Trong thời gian gần ựây việc nghiên cứu sản xuất enzyme xylanase ựã thu hút ựược sự quan tâm của nhiều nhà khoa học, trong ựó các công trình nghiên cứu sản xuất enzyme xylanase chủ yếu từ vi sinh vật như nấm và vi khuẩn [6].
Enzyme xylanase từ vi khuẩn: Là một trong số rất nhiều enzyme xylanase ựược nghiên cứu và ứng dụng trong công nghiệp. Trong số ựó, chi
Bacillus và Streptomyces là hai chi sản sinh enzyme xylanase khá phổ biến ựã ựược công bố và sử dụng rộng rãi. Xylanase của các họ vi khuẩn thường hoạt ựộng tối ưu ở pH từ 5,0 - 8,0, ở nhiệt ựộ 50 - 80oC. Nakamura và cộng sự khi nghiên cứu enzyme xylanase của Bacillus sp. 41-1 cho thấy chúng hoạt ựộng tốt ở nhiệt ựộ 50oC [28].
Enzyme xylanase từ nấm: Enzyme xylanase ựược sản xuất từ nấm ựặc biệt là các loại nấm sợi ựược ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Khả năng sinh enzyme xylanase của nấm sợi cao hơn nhiều so với khả năng sinh enzyme xylanase của vi khuẩn và nấm men. Ngoài ra, nấm sợi thường sản sinh một hệ enzyme phân giải xylan bao gồm endoxylanase, β-xylosidase và các enzyme phân cắt nhóm thế khác. Các enzyme xylanase của nấm sợi thường là các enzyme ngoại bào. Với những ưu thế về khả năng sinh enzyme xylanase như vậy nên hiện nay trên thị trường các chế phẩm enzyme xylanase chủ yếu sản xuất từ nấm sợi. đặc tắnh chung của ựa số các xylanase từ nấm là hoạt ựộng hiệu quả nhất ở nhiệt ựộ 35 - 50oC, pH 3,0 - 5,5 và bền ở dải pH từ 4,0 - 8,0 [40].
Trong số các chi nấm sợi thì các chi Aspergillus và Trichoderma là hai chi sinh enzyme xylanase ựược nghiên cứu nhiều nhất.đặc biệt Aspergillus là một chi nấm sợi có ý nghĩa công nghiệp cao do có khả năng sinh nhiều loại enzyme thủy phân ngoại bào. Chắnh vì khả năng sinh ựồng thời nhiều loại enzyme thủy phân ngoại bào nên ựa số các loài của các chi nấm này ựều có khả năng sinh ra nhiều enzyme xylanase trên các cơ chất tự nhiên, phế phụ
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 16
phẩm nông nghiệp chứa lignocellulose như bã dầu cọ, lõi ngô, vỏ lúa mìẦ Khả năng sinh enzyme xylanase trên phế phụ phẩm nông nghiệp của một số chủng Aspergillus ựược thể hiện ở bảng 2.6 [29].
Christov và cộng sự khi cấy các chủng A. foetidus, A. oryzae, A. niger và A. phoenicis trên môi trường chứa lõi ngô ựã thu ựược hàm lượng xylanase tương ứng là 82,3 IU/g; 547,4 IU/g; 99,9 IU/g và 225,6 IU/g [31]. Khả năng sinh enzyme xylanase từ nấm cao hơn rất nhiều so với khả năng sinh enzyme xylanase từ vi khuẩn. để sản xuất enzyme xylanase từ nấm người ta có thể sử dụng các phương pháp truyền thống ựể nâng cao hoạt tắnh của enzyme như chọn lọc chủng ựầu dòng, tối ưu hóa môi trường nuôi cấy, gây ựột biến bằng tác nhân vật lý, hóa học ựể có thể thu ựược chủng mong muốn.
Bảng 2.6. Khả năng sinh enzyme xylanase trên phế phụ phẩm nông nghiệp của một số chủng Aspergillus
Chủng Vi sinh vật Cơ chất Khối lượng (%) điều kiện nuôi cấy (oC/h) IU/g khối lượng khô A. Fumigatus 4-45-IF Rơm 81 40/96 545 A. Niger BS11042 Cám mỳ/Bột củ cải (Tỷ lệ 4/1) 50 30/48 283 Cám mỳ/xylan (Tỷ lệ 25/1) 60 28/336 724 A. Ochraceus Thân mỳ 60 28/336 448
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 17
2.2.3. Ứng dụng thực tiễn của enzyme xylanase
2.2.3.1. Tình hình sản xuất và thương mại enzyme xylanase
Những thành tựu nổi bật trong quá trình nghiên cứu và ứng dụng xylanase ựược sản xuất và ngày càng ựược sử dụng phổ biến. Trên thế giới có khoảng 10 công ty sản xuất lớn và hàng loạt các công ty nhỏ sản xuất enzyme công nghiệp, nhưng công ty của Novo- Nordisk của đan Mạch là công ty sản xuất enzyme lớn nhất trên thế giới. Chỉ tắnh ựến năm 1994 họ ựã sản xuất ựến 32% enzyme tẩy rửa, chế biến các sản phẩm từ sữa 14%, dệt 10%, thuỷ phân tinh bột 15% và các enzyme khác khoảng 29%. Nhưng thành tựu nổi bật nhất trong quá trình nghiên cứu và ứng dụng xylanase chắnh là các chế phẩm xylanase phục vụ cho công nghiệp giấy, dược phẩm ựã ựược sản xuất và ngày càng ựược sử dụng rộng rãi. Hiện nay ựã có một số sản phẩm ựang lưu hành trên thị trường như: enzyme xylanase X2753-50G từ Thermomyces lanuginosus của hãng Sigma, enzyme xylanase X400 OL từ Trichoderma longibrachiatum của hãng Gramma Chemie GMbH (đức), Novoenzyme 431 từ Trichoderma longibrachiatum của hãng Novo Nordisk và Grydazym GP 5000 (đan Mạch)...[29, 40].
Trung Quốc ựã sản xuất một số enzyme thương mại trong ựó có xylanase như: DKN xylanase10000 dry của hãng Qingdao Continent Industry Co., sản phẩm có hoạt tắnh xylanase không dưới 10000 IU/g; xylanase XCB của hãng Hunan New Century BioChemical Co., sản phẩm có hoạt tắnh xylanase 5000 IU/g; Green enzyme có tổ hợp enzyme gồm: β-glucanase (50000 U/g); protease (1000 U/g), xylanase (60000 U/g); pectinase (6000 U/g); cellulase (12000 U/g) [29].
Các nước đông Nam Á như Singapore cũng có hàng loạt các sản phẩm enzyme xylanase như: Kemzyme dry KM-24-10/99 ựược sản xuất bởi công ty Kemin Industries (Asia) Pte Limited; Rovabio Excel AP AA-54-2/01 ựược sản xuất bởi công ty Adisseo[6].
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 18
Ở Việt Nam ựã có một số công trình nghiên cứu về xylanase từ vi sinh vật. Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở mức ựộ tìm hiểu hoạt tắnh enzyme xylanase của các chủng vi sinh vật ựược sản xuất trong nước. Chúng ta chưa tự sản xuất ựược enzyme xylanase ựể phục vụ cho nhu cầu nghiên cứu và sản xuất trong nước. Các enzyme hầu hết ựều ựược nhập khẩu về nước ở dạng thành phẩm và bán thành phẩm [6].
2.2.3.2. Ứng dụng trong chuyển hóa các chất lignocenlulose
Xylan còn là cơ chất dùng ựể sản xuất các loại ựường xylo-oligosac- charide. Xylo-oligosaccharide là một trong số các oligo-saccharide chức năng (prebiotic) có cấu tạo từ 2 ựến 7 phân tử ựường β-xylose liên kết với nhau bằng liên kết 1,4- β-xyloside. Prebiotic có nhiều lợi ắch về mặt dược phẩm cũng như có ảnh hưởng tốt ựến sức khỏe. Khi ựược bổ sung vào cơ thể người, prebiotic có nhiều tác ựộng sinh lý quan trọng như ngăn cản quá trình gây bệnh của vi khuẩn và các tác nhân gây tiêu chảy, tăng khả năng miễn dịch của cơ thể, kháng lại bệnh ung thư, cản trở sự phát triển của các vi sinh vật trong khoang miệng. Các sản phẩm phụ nông nghiệp như lõi ngô, cám gạo, vỏ trấu là cơ chất lý tưởng cho việc sản xuất xylo-oligosaccharide. Các enzyme tốt nhất sử dụng cho quá trình này là các enzyme từ nấm mốc. Hiện nay nhu cầu về oligosaccharide trên thế giới là rất lớn. Tại Nhật Bản, nhu cầu hàng năm về oligosaccharide vào khoảng 1000 - 2000 tấn/năm [16].
2.2.3.3. Ứng dụng trong sản xuất thức ăn chăn nuôi
Việc sử dụng enzyme xylanase cho thức ăn của ựộng vật ựã thu hút sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học. Bổ sung enzyme xylanase vào thức ăn của gà con làm giảm ựộ nhớt trong ruột gà, tăng hiệu quả hấp thu thức ăn của gà con và kết quả là cải thiện ựáng kể trọng lượng của chúng. Theo Feoli và cộng sự thì việc bổ xung enzyme xylanase vào bột mì và bột ựậu tương trong thức ăn gia súc với một tỷ lệ nhất ựịnh cải thiện ựược năng suất và khả năng tiêu thụ thức ăn của lợn [16]. Các nghiên cứu khác cũng chỉ ra rằng việc bổ
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 19
sung enzyme xylanase vào thức ăn chăn nuôi có nguồn gốc từ thực vật (cỏ linh lăng, ngũ cốc...) ựã làm tăng hiệu quả tiêu thụ chất dinh dưỡng và năng suất trong chăn nuôi [29].
2.2.3.4. Ứng dụng trong sản xuất bánh
Các enzyme xylanase có khả năng cải thiện chất lượng của bánh mì bởi vì nó làm tăng thể tắch của bánh. Chất lượng của bánh ựược cải thiện tốt hơn khi sử dụng enzyme xylanase kết hợp với enzyme amylase. Enzyme xylanase có tắnh axit từ nấm Aspergillus oryzae ựược sử dụng ựể sản xuất các sản phẩm thương mại truyền thống của Nhật như sake và shoyu koji. Hiện nay một số enzyme xylanase ựược thương mại hoá và sử dụng trong công nghệ làm bánh với các tên như Multifect và Enzeko... Novozyme ựưa ra một số các enzyme xylanase mới, có thể là kết hợp với các enzym khác, ựể cải thiện tắnh chất của bột nhào, ựặc biệt là trong các nhà máy bánh mỳ [29].
2.2.3.5. Các ứng dụng khác
Enzyme xylanase còn ựược ứng dụng rộng rãi trong việc làm mềm rau quả, gạn lọc chất xơ trong công nghiệp nước hoa quả và rượu vang, tách chiết hương liệu và chất màu, dầu thực vật và tinh bột. Trong quy trình sản xuất giấy cần loại bỏ lignin khỏi bột giấy. Lignin nằm trong tổ hợp lignocellulose bao gồm lignin, cellulose và hemicellulose. để tách ựược lignin từ tổ hợp này, phương pháp xử lý truyền thống thường dùng là bổ sung nước clo. Tuy nhiên phương pháp này tốn kém và thường gây ô nhiễm môi trường do thành phần clo trong nước thải. Ngày nay người ta ựã thay thế dùng enzyme xylanase ựể xử lý bột giấy. Xử lý bột giấy bằng chế phẩm enzyme xylanase sẽ tạo ra loại bột giấy có chất lượng tốt hơn, ựặc biệt không gây ô nhiễm môi trường [6].