perfringens Clostridium perfringens Vi khuẩn Clostridium perfringens E.coli Escherichia coli Vi khuẩn Escherichia coli Trang 27 xxv TÓM TẮT KHÓA LUẬN Đề tài tiến hành nghiên cứu và xây
TỔNG QUAN
Giới thiệu về cây dừa
Cây dừa (Cocos nucifera) là một loài thực vật thân gỗ thuộc họ Cau (Arecaceae), được biết đến với tên tiếng Anh là Coconut Đây là loài duy nhất còn sống thuộc chi Cocos, sở hữu nhiều đặc điểm và tính chất độc đáo.
Cây dừa là một trong những cây được thuần hóa sớm nhất, có nguồn gốc từ siêu lục địa Gondwana cổ đại Quả dừa xuất hiện trên biển Tethys thời tiền sử và phân bố tự nhiên trên bờ biển và đảo của Ấn Độ Dương, Thái Bình Dương, Ấn Độ, Trung Quốc và Đông Phi Thông qua quá trình khám phá và giao thương, cây dừa đã được phân phối rộng rãi trên toàn cầu, đặc biệt là ở khu vực nhiệt đới Hiện nay, loài này phổ biến ở hơn 200 quốc gia, nằm giữa vĩ tuyến 23°N và 23°S Với vai trò là nguồn cung cấp chế độ ăn uống, nước và nhiên liệu, cây dừa được cho là đã đóng góp quan trọng vào các cuộc di cư thời tiền sử và sự phát triển của nền văn minh ở vùng nhiệt đới ẩm ướt.
Dừa có thể được phân loại thành hai nhóm giống chính dựa trên đặc điểm hình thái, kiểu thụ phấn và mục đích sử dụng, bao gồm giống dừa cao và giống dừa lùn Sự kết hợp giữa hai giống này đã tạo ra giống dừa lai, sở hữu năng suất và chất lượng cao, thời gian thu hoạch ngắn và khả năng thích nghi tốt với đa dạng điều kiện môi trường, đáp ứng nhu cầu của thị trường hiện nay.
Giống dừa cao thường cho quả muộn từ 5 – 7 năm và có mức độ đa dạng lớn, bao gồm các giống có đặc tính sinh trưởng, phát triển mạnh mẽ Thân dừa thường cao từ 20 – 30m và thụ phấn chéo, khiến dừa cao được xem là dị hợp tử Đặc điểm nổi bật của giống dừa cao là ra hoa muộn và cho quả có kích thước lớn, cơm dày với hàm lượng dầu khoảng 62 – 68%, rất thích hợp để lấy dầu và chế biến các sản phẩm từ cơm dừa, xơ dừa, gáo dừa.
Dừa ta là một trong những giống dừa được ưa chuộng trong ngành công nghệ ép dầu nhờ hàm lượng dầu cao từ 65 – 67% Với năng suất cao, cây dừa ta có thể cho từ 70 – 80 quả mỗi năm, kích thước trung bình đến to và trọng lượng từ 1,6 – 2 kg một quả Đây là giống dừa phổ biến được trồng rộng rãi ở Đồng bằng sông Cửu Long, mang lại giá trị kinh tế cao cho người dân địa phương.
Dừa dâu có vỏ mỏng, cơm dừa trung bình đến dày Giống dừa này cho năng suất cao từ 80 – 100 quả trên một năm Hàm lượng dầu cao từ 63 – 65%
Dừa sáp, còn được biết đến với tên gọi dừa kem, là loại dừa đặc biệt với cơm dừa mềm xốp và nước có độ sệt như keo, mang hương thơm độc đáo Tuy nhiên, chỉ khoảng 20-25% quả dừa trong cùng một quần thể là quả sáp, còn lại là dừa thông thường Mỗi cây dừa sáp có thể cho năng suất khoảng 50-60 quả mỗi năm Với đặc điểm độc đáo, dừa sáp thường được sử dụng để tạo ra các món tráng miệng hấp dẫn như bánh kẹo, kem và nhiều sản phẩm khác.
Giống dừa lùn có đặc điểm thân thấp, chỉ khoảng 10-12m, gốc nhỏ và thẳng, cùng với khả năng ra hoa sớm sau 3-4 năm trồng Quả dừa của giống này thường nhỏ, cơm dừa mỏng và hàm lượng dầu thấp hơn 63%, rất phù hợp để lấy nước Ngoài ra, do đặc tính tự thụ phấn, nhóm dừa lùn được xem là đồng hợp tử, theo nghiên cứu của Võ Văn Long năm 2011.
Dừa xiêm xanh được ưa chuộng nhờ vị ngọt thanh và thường được sử dụng để lấy nước Với kích thước nhỏ gọn, mỗi quả dừa xiêm xanh có trọng lượng từ 1,2 đến 1,5 kg và chứa khoảng 250-300 ml nước Đặc biệt, loại dừa này còn cho năng suất cao, lên đến khoảng 120 quả mỗi năm.
Dừa xiêm lục là giống dừa được trồng phổ biến nhờ khả năng cho quả sớm và nước ngọt Quả dừa xiêm lục có màu sắc và kích thước tương tự như dừa xiêm xanh, nhưng có hình dạng đặc trưng giống quả lê, với trọng lượng từ 1,2 - 1,5 kg và thể tích nước từ 250 - 300 ml/quả Ưu điểm của giống dừa này là năng suất cao, với khoảng 120 - 150 quả/cây/năm, và nước dừa rất ngọt do hàm lượng đường cao Ngoài ra, gáo dày giúp bảo quản nước dừa lâu hơn, giảm rủi ro vỡ quả khi sơ chế và vận chuyển Đặc biệt, dừa xiêm lục là giống dừa cho quả sớm nhất hiện nay, chỉ sau 18 - 20 tháng kể từ khi trồng.
Dừa xiêm lửa là giống dừa quý hiếm, có năng suất cao và vỏ ngoài màu cam sáng rất đẹp, phù hợp cho phát triển du lịch sinh thái Quả dừa xiêm lửa có hình tròn, nhỏ với trọng lượng từ 1,0 – 1,2 kg và thể tích nước khoảng 280 – 320 ml Giống dừa này cho quả sớm, khoảng 2 – 2,5 năm sau khi trồng và có năng suất cao, lên đến 80 – 140 quả/cây/năm Ngoài ra, dừa xiêm lửa còn có ưu điểm là lâu bị thối cuống, rụng cuống sau khi hái khỏi cây, rất thích hợp cho việc sơ chế, bảo quản xuất khẩu.
❖ Dừa lùn vàng, lùn đỏ Mã Lai:
Hai giống cây ăn quả này được du nhập từ Thái Lan sở hữu nhiều tiềm năng phát triển nhờ khả năng cho quả sớm chỉ sau 2,5 - 3,0 năm trồng, đồng thời mang lại năng suất cao với khoảng 80 - 140 quả/cây/năm Đặc điểm nổi bật của giống cây này là quả tròn, kích thước từ nhỏ đến trung bình, trọng lượng khoảng 1,2 - 1,4 kg và thể tích nước từ 300 - 350 ml Điểm nhấn của quả là vỏ có màu vàng tươi hoặc cam bắt mắt.
2.1.2 Quả dừa Đặc điểm quả dừa
Quả dừa là một loại quả hạch, chứa nhiều thịt với vỏ mỏng và hạt ở giữa, tương tự như quả cà phê hoặc quả mận Dưới lớp da là lớp xơ dừa dày, bao quanh hạt bên trong Vỏ quả dừa rất cứng, có ba lỗ nảy mầm rõ ràng sau khi loại bỏ vỏ trấu Khi trưởng thành, quả dừa có hình trứng hoặc hình elip, dài khoảng 300-450mm và đường kính 150-200mm, với lớp vỏ xơ dày bao quanh Bên trong nội nhũ rỗng được lót bằng một lớp vỏ hạt mỏng màu nâu, dày khoảng 0,2mm.
Hình 2.2 Cấu tạo của quả dừa
Nước dừa là chất lỏng trong suốt chứa trong quả dừa, đặc biệt là trong quả dừa non với lớp cơm mỏng và mềm Khi quả dừa già đi, thể tích nước dừa giảm dần và được thay thế bằng thịt dừa tích lũy ngày càng dày Về mặt kỹ thuật, nước dừa là nội nhũ lỏng hình thành từ tháng thứ ba trong giai đoạn trưởng thành của dừa và đạt mức tối đa trong tám tháng, sau đó giảm dần khi quả chín.
Sau khoảng 5 tháng, bên trong quả dừa bắt đầu hình thành lớp cơm mềm mỏng và chứa nhiều nước Khi quả dừa già, lớp thịt sẽ dày và cứng hơn, đồng thời nước dừa sẽ có vị nồng hơn Nước dừa có màu hơi đục đến chất lỏng trong suốt, không màu, vị ngọt và hương vị tự nhiên, hơi chua với độ pH dao động từ 4,2 – 6,0.
Hình 2.3 Quá trình thay đổi của quả dừa
Nước dừa là nguồn cung cấp năng lượng dồi dào với 79 kJ (19 kilocalories) trong 100 ml, chủ yếu bao gồm nước (95%), 4% carbohydrate và một lượng nhỏ protein (0,1%) và lipid (0,1%) Bên cạnh đó, nước dừa cũng chứa nhiều chất khoáng, canxi, kim loại và mangan, đồng thời có hàm lượng nhỏ các nguyên tố kim loại và vitamin, khoáng chất khác.
Bảng 2.1 Thành phần hóa học trong quả dừa
STT Thành phần Giá trị dinh dưỡng trên 100g
Tổng quan về cellulose vi khuẩn
Hình 2.4 Cấu trúc của cellulose
Cellulose, một polymer sinh học tái tạo phong phú nhất trên trái đất, được phát hiện lần đầu tiên bởi nhà khoa học người Pháp Anselme Payen thông qua việc thử nghiệm xử lý mô thực vật bằng amoniac và acid Payen đã thành công trong việc tách cellulose khỏi thực vật và đánh giá các đặc tính hóa học của nó, mở đường cho ứng dụng đầu tiên trong công nghiệp là sản xuất giấy từ bột gỗ.
Cellulose là một hợp chất hữu cơ tự nhiên quan trọng, không tan trong nước và có mặt rộng rãi trong tự nhiên Là polysaccharide cấu trúc cơ bản của thực vật bậc cao, cellulose là một polymer mạch thẳng của các phân tử đường glucose liên kết bởi β – 1,4 – glycoside Mỗi phân tử cellulose có thể chứa từ 6.000 – 12.000 gốc glucose và tương tác với nhau thông qua liên kết hydro để tạo nên cấu trúc ba chiều của thành tế bào thực vật Trong tự nhiên, cellulose tồn tại ở dạng bó với các liên kết hydro giữa phân tử cellulose, tạo thành cấu trúc tinh thể hoặc vô định hình tùy thuộc vào sự sắp xếp và số liên kết hydro giữa các phân tử.
Cellulose là một loại polymer không độc hại, có khả năng phân hủy sinh học, sở hữu mật độ thấp và các giá trị cường độ riêng cao, bao gồm độ bền kéo, độ bền nén và độ cứng cao Nhờ những đặc tính vượt trội này, cellulose được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ công nghệ nano, dược phẩm, thực phẩm, mỹ phẩm, dệt may, giấy, ô tô và nhiều ngành công nghiệp khác.
Hình 2.5 Cấu trúc của cellulose vi khuẩn (Philips, 2000)
Sự tổng hợp lớp màng cellulose ngoại bào của vi khuẩn được báo cáo lần đầu tiên bởi Brown và cộng sự vào năm 1986 Khi nghiên cứu về vi khuẩn acetic, nhóm nghiên cứu đã phát hiện một khối rắn khó bị phân hủy, giống với mô động vật, và sau đó xác định hợp chất này là cellulose được tổng hợp bởi vi khuẩn Acetobacter xylinum.
Cellulose vi khuẩn là một vật liệu sinh học tự nhiên được tổng hợp bởi vi khuẩn, có cấu tạo bởi chuỗi polyme β – 1,4 – glucopynanose mạch thẳng Những chuỗi glucan này được kết hợp thành thớ sợi thứ cấp có bề rộng 1,5 nm, sau đó tạo thành microfibril và kết hợp với nhau tạo thành bó và dải ribbon Dải ribbon có kích thước khoảng 1-9nm chiều dài và 3-4nm chiều dày, và được liên kết với nhau bằng liên kết hiđro hoặc lực vandesvan để tạo thành cấu trúc mạng lưới hoặc lớp màng mỏng trên bề mặt môi trường nuôi cấy Cellulose vi khuẩn có kích thước nhỏ hơn cellulose thực vật khoảng 100 lần, là những thớ sợi tự nhiên mảnh nhất khi so sánh với sợi cellulose sơ cấp trong tượng tầng ở một vài loài thực vật.
Hình 2.6 Hình cấu trúc phân tử của cellulose vi khuẩn (Festucci – Buselli và cộng sự,
Mặc dù thực vật là nguồn cung cấp chính cellulose, nhưng các loại vi khuẩn khác nhau có thể sản xuất cellulose như một nguồn thay thế Cellulose vi khuẩn được tổng hợp theo cách tinh khiết, không chứa các phân tử thực vật khác như lignin, hemiaellulose hoặc pectin Điều này mang lại lợi thế so với cellulose thực vật, vì nó không yêu cầu quá trình chiết xuất và tinh chế đắt tiền cũng như sử dụng các hóa chất độc hại với môi trường.
Cellulose vi khuẩn được tạo ra trong các lỗ nhỏ trên màng tế bào chất và tiết ra ở dạng sợi nano, sau đó tập hợp lại thành các sợi nhỏ và hình dải có kích thước xấp xỉ 70 – 150nm Các dải băng cellulose vi khuẩn này được lắp ráp tạo thành một mạng 3D, cung cấp các đặc tính độc đáo cho vật liệu này Đặc biệt, Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ đã phân loại vật liệu cellulose sinh học là an toàn vào năm 1992, mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng cho loại vật liệu này.
Trong quá trình nuôi cấy vi khuẩn trong điều kiện tĩnh, chúng tạo ra hạt cellulose vi khuẩn trên bề mặt phân cách không khí - lỏng do đặc tính hiếu khí Ban đầu, cellulose vi khuẩn hình thành một màng mỏng bao phủ bề mặt tự do và dần trở nên dày hơn theo thời gian Ngược lại, khi nuôi cấy trong điều kiện khuấy và lắc, cellulose vi khuẩn thường hình thành các khối cầu hoặc viên không đều, thay vì màng cellulose vi khuẩn đồng nhất, và thường có chỉ số kết tinh và tính chất cơ học thấp hơn.
Tính chất và vai trò của cellulose vi khuẩn
Cấu tạo cellulose vi khuẩn chỉ gồm monome glucose, mang lại nhiều tính chất tuyệt vời như cấu trúc nano độc đáo, khả năng giữ nước cao, độ bền cơ học cao và độ kết tinh cao Quá trình tổng hợp màng cellulose vi khuẩn diễn ra trực tiếp, giúp giảm thiểu bước trung gian trong sản xuất các sản phẩm từ cellulose vi khuẩn Ngoài ra, vi khuẩn có thể tổng hợp cellulose dưới dạng màng mỏng hoặc dạng sợi, mang lại sự đa dạng trong ứng dụng.
Quá trình sinh tổng hợp cellulose có thể được kiểm soát để tạo ra các sợi chỉ cực nhỏ với dạng kết tinh và trọng lượng phân tử mong muốn Điều này đạt được bằng cách tác động vào quá trình sinh tổng hợp cellulose thông qua việc thay đổi nồng độ cơ chất và điều chỉnh pH phù hợp, cho phép tạo ra cellulose với đặc tính cụ thể.
Màng cellulose vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành quần thể vi khuẩn trên cơ chất và bảo vệ chúng trước những đối thủ cạnh tranh Đồng thời, màng cellulose cũng là giá thể chống đỡ cho các tế bào vi khuẩn, giúp chúng dễ dàng hấp thụ chất dinh dưỡng từ môi trường Nhờ độ nhớt và đặc tính ưa nước, màng cellulose còn giúp vi khuẩn tăng cường khả năng chống chịu với những thay đổi bất lợi của môi trường sống, chẳng hạn như giảm lượng nước, thay đổi pH và sự xuất hiện các chất độc Ngoài ra, màng cellulose còn bảo vệ tế bào khỏi ảnh hưởng của tia cực tím Với tiềm năng lớn, cellulose vi khuẩn và các sản phẩm của nó đang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như y sinh, điện tử và công nghiệp thực phẩm.
Cơ chế sinh tổng hợp cellulose vi khuẩn
Tổng hợp cellulose vi khuẩn là một quá trình phức tạp gồm nhiều bước quan trọng Quá trình này chủ yếu dựa trên hai cơ chế chính: tổng hợp uridine-diphosphoglucose (UDPGlc) và trùng hợp glucose thành chuỗi dài polysaccharid không phân nhánh, tạo thành cấu trúc kết tinh đặc trưng của cellulose.
Quá trình sản xuất UDP-Glucose bắt đầu khi các hợp chất carbon như hexose, glycerol, dihydroxyacetone, pyruvate và acid dicarboxylic đi vào chu trình Krebs, gluconeogenesis hoặc chu trình pentose phosphate tùy thuộc vào nguồn carbon có sẵn Quá trình này tiếp tục với việc chuyển hóa glucose-6-phosphate thành glucose-1-phosphate thông qua phản ứng isomer hóa nhờ enzyme phosphoglucomutase (PGM) Sau đó, glucose-1-phosphate được chuyển hóa thành UDP-Glucose dưới sự xúc tác của enzyme UDP-Glucose pyrophospholyase Cuối cùng, UDP-Glucose được polymer hóa thành cellulose và cellulose được tiết ra môi trường ngoại bào nhờ phức hợp protein màng cellulose synthase.
Hình 2.7 Quá trình tổng hợp bacterial cellulose (Chawla P.R., 2009)
Các chuỗi glucan được kết nối với nhau thông qua liên kết β – 1,4 – glucan và lực liên kết yếu Van Der Waals, tạo thành một lớp chuỗi glucan tạm thời Sau đó, chúng kết hợp với nhau bằng liên kết hydro để hình thành các sợi cơ bản gồm 16 chuỗi glucan Quá trình này tiếp tục khi các sợi cơ bản kết hợp thành các vi sợi, và sau đó là các bó sợi Cuối cùng, các bó sợi này được tiết ra ngoài môi trường thông qua các lỗ trên bề mặt của vi khuẩn.
Các tế bào vi khuẩn có khoảng 80 lỗ sắp xếp thành hàng dọc chiều dài, đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh tổng hợp cellulose trên bề mặt tế bào Những lỗ này có đường kính khoảng 3,5nm và được sắp xếp song song theo đường thẳng dọc trục vi khuẩn Mỗi lỗ bao phủ một tiểu phần, tạo thành cấu trúc quan trọng cho quá trình tổng hợp cellulose.
10 nm chứa enzym tổng hợp cellulose Mỗi tiểu phần 10nm tạo ra các chuỗi glucan hình thành vi sợi 1,5 nm
Hình 2.8 Giai đoạn kết tinh tạo màng cellulose vi khuẩn
Các phương pháp nuôi cấy
Về mặt nuôi cấy sản xuất cellulose vi khuẩn có hai cách: nuôi cấy tĩnh và nuôi cấy khuấy đảo (lắc)
Vi khuẩn tổng hợp cellulose
2.3.1 Lý do lựa chọn vi khuẩn
Cellulose sinh học được tạo ra bởi vi khuẩn acid acetic thông qua quá trình oxy hóa lên men trong cả môi trường tổng hợp và không tổng hợp Các loài vi khuẩn thuộc chi Zoogloea, Sarcina, Salmonella và Rhizobium là những tác nhân chính tổng hợp cellulose sinh học này.
Một số loài vi khuẩn có khả năng sản xuất cellulose, bao gồm Pseudomonas, Escherichia, Agrobacterium, Aerobacter, Achromobacter, Azotobacter, Alcaligenes và Acetobacter Trong đó, A xylinum, A hansenii và A pasteurianus là những loài sản xuất cellulose hiệu quả nhất Đặc biệt, A xylinum là vi sinh vật mẫu lý tưởng cho các nghiên cứu về cellulose do khả năng sản xuất polymer ở mức cao từ nhiều nguồn carbon và nitrogen Loài vi khuẩn này thường được tìm thấy ở những nơi diễn ra quá trình lên men của đường và carbohydrate thực vật, chẳng hạn như nước ép trái cây, hoa quả và đồ uống có cồn chưa tiệt trùng hoặc chưa tiệt trùng.
Cellulose sinh học là một dạng cellulose mạnh và siêu tinh khiết được sản xuất tự nhiên bởi một số loài Acetobacter Trong đó, A xylinum là loài được sử dụng nhiều nhất để sản xuất cellulose sinh học thương mại nhờ mức năng suất cao Cellulose sinh học tạo ra bởi A xylinum sở hữu các đặc tính độc đáo, bao gồm khả năng giữ nước cao, độ kết tinh cao, mạng lưới sợi mịn và độ bền kéo cao.
Bảng 2.6 Cấu trúc cellulose tạo thành từ các loại vi khuẩn (Jonas et al và cộng sự, 1998)
STT Vi khuẩn Cấu trúc cellulose tạo thành
1 Acetobacter Lớp màng /dải cellulose
6 Pseudomonas Không có sợi rõ rệt
Việc phát hiện ra cellulose được sản xuất bởi vi khuẩn, cụ thể là từ Acetobacter xylinum, đã được A.J Brown công nhận vào năm 1886 Ông đã tổng hợp thành công một tấm màng ngoại bào từ loại vi khuẩn này Tuy nhiên, phải đến thế kỷ 20, các nghiên cứu chuyên sâu về cellulose vi khuẩn mới được thực hiện một cách toàn diện.
Vài thập kỷ sau khi phát hiện ra cellulose vi sinh vật ban đầu, CA Browne đã nghiên cứu vật liệu cellulose thu được từ quá trình lên men nước mía ở Louisiana và khẳng định kết quả của AJ Brown Các nhà nghiên cứu khác cũng đã báo cáo về sự hình thành cellulose bởi các sinh vật khác nhau, bao gồm Acetobacter pasteurianum, Acetobacter rancens, Sarcina ventriculi và một số sinh vật khác.
Vi khuẩn Bacterium xylinoides có khả năng tạo ra cellulose Năm 1931, Tarr và Hibbert đã thực hiện nghiên cứu đầu tiên về quá trình hình thành cellulose của vi khuẩn này thông qua các thí nghiệm nuôi cấy A xylinum trên môi trường nuôi cấy Các nghiên cứu sau đó đã chứng minh rằng glucose và oxy là những yếu tố cần thiết cho quá trình tổng hợp cellulose của vi khuẩn Ngoài ra, Colvin đã phát hiện ra rằng sự tổng hợp cellulose có thể xảy ra trong các mẫu không chứa tế bào nhưng có chứa chiết xuất A xylinum, glucose và ATP Cuối cùng, cấu trúc microfibrillar của cellulose vi khuẩn đã được nghiên cứu bởi Muhlethaler vào năm 1949.
Vi khuẩn Acetobacter xylinum, còn được biết đến với tên loài Komagataeibacter xylinus, thuộc họ Pseudomonadiea và chi Gluconacetobacter, là một loại vi khuẩn tạo ra cellulose với các tính chất vật lý thuận lợi Đặc điểm hình thái của A xylinum là hình que ngắn, bề mặt nhầy và trơn bóng, với phần giữa khuẩn lạc lồi lên, dày hơn và sẫm màu hơn các phần xung quanh, và rìa mép khuẩn lạc nhẵn Vi khuẩn này là gram âm hiếu khí, tạo ra cellulose khi phát triển trong môi trường có nguồn carbohydrate ở độ pH từ 3 – 7 và nhiệt độ từ 28 – 30°C.
Acetobacter xylinum có khả năng chịu được môi trường có pH thấp, giúp hạn chế nhiễm khuẩn và tăng hiệu suất tổng hợp cellulose vi khuẩn khi bổ sung thêm acid acetic vào môi trường nuôi cấy Tuy nhiên, nhiệt độ môi trường nuôi cấy cũng đóng vai trò quan trọng, khi nhiệt độ ở mức 37 o C, tế bào vi khuẩn sẽ suy thoái hoàn toàn ngay cả trong môi trường tối ưu.
Vi khuẩn 10 micron có kích thước chiều rộng khoảng 0,5 – 1 micron, phân bố rộng rãi trong tự nhiên và có thể được tìm thấy trong không khí, đất, nước và các loại lương thực thực phẩm khác nhau.
22 phẩm, dấm, rượu, bia, hoa quả Có khoảng 20 loài thuộc giống Acetobacter đã được phân lập và mô tả, trong đó có nhiều loài có ý nghĩa kinh tế
Hình 2.10 Vi khuẩn Acetobacter xylinum
A xylinum có khuẩn lạc nhỏ, tròn, bề mặt nhầy và trơn bóng, phần giữa khuẩn lạc lồi lên, dày hơn và sẫm màu hơn các phần chung quanh, rìa mép khuẩn lạc nhẵn Sau 5 ngày nuôi cấy, đường kính khuẩn lạc đạt từ 2 – 5mm Khi nuôi cấy trong môi trường thạch, lúc còn non, A xylinum phát triển thành ừng tế bào riêng lẻ, nhầy và trong suốt Khi già, các tế bào dính với nhau thành từng cụm mọc theo đường cấy
Hình 2.11 Vi khuẩn A xylinum dưới kính hiển vi điện tử
Trong môi trường thiếu thức ăn hoặc môi trường đã nuôi cấy lâu, vi khuẩn A xylinum dễ dàng sinh ra các tế bào có hình thái đặc biệt, bao gồm cả tế bào phình to, kéo dài hoặc phân nhánh Khi nuôi cấy trong môi trường lỏng, sau 24 giờ sẽ xuất hiện một lớp đục trên bề mặt, với các sợi tơ nhỏ hướng lên từ phía dưới Tiếp theo, sau 36-48 giờ, một lớp trong và dày dần sẽ hình thành trên bề mặt môi trường.
Vi khuẩn Acetobacter có khả năng đồng hóa muối và phân giải peptone, đồng thời đòi hỏi một số vitamin và chất khoáng cụ thể để phát triển Các chất dinh dưỡng cần thiết bao gồm acid pantothenic, các acid amin như valin, alanin, isoleucin, proline và các chất khoáng như K, Mg, Ca, Fe, P, S ở dạng muối vô cơ, hữu cơ hoặc hợp chất hữu cơ Do đó, môi trường giàu dinh dưỡng như nước dừa, nước dứa, mật rỉ đường trở thành nguồn cung cấp chất dinh dưỡng lý tưởng cho sự phát triển của vi khuẩn Acetobacter.
Dinh dưỡng đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của vi khuẩn Acetobacter Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng môi trường nuôi cấy A xylinum thường có độ ẩm cao hơn đáng kể so với môi trường không cấy vi khuẩn này Đặc biệt, A xylinum có khả năng chuyển đổi các hợp chất carbon thành cellulose với hiệu suất khoảng 50%, cho thấy tiềm năng ứng dụng của vi khuẩn này trong sản xuất cellulose.
Chủng vi sinh vật tham gia vào quá trình tạo cellulose sinh học vô cùng đa dạng và đóng vai trò sinh lý quan trọng, góp phần vào cơ chế sinh tồn và khả năng sinh tổng hợp cellulose sinh học của chúng Sự đa dạng này cho phép chúng thích nghi và phát triển trong nhiều môi trường khác nhau, đồng thời tạo ra cellulose sinh học với các tính chất và ứng dụng đa dạng.
2.3.3 Quá trình sinh tổng hợp cellulose của vi khuẩn Acetobacter xylinum
Enzyme invertase được tiết ra từ các tế bào vi khuẩn để thủy phân đường saccharose thành glucose và fructose Quá trình chuyển hóa tiếp theo diễn ra khi enzyme isomerase đồng phân hóa fructose thành glucose Tiếp đó, enzyme glucokinase xúc tác hấp thụ glucose và chuyển hóa thành glucose-6-phosphase, sau đó được chuyển đổi thành glucose-1-phosphase bởi enzyme phosphoglucomutase Cuối cùng, enzyme UDP-glucopyrophospholyase xúc tác chuyển đổi thành UDP-glucose, là nguyên liệu để tổng hợp cellulose Với sự xúc tác của enzyme cellulose synthase, các sợi cellulose được hình thành và polyme hóa, tạo thành một khối gel rắn chắc nổi lên trên bề mặt môi trường nuôi cấy.
Phương pháp sấy lạnh
2.4.1 Lý do lựa chọn phương pháp sấy
Chế độ sấy tốt nhất và phương pháp sấy phù hợp nhất thường phụ thuộc vào từng loại sản phẩm cụ thể Mỗi loại sản phẩm cần có chế độ sấy và phương pháp sấy riêng biệt để đảm bảo chất lượng Việc lựa chọn các thông số công nghệ sấy tối ưu sẽ dựa trên đặc điểm của vật liệu sấy và yêu cầu chất lượng sản phẩm sấy.
Sau quá trình nghiên cứu tổng quan về đối tượng sấy, chúng tôi đã lựa chọn phương pháp sấy lạnh để khảo sát thực nghiệm trên sản phẩm ống hút lên men từ nước dừa, nhờ vào những ưu điểm vượt trội của phương pháp này trong việc giữ nguyên giá trị dinh dưỡng và hương vị tự nhiên của sản phẩm.
Phương pháp sấy lạnh là giải pháp hiệu quả để đảm bảo chất lượng sản phẩm, nhờ hệ thống sấy thông minh cho phép kiểm soát nhiệt độ, tốc độ, thời gian sấy và độ ẩm tương đối Điều này cho phép người dùng điều chỉnh các chế độ sấy phù hợp với từng loại sản phẩm, giúp tối ưu hóa quá trình sấy Ngoài ra, phương pháp sấy lạnh còn giúp tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí đầu tư sản phẩm, mang lại lợi ích kinh tế đáng kể.
Quy trình sấy ở nhiệt độ thấp giúp bề mặt màng cellulose đạt độ nhẵn mịn cao, đồng thời hạn chế tình trạng co rút Điều này cho phép chất lượng ống hút được giữ nguyên, bao gồm cả các tính chất cảm quan quan trọng như màu sắc, cấu trúc và mùi.
2.4.2 Tổng quan về sấy lạnh
Sấy lạnh, còn được biết đến với tên gọi máy sấy mát hoặc máy sấy bơm nhiệt, là phương pháp sấy ở nhiệt độ thấp hơn so với nhiệt độ sấy thông thường, thường trong dải nhiệt từ 10 đến 30 độ C, giúp bảo tồn chất dinh dưỡng và hương vị tự nhiên của sản phẩm.
Sấy lạnh là phương pháp sấy ở nhiệt độ thấp (khoảng 50°C) và độ ẩm không khí khoảng 10 – 30%, rất phù hợp với các loại thực phẩm dễ biến đổi tính chất khi sấy ở nhiệt độ cao.
Nguyên lý tách ẩm là quá trình tách hơi nước ra khỏi không khí thông qua công nghệ làm lạnh Quá trình này cho phép thu được không khí khô ở nhiệt độ khoảng 10 độ C, tạo ra môi trường khô thoáng và giảm độ ẩm trong không khí.
Không khí khô sau quá trình tách ẩm sẽ được đưa vào buồng khí và chạy qua máy nén khí, nơi nhiệt độ không khí khô khoảng 10⁰C Tại buồng khí, nhiệt độ khoảng 40 – 50 o C, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp theo.
Quá trình sấy lạnh diễn ra dựa trên sự chênh lệch nhiệt độ và áp suất giữa không khí và sản phẩm trong buồng sấy, giúp hút nước từ lòng vật liệu sấy và làm khô sản phẩm nhanh chóng Không khí ẩm sẽ được loại bỏ và thay thế bằng không khí khô thông qua bộ lọc và dàn lạnh, tạo thành vòng tuần hoàn liên tục Nguyên lý này giúp sản phẩm chỉ mất đi nước mà không ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng, màu sắc hay mùi vị, đảm bảo chất lượng sản phẩm sau khi sấy.
2.4.3 Hệ thống thiết bị sấy lạnh
Hình 2.12 Sơ đồ mô tả hệ thống thiết bị sấy lạnh
Hệ thống sấy lạnh bao gồm các thiết bị chính:
1 Hệ thống điều khiển, máy tính
2.4.4 Các quá trình trong khi sấy bơm nhiệt
Hình 2.13 Đồ thị nhiệt động của quá trình sấy lạnh
Trong hệ thống sấy lạnh, quá trình sấy diễn ra ở áp suất khí quyển, với không khí làm tác nhân sấy được đưa vào thiết bị bay hơi của hệ thống lạnh Quá trình này bắt đầu bằng việc giảm phân áp suất hơi nước trong không khí thông qua việc giảm lượng ẩm và độ ẩm tương đối, tạo ra chênh lệch phân áp suất giữa hơi nước trong vật sấy và tác nhân sấy Điều này khiến ẩm tách ra khỏi vật liệu sấy và đi vào tác nhân sấy Sau đó, không khí được làm lạnh trong thiết bị trao đổi nhiệt, nhiệt độ không khí xuống thấp hơn nhiệt độ đọng sương, khiến không khí trở thành không khí bão hòa ẩm và ẩm ngưng đọng, tách ra khỏi không khí Cuối cùng, không khí được sấy nóng qua dàn nóng, tăng thế sấy của không khí, cho phép sấy khô vật sấy hiệu quả.
Quá trình làm lạnh khử ẩm là bước quan trọng trong hệ thống bơm nhiệt, diễn ra trong dàn lạnh Tại đây, dòng không khí tiếp xúc với bề mặt dàn lạnh, tác nhân sấy được hút qua và trải qua quá trình làm lạnh đẳng ẩm, đạt trạng thái nhiệt độ đọng sương Tiếp tục được làm lạnh dưới nhiệt độ đọng sương, tác nhân sấy thực hiện quá trình tách ẩm, dẫn đến sự ngưng tụ của hơi nước Kết quả là không khí đạt trạng thái bão hòa sau quá trình làm lạnh khử ẩm.
Hình 2.14 Quá trình làm lạnh tác nhân sấy
Quá trình gia nhiệt tác nhân sấy
Sau khi đi qua dàn lạnh, không khí đạt trạng thái 3 với độ ẩm khoảng 100% Tiếp đó, dòng khí đi qua dàn ngưng và được sấy nóng đẳng dung ẩm, đạt trạng thái 4 Tùy thuộc vào từng trường hợp, trạng thái điểm 4 có thể được coi là tối ưu, cho phép tận dụng toàn bộ hoặc một phần công suất của dàn ngưng, đồng thời giảm độ ẩm tương đối của dòng khí xuống khoảng 20%.
Hình 2.15 Quá trình làm nóng tác nhân sấy
Quá trình hấp thụ ẩm của tác nhân sấy là giai đoạn quan trọng trong quy trình sấy Khi dòng khí có độ ẩm tương đối thấp đi qua vật liệu cần sấy, ẩm trong vật sẽ bay hơi vào không khí, làm giảm độ ẩm của vật liệu sấy Ngược lại, tác nhân sấy sẽ nhận ẩm và tăng độ chứa hơi, trong khi nhiệt độ của tác nhân sấy trong buồng sấy được coi là không đổi.
Hình 2.16 Quá trình hấp thu ẩm của tác nhân sấy trong quá trình sấy
2.4.5 Ưu và nhược điểm của phương pháp Ưu điểm:
Hệ thống sấy lạnh là giải pháp lý tưởng cho các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt độ cao, giúp giữ nguyên màu sắc và chất lượng sản phẩm Với nhiệt độ sấy thấp, công nghệ này đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng có màu sắc tự nhiên và tươi đẹp, đồng thời giữ được giá trị dinh dưỡng và hương vị ban đầu.
Hệ thống sấy lạnh hiện đại được trang bị hệ thống điều khiển thông minh, kết hợp với hệ thống lạnh một cấp nén, giúp tối ưu hóa quá trình sấy Đặc biệt, năng suất lạnh của hệ thống này được điều khiển bởi bộ biến tần, dựa trên nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh, từ đó tiết kiệm đáng kể năng lượng tiêu thụ trong quá trình sấy.
NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nguyên liệu
Quả dừa già được lựa chọn kỹ lưỡng tại Vựa dừa Cảnh - Số 225 đường Lê Văn Chí, Phường Linh Trung, Thành phố Thủ Đức, Hồ Chí Minh, với nguồn gốc từ Bến Tre, thuộc loại dừa xiêm chất lượng cao.
Nước dừa sau khi thu mua sẽ được vận chuyển về địa điểm thực nghiệm để xử lý và bảo quản Quá trình bảo quản nước dừa bao gồm lọc để giảm thiểu lượng cặn thô và bảo quản ở nhiệt độ 4 o C trong ngăn mát của tủ lưu mẫu Địa điểm bảo quản nước dừa là Xưởng Công nghệ Chế biến Thịt – Thủy sản, thuộc Khoa Công nghệ Hóa học và Thực Phẩm của Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
Mỗi quả dừa chứa khoảng 300ml nước dừa, vì vậy để đáp ứng lượng mẫu cần thiết cho một lần thí nghiệm, chúng ta cần khoảng 2 quả dừa.
3.1.2 Giống vi khuẩn Acetobacter xylinum
Chủng vi khuẩn Acetobacter xylinum được sử dụng trong nghiên cứu này được cung cấp bởi Trung tâm Công nghệ sinh học Thành phố Hồ Chí Minh, nằm tại số 2374, Quốc lộ 1A, khu phố 2, phường Trung Mỹ Tây, Quận 12, Thành phố Hồ Chí Minh.
Giống vi khuẩn cellulose được sử dụng trong nghiên cứu có số hiệu B0092, được nuôi cấy trong môi trường BC Nutri 02 (10g/l) và saccharose (40g/l) với độ pH 4 Để bảo quản, giống vi khuẩn này được trữ đông ở nhiệt độ -80 o C và trong quá trình nghiên cứu, nó sẽ được bảo quản ở tủ lạnh ở 4 o C để đảm bảo điều kiện thích hợp cho các thí nghiệm.
Các thí nghiệm nghiên cứu được thực hiện tại các xưởng thực tập, phòng thí nghiệm hoá sinh, phòng thí nghiệm vi sinh và phòng thí nghiệm cảm quan thuộc Khu B của Khoa Công nghệ Hoá Học và Thực Phẩm tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
Thời gian nghiên cứu được tiến hành từ tháng 9/2022 đến tháng 02/2023.
Dụng cụ - Hóa chất và thiết bị
Bảng 3.1 Liệt kê các dụng cụ, hóa chất cần thiết cho quá trình nghiên cứu
Dụng cụ/ Thiết bị/ Hóa chất Mục đích sử dụng
Erlen Chứa mẫu khảo sát Ống đong thủy tinh Đo chất lỏng
Bình định mức Pha dung dịch chuẩn
Cốc đong thủy tinh Chứa chất lỏng Đĩa petri Cấy vi khuẩn, chứa mẫu sấy
Micropipet Lấy chính xác dung dịch cần thí nghiệm theo đơn vị 𝜇l
Pipet Lấy chính xác dung dịch cần thí nghiệm theo đơn vị ml
Bình xịt tia Chứa nước cất Đũa khuấy Phối trộn dung dịch
Muỗng 2 đầu Lấy hóa chất
Vải lọc Lọc cặn thô
Cơ chất bổ sung cho môi trường nuôi cấy và lên men
Acid acetic – CH3COOH Chuẩn độ pH
Natri Carbonat – Na2CO3 Trung hòa lượng acid xuất hiện trong quá trình lên men
Nước cất Pha hóa chất, rửa mẫu
3.2.2 Thiết bị sử dụng trong thực nghiệm
Nồi hấp tiệt trùng – Autoclave
Quá trình tiệt trùng bằng nồi hấp autoclave được thực hiện thông qua phương pháp khử trùng bằng hơi nước, kết hợp nhiệt độ, áp suất và thời gian để đạt hiệu quả cao.
Phương pháp khử trùng và diệt khuẩn đồ vật bằng nhiệt thông qua hơi nước, áp suất và thời gian đã chứng tỏ hiệu quả cao trong việc loại bỏ các tác nhân gây hại Sử dụng hơi nước kết hợp với áp suất và thời gian thích hợp giúp tiêu diệt các loại vi khuẩn, virus và nấm mốc một cách hiệu quả Đây là cách giải thích đơn giản nhất về nguyên lý hoạt động của phương pháp này.
Trong quy trình hấp tiệt trùng, các vật dụng hoặc dụng cụ đã tiếp xúc với chất gây ô nhiễm như vi sinh vật, bào tử hoặc vật liệu sinh học được đặt trong buồng hấp Sau đó, máy được điều áp và chứa đầy hơi nước, làm tăng nhiệt độ lên mức yêu cầu từ 121°C đến 134°C Áp suất và nhiệt độ được duy trì trong một khoảng thời gian định trước để đảm bảo rằng mọi bộ phận của dụng cụ đều được khử trùng hoàn toàn.
Nồi hấp tiệt trùng là phương pháp vật lý hiệu quả để khử trùng và khử trùng, hoạt động dựa trên sự kết hợp của hơi nước, áp suất và thời gian Quá trình này diễn ra ở nhiệt độ và áp suất cao, giúp tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật và bào tử.
Chúng được ứng dụng rộng rãi trong việc khử nhiễm chất thải sinh học và khử trùng thiết bị, dụng cụ, đồ dùng trong phòng thí nghiệm Đặc biệt, chất thải y tế có nguy cơ chứa vi khuẩn, vi-rút và các vật liệu sinh học khác, do đó việc khử hoạt tính bằng nồi hấp trước khi thải bỏ là hết sức cần thiết và được khuyến cáo thực hiện.
Nồi hấp tiệt trùng là thiết bị quan trọng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong các trung tâm y tế và bệnh viện, văn phòng nha khoa, phòng thí nghiệm và cơ sở nghiên cứu Nhờ thành phần điều áp của quy trình, nồi hấp có thể đạt đến nhiệt độ hơi nước cao hơn bình thường, cho phép chúng hoạt động tương đối nhanh và khử trùng tất cả các bộ phận của thiết bị Việc sử dụng băng nhạy cảm với nhiệt độ và các chỉ báo khác cũng giúp dễ dàng xác minh quy trình tiệt trùng Ngoài ra, nồi hấp cũng hữu ích trong bất kỳ tình huống nào mà thiết bị có thể tái sử dụng phải được khử trùng, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong việc ngăn chặn sự lây lan của vi khuẩn và các tác nhân gây bệnh khác.
Thông số cho quá trình khử trùng được sử dụng trong thí nghiệm:
Hình 3.1 Nồi hấp tiệt trùng Autoclave
Tủ cấy vi sinh vô trùng
Tủ cấy vi sinh là thiết bị quan trọng trong phòng thí nghiệm, giúp ngăn chặn các tác nhân gây ô nhiễm khi thực hiện các thí nghiệm trên mẫu sinh học và vật liệu Khi sử dụng tủ cấy vi sinh, không khí sẽ được lọc kỹ lưỡng, tạo ra một môi trường sạch, vô trùng và không bụi, lý tưởng cho các phòng nghiên cứu, phòng vi sinh tại bệnh viện, xét nghiệm và các phòng thí nghiệm PCR.
Hình 3.2 Tủ cấy vi sinh Cần vô trùng tủ cấy trước khi vận hành, với các thao tác:
− Đóng chặt cửa tủ, bật tia UV khử khuẩn trong 15 phút Lưu ý: không đến gần tủ trong khoảng thời gian này;
− Tắt đèn UV, mở cửa kính tối đa;
− Lau sạch bề mặt làm việc bằng cồn 70%;
Để đảm bảo môi trường làm việc an toàn và hiệu quả, hãy đưa dụng cụ, thiết bị và hóa chất cần thiết vào tủ và giữ cho vùng thao tác thông thoáng Điều này giúp ngăn chặn sự cố không mong muốn và đảm bảo không gian làm việc được tối ưu hóa Ngoài ra, nên tránh đặt những dụng cụ hoặc thiết bị có kích thước lớn gần nhau để tránh va chạm và tăng cường sự an toàn trong quá trình làm việc.
− Bật khoá nguồn về vị trí ON;
− Nhấn LIGH và FAN để mở đèn và quạt;
− Mở cửa ở độ cao 20cm so mới mặt làm việc;
− Kiểm tra xem có vật cản gió nào không;
− Chạy thiết bị trước khi thao tác ít nhất 5 phút;
− Thiết bị đã sẵn sàng vận hành
Khi thực hiện thí nghiệm đo độ pH, bạn nên trang bị đầy đủ thiết bị bảo hộ cá nhân như mang bao tay, kính và khẩu trang nếu cần Độ pH là thang đo khoa học giúp xác định mức độ acid hoặc base của một chất khi nó hòa tan trong nước, với thang đo chạy từ 0 đến 14 Trong đó, số đo bằng 0 cho thấy chất có tính acid rất cao, 7 cho thấy chất không có tính acid cũng không có tính base mà nằm ở giữa như nước thường (trung tính), và 14 cho thấy chất rất cơ bản.
Việc theo dõi độ pH đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng sản phẩm, vì nó có thể ảnh hưởng đến cấu trúc và hương vị của sản phẩm Ngoài ra, việc xác định thành phần pH còn giúp đảm bảo an toàn thực phẩm, đặc biệt là đối với các sản phẩm có tính acid, giúp kéo dài thời hạn sử dụng và giảm thiểu rủi ro.
Các mẫu thí nghiệm được đo bằng máy đo pH HI 9124 (HANNA, Mỹ)
Hình 3.3 Máy đo pH HI 9124
Do tính dễ nén của cellulose vi khuẩn, việc đo đạc cần được thực hiện dưới kính hiển vi quang học để đảm bảo sự tiếp xúc vừa đủ giữa bề mặt mẫu và bút cảm ứng micromet, đồng thời tránh sự nén mẫu và tác động của lớp nước lên bề mặt ngoài Thiết bị Panme kỹ thuật số đo điện tử 903.0300 được sử dụng để đo độ dày màng cellulose vi khuẩn, mang lại giá trị tương đối chính xác và nhanh chóng, như đã được chứng minh trong nghiên cứu của Adnan Omran Alsawehli và cộng sự vào năm 2021.
Hình 3.4 Panme kỹ thuật số 903.0300
Thương hiệu: Sylvac | Thụy Sĩ
Hệ thống thiết bị sấy lạnh
Hệ thống đông khô DSL – P – L – 02 được PGS.TS Nguyễn Tấn Dũng nghiên cứu và phát triển vào năm 2012, đặt tại phòng B108 – Khu B – Khoa Công nghệ Hóa học và Thực Phẩm của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, đã được ứng dụng trong đề tài luận án "Nghiên cứu quy trình sản xuất ống hút lên men từ nước dừa" trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm.
Hình 3.5 Hệ thống máy sấy lạnh DSL – P – L – 02
Hệ thống thiết bị sấy lạnh là một giải pháp hiện đại và hiệu quả, bao gồm các thiết bị chính như hệ thống điều khiển và máy tính để quản lý quá trình sấy, máy nén để tạo áp suất, thiết bị ngưng tụ để làm mát, bình chứa cao áp để lưu trữ, phin lọc và ống mao để đảm bảo chất lượng không khí, thiết bị bay hơi để chuyển đổi trạng thái của vật liệu, buồng sấy để thực hiện quá trình sấy lạnh và điện trở để cung cấp nhiệt.
Hình 3.6 Màn hình máy tính làm việc của hệ thống sấy lạnh DSL – P – L – 02
Hệ thống này được thiết kế dành cho các doanh nghiệp và cơ quan nghiên cứu, sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội so với các hệ thống lạnh khác Với khả năng tự động điều khiển tất cả các thông số kỹ thuật, hệ thống này cho phép đo lường chính xác các thông số công nghệ như độ ẩm, nhiệt độ môi trường và vật liệu sấy, áp suất, Hệ thống điều khiển thông minh giúp dễ dàng vận hành máy và điều chỉnh các thông số sấy theo mong muốn, đồng thời tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí đầu tư sản phẩm.
Năng suất 8 – 12 kg/ mẻ 1 mẻ = (12 – 24) giờ tùy theo sản phẩm
− Nhiệt độ môi trường sấy: 20˚C – 45˚C
− Tốc độ tác nhân sấy: 0 – 20 m/s
Cách tiến hành thí nghiệm:
− Tiến hành cho khay sấy có chứa nguyên liệu đã chuẩn bị sẵn vào tủ sấy
− Cắm điện, khởi động nguồn hệ thống sấy lạnh
− Khởi động máy tính, bật phần mềm sấy lạnh đã được cài đặt sẵn trên máy tính lên
Để bắt đầu quá trình sấy, bạn cần cài đặt các thông số công nghệ theo thứ tự sau: nhiệt độ môi trường sấy, thời gian sấy, tốc độ tác nhân sấy và độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy Sau khi hoàn thành các bước cài đặt này, bạn có thể nhấn nút để bắt đầu quá trình sấy.
ON lần lượt theo thứ tự quạt thiết bị ngưng tụ, quạt thiết bị bay hơi, và máy nén
Phương pháp nghiên cứu
3.3.1 Sơ đồ quy trình nghiên cứu tổng quát
Hình 3.7 Sơ đồ quy trình nghiên cứu tổng quát
3.3.2 Phương pháp nghiên cứu quá trình lên men
Quá trình lên men bề mặt là phương pháp sản xuất sinh học trong đó vi sinh vật phát triển trên bề mặt của môi trường Phương pháp này thường được ứng dụng để sản xuất acid citric và một số loại enzyme quan trọng Mặc dù phương pháp lên men bề mặt có nhược điểm lớn là đòi hỏi diện tích bề mặt lớn, nhưng do yêu cầu đầu tư ban đầu thấp, nó vẫn còn được sử dụng trong một số trường hợp nhất định.
Nuôi cấy Acetobacter trên các loại môi trường nước dừa già đã được thanh trùng ở
Để xác định điều kiện tối ưu, thí nghiệm được thực hiện ở nhiệt độ 121 độ C trong vòng 15 phút, đồng thời thay đổi các yếu tố điều kiện môi trường khác như thời gian và độ pH ban đầu Kết quả thí nghiệm được so sánh và phân tích để tìm ra điều kiện tối ưu nhất, từ đó rút ra kết luận về quy trình thí nghiệm hiệu quả.
Kiểu lên men: Nuôi cấy bề mặt trong các khay nhựa có kích thước 30x25x7cm, nhiệt độ phòng, pH = 4,5
Nghiên cứu và tổng hợp tài liệu
Thực hiện khảo sát và đánh giá chất lượng nước dừa
Thực hiện khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men và độ dày màng cellulose vi khuẩn
Thực hiện khảo sát đánh giá các yếu tố sấy lạnh đến cấu trúc màng cellulose vi khuẩn
Thực hiện đánh giá các chỉ tiêu chất lượng của màng cellulose vi khuẩn
Giới thiệu về nước dừa Tổng quan về Cellulose vi khuẩn Tổng quan về vi khuẩn Acetobacter xylinum Ứng dụng của cellulose vi khuẩn
Tổng quan về sấy lạnh
Về pH (khảo sát ở pH 3,5/ 4,0/ 4,5/ 5,0/ 5,5)
Về hàm lượng các cơ chất (hàm lượng DAS ở 0,3%; 0,4%; 0,5%; 0,6%)
Về chế độ sấy lạnh
Xác định hàm lượng đường tổng Xác định thành phần hóa học của nước dừa
Để đánh giá chất lượng của ống hút, cần thực hiện các kiểm tra về ngoại quan, độ dày màng cellulose vi khuẩn, kết cấu hóa lý bên trong màng, độ hấp thụ nước, cũng như đo các chỉ tiêu vật lý, vi sinh và hóa học Quá trình này giúp đảm bảo rằng sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng và an toàn cho người sử dụng.
3.3.3 Phương pháp nghiên cứu quá trình tạo màng bacterial cellulose
Quá trình sử dụng môi trường lên men tạo màng được bắt đầu bằng việc hấp thanh trùng ở nhiệt độ 120 độ C trong 15 phút Sau đó, dụng cụ và môi trường lên men được khử khuẩn trong tủ cấy dưới ánh sáng của đèn cực tím.
Quá trình lên men tạo màng cellulose vi khuẩn diễn ra trong 15 phút, sau đó bổ sung 10% giống đã hoạt hóa vào môi trường lên men Tiếp theo, hỗn hợp sẽ được nuôi cấy trong điều kiện tĩnh trong khoảng thời gian từ 7 đến 14 ngày để tạo ra màng cellulose vi khuẩn chất lượng cao.
Xác định khả năng tổng hợp cellulose: Nuôi cấy vi khuẩn trên môi trường dịch thể ở nhiệt độ 28 – 30 o C trong vòng 5 – 7 ngày, quan sát sự hình thành màng
3.3.4 Phương pháp đánh giá kết quả nghiên cứu
Phương pháp xác định độ ẩm
Công thức tính độ ẩm của màng cellulose vi khuẩn:
W = độ ẩm của vật liệu (%) mo = khối lượng ướt của mẫu (gram) m1 = khối lượng mẫu sau khi sấy (gram)
Phương pháp hóa học và vi sinh
Việc nuôi cấy Acetobacter trên các môi trường lỏng đã được thanh trùng ở 121 độ C trong 15 phút cho phép đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến sự phát triển của vi khuẩn Bằng cách thay đổi các điều kiện môi trường như nhiệt độ và độ pH ban đầu, các kết quả thí nghiệm đã được so sánh để xác định điều kiện tối ưu cho sự phát triển của Acetobacter.
Mẫu nước dừa sẽ được gửi đến Trung tâm kiểm nghiệm Eurofins để phân tích thành phần hóa học, đồng thời ống hút dừa thành phẩm sẽ được kiểm tra các chỉ tiêu hóa học và vi sinh tại Trung tâm kiểm nghiệm Intertek Hardline Lab Việt Nam.
Xác lập biểu mẫu kiểm soát chất lượng của sản phẩm là bước quan trọng trong quá trình sản xuất ống hút, giúp xác định các rủi ro có thể xảy ra và các lỗi thường gặp ảnh hưởng đến ngoại quan của sản phẩm Việc xác định các rủi ro và lỗi này cho phép doanh nghiệp chủ động phòng ngừa và cải thiện chất lượng sản phẩm, đảm bảo sản phẩm ống hút đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật và yêu cầu của khách hàng.
Việc xây dựng tiêu chuẩn đánh giá cảm quan cho sản phẩm ống hút dừa là bước quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm Quá trình này bao gồm quan sát các đặc tính như hình dạng, kích thước, màu sắc, độ bền và độ an toàn của sản phẩm Dựa trên những quan sát này, người đánh giá sẽ đưa ra kết quả để xác định chất lượng sản phẩm, từ đó giúp doanh nghiệp cải thiện và nâng cao chất lượng sản phẩm ống hút dừa của mình.
Phương pháp xử lý số liệu thống kê
Kết quả của các thí nghiệm được tính trung bình từ 3 lần lặp lại để đảm bảo độ chính xác cao Dữ liệu thu thập được sẽ được xử lý và trình bày trên Microsoft Excel 2016 thông qua các biểu đồ minh họa Đồng thời, phương pháp ANOVA sẽ được áp dụng để phân tích thống kê bằng phần mềm IBM SPSS Statistics 20, giúp đánh giá và so sánh kết quả một cách khách quan và đáng tin cậy.
Bố trí thí nghiệm
3.4.1 Thí nghiệm 1: Xác định pH thích hợp cho quá trình lên men tạo màng Bacterial Cellulose
Hình 3.8 Sơ đồ thực nghiệm xác định pH thích hợp cho quá trình lên men
Để đánh giá tác động của độ pH đến khả năng tổng hợp cellulose của chủng A xylinum, chúng tôi đã thực hiện nuôi cấy và thu cellulose tại các giá trị pH ban đầu khác nhau Qua quá trình nghiên cứu, chúng tôi đã xác định được khoảng pH tối ưu cho khả năng sinh tổng hợp cellulose của chủng vi khuẩn này, từ đó cung cấp thông tin quan trọng cho việc ứng dụng chủng A xylinum trong sản xuất cellulose.
Phương pháp thí nghiệm được thực hiện trên môi trường nước dừa già bổ sung các cơ chất cần thiết, bao gồm đường saccharose, diamoni sulfat và disodium hydrogen phosphat, với tỷ lệ giống cấy là 10% Môi trường được điều chỉnh pH từ 3,5 đến 5,5 và được nuôi cấy trong vòng 5-7 ngày ở nhiệt độ phòng Sau quá trình nuôi cấy, cellulose vi khuẩn được thu nhận và phân tích để đánh giá ảnh hưởng của pH đến khả năng sinh tổng hợp cellulose từ vi khuẩn A xylinum.
Lựa chọn pH tối ưu cho quá trình lên men
3.4.2 Thí nghiệm 2: Xác định hàm lượng cơ chất cần bổ sung cho quá trình lên men
Hình 3.9 Sơ đồ thực nghiệm xác định hàm lượng cơ chất thích hợp cho quá trình lên men
Sau khi xác định được giá trị pH tối ưu cho môi trường lên men của vi khuẩn A xylinum, bước tiếp theo là khảo sát tác động của nitơ đến hiệu suất sinh tổng hợp cellulose, nhằm đánh giá mức độ ảnh hưởng của nitơ đến quá trình sản xuất cellulose.
Giống vi khuẩn sẽ được lên men trong môi trường nước dừa già được chuẩn bị sẵn, nhưng với nguồn nitrogen được thay đổi thành (NH4)2SO4, trong khi các thành phần khác của môi trường được giữ nguyên Sau quá trình lên men, cellulose sẽ được thu nhận và so sánh kết quả để đánh giá hiệu suất của nguồn cơ chất mới đối với khả năng sinh tổng hợp cellulose của A xylinum.
Lựa chọn hàm lượng (NH4)2SO4 tối ưu cho quá trình lên men
3.4.3 Thí nghiệm 3: Xác định chế độ sấy lạnh phù hợp cho quá trình sản xuất ống hút dừa
Quá trình sấy là một phương pháp quan trọng giúp giảm lượng nước có trong màng cellulose, nhưng nó cũng có thể ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc và tính chất của sản phẩm cuối cùng.
Vì vậy cần khảo sát và lựa chọn nhiệt độ cũng như tốc độ sấy phù hợp để đạt được tính chất sản phẩm như mong đợi
Hình 3.10 Sơ đồ thực nghiệm khảo sát nhiệt độ và tốc độ sấy phù hợp
3.4.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát độ hấp thụ nước của sản phẩm ống hút
Để đánh giá chất lượng của ống hút dừa, cần xác định thời gian sử dụng và khả năng thấm hút của chúng Vì vậy, khảo sát sử dụng ống hút trên các môi trường chất lỏng khác nhau về tính chất và nhiệt độ là cần thiết Thực nghiệm sẽ được thực hiện trên 3 môi trường nước có nhiệt độ khác nhau, từ đó quan sát và đánh giá thời gian cùng trạng thái của ống hút để đưa ra kết luận chính xác về chất lượng của chúng.
Màng cellulose vi khuẩn thu hồi
Nhiệt độ sấy Tốc độ sấy
40 o C 45 o C 50 o C 55 o C 8m/s 9m/s 10m/s 11m/s Ống hút dừa thành phẩm
Môi trường nước nhiêt độ thường
Môi trường nước nhiêt độ lạnh
Khảo sát thời gian hút nước của ống hút dừa thành phẩm và kết luận
Môi trường nước nhiêt độ nóng
Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm
Sản phẩm ống hút dừa có màu trắng ngà và bề mặt nhám với các nét nhăn đặc trưng, hình thành từ quá trình co lại của các sợi cellulose trong mạng lưới polysaccarid Đặc biệt, sản phẩm còn có mùi hơi men nhẹ do quá trình lên men tạo ra lượng acid béo cao, điều này đòi hỏi sự xử lý màng cẩn thận để tránh ảnh hưởng đến cấu trúc màng cellulose vi khuẩn.
Các sản phẩm ống hút sinh học trên thị trường thường được thiết kế với kích thước phù hợp với từng loại đồ uống, thường dao động từ 6-12mm về đường kính và 140-250mm về chiều dài Trong nghiên cứu này, sản phẩm ống hút được sản xuất với kích thước cơ bản 6x200mm Để đánh giá đặc tính quan trọng của ống hút sinh học, các thí nghiệm đã được thực hiện để quan sát độ hút nước và thấm hút của ống hút dừa trong các môi trường nước có nhiệt độ khác nhau (5, 25 và 55 độ C), đồng thời tính toán khối lượng ống hút tại từng thời điểm.
Từ đó, kết luận về tốc độ hút nước của ống hút dừa trong các môi trường nước có nhiệt độ khác nhau
Chỉ tiêu vi sinh của ống hút được xem xét dựa trên sự có mặt của các chủng vi khuẩn gây hại đến sức khỏe con người
− Tổng vi sinh vật hiếu khí (30 o C) được kiểm tra theo các phương pháp trong TCVN 4884-1:2015 (ISO 4833 – 1:2013)
Tổng lượng vi khuẩn Clostridium perfringens được xác định thông qua số khuẩn lạc mọc trên đĩa thạch Phương pháp này được thực hiện trên 1g hoặc 1ml mẫu, tuân thủ các quy định trong tiêu chuẩn TCVN 4991:2005 (ISO 7937:2004) để đảm bảo độ chính xác và tin cậy của kết quả.
Việc xác định sự có mặt của Coliforms được dựa trên đặc trưng lên men lactoza và sinh khí trong điều kiện thử nghiệm quy định tại TCVN 6848:2007 (ISO 4832:2006), giúp đánh giá chính xác sự hiện diện của vi khuẩn này.
− Sử dụng kỹ thuật đếm khuẩn lạc ở 44 o C trên môi trường có chứa thành phần tạo sắc để phát hiện enzyme 𝛽 – glucuronidaza, khi Escherichia coli dương tính với
𝛽 – glucuronidaza sẽ hình thành các khuẩn lạc màu xanh trong môi trường và các điều kiện được quy định trong TCVN 7924-2:20088 (ISO 16649-2:2001)
Các chỉ tiêu hóa học về thành phần chất béo và hàm lượng đường của sản phẩm sẽ được phân tích và đánh giá dựa trên tiêu chuẩn quốc tế AOAC 950.46 (phiên bản 21, năm 2019) Quá trình này giúp xác định các yếu tố hóa học quan trọng, từ đó đưa ra kết luận về các biến đổi trong quá trình sản xuất ống hút dừa.
Ngoài ra, các tiêu chuẩn được quy định trong QĐ số 46/2007/QĐ-BYT về quy định giới hạn tối đa thôi nhiễm kim loại nặng
Bảng 3.2 Quy định nhiễm kim loại nặng
Chỉ tiêu ML (mg/kg) Phương pháp
Kết quả phân tích các thành phần hóa học trong ống hút dừa cho thấy hàm lượng Arsen (As) là 0,2, đạt tiêu chuẩn AOAC 986.15 (phiên bản 21, năm 2019) đã được chỉnh sửa (AAS), và hàm lượng Mercury (Hg) là 1,2, đạt tiêu chuẩn AOAC 974.74 (phiên bản 21, năm 2019) đã được chỉnh sửa (AAS) Các kết quả này được thu nhận sau khi mẫu được gửi đến phòng phân tích hóa học và được hiển thị chi tiết trong phần Phụ lục 4.
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
4.1 ĐÁNH GIÁ THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA NƯỚC DỪA
Nước dừa già chứa hàm lượng thành phần dinh dưỡng khác biệt so với nước dừa tươi, đòi hỏi việc xác định các thành phần hóa học có khả năng ảnh hưởng đến quá trình lên men, bao gồm hàm lượng lipid, hàm lượng protein và tổng lượng đường có sẵn Kết quả kiểm nghiệm các thành phần này trong nước dừa già đã được ghi nhận và thể hiện rõ ràng trong bảng kết quả.
Bảng 4.1 Kết quả kiểm nghiệm một số thành phần trong nước dừa già
STT Chỉ tiêu thử nghiệm Phương pháp Đơn vị Kết quả
1 Lipid EVN-R-RD-2-TP-3498 (Ref
3 Đường khử TCVN 4594:188 (ST SEV
4 Đường tổng EVN-R-RD-2-TP-3482 (Ref
Kết quả kiểm nghiệm thành phần hóa học của nước dừa già cho thấy hàm lượng lipid và protein rất thấp, chỉ 0,1%, không ảnh hưởng đến sự phát triển của vi khuẩn Hàm lượng đường khử cũng ở mức thấp, tạo điều kiện thuận lợi để điều chỉnh thêm lượng đường thích hợp cho môi trường lên men tạo màng cellulose vi khuẩn Ngoài ra, độ pH của nước dừa già khoảng từ 5,2 – 5,64, có thể dễ dàng điều chỉnh để tạo môi trường lên men tối ưu nhất Những kết quả này tương đương với nghiên cứu của Shamal N.Tuyekar năm 2021.
4.2 NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH SINH TỔNG HỢP BACTERIAL CELLULOSE
Khảo sát ảnh hưởng của yếu tố pH đến môi trường lên men được thực hiện với thành phần gồm 100ml nước dừa, 10g đường, 0,5% (NH4)2SO4, 0,3% Na2HPO4 và acid acetic Các giá trị pH được khảo sát lần lượt là 3,5; 4; 4,5; 5 và 5,5 Kết quả thu được cho thấy sự biến thiên của pH ảnh hưởng đến quá trình lên men, được thể hiện rõ ràng qua biểu đồ hình 4.1.
Hình 4.1 Đồ thị biểu thị sự ảnh hưởng của pH đến khối lượng và độ dày màng cellulose vi khuẩn
Vi khuẩn A xylinum có khả năng phát triển trong môi trường có độ pH thấp, thậm chí xuống tới 3,5 Tuy nhiên, để hình thành cellulose vi khuẩn một cách hiệu quả, pH từ 4 đến 5 được coi là mức độ pH thuận lợi nhất.
Kết quả sau khi khảo sát các nồng độ pH từ 3 – 5,5 được biểu thị trên đồ thị cho thấy
Vi khuẩn A xylinum hoạt động hiệu quả trong khoảng pH từ 3,5 đến 5,5, với pH tối ưu là 4,5 để tạo ra sản phẩm có năng suất tốt nhất Tại pH này, khối lượng và độ dày của màng cellulose vi khuẩn đạt giá trị lần lượt là 7,257 ± 0,062 g và 2,316 ± 0,008 mm Ngược lại, pH 3,5 là giá trị thấp nhất với khối lượng và độ dày đạt được là 3,867 ± 0,014 g và 1,157 ± 0,006 mm Kết quả này cho thấy rằng pH 4,5 là khoảng pH tối ưu của A xylinum để sản xuất cellulose vi khuẩn với khối lượng cao nhất, phù hợp với nghiên cứu của Marcormide (1996).
Đồ thị cho thấy lượng cellulose thu được thay đổi tùy thuộc vào giá trị pH khác nhau, điều này chứng tỏ độ pH của môi trường lên men có ảnh hưởng đáng kể đến khối lượng và độ dày của màng cellulose do vi khuẩn tạo thành Đồng thời, đây cũng là cơ sở để đánh giá hiệu suất sinh tổng hợp cellulose của vi khuẩn A xylinum.
Vi khuẩn A xylinum không chỉ tổng hợp cellulose mà còn tạo ra cellulase, một loại enzyme có thể phá vỡ cellulose Tuy nhiên, khi cellulase được tạo ra nhiều, khả năng tổng hợp cellulose của vi khuẩn sẽ giảm, dẫn đến lượng cellulose tạo ra ít hơn Đặc biệt, nồng độ pH cũng ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp cellulose, khi pH cao (> 5), cellulase được tạo ra nhiều hơn, làm giảm lượng cellulose, trong khi pH thấp (< 5), cellulase được tạo ra ít hơn, dẫn đến sự tăng lên của cellulose Ngoài ra, nghiên cứu đã chỉ ra rằng độ bền cơ học của cellulose tổng hợp tại pH 4 cao hơn so với cellulose được sản xuất tại pH 5.
Khối lượng /Độ dày pH
Khối lượng (gram) Độ dày (mm)
Trong quá trình tổng hợp cellulose, sự oxy hóa glucose xảy ra, cung cấp điện tử cho quá trình trao đổi chất và làm giảm lượng glucose dùng để tạo thành cellulose Các sản phẩm phụ tạo ra từ quá trình oxy hóa glucose bởi các enzyme cũng có thể giải thích sự khác biệt về hiệu suất sinh tổng hợp cellulose của các chủng vi sinh vật khác nhau tại các giá trị pH khác nhau, tùy thuộc vào nguồn carbon khác nhau.
pH cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất tổng hợp cellulose của vi khuẩn Cụ thể, vi khuẩn A xylinum có khả năng tổng hợp cellulose tốt hơn trong môi trường có pH thích hợp, giúp tối ưu hóa quá trình tổng hợp cellulose.
4.2.2 Ảnh hưởng của nguồn cơ chất – nguồn Nitrogen
Nguồn nitrogen đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất hợp chất hữu cơ và vô cơ Các nguồn nitrogen như casein hydrolysate, peptone, glutamate và ammonium sulfate có thể được sử dụng Tuy nhiên, ammonium sulfate và ammonium phosphate là những lựa chọn kinh tế và hiệu quả hơn để sản xuất biocellulose chất lượng cao Việc lựa chọn nguồn nitrogen phù hợp cũng góp phần cải thiện quá trình sinh tổng hợp cellulose.
Tỉ lệ thành phần dinh dưỡng trong môi trường lên men đóng vai trò quyết định đối với sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn A xylinum Trong đó, (NH4)2SO4 là nguồn cung cấp nitơ quan trọng, thúc đẩy quá trình sinh tổng hợp cellulose, giúp vi khuẩn phát triển tối ưu.
Hình 4.2 Đồ thị biểu thị ảnh hưởng của nồng độ Nitrogen bổ sung
Kết quả từ đồ thị hình 4.2 cho thấy, ở nồng độ 0,5% (NH4)2SO4, khối lượng của màng cellulose vi khuẩn đạt giá trị cao nhất, cụ thể là 5,233 ± 0,029 g, đồng thời độ dày của màng cũng đạt mức cao nhất là 1,547 ± 0,007 mm.
Khối lượng (gram) Độ dày (mm)
47 Ở nồng độ 0,3% (NH4)2SO4, khối lượng màng cellulose vi khuẩn được ghi nhận thấp là 2,148 ± 0,029 g và độ dày là 0,164 ± 0,004 mm
Nồng độ (NH4)2SO4 phù hợp đóng vai trò quan trọng trong quá trình tạo màng cellulose vi khuẩn Khi nồng độ (NH4)2SO4 quá cao hoặc quá thấp, hiệu suất tạo màng cellulose sẽ không cao Nồng độ tối ưu là 0,5% (NH4)2SO4, giúp vi khuẩn hấp thụ và sinh tổng hợp cellulose hiệu quả Nitơ có vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa, nhưng nếu dư thừa sẽ ức chế sự phát triển của A xylinum Ngoài ra, nitơ còn tham gia vào nhiều thành phần cấu tạo quan trọng như acid nucleic, phospholipid, coenzyme và vitamin, ảnh hưởng đến tính chất lý hóa của môi trường và quá trình tạo thành cellulose vi khuẩn.
Acertobacter xylinum, vì thế khối lượng và độ dày của màng sẽ giảm
Một số nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng corn steep liquor (CSL) là nguồn nitơ phù hợp nhất để vi khuẩn A xylinum tạo ra cellulose CSL đã được chứng minh là nguồn nitơ hiệu quả cho nhiều chủng vi khuẩn, trong đó có A xylinum, giúp tăng cường sản xuất cellulose.
A xylinus BRC5 (Yang và cộng sự, 1998), A xylinus BPR2001 (Matsuoka và cộng sự,
Cao nấm men là nguồn nitrogen hữu cơ cung cấp các thành phần dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của vi khuẩn và hỗ trợ tạo thành ATP Tuy nhiên, giá thành cao của cao nấm men khiến nó trở thành một hạn chế trong các thí nghiệm Do đó, việc tìm kiếm nguồn nitrogen thay thế phù hợp cho môi trường nuôi cấy vi khuẩn A xylinum để thu nhận cellulose là cần thiết, trong đó mannitol và các nguồn nitrogen khác được xem xét.