tìm hiểu về enzyme mannanase ứng dụng trong công nghiệp tẩy trắng giấy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CNSH & KTMT -o0o - TIỂU LUẬN MÔN CÔNG NGHỆ ENZYME ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ ENZYME MANNANASE ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP TẨY TRẮNG GIẤY GVHD: ThS Đỗ Thị Hiền Tp.Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 05 năm 2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CNSH & KTMT ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ ENZYME MANNANASE ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP TẨY TRẮNG GIẤY Đinh Thị Kim Ngân 2008140175 Lại Mai Anh 2008140010 Lâm Huyền Trân 2008140322 Trần Quốc Việt 2008140373 GVHD: Th.S ĐỖ THỊ HIỀN Tp Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 05 năm 2017 Công nghệ enzyme Nhóm 10 Mục lục Mục lục bảng Mục lục hình ảnh Lời mở đầu Enzyme mannanase 1.1 Tổng quan enzyme 1.1.1 Tính chất enzyme 1.1.2 Cơ chế hoạt động enzyme 1.2 Enzyme Mannanase 1.2.1 Giới thiệu chung mannanase 1.2.2 Nguồn thu nhận 1.2.3 Cấu tạo 1.2.4 Cơ chế tác dụng endo-beta-1,4-mannanse 1.2.5 Đặc tính 1.2.6 Tách tinh chế Ứng dụng enzyme mannanase ngành công nghiệp giấy 11 2.1 Giới thiệu chung ngành công nghiệp giấy Việt Nam 11 2.1.1 Nguyên liệu sử dụng sản xuất bột giấy 12 2.1.2 Một số phương pháp sản xuất bột giấy 12 2.1.3 Quy trình sản xuất bột giấy 13 2.2 Vai trò enzyme mannanase công nghiệp giấy 15 Bài báo khoa học 16 3.1 Mục đích 16 3.2 Khái quát 17 3.3 Thí nghiệm kết luận 18 3.3.1 Thí nghiệm 18 3.3.2 Kết 19 Kết luận kiến nghị 25 Tài liệu tham khảo 26 Công nghệ enzyme Nhóm 10 Mục lục bảng Bảng Nguồn thu nhận enzyme mannanase Bảng Đặc tính số endo-β-1,4-mannanase Bảng Tình hình tiêu thụ giấy Việt Nam qua năm 11 Bảng Một số phương pháp sản xuất bột giấy 13 Mục lục hình ảnh Hình Cơ chế xúc tác enzyme Hình Cấu trúc không gian endo-beta-1,4-mannanase Hình Cơ chế tác dụng endo-beta-1,4-mannanase Hình Thu nhận endo-beta-1,4-mannanase từ Aspergillus Niger 10 Hình Nguyên liệu dùng sản xuất giấy 12 Hình Sơ đồ quy trình sản xuất bột giấy 14 Hình Quy trình tẩy trắng bột giấy 15 Hình Ảnh hưởng pH việc sản xuất enzyme mannanase xylanase 19 Hình Thời gian sản xuất xylanase mannanase 20 Hình 10 Ảnh hưởng pH đến hoạt động enzyme mannanse xylanase 21 Hình 11 Ảnh hưởng nhiệt độ đối ổn định xylanase mannanase 22 Hình 12 Hoạt động enzyme đo tương mức kiểm soát 100% 23 Hình 13 Hoạt động tẩy trắng mannase xylanase 23 Hình 14 Mức độ tẩy trắng mannasee xylanase 24 Công nghệ enzyme Nhóm 10 Lời mở đầu Ngày với phát triển ngành công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ, đời sống sinh hoạt ngày… Con người thải hàng trăm triệu rác thải vào môi trường Một nguồn thải gây ô nhiễm lớn nhà máy sản xuất giấy bột giấy Công nghiệp giấy sử dụng lượng lớn tài nguyên nước đồng thời thải lượng lớn chất thải vào nguồn nước, đặc biệt nhà máy thu hồi hoá chất Với thành phần xenluylô, loại polyme mạch thẳng dài có gỗ, loại khác Trong gỗ, xenluylô bị bao quanh mạng lignin polyme Để tách xenluylô khỏi mạng polyme người ta phải sử dụng phương pháp nghiền học xử lý hóa học Quy trình sản xuất bột giấy phương pháp nghiền học quy trình có hiệu thu hồi xenluylô cao tiêu tốn nhiều lượng không loại bỏ hết lignin, khiến chất lượng giấy không cao Dư lượng lignin bột giấy làm cho giấy có màu nâu, muốn sản xuất giấy trắng vàng chất lượng cao phải loại bỏ hết lignin Thường người ta oxy hóa lignin clo trình xử lý cần lượng lớn hóa chất để xử lý nguyên liệu, vấn đề đáng quan ngại Một giải pháp thay đặt sử dụng enzyme để xử lý nguyên liệu giấy Giải pháp nghiên cứu áp dụng, giải pháp cho thấy giảm thiểu lượng lớn hóa chất độc hại sử dụng trình sản xuất giấy cách thay hoạt tính hóa học chất hoạt tính sinh hóa enzyme để xử lý nguyên liệu Qua nghiên cứu, tìm hiểu, đặc biệt hướng dẫn cô Nhóm em xin chọn đề tài “ Sử dụng enzyme mannanase trình tẩy trắng giấy ” Nghiên cứu đề tài này, chúng em muốn hiểu biết đặc tính sinh hóa enzyme ứng dụng chúng đời sống trình sản xuất, đặc biệt ứng dụng enzyme trình tẩy trắng giấy Đây lần đầu chúng em nghiên cứu mảng đề tài này, có thiếu sót mong quý thầy, cô bảo bạn sinh viên đóng góp Công nghệ enzyme Nhóm 10 Enzyme mannanase 1.1 Tổng quan enzyme Trong sống sinh vật xảy nhiều phản ứng hóa học với hiệu suất cao, điều kiện bình thường nhiệt độ, áp suất, pH Sở dĩ có diện chất xúc tác sinh học gọi chung enzyme Enzyme chất xúc tác sinh học có thành phần protein [7] Trong phản ứng này, phân tử lúc bắt đầu trình gọi chất, enzyme biến đổi chúng thành phân tử khác Tất trình xảy tế bào cần enzyme Enzyme có tính chọn lọc cao chất 1.1.1 Tính chất enzyme Enzyme có chất protein nên có tất thuộc tính lý hóa protein Đa số enzyme có dạng hình cầu không qua màng bán thấm có kích thước lớn Enzyme tan nước dung môi hữu phân cực khác, không tan ete dung môi không phân cực Enzyme không bền tác dụng nhiệt độ, nhiệt độ cao enzyme bị biến tính Môi trường axít hay bazơ làm enzyme khả hoạt động Enzyme có tính lưỡng tính Tùy pH môi trường mà chúng tồn dạng cation, anion hay trung hòa điện [7] 1.1.2 Cơ chế hoạt động enzyme Trong trình xúc tác, có phần enzyme tham gia trực tiếp vào phản ứng để kết hợp với chất gọi "trung tâm hoạt động" Cấu tạo đặc biệt trung tâm hoạt động định tính đặc hiệu hoạt tính xúc tác enzyme Một enzyme có nhiều trung tâm hoạt động, tác dụng trung tâm hoạt động không phụ thuộc vào Là chất xúc tác có nguồn gốc sinh học, mặt chế hoá học, enzyme tác dụng lên chất có tiếp xúc trực tiếp với chất, hay nói cách khác, chất kết hợp với trung tâm hoạt động tạo phức hợp enzyme-cơ chất Đây giai đoạn cần thiết trình có tham gia enzyme Enzyme + Cơ chất Tổ hợp (Enzyme + Cơ chất) Enzyme + Sản phẩm Hình Cơ chế xúc tác enzyme [7] Công nghệ enzyme Nhóm 10 Enzyme tác dụng lên số chất số kiểu liên kết hóa học định phản ứng Chính vậy, enzyme có tính chọn lọc cao hạn chế ảnh hưởng đến cấu trúc khác Tính đặc hiệu enzyme thể sau:  Đặc hiệu lập thể: Chỉ tác dụng lên dạng đồng phân quang học Enzyme thể tính đặc hiệu với đồng phân hình học, tác dụng lên dạng đồng phân cis trans  Đặc hiệu tuyệt đối: Enzyme có khả tác dụng lên chất định Cấu trúc trung tâm hoạt động enzyme phải kết hợp chặt chẽ với cấu trúc chất, khác biệt nhỏ cấu trúc chất làm enzyme tính xúc tác  Đặc hiệu tương đối: Enzyme có tác dụng lên kiểu nối hóa học định phân tử chất mà không phụ thuộc vào chất hóa học cấu tử tham gia tạo thành liên kết  Đặc hiệu nhóm: Enzyme có khả tác dụng lên kiểu liên kết định hay hai cấu tử tham gia tạo thành liên kết có cấu tạo định [7] Chính chế hoạt động chọn lọc hiệu quả, enzyme sử dụng rộng rãi, phải kể đến tham gia enzyme trình tẩy trắng giấy 1.2 Enzyme Mannanase 1.2.1 Giới thiệu chung mannanase Enzyme Mannanase hay gọi hydrolases glycoside Được biết Hydrolases glycoside nhóm phổ biến rộng rãi enzym thủy phân polysaccharides Điển Enzyme endo- beta-1,4-mannanase thành phần cụm mannase, enzyme thủy phân đường glycosyl mạch polymannan tạo manno-oligosaccharide nên có vai trò phân hủy hemicellulose sinh khối thực vật Enzyme ứng dụng rộng rãi ngành công nghiệp thực phẩm đồ uống, công nghiệp sản xuất thức ăn gia súc đặc biệt ngành công nghiệp sản xuất bột giấy giấy [9] 1.2.2 Nguồn thu nhận Công nghệ enzyme Nhóm 10 Từ tự nhiên Từ vi khuẩn - Nấm mốc - Bacillus sp - Nấm men - Streptomyces - Tảo biển/ tảo nước - Caldibacillus cellulovorans - Hạt nảy mầm - Caldicellulosiruptor Rt8B - Động vật … - Caldocellum saccharolyticum … => thường phong phú => hạn chế, số lượng nhỏ Bảng Nguồn thu nhận enzyme mannanase Tuy nhiên, việc sử dụng mannanase ngành công nghiệp hạn chế hiệu suất sinh tổng hợp enzyme vi sinh vật tự nhiên thấp, chi phí sản xuất enzyme cao Mặt khác, chủng sinh tổng hợp mannanase tự nhiên thường đồng thời sinh tổng hợp nhiều loại enzyme khác làm ảnh hưởng đến hiệu sử dụng enzyme [10] Ngày nay, với tiến khoa học, đặc biệt phát triển kĩ thuật sinh học phân tử tạo tiềm lớn để sản xuất mannanase từ vi sinh vật Công nghệ gene cung cấp khả để thị loại enzyme mong muốn vật chủ mà không sinh tổng hợp enzyme có liên quan 1.2.3 Cấu tạo Mannanase có nguồn gốc khác có thành phần cấu tạo cấu trúc khác nhau: Nguồn gốc Bản chất Khối lượng phân tử Nấm mốc Sclerotium Rolfsii Glucoprotein M = 46.5 kDa Vi khuẩn ưa nhiệt enzyme cấu tử M = 65 kDa Thermotoga Neapolitana 5068 Aspergillus Niger M = 45 kDa Nhuyễn thể biển M = 42 kDa Công nghệ enzyme Nhóm 10 Littovena Reesei Ở ta xét nhóm điển hình Endo-beta-1,4-mannanase Ví dụ : Endo-beta-1,4-mannanase Pseudomonas cellulose bao gồm 423 axit amin, với cấu trúc chia thành vùng : vùng A từ Prolin 44 đến Isoleucin 323, vùng B từ Leucin 32 đến Tryptophan 360 vùng C từ Threonin 392 đến Threinin 419 Các chuỗi Arg 39-Lys 43, Arg 324-Gly 331, Arg 361-Thr 391, Leu 420-Lys 423 có chức nối vùng lại với Toàn phân tử endo-beta-1,4-mannanase cấu tạo chuỗi xoẵn anpha chuỗi beta Hình Cấu trúc không gian endo-beta-1,4-mannanase 1.2.4 Cơ chế tác dụng endo-beta-1,4-mannanse Endo-beta-1,4-mannanse có tác dụng thủy phân liên kết beta-1,4-mannosidic chuỗi polysaccaride galactomannan, glucomannan, galactoglucomannan mannan Sự thủy phân mannan hợp chất mannan beta-1,4-mannanase tạo sản phẩm beta-D mannooligosaccharides hỗn hợp oligosaccharides có chứa D-mannose, D-glucoe D-galactose [9] Công nghệ enzyme Nhóm 10 Hình Cơ chế tác dụng endo-beta-1,4-mannanase =>Giải thích : Mannanase (beta-1,4-mannan mannohydrolase) phân cắt liên kết beta1,4-mannosit mạch mannan xúc tác thủy phân mannan, glucomannan, galactomannan galatoglucomannan tạo thành mannobiose, mannotriose hỗn hợp oligosaccarit 1.2.5 Đặc tính Mannanase có nguồn gốc khác có đặc tính khác Nhìn chung, mannanase có pH tối ưu acid yếu trung tính Nhiệt độ tối ưu cao, độ bền nhiệt tốt.[9] Mannanase có kích thước lớn so với Xylanase ( trọng lượng phân tử 3090kDa) có điểm đẳng điện môi trường acid, có vai trò khử tính trùng hợp, làm cho độ bền kết tụ giảm, làm giảm khả hòa tan [5] Công nghệ enzyme Loại gỗ Hiệu suất (%) Gỗ mềm Gỗ đoạn 90-95 Gỗ mềm Dăm gỗ 90-95 5-6 Gỗ mềm Dăm gỗ 90 6-7 Gỗ cứng Gỗ đoạn 85-90 5-6 Gỗ cứng Dăm gỗ 85-90 5-6 Gỗ cứng Dăm gỗ 85-80 Gỗ mềm Dăm gỗ 55-75 Gỗ mềm Dăm gỗ 50-70 Sunphat Cả hai Dăm gỗ 40-59 10 7-8 Sunfit Cả hai Dăm gỗ 45-55 Soda Gỗ cứng Dăm gỗ 45-55 Phương pháp Bột học Bột mài Bột bán hóa Bột nghiền Bột nhiệt Bột mài có xử lý Bột kiềm lạnh NSCC Sunphit hiệu suất cao Sunphit hiệu suất cao Bột hóa Độ bền tương đối Dạng nguyên liệu Phân loại Bột hóa Nhóm 10 Gỗ mềm/ Gỗ cứng 7-8 Bảng Một số phương pháp sản xuất bột giấy 2.1.3 Quy trình sản xuất bột giấy Các phương pháp sản xuất bột giấy phương pháp xử lý nguyên liệu (gỗ phi gỗ) để phá vỡ liên kết nội thành dạng xơ sợi riêng lẻ gọi bột giấy Về bản, để phá vỡ liên kết cấu trúc sử dụng lượng học, nhiệt, hóa học kết hợp loại lượng với [12] Ứng với loại lượng sử dụng để phân tách cấu trúc xơ sợi cho loại bột như: Bột học, bột hóa học bột bán hóa học (loại bột sản xuất dựa vào kết hợp hóa học học) Tùy theo yêu cầu cụ thể, bột giấy không tẩy trắng tẩy trắng mức độ khác 13 Công nghệ enzyme Nhóm 10 Hình Sơ đồ quy trình sản xuất bột giấy Trường hợp 1: Gỗ khai thác cưa thành nhiều đoạn nhỏ bóc vỏ Nghiền mịn gỗ trộn với nước, tẩy màu ta bột giấy Hoặc từ gỗ người ta cho vào máy cắt vụn cho vào silo trường hợp Trường hợp 2: Xuất phát từ nguyên liệu phoi bào gỗ, phoi bào đưa tới tháp silo đồng cho vào máy tinh chế TMP, sau tinh chế xong trộn lẫn với nước đem tẩy mầu ta bột giấy Để biến gỗ thành bột giấy, cần làm mềm hoà tan phần lignin (chất kết dính bó sợi tạo nên cầu trúc chặt chẽ gỗ), từ bó sợi giải phóng Dưới tác dụng hoá học học, sợi xenlulô tách rời tạo nên huyền phù đồng nước [12] 14 Công nghệ enzyme Nhóm 10 2.2 Vai trò enzyme mannanase công nghiệp giấy Quy trình tẩy trắng bột giấy gỗ enzyme endo-beta-1,4 mannanase.[8] Hình Quy trình tẩy trắng bột giấy 15 Công nghệ enzyme Nhóm 10 Phần lớn tiềm ứng dụng mannanase việc sử dụng enzyme để tấy trắng bột giấy Để bột gỗ hòa tan trước tiên phải tách loại bỏ lignin Trước việc loại bỏ phá hủy mối liên kết lignin hemicelluloses, tiến hành dung dịch kiềm.[8] Mặt hạn chế phương pháp đạt hiệu cao với bột gỗ mềm gây vấn đề ô nhiễm đến môi trường Việc sử dụng enzyme mananase tẩy trắng bột giấy mang lại kết tốt việc sử dụng dịch kiềm để loại bỏ lignin mà khắc phục vấn đề ô nhiễm môi trường Đây lợi ích to lớn mà công nghệ tẩy trắng bột giấy cần quan tâm Nó thực khả thi, nhiên việc tẩy trắng enzyme đòi hỏi phá vỡ hemicelluloses mà không làm hư hỏng chất lượng sản phẩm tác động vào sợi cellulose Thành phần bột gỗ mềm chiếm 15-20% hemicelluloses, thành phần cấu tạo galactomannan, galactoglucomannan Mannanase có lợi cho trình tẩy trắng bột giấy, máy móc, làm giảm bớt loại trừ phần bị oxi hóa trình tẩy trắng.[3] Bài báo khoa học Xylanase and Mannanase enzymes from Streptomyces galbus NR and their use in biobleaching of softwood kraft pulp Amany L Kansoh* and Zeinat A Nagieb Microbial Chemistry Department and Cellulose and Paper Laboratory, National Research Centre (NRC), Dokki, Cairo, Egypt; *Author for correspondence 3.1 Mục đích Mục tiêu kiểm chứng khảo sát dòng Streptomyces hoạt động mạnh nhất, cho thấy hoạt tính xylanolytic mannanolytic từ Streptomyces spp khác Bài báo nhằm mục đích nghiên cứu yêu cầu dinh dưỡng, điều kiện lên men tối ưu cho sản lượng tối đa xylanase mannanase từ vật liệu chi phí thấp mô tả đặc tính hai enzyme Vai trò enzyme kết hợp chúng việc cải thiện tính chất tẩy trắng gỗ mềm bột giấy kraft 16 Công nghệ enzyme Nhóm 10 3.2 Khái quát Trong năm gần đây, nỗ lực sử dụng enzyme ngành giấy bột giấy thu hút quan tâm Tuy nhiên, có hệ thống enzyme ứng dụng công nghiệp giấy hoạt động chúng thường gây bất lợi đến hàm lượng xenlulo bột giấy Các chế phẩm enzyme tinh chế phần enzyme xylanase mannanase cho thấy hoạt tính tẩy trắng cao, phát quan trọng ngành công nghiệp Xylanase tìm thấy hiệu cho việc tẩy giấy mannanase Khi xylanase mannanase phối hợp với (đồng thời), hai enzyme tăng cường giải phóng loại đường giảm cải thiện tính chất tẩy trắng bột giấy Xylan phân tử phức tạp bao gồm chuỗi xylose liên kết beta-1,4, với nhánh có chứa arabi acid 4-O-methylglucuronic Đây thành phần gỗ cứng kim lọ lục địa thường liên quan đến cellulose lignin thành phần thành tế bào thực vật Xylanases (1,4-beta-d-xylan xylanohydrolase, EC 3.2.1.87) xúc tác phân huỷ xylan, chứng minh có giá trị enzyme trình tẩy bột để tăng cường phân hủy bột giấy cách tạo điều kiện cho loại bỏ lignin khỏi bột giấy Mannans thành phần hemicel-lulose gỗ mềm Các polysaccharides tìm thấy hạt đậu khác nhau, nơi chúng đóng vai trò quan trọng hoạt động học xảy trình nảy mầm beta-mannanase (1,4-beta-d-mannan, mannanohydrolase; EC 3.2.1.78) xúc tác thủy phân ngẫu nhiên beta-1,4 mối liên kết mannosidic beta-1,4mannan, gluco-mannan galactomannan Mặc dù có ứng dụng tiềm năng, việc sử dụng mannanase công nghiệp hạn chế, chủ yếu suất thấp chi phí sản xuất cao Trong ngành giấy bột giấy, mannanases hoạt động với xylanase đơn vị tiền chất sinh học cho bột gỗ mềm Cách xử lý dẫn đến giá trị độ sáng cuối cao để tiết kiệm việc tiêu thụ hóa chất tẩy trắng 17 Công nghệ enzyme Nhóm 10 Chỉ có vài mannanase tinh khiết, chẳng hạn ly trích từ Trichoderma báo cáo tăng đáng kể khả chất tẩy gỗ mềm mà không cần phối hợp enzyme xylanase 3.3 Thí nghiệm kết luận 3.3.1 Thí nghiệm  Nguồn vi sinh vật : Sử dụng chủng Streptomyces để thu nhận hoạt tính xylanolytic hoạt tính mannanolytic Streptomyces cô lập từ đất Ai Cập vị trí khác đồng sông Nile  Thí nghiệm lên men: Các thí nghiệm thực môi trường lắc để xác định điều kiện sinh lý thể chất ảnh hưởng đến hoạt động xylanolytic mannanolytic đối tượng Hai lần lặp lại chuẩn bị cho thí nghiệm Thời gian sản xuất enzyme thu từ thạch agar ngày, dùng để cấy bình Erlenmeyer (250 ml) chứa 50 ml dung dịch thích hợp B.S.M 1% (w / v) xylan 1% (w / v) galactoman-nan nguồn carbon Chúng ủ 35 ° C máy lắc quay tốc độ 200 vòng / phút ngày Sự phát triển tế bào hai chất tiến hành cách xác định trọng lượng tế bào Môi trường nuôi cấy giải phóng khỏi tế bào cách ly tâm tốc độ 5000 vòng / phút ° C 10 phút chất sử dụng chế phẩm enzym thô, để làm giảm phần enzyme thí nghiệm tẩy trắng  Xác định hoạt tính enzyme: Hoạt tính Xylanase mannanase xác định cách sử dụng mg / ml xylan (Sigma) galactomannan, tương ứng ml 50 mM phosphate đệm phosphate, pH 6.5 Các hỗn hợp khảo nghiệm có 1,0 ml chế phẩm enzyme ủ 45 ° C 30 phút Hoạt tính cellulaza xác định cách sử dụng quy trình tương tự mg / ml CM-cellulose 18 Công nghệ enzyme Nhóm 10 Các phân tử đường làm giảm giải phóng theo phương pháp SomogyiNelson (Nelson 1945) Một đơn vị hoạt động enzyme định nghĩa lượng enzyme phóng thích mmol đường giảm (tương đương với xylose, mannose glucose tương ứng) phút điều kiện chuẩn 3.3.2 Kết Khảo sát điều kiện lên men tối ưu nhằm tạo sản lượng chất lượng xylanase mannanase tốt 3.3.2.1 Nhiệt độ pH ban đầu Sản xuất Xylanase mannanase tăng trưởng vi sinh vật tối ưu môi trường nuôi cấy ủ 35 ° C Mức độ hai enzyme giảm đến khoảng 80% sản lượng tối đa chúng 25 ° C Mức xylanase mannanase giảm xuống 25 15% so với mức tối đa chúng, môi trường nuôi cấy ủ 45 ° C Sự ảnh hưởng pH ban đầu môi trường nuôi đến sản xuất enzyme xylanase mannanase điều tra khoảng pH 5.09.0 ( hình 8) Các hoạt động quan sát môi trường có pH ban đầu 8,0 9,0 Trong hoạt động tối đa nhận thấy pH 7,0 Hoạt động xylanase mannanase giảm xuống 72,1 82,1% pH 9,0 25,4% 41,1% pH 5.0 Điều cho thấy độ pH trung hòa kiềm phù hợp cho việc sản xuất enzyme Các kết giống với liệu công bố trước (Begium Aubert 1994; Khanongnuch et al 1999) Hình Ảnh hưởng pH việc sản xuất enzyme mannanase xylanase 19 Công nghệ enzyme Nhóm 10 3.3.2.2 Thời gian hoạt động xylanase mannanase Các kết trình bày hình cho thấy hai enzyme sản xuất tối đa vào ngày ủ thứ Hoạt động enzyme tối đa đạt vào cuối giai đoạn logarithmic bắt đầu pha tĩnh Hoạt tính mannanase bắt đầu giảm giai đoạn tĩnh, diện hoạt tính proteolytic Nghiên cứu cho thấy S galbus NR mang lại hoạt động enzyme đáng kể cấy chất chuẩn bị từ chất thải địa phương (xylan mannan) điều hữu ích cho việc sản xuất quy mô lớn trình công nghiệp Hình Thời gian sản xuất xylanase mannanase 3.3.2.3 Ảnh hưởng pH lên hoạt tính xylanase mannanase độ ổn định Enzyme xylanase có hoạt động tối ưu pH 6,5 (hình 10A) Enzyme ổn định khoảng pH 5,0-8,0 sau ủ ° C (Hình 10B), 80% hoạt tính trì phạm vi Tuy nhiên, suy giảm đáng kể hoạt động quan sát pH 5.0 8.5 Enzyme mannanase cho thấy hoạt tính cao pH 6,5 (Hình 10A) ổn định từ pH 5,5 đến 7,5 C( Hình 10B), khoảng 90% hoạt động trì phạm vi Một giảm nhẹ hoạt động nhận thấy pH lên đến pH 8,5 20 Công nghệ enzyme Nhóm 10 Hình 10 Ảnh hưởng pH đến hoạt động enzyme mannanse xylanase 3.3.2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ lên hoạt tính xylanase mannanase độ ổn định Các enzyme Xylanase mannanase có hoạt tính tối ưu 50 40 ° C,( tương ứng (Hình 11A) Tuy nhiên, hai enzyme cho hoạt động đáng kể lên đến 60 ° C Sự ổn định hai enzyme đến nhiệt độ nghiên cứu cách ủ sẵn 30 phút nhiệt độ từ 25 đến 90 ° C (Hình 11B) Cả hai enzyme bảo tồn hầu hết hoạt động chúng nhiệt độ lên đến 50 ° C Tuy nhiên, ủ nhiệt độ cao làm bất hoạt hai enzyme Dữ liệu gợi ý hai enzyme có lợi cho ứng dụng công nghiệp, đặc biệt điều kiện phổ biến để xử lý bột giấy ngành tẩy trắng bột giấy 21 Công nghệ enzyme Nhóm 10 Hình 11 Ảnh hưởng nhiệt độ đối ổn định xylanase mannanase 3.3.2.5 Ảnh hưởng cation EDTA hoạt động xylanase mannanase Ảnh hưởng ion kim loại khác lên hoạt tính hai enzyme tóm tắt hình 12 Dữ liệu cho thấy ion cation đơn Na K có tác động kích thích nhẹ lên hoạt tính xylanase mannanase Cation Mg 2+ Ca 2+ có ảnh hưởng ức chế nhẹ xylanase có tác động kích thích nhẹ lên hoạt tính mannanase ion Fe 2+ làm giảm nhẹ hoạt động enzyme Các ion Zn 2+, Cu 2+ Fe 3+ làm giảm đáng kể hoạt tính xylanase lại ức chế mạnh hoạt tính mannanase Mn 2+ ức chế hoàn toàn hoạt tính xylanase hoạt tính mannanase bị ức chế khoảng 60% Cả hai hoạt động enzym bị ức chế hoàn toàn Hg 2+ Pb 2+ Điều cho thấy hoạt động enzim phụ thuộc vào diện nhóm sulfhydryl EDTA ức chế hoạt tính xylanase mannanase tương ứng khoảng 20-30% Điều pha trộn cation cần thiết có lượng vết cần thiết cho hoạt động enzyme 22 Công nghệ enzyme Nhóm 10 Hình 12 Hoạt động enzyme đo tương mức kiểm soát 100% 3.3.2.6 So sánh việc tẩy trắng mannanase xylanase Bột giấy kraft mềm tẩy trắng kết hợp xylanase mannanase Sự bổ sung xylanase sau bổ sung mannanase (hình 13), dẫn đến giải phóng loại đường giảm, chiếm 0,49% trọng lượng khô bột giấy sau Hình 13 Hoạt động tẩy trắng mannase xylanase 23 Công nghệ enzyme Nhóm 10 Sau 14 xử lí theo bước, giải phóng loại đường giảm 0,61% bột giấy so với 0,78% giải phóng enzyme sử dụng đồng thời Từ ta thấy tẩy trắng đồng thời có hiệu bước thứ bước thứ (như có hoạt động thủy phân lớn thời gian ngắn 8h) Đây cân nhắc quan trọng quy trình công nghiệp, ngăn ngừa thủy phân thêm chất kết dính bột giấy thời gian phản ứng dài (Gaosheng et al 2000) Có thể kết luận enzyme xylanase mannanase hoạt động gần bổ sung cho Ảnh hưởng việc xử lí xylanase mannanase kết hợp đồng thời tính chất vật lý hóa học bột giấy xử lý enzyme cho thấy xử lí xylanase cải thiện khả tẩy trắng mannanase làm giảm số lượng Kappa bột giấy đến 10,99 9,14 sau 14 Các kết giải thích sở trình chế tạo bột Kraft, xylan hòa tan lần đầu nước nấu sau giai đoạn sau tái tạo lại chất bột giấy việc tái phân huỷ mannan không báo cáo xảy với mức độ xylans Khi xylanase sử dụng trình tẩy trắng bột, thủy phân phần phân đoạn xylan tái tạo làm cho bề mặt bột giấy thẩm thấu để loại bỏ lignin Độ sáng tăng lên 47,9 48,0% sau 14 Hình 14 Mức độ tẩy trắng mannasee xylanase 24 Công nghệ enzyme Nhóm 10 Mức độ trùng hợp DP tăng suốt trình lên đến có nghĩa enzyme không làm ảnh hưởng đến chất lượng bột giấy thông qua thời gian xử lí Mannanase giảm số Kappa tăng độ sáng bột giấy mức độ thấp xylanase Khi xylanase mannanase sử dụng đồng thời theo bước chất tẩy cải thiện tốt số Kappa giảm xuống 8,95 10,57 sau Sau 14 tẩy trắng Vì chế phẩm enzyme hoạt động xenlulaza, có gia tăng đáng kể mức độ trùng hợp Điều phân huỷ chọn lọc phân tử thấp xylan Ngoài ra, độ sáng giấy cho thấy gia tăng nhẹ sau Vì vậy, không cần giữ enzyme phản ứng thời gian dài Mục tiêu ứng dụng công nghiệp enzyme để tẩy giấy kraft góp phần làm giảm lượng tiêu thụ clorua giảm thiểu gây ô nhiễm môi trường.Tuy nhiên, enzyme sử dụng để tăng độ sáng bột giấy giữ chất lượng cao, chìa khóa thành công Kết luận kiến nghị Qua tiểu luận em tích lũy nhiều kiến thức, đặc biệt mảng enzyme Nắm tính chất chế tác dụng enzyme đặc biệt ứng dụng chúng sản xuất Trước đây, việc loại bỏ mối liên kết lignin hemicellulose, tiến hành dung dịch kiềm Mặt hạn chế phương pháp ứng dụng với bột gỗ mềm gây nhiều vấn đề ô nhiễm môi trường Việc sử dụng enzym mannanase tẩy trắng bột giấy mang lại kết tốt việc sử dụng dung dịch kiềm để loại bỏ lignin mà khắc phục vấn đề ô nhiễm môi trường Đây lợi ích to lớn mà công nghệ tẩy trắng giấy bột giấy quan tâm Nó thực khả thi Quá trình tẩy trắng giấy theo phương pháp sinh học (enzyme) có hiệu so với phương pháp truyền thống hóa chất Sử dụng enzyme giảm chi phí sử dụng hóa chất, mà không ảnh hưởng đến chất lượng giấy góp phần giảm thiểu lượng hóa chất gây ô nhiễm môi trường 25 Công nghệ enzyme Nhóm 10 Tài liệu tham khảo Production of Mannanase Enzyme Using Aspergillus spp Isolated from Decaying Palm Press Cake (Agu K.C.1*, Okafor, F.C 1, Amadi, O.C.2, Mbachu A.E.1, Awah N.S.1 and Odili, L.C 1Department of Applied Microbiology and Brewing, Nnamdi Azikiwe University, PMB 5025, Awka, Nigeria 2Department of Microbiology, University of Nigeria, Nsukka, Nigeria 3Department of Applied Biochemistry, Nnamdi Azikiwe University, PMB 5025, Awka, Nigeria ) P-Mannanase and Xylanase of Bacillus subtilis 5H Active for Bleaching of Crude Pulp (CHARTCHAI KHANONGNUCH,‟ KOUHEI ASADA,‟ HIDE0 TSURUGA,‟ TOSHIHIKO 001,‟ SHINICHI KINOSHITA,„*AND SAISAMORN LUMYONG2 _Department of Molecular Chemistry, Faculty of Engineering, Hokkaido Graduate University, N-13, W-8, Kitaku, Sapporo 060-8628, Japan‟ and Department of Biology, Faculty of Science, Chiang Mai University, Chiang Mai, Thailana Received 23 February 1998/Accepted August 1998) Softwood hemicellulose-degrading enzymes from Aspergillus niger: Purification and properties of a b-mannanase(Pia Ademark a, Arthur Varga a, Jo´zsef Medve a, Vesa Harjunpa¨a¨b, Torbjo¨rnDrakenberg b, Folke Tjerneld a, Henrik Sta˚lbrand a,*_a Department of Biochemistry, Center for Chemistry and Chemical Engineering, Lund Uni6ersity, PO Box 124 ,S22100 Lund, Sweden b VTT Chemical Technology, FIN02044 VTT( Espoo ) ,Findland Application of Enzymes in the Pulp and Paper Industry (Pratima Bajpai_Chemical Engineering Division, Thapar Corporate Research & Development Centre, Patiala 147001, India) Xylanase and Mannanase enzymes from Streptomyces galbus NR and their use in biobleaching of softwood kraft pulp(Amany L Kansoh* and Zeinat A Nagieb _Microbial Chemistry Department and Cellulose and Paper Laboratory, National Research Centre (NRC), Dokki, Cairo, Egypt; Action of Trichoderma reesei mannanase on galactoglucomannan in pine kraft pulp (Maija Tenkanen , Mari Makkonen „TV, Marjukka 26 Công nghệ enzyme Nhóm 10 Perttula „, Liisa Viikari a, Anita Teleman b _VTT Biotechnology and Food Research, P.O Box 1500, FIN-02044 VTT, Finland b VTT Chemical Technology, P.O.Box 1400, FIN-02044 VTT, Finland) Wikipedia, “enzym”, https://vi.wikipedia.org/wiki/Enzym Vai trò Enzyme hoạt động xử lý bột nhà máy giấy, Thuận Phát Hưng.copyright@ (2011), trang báo Vnetcom.vn “Tính chất hóa học enzyme mannanase”, trang báo Tailieu.vn (2015), khoa Khoa học Tự nhiên 10 Endo-1,4 β-Mannanase (Bacillus sp.), Megazyme newspaper, USA 11 A new spectrophotometric method for determining the enzymatic activity of endo-β-mannanase in seeds, SciELO newspaper, J Braz Chem Soc vol.25 no.7 São Paulo (Brazil) July 2014 12 Ngành công nghiệp giấy-bột giấy Việt Nam, luận văn ĐHLN, 9/2012 13 Giải pháp cho nguyên liệu giấy Việt Nam, Anh Tùng, tạp chí STINFO 9/2012 27 ... 14 Công nghệ enzyme Nhóm 10 2.2 Vai trò enzyme mannanase công nghiệp giấy Quy trình tẩy trắng bột giấy gỗ enzyme endo-beta-1,4 mannanase. [8] Hình Quy trình tẩy trắng bột giấy 15 Công nghệ enzyme. ..TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CNSH & KTMT ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ ENZYME MANNANASE ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP TẨY TRẮNG GIẤY Đinh Thị Kim... endo-beta-1,4 -mannanase từ Aspergillus Niger 10 Công nghệ enzyme Nhóm 10 Ứng dụng enzyme mannanase ngành công nghiệp giấy 2.1 Giới thiệu chung ngành công nghiệp giấy Việt Nam Ngành giấy ngành hình thành từ sớm