Proteinase vi sinh vật được sử dụng để làm sạch tơ tằm, tẩy tơ nhân tạo (các sợi nhân tạo được tạo ra bằng các dung dịch casein, gelatin) để sợi được bóng, dễ nhuộm. Protease có tác dụng thủy phân lớp protein serine đã làm dính bết các sợi tơ tự nhiên, làm bong và tách rời các loại tơ tằm, do đó làm giảm lượng hoá chất để tẩy trắng.
3.3. Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất các chất tẩy rửa
Protease là một trong những thành phần không thể thiếu trong tất cả các loại chất tẩy rửa, từ chất tẩy rửa dùng trong gia đình đến những chất làm sạch kính hoặc răng giả và kem đánh răng. Việc ứng dụng enzyme vào các chất tẩy rửa nhiều nhất là trong bột giặt. Các protease thích hợp để bổ sung vào chất tẩy rửa thường có tính đặc hiệu cơ chất rộng để dễ dàng loại bỏ các vết bẩn do thức
ăn, máu và các chất do cơ thể con người tiết ra. Một tiêu chuẩn quan trọng khác của các protease dùng trong chất tẩy rửa là hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt độ
và pH cao cũng như phải thích hợp với các tác nhân oxy hóa và các chất kìm hãm có trong thành phần của chất tẩy rửa. Tham sốđóng vai trò chìa khóa cho việc bổ
sung protease nào vào chất tẩy rửa là pI của chúng. Một protease phù hợp khi pI của nó trùng với pH của dung dịch chất tẩy rửa. Subtilisin đáp ứng được đầy đủ
những yêu cầu khắt khe trên.
Chất tẩy rửa đầu tiên có chứa enzyme vi khuẩn được sản xuất vào năm 1956 với tên BIO-40 được thu nhận từ Bacillus subtilis. Đến năm 1963, Novo Industry A/S đã giới thiệu alcalase dưới tên thương mại là BIOTEX được chiết xuất từ Bacillus licheniformis. Và đến gần đây, tất cả các protease bổ sung vào chất tẩy dùng trên thị trường đều là serine protease được sản xuất từ các chủng
Bacillus (Rao và cộng sự, 1998; Thangam, 2002), và chủ yếu là từ Bacillus subtilis. Trên thế giới, mỗi năm người ta đã sử dụng 89% enzyme này cho ngành công nghiệp tẩy rửa. Trong đó hai công ty lớn là Novo Nordisk và Genencor
Internatinal mỗi năm đã cung cấp cho toàn cầu hơn 95% lượng enzyme protease (Gupta và cộng sự, 2002).
3.4. Ứng dụng trong xử lý ô nhiễm môi trường
Việc ứng dụng các enzyme ngoại bào của vi sinh vật nói chung và vi khuẩn Bacillus subtilis nói riêng đã và đang được nghiên cứu với nhiều triển vọng và có những ứng dụng nhất định trong việc xử lý ô nhiễm môi trường. Phương pháp xử lý bằng enzyme là trung gian giữa hai phương pháp truyền thống, nó bao gồm các quy trình hoá học trên cơ sở hoạt động của các chất xúc tác có bản chất sinh học. Enzyme có thể hoạt động trên các chất ô nhiễm đặc biệt khó xử lý để loại chúng bằng cách kết tủa hoặc chuyển chúng thành dạng khác. Ngoài ra chúng có thể làm thay đổi các đặc tính của chất thải đưa chúng về dạng dễ xử lý hoặc chuyển thành các sản phẩm có giá trị hơn.
Phương pháp xử lý bằng enzyme so với phương pháp xử lý thông thường có những ưu điểm sau:
• Được áp dụng đối với các hợp chất sinh học khó xử lý.
• Tác dụng ở cả vùng nồng độ chất ô nhiễm cao và thấp.
• Một số enzyme riêng biệt có tác dụng trên phạm vi pH rộng, nhiệt
độ và độ mặn.
• Không gây ra những biến động bất thường.
• Không gây ra các cản trở phá vỡ cân bằng sinh thái.
Protease có thể thủy phân các protein có trong chất thải, để sản xuất các dung dịch đặc hoặc các chất rắn khô có giá trị dinh dưỡng cho cá hoặc vật nuôi. Protease thủy phân các protein không tan thông qua nhiều bước, ban đầu chúng
được hấp thụ lên các chất rắn, cắt các chuỗi polypeptit tạo thành các liên kết lỏng trên bề mặt. Sau đó, quá trình hoà tan những phần rắn xảy ra với tốc độ chậm hơn phụ thuộc vào sự khuếch tán enzyme lên bề mặt cơ chất và tạo ra những phần nhỏ.
Chính vì tính chất trên mà protease được sử dụng, một mặt để tận dụng các phế thải từ nguồn protein để những phế thải này không còn là các tác nhân
gây ô nhiễm môi trường, mặt khác để xử lý. Các phế thải protein tồn đọng trong các dạng chảy thành dạng dung dịch rửa trôi không còn mùi hôi thối.
Lông tạo nên 5% trọng lượng cơ thể gia cầm và có thể được coi như là nguồn protein cao trong tạo nên cấu trúc keratin cứng được phá huỷ hoàn toàn. Lông có thể được hoà tan sau khi xử lý với NaOH, làm tan bằng cơ học và bằng các enzyme thuỷ phân, như protease kiềm từBacillus subtilis tạo thành sản phẩm có dạng bột, màu xám với hàm lượng protein cao có thể được sử dụng làm thức
ăn.
Các enzyme amylase có ý nghĩa quan trọng trong việc phân hủy phế thải chứa các nguồn tinh bột từ các làng nghề làm bún, bánh đa, bánh cuốn, chế biến nông sản ngô khoai, sắn ... Từ các phế thải lương thực này, nhờ các amylase có thể dùng để sản xuất ethanol. Cũng nhờ các enzyme đường hoá α-amylase và glucoamylase, từ các phế thải lương thực chứa tinh bột của các dây chuyền, quy trình chế biến thức ăn có thể sản xuất màng bao gói có tính chất phân huỷ quang học và sinh học. α-amylase trước tiên được dùng để phá vỡ các phân tử tinh bột mạch dài để tạo thành những mảnh nhỏ. Tiếp theo glucoamylase tác dụng tạo thành glucose thông qua quá trình đường hoá (hơn 90% tinh bột được chuyển thành đường). Glucose được lên men thành acid lactic nhờ chủng vi sinh vật sản sinh acid lactic. Acid lactic cuối cùng được thu lại, tinh sạch và dùng để sản xuất màng bao gói kiểu này. Sản phẩm cuối cùng chứa 95% acid lactic và 5% các chất thải an toàn với môi trường. Ở nước ta, việc nghiên cứu sử dụng các enzyme vi khuẩn như amylase để xử lý nước thải của các làng nghề làm bún, bánh đa đã có những kết quảđáng kể.
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1. Kết luận
Qua quá trình thực hiện đề tài này, tôi rút ra một số kết luận như sau:
• Bacillus subtilis có nhiều ưu điểm hơn các loài vi sinh vật khác như
dễ nuôi cấy, sinh trưởng tốt, phát triển nhanh, không sinh độc tố và an toàn khi
đưa vào sản xuất và sử dụng các chế phẩm từ loài vi khuẩn này, có khả năng kháng khuẩn cao và chịu được những ảnh hưởng bất lợi từ môi trường.
• Bacillus subtilis có khả năng sinh tổng hợp enzyme ngoại bào nhưng các enzyme được chú ý và ứng dụng vào đời sống và sản xuất công nghiệp là các enzyme amylase và protease.
• Bacillus subtilis có khả năng sinh lượng enzyme ngoại bào lớn.
• Các enzyme ngoại bào của Bacillus subtilis có những đặc tính vượt trội hơn hẳn các enzyme của vi sinh vật khác như khả chịu được nhiệt độ tương
đối cao, pH hoạt động từ trung tính đến kiềm, khả năng thủy phân các cơ chất mạnh mẽ...
• Qui trình tách chiết và thu nhận các enzyme ngoại bào cũng tương
đối dễ dàng, tận dụng được nguồn cơ chất từ các phế thải phụ phẩm làm giảm giá thành chế phẩm, tăng lợi nhuận, làm giảm đáng kể việc thải bỏ các chất thải hữu cơ vào môi trường.
• Các enzyme ngoại bào của Bacillus subtilis được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau như: trong ngành công nghiệp thực phẩm điển hình là ngành công nghiệp sản xuất bia, sản xuất nước mắm và bột đạm thủy phân từ
cá...; trong ngành công nghiệp dệt; ngành công nghiệp thuộc da; trong công nghiệp sản xuất các chất tẩy rửa và và ứng dụng trong lĩnh vực xử lý ô nhiễm môi trường.
4.2. Kiến nghị
Cần nghiên cứu và làm thực nghiệm khi nghiên cứu về Bacillus subtilis
như:
• Phân lập và tuyển chọn các chủng vi khuẩn Bacillus subtilis có khả
năng sinh tổng hợp mạnh các enzyme ngoại bào.
• Khảo sát hoạt tính và khả năng thủy phân các cơ chất khác nhau từ
các chủng phân lập và tuyển chọn được.
• Tối ưu hóa các điều kiện nuôi cấy để thu nhận các enzyme ngoại bào có hoạt độ cao hơn.
• Đưa vào sản xuất các enzyme ngoại bào từ các chủng Bacillus subtilis và ứng dụng vào thực tiễn vào sản xuất và đời sống.
• Nghiên cứu các điều kiện bảo quản tối ưu để các chế phẩm enzyme không bị giảm hoạt tính trong quá trình bảo quản và sử dụng được lâu.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Việt
1. Nguyễn Đức Duy Anh (2005), Xác định môi trường tối ưu để thu sinh
khối và enzyme của vi khuẩn Bacillus subtilis, Lactobacillus acidophilus
và thử nghiệm sản xuất chế phẩm sinh học, Khóa Luận tốt nghiệp, Trường
Đại học Nông Lâm Tp.HCM.
2. Vũ Ngọc Bội (2004), Nghiên cứu quá trình thủy phân Protein cá bằng enzyme protease từ Bacillus subtilis S5, Luận án tiến sĩ Sinh học, Tp.HCM.
3. PGS.TS. Nguyễn Thùy Châu và cộng sự (2006), Nghiên cứu áp dụng
công nghệ vi sinh hiện đại để sản xuất acid amin và enzyme từ nguồn thứ
phẩm nông nghiệp và hải sản ở quy mô bán công nghiệp, Báo cáo tổng kết
đề tài Khoa học - Công nghệ cấp Nhà nước, Viện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, Hà Nội.
4. Phạm Thị Trân Châu, Phan Tuấn Nghĩa (2007), Công nghệ Sinh học
(tập 3), Nxb Giáo dục.
5. Nguyễn Lân Dũng (chủ biên), Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty
(2008), Vi sinh vật học, Nxb Giáo dục.
6. Vũ Minh Đức, Bùi Thị Việt Hà, Chu Văn Mẫn, Ngô Tự Thành (2009),
Nghiên cứu hoạt tính enzyme ngoại bào của một số chủng Bacillus mới phân lập và khả năng ứng dụng chúng trong xử lý nước thải, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ số 25, trang 101 - 106.
7. Đỗ Thị Giang (1988), Nghiên cứu sản xuất và ứng dụng chế phẩm α-
amylase từ vi khuẩn Bacillus subtilis nuôi cấy bằng phương pháp chìm, Luận án PTS, Hà Nội.
8. Quản Lê Hà (1998), Nghiên cứu một sốđặc tính và ứng dụng hệ enzyme
thủy phân tinh bột và protein trong sản xuất các đồ uống, Luận án tiến sĩ
9. Nguyễn Thanh Hằng (1996), Nghiên cứu thu nhận và ứng dụng một số
chế phẩm amylase từ vi sinh vật để đường hóa bột sắn trong sản xuất rượu eetylic, Luận án PTS Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội.
10.Vũ Thị Hồng, Trần Đình Toại (2007), Tương lai ứng dụng enzyme trong
xử lý phế thải,Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ số 23, trang 75 - 85.
11.GS.TS. Mai Xuân Lương (2005), Giáo trình công nghệ enzyme, Trường
Đại học Đà Lạt.
12.Nguyễn Đức Lượng (chủ biên), Cao Cường, Nguyễn Ánh Tuyết, Lê
Thị Thủy Tiên, Tạ Thu Hằng, Huỳnh Ngọc Oanh, Nguyễn Thúy
Hương, Phan Thị Huyền (2004), Công nghệ enzyme, Nxb Đại học Quốc
gia Tp.HCM.
13.Nguyễn Đức Lượng (2006), Công nghệ Vi sinh (tập 2), Nxb Đại học Quốc gia Tp.HCM.
14.Lê Đức Mạnh (1996), Nghiên cứu hóa học quá trình sinh tổng hợp α- amylase từBacillus subtilis bằng phương pháp bề mặt và ứng dụng trong công nghệ sản xuất bia, Luận án PTS Khoa học Hóa học, Hà Nội.
15.Ngô Thị Thanh Nhàn (2008), Khảo sát khả năng sinh tổng hợp protease
của một số chủng Bacillus subtilis, Luận văn tốt nghiệp, Trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM.
16.PGS.TS. Lương Đức Phẩm (2000), Vi sinh học và an toàn vệ sinh thực
phẩm, Nxb Nông nghiệp.
17.Bùi Thị Phi (2007), Phân lập, khảo sát đặc điểm và tìm hiểu khả năng
sinh enzyme của vi khuẩn Bacillus subtilis để sản xuất thử nghiệm chế
phẩm sinh học, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM.
18.PGS.TS. Lê Văn Phủng (chủ biên), GS.TS. Lê Huy Chính, PGS.TS.
Đinh Hữu Dung, PGS.TS. Bùi Khắc Hậu, PGS.TS. Lê Hồng Hinh,
PGS.TS. Nguyễn Bình Minh, PGS.TS. Nguyễn Vũ Trung, TS. Phạm
Hồng Nhung, PGS.TS. Nguyễn Thị Tuyến, PGS.TS. Nguyễn Thị Vinh
19.PGS.TS. Nguyễn Xuân Thành (chủ biên), Nguyễn Đường, Hoàng Hải,
Vũ Thị Hoàn (2007), Giáo trình sinh học đất, Nxb Giáo dục.
20.Tiêu Thị Ngọc Thảo (2008), Nghiên cứu thu nhận protease từ canh
trường nuôi cấy Bacillus subitlis và ứng dụng trong thủy phân thủy phân protein Trùn Quế, Luận văn tốt nghiệp, Trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM.
21.Nguyễn Tiến Thắng (2009), Giáo trình công nghệ enzyme, Viện Sinh học nhiệt đới Tp.HCM.
22.PGS.TS. Đồng Thị Thanh Thu (2006), Giáo trình sinh hóa cơ bản, Tủ
sách Đại học Khoa học Tự Nhiên.
23.Đỗ Thị Bích Thủy, Trần Thị Xô (2004), Nghiên cứu ảnh hưởng của một
số yếu lên khả năng sinh protease của Bacillus subtilis, Tạp chí Nông nghiệp & PTNT của Bộ Nông nghiệp & PTNT số 12, trang 1667 -1668.
24.Nguyễn Thanh Thủy (2007), Nuôi cấy Bacillus subtilis thu nhận α-
amylase và ứng dụng trong sản xuất dextrin, Luận văn tốt nghiệp, Trường
Đại học Nông Lâm Tp.HCM.
25.Huỳnh Minh Thư (2008), Khảo sát hệ enzyme thủy phân amylase,
protease từ các chủng Bacillus subtilis và thử nghiệm sản xuất chế phẩm probiotic, Luận văn tốt nghiệp, Trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM. 26.Vũ Thị Thứ (1996), Nghiên cứu đặc điểm sinh học và khả năng ứng dụng
của một số chủng vi khuẩn thuộc chi Bacillus, Luận án PTS Khoa học Sinh học, Hà Nội.
27.Lê Ngọc Tú, Lê Văn Chứ, Phạm Thị Trân Châu, Nguyễn Lân Dũng
(1982), Enzim vi sinh vật ( tập 1, tập 2), Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
28.Lê Ngọc Tú (chủ biên), Lê Văn Chứ, Đặng Thị Thu, Phạm Quốc
Thăng, Nguyễn Thị Thịnh, Bùi Đức Hợi, Lưu Duẫn, Lê Doãn Diên
(2000), Hóa sinh Công nghiệp, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
29.Nguyễn Trường Ngọc Tú (2009), Nghiên cứu ứng dụng protease thu
nhận từ Bacillus subtilis trong thủy phân phụ phẩm thủy sản, Khóa Luận tốt nghiệp, Trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM.
Tài liệu tiếng Anh
30.Barker S.A (1957), Fleetwood J.G. Studies on A.niger, Part 8. The
purification of glucoamylase. J.chem. Soc. No12, 4857.
31.Fisher E.H, Stein E.A. (1960), The enzymes, No4, pp.313.
32.Kvesitadze G.I. (1984), Microbial sources of α-amylase: varieties and
properties, proceedings of the fourth joint us/USSR conferece on the microbial enzyme. Reaction. Ed. by G. Guilbault. New Orleans, pp. 418.
33.Pazur J.H., Kleppe K. (1969), The hydrolysis of D.glucosides by
amyloglucosidase from A. niger, J.biol.chem, V.244, pp.48.
Tài liệu mạng internet 34.http://www.docjax.com 35.www.js.vnu.edu.vn/tn_2_07/b1.pdf 36.aem.asm.org/cgi/reprint/61/12/4471.pdf 37.mic.sgmjournals.org/cgi/reprint/140/4/753.pdf 38.http://baigiang.violet.vn/present/show?entry_id=767459 39.http://thuviensinhhoc.com/index.php?option=com_content&view=article &id=1383&joscclean=1&comment_id=206&Itemid=884 40.www.scribd.com 41.http://vietsciences.org 42.www.huse.edu.vn/elearningbook/PDF/.../Chuong%2012.pdf 43.gralib.hcmuns.edu.vn/gsdl/collect/bckh2002/index/assoc/ 44.www.hueuni.edu.vn/hueuni/issue_file/56_10.pdf