Đang tải... (xem toàn văn)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC THỰC PHẨM Môn học CÔNG NGHỆ ENZYME Đề tài báo cáo ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ENZYME TRONG XỬ LÍ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG 2 Giảng viên hướng dẫn TS Đỗ Việt Hà Sinh viên thực hiện 1 Trần Trương Thu Thủy 19139167 2 Lại Thị Thúy 19139165 3 Nguyễn Trần Anh Thư 19139160 4 Tăng Võ Minh Tâm 17139125 Thủ Đức, ngày 22 tháng 12 năm 2021 Lời cảm ơn Chúng em xin chân thành cảm ơn cô đã chia sẻ cho chúng em những bài học bổ ích cũng như những kinh nghiệm quý g.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC & THỰC PHẨM Mơn học: CƠNG NGHỆ ENZYME Đề tài báo cáo: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ENZYME TRONG XỬ LÍ Ơ NHIỄM MƠI TRƯỜNG Giảng viên hướng dẫn: TS Đỗ Việt Hà Sinh viên thực hiện: Trần Trương Thu Thủy 19139167 Lại Thị Thúy 19139165 Nguyễn Trần Anh Thư 19139160 Tăng Võ Minh Tâm 17139125 Thủ Đức, ngày 22 tháng 12 năm 2021 Lời cảm ơn Chúng em xin chân thành cảm ơn cô chia sẻ cho chúng em học bổ ích kinh nghiệm quý giá để chúng em ứng dụng học tập công việc sau chúng em Chúng em xin chân thành cảm ơn! Mục lục Lời mở đầu……………………………………………………………………………….1 Chương 1: Tổng quan Khái niệm enzyme chế hoạt động………………………………………… 2 Công nghệ enzyme ứng dụng công nghệ enzyme……………………… Hiện tượng ô nhiễm môi trường ứng dụng enzyme xử lí nhiễm Chương 2: Các enzyme ứng dụng xử lí nhiễm mơi trường Enzyme Catalase………………………………………………………………… Enzyme Peroxidase……………………………………………………………… Enzyme Cyanide hydratase……………………………………………………….4 Enzyme Protease……………………………………………………………… Enzyme Lipase…………………………………………………………………….5 Enzyme Cellulase………………………………………………………………….5 Chương 3: Tổng kết Nhận xét………………………………………………………………………… Định hướng phát triển tương lai……………………………………………6 Mở đầu Thế giới ngày phát triển, nhu cầu sống người ngày cao, kéo theo tình trạng ô nhiễm môi trường ngày nghiêm trọng, rác tải từ nhà máy, khói bụi phương tiện giao thông, từ nông nghiệp,…đã làm ô nhiễm đất, ô nhiễm nguồn nước, nhiễm khơng khí nhiễm tiếng ồn Từ dẫn đến hiệu ứng nhà kính, biến đổi khí hậu, nhiễm mặn hàng loạt thiên tai khác Do đó, việc hạn chế nhiễm môi trường vấn đề nước trọng Làm để hạn chế ô nhiễm môi trường xuống mức thấp câu hỏi quan tâm nhiều Cần phải thực nghiêm ngặt tiêu chuẩn việc thải chất thải vào môi trường Các phương pháp xử lý hố học sinh học thơng thường ngày khó đạt mức độ cần thiết để loại bỏ chất nhiễm Do đó, cần phải triển khai phương pháp xử lý nhanh hơn, rẻ hơn, đáng tin cậy với dụng cụ đơn giản so với hệ thống xử lý hành Nhiều nghiên cứu chứng minh enzyme có nhiều khả triển vọng giải vấn đề nêu giám định xử lý ô nhiễm môi trường Hầu hết quy trình xử lý rác thải sử dụng hai phương pháp hoá lý sinh học kết hợp Phương pháp xử lý enzyme trung gian hai phương pháp truyền thống, bao gồm quy trình hố học sở hoạt động chất xúc tác có chất sinh học Enzyme hoạt động chất nhiễm đặc biệt khó xử lý để loại chúng cách kết tủa chuyển chúng thành dạng khác Ngồi chúng làm thay đổi đặc tính chất thải đưa chúng dạng dễ xử lý chuyển thành sản phẩm có giá trị Phương pháp xử lý enzyme so với phương pháp xử lý thơng thường có ưu điểm sau: áp dụng hợp chất sinh học khó xử lý; tác dụng vùng nồng độ chất ô nhiễm cao thấp; số enzyme riêng biệt có tác dụng phạm vi rộng pH, nhiệt độ độ mặn; không gây biến động bất thường; không gây cản trở phá vỡ cân sinh thái Và để hiểu rõ loại enzyme ứng dụng xử lí nhiễm mơi trường chúng em xin trình bày số loại enzyme dùng trình xử lí nhiễm mơi trường Chương 1: TỔNG QUAN Khái niệm enzyme chế hoạt động: Enzym chất xúc tác sinh học, tế bào sơng sản xuất ra, có tác dụng tăng tơc độ hiệu suất phản ứng hoá sinh, mà sau phản ứng giữ nguyên khả xúc tác Cơ chế hoạt động enzyme bao gồm ba bước chính: Bước 1: Cơ chất (Substrate) liên kết với enzyme (Enzyme) để hình thành phức hệ enzyme - chất (E - S complex) Bước 2: Enzyme xúc tác phản ứng biến đổi chất thành sản phẩm (Product), tạo thành phức hệ E-P Bước 3: Sản phẩm P giải phóng enzyme E Cơng nghệ enzyme ứng dụng công nghệ enzyme: Công nghệ enzyme lĩnh vực công nghệ sinh học đại sản xuất chế phẩm enzyme - định hướng phát triển công nghiệp vi sinh Công nghiệp enzyme phát triển gắn liền với nghiên cứu sản xuất, kiến thức lĩnh vực vi sinh vật, hóa sinh, hóa lý, hóa keo, di truyền đặc biệt enzyme Ngày công nghệ enzyme sử dụng rộng rãi nhiều ngành công nghiệp như: y dược, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp thuộc da, dệt, nông nghiệp, đặc biệt việc ứng dụng cơng nghệ enzyme xử lí ô nhiễm môi trường Hiện tượng ô nhiễm môi trường ứng dụng cơng nghệ enzyme xử lí ô nhiễm môi trường: Ô nhiễm môi trường tượng môi trường tự nhiên bị bẩn, đồng thời tính chất vật lý, hóa học, sinh học mơi trường bị thay đổi gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe người sinh vật khác Các loại ô nhiễm môi trường phân theo hình thức sau: + Ơ nhiễm mơi trường đất + Ơ nhiễm mơi trường nước + Ơ nhiễm mơi trường khơng khí + Ơ nhiễm tiếng ồn - Tình trạng nhiễm mơi trường diễn khắp nơi giới đặc biệt nước phát triển, khơng thể khơng nhắc tới Việt Nam Bên cạnh ô nhiễm môi trường khơng khí, đất chất thải chưa qua xử lý xả thẳng môi trường, Việt Nam đối mặt với mức độ ô nhiễm nguồn nước vô nghiêm trọng việc ứng dụng cơng nghệ enzyme vào xử lí nhiễm mơi trường xem giải pháp hàng đầu để giảm thiểu việc ô nhiễm môi trường - Nguồn gốc enzym dùng để xử lí mt nhiễm có từ nhiều nguồn gốc khác như: động vật, thực vật vi sinh vật - Nhiều nghiên cứa chứng minh Enzym có nhiều khả triển vọng giải vấn đề giám định xử lí nhiễm mơi trường Hầu hết quy trình xử lí rác thải sử dụng hai phương pháp hóa lý hay sinh học hay kết hợp.Phương pháp xử lí Enzym trung gian hai phương pháp truyền thống , bao gồm phương trình hóa học sở hoạt động chất xúc tác chất sinh học Enzym hoạt động chất nhiễm đặc biệt khó xử lí để loại chúng băng cách kết tủa hay chuyển chúng thành dạng khác.Ngồi chúng làm thay đổi đặc tính chất thải đưa chúng dạng dễ xử lí hay chuyển thành sản phẩm có giá trị - Ứng dụng công nghệ enzyme xử lí nhiễm mơi trường bao gồm việc ứng dụng enzyme vào lĩnh vực như: + Xử lí nước thải (enzyme Catalase, enzyme Peroxidase, enzyme Lipase, enzyme Cellulase, ) + Xử lí chất thải cơng nghiệp (enzyme Catalase, enzyme Protease,enzyme Lipase, enzyme Cellulase,…) + Xử lí rác chất phân hủy môi trường (enzyme Protease, enzyme Lipase, enzyme Cellulase,…) + Xử lí đất (enzyme Cyanide hydratase,enzyme Cellulase,…) Chương 2: CÁC ENZYME ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÍ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG Enzyme Enzyme Catalase: (EC 1.11.1.6) - Nguồn gốc: Catalase loại enzyme phổ biến tìm thấy gần tất sinh vật sống tiếp xúc với oxy (như vi khuẩn, thực vật động vật ví dụ Methanosarcina barkeri…) - - Cơ chế: Xúc tác phản ứng đặc hiệu phân hủy H2O2 (xúc tác phân hủy hydro peroxid thành nước oxy) H2O2 + H2R → 2H2O + R Vai trị: phân hủy formaldehyde, formic acid, phenol, acetaldehyde alcohol – chất độc hại với môi trường Ứng dụng: Xử lý chất độc hại thải nước thải nhà máy chế biến sữa, phomat nhà máy dệt, sợi thành chất khác, nguy hiểm Dạng sử dụng: hịa tan Enzyme Peroxidase (POD) kí hiệu EC 1.11.1.7 - - Nguồn gốc: POD enzyme có nhiều củ cải trắng loại họ đậu Cơ chế: xúc tác phân hủy hợp chất peroxide Đối với hầu hết phản ứng hóa học có tham gia enzyme peroxidase, chất tối ưu hydrogen peroxide Vai trị: • Xử lý chất khó phân hủy, nguy hiểm phenol, aniline, benzidine thành chất độc hại • Phản ứng polime hóa thành kết tủa dễ dàng loại bỏ khỏi chất lỏng nhờ trình lắng đọng Ứng dụng: dùng xử lý chất có nước thải lọc dầu, sản phẩm cao su, than đá Dạng sử dụng: hòa tan Enzyme Cyanide hydratase (EC 4.2.1.66) : - Nguồn gốc: Cyanide hydratase sản sinh từ nấm thích hợp, số vi khuẩn Gram(-) Alcaligenes denitrificans - Cơ chế: chuyển hóa cyanide nước thải công nghiệp thành amoniac fomat qua bước phản ứng, không bị ảnh hưởng ion thường có nước thải (Fe2+, Zn2+, Ni2+) hay chất hữu formamide, acetamide - Ứng dụng: Xử lý chất thải Cyanure - Dạng sử dụng: cố định Enzyme Protease ( phân hủy nhóm protein): - Nguồn gốc: tạo từ tế bào sinh vật, không độc hại, thân thiện với môi trường Cơ chế: Ezyme protease enzyme thủy phân liên kết pectid (-CO-NH-) phân tử protein giải phóng acid amin, pepton dittripepton Vai trò: Được sử dụng để tận dụng nguồn phế thải từ nguồn protein để phế thải khơng cịn tác nhân gây nhiễm mơi trường ; xử lí phế thải protein tồn động dòng chảy thành dạng dung dịch rửa trơi khơng cịn mùi thối Ứng dụng: Làm chất tẩy rửa, công nghiệp thuộc da, xử lí phim X-quang, xử lí rác thải,… Dạng sử dụng là: hòa tan - - Enzyme Lipase: Nguồn gốc: chế phẩm enzyme thu từ trình lên men chìm chủng vi sinh vật sản xuất lipase cao Cơ chế: xúc tác cho trình thủy phân chất béo (lipid), giúp chuyển hóa mỡ triglycerid thành glycerol acid béo Vai trò: Phân giải dầu mỡ, thuỷ phân chất béo (lipid) đặt biệt chất béo trung tính thành diglyceride, monoglyceride, acid béo tự glycerol Đóng vai trị quan trọng xử lý nước thải thực phẩm nhiều chất béo Ứng dụng: Dùng xử lý môi trường, nước thải ngành công nghiệp sản xuất giấy bột giấy Dạng sử dụng là: cố định - - Enzyme Cellulase: Nguồn gốc: Được sản xuất chủ yếu nấm, vi khuẩn động vật nguyên sinh Cơ chế: Cellulase phức hệ enzyme thủy phân cellulose số polysaccharide tạo thành phân tử đường - β glucose Vai trị: + Phân giải chất thải có chứa Cellulose + Chuyển hoá hợp chất kiểu lignocellulose cellulose rác thải tạo nên nguồn lượng Ứng dụng: Đây enzyme ứng dụng rộng rãi đứng sau enzyme protease amylase Các enzyme cellulase có ứng dụng lĩnh vực xử lý nước thải nhà máy giấy Dạng sử dụng là: cố định - - - Chương 3: TỔNG KẾT Nhận xét: - - Công nghệ enzyme phát triển gắn liền với nghiên cứu sản xuất, kiến thức lĩnh vực vi sinh vật, hóa sinh, hóa lý, hóa keo, di truyền đặc biệt enzyme Việc sản xuất chế phẩm enzyme phát triển mạnh mẽ quy mô công nghiệp, không ngừng tăng khối lượng, chủng loại lĩnh vực ứng dụng ý nghĩa việc sử dụng enzyme lĩnh vực thực tế không so với ý nghĩa việc ứng dụng lượng nguyên tử - Theo giới chuyên gia, phương pháp hóa học sinh học thơng thường ngày khó đạt mức độ cần thiết để loại bỏ chất ô nhiễm mơi trường Phương pháp xử lí rác thải enzyme trung gian hai phương pháp truyền thống hóa lí hóa sinh, dựa sở chất xúc tác chất sinh học - Phương pháp xử lí enzyme so với phương pháp thơng thường có ưu điểm sau: áp dụng với chất sinh học khó xử lí, tác dụng vùng có nồng độ chất nhiễm mơi trường cao, số enzyme riêng biệt có tác dụng phạm vi rộng pH, nhiệt độ độ mặn, không gây biến đổi bất thường không gây cản trở phá vỡ cân sinh thái - Nhiều nghiên cứu chứng minh enzyme có khả triển vọng giải vấn đề giám định xử lí mơi trường nhanh, rẻ đáng tin cậy, với dụng cụ đơn giản so với hệ thống xử lí hành Định hướng phát triển tương lai: - Enzyme sử dụng chất ô nhiễm đặc biệt khó xử lí để loại chúng cách kết tủa, chuyển chúng thành dạng khác Ngoài ra, chúng làm thay đổi đặc tính chất thải, đưa chất thải dạng dễ xử lí , chuyển thành sản phẩm có giá trị nhờ có ưu điểm: áp dụng với chất sinh học khó xử lí, tác dụng vùng có nồng độ chất nhiễm mơi trường cao, số enzyme riêng biệt có tác dụng phạm vi rộng pH, nhiệt độ độ mặn, không gây biến đổi bất thường không gây cản trở phá vỡ cân sinh thái… - Xử lí nhiễm mơi trường có nhiều biện pháp kỹ thuật khác nhau, phương pháp có hiệu định Hiện nay, sử dụng công nghệ vi sinh enzyme xu hướng ứng dụng nhiều Những biện pháp khơng có hiệu mà tạo nhiều sản phẩm thương mai khác dùng nơng nghiệp, từ q trình xử lí phụ phẩm thải nhà máy thực phẩm *Bảng tóm tắt enzyme : Tên Enzyme Catalase (EC Nguồn gốc Cơ chế Vai trò Dạng sử dụng Được tìm thấy Xúc tác phản Có thể phân hủy Xử lý Hòa tan gần tất ứng đặc hiệu formaldehyde, chất độc sinh vật sống tiếp phân hủy formic acid, hại Ứng dụng 1.11.1.6) xúc với oxy (như vi khuẩn, thực vật động vật ví dụ Methanosarcina barkeri…) H2O2 (xúc tác phân hủy hydro peroxid thành nước oxy) H2O2 + H2R → 2H2O + R phenol, acetaldehyde alcohol – chất độc hại với môi trường Enzyme Có nhiều củ Peroxidase cải trắng loại (POD) (EC họ đậu 1.11.1.7) Xúc tác phân hủy hợp chất peroxide, chất tối ưu hydrogen peroxide Enzyme Cyanide hydratase (EC 4.2.1.66) Được sản sinh từ nấm thích hợp, số vi khuẩn Gram(-) Alcaligenes denitrificans Chuyển hóa cyanide nước thải cơng nghiệp thành amoniac fomat Enzyme Được tạo Ezyme Xử lý chất khó phân hủy, nguy hiểm phenol, aniline, benzidine thàn h chất độc hại -Phản ứng polime hóa thành kết tủa dễ dàng loại bỏ khỏi chất lỏng nhờ trình lắng đọng Chuyển hóa cyanide nước thải cơng nghiệp thành amoniac fomat qua bước phản ứng, khơng bị ảnh hưởng ion thường có nước thải (Fe2+, Zn2+, Ni2+) hay chất hữu formamide, acetamide Được sử dụng để 10 thải nước thải nhà máy chế biến sữa, phomat nhà máy dệt Dùng xử Hòa tan lý chất có nước thải lọc dầu, sản phẩm cao su, than đá Xử lý chất Cố định thải Cyanure Làm chất Hòa tan Protease tế bào sinh vật (như vi khuẩn Bacillus subtilis, B.mesentericus, B.thermopoteoliticu s số giống thuộc chi Clostridium, nấm mốc xạ khuẩn) protease enzyme thủy phân liên kết pectid (CO-NH-) phân tử protein giải phóng acid amin, pepton dittripepton Enzyme Lipase Là chế phẩm enzyme thu từ trình lên men chìm chủng vi sinh vật sản xuất lipase cao Nhiều loài chi nấm Aspergillus, Penicillium, Rhizobus,v.v… sinh lipase mạnh Hầu hết Lipase vi khuẩn có nguồn gốc từ Bacillus Xúc tác cho trình thủy phân chất béo (lipid), giúp chuyển hóa mỡ triglycerid thành glycerol acid béo Enzyme Cellulase Được sản xuất chủ yếu nấm, vi khuẫn động vật nguyên sinh sản xuất chủ yếu nấm (như A.niger, A.candidus, A.oryzae), vi khuẩn (Bacillus subtilis, Bacillus pumilis), xạ khuẩn (Actinomyces Cellulase phức hệ enzyme thủy phân cellulose số polysaccharid e tạo thành phân tử đường - β glucose 11 tận dụng nguồn phế thải từ nguồn protein để phế thải khơng cịn tác nhân gây nhiễm mơi trường ; xử lí phế thải protein tồn động dòng chảy thành dạng dung dịch rửa trơi khơng cịn mùi thối Phân giải dầu mỡ, thuỷ phân chất béo (lipid) đặt biệt chất béo trung tính thành diglyceride, monoglyceride, acid béo tự glycerol Đóng vai trị quan trọng xử lý nước thải thực phẩm nhiều chất béo -Phân giải chất thải có chứa Cellulose -Chuyển hố hợp chất kiểu lignocellulose cellulose rác thải tạo nên nguồn lượng tẩy rửa, công nghiệp thuộc da, xử lí phim X-quang, xử lí rác thải,… Dùng Cố định xử lý môi trường, nước thải ngành công nghiệp sản xuất giấy bột giấy Đây Cố định enzyme ứng dụng rộng rãi đứng sau enzyme protease amylase Các enzyme griseus, Streptomyces reticuli) động vật nguyên sinh cellulase có ứng dụng lĩnh vực xử lý nước thải nhà máy giấy *CÁC NGUỒN TÀI LIỆU THAM KHẢO: • • • • • • • https://vi.wikipedia.org/wiki/Cellulase https://tailieu.vn/doc/tieu-luan-nghien-cuu-enzyme-amylase-456200.html https://vi.wikipedia.org/wiki/Amylase https://www.google.com/search?q=t%E1%BB%95ng+quan+v%E1%BB %81+enzyme&rlz=1C1CHBF_enVN856VN856&oq=t%E1%BB%95ng+quan+v %E1%BB %81+enzyme&aqs=chrome 69i57j0i512l3j0i22i30l2.6858j0j15&sourceid=chrome&ie= UTF-8 https://ktcn.vhu.edu.vn/vi/tin-moi-1/ung-dung-cua-enzyme-trong-doi-song https://nongnghiep.vn/y-nghia-vai-tro-cua-enzym-trong-cuoc-song-d170516.html https://www.google.com/search?q=lipase %20structure&tbm=isch&rlz=1C1CHBF_enVN856VN856&hl=vi&sa=X&ved=0CB0Qt I8BKABqFwoTCJiynb-5_QCFQAAAAAdAAAAABBA&biw=1349&bih=657#imgrc=KUyRR1sVLGLOfM 12 ... niệm enzyme chế hoạt động………………………………………… 2 Công nghệ enzyme ứng dụng công nghệ enzyme? ??…………………… Hiện tượng ô nhiễm môi trường ứng dụng enzyme xử lí nhiễm Chương 2: Các enzyme ứng dụng xử lí nhiễm. .. Ứng dụng cơng nghệ enzyme xử lí ô nhiễm môi trường bao gồm việc ứng dụng enzyme vào lĩnh vực như: + Xử lí nước thải (enzyme Catalase, enzyme Peroxidase, enzyme Lipase, enzyme Cellulase, ) + Xử. .. ứng dụng cơng nghệ enzyme xử lí nhiễm môi trường Hiện tượng ô nhiễm môi trường ứng dụng cơng nghệ enzyme xử lí nhiễm mơi trường: Ơ nhiễm mơi trường tượng mơi trường tự nhiên bị bẩn, đồng thời