2.2. Sơ lược về chế phẩm bổ sung
2.2.2. Sơ lược về enzyme cellulase
2.2.2.3. Một số ứng dụng của enzyme cellulase
Các cellulase nói chung và endo-β-1,4-glucanase nói riêng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như: công nghiệp thực phẩm, công nghiệp sản xuất thức ăn gia súc, sản xuất dung môi hữu cơ, đặc biệt trong công nghệ xử lý rác thải, sản xuất phân bón vi sinh.
a. Trong công nghiệp thực phẩm
Sử dụng các chế phẩm enzyme có thể coi là một trong những phương hướng tiến bộ có triển vọng nhất của sản xuất nước quả và nước uống không cồn. Dịch quả sau khi ép chiết thường chứa các thành phần tế bào thịt quả và các chất sơ có bản chất polysaccharide làm cho dịch có độ nhớt cao và màu đục. Glucanase thường được sử dụng để phá vỡ thành tế bào, thủy phân các polysaccharide làm giảm độ nhớt của dịch quả tạo thuận lợi cho quá trình tách chiết và làm trong. Glucanase kết hợp với các hemicellulase, pectinase trong chế phẩm enzyme Viscozyme 120L được ứng dụng chủ yếu để xử lý phá vỡ màng tế bào đậu tương [15]. Trong quá trình sản xuất nước cà rốt thường sử dụng endoglucanase xử lý ở giai đoạn dịch hóa đã tạo ra nhiều pectin hơn.
Trong công nghệ sản xuất bia, dịch lên men ngoài các thành phần đường, protein còn có một lượng không nhỏ các phân tử khối lượng cao như cellulose và β- glucan, làm ảnh hưởng xấu đến quá trình lọc và chất lượng sản phẩm. Người ta
thường sử dụng β-glucanase để loại bỏ những thành phần này. Các chế phẩm như Finizym 200L gồm các cellulase từ A. niger, β-glucanase từ Bacillus subtillis, Disporotrichum dimorphosporum đã được sử dụng trong sản xuất bia. Ngoài ra, endoglucanase còn được sử dụng trong công nghệ sản xuất bánh mì, bánh biscuit và thực phẩm chức năng. Glucanase từ Humicola insolens được ứng dụng trong sản xuất bánh mì, làm tăng độ mềm và xốp cho bánh mỳ. Glucanase từ Trichoderma reesei, A.. niger được ứng dụng trong sản xuất fructooligosaccharide. Đây là một trong số các oligosaccharide chức năng (prebiotic) được sản xuất để bổ sung vào khẩu phần ăn. Prebiotic có nhiều lợi ích về mặt dược phẩm cũng như có ảnh hưởng tốt đến sức khỏe. Khi được bổ sung vào cơ thể người và động vật, prebiotic có nhiều tác động sinh lý quan trọng như: ngăn cản quá trình xâm nhập của các vi sinh vật gây bệnh, bảo vệ các chức năng của gan, làm giảm lượng cholesterol trong huyết thanh, 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 phế phụ phẩm nông nghiệp như lõi ngô, bã mía, bã sắn, vỏ trấu là cơ chất lý tưởng cho việc sản xuất các oligosaccharide. Các enzyme tốt nhất sử dụng cho quá trình này chủ yếu có nguồn gốc từ nấm mốc. Hiện nay, nhu cầu sử dụng các oligosaccharide ở các nước trên thế giới là rất lớn. Tại Nhật Bản, nhu cầu hàng năm về các oligosaccharide vào khoảng 1000-2000 tấn/năm [25].
b. Trong công nghiệp sản xuất thức ăn chăn nuôi
Chăn nuôi là một nhánh quan trọng của ngành nông nghiệp Việt Nam. Thu nhập từ chăn nuôi hàng năm đạt 20% tổng giá trị kinh tế của ngành nông nghiệp.
Chăn nuôi không những cung cấp các loại thực phẩm như trứng, thịt, sữa cho thị trường mà còn cung cấp nguồn phân bón rất hữu ích cho ngành trồng trọt. Đây cũng là nguồn thu nhập đáng kể góp phần xóa đói giảm nghèo, nâng cao đời sống cho người dân Việt Nam. Tuy nhiên, ngành nông nghiệp nói chung và chăn nuôi nói riêng đang gặp phải nhiều khó khăn. Một trong những vấn đề cần được giải quyết hiện nay là làm thế nào để nâng cao năng suất vật nuôi, tăng hiệu quả chăn nuôi mà vẫn đảm bảo an toàn cho môi trường xung quanh, đặc biệt là sức khỏe con người.
Trước tình hình đó, nhiều nhóm giải pháp đã được đưa ra và một trong những giải pháp được nhiều nhà khoa học quan tâm là sử dụng các loại thức ăn chăn nuôi
có nguồn gốc sinh học hoặc bán sinh học như sản xuất và bổ sung các chế phẩm enzyme vào trong thức ăn chăn nuôi. Bổ sung chế phẩm enzyme vào thức ăn chăn nuôi một mặt làm tăng khả năng tiêu hóa thức ăn và hấp thụ chất dinh dưỡng, từ đó làm tăng tốc độ sinh trưởng phát triển, nâng cao chất lượng vật nuôi. Mặt khác, nhờ tác dụng của enzyme mà thức ăn được tiêu hóa triệt để, khai thác tối đa nguồn năng lượng vốn có, tiết kiệm chi phí chăn nuôi, đồng thời làm giảm lượng phân thải ra ngoài, góp phần quan trọng trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Thức ăn gia súc, gia cầm được chế biến từ các loại ngũ cốc có chứa nhiều cellulose và glucan. Những thành phần này thường không được tiêu hóa triệt để, làm tăng độ nhớt của dịch dạ dày. Do đó chúng đã hạn chế sự hấp thu các chất dinh dưỡng, làm giảm khả năng tiêu hóa của động vật. Bổ sung enzyme celulase vào thức ăn đối với gia súc là 2.5-4%,và gia cầm là từ 0.25-1.5%, sẽ làm tăng khả năng phân giải các hợp chất trên, giải phóng glucose và các oligosaccharide, làm giảm độ nhớt, tăng khả năng hấp thu và chuyển hóa thức ăn [15]. Nhiều nghiên cứu cho thấy, khi bổ sung glucanase độc lập hoặc kết hợp với các enzyme khác vào thức ăn chăn nuôi làm tăng đáng kể tốc độ tăng trưởng và giảm thiểu bệnh tật cho vật nuôi.
Tiềm năng ứng dụng to lớn của glucanase trong chăn nuôi đã thu hút sự quan tâm của nhiều công ty chế biến thức ăn gia súc, gia cầm. Một số chế phẩm là tổ hợp các enzyme như: Rovazyme G2 (DSM Nutritional Products Ltd, Thụy Sỹ) là tổ hợp của 3 loại enzyme (cellulase, β-glucanase và xylanase); Roxazyme G (DSM Nutritional Products Ltd, Thụy Sỹ) là tổ hợp của 7 loại enzyme (cellulase, glucanase, protease, amylase, pectinase, xylanase, hemicellulase); Natugrain (tập đoàn BASF, Đức) là hỗn hợp của endoxylanase và endoglucanase; Rhodizyme-CF (Rampart-Power Bangladesh Ltd) là tổ hợp của 5 loại enzyme (cellulase, amylase, protease, lipase, pectinase). Chế phẩm SSF của Mỹ hiện đang bán tại thị trường Việt Nam là tổ hợp của 6 loại enzyme: β-glucanase (200 BGU/g), phytase (1000 PU/g), α-amylase (30 FAU/g), pectinase (4000 AJDU/g), protease (700 HUT/g) và xylanase (100 XU/g).
c. Trong công nghiệp sản xuất dung môi hữu cơ
Sử dụng glucanase xử lý nguyên liệu giàu cellulose, glucan trước khi lên men đã làm tăng hiệu suất thu hồi dung môi lên trung bình là 1,5%. Nhiều chế phẩm enzyme đã được sử dụng trong ngành công nghiệp này như neutrase 0,5L có chứa
β-glucanase sử dụng trong công nghiệp sản xuất ethanol. Đồng thời, nhiều chủng vi sinh vật kỵ khí trong chi Clostridium sinh tổng hợp glucanase được sử dụng trong công nghệ lên men sản xuất dung môi hữu cơ, acetic acid [23], sản xuất acetone, butanol và isopropanol [24].
d. Trong công nghệ xử lý rác thải sản xuất phân bón vi sinh
Việc sử dụng enzyme quan trọng nhất trong công tác bảo vệ môi trường là sử dụng enzyme trong xử lý chất thải, chuyển các chất thải thành sản phẩm có ích, hoặc trong công nghệ tái sử dụng phế thải, chuyển các phế thải thành sản phẩm có ích. Trong nhiều năm qua cả ở thế giới và Việt Nam, các chủng vi sinh vật sinh tổng hợp enzyme phân hủy cellulose đã được ứng dụng rất có hiệu quả để xử lý rác thải sinh hoạt. Năm 1999, Nguyễn Lan Hương và cộng sự đã phân lập và tuyển chọn được các chủng vi khuẩn và xạ khuẩn có hoạt tính cellulase, sau đó bổ sung vào bể ủ rác thải đã rút ngắn được chu kỳ xử lý rác thải sinh hoạt từ 5-7 ngày. Nhiều chủng vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm đã được nghiên cứu và ứng dụng có hiệu quả trong quá trình xử lý rác thải ở Việt Nam [9], [11], [13], [14]. Nhiều chế phẩm vi sinh trong đó có chứa hệ sinh vật sinh tổng hợp cellulase đã được nghiên cứu và sản xuất để xử lý rác thải. Trong đó, chế phẩm Micromix 3 khi bổ sung vào bể ủ rác thải có thổi khí đã rút ngắn được 15 ngày ủ, giảm một nửa thời gian lên men so với đối chứng.
Đồng thời, lượng mùn tạo thành khi xử lý rác bằng chế phẩm Micromix 3 cao hơn 29%và các chất dinh dưỡng cao hơn 10% so với đối chứng. Sản phẩm của quá trình xử lý rác thải được phối trộn và bổ sung thêm một số vi sinh vật có ích cố định đạm tạo thành phân bón vi sinh, được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp đã góp phần nâng cao năng suất cây trồng, giảm thiểu được nguồn và nguy cơ gây ô nhiễm môi trường [9].
Ngoài ra, đã có những nghiên cứu ảnh hưởng của cellulase đến nấm gây bệnh cây trồng như: cellulase của Trichoderma harzianum, từ đó ứng dụng sản xuất thuốc bảo vệ thực vật sinh học [12].