Nuôi cấy spirulina sp trên hệ thống màng hai lớp bacterial cellulose (bc)đồ án tốt nghiệp viện công nghệ sinh học và thực phẩm chuyên ngành công nghệ sinh học

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VIỆN CƠNG NGHỆ SINH HỌC & THỰC PHẨM NGUYỄN Q QUYM NI CẤY Spirulina sp TRÊN HỆ THỐNG MÀNG HAI LỚP BACTERIAL CELLULOSE (BC) Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Mã chuyên ngành: 52420201 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 THƠNG TIN CHUNG Họ tên sinh viên Lớp Chuyên ngành SĐT Email Tên đề tài Người hướng dẫn : Nguyễn Quí Quym MSHV: 17019441 : ĐHSH13A Khóa: 13 : Cơng nghệ sinh học Mã chuyên ngành: 52420201 : 0785843859 : nqquym.cnsh@gmail.com : Nuôi cấy Spirulina sp hệ thống màng hai lớp bacterial cellulose (BC) : TS Hồ Thiên Hoàng SĐT Email Cơ quan công tác : 038 5385810 : hthoangvm@yahoo.co.uk : Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh Tp Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 06 năm 2021 Người hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Sinh viên (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Trong thời gian tham gia học tập Viện Công nghệ sinh học thực phẩm trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, Bộ mơn Sinh lí học Sinh học động vật trường Đại học Khoa học–Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh, với giúp đỡ tận tình của thầy cô, gia đình bằng nỡ lực của bản thân, tơi đã hồn thành xong khoá luận tốt nghiệp của mình Để đạt được kết quả này, xin bày tỏ biết ơn sâu sắc đến: TS Hồ Thiên Hồng, ThS Tơ Minh Quân đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt nhiều kiến thức, kinh nghiệm vô cùng quý báu tạo điều kiện thuận lợi giúp tơi hồn thành học phần Tôi biết ơn Thầy Cô Viện Công nghệ sinh học thực phẩm trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt quan tâm của ban lãnh đạo Viện đã tạo điều kiện cho chúng tơi tích luỹ những kiến thức quý báu suốt thời gian học tập nghiên cứu Viện Mặc dù, ban lãnh đạo Viện quý Thầy Cô bận rộn với công việc, giảng dạy theo dõi, hướng dẫn chỉ bảo giúp sinh viên hồn thành tốt thí nghiệm trình thực khoá luận tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn Bộ mơn Sinh lí học Sinh học động vật (Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh) đã hỡ trợ vật liệu, dụng cụ, thiết bị, tạo điều kiện cho thực đề tài Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến tất cả bạn bè, những người đã đồng hành cùng suốt thời gian qua đã quan tâm, chia sẻ giúp đỡ trình thực khố luận Tơi xin trân trọng cảm ơn./ LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan rằng báo cáo khóa luận tơi thực Các số liệu thu thập kết quả phân tích báo cáo trung thực, không chép từ bất cứ đề tài nghiên cứu khoa học Sinh viên thực Nguyễn Quí Quym Nhận xét Giáo viên hướng dẫn Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Nhận xét Giáo viên phản biện Giáo viên phản biện (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH ẢNH ii DANH MỤC BẢNG BIỂU iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN Tổng quan vi tảo Arthrospira platensis (Spirulina platensis) Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng của Arthrospira platensis 12 Các loại hệ thống nuôi cấy .18 Tổng quan màng Bacterial cellulose (BC) 27 Các yếu tố ảnh hưởng đền tổng hợp màng BC 34 Tình hình nghiên cứu .39 CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 42 Vật liệu, dụng cụ, hóa chất, thiết bị .42 Sơ đồ thí nghiệm 42 Phương pháp 43 CHƯƠNG KẾT QUẢ 50 Quy trình tạo màng tinh BC 50 Quy trình tăng sinh A platensis cố định màng BC 60 Hệ thống hồi lưu dinh dưỡng 62 Khảo sát trình sinh trưởng của A platensis được nuôi hệ thống .65 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .72 Kết luận 72 Kiến nghị 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC i DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Tảo Arthrospira platensis kính hiển vi sáng với độ phóng đại 40X .4 Hình 1.2 Tảo A platenis quan sát kính hiển vi sáng Hình 1.3 Ảnh hiển vi của Spirulina sp .6 Hình 1.4 (a) Sợi xoắn trụ, (b) Sợi xoắn đồng tâm của tảo Spirulina platensis Hình 1.5 (A) Sợi xoắn trụ của A platensis (B) Sợi thẳng của A platensis Hình 1.6 Mặt cắt qua S platensis Hình 1.7 Vòng đời của Spirulina Hình 1.8 Hệ thống sản xuất hồ Texcoco (Mexico) .19 Hình 1.9 Trang trại Earthrise, California, USA 20 Hình 1.10 Mơ hình ni trồng tảo Spirulina bằng hệ thống bioreactor .21 Hình 1.11 Hệ thống photobioreactor dạng ống đặt ngang 21 Hình 1.12 Hệ thống photobioreacter dạng thơng 21 Hình 1.13 Hệ thống bioreactor dạng nhựa .22 Hình 1.14 Hệ thống photobioreactor dạng nằm ngang 22 Hình 1.15 Thu hoạch sinh khối màng lọc 23 Hình 1.16 Phương pháp thu hồi sinh khối truyền thống 23 Hình 1.17 Sơ đồ của hệ thống nhiều vòi 24 Hình 1.18 Các nghiên cứu ứng dụng màng cố định tảo .25 Hình 1.19 Hệ thống ni tảo Cơng ty cổ phần tảo Vĩnh Hảo .25 Hình 1.20 Sự cạnh tranh sinh trưởng của tảo lam 26 Hình 1.21 Hình ảnh cho thấy mức độ nhiễm khác nuôi cấy ngồi trời 27 Hình 1.22 (A) Cấu trúc phân tử (B) Hình thái màng sợi BC hiển vi điển hình 29 Hình 1.23 Con đường tổng hợp cellulose của vi khuẩn Acetobacter xylinum 32 Hình 1.24 Quá trình sinh tổng hợp cellulose tế bào 33 Hình 1.25 Cellulose được tạo thành điều kiện nuôi cấy tĩnh có khuấy đảo 35 Hình 1.26 Cấu trúc điều kiện nuôi cấy 35 Hình 1.27 Ảnh hiển vi SEM của cellulose được tạo môi trường 39 Hình 2.1 Ngun lý vận hành hệ thống màng đơi cố định tảo .45 Hình 2.2 Bản vẽ của hệ thống hồi lưu dinh dưỡng .46 Hình 2.3 Sơ đồ quy trình trích ly lipid 47 Hình 3.1 Acetobacter xylinum tiền nhân giống tạo BC 50 Hình 3.2 Lên men theo mẻ màng BC thùng 30 lít 51 Hình 3.3 Màng BC thu hoạch, độ dày 10 mm 52 Hình 3.4 Khối lượng BC tạo thành được xác định ghi nhận thời gian lên men .53 Hình 3.5 Độ dày màng BC được tổng hợp ghi nhận thời gian lên men 54 Hình 3.6 Màng BC xử lý rửa màng .55 Hình 3.7 Màng BC xử lý 57 Hình 3.8 Ảnh chụp SEM màng BC 58 Hình 3.9 Ảnh chụp FESEM bề mặt cắt của màng .59 ii Hình 3.10 Hệ thống tăng sinh A platensis phịng thí nghiệm 60 Hình 3.11 Bình tăng sinh Arthrospira platensis nghiệm thức .61 Hình 3.12 Sinh khối tảo Arthrospira platensis dạng paste sau thu hồi 61 Hình 3.13 Cố định A platensis đĩa màng BC .62 Hình 3.14 Hệ thống hồi lưu dinh dưỡng .63 Hình 3.15 Lõi lọc hỡ trợ Trước sau sử dụng 64 Hình 3.16 Hình ảnh SEM của bề mặt màng BC sau cố định tảo .66 Hình 3.17 Đồ thị sinh trưởng của Arthrospira platensis 68 Hình 3.18 Tảo Spirulina được trồng nghiệm thức .69 Hình 3.19 Cách thu sinh khối Spirulina 70 iii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Bảng phân loại khoa học tảo Arthrospira platensis .4 Bảng 1.2 Bảng thông tin dinh dưỡng của Spirulina dạng khô 11 Bảng 1.3 Thành phần khối lượng môi trường Zarrouk 13 Bảng 1.4 Các nguồn vi khuẩn để sản xuất BC 28 Bảng 1.5 So sánh đặc tính celluolose vi khuẩn với cellulose thực vật 29 Bảng 1.6 Ứng dụng của màng BC .34 Bảng 1.7 Ảnh hưởng của nguồn carbon đến sản xuất cellulose 38 Bảng 2.1 Thành phần môi trường nuôi cấy màng BC .43 Bảng 2.2 Các nghiệm thức của thí nghệm 44 Bảng 2.3 Bước tiến hành tách chiết phycocyanin 48 Bảng 3.1 Quy trình tiền xử lý màng BC 55 Bảng 3.2 Quy trình xử lý màng BC 56 Bảng 3.3 Kết quả nghiệm thu khối lượng khô của nghiệm thức 67 Bảng 3.4 Thành phần hóa sinh sinh khôi vi tảo Acetobacter platenis .70 iv Nước dung mơi sẵn có, dễ tìm chi phí thấp Vì thường được áp dụng cơng nghiệp nhằm giảm chi phí cho sản phẩm Kết quả tách chiết CPC thu hồi từ tảo cả ba nghiệm thức không khác đáng kể, nồng độ CPC giao động 9,083–9,292% Cùng với sắc tố khác chlorophyll, carotenoid, hàm lượng giữa ba nghiệm thức không chênh lệch đáng kế Hàm lượng chlorophyll a từ 0,513–0,515% khối lượng tảo Hàm lượng β-carotene khoảng 18,396–18,732 mg Điều kiện ni hệ thống có thể đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng, điều kiện ngoại cảnh hỗ trợ tốt cho sinh trưởng, sinh sản của tảo Spirulina 71 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Qua kết quả nghiên cứu được trình bày, kết luận được đút kết sau: Màng tổng hợp từ cellulose vi khuẩn Acetobacter xylinum mang lại giá thể có cấu trúc phù hợp với nhiều ứng dụng lợi ích việc cố định tảo Cấu trúc sợi lỡ thích hợp cho bám dính, len lõi sinh trưởng của Spirulina Sinh trưởng của Arthrospira platensis hệ thống đã giúp tăng trưởng cho tảo được cố định Lượng sinh khối tăng từ 2–3 lần Cụ thể nguồn ammoni, việc thay thế nitrat bằng muối ammoni đem lại giá trị sinh trưởng tương đương muối ammoni sulfate 0,065 g sinh khối khô, giá trị sinh trưởng cao nguồn dinh dưỡng urea với khối lượng sinh khối khô đạt 0,093 g So với đối chứng nguồn dinh dưỡng từ môi trường Zarrouk với sinh khối đạt 0,074 g sau 14 ngày ni cấy Hàm lượng chất hóa sinh có tế bào Arthrospira platensis có khả tích tụ tốt, khả dụng cơng nghiệp ni cấy Cụ thể thành phần sinh hóa: hàm lượng lipid 7,3–8%; hàm lượng phycocyanin 9,083–9,292%; hàm lượng sắc tố chlorophyll a 0,513–0,515%, hàm lượng β-carotene 18,396–18,732 mg Kiến nghị - - Khảo sát khả làm giá thể giữa vật liệu BC với vật liệu khác đã được nghiên cứu nhằm đánh giá ưu nhược điểm của màng BC Phát triển hệ thống hồi lưu dinh dưỡng, việc hướng tới tối ưu diện tích cho sinh trưởng tảo nhằm tăng màng nuôi dưỡng cùng lúc hệ thống Có thể xem xét việc thay đổi độ nghiêng của hệ thống, dinh dưỡng được vận chuyển theo chiều dọc giúp tiết kiệm diện tích đáng kể Cần khảo sát thêm điều kiện nuôi cấy, điều kiện ánh sáng, pH, môi trường, v.v Đánh giá tối ưu tác động của thành phần dinh dưỡng có mơi trường ni đến khả sinh trưởng của Spirulina lồi vi tảo có thể cố định màng BC nghiên cứu sau 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Singh, N.K and D.W Dhar, Microalgae as second generation biofuel A review 2011 31(4): p 605-629 doi.org/10.1007/s13593-011-0018-0 Keshk, S.M., Bacterial cellulose production and its industrial applications Journal of Bioprocessing Biotechniques, 2014 4(2): p doi.org/10.4172/21559821.1000150 Naumann, T., et al., Growing microalgae as aquaculture feeds on twin-layers: a novel solid-state photobioreactor Journal of applied phycology, 2013 25(5): p 1413-1420 doi.org/10.1016/j.aaspro.2014.11.017 Liu, T., et al., Attached cultivation technology of microalgae for efficient biomass feedstock production Bioresource technology, 2013 127: p 216-222 doi.org/10.1007/s10811-012-9962-6 Spolaore, P., et al., Commercial applications of microalgae Journal of bioscience bioengineering, 2006 101(2): p 87-96 doi.org/10.1263/jbb.101.87 Kunjapur, A.M and R.B Eldridge, Photobioreactor design for commercial biofuel production from microalgae Industrial engineering chemistry research, 2010 49(8): p 3516-3526 doi.org/10.1021/ie901459u Christenson, L.B and R.C Sims, Rotating algal biofilm reactor and spool harvester for wastewater treatment with biofuels by‐products Biotechnology bioengineering, 2012 109(7): p 1674-1684 doi.org/10.1002/bit.24451 Vonshak, A., Spirulina platensis arthrospira: physiology, cell-biology and biotechnology 1997: CRC press, p 252 Ciferri, O., Spirulina, the edible microorganism American Society for Microbiology, 1983 47(4): p 551-578 Geitler, L (1932) Cyanophyceae In: Kryptogamen-Flora von Deutschland, Österreich und der Schweiz Ed (Rabenhorst, L Eds) Vol 14, pp 673-1196 Castenholz, R., Oxygenic photosynthetic bacteria Bergey's manual of systematic bacteriology, 1989 3: p 1710-1806 doi.org/10.1002/9781118960608.cbm00020 Tomaselli, L., R.M Palandri, and M.R Tredici, On the correct use of the Spirulina designation Algological Studies/Archiv für Hydrobiologie, Supplement Volumes, 1996: p 539-548 doi: 10.1127/algol_stud/83/1996/539 Vonshak, A and L Tomaselli, Arthrospira (Spirulina): systematics and ecophysioIogy, in:x The ecology of cyanobacteria 2000, Springer p 505-522 Switzer, L., Spirulina The whole food revolution 1980, CA: Bantam Books, p 102 Gugliemi, G., R Rippka, and N Tandeau de Marsac, Main properties that justify the different taxonomic position of Spirulina spp and Arthrospira spp among cyanobacteria Bulletin de l'Institut océanographique, 1993: p 13-23 Masojídek, J and G Torzillo, Mass cultivation of freshwater microalgae Newnes, 2014 p 2226-2235 Tomaselli, L., Morphology, ultrastructure and taxonomy of Arthrospira (Spirulina) maxima and Arthrospira (Spirulina) platensis Spirulina platensis physiology, cell biology biotechnology, 1997: p 1-16 Pelosi, E., M Margheri, and L Tomaselli Characteristics and significance of Spirulina morphology in Caryologia 1982 Univ florence botany inst via lamarmora 4, 50121 Florence, Italy Chaiyasitdhi, A., et al., The biomechanical role of overall-shape transformation in a primitive multicellular organism: A case study of dimorphism in the filamentous 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 cyanobacterium Arthrospira platensis Plos one, 2018 13(5): p 17 doi.org/10.1371 /journal.pone.0196383 Van Eykelenburg, C and A Fuchs, Rapid reversible macromorphological changes in Spifulina platensis Naturwissenschaften, 1980 67(4): p 200-201 doi.org/ 10.1007/BF01086309 Van Eykelenburg, C., On the morphology and ultrastructure of the cell wall of Spirulina platensis Antonie van leeuwenhoek, 1977 43(2): p 89-99 doi.org/10.1007/BF00395664 Balloni, W., et al., Biologia fondamentale del genere Spirulina Prospettive della coltura di Spirulina in Italia Consiglio Nazionale delle Ricerche, Rome, 1980: p 49-85 Ciferri, O and O Tiboni, The biochemistry and industrial potential of Spirulina Annual review of microbiology, 1985 39(1): p 503-526 doi.org/10.1146/ annurev.mi.39.100185.002443 Campanella, L., M.V Russo, and P Avino, Free and total amino acid composition in blue-green algae Ann Chim, 2002 92(4): p 343-352 Ciferri, O and O Tiboni, The biochemistry and industrial potential of Spirulina Annual Reviews, 1985 39(1): p 503-526 Colla, L.M., T.E Bertolin, and J.A.V Costa, Fatty acids profile of Spirulina platensis grown under different temperatures and nitrogen concentrations Zeitschrift für Naturforschung C, 2004 59(1-2): p 55-59 doi.org/10.1146/annurev mi.39.100185.002443 Watanabe, F., et al., Characterization and bioavailabilíty of vitamin B12compounds from edible algae Journal of nutritional science vitaminology, 2002 48(5): p 325-331 doi.org/10.3177/jnsv.48.325 Kataoka, N and A Misaki, Glycolipids isolated from Spirulina maxima: structure and fatty acid composition Agricultural biological chemistry, 1983 47(10): p 2349-2355 doi.org/10.1080/00021369.1983.10865944 Salmeán, G.G., L.H.F Castillo, and G Chamorro-Cevallos, Nutritional and toxicological aspects of Spirulina (Arthrospira) Nutrición hospitalaria: Organo oficial de la Sociedad espola de nutrición parenteral y enteral, 2015 32(1): p 3440 doi.org/10.3305/nh.2015.32.1.9001 Gireesh, T., P Nair, and P Sudhakaran, Studies on the bioavailabilíty of the provitamin A carotenoid, β-carotene, using human exfoliated colonic epithelial cells British journal of nutrition, 2004 92(2): p 241-245 doi.org/ 10.1079/ BJN20041175 Nichols, B and B Wood, The occurrence and biosynthesis of gamma‐linolenic acid in a blue‐green alga, Spirulina platensis Lipids, 1968 3(1): p 46-50 Dillon, J., A.P Phuc, and J Dubacq, Nutritional value of the alga Spirulina Plants in human nutrition, 1995 77: p 32-46 doi.org/10.1007/BF02530968 Johnson, P.E and L.E Shubert, Availabilíty of iron to rats from spirulina, a bluegreen alga Nutrition Research, 1986 6(1): p 85-94 doi.org/10.1016/S02715317(86)80202-0 Walter, P., Effects of vegetarian diets on aging and longevity Nutrition reviews, 1997 55(1): p S61-S65 doi.org/10.1111/j.1753-4887.1997.tb06106.x Gómez-Coronado, D.J., et al., Tocopherol measurement in edible products of vegetable origin Journal of Chromatography A, 2004 1054(1-2): p 227-233 doi.org/10.1016/j.chroma.2004.08.072 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 Bhat, V.B and K Madyastha, C-phycocyanin: a potent peroxyl radical scavenger in vivo and in vitro Biochemical biophysical research communications, 2000 275(1): p 20-25 doi.org/10.1006/bbrc.2000.3270 Estrada, J.P., P.B Bescós, and A.V Del Fresno, Antioxidant activity of different fractions of Spirulina platensis protean extract Il farmaco, 2001 56(5-7): p 497500 doi.org/10.1016/s0014-827x(01)01084-9 Parada, J.L., et al., Lactic acid bacteria growth promoters from Spirulina platensis International journal of food microbiology, 1998 45(3): p 225-228 doi.org/ 10.1016/s0168-1605(98)00151-2 Seshadri C.V (1993), “Large scale nutritional supplementation with spirulina alga.” All India Coordinated Project on Spirulina Shri Amm Murugappa Chettiar Research Center (MCRC) Madras, India Vonshak, A., Microalgae: laboratory growth techniques and the biotechnology of biomass production, in Photosynthesis and production in a Changing Environment 1993, Springer p 337-355 doi.org/10.1007/978-94-011-1566-7_21 Marquez, F.J., et al., Enhancement of biomass and pigment production during growth of Spirulina platensis in mixotrophic culture Journal of Chemical Technology Biotechnology: International Research in Process, Environmental Clean Technology, 1995 62(2): p 159-164 doi.org/10.1002/jctb.280620208 Marquez, F.J., et al., Growth characteristics of Spirulina platensis in mixotrophic and heterotrophic conditions Journal of Fermentation Bioengineering, 1993 76(5): p 408-410 doi.org/10.1016/0922-338X(93)90034-6 Ogawa, T., Studies on the Growth of Spirulina platensis.(I) On the Pure Culture of Spirulina platensis Journal of Fermentation Technology, 1970 48(6): p 361-367 Zarrouk, C., Contribution l'étude d'une cyanophycée 1966, p 114 Thước, N.H., Nghiên cứu dinh dưỡng cacbon Spirulina platensis Tap chi Sinh học, 1986 8(1): p - 10 Nguyễn Đức Lượng, C.C., Thí nghiệm hóa sinh học, thí nghiệm cơng nghệ sinh học - tập 2003: NXB ĐHQG Tp Hồ Chí Minh Nowack, E.C., B Podola, and M Melkonian, The 96-well twin-layer system: a novel approach in the cultivation of microalgae Protist, 2005 156(2): p 239-251 doi.org/10.1016/j.protis.2005.04.003 Danesi, E., et al., An investigation of effect of replacing nitrate by urea in the growth and production of chlorophyll by Spirulina platensis Biomass Bioenergy, 2002 23(4): p 261-269 doi.org/10.1016/S0961-9534(02)00054-5 Soletto, D., et al., Batch and fed-batch cultivations of Spirulina platensis using ammonium sulphate and urea as nitrogen sources Aquaculture, 2005 243(1-4): p 217-224 doi.org/10.1016/j.aquaculture.2004.10.005 Torzillo, G., et al., Effect of temperature on yield and night biomass loss in Spirulina platensis grown outdoors in tubular photobioreactors Journal of Applied Phycology, 1991 3(2): p 103-109 doi.org/10.1007/BF00003691 Vonshak, A., R Guy, and M Guy, The response of the filamentous cyanobacterium Spirulina platensis to salt stress Archives of Microbiology, 1988 150(5): p 417420 doi.org/10.1007/BF00422279 Blumwald, E and E Tel-Or, Osmoregulation and cell composition in saltadaptation of Nostoc muscorum Archives of Microbiology, 1982 132(2): p 168172 doi.org/10.1007/BF00508725 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 Blumwald, E., R.J Mehlhorn, and L Packer, Salt adaptation mechanisms in the cyanobacterium Synechococcus 6311, in Advances in photosynthesis research 1984, Springer p 627-630 Ehrenfeld, J and J.-L Cousin, Ionic regulation of the unicellular green alga Dunaliella tertiolecta: response to hypertonic shock The Journal of Membrane Biology, 1984 77(1): p 45-55 doi.org/10.1007/BF01871099 De-Bashan, L.E., et al., Microalgae growth-promoting bacteria as “helpers” for microalgae: a novel approach for removing ammonium and phosphorus from municipal wastewater Water Research, 2004 38(2): p 466-474 doi.org/ 10.1016/j.watres.2003.09.022 Brandenberger, H and F Widmer, A new multinozzle encapsulation/immobilisation system to produce uniform beads of alginate Journal of Biotechnology, 1998 63(1): p 73-80 doi.org/10.1016/S0168-1656(98)00077-7 Shi, J., B Podola, and M Melkonian, Application of a prototype-scale Twin-Layer photobioreactor for effective N and P removal from different process stages of municipal wastewater by immobilized microalgae Bioresource technology, 2014 154: p 260-266 doi.org/10.1016/j.biortech.2013.11.100 Shi, J., B Podola, and M Melkonian, Removal of nitrogen and phosphorus from wastewater using microalgae immobilized on twin layers: an experimental study Journal of applied Phycology, 2007 19(5): p 417-423 doi.org/10.1007/s10811006-9148-1 Tran, H.-D., et al., Cultivation of Haematococcus pluvialis for astaxanthin production on angled bench-scale and large-scale biofilm-based photobioreactors Vietnam Journal of Science, Technology and Engineering, 2019 61(3): p 10 doi.org/10.31276/VJSTE.61(3).61-70 Vonshak, A., et al., Production of Spirulina biomass: Maintenance of monoalgal culture outdoors Biotechnol Bioeng, 1983 25(2): p 341-9 doi.org/10.1002 /bit.260250204 Henriksson, M and L.A Berglund, Structure and properties of cellulose nanocomposite films containing melamine formaldehyde Journal of Applied Polymer Science, 2007 106(4): p 2817-2824 doi.org/10.1002/app.26946 Iwamoto, S., A Nakagaito, and H Yano, Nano-fibrillation of pulp fibers for the processing of transparent nanocomposites Applied Physics A, 2007 89(2): p 461466 doi.org/10.1007/s00339-007-4175-6 Klemm, D., et al., Nanocelluloses as innovative polymers in research and application Polysaccharides Ii, 2006: p 49-96 doi.org/10.1007/12_097 Deng, H., et al., Layer-by-layer structured polysaccharides film-coated cellulose nanofibrous mats for cell culture Carbohydrate Polymers, 2010 80(2): p 474-479 doi.org/10.1016/j.carbpol.2009.12.004 Khan, S., et al., Bacterial cellulose-titanium dioxide nanocomposites: nanostructural characteristics, antibacterial mechanism, and biocompatibilíty Cellulose, 2015 22(1): p 565-579 doi.org/10.1007/s10570-014-0528-4 Saibuatong, O.-A and M Phisalaphong, Novo aloe vera–bacterial cellulose composite film from biosynthesis Carbohydrate Polymers, 2010 79(2): p 455-460 doi.org/10.1016/j.carbpol.2009.08.039 Dahman, Y., Nanostructured biomaterials and biocomposites from bacterial cellulose nanofibers Journal of Nanoscience Nanotechnology, 2009 9(9): p 51055122 doi.org/10.1166/jnn.2009.1466 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 Brown, A.J., XLIII.—On an acetic ferment which forms cellulose Journal of the Chemical Society, Transactions, 1886 49: p 432-439 Jonas, R and L.F Farah, Production and application of microbial cellulose Polymer degradation stabilíty, 1998 59(1-3): p 101-106 doi.org/10.1016/S01413910(97)00197-3 Wang, J., J Tavakoli, and Y Tang, Bacterial cellulose production, properties and applications with different culture methods–A review Carbohydrate polymers, 2019 doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.05.008 Iguchi, M., S Yamanaka, and A Budhiono, Bacterial cellulose—a masterpiece of nature's arts Journal of materials science, 2000 35(2): p 261-270 doi.org/10.1023/A:1004775229149 Krystynowicz, A., et al., Factors affecting the yield and properties of bacterial cellulose Journal of Industrial Microbiology Biotechnology, 2002 29(4): p 189195 doi.org/10.1038/sj.jim.7000303 Bielecki, S., et al., Bacterial cellulose Polysaccharides polyamides in the food industry: properties, production, patents, 2005: p 31-84 Portela, R., et al., Bacterial cellulose: A versatile biopolymer for wound dressing applications Microbial biotechnology, 2019 12(4): p 586-610 doi.org/ 10.1111/1751-7915.13392 Watanabe, K., et al., Structural features and properties of bacterial cellulose produced in agitated culture Cellulose, 1998 5(3): p 187-200 doi.org/10.1023/A:1009272904582 Yamamoto, H and F Horii, CPMAS carbon-13 NMR analysis of the crystal transformation induced for Valonia cellulose by annealing at high temperatures Macromolecules, 1993 26(6): p 1313-1317 doi.org/10.1021/ma00058a020 Hương, N.T., Ảnh hưởng nguồn chất kiêu lên men đến suất chât lượng cellulose vi khuẩn VNU Journal of Science: Natural Sciences Technology, 2008 24(3) Nguyễn, X.T., Giáo trình vi sinh vật học cơng nghiệp 2005: NXB Giáo dục Tonouchi, N., et al., Characterization of the biosynthetic pathway of cellulose from glucose and fructose in Acetobacter xylinum Bioscience, biotechnology, biochemistry, 1996 60(8): p 1377-1379 doi.org/10.1271/bbb.60.1377 Ross, P., R Mayer, and M Benziman, Biochemistry of cellulose synthesis in Acetobacter xylinum Biosynthesis biodegradation of cellulose, 1991 11: p 219 Weinhouse, H., Regulation of carbohydrate metabolism in Acetobacter xylinum Ph D thesis, 1977 Valla, S., et al., Cloning of a gene involved in cellulose biosynthesis in Acetobacter xylinum: complementation of cellulose-negative mutants by the UDPG pyrophosphorylase structural gene Molecular General Genetics MGG, 1989 217(1): p 26-30 doi.org/10.1007/BF00330938 Moniri, M., et al., Production and status of bacterial cellulose in biomedical engineering Nanomaterials, 2017 7(9): p 257 doi.org/10.3390/nano7090257 El-Saied, H., A.H Basta, and R.H Gobran, Research progress in friendly environmental technology for the production of cellulose products (bacterial cellulose and its application) Polymer-Plastics Technology Engineering, 2004 43(3): p 797-820 doi.org/10.1081/PPT-120038065 Abeer, M.M., M.C.I Mohd Amin, and C Martin, A review of bacterial cellulose‐ based drug delivery systems: their biochemistry, current approaches and future 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 prospects Journal of Pharmacy Pharmacology, 2014 66(8): p 1047-1061 doi.org/ 10.1111/jphp.12234 Blanco, A., et al., Nanocellulose for industrial use: cellulose nanofibers (CNF), cellulose nanocrystals (CNC), and bacterial cellulose (BC), in Handbook of nanomaterials for industrial applications 2018, Elsevier p 74-126 doi.org/10.1016/B978-0-12-813351-4.00005-5 Lin, S.-P., et al., Production of bacterial cellulose with various additives in a PCS rotating disk bioreactor and its material property analysis Cellulose, 2016 23(1): p 367-377 doi.org/10.1007/s10570-015-0855-0 Mohite, B.V and S.V Patil, A novel biomaterial: bacterial cellulose and its new era applications Biotechnology Applied Biochemistry, 2014 61(2): p 101-110 doi.org/10.1002/bab.1148 Sulaeva, I., et al., Bacterial cellulose as a material for wound treatment: Properties and modifications A review Biotechnology advances, 2015 33(8): p 1547-1571 doi.org/10.1016/j.biotechadv.2015.07.009 Ullah, H., et al., Advances in biomedical and pharmaceutical applications of functional bacterial cellulose-based nanocomposites Carbohydrate polymers, 2016 150: p 330-352 doi.org/10.1016/j.carbpol.2016.05.029 Mohammadkazemi, F., M Azin, and A Ashori, Production of bacterial cellulose using different carbon sources and culture media Carbohydrate polymers, 2015 117: p 518-523 doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.10.008 Pacheco, G., et al., Development and characterization of bacterial cellulose produced by cashew tree residues as alternative carbon source Industrial Crops Products, 2017 107: p 13-19 doi.org/10.1016/j.indcrop.2017.05.026 Vandamme, E., et al., Improved production of bacterial cellulose and its application potential Polymer degradation stabilíty, 1998 59(1-3): p 93-99 doi.org/10.1016/S0141-3910(97)00185-7 Hwang, J.W., et al., Effects of pH and dissolved oxygen on cellulose production by Acetobacter xylinum BRC5 in agitated culture Journal of Bioscience Bioengineering, 1999 88(2): p 183-188 doi: 10.1016/s1389-1723(99)80199-6 Masaoka, S., T Ohe, and N Sakota, Production of cellulose from glucose by Acetobacter xylinum Journal of fermentation bioengineering, 1993 75(1): p 1822 doi.org/10.1016/0922-338X(93)90171-4 Fiedler, R., D Sander, and G Peterson, Fertilizer phosphorus recommendations for winter wheat in terms of method of phosphorus application, soil pH, and yield goal Soil Science Society of America Journal, 1989 53(4): p 1282-1287 doi.org/ 10.2136/sssaj1989.03615995005300040048x Toda, K., et al., Cellulose production by acetic acid-resistant Acetobacter xylinum Journal of fermentation bioengineering, 1997 84(3): p 228-231 doi.org/ 10.1016/S0922-338X(97)82059-4 Cannon, R.E and S.M Anderson, Biogenesis of bacterial cellulose Critical reviews in microbiology, 1991 17(6): p 435-447 doi.org/10.3109/10408419109115207 Geyer, U., et al., Formation, derivatization and applications of bacterial cellulose International Journal of Biological Macromolecules, 1994 16(6): p 343-347 doi: 10.1016/0141-8130(94)90067-1 Zuo, K., et al., A hybrid model combining hydrodynamic and biological effects for production of bacterial cellulose with a pilot scale airlift reactor Biochemical engineering journal, 2006 29(1-2): p 81-90 doi.org/10.1016/j.bej.2005.02.020 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 Hestrin, S and M Schramm, Synthesis of cellulose by Acetobacter xylinum Preparation of freeze-dried cells capable of polymerizing glucose to cellulose Biochemical Journal, 1954 58(2): p 345 doi.org/10.1042/bj0580345 Klemm, D., et al., Bacterial synthesized cellulose—artificial blood vessels for microsurgery Progress in polymer science, 2001 26(9): p 1561-1603 doi.org/10.1016/S0079-6700(01)00021-1 Yang, Y.K., et al., Cellulose production by Acetobacter xylinum BRC5 under agitated condition Journal of fermentation bioengineering, 1998 85(3): p 312-317 doi.org/10.1016/S0922-338X(97)85681-4 Matsuoka, M., et al., A synthetic medium for bacterial cellulose production by Acetobacter xylinum subsp sucrofermentans Bioscience, biotechnology, biochemistry, 1996 60(4): p 575-579 doi.org/10.1271/bbb.60.575 Oikawa, T., T Morino, and M Ameyama, Production of cellulose from D-arabitol by Acetobacter xylinum KU-1 Bioscience, biotechnology, biochemistry, 1995 59(8): p 1564-1565 doi.org/10.1271/bbb.59.1564 Ruka, D.R., G.P Simon, and K.M Dean, Altering the growth conditions of Gluconacetobacter xylinus to maximize the yield of bacterial cellulose Carbohydr Polym, 2012 89(2): p 613-22 doi.org/10.1016/j.carbpol.2012.03.059 Toledo-Cervantes, A., et al., Characterization of Scenedesmus obtusiusculus ATUAM for high-energy molecules accumulation: deeper insight into biotechnological potential of strains of the same species Biotechnology reports, 2018 17: p 16-23 doi.org/10.1016/j.btre.2017.11.009 Zhang, Q., et al., Cultivation of algal biofilm using different lignocellulosic materials as carriers Biotechnology for biofuels, 2017 10(1): p 115 doi.org/10.1186/s13068-017-0799-8 Nhung, Đ.T.K., N.T.T Vân, and T.N Quỳnh, Nghiên cứu vi khuẩn Acetobacter Xylinum tạo màng Bacterial cellulose ứng dụng điều trị bỏng Vietnam Journal of Science and Technology, 2012 50(4): p 453 Anh, N.T.N., et al., Sử dụng rong bún (Enteromopha sp.) làm thức ăn cho cá nâu (Scatophagus argus) nuôi ao đất L Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, 2014: p 122-130 Van Thang, N., M Kato, and S Sugimoto, Assessment and prioritisation of lowcarbon technology for the waste sector in Vietnam Vietnam Journal of Science, Technology Engineering, 2019 61(3): p 77-80 doi.org/10.31276/VJSTE.61(3).7780 Pham, K.T., et al., Influence of inoculum size, CO2 concentration and LEDs on the growth of green microalgae Haematococcus pluvialis Flotow Vietnam Journal of Science, Technology Engineering, 2018 60(4): p 59-65 doi.org/10.31276/ VJSTE.60(4).59-65 Van Thuan, N., et al., Influence of microalgae retention time on biomass production in membrane photobioreactor using human urine as substrate Vietnam Journal of Science, Technology Engineering, 2018 60(4): p 66-70 doi.org/10.31276/VJSTE 60(4).66-70 Guo, S., et al., Significantly increased monounsaturated lipids relative to polyunsaturated lipids in six types of cancer microenvironment are observed by mass spectrometry imaging Scientific reports, 2014 4(1): p 1-9 doi.org/10.1038/ srep05959 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 Chen, L., Liu, T., Zhang, W., Chen, X., & Wang, J (2012) Biodiesel production from algae oil high in free fatty acids by two-step catalytic conversion Bioresource Technology, 111, 208-214 doi.org/10.1016/j.biortech.2012.02.033 Silveira, S.T., et al., Optimization of phycocyanin extraction from Spirulina platensis using factorial design Bioresource technology, 2007 98(8): p 16291634 doi.org/10.1016/j.biortech.2006.05.050 Bennett, A and L Bogorad, Complementary chromatic adaptation in a filamentous blue-green alga The Journal of cell biology, 1973 58(2): p 419-435 doi.org/ 10.1083/jcb.58.2.419 Sumanta, N., et al., Spectrophotometric analysis of chlorophylls and carotenoids from commonly grown fern species by using various extracting solvents Research Journal of Chemical Sciences, 2014 2231: p 606X Prieto, A., J.P Canavate, and M García-González, Assessment of carotenoid production by Dunaliella salina in different culture systems and operation regimes Journal of biotechnology, 2011 151(2): p 180-185 doi.org/10.1016/j.jbiotec 2010.11.011 Holmes, D.W., Bacterial Cellulose: A Thesis Presented for the Degree of Master of Engineering in Chemical and Process Engineering, Department of Chemical and Process Engineering, University of Canterbury, Christchurch, New Zealand 2004, University of Canterbury Scionti, G., Mechanical properties of bacterial cellulose implants 2010, p 38 Mai, N.T., et al., Nghiên cứu phân lập, nuôi cấy in vitro tảo silic nước mặn Chaetoceros calcistrans Paulsen, 1905 ứng dụng sinh khối tảo làm thức ăn cho tôm he chân trắng (Penaeus vannamei) Science & Technology, 2009 12(13-2009) Carvalho, J.C.M., et al., Cultivation of Arthrospira (Spirulina) platensis (Cyanophycae) by fed-batch addition of ammonium chloride at exponentially increasing feeding rate Journal of Phycology, 2004 40(3): p 589-597 doi.org/10.1111/j.1529-8817.2004.03167.x Funteu, F., et al., Effects of environmental factors on the lipid metabolism in Spirulina platensis In Plant physiology and biochemistry (Paris), 1997 35(1): p 63-71 Jung, F., et al., Spirulina platensis, a super food? Journal of Cellular Biotechnology, 2019 5(1): p 43-54 doi.org/10.3233/JCB-189012 PHỤ LỤC Phụ lục Dụng cụ, hóa chất, thiết bị Phụ lục 1.1 Danh sách dụng cụ STT Tên dụng cụ Định mức Hãng 10 11 12 13 14 15 Erlen Becher Bình định mức Đầu tip Micropipette Lọ thuỷ tinh Ống đong Bình trung tính Nồi Nhíp Đũa thuỷ tinh Cuvette thuỷ tinh Giá đỡ ống nghiệm Ống nghiệm có nắp Đèn cồn 50-500 mL 50-2000 mL 25-100 mL 1000 μL 100-1000 μL 100-1000 mL 10-1000 mL 250-1000 mL 3000 mL Duran Biohall Pyrex VITLAB Eppendorf Việt Nam Onelab Duran Elmich Vetus Việt Nam QS Việt Nam Pyrex Việt Nam Phụ lục 1.2 Danh sách hóa chất STT Hóa chất NaNO3 Hãng Merck (Đức) STT 13 Hóa chất MnCl2.4H2O Hãng Merck (Đức) NH2CONH2 Merck (Đức) 14 ZnSO4.4H2O Merck (Đức) (NH4)2SO4 Merck (Đức) 15 Na2MoO4 Merck (Đức) K2HPO4 Merck (Đức) 16 CuSO4.5H2O Merck (Đức) K2SO4 Merck (Đức) 17 KH2PO4 Merck (Đức) NaCl Merck (Đức) 18 NH4H2PO4 Merck (Đức) MgSO4.7H2O Merck (Đức) 19 C6H12O6 Merck (Đức) CaCl2.2H2O Merck (Đức) 20 CH3COOH Merck (Đức) FeSO4.7H2O Merck (Đức) 21 CHCl3 Merck (Đức) 10 EDTA Merck (Đức) 22 C6H14 Merck (Đức) 11 NaHCO3 Merck (Đức) 23 C2H5OH Merck (Đức) 12 H3BO3 Merck (Đức) 24 CH3OH Merck (Đức) Phụ lục 1.3 Danh sách thiết bị STT Thiết bị Hãng sản xuất Xuất xứ Máy ly tâm Hettich (Đức) Đức Nồi hấp Daihan Sciectific Hàn Quốc Bếp điện Gali Đài Loan Máy đo quang học UV-Vis THERMO Mỹ Tủ lạnh Sanyo Nhật Bản Tủ cấy sinh học cấp Esco Singapore Cân số lẻ Sartorius Đức Tenmars Đài Loan Daihan Sciectific Hàn Quốc Máy đo cường độ ánh sáng Máy khuấy từ gia nhiệt 10 Máy đo pH Hanna Ý 11 Máy đo TDS Hanna ý 12 Kính hiển vi Olympus Nhật Bản 13 Bếp hồng ngoại Magic Hàn Quốc 14 Bể cách thủy Memmert Đức 15 Tủ ấm Memmert Đức 16 Máy vortex Kang kan Trung Quốc 17 Resun Đài Loan Nobrand Trung Quốc 19 Máy bơm oxi Máy bơm nhu động Bộ lọc PP nobrand Trung Quốc 20 Dây điện trở Nobrand Việt Nam 18 Phụ lục 1.4 Thành phần, khối lượng của môi trường nuôi nghiệm thức Môi trường nuôi cấy Thành phần Z (g/L) ZU (g/L) ZS (g/L) NaNO3 (NH2)2CO (NH4)2SO4 K2HPO4 2,5 0 0,5 2,5 0,5 0 2,5 0,5 K2SO4 NaCl MgSO4.7H2O 1 0,2 1 0,2 1 0,2 CaCl2.2H2O 0,04 0,04 0,04 FeSO4.7H2O EDTA NaHCO3 Vi lượng A5 pH 0,01 0,08 16,8 mL 9,5±1 0,01 0,08 16,8 mL 9,5±1 0,01 0,08 16,8 mL 9,5±1 Vi lượng A5 Thành phần H3BO3 MnCl2.4H2O ZnSO4.4H2O Na2MoO4 CuSO4.5H2O Khối lượng (g/L) 2,86 1,81 0,222 0,0177 0,079 Phụ lục 1.5 Thành phần môi trường lên men Acetobacter xylinum Thành phần C6H12O6 KH2PO4 MgSO4.7H2O NH4H2PO4 (NH4)2SO4 CH3COOH Nước dừa Khối lượng 20 g 2g 2g 2g 2g 2% lít Phụ lục Kết Phụ lục 2.1 Kết quả phân tích trọng lượng khơ của sinh khối thí nghiệm Z ZU ZS Ngày 3 0,0303 0,0303 0,0303 0,0303 0,0303 0,0303 0,0303 0,0303 0,0303 0,0318 0,0318 0,0303 0,0227 0,0242 0,0273 0,0258 0,0273 0,0303 0,0348 0,0333 0,0318 0,0318 0,0288 0,0303 0,0288 0,0318 0,0333 0,0515 0,0500 0,0500 0,0591 0,0651 0,0545 0,0409 0,0409 0,0379 0,0561 0,0545 0,0530 0,0742 0,0712 0,0727 0,0530 0,0500 0,0424 10 0,0636 0,0606 0,0606 0,0833 0,0818 0,0727 0,0591 0,0530 0,0470 12 0,0727 0,0682 0,0712 0,0894 0,0803 0,0985 0,0606 0,0591 0,0561 14 0,0727 0,0758 0,0727 0,0985 0,0894 0,0909 0,0667 0,0682 0,0606 Phụ lục 2.2 Kết quả phân tích phần trăm khối lượng của lipid nghiệm thức Giá trị mtảo mlipid %mlipid (%) Z 0,05 0,05 0,004 0,003 0,05 0,004 ZU ZS 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,005 0,001 0,006 0,001 0,005 10 12 10 0,05 0,004 Phụ lục 2.3 Kết quả phân tích giá trị chlorophyll a nghiệm thức Giá trị OD665.2 OD652.4 Ca Vtách chiết mtảo khô %mCa (%) 0,917 0,552 10,27 100 0,5 0,514 Z 0,916 0,554 10,24 100 0,5 0,512 0,916 0,553 10,25 100 0,5 0,512 0,918 0,552 10,29 100 0,5 0,515 ZU 0,917 0,552 10,27 100 0,5 0,514 0,917 0,551 10,28 100 0,5 0,514 0,917 0,554 10,25 100 0,5 0,513 ZS 0,92 0,55 10,34 100 0,5 0,517 0,919 0,551 10,31 100 0,5 0,516 Phụ lục 2.4 Kết quả phân tích giá trị phycocyanin nghiệm thức Giá trị OD615 OD652 CPC Vtách chiết mtảo khô %mCPC (%) Z ZU ZS 3 4,076 4,084 4,04 4,176 4,184 4,14 4,094 4,086 4,086 0,422 0,423 0,423 0,425 0,433 0,423 0,411 0,422 0,411 0,73 0,73 0,72 0,74 0,75 0,74 0,73 0,73 0,73 25 25 25 25 25 25 25 25 25 2 2 2 2 9,125 9,125 9,25 9,375 9,25 9,125 9,125 9,125 Phụ lục 2.5 Kết quả phân tích β-carotenoid nghiệm thức Z Giá trị OD450 0,072 0,075 0,072 1,81 1,89 1,81 β-carotenoid Vtách chiết 10 10 10 β-carotenoid (mg) 18,1 18,9 18,1 0,074 1,86 10 18,6 ZU ZS 3 0,075 0,074 0,077 0,07 0,074 1,89 1,86 1,94 1,76 1,86 10 10 10 10 10 18,9 18,6 19,4 17,6 18,6