Trong tự nhiên, khu hệ vi sinh vật có khả năng phân giải xenluloza vô cùng phong phú, bao gồm vi khuẩn, xạ khuẩn và vi nấm.
* Vi khuẩn
Là nhóm vi sinh vật đƣợc nghiên cứu nhiều nhất. Năm 1785, lần đầu tiên Popove đã phát hiện rằng vi khuẩn kỵ khí tham gia vào quá trình lên men xenluloza. Trong thế kỷ XIX, các nhà khoa học đã phân lập đƣợc một số vi sinh vật kị khí có khả năng phân giải xenluloza từ phân và dạ cỏ của động vật nhai lại. Năm 1902 Omelianski đã thuần khiết và mô tả hai chi vi khuẩn với hai kiểu lên men xenluloza: lên men hydro do loài Bacillus cellulosae hydrogenicus và lên men metan do
Bacillus cellulosae metanicus; chúng là vi khuẩn ƣa ấm với nhiệt độ sinh trƣởng tối ƣu 30-350C [4, 7]. Đầu thế kỷ XX, các nhà khoa học cũng đã phân lập đƣợc các vi khuẩn hiếu khí ƣa ấm, ƣa nhiệt cũng có khả năng này [40, 47]. Đến nay hàng loạt các công trình nghiên cứu cho thấy rất nhiều VSV có khả năng phân giải xenluloza.
Trong điều kiện kỵ khí có các loài vi khuẩn phân giải xenluloza (điển hình là các vi khuẩn trong dạ cỏ của động vật nhai lại) nhƣ: Clostridium, Ruminococcus flavofeciens, Bacteroides succienpgennes [4, 7, 12, 24, 39]…Trong điều kiện hiếu
38
khí có các loài phân giải xenluloza ƣa ấm hoặc ƣa nhiệt nhƣ: Pseudomonas fluorescens [48, 62, 65], Cellulomonas fimi (tạo thành 10 endogluconaza) [89],
Bacillus subtilis (tổng hợp một endogluconaza giống ở nấm), Cellvibrio, Azotobacter, Flavobacterium, Archromobacter, Bacillus pumilus [4, 7, 12, 24, 80]…Trong các vi khuẩn hiếu khí phân giải xenluloza, niêm vi khuẩn là quan trọng nhất, thƣờng có dạng hình que nhỏ, hơi uốn cong, có thành tế bào mỏng, bắt màu thuốc nhuộm kém, chủ yếu ở các chi Cytophaga, Sporocytophaga và Sorangium. Niêm vi khuẩn nhận năng lƣợng khi oxy hoá các sản phẩm của quá trình phân giải xenluloza thành CO2 và H2O [47, 48].
* Xạ khuẩn
Xạ khuẩn phân giải xenluloza đƣợc tìm thấy trong tất cả các loại đất, mùn rác và những nơi có chứa xenluloza, xenlulaza của xạ khuẩn là enzym ngoại bào. Kết quả phân lập cho thấy xạ khuẩn có mặt trong tất cả các mẫu mùn rác ở các mùa trong năm, số lƣợng xạ khuẩn phụ thuộc vào loại đất và tính chất của đất [4, 24, 32]. Xạ khuẩn là nhóm vi khuẩn đặc biệt, kích thƣớc tế bào nhỏ nhƣ vi khuẩn nhƣng đặc trƣng bởi sự phân nhánh, đa số sống trong đất, Gram (+) và hiếu khí. Dựa vào đặc điểm nhiệt độ sinh trƣởng, ngƣời ta chia xạ khuẩn thành hai dạng: + Xạ khuẩn ƣa ấm: Sinh trƣởng tốt ở nhiệt độ 25-37oC.
+ Xạ khuẩn ƣa nhiệt: Sinh trƣởng tốt ở nhiệt độ 45-70oC.
Các nhóm xạ khuẩn phân giải xenluloza chính: Streptomyces, Nocardia, Thermoactinomyces, Thermomonospora, Micromonospora…[4, 23, 32, 44, 67].
* Nấm sợi
Nấm sợi phân giải xenluloza mạnh hơn vi khuẩn vì chúng tiết vào môi trƣờng lƣợng enzym ngoại bào nhiều hơn vi khuẩn. Vi khuẩn thƣờng tiết vào môi trƣờng phức hệ xenlulaza không hoàn chỉnh, thuỷ phân đƣợc cơ chất đã cải biến nhƣ giấy lọc và CMC còn nấm tiết hệ xenlulaza hoàn chỉnh nên có thể thuỷ phân xenluloza hoàn toàn.
39
Các loài nấm đƣợc nghiên cứu nhiều là: Trichoderma reesei, Aspergillus, Verticillium, T. viride, Fusarium solanii, Penicillium pinophinum, Phanerochatae chrysosporium, Sporotrichum pulverulentum và Sclerotium rolfs [48, 49, 98, 100].
Nấm sinh trƣởng và sản xuất xenlulaza mạnh khi độ ẩm cao và ở nhiệt độ 20- 300C, pH 3,5- 6,6. Nấm thƣờng phân hủy xenluloza ở giai đoạn cuối của quá trình ủ, khi nhiệt độ đống ủ đã giảm xuống. Tuy nhiên có một số nấm ƣa nhiệt (40- 450C) có thể tổng hợp các enzym chịu nhiệt; chúng sinh trƣởng nhanh và phân giải xenluloza nhƣng hoạt tính xenlulaza của dịch lọc lại thấp [40, 61].