TỔNG QUAN
Giới thiệu chung về nấm men
Nấm men, hay còn gọi là Yeast (Levure), là một nhóm nấm không có phân loại thống nhất, chủ yếu tồn tại ở dạng đơn bào và sinh sôi chủ yếu bằng cách nảy chồi Một số loài nấm men cũng có khả năng phân cắt tế bào và có khả năng lên men đường Chúng có thành tế bào chứa mangan, thích nghi tốt với môi trường có nồng độ đường cao và tính acid cao.
Nấm men tồn tại phổ biến trong tự nhiên, đặc biệt là ở những môi trường giàu đường và có độ pH thấp như trái cây, rau củ, mật mía, rỉ đường, mật ong, cũng như trong đất trồng mía và vườn cây ăn trái, và cả ở những khu vực đất bị ô nhiễm dầu mỏ.
Trong công nghệ sinh học, nấm men được sử dụng rộng rãi nhờ vào các thuộc tính sinh lý học có lợi của chúng Quá trình lên men đường bởi nấm men là ứng dụng lâu đời và phổ biến nhất trong lĩnh vực này Các ứng dụng của nấm men trong công nghệ sinh học rất đa dạng và quan trọng.
Nấm men bia được sử dụng để sản xuất bia và nấm men cũng được dùng để sản xuất rượu vang
Nấm men bánh mỳ dùng để sản xuất bánh mỳ
Nấm men cũng là một trong số các vi sinh vật mẫu được sử dụng rộng rãi nhất trong nghiên cứu di truyền học và tế bào sinh học [6].
Tổng quan về nấm men Saccharomyces cerevisiae
1.2.1 Đặc tính nấm men Saccharomyces cerevisiae
S cerevisiae là một loại thuộc nấm túi Ascomycetes còn gọi là men bánh mì hay men rượu, loại nấm chủ yếu dùng trong quá trình lên men rượu Nấm me S cerevisiae là Eukaryota đơn bào cú kớch thước 5-10 àm [6]
Hình 1.1 Tế bào nấm men S cerevisiae
1.2.2 Ứng dụng nấm men Saccharomyces cerevisiae trong công nghệ sinh học
Nấm men, đặc biệt là giống Saccharomyces, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như sản xuất bia, rượu, nước giải khát và thức ăn chăn nuôi Các enzym như amylase, invertase, lactase và uricase, cùng với các sản phẩm như ergosterol, axit ribonucleic, riboflavin (Vitamin B12) và axit amin, cũng được sản xuất từ nấm men Trong đó, loài S cerevisiae là giống nấm men quan trọng nhất, thường được sử dụng trong ngành thực phẩm, với một số chủng chuyên dùng làm men nở bánh mì và trong sản xuất rượu, bia, rượu vang, cùng với enzym invertase và glycerin.
Phương pháp cố định tế bào
Phương pháp cố định tế bào là một kỹ thuật cố định tế bào được định nghĩa là
Kỹ thuật bao bọc hoặc định vị các tế bào còn nguyên vẹn trong một không gian nhất định nhằm bảo vệ các hoạt tính xúc tác mong muốn đã được Karel và cộng sự (1985) nghiên cứu.
Cố định là quá trình bắt chước các hiện tượng tự nhiên, trong đó tế bào phát triển trên bề mặt hoặc bên trong cấu trúc nguyên liệu tự nhiên Nhiều vi sinh vật có khả năng tự gắn lên các bề mặt khác nhau trong môi trường tự nhiên.
1.3.2 Phân loại phương pháp cố định tế bào
Kỹ thuật cố định trong công nghệ sinh học đã tạo điều kiện thuận lợi cho nhiều quá trình, dẫn đến sự phát triển của nhiều kỹ thuật và chất mang Các kỹ thuật này được phân loại thành bốn nhóm chính: cố định trên bề mặt chất mang rắn, nhốt trong khung mạng xốp, keo tụ tế bào, và nhốt bằng phương pháp cố định học bên trong một màng chắn.
Hinh 1.2 Các phương pháp cố định tế bào
* Phương pháp nhốt trong khung mạng xốp (tạo gel):
Nguyên tắc cơ bản là đưa tế bào vào một mạng lưới chặt chẽ nhằm ngăn chặn sự khuếch tán của tế bào ra môi trường xung quanh, đồng thời vẫn cho phép sự vận chuyển tự do của các chất dinh dưỡng và quá trình trao đổi chất diễn ra hiệu quả.
+ Ưu điểm: Có thể đạt được mật độ tế bào trong một đơn vị tích chất mang cao hơn so với canh trường vi sinh vật tự do [25]
+ Nhược điểm: Khi tế bào tăng quá nhiều sinh khối sẽ làm giảm độ bền của mạng gel
[23] Tế bào trên bề mặt tăng lên nhiều lần và dễ thoát ra khỏi mạng gel và phát triển trong môi trường như là các tế bào tự do
1.3.3 Ưu nhược điểm cố định tế bào a Ưu điểm của cố định tế bào
Hoạt động bền vững và ổn định của chất xúc tác sinh học và chất mang có thể bảo vệ hiệu quả chống lại các tác động hóa lý từ nhiệt độ, pH, dung môi và kim loại nặng.
Mật độ tế bào trong thiết bị phản ứng sinh học cao hơn, dẫn đến thời gian phản ứng ngắn hơn và loại bỏ hiệu quả sự phát triển của các tế bào vi sinh vật không có lợi.
Sự hấp thụ cơ chất tăng và năng suất được cải thiện
Có thể thực hiện được với quá trình liên tục
Khả năng chịu đựng được nồng độ cơ chất cao tăng và giảm sự ức chế của sản phẩm cuối
Với quá trình lên men, có thể thực hiện ở nhiệt độ thấp dẫn đến cải thiện chất lượng cho một số sản phẩm
Việc hoàn thiện sản phẩm trở nên dễ dàng hơn nhờ vào việc giảm thiểu thủ tục tách chiết và lọc, từ đó giúp giảm chi phí thiết bị và yêu cầu về năng lượng.
Sự tái sinh và tái sử dụng chất xúc tác sinh học là một giải pháp hiệu quả cho quá trình vận hành gián đoạn, cho phép duy trì hoạt động mà không cần phải tháo dỡ chúng khỏi thiết bị phản ứng sinh học.
Giảm rủi ro nhiễm vi sinh vật có hại bởi vì mật độ tế bào cao
Việc sử dụng thiết bị phản ứng sinh học nhỏ gọn với thiết kế quy trình công nghệ đơn giản không chỉ giúp giảm chi phí vốn mà còn tối ưu hóa hiệu suất sản xuất.
Giảm thời gian sản xuất ra sản phẩm [23] b Nhược điểm của cố định tế bào
Khi sử dụng tế bào vi sinh vật cố định trong sản xuất, việc rò rỉ hoặc rửa trôi tế bào khỏi chất mang là điều khó tránh khỏi Điều này dẫn đến việc thu nhận và đảm bảo độ sạch của sản phẩm trở nên phức tạp hơn.
Tế bào cố định cần nhiều nguồn dinh dưỡng và năng lượng đa dạng để phát triển và hoạt động bình thường Trong hệ thống sử dụng tế bào cố định, có thể xảy ra hiện tượng phân hủy sản phẩm nhằm cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng và năng lượng cần thiết Do đó, hiệu suất sử dụng tế bào cố định thường thấp hơn so với tế bào tự do.
Việc bao bọc bởi chất mang, thành tế bào và màng tế bào chất có thể gây cản trở quá trình thẩm thấu của cơ chất, sản phẩm và các thành phần từ môi trường vào trong tế bào.
Một nhược điểm phổ biến của tế bào vi sinh vật được cố định trong khuôn gel là khó tiếp xúc với cơ chất có kích thước phân tử lớn Điều này dẫn đến hoạt lực của tế bào cố định có thể thấp hơn so với tế bào tự do.
Trong sản xuất ethanol, sự ức chế của ethanol lên hoạt động của nấm men không được chú trọng trong quá trình lên men gián đoạn, khi nấm men chỉ sử dụng một lần và được tái hoạt hóa cho lần sản xuất tiếp theo Tuy nhiên, ethanol có ảnh hưởng lớn đến hoạt động của nấm men trong quá trình lên men liên tục, dẫn đến việc hoạt tính của tế bào nấm men có thể bị ức chế sau khi lên men Đối với phương pháp cố định nấm men, việc duy trì hoạt tính của nấm men cố định và giữ nồng độ ethanol thấp là rất quan trọng để tránh ức chế tế bào nấm men, nếu không, hiệu suất thu nhận sản phẩm sẽ không cao Do đó, nhiều phương pháp đã được nghiên cứu để thảo sản phẩm liên tục khỏi thiết bị lên men nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực của sản phẩm lên men đến nấm men.
Tổng quan về một số chất mang sử dụng trong cố định tế bào
Alginat là polymer sinh học biển phong phú nhất và đứng thứ hai sau cellulose trên toàn cầu Được phát hiện lần đầu bởi Stanford vào năm 1881, alginat là một acid hữu cơ có nguồn gốc từ tảo nâu, với trọng lượng phân tử dao động từ 32.000 đến 200.000.
Alginat chủ yếu có nguồn gốc từ thành tế bào và gian bào của tảo nâu thuộc họ Rhaeophyceae, đặc biệt là từ các loài như Macrocystis pyrifera, Nodosum ascophyllum và Lamminaria Trong tự nhiên, alginat tồn tại chủ yếu dưới dạng muối alginat.
Alginat có hai dạng không tan chính là acid alginic và calci alginat, magie (ký hiệu: AlgCa, AlgMg), được tìm thấy bền vững trong thành tế bào của cây rong Chúng tạo ra cấu trúc lưới gel chắc chắn trên thành tế bào của rong nâu.
Algiant là tên gọi chung cho các muối của acid alginic, một acid hữu cơ có trong tảo nâu thuộc họ Rhaephyceae Alginat là một polymer được cấu tạo từ hai loại monomer: acid manunuronic (M) và acid guluronic (G), liên kết với nhau thông qua các liên kết 1-4 glycosid.
Hình 1.3 Mô tả cấu trúc của alginat
7 b Đặc điểm, tính chất liên quan đến cố định tế bào
Alginat là một hợp chất có tính ưa nước, tương hợp sinh học cao và giá thành rẻ, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Hai tính chất quan trọng của alginat là độ nhớt dung dịch và khả năng tạo gel, đặc biệt là khi phản ứng với các ion kim loại hóa trị II, III Khi có mặt các ion như Ca²⁺, Ba²⁺, Sr²⁺ ở nồng độ thích hợp, dung dịch alginat sẽ hình thành gel thông qua mô hình vỉ trứng, trong đó các phân tử alginat sắp xếp song song và tạo ra không gian giống như chỗ đặt trứng Các ion Ca²⁺ kết nối các khoảng trống này, tạo nên một mạng lưới không gian 3 chiều Cấu trúc gel này, khi được sử dụng làm màng bao, đóng vai trò như một tấm chắn bảo vệ khỏi các yếu tố bất lợi của môi trường, đồng thời cho phép giải phóng dược chất một cách có kiểm soát.
Hình 1.4 Mô tả vi trứng, vị trí của ion Ca 2+ trong gel và sự tạo thành gel calci alginat c Cơ chế tạo gel alginat
Alginat có khả năng tạo gel khi kết hợp với cation kim loại hóa trị cao, nhưng phương pháp acid hóa phân tử alginat để tạo gel ít được sử dụng do quy trình thực hiện phức tạp.
Alginat có khả năng kết hợp nhanh với các ion kim loại hóa trị cao để tạo gel đồng thể Độ ái lực của alginat với các ion hóa trị 2 giảm theo thứ tự khác nhau, tùy thuộc vào loại ion và alginat Thông thường, canxi được sử dụng phổ biến để tạo gel từ alginat.
Quá trình tạo gel của alginat với cation kim loại hóa trị cao có thể được thực hiện qua hai phương pháp chính: tạo gel từ bên ngoài và tạo gel từ bên trong.
Phương pháp tạo gel từ bên ngoài là cách phổ biến nhất để tạo gel từ alginat, với ưu điểm là nhanh chóng và dễ thực hiện Khi dung dịch alginat được nhỏ vào dung dịch chứa cation, bề mặt ngoài của hạt alginat sẽ lập tức bị gel hóa Sau đó, các cation này tiếp tục khuếch tán vào bên trong hạt, khiến các phân tử alginat bên trong cũng gel hóa Quá trình này diễn ra từ bề mặt vào sâu bên trong hạt, tuy nhiên, tính đồng thể của hạt gel không cao.
Hình 1.5 Cơ chế tạo gel của alginat theo phương pháp tạo gel từ bên ngoài d Ứng dụng
Alginat là một trong những polymer biển có vai trò bao gồm [3], [10]:
+ Trong y học và dược học:
Trong y học, alginat được sử dụng như một phương pháp điều trị hiệu quả cho bệnh nhiễm phóng xạ Khi bệnh nhân tiêu thụ natri alginat, chất này sẽ kết hợp với stronti và giúp thải loại chúng ra ngoài cơ thể, mang lại hiệu suất chữa bệnh khá cao.
Alginat dễ dàng tạo gel bao bọc các tế bào vi khuẩn, lớp gel tạo thành có độ ổn định cao Được sử dụng trong bào chế vi nang
Natri alginat làm tăng hiệu quả chữa bệnh của penicillin vì khi có mặt natri alginat sẽ làm cho penicillin tồn tại lâu hơn trong máu
Natri alginat là một thành phần quan trọng trong công nghệ bào chế thuốc, được sử dụng để ổn định, nhũ hóa và tạo đặc cho dung dịch Ngoài ra, nó còn được áp dụng làm vỏ bọc thuốc và là chất phụ gia trong chế biến các loại thực phẩm kiêng.
Trong nha khoa dùng acid alginic thay thạch cao để làm khuôn răng, nó giữ được hình răng chính xác
+ Trong công nghiệp dược phẩm:
Alginat làm tá dược rã viên nén, tá dược kiểm soát giải phóng dược chất, dùng để đóng nang, bao phim
Alginat là một hợp chất quan trọng, được sử dụng để làm trơn và ngăn ngừa trào ngược dịch dạ dày Nó cũng đóng vai trò là yếu tố ổn định cho nhũ tương và huyền phù Ngoài ra, alginat còn được ứng dụng trong việc cố định tế bào dưới dạng gel, mang lại nhiều lợi ích vượt trội.
+ Trong công nghiệp thực phẩm:
Natri alginat cũng được dùng trong một số thực phẩm để hạn chế tăng trọng Ví dụ: 1 g alginat natri chỉ cung cấp 1,4 Kcal
Trong sản xuất kem, acid alginic và các muối của nó được sử dụng như chất ổn định, giúp kem có độ mịn và hương vị thơm ngon Chất này cũng tăng khả năng chịu nhiệt và rút ngắn thời gian khuấy trộn trong quá trình sản xuất.
Cho vào sữa bò với nồng độ keo natri alginat 0,1% (1,8% sẽ chống được hiện tượng các chất không hòa tan kết tủa)
Alginat còn dùng trong sản xuất bơ, bánh kẹo, fomat, nước giải khát cũng như các mặt hàng đông lạnh
Alginat có đặc tính độ nhớt cao và tính mao dẫn kém, khi khô sẽ trở nên trong suốt, bóng và có tính đàn hồi tốt Nhờ vào những đặc điểm này, alginat được sử dụng để làm hồ vải, giúp tăng cường độ bền cho sợi, giảm thiểu tỷ lệ đứt sợi và nâng cao hiệu suất dệt.
Trong ngành công nghiệp, natri alginat được sử dụng như một chất tạo độ dính cao cho thuốc nhuộm, giúp in hoa sắc nét và không bị nhòe Bên cạnh đó, nó còn được ứng dụng trong việc sản xuất vải không thấm nước.
Phương pháp sản xuất ethanol
Ethanol đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong sản xuất thực phẩm, nơi nó được sử dụng làm nguyên liệu cho đồ uống có cồn và dung môi Quy trình lên men ethanol đã có lịch sử lâu dài và phổ biến trên toàn cầu, với nhiều phương pháp và loại vi sinh vật khác nhau Mỗi phương pháp và loại nấm men mang lại hiệu suất và giá trị cảm quan khác nhau Nhiều nghiên cứu trên thế giới đã tập trung vào việc tối ưu hóa sản phẩm ethanol để đạt được hiệu quả kinh tế và chất lượng cảm quan tốt nhất.
Nghiên cứu của Phạm Thị Hồng Nga (2007) cho thấy nấm men S.cerevisiae được sử dụng trong quá trình lên men để sản xuất ethanol qua phương pháp cố định tế bào Tương tự, Inloes DS và cộng sự (1983) cũng đã áp dụng phương pháp cố định tế bào với nấm men S.cerevisiae để sản xuất ethanol.
Một số nghiên cứu về phương pháp cố định tế bào trên thế giới và Việt Nam
Tại Việt Nam: Theo nghiên cứu ―cố định tế bào nấm men ứng dụng trong lên men cồn rỉ đường‖ [14]
Các điều kiện tối ưu cho quá trình lên men cồn từ rỉ đường bằng phương pháp lên men liên tục đã được nghiên cứu, bao gồm nồng độ natri alginat, nồng độ CaCl2 2%, tốc độ dòng chảy tạo hạt và mật độ tế bào trong dung dịch.
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tái sử dụng tế bào nấm men cố định trong quá trình lên men cồn trên môi trường rỉ đường có thể thực hiện qua 4 lần lên men Kết quả cho thấy điều kiện tối ưu cho việc cố định tế bào là nồng độ natri alginat 3%, dung dịch gel CaCl2 2%, và mật độ giống thích hợp là 10^9 tế bào/ml gel Hệ thống tạo hạt 24 kim với đường kính hạt 0,5 cm cho phép đạt được tốc độ dòng chảy tối ưu cho quá trình này.
Kết quả đánh giá quá trình lên men cho thấy, sau 4 lần lên men, hạt tế bào cố định tái sử dụng vẫn duy trì hoạt lực tốt, với nồng độ cồn tạo ra chỉ giảm nhẹ từ 11% xuống mức thấp hơn, đạt 200 ml/phút.
%v /v xuống 10,5 % v/v) so với lần đầu sử dụng
Tại nước ngoài : Nhóm tác giả Juliana C Duarte và cộng sự đã đánh giá ảnh hưởng của hệ gel calci alginat trong cố định tế bào lên men ethanol [21]
Tế bào S.cerevisiae được cố định trong hệ gel calci alginat và hạt calci alginat bao chitosan, được nghiên cứu trong quá trình lên men glucose và sucrose để sản xuất ethanol Quá trình lên men theo lô diễn ra trong máy lắc quỹ đạo, với việc theo dõi nồng độ chất nền và sản phẩm bằng HPLC Việc cố định tế bào trong hạt calci alginat và hạt calci alginat bao chitosan cho phép tái sử dụng hạt trong tám lần lên men tuần tự, mỗi lần kéo dài 10 giờ.
NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị, môi trường sử dụng
2.1.1 Nguyên liệu và hóa chất
Chủng VSV: Nấm men Saccharomyces cerevisiae
Bảng các hóa chất dùng trong nghiên cứu:
Bảng 2.1 Nguyên liệu và hóa chất sử dụng trong nghiên cứu
Tên hóa chất Nguồn gốc Tên hóa chất Nguồn gốc
Glucose Trung Quốc Acid clorid Trung Quốc
Cao nấm men Merck -Đức Natri alginat Ấn Độ
KH 2 PO 4 Trung Quốc Calci clorid Trung Quốc
MgSO 4 7H 2 O Trung Quốc Acid acetic băng Trung Quốc
(NH 4 ) 2 SO 4 Trung Quốc Chitosan Đức
Natri clorid Trung Quốc KI Trung Quốc
2.1.2 hiết bị và dụng cụ dùng trong nghiên cứu
Bảng 2.2 Thiết bị dùng trong nghiên cứu
Tên thiết bị Nguồn gốc Tên thiết bị Nguồn gốc
Cân kỹ thuật Đức (Satorious) và máy ly tâm Đức (Satorious) là những thiết bị chính xác cao, trong khi nồi hấp tiệt trùng Nhật (ALP) và tủ cấy vô trùng Nhật (Sanyo) đảm bảo quy trình tiệt trùng hiệu quả Máy khuấy từ Hàn Quốc (Wisd) và tủ ấm CO2 Nhật (Sanyo) hỗ trợ trong việc tạo điều kiện tối ưu cho thí nghiệm Máy lắc ổn nhiệt Trung Quốc (KWF) cùng với tủ lạnh bảo quản Hàn Quốc (LG) giúp duy trì nhiệt độ và bảo quản mẫu vật một cách an toàn.
Tủ lạnh Hàn Quốc (LG) Tủ sấy Hàn Quốc
Thiết bị đông khô Đức (Christ Alpha) Tủ lạnh sâu Đức (HAIER
Bảng 2.3 Dụng cụ dùng trong nghiên cứu
Cốc có mỏ Ống đong Ống ly tâm Ống nghiệm có nắp
Pipet pasteur Pipet chia vạch Pipet tips (Đầu côn) Pipet Eppendort Đĩa petri đường kính 9 cm
2.1.3 Các dung dịch sử dụng trong nghiên cứu
Dung dịch Natri clorid 0.9%, pH = 3
Dung dịch thuốc thử School A và School B
2.1.4 Môi trường sử dụng a Môi trường giữ giống (g/ 100ml)
Bàng 2.4 Hóa chất dùng trong môi trường giữ giống
STT Tên hóa chất Hàm lƣợng (g/100ml)
8 Thạch 2.0 b Môi trường nhân giống (g/ 100ml)
Bảng 2.5 Hóa chất dùng trong môi trường nhân giống
STT Tên hóa chất Hàm lƣợng (g/100ml)
7 pH 6.5-7 c Môi trường lên men (g/ 100ml)
Bảng 2.6 Hóa chất dùng trong môi trường lên men
STT Tên hóa chất Hàm lƣợng (g/100ml)
7 pH 6.5-7 d Môi trường giữ hạt cố định tế bào (g/ 100ml)
Bảng 2.7 Hóa chất dùng trong môi trường giữ hạt cố định tế bào
STT Tên hóa chất Hàm lƣợng (g/ 100ml)
Nội dung nghiên cứu
2.2.1 Khảo sát khả năng tạo ethanol của tế bào nấm men S.cerevisiae cố định trong hệ gel alginat-chitosan
Tạo hạt cố định tế bào nấm men trong hệ gel alginat-chitosan
Khả năng lên men 24h các tế bào cố định trong hệ gel alginat-chitosan
Khảo sát khả năng tiêu thụ đường sau 24 giờ lên men cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa các tế bào tự do và tế bào cố định trong hệ gel alginat và hệ gel alginat-chitosan Nghiên cứu này so sánh hiệu suất tiêu thụ đường của tế bào tự do với tế bào cố định trong hai loại gel, nhằm xác định phương pháp tối ưu cho quá trình lên men Kết quả sẽ cung cấp thông tin quý giá cho việc cải thiện hiệu quả sản xuất trong các ứng dụng sinh học.
2.2.2 Khảo sát khả năng tái sử dụng của các hạt tế bào cố định trong hệ gel alginat– chitosan
Khả năng lên men 24h các tế bào cố định trong hệ gel alginat-chitosan sau khi tái sử dụng
Khảo sát khả năng tiêu thụ đường sau khi tái sử dụng các tế bào cố định trong hệ gel alginat-chitosan cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa tế bào cố định trong hệ gel alginat và hệ gel alginat-chitosan Nghiên cứu này so sánh hiệu suất tiêu thụ đường của hai loại tế bào cố định, nhằm đánh giá tính hiệu quả và khả năng tái sử dụng của chúng trong các ứng dụng sinh học.
Phương pháp nghiên cứu
2.3.1 Phương pháp tiệt khuẩn bằng nhiệt ẩm
Để tiệt khuẩn chế phẩm và nguyên liệu, cần gói kín chúng trong giấy bạc hoặc cho vào bình nón và đậy kín bằng nút bông Sau đó, chuyển vào nồi hấp và cài đặt ở nhiệt độ 115 độ C với áp suất 0,6 atm trong 20 phút.
Pha 100ml môi trường giữ giống trong bình nón 250ml theo công thức ở mục 2.1.4(a), chia vào ống nghiệm 10ml, nút kín và hấp tiệt trùng ở 116°C trong 20 phút, sau đó để nguội ở nhiệt độ phòng Dùng que cấy lấy mẫu từ khuẩn lạc nấm men trong ống giống, cấy theo hình zig zag vào môi trường Nuôi trong tủ ấm ở 30°C trong 18-24 giờ; sau 24 giờ, nấm men sẽ phát triển trên thạch nghiêng Cuối cùng, cất ống giống vào tủ lạnh để bảo quản trong 2-6 tháng.
Pha 100 ml môi trường nhân giống trong bình nón 250 ml, theo công thức ở mục 2.1.4(b), sau đó nút kín và hấp tiệt trùng ở 116°C trong 20 phút rồi để nguội Tiến hành cấy giống S.cerevisiae trong tủ cấy vô trùng và đặt trong máy lắc ở 30°C với tốc độ 100 vòng/phút trong 24 giờ Sau 24 giờ, nấm men phát triển làm đục môi trường.
2.3.4 Phương pháp cố định tế bào nấm men S cerevisiae trong hệ gel alginat- chitosan
Để chuẩn bị dung dịch alginat 6%, cần cân chính xác 6.00g natri alginat và hòa tan đều trong 100ml nước cất Sau đó, để yên trong 30 phút cho alginat trương nở, rồi hấp tiệt trùng ở nhiệt độ 116°C trong 20 phút để đạt được dung dịch đồng nhất.
Để chuẩn bị dung dịch calci clorid 2%, cân 2.00g calci clorid vào bình nón chứa 80ml nước cất, hòa tan và bổ sung nước cất đến 100ml Sau đó, đậy nút bông và hấp tiệt trùng ở 116°C trong 20 phút, cuối cùng để nguội đến nhiệt độ phòng.
Để chuẩn bị dung dịch chitosan 0.5% trong acid acetic, cần cân chính xác 0.5g chitosan và hòa tan trong 90ml nước cất cùng với 0.5ml acid acetic băng Sau khi khuấy đều cho chitosan hòa tan hoàn toàn, điều chỉnh pH về khoảng 5.5-6.0 bằng dung dịch NaOH 1N Tiếp theo, bổ sung nước cho đủ 100ml, cho vào bình nón và đậy nút bông, sau đó hấp tiệt trùng ở 116°C trong 20 phút và để nguội đến nhiệt độ phòng.
Để chuẩn bị dung dịch NaCl 0.9%, bạn cần cân chính xác 0.9g NaCl và hòa tan trong 90ml nước cất Sau khi hòa tan, bổ sung thêm nước cất đến 100ml, đậy nắp bằng bông và hấp tiệt trùng ở nhiệt độ 116°C trong 20 phút Cuối cùng, để dung dịch nguội đến nhiệt độ phòng.
19 a Tạo hệ cố định tế bào nấm men S.cerevisiae trong hệ gel alginat
20ml dịch tế bào nấm men được trộn với 20ml dung dịch natri alginat 6% ở nhiệt độ phòng, tạo ra dung dịch natri alginat 3% đồng nhất Hệ cố định hạt alginat chứa tế bào hình thành ngay khi dung dịch này được nhỏ vào dung dịch calci clorid 2% Sau 30 phút để các hạt rắn lại, tiến hành rửa loại ion calci và tế bào nấm men 3 lần bằng dung dịch NaCl 0.9% Bên cạnh đó, hệ cố định tế bào nấm men S.cerevisiae cũng được tạo ra trong hệ gel alginat-chitosan.
Để tạo ra dung dịch natri alginat 3% chứa tế bào nấm men, trộn 20ml dịch tế bào nấm men với 20ml dung dịch natri alginate 6% ở nhiệt độ phòng Sau đó, nhỏ dung dịch này vào dung dịch calci clorid 2% để hình thành hệ cố định hạt alginat chứa tế bào Các hạt cần được rắn lại trong 30 phút, sau đó rửa 3 lần với dung dịch NaCl 0.9% để loại bỏ ion calci và tế bào nấm men Cuối cùng, ngâm hạt trong dung dịch chitosan 0.5% trong 30 phút và rửa lại 3 lần bằng dung dịch NaCl 0.9%.
Bảng 2.8 Thiết kế công thức tạo hạt
STT Tên hạt TB nấm men
Để chuẩn bị môi trường lên men, bạn cần pha 100ml môi trường theo công thức đã chỉ định Sau đó, đổ vào bình nón dung tích 250ml có nắp kín và hấp tiệt trùng ở nhiệt độ 116 độ C trong 20 phút Cuối cùng, để cho môi trường nguội trước khi sử dụng.
Sau khi rửa sạch hạt tế bào bằng NaCl 0.9% ba lần, cân một lượng hạt tương đương 10% thể tích nuôi cấy và cho vào bình nón chứa môi trường lên men Tiến hành quá trình lên men trong tủ ấm ở nhiệt độ 30°C trong 24 giờ.
2.3.6 Phương pháp khảo sát khả năng tái sử dụng của các hạt tế bào cố định
Chuẩn bị môi trường lên men sau tái sử dụng: Pha 100ml môi trường lên men theo các thành phần trong công thức ở mục 2.1.4(c) trong bình nón dung tích
250ml nút kín, hấp tiệt trùng ở 116 0 C trong 20 phút, để nguội
Sau khi rửa hạt tế bào bằng nước cất 3 lần, hạt được cho vào bình nón có chứa môi trường lên men Quá trình lên men được thực hiện trong tủ ấm ở nhiệt độ 30°C trong 24 giờ.
2.3.7 Phương pháp định lượng đường
Nguyên tắc định lượng đường theo phương pháp Schoorl-Regenbogen sử dụng thuốc thử Schoorl A và Schoorl B để tạo phức hợp màu xanh của ion Cu+ Trong môi trường kiềm, các nhóm chức ceton hoặc aldehyd sẽ khử ion Cu2+ thành Cu+ Ion Cu2+ dư trong dung dịch sẽ phản ứng với KI trong môi trường acid, giải phóng iod Quá trình định lượng được thực hiện bằng natri thiosunfat 0.1N, tiến hành song song với mẫu trắng Hiệu số lượng natri thiosunfat 0.1N tiêu thụ giữa mẫu trắng và mẫu thử sẽ cho ra số chênh lệch ml natri thiosunfat 0.1N.
Chuẩn bị dung dịch Schoorl A: Cân chính xác 34,66g CuSO 4 5H 2 O hoà tan trong nước đã acid hoá bằng 2-3 giọt H 2 SO 4 loãng Thêm nước vừa đủ 500 ml
Chuẩn bị dung dịch Schoorl B: Cân 173g muối kép Natri Kali tactrat NaK(C 4 H 4 O 6 ) và 50 g NaOH, hoà tan trong 300 ml H 2 O, để nguội, thêm H 2 O vừa đủ 500 ml
Chuẩn bị dung dịch H 2 SO 4 25 %: Cho từ từ 143 ml acid sulfuric 98 % vào 500 ml nước, lắc liên tục Làm nguội, thêm nước vừa đủ 1000 ml
Chuẩn bị dung dịch Na 2 S 2 O 3 0.1 N: Cân chính xác 25,0g Na 2 S 2 O 3 và 0,2g
Na 2 CO 3 , hoà tan trong nước không chứa CO 2 vừa đủ 1000 ml
Chuẩn bị hồ tinh bột: Hòa tan một lượng nhỏ hồ tinh bột 0.01% vào cốc có mỏ chứa khoảng 50ml nước cất, khuấy đến đồng nhất
Để định lượng đường trong môi trường lên men, cần tiến hành phân tích mẫu khởi điểm (mẫu chưa lên men) và mẫu kết thúc (mẫu sau khi lên men) Mỗi mẫu nên được thực hiện từ 2-3 lần để đảm bảo kết quả trung bình chính xác.
Thêm chính xác 10ml Schoorl A, 10ml Schoorl B
Thêm chính xác 5ml mẫu định lượng (mẫu được pha loãng 10 lần)
Thêm nước cất đến khoảng 25ml, đun sôi trong lò vi sóng 2-3 phút
Làm nguội về nhiệt độ phòng, thêm 3g KI, lắc tan hoàn toàn
Định lượng I2 giải phóng ra bằng Na 2 S 2 O 3 0,1N
Tiến hành định lượng song song mẫu trắng
Thể tích Na2S 2 O 3 cần thiết để định lượng mẫu trắng là VT
Thể tích Na 2 S 2 O 3 cần thiết để định lượng mẫu khởi điểm là Vkđ
Thể tích Na 2 S 2 O 3 cần thiết để định lượng mẫu kết thúc là V kt
Nồng độ đường ở mẫu khởi điểm: ΔV kđ = V trắng – Vkđ = a (ml), tra bảng được p mg
Nồng độ đường ở dịch khởi điểm là p mg/5ml
Nồng độ đường ở mẫu kết thúc: ΔV kđ = V trắng – Vkđ = b (ml), tra bảng được q mg/5ml
Nồng độ đường ở dịch kết thúc là q mg/ml
Lượng đường đã tiêu thụ X (mg/5ml) = p - q
+ Định lượng giải phóng ra dung dịch bằng natri thiosunfat 0.1N
+ Tiến hành định lượng song song mẫu trắng và mỗi mẫu tiến hành ba lần để lấy kết quả trung bình
Trong quá trình định lượng, cần sử dụng dung dịch hồ tinh bột 0.01% để xác định điểm tương đương Nhỏ vài giọt dung dịch hồ tinh bột vào bình nón và quan sát sự chuyển màu từ xanh sang vàng nhạt Nếu không thấy sự thay đổi màu sắc khi thêm hồ tinh bột, hãy dừng lại quá trình định lượng và ghi lại kết quả Vnatri thiosunfat 0.1N.
THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Khảo sát khả năng tạo ethanol của tế bào nấm men S cerevisiae cố định trong hệ gel alginat-chitosan
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc cố định tế bào nấm men S cerevisiae trong hệ gel alginat-chitosan có tiềm năng ứng dụng cao, đặc biệt trong quá trình lên men cồn từ rỉ đường Trong nghiên cứu này, chitosan được bổ sung vào hệ gel alginat để cải thiện hiệu quả cố định tế bào.
3.1.1 Tạo hạt cố định tế bào nấm men trong hệ gel alginat-chitosan
Mục đích: Cố định tế bào nấm men S.cerevisiae trong hệ gel alginat-chtosan
Giữ giống nấm men S.cerevisiae trên thạch nghiêng theo phương pháp giữ giống theo mục (2.3.2)
Nhân giống tế bào nấm men S cerevisiae được thực hiện trong bình nón 250ml với 100ml dịch môi trường Quá trình này diễn ra dưới điều kiện lắc 100 vòng/phút trong 24 giờ, theo phương pháp đã được mô tả ở mục (2.3.3).
Sử dụng 10ml dịch nhân giống tạo hệ cố định tế bào alginat và alginat-chitosan theo phương pháp đã nêu ở mục (2.3.4)
Hạt sau khi tạo ra, tiến hành chụp ảnh để xác định kích thước theo phương pháp nêu ở mục (2.3.9)
Mẫu 1 (M1): Hạt tế bào cố định alginat
Mẫu 2 (M2) : Hạt tế bào cố định alginat bao chitosan
Hình 3.1 Hạt tế bào cố định trong hệ alginat
Hình 3.2 Hạt tế bào cố định trong hệ gel alginat-chitosan
Hình 3.3 Kích thước hạt tế bào cố trong hệ gel alginat
Hình 3.4 Kích thước hạt tế bào cố trong hệ gel alginat-chitosan
Bảng 3.1 Đặc điểm hạt tế bào cố bào cố định nấm men S.cerevisaie Đặc điểm M1 M2
Hình dạng, thể chất hạt tế bào cố định
Hình cầu không đều, có bị kéo đuôi, màu trắng
Hình cầu không đều, có bị kéo đuôi, màu hơi vàng Phân bố kích thước hạt tế bào cố định x (àm)
Hạt tế bào mới tạo thành có đặc điểm mềm, hình cầu và dễ biến dạng, dễ vỡ; tuy nhiên, khi ngâm lâu, hạt sẽ trở nên chắc hơn và khó vỡ hơn Việc sử dụng pipet để tạo hạt giúp đảm bảo kích thước đồng đều Ngâm hạt trong dung dịch calci clorid 2% trong 30 phút làm tăng độ chắc chắn của hạt Nghiên cứu của Juliana C Duarte cho thấy chitosan, một polysaccharide tự nhiên, được sử dụng làm lớp bên ngoài cho hạt calci alginat Sự tương tác giữa calci alginat và chitosan tạo ra phức hợp ion mạnh, cải thiện các tính chất cơ học và tăng kích thước hạt.
Nghiên cứu của Amir Hussain và cộng sự cho thấy việc sử dụng chitosan bao trên hạt calci alginat ảnh hưởng đến sự chuyển khối lượng nội bộ và năng suất phản ứng tăng sinh khối Việc bao chitosan làm tăng kích thước hạt, điều này dẫn đến giảm hiệu quả chuyển giao khối lượng bên trong và làm giảm tốc độ dòng chảy Để khắc phục vấn đề này, cần giảm kích thước hạt để tối ưu hóa khoảng cách giữa các chất phản ứng, từ đó cải thiện sản xuất ethanol Tuy nhiên, sự khác biệt giữa các hạt tế bào cố định, bao gồm cả hạt alginat có và không có chitosan, không đáng kể và không ảnh hưởng đến quá trình lên men.
Kết luận: Hạt tế bào cố định trong hệ gel alginat trở nên chắc chắn hơn khi được ngâm trong dung dịch clorua canxi 2% trong 30 phút.
Nghiên cứu cho thấy rằng hạt tế bào cố định trong hệ gel alginat-chitosan có sự gia tăng kích thước đáng kể sau khi ngâm trong dung dịch chitosan 0.5% trong 30 phút, so với hạt tế bào cố định chỉ trong hệ gel alginat.
3.1.2 Khả năng lên men các tế bào cố định trong hệ gel alginat-chitosan
Mục đích: Quan sát tế bào nấm men S.cerevisiae có sinh ethanol sau khi lên men hay không
Chuẩn bị 310ml môi trường lên men theo mục (2.3.5) và chia thành 3 bình nón 250ml, mỗi bình chứa 100ml môi trường lên men Phần còn lại 10ml được cho vào ống nghiệm có nắp và bảo quản trong tủ lạnh để làm mẫu khởi điểm.
Sau khi tạo các hạt cố định tế bào nấm men S.cerevisiae, tiến hành lên men theo phương pháp đã nêu ở mục (2.3.5)
Bảng 3.2 Đặc điểm của các bình sau khi lên men 24h
STT Đặc điểm TB tự do TB cố định alginat
TB cố định alginat-chitosan
1 Màu sắc Vàng nhạt Vàng nhạt Vàng nhạt
2 Bọt CO 2 Rất nhiều Nhiều Nhiều
3 Sinh khối Nhiều Ít Ít
4 Mùi ethanol Có mùi ethanol mạnh
5 Trạng thái hạt Nổi lên nhiều Nổi lên nhiều
Hình3.5 Bình lên men nấm men
S cerevisiae trên tế bào tự do
Hình 3.6 Bình lên men nấm men
Hình 3.7 Bình lên men nấm men
Kết quả thực nghiệm cho thấy, cả tế bào nấm men cố định và tế bào tự do đều có màu vàng ở độ pH khoảng 3-4, dẫn đến sự gia tăng sinh khối Tuy nhiên, bình chứa tế bào tự do phát ra mùi ethanol mạnh hơn so với tế bào cố định Đặc biệt, trong bình chứa hạt cố định tế bào alginat, hạt tế bào nổi lên nhiều hơn so với hạt cố định tế bào alginat-chitosan.
Việc cố định tế bào nấm men trong quá trình lên men ở nhiệt độ thấp có thể nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm nguy cơ nhiễm vi sinh vật có hại do mật độ tế bào cao Tuy nhiên, hoạt lực của tế bào cố định có thể thấp hơn so với tế bào tự do, vì các cơ chất có kích thước phân tử lớn hạn chế khả năng tiếp xúc với tế bào vi sinh vật.
Nghiên cứu của Ngô Thị Phương Dũng (2009) chỉ ra rằng pH của dung dịch lên men nằm trong khoảng 3.3-3.4, cho thấy quá trình lên men thành công và không bị nhiễm vi sinh vật Giá trị pH này rất phù hợp cho sự phát triển và hấp thụ dinh dưỡng của tế bào nấm men, vì nấm men ưa acid và chủ yếu sử dụng glucose để chuyển hóa thành ethanol Quá trình chuyển hóa đường thành ethanol diễn ra trong điều kiện kỵ khí và đồng thời sinh ra khí CO2, mà khí CO2 này là một chỉ tiêu quan trọng để so sánh tốc độ lên men và đánh giá khả năng tạo ethanol trong quá trình lên men.
Kết luận cho thấy rằng cả tế bào tự do và tế bào cố định đều tạo ra lượng bọt khí CO2 đáng kể trên bề mặt dịch đường, chứng minh rằng hạt tế bào cố định trong hệ gel alginat và alginat-chitosan có khả năng lên men nhanh chóng và tương tự nhau Để đánh giá chính xác khả năng lên men, việc định lượng nồng độ đường trong môi trường sau quá trình lên men là cần thiết.
3.1.3 Khảo sát khả năng tiêu thụ đường
Mục đích của nghiên cứu này là so sánh khả năng tiêu thụ đường giữa tế bào tự do và tế bào cố định trong hệ gel alginat, cũng như tế bào cố định trong hệ gel alginat-chitosan.
Tiến hành: Sau khi lên men song song 3 bình:
Bình 1: Là bình tế bào tự do, có chứa 10ml dịch tế bào sau khi nhân giống trong môi trường lên men
Bình 2: là bình chứa hạt cố định tế bào alginat từ 10ml nhân giống
Bình 3: là bình chứa hạt cố định tế bào alginat-chitosan từ 10ml nhân giống
Bảng 3.3 Nồng độ đường tiêu thụ trung bình trong 100ml (n=9)
Nồng độ đường tiêu thụ trung bình (g/100ml)
STT TB tự do TB cố định alginat
TB cố định alginat- chitosan
Hình 3.8 Đồ thị so sánh khả năng tiêu thụ đường sau khi lên men 24h
Kết quả từ bảng 3.2 và hình 3.8 cho thấy tế bào cố định tiêu thụ đường ít hơn tế bào tự do Tuy nhiên, hạt cố định nấm men trong hệ gel alginat lại tiêu thụ đường nhiều hơn so với nấm men tự do và nấm men trong hệ gel alginat-chitosan.
Theo nghiên cứu của cố Juliana C Duarte và cộng sự, tế bào nấm men S.cerevisiae đã được cố định trong hạt calci alginat và hạt calci alginat bao chitosan, sử dụng glucose cho quá trình lên men Quá trình cố định tế bào sử dụng natri alginat 3%, dung dịch calci clorid 2% và dung dịch chitosan 0.25% Các hạt được ngâm trong dung dịch calci clorid 2% trong 1 giờ, trong khi hạt calci alginat bao chitosan được ngâm 30 phút trong dung dịch chitosan 0.25% Để so sánh hiệu suất, thí nghiệm song song đã được thực hiện với tế bào tự do Kết quả cho thấy nồng độ ethanol sau 10 giờ và sau 8 lần tái sử dụng, tế bào tự do có nồng độ ethanol cao hơn so với tế bào cố định.
TB tự do TB cố định alginat
TB cố định alginat- chitosan Nồng độ đường tiêu thụ
Nồng độ đường tiêu thụ (g/100ml)
Khảo sát khả năng tái sử dụng của các hạt tế bào cố định cố định trong hệ gel alginat-chitosan
bào cố định hạt alginat có nồng độ ethanol cao hơn tế bào cố định hạt alginat bao chitosan [21]
Nghiên cứu của Zhou Z và cộng sự đã chỉ ra rằng hệ gel calci alginat có ảnh hưởng tích cực đến việc cố định tế bào lên men ethanol Việc cố định tế bào mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng dễ dàng tách tế bào khỏi môi trường, giảm chi phí nhờ tái sử dụng tế bào trong các phản ứng tiếp theo và hạn chế nguy cơ nhiễm vi sinh vật khác Kết quả cho thấy nồng độ ethanol cuối cùng trong suốt quá trình lên men đạt hiệu quả cao, cho phép sử dụng các tế bào cố định trong lò phản ứng hình ốn mà không cần kháng sinh và không bị nhiễm vi sinh vật trong suốt thí nghiệm.
VSV là một vấn đề quan trọng về kỹ thuật và kinh tế, liên quan đến việc sử dụng các tế bào tự do trong các nhà máy, nơi mà việc tái chế các tế bào này là cần thiết.
Việc sử dụng chitosan bao trên hạt calci alginat đã tác động tiêu cực đến lượng tiêu thụ đường của tế bào cố định so với hạt không bao chitosan Điều này do chitosan có khả năng chịu lực kém và hoạt động như một rào cản đối với chất nền cũng như sản phẩm, dẫn đến sự tăng trưởng của tế bào trong môi trường lên men thấp hơn so với hạt không bao chitosan.
Kết luận cho thấy tế bào tự do có khả năng lên men mạnh mẽ và nhanh chóng hơn tế bào cố định, dẫn đến việc tế bào tự do tiêu thụ đường nhiều hơn so với tế bào cố định.
Nhưng việc sử dụng chitosan làm bao phủ hạt calci alginat không cải thiện độ bền của hạt và sản xuất ethanol chậm hơn
Kết luận cho thấy rằng tế bào tự do có khả năng sản xuất ethanol cao hơn tế bào cố định Tuy nhiên, tế bào cố định lại có ưu điểm là có thể tái sử dụng, do đó cần tiếp tục nghiên cứu khả năng tái sử dụng của các hạt tế bào cố định trong hệ gel alginat và alginat-chitosan.
3.2 Khảo sát khả năng tái sử dụng của các hạt tế bào cố định cố định trong hệ gel alginat-chitosan
3.2.1 Khả năng lên men sau khi tái sử dụng các tế bào cố định trong hệ gel alginat- chitosan
Sau khi cố định hạt và tiến hành lên men ở 30°C trong 24 giờ, các hạt được rửa bằng nước cất hai lần Tiếp theo, quá trình lên men tiếp tục diễn ra trong 24 giờ nữa tại cùng nhiệt độ, trong môi trường được mô tả ở mục (2.3.6), nhằm khảo sát khả năng tái sử dụng của các hạt cố định trong hệ gel alginat-chitosan.
Bảng 3.4 Đặc điểm của các bình sau khi lên men tái sử dụng sau 24h
STT Đặc điểm TB cố định alginat TB cố định alginat- chitosan
2 Màu sắc Vàng nhạt Vàng nhạt
3 Bọt CO 2 Ít Ít hơn bình tế bào cố định alginat
4 Khối lượng sinh khối Ít Ít
5 Mùi ethanol Có mùi ethanol nhẹ Có mùi ethanol nhẹ
6 Trạng thái hạt Chìm, còn nguyên và không bị vỡ
Chìm và nổi, còn nguyên và không bị vỡ
Hình 3.9 Bình lên men nấm men
S cerevisiae bằng alginat sau khi tái sử dụng 24h
Hình 3.10 Bình lên men nấm men
S cerevisiae bằng alginat-chitosan sau khi tái sử dụng 24h
Kết quả thí nghiệm cho thấy việc cố định tế bào và tái sử dụng các hạt sau khi lên men dẫn đến sự hình thành bọt khí CO2 ít hơn khi sử dụng chitosan bao quanh tế bào calci alginat Tuy nhiên, cả hai phương pháp cố định tế bào calci alginat có và không có chitosan đều cho thấy sinh khối thấp và có mùi ethanol nhẹ.
Nghiên cứu của Juliana C Duarte và cộng sự đã chỉ ra rằng hệ gel calci alginat có ảnh hưởng tích cực đến việc cố định tế bào S cerevisiae trong quá trình lên men ethanol Các tế bào này được cố định trong hạt calci alginat và hạt calci alginat bao chitosan, sử dụng glucose để sản xuất ethanol Kết quả cho thấy các tế bào cố định có thể được tái sử dụng liên tục trong 10 giờ đầu tiên Tuy nhiên, sau 10 giờ và sau 8 lần sử dụng, các hạt đã bị vỡ, làm giảm khả năng tái sử dụng của chúng.
Kết luận: Việc cố định tế bào nấm men S cerevisiae trong hệ gel alginat và trong hệ gel alginat bao chitosan mang lại lợi ích về khả năng tái sử dụng nhiều lần, giúp giảm chi phí và tiết kiệm thời gian.
3.2.2 Khảo sát khả năng tiêu thụ đường sau khi tái sử dụng
Mục đích của nghiên cứu là so sánh khả năng tiêu thụ đường của tế bào cố định trong hệ gel alginat với tế bào cố định trong hệ gel alginat-chitosan sau khi được tái sử dụng Nghiên cứu này nhằm đánh giá hiệu quả của hai loại gel trong việc duy trì hoạt động tiêu thụ đường của tế bào, từ đó cung cấp thông tin hữu ích cho ứng dụng trong lĩnh vực sinh học và công nghệ thực phẩm.
Tiến hành: Định lượng đường theo phương pháp nêu ở mục (2.3.7)
Bảng 3.5 Nồng độ đường tiêu thụ trung bình sau khi tái sử dụng trong 100ml (n=9)
Nồng độ đường tiêu thụ trung bình (g/100ml)
STT TB cố định alginat TB cố định alginat-chitosan
Hình 3.11 Đồ thị so sánh khả năng tiêu thụ đường sau khi tái sử dụng 24h
Kết quả thử nghiệm cho thấy, sau 24 giờ lên men, việc cố định tế bào trong hạt calci alginat bao chitosan tiêu thụ đường ít hơn so với việc cố định tế bào chỉ trong hạt calci alginat.
Bàn luận: Theo nghiên cứu của Bai và cộng sự, Lin và Tanaka, Najafpour và cộng sự,
Inloes và các cộng sự, Puligundla và các cộng sự, Yao, Ylitervo cùng các cộng sự, và Yu đã áp dụng phương pháp cố định tế bào để sản xuất ethanol, đạt được sản lượng cao Nghiên cứu cho thấy rằng việc cải thiện hiệu suất sản xuất ethanol thông qua phương pháp này có thể giảm thiểu sự ức chế do nồng độ cao của chất nền và sản phẩm, từ đó tăng cường sản xuất ethanol và giảm chi phí.
TB cố định alginat- chitosan Nồng độ đường tiêu thụ
Nồng độ đường tiêu thụ (g/100ml)
Nghiên cứu của Zhou cho thấy, phương pháp cố định tế bào bằng hạt alginat không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn dễ thực hiện, tạo ra điều kiện nhẹ nhàng, từ đó mang lại tiềm năng cao trong ứng dụng công nghệ sinh học Hạt calci alginat được ưa chuộng nhờ vào khả năng tương thích sinh học tốt, chi phí thấp, và tính dễ sử dụng Tuy nhiên, việc sử dụng chúng cũng tồn tại một số nhược điểm như sự thoái hóa gel và sức mạnh cơ học thấp.
Nghiên cứu của Wendhausen chỉ ra rằng việc cố định tế bào mang lại nhiều lợi ích so với tế bào tự do, bao gồm mật độ tế bào cao hơn trong một thể tích lò phản ứng, khả năng tách biệt dễ dàng khỏi môi trường phản ứng, giảm thời gian thích ứng, tăng cường chuyển đổi chất nền, giảm sự ức chế do sản phẩm, rút ngắn thời gian phản ứng và kiểm soát tốt hơn sự nhân lên của tế bào.
Kết luận: Sau 24 giờ lên men tái sử dụng, tế bào cố định tiêu thụ đường nhiều hơn so với trước khi tái sử dụng, dẫn đến việc các hạt sau khi tái sử dụng sản xuất ethanol hiệu quả hơn.
Kết luận 3.2: Tế bào cố định có khả năng tái sử dụng và có khả năng sản xuất ethanol
