Nghiên cứu hoạt tính enzym ngoại bào của một số Bacillus mới phân lập và khả năng ứng dụng chúng trong xử lý nước thải

Chia sẻ: Pham Linh Dan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

139
lượt xem 24
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 25 (2009) 101-106 Nghiên c u ho t tính enzym ngo i bào c a m t s ch ng Bacillus m i phân l p và kh năng ng d ng chúng trong x lý nư c th i Ngô T Thành, Bùi Th Vi t Hà*, Vũ Minh ð c, Chu Văn M n Khoa Sinh, Trư ng ð i h c Khoa h c T nhiên, ðHQGHN, 334 Nguy n Trãi, Hà N i, Vi t Nam Nh n ngày 02 tháng 4 năm 2007 Tóm t t. Vi khu...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu hoạt tính enzym ngoại bào của một số Bacillus mới phân lập và khả năng ứng dụng chúng trong xử lý nước thải

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 25 (2009) 101-106 Nghiên c u ho t tính enzym ngo i bào c a m t s ch ng Bacillus m i phân l p và kh năng ng d ng chúng trong x lý nư c th i Ngô T Thành, Bùi Th Vi t Hà*, Vũ Minh ð c, Chu Văn M n Khoa Sinh, Trư ng ð i h c Khoa h c T nhiên, ðHQGHN, 334 Nguy n Trãi, Hà N i, Vi t Nam Nh n ngày 02 tháng 4 năm 2007 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 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 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 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 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 nên ñã có ngày càng nhi u các nghiên c u sâu v chi Bacillus này cũng như m r n g ng d ng 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 Nam, chúng tôi ñã thu nh n các ch ng Bacillus có ho t tính phong phú t các vùng sinh thái khác nhau nh m t n g bư c xây d ng b sưu t p các ch ng c a chi vi khu n quan tr n g này. Trong k t 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 nhau, trong ñó ñã kh o sát ho t tính các enzym ngo i bào như proteaza, amylaza và CMC-aza c a 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 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 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 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 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 92mg/L. T khóa: Bacillus.spp, enzyme, wastewater treatment. ∗ ch y t y r a [1,2], công nghi p th c p h m - 1. ð t v n ñ bánh k o - ñ u ng [3,4], công nghi p dư c ph m [5], công nghi p thu c da [1,6], công Vi khu n t hu c chi Bacillus có ti m năng nghi p d t [5], và trong x lý ch t th i [1,7]. l n v các enzym ngo i bào. Nhi u trong s các Riêng v ng d ng vi khu n này trong x lý enzym ngo i b ào này là nh ng enzym thu nư c th i thì chưa th y tài li u nào công b . phân các phân t h u cơ l n. Chính vì th vi Tuy nhiên, như trên ñã nói, nhi u enzym ngo i khu n này có nhi u ng d ng trong các lĩnh bào c a Bacillus là enzym thu p hân các phân v c khác nhau [1] như: công nghi p s n xu t t h u cơ l n, và vì trong nư c th i sinh ho t và nư c th i t công nghi p th c p h m nói chung _______ ∗ r t giàu ch t h u cơ nên vi c ng d ng vi Tác gi liên h . ð T: 84-4-38588856 E-mail: habtv@vnu.edu.vn 101
102 N .T. Thành và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25 (2009) 101-106 3. K t qu và th o lu n khu n này ñ x lý các lo i nư c th i ñó là có tri n v ng. Bài báo này trình bày ba ho t tính enzym thu p hân ngo i bào c a m t s ch ng 3.1. Phân l p Bacillus Bacillus và thăm dò kh năng ng d ng ñ x T các m u ñ t các vùng ñ a lý thu c lý nư c th i sông Tô L ch và nư c th i nhà máy nhi u t nh khác nhau, ñã phân l p ñư c 236 s a Vinamilk Gia Lâm Hà N i. Nh ng ch ng ch ng Bacillus. M t s ch ng ñã ñư c ki m tra này n m trong s 236 ch ng m i phân l p t v các ho t tính enzym thu phân ngo i bào, các vùng ñ a lý khác nhau nh m khai thác tính như ñư c trình bày dư i ñây. ña d ng v sinh lý và s thích ng b ng enzym c a Bacillus [8]. 2. Nguyên li u và phương pháp nghiên c u T20 M27 2.1. Vi sinh v t Các ch ng Bacillus dùng trong nghiên c u ñư c phân l p t ñ t nhi u vùng ñ a lý và t Hình 1. Vùng phân hu gelatin c a hai ch ng T20 nư c th i sông Tô L ch Hà N i cũng như nư c và M27. th i nhà máy s a Vinamilk Gia Lâm Hà N i. 3.2 Ho t tính proteaza 2.3. Phân l p Bacillus - Các ch ng T20 và M27 th hi n ho t tính Các m u phân l p ñư c pha loãng t i ñ phân hu gelatin và phân hu s a g y, như nêu pha loãng c n thi t r i ñư c x lý nhi t 800C trong hình 1 trong ñó ch ng T20 m nh hơn trong 15 phút, sau ñó ñư c c y g t lên môi ch ng M27. trư ng th ch dinh dư ng. Nuôi nhi t ñ 28- - Các ch ng TR1, TR5, TR6, TR12, TR13 300C trong 24 gi . Các khu n l c m c lên ñư c và TR14 th hi n m t ho t tính proteaza ñư c ki m tra hi n vi và ki m tra các ñ c ñi m khác, c m ng b i 1% s a g y, như nêu trong hình 2. n u p hù h p v i các ñ c ñi m c a Bacillus thì ñư c c y chuy n sang th ch nghiêng ñ b o qu n. 2.3. Xác ñ nh ho t tính proteaza, amylaza và xenlulaza (CMC-aza) Các ho t tính này ñư c xác ñ nh theo k thu t khu ch tán trên th ch 2.4. Xác ñ nh nhu c u oxy sinh hoá 5 ngày (BOD5) (Theo tiêu chu n Vi t Nam ISO 5815:1989). Hình 2. Tác d ng c m n g c a s a g y ñ i v i ho t tính proteaz a c a 6 ch ng TR.
103 N .T. Thành và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25 (2009) 101-106 b ng tinh b t v i cùng lư ng thì 17/20 ch ng th hi n vòng phân hu tinh b t (hình 5). Hình 3. Kh năng phân hu s a g y c a 20 ch ng (TH1-TH20) trên môi trư ng MP. Hình 5. Ho t tính phân hu tinh b t c a các ch ng t TH1 ñ n TH20. Bên trái là các l ñư c tra d ch nuôi - Các ch ng t TH1ñ n TH20 th hi n kh các ch n g trên môi trư ng HA+1% tinh b t; t t c các ch ng ñ u không th hi n ho t tính phân hu năng phân hu s a g y như trên hình 3, trong tinh b t, ñây ch trình bày m t s ch ng trong ñó. ñó các ch ng TH5 và TH8 là m nh nh t. Bên ph i là các l ñư c tra d ch nuôi các ch ng trên môi trư ng HA trong ñó glucoza ñư c thay b ng 3.3. Ho t tính amylaza tinh b t, k t qu là m t s ch ng th hi n ho t tính - Các ch ng T20 và M27, trong th nghi m phân hu tinh b t. c y ñi m, ñ u th hi n ho t tính amylaza, v i ñư ng kính vòng phân hu b ng 19,5 và 20mm 3.4. Ho t tính CMC-aza theo th t . - Hai ch ng T20 và M27 ñ u th hi n ho t - Các ch ng TR4, TR6, TR8, TR10, TR12, tính CMC-aza m c 20mm, theo th nghi m và TR14, trong th nghi m ñ c l , m c dù c y ñi m trên môi trư ng MT4. không th hi n ho t tính amylaza ngo i bào trên môi trư ng HA d ch th nhưng ñã th hi n ho t - Các ch ng t TR1 ñ n TR14, tr ch ng s tính này trên môi trư ng HA d ch th +1% tinh 10, t t c ñ u th hi n ho t tính CMC-aza trên b t (hình 4). môi trư ng HA ki m (hình 6a), và ho t tính này tăng lên ñáng k n u môi trư ng nuôi ñ ư c b sung CMC (hình 6b). Hình 4. Tác d ng c m n g c a tinh b t ñ i v i amylaza c a 7 ch ng nghiên c u. - Các ch ng t TH1 ñ n TH20, trong th nghi m ñ c l , ñ u không th hi n ho t tính Hình 6a. Các ch ng t TR1 ñ n TR14 nuôi trên môi phân hu tinh b t trên môi trư ng HA và môi trư ng HA ki m, tr ch ng s 10, ñ u th hi n vòng trư ng HA + 1% tinh b t. Tuy nhiên, n u ho t tính CMC-aza, theo th nghi m ñ c l . glucoza trong môi trư ng HA ñư c thay th
104 N .T. Thành và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25 (2009) 101-106 Nhìn chung, c b a ho t tính enzym nói trên (proteaza, amylaza và CMC-aza) các ch ng nghiên c u là r t ña d ng, c v m c ñ ho t tính và v m c ñ ư c c m ng. ði u ñó t o nhi u kh năng l a ch n nh ng ch ng thích h p cho m c ñích x lý môi trư ng ô nhi m h u cơ. 3.5. Thăm dò kh năng x lý nư c th i Hình 6b. Các ch ng TR mang s hi u 1, 3, 5, 7, 9, 3.5.1. X lý nư c th i nhà máy s a 11, 13 th hi n m t ho t tính CMC-aza ñư c c m Vinamilk Gia Lâm Hà N i ng b ng CMC m c ñ khác nhau. D ch nuôi 4 ngày tu i c a ch ng T20 trên Các ch ng t TH1 ñ n TH20 ñ u không môi trư ng HA ñ ư c lo i b t bào và dùng làm bi u hi n ho t tính CMC-aza trên môi trư ng ch p h m (ch p h m T20), ñư c b sung vào HA, nhưng 14 ch ng trong s ñó bi u hi n ho t nư c th i theo t l 1/2 (v/v) và x lý hi u khí tính này trên môi trư ng HA+1% CMC (hình 7). l c. Hình 8 cho th y ch p h m T20 làm gi m ñáng k BOD5 c a nư c th i ñư c x lý, xu ng còn 730, so v i 1250mg/L c a công th c x lý l c không có ch ph m. Ký hi u ch ng Hình 7. Kh năng phân hu CMC c a các ch ng t TH1 ñ n TH20, theo th nghi m ñ c l . 14 ch ng có ñư ng kính vùng phân hu > 10mm là nh ng ch ng có ho t tính. Hình 9. Tác d ng c a ch ph m TR6 trong x lý nư c th i. ð i ch ng 1: M u nư c th i không x lý. ð i ch ng 2: M u nư c th i x lý l c không b sung ch ph m. Trong m t thí nghi m khác, 10ml huy n d ch t b ào TR6 có OD600 = 0,6 ñư c b sung vào 50ml nư c th i trư c khi x lý l c. Hình 9 cho th y ch p h m này làm gi m rõ r t BOD5 Hình 8. Tác d ng c a ch ph m T20 trong x lý c a nư c th i, xu ng còn 610 so v i 800mg/L nư c th i. ð i ch ng 1: M u nư c th i không x lý. c a m u x lý l c không b sung ch p h m. ð i ch ng 2: M u nư c th i x lý l c không b sung ch ph m.
105 N .T. Thành và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25 (2009) 101-106 ph m bào t có th là m t gi i p háp khác nh m tránh hi u ng ph có th có v a nêu. 4. K t l u n ðã phân l p ñư c 236 ch ng Bacillus t các m u ñ t và nư c th i khác nhau, trong ñó ñã kh o sát ho t tính các enzym ngo i b ào như proteaza, amylaza và CMC-aza c a 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 giá tr BOD5 c a nư c th i nhà máy s a Vinamilk Gia Hình 10. Hi u qu x lý nư c th i b ng ch ph m Lâm Hà N i ñư c x lý l c có và không có d ch TH5. Hai công th c x lý v i ch ph m là XL2 và nuôi ch ng T20 l n lư t là 1250 và 730mg/L. XL3 xem chi ti t trong bài. Các giá tr BOD5 c a nư c th i y ñ ư c x lý l c có và không có huy n d ch t bào TR6 l n 3.5.2. X lý nư c th i sông Tô L ch lư t là 800 và 610mg/L. Các giá tr BOD5 c a Huy n d ch t b ào ch ng TH5 có OD600 = nư c th i sông Tô L ch x lý l c có và không 1,7 ñư c dùng hai n ng ñ , như trong các có d ch nuôi ch ng TH5 pha loãng l n lư t là công th c thí nghi m sau ñây: 165 và 92mg/L. + ðC 1 (ñ i ch ng 1): nư c th i trư c x lý. + ðC 2 (ñ i ch ng 2): nư c th i ñ yên không l c, 300 C, 5 ngày. L i c m ơn + XL 1: x lý l c 200 vòng/phút, 300C, 5 Công trình có s h tr c a chương trình ngày. NCCB trong KHTN (B KH&CN). Các tác gi + XL 2: x lý l c có ch p h m (10ml/50ml xin chân thành c m ơn PGS.TS Ki u H u nh nư c th i), 200 vòng/phút, 300C, 5 ngày. ñã ñ c và góp cho b n th o. + XL 3: x lý l c có ch p h m (10m ch ph m p ha loãng g p ñôi/50ml nư c th i), 200 vòng/phút, 300C, 5 ngày. Tài li u tham kh o Hình 10 cho th y ch ph m TH5 hai n ng ñ khác nhau (công th c XL2 và XL3) làm [1] R. Gupta, Q.K. Beg, P.Lorenz, Bacterial alkaline gi m m nh BOD5 xu ng còn 116,67 và proteases: molecular approaches and industrial 92,2mg/L theo th t , so v i 165,55mg/L applications, Appl Microbiol Biotechnol 59 (2002) 15. công th c x lý không có ch p h m. ði u ñáng chú ý là n ng ñ th p c a ch ph m ( công [2] H. Outtrup, T.S. Jorgensen ST, The importance of Bacillus species in the production of industrial th c XL3) hi u qu x lý l i cao hơn n ng ñ enzymes. In: Berkeley R, Heyndrickx M, Logan cao c a ch ph m (công th c XL2). ði u này N, De Vos P (eds), Applications and có th liên quan ñ n m t hi u ng ph : vi c ñưa systematics of Bacillus and relatives, Blackwell ch ph m n ng ñ cao vào nư c th i có th publishing, UK, 2002, pp 206-218. cũng ñưa thêm ch t h u cơ vào ñó, do ñó bù l i [3] P.G. Dalev, Utilization of waste feathers from m t p h n BOD ñ ư c gi m do tác d ng c a ch poultry slaughter for production of a protein ph m. Vì v y trong th c ti n x lý, s d ng ch concentrate, Bioresour Technol 48 (1994) 265.
106 N .T. Thành và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25 (2009) 101-106 [4] B.D. Rebeca, Pena-Vera MT, Diaz – Castaneda isolate of Bacillus subtilis K2, for use in leather M, Production of fish protein hydrolysates with processing, J Chem Technol Biotechnol 74 (1999) 5. bacterial proteases; yield and nutritional value, [7] M. Kubo, J. Okajima, F. Hasumi, Isolation and J Food Sci 56 (1991) 309. characterization of soybean waste – degrading [5] M. Schallmey, A. Singh, P.O.Ward, Developments microorganisms and analysis of fertilizer effects in the use of Bacillus species for industrial of the degraded products, Applied and production, Can J Microbiol 50 (2004) 1. Environmental Microbiology 60 (1994) 243. [6] A. Hammed, T. Keshavarz, C.S. Evan, Effect of [8] F.G. Priest, Extracellular Enzyme synthesis in dissolved oxygen tension and pH on the the Genus Bacillus, Bacteriological Reviews production of extracellular protease from a new 41 (1977) 711. Study on extracellular enzymes of some newly isolated Bacillus strains and their ability to use them for wastewater treatment Ngo Tu Thanh, Bui Thi Viet Ha, Vu Minh ðuc, Chu Van Man Faculty of Biology, College of Science, VNU, 334 Nguyen Trai, Hanoi, Vietnam 236 Bacillus strains were isolated from soil and wastewater samples. The activities of extracellular enzymes of 36 isolates were investigated. Most of them secreted extracellular protease, amylase, and carboxymetylcellulase. Under the laboratory conditions, the wastewater treament with preparations made from strains T20, TR6 and TH5 decreased significantly BOD5 values of wastewaters. Examples: BOD5 values of wastewater from Vinamilk Gia Lam Ha Noi treated by shaking without and with cultural fluid of the strain T20 were 1250 and 730 mg/L, respectively; BOD5 values of wastewater from To Lich river treated by shaking without and with diluted cell suspension of the strain TH5 were 165 and 92 mg/L, respectively. Keywords: Bacillus.spp, enzyme, wastewater treatment.