Đặt vấn đề Khoảng một nửa hợp chất carbon trong sinh khối (biomass) trên mặt đất là cellulose, chiếm tới 35 — 50% khối lượng khô sinh khối thực vật. Tất cả sản phẩm sinh khối sẽ được khoáng hóa nhờ hệ thống enzyme được cung cấp bởi vi sinh vật. Hệ thống enzyme phân giải cellulose thường chậm và không hoàn toàn. Tuy nhiên, trong khoảng thời gian ngắn (48 gid) hệ vi sinh vật trong dạ cỏ bò có thé phân giải 60 — 65% cellulose.
Hơn thế nữa, nhờ hệ thống vi sinh vật trong đường ruột mà loài mối có thể tiêu hóa đến 90% cellulose của gỗ. Còn trong hệ thống sinh học phức tạp như rễ cây hoặc những mảnh vỡ thực vật trong đất, cellulose có thể được phân hủy trong khoảng thời gian lâu hơn. Hệ vi sinh vật phân giải cellulose có thé lên men hiếu khí hoặc ky khí, bình nhiệt hoặc ái nhiệt, bao gồm nam, vi khuẩn va xạ khuẩn được tim thấy nhiều trong đất, nước, đường tiêu hóa một số động vật. nơi cung cấp lượng cellulose dồi dao dé vi sinh vật phân giải và phát triển (Võ Văn Phước Qué và Cao Ngọc Điệp.
Trong tự nhiên, quá trình phân hủy hiếu khí cellulose chủ yếu do nam sợi thực hiện. Loại nam này có khả năng phát triển rất nhanh trên nhiều nguồn hữu cơ khác nhau khi gặp khí hậu nóng âm, tuy nhiên trong tự nhiên nắm mốc phân bồ rộng rãi và tham gia tích cực vào vòng tuần hoàn vật chất, nhất là quá trình phân giải chất hữu cơ và hình thành chất mùn. Nó là một đối tượng vi sinh vật có sức sống mạnh, có thể chịu được những điều kiện sống khắc nghiệt như pH thấp, nhiệt độ cao. và có khả năng sống được trên nhiều loại môi trường sống khác nhau (Nguyễn Thị thu Thủy và Hoàng Thị Kim Hồng, 2011).
Phức hop cellulase được tiết ra bởi các vi sinh vật này bao gồm ba loại cellulase ngoại bao hòa tan: I- 4- -endoglucanase, 1-4- -exoglucanase và B-glucosidase, chúng hoạt động hiệp đồng trên cả vùng vô định hình và tinh thé của cellulose trong quá trình chuyên đổi thành glucose. là loài nam sợi có mặt trong hầu hết các loại đất và nhiều môi trường tự nhiên. Do có khả năng tạo ra cellulase phân hủy hiệu qua cellulose đồng thời nuôi cấy khá dé dàng, không tốn kém nên chúng được quan tâm nghiên cứu rộng rãi (Nguyễn Thị Thơm và ctv, 2021). Dé cải thiện khả năng sinh cellulase của Trichoderma nhiều nghiên cứu gây đột biến chủng nam này bởi bức xa tia gamma đã được thực hiện.
Trong nghiên cứu của Shahbazi và ctv (2014), hoạt tinh cellulase của Trichoderma reesei đã được cải thiện tăng 1,5 - 1,99 lần nhờ tác nhân gamma. Trên cơ chất là bã mía, chủng Trichoderma viride được xử lý chiếu xạ liều 20 krad 2 lần liên tiếp có hoạt tính sinh cellulase tăng 253,5% thay vì chỉ tăng 134,5% khi xử lý 1 lần ở cùng liều chiếu. Trên cơ sở đó đề tài “Nghiên cứu tạo dòng nam Trichoderma có khả năng sinh enzyme cellulase cao bằng chiếu xạ gamma.” nhằm mục đích đánh giá khảo sát ảnh hưởng của bức xạ gamma tới tỷ lệ sông sót và khả năng sinh cellulase của chủng nam Trichoderma và tạo được dong nam Trichoderma biến di có khả năng sinh enzyme cellulase cao dé làm nền tảng cho các nghiên cứu về phân hủy các dư thừa thực vật theo hướng sinh học. Mục tiêu đề tài Tạo được dòng nam Trichoderma biên di có khả năng sinh enzyme cellulase cao bằng chiếu xạ gamma trong đải liều 250 — 1250 Gy.
Nội dung thực hiện Nội dung 1: Sang lọc một số dòng nắm Trichoderma có hoạt tính sinh enzyme cellulase cao. Nội dung 2: Đánh giá hiệu quả của xử lý chiếu xạ tới nam Trichoderma và kha năng sinh tổng hợp enzyme cellulase. TONG QUAN TÀI LIEU 2. Giới thiệu chung Cellulase là một loại enzyme thuộc nhóm glycoside hydrolase, có khả năng tác động lên cellulose - một loại polysaccharide chủ yếu tạo thành thành tế bào thực vật và là thành phần chính của cấu trúc gỗ và sợi cây (Ranjan và ctv, 2023).
Cellulase là một phức hệ enzyme có khối lượng phân tử khoảng 30 đến 110 kDa (Gilkes và ctv, 1991), có kha năng phân cắt cellulose và một số loại polysaccharide tương tự thông qua việc thủy phân liên kết B-1,4-glucoside thành các oligosaccharide và đường don (Um và Kim, 2013). Cellulase có bản chất là protein, được cau tạo từ các đơn vị là axit amin được nối với nhau bằng liên kết peptide - CO-NH-. Ngoài ra, trong cấu trúc còn có các thành phần phụ khác tùy thuộc vảo vị trí phân bố và chức năng của mỗi loại cellulase. Cellulase từ các nguôn khác nhau có khối lượng phân tử, thành phan cấu tạo, cấu trúc và trật tự sắp xếp các axit amin khác nhau dẫn đến sự khác nhau về tính đặc hiệu cơ chất, nhiệt độ và pH tối ưu (Nguyễn Thị Thơm, 2020).
Phân loại và cơ chế tác động của cellulase Phân loại enzyme cellulase được thực hiện dựa trên cấu trúc và cơ chế tác động lên cellulose. Có ba loại enzyme chính thuộc nhóm cellulase: (1) endoglucanase hoặc 1,4-B- d -glucan-4-glucanohydrolases (EC 3.74) va 1,4-B- d- glucan cellobiohydrolases (cellobiohydrolases) (EC 3.91), (11) B-glucosidase hoặc B-glucoside glucohydrolases (EC 3. Beta-glucosidase: Enzyme này tác động lên các vi trí không khử (non-reducing ends) của các đường đơn glucose trong cellulose vả tách chúng ra thành các đường đơn glucose nhỏ. Exo-glucanase: Enzyme này tác động từ bên ngoài của cellulose và phá vỡ các liên kết glycosidic beta-1,4 nội phân tử, dẫn đến hình thành cellobiose - một đường dimer của glucose.
Endo-1,4-B-D-glucanohydrolase: Enzyme này tác động ngẫu nhiên trên các liên kết glycosidic beta-1,4 nội phân tử của cellulose và tạo ra các oligosaccharide có độ dai khác nhau (Lynd và ctv, 2002). se” ^^ h cy ¿5 *¿‡* Glucose #@®w` Cellobiose Endoglucanase Exoglucanase (eg. CelF/CelS) a (with dockerin) Ù with dockerin “7%, Cello-oligosaccharides ay h A Exoglucanase (eg. CelE) ©) Endoglucanase ye Exoglucanase bả.
Sobel mately É with dockerin (eg. SBR) Cellobiose/cellodextrin phoshorylase 8 B-Glucosidase 4x.) carbohydrate-binding module (CBM) Hình 2. Biểu đồ sơ đồ mô tả quá trình thủy phân cellulose không có phức tap (A) và có phức tạp (B) băng các hệ thong cellulase. Nguồn thu nhận cellulase Hệ vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp cellulase khá phong phú, thuộc 3 nhóm: nam sợi, xạ khuẩn và vi khuẩn.
Trong công nghiệp sản xuất cellulase hiện nay, người ta chủ yếu nuôi cấy nam sợi và xạ khuẩn, còn vi khuẩn ít được sử dụng. Nam sợi: Chủ yếu là nam sợi và nam quả thé, đa số có khả năng sinh tổng hop hai hoặc nhiều exocellulase, một vài endocellulase và một ít -glucosidase. Các enzyme này đều là enzyme ngoại bào (được nấm tiết ra ngoài môi trường nuôi cấy). Một số chủng nam như: Aspergillus fumigatus, A.
terrus, Trichoderma koningi, T. reesei, Penicillium spp., Altenaria tenuis, Fusarium culmorum, F. Xa khuẩn: Actinomyces spp. Chiém ưu thé là loài xạ khuẩn chịu nhiệt Thermonospora cruvata được phan lập từ phân rác ủ.
Vi khuẩn: Hệ vi sinh vật trong da dày của động vật ăn có, ví dụ: Cillobacterium cellulosolvens, Ruminococcus albus, Ruminobacter parum, Celluwibrio gilvus, Acetobacter xylinum,. Các ứng dụng của nhóm cellulase Trong những năm gần đây người ta bắt đầu sản xuất enzyme cellulase nhờ vi sinh vật ở quy mô công nghiệp và ứng dụng rộng rải các chế phẩm này vào nhiều mục đích khác nhau. Trong công nghiệp Trong công nghệp giấy: Trong thập kỷ qua, việc ứng dụng enzyme cellulase trong ngành giấy và bột giấy đã tăng đáng kể. Các hoạt động bao gồm: nghiền cơ sinh học (sử dụng enzyme cellulase giúp tiết kiệm năng lượng từ 20 - 40%), tây trắng bột giấy (dưới dạng đồng phụ gia), cải thiện san xuất sợi giấy, giảm nhu cầu sử dung clo.
Trong công nghiệp dệt: Trong quá trình xử lý ướt của vật liệu dệt bằng cellulose, cellulase thường là enzyme quan trọng nhất dé cải thiện hình thức của vải. Ngoài ra, enzyme cellulase còn có vai trò trong quá trình làm mờ mau quan jeans, cải thiện chat lượng của các loại vải, và loại bỏ thuốc nhuộm dư thừa (Karmakar và Ray, 2011). Trong nông nghiệp Sự kết hợp của các enzyme cellulase (cùng với hemicellulase, pectinase) có tiềm năng ứng dụng trong kiểm soát vi khuẩn và bệnh ở thực vật, đồng thời tăng cường năng suất cây trồng. Nó cũng hỗ trợ quá trình nảy mầm hạt giống, cải thiện hệ rễ và tăng trưởng cây (Bhat, 2000).
Trong công nghệ chế biến thực phẩm Enzyme cellulase cũng được sử dung trong công nghệ thực phẩm dé chiết xuất và làm sạch nước trái cây và rau quả, cải thiện độ nhớt của nước ép trái cây, tăng sản lượng trong việc chiết xuất tinh bột và protein hoặc chiết xuất màu sắc,. Trong sản xuất thức ăn chăn nuôi Nguồn phế liệu giàu cellulose trong tự nhiên rất đa dang, phong phú như: rom ra, bã mía, lỗi ngô. Tuy nhiên, phần lớn các chế phẩm này bị vứt bỏ, hoặc được ủ làm phan bón, hoặc được sử dụng làm chất đót. Trong khi đó, nguồn nguyên liệu rẻ tiền dùng trong chế biến thức ăn gia súc lại thiếu.
Vì vậy, việc ứng dụng enzyme cellulase dé phân hủy nguồn phế phẩm chứa cellulose vừa ding hoặc làm nguồn thức ăn cho gia súc, vừa góp phần bảo vệ môi trường là một vấn đề rất đáng quan tâm (Chatterjee và ctv, 2015). Trong công nghiệp tay rửa Enzyme cellulase thường được dùng làm sạch sợi vải. Những enzyme cellulase thu nhận từ những chủng nam mốc: 7' reesei, T. hoạt động trong môi trường kiềm nhẹ thường được ứng dụng trong công nghiệp tay rửa.
Chúng thường được dùng kết hợp với bột giặt và chat tay (Kuhad va ctv, 2011). Trong sản xuất nhiên liệu sinh học Quá trình biển đổi sinh học của các vật liệu lignocellulosic tạo ra các sản phẩm có giá trị cao hơn. Đối với sản xuất nhiên liệu sinh học (chủ yếu la ethanol), quá trình saccharification của các vật liệu lignocellulosic như bã mía, rơm lúa, lỗi ngô, mun cưa, các chat thải từ rừng. bang enzyme cellulase được ứng dụng phổ biến và đang được nghiên cứu trên toàn thế giới.
Trong quá trình nay, axit hữu cơ va các dung môi khác, cũng như chất lượng thức ăn chăn nuôi cũng được sản xuất (Chatterjee và ctv, 2015). Phan loai Trichoderma là một trong những vi nam gây nhiều khó khăn cho công tác phân loại do còn nhiều đặc điểm cần thiết cho việc phân loại vẫn còn chưa được biết day đủ. Persoon ex Gray (1801) phân loại 7zichoderma như sau: Giới: Fungi Ngành: Ascomycota Lớp: Euascomycetes Bộ: Hypocreales Họ: Hypocreaceae Giống: Trichoderma Theo hai nhà khoa học Elisa Esposito và Manuela da Silva (1998), Trichoderma thuộc ho Hypocreaceae, lớp Nam túi Ascomycetes; các loài Trichoderma được phan thành 5 nhóm: Trichoderma, Longibrachiatum, Saturnisporum, Pachybasium và Hypocreanum. Trong đó, 3 nhóm Trichoderma, Pachybasium, Longibrachiatum có giai đoạn telemorph (hình thái ở giai đoạn sinh sản hữu tính ) là Hypocrea; nhóm Hypocreanum hiếm khi gặp đưới dang teleomorph độc lập; nhóm Saturnisporum không tìm thấy hình thức teleomorph.