Chuyển hoá phế liệu ligno xenluloza nhờ nấm sợi bằng phương pháp lên men rắn luậ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG DAI HOC TONG HOP HA NOI PHAM HO TRUONG tạ tage MES 3 tung TM THỰ VIÊN: CHUYỂN HOÁ PHẾ LIỆU 7M LIGNO-XENLULOZA NHO NAM SOI BANG PHUONG PHAP LEN MEN RAN Chuyén nganh : Vi sinh hoc Ma số : 1.0512 Cán bộ hướng dẫn : 1- PGS, PTS Nguyễn Dình Quyến 2- PGS, PTS Phạm Văn Ty LUAN AN PHO TIEN SY KHOA HOC SINH HOC ite ST | Hà nội - Năm 1993 MỤC LỤC Trang I. Đặt vấn để 1 II. Tổng kết tài liệu 4 1- Nguyên liệu 1igno-xenluloza (LX) 4 1.4- LX tự nhiên là một loại cơ chất khó phân giải 11 1.5- Xử lý sơ bộ nguyên liệu LX. 13 2- Phân giải sinh học LX 18 2.1- Vi sinh vật phân giải LX 13 2.2- Các enzym phân giải X (X-aza) 14 2.1- Thành phần và cơ chế tác động 14 2.2- Sinh tổng hợp X-aza ở vi sinh vật 18 2.3- Các enzym phân giải L (L-aza) 21 2.1- Thành phần và cơ chế tác động.2- Sinh tổng hợp L-aza và phân giải L ở vi sinh vật 24 2.4- Các enzym phân giải Hx (Hx-aza) oT 3- Lén men ran 28 3.2- Dac điểm của phương pháp lên men rắn 29 3.3- Các kiểu lên men rắn 30 3.4- Chuyển hoá phế liệu LX thành thức ăn chăn nuôi nhờ nấm sợi bằng phương pháp lên men rắn.

Nguyên liệu và phương pháp 1- Nguyên liệu 1.1- Vi sinh vật và cách chuẩn bị giống 1.2- Cơ chất và môi trường 1;2,1- Cơ chất 1.2- Môi trường 1.3- Hoá chất và thiết bị chuyên dụng 1.2- Thiết bị 2- Phương pháp 2.1- Các phương pháp phân tích cơ bản 2.1- Xác định hoạt tính CMC-aza ngoại bào bằng phương pháp khuếch tán trên thạch .2- Xác định trọng lượng khô của mầu rắn .3- Xác định hàm ẩm cua mau rắn .4- Xác định hàm lượng chất tan của mau ran .5- Xác định hàm lượng đường khử của mấu rắn Xác định hàm lượng X của mẫu rắn .7- Xác định hàm lượng L cla mau ran .8- Xác định hàm lượng Pr thực của mầu rắn .9- Xác định pH của mầu rắn NN NY NY NN NNN FPP PP Pe ee Be Ee œ 1 .10- Xác định độ thuỷ phân của mầu rắn 2.2- Phương pháp tiến hành thí nghiệm 2.1- Phân lập và tuyển chọn nấm phân giải LX 2.2- Đánh giá khả năng tổng hợp CMC-aza ngoại bào, phân giải LX, phân giải L và tích luỹ Pr 34 34 34 35 36 37 37 37 37 38 38 39 39 40 41 42 43 43 43 43 2.3- Nghiên cứu ảnh hưởng của một số: yếu tố môi trường tới mức độ phân giải LX; phân giải L và tích luỹ Pr của hai chủng nấm S§. pulverulentum BKM-F1765 và Acremonium sp, 2.4- Xác địn hưởng của hưởng của hưởng của hưởng của hưởng của men hưởng của nhiệt độ hàm ẩm ban đầu. PH ban đầu hàm lượng nitơ bổ sung nồng độ oxy trong khí quyển chất tan tự nhiên hmối quan hệ giữa phân giải LX với phân giải L và tích luỹ Pr, N NUN N NY NY N IV- Kết quả thao luận 1- Phân lập nấm phân 2- Khảo giải LX .5- Nghiên cứu động học về lên men rắn .6- Lên men trong điều kiện thích hợp .7- Lên men bằng giống hốn hợp .1- Nuôi cây đồng thời .2- Nuôi cây liên tiếp sát sơ bộ khả năng sinh X-aza ngoại bào, phân giải LX, phân giải L và tích luỹ Pr của một số chủng nấm trong lên men rắn rơm lú a mỳ. Ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường tới mức độ phân giải LX; phân giải L và tích luỹ Pr của Acremonium sp va S.1- Ảnh hưởng của 3.2- Ảnh hưởng của nhiệt độ hàm ẩm ban đầu.3- Ảnh hưởng của pH ban đầu .4- Ảnh hưởng của hàm lượng nitơ bổ sung.

Ảnh hưởng của nồng độ oxy trong khí quyển 6- Ảnh hưởng của chất tan tự nhiên trong rơm OW WW WwW Ww a 1 7- Thảo luận chung về ảnh hưởng của các yếu tố môi trường Mối quan hệ giữa phân giải LX với phân giải L và tổng hợp Pr. Động học lên men rắn rơm lúa mỳ với Acremonium sp. Lên men rắn rơm lúa mỳ với giống hồn hợp. Lên men rắn với nấm Acremonium sp.

như là một phương pháp xử lý sơ bộ nguyên liệu LX. luận VI- Tài liệu tham khảo. 61 62 64 65 67 67 69 73 78 82 84 Để hoàn thành luận án này, chúng tôi đã nhận được những ý kiến hướng dẫn ding dan va su chỉ bảo tận tình của PGS,PTS Nguyễn Đình Quyên, tổ trưởng Bộ môn Vi sinh học; PGS,PTS Phạm Văn Ty; Phó giám đốc trung tâm Vi sinh vật học ứng dụng Trường Đại học Tổng hợp Hà nội và sự giúp đỡ cụ thể, nhiệt tình của cán bộ nhân viên hai đơn vị trên cũng như của PTS Olec Nhicolaievich Okunhốp và cán bộ nhân viên phòng thí nghiệm Sinh lý vi sinh vật Viện Sinh hoá - Sinh lý vi sinh vật - Viện hàn lâm khoa học Liên Xô. Chúng tôi cũng được Viện kỹ thuật quân sự, Bộ Quốc phòng, Trường Đại học Tổng hợp Hà nội tạo nhiều điều kiện thuận lợi, được nhiều bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ và động viên để hoàn thành luận án.

Chúng tôi xin trân trọng cám ơn. NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN ÁN LX - Ligno-xenluloza L - Lignin X - Xenluloza Hx- Hemixenluloza Pr - Protein X-aza - Xenlulaza Hx-aza - Hemixenlulaza L-aza - Ligninaza CMC -- Cacboxymetyl- Xenluloza CMC-aza - Cacboxymetyl- Xenlulaza I- DAT VAN DE Hàng năm, trên trái đất , thực vật sản sinh một lượng sinh khối khổng lồ 4. Nhưng cho đến nay con người mới sử dụng được 5% nguồn tài nguyên quý giá đó của tự nhiên. Ngay cả trong nông nghiệp, ngành sản xuất dựa trên sự biến đổi năng lượng mặt trời thành thức ăn nhờ cây trồng, cũng không đến 50% sản phẩm là thực sự hứu ích.

Hơn 50% còn lại chứa đựng trong đó 60-70% hydratcacbon, 15-30% hợp chất thơm, dưới dạng ligno-xenluloza (LX) chỉ là phụ phẩm, rất ít giá trị hay là phế thải làm ô nhiễm môi trường. : Trong nhứng cố gắng chống lại nguy cơ thiếu năng lượng, thức ăn và bảo vệ môi sinh, nhiều nhà khoa học đã dành công sức tìm biện pháp tận dụng một cách có hiệu quả nguồn năng lượng và vật chất tiềm tàng mà con người vẫn để lãng phí : phế liệu LX. Có thể hình dung những con đường biến đổi loại nguyên liệu bỏ đi này thành những sản phẩm có giá trị theo sơ đồ sau (42,81). ‘ Việt nam là một nước nhiệt đới, tài nguyên thực vật phong phú, sản lượng cây trổng đổi dào và tất nhiên cũng có một nguổn phế liệu LX to lớn.

Do trình độ kinh tế, khoa học - kỹ thuật còn thấp, phần LX này hoặc là bị để huỷ hoại tự nhiên, hoặc là được sử dụng một cách thô sơ theo tập quán dân gian với hiệu quả thấp. Thành phần chiếm tỷ lệ cao nhất và cũng có giá trị lớn nhất của phế liêu LX là là xenluloza (X) và hemixenluloza (Hx). Ban than chúng ở dạng nguyên thuỷ đã là chất dinh dưỡng tự nhiên của động vật dạ dày đôi và nhiều loại sinh vật có enzym xenlulaza (X-aza), còn khi được thuỷ phân tạo ra hỗn hợp đường đơn là nguyên liệu cơ bản cho công nghệ vi sinh. Tuy nhiên chính phế liệu LX lại là loại thức ăn thó, kém giá trị vì khó tiêu hoá và có hàm lượng protein (Pr).

thấp, còn việc thuỷ phân trực tiếp nó bằng enzym không có hiệu quả. Nguyên nhân chính hạn chế khả năng sử dụng phế liệu LX theo những mục đích này là vì trong phế liệu LX tự nhiên X (và Hx) được liên kết chặt chẽ với một lượng lớn lignin (L). Thành phần này chẳng những không có giá trị sinh học mà còn ngăn cản đáng kể tác động của X-aza. Việc khử L bằng các tác nhân hoá, lý rất phức tạp và tốn kém, lại gây ô nhiễm môi trường.

Phương pháp vi sinh vật, cụ thể là lên men rắn trực tiếp phế liệu LX bằng nấm sợi, cho phép thu được nguyên liệu giàu X có độ thuỷ phân cao dùng cho các mục đích sản xuất khác nhau hay sản phẩm có độ tiêu hoá, hàm lượng Pr và các chất dinh dưỡng dễ tiêu hoá cao, làm thức ăn chăn nuôi, là phương pháp đơn giản, rẻ tiền, sạch, có thể áp dụng mọi nơi thích hợp với sự phân bố rộng khắp của phế liệu LX. Tuy nhiên phương pháp này mới được thử nghiệm và hiện nay chưa tạo được sản phẩm vừa có hàm lượng L thấp vừa có hàm lượng Pr cao, đáp ứng được yêu cầu của thực tiến. Với lòng mong muốn được hoà nhập vào trào lưu khoa học thế giới nhất là công nghệ vi sinh và góp phần tìm kiếm giải pháp tận dụng nguồn tài nguyên to lớn đang bị lãng phí của đất nước , phế liệu LX, ching toi thực hiện dé tài "chuyển hoá phế liệu ligno-xenluloza nhờ nấm sợi bằng phương pháp lên men rắn". Mục đích của luận án là nhằm xác định mối quan hệ giữa khả năng phân giải LX nói chung, L nói riêng và tích luy P„,cũng như ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường tới các khả năng này và động học của quá trình nuôi cấy một số chủng nấm trên môi trường rắn LX.

Trên cơ sở đó định hướng tìm kiếm và sử dụng có kết quả nấm phân giải LX trong việc chuyển hoá phế liệu LX thành thức ăn chăn nuôi. Những kết quả thu được cũng sẽ có giá trị nhất định trong -lĩnh vực nghiên cứu xử lý rác đô thị và bảo quản các vật liệu, đồ dùng có chứa LX khỏi sự phá huỷ của nấm mốc, những vấn đề có ý nghĩa thực tế rất lớn đối với nước ta. Phế liệu LX Lên men si | -— ] | | Phân đoạn | | ky |Phần tan|=——k————————* | Phần sợi | | | khí “vi ——— | | | Lén men | Lén men | hiếu khí | | Tách sợi | | rs | FT | | | | Sinh | —=== Thuỷ phân |vun sợi |~| | Lệ |) Hết | | | Tae | | | [ae | | | | | | 4 | | | | ye Ì Ì Ì y y 1 I le 1Í ] [ Lá “1 .Phân hữu cơ | | - Thực pham| |- Hoá chất | |- Hoá chất | |- Sợi nguyên | | - Thực phẩm | .Khí đốt | |-Thức ăn | |-Nhiên liệu| L——————— | liêu | |-Thức ăn | sinh học | | chăn nuôi| L—— E———— |chăn nuôi | Jae | cốc c7. E_———= Sơ đổ thu nhận các sản phẩm khác nhau từ phế liệu LX ll.

TONG KẾT TÀI LIỆU 1- Nguyên liệu ligno-xenluloza (LX) Thành phần chất khô chủ yếu của thực vật là xenluloza (X), hemixenluloza (Hx) va lignin (L) (Bảng 1).