1.2.3. Enzyme cellulase

công nghiệp chế biến rau quả, công nghiệp chế biến thức ăn chăn nuôi, công nghiệp giấy, công nghiệp sợi…

1.2.3. Enzyme Cellulase

Enzyme Cellulase là một phức hợp enzyme có tác dụng thủy phân cellulose thông qua phân cắt liên kết 1,4-D – glucoside trong cellulose tạo sản phẩm glucose cung cấp cho công nghiệp lên men. Nguồn thu cellulase lớn nhất hiện nay là vi sinh vật.

Hệ cellulase gồm: + endo -(1,4) –β-D-glucanase (EC.3.2.1.4) + exo-(1,4)-β-D-glucanase (EC.3.2.1.91) + β-glucosidases (EC.3.2.1.21)

Hoạt động phối trộn thủy phân cellulose thành glucose (Nguyễn Thị Cúc, 2014). 1.2.3.1. Cơ chế tác động của enzyme cellulase

Cellulose là enzyme phức tạp xúc tác sự phân giải cellulose thành sản phẩm cuối cùng là glucose. Gồm ba giai đoạn chủ yếu: Giai đoạn 1: dưới tác động của cellulose và các tác nhân của môi trường làm thay đổi tính chất lý hóa của cellulose, làm cho phân tử cellulose từ dạng tinh thể thành dạng hoạt động. Khi phân tử cellulose ở dạng hoạt động, các endocellulose dễ dàng tác động và phân giải chúng thành cellulose hòa tan (polysaccharide), cellotetrose, cellobiose, glucose, mà chủ yếu của giai đoạn này là tạo thành các cellulose hòa tan. Giai đoạn thứ 2: Cellulose biến đổi sau giai đoạn 1 bị phân giải các cellobiose (disaccharide) và cellotetrose dưới tác dụng của exocellulase. Giai đoạn cuối cùng: dưới tác dụng của cellobiose (β-1,4-glucosidase), các đoạn cellobiose bị thủy phân thành glucose, β-1,4-glucosidase là những enzyme rất đặc hiệu thủy phân cellobiose thành D-glucose. (Trần Đông Bách, 2008).

1.2.3.2. Phân loại và đặc điểm của enzyme cellulase

Theo Wood và Mc.Cral (1979) enzyme cellulase được phân chia theo chức năng thành 3 nhóm:

Exocellulase (exobiohydrolase; 1,4-β-D-glucan cellobiohydrolase).

Endocellulase (endoglucanase; 1,4-β-D-glucan-4-glucanohydrolase). β-glucosidase (cellbiase; β-D-glucoside glucohydrolase).

Hoạt tính của hệ enzyme cellulase đạt cao nhất khi nhiệt độ nằm trong khoảng từ 40- 600C, pH nằm tong khoảng 4 – 7.

Cellulase bị ức chế bởi những sản phẩm phản ứng của nó như glucose, cellobiose. Hg2+ ức chế hoàn toàn cellulose, trong khi các ion như Mn2+, Ag+, Cu2+ và Zn2+ chỉ ức chế nhẹ. Hoạt tính của chế phẩm cellulase bị mất hoàn toàn sau 10 –15 phút ở 800C (Trần Đông Bách, 2008). Exocellulase được tổng hợp bởi Trichoderma reesei và đã được các nhà khoa học nghiên cứu rất kỹ. Chúng bao gồm hai loại: exocellulase kiểu I và exocellulase kiểu II.

Exocellulase kiểu I chiếm 60% lượng protein có trong dịch nuôi cấy Trichoderma reesei. Chúng có phân tử lượng khoảng 66.000 Da, điểm đẳng điện là 4,4(PI =4,4). Loại enzyme này tác dụng cả lên cellulose vô định hình và cellulose kết tinh. Nhưng chúng lại không tác đến cellulose biến tính như carboxylmethyl cellulose (CMC) hay hydroxyethycellulose, cellohexaose β-nitrophenyl, β-glucoside hay β-glucan. Exocellulase kiểu I chứa khoảng 496 amino acid (Trần Đông Bách, 2008).

Exocellulase kiểu II có phân tử lượng 53.000 Da, PI = 5,0. Chúng cũng không tác động lên CMC, chúng có khả năng tác động đến cellulose hòa tan và cả cellulose không hòa tan. Exocellulose kiểu II chưa khoảng 471 amino acid.

Exocellulase của Cellulomonas fimi có một số tính chất khác biệt so với của Trichoderma reesei. Exocellulase của Cellomonas fimi có chứa 443 amino acid. Enzyme này có ba cầu nối disufide. Hai cầu nối disufide nằm trong trung tâm hoạt động còn một cầu nối nằm ngoài trung tâm hoạt động.