1.2. Quá trình phân hủy phụ phế phẩm giàu xơ
1.2.5. Tannin và quá trình phân giải tannin
HUTECH
32
Trong nhiều phụ phế phẩm giàu xơ, hàm lượng tannin chiếm một lượng đáng kể, ức chế họat động của nhiều vi sinh vật trong quá trình phân hủy.
1.2.5.1. Tannin
Tannin là nhóm hợp chất thức cấp tồn tại phổ biến trong thực vật có cấu trúc hóa học là polyphenol, có khả năng tạo liên kết bền vững với protein và một số hợp chất cao phân tử thiên nhiên (cellulose, pectin).
Thành phần chính của tannin là gallotannin, ellagitannin, condensed tannin, và complex tannin:
- Gallotannins là tannin với sự có mặt của acid gallic, acid digallic và acid chebulic acid tạo liên kết ester với glucose. Gallotannin dễ bị thủy phân dưới điều kiện aicd hay kiềm yếu hoặc với nước nóng hoặc enzyme.
- Ellagitannin tạo nên từ các thành phần là các ellagic acid liên kết với các glucosides. Các phân tử có phần chủ đạo là quinic acid thay cho glucose cũng được coi là ellagitannins. Ellagitannin thường bền hơn gallotannin.
- Tannin phức hợp (complex tannin) tạo thành do phản ứng giữa gallic acid hoặc ellagic acid với catechin và glucoside.
- Tannin không tan (condensed tannin) hay proanthocyanidin là các hợp chất phức tạp tạo nên từ các thành phần flavonoid rất khó bị thủy phân.
HUTECH
33
Hình 1.17. Các cấu trúc chính của tannin (Cristóbal N. A et al. 2007) Tính chất của tannin
- Kết tủa protein không thuận nghịch.
- Ức chế sự tăng trưởng của nhiều loại vi sinh vật trừ những vi sinh vật có thể tổng hợp enzyme phân hủy tannin là tannase.
- Tannin không tan không bị vi sinh vật phân hủy.
- Tannase chủ yếu thủy phân gallotannin.
1.2.5.2. Enzyme phân giải tanin – enzyme tannase a) Enzyme tannase
Tannin acyl hydrolase (EC3.1.1.20) thường được gọi là tannase xúc tác phân hủy acid tannic, methyl gallate, ethyl gallate, n- propylgallate, và isoamyl gallate (hình cơ chế).
HUTECH
34
Tannase thủy phân liên kết ester của acid tannic. Tannase thủy phân hoàn toàn tannic acid và glucose.
Hình 1.18. Cơ chế hoạt động của tannase (Cristóbal NA, 2007)
HUTECH
35 b) Cơ chế tác dụng của enzyme tannase
Tannase xúc tác phản ứng phân hủy, tannin thủy phân được như tannic acid, methyl gallate, ethyl gallate, propyl gallate và iso amyl gallate. Tannase thủy phân liên kết ester của tannic acid. Tannase thủy phân tannic acid hoàn toàn đến gallic acid và dẫn xuất glucose.
1.2.5.3. Vi sinh vật phân giải tannin
Các vi sinh vật phân giải tannin (tiết enzyme tannase) thuộc nhóm vi khuẩn, nấm men và nấm sợi.
Bảng 1.10 cho thấy vi khuẩn phân giải tannin chủ yếu là vi khuẩn Gram dương thuộc chi Bacillus, vi khuẩn lên men lactic như Lactobacillus spp., Leuconostoc spp., Streptococcus spp.
Về nấm sợi nhiều loài của chi Aspergillus, Penicillium, Trichoderma có khả năng phân giải tannin (bảng 1.10).
Bảng 1.10. Chủng vi sinh vật có khả năng phân giải enzyme tannase (Cristóbal NA, 2007 và nhiều tác giả khác)
Vi sinh vật Nấm sợi nhiều loài của chi Aspergillus,
Penicillium, Trichoderma Vi khuẩn
Achromobacter sp Bacillus pumilus Bacillus polymyxa Corynebacterium sp Bacillus cereus Klebisella planticola Klebisella pneumoniae Pseudomonas solanaceanum Streptococcus bovis
Streptococcus gallolyticus LactoBacillus plantarum LactoBacillus paraplantarum LactoBacillus pentosus LactoBacillus acidophilus LactoBacillus animalis LactoBacillus murinus Enterococcus faecalis
Weissella paramesenteroides
Aspergillus rugulosus Aspergillus terreus Aspergillus foetidus Penicillium notatum Penicillium islandicum Penicillium chrysogenum Penicillium digitatum Penicillium acrellanum Penicillium carylophilum Penicillium citrinum Penicillium charlessi Penicillium variable Penicillium glaucum Penicillium crustosum Penicillium restrictum Penicillium glabrum Trichoderma hamatum Trichoderma harzianum Fusarium solani
Fusarium oxysporium
HUTECH
36 Leuconostoc fallax
Nấm men Candida sp
Saccharomyces cerevisiae Pichia spp
Nấm
Aspergillus niger Aspergillus gallonyces Aspergillus awamori Aspergillus fumigatus Aspergillus versicolor Aspergillus flavus Aspergillus caespitosum Aspergillus oryzae Aspergillus aculeatus Aspergillus Aureus Aspergillus fischeri
Mucor sp.
Paecilomyces variotii Rhizopus oryzae
Cryphonectria parasitica Heliocostylum sp.
Cunnighamella sp.
Syncephalastrum racemosum Neurospora crassa
Enzyme tannase từ lâu đã được sử dụng để giải quyết ô nhiễm môi trường do nứơc thải ngành thuộc da và những vấn đề khác liên quan. Hiện nay người ta vẫn tiếp tục nghiên cứu phân lập tuyển chọn các chủng vi sinh vật có khả năng phân giải tannin cao để sả xuất tannase. Ngoài ra hướng sử dụng trực tiếp sinh khối vi sinh vật trong xử lý được quan tâm nhằm giảm giá thành xử lý (K. Murugan và Saleh A.
Al-Sohaibani, 2010).