzyme tách tú' xạ khuan
2P irons chế pliắm vi sinh dê xir lý phê thai nông nghiệp làm phân bón cho câ_\
trôníỊ mộl cách hiệu quá. phục vụ nên san xiiãl nông nghiệp sạch, góp phân hao vọ
mỏi irirờna và phái triên bèn vững.
- 01 bài háo í>ứi dănii trẽn lạp chí phân lích Iloá. I.ý và Sinh học.
- Dào lạo 01 Cử nhân
ĐƠN VỊ QUAN LY
CHU TRi ĐÉ TAI

PGS. TS. I’lnim Q nòc Triệu
TS. Trân íliị HÔIIÍ;
I KUÒÍN<; DẠI IKK K1IOA IKK I I Mill ỉ\
SUMMARY
/. Title:
Study on the application of cellultisc enzyme extracted from microbes
for the decomposition of cellulose in the agricultural wastes
Code: ọ I-08-70
2. Director: Dr. Tran I hi I long
i. Members:
Niiuvcn I hi I la ( iiiiiiii
4. Researching Objects and Contents
Researching Objcets:
Study on the application of cellulasc enzyme extracted Irom microbes lor the
decomposition of cellulosc in the agricultural wastes
Researching Contents:
- We determined the ability of Cellulose decomposition and acii\ it\ oi ihc
en/yme Ccllulasc extracted from the sorts of microbes 2P 7P and 0 2 . CÌ6. rile recall
allowed that amonu the four oils of studied microbes. ihe 21’ >ort has hmhk'st acii\ ]l> oi
the extracted cn/ymo and ihcrdoiv has hiLihest abiliu in cellulose decomposition.
- The rice traus decomposition using the extracted on/vine ccllulasc from the 21’
microbes showed ihe nilric concentration 42.9% hiuher in comparison wilh that ill the
natural decomposition. 1'hcrcl'orc. the enzyme extraclion from the 2P microbe can be used
in treatment of aiiriculiural waste to produce the artificial fertilizer This technique'
contributes to the environmental protection and sustainable development of the count!).
5. Results
- Carry out outlined plan
- A article was accepted on Journal of Analytical Sciences
- Training: 01 Bachelor
DA Nil MỤC CH ĩ' V i n TA í

CMC
Cíirhoxymcthyl ccllulosc
l)NS
Axit Dmitrosalicylic
IX'
Dõi chửng
1 N
1 hí Híihiẹm
OD
l)ộ híip thụ quang
N
Ni lơ
NXB
Nh;i xual han
V p
vong, phút
DAINII MỊK AMI
Anh I. Chúng vi khuàn C’32 và C36 sau kin dime phim lập
Anh 2. Cluinu xạ khuàn 21’ va 71’ sau khi d LI ọc pliiìn lập
Anh 3. Dịch CI1/N 1110 ihô cua 2 chiinu vi khuiin san khi lòn men
Anh 4. Dịch cn/ymc tách lừ 2 chung vi khuân
Anh 5. Dịch en/.vme thô của 2 chúníi xạ khuân sail khi lén men
Anh 6. Dịch enzyme tách từ 2 chuna xạ khuân
DAMI MỤC IỈAN(;
Bánií 1.
l.ượng phê phụ phiìm phái sinh dô lim iluọc 1 lán nông ,
ail
Báng 2.
[’hân kct linh cua các nguyên liệu Cellulose
Báng 3.

[ làm lượníì Cellulose troniì mộl sò niìiiyên liệu lự nhiên
Banti 4.
Mậl dộ quang cua dãy cỈLintĩ dịch cluiân (iliicosc
Bunií 5. l)ộ hâp tlụi qnanu cua dịch en/vmc tách tú' cac cluiiiíi VI -linh \ật
Bans 6. 1 làm lượng glucosc Irorm mau Ihí n.ííhiệm và mấu dôi chứng
Bang 7.
Hoạt dộ enzyme Cellulase tách từ các chúna vi sinh vật
Bang 8. Anh hưởng cúa nhiệt độ dcn hoại lính Ccllulase
Bang 9. Anh hướng cùa pH dến hoạt dộ Ccllulasc 0 chuníi C'32
Bảng 10.
Ảnh hưởng cùa phỉ dến hoạt dộ Ccllulase ơ chuim c 56
Bang 11.
Anh hướna cùa p] I dên lioạt dộ Cellulasc 0 chuníi 2P
Bang 12.
Anh hướna, cùa pi 1 dén hoại dộ Cellulase ơ chuníi 7P
Bánti 13.
Khả nàng phân ẹiai Cellulose trên dĩa thạch
Bána 14.
Một số dặc diem cam quan cua rơm rạ sau khi u 22 ima\
I)AMI MỤC' HÌNH
I lình I. Câu trúc Cellulose
Hình 2. Các sán phcìm lên men lừ Cellulose
I lình 3. Cơ chê lhu\ phân Cellulase theo Kinu va Kccsc
I lình 4. I)ô ill Ị tlưonu chu â n (ìlucosc
I linh 5. Anh hưoriíì nhiệt dộ dên hoạt dộ Ccllulasc O' chuiiíi C'32
I linh 6. Anh hương nhiệt dộ dên hoạt dộ Cclliilasc ơ chung C36
Hinh 7. Anh lurane, nhiệt dộ đến hoạt độ Ccllulasc ơ chung 21’
Hình 8. Anh lurơníi nhiệt dộ dến hoạt dộ Ccllulasc ớ chuníi 7P
MÓ DÁU
MỤC LỤC

CIIƯƠNC; I. I( )N(i QUAN TAI I II II
I . I . I liệ n Irịin g m ô i Ir ir ờ im Síin x u â t n ó n g n g h i ệ p
1.1.1. I liện trạng hoại dộnu sán xuâl nônti imhiệp

1.1.2. Phc phụ pliâm nôníỊ nghiệp và ánli hướníì cú;i nó dcn mõi Irướnu

1.2. Cellulose và câu true
1.3. Vi sinh vậl phân ííiai Cellulose

1.3.1. Xạ kluiấn
1.3.2. Vi khuấn :

1.3.3. Nấm
1.4. Cellulasc và cơ chê ihu\ phán

1.4.1. Cellulase
1.4.2. Cơ chế thúy phân
1.4.3. lJn£ dụng cùa Ccllulasc
CHƯƠNG 2. DỔI I U'ỢNC. VA PHƯƠNG PIIẢP NC.IIII-N C l " r

2.1. Đôi lượna nghiên cưu


2.2. Phương pháp nahiên cửu
2.2.1. Hóa chất và thiêt bị nahiên cứu
2.2.2. Môi truờng phân lập \a nuói câ\ vi sinh vật
2.2.3. Thu nhận enzyme Cellulase từ các chúng vi sinh vậi
2.2.4. Xác định hoạt dộ enzyme Cellulase băne, phưcmg pháp l)NS

2.2.5. Anh hướníi cùa diêu kiện nuôi cày đên hoạt tinh en/.vme Cellulase

2.2.6. Dánh giá khá năntí phân íiiái Cellulose băng phưoníì pháp dục lỗ thạch
2.2.7. Ung dụng trong xir lv phô thái nông, ne,hiệp

2.2.8. Dánh giá hiệu qua xứ K phố phụ phẩm nông nghiệp
CHƯƠNG 3. KI I QUA NCilllÌN c ử u VẢ III AO I.U Ạ N

ỉ. I. I lình lliái các chum; \ i sinli \ ậi SÍIII khi dược phân lập
3.2. I lui nhận dịch cn/.ymc tù các chilli” vi sinh vật

.1 .1 . I loại dộ cn/vme ('dluliisc lú cac chun;.! vi sinh V01 •
i
í
}
s
.X
9
9
10
10
10
I I
I ỉ
1 3
I '
I í
15
16
16
r

IX
ll)
21
:i
M
3.4. Các yếu lố ánh lurớnu tlcn hoạt lính cn/.ymc Cellukise 26
3.4.1. Ánh hướnii cúít nhiệt dộ 26
3.4.2. Anh lnrớnii cua pi I ?y
3.5. Khá nãnii phân uiíii Cellulose CÚÍI c;ìc chung vi sinh

ị I
3.6. Ung dụniì trong xư lý phê thải nông nghiệp < I
CHƯƠNG 4. KH I LUẬN VÀ KIIUYKN NCillỊ u
4. ]. Kct luận u
4.2. Kluiycn imliị Ỉ4
1ÀI LIỆU T11AM KHAO ^
PHỤ LỤC
37
MỚ ĐÀU
lliện nay rác thái sinh hoạt, phê thái và IIước thai trorni chẽ hiên, san xuãi
n ô n g ní>hiệp là m ộl can Ircr ria lớn trong sự phái Iricn m ạ n h m ẽ cLUI toìin xã hội. 1’hẽ
thái khônn chi làm ô nhiêm môi Irường sinh thái, ô nhicm imuôn nước, ô nhiễm dill,
gây dộc hại dcn sức khoe con người, vật nuôi và cây Irôim ma con làm mat di Ciỉiili
quan văn hoá dô thị và nông nghiệp nỏnu thôn.
Việt Nam là một quôc gia cỏ trcn 70% dân sô sông hănii ntihê nôníi niihiệp.
với diện tích dâl cày irông cỏ hạl trên 8355.3 null ì 11 ha: Ironu dó 7322.3 Iiíihin h;i
lúa. 1033 nahìn ha ngô còn lại la các loại cây cỏ hạt khác 1141. Ị làng năm sau moi
vụ thu hoạch dã dê lại trên dông ruộníi một khôi lượnti lớn phê phụ pliâm nông
nahiệp: rơm, rạ, thân cây, lá cây
Theo phươrm thức sán xuâl nòng nghiệp truyên thông, lượn 2 phê phụ phàm

nôna nehiệp sau khi thu hoạch dược chuyên VC nhà và dược sứ dụng như mộl níỉuồn
neuyên liệu chính đê đun nâu tronẹ các nône, hộ Cùne với sự phát tricn của xã
hội và nhu câu đời sông con neưừi ngày một nâng cao. ngày nay hâu hêt các hộ
nông dân dã sử dụníi các nguồn nauycn liệu khác nlnr than. s,as. diện cho việc
dun nấu nên phần lớn lượna phế phụ phẩm norm nsihiệp sau khi thu hoạch được
naưừi nông dân đối neay trên dồng ruộng tạo ra nhữna chất dộc hại: CI lj, CO-). khói
bụi
Việc đốt lượníi pliê phụ phẩm trên dona ruộníi dang, dân hình thành một thói
quen xấu. không nhữna eây ảnh lurởnii tới môi trườníì sinh thái mà còn rất lãne phi
nguồn nguyên liệu có Iiíiuỏn ạôc tlụrc vật này. I)o vậv, việc tái MI' duns cac neuôn
phá phụ phâm trona nônsi. còng naliiộp thành ihức ăn cho cliãn nuôi hoặc làm phàn
bón cho cây trône, hiện danạ là môi quan tâm hàng đâu cua nhiêu quỏc aia cũng như
các nhà nghiên cứu khoa học troníi và naoài nước.
Thành phần chứ yếu cua phế thái nông nghiệp gôm có Cellulose.
I IcinicclIliIosc và Lignin. Cellulose là nhóm hợp chât cao phàn lử râl bén vữnii.
Chúng chi bị phân íiiai dirứi tác dụna cua axil và kiêm dặc hoặc dưới tác dụng cu;i
mộl hộ ihone, các cn/.vmc Cclluhisc do vi sinh vậl sinh ra.
Qua nhiều million cửu ơ Việt Nam và lrên Ihê giói cho lhã\ các phưonn pliap
vật lý và hoá học dime tie phíìn huy ccllulosc ral phức lạp v;ì lòn kcm I roim khi do.
NỨ lý phế thúi nông nụhiộp chim ccllulose híìng COI1” Iitiliộ vi sinh hú có nhiêu iru
cliê m c;i v ồ k \ (h IIặl và k in h tê.
I
Việc tận dụng, xứ lý phổ phụ pliiMii nông nghiệp vái I1 1 Ị1L đicli phục vụ s;m
x u íit n ò n ii n t> hiệ p b a n g c ò n i i n iih ệ v i s in h tla n ụ l;ì m ộ t tm i u i Iih ữ n u i iiiii p h á p In iu
hiệu, là một hướng di tlúim dãn. tlaniỉ clirọu nhiên nha khoa hoe qu;m lâm \ ti co Iricn
vọng, nhăm góp pliíìn cái lạo dọ phi nhiêu cho ilât. uop phan hao vệ mòi (rưoim \a
phát tricn bủn vữnu.
Xuât phát lừ ý Iiíihĩíi Ihict thực dó, với moiiíi muôn iiỏp phiin nho bé iroiiL' nồ
lực chunii nhăm nghiên CLILL \a ụiai quyêl vân dê lớn, cliúnu lõi tla till’ll liiinli ntihiên
cửu dê lủi: "Nghiên cửu Ml (lụnự enzyme Cellulase tách từ vi sinh vật dê XII lý phế

thai iỉôiiíị nghiệp" với nội climu chính như sau:
1. NghiC'n cứu hoạt độ en/.yme Ccllulase tách tù' \ i khuân \ ;i \ạ khuân
2. Đánh giá khá năna phân giái Cellulose cúa các chunu vi sinh thuộc
vi khuân và xạ khuân
3. Bước dâu ứns dụna enzyme Ccllulasc Ironíi xư 1} phê lliai 11011» nghiệp
CHƯƠNG I. TÔNC Ql'AN TẢI Lit* I
1.1. Iliện fr;inf> môi trirònịỊ Siín xiiiil Iiônự Ii"hiệp
/. /. /. Hiện trụ nạ hoạt dộnỊỊ s(ill xuất nông nghiệp 12.4.(11
I rong năm 2007, mặc dù uặp nhiêu khó khăn vẽ thoi ticl. dịch bẹnh. nhưng
ngành nông rmhiệp vãn duy trì dược sự phát Iricn. Diện tích Iron II lua LIK1 mrớc la
vẫn dụt 7,2 triệu ha (qui dôi cho 3 vụ Iron diện tích thực là 4.2 Iriệu ha). tVm<_’ sual
cũng khá ỏn dịnli do cố khoang 80% cliC'11 tích la dấl Imnii lúa tưới, chi LO 20"» la
chít phụ lluiộc vào mưa.
Diện lích lúa (qui dôi) thu hẹp chú you la do giam diện tích lua vụ mua. lúa
vụ ha. dôna thòi một sô dịa phươrm chuyên dôi diện tích lúa nãnẹ suâl thãp. ihiêu
nước sana các cây Irônạ có íìiá Irị kinh tê cao hơn. Côna níihiệp hoa cũng phãn nào
làm thu hẹp dất none nghiệp, trong đỏ có khoang 300.000 ha dẩt trỏrm lúa cỏ tưới.
Năm 2007 Cline là năm dnợc mùa Iiíiô với sán lượrm 4.1 I triệu tan. tăiiíỉ tới
8.2% so \ói năm trước. 1 ính chuna. ca lúa và ní>ô thì sàn lượnu lươnii thực cỏ hạt
năm 2007 dạt aân 40 triệu tân. tăim 0,8% so với năm 2006.
San xuâl lúa chuyên dân theo hưởníi ôn dịnh và uiam dãn diện lích, don”
lliời chuyên dôi cơ càu mùa vụ. tăna diện tích lúa dôníi xuãn. Liiam diện tích lúa
mùa năng suàt khôníi ôn (lịnh, lăne cường đàu tư thâm canh xuâi khâu.
San lirợns lúa năm 2007 dạt 35.87 triệu tân. Với lượng lúa trC-n. trong năm
2007 tône. cuiiíi íiạo của Việt Nam dạt 17.7 triệu lân. riêu đùns ạạo trona nước chi
hối 12.73 Iriệu tẩn. Xuất khâu gạo năm 2007 la 4.5 triện tẩn.
1.1.2. Phế ph ụ p/iâm nông nghiệp và ánh hướng ciia nó đến môi trường
•> Thành phân hóa học có trong phê phụ phâm nôna nahiộp
Phê phụ phâm nòníi nahiệp eôm tàn dư thực vậl trong Iron” trọi V á troim chê
biên nôm’ sán như: rơm, rạ, thân lá cày. bã cà phê, bã dứa

Thành phần hóa học cùa phê phụ phâin nôim nỉìhiệp chu yêu ỊŨun có:
Cellulose, I lcmicellulose, I.ignin, Dường, rinh bột, Mõ, Dàn. 1’roicin. Kh;i n;inii
pliân Ịìiiii sinh hoc sẽ lănsi dàn lù lienin, hcmicclkilosc, ccllulosc. mỡ. protein den
tinh hột và clirờnu.
Khoi lượntì nônụ sán lliu dược là I lân lliì lưọnu phò phụ phàm plial »mh \a
lliAiih phnii hó;i học ciiii nó được tõnu họp (mnu hanu ch rơi d;i\
lìá n ịí 1. L iiọnf> phc phụ ph âm p lu il sinh ilc 111II được 1 tấn nông SiiII
Tên IIÔIỊỊỊ S(U1
Lú;i
Ngô
Loại phế pliụ pliâm
Rơm, rạ
(.'ám
I rà LI
l liân. lá cây
Vo, lõi. râu hăp
Khôi lượng (kịỊ)
4000 - 6000
150
200
2100 - 2350
500
Nguồn: NíỊiiyễiĩ Dinh ỈỈUƯHỊỊ, 2006
Bảng 2. Hàm lượng Cellulose trong một số nguvên liệu tự nhicn [ 17 I
Ngiiỵcn liêu % Cellulose
Bôn 2.
- Vo hạt
- So i
Gỗ thông
Giây báo

Rom
- Lúa mì
- LÚC1 iìhkIi
- Kiêu mạch
Vo dậu tirons
Mia
- ( « 1 Inrơmr thanh
- Bà
I hàii Iiíiỏ
cỏ
60
91
41
40 80
30.5
34
42.8
51
42
56.6
36
2N
B íin íỊ 3. Ph ần kếl tinh cIIn các ngu y ê n liệu C ellu lo se I 19 1
Nguyên ỉiệu
Sợi hônu
Bã mía
% Cellulose
42
Rơm lú;i mì
Rơm lúa nưức 43

Mùn cưa 38
Co 33
Vo hạt bông 42
Lõi nsô 29
Anh hương của phc phụ phàm nông nehiệp dcn môi trườníi
l ừ baim 1 cho thây. lượna, phô thai nône. nạhiệp phát sinh rât lớn sau mỗi vụ
thu hoạch, nêu như khôníì có biện pháp xứ lý và quan K hiệu qua thì vừa £â\ ô
nhiễm mõi triròna vừa lãng phí một ngLiôn nguyên liệu lớn. Quá trình Ill'Ll íìiữ và tận
dung pile thai nône nghiệp khônạ hợp 1\ dẫn đcn nhĩrníỊ ánh hướns xấu tới môi
trườne và các hệ sinh thái.
Klii hậu nhiệt đới nóna âm va mưa nhicu ơ nước ta là diêu kiện thuận lợi cho
các thành phần hữu cơ phân hu\. thúc dây nhanh quá trình lên men. thôi rữa và tạo
ra mùi khó chịu cho con n £U 'ò i. Các chât khí: II2S. NH.ị. SOi plial sinh trong quá
trình phàn hủy chàt thài hữu cơ nòng nahiệp neav trẽn dôim ruộniì. trong các
chuồna trại hoặc tại nhũng clôntĩ u phan xanh là các tác nhân chu ỵèu tác dộníi lơi
môi trườnu không khí cùa chất thái ran nông nghiệp [6],
Nếu như trước dây, các phụ phàm nôns nghiệp dược nhà [1 ÔI1 ỊÌ tận dụng chu
ycu dê làm nhiên liệu trong dull nấu. thì hiện nay do dời SÒI1Í2 nuưoì dân dược nàníi
cao, chi có mộl phần phố phụ phàm nông niihiệp dược lái sử dụníi như: trôníi nâni.
làm ván cp. lót chuồng trại cho L>i;i súc. . phan còn lại tliì dược dem dõl trực liõp
imay lịú doim ruộnu làm phái sinh các chilt: (I 11, CC)2 ỊJ.à> õ nhicm mòi Irườim \;i
nhicu hiêm họa khác. Chính vi v;Ịy. việc \ứ ly và l;Ịn dung phò phụ phiìm nõiii.*
HL’hicp "iàu họp chãi hiđiociicbon làm phán bón cho c;ì\ troim phục vụ s;in XIlai
nong nghiệp hiện dang là mối qiiíin l;ìm lii'mu dâu cú;i nhiòii qiKK ui;i ũmti như Liic
nliii nghiên cứu khoa học tmn.íỉ và nmnii nước.
1.2. Cellulose VỈI can trúc
Cellulose là thìinh phíìn co h;m cua Viidi lẽ híio thực Vạl \;i co lè la hop chat
sinh học phoim phú nliàl trên trái ikìl. liiinu n;ìm dược tịio thíinh voi klioi linrn ’ lim
tiên mức vượt lâl cà các sán pliâm tự' nhiên khác.
I ronsz vách tè hào thực vậl ccllulose lon lại tronii mõi liên kcl chát chc VOI

các poh acciirit khác. I làm lượim ccllulosc tronu xãc thực \ạl thưoiH’ llia\ ilòi
tioim khoantì 50 - 80%. trong giã\ lá ỏ r v Iroim Iran là 31"'». ImiiL’ ha Iiiici la 46
°0
(lính llico trọnỊi lượng khô). Trona sọi boil” hàm lượn a nà\ \ Liọt Ircn 9()'\>.
Vè câu trúc hóa học. cellulose lá một polymer mạch thãni’ (poh íikohol) Ịiom
các phàn tứ anhydroelucosc noi vói nhau bănu liên kết p - 1.4 íĩluco/.il. I u\ nhiên
trong chuỗi alucan dơn vị lặp lại khôim phai lá glucosc mà lá ccllobiose. Moi phàn
tư ạkicosc có dạng ahẽ bành, phân tư nà} quaỵ 180l) so với phân tư kia. \ Ị in [) cuu
các nhóm hvdroxvl dêu ơ mặt phăim n.aana cua phân lư (hình I ).
Hình 1. Cấn trúc Cellulose
Cellulose có câu trúc sợi song song, các chuôi ccllulose >zăn voi nhau nhơ
mạng lưới liên kêl hvdro. con các lớp gãn Yỏ'i nhau bâng lục Vanđenan.
Trong lự nhicn, các chuỗi slucan cùa ccllulose cỏ càu trúc dạnL’ sợi. don VỊ
sợi nhỏ nhàt cỏ dirờns kính klioanu 3nm. Các sợi sơ càp hợp lại tlũinh \ i >ọi có
dườntĩ kính từ 10 - 40nm. nlũmsỉ, \ i sợi nà_\ hợp thành ho sợi to CO the quan snl dưoi
kính hicn vi quaiiíi học. ’loàn bộ vo sợi co một lớp vo hemicellulose \a IiUI1 in răn
chăc bao học hên níioái j 23 I.
Cellulose là hợp chiìl pliửc lạp và bẽn YỮIILÌ. khôim lan Imin: nưo< \ .1 Iron.’
nhiôu tlunii môi liữu co, các iluim clịcli kiC'111 loànụ CŨ11L’ kliòiiL’ luc clụnn. lIii I'M IhII'
phiin khi dim IIÓIIỊÌ vói ;i\ii \;'i kiùn.
(>
I icn kcl uluco/il không hen với axil, tliriri tile dụiiu cu;i iixit cdlulosu 1.10
thanh L'lic s;in phfim thúy phân không hoa t;in, co ilộ hên cơ học kém hon. Lcllulosi.'
khi tliuy phíin ho;'in loàn sc 111 11 tlược san phiim cuõi cinm hỉ clironL’ hoa 1,111 I)
( llucose.
D u n g dịch k iêm làm Irươim p hò ng m ạch c d lu lo sc \ à hoa tail m ot ph.in L.1L
cellulose phàn lư nho. I roim khi do ơ illCII kiện hình thườim một so \i sinh \,I| M)
thè thũy phíìn c ellulose thìinh d ườn li d o n 116].
I Ik-o l l c i c h c l |2 1 | s in h k h ô i th ụ c v ạ l c u a 11 ii i dai la 1.8 l( ) n lã n . I l l'll - lid
ccllulo s c d i i c m 4()‘\>. l)o vậy , tôn Li lượiiLỉ c c lk il o sc c u a to a n ihẽ ỊỊÌỞi la

7.2
1C mil-
con lưọnii cellulose lạo ihánh hàníi năm là 4.10l(l tân.
Khui lưọnti ccllulosc khôna lô rãl giàu năna krựníi nàv nam ơ dụne thô. clui
yêu Irona các nauôn sau:
Các phê liệu none nahiệp: rom rụ. Ill câ\. CLiõna lá. vo lạc. trâu. cam. hii
mía. lõi \'à lliàn n°ô
Các phê liệu côníi nehiộp thực pliâm: vo và xơ qua. bã cà phê. bã rau. ha
khoai sán
Các phe lieu cona níihiệp ao: rẽ câ\. ẹo \ un mùn cưa.
Các châl thai cua aia dìnli và dò thị: ạia\ loại. rác
Việc tlui\ phân ccllulose băna plurơníì pháp hoa học ha\ sinh hiK \Lia vii ’
nghĩa vê mặt tuân hoan vậl chàt. vừa có \ ntìhĩa ve mặl kinh lê. Phưone phap hoa
học dõi hoi những trang ihiêl bị rãt tôn kém mà lại kho llui dược sail phãni tinh
khièl. vì vậ\ hiệu qua kinh lè tliãp.
Troiiíì khi dó vi sinh vài tăng trirớns, nhanh, nuôi cây dề. qua trình duel riu
en/.vm c d on gián. en/.Ỵine có dặc tính hiệu c ao n ên c ó thê thu dirợc san p h ũ m linh
khict. dưới diồu kiện nhiộl dộ và áp suâl thirờnỵ.
Khai thác nănii krợníì mặt Irời tích lũ\ tiêm làim tron” cellulosc la lurơnii
quyết dịnli dc ii i í 1 i quycl co bán cuộc khủnii hoáim nănti 1 Lion ạ hiện na\ trẽn 111."
tiiói. cá nĩiniì lượnii cho con nụirời là protein cíìim nlur Iiíinii lưọiiL’ cho cônu imliK-p
III nhiên licu.
I heo hưónu 11 à \ . Irưóc licl ccllulosc ph;ii dược lluụ phiìn ihánh liluoiv IOI
lú ’ L’ h ic o s c l;io i h iin l i MỊÌUOM 11u 1C An c h o n m r ớ i \ à ilia su e ( p ro te in d o n h a o ) hn.lL k ’11
men l;u> (hành c;’it ilim;; mòi. cluìl ilco \ à clh.111 oI I 1 7.1 *>.2 >-241
Mình 2. c ác s;in phỉìm lên men lừ ( cllulosc
V i ệ c SU' d ụ im c ác CO' c h a t c d lu lo s c lụ ' n h iê n >C’ Irơ n c n d o n t iiiin \ ; i th u ậ n lọ i
hon rãt nhiêu nêu chúnti dược \ư IV irLtcrc khi lẽn men. I)c làm irươníi cdlulosc co
thê dùng cách xứ lý cơ học. hoa học ha\ xứ K Ikk hợp l\. ví dụ xứ K siêu àm (hức
xạ)- cũng như dùim axit va nónụ dộ kicm ơ nhiệt dộ cao. Việt tim ra biện pháp

thích hợp và re tiên là râl quan trọn”, sự loại bo hoặc biên dôi liiiiìin ũum phụ thuộc
\'ào dó.
Iliộn nay, tính chài phức lạp vá chi phí cao cho CUL Liich XL1 1\ ná\ danLi la
một trone nhữníi yêu tô CO' han dôi \'ơi \ ãn dè khai thác cellulose cũim nil LI' sir li un lì
c d h i l o s e ơ (.)U> m ô c ô n a iiỊih iộ p .
I.3. Vi sinh vật phân giái Cellulose 19.101
Irons’ tự nhiên khu hẹ vi sinh vậi co khá năna phàn eiai cellulose vo CUI1 Í1
phonụ phú. hao aôin xạ khuân. \ í khuàn \;i nâm.
/. Xụ khuân
I.à một nhóm vi khuân dộc biệt, tê hào có kích lluroc nho như \ 1 khuân
nlumg dặc trưne bới sự phàn nhánh, da sô sons, troníì dàt. >_>ram ( ‘ ) \ à liicLi khí. Dựa
váo dặc diêm về nhiột dộ sinh Inrớna. ntiười ta chia xạ khuàn thành 2 dạnii
I- Xạ khuân Uíì lìm phái Irien lôl ớ Iiliiệl dỏ 2 ' Ị~" ('
•- Xạ khuân im /ihiệl, ph ai Iriờn tốt ơ nhiỡl (/(> J ' 'lf (
X ạ k h u ẩ n c ó m ặ t q iu m h n ă m Iro n ti lâ l cá các lo ạ i d ill. S o lư ọ n u \ ạ k lu ià n p hụ
thuộc \ tio loại dill và lính chiìt đút. cclluhisc CIU1 \ạ khiuin la ni/MiK' HLioại bao I I
X ;i k h u â n c ó m ộ l \ ;n im q u a il lio n u l i o n t i CỊIKI Iriiih ph.ìn h u \ c c l lu l o . c n o i
riciiLĩ v;'i r;ìc lliiii n ó i c h im u bơ i C.IL' c IH 1111_> n à y d ;i sò l;'i c ; 1 c c h i lli!’ c h u i n h iọ l. LO kh a
II,111'.! M iili liiii) III k h i u Ạ p đ i à i kiO n m o i I r i m ii ” k liiic m J iK 'l
X
M(il khác. d;i sỏ các cliiiim XỊI kliuãn clên có hoạt lính ,Inh kham’ sinh. Vi
vậy, khi lh;im gi;i v;'i() quá Irinli II I'llc sẽ lịio lii mọt san plùim phan boil .mil hoc LO
khá năng ức chc sụ phát triêii cua CÍK VI sinh vật ua> bệnh khiìc
I r o n g c á c l o ạ i v i s i n h v ậ t p h á n L ' l i l i c c l l u l o s e k c I r e n t i l l \ ; i k h u â n c l u i h l ; i
moi quan liìm rãt lơn vi dặc diỏm pliiin hô rọniì r;ìi trong tụ nhicn (đãl. nưoc. Iron Ị?
các họp chai hữu cơ ). Xạ khuan có nhiêu nét uiônti vi khiiãn \a nam moL nen
imưởi Li coi nỏ kì dạim trung ụian iiiii'a hai loai vi sinh vậl nà\
Dưa v;m dicm dặc tru 11 li cua \;i kluiâii \;i mội so veil to kliat n u la co ihc
nhận bicl dược xạ khuân; hình thai \ạ khu;m. I)ặe diẽm hinli thai ki Iiluìiiii dau hiệu
quan trọng dê xác dịnli loài xạ khuân co dạnii sọi.

1.3.2. Vi kliuấn
I ừ the kv 19 các nhà khoa học dã nghiên cửu và nhận lhâ\ một sô vi sinh \ ậi
kị khi co kha năniì phàn íiiai ccllulosc. Nluìim nam dầu Ihc k\ 20 imười ta phan lập
dược các vi khuân hiêu khí cũne có kha nănti n a \ .
Troiiíi các vi khuân liiên khí phân íiiai cellulose, niêm vi khuân lá quan trọim
nhât. chung Ihướnii có hình que nho. hoi uôn COI1Í1. có thành tê had mono. bái màu
tlniỏc nhuộm kém. chu yêu ứ các chi ( 1 topìntọa. Sporocvlophuaa va Sorciiỉiuiiì
Niêm vi khuân nliận dưực năn!.'. Iượnụ khi oxy lioa các san pliam cua quá
Irình phân íiiai ccllulosc thành COi và 11:(). Nỉioài ra còn thã\ LÚC loài thuộc chi
C elỉvibrio cũnti có khá năng phàn lni\ cellulose
I ronii dill’ll kiện k\ khí. các loài \ i khnan ira âm ha_\ lia nhiệi thuộc Liiõim
Clostridium .tiên hành phàn ạiái cellulose, chúng phái tricn \ cLI irõn mỏi Inrừna
chửa dirÒTiQ.
1.3.3. Nấm
Nấm sợi phàn giai cellulosc chậm lion vì chủníi tièt \ao mõi trườn<J Iliọiil’
enzyme niioại hào nhiều hơn vi khuân. Vi klniàn liêl \ ào mòi irươnsì phức hẹ
ccllulasc khôim hoìin chinh chi thúy phàn tlirợc cơ chât dã cai thiện như uiâ\ lọc \á
C M C Còn nầm lict hệ ccllulose hoàn chinh nC
'11 có thê thúy phan LL'lliilosc hoíiii
toán C'íìc nam clirợc nuhiên cửu l;i: Tricluxlcnmi rưưsci, T viru/i I-iiMtii'iitm
P c iiic ill iiin i .
'í
1.4. Celliiliise v;i CO clic (húy phân
1.4.1. Cclliilusc
S ự phân niái ce] I LI lose l LI' nhiên là m ộ t qu;i Irinh phire lạp doi hoi sir tliam "i,i
phôi họp cúii nhiêu en/\ mc khác nhiiu.
Ccllulasc lá mộl pluic hộ các cn/.yme. nlũrim CI1/M11C na\ hoạt ilom> eLUI!_■
nhiiu dê tlúiN phàn cellulosc. Ccllulasc tôn lịii 1'ộna ra I \ã co mại lion LI nhieu nhom
vi sinh vật như có nhiêu O' loai nâm vi nàni. \i kliuãn \ a \ạ klniaii. < o lì nhai hai
hước Ironu quá phân lni\ ccllnlosc do sinh \ạt.

Tiên lianli vơi hươc 1: lien tlui) phan (pm lụtlm luiO - 111)1111 birởc na\ mọi
en/ymc (C|) sẽ làm trưoiiiì hoặc hvdrat lioa các mạch tilucosc khan. IỈƯOL thử 2 ,LI'
dụníì các enzyme thu\ phàn (C\) va p - Glucosiđase (ccllubiasc).
Gilbcrl [20] dã ntihicn cứu rọní? VC phức cn /\m c cua ( cllulose. Phức nu\
chuyên hóa cellulase linh ihê. vô dinh hình thành uluco.sc Nliữníi dặc tính chu vên
cua phức ccllulasc là:
Hệ thô n g c ó tinh đa XUL lác
// nhài có ha thanh phán íniYDỉL lỉớu k/niL ll/hill 1í 'nai \ Jl /i Ví/ hóa i’UL
C a ba thàn h p h â n ọ_từ va i trò thiet ven tro n g thin ph an L ellu lo sc thanh
g lu co se T h í n g h iệm vé h oạt lin h c e llu lo se c o s ir (ỈỊin iỊ m ỏ! p h ư ơ ng p lu ip nhăm \UL
địnlì túc độn*!* cua ce llu los e lên cellulo se ơ dạn£ tinlì th i iii n íịuan liên việc hình
thành glucose
1.4.2. Cơ chế til uy phân
Từ những nghiên cứu riciiỊì rẽ lìm 11 lọại en/.yme va Iiiiliicn cứu tác dộng hiệp
dồníi của ca ha loại en/ym e cellulasc. nhiêu tác íìiá dôu dưa ra kci luận chung la L'UC
loại cn/.ymc Ccllulasc SC tha\ phièn nhau phàn huy ccllulosc dô lạo thành san phàm
cuôi củnii la glucosc.
I Liy nhiên, hiện nay trãi lự plián ứim của en/.ymc \an chim co sự lliòru' nhai
và cỏ nhiỏu lác íiia dã Irình hà\ nhiéu cơ chê lác dộim cua ccllulasc llico nhiên (.ach
kliík' nhan.
I ll i c o K iiiu 12 2 1 \ u R c c s c | 2 5 |, lU’.oai ' CI1/M H C I rc n co n LO (. la Ill'll
Iih iìn lô I h m p h à n " c ó lae ilự n i: l;m i tr iro n v IIƠ c c lliilo .s c UI n h iL ii. la in d m p lu m III
11 1) ncn hoại cIõiil; Cơ chC t.1C ilộiiii cu.I ( I chira ro I.my
MỘI sô uk gia cho là C'| kliõnu phiii là cn/ymc thus plum. ma du eăt UIL
liẽn kêl hydro giữa các cliuoi cdlulosc \a làm IhiiN doi uau trúc \ậl l\ Chuồi
cc 11IIlose hoạt dộng sẽ b| phán ăn hoi cnclo va c\o - ulucan.iM llianh c;ic edlo
oliuosaciil it lạo C(T diãt cho cellobmsc lluiv phân thanh ílironII tílucose. (hinli }).
Hình 3. Co chế thúy phân Ccllnlasc theo Kill” \à Rccsc
1.4.3. L lĩ” (lụiĩiỊ của Cellulose
I ronu thập k\ vừa qua. cỏnii nahiộp tliuy phân nhờ en/\me dã và dang dirợc

triên khai ơ nhiều nước với mội lòe dọ nhanh chóne,. ( UI1L’ \Ơ1 U1L enzyme quan
trọng khác, enzyme Cellulase dã dược san xuâl voi qu\ 1110 C0I12 níihiệp và ứng
dụ na rộn lì rãi vào các mục đích khác nhau.
Cỏ thể chia việc sư dụng Cellulase hiện na\ và tron” um ny lai theo hai
hirởnịĩ chi nil:
• Sứ dụn2 trực tiếp cn/ym c irons quá trình chè biên ilụrc phãm. san xuât
thức ăn ụia súc. chốníi ò nhiễm môi Iruờng và diêu chê các được phàm.
• I húy phàn Ccllulase dò cuns. cấp cơ chấl lèn men cho hàn” loạt san phíìm
cuối cùng như monạ muôn.
Việc SƯ dụng ccltulíisc tie tlui nhận tlịch tluiy phàn làm Lơ di.ìl len men da
dược ihứ I1<’ hiôm lú' làu. Nm>;'ii r;i, 111ỘI so VI sinh \ật còn đuọu ilmiL’ dc thus plum ba
lliái cua c|Li;i 1 lình ché biên iiồ. chữa 40"<1 ccllulosc. llicii nn\ MỊiimi la il.mi' chu \
nvliiõn cứu clc lạo r;i chc ph.ìm cn/ymc khom: Um. VÌỌL eln.' 1.U' lit,mil coil" die
I I
phiim náy m<r r;i nhicu iricn vọnu <Jê Ịiicim uiil I linn h die hicn Cellulasc (T qu\ mo
c ô n g n g h i ệ p
S o i m s u m : VO I sự p h;il t ri c n c u a Nil 1) 0 1 . Iir ợ n u c h ã i ihcii si nil ho iil u n m I.msi
then. Miện phiip XU 1\ llumnu clung o nươL la 1.1 chon lap. nlumu cacli n;i\ 1(111 (lu II
lích vá thơi mail phfm hII\ keo dái. tlônu thơi qu;i irm h \ư l\ niriVL ri I\I III L.II. bill
c h ô n lâ p râ t lỏ n k ẽ m v a c ó IIIUIN c ơ LÚI\ õ n h ic m n u m HLĩam \ci k h ỏ n u k ill M ill"
quanh khu vực chôn hip 15 1 Việc hô siinii ccllulasc uuip phân hu\ r;i(_ iliai hữu (.()
nhanh Iktii.
Ccllulasc cluựL ưníi clụnu rộníi rãi lionu I1Õ11L’ Iiiihiệp. elm YCU Ironi: dì.Ill
nuôi (Jc Uiníì hiệu t]Uíi sứ dụnụ thìa ăn. san XLiãl thức iin dê tiêu hóa cho dộnu thục
vật. dặc biệl là dộnu \ậl con non. Thành phân ihưc ãn qua nhiêu dộnti \ặt ch LI Nil'll hi
neủ cốc. có bo sung các nạuvên liệu uiau protein như dậu tươna hoặc a k nmi'.cn
liệu giàu lipid.
Nhicu thức ăn dộns \ật chứa khoane 30° [> la cellulose, hcmiccllulosc. pectin
là những châl ma dộnti \ ật khònụ hàp thụ dược |^|. Việc bô suna ccllulasc phân iiii.11
cellulose thành các >an phàm phàn tứ lliàp dc liêu hoa. dỗ hiìp thụ vã làm Liiam ô

nhiễm môi trườníì.
lóm lại. ccllulasc khònụ nhữníi co \ai tro phàn hu> niiuồn nguyên liệu có
nhiếu nhất tronỊỊ lự nhiên dò khép kin chu trinh cacrbon mà còn dược ứng dụng
rộng rãi tronẹ nhiêu lĩnh \ ục cua dời sônạ.
CIIIJONC; 2. 1)01 TllỌNC; VẢ imiươnc; IMIÁI' N(;mÊ\ C'í' l
2.1. Dôi tirọng Ii»liiên CÚII
Dôi lượng clưỢL Iiuhicn cửu Imnji dc lài >JÒI11 co:
• ỉ lai cluing xạ kliiMH ?l’ V,| ~T thuộc \;i kluian SticptomvLcs \ ,1 2 cliuiii.’ \'
khuân C32; C36 lẩv lừ Hioiiịỉ Coniỉ nghệ lẽn men ■ Viện Coiiíi Iiiihệ Sinh Iiọl
Viện Khoa hục Cônti imliệ Việt Niini.
• Rom rạ. nguõn phe phụ phàm Iiõim nuhiệp dôi dao \a săn LO (í Việt \ a m
2 .2 . I M m c n i ” p h ỉ í p n g h iê n c ú I I
2.2. ì. Hóa cliât va thiết bị nghiên cừu
*> H ỏ a ch a !
• (NIU),SO.,. KI UP(K !>(),: II2S(),
• Cao men: Cao thịt: IVpton
• Axil Boric: IK I: lie l(),; N'aOll
• Cacboxymel} Iccllulosc (C MC) (Simna - M \)
• Clu til ị 1 axil'll
• I huôc tliứ l.iiỉiol
Nghién 2a KI tronii CÔI sir MT1 5 - 1 Om 1 nirơc cãt riicm \iio ]» h \a ntihiên
cho tlcn khi liòa tan hoàn toan, tliẽni 11 ước câl tiên 3()()ml. Bao quan Ironu lọ tòi
num.
• Dune dịch CMC 1.0°«:
Cân chính xác 0.?u CMC \a dem nhỏ eiọt vào côc chửa 40ml nirưc âm Ctk
dược dịil trên bếp liàm Iionu \ à chuiìn bị một cliiêc dũa kluiàv. lãiiiĩ đẽu nhiệt o hcp
vá khuấ> mạnh. Khi duim dịch hiu đau sôi. dậ\ cốc lại bail” nãp thii\ linh, mam
nhiệt dộ cua bốp xuốii!’ \;i licp lục khuấy cho (.lẽn khi dung dịch nguọi di
Cho dune dịch xào hình ilịnh mức 5()ml và ihC'in vào Mill dunu dịch ticm
iixctal. di cu chinh pi I lliích họp lci ■’.2 và dinh mức the lích đcn \ạch

• I )unu dịch DNS:
c ;m chính \;ic lOu 3.5 axil I )inilms;ilic\ lie till) Viio to*. LO tliL lu ll 1,1
2000ml. S;m do liẽp tục llicm váo Kill linh ihr N'iiOII. 3()0u muôi ka Vi Lkti.il
kcp. Vti 500ml nước cât. Dặt cõc trcn hep Ml khua\ nhe nhansi
Dun nhẹ cho dunti dịch am len \;i khu;i\ mạnh dell kill ciie chat ho;i tan hoaii
toàn. I)ê nguội, sail dỏ cho dmm địch \ao binh dịiih mức lOOOml \ii định 111111. dcn
vạch. Dunii dịch dược sứ dụnu troim tlmi Li la 11 10 11 UI 11
Diiiiiỉ CII. lliii I hi
Dung cu:
• Bình dịnh mức
• Oníi dong 100ml
• Bình tam íỉiác loại 25()ml \a 5()mI
• Cốc tlui\ linh loại lOOml \à 400ml
• Pipet. buret. dũa thúy tinh. Ịii;ì\ lọc
• Dĩa pelri. dụnii cụ dục lo thạch
' I hict bi:
• 1II cà\ vò trùng
• Tu lạnh
• Máy ly tâm (JANF I K.I I 30. Nga)
• Máy do pi I (I IANNA. Ba I.an)
• Máy u v - VIS (Labomed. INC)
• l u am Memmert (Dức)
• Máy lac ổn nhiệt (IK.AKS. Anh)
• lie ổn nhiệt (Cìl-1 . Dửc)
• Cân diện tu (1 'B 2800 I miiim. Nh.ll H;m)
2.2.2. Môi tnrỜHỊỊ pliân lập và nuôi cấy vi sinh vật
•> Mòi hường MI’A cliinu dê phân lập và nuôi ta> vi khuân (u 1)
Thành pliíìn
Cao lliịt
Pcpton

NaCI
I h ạ ch
N ư ớ c c â l
pll
K h ô i l i i ọ ii ” I ” )
?()
1000ml
Khứ trùna latm/30phiu
❖ Mòi trưừnạ I Iutchison dùna dê phân lập va nuòi ca\ xạ khuân
Thành phần
T
Khôi lirọiiỊỊ
(NHj)?S().,
-ị
-
0.5
KIM>(),
1.5
KoiiPOj
-j-
5
Cao men
, _
1
CMC
Thạch Aịiar
15
Nước
lOOOml
pll

—1
j
r —
.
7.2 - 1.Ĩ,
K h ư I r ù n a l a t m / 3 0 p h iu .
I '