Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và sinh tổng hợp cellulase của nấm

của nấm sợi trên môi trường bán rắn

Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sinh tổng hợp enzyme bởi vi sinh vật trong quá trình lên men bán rắn gồm:

− Cơ chất cảm ứng và tiền xử lý cơ chất, chủng giống vi sinh vật.

− Độ ẩm, pH môi trường, thành phần môi trường, chất khoáng, lượng giống, kiểm soát nhiệt trong quá trình trao đổi chất

− Thời gian nuôi cấy, tỷ lệ tiêu thụ O₂ và thải CO₂, độ thoáng khí, chất ức chế…[15].

2.4.4.1. Thành phần môi trường nuôi cấy

ü Nguồn Cacbon

Theo lý thuyết, trong môi trường nuôi cấyvi sinh vật sinh tổng hợp cellulase thì phải có cellulose hoặc dẫn xuất của cellulose vừa là chất cảm ứng vừa là nguồn cacbon. Những nguồn cacbon thường dùng và có hiệu quả khi nuôi cấy tổng hợp

Trang 34

cellulase là giấy lọc, bông thấm nước, giấy báo, phế liệu nông nghiệp chứa cellulose như bột rơm, cám, bã mía, lõi ngô, bã củ cải đường… Các nguồn nguyên liệu lignocellulose thường được xay nhỏ ( kích thước 1-2 mm) nhằm gia tăng diện tích bề mặt tiếp xúc cho nấm sợi dễ dàng tấn công và thâm nhập vào cơ chất.

Các nguồn cacbon khác như glucose, cellobiose, acetate, oxalate, succinate, acid citric và các sản phẩm trung gian của chu trình Kreps … lại kìm hãm sinh tổng hợp cellulase. Song trong môi trường với nồng độ glucose không cao có thể lại kích thích vi sinh vật phát triển và tạo enzyme. Sở dĩ như vậy vì glucose làm tăng cường phát triển ban đầu của nấm mốc [13].

ü Nguồn Nitơ

Nguồn nitơ có ảnh hưởng rất rõ đến sự tổng hợp cellulase của vi sinh vật. Nguồn nitơ có thể là các hợp chất hữu cơ phức tạp như nước bột đậu nành, bột mì, dịch thủy phân casein… Các hợp chất này có ảnh hưởng không giống nhau đến sinh tổng hợp cellulase tùy thuộc đặc tính sinh lý của từng loại vi sinh vật. Ví dụ: cao nấm men, cao bắp, pepton có thể kích thích sinh tổng hợp cellulase ở một số chủng, nhưng cũng có thể kìm hãm sự tổng hợp cellulase ở một số chủng khác.

Nitơ vô cơ trong thành phần môi trường có thể ở dạng các muối amoni và nitrate. Các muối amoni ít có tác dụng nâng cao hoạt lực enzyme cellulase. Nguyên nhân là do sau khi đồng hóa NH₄+ trong môi trường sẽ tích lũy các anion vô cơ làm hạ thấp pH của môi trường. Muối nitrate là nguồn nitơ thích hợp để tổng hợp cellulase ở rất nhiều nấm sợi như Aspergillus, Trichoderma. Nitrate làm kiềm hóa môi trường, tạo điều kiện thuận lợi cho sự tạo thành cellulase. Người ta thường sử dụng muối NH₄NO₃ để làm nguồn nitơ cho nhiều loại môi trường [13, 23].

ü Các nguyên tố khoáng

Nhiều nguyên tố khoáng như magiê, photpho, kali cũng như Mn, Zn và các nguyên tố vi lượng khác rất cần cho sinh trưởng, phát triển và sinh tổng hợp enzyme cellulase ở vi sinh vật. Cụ thể là Zn, Mn, Fe có tác dụng kích thích tạo thành enzyme cellulase ở nhiều chủng nấm mốc và vi khuẩn. Nồng độ tối thích của Zn, Mn và Fe tương ứng là 0.11 – 2.2, 3.4 -27.2 và Fe 2 -10 mg/l [1].

Trang 35

ü Tỉ lệ các thành phần môi trường và nồng độ sản phẩm

Thành phần môi trường và nồng độ sản phẩm ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và trao đổi chất của vi sinh vật trên môi trường bán rắn có thể xác định như sau : sự giới hạn vềchất dinh dưỡng, sự ức chế do cơ chất, sự ức chế do trao đổi chất và sự ức chế do sản phẩm [7, 9].

2.4.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng đến sự phát triển, khả năng sinh tổng hợp enzyme của vi sinh vật cũng như tính chất của enzyme được tổng hợp. Tùy từng chủng nhiệt độ thích hợp có khác nhau. Quá trình sinh trưởng và sinh tổng hợp enzyme thường bị kìm hãm nhanh chóng ở nhiệt độ cao. Những chủng nấm có khả năng sinh tổng hợp cellulase cao như T. viridae, T. koningii, A. niger… đều là các loại nấm ưa ấm, chúng phát triển thích hợp nhất ở nhiệt độ 25 – 30⁰C [11].

2.4.4.3. Thời gian nuôi cấy

Lesiacova (1965), Shilova (1967), Trainin (1969) nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến sự tích tụ enzyme khi nuôi cấy Aspergillus bằng phương pháp bề mặt, các tác giả nhận thấy rằng thời gian nuôi cấy nấm mốc phụ thuộc vào chủng giống. Thời gian nuôi cấy nấm sợi cho hoạt tính enzyme cellulase thường rất ngắn, từ 36 đến 48 giờ đãcho hoạt tính cellulase rất cao [7].

2.4.4.4. Ảnh hưởng của pH

Sự sinh trưởng của vi sinh vật có thể sẽ làm thay đổi đáng kể pH của canh trường trong suốt quá trình nuôi cấy. Do cơ chất không được oxi hóa hoàn toàn, kết quả là acid được sinh ra, hoặc sự hấp thụ NH₄+ sẽ làm giảm pH, ngược lại sự giải phóng NH₄⁺loại nhóm amino của urehoặc các amin khác sẽ làm tăng pH.

Sự thay đổi pH phụ thuộc chủ yếu vào hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật và khả năng đệm của cơ chất. Tuy nhiên pH rất khó kiểm soát trong môi trường lên men bán rắn. pH ban đầu tối ưu cho các loài nấm sợi là khác nhau có các giá trị từ thấp nhất là 3 và cao nhất là 8 (Prior, 1992). Raimbault (1981) đã sử dụng hỗn hợp muối amon và ure với tỉ lệ 3:2 để kiểm soát pH trong suốt thời gian sinh trưởng của A.niger trên cơ chất tinh bột [29].

Trang 36 2.4.4.5. Ảnh hưởng của độ ẩm

Độ ẩm là yếu tố cần kiểm soát chặt chẽ trong lên men bán rắn. Độ ẩm trong môi trường lên men bán rắn được thể hiện qua hàm lượng nước của cơ chất rắn. Độ ẩm ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu các chất dinh dưỡng hòa tan trong canh trường và ảnh hưởng đến độ thoáng khí. Do vậy, độ ẩm không những ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, phát triển và trao đổi chất của vi sinh vật mà còn ảnh hưởng đến đặc tính lý hóa của cơ chất.

Các cơ chất khác nhau có khả năng giữ nước khác nhau. Vì thế trong lên men bán rắn hàm lượng nước trong cơ chất cũng khác nhau, dao động từ 30 - 80% (Moo- Young, 1983). Độ ẩm thích hợp để thu canh trường vi sinh vật tùy thuộc đặc điểm sinh lý của chủng giống, thành phần, cấu trúc cơ học của môi trường và điều kiện nuôi cấy. Nhiều nghiên cứu cho thấy cả nấm mốc và xạ khuẩn đều phát triển rất tốt trong môi trường xốp có độ ẩm từ 55 đến 65% [9, 29, 31].

2.4.4.6. Ảnh hưởng của sự thông khí

Vi sinh vật tổng hợp cellulase thường hiếu khí, do đó độ thông khí của môi trường ảnh hưởng lớn đến quá trình tổng hợp cellulase của chúng. Trong trường hợp nuôi cấy bán rắn việc cung cấp oxy thường rất thuận lợi, độ thoáng khí phụ thuộc vào độ xốp của cơ chất, độdày của môi trường, nhiệt độ và độ thoáng khí của phòng nuôi cấy…. Trong những yếu tố trên thì độ xốp của cơ chất và độ dày của lớp môi trường là các yếu tố quan trọng hơn cả [7].