Nghiên cứu sinh tổng hợp enzyme Lignin peroxidase (LiP) từ nấm Đảm kết hợp Laccase để loại bỏ màu nước thải dệt nhuộm

Nước thải và thành phần các chất ô nhiễm có trong nước thải ngành dệt nhuộm được đánh giá là tác nhân gây ô nhiễm lớn nhất trong số các ngành công nghiệp. Thuốc nhuộm là thành phần khó xử lý, đặc biệt là thuốc nhuộm Azo không tan, loại thuốc nhuộm đang được sử dụng phổ biến nhất hiện nay (chiếm 60-70% thị phần). Lượng thuốc nhuộm còn dư sau công đoạn nhuộm có thể lên đến 50% tổng lượng thuốc nhuộm được sử dụng ban đầu.

Khả năng loại màu đỏ (NY1 & NY7) và màu xanh (NY3, NY5 & IN13) của nấm L. squarrosulus MPN12 trước và sau 5 ngày nuôi cấy

Dựa vào thực trạng trên, đề tài “Nghiên cứu sinh tổng hợp enzyme Lignin peroxidase (LiP) từ nấm Đảm kết hợp Laccase để loại bỏ màu nước thải dệt nhuộm” do TS. Vũ Đình Giáp, Viện Công nghệ HaUI làm chủ nhiệm, được triển khai thực hiện từ 6/2020 - 6/2022 nhằm tìm kiếm enzyme oxi hóa Lignin peroxidase (LiP) từ nấm Đảm (Basidiomycota) ở Việt Nam. Từ đó, nghiên cứu sinh tổng hợp, tinh sạch và xác định các đặc tính hóa-lý cũng như tính đặc hiệu cơ chất của protein enzyme LiP từ chủng nấm được lựa chọn, qua đó ứng dụng enzyme Lip tinh sạch kết hợp enzyme Lac để đánh giá khả năng loại màu thuốc nhuộm thuộc nhóm Azo trong nước thải dệt nhuộm.

Với mục tiêu: Phân lập và tuyển chọn các chủng nấm thuộc Basidiomycota có khả năng sinh tổng hợp enzyme LiP; Nuôi cấy nấm và tối ưu các điều kiện cho quá trình lên men sinh tổng hợp enzyme LiP; Tinh sạch protein enzyme hoạt tính LiP từ môi trường nuôi cấy nấm; Nghiên cứu đặc tính và xác định các hằng số xúc tác, tính đặc hiệu cơ chất của enzyme; Nghiên cứu khả năng loại màu thuốc nhuộm thuộc nhóm Azo trong nước thải dệt nhuộm bằng hỗn hợp enzyme LiP và Lac. Sau 02 năm triển khai và thực hiện nhóm nghiên cứu đã đạt được các kết quả sau:

+ Từ bộ chủng nấm đã sàng lọc hoạt tính LiP và lựa chọn chủng Pleurotus pulmonarius CPG6có khả năng sinh tổng hợp enzyme cao nhất đạt 102.6U/mL.

+ Enzyme LiP tinh sạch từ nấm P. pulmonarius CPG6 qua 3 cột sắc ký có tổng protein enzyme 32 mg, hoạt tính riêng 6,59 U/mg và hiệu suất 59% với độ tinh sạch 17,8 lần. Các đặc tính sinh hóa của LiP cho thấy, pH tối ưu 3.0, nhiệt độ tối ưu là 30°C.

+ Enzyme tinh sạch có tính đặc hiệu cơ chất và hằng số xúc tác với cơ chất Veratryl alcohol như sau: K_m của LiP là 25 µM, tốc độ xúc tác (K_cat) của phản ứng là 3.4 s^-1, khi đó hiệu suất xúc tác (k_cat/K_m) là 0.136 µM^-1 s^-1.

+ Hiệu suất khử màu thuốc nhuộm thuộc nhóm azo (NY3, NY5, PB, NY1, IN13 và NY7) bằng enzyme LiP tinh sạchsau 48 giờ lần lượt là 92%, 70,5%, 73,5%, 34,5%, 61% và 56%.

+ Sự biến động COD, BOD₅ và TSS trong nước thải dệt nhuộm bằng hỗn hợp enzyme thu được từ dịch nuôi cấy nấm như sau: COD giảm 70%, BOD5 giảm 62% và TSS giảm 60%.

Đây là nghiên cứu đầu tiên liên quan đến phân lập, tinh sạch và nghiên cứu đặc tính lignin peroxidase (Lip) từ nấm Đảm tại Việt Nam. Đồng thời, sử dụng enzyme Lip tinh sạch kết hợp Lac để đánh giá khả năng loại màu thuốc nhuộm thuộc nhóm Azo có trong nước thải dệt nhuộm. Những kết quả thu được từ đề tài đã góp phần nâng cao hiểu biết về vai trò, tiềm năng của enzyme oxi hóa nói chung và enzyme LiP hay Lac nói riêng nhằm ứng dụng để loại bỏ chất màu trong nước thải dệt nhuộm.