Các ứng dụng cơ bản trong một số ngành công nghiệp [36]
Cellulase đã được thương mại hóa rộng rãi trong hơn 30 năm trở lại đây và những enzyme này là đại diện tiêu biểu cho nghiên cứu hàn lâm cũng như nghiên cứu ứng dụng. Những nghiên cứu cơ bản cũng như nghiên cứu ứng dụng về enzyme thủy phân cellulose đã chứng minh tiềm năng công nghệ sinh học của chúng trong rất nhiều ngành công nghiệp khác nhau bao gồm công nghệ thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, sản xuất bia và rượu vang, nông nghiệp, sinh khối lọc dầu, giấy và bột giấy, dệt may.
Trong công nghiệp sản xuất bột giấy và giấy, bổ sung cellulase trong khâu nghiền bột, tẩy trắng và xeo giấy có vai trò quan trọng. Trong công đoạn nghiền bột giấy, bổ sung cellulase làm thay đổi nhẹ cấu hình của sợi cellulase làm tăng khả năng nghiền và tiết kiệm 20-40% năng lượng. Để tẩy trắng giấy người ta sử dụng cellulase trong quá trình tái chế giấy. Phương pháp này giữ cho sợi giấy không bị ăn mòn nhiều và không ảnh hưởng đến môi trường so với phương pháp tẩy trắng giấy bằng acid HCl.
Trong công nghiệp dệt, người ta sử dụng cellulase để giữ màu vải sáng, bền và không bị sờn cũ. Đối với vải jean, cellulase được dùng để làm mềm vải và tạo ra các vệt “stone washed”. Người ta có thể tăng độ đậm nhạt của các vệt này bằng cách tăng hay giảm hàm lượng cellulase sử dụng trong giai đoạn giặt.
Trong xử lý môi trường, phức hệ cellulase được sử dụng để xử lý nguồn nước thải do các nhà máy giấy thải ra. Cellulase góp phần làm rút ngắn thời gian phân hủy rác hữu cơ có bản chất cellulose. Điều này có ý nghĩa trong việc bảo vệ môi trường (hạn chế sự ô nhiễm đất, nước) đồng thời thúc đẩy quá trình chuyển hóa vật chất trong tự nhiên.
Trong kỹ thuật di truyền, chế phẩm cellulase tinh khiết được ứng dụng để phá vỡ tế bào thực vật mà không làm tổn thương các cơ quan bên trong, đảm bảo nguyên vẹn nhân tố di truyền. Đó là phương pháp ưu việt hơn so với phương pháp hóa học và cơ học.
Trong công nghiệp thực phẩm và đồ uống, cellulase có những ứng dụng rất quan trọng. Việc bổ sung cellulase trong quá trình sản xuất bia góp phần ngăn chặn sự tạo thành diacetyl, rút ngắn thời gian cần thiết để ủ bia. Hơn nữa cellulase làm giảm đáng kể lượng β-glucan, chất này ảnh hưởng tới khả năng lọc và đây đục cho bia. Trong quá trình sản xuất cà phê, cellulase và pectinase được dùng để xử lý bóc vỏ cà phê và làm tăng khả năng trích ly dịch quả. Trong sản xuất nước quả, cellulase được thêm vào giai đoạn dịch hóa, làm cho độ đồng hóa của nước quả có thịt tốt hơn. Cellulase góp phần làm giảm độ nhớt của dịch quả thuận lợi cho quá trình tách chiết và làm trong nước quả.
Trong sản xuất cồn nhiên liệu, cellulase có vai trò quan trọng trong việc sản xuất ethanol thế hệ hai từ nguồn nguyên liệu có bản chất lignocellulose. Việc sử dụng các enzyme thủy phân lignocellulse trong giai đoạn tiền xử lý góp phần đáng kể vào hiệu quả quá trình lên men, giảm chi phí tiêu tốn năng lượng và thân thiện hơn so với các phương pháp tiền xử lý bằng vật lý hay hóa học khác.
Trong sản xuất bột giặt và chất tẩy rửa, bổ sung cellulase chủ yếu nhằm mục đích làm mềm sợi vải cotton. Khi bổ sung cellulase kết hợp với một số enzyme khác như protease, lipase,… sẽ làm cho các sản phẩm tẩy rửa có thể tẩy sạch một số vết bẩn khó giặt như vết mực, dầu mỡ.
Ứng dụng của cellulase trong sản xuất thức ăn chăn nuôi
Các ứng dụng của cellulase và hemicellulase trong ngành công nghiệp thức ăn chăn nuôi đã và đang nhận được sự quan tâm đáng kể vì tiềm năng của chúng trong việc nâng cao giá trị nguyên liệu và hiệu suất chăn nuôi [20]. Tiền xử lý thức ăn nông nghiệp và thức ăn ngũ cốc bởi cellulase và xylanase có thể cải thiện giá trị dinh dưỡng của chúng [29]. Các enzyme cũng có thể loại bỏ các yếu tố không có giá trị dinh dưỡng trong các loại thức ăn, giảm khẩu phần thức ăn nhất định để nâng cao giá trị dinh dưỡng và cung cấp các enzyme tiêu hóa bổ trợ như protease, amylase và glucanase. Ví dụ, chất xơ bao gồm polysaccharide không phải tinh bột như arabinoxylan, cellulose và nhiều thành phần thực vật khác như dextrin, inulin, lignin, sáp, chitin, pectin, β-glucan và oligosaccharide có thể hoạt động như yếu tố
kháng dinh dưỡng cho một số động vật như lợn [8]. Trong trường hợp này, cellulase phát huy hiệu quả thủy phân các thành phần không có giá trị dinh dưỡng như cellulose trong nguyên liệu thức ăn thành các thành phần dễ dàng hấp thu do đó cải thiện đáng kể sức khỏe và năng suất vật nuôi [69].
β-glucanase và xylanase đã được sử dụng trong thức ăn của động vật dạ dày đơn để thủy phân polysaccharide không phải tinh bột như β-glucan và arabinoxylan. Cellulase được sử dụng như phụ gia thức ăn đơn lẻ hoặc bổ sung cùng với protease có thể cải thiện đáng kể chất lượng thịt lợn. Glucanase và xylanase làm giảm độ nhớt của chất xơ trong lúa mạch đen và đại mạch trong nguyên liệu thức ăn của gia cầm và lợn. Các enzyme này cũng góp phần làm tăng cân ở gà và lợn con bằng cách cải thiện tiêu hóa và hấp thu dễ dàng dinh dưỡng từ nguyên liệu thức ăn [11; 34; 56; 58].
Hầu hết thức ăn chăn nuôi chất lượng thấp chứa nồng độ cellulose cao hơn, một lượng nhỏ protein và chất béo và nồng độ tro tương đối cao khi so sánh với thức ăn chăn nuôi chất lượng cao. Cellulase có thể được sử dụng để cải thiện sản xuất thức ăn ủ cho gia súc, trong đó liên quan đên việc nâng cao khả năng tiêu hóa các loại cỏ có chứa một lượng lớn các chất dinh dưỡng có khả năng tiêu hóa và các giá trị năng lượng cùng với một lượng nhỏ carbohydrate hòa tan trong nước. Thành phần thức ăn của động vật nhai lại chứa cellulose, hemicellulose, pectin và lignin phức tạp hơn so với thức ăn ngũ cốc của gia cầm và lợn. Chế phẩm enzyme có chứa hàm lượng cao cellulase, hemicellulose và pectinase đã và đang được sử dụng để nâng cao giá trị dinh dưỡng của thức ăn [30; 40]. Tuy nhiên, kết quả của việc bổ sung chế phẩm enzyme chứa cellulase, hemicellulose và pectinase cho động vật nhai lại có một chút chưa phù hợp.
Quy trình sản xuất thức ăn chăn nuôi nói chung bao gồm phương pháp gia nhiệt nhằm bất hoạt virus, vi sinh vật gây bệnh, loại bỏ tạp chất. Ứng dụng cellulase bền nhiệt trong sản xuất thức ăn có khả năng làm giảm tác nhân gây bệnh cũng như để tăng cường khả năng tiêu hóa và giá trị dinh dưỡng của thức ăn, do đó có một sự kết
hợp giữa việc xử lý nhiệt và biến đổi thức ăn trong một bước duy nhất [11]. Các cellulase và hemicellulase chịu trách nhiệm cho quá trình thủy phân một phần nguyên liệu lignocellulose, loại bỏ vỏ của hạt ngũ cốc, thủy phân β-glucan và nhũ tương hóa và tính linh hoạt của nguyên liệu thức ăn tốt hơn mà kết quả là nhằm cải thiện chất lượng dinh dưỡng trong thức ăn chăn nuôi. Hơn nữa các enzyme có thể gây ra quá trình thủy phân một phần thành tế bào thực vật trong quá trình ủ và bảo quản thức ăn gia súc.
Việc sử dụng enzyme trong thức ăn của vật nuôi trở nên quan trọng hơn sau khi việc cấm sử dụng một số chất kháng sinh trong thức ăn mà trước đây đã được sử dụng ở các nước EU [8]. Có sự khác biệt lớn trong khả năng tiêu hóa thức ăn có nguồn gốc tinh bột. Khả năng tiêu hóa thấp của một số tinh bột thúc đẩy sự xuất hiện của một số bệnh liên quan đến đường tiêu hóa vì tinh bột không được tiêu hóa và hấp thụ trong ruột già có thể hoạt động như một chất nền cho qua trình lên men vi khuẩn, hỗ trợ sự gia tăng của một số vi khuẩn có hại gây bệnh tiềm tàng [46; 48]. Cellulase có tác động tích cực lên quá trình lên men ở manh tràng bằng cách tăng sản xuất acid propionic, chất này hoạt động như một chất kháng khuẩn và do đó có thể làm giảm số lượng của vi khuẩn gây bệnh [39; 48].