Nghiên cứu ảnh hưởng của nấm thối trắng đến quá trình thủy phân cellulose trong lõi ngô

Thành phần chính của lõi ngô là cellulose [4]. Việc chuyển hóa cellulose trong lõi ngô thành các đường đơn giản cũng rất cần thiết để tạo ra loại nhiên liệu mới ứng dụng sản xuất đường chức năng hoặc cồn sinh học và giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ nguồn chất thải nông nghiệp. Cellulose có cấu trúc rất bền vững nó được bao bọc bởi các lớp Lignin và Hemicellulose rất khó phá hủy. Do đó, việc thủy phân cellulose là quá trình khó khăn [5]. Hiện nay đã có một số phương pháp xử lý lõi ngô giúp tăng hiệu xuất thủy phân cellulose. Phương pháp  xử lý lõi ngô với kiềm đang được áp dụng phổ biến [1]. Ngoài ra, phương pháp sinh học sử dụng các loài sinh vật có khả năng sản sinh ra enzyme cellulase cũng đang được quan tâm [6]. Nấm thối trẳng (Pleurotus ostreatus) có khả năng phát triển dễ dàng trên môi trường đơn giản và giải phóng nhiều enzyme có hiệu quả cao trong phân giải cellulose [2]. Xuất phát từ thực tế trên, nhóm tác giả Trần Thị Lý cùng một số sinh viên của Khoa CNSH – CNTP, trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của nấm thối trắng đến quá trình thủy phân cellulose trong lõi ngô nhằm mục đích tăng hiệu suất thủy phân cellulose.

Nhóm tác giả đã tiến hành thủy phân cellulose trong lõi ngô như sau: Lõi ngô khô (độ ẩm < 0,5%) được nghiền nhỏ đến kích thước khoảng 0,1-0,5mm và xử lý bằng kiềm với các nồng độ 0, 1, 3, 5 và 7%, ở 85° C trong thời gian 60 phút. Tiến hành loại bỏ kiềm để nuôi cấy nấm thối trắng trên lõi ngô bằng 2 phương pháp là rửa bằng H₂O và trung hòa bằng H₂SO₄ 5%. Sau đó lõi ngô được cho vào các bình tam giác và được đem đi hấp ở 1,5 atm, 121°C trong 30 phút. Để nguội môi trường, tiến hành cấy giống nấm thối trắng vào và tiến hành theo dõi sự phát triển của nấm ở các mốc 0, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 33 ngày. Tiếp tục thu mẫu, sấy khô ở nhiệt độ 60-70 °C và xử lý với enzyme laminex ở các nồng độ: 50, 100, 150, 200, 250 µl và thời gian xử lý enzyme: 12, 13, 14, 15, 16, 17 giờ. Đánh giá hiệu suất thủy phân của cellulose bằng cách xác định lượng đường khử thu được.

Kết quả nghiên cứu cho thấy nồng độ NaOH càng tăng hàm lượng đường khử càng tăng. Ở nồng độ NaOH 5% thì hàm lượng đường khử đạt cao nhất 17,12 (mg/g lõi ngô), tiếp tục tăng nồng độ lên 7% thì hàm lượng đường hầu như không thay đổi 17,14 (mg/g lõi ngô). Phương pháp loại bỏ kiềm sau tiền xử lý lõi ngô để nuôi cấy nấm thối trắng cho thấy sau 15 ngày nuôi cấy những sợi nấm trắng phát triển mạnh ở mẫu rửa với nước, còn đối với mẫu trung hòa bằng H₂SO₄ nấm không phát triển được. Điều này có thể giải thích là do kiềm và acid đã phản ứng với nhau và tạo ra một lượng muối khá lớn, lượng muối này ức chế sự phát triển của nấm. Thời gian xử lý với nấm thối trắng dài thì hàm lượng đường tạo thành tăng. Hàm lượng đường cao nhất ở thời gian xử lý 30 ngày (43,12 mg/g lõi ngô). Tuy nhiên nếu thời gian xử lý là 33 ngày lượng đường tạo thành không tăng lên mà còn có xu hướng giảm xuống do nấm sử dụng hết lượng cơ chất để chuyển hóa. Khi xử lý nguyên liệu với enzyme laminex, nồng độ và thời gian xử lý cũng ảnh hưởng đến lượng đường thu được. Với nồng độ enzyme từ 50 - 200µl thì lượng đường cũng tăng theo và cho kết quả cao nhất ở mức 200µl, hàm lượng đường khử đạt được là 118,62 (mg/g lõi ngô). Nếu tiếp tục tăng nồng độ enzmye xử lý lên 250 µl thì lượng đường tăng nhưng không đáng kể. Thời gian xử lý enzyme tăng thì hàm lượng đường khử thu được cũng tăng và cao nhất trong thời gian 16 giờ, lúc này hàm lượng đường khử đạt 59,17 (mg/g lõi ngô). Sau đó khi tiếp tục tăng thời gian xử lý thêm 1 giờ nữa (17 giờ sau) thì hàm lượng đường khử tăng nhưng không đáng kể.

Như vậy, để tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất mà vẫn thu được hiệu suất thủy phân cellulose từ lõi ngô cao, thì tiến hành tiền xử lý lõi ngô bằng NaOH 5%, sau đó lõi ngô được rửa bằng nước và tiến hành nuôi cấy nấm thối trắng trong 30 ngày. Tiếp tục bổ sung enzyme laminex nồng độ 200 µl trong 13 giờ để thu được dịch lõi ngô có hàm lượng đường khử cao nhất.

Tin bài: Trần Thị Lý

Đăng bài: Bùi Đình Lãm

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Xuân Cự, 2010), Nghiên cứu khả năng thủy phân bằng axit loãng và bước đầu đánh giá hiệu quả sản xuất etylic sinh học từ thân cây ngô, Tạp trí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội.

2. Nguyễn Hữu Lương, tạp trí Khoa học công nghệ (2010), Những lợi ích của nhiên liệu sinh học, Trường Đại học Bách khoa – Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh.

3. Báo cáo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật (2009), Nghiên cứu công nghệ sản xuất đường xylose từ lõi ngô, Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ Sau thu hoạch.

4. Báo cáo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật (2006), Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất đường Xylitol từ phụ phẩm và phế thải nông nghiệp (rơm rạ, bã mía…) để ứng dụng trong thực phẩm và dược phẩm, Viện Công Nghiệp Thực Phẩm.

5. Phạm Thị Trân Châu, Phan Tuấn Nghĩa (2009), Công nghệ sinh học (Tập 3 : Enzym và ứng dụng), NXB Giáo dục.

6. Nutawan Yoswathana, Phattayawadee Phuriphipat, Pattranit Treyawutthiwat and Mohammad Naghi Eshtiaghi, Bioethanol production from rice straw, Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Mahidol University, Thailand (2010)