Cellulase là gì? Các công bố khoa học về Cellulase

Cellulase là một loại enzym tồn tại tự nhiên và được tìm thấy trong nhiều loài vi khuẩn, nấm và các sinh vật vi khuẩn khác. Enzym này có khả năng phá vỡ liên kết β-1,4 trong cấu trúc cellulose, một polymer có trong tường selluloz của thực vật. Cellulase chủ yếu được sử dụng trong các ngành công nghiệp giấy, dệt may, thực phẩm và năng lượng tái tạo để tách cellulose từ các nguồn tái tạo và biến nó thành các sản phẩm khác nhau như giấy, sợi giấy, tinh bột và cả nhiên liệu sinh học.
Cellulose là một polysaccharide được tìm thấy trong tường selluloz của thực vật, đặc biệt là trong cây gai, cây dại, rơm và tre. Nó là thành phần chính của cây trồng và có thể đóng vai trò quan trọng trong cung cấp chất xơ và cấu trúc cho cây.

Cellulase là một nhóm các enzym hoạt động như catalysts (chất xúc tác) trong quá trình phân giải cellulose thành các đơn vị đường glucose riêng lẻ. Loại enzym này tấn công và phá hủy liên kết β-1,4 giữa các đơn vị glucose trong cấu trúc cellulose.

Cellulase có thể được tìm thấy tự nhiên trong nhiều loài vi khuẩn, vi khuẩn công nghệ cao, nấm và cả một số loài động vật như côn trùng và động vật tiến hóa thấp. Một số loại cellulase có thể sản xuất bởi vi khuẩn trong ruột động vật như hươu và cua, giúp chúng phân giải cellulose từ thức ăn thực vật.

Ở ngành công nghiệp, cellulase đã được sử dụng rộng rãi để tách cellulose từ nguồn tái tạo như rơm, cây gai, cây dại và các tài nguyên ngoại nhập khác. Cellulase cũng được sử dụng để xử lý thức ăn gia súc, bắp mỹ và bã mía, thủy tinh biomat và trong sản xuất giấy để tách phần cellulose từ chất lignocellulosic. Nó cũng có thể được sử dụng trong các quá trình sản xuất năng lượng tái tạo và sản xuất thức ăn tổng hợp từ cellulose.
Cellulase là một hỗn hợp enzym đa chức năng, gồm nhiều loại enzym khác nhau, bao gồm endoglucanase, exoglucanase và β-glucosidase. Mỗi loại enzym này có chức năng riêng để phân giải cellulose thành các đơn vị đường glucose riêng lẻ.

- Endoglucanase: Loại enzym này tấn công vào bất kỳ vị trí nào trong cấu trúc cellulose và phá hủy các liên kết glycosidic bên trong polymer, tạo ra các mẩu cellulose nhỏ hơn.

- Exoglucanase: Nhóm enzyme này tấn công vào mẩu cellulose đã được cắt nhỏ bởi endoglucanase và loại bỏ các đơn vị glucose từ đầu hoặc cuối của molecule, giúp phân giải cellulose thành các mẩu cellulose nhỏ hơn.

- β-glucosidase: Đây là loại enzyme cuối cùng trong quá trình phân giải cellulose. Nó tác động lên các mẩu cellulose nhỏ hơn và gắn các đơn vị glucose lại với nhau để tạo thành đường glucose riêng lẻ.

Enzym cellulase có thể có tác dụng ở nhiều nhiệt độ khác nhau, nhưng chúng thường hoạt động tốt ở mức nhiệt độ 50-60 độ Celsius và pH từ 4 đến 7.

Trước khi cellulase được ứng dụng trong ngành công nghiệp, nó cần được sản xuất thành công trong vi mô các loài vi khuẩn hoặc nấm. Hiện nay, công nghệ sinh học đã phát triển các phương pháp phân lập và tổng hợp cellulase từ các tế bào vi khuẩn hoặc nấm để sản xuất lượng lớn enzym cellulase để sử dụng trong các quy trình công nghiệp.

Ứng dụng của cellulase không chỉ giới hạn ở ngành công nghiệp giấy, dệt may và thực phẩm, mà còn được sử dụng trong các lĩnh vực khác như chăm sóc động vật, xử lý rác thải hữu cơ và sản xuất năng lượng tái tạo. Việc sử dụng cellulase giúp tăng cường hiệu suất trong quy trình chuyển đổi cellulose thành các sản phẩm có giá trị cao và đóng góp tích cực vào việc giảm lượng chất thải và tiết kiệm nguyên liệu.