Đặc điểm Lignin
Lignin là những hợp chất có thành phần cấu tạo rất phức tạp, là những hợp chất cao phân tử, được tạo thành do phản ứng ngưng tụ từ loại rượu chủ yếu là trans-p-cumirylic, trans-connyferylic và trans-cynapylic.
Kết cấu cơ học của chúng là xoắn thành chum và bện chắc thành sợi, do đó về mặt cơ lý, ligin là những hợp chất vừa cứng, vừa bền, ít bị biến đổi dưới tác dụng của các yếu tố ngoại cảnh.
Lignin khác xenluloza ở chỗ hàm lượng cacbon tương đối nhiều. Ngoài ra, trong cấu trúc của lignin còn có nhóm methoxyl (-OCH3). Các hợp phần liên kết với nhau bằng liên kết C-C hay liên kết C-O trong đó phổ biến là các liên kết aryl-glyxerin, aryl-aryl và diaryl ete. Lignin dễ phân hủy từng phần dưới tác dụng của NaS2O3; H2SO4;…. Nhưng lại không bị hòa tan trong các dung dịch hữu cơ thông thường. Đặc biệt lignin rất bền vững dưới tác dụng của enzim, do đó gây trở ngại cho quá trình phân giải lingo-xenluloza.
Cơ chế thủy phân Lignin
Nhiều công trình nghiên cứu đã cho thấy có khoảng 15 enzim tham gia vào quá trình phân giải lignin. Ligninaza không thủy phân ligin thành các tiểu phần hòa tan như quá trình phân giải xenluloza trong cấu trúc của lignin chỉ có một số ít liên kết có thể bị thủy phân.
Christaman và Oglesby thấy rằng enzim phenoloxylaza rất phổ biến ở các nấm mục trắng, có vai trò quan trọng trong phân giải lignin. Về sau các enzim này đã được nghiên cứu sâu và tách được các enzim thành phần riêng rẽ, xác định được vai trò của chúng trong phân giải lignin. Có 3 enzim phổ biến sau:
- Lignin peroxidaza( EC 1.11.1.13). - Mangan peroxidaza ( EC 1.11.1.13). - Laccaza( EC 1.10.3.2)
Trong 3 enzim trên, lignin peroxidaza có chức năng quan trọng và được nghiên cứu nhiều nhất, vì chúng có khả năng phân giải mạnh cấu trúc O-O-4 lignol, là liên kết rất bền vững giữa các phân tử, chiếm 50- 60% trong lignin.
Cơ chế phân giải lignin cho đến nay ý kiến của các nhà khoa học vẫn chưa đi đến thống nhất. Một số nhà khoa học với đại diện tiêu biểu là Eggling cho rằng lignin không có tác dụng gây cảm ứng sinh học để vi sinh vật tổng hợp enzim ligninaza. Còn nhóm tác giả khác với đại diện tiêu biểu là Plau lại cho rằng lignin có tác dụng như một chất cảm ứng để nấm Pleurotus astiatus tổng hợp ligninaza. Tuy ý kiến chưa đồng nhất nhưng hầu hết tác giả đều cho rằng: quá trình phân giải lignin bởi vsv được đặc trưng bởi các phản ứng (Nguyễn Lan Hương, Lê Văn Nhương và Hoàng Đình Hòa, 1999):
- Cắt oxy hóa mạch bên của đơn vị phenyl propan. - Hình thành nhóm cacboxyl thơm.
- Tách các nhóm methoxyl.
Vi sinh vật phân giải Lignin
Sự phân giải lignin là kết quả của mối quan hệ tương hỗ sinh vật giữa nấm, vi khuẩn và các vi sinh vật khác trong đất. Dựa vào kiểu phân giải của nấm người ta chia thành: white – rot bao gồm Basidiomycetes và một và loài thuộc
Acomycetes, brow – rot( Basidiomycetes) và Soft – rot( Acomycetes), nấm bất toàn. Vi khuẩn có thể có vai trò sau nấm trong việc phân hủy lignin. Phần lớn vi khuẩn phân hủy các hợp chất monomeric và dimeric, đại diện là Pseudomonas, xanthomonas, Acinebacter. Ngoài ra, một số xạ khuẩn cũng có khả năng phân hủy lignin mạnh là Streptomyces và Nocardia (Lê Văn Nhương,1998).
2.5. HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT RAU TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 2.5.1. Hiện trạng sản xuất rau trên Thế Giới