Chủng Micromonospora VTCC-A-1787 được nuôi cấy trong môi trường
ISP-4 lỏng ở 30oC, pH 7,0, chứa 1,5% CMC lắc 180v/phút. Môi trường có nguồn tinh bột tan làm ĐC được thay thế bằng các nguồn carbon khác. Sau 120 giờ nuôi cấy, ảnh hưởng của nguồn và nồng độ carbon đến quá trình sinh tổng hợp enzyme
cellulase của chủng Micromonospora VTCC-A-1787 nghiên cứu được trình bày
theo hình 3-10, bảng 3.4 và bảng 4 (phụ lục 2).
Hình 3-10. Ảnh hưởng của nguồn carbon đến vòng phân giải CMC Các hợp chất carbon vừa là nguồn dinh dưỡng lại vừa là nguồn cung cấp năng lượng cho cơ thể. VSV nói chung và XK nói riêng có khả năng sử dụng được nhiều nguồn carbon khác nhau. Để nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn carbon lên khả năng sinh trưởng và hình thành enzyme, đồng thời xác định được nguồn carbon
thích hợp nhất, tiến hành khảo sát một số nguồn carbon thông thường được sử dụng để lên men sinh enzyme.
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nguồn carbon đến khả năng sinh tổng hợp
cellulase của chủng MicromonosporaVTCC-A-1787
Nguồn carbon Hoạt tính cellulase (UI/ml)
Bã mía 148,6 ± 0,035 Bã rơm 76,1 ± 0,02 Cao nấm men 95,7 ± 002 Mật rỉ đường 10,2 ± 0,01 Mùn gỗ 11,9 ± 0,015 Tinh bột bắp 77,8 ± 0,011 Tinh bột gạo 100,1 ± 0,01 Tinh bột sắn 126,6 ± 0,02 Tinh bột tan 119,3 ± 0,02 Glucose 49,3 ± 0,02 Fructose 58,2 ± 0,025 Sucrose 51,7 ± 0,01 Lactose 102,2 ± 0,025
Từ kết quả bảng 3.4 cho thấy khả năng sinh tổng hợp enzyme cellulase của
chủng Micromonospora VTCC-A-1787 nghiên cứu khi sử dụng các nguồn carbon
khác nhau có sự sai khác đáng kể. Hoạt tính enzymec cellulase khá cao và ổn định trên các môi trường có nguồn đường là các nguyên liệu tự nhiên như tinh bột và các hợp chất bền vững chứa cellulose như bã mía, bã rơm. Trong đó hoạt tính enzyme này đạt cao nhất khi bã mía được sử dụng làm nguồn carbon thay thế cho tinh bột tan (148,6UI/ml, H = 24mm) tiếp theo là tinh bột sắn (126,6UI/ml, H = 19mm), hoạt tính tương đối ở các nguồn carbon như lactose (102,2 UI/ml), tinh bột gạo (100,1UI/ml), cao nấm men (95,7UI/ml). Với nguồn carbon là đường đơn như glucose, fructose và sucrose thì hoạt tính enzyme này khá thấp. Đường là nguồn carbon dễ đồng hóa, do đó khi bổ sung vào môi trường nuôi cấy sẽ xảy ra hiện tượng ức chế và kìm hãm quá trình sinh tổng hợp enzyme. Điều này phù hợp với một số nghiên cứu cho rằng sự kìm chế tổng hợp cellulase xảy ra mạnh trong
môi trường có carbon dễ tiêu, đặc biệt với nguồn carbon là glucose. Qua thí nghiệm trên cho thấy, với nhiều cơ chất khác nhau và những hợp chất carbon dễ dàng được vi sinh vật đồng hóa có tác dụng kìm hãm và ức chế quá trình sinh tổng hợp enzyme cảm ứng.
Như vậy, với mục đích tìm nguồn nguyên liệu sẵn có, nhất là nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp thì bã mía được xem là nguồn carbon thay thế thích hợp cho chủng Micromonospora VTCC-A-1787 sinh tổng hợp cellulase. Đây là nguyên liệu rất dễ kiếm, rẻ tiền, thuận lợi khi sử dụng cho lên men lượng lớn sau này.
Sau khi xác định được nguồn carbon thay thế thích hợp là bã mía có khả năng cảm ứng sinh tổng hợp cellulase cao nhất trong số các nguồn carbon được khảo sát, bã mía được đưa vào môi trường ISP-4 với các nồng độ khác nhau từ 0,5÷3% (cách nhau 0,5%) để tiến hành tối ưu nồng độ nguồn carbon này. Kết quả nghiên cứu cho thấy, hoạt tính cellulase có sự thay đổi đáng kể khi thay đổi nồng độ bã mía trong môi trường nuôi cấy.
Hình 3-11. Ảnh hưởng của nồng độ bã mía đến hoạt tính enzyme cellulase
của chủng MicromonosporaVTCC-A-1787
Từ kết quả hình 3-11 và bảng 4 (phụ lục 2) cho thấy, hoạt tính cellulase tăng dần cùng với sự gia tăng của nồng độ bã mía trong hỗn hợp. Trong dải nồng
độ khảo sát thì khả năng sinh tổng hợp cellulase của chủng Micromonospora
VTCC-A-1787 tăng dần bắt đầu từ nồng độ 0,5% và đạt cao nhất ở nồng độ 2% (156UI/ml), cao gấp 1,12 lần so với đối chứng 1%. Và khi không bổ sung bã mía, hoạt tính giảm mạnh nhất, giảm tới 1,81 lần so với đối chứng. Tuy nhiên
không phải cứ tăng hàm lượng cơ chất thì sự tổng hợp enzyme cũng tăng theo, mà đến một ngưỡng nhất định thì sự tổng hợp enzyme không thể tăng nữa, cụ thể khi tăng bã mía lên tới nồng độ 2,5 và 3% thì hoạt tính enyme lại giảm dần, chỉ còn 80,2 UI/ml và 57,4UI/ml, giảm hơn 2 lần so với mẫu ĐC. Điều này có thể giải thích do sự tổng hợp enzyme tùy thuộc vào năng lực tiết tối đa của từng loại VSV, mỗi loài có một ngưỡng nhất định. Khi môi trường chế phẩm quá nhiều bã mía thì cơ chất sẽ tạo áp lực, độ thoáng khí giảm có thể là nguyên nhân làm cho XK không phát triển tốt được, đồng thời khi tỷ lệ mía bổ sung càng tăng thì môi trường nuôi cấy trở nên đặc (do mía còn hàm lượng cel sẽ hút nước) làm giảm lượng dịch chiết thu được.
Như vậy, chọn nguồn carbon là bã mía ở nồng độ tối ưu là 2%, cellulase được cảm ứng sinh tổng hợp cao nhất để phân hủy nguồn carbon dinh dưỡng này cho sự sinh trưởng của tế bào. Đây là môi trường vừa có độ ẩm thích hợp, vừa có độ thoáng khí thuận lợi cho quá trình sinh tổng hợp cellulase của chủng xạ khuẩn Micromonospora VTCC-A-1787.