Thu nhận enzyme cellulase và xylanase từ giá thể trồng nấm sau thu hoạch và thử nghiệm xử lý rơm rạ

Bài viết này được nghiên cứu nhằm thu nhận enzyme cellulase, xylanase từ giá thể trồng nấm sau thu hoạch và ứng dụng trong xử lý rơm rạ với hy vọng qua quá trình nghiên cứu và thực nghiệm chúng tôi sẽ thu được chế phẩm enzyme từ nấm ăn có hoạt tính cao, làm tăng giá trị kinh tế cho nghề trồng nấm, đồng thời tận dụng và xử lý nguồn phụ phẩm rơm rạ sẵn có của địa phương.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thu nhận enzyme cellulase và xylanase từ giá thể trồng nấm sau thu hoạch và thử nghiệm xử lý rơm rạ TẠP CHÍ SINH HỌC, 2012, 34(3SE): 84-90 THU NHẬN ENZYME CELLULASE VÀ XYLANASE TỪ GIÁ THỂ TRỒNG NẤM SAU THU HOẠCH VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ RƠM RẠ Hoàng Quốc Khánh*, Ngô Đức Duy, Đào Thị Thu Hiền, Mai Kim Rí Viện Sinh học nhiệt đới, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, (*)hoangqk@gmail.com TÓM TẮT: Cellulase và xylanase thu nhận từ giá thể sau thu hoạch của các loại nấm bào ngư, linh chi, hầu thủ, và nấm rơm từ các trại trồng nấm ở miền Tây Nam bộ. Hoạt tính cellulase của nấm bào ngư trắng là 39,603 UI/g, bào ngư Nhật Bản 30,635 UI/g, bào ngư xám 16,707 UI/g, hầu thủ 86,151 UI/g, linh chi 84,682 UI/g, nấm rơm 0,754. Hoạt tính xylanase của nấm bào ngư trắng là 75,762 UI/g, bào ngư Nhật Bản 48,118 UI/g, bào ngư xám 29,032 UI/g, hầu thủ 52,778 UI/g, linh chi 69,899 UI/g, nấm rơm 3,226. Điều kiện pH và nhiệt độ tối ưu cho cellulase của hầu hết các mẫu nấm là trong khoảng pH 5,0-6,0 và 50oC60oC. Enzyme cellulase và xylanase thu nhận từ giá thể trồng nấm được ứng dụng để thủy phân rơm rạ tạo đường trong những điều kiện thủy phân tối ưu như sau: thời gian thủy phân 1 giờ, pH 5,0, nhiệt độ 50oC đối với nấm bào ngư và hầu thủ, nấm linh chi là 60oC; nồng độ rơm rạ ban đầu là 3%. Lượng đường thu được từ sự thủy phân rơm rạ của hệ enzyme cellulase và xylanase của nấm linh chi là 10,486 mg/ml, hầu thủ 10,117 mg/ml, bào ngư trắng 4,649 mg/ml, bào ngư Nhật 2,775 mg/ml, bào ngư xám 1,261 mg/ml. Từ khóa: bào ngư, enzyme cellulase, hầu thủ, linh chi, rơm rạ, xylanase. MỞ ĐẦU Các loài nấm ăn được biết đến rất nhiều vì giá trị dinh dưỡng cao của chúng đối với con người. Trong quá trình sinh trưởng trên những giá thể có nguồn gốc lignocellulose, nấm ăn thường sản sinh ra hệ enzyme lignocellulase ngoại bào (cellulase, xylanase, lignin peroxidase, laccasse, manganase peroxidase...), có vai trò phân hủy các cấu trúc lignocellulose thành những cấu trúc đơn giản hơn như các phân tử đường glucose, xylose... dễ hấp thu làm nguồn dinh dưỡng. Vì vậy, từ những giá thể trồng nấm sau thu hoạch có chứa nhiều enzyme lignocellulase, người ta có thể thu nhận lại hệ enzyme này để sử dụng cho những mục đích khác, đồng thời enzyme lignocellulase từ nấm lớn cũng rất an toàn khi dùng trong công nghệ thực phẩm [1, 2]. Việt Nam là nước nông nghiệp với nguồn phụ phế phẩm giàu chất xơ hết sức phong phú, nhất là nghề trồng lúa hàng năm thải ra ước chừng 40 triệu tấn rơm rạ. Trong rơm rạ, cellulose và hemicellulose là thành phần hữu cơ chiếm tỷ lệ rất cao và rất khó bị phân hủy bởi cấu trúc phức tạp của nó. Hai thành phần này nếu được thủy phân sẽ tạo thành những cấu trúc đường đơn có giá trị kinh tế và có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Tuy nhiên, việc phân hủy cellulose và hemicellulose bằng 84 phương pháp vật lý và hóa học rất tốn kém và gây độc hại cho môi trường. Trong khi đó, việc xử lý các chất thải hữu cơ chứa cellulose bằng công nghệ sinh học, đặc biệt sử dụng enzym cellulase và xylanase ngoại bào từ vi sinh vật sẽ có nhiều ưu điểm về mặt kỹ thuật, kinh tế và môi trường [3, 4]. Từ vài thập kỷ gần đây, trên thế giới có rất nhiều nghiên cứu về các enzym thủy phân cellulose và hemicellulose, nhưng chủ yếu là enzym có nguồn gốc từ nấm mốc, xạ khuẩn và vi khuẩn [8, 10]. Trong khi đó, hoạt tính enzym của ngành nấm lớn như thế nào so với enzym có nguồn gốc từ nấm mốc, xạ khuẩn hay vi khuẩn hiện nay vẫn chưa được các nhà nghiên cứu đặc biệt quan tâm. Vì những lí do trên, nghiên cứu này được tiến hành nhằm thu nhận enzyme cellulase, xylanase từ giá thể trồng nấm sau thu hoạch và ứng dụng trong xử lý rơm rạ với hy vọng qua quá trình nghiên cứu và thực nghiệm chúng tôi sẽ thu được chế phẩm enzyme từ nấm ăn có hoạt tính cao, làm tăng giá trị kinh tế cho nghề trồng nấm, đồng thời tận dụng và xử lý nguồn phụ phẩm rơm rạ sẵn có của địa phương. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Vật liệu Rơm rạ được tiền xử lý bằng NaOH; giá thể Hoang Quoc Khanh, Ngo Duc Duy, Dao Thi Thu Hien, Mai Kim Ri trồng nấm bào ngư trắng, bào ngư Nhật Bản, bào ngư xám, hầu thủ, linh chi và nấm rơm sau khi thu hoạch được lấy từ các trại trồng nấm ở các tỉnh Tiền Giang, An Giang, Đồng Tháp, Cần Thơ và tp. Hồ Chí Minh. Mẫu nấm được kí hiệu như sau: bào ngư trắng: BT; bào ngư Nhật Bản: BN; bào ngư xám: BX; hầu thủ: HT; linh chi: LC; nấm rơm: NR. Phương pháp Xác định hoạt tính cellulase và xylanase Phương pháp này dựa vào sự thủy phân cơ chất CMC và xylan bởi cellulase và xylanase ở pH 5,0 và 40oC. Lượng đường khử sinh ra phản ứng với 2-hydroxy-3,5-dinitrobenzoic acid (DNSA) cho dung dịch có màu vàng cam. Dung dịch màu này được xác định bằng phương pháp so màu trên máy quang phổ ở bước sóng 530 nm. Lượng đường khử tạo ra được xác định từ đường chuẩn glucose và xylose được xây dựng trước [7]. Đơn vị hoạt tính cellulase/xylanase (UI/g) được xác định như là lượng enzyme phân giải tạo ra lượng đường khử tương đương với 1 µg glucose/xylose trong một phút ở điề ...