TỔNG QUAN
VI KHUẨN ACETOBACTER XYLINUM
Acetobacter xylinum, hay còn gọi là Gluconacetobacter xylinum, là một loại vi sinh vật Gram âm, hiếu khí có khả năng tổng hợp cellulose Chiều dài của A xylinum dao động từ 2–10 µm và chiều rộng từ 0.5–1 µm Loại vi sinh vật này thường phát triển ở pH từ 5.4-6.3 và nhiệt độ khoảng 28–31°C, có khả năng tích lũy 4.5% acid acetic Mỗi tế bào A xylinum có thể polymer hóa 200,000 phân tử glucose mỗi giây, tạo thành β-1,4-glucan và bài tiết vào môi trường xung quanh, hình thành dạng sợi A xylinum thường được tìm thấy trên trái cây, ngũ cốc, trà thảo dược, rau hư, đất, nước, hoa, trái cây và mật ong, nơi diễn ra quá trình lên men đường Sự phát triển của chúng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố vật lý như pH, nhiệt độ, nồng độ oxy, độ ẩm, áp suất và bức xạ, cũng như các yếu tố sinh hóa như sự sẵn có của carbon, nitrogen, lưu huỳnh, phosphor và vitamin.
Vi khuẩn acid acetic có khả năng chuyển hóa glucose, rượu ethyl và rượu propyl thành acid mà không cần oxy hóa chúng thành carbon dioxide và nước Chúng nổi bật với khả năng trùng hợp glucose thành cellulose thông qua quá trình tổng hợp Vi khuẩn này được hình thành từ sự kết hợp của 6 đến 8 tế bào và không tạo ra sắc tố nội bào.
A xylinum có khả năng chống lại những thay đổi đột ngột như khi giảm lượng nước hoặc khi có sự hiện diện của các chất độc hại và những sinh vật gây bệnh Mặc dù thời tiết không thuận lợi nhưng A xylinum có thế phát triển và sản xuất cellulose trong màng bao Có 23% tế bào vi khuẩn được bao bọc cellulose tồn tại sau khi được xử lý bằng bức xạ UV, loại bỏ các polysaccharide để có thể bảo vệ cellulose khỏi tế bào vi khuẩn dẫn đến việc giảm mạnh tỷ lệ sống của vi khuẩn là 3% [12]
Hình 2.1 Tế bào vi khuẩn A xylinum quan sát dưới kính hiển vi
Vi khuẩn A xylinum phát triển tốt nhất ở nhiệt độ từ 28–32C, trong khi ở 37C, hầu hết tế bào bị suy thoái hoàn toàn, ngay cả trong điều kiện tối ưu Nhiều nghiên cứu vẫn đang được tiến hành để xác định các yếu tố như nhiệt độ và pH tối ưu cho sự sinh trưởng và tạo màng của vi khuẩn này A xylinum có khả năng chịu pH thấp, cho phép bổ sung acid acetic vào môi trường nuôi cấy nhằm hạn chế sự nhiễm khuẩn không mong muốn.
QUÁ TRÌNH LÊN MEN CELLULOSE
2.2.1 Thành phần môi trường lên men
Nước dừa là nguyên liệu lý tưởng cho sản xuất biocellulose nhờ vào hàm lượng amino acid phong phú, giúp A xylinum phát triển và hoạt động hiệu quả.
A xylinum đòi hỏi các yếu tố đa lượng và vi lượng Các yếu tố đa lượng được làm từ carbon và nitrogen Ngoài carbohydrate và protein, trong nước dừa còn chứa nhiều khoáng chất cần thiết cho A xylinum như: K, Na, Mg, Ca, P Loại nước dừa tốt nhất có thể được lấy từ trái dừa già Mặt khác trong nước dừa non hầu như không chứa khoáng chất cần thiết [13]
Vi khuẩn A xylinum phát triển trên môi trường thạch đĩa, tạo thành các khuẩn lạc nhẵn với mép gợn sóng màu trắng Các khuẩn lạc này thường lồi lên, giúp dễ dàng tách ra khỏi môi trường nuôi cấy, đặc biệt khi vi khuẩn được nuôi trong điều kiện môi trường lỏng.
Trong điều kiện nuôi lắc, cellulose hình thành những hạt nhỏ không đồng nhất và phân tán trong môi trường, tạo ra những đặc tính hình thái khác biệt so với cellulose được nuôi cấy trong điều kiện tĩnh.
2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng
Trong số các nguồn carbon, sucrose, glucose và mannitol được xác định là những nguồn tối ưu cho sự hình thành cellulose Hàm lượng sucrose 60 g/L là tối ưu cho quá trình sinh tổng hợp cellulose, trong khi glucose và mannitol đạt giá trị tối ưu ở 70 g/L, với hiệu suất sinh tổng hợp cellulose đạt 5.0 g/L Bên cạnh đó, lactose, galactose, acid citric, tinh bột và maltose cũng cho hiệu suất sinh tổng hợp cellulose đạt 2.0 g/L.
Nguồn nitrogen có thể được sử dụng trong hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ, trong đó chiết xuất men và casein là những sản phẩm hiệu quả cho sự phát triển biocellulose Các nguồn nitrogen như casein hydrolysate, peptone, glutamate và ammonium sulfate đều có thể được áp dụng Tuy nhiên, ammonium sulfate và ammonium phosphate là những lựa chọn kinh tế hơn, đồng thời mang lại năng suất chất lượng cao cho biocellulose.
Trong môi trường lên men có sucrose, việc bổ sung bột đậu nành hoặc ammonium sulfate tạo ra ít cellulose hơn so với việc sử dụng peptone hoặc casein hydrolysate Điều này chỉ ra rằng nguồn nitrogen có vai trò quan trọng trong việc cải thiện quá trình sinh tổng hợp cellulose.
A xylinum là một loại vi khuẩn ưa acid có thể phát triển trong môi trường pH thấp
Vi khuẩn có khả năng sống ở môi trường có độ pH thấp tới 3.5, tuy nhiên, độ pH tối ưu cho sự phát triển của chúng nằm trong khoảng từ 5.4 đến 6.3 Đặc biệt, các giá trị pH lý tưởng để hình thành cellulose của vi khuẩn là ở mức 4.0 và 5.0.
Giá trị pH tối ưu cho sự tăng trưởng và ảnh hưởng đến khả năng hấp thu oxy trong quá trình lên men thường được xác định là 5.0, theo nhiều nghiên cứu.
A xylinum phát triển tối ưu ở nhiệt độ từ 28–31C Nếu nhiệt độ dưới 28C, sự phát triển của vi khuẩn diễn ra chậm, trong khi nhiệt độ vượt quá 31C có thể gây hại cho A xylinum và dẫn đến tử vong.
Vi khuẩn A xylinum là vi khuẩn hiếu khí, cần oxy để sinh trưởng và phát triển Thiếu oxy sẽ làm gián đoạn quá trình tăng trưởng và có thể dẫn đến tử vong Vì vậy, các thùng chứa dùng trong quá trình lên men cần phải được thiết kế thông thoáng.
CELLULOSE VI KHUẨN
Cellulose tinh khiết được sản xuất bởi vi khuẩn A xylinum, đã được nghiên cứu hơn 100 năm và không chứa các polysaccharide tạp như lignin và hemicellulose, khác với cellulose từ bột gỗ Sự phân lập và tinh chế cellulose vi khuẩn tương đối đơn giản, không đòi hỏi quy trình năng lượng cao hay hóa chất phức tạp Vi khuẩn này đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu các quá trình sinh học Các vi sinh vật sản xuất polysaccharide có khả năng tạo ra polymer từ nguyên liệu đơn giản và nguồn nguyên liệu thứ cấp, bao gồm sản phẩm từ củ cải đường, ngô và khoai tây Ngoài ra, các chất không ăn được như gỗ, chất thải sản xuất dextran và các sản phẩm hóa dầu cũng có thể được sử dụng để sản xuất polymer.
BC có hình thái, cấu trúc, tính chất và ứng dụng khác nhau tùy thuộc vào loại vi sinh vật sinh tổng hợp ra chúng, trong đó A xylinum, A hansenii và A pasteurianus là những vi sinh vật hiệu quả nhất để sản xuất BC A xylinum được ưa chuộng cho sản xuất BC thương mại nhờ năng suất cao Mặc dù cellulose thực vật và BC đều được sản xuất tự nhiên, nhưng chúng có sự khác biệt lớn về độ tinh khiết, tính chất phân tử và đặc tính BC có giá trị module Young cao và khả năng hấp thụ nước vượt trội, khiến nó trở thành vật liệu hữu ích trong nhiều ngành công nghiệp như thực phẩm, sản xuất giấy và ứng dụng dược phẩm.
NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
DỤNG CỤ – THIẾT BỊ – HÓA CHẤT
Cốc thuỷ tinh pH kế
Bình định mức Ống nghiệm Ống ly tâm Phễu Đũa thuỷ tinh
Chế phẩm enzyme cellulase (Viscozyme®L, Novozymes, Đan Mạch) dạng lỏng có hoạt tính 100 FBG/g
Glucose, peptone, chất chiết men, Na2HPO4, citric acid monohydrate, ammonium sulfate, acid acetic, sodium acetate, nước cất… đều đạt chuẩn phân tích
Hình 3.1 Máy quang phổ UV-1800
Hình 3.2 Máy ly tâm 80-2 (Wincom
Hình 3.3 Cân phân tích PA (OHAUS
Hình 3.4 Tủ sấy UN55 (Memmert GmbH +
THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu được thực hiện từ ngày 15 tháng 6 năm 2019 đến ngày 15 tháng 10 năm 2019
Nghiên cứu được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Hóa phân tích, trường ĐH Nguyễn Tất Thành,
331 Quốc lộ 1A, Phường An Phú Đông, Quận 12, Tp.HCM.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.3.1 Quá trình nhân giống vi sinh vật
Nghiên cứu này sử dụng môi trường Hestrin-Schramm (HS) để nuôi cấy vi khuẩn A xylinum, với thành phần gồm glucose (20.0 g/L), peptone (5.0 g/L), chất chiết men (5.0 g/L), Na2HPO4 (2.7 g/L) và citric acid monohydrate (1.15 g/L), được điều chỉnh pH về 5.0 Để kích thích quá trình tăng sinh khối, môi trường còn được bổ sung ammonium sulfate (4 g/L).
Giống vi khuẩn được nhân giống cấp 1 tại cơ sở sản xuất thạch dừa ở Sơn Phú, Giồng Trôm, Bến Tre, sử dụng môi trường nước dừa già với bổ sung ammonium sulfate (4 g/L) và diammonium phosphate (1 g/L) để kích thích tăng trưởng Quá trình này diễn ra trong 3 ngày ở nhiệt độ 30C.
Giống vi khuẩn hoạt hóa được nhân giống cấp 2 trên môi trường HS với tỷ lệ giống cấy 10% ở nhiệt độ 30C trong 5 ngày Sau thời gian này, giống vi khuẩn sẽ được chuyển sang môi trường nuôi cấy sinh tổng hợp cellulose cũng với tỷ lệ giống cấy 10%.
Trong quá trình lên men tĩnh ở nhiệt độ 30C trong 15 ngày, màng cellulose (nếu có) sẽ được tách ra khỏi môi trường sau mỗi ngày lên men để xử lý và xác định khối lượng Phần dịch lên men còn lại sẽ được phân tích các chỉ tiêu khác như pH, độ acid tổng, hàm lượng đường khử và hàm lượng vi khuẩn.
3.3.2 Quá trình lên men sinh tổng hợp cellulose
Quá trình lên men sinh tổng hợp cellulose bởi vi khuẩn A xylinum được thực hiện trên môi trường HS với nồng độ cơ chất ban đầu là 50, 100 và 200 g/L, sử dụng tỷ lệ giống cấy 10% Quá trình lên men tĩnh diễn ra trong 15 ngày ở nhiệt độ 30C Sau khi hoàn tất quá trình lên men, dịch lên men cùng lớp màng cellulose tạo thành được phân tích để xác định các chỉ tiêu hóa lý.
Vi sinh vật Đường khử Acid tổng pH
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
3.4.1 Xác định hàm lượng cellulose sinh tổng hợp Đầu tiên, màng cellulose được ngâm trong dung dịch NaOH 2% trong 30 phút ở nhiệt độ 80C để loại bỏ các tạp chất và tế bào bám trên màng Sau đó, màng được tiếp tục ngâm trong dung dịch acid acetic 2% trong 30 phút ở nhiệt độ 80C để trung hòa lượng base và được rửa bằng nước cất để đưa về pH trung tính Màng cellulose sau khi rửa sạch được sấy tới khối lượng không đổi ở 105C để xác định khối lượng khô Hàm lượng cellulose sinh tổng hợp được biểu diễn theo đơn vị g chất khô cellulose trong 1 L dịch lên men [29]
3.4.2 Xác định hàm lượng vi sinh vật
Canh trường (2 mL) được định mức lên 10 mL sử dụng dung dịch đệm acetate 0.1
M (pH 5.0) chứa 1% cellulase (v/v) và được thủy phân trong 2 giờ ở 50C Sau thủy phân, hỗn hợp được lọc qua giấy lọc Whatman No.2, và hàm lượng vi sinh vật được xác định bằng cách đo độ hấp thu ở bước sóng 600 nm.
3.4.3 Xác định hàm lượng đường khử
Hàm lượng đường khử được xác định bằng phương pháp dinitro salicylic acid (DNS), dựa trên phản ứng tạo phức màu vàng giữa đường khử và thuốc thử DNS có bước sóng hấp thu tối đa ở 540 nm Trong quy trình, 2mL dịch lên men sau khi pha loãng được bổ sung 1 mL thuốc thử DNS và đun sôi trong 10 phút Sau khi làm nguội đến nhiệt độ phòng, mẫu được đo độ hấp thu ở bước sóng 540 nm Hàm lượng đường khử được tính toán dựa vào đường chuẩn glucose và được biểu diễn bằng đơn vị g/L.
3.4.4 Xác định độ acid tổng Độ acid tổng của dịch lên men được xác định bằng phương pháp chuẩn độ acid- base sử dụng dung dịch NaOH 0.05 N làm dung dịch chuẩn độ với chỉ thị màu phenolphthalein Độ acid tổng được biểu diễn theo đơn vị gam acid acetic trong 1 L dịch lên men.
PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU
Dữ liệu thực nghiệm được phân tích bằng phần mềm SPSS 15 với các kỹ thuật thống kê cơ bản Phân tích phương sai một nhân tố (one-way ANOVA) được sử dụng để xác định sự khác biệt giữa các chế độ xử lý mẫu, trong khi kiểm định Tukey’s Multiple Range test được áp dụng để xác định sự khác biệt có ý nghĩa giữa các nhóm.
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
SỰ THAY ĐỔI pH VÀ ĐỘ ACID TỔNG
Nghiên cứu này khảo sát ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đến quá trình lên men cellulose của vi khuẩn A xylinum, với các nồng độ cơ chất được thay đổi ở mức 50, 100 và 200 g/L Quá trình lên men cellulose được đánh giá thông qua sự biến đổi pH, độ acid tổng, hàm lượng glucose, số lượng vi sinh vật trong môi trường lên men, và hiệu suất sinh tổng hợp BC.
Sự thay đổi pH và độ acid tổng (g acid acetic/L) trong dịch lên men sinh tổng hợp cellulose do vi khuẩn A xylinum thực hiện trên môi trường HS với hàm lượng glucose ban đầu 50 g/L được thể hiện trong Hình 4.1.
Sự thay đổi pH và độ acid tổng của dịch lên men trong môi trường HS được thể hiện rõ qua Hình 4.1 Kết quả cho thấy sự biến động của pH trong dịch lên men trong môi trường này.
HS cũng có chiều hướng giảm và giảm mạnh từ ngày 0 đến ngày 7 Do pH giảm nên lượng acid tổng của môi trường tăng
Sự thay đổi pH và hàm lượng acid tổng trong dịch lên men cellulose với nồng độ cơ chất 100 g/L cho thấy khi pH giảm, hàm lượng acid tổng trong canh trường tăng Theo thời gian, hàm lượng acid gia tăng do vi khuẩn A xylinum chuyển hóa đường thành acid acetic, dẫn đến pH giảm và acid tăng Trong 2 ngày đầu, pH không thay đổi đáng kể, nhưng sau đó giảm mạnh đến ngày 10 và duy trì ổn định ở các ngày cuối của quá trình lên men.
Sự thay đổi pH và độ acid tổng của dịch lên men cellulose do vi khuẩn A xylinum thực hiện trên môi trường HS với hàm lượng glucose ban đầu là 100 g/L được thể hiện trong Hình 4.2.
Nghiên cứu của Kamide et al (1990) chỉ ra rằng điều kiện nuôi cấy vi khuẩn A xylinum ảnh hưởng đến sinh tổng hợp cellulose, với pH không thay đổi trong 64 giờ đầu của quá trình lên men Sau đó, pH giảm nhanh trong 1 giờ tiếp theo, tiếp tục giảm chậm và duy trì ổn định cho đến 120 giờ, trước khi giảm nhanh trở lại và không thay đổi cho tới 150 giờ lên men.
Vi khuẩn A xylinum phát triển tốt trong môi trường acid nhẹ để tổng hợp cellulose Tuy nhiên, khi giá trị pH của môi trường lên men tăng, quá trình tổng hợp cellulose bị giảm đáng kể do sự sinh trưởng kém của vi khuẩn và sự ức chế các enzyme cần thiết cho việc hình thành cellulose.
Trong môi trường có nồng độ cơ chất 200 g/L, thời gian lên men kéo dài dẫn đến sự gia tăng tổng lượng acid, với sự tăng trưởng đều đặn trong 14 ngày và đột biến vào ngày thứ 15 Nguyên nhân của hiện tượng này là do A xylinum có khả năng chuyển hóa carbohydrate thành acid acetic thông qua quá trình tổng hợp cellulose.
Quá trình chuyển hóa trong hô hấp tế bào bao gồm việc oxy hóa ethanol thành acid acetic và chuyển đổi glucose thành acid gluconic Acid acetic được coi là sản phẩm phụ với pH T A (g acid acetic/L).
pH giảm có ảnh hưởng đến sự sinh tổng hợp cellulose và sự phát triển của vi sinh vật Trong giai đoạn từ ngày 0 đến 4, pH thay đổi không đáng kể do vi khuẩn thích nghi với môi trường, nhưng từ ngày 4 đến 6, pH giảm do nồng độ acid gluconic tăng Nồng độ acid gluconic cao có thể làm thay đổi hoạt động của các quá trình trao đổi chất Trong thời gian lên men từ 10 đến 15 ngày, quá trình oxi hóa glucose thành gluconate dẫn đến giảm năng suất cellulose và giảm pH, từ đó ức chế sự tăng trưởng tế bào và sản xuất cellulose Các nghiên cứu khác cũng chỉ ra rằng khi pH giảm xuống dưới 4.0, quá trình lên men tĩnh tạo ra cellulose bắt đầu diễn ra.
Hình 4.3 minh họa sự biến đổi pH và tổng độ acid (g acid acetic/L) trong quá trình lên men sinh tổng hợp cellulose bởi vi khuẩn A xylinum, sử dụng môi trường HS với nồng độ glucose ban đầu là 200 g/L.
Việc điều chỉnh pH môi trường là yếu tố quan trọng để đạt hiệu suất thu hồi cellulose cao Enzyme glucose dehydrogenase oxy hóa glucose, tạo ra acid gluconic và làm giảm pH môi trường Khi pH giảm xuống dưới 3.0, quá trình tổng hợp cellulose sẽ bị ức chế.
SỰ THAY ĐỔI SỐ LƯỢNG VI SINH VẬT
Sự thay đổi số lượng vi sinh vật trong dịch lên men ở môi trường HS với 50 g/L cơ chất cho thấy sự phát triển liên tục từ ngày 0 đến ngày 7 Tuy nhiên, từ ngày 8 trở đi, số lượng vi sinh vật giảm nhẹ và không tăng nhiều vào ngày 9 và 10 Đặc biệt, từ ngày 11 đến ngày 13, vi sinh vật bắt đầu giảm rõ rệt.
Hình 4.4 minh họa sự biến đổi mật độ quang của vi sinh vật ở bước sóng 600 nm trong quá trình lên men sinh tổng hợp cellulose do vi khuẩn A xylinum thực hiện, với môi trường HS và hàm lượng glucose ban đầu là 50 g/L.
Hình 4.5 thể hiện sự thay đổi mật độ quang của vi sinh vật (ở bước sóng 600 nm) trong dịch lên men sinh tổng hợp cellulose do vi khuẩn A xylinum thực hiện, trên môi trường HS với nồng độ glucose ban đầu là 100 g/L.
Sự thay đổi số lượng vi sinh vật trong canh trường lên men với nồng độ cơ chất 100 g/L theo thời gian được minh họa trong Hình 4.5 Trong 9 ngày đầu lên men, vi sinh vật phát triển mạnh mẽ, tuy nhiên, sau ngày thứ 9, sự phát triển này bắt đầu có xu hướng suy giảm.
Hình 4.6 cho thấy sự thay đổi số lượng vi sinh vật (mật độ quang ở bước sóng 600 nm) trong dịch lên men sinh tổng hợp cellulose bởi vi khuẩn A xylinum trên môi trường HS với hàm lượng glucose ban đầu 200 g/L Ảnh hưởng của thời gian lên men đến số lượng vi sinh vật trong môi trường với nồng độ cơ chất 200 g/L được thể hiện rõ ràng, cho thấy rằng số lượng vi sinh vật trong môi trường có nồng độ glucose 200 g/L cao hơn đáng kể so với môi trường có nồng độ cơ chất thấp hơn.
SỰ THAY ĐỔI HÀM LƯỢNG GLUCOSE VÀ CELLULOSE
Trong môi trường có nồng độ cơ chất 50 g/L, hàm lượng đường bắt đầu giảm đáng kể từ ngày thứ 3 của quá trình lên men và duy trì ổn định sau khoảng 8 ngày Hàm lượng đường còn lại trong dịch lên men rất thấp, và đặc biệt không phát hiện cellulose trong canh trường này Điều này cho thấy vi sinh vật chủ yếu sử dụng glucose để tăng sinh khối.
Hình 4.7 Sự thay đổi hàm lượng glucose (g/L) của dịch lên men sinh tổng hợp cellulose bởi vi khuẩn A xylinum trên môi trường HS với hàm lượng glucose ban đầu 50 g/L
Hàm lượng glucose (g/L) và cellulose (g DW/L) trong dịch lên men sinh tổng hợp cellulose bởi vi khuẩn A xylinum trên môi trường HS đã có sự thay đổi đáng kể, với hàm lượng glucose ban đầu là 100 g/L.
Glu co se (g /L) Glu co se (g /L) B C ( g DW /L)
Sự thay đổi hàm lượng đường khử và cellulose trong canh trường lên men với nồng độ chất khô ban đầu 100 g/L cho thấy khi hàm lượng đường giảm, tổng hàm lượng vi sinh vật lại tăng lên.
Hàm lượng đường giảm mạnh từ ngày 0–5 do vi sinh vật ở pha phát triển bắt đầu tiêu thụ đường Nghiên cứu của Tsouko et al (2015) về vi sinh vật Komagataeibacter sucrofermentans DSM 15973 cũng cho thấy tương tự, khi lên men sinh tổng hợp cellulose từ bã dầu hướng dương Kết quả cho thấy, khi lượng đường giảm, hàm lượng vi sinh vật tăng lên, và thời gian lên men kéo dài cũng dẫn đến sự gia tăng của vi sinh vật.
Hình 4.9 thể hiện sự biến đổi của hàm lượng glucose (g/L) và cellulose (g DW/L) trong dịch lên men sinh tổng hợp cellulose do vi khuẩn A xylinum thực hiện, sử dụng môi trường HS với nồng độ glucose ban đầu là 200 g/L.
Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng môi trường có hàm lượng cơ chất ban đầu trên 10% có khả năng thúc đẩy cải thiện sinh tổng hợp cellulose, điều này phù hợp với kết quả của Jagannath et al (2008) Ngược lại, Embuscado et al (1994) lại kết luận rằng nồng độ chất khô trên 5% không ảnh hưởng đến sự sinh tổng hợp cellulose.
Tiền chất cellulose trong quá trình lên men của A xylinum là uridine diphosphoglucose, cho thấy rằng việc tổng hợp cellulose liên quan đến việc sử dụng glucose hoặc fructose làm nguồn carbon Cellulose được hình thành có hàm lượng chất khô 1% và có khả năng ưa nước cùng với khả năng giữ nước tốt.
Lượng vi sinh vật, hàm lượng đường và thời gian lên men là ba yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình lên men cellulose vi khuẩn Khi hàm lượng đường giảm, tổng hàm lượng vi sinh vật sẽ tăng lên, kéo theo thời gian lên men cũng tăng Hình 4.9 minh họa mối quan hệ giữa hàm lượng đường, thời gian lên men và tổng hàm lượng vi sinh vật.
Hàm lượng đường giảm dần từ ngày 0 đến ngày 8 do vi sinh vật trong pha tăng trưởng sử dụng carbon ban đầu, dẫn đến việc vi khuẩn chuyển sang sử dụng acid gluconic trong quá trình trao đổi chất Trong khoảng thời gian này, độ kết tinh của màng BC cũng tăng dần Từ ngày 0 đến ngày 9, hàm lượng đường giảm mạnh, sau đó từ ngày 9 đến ngày 15, hàm lượng này dần ổn định.
Theo nghiên cứu của Jagannath et al (2008), quá trình hình thành cellulose trong vi khuẩn A xylinum chỉ bắt đầu sau ngày thứ 3 của quá trình lên men Trong giai đoạn đầu, môi trường lên men trở nên đục hơn.
Quá trình lên men có khuấy đảo giúp cải thiện sự sinh trưởng của vi sinh vật so với nuôi cấy tĩnh Tuy nhiên, phương pháp này lại hạn chế sự hình thành cellulose, khiến cellulose được hình thành dưới dạng hạt thay vì dạng lớp như trong nuôi cấy tĩnh.