27
cellulose và hemicellulose được lấp đầy bởi chất keo dính lignin. Lignin trong thành phần tế bào thực vật có chức năng như hàng rào bảo vệ giúp thực vật chống lại các tác động vật lí, hóa học và sâu bệnh ở môi trường bên ngoài. Tuy nhiên thành phần này ngăn cản sự tiếp xúc của cellulose và hemicellulose với các tác nhân đặc hiệu làm giảm hiệu quả phân huỷ lignocellulose.
Lignin là loại hợp chất được tạo thành do phản ứng trùng ngưng từ 3 loại rượu chủ yếu là trans-p-cumarynic, trans-conniferynic và trans-cyperynic [23, 26]. Cấu trúc phân tử của lignin được thể hiện ở Hình 1.8.
Hình 1.8: Cấu trúc phân tử của lignin (p-coumaryl alcohol, coniferyl alcohol, và sinapyl alcohol)
Cũng như HCBVTV 2,4D và Cartap, Lignin là những hợp chất cao phân tử có thành phần cấu tạo phức tạp, khó chuyển hoá, thời gian phân huỷ rất chậm kéo dài hàng tháng đến hàng năm. Đến nay, nhiều nghiên cứu đã chứng minh nấm (đặc biệt là nấm mục trắng) là nhóm VSV có khả năng sản xuất các enzyme phân hủy lignin cao nhất trong giai đoạn tiền xử lý lignocellulose. Cơ chế phân huỷ HCBVTV của nấm dựa trên khả năng phân huỷ các hợp chất hữu cơ khó phân hủy trong tự nhiên có thành phần phức tạp như lignin.
28
Nấm phân huỷ lignin tiếp cận nguồn C chính của chúng là ligninocellulose bằng cách phá huỷ cấu trúc khó phân huỷ và rất phức tạp của lignin mà bảo vệ ligninocellulose thông qua việc sinh tổng hợp các enzyme [21]. Đây là các enzyme ngoại bào và không đặc hiệu, vì vậy chúng có khả năng phân huỷ một loạt các chất hữu cơ mà có cùng đặc điểm với lignin. Các enzyme phân huỷ lignin có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau như chuyển hoá sợi bằng enzyme, tẩy màu thuốc nhuộm, nhưng đáng chú ý nhất là ứng dụng trong xử lý đất bị ô nhiễm và nước thải công nghiệp [30]. Trong số nhiều chất ô nhiễm khác nhau, các enzyme phân huỷ lignin đã phá huỷ thành công cấu trúc phức tạp của nhiều loại HCBVTV [25].
Các enzyme này bao gồm các phenol oxidase như là laccase và các peroxidase như là lignin peroxidase (LiP) và manganese peroxidase (MnP). Trong đó laccase là một enzyme chứa Cu mà chịu ảnh hưởng bởi các điều kiện như là pH và các tác nhân ức chế enzyme. Laccase hoạt động bằng cách oxy hoá một loạt các hợp chất thơm và không thơm mà được sử dụng làm chất nhận hydro. Con đường chuyển hoá thông thường là oxy hoá các hợp chất phenol để tạo ra các gốc tự do và quinone phenoxy.
Một loạt các chất khác cũng có thể được oxy hoá khi có mặt các chất xúc tiến (mediator). Ví dụ việc phân huỷ HCBVTV sử dụng laccase có thể được thúc đẩy khi có mặt của các chất xúc tiến oxy hoá khử (redox mediator) như là veratryl alcohol, ABTS và HBT. Lignin peroxidase có khả năng phân hủy lignin không vòng phenol.
MnP có khả năng phân hủy lignin có vòng và không vòng phenol thông qua phản ứng peroxit hóa. Nó oxy hóa Mn2+ thành Mn3+ từ đó oxy hóa các vòng phenol thành các gốc phenoxy dẫn đến phân hủy các hợp chất. Laccases cũng là enzyme tham gia vào quá trình phân hủy lignin [11].
Chlorophenols là các chất ô nhiễm có độc tính cao và khó phân huỷ. Những hợp chất này được sử dụng làm HCBVTV. Laccase, LiP và MnP tiến hành quá trình oxy hoá ban đầu chlorophenols và các chất chuyển hoá được hình thành trong suốt quá trình phân huỷ chlorophenol như là hydroquinone và các dẫn xuất chứa nhóm methyl. MnP khoáng hoá trực tiếp nhưng chỉ một phần 2,4-dichlorophenol (2,4-DCP) trong hệ thống vô bào. 2,4-DCP cũng được biết là bị oxy hoá bởi LiP [29]. P.
29
chrysosporium khoáng hoá hiệu quả 2,4-DCP và 2,4,6-trichlorophenol dưới điều kiện phân huỷ lignin (Joshi and Gold 1993; Valli and Gold 1991). Sự sẵn có của nguồn dinh dưỡng C và oxy, sự có mặt của các enzyme phân huỷ lignin ngoại bào và sự sẵn có sinh khả dụng của các hợp chất chlorophenol là các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình phân huỷ.
30