các enzyme hydrolase trong xử lý môi trường

các enzyme hydrolase trong xử lý môi trường tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về...

1. Các enzyme Hydrolase trong xử lý môi trường:

Các enzyme Hydrolase thuộc lớp 2: Hidrolase (lớp enzyme thủy phân), có khả năng phân giải nhiều cơ chất khác nhau như: protein, lipid, glucid tạo ra những phần đơn giản, được ứng dụng trong xử lý môi trường cụ thể như:

a. Amylase: các enzyme thủy phân amylose:

Các Amylase là các enzyme đường hóa, có khả năng phân hủy amylose và amylopectin, glycogen và các polysaccharit, vì vậy có các ứng dụng sau:

Các enzyme Amylase được ứng dụng trong việc phân hủy các phế thải có chứa tinh bột từ các nhà máy chế biến nông sản, các làng nghề làm bún…Đặc biệt mỗi loại enzyme Amylase có chức năng khác nhau sẽ tham gia vào những công đoạn khác nhau để hoàn tất quá trình phân hủy tinh bột Ví dụ: α-amylase cắt tinh bột thành dextrin, β-amylase cắt dextrin thành maltose, maltase cắt liên kết α(1-4) của maltose tạo thành glucose; α(1-6)-gluosidase cắt liên kết phân nhánh α(1-6) của amylopectin tạo thành các đoạn amylose Sản phẩm từ quá trình phân hủy tinh bột có thể dùng để sản xuất alcohol

Ngoài ra, nhờ α-amylase và glucoamylase mà từ các phế thải lương thực có thể sản xuất màng bao gói có tính chất phân hủy quang học và sinh học Ước tính, chi riêng tại Việt Nam mỗi ngày có hàng triệu bao nylon được sử dụng và thải ra môi trường Thời gian cần để bao nylon tự phân hủy là từ 500 đến 1000 năm nhưng khi phân hủy vào đất thì nhựa PVC làm đất trơ gây ành hưởng đến hệ thực vật Vì vậy, ứng dụng trên của Amylse góp phần vào bảo vệ môi trường, nói không với bao nylon

b. Cellulase:các enzyme phân hủy cellulose:

Cellulose thuộc nhóm polysaccharide, là thành phần chính tạo nên lớp màng tế bào thực vật, giúp cho các mô thực vật có độ bền cơ học và tính đàn hồi, có nhiều trong bông (95-98%), đay, gai, tre, nứa, gỗ (Cellulose chiếm khoảng 40-45% trong gỗ) Vì vậy nước thải từ các nhà máy giấy, các xưởng môc, các xưởng sản xuất mây tre đan… chứa hàm lượng lớn cellulose

Trong cấu trúc của cellulose và cellotetraose chủ yếu là liên kết β(1-4) glucogit Cũng giống quá trình thủy phân tinh bột, để phá hủy cấu trúc trên ta cần các cellulase với những tác động đặc trưng riêng biệt Sau khi cellulase (EC 3.2.1.4, còn gọi là endoglucanase D) và β-glucosidase (EC 3.2.1.21, còn gọi là cellobiase) phá hủy không chọn lọc β-1,4-glucan thành các mảnh có khối lượng phân tử nho oligocellulose, enzyme cellobiosidase (EC 3.2.1.91, còn gọi là cellobiohydrolase) phá hủy tiếp các mảnh nho này tới đơn vị nho nhất là đường đơn Vì vậy với việc cần đến cả một hệ enzyme để thủy phân polysaccharide, đã có nhiều nghiên cứu đề cập đến việc sản xuất các chế phẩm bao gồm một số enzyme để xử lý phế thải là các polysaccharide thực vật Ví dụ: chế phẩm Econase, thành phần chính gồm: endo-1,4-β-D-glucosidase, cellobiohydrolase, exo-1,4-β-D-glucosidase và một số enzyme khác

Ngoài ra, sinh khối của thực vật bậc cao ngoài chứa các polysaccharide quan trong quyết định đến chất lương giấy như cellulose còn có các polysaccharide

khác như aminopectin, pectin, xylans…Nên ngoài các enzyme đã nêu ở trên, có thể sử dụng một số enzyme khác để xử lý triệt để nước thải như: cellulases và hemicellulose để phá hủy lemicellulose, galactanase để phá hủy arabinogalactan…

Kết quả: từ các chất thải thu được nguồn năng lượng là enthanol

c. Protease: enzyme thủy phân protein:

Protease thuộc nhóm enzyme thủy phân protein được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm

Protease thủy phân các protein có trong chất thải để sản xuất các dung dịch đặc hoặc các chất chất rắn khô có giá trị dinh dưỡng cho cá và vật nuôi Ví dụ: lông gia cầm sau khi được làm tan cơ học, nhờ protease kiềm tạo thành sản phẩm dạng bột, màu xám, hàm lượng protein cao được sử dụng làm thức ăn

Protease thủy phân các protein không tan qua nhiều bước: cắt các chuỗi polypeptit tạo các liên kết long trên bề mặt, quá trình hòa tan xảy ra với tốc độ chậm tạo ra những phần nho. Được sử dụng để xử lý các phế thải protein tồn đọng trong các dòng chảy tạo dung dịch rửa trôi không còn mùi hôi thối

d. Các enzyme phá hủy hợp chất chứa halogen:

Các enzyme phá hủy hợp chất chứa halogen có ứng dụng quan trọng cụ thể trong việc khử độc thuốc trừ sâu tồn đọng trong đất Atrazine là thuốc diệt co hoàn toàn không tan trong nước (33mg/l) Nhờ một số chủng vi sinh như Pseudomonas sp Strain ADP tiết ra Atrazin chlorohyrolase chuyển hóa atrazine thành các sản phẩm tan được và không độc cho môi trường đất

2. Các enzyme khác:

a) Cyanide hydratase: enzyme xử lý chất thải cyanure:

Cyanure, độc chất ức chế sự hô hấp hiếu khí ở mức tế bào(ngăn chặn tế bào nhận oxygen), một trong những chất độc gây tử vong nhanh nhất Hai dạng cyanure nguy hiểm gây ngộ độc được chú ý nhiều nhất là hydrogen cyanide (HCN) và cyanogen chloride (CK) Các chất này được tìm thấy trong nước thải của các ngành công nghiệp luyện kim, chất dẻo, tơ sợi tổng hợp…do ước tính mỗi năm có 3 triệu tấn cyanure được sử dụng vào các ngành công nghiệp trên Bên cạnh đó, nhiều loài thực vật, vi sinh vật, côn trùng cũng có khả năng thải ra HCN và các enzyme thủy phân dẫn đến nguy cơ ngộ độc thực phẩm

Cyanide hydratase (EC 4.2.1.66, còn gọi là formamide hydro-lyase) là enzyme có khả năng chuyển hóa cyanide trong nước thải công nghiệp thành amoniac và format chi thông qua một bước phản ứng Nguồn tạo ra cyanidase là từ nấm thích hợp, một số vi khuẩn Gram(-), các ứng dụng sinh học hiện đại Điểm đặc biệt của cyanidase là không bị ảnh hưởng bởi các ion thông thường có trong nước thải (Fe2+, Zn2+, Ni2+) hay các chất hữu cơ như formamide, acetamide, hoạt động tối ưu trong pH khoảng 7.8-8.3 và mất hoạt tính khi pH lớn hơn 8.3

Với sự việc Nhà Máy Vedan tại Long Thành đổ chất thải chưa qua xử lý vào sông Thị Vải mà cyanure chiếm phần lớn trong nước thải, ta thấy được sự vô trách nhiệm của

con người đối với môi trường, cộng đồng và thấy tầm quan trong của enzyme xử lý cyanure

b) Enzyme tham gia quá trình khử độc các kim loại nặng:

Các kim loại nặng như arsen, cadimi, đồng, crom, chì…là những chất ô nhiễm nguy hiểm có trong nước thải công nghiệp, mo khai thác, các chất rắn, bùn thải từ thành phố Trong số các kim loại trên ta đặc biệt chú ý đến arsen

Asen nguyên tố và các hợp chất của asen được phân loại là "độc" và "nguy hiểm cho môi trường" tại Liên minh châu Âu theo chi dẫn 67/548/EEC Có hai nguyên nhân gây ô nhiễm arsen Nguồn gốc từ thiên nhiên như từ quá trình phong hóa, hoạt động núi lửa, tạo quặng sulfur, đa kim… Nguồn gốc từ con người chiếm phần lớn bao gồm nước thải công nghiệp, khí thải, xử lý các khoáng chất của Arsen, sự đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, các chất thải rắn, quá trình sản xuất các hóa chất bảo vệ thực vật(khoảng 8.000 tấn Arsen/năm được dùng làm thuốc diệt co)…Lượng arsen đi vào

cơ thể hàng ngày khoảng 20-300µg, nguồn nước ngầm có chứa trên 50µg/l được phát hiện ở Mehico, Myanma, Việt Nam…vì vậy hiện nay vấn đề ô nhiễm arsen đang là vấn đề thời sự, cấp bách cần phải giải quyết và việc giải quyết bằng enzyme là giải pháp hàng đầu

Nguyên tắc chung của việc xử lý ô nhiễm arsen bằng enzyme là chuyển hóa arsenite (hóa trị III) rất độc thành arsenat (hóa trị V) ít độc hơn như dùng enzyme arsenate reductase(EC 1.20.98.1, còn gọi là arsenite oxidase); chuyển hóa arsen dạng vô cơ sang hữu cơ (methylarsonate) như enzyme Arsenite methyltransferase