4. Ý nghĩa lí luận và thực tiễn của đề tài
1.4.4. Ứng dụng của cellulase
Nguồn cơ chất để cellulase phân giải là vô cùng phong phú và đa dạng trong tự nhiên cũng như trong đời sống sinh hoạt.
Hàng ngày, một lượng lớn chất thải lignocellulose từ nông nghiệp, công nghiệp, đô thị luôn chồng chất hoặc sử dụng chúng một cách kém hiệu quả do
22
giá thành của quy trình xử lí rác thải rất cao. Điều này trở thành vấn đề quan trọng hàng đầu với sinh thái, công nghiệp hoá học và công nghệ sinh hoc. Hơn nữa, đây còn là vấn đề kinh tế đáng quan tâm trong việc phát triển quy trình tái sử dụng cho hiệu quả và lợi dụng chất thải cellulose như là nguồn cơ chất rẻ tiền. Cellulase là phức hệ enzyme rất quan trọng và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Trong hiện tại và tương lai người ta sử dụng cellulase cho mục đích chính:
Dùng cellulase trực tiếp trong phân giải phế thải của công nghệ thực phẩm bổ sung vào thức ăn gia súc và trong công nghệ môi trường. Thủy phân cellulose tạo cơ chất lên men để thu các sản phẩm cuối cùng khác nhau.
Các lĩnh vực chính ứng dụng cellulase bao gồm:
Công nghệ chế biến thực phẩm
+ Cải thiện độ tiêu hoá thức ăn
+ Chiết rút các chất gây vị, dầu, dịch ép protin từ rau quả
+ Cải thiện độ hoà tan của các nguyên liệu trong công nghệ lên men + Sản xuất rượu và một số axit hữu cơ
Công nghệ dược phẩm
+ Cải thiện độ tiêu hoá rơm, cỏ làm thức ăn gia súc + Sảm xuất thức ăn giàu protein
Công nghệ môi trường
+ Ứng dụng trong xử lý phế liệu sau thu hoạch, xử lý rác đô thị, phân huỷ thành phân bón hữu cơ
+ Phân huỷ các chất tồn lưu, trong đó có DDT, TNT.
Công nghệ lên men
+ Cung cấp cơ chất cho tổng hợp khí metan, glyxerin, axit xitric, axit lactic, vitamin, protein đơn bào, chất kháng sinh, các chất có hoạt tính sinh học khác.
23
Ngoài ra, trong giao thông vận tải, từ sinh khối cellulose sản xuất ra etanol là nhiên liệu tuyệt vời cho động cơ đốt trong và nó có thể thay thế cho nhiên liệu hoá thạch để giảm bớt sự ô nhiễm môi trường và sự nóng lên toàn cầu ( Philippidis và Smith, 1995).
Trong công nghệ dệt may, người ta thấy nếu dùng cellulase ở liều thấp để xử lý bông sẽ làm bông trắng và mịn màng hơn, do nó loại bỏ được các sợi và các hạt trên bề mặt sợi bông làm cho sợi phẳng, bóng mượt và mềm. Hoặc có thể dùng cellulase (các loại cellulase trung tính) để mài vải quần áo bò thay thế cho mài bằng đá bọt để tạo ra những điểm “bạc” tự nhiên của quần áo bò. Điều này có ý nghĩa rất lớn với ngành công nghiệp mài vải bò vì khi xử lý bằng cellulase làm cho vải bò mềm hơn nhiều, nó không phá cấu trúc của vải mạnh như đá mài, hơn nữa khối lượng mài một mẻ tăng lên 50% do đã loại bỏ 50% thể tích đá bọt phải bổ sung vào vải ở thùng mài.
Trong công nghệ sản xuất bột giấy, giấy sử dụng cellulase để tẩy mực trên các giấy phế thải thay thế dùng Cl hoặc ClO2 gây ô nhiễm môi trường. Để làm sạch, trắng giấy người ta sử dụng chủ yếu là loại hemicellulase, xylanase từ Sporotricchum pulverulentum, S. dimorphosphorum, cellulase từ
A. niger hoặc từ Phanerochaeta chrysosporiym, hoặc mannase từ T. reesei. Cellulase thường được dùng ở (0.001 ÷ 0.1%), cellulase (0.05 ÷ 0.5%), Cellobiase (0.005 ÷ 0.015%).
Trong công nghiệp sản xuất các chất tẩy rửa. Tác dụng của cellulase trong chất tẩy rửa chủ yếu là loại bỏ các sợi hỏng, làm cho vải trở lên mịn đẹp, mềm sáng đẹp hơn. Cellulase thường được sử dụng kết hợp với lipase (loại bỏ mỡ) và protease (loại bỏ protein). Các enzyme này dùng cho chất giặt đều là các enzyme trung tính hoặc kiềm.
Cellulase còn được sử dụng hiệu quả để phá vỡ thành tế bào thực vật trong công nghệ lai ghép tế bào trần - một công nghệ lai tế bào giữa các loài
24
hoặc thậm chí giữa các chi khác nhau tạo giống cây trồng mới trong nông nghiệp.
* Ứng dụng của cellulase trong chăn nuôi
Trong chăn nuôi, một trong những biện pháp nâng cao năng suất vật nuôi là nâng cao hiệu suất sử dụng các chất dinh dưỡng của thức ăn ở mức cao nhất. Trong nhiệm vụ này, người ta có thể dùng chế phẩm enzyme bổ sung vào khẩu phần thức ăn của vật nuôi. Các enzyme này cùng với các enzyme có sẵn trong đường tiêu hoá sẽ phân giải các chất dinh dưỡng của thức ăn giúp cho con vật tiêu hoá được tốt hơn.
Cellulase là một trong số các enzyme thường được bổ sung vào thức ăn chăn nuôi gia súc. Tuy nhiên, người ta không bổ sung riêng chế phẩm enzyme này mà thường bổ sung với các enzyme khác như: amylase, protease, xylanase…tạo ra một dạng chế phẩm chứa nhiều loại enzyme (multienzyme). Việc bổ sung nhiều loại enzyme giúp vật nuôi phân giải được nhiều loại cơ chất, vật nuôi sẽ hấp thụ tốt hơn các nguồn thức ăn khác nhau.
Khi động vật ở giai đoạn còn non, hệ enzyme tiêu hoá của chúng chưa hoàn chỉnh, chủ yếu ở động vật ăn bột và ăn cỏ. Sử dụng enzyme trong chăn nuôi, người ta thấy lợn con theo ổ tăng trọng 20% và giảm thức ăn 6 ÷ 14%. Thí nghiệm trên lợn 1 ÷ 3 tuần tuổi thì lợn tăng trọng 8 ÷ 40%, tăng khả năng sử dụng thức ăn từ 10 ÷ 18% [16].
Người ta cũng đã dùng enzyme bổ sung vào thức ăn của trâu bò. Quá trình tiêu hoá thức ăn trong dạ cỏ của trâu bò được gắn liền với hoạt động enzyme của các vi sinh vật sống nhờ đấy. Vì vậy, bổ sung vào thức ăn những chế phẩm enzyme để nâng cao khả năng tiêu hoá là điều rất cần thiết.
Dùng các chế phẩm có hoạt tính amylase, protease, cellulase…..đều thu được kết quả tốt, khả năng tăng trọng của trâu bò có thể đạt tới 12 ÷ 17%, có khi còn cao hơn [17], [18].
25
Trên thế giới người ta sử dụng thức ăn gia súc có chứa các enzyme tiêu hoá từ đầu những năm 1990. Hiện nay, hằng năm người ta sản xuất khoảng 30 triệu tấn thức ăn gia súc có bổ sung chế phẩm enzyme. Chiếm khoảng 5% trong tổng số 600 triệu tấn thức ăn gia súc được sản xuất.
Như vậy, hiệu quả của việc bổ sung enzyme vào thức ăn chăn nuôi là rõ ràng làm tăng tỷ lệ tiêu hoá cho vật nuôi và giảm chi phí. Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam chế phẩm enzyme thường phải nhập khẩu với giá thành cao nên nghiên cứu cần sản xuất chế phẩm enzyme là vấn đề cần thiết.
26
CHƢƠNG 2
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên liệu