CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.6. Ảnh hưởng của điều kiện môi trường đến khả năng sinh tổng hợp chitinase
1.6.1. Nguồn carbon
Cũng như nitơ, chất khoáng và nước, carbon là một trong bốn yếu tố không thể thiếu đối với mọi loài nấm cũng như vi sinh vật. Tuy nhiên, nồng độ carbon trong mơi trường q cao cũng có thể ức chế sự sinh trưởng của vi sinh vật.
Nấm sợi có khả năng đồng hóa nhiều loại carbon khác nhau, trong đó nguồn carbon có thể là các loại carbohydrate đơn giản như đường đơn, đường đôi hoặc phức tạp như tinh bột, cellulose, xylan. Nguồn carbon phức tạp này thường tồn tại ở hầu hết các sản phẩm, phế phẩm như: trấu cám, vỏ quýt, sơ dừa, lõi ngô, bột ngô, bã mía, vỏ cà phê, mùn cưa, gạo. Những chất này thường được sử dụng làm nguồn carbon thích hợp cho quá trình sinh tổng hợp chitinase. Trong trường hợp nguồn carbon là bột ngũ cốc thì ngồi khả năng cung cấp carbon, chúng còn cung cấp cả nitơ, chất khống và giữ ln vai trò làm giá thể.
Patidar và cộng sự (2005) khi nghiên cứu trên chủng nấm Penicillium
Chrysogenum PPCS1 và PPCS 2 cho thấy nguồn carbon thích hợp nhất để 2 chủng
này sinh tổng hợp chitinase là cám lên meo [58]. Parameswaran và cộng sự (2005) nghiên cứu khả năng sinh chitinase từ nấm Penicilium aculeatum NRRL 2129 đã
chỉ ra rằng hoạt tính chitinase cao nhất khi sử dụng cám mì làm nguồn carbon [56]. Nguyễn Thị Hà (2012) đã sử dụng nguồn carbon là trấu và cám để bổ sung vào môi trường sinh tổng hợp chitinase của chủng nấm Aspergillus protuberus [6].
1.6.2. Nguồn nitơ
Nguồn nitơ ảnh hưởng mạnh tới tốc độ tiết enzyme của các loài vi sinh vật. Nguồn nitơ tồn tại ở dạng vô cơ như urea, ammonium sulfate, natri nitrate và ở dạng các hợp chất hữu cơ cao phân tử như cao thịt, cao thịt bò, bột đậu tương, bột cá hay peptone. Tùy loài vi sinh vật mà nguồn nitơ được sử dụng là khác nhau. Đa số các lồi có khả năng sử dụng cả nguồn nitơ vơ cơ và hữu cơ, tuy nhiên mức độ đồng hóa từng loại nitơ để sinh enzyme lại phụ thuộc vào từng loài.
Theo Aghaeizadeh Fatemah và cộng sự (2008) khi bổ sung KNO3 vào môi trường nuôi cấy chủng Penicillium aculeatum PTCC thì hoạt tính chitinae tăng
khoảng hơn 2 lần so với môi trường cơ bản [20]. Trong khi, Nguyễn Hồng Minh và cộng sự (2013) đã chọn được NH4Cl với nồng độ 0,1% làm nguồn nitơ phù hợp để sinh tổng hợp chitinase cho chủng nấm Lecanicillium lecanii N30.8 [11].
1.6.3. Độ ẩm cơ chất
Độ ẩm khơng khí, độ ẩm vật liệu hay độ ẩm môi trường ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển và sinh sản của vi sinh vật nói chung và nấm nói riêng bởi vì tất cả cảm ứng sinh hóa ở các cơ thể sống đều diễn ra trong môi trường nước. Đa số vi sinh vật phát triển tốt ở độ ẩm >80% và độ ẩm môi trường >20%. Nếu hạ thấp độ ẩm sẽ làm rối loạn quá trình sinh lý bình thường của vi sinh vật. Độ ẩm là một trong những yếu tố làm cho vi sinh vật tiếp nhận thức ăn dễ dàng. Nhờ có độ ẩm tốt mà các chất dinh dưỡng dễ thâm nhập vào cơ thể, các hệ enzyme thủy phân mới hoạt động được. Nếu độ ẩm quá thấp xảy ra hiện tượng thay đổi trạng thái của nguyên sinh chất. Từ thay đổi trạng thái như vậy dẫn tới vi sinh vật không phát triển được [15].
Nấm Penicillium Chrysogenum PPCS2 trong nghiên cứu của Patidar và cộng sự (2005) có khả năng sinh chitinase cao nhất ở độ ẩm 120% [58]. Chủng nấm
Aspergillus protuberus trong nghiên cứu của Nguyễn Thị Hà (2012) đạt hoạt tính chitinase cao nhất với độ ẩm ban đầu 80% bổ sung vào môi trường bán rắn [6]. Trong khi đó, chủng nấm Lecanicillium lecanii N30.8 của Nguyễn Hồng Minh và
cộng sự (2013) chỉ cần 50% độ ẩm cho hoạt tính chitinase cao nhất [11].
1.6.4. Nhiệt độ nuôi cấy
Nhiệt độ ảnh hưởng sâu sắc tới q trình sống của vi sinh vật nói chung và của nấm mốc nói riêng. Mỗi lồi vi sinh vật thích nghi với một vùng nhiệt độ khác nhau, căn cứ vào sự thích nghi nhiệt độ, các lồi vi sinh vật được chia làm 3 nhóm là nhóm vi sinh vật ưa lạnh và chịu lạnh sinh trưởng tốt ở trong điều kiện nhiệt độ
nhóm vi sinh vật chịu nhiệt sinh trưởng tốt ở nhiệt độ cao trên 50°C. Phần lớn, nấm là vi sinh vật ưa ấm, phát triển tốt nhất ở 25-30oC. Nhiệt độ quá cao hoặc q thấp có thể kìm hãm sự sinh trưởng, thậm chí có thể giết chết sợi nấm, quá trình tổng hợp enzyme sẽ bị ức chế [4].
Ulhoa và Peberdy (1991) đã chỉ ra rằng nấm Trichoderma harzianum cho sinh chitinase cao nhất ở 28oC [73]. Trong khi đó, nghiên cứu của Nguyễn Thị Hà (2012) lại chỉ ra rằng 30oC là nhiệt độ thích hợp cho chủng nấm Aspergillus
protuberus sinh chitinase cao nhất [6]. Trong một số trường hợp đặc biệt, một số
lồi nấm vẫn có khả năng sinh tổng hợp chitinase ở nhiệt độ thấp hoặc cao hơn ngưỡng thông thường là 25-30oC. Điển hình, trong nghiên cứu của Lê Thị Huệ (2010) đã chỉ ra rằng nhiệt độ để chủng nấm Aspergillus sp. sinh chitinase cao nhất là 40oC [8].
1.6.5. pH môi trường
Giá trị pH mơi trường ban đầu có ảnh hưởng quan trọng tới sự phát triển và khả năng sinh tổng hợp chitinase của các chủng nấm sợi. pH của môi trường nuôi cấy làm thay đổi hình thái sinh trưởng và bài tiết enzyme của nấm sợi. pH có ảnh hưởng trực tiếp đến q trình trao đổi chất của tế bào, do chúng ảnh hưởng đến khả năng hịa tan của các chất dinh dưỡng, hình thái màng tế bào, sự vận chuyển của các chất dinh dưỡng qua màng tế bào, hoạt độ enzyme và phản ứng oxi hóa khử [4].
Tùy thuộc vào từng loài, từng chủng mà pH mơi trường ban đầu thích hợp là acid, trung tính hay kiềm. Aspergillus protuberus sinh tổng hợp chitinase có hoạt
tính cao nhất ở điều kiện pH 5,5 [6]. Nhiều nghiên cứu trên Trichoderma harzianum chỉ ra rằng pH thích hợp cho nấm này sinh trưởng tạo chitinase có hoạt tính cao khoảng pH = 4-6 [18].
1.6.6. Cơ chất
Chitinase có thể là enzyme cảm ứng hoặc enzyme cấu trúc. Tuy nhiên trong các môi trường nuôi cấy vi sinh vật người ta đều bổ sung thêm cơ chất chitin nhằm
tăng khả năng tạo chitinase. Nhìn chung sự hiện diện của chitin trong mơi trường ni cấy hữu ích cho việc tạo chitinase [50]. Trong số các cơ chất, chitin huyền phù có khả năng kích thích tạo chitinase cao nhất.
Theo Nguyễn Thị Hà (2012), chủng nấm Aspergillus protuberus sinh tổng
hợp chitinase cao nhất khi bổ sung 15% cơ chất cảm ứng chitin vào môi trường lên men bán rắn [6]. Trong khi chủng Trichoderma hurziunum trong nghiên cứu của
Ulhoa và Peberdy (1991) chỉ cần bổ sung vào môi trường nuôi cấy 0,5% cơ chất cảm ứng chitin đã cho hoạt tính chitinase cao nhất [71].