i
L i c m ơn
L i c m ơn
sâu s c. Ba m
u tiên con mu n g i
n ba m và gia ình v i lòng bi t ơn
ã cho con s s ng, gia ình cho con tinh th n và v t ch t
con
v ng bư c trên con ư ng h c v n và s nghi p.
Tôi trân tr ng g i l i c m ơn
n TS. Nguy n Văn Duy và TS. Ph m Thu
Th y ã t n tình hư ng d n, truy n
t ki n th c và kinh nghi m giúp tôi hoàn
thành
án t t nghi p.
Tôi xin g i l i c m ơn sâu s c
n t t c các th y cô trong Vi n Công ngh
sinh h c và Môi trư ng ã t n tâm gi ng d y, truy n
lòng giúp
t ki n th c quý báu và h t
, t o i u ki n thu n l i cho tôi có ư c nh ng n n t ng ki n th c
không ch trong trong su t quá trình h c t p b n năm t i trư ng và còn trên nh ng
bư c ư ng
i sau nay.
Bên c nh ó, tôi còn mu n g i l i c m ơn chân thành
n các cán b phòng
thí nghi m Vi n công ngh sinh h c và Môi trư ng, các b n Nguy n Th Hoàng
Nh n và Lê Th L l p 50 SH, Nguy n Th Lý l p 49 SH cùng t t c các b n l p 49
SH và 50 SH ã h t lòng giúp
, t o m i i u ki n h tr
Và m t l n n a xin trân tr ng g i l i c m ơn
tôi hoàn thành
án này.
n t t c m i ngư i ã giúp
và dành nhi u tình c m cho tôi trong su t th i gian qua.
Nha Trang, ngày
tháng 7 năm 2011
Sinh viên th c hi n
Nguy n Thành Duy
ii
M CL C
L I C M ƠN ............................................................................................................. i
M C L C.................................................................................................................. ii
DANH M C CÁC T
VI T T T .......................................................................... iv
DANH M C B NG...................................................................................................v
DANH M C CÁC HÌNH NH ............................................................................... vi
DANH M C CÁC HÌNH NH ............................................................................... vi
L I NÓI
U ............................................................................................................1
CHƯƠNG I: T NG QUAN .......................................................................................3
1.1. T ng quan v màng cellulose vi khu n ....................................................................3
1.2. T ng quan v vi khu n Acetobacter xylinum..........................................................9
1.2.1. Phân lo i vi khu n Acetobacter xylinum ...........................................................9
1.2.2.
c i m sinh h c c a vi khu n Acetobacter xylinum .................................11
1.2.3. Kh năng t o màng cellulose c a Acetobacter xylinum ...............................12
1.3. Tình hình nghiên c u và ng d ng cellulose vi khu n .........................................15
1.3.1. Tình hình nghiên c u và ng d ng cellulose vi khu n trên th gi i ...........15
1.3.2. Tình hình nghiên c u và ng d ng cellulose vi khu n t i Vi t Nam ..........16
1.4. Tính c p thi t và m c tiêu c a
tài ......................................................................18
CHƯƠNG II: V T LI U VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U ...........................21
2.1. V t li u nghiên c u....................................................................................................21
2.1.1.
i tư ng nghiên c u ........................................................................................21
2.1.2. Hóa ch t ...............................................................................................................21
2.2. N i dung nghiên c u .................................................................................................25
2.3. Phương pháp nghiên c u ..........................................................................................26
2.3.1. Phân l p vi khu n Acetobacter xylinum..........................................................26
2.3.2. Xác
nh
c i m hình thái vi khu n Acetobacter xylinum........................27
2.3.3. Xác
nh kh năng sinh trư ng c a vi khu n Acetobacter xylinum ............27
2.3.4. Xác
nh
c tính sinh hóa c a vi khu n Acetobacter xylinum ...................28
iii
2.3.5. B o qu n ch ng gi ng .......................................................................................30
2.3.6. Nuôi c y t o màng cellulose vi khu n .............................................................30
2.3.7. Thu nh n và x lí màng cellulose vi khu n.....................................................31
CHƯƠNG III: K T QU VÀ TH O LU N..........................................................32
3.1. Phân l p vi khu n Acetobacter xylinum .................................................................32
3.2
c i m hình thái vi khu n Acetobacter xylinum ................................................33
3.3. Xác
3.4.
nh kh năng sinh trư ng c a vi khu n Acetobacter xylinum ...................34
c i m sinh hóa c a vi khu n Acetobacter xylinum ........................................36
3.5. Kh o sát kh năng t o màng cellulose vi khu n .... Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG IV K T LU N VÀ KI N NGH ...........................................................44
TÀI LI U THAM KH O
iv
DANH M C CÁC T
VI T T T
BC
: Bacterial cellulose
HS
: Herstrin and Schram
Glu
: Gluccose
GHK
: Glucose hexokinase
G6P
: Glucose 6 phosphate
G1P
: Glucose 1 phosphate
PGM
: Phosphoglucoemutase
UGP
: UDPglucose pyro-gluco 6 phosphate
PGA
: Phosphogluconic acid
PGI
: Phosphoglucose isomerase
FHK
: Fructose hexokinase
Frc
: Fructose
F6P
: Fructose 6 phosphate
1PFK
: Fructose 1 phosphate kinase
F1P
: Fructose 1 phosphate
PTS
: H th ng v n chuy n phosphat
FDP
:Fructose1,6 diphosphate
PE
: Polyethylen
PVC
: Polyvinylchlorua
PP
: Polypropylene
v
DANH M C B NG
B ng 1: nh hư ng c a các lo i ư ng khác nhau
B ng 2. K t qu kh o sát n ng
saccharose ............................................................5
B ng 3: nh hư ng c a n ng
(NH4)2SO4
B ng 4: nh hư ng c a n ng
(NH4)2HPO4
B ng 5: nh hư ng c a nhi t
B ng 6: nh hư ng c a pH
B ng 7: M t s
B ng 8: M t
B ng 9: S thay
n s hình thành màng BC.......5
n s hình thành BC ..........................6
n s hình thành BC .......................7
n s hình thành màng BC...................................8
n s hình thành màng BC...........................................8
ng d ng c a màng BC trên th gi i ..............................................15
và hình thái khu n l c phân l p trên môi trư ng HS ......................32
i c a pH trong su t quá trình nuôi c y .......................................40
B ng 10: Kh o sát t l nư c d a trong nuôi c y BC ...............................................40
B ng 11: Các
c i m c a màng BC.......................................................................42
B ng 12: Kh o sát kh năng ch u l c c a màng BC.................................................43
vi
DANH M C CÁC HÌNH NH
Hình 1.1. Màng BC tươi sau khi nuôi c y th nghi m ...............................................4
Hình 1.2. T bào vi khu n A. xylinum quan sát dư i kính hi n vi...........................12
Hình 1.3. Sơ
quá trình t ng h p Cellulose c a A. xylinum ..................................14
Hình 2.1. Sơ
ti n trình th c hi n n i dung nghiên c u c a
tài .......................25
Hình 2.2. Các bư c ti n hành nuôi t o màng BC .....................................................31
Hình 3.1. Các khu n l c c a ch ng vi khu n A3 sau 48 gi nuôi c y trên môi
trư ng HS ..................................................................................................................33
Hình 3.2. T bào vi khu n A3 sau khi nhu m Gram.................................................34
Hình 3.3. ư ng cong sinh trư ng c a vi khu n A3 trên môi trư ng HS l ng ........34
Hình 3.4. Ph n ng catalase c a vi khu n A3 ...........................................................36
Hình 3.5. Vòng sáng quanh khu n l c A3 sau th i gian nuôi c y.............................37
Hình 3.6 Kh năng chuy n hóa glucose thành acetic acid c a ch ng A3 .................38
Hình 3.7. K t qu th nghi m kh năng t o màng c a ch ng A3 .............................39
Hình 3.8. Kh o sát hàm lư ng nư c d a trong nuôi t o màng BC ..........................41
Hình 3.5. Màng BC qua các giai o n ......................................................................42
1
L I NÓI
U
Túi nilon là m t s n ph m c a d u m , ư c s d ng nhi u nh t và r t ph
bi n trên toàn th gi i. V i các tính năng ti n d ng như d o dai, d s d ng,
m i
kích c , màu s c và kèm theo ó là d lo i b khi không còn dùng, thì túi nilon tr
thành m t th s n ph m h u ích cho nhu c u c a con ngư i.
Rác th i túi nilon trong rác th i sinh ho t th c ch t là h n h p các lo i nh a
ph th i mà trong ó bao bì b ng nh a polyethylene (PE) ho c polypropylene (PP)
chi m a s . Chúng thu c lo i polyethylene t tr ng th p (LDPE) ho c t tr ng cao
(HDPE).
Các lo i v t li u nh a ra
it
u th k XX và gia tăng r t nhanh v s
lư ng, ch ng lo i. Ch tính riêng LDPE năm 1999 th gi i ã s n xu t 27,4 tri u
t n, năm 2000 là 33,8 tri u t n. S li u th ng kê m c tiêu th
m t s nư c trên
th gi i vào năm 1994 như M là 108 kg/ ngư i/ năm; Nh t B n là 85 kg/ ngư i/
năm; Hàn Qu c là 74,9 kg/ngư i/ năm….Riêng t i Vi t Nam, s li u năm 1998 là
5,3 kg/ ngư i/ năm và tăng lên 15 kg/ ngư i/ năm vào năm 2003. Hi n t i s li u
này ang ngày càng gia tăng ( Vi n V t li u xây d ng- B xây d ng, 2003).
Chính vì s gia tăng r t l n c a nhu c u s d ng và s n xu t các lo i bao bì
nh a mà lư ng rác th i nilon cũng tăng theo. Kéo theo ó là các tình tr ng ô nhi m
môi trư ng ngày càng tr m tr ng. Th i gian phân h y c a túi nilon có th kéo dài t
50
n 100 năm ho c hơn nên còn r t nhi u tác h i mà nó có th gây ra khi b th i
vào môi trư ng.
Trư c tình tr ng báo
khoa h c ã nghiên c u
ng v ô nhi m túi nilon và các tác h i c a nó, các nhà
tìm ra lo i bao bì có ngu n g c t nhiên, thân thi n v i
môi trư ng. Có nhi u lo i nguyên li u ã ư c chú ý và ưa vào nghiên c u như
polylactic acid (PLA), polyglyconic acid (PGS)…T t c
u có ngu n g c t nhiên
t tinh b t c a s n, ngô, khoai tây và m t s lo i khác.
Ngoài các lo i nguyên li u trên thì còn có m t lo i nguyên li u khác r t có
ti m năng trong vi c t o bao bì thân thi n môi trư ng.
khu n.
ó là màng cellulose vi
2
ây là m t polysaccharide ư c t bào vi khu n t ng h p t quá trình trao
i ch t trong môi trư ng nuôi c y.
Có nhi u lo i vi khu n có kh năng t ng h p cellulose như Acetobacter,
Rhizobium, Agrobacterium…nhưng các ch ng vi khu n Acetobacter là lo i vi
khu n s n xu t cellulose là
áng chú ý nh t. Trong
ó có ch ng vi khu n
Acetobacter xylinum là loài có kh năng t o ra màng cellulose t t nh t.
Ngoài th c ph m, màng cellulose vi khu n ã và ang ư c nghiên c u
nh m m ra các hư ng ng d ng trên nhi u lĩnh v c khác như y h c, m ph m... và
m i ây là các tri n v ng trong lĩnh v c môi trư ng.
V i các
c tính cơ h c b n, ch c, dai, màng bacterial cellulose có th
d ng t o lo i ra lo i bao bì thân thi n môi trư ng. Vì v y, chúng tôi quy t
hi n
ng
nh th c
tài “ Phân l p và nuôi c y Acetobacter xylinum t o màng cellulose vi
khu n” v i m c ích:
Phân l p vi khu n Acetobacter xylinum t ngu n cơ ch t nư c d a.
Kh o sát kh năng t o màng cellulose c a vi khu n Acetobacter xylinum t o
ti n
ng d ng làm bao bì sinh h c.
3
CHƯƠNG I: T NG QUAN
1.1.T ng quan v màng cellulose vi khu n
Cellulose
ư c t ng h p b i m t s
lo i vi khu n như Acetobacter,
Rhizobium, Sarcina và Agrobacterium ư c g i là cellulose vi khu n (bacterial
cellulose- BC). Trong các vi khu n nói trên thì Acetobacter là lo i vi khu n s n xu t
cellulose áng chú ý nh t (Brown và cs, 1976).
V m t c u trúc, BC có c u trúc d ng bó s i an xen l n nhau. Các s i s p
x p không theo tr t t , không theo quy lu t, chúng an xen vào nhau t m i hư ng.
Do trong quá trình lên men, các vi khu n A. xylinum chuy n
ng h n
theo qui lu t, k t qu là t o ra tính b n, dai ch c v m i phía c a màng BC.
n không
c tính
c u trúc c a BC ph thu c r t nhi u vào i u ki n nuôi c y
c trưng. Tuỳ thu c
vào yêu c u ng d ng mà ta ch n i u ki n nuôi c y tĩnh hay
ng ( Tr n Th Di m
Chi, 2000).
V tính ch t, BC có
tinh s ch t t hơn r t nhi u so v i các lo i cellulose
khác, có th phân h y sinh h c, tái ch hay ph c h i hoàn toàn. Ngoài ra, BC còn có
b n tinh th cao, s c căng l n, tr ng lư ng th p, n
nh v kích thư c và
hư ng.
BC còn là m t m ng polymer sinh h c có kh năng gi nư c r t l n, có tính
x p, m
cao, có th ch u ư c m t th tích áng k trên b m t (l c b n cơ h c
cao). Màng BC sau khi s y
900C thì s m ng như t gi y, b m t láng bóng, r t
dai ch c. Do chu i polymer c a màng BC có ch a nhi u nhóm OH- nên d dàng t o
liên k t hydro v i nư c, chính vì v y mà bên trong toàn b màng BC sau nuôi c y
nư c chi m t i 99% ( Nguy n Thúy Hương, 2008).
4
Hình 1.1. Màng BC tươi sau khi nuôi c y th nghi m
(99% thành ph n màng là nư c)
D a vào các nghiên c u c a Ramos (1977), Lapuz và c ng s (1967), Tr n
Phú Hòa (1996) ã ti n hành m t s kh o sát các y u t
nh hư ng
n quá trình
hình thành màng BC.
Th
nh t, tr ng thái màng BC t o thành ch u nh hư ng c a ngu n
ư ng. K t qu s d ng các ngu n ư ng c a vi khu n A. xylinum và tr ng thái
màng BC ư c hình thành th hi n qua b ng 1. A. xylinum có th s d ng glucose,
saccharose, lactose, maltose, dextrin và galactose nhưng không th s d ng tinh b t.
i v i m i lo i ư ng khác nhau s cho ra màng BC có tr ng thái khác nhau.
5
B ng 1: nh hư ng c a các lo i ư ng khác nhau
trong nư c d a
Lo i ư ng
Dày – ch
Dày – ch
M ng – m
M ng – m
M ng – m
M ng – m
M ng – m
pH = 5,0
dày- tr ng thái
Glucose
Saccharose
Lactose
Maltose
Dextrin
Galactose
Không ư ng
n s hình thành màng BC
c
c
m
m
m
m
m
Kh i lư ng màng sau 15 ngày
lên men (g)
198,50
193,79
84,50
86,35
81,20
50,45
50,00
(Tr n Phú Hòa, 1996)
D a vào k t qu c a b ng 1, ngu n ư ng glucose và saccharose ư c vi
khu n A. xylinum s d ng m t cách có hi u qu nh t v i kh i lư ng màng BC t o
ra là 198,5g và 193,79g sau 15 ngày lên men. Trong th c t s n xu t, ngư i ta
thư ng s d ng ư ng saccharose do giá thành r và năng su t khá cao. Vì v y
trong b ng 2, Tr n Phú Hòa ti n hành kh o sát ư ng saccharose
khác nhau và v i n ng
10% s cho kh i lư ng màng cao nh t.
B ng 2. K t qu kh o sát n ng
N ng
saccharose (%)
các n ng
dày- tr ng thái
saccharose
Kh i lư ng màng BC sau
15 ngày lên men (g)
2
Trung bình - ch c
112.08
4
Trung bình - ch c
146.45
6
Trung bình - ch c
165.76
8
Trung bình - ch c
187.54
10
Dày – ch c
198.58
12
Trung bình - ch c
188.78
14
Trung bình - ch c
185.65
Không b sung ư ng
Màng r t m ng
95.88
(Tr n Phú Hòa, 1996 )
6
Th hai, ngu n N s d ng cho quá trình lên men có th là (NH4)2HPO4 ho c
(NH4)2SO4. Do
ó kh i lư ng BC t o thành cũng ph
thu c vào hàm lư ng
(NH4)2HPO4 và (NH4)2SO4 s d ng.
D a vào k t qu c a b ng 3, ta nh n th y v i n ng
0,5% thì kh i lư ng màng
n ng
c a (NH4)2SO4 là
t giá tr cao nh t (210,35 g) sau 15 ngày nuôi c y. Khi
% c a (NH4)2SO4 n m trong kho ng 0,5%- 0,8% thì kh i lư ng màng thay
i không áng k .
B ng 3: nh hư ng c a n ng
N ng
(NH4)2SO4 (%)
(NH4)2SO4
n s hình thành BC
Kh i lư ng BC sau 15 ngày nuôi c y
(g)
0,0
110,0
0,1
128,70
0,2
135,50
0,3
148,65
0,4
168,20
0,5
210,35
0,6
178,90
0,7
174,85
0,8
170,45
0,9
163,90
1
150,40
( Tr n Phú Hòa, 1996)
7
B ng 4: nh hư ng c a n ng
N ng
(NH4)2HPO4 (%)
(NH4)2HPO4
n s hình thành BC
Kh i lư ng BC sau 15 ngày nuôi c y
(g)
0,0
78,3
0,1
117,1
0,2
146,9
0,3
162,5
0,4
150,2
0,5
139,3
0,6
130,4
0,7
126,8
0,8
119,7
0,9
108,5
1
107,6
( Tr n Phú Hòa, 1996)
K t qu b ng 4 cho th y n ng
(NH4)2HPO4 trong kho ng 0,2%- 0,4% cho
kh i lư ng màng BC cao nh t. Như v y, khi b sung ngu n N vào môi trư ng nuôi
c y c n l a ch n n ng
% (NH4)2HPO4 và (NH4)2SO4 sao cho phù h p (
iv i
(NH4)2HPO4 thì trong kho ng 0,5%- 0,8%, (NH4)2SO4 trong kho ng t 0,2%0,4%)
cho kh i lư ng màng cao nh t.
V nhi t
, vi khu n A. xylinum ho t
28oC-32oC. Trong kho ng nhi t
ng t t trong kho ng nhi t
t
này thì kh năng t ng h p màng là t t nh t. Tr n
Phú Hòa ã kh o sát d a trên các nghiên c u c a Ramos (1977), Lapuz và c ng s .
(1967) và ưa ra k t qu trong b ng 4.
8
B ng 5: nh hư ng c a nhi t
n s hình thành màng BC trong nư c d a
pH = 5,0
Tr ng thái màng
Kh i lư ng
trung bình (g)
15
Không phát tri n
0,00
20
Màng m ng- m m
87,50
25
Trung bình- ch c
128,82
28-31
Dày- ch c
195,02
35
Không t o màng
0,00
40
Không t o màng
0,00
( Tr n Phú Hòa, 1996)
(oC)
Nhi t
M t trong nh ng i u ki n quan tr ng nh hư ng t i s ho t
vi sinh v t là
ng s ng c a
acid c a môi trư ng. A. xylinum là m t loài ch u acid nên môi
trư ng thư ng ư c i u ch nh v pH 3,5-4 b ng acetic cacid 40%. Trong 4 ngày
u pH tăng d n t 3,78
n 3,91. Sau ó gi m d n
pH= 3,35. nh hư ng c a pH
t giá tr
n s hình thành màng BC ư c th hi n qua b ng 6.
B ng 6: nh hư ng c a pH
pH
n ngày th 10 thì
dày- tr ng thái
n s hình thành màng BC
Kh i lư ng màng (g)
2,5
Không t o màng
0,00
3,0
Không t o màng
0,00
3,5
Màng m ng- m m
92,60
4,0
Màng m ng- m m
148,52
4,5
Màng dày- ch c
188,32
5,0
Màng dày- ch c
193,89
5,5
Màng dày- ch c
184,20
6,0
Màng dày- ch c
173,70
6,5
Màng m ng- ch c
163,85
7,0
Màng m ng- m m
86,90
7,5
Không t o màng
0,00
8,0
Không t o màng
0,00
( Tr n Phú Hòa, 1996)
9
1.2.T ng quan v vi khu n Acetobacter xylinum
1.2.1. Phân lo i vi khu n Acetobacter xylinum
Phân lo i khoa h c c a Acetobacter xylinum:
Gi i:
Vi khu n
Ngành:
Proteobacteria
L p:
Alpha Proteobacteria
B :
Rhodospirillales
H :
Acetobacteraceae
Chi:
Acetobacter
Loài:
Acetobacter xylinum
Vi khu n Acetobacter phân b r ng rãi trong t nhiên và có th phân l p
ư c các t không khí,
t, nư c, lương th c, th c ph m, d m, rư u, bia, hoa qu …
Có nhi u loài thu c gi ng Acetobacter ã ư c phân l p và mô t , trong ó có
nhi u loài có ý nghĩa kinh t .
Acetobacter xylinum (A. xylinum) thu c nhóm vi khu n acetic và có ngu n
g c t Philippines. Theo h th ng phân lo i c a Bergey (1989) thì A. xylinum là vi
khu n Gram âm, thu c l p Schizommycetes, b
Pseudomonadales, h
Pseudomonadieae (Krieg và Holt, 1984).
n nay ã có nhi u tác gi
c p
nv n
phân lo i các loài vi khu n
trông gi ng Acetobacter, nhưng áng chú ý nh t là b ng phân lo i Acetobacter c a
J-Frateur (1950). Frateur ã ưa ra m t khóa phân lo i vi khu n Acetobacter d a
trên các tính ch t sinh hoá. Trên cơ s
này, Frateur
ã chia thành 4 nhóm:
Suboxydans, mesoxydans, oxydans và peroxydans.
• Nhóm Suboxydans g m các loài Acetobacter suboxydaz và Acetobacter
melanogennum.
• Nhóm Mesoxydans g m Acetobacter xylinum, Acetobacter aceti và
Acetobacter mesoxydans.
• Nhóm Oxydans g m các loài không có kh năng t o các h p ch t keto như
Acetobacter ascendans, Acetobacter ransens và Acetobacter lovaniens.
10
• Nhóm Peroxydans g m Acetobacter pezoxydans và Acetobacter paradoxum
không ch a catalase và không oxy hoá ư c glucose.
M ts
c i m chung c a Acetobacter:
D ng hình que, tuỳ i u ki n nuôi c y (nhi t
, thành ph n môi trư ng nuôi
c y) mà các vi khu n Acetobacter có th sinh ra các t bào có hình thái khác bi t
d ng kéo dài ho c phình to ra.
T bào
ng riêng l ho c k t thành t ng chu i.
Kích thư c thay
i tuỳ loài (0,3-0,6 x 1,0-8,0 µm), có th di
mao ơn ho c chu mao), ho c không di
Hi u khí b t bu c và ch u ư c
Có kh năng
ng (có tiên
ng (không có tiên mao).
acid cao.
ng hoá nhi u ngu n th c ăn cacbon khác nhau nhưng không
s d ng ư c tinh b t.
Có kh năng t o thành váng trên môi trư ng l ng, kh năng t o thành váng
thay
i tuỳ lo i.
Có kh năng
ng hoá mu i amôn (NH4)+ và phân gi i pepton. M t s loài
òi h i m t s acid amin nh t
nh như pantothenic acid và các ch t khoáng (K,
Mg, Ca, Fe, P, S …) d ng mu i vô cơ, h u cơ ho c h p ch t h u cơ. Do ó bia,
d ch n m men, nư c m ch nha, nư c trái cây… là ngu n dinh dư ng r t t t cho s
phát tri n c a vi khu n Actobacter. Ngoài kh năng oxy hoá ethanol thành acetic
acid, m t s loài Acetobacter còn t ng h p ư c vitamin B1, vitamin B2, oxy hoá
sorbit thành ư ng sorbose (dùng trong công nghi p s n xu t vitamin C)…
Sau ây là m t s loài quan tr ng trong chi Acetobacter:
Acetobacter xylinum: tr c khu n không di
ng, t o thành váng nhăn và khá
dày.Váng có ch a hemicellulose nên khi g p H2SO4 và thu c nhu m Iod s b t màu
xanh, ccó th tích lu 4,5% acetic acid trong môi trư ng.
Acetobacter schutzenbachi: tr c khu n khá dài, t o thành váng dày, và không
b n v ng, có kh năng tích lu trong môi trư ng
thư ng ư c s d ng
n 11,5% acetic acid do ó
làm gi m theo phương pháp c a
c.
Acetobacter suboxydans: t o thành váng m ng, d v ra, có kh năng chuy n
hoá glucose thành gluconic acid hay sorbic thành sorbose. Lo i vi khu n này mu n
11
phát tri n bình thư ng c n
ư c cung c p m t s
ch t sinh trư ng như para
aminopenzoic acid, panthoteric acid, nicotinic acid.
Acetobacter orleansen: tr c khu n dài trung bình không di
ki n nhi t
ng. G p i u
cao có th sinh ra các t bào d hình kéo dài ho c phình to ra. Có th
phát tri n ư c có n ng
rư u cao (10% -12%) và làm tích lu
n 9,5% acetic
acid. Do v y thư ng ư c dùng trong công nghi p chuy n rư u vang thành gi m
(phương pháp c a Pháp), phát tri n thích h p
nhi t
Acetobacter aceti: Tr c khu n ng n, không di
chu i dài. Váng c a vi khu n b t
ng, thư ng x p thành t ng
u màu vàng khi nhu m b ng thu c nhu m Iod,
chúng có th phát tri n trong môi trư ng có n ng
tích lu
25oC -30oC.
rư u khá cao 11% và có th
n 6% acetic acid trong môi trư ng, phát tri n thích h p nh t
nhi t
34oC.
Acetobacter pasteurianum: hình d ng tương t như Acetobacter aceti nhưng
váng vi khu n có d ng khô và nhăn nheo, váng b t màu xanh khi nhu m v i thu c
Iod.
1.2.2.
c i m sinh h c c a vi khu n A. xylinum
A. xylinum là lo i vi khu n hình que dài kho ng 2 µm,
ng riêng l ho c
x p thành chu i, có kh năng t o váng hemicellulose khá dày, b t màu xanh v i
thu c nhu m Iod và H2SO4 (do ph n ng c a hemicellulose), sinh trư ng
nhi t
pH < 5,
28-32oC và có th tích lu 4,5% acetic acid.
Acetic acid là s n ph m sinh ra trong quá trình ho t
ng c a vi khu n,
nhưng khi chúng vư t quá m c cho phép s quay ngư c tr l i làm c ch ho t
ng c a vi khu n.
12
Hình 1.2. T bào vi khu n A. xylinum quan sát dư i kính hi n vi
(T bào hình que,
ng riêng l ho c t ng chu i, không di
Theo Hestrin (1947), pH t i ưu
ng)
A. xylinum phát tri n là 4,5 và nó không
phát tri n
370C ngay c trong môi trư ng dinh dư ng t i ưu. Theo Bergey, nhi t
t i ưu
A. xylinum phát tri n là 250C- 300C. Còn theo Marcormide (1996) thì
A. xylinum có th phát tri n ư c
ethanol lên
pH t 3 – 8, nhi t
là 120C- 320C và n ng
n 10% (Tr n Th Ánh Tuy t, 2004).
Ngu n carbohydrate mà A. xylinum s d ng cho kh năng t o sinh kh i cao
là glucose, fructose, mannitol, sorbitol; hi u su t s th p hơn khi s d ng glycerol,
lactose, sucrose, maltose; và hi u su t b ng 0 n u s
cellobiose, erythritol, ethanol và acetate (Phùng Lê Nh t
d ng sorbose, mannose,
ông, Tr n Kim Th y,
2003).
Các ph n ng sinh hóa
c trưng cho A. xylinum bao g m ph n ng catalase
(+), oxi hóa ethanol thành acetic acid (+), chuy n hóa glucose thành acid (+) và kh
năng t o màng cellulose là ph n ng phân bi t gi a các ch ng có kh năng sinh t ng
h p cellulose.
1.2.3. Kh năng t o màng BC c a A. xylinum
Trong chi Acetobacter thì A. xylinum là loài có kh năng t o ra BC t t nh t
và nhi u nh t trong t nhiên. M t t bào A. xylinum có th chuy n hoá 108 phân t
glucose thành cellulose trong 1 gi (Brown và cs, 1976).
Các t bào A. xylinum khi s ng trong môi trư ng l ng s th c hi n quá trình
trao
i ch t c a mình b ng cách h p th
ư ng glucose, k t h p ư ng v i acid
13
béo
t o thành ti n ch t n m
h th ng l n m
màng t bào. Ti n ch t này ư c ti t ra ngoài nh
trên màng t bào cùng v i m t enzyme có th polymer hóa
glucose thành cellulose ( Bazon và cs, 1984).
S t ng h p l p màng cellulose ngo i bào c a vi khu n A. xylinum ư c
Brown báo cáo l n
u tiên vào năm 1886 nhưng
n gi a th k XX thì A. xylinum
và BC m i ư c nghiên c u sâu b i Hestrin và c ng s .
Năm 1943 – 1954, Hestrin và các c ng s trong m t nghiên c u v kh năng
t ng h p BC c a vi khu n A. xylinum ã ch ng minh r ng A. xylinum có th s
d ng ư ng trong i u ki n hi u khí
t o nên cellulose.
Năm 1957, Next và Colvin ch ng minh r ng cellulose ư c A. xylinum t ng
h p trong môi trư ng có ư ng và ATP.
Năm 1989, nhóm Saxena Trư ng
i h c Texa ã thu nh n ư c enzyme
cellulose synthase tinh s ch c a A. xylinum. Enzyme này g m 2 chu i polypeptide
có tr ng lư ng phân t là 83 và 93 kD. Trong ó, ti u ph n 83 kD liên quan
trình sinh t ng h p cellulose tinh khi t. Năm 1990, nhóm ã xác
h p cellulose
A. xylinum (dòng hoá và gi i trình t
n quá
nh ư c gen t ng
o n gen t ng h p cellulose).
Dư i ây là cơ ch t ng h p cellulose c a A. xylinum t ngu n ư ng glucose:
Glucose
(glucokinase)
Glucose-6-Phosphate
(phosphoglucomutase)
Glucose-1-Phosphat
(UDP-glucose pyrophosphorylase)
UDP-Glucose
(cellulose synthase)
Cellulose
BC ư c t ng h p b i vi khu n A. xylinum có b n ch t là hemicellulose (là
nh ng polysaccharide không tan trong nư c nhưng tan trong dung d ch ki m tính)
có
c tính c u trúc và cơ h c khá gi ng v i cellulose th c v t nhưng có m t s
c
14
i m khác bi t như
b n
t cao, m t
polymer hóa cao và có
thu n khi t
cao hơn cellulose th c v t (Tr n Th Ánh Tuy t, 2004).
Các chu i ơn phân t glucan liên k t v i nhau b ng liên k t Van der Waals.
Qua n i hydro, các l p ơn phân t s k t h p v i nhau t o nên c u trúc ti n s i v i
chi u r ng 1,5 nm. Các ti n s i này s k t h p v i nhau t o thành d i có kích thư c
t 3 – 4 nm và chi u r ng 70 – 80 nm. Theo Zaaz (1977) kích thư c c a d i là 3,2 x
133 nm, còn theo Brown và c ng s (1976) thì kích thư c c a d i là 4,1 x 177 nm.
So v i cellulose th c v t thì BC có
trư ng h p lên
polymer hóa cao hơn, t 2000 – 6000 g c, có
n 16000 hay 20000 g c. Trong khi ó, kh năng polymer hóa c a
cellulose th c v t ch t 13000 – 14000 ( Tr n Th Ánh Tuy t, 2004).
Con ư ng t ng h p cellulose t A. xylinum như sau:
Hình 1.3. Sơ
quá trình t ng h p Cellulose c a A. xylinum
- Xem thêm -