Đang tải... (xem toàn văn)
Luận văn tốt nghiệp nghiên cứu sản xuất cellulose VK từ Acetobacter xylinum.
Lời cảm ơnLỜI CẢM ƠNEm 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 kòp thời hướng dẫn, chỉ bảo tận tình.Em gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Lưu Thò 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 tơi, 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.Tp. HCM, ngày 07 tháng 01 năm 2008Phan Anh Tuấni Tóm tắt luận vănTÓM TẮT LUẬN VĂNAcetobacter 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 lónh 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 đònh. 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 tónh, 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. xylinum. Để khảo sát sự sinh tổng hợp cellulose, A. xylinum được nuôi cấy dưới điều kiện tónh trên môi trường HS ở các điều kiện khác nhau nhằm rút ra điều kiện nuôi cấy tốt nhất cho chủng A. xylinum có sẵn. 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 trò 5,0.ii Tóm tắt luận vănVới 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 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 lụcMỤC LỤCLỜI CẢM ƠN .iTÓM TẮT LUẬN VĂN .iiMỤC LỤC ivDANH MỤC HÌNH .viDANH MỤC BẢNG .viiDANH MỤC VIẾT TẮT .viii BẢNG 4.2: BẢNG MÃ HOÁ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯƠÛNG CẦN KHẢO SÁT 47 .VIICHƯƠNG 1: MƠÛ ĐẦU 1CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 32.1 CELLULOSE VI KHUẨN VÀ VI SINH VẬT TỔNG HP CELLULOSE 32.1.1 Lòch sử nghiên cứu sự sinh tổng hợp cellulose vi khuẩn .32.1.2 Cellulose vi khuẩn và tính chất của cellulose vi khuẩn 32.1.3 Vi sinh vật tổng hợp cellulose 62.2 SINH TỔNG HP CELLULOSE TỪ VI KHUẨN A. XYLINUM .102.2.1 Quá trình sinh tổng hợp cellulose ở A. xylinum .102.2.2 Cơ chế sinh tổng hợp cellulose vi khuẩn 112.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp cellulose .132.3 ỨNG DỤNG CỦA CELLULOSE VI KHU NẨ .242.3.1 Thực phẩm 242.3.2 Y học 252.3.3 Các ngành công nghiệp khác 25 NGUYÊN LIỆU 28 VÀ PHƯƠNG PHÁP .282.4 NGUYÊN LIỆU .282.4.1 Chủng vi sinh vật .282.4.2 Môi trường nuôi cấy vi sinh vật 282.5 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM .292.5.1 Khảo sát quá trình nhân giống 302.5.2 Khảo sát quá trình sinh tổng hợp cellulose .302.5.3 Khảo sát ảnh hưởng của pH lên hiệu suất tổng hợp cellulose của vi khuẩn A. xylinum .312.5.4 Khảo sát ảnh hưởng độc lập của nguồn carbon và nitơ lên hiệu suất tổng hợp cellulose của vi khuẩn A. xylinum .312.5.5 Khảo sát ảnh hưởng đồng thời của nguồn carbon và nitơ lên hiệu suất tổng hợp cellulose của vi khuẩn A. xylinum 31iv Mục lục2.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 332.6.1 Số lượng vi khuẩn .332.6.2 Hàm lượng cellulose .332.6.3 Phân tích thống kê 34CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 353.1 KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH NHÂN GIỐNG VI KHUẨN A. XYLINUM 353.2 KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH SINH TỔNG HP CELLULOSE .363.3 KHẢO SÁT ẢNH HƯƠÛNG CỦA PH LÊN HIỆU SUẤT SINH TỔNG HP CELLULOSE CỦA VI KHUẨN A. XYLINUM .383.4 KHẢO SÁT ẢNH HƯƠÛNG CỦA NGUỒN CARBON VÀ NITƠ LÊN HIỆU SUẤT SINH TỔNG HP CELLULOSE CỦA VI KHUẨN A. XYLINUM .403.4.1 Ảnh hưởng của nguồn carbon .403.4.2 Ảnh hưởng của nguồn nitơ .433.5 TỐI ƯU HOÁ NỒNG ĐỘ NGUỒN CARBON VÀ NITƠ 45 BẢNG 4.1: BẢNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TỐI ƯU .46CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .494.1 KẾT LUẬN .494.2 ĐỀ NGHỊ 49v Danh mục hình DANH MỤC HÌNHHình 2.1: Cấu trúc của cellulose vi khuẩn .4Hình 2.2: Cellulose vi khuẩn (a) và cellulose thực vật (b) 6Hình 2.3: SEM của A. xylinum 8Hình 2.4: Con đường tổng hợp cellulose trong A. xylinum .11Hình 2.5: Cơ chế sinh tổng hợp cellulose vi khuẩn .12Hình 2.6: Sự giải phóng cellulose ra môi trường ngoài từ A. xylinum .13Hình 2.7: Cellulose đư c t o thành trong điều kiện nuôi cấy tónh và cóợ ạ khuấy đảo .15Hình 2.8: Cấu trúc trong điều kiện nuôi cấy tónh và nuôi cấy có khuấy đảo 16Hình 4.1: Đường cong sinh trưởng của A. xylinum 35Hình 4.2: Đồ thò biểu diễn trọng lượng cellulose thu được và giá trò pH tại các ngày lên men thứ 4, 5, 6, 7 36Hình 4.3: Ảnh hưởng của pH lên hiệu suất sinh tổng hợp cellulose của A. xylinum 39Hình 4.4: Trọng lượng cellulose thu được khi nguồn carbon thay đổi 42Hình 4.5: Trọng lượng cellulose thu được khi nguồn nitơ thay đổi .44vi Danh mục bảng DANH MỤC BẢNGBảng 2.1 Các vi sinh vật có khả năng tổng hợp cellulose .7B ng 2.2: ả Đ c tính c u trúc St-BC và Ag-BC ặ ấ 16B ng 2.3: Tính ch t St-BC và Ag-BC của ả ấ A. xylinum IFO 13693 17Bảng 2.4: nh hưởng của nguồn carbon lên sự tổng hợp cellulose của. 23Bảng 2.5: Các ứng dụng trong nhiều lónh vực của cellulose vi khuẩn .26Bảng 3.1: Bảng thiết kế thí nghiệm tối ưu nguồn carbon và nguồn nitơ 33Bảng 3.2: Bảng mã hoá các yếu tố ảnh hưởng cần khảo sát 34Bảng 4.1: Bảng kết quả thí nghiệm tối ưu .47Bảng 4.2: Bảng mã hoá các yếu tố ảnh hưởng cần khảo sát .47vii Danh mục viết tắtDANH 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-Schrammviii 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 tónh)- SA: Sulfate amon- UGP: UDP-glucose pyrophosphorylase- UDPG: Uridine diphosephoglucose- YPM: Yeast extract Peptone Mannitol- YE: Yeast extract – cao nấm menix [...]... cellulose từ A xylinum Với kết quả thu được, phần nào sẽ cung cấp những thông tin hữu ích cho các nghiên cứu tiếp theo, đầy đủ hơn để có thể ứng dụng sản xuất cellulose vi khuẩn trên quy mô công nghiệp 2 Chương 2 Tổng quan tài liệu Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Cellulose vi khuẩn và vi sinh vật tổng hợp cellulose 2.1.1 Lòch sử nghiên cứu sự sinh tổng hợp cellulose vi khuẩn Sự tổng hợp lớp màng cellulose. .. toàn dung dòch và phát triển theo chiều sâu của môi trường Cellulose được tạo ra có dạng viên hình cầu, elip… Đây là kó thuật nuôi cấy mong đợi sẽ đem lại hiệu quả tạo cellulose cao, có thể ứng dụng trong sản xuất cellulose vi khuẩn thương mại nhưng hiện nay cellulose vi khuẩn chỉ mới được sản xuất với sản lượng thấp Sản xuất cellulose từ A xylinum bằng phương pháp nuôi cấy có khuấy đảo gặp phải một... hợp cellulose của A xylinum bằng việc giải trình tự đoạn gen tổng hợp cellulose Ông đã tách chiết được đoạn polypeptide liên quan đến quá trình tổng hợp cellulose tinh khiết dài 83kDa Từ đó đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu giúp hiểu rõ thêm cấu trúc, cơ chế tổng hợp, ứng dụng… của cellulose vi khuẩn 2.1.2 Cellulose vi khuẩn và tính chất của cellulose vi khuẩn 2.1.2.1 Cellulose vi khuẩn Cellulose. .. thải Trong đó, Acetobacter được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất trong việc sản xuất cellulose Đặc biệt là A xylinum vì những đặc điểm ưu việt của nó như: năng suất tạo cellulose cao, cấu trúc cellulose phù hợp cho các mục đích sử dụng… 2.1.3.1 Phân loại A xylinum A xylinum là một vi khuẩn acetic thuộc họ Acetobacteraceae, họ này bao gồm các giống sau: Acetobacter, Acidomonas, Asaia, Gluconacetobacter,... gọi với các tên gọi Acetobacter xylinus hay Acetobacter xylinum, sau đó được xếp lại vào giống Gluconacetobacter với tên gọi Gluconacetobacter xylynus A xylinum có thể được phân lập từ các nguồn khác nhau như từ nước quả (Kahlon & Vyas, 1971), hay từ một số loài thực vật như lá của cây cọ (Faparusi et al., 1974), từ giấm (Passmore & Carr, 1975), từ thạch dừa (Bernado et al., 1998), từ nấm Kombucha và... nuôi cấy tónh 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 tónh với mong muốn thu được các kết quả hữu ích cho các nghiên cứu trong tương lai Trong nội dung thực hiện,... là tính không ổn đònh khi nuôi cấy Tính không ổn đònh được thể hiện bởi sự mất khả năng sản xuất cellulose và thay thế dần tế bào sản xuất cellulose bằng chủng đột biến không có khả năng sản xuất cellulose (Hai-Peng et al., 2002; Chao et al., 1997) Từ việc quan sát thấy rằng cellulose tổng hợp nhanh khi tế bào A xylinum được gắn vào những phần tónh trong bình lên men như điện cực, cánh khuấy, màng ngăn,... khoa học, sinh học và giải phẫu học phát triển sản phẩm là BASYC® (Bacterial Synthesised Cellulose) BASYC® là ống sản xuất theo phương pháp tónh được sử dụng thay thế mạch máu Nghiên cứu này bắt nguồn từ cấu trúc mạng sợi siêu mòn, tính chất bền cơ cao và độ trương phồng cao của cellulose vi khuẩn (Klemm et al., 2001) 2.3.3 Các ngành công nghiệp khác Sản xuất cellulose vi khuẩn quy mô lớn của Weyerhaeuser... thực sự nghiên cứu nhiều về cellulose vi khuẩn Đầu tiên, Hestrin et al (1954) đã nghiên cứu về khả năng tổng hợp cellulose của vi khuẩn A xylinum Ông đã chứng minh rằng vi khuẩn này có thể sử dụng đường để tổng hợp cellulose Sau đó, Next và Colvin (1957) chứng minh rằng cellulose được A xylinum tổng hợp trong môi trường có đường và ATP Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, cấu trúc của cellulose. .. kết sợi, tạo tinh thể tốt 5 Chương 2 Tổng quan tài liệu - Tính bền cơ tốt, khả năng chòu nhiệt tốt: tinh thể cellulose vi khuẩn có độ bền cao, ứng suất dài lớn, trọng lượng nhẹ, tính bền rất cao - Lớp màng cellulose được tổng hợp một cách trực tiếp, vì vậy việc sản xuất một số sản phẩm từ cellulose vi khuẩn không cần qua bước trung gian Đặc biệt vi khuẩn có thể tổng hợp được cellulose dưới dạng màng . 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 . tắt luận vănTÓM TẮT LUẬN VĂNAcetobacter xylinum (A. xylinum) là một vi khuẩn Gram âm, có thể sản xuất một loại polysaccharide ngoại bào được gọi là cellulose
