Luận án ts nghien cuu san xuat cellulose vi khuan tu acetobacter

Lời cảm ơn LỜI CẢM ƠN Em chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Vũ Tuân, thầy đã hướng dẫn em suốt quá trình thực hiện đề tài này. Trong quá trình làm việc cùng với thầy, em đã học hỏi được nhiều điều bổ ích, không chỉ là những kiến thức chuyên môn mà còn cả những kinh nghiệm khi làm việc. Khi em gặp khó khăn trong quá trình thực hiện đề tài, thầy đã kịp thời hướng dẫn, chỉ bảo tận tình. Em gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Lưu Thị Ngọc Anh, những lời truyền đạt của cô thật sự bổ ích cho em trong quá trình em làm luận văn tại trường.

Em gửi lời cảm ơn đến cô Tôn Nữ Minh Nguyệt, cô đã giúp đỡ chúng em về mặt hóa chất phục vụ cho việc thực hiện đề tài. Em cảm ơn cô Thùy Dương - bộ môn Công nghệ Sinh học của trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh đã giúp đỡ em về nguồn vi sinh vật sử dụng trong đề tài. Em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong bộ môn Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện tốt nhất về mọi mặt giúp chúng em thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp. Tôi cũng muốn bày tỏ sự cảm ơn đến tất cả các bạn bè của tôi, họ đã giúp đỡ, đặc biệt là cho tôi thấy được sự gắn bó, sự chia sẻ, sự cảm thông cũng như là những giây phút thư giãn trong khi làm việc.

Tôi xin cảm ơn với tất cả lòng chân thành. HCM, ngày 07 tháng 01 năm 2008 Phan Anh Tuấn i Tóm tắt luận văn TÓM TẮT LUẬN VĂN Acetobacter xylinum (A. xylinum) là một vi khuẩn Gram âm, có thể sản xuất một loại polysaccharide ngoại bào được gọi là cellulose vi khuẩn. Cellulose vi khuẩn có khả năng được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm và các lĩnh vực khác.

Để ứng dụng cellulose vi khuẩn một cách rộng rãi, đòi hỏi có nguồn nguyên liệu cellulose vi khuẩn dồi dào và ổn định. Gần đây, ứng dụng cellulose vi khuẩn làm màng bao thực phẩm đã được phát hiện và ứng dụng thực tế. Với mục đích sản xuất cellulose vi khuẩn phục vụ mục đích màng bao thực phẩm, với đề tài “Nghiên cứu sản xuất cellulose vi khuẩn từ Acetobacter xylinum” dưới điều kiện tĩnh, chúng tôi thực hiện khảo sát các yếu tố sau: - Khảo sát quá trình sinh tổng hợp cellulose từ A. xylinum trên môi trường Hestrin- Schramm (HS).

- Cải thiện hiệu suất sinh tổng hợp cellulose từ A. Để khảo sát sự sinh tổng hợp cellulose, A. xylinum được nuôi cấy dưới điều kiện tĩnh trên môi trường HS ở các điều kiện khác nhau nhằm rút ra điều kiện nuôi cấy tốt nhất cho chủng A. Khảo sát ảnh hưởng của pH đối với quá trình tạo cellulose của vi khuẩn A.

xylinum được tiến hành và thấy rằng, trong khoảng pH từ 4,0 đến pH 5,5, hiệu suất tổng hợp cellulose của chủng A. xylinum này là thích hợp nhất, lượng cellulose đạt được có thể ~5,2 gl-1. Bên cạnh đó, tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nguồn carbon bằng cách thay đổi nguồn carbon trong thành phần môi trường nuôi cấy, chọn được nguồn carbon thích hợp nhất cho chủng A. xylinum sinh tổng hợp cellulose là mannitol.

Lượng cellulose đạt được ~7,4 gl -1. Để chọn ra nguồn nitơ tốt nhất cho sự tổng hợp cellulose, một thí nghiệm được thực hiện với nguồn carbon là mannitol, nguồn nitơ được thay đổi, kết quả cho thấy cao nấm men cho kết quả tạo cellulose tốt nhất. Lượng cellulose đạt được ~8 gl -1 g. Khi khảo sát ảnh hưởng đồng thời của mannitol và cao nấm men lên quá trình tổng hợp cellulose của A.

xylinum, hàm lượng cellulose thu được có thể đạt được ~8,5 gl -1 khi thành phần môi trường HS được điều chỉnh với hàm lượng mannitol 15,5 gl-1 và hàm lượng cao nấm men là 6,5 gl -1, pH môi trường được chỉnh xung quanh giá trị 5,0. Với kết quả thu được trong các thí nghiệm, môi trường nuôi cấy vi khuẩn A. xylinum có tại Phòng Thí nghiệm Sinh học trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh với mục đích thu nhận cellulose nên bao gồm các thành phần sau: 15,5 gl -1 mannitol; 6,5 gl-1 cao nấm men; 5,0 gl-1 Na2HPO4; 1,115 gl-1 acid citric; pH được điều chỉnh về 5,0 là thích hợp cho ii Tóm tắt luận văn quá trình nuôi cấy. Các kết quả quả thí nghiệm này cung cấp những thông tin hữu ích cho sự phát triển khả năng sản xuất cellulose vi khuẩn trên quy mô công nghiệp.

iii Mục lục MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN.ii MỤC LỤC .iv DANH MỤC HÌNH.vi DANH MỤC BẢNG.vii DANH MỤC VIẾT TẮT. viii CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU. 1 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU.1 CELLULOSE VI KHUẨN VÀ VI SINH VẬT TỔNG HỢP CELLULOSE.1 Lịch sử nghiên cứu sự sinh tổng hợp cellulose vi khuẩn.2 Cellulose vi khuẩn và tính chất của cellulose vi khuẩn.3 Vi sinh vật tổng hợp cellulose.2 SINH TỔNG HỢP CELLULOSE TỪ VI KHUẨN A.1 Quá trình sinh tổng hợp cellulose ở A.2 Cơ chế sinh tổng hợp cellulose vi khuẩn.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp cellulose.3 ỨNG DỤNG CỦA CELLULOSE VI KHUẨN.3 Các ngành công nghiệp khác.25 CHƯƠNG 3: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP.1 Chủng vi sinh vật.2 Môi trường nuôi cấy vi sinh vật.2 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM.1 Khảo sát quá trình nhân giống.2 Khảo sát quá trình sinh tổng hợp cellulose.3 Khảo sát ảnh hưởng của pH lên hiệu suất tổng hợp cellulose của vi khuẩn A.4 Khảo sát ảnh hưởng độc lập của nguồn carbon và nitơ lên hiệu suất tổng hợp cellulose của vi khuẩn A.5 Khảo sát ảnh hưởng đồng thời của nguồn carbon và nitơ lên hiệu suất tổng hợp cellulose của vi khuẩn A.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH.1 Số lượng vi khuẩn.33 iv Mục lục 3.2 Hiệu suất cellulose.3 Phân tích thống kê.34 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN.1 KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH NHÂN GIỐNG VI KHUẨN A.2 KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH SINH TỔNG HỢP CELLULOSE.3 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA PH LÊN HIỆU SUẤT SINH TỔNG HỢP CELLULOSE CỦA VI KHUẨN A.4 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN CARBON VÀ NITƠ LÊN HIỆU SUẤT SINH TỔNG HỢP CELLULOSE CỦA VI KHUẨN A.1 Ảnh hưởng của nguồn carbon.2 Ảnh hưởng của nguồn nitơ.5 TỐI ƯU HOÁ NỒNG ĐỘ NGUỒN CARBON VÀ NITƠ.45 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ. 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO.55 v Danh mục hình DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Cấu trúc của cellulose vi khuẩn.2: Cellulose vi khuẩn (a) và cellulose thực vật (b).4: Con đường tổng hợp cellulose trong A.5: Cơ chế sinh tổng hợp cellulose vi khuẩn.6: Sự giải phóng cellulose ra môi trường ngoài từ A.7: Cellulose được tạo thành trong điều kiện nuôi cấy tĩnh và có khuấy đảo.8: Cấu trúc trong điều kiện nuôi cấy tĩnh và nuôi cấy có khuấy đảo .1: Đường cong sinh trưởng của A.2: Đồ thị biểu diễn trọng lượng cellulose thu được và giá trị pH tại các ngày lên men thứ 4, 5, 6, 7 .3: Ảnh hưởng của pH lên hiệu suất sinh tổng hợp cellulose của A.4: Trọng lượng cellulose thu được khi nguồn carbon thay đổi.5: Trọng lượng cellulose thu được khi nguồn nitơ thay đổi.44 vi Danh mục bảng DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Các vi sinh vật có khả năng tổng hợp cellulose.2: Đặc tính cấu trúc St-BC và Ag-BC .3: Tính chất St-BC và Ag-BC của A.4: Aûnh hưởng của nguồn carbon lên sự tổng hợp cellulose của.5: Các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của cellulose vi khuẩn.1: Bảng thiết kế thí nghiệm tối ưu nguồn carbon và nguồn nitơ.2: Bảng mã hoá các yếu tố ảnh hưởng cần khảo sát.1: Bảng kết quả thí nghiệm tối ưu .2: Bảng mã hoá các yếu tố ảnh hưởng cần khảo sát.47 vii Danh mục viết tắt DANH MỤC VIẾT TẮT - Ag-BC: agitated bacterial cellulose (cellulose vi khuẩn thu nhận được dưới điều kiện nuôi cấy có khuấy đảo) - A.

xylinum: Acetobacter xylinum - A. xylinus: Acetobacter xylinus - ATP: adenosine triphosohate - BASYC®: bacterial synthesised cellulose - Cel-: non-producing mutants – chủng vi khuẩn đột biến không tổng hợp cellulose. - cfu: cololy-forming units – khuẩn lạc - CS: cellulose synthase - CSL: corn steep liquor - DAP: diamon phosphate - DP: degree of polymerization - FK: Fructosekinase - FBP: Fructose-1,6-biphosphate phosphatase - Fru-bi-P: Fructose-1,6-bi-phosphate - Fru-6-P: Fructose-6-phosphate - GK: Glocosekinase - G6PDH: Fructose-1-phosphate kinase - Glc-6-P: Glucose-6-phosphate - Glc-1-P: Glucose-1-phosphate - HS: Hestrin-Schramm viii Danh mục viết tắt - HR/MAS 1H NMR: high resolution/magic angle spinning hidrogen-1 nuclear magnetic resonance. - PGI: Phosphoglucoisomerase - PGM: Phosphoglucomutase - PTS: Phosphatransferase - PGA: Phosphogluconic acid - S/V: surface/volume ratio - tỉ lệ diện tích/thể tích - SEM: Scanning electronic microscopy - St-BC: Static bacterial cellulose (cellulose vi khuẩn thu nhận được dưới điều kiện nuôi cấy tĩnh) - SA: Sulfate amon - UGP: UDP-glucose pyrophosphorylase - UDPG: Uridine diphosephoglucose - YPM: Yeast extract Peptone Mannitol - YE: Yeast extract – cao nấm men ix Chương 1.

Mở đầu Chương 1: MỞ ĐẦU Cellulose là một hợp chất hóa học thường được biết đến với vai trò là bộ khung xương quan trọng trong cơ thể thực vật. Không những cellulose được tổng hợp bởi thực vật, mà cellulose còn được tổng hợp nên bởi vi sinh vật, với tên gọi là cellulose vi khuẩn. Một trong những loài vi sinh vật có khả năng tổng hợp cellulose rất tốt đó là A. Cellulose vi khuẩn ngày càng được quan tâm nhiều hơn bởi khả năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành khoa học: công nghiệp thực phẩm, y học, mỹ phẩm, khoa học vật liệu, âm thanh, xử lý nước thải, bảo vệ môi trường… Gần đây, khả năng ứng dụng cellulose vi khuẩn không ngừng được nghiên cứu, cải tiến bởi các nhà khoa học trên thế giới (Otomo et al.

Trong công nghệ đồ uống và thực phẩm, cellulose vi khuẩn đã được ứng dụng làm nhiều sản phẩm như: nước trái cây, thực phẩm chức năng… Đặc biệt, một ứng dụng của cellulose vi khuẩn mới được phát hiện gần đây là khả năng ứng dụng làm màng bao thực phẩm chống vi sinh vật rất hiệu quả (Yoshinaga et al., 1997; Okiyama et al. Việc ứng dụng cellulose vi khuẩn vào sản xuất công nghiệp nói chung và làm màng bao thực phẩm nói riêng đòi hỏi phải có được các nguồn nguyên liệu cellulose vi khuẩn dồi dào, ổn định, và phù hợp với tính chất của các ứng dụng. Nhiều kết quả nghiên cứu đã cho thấy khi nuôi cấy dưới điều kiện có khuấy đảo thì hiệu suất sinh tổng hợp cellulose của A. xylinum sẽ cao hơn khi nuôi cấy tĩnh.

Tuy nhiên, với mục đích sử dụng cellulose vi khuẩn làm màng bao chống vi sinh vật trong công nghệ thực phẩm, yêu cầu cellulose thu được phải ở dạng màng. Với mục đích đó, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu sản xuất cellulose vi khuẩn từ Acetobacter xylinum” dưới điều kiện nuôi cấy tĩnh với mong muốn thu được các kết quả hữu ích cho các nghiên cứu trong tương lai.