Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 25 (2009) 101-106<br />
<br />
Nghiên c u ho t tính enzym ngo i bào c a m t s ch ng<br />
Bacillus m i phân l p và kh năng ng d ng chúng<br />
trong x lý nư c th i<br />
Ngô T Thành, Bùi Th Vi t Hà*, Vũ Minh ð c, Chu Văn M n<br />
Khoa Sinh, Trư ng ð i h c Khoa h c T nhiên, ðHQGHN, 334 Nguy n Trãi, Hà N i, Vi t Nam<br />
Nh n ngày 02 tháng 4 năm 2007<br />
<br />
Tóm t t. Vi khu n thu c chi Bacillus phân b r ng rãi trong t nhiên, ña d ng v sinh thái. Các<br />
loài Bacillus ñã, ñang và ngày càng tr thành nh ng vi sinh v t quan tr ng hàng ñ u v m t ng<br />
d ng. Các ng d ng c a chúng bao trùm hàng lo t lĩnh v c, t s n xu t th c ph m th công truy n<br />
th ng ñ n công ngh lên men hi n ñ i, ñ n sinh h c phân t , y-dư c h c ch a các b nh hi m<br />
nghèo, m ph m, x lý môi trư ng ô nhi m, thu h i b c kim lo i t các ph li u. Chính vì l ñó<br />
nên ñã có ngày càng nhi u các nghiên c u sâu v chi Bacillus này cũng như m r ng ng d ng<br />
c a chúng ñ i v i ñ i s ng con ngu i. T thiên nhiên nhi t ñ i và á nhi t ñ i ña d ng c a Vi t<br />
Nam, chúng tôi ñã thu nh n các ch ng Bacillus có ho t tính phong phú t các vùng sinh thái khác<br />
nhau nh m t ng bư c xây d ng b sưu t p các ch ng c a chi vi khu n quan tr ng này. Trong k t<br />
qu nghiên c u, chúng tôi phân l p ñư c 236 ch ng Bacillus t các m u ñ t và nư c th i khác<br />
nhau, trong ñó ñã kh o sát ho t tính các enzym ngo i bào như proteaza, amylaza và CMC-aza c a<br />
236 ch ng. Trong s ñó, các ch ng T20, TR6 và TH5 có tác d ng t t trong x lý nư c th i. Các<br />
giá tr BOD5 c a nư c th i nhà máy s a Vinamilk Gia Lâm Hà N i ñư c x lý l c có và không có<br />
d ch nuôi ch ng T20 l n lư t là 1250 và 730mg/L. Các giá tr BOD5 c a nư c th i y ñư c x lý<br />
l c có và không có huy n d ch t bào TR6 l n lư t là 800 và 610mg/L. Các giá tr BOD5 c a nư c<br />
th i sông Tô L ch x lý l c có và không có d ch nuôi ch ng TH5 pha loãng l n lư t là 165 và<br />
92mg/L.<br />
T khóa: Bacillus.spp, enzyme, wastewater treatment.<br />
<br />
1. ð t v n ñ<br />
<br />
∗<br />
<br />
ch y t y r a [1,2], công nghi p th c ph m bánh k o - ñ u ng [3,4], công nghi p dư c<br />
ph m [5], công nghi p thu c da [1,6], công<br />
nghi p d t [5], và trong x lý ch t th i [1,7].<br />
Riêng v ng d ng vi khu n này trong x lý<br />
nư c th i thì chưa th y tài li u nào công b .<br />
Tuy nhiên, như trên ñã nói, nhi u enzym ngo i<br />
bào c a Bacillus là enzym thu phân các phân<br />
t h u cơ l n, và vì trong nư c th i sinh ho t và<br />
nư c th i t công nghi p th c ph m nói chung<br />
r t giàu ch t h u cơ nên vi c ng d ng vi<br />
<br />
Vi khu n thu c chi Bacillus có ti m năng<br />
l n v các enzym ngo i bào. Nhi u trong s các<br />
enzym ngo i bào này là nh ng enzym thu<br />
phân các phân t h u cơ l n. Chính vì th vi<br />
khu n này có nhi u ng d ng trong các lĩnh<br />
v c khác nhau [1] như: công nghi p s n xu t<br />
<br />
_______<br />
∗<br />
<br />
Tác gi liên h . ðT: 84-4-38588856<br />
E-mail: habtv@vnu.edu.vn<br />
<br />
101<br />
<br />
102<br />
<br />
N.T. Thành và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25 (2009) 101-106<br />
<br />
khu n này ñ x lý các lo i nư c th i ñó là có<br />
tri n v ng. Bài báo này trình bày ba ho t tính<br />
enzym thu phân ngo i bào c a m t s ch ng<br />
Bacillus và thăm dò kh năng ng d ng ñ x<br />
lý nư c th i sông Tô L ch và nư c th i nhà máy<br />
s a Vinamilk Gia Lâm Hà N i. Nh ng ch ng<br />
này n m trong s 236 ch ng m i phân l p t<br />
các vùng ñ a lý khác nhau nh m khai thác tính<br />
ña d ng v sinh lý và s thích ng b ng enzym<br />
c a Bacillus [8].<br />
<br />
3. K t qu và th o lu n<br />
3.1. Phân l p Bacillus<br />
T các m u ñ t<br />
các vùng ñ a lý thu c<br />
nhi u t nh khác nhau, ñã phân l p ñư c 236<br />
ch ng Bacillus. M t s ch ng ñã ñư c ki m tra<br />
v các ho t tính enzym thu phân ngo i bào,<br />
như ñư c trình bày dư i ñây.<br />
<br />
2. Nguyên li u và phương pháp nghiên c u<br />
T20<br />
<br />
2.1. Vi sinh v t<br />
Các ch ng Bacillus dùng trong nghiên c u<br />
ñư c phân l p t ñ t nhi u vùng ñ a lý và t<br />
nư c th i sông Tô L ch Hà N i cũng như nư c<br />
th i nhà máy s a Vinamilk Gia Lâm Hà N i.<br />
2.3. Phân l p Bacillus<br />
Các m u phân l p ñư c pha loãng t i ñ<br />
pha loãng c n thi t r i ñư c x lý nhi t 800C<br />
trong 15 phút, sau ñó ñư c c y g t lên môi<br />
trư ng th ch dinh dư ng. Nuôi nhi t ñ 28300C trong 24 gi . Các khu n l c m c lên ñư c<br />
ki m tra hi n vi và ki m tra các ñ c ñi m khác,<br />
n u phù h p v i các ñ c ñi m c a Bacillus thì<br />
ñư c c y chuy n sang th ch nghiêng ñ b o<br />
qu n.<br />
<br />
M27<br />
<br />
Hình 1. Vùng phân hu gelatin c a hai ch ng T20<br />
và M27.<br />
<br />
3.2 Ho t tính proteaza<br />
- Các ch ng T20 và M27 th hi n ho t tính<br />
phân hu gelatin và phân hu s a g y, như nêu<br />
trong hình 1 trong ñó ch ng T20 m nh hơn<br />
ch ng M27.<br />
- Các ch ng TR1, TR5, TR6, TR12, TR13<br />
và TR14 th hi n m t ho t tính proteaza ñư c<br />
c m ng b i 1% s a g y, như nêu trong hình 2.<br />
<br />
2.3. Xác ñ nh ho t tính proteaza, amylaza và<br />
xenlulaza (CMC-aza)<br />
Các ho t tính này ñư c xác ñ nh theo k<br />
thu t khu ch tán trên th ch<br />
2.4. Xác ñ nh nhu c u oxy sinh hoá 5 ngày<br />
(BOD5) (Theo tiêu chu n Vi t Nam ISO<br />
5815:1989).<br />
Hình 2. Tác d ng c m ng c a s a g y ñ i v i ho t<br />
tính proteaz a c a 6 ch ng TR.<br />
<br />
N.T. Thành và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25 (2009) 101-106<br />
<br />
103<br />
<br />
b ng tinh b t v i cùng lư ng thì 17/20 ch ng<br />
th hi n vòng phân hu tinh b t (hình 5).<br />
<br />
Hình 3. Kh năng phân hu s a g y c a 20 ch ng<br />
(TH1-TH20) trên môi trư ng MP.<br />
<br />
- Các ch ng t TH1ñ n TH20 th hi n kh<br />
năng phân hu s a g y như trên hình 3, trong<br />
ñó các ch ng TH5 và TH8 là m nh nh t.<br />
3.3. Ho t tính amylaza<br />
- Các ch ng T20 và M27, trong th nghi m<br />
c y ñi m, ñ u th hi n ho t tính amylaza, v i<br />
ñư ng kính vòng phân hu b ng 19,5 và 20mm<br />
theo th t .<br />
- Các ch ng TR4, TR6, TR8, TR10, TR12,<br />
và TR14, trong th nghi m ñ c l , m c dù<br />
không th hi n ho t tính amylaza ngo i bào trên<br />
môi trư ng HA d ch th nhưng ñã th hi n ho t<br />
tính này trên môi trư ng HA d ch th +1% tinh<br />
b t (hình 4).<br />
<br />
Hình 5. Ho t tính phân hu tinh b t c a các ch ng t<br />
TH1 ñ n TH20. Bên trái là các l ñư c tra d ch nuôi<br />
các ch ng trên môi trư ng HA+1% tinh b t; t t c<br />
các ch ng ñ u không th hi n ho t tính phân hu<br />
tinh b t, ñây ch trình bày m t s ch ng trong ñó.<br />
Bên ph i là các l ñư c tra d ch nuôi các ch ng trên<br />
môi trư ng HA trong ñó glucoza ñư c thay b ng<br />
tinh b t, k t qu là m t s ch ng th hi n ho t tính<br />
phân hu tinh b t.<br />
<br />
3.4. Ho t tính CMC-aza<br />
- Hai ch ng T20 và M27 ñ u th hi n ho t<br />
tính CMC-aza m c 20mm, theo th nghi m<br />
c y ñi m trên môi trư ng MT4.<br />
- Các ch ng t TR1 ñ n TR14, tr ch ng s<br />
10, t t c ñ u th hi n ho t tính CMC-aza trên<br />
môi trư ng HA ki m (hình 6a), và ho t tính này<br />
tăng lên ñáng k n u môi trư ng nuôi ñư c b<br />
sung CMC (hình 6b).<br />
<br />
Hình 4. Tác d ng c m ng c a tinh b t ñ i v i<br />
amylaza c a 7 ch ng nghiên c u.<br />
<br />
- Các ch ng t TH1 ñ n TH20, trong th<br />
nghi m ñ c l , ñ u không th hi n ho t tính<br />
phân hu tinh b t trên môi trư ng HA và môi<br />
trư ng HA + 1% tinh b t. Tuy nhiên, n u<br />
glucoza trong môi trư ng HA ñư c thay th<br />
<br />
Hình 6a. Các ch ng t TR1 ñ n TR14 nuôi trên môi<br />
trư ng HA ki m, tr ch ng s 10, ñ u th hi n vòng<br />
ho t tính CMC-aza, theo th nghi m ñ c l .<br />
<br />
104<br />
<br />
N.T. Thành và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25 (2009) 101-106<br />
<br />
Nhìn chung, c ba ho t tính enzym nói trên<br />
(proteaza, amylaza và CMC-aza) các ch ng<br />
nghiên c u là r t ña d ng, c v m c ñ ho t<br />
tính và v m c ñư c c m ng. ði u ñó t o<br />
nhi u kh năng l a ch n nh ng ch ng thích<br />
h p cho m c ñích x lý môi trư ng ô nhi m<br />
h u cơ.<br />
3.5. Thăm dò kh năng x lý nư c th i<br />
Hình 6b. Các ch ng TR mang s hi u 1, 3, 5, 7, 9,<br />
11, 13 th hi n m t ho t tính CMC-aza ñư c c m<br />
ng b ng CMC m c ñ khác nhau.<br />
<br />
Các ch ng t TH1 ñ n TH20 ñ u không<br />
bi u hi n ho t tính CMC-aza trên môi trư ng<br />
HA, nhưng 14 ch ng trong s ñó bi u hi n ho t<br />
tính này trên môi trư ng HA+1% CMC (hình 7).<br />
<br />
3.5.1. X lý nư c th i nhà máy s a<br />
Vinamilk Gia Lâm Hà N i<br />
D ch nuôi 4 ngày tu i c a ch ng T20 trên<br />
môi trư ng HA ñư c lo i b t bào và dùng làm<br />
ch ph m (ch ph m T20), ñư c b sung vào<br />
nư c th i theo t l 1/2 (v/v) và x lý hi u khí<br />
l c. Hình 8 cho th y ch ph m T20 làm gi m<br />
ñáng k BOD5 c a nư c th i ñư c x lý, xu ng<br />
còn 730, so v i 1250mg/L c a công th c x lý<br />
l c không có ch ph m.<br />
<br />
Ký hi u ch ng<br />
<br />
Hình 7. Kh năng phân hu CMC c a các ch ng t<br />
TH1 ñ n TH20, theo th nghi m ñ c l . 14 ch ng<br />
có ñư ng kính vùng phân hu > 10mm là nh ng<br />
ch ng có ho t tính.<br />
<br />
Hình 9. Tác d ng c a ch ph m TR6 trong x lý<br />
nư c th i. ð i ch ng 1: M u nư c th i không x lý.<br />
ð i ch ng 2: M u nư c th i x lý l c không b sung<br />
ch ph m.<br />
<br />
Hình 8. Tác d ng c a ch ph m T20 trong x lý<br />
nư c th i. ð i ch ng 1: M u nư c th i không x lý.<br />
ð i ch ng 2: M u nư c th i x lý l c không b<br />
sung ch ph m.<br />
<br />
Trong m t thí nghi m khác, 10ml huy n<br />
d ch t bào TR6 có OD600 = 0,6 ñư c b sung<br />
vào 50ml nư c th i trư c khi x lý l c. Hình 9<br />
cho th y ch ph m này làm gi m rõ r t BOD5<br />
c a nư c th i, xu ng còn 610 so v i 800mg/L<br />
c a m u x lý l c không b sung ch ph m.<br />
<br />
N.T. Thành và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25 (2009) 101-106<br />
<br />
105<br />
<br />
ph m bào t có th là m t gi i pháp khác nh m<br />
tránh hi u ng ph có th có v a nêu.<br />
<br />
4. K t lu n<br />
<br />
Hình 10. Hi u qu x lý nư c th i b ng ch ph m<br />
TH5. Hai công th c x lý v i ch ph m là XL2 và<br />
XL3 xem chi ti t trong bài.<br />
<br />
3.5.2. X lý nư c th i sông Tô L ch<br />
Huy n d ch t bào ch ng TH5 có OD600 =<br />
1,7 ñư c dùng hai n ng ñ , như trong các<br />
công th c thí nghi m sau ñây:<br />
+ ðC 1 (ñ i ch ng 1): nư c th i trư c x lý.<br />
+ ðC 2 (ñ i ch ng 2): nư c th i ñ yên<br />
không l c, 300 C, 5 ngày.<br />
+ XL 1: x lý l c 200 vòng/phút, 300C, 5<br />
ngày.<br />
+ XL 2: x lý l c có ch ph m (10ml/50ml<br />
nư c th i), 200 vòng/phút, 300C, 5 ngày.<br />
+ XL 3: x lý l c có ch ph m (10m ch<br />
ph m pha loãng g p ñôi/50ml nư c th i), 200<br />
vòng/phút, 300C, 5 ngày.<br />
Hình 10 cho th y ch ph m TH5 hai n ng<br />
ñ khác nhau (công th c XL2 và XL3) làm<br />
gi m m nh BOD5 xu ng còn 116,67 và<br />
92,2mg/L theo th t , so v i 165,55mg/L<br />
công th c x lý không có ch ph m. ði u ñáng<br />
chú ý là n ng ñ th p c a ch ph m (công<br />
th c XL3) hi u qu x lý l i cao hơn n ng ñ<br />
cao c a ch ph m (công th c XL2). ði u này<br />
có th liên quan ñ n m t hi u ng ph : vi c ñưa<br />
ch ph m n ng ñ cao vào nư c th i có th<br />
cũng ñưa thêm ch t h u cơ vào ñó, do ñó bù l i<br />
m t ph n BOD ñư c gi m do tác d ng c a ch<br />
ph m. Vì v y trong th c ti n x lý, s d ng ch<br />
<br />
ðã phân l p ñư c 236 ch ng Bacillus t<br />
các m u ñ t và nư c th i khác nhau, trong ñó<br />
ñã kh o sát ho t tính các enzym ngo i bào như<br />
proteaza, amylaza và CMC-aza c a 236 ch ng.<br />
Trong s ñó, các ch ng T20, TR6 và TH5 có<br />
tác d ng t t trong x lý nư c th i. Các giá tr<br />
BOD5 c a nư c th i nhà máy s a Vinamilk Gia<br />
Lâm Hà N i ñư c x lý l c có và không có d ch<br />
nuôi ch ng T20 l n lư t là 1250 và 730mg/L.<br />
Các giá tr BOD5 c a nư c th i y ñư c x lý<br />
l c có và không có huy n d ch t bào TR6 l n<br />
lư t là 800 và 610mg/L. Các giá tr BOD5 c a<br />
nư c th i sông Tô L ch x lý l c có và không<br />
có d ch nuôi ch ng TH5 pha loãng l n lư t là<br />
165 và 92mg/L.<br />
<br />
L i c m ơn<br />
Công trình có s h tr c a chương trình<br />
NCCB trong KHTN (B KH&CN). Các tác gi<br />
xin chân thành c m ơn PGS.TS Ki u H u nh<br />
ñã ñ c và góp cho b n th o.<br />
<br />
Tài li u tham kh o<br />
[1] R. Gupta, Q.K. Beg, P.Lorenz, Bacterial alkaline<br />
proteases: molecular approaches and industrial<br />
applications, Appl Microbiol Biotechnol 59<br />
(2002) 15.<br />
[2] H. Outtrup, T.S. Jorgensen ST, The importance<br />
of Bacillus species in the production of industrial<br />
enzymes. In: Berkeley R, Heyndrickx M, Logan<br />
N, De Vos P (eds), Applications and<br />
systematics of Bacillus and relatives, Blackwell<br />
publishing, UK, 2002, pp 206-218.<br />
[3] P.G. Dalev, Utilization of waste feathers from<br />
poultry slaughter for production of a protein<br />
concentrate, Bioresour Technol 48 (1994) 265.<br />
<br />