NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SINH TỔNG HỢP VÀ ĐẶC ĐIỂM ENZYME CELLULASE CỦA MỘT SỐ CHỦNG Bacillus sp.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SINH TỔNG HỢP
VÀ ĐẶC ĐIỂM ENZYME CELLULASE
CỦA MỘT SỐ CHỦNG Bacillus sp.

Ngành học

: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Sinh viên thực hiện

: NGUYỄN THỊ YẾN THU

Niên khoá

: 2007-2011

Tháng 7/2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SINH TỔNG HỢP

VÀ ĐẶC ĐIỂM ENZYME CELLULASE CỦA MỘT SỐ
CHỦNG Bacillus sp.

Hướng dẫn khoa học

Sinh viên thực hiện

ThS. TRẦN NGỌC HÙNG

NGUYỄN THỊ YẾN THU

KS. BIỆN THỊ LAN THANH

Tháng 7/2011


TÓM TẮT
Cellulase là nhóm enzyme có khả năng thuỷ phân liên kết β-1,4-glucoside của
cellulose. Cellulase được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp nhẹ như: thực
phẩm, thức ăn chăn nuôi, dệt, bột giấy,…. Nguồn thu nhận cellulase chủ yếu là từ các
vi sinh vật. Trong đó, Bacillus là nhóm các vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp
cellulase cao, enzyme thu nhận từ nhóm này có nhiều đặc tính ưu việt, có thể ứng dụng
được vào nhiều ngành nghề khác nhau.
Đề tài được tiến hành nhằm chọn lọc chủng Bacillus có khả năng sinh tổng hợp
enzyme cellulase có hoạt tính cao, xác định một số điều kiện nuôi cấy và đặc điểm xúc
tác của enzyme này.
Qua quá trình nghiên cứu, chọn được 6 chủng Bacillus có hoạt tính cellulase cao
trên môi trường thạch đĩa chứa CMC từ 16 chủng ban đầu. Các chủng này đều có khả
năng sinh tổng hợp cellulase trên môi trường bán rắn tốt hơn trên môi trường lỏng.
Trong đó, chủng Bacillus được ký hiệu là Ba50 nuôi trên môi trường bán rắn với tỷ lệ

bã khoai mì và bã đậu nành là 7:3 tại 56 giờ cho hoạt độ cellulase cao nhất, đạt 629
UI/g. Chế phẩm cellulase tinh sạch sơ bộ với ethanol thu nhận từ chủng Ba50 có khả
năng thủy phân CMC tốt nhất tại pH 5,4, nhiệt độ 55oC.

i


SUMMARY
Cellulases cleave the β-1,4 bond of cellulose, belong to the large family of
glycosyl hydrolases. Cellulases have a wide range of industrial application such as
textile, pulp paper and animal feed additives etc. Cellulases can be producted by fungi,
bacteria , atinomycetes animal or plant, but the most common producer bacteria. In
particular, the Bacillus group have capable of biosynthesis of cellulases high.
Therefore we carried out

the thesis: "Study

the biosynthesis ability

and

characteristics of enzyme cellulases from some Bacillus sp. strains" with the objectives
are select Bacillus strains capable of biosynthesis of cellulases highly active enzyme,
determined certain culture conditions and catalytic characteristics of this enzyme.
In the present study, we selected six strains have high cellulase activity from 16
original Bacillus strains. The strains are capable of biosynthesis cellulases on semisolid medium better than the liquid medium. Of these, Bacillus strain was denoted by
Ba50 culture on semi-solid medium with the rate of cassava bagasse and soybean
residue is 7:3 for the most active cellulases, up to 629 IU / g. Preparations of crude
cellulases derived from preliminary Ba50 Bacillus strains capable of hydrolysing CMC
best at pH 5.4, temperature 55oC.

Key word: Cellulase, Bacillus sp.

ii


LỜI CẢM ƠN
Lời cảm ơn chân thành nhất con xin gửi đến cha mẹ đã luôn động viên và tạo
mọi điều kiện thuận lợi cho con được học tập. Cảm ơn dì đã luôn yêu thương và quan
tâm con. Cảm ơn gia đình thân yêu luôn tin tưởng con, che chở và là chỗ dựa vững
chắc nhất để con vượt qua mọi khó khăn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Th.S Trần Ngọc Hùng đã tận tình hướng dẫn
em trong suốt thời gian làm đề tài và viết khoá luận tốt nghiệp. Cám ơn Th.S Nguyễn
Như Nhứt đã tạo điều kiện cho em thực hiện đề tài. Cảm ơn các anh chị trong Công ty
Gia Tường chi nhánh Bình Dương đã giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài
tốt nghiệp.
Xin gửi lời cảm ơn đến người thầy đáng kính TS. Lê Đình Đôn, trưởng bộ môn
Công nghệ sinh học. Cảm ơn các thầy cô Bộ môn Công nghệ sinh học đã giúp đỡ em
trong lúc làm đề tài.
Gửi lời cảm ơn đến những người bạn đã luôn bên cạnh, động viên, chia sẻ và
giúp đỡ trong thời gian qua. Cảm ơn bạn bè thân yêu lớp DH07SH đã học tập và chia
sẻ cùng tôi suốt 4 năm đại học .
Lời cảm ơn thân thương đến các chị, các bạn, các em phòng 513 ký túc xá
trường đại học Nông Lâm TP HCM.
Một lần nữa, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả!
TP.HCM ngày 9 tháng 7 năm 2011
NGUYỄN THỊ YẾN THU

iii

MỤC LỤC
TÓM TẮT.........................................................................................................................i
SUMMARY.................................................................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................ iii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iv
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................... vi
DANH SÁCH CÁC HÌNH ........................................................................................... vii
DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................ viii
Chương 1 MỞ ĐẦU ........................................................................................................1
1.1.

Đặt vấn đề ..............................................................................................................1

1.2.

Yêu cầu của đề tài .................................................................................................2

1.3.

Nội dung thực hiện ................................................................................................2

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...............................................................................3
2.1. Enzyme cellulase ......................................................................................................3
2.1.1. Phân loại ................................................................................................................3
2.1.2. Tính chất phân tử ...................................................................................................3
2.1.3. Tính chất xúc tác ...................................................................................................4
2.1.4. Tính chất lý hoá của enzyme cellulase ..................................................................6
1.1.4.1. Ảnh hưởng của pH..............................................................................................6
2.1.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ .....................................................................................6
2.1.4.3. Ảnh hưởng của các chất hóa học ........................................................................6

2.1.4.4. Sự điều hòa sinh tổng hợp cellulase ...................................................................7
2.1.5. Nguồn thu nhận enzyme cellulase .........................................................................7
2.1.6. Ứng dụng của enzyme cellulase ............................................................................8
2.1.6.1. Trong công nghiệp giấy và sản xuất bột giấy .....................................................8
2.1.6.2. Trong công nghiệp dệt ........................................................................................8
2.1.6.3. Trong xử lý môi truờng ......................................................................................8
2.1.6.4. Trong thức ăn gia súc .........................................................................................9
2.1.6.5. Trong công nghiệp thực phẩm ............................................................................9
2.1.6.6. Công nghiệp chất tẩy rửa và sản xuất cồn ........................................................10
2.2. Vi khuẩn Bacillus sp. ..............................................................................................10
2.2.1. Phân loại ..............................................................................................................10
2.2.2. Đặc điểm của Bacillus .........................................................................................10
iv


2.2.3. Ảnh hưởng của môi trường đối với quá trình sinh tổng hợp cellulase ................11
2.2.3.1 Ảnh hưởng nguồn carbon ..................................................................................11
2.2.3.2. Ảnh huởng nguồn nitơ ......................................................................................11
2.2.3.3. Ảnh hưởng của khoáng.....................................................................................12
2.2.4. Hệ enzyme ngoại bào của Bacillus......................................................................13
2.3. Các nghiên cứu gần đây về enzyme cellulase từ vi sinh vật ..................................16
Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..........................................18
3.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ..........................................................................18
3.2. Vật liệu ...................................................................................................................18
3.3. Phương pháp ...........................................................................................................20
3.3.1. Phương pháp phân tích ........................................................................................20
3.3.1.1. Xác định hoạt tính enzyme cellulase theo phương pháp định lượng đường khử
của Miller .......................................................................................................................20
3.3.1.2. Pháp xác định mật độ tế bào .............................................................................21
3.3.1.3. Phương pháp xác định độ ẩm ...........................................................................22

3.3.2. Phương pháp thực hiện ........................................................................................22
3.3.2.1. Định tính khả năng sinh tổng hợp cellulase trên môi trường thạch đĩa ...........22
3.3.2.2. Lựa chọn môi truờng sinh tổng hợp cellulase cho Bacillus sp. ........................22
3.3.2.3. Phương pháp khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố .......................................23
3.3.2.4. Khảo sát một số đặc điểm của cellulase tinh sạch sơ bộ ..................................24
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................................26
4.1.1. Chọn lọc sơ bộ chủng vi khuẩn Bacillus sp. phân giải CMC ..............................26
4.1.2. Lựa chọn môi truờng sinh tổng hợp cellulase cho Bacillus sp............................28
4.1.2.1. Khả năng sinh tổng hợp cellulase của chủng Bacillus sp. trên môi trường lỏng ....28
4.1.2.2. Khả năng sinh enzyme cellulase trên môi trường bán rắn ...............................29
4.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố ................................................................32
4.1.3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ cơ chất .............................................................................32
4.1.3.2. Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy ...................................................................34
4.1.4. Một số đặc tính của enzyme cellulase tinh sạch sơ bộ ........................................35
4.1.4.1. Ảnh hưởng cuả pH lên khả năng thuỷ phân của enzyme cellulase ..................36
4.1.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng thuỷ phân của cellulase .......................37
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..........................................................................38
5.1. Kết luận...................................................................................................................38
5.2. Đề nghị ...................................................................................................................38
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................40
PHỤ LỤC
v


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BDN

: Bã đậu nành

BKM

: Bã khoai mì

BM

: Bã mía

C

: Carbon

CBD

: Cellulose bind domain

CG

: Cám gạo

CM

: Cám mì

CMC

: Carboxymethyl cellulose

DNS

: Dinitrosalicylic acid

MXD

: Mụn xơ dừa

N

: Nitrogen

PTS

: Proline-threonine-serine box

VDP

: Vỏ đậu phộng

vi


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1 Vi khuẩn Bacillus sp. .............................................................................. 10
Hình 4.1 Vòng phân giải CMC .............................................................................. 27
Hình 4.2 Biểu đồ hoạt tính cellulase của các chủng Bacillus ............................... 29
Hình 4.3.a. Đồ thị hoạt tính cellulase trên môi trường bán rắn ............................. 31
Hình 4.3.b. Đồ thị hoạt tính cellulase trên môi trường bán rắn ............................. 31
Hình 4.4 Biểu đồ ảnh hưởng của thời gian ........................................................... 35
Hình 4.5 Biểu đồ ảnh hưởng của pH .................................................................... 36
Hình 4.6 Biểu đồ ảnh hưởng của thời gian ........................................................... 37

vii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Hệ enzyme ngoại bào của Bacillus sp .................................................. 13
Bảng 3.1 Các chủng Bacillus sp dùng trong nghiên cứu. .................................... 18
Bảng 3.2 Cách pha đệm Mc Ilvaine ..................................................................... 19
Bảng 3.3 Thành phần cung cấp nguồn C và N .................................................... 23
Bảng 4.1 Vòng phân giải CMC của các chủng Bacillus ...................................... 26
Bảng 4.2 Khả năng sinh enzyme cellulase của Bacillus sp ........................................... 28
Bảng 4.3 Ảnh hưởng của thành phần cơ chất ................................................................ 30
Bảng 4.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ bã khoai mì và bã đậu nành ............................... 30
Bảng 4.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ cám gạo và bã đậu nành ...................................... 33
Bảng 4.6 Ảnh hưởng của tỷ lệ bã mía và bã đậu nành ........................................ 34
Bảng 4.7 Ảnh hưởng của pH lên khả năng thuỷ phân của cellulase.................... 36
Bảng 4.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng thuỷ phân ................................. 37

viii


Chương 1 MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Cellulose là nguồn carbon khồng lồ trong tự nhiên. Hằng năm có khoảng 150 tỷ
tấn cellulose đuợc tạo ra từ quá trình quang hợp. Trong sản xuất nông nghiệp, rác thải
hữu cơ chứa hàm luợng cellulose rất cao là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm
môi trường. Đối với những nước hoạt động mạnh về nông nghiệp như Việt Nam,
ngành trồng trọt chiếm 71,4% và chăn nuôi chiếm 26,9% trên tổng doanh thu quốc dân
thì rác thải nông nghiệp là một vấn đề cần được quan tâm (Tổng cục thống kê, 2009).
Quá trình tự phân hủy của cellulose diễn ra rất chậm nhờ hoạt động của hệ vi sinh vật
trong tự nhiên, mà chủ yếu là những vi sinh vật có khả năng sinh enzyme cellulase.

Cellulase cũng là một trong những enzyme không chỉ có nhiều ứng dụng quan
trọng trong công nghiệp như: công nghiệp dệt, giấy, chất tẩy rửa, cồn, thực phẩm…
mà còn được sử dụng làm phụ gia trong thức ăn chăn nuôi với tác dụng hỗ trợ tiêu hóa.
Cellulase chủ yếu được sinh ra từ vi khuẩn, nấm và xạ khuẩn. Trong đó, cellulase thu
nhận từ vi khuẩn có ưu điểm là khả năng phân giải tốt do ít bị ức chế cạnh tranh
(feedback inhibition)
Phần lớn những nghiên cứu về cellulase đều tập trung vào nấm, vi khuẩn chưa
được tìm hiểu nhiều. Hơn nữa vi khuẩn có khả năng phát triển nhanh, đa dạng loài, tiết
ra lượng lớn enzyme ngoại bào, enzyme cellulase từ vi khuẩn có khả năng chịu nhiệt
cao. Nổi bật trong số này phải kể đến các vi khuẩn thuộc chi Bacillis. Sự sản xuất
enzyme ngoại bào của vi khuẩn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như thành phần môi
truờng nuôi cấy, nhiệt độ,… Tuy nhiên, các chủng vi khuẩn khác nhau sinh enzyme
cellulase cũng có đặc tính không giống nhau. Nhằm “Nghiên cứu khả năng sinh tổng
hợp và đặc điểm enzyme cellulase của một số chủng Bacillus sp.” đề tài được thực
hiện tại phòng thí nghiệm công ty Gia Tường chi nhánh Bình Dương.

1


1.2. Yêu cầu của đề tài
 Chọn các chủng Bacillus có khả năng sinh tổng hợp cellulase cao từ bộ giống
của công ty Gia Tường.
 Xác định được môi trường nuôi cấy và thời gian phù hợp cho chủng Bacillus
được chọn.
 Xác định nhiệt độ, pH, thời gian thủy phân tối ưu cho chế phẩm enzyme
cellulase bán tinh sạch thu được từ chủng Bacillus được chọn.

1.3. Nội dung thực hiện
 Chọn lọc các chủng Bacillus có khả năng sinh tổng hợp cellulase cao từ 16
chủng Bacillus thí nghiệm.

 Chọn các điều kiện nuôi cấy phù hợp cho khả năng sinh tổng hợp cellulase
của chủng Bacillus sp. được chọn.
 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sinh tổng hợp enzyme như:
tỷ lệ nguồn cơ chất cảm ứng và thời gian.
 Khảo sát một số đặc tính của enzyme cellulase tinh sạch sơ bộ từ chủng
Bacillus được chọn như: nhiệt độ, pH và thời gian thuỷ phân.

2


Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Enzyme cellulase
2.1.1. Phân loại
Cellulase thuộc hệ enzyme thủy phân gồm 3 loại:
−

Endoglycanase hoặc 1,4-β-D-glucan glucanohydrolase (EC 3.2.1.4) là

enzyme nội bào thủy phân liên kết 1,4-β-D-glucosidic bên trong phân tử cellulose tại
các vị trí ngẫu nhiên trong chuỗi polymer hình thành các đầu chuỗi khử tự do và các
chuỗi oligosaccharide ngắn.
−

Exoglucanase là enzyme ngoại bào. Exoglucanase gồm cả 1,4-β-D-glucan

glucanohydrolase (EC 3.2.1.74), giải phóng D-glucose từ β-glucan và cellodextrin, và
1,4-β-D-glucan cellobiohydrolase (EC 3.2.1.91) giải phóng D-cellobiose.
−

β-glucosidase hay β-D-glucoside glucohydrolase (EC 3.2.1.21) thuỷ phân giải

phóng phân tử D-glucose từ đường cellodextrin hòa tan và một loạt các glucoside khác
2.1.2. Tính chất phân tử
Đa số cellulase từ nấm và một số vi khuẩn có bản chất phân tử là những
glycoprotein là những polypeptide có gắn thêm các chuỗi đường. Các saccharide gắn
với polypeptide bằng liên kết với asparagin qua cầu nối N và nối với các gốc serine
hoặc threonine qua cầu nối O. Mỗi cầu nối có chức năng đặc biệt quan trọng khác
nhau trong phân tử cellulase. Cầu nối N-glycosyl giúp tạo ra cấu hình đặc biệt của
cellulase và giúp ổn định cấu trúc, bảo vệ cellulase khỏi phản ứng phân hủy protein
trong quá trình tiết ra enzyme. Liên kết O-glycosyl trong cấu trúc phân tử giúp cho
cellulase có đuợc hoạt tính thủy phân cellulose.
Hàm lượng carbonhydrate của cellulase thay đổi từ 1-10%. Loại saccharide chủ
yếu là mannoza. Song các saccharide khác và dẫn xuất saccharide cũng tồn tại trong
enzyme này. Đó là glucose, xylose, N-acetyl glucosamin và galactosamin.
Đa số các cellulase có trọng lượng phân tử trong khoảng 35 kDa, 30 – 60 kDa đối
với B. pumilus EB3 (H.Ariffin, 2006). Trên phân tử cellulose có cấu trúc gồm hai
vùng: vùng xúc tác và vùng gắn kết với cellulose. Theo Tomme và cộng sự năm 1995;
Bolam và cộng sự năm 1998, vùng liên kết với cellulose (CBD) không đóng vai trò
chủ chốt tạo ra hoạt tính xúc tác của cellulase nhưng chúng có vai trò điều tiết hoạt
3


tính đặc hiệu của các enzyme trên cơ chất cellulose ở cả dạng hòa tan và không hòa
tan. Các CBD của cellulase ở vi khuẩn đuợc nghiên cứu nhiều nhất và nguời ta nhận
thấy chúng có hàm lượng amino acid thấp trong khi hàm luợng hydroxyamino acid lại
cao. Nguời ta còn thấy trong thành phần amino acid này có chứa tỷ lệ các gốc
tryptophan, asparagin và glycine cao hơn tỷ lệ các amino acid khác.
Theo Schlein năm 2000, bên cạnh hai vùng thiết yếu (vùng xúc tác và vùng kết
nối cellulose), các cellulase còn có thể chứa những vùng không xúc tác khác. Những
vùng này cũng có thể hiện diện trong cấu trúc phân tử nhưng chưa đuợc biết đến.

Lee và Brown năm 1997, cho thấy rằng đa số vùng kết nối cơ chất gắn với vùng
xúc tác qua một hộp PTS. Hộp PTS này đóng vai trò như một cái tay linh động gắn
kết hai phần chức năng của protein lại với nhau đồng thời làm cho vùng xúc tác xoay
quanh vùng kết nối với cơ chất sau khi vùng này kết nối với bề mặt cơ chất cellulose.
Theo Tomme năm 1998 và Zverlov năm 2001, vài CBD có thể gắn được với một
số cơ chất khác nhau. Cũng như vùng xúc tác, các CBD cũng đã đuợc nghiên cứu trình
tự amino acid và dựa vào mức độ tuơng đồng giữa chúng mà nguời ta đã phân loại
chúng thành 26 họ khác nhau.
Theo Bayer và cộng sự năm 1983, ở một số vi khuẩn kỵ khí, các cellulase thuờng
tập hợp thành những tổ hợp đa enzyme phức tạp gọi là cellulosome chúng ít tồn tại
duới dạng riêng biệt. Các cellulosome có khối lượng từ 2000 – 6500 kDa, đuờng kính
khoảng 18 nm và chứa khoảng 14 - 26 polypeptide khác nhau với khối luợng phân tử
trung bình của mỗi polypeptide từ 37 - 210 kDa. Các cellulosome còn có thể tập hợp
lại thành những tổ hợp lớn hơn gọi là polycellulosome tạo thành những khối trên bề
mặt tế bào vi khuẩn và có hàng trăm khối trên một bề mặt tế bào. Sự hình thành
cellulosome và polycellulosome phụ thuộc vào từng giống vi sinh vật và điều kiện
tăng truởng của chúng.
Cho đến thời điểm này, đã có hơn 600 gen mã hoá cho cellulase đã được tìm
thấy. Đa số chúng được tìm thấy ở vi sinh vật, một số trong hạt của thực vật bậc cao,
malt, giun, sâu róm và ốc sên.
2.1.3. Tính chất xúc tác
Quá trình thuỷ phân cellulose diễn ra duới tác dụng phối hợp ít nhất ba loại
enzyme chủ yếu là:

4


−

Endo-1,4-β-D-glucan-4-glucanohydrolase: enzyme này thủy phân liên kết

1,4-β-glucosid ở bên trong chuỗi cellulose của cellodextrin, cellulose đã đuợc xử lý
với phosphoric acid và các dẫn xuất của cellulose (CMC, HEC,…) một cách ngẫu
nhiên tạo ra những đầu cuối mới cellodextrin. Tuy nhiên, tính đặc hiệu cơ chất của
enzyme này là không hoàn toàn. Các endoglucanase không thể thủy phân cellulose
tinh thể hiệu quả nhưng nó sẽ phá vỡ các liên kết tại khu vực vô định hình tương đối
dễ tiếp cận.
−

Exo-1,4-β-D-glucan-4-cellobiohydrolase (cắt chuỗi glucan và cellodextrin ở

đầu không khử) và exo-1,4-β-D-glucanohydrolase (phân huỷ nối 1,4- β-glycosid ở kế
cuối của đầu không khử giải phóng các cellobio và phân huỷ một số nối ở vị trí cuối để
giải phóng glucose). Tỷ lệ thủy phân của enzyme cellobiohydrolase bị hạn chế bởi sự
sẵn có các đầu chuỗi cellulose.
−

1,4-β-glucosidase phân hủy cellobio và cellodextrin tan trong nuớc hình

thành D-glucose, chúng không phân hủy đuợc cellulose và cellodextrin cao phân tử.
Sự tổng hợp cellulase có thể đuợc xúc tiến nhờ các sản phẩm trung gian của quá
trình phân hủy cellulose. Cellulose và glucose cũng có vai trò cảm ứng và ức chế sinh
tổng hợp cellulase. Nồng độ glucose thấp có thể kích thích sự tăng trưởng ban đầu để
sinh tổng hợp cellulase.
Bên cạnh tính đặc hiệu cơ chất nói trên của cellulase, khả năng phối hợp của các
enzyme này để phân hủy tốt cellulose còn chịu ảnh huởng của nhiều yếu tố cơ bản như
nhiệt độ, pH và đáng kể hơn hết là tỷ lệ các enzyme riêng biệt loại cơ chất và mức bão
hòa cơ chất.
Reese và cộng sự năm 1950 đã đưa ra giả thuyết cho rằng sự chuyển hoá
cellulose tự nhiên duới tác dụng của vi khuẩn thành các saccharide hòa tan liên quan

đến 2 enzyme hoạt động liên tiếp nhau: enzyme C1 tác động truớc làm cho cơ chất dễ
tiếp cận hơn với enzyme Cx xúc tác thủy phân
Các cellulase khác với các enzyme khác ở đặc điểm đó là quá trình xúc tác phản
ứng, sau khi CBD liên kết với cellulose thì phức hợp này rất bền vì ái lực rất cao giữa
hai thành phần nên không thể xảy ra phản ứng đảo ngược tách rời cơ chất và enzyme.
Hoạt tính cellulase thường đuợc so sánh bằng phản ứng thuỷ phân giấy lọc
Whatman No.1 (Mandels, 1975) và được định nghĩa là lượng đường khử giải phóng ra
trong một giờ khi sử dụng 50 mg giấy lọc làm cơ chất trong điều kiện chuẩn.
5


Điều quan trọng nhất trong tính xúc tác của cellulase là cơ chế xúc tác. Cho đến
nay vẫn chưa tìm ra cơ chế rõ ràng cho các enzyme này. Quá trình phân hủy liên kết
1,4-β-glycosid duới tác dụng của cellulase qua giai đoạn proton hoá oxy glucoside nhờ
một amino acid và ổn định ion carbon nhờ một amino acid khác. Các amino acid này
có thể là aspartic acid hoặc glutamic acid vì các bằng chứng cho thấy chúng hiện diện
nhiều tại trung tâm hoạt động của enzyme.
2.1.4. Tính chất lý hoá của enzyme cellulase
1.1.4.1. Ảnh hưởng của pH
Hoạt độ của enzyme chịu ảnh huởng nhiều từ pH môi trường, sự thay đổi pH dù
nhỏ cũng ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng của enzyme. Cellulase có thể hoạt động tốt
trong dãy pH 4,0 – 9,0. pH tối ưu cho các chủng vi khuẩn sinh cellulase khác nhau cũng
khác nhau. pH 6,0 tối ưu cho cellulase từ Bacillus coagulans (O. A. Odeniyi et al., 2009),
pH 5,5 tối ưu đối với Bacillus brevis (Vinay K et al., 1998).
Với cơ chất là CMC, các cellulase có dãy pH hoạt động rất rộng, pH tối ưu cho
hoạt động cellulase của nhiều loài nằm trong khoảng 5,0 đến 10,5
2.1.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Vận tốc của phản ứng do enzyme xúc tác tăng gấp đôi khi nhiệt độ tăng thêm
10oC, chỉ tăng lên trong một giới hạn nhất định khi nhiệt độ chưa ảnh hưởng đến cấu
trúc của enzyme. Cellulase hoạt động tốt trong khoảng nhiệt độ từ 30 - 70oC, hoạt tính

enzyme đạt cực đại khoảng 40 - 50oC.
Cellulase từ các chủng vi khuẩn khác nhau cũng có khả năng chịu khác nhau.
Theo O. A. Odeniyi et al. năm 2009 nhiệt độ tối ưu cho chủng Bacillus coagulans là
50 -60oC. Đối với Bacillus pumilus EB3 là 60oC (H.Ariffin, 2006). Các nghiên cứu về
nhiệt độ cho sinh tổng hợp enzyme cho thấy B. subtilis thích hợp ở 37oC (Tang, 2004),
các chủng vi khuẩn chịu nhiệt nhiệt độ tối ưu là 45-55oC (Nguyễn Lan Hương, 1999).
2.1.4.3. Ảnh hưởng của các chất hóa học
Giống như các enzyme khác, cellulase cũng chịu ảnh hưởng bởi các nguyên tố
kim loại. Hoạt tính xúc tác của cellulase cũng có thể bị ức chế bởi một số chất như
gluconolacton, phenol, kim loại nặng như Hg+2 và Ag+. Trong môi trường phản ứng
nếu có mặt NaCl, KCl, CoCl 2 thì hoạt tính cellulase có thể tăng thêm 10%.
Một số nghiên cứu cho thấy sự có mặt của 2 protease acid có thể làm tăng hoạt
tính endoglucanase của Phanerocchaete chrysosporium đến 10 lần.
6


Một ưu điểm của cellulase mà nhờ đó nó được ứng dụng tốt vào hỗn hợp phản
ứng có sự tham gia của các protease là các enzyme cellulase có khả năng đề kháng
chống lại protease của Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis.
2.1.4.4. Sự điều hòa sinh tổng hợp cellulase
Quá trình sản sinh enzyme cellulase có lẽ được kiểm soát theo cơ chế cảm ứng và
ức chế. Trong đa số vi sinh vật, quá trình sinh tổng hợp cellulase được xúc tiến nhờ
sản phẩm thuỷ phân của cellulose. Về phương diện này, endoglucanase được nghiên
cứu nhiều nhất. CMC và cellobiose là chất cảm ứng tạo endoglucanase đối với P.
chrysosporium và G. trabeum. Glucose gây hiện tượng ức chế tạo endoglucanase đối
với T. reesei và P. chrysosporium. Tuy nhiên, hàm lượng glucose thấp dưới 1% có tác
dụng kích thích vi khuẩn sinh tổng hợp cellulase.
Khi thêm cellulase ngoại sinh vào môi trường nuôi cấy vi khuẩn và xạ khuẩn,
hiện tượng cảm ứng cellulase cũng tăng lên.
2.1.5. Nguồn thu nhận enzyme cellulase

Cellulase có thể đuợc thu nhận từ nhiều nguồn khác nhau:
−

Các chủng nấm mốc đã được nghiên cứu là có khả năng sinh tổng hợp endo-

β-1,4-glucanase mạnh như: Aspergillus niger, A. flavus, A. fumigatus, A. terreus,
Trichoderma reesei, Penicillium persicinum, P. brasilianum, Phanerochaete
chrysosporium.
−

Nhiều loài vi khuẩn hiếu khí và kỵ khí như: Bacillus subtilis, B.

licheniformis, B. pumilis (Gordon, 1973), Acidothermus cellulobuticus (Bergquist et
al., 1999), Cephalosporium sp. RYM-202 (Kang and Rhee, 1995), Acidothemus
cellulobuticus, Cellulomonas flavigena, C. udai, Pseudomonas fluoressens,
Clostridium.
−

Nhiều chủng xạ khuẩn thuộc chi Actinomyces, Streptomyces như: Actinomyces

griseus, Streptomyces reticuli cũng có khả năng sinh tổng hợp cellulase mạnh.
−

Thực vật: Arabidopsis là một loài thực vật hạt kính thuộc họ cải được dùng

nhiều trong các nghiên cứu trên cây trồng.
−

Động vật nguyên sinh và một số động vật không xương sống khác như mối,

ở động vật thân mềm như Mytilus edulis.

7


Điểm khác biệt giữa cellulase từ vi khuẩn và từ các nguồn khác là vi khuẩn sản
xuất ra endoglucanase ngoại bào nhưng không sản xuất ra exoglucanase và chỉ sản
xuất β-glucosidase nội bào.
Nhiều loài sinh vật có khả năng sinh tổng hợp cellulase, tuy nhiên chỉ có vi sinh
vật là được quan tâm nhất để sản xuất cellulase nhờ vào ưu điểm tốc độ tăng truởng và
quá trình trao đổi chất nhanh hơn so với tế bào động vật và thực vật. Mặt khác, vi sinh
vật có thể nuôi trên môi truờng rẻ tiền, phổ biến, quá trình sản xuất không phức tạp, dễ
kiểm soát hơn so với sản xuất bằng công nghệ tế bào động, thực vật.
2.1.6. Ứng dụng của enzyme cellulase
2.1.6.1. Trong công nghiệp giấy và sản xuất bột giấy
Trong công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy, bổ sung các loại enzyme trong khâu
nghiền bột, tẩy trắng và xeo giấy có vai trò rất quan trọng. Truớc khi nghiền hóa học,
gỗ được xử lý với endoglucanase và hỗn hợp enzyme hemicellulase, pectinase sẽ làm
tăng khả năng khuếch tán hoá chất vào phía trong gỗ và hiệu quả xử lý lignin. Trong
công đoạn nghiền bột giấy, bổ sung endoglucanase sẽ làm thay đổi nhẹ cấu hình của
sợi cellulose và tiết kiệm khoảng 20% năng lượng cho quá trình nghiền cơ học.
Trong công nghệ tái chế giấy, endoglucanase và hemicellulase đã được dùng để
tẩy mực in trên giấy (Đặng Thị Thu, 2004).
2.1.6.2. Trong công nghiệp dệt
Cellulase đuợc dùng để giữ màu vải sáng bền. Cellulase đuợc dùng làm mềm vải
jean và tạo ra các vệt stone washed, thay đổi độ đậm nhạt của các vệt này bằng cách
thay đổi hàm luợng cellulase trong giai đoạn giặt.
2.1.6.3. Trong xử lý môi truờng
Rác thải là nguồn chính gây nên ô nhiễm môi trường dẫn tới mất cân bằng sinh
thái và phá hủy môi trường sống, đe dọa tới sức khỏe và cuộc sống con người. Trong

các chất thải hữu cơ có nguồn gốc thực vật, chứa cellulose đến 50%, nên việc sử dụng
công nghệ vi sinh trong xử lý rác thải cải thiện môi trường rất có hiệu quả, vừa tiết
kiệm thời gian. Hiện nay, có rất nhiều những nghiên cứu về việc sử dụng cellulase do
các chủng vi sinh vật tiết ra nhằm thủy phân cellulose trong rác thải.
Sau khi nghiên cứu sản xuất cellulase của một số chủng vi sinh vật ưa nhiệt phân
lập từ bể ủ rác thải. Lý Kim Bảng năm 1999, đã tuyển chọn được 3 chủng xạ khuẩn, 4
chủng vi khuẩn ưa nhiệt trong bể rác thải có khả năng phân giải cellulose mạnh. Khi
8


bổ sung các chủng này vào khối ủ sẽ rút ngắn thời gian ủ còn 5 - 7 ngày (Nguyễn Lan
Hương et al., 1999). Lương Bảo Uyên và Phạm Thị Ánh Hồng năm 2007, xử dụng xạ
khuẩn có khả năng sinh sinh cellulsae cao để xử lý mạt dừa sau trồng nấm bào ngư
nhằm giảm ô nhiễm môi trường và đẩy nhanh vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên.
Phức hệ cellulase được sử dụng để xử lý nguồn nước thải do các nhà máy giấy
thải ra. Nguồn nước thải này chứa rất nhiều loại polysaccharide, trong đó các
polysaccharide quan trọng quyết định tới chất lượng, số lượng giấy là cellulose. Vì
vậy, nước thải của các nhà máy giấy, các cơ sở chế biến gỗ, các xưởng mộc khi bổ
sung các chế phẩm chứa phức hệ cellulase đem lại hiệu quả cao (Trần Đình Toại và
Trần Thị Hồng, 2007).
2.1.6.4. Trong thức ăn gia súc
Cellulase là một trong những enzyme được quan tâm đặc biệt trong công nghiệp
thức ăn gia súc. Các thí nghiệm cho thấy khi không bổ sung cellulase thì chỉ có 2% vật
liệu cellulose được hòa tan trong khi nếu có cellulase riêng lẻ hoặc một hỗn hợp
enzyme thương phẩm thì cải thiện được độ hòa tan tối đa 25%.
Ngoài tác dụng tiêu hóa cellulose, các cellulase trong dạ dày, đường ruột gia cầm còn
có tác dụng quan trọng là sự phá vỡ vách tế bào của các mảnh thức ăn. Nhờ vậy có thể giải
phóng các dưỡng chất kèm theo, làm các enzyme tiêu hóa bình thường có thể dễ dàng tiếp
xúc với chúng. Điều này tạo nên một hỗn hợp đồng nhất hơn trong đường tiêu hóa và cho
phép hấp thu năng lượng tốt hơn từ mỡ, đường cũng như cải thiện sử dụng nitrogen.

Murison et al. năm 1989 đã cho thấy β-glucanase và cellulase có thể phá vỡ vách tế
bào nội nhũ lúa mạch. Tuy vậy, enzyme cellulase phức tạp hơn, có hoạt tính phân giải
cellulose và xylan để giải phóng protein nhiều hơn từ lớp vỏ lụa của hạt lúa mì và lúa mạch.
Việc sử dụng cellulase vào thức ăn gia súc, ngoài tác dụng giảm tiêu tốn thức ăn,
giảm chi phí giá thành sản phẩm còn có tác dụng làm giảm ô nhiễm môi trường do bã
thải còn lại trong phân. Sự bổ sung cellulase làm giảm lượng phân tạo thành một cách
rõ rệt đồng thời phân sẽ dễ bị phân hủy hơn.
2.1.6.5. Trong công nghiệp thực phẩm
Trong công nghiệp sản xuất nứơc giải khát, cellulase giúp tăng hiệu suất trích ly
dịch quả, giảm độ nhớt, tăng mức cảm quan và giảm bớt một số công đoạn.
Trong công nghệ sản xuất bia, cellulase là một trong những enzyme đuợc sử dụng
để ngăn chặn sự tạo thành các diacetyl, rút ngắn thời gian ủ bia, chống hiện tượng gây
9


đục bia (Đặng Thị Thu và cộng sự, 2004). Ngoài ra cellulase cùng với peptinase còn
dùng để bóc vỏ cà phê và bóc vỏ tiêu (Huỳnh Diệu Ngọc, 2011).
2.1.6.6. Công nghiệp chất tẩy rửa và sản xuất cồn
Ứng dụng của cellulase trong công nghiệp bột giặt và các chất tẩy rửa nhằm làm
mềm vải cotton. Khi bổ sung, kết hợp với enzyme khác trong bột giặt giúp tẩy sạch
nhiều vết bẩn khó giặt.
Bổ sung cellulase trong giai đoạn đuờng hoá giúp tăng lượng đuờng tạo ra và đẩy
nhanh tốc độ tiếp xúc của tinh bột với amylase, dẫn tới tăng hiệu suất 1,5% (Đặng Thị
Thu và cộng sự, 2004).
2.2. Vi khuẩn Bacillus sp.
2.2.1. Phân loại
Giới: Bacteria
Ngành: Firmicutes
Lớp: Bacilli
Bộ: Bacillales

Họ: Bacillaceae
Chi: Bacillus
2.2.2. Đặc điểm của Bacillus

Hình 2.1. Vi khuẩn Bacillus sp.
(Nguồn: )

Bacillus là một chi gồm các vi khuẩn hình que hay trực khuẩn, Gram (+), đường
kính khoảng 0,2 – 2 µm, dài 2 - 8µm. Bacillus là loài hiếu khí hoặc kỵ khí không bắt
buộc, hầu hết có khả năng di động và có phản ứng catalase dương tính. Phần lớn
Bacillus là các vi khuẩn ưa ấm với nhiệt độ sinh trưởng tối ưu 30 – 45oC, một số loài
có thể sinh trưởng ở 65oC. Một số loài ưa lạnh có thể sinh trưởng và hình thành nội
bào tử ở 0oC, pH sinh trưởng rất khác nhau từ 2 – 11.
Tất cả Bacillus đều hình thành nội bào tử, bào tử hình ovan, có khuynh hướng
phình ra ở một đầu. Khả năng hình thành nội bào tử là một trong những đặc điểm quan
trọng nhất của vi khuẩn Bacillus.
Nội bào tử không hình thành trong suốt quá trình sinh trưởng và phân chia tế bào,
chúng thường được hình thành khi tế bào đã vượt qua pha log trong sinh trưởng hoặc
là khi môi trường đã cạn kiệt nguồn dinh dưỡng. Thường thì một tế bào sinh dưỡng chỉ
hình thành một nội bào tử. Bào tử trưởng thành không có quá trình trao đổi chất,
10


chúng tồn tại ở trạng thái gọi là crytobiotic, chúng có sức chống chịu cao với những
điều kiện khắc nghiệt của nhiệt độ cao, sự bức xạ, acid mạnh, chất tẩy. Khi gặp điều
kiện thuận lợi chúng nảy mầm thành các tế bào sinh dưỡng. Sự hình thành nội bào tử
được xem là một cơ chế sống hơn là một cơ chế sinh sản.
2.2.3. Ảnh hưởng của môi trường đối với quá trình sinh tổng hợp cellulase của
Bacillus sp.
2.2.3.1 Ảnh hưởng nguồn carbon

Carbon cần cho sự hình thành bộ khung của tất cả các phân tử hữu cơ. Với
Bacillus là sinh vật dị dưỡng thì nguồn thức ăn carbon làm cả hai chức năng vừa là
nguồn dinh dưỡng, vừa là nguồn năng lượng. Những phần tử chất dinh duỡng cung
cấp carbon thì cũng đồng thời cung cấp H, O. Vi khuẩn sử dụng được nhiều nguồn
carbon khác nhau.
Nhiều nghiên cứu huớng đến tìm nguồn carbon giá rẻ cho Bacillus sinh tổng hợp
enzyme như cám gạo và khô đậu nành (Yang Bo et al.,2006) và mật đường
(Mohamaed S. A. Shabeb et al., 2010) cho sinh tổng hợp cellulase.
Để nuôi cấy các vi sinh vật khác nhau người ta dùng các nồng độ đường không
giống nhau. Với vi khuẩn, nguời ta thường dùng 0,5 – 2,0 % đường. Hầu hết vi sinh
vật chỉ đồng hóa được các loại đường ở dạng đồng phân D, chứ không phải loại L.
Các hợp chất hữu cơ chứa cả C và N (pepton, nước chiết ngô, nước thịt, nuớc
chiết nấm men, nước chiết giá đậu,..) có thể sử dụng vừa làm nguồn carbon vừa làm
nguồn nitơ.
2.2.3.2. Ảnh huởng nguồn nitơ
Để tăng trưởng, vi khuẩn nguồn cung cấp nitơ, mặc dù nguyên tố này cũng được cung
cấp đồng thời theo nguồn thức ăn có carbon. Nitơ cần thiết cho việc tổng hợp acid amine,
purine và pyrimidine, một vài glucid và lipide, coenzyme và các cơ chất khác.
Nguồn nitơ hữu cơ thuờng được sử dụng để nuôi cấy vi sinh vật là pepton loại
chế phẩm thuỷ phân không triệt để của một nguồn protein nào đấy. Chúng khác nhau
về lượng chứa các loại polypeptide và lượng chứa acid amin tự do.
Các nguồn nitơ vô cơ thích hợp nhất đối với các vi sinh vật sinh cellulase là muối
nitrate. Các muối amon ít có tác dụng nâng cao hoạt lực enzyme này, thậm chí còn ức
quá trình sinh tổng hợp, vì rằng trong môi trường các muối này làm cho môi truờng
acid hóa. Điều này không chỉ ức chế quá trình sinh tổng hợp enzyme mà còn có thể
11


làm mất hoạt tính enzyme sau khi tạo thành. Natri nitrate làm cho môi truờng kiềm
hóa, tạo điều kiện thuận lợi cho sự tạo thành cellulase. Cao ngô và cao nấm men có tác

dụng nâng cao hoạt lực enzyme cellulase của vi sinh vật. Nuớc chiết cao men chủ yếu
kích thích sự tạo thành Cx-enzyme, còn cao ngô kích thích C1 và C2 enzyme. Tác
dụng kích thích của các hợp chất này là do sự có mặt của các acid amin, các nguyên tố
khoáng và những nhân tố sinh truởng khác.
Các nguồn nitrogen hữu cơ thường không ảnh hưởng giống nhau đến các loài vi
sinh vật. Một số acid amin có ảnh huởng rõ rệt đến quá trình tổng hợp cellulase.
2.2.3.3. Ảnh hưởng của khoáng
Trong nguyên liệu dùng làm các môi trường (khoai tây, pepton, giá đậu,…)
thường có chứa đầy đủ các nguyên tố khoáng đối với vi sinh vật. Ngược lại, khi làm
các môi trường tổng hợp (dùng nguyên liệu là hoá chất) bắt buộc phải bổ sung các
nguyên tố khoáng cần thiết.
Phosphor chiếm tỷ lệ cao nhất trong các nguyên tố khoáng. Phospho có mặt trong
cấu tạo nhiều thành phần quan trọng (acid nucleic, phosphoprotein, nhiều coenzyme
quan trọng, một số vitamin,…). Nguời ta thường sử dụng phosphat vô cơ như
KH 2 PO 4 , K 2 HPO 4 .
Kali chiếm một tỷ lệ khá cao trong thành phần khoáng của môi trường nuôi cấy
vi khuẩn. Kali cần cho hoạt động của nhiều enzyme.
Canxi có nhiều chức năng, một trong những chức năng đó có liên quan đến tính
kháng nhiệt ở các bào tử của vi khuẩn. Canxi đóng vai trò đáng kể trong việc xây dựng
cấu trúc tinh vi của tế bào vi khuẩn và rất cần thiết đối với xây dựng cấu trúc không
gian ổn định của nhiều bào quan.
Magie là nguyên tố được vi sinh vật đòi hỏi với lượng khá cao, nồng độ khoảng
10-3 – 10-4 mol. Magie là cofactor của nhiều enzyme, nó tạo thành một phức hợp với
ATP, cần cho sự ổn định của màng tế bào chất.
Sắt đuợc sử dụng trong quá trình sinh tổng hợp các cytochrome và là một
coenzyme của các enzyme vận chuyển điện tử. Nồng độ tối thích là 2 - 10 mg/l.
Kẽm đuợc tìm thấy ở vị trí trí hoạt động của một vài enzyme. Nộng độ tối thích
kẽm là 0,1 - 2,2 mg/l.
Mangan giúp nhiều enzyme xúc tác việc chuyển vận nhóm phosphate. Mangan
được cung cấp lượng phù hợp là 3,4 - 27,2 mg/l.

12


Natri và Clo là nguyên tố mà vi khuẩn đòi hỏi với lượng không nhỏ.
Những nguyên tố khoáng (Fe, Mn, Zn, B, K, Cu) có ảnh huởng rõ đến khả năng
tổng hợp enzyme cellulase của vi sinh vật.
2.2.4. Hệ enzyme ngoại bào của Bacillus
Hệ enzyme ngoại bào của Bacillus rất phong phú. Ở các loài Bacillus khác nhau
đã tìm thấy các enzyme thuộc các nhóm carbohydrase (amylase, cellulase,
chitinase…), protease, penicillinase, nuclease, phosphatase, lipase, thiaminase,
enzyme phân giải vi khuẩn.
Bảng 2.1 Hệ enzyme ngoại bào của Bacillus sp.
Enzyme
(1)
Carbohydrases
Agarase
Amylase

Arabinase

Cellulase

Chitinase
Chitosanase
Cyclodextrin
glucanotransferase
Dextranase

Phản ứng
(3)

Một số loài
(2)
Bacillus sp.
B. amyloliquefaciens
B. caldolyticus
B. coagulans
B. cereus
B. megaterium
B. polymyxa
B. licheniformis
B. macerans
B. stearothermophilus
B. subtilis
B. brevis
B. subtilis; B. polymyxa
B. firmus; B. pumilus
B. subtilis
B. licheniformis
B. pumilis
B. circulans
Bacillus sp. R-4
B. macerans
B. megaterium
Alkalophylic Bacillus ssp.
B. megaterium
B. subtilis

13

Thủy phân liên kết α-1,4
của agarose
Thủy phân liên kết α-1,4glycoside trong
polysaccharide

Thủy phân carboxymethyl
cellulose thành cellobiose

Thủy phân thành tế bào của
Rhizopus ssp.
Tổng hợp cyclo-dextrins từ
tinh bột
Xúc tác quá trình thủy phân
dextran thanh gluco


Bảng 2.1 (tt) Hệ enzyme ngoại bào của Bacillus sp.
(1)
Galactanase
β-1,3-glucanase

β-1,6-glucanase

(2)
B. amyloliquefaciens
B. subtilis var. amylo
sacchariticus
B. circulans
B. polymyxa
B. subtilis

Alkalophylic Bacillus sp.
B. circulans

Isoamylase

B. amyloliquefaciens
B. polymyxa

Levansucrase
Lichenase

B. subtilis
B. pumilus

Maltase

B. subtilis

Mannanase

B. amyloliquefaciens

Pectate lyase

Phosphomannase

B. circulans, B. polymyxa
B. pumilus, B. sphaericus
B. subtilis,
B. stearothermophilus

Alkalophylic Bacillus spp.
B. circulans

Pullulannase

Alkalophylic Bacillus sp.

Xylanase

B. amyloliquefaciens
B. firmus, B. polymyxa
B. subtilis

Proteases
Alkalophilis
protease
Aminopeptidase

Alkalophylic Bacillus ssp.

Esterase

B. licheniformis
B. subtilis
B. subtilis

Halophilis protease

Bacillus sp.

(3)
Thủy phân liên kết β-1,4galactosidic trong đậu tương
Thủy phân liên kết β- 1,3glycosidic trong laminarin và
related glucans
Thủy phân pustulan và related
glucans
Thủy phân liên kết nhánh α1,6-glucosidic trong glycogen.
amylopectin
Thủy phân liên kết β-1,4glucosidic của lichenenan
Thủy phân liên kết α-1,4 của
maltose và maltotriose
Thủy phân liên kết β-1,4mannosidic của mannan
Phân chia polygalacturonic
acid bởi phản ứng khử

Tách phosphomannan từ vách
tế bào nấm men
Thủy phân liên kết α-1,6 của
pullulan
Thủy phân xylan

Enzyme serine từ chủng
Alkalophilis có pH tối ưu rất
cao

Enzyme serine có esrerolytic
cao và hoạt động phân giải
protein thấp
Điều kiện sản xuất tối ưu là
dùng môi trường có bổ sung

NaCl 1M
14


Bảng 2.1 (tt) Hệ enzyme ngoại bào của Bacillus sp.
(1)
Metal protease

Serine protease

Serine-metal
protease
Penicillinases
β-lactamase
Penicillin amidase

(2)
B. amyloliquefaciens
B. megaterium, B. polymyxa
B. subtilis, B. thuringiensis
B. thermoproteolyticus
B. amyloliquefaciens
B. cereus, B. licheniformis
B. subtilis, B. pumilus
B. licheniformis
B. pumilus
B. cereus, B. anthracis
B. licheniformis
B. megaterium, B. subtilis
B. megaterium

(3)
Enzyme đòi hỏi Ca2+ cho sự ổn
định và Zn2+ cho sự hoạt động
tích cực. pH tối ưu là trung
tính hoặc gần trung tính

Enzyme có đặc điểm của cả 2
loại serine protease và metal
protease
Thủy phân liên kết amide của
vòng β-lactam của penicillins
và cephalosporins
Thủy phân liên kết peptide của
penicillin

Nucleases và phosphatases
Alkaline
B. amyloliquefaciens
phosphatase
B. cereus, B. subtilis
Deoxyribonuclease- B. amyloliquefaciens
ribonuclease
B. cereus, B. subtilis
B. pumilus
3-nucleotidase
B. subtilis
5- nucleotidase
B. cereus, B. megaterium
B. subtilis, Bacillus ssp.

Bacteriolytis enzymes
Endo-N-acetylglu-

B. licheniformis

cosaminidase

B. subtilis

Exo-N-acetylglu-

B. subtilis

cosaminidase
Endo-N-acetyl-

B. subtilis

muramidase
Exo-N-acetyl-

B. subtilis

muramidase
N-acetyl-muramyl-

B. subtilis

L-alanine-amidase

B. licheniformis

Lipase

B. licheniformis

Thủy phân triacylglycerol
thành cylglycerol và acid béo

15