Cố Định tế bào vi sinh vật và tế bào thực vật, thiết bị phản Ứng sinh học

Kỹ thuật này cho phép tế bào được tái sử dụng lại trong thời gian dài, tính ổn định và khả năng năng chống lại các chất ức chế, giảm phân tách chất xúc tác sinh học khỏi pha lỏng, tăng t

DAI HOC QUOC GIA THANH PHO HO CHI MINH

CO DINH TE BAO VI SINH VAT

VA TE BAO THUC VAT, THIET BI PHAN ỨNG SINH HỌC

Chuyén nganh : Công Nghệ Sinh Học

BÁO CÁO MÔN HỌC CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

THANH PHO HO CHI MINH, NAM 2024

HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Mẫu PLI

NGUYEN THỊ HANH THAO

Major : Biotechnology Student ID : 2270753 Email : hanhthao223(0gmail com

1

HO CHI MINH CITY, 2024

1H

MUC LUC

) 009009 2 iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH 222222222222211112711112221122111.2211 1e re iv

đặt vấn đề ST TT TH H11 HH HH HH HH HH Hang te, 1

I.L Các phương pháp cố định tế bảo - 5 ST 1111112111E11111111 112111111 cce 2 LLL Bấy tế bào (entrapment) - ss 1111 111121121 E1111111111 E111 rrg 3 1.1.2 Đóng gói (encapsulation)) ¿c1 221122111211 11211 1521112111111 1811m2 5 1.1.3 Bám dính và hấp thụ trên bề mặt rắn (ađhesion and adsorption) 5 1.1.4 Liên kết cộng hoá tri (covalent binđing) - s- s2 rrte trở 7 1.1.5 Tu d6ng cô định (auto-ImmobilizafIo) - 2c 2c ss 2xx s+2 8 1.1.6 Kỹ thuật két hop (combined technologies) 0.0.:cccccccccseesesesseseeeseeeees 9

P5 ẽ.ẽ.ẽ.ẽ 9 1.2.1 Chất hỗ trợ tự nhiên .-:-222+t 2221112221112 9

1.2.4 Chất hỗ trợ phi truyền thống ¿55c s1 E1 EE12112121111211111 111 x2 II

2.1 Thiết bi phản ứng cánh khuấy (Stirred tank reactOr) - se scscszszzz2 13

2.2 Thiết bị phản ứng packed bed (PBR) 2s t1 EEEE5221121 21212, e6 14

2.3 Thiết bị phản ứng sinh học Fluidized bed (FBR) - 5-5 ce sec ze l6

2.4 Thiết bi phản ứng Bubble column (BCR) 5-5 1S 1152521211212 xe 17

2.5 Thiết bi phản ứng sinh học AirliR (ALB) 5 5c c t1 EE2EEEEEzxrreeg 18

2.6 Thiét bi phan tmg sinh hoc quang hoc (Photobioreactor) cccccceeeee 20 2.7 Thiết bị phản ứng sinh học thùng trỗng quay (rotary drum fermenter) 21

IV

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1-1 Các phương pháp khác nhau được sử dụng để cơ định tồn bộ tế bào (Lapponi, Ménđez, Trelles, & Rivero, 2022) — te ete eee eee teen ee cent eee ee cena seeieeeiceeciecessesnteeeesieersieeee 2 Hinh 1-2 Sự tương tác giữa các đặc tính trong thiết kế xử lý sinh hoc (Lapponi et al., 2022) 3 Hình 2-1 Sơ đồ thiết bị phân ứng sinh hoc canh khuay (STR) (Jain et al., 2023; Motolinia-Alcantara et al.,

Hinh 2-3 Thiét bi phản ứng Fluiđized bed (FBR) (ạin et al., 2023) 0 2222221222222 xe 16 Hinh 2-4 Thiét bị phản ứng sinh hoc Bubble column (BCR) (Jain et al., 2023; Motolinia-Alcantara et al., 2021) Hinh 2-5 Thiét bi phan img sinh hoe Airlift (ALB) (Lapponi et al., 2022; Motolinia-Alcantara et al., 2021) 20 Hinh 2-6 Thiết bị phan tmg sinh hoc quang hoc (PBR) (Sarkar & Jha) 522 S2222222222221122111222222111212 2226 21

DAT VAN DE

Các quy trình sản xuất thương mại thông qua công nghệ hoá học, ví dụ như sản xuất xilytol bằng công nghệ hoá học xúc tác hydro hoá xyloza tính khiết ở áp suất cao và

nhiệt độ cao Quy trình này có nhiều nhược diém va chi phi van hanh, chi phi tinh

sạch, tốn năng lượng, nhiều công đoạn tach va tinh sạch phức tạp và có lẫn sản phẩm phụ độc hại Công nghệ sản xuất sinh học là một giải pháp thay thế thân thiện với môi trường cho công nghệ hoá học, hạn chế ăn mòn Thiết bị phản ứng, giảm chất thải vào thiên nhiên và lượng khí thải carbon thấp (Jain, Awasthi, & Ghosh,

2023)

Thông thường, ngành sản xuất sinh học thường được thực hiện trên đối tượng tế bào (tế bao vi sinh vật, tế bào thực vật, tế bảo động vật, ) Trước đây, các nghiên cứu thường tập trung đánh giá điều kiện môi trường và con đường trao đôi chất của tế bào, tái tổ hợp di truyền chủng hoang đã nhằm tăng cường thu nhận sản phẩm cuối Tuy nhiên, các nghiên cứu về kỹ thuật và xử lý sinh học ít hơn Bài báo cáo này trình bảy những tiến bộ trong nghiên cứu gần đây về phương pháp cô định tế bào trong sản xuất sinh học

Kỹ thuật cố định tế bào giúp tăng hiệu quả và giảm thiêu chỉ phí trong nhiều lĩnh

vực như môi trường, công nghệ được phâm và công nghệ thực phẩm Kỹ thuật này cho phép tế bào được tái sử dụng lại trong thời gian dài, tính ổn định và khả năng năng chống lại các chất ức chế, giảm phân tách chất xúc tác sinh học khỏi pha lỏng, tăng tính liên tục, giảm vốn và loại bỏ công đoạn tách tế bảo và chất nền ra khỏi môi trường Quan trọng nhất là giảm chỉ phí xử lý, đây là điều kiện tiên quyết và cơ bản cho ứng dụng sản xuất công nghiệp

Các phương pháp cố định tế bào khác nhau, cơ chế hoạt động, hiệu quả ở phạm vi công nghiệp và các Thiết bị phản ứng sinh học khác nhau sẽ được đề cập dưới đây

CHUONG 1 CO DINH TE BAO VI SINH VAT

1.1 Các phương pháp có dịnh tế bào

Cố định tế bào là sự bao bọc tế bào bên trong một ma trận nhằm ngăn cản sự tế bào nhưng vẫn đảm bảo độ xốp để khuếch tán sản phâm và co chat (J A Trelles & Rivero, 2013) Quy trình cố định sử dụng nhiều chất loại chất mang và chất nền khác nhau

: Entr Tan Encapsulation Adhesion and Covalent Cross-linking Combined

VI SDSCEHEE-ĐDHNEEE Adsorption bonding technique

ee? Ng = Ym TT TỔ oy! = > _@

Bead shape Cube shape

Whole cells Matrix Support Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry

Hinh 1-1 Các phương pháp khác nhau được sử dụng để cô định toàn bộ tế bào (Lapponi, Méndez, Trelles, & Rivero, 2022)

Trong số các quy trình cố định toàn bộ tế bảo khác nhau, bay (entrapment) 1a phương pháp được ưa chuộng hơn Sự hấp phụ hoặc bám dính trên bề mặt, đóng gói

tế bào và cố định liên kết cộng hóa trị cũng được sử dụng, mặc dù ít thường xuyên hơn trong xúc tác sinh học (J Trelles, Rivero, Britos, & Lapponi, 2019) Trong những năm gần đây, cô định thông qua sự kết hợp của hai hoặc nhiều kỹ thuật đã

nôi lên như một giải pháp thay thế cải tiến

composition : + Micreencapsulation

4 (adhesion and adsorption capacity) + Adhesion

* Quorum sensing signals *» Adsorption

(ability to form biofilms and flocs) *» Covalent bonding

* Biochemical properties and kinetics ross-linking

of reaction + Mixed technique Il

(nutritional requeriments, inhibition

IV Physicochemical! properties Ill

(mass-transfer kinetics, rigidity, size)

pham (chuyên khối), độ ôn định khi vận hành và bảo quản Về loại quy trình cố

định, một số tương tác liên quan có thê thuận nghịch, còn những tương tác khác thi không, do đó việc lựa chọn loại tương tác sẽ phụ thuộc vào việc sử dụng chất xúc tác sinh học trong tương lai và phản ứng liên quan Hơn nữa, những ưu điểm và nhược điểm của từng công nghệ phải được xem xét đề hoàn thành mục đích mong muôn

Bay té bao la mét ky thuat linh hoat dé cô định tế bào vi sinh vật, động vật hoặc tảo (J Trelles et al., 2019) Phương pháp sử dụng không gian tự do của mạng lưới polyme tự nhiên hoặc tổng hợp đề nhốt tế bào Mạng lưới đảm bảo đủ xốp, cứng, cho phép khuếch tán chất nền, sản phẩm va bảo vệ vi sinh vật khỏi các tác động Có

hai phương pháp đề bấy tế bào dựa vào khi được hỗ trợ Cách tiếp cận đầu tiên phô biến

liên quan đến việc thông qua các ma trận xốp như gốm sứ, bọt biên, bọt polyurethane và

cacbua silic cho đến khi chuyên động của tế bào bị hạn chế bởi các 6 Cách tiếp cận thứ hai

bao gồm sự hình thành hạt tại chỗ (hình thấu kính hoặc hình cầu) từ huyền phù tế bảo

polyme (như alginate, agar, gelatin, k-carrageenan, axit polygalacturonic hoặc chitosan)

Có định nắm men vào canxi alginate là phương pháp được tính toán trước một cách rộng

rai dé sản xuất xylitol do các đặc tính như khối lượng danh nghĩa hạn chế chuyên giao, tính

toàn vẹn, điều kiện ôn hòa, không độc hại, và sử dụng các thành phan được công nhận là phụ gia thực phâm Walter Carvalho va cong sự đã thực hiện nhiều nghiên cứu xyÌ1tol sinh

tống hợp bã mía trong bê phản ứng khuấy, bình lắc, Thiết bi phản ứng dạng giỏ sử dụng C

guilliermondii trong hat canxi alginate Bình lắc quá trình lên men dẫn đến sản lượng và

năng suất xylitol là 0,54 g/g và 0,44 g/1⁄h Thiết bị phản ứng bê khuấy nhẹ cải thiện năng

suất xylitol (0,58 g/g) so voi lac bình giữ nhiệt Tuy nhiên, sự mài mòn hạt đã được quan

sát, dẫn đến khối lượng của hạt giảm 10,7% Vì vậy, quá trình lên men được thực hiện trong Thiết bị phản ứng kiểu giỏ để bảo quản tính toàn vẹn của hạt, dẫn đến hiệu suất

xylitol là 0,46 g/g (Carvalho, Silva, Santos, & Converti, 2003) Một nghiên cứu sinh tong

hợp xylitol khác của Walter Carvalho từ bã mía sử dụng C gwilliermondii cỗ định trong

canxi alginate dan dén hàm lượng xylitol cao hiệu suất 0,81 g/g (Carvalho et al., 2005)

Ngoài ra, nền hỗn hợp sử dụng PVA-polyethylen glycol để cỗ định Z co tái tổ hợp cho thấy rất hữu ích trong quá trình tông hợp axit glutaric, với ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp sinh hóa (Yang et al., 2019) Ngoai ra, việc sản xuất axit glycolic tir ethylene glycol bang Gluconobacter oxydans da duoc bao cao bang cach

sử dung té bao gel PVA-polyethylene glycol cé dinh két hop véi viée tang cung cap oxy, giúp nâng cao hiệu quả truyền khối và tăng khả năng sống sót và tái sử dụng sinh khối (Hua, Du, & Xu, 2019) Trong một nghiên cứu khác, Bacillus subtilis bi giữ lại trong các vi hạt alpInate sử dụng công nghệ vi lỏng dựa trên giọt nước, trong

đó các hạt đồng nhất và có kích thước vi mô với đường khuếch tán chất dinh đưỡng giảm được tạo ra Công nghệ này, được áp dụng trong canh tác hàng loạt, đã làm tăng năng suất của lipase, một loại enzyme thương mại được quan tâm (Oliveira, Bastos, & đe la Torre, 2019) Rượu vinasse là một trong những hợp chất gây ô nhiễm nhất có nguồn gốc từ quá trình sản xuất đường Dựa trên điều này, vi tảo Desmodesmus subspicatus da duoc cô định trong các hat alginate và đã đạt được

thành công trong việc loại bỏ kali, cacbon va nito khoi ba mia (de Jesus, Bastos, &

da Silva, 2019)

11.2 Dong goi (encapsulation)

Đóng gói là một phương pháp cố định không thể đảo ngược nhằm hạn chế các tế bào trong không gian bao được hình thành bởi thành màng Tế bào vẫn di chuyên được trong không gian lõi viên nang Sử dụng một số chất phản ứng như citrate để

xử lý lõi viên nang alginate răn sẽ kích thích quá trình khử gel của viên nang bằng cách trao đồi ion canxi với ion natri Tạo ra sự xâm nhập của nước vào bên trong viên nang, làm tăng áp suất thâm thấu và tăng đường kính viên nang Tăng cường kích thích sự di chuyển của tế bào được Những đặc điểm này cho phép tế bào thực hiện các hoạt động khác nhau như tăng trưởng Do đặc tính tương thích sinh học vả khả năng phân hủy sinh học alginate là vật liệu được sử dụng thường xuyên (Lapponi et al., 2022)

Công nghệ này được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm và sữa

Vi sinh vật được có định trong alginate để sử dụng làm chất mang vi sinh vật khởi động có thể tái sử dụng hoặc làm phương tiện đưa men vi sinh vào ruột Việc cố định giúp tăng cường khả năng sống sót của tế bào ở các điều kiện mô phỏng đường tiêu hóa và trong quá trình sản xuất và bảo quản sữa lên men, cũng như cải thiện các đặc tính cảm quan (Lapponi et al., 2022) Trong sản xuất rượu vang sủi Riesling sử dụng nền kết hợp dựa trên các viên nang siêu nhỏ hai lớp chitosan-canxi alginate, cho thấy các đặc tính cảm quan tuyệt vời về mùi thơm, vị và độ trong, tương tự như các đặc tính được sản xuất bởi men tự do (Benucci, Cerreti, Maresca, Mauriello, & Esti, 2019) Ngoai ra, Bacillus subtilis c6 dinh trong alginate duoc str dung dé khtr ochratoxin A, một nhóm độc tổ nắm mốc do một số loài Aspergillus va Penicillium

sản xuất từ rượu vang đỏ (Shukla, Park, & Kim, 2020)

Đây là phương pháp đơn giản, chỉ phí thấp Tế bào được cô định trên các giá đỡ rắn thông qua hấp thụ vật lý nhờ liên kết Van der Waals, tĩnh điện và tương tác ky nước

hình thành giữa màng tế bào và chất mang Như vậy tế bào cô định có thể tiếp xúc trực tiếp với chất dinh đưỡng, tăng hiệu suất tổng hợp sinh khối và chuyên đổi cơ chất Việc liên kết với đa dạng bề mặt đề phát triển và tạo màng sinh học giúp bảo

vệ tế bào khỏi các tác nhân và điều kiện gây hại Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp là lực ôn định thấp nên các tế bào có thê bị tách ra

Có thế sử dụng chất hỗ trợ xốp, không xôp tự nhiên hoặc tổng hợp ma khéng anh

hưởng đến khả năng di động Chất mang vô cơ bao gồm hydromica, montmorillonite, palygorskite, thủy tỉnh xốp hoặc sứ xốp, trong khi mùn cưa, gỗ và xenlulo là một số chất

hữu cơ hỗ trợ được sử dụng đề có định

J.C Santos và cộng sự (2005) đã đánh giá xylitol sản xuất từ bã mía bằng cách sử dụng tế

bào hấp phụ của C guilliermondii trén zeolit va thủy tỉnh xóp, và hiệu suất xylitol lần lượt

là 0,52 g/g và 0,53 g/g Trong một nghiên cứu có định khác đẻ sản xuất xylitol, tế bào C

guilliermondii được hập phụ vào bã mía, và năng suất và năng suất xylitol là 0,66 g/L⁄h và

0,65 g/ø, tương ứng đã đạt được (Jain et al., 2023) Một số vật liệu được sử dụng cho loại gắn kết tế bào này, chăng hạn như cellulose vi khuân (BC) được Z ywicka thực hiện đề đánh giá khả năng cố định của các vi sinh vật có hình dạng và kích thước tế bào khác nhau như vi khuẩn hình que Lactobacillus delbruecki, nam men S cerevisiae và dạng sợi nắm của Yarrowia lipolytica ở BC với độ xốp khác nhau và

bề mặt tiếp xúc cũng khác nhau Thông qua nghiên cứu nảy, người ta quan sát thay kích thước và hình thái tế bào cũng như bề mặt tiếp xúc giữa các tế bào và chất nâng đỡ là các thông số cơ bản đề lập kế hoạch hấp phụ tế bào thành công (Zywicka

et al., 2019) Ngoai ra, cdc vat liéu v6 co nhu thuy tinh, alumina, silicone va nhwa

đã được sử dụng đề sản xuất ethanol sinh học từ váng sữa phô mai, cho thấy sản xuất etanol ôn định bằng nắm men cố định, mang lại hiệu suất ethanol là 60 g/L và năng suất của 1,09 g/(L.h) trong 1000 giờ hoạt động, giúp giảm đáng kế chỉ phí nuôi trồng nắm men (Diez-Antolinez, Hijosa-Valsero, Paniagua-Garcia, Garita- Cambronero, & Gomez, 2018)

Hiện nay, kỹ thuật có định từ tính cung cấp một giải pháp thay thế đễ đàng và nhanh chóng cho việc thu hoạch tế bào và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình công nghệ

sinh học tiếp theo Cac hạt nano sắt được phủ L-lysine được sử dụng phô biến nhất cho mục đích này Tuy nhiên, do hiện tượng bám dính và hấp phụ phụ thuộc vào các lực phân tử yếu, chăng hạn như tương tác tĩnh điện, ion, van der Waals, liên kết hydro, ưa nước và ky nước, nên liên kết có thê đảo ngược và sự bong tróc tế bào là nhược điểm chính Ưu điểm của phương pháp này, để ngăn ngừa sự giải hấp của vi sinh vật khỏi nền, cần kích thích sự hấp phụ mạnh giữa tế bào và chất mang và điều này có thê đạt được bằng cách xử lý các yếu tố chính ảnh hưởng đến sự hấp phụ của

tế bào lên bề mặt rắn, bao gồm các đặc tính hỗ trợ (kích thước hạt, độ xốp, diện tích

riêng, điện tích, thành phần và nhóm phản ứng), loại tế bào (điện tích bề mặt, tính

ky nước, kích thước, chủng, tuôi và câu trúc bề mặt) và điều kiện môi trường (pH, nhiệt độ, tốc độ dòng chất lỏng và cường độ ion) Ngoài ra, một số chiến lược như biến đôi hóa học của bề mặt đệm (ví dụ: tăng sự hiện diện của các nhóm phản ứng, như eNH2, eOH, eCOOH hoặc eS5H) hoặc các vật liệu kết hợp để tối đa hóa tương tác hiện đang được sử dụng để giải quyết vấn đề này Hiện nay, việc sử dụng các công nghệ mới nôi đề tạo ra chất hỗ trợ mới với diện tích riêng cao hơn hoặc tăng

độ xốp cũng là một giải pháp thay thế hợp lý đề cải thiện khả năng hấp phụ và bám dính của tế bào chẳng hạn như tạo ra màng sợi nano nylon bằng phương pháp quay điện cho nước nho lên men sinh học (ArmamI, Morozova, & Scampicchio, 2019)

1.1.4 Liên kết cộng hoá trị (covalent binding)

Với sự trợ giúp của chất liên kết, các tế bảo được có định trên giá đỡ bằng liên kết cộng hoá trị Đây là một cách giải quyết thú vị cho các hạn chế của hệ thống tế vào hấp phụ Phương pháp hỗ trợ hình thành liên kết mạnh mẽ nhằm cải thiện sự ôn định của tế bảo trên ma trận hỗ trợ Mặc dù vậy, cô định bằng phương pháp cộng hoá trị vẫn chưa được áp dụng rộng rãi trong nghiên cứu sản xuất, mở ra tiém năng nghiên cứu Một số thuốc thử lién két nhw glutaraldehyde, hydroxyethyl acrylate, a-amino propyltriethoxysilane, natri Periodate và isocyanate được sử dụng đề có định không đảo ngược (Jain et al., 2023)

Jin et al (2019) nghiên cứu một chiến lược mới về cô định Z coi tái tổ hợp, sử dụng glutaraldehyde, polyetherimide và điatomite làm liên kết ngang tác nhân, tác

nhân keo tụ và chất mang hấp phụ tương ứng đề sinh tông hợp xylitol từ rượu me xyloza Sau mười thí nghiệm hàng loạt liên tiếp, người ta đã báo cáo rằng 70,5% hoạt tinh enzyme ban dau cua £.coli tai tổ hợp cô định còn nguyên vẹn và hiệu suất xylitol da dat duoc 11,5 g/L/h (Jin et al., 2019) Cố định tế bảo bằng liên kết cộng hóa trị là có chi phi dat Mac du, kỹ thuật này mang lại hiệu quả về năng suất nhưng

mất mát do tế bào tiếp xúc với hóa chất độc hại và điều kiện xử lý nghiêm ngặt, từ

đó hạn chế khả năng ứng dụng rộng rãi chủ yếu duoc ap dung dé cé dinh enzyme hơn là có định toàn bộ tế bảo

1.1.5 Tự động cỗ định (auto-nmobilization)

Kỹ thuật tự động cố định áp dụng phô biến trong sản xuất rượu vang va bia Tap hợp các tế bào chủng nấm men có thê tương tác với nhau và tụ lại như bông cặn

hoặc màng sinh học Khi điều kiện môi trường không thuận lợi có thể kích hoạt nấm

men S cerevisiae bam vao cac té bảo lân cận, làm tăng mức tiêu thụ các thành phần có sẵn

của môi trường và do đó nâng cao khả năng chịu đựng căng thăng và tối đa hoá tuổi thọ tế bao

Phương pháp này chịu tác động trực tiếp của các yếu tô sinh học, vật lý, và các biến đổi hóa học trong môi trường Phương pháp này bị hạn chế đối với một số chủng nắm men nhất định Sự cố định này dựa trên hoạt động của các gÌycoprotein được gọi là flocculins hoặc chất kết đính trong thành tế bào, rất cần thiết trong các quá

trình nội bào như hình thành màng sinh học nắm và keo tụ Tự động cô định xảy ra

một cách tự nhiên; tuy nhiên, có thé bé sung cac hoa chat nhu chat da dién phân, bột trơ và chất liên kết cộng hóa tri dé cai thiện qua trinh Đã có một số báo cáo trong

đó tính năng tự động cô định đã được áp dụng cho sản xuất ethanol Một chủng %Š cerevisiae KF-7 keo tụ được sử đụng để sản xuất ethanol từ mật rỉ thải thông qua quá trình lên men liên tục hai giai đoạn mang lại hiệu suất và nồng độ ethanol lần

lượt là 6,6 ø/1⁄h và 80 g/L, tương ứng (Tang et al., 2010) Kết quả tốt hơn so với

các công nghệ thông thường và có khả năng giảm thiêu ô nhiễm

1.1.6 Kj thudt két hop (combined technologies)

Các phương pháp cô định thông thường nhằm mục đích thu được chất xúc tac sinh học ngày càng ôn định, mạnh mẽ, hiệu quả và dễ đàng hơn phục hồi có thể giải quyết những thách thức làm hạn chế sản xuất công nghiệp Trong một số trường hợp, để đạt được mục tiêu này, cần phải kết hợp hai hoặc nhiều kỹ thuật cố định truyền thống Các công nghệ cố định kết hợp được sử dụng nhiều nhất là bẫy và hấp phụ trong đó ban đầu hấp phụ được thực hiện bằng cách sử dụng vật liệu hữu cơ hoặc vô cơ như bã mía, than sinh hoc va cellulose hoac natri, canxi alginate

Su két hop gitra hap phụ và cộng hóa trị ràng buộc đã được sử dụng bởi T1zazu et

al (2018) có định C tropicalis dé sản xuất sinh học xylitol từ mía bã mía Nắm men

được hấp phụ vào bọt polyurethane, sau đó liên kết ngang qua dung dịch glutaraldehyde, tao thanh trong nang suat xylitol là 0,65 ø/ø dưới siêu âm (Tizazu, Roy, & Moholkar, 2018) Ngoài ra, Goncalves và col đã mô tả sự bẫy Aspergillus oryzae trong các hạt alpinate sau đó được liên kết ngang với GA (Gonealves et alL,

2020)

1⁄2 Chất hỗ trợ

Đề đảm bảo sự ổn định của tế bảo và năng suất cao hơn, các đặc tính hoá học và vật

lý của chất hõ trợ đống vai trò quan trọng Diện tích bề mặt hỗ trợ phải đủ lớn và bố sung các nhóm chức năng cho sự bám dính của tế bào Đối với các phương pháp bãy, chất hỗ trợ phải có kích thước lễ thích hợp đề trao đôi tự do các chất nền, khí

và sản phẩm với môi trường Tuy nhiên, tất cả chất hỗ trợ nên hạn chế sự tốn kém, cải thiện sự ổn định và khả năng tồn tại của tế bào, xử lý và tái sử dụng dễ dàng hơn, bảo vệ tế bảo chống lại tác động của các yếu tô lý hóa

1.2.1 Chất hỗ trợ tự nhiên

Chất hỗ trợ tự nhiên có thê là gỗ, ngũ cốc đã qua sử dụng, mùn cưa, vật liệu xenlulo

đã được phân loại và bã mía có thể được sử dụng để có định tế bào Ưu điểm là chỉ phí thấp, phong phú, chất lượng cấp thực phâm và yêu cầu tiền xử lý tối thiêu Nhược điểm là có thê nhanh xuống cấp

thô cho quá trình sinh tông hop xylitol bang C.guilliermondii FTI 20.037 Chất mang được cải tiến thông qua xử lý với polyetylenimin và NaOH Tiền xử lý chất

hỗ trợ bằng 2% polyethylenimine cho kết quả thu được xylitol và năng suất lần lượt

là 0,74 g/g và 0,42 g/L⁄h, sử dụng dịch thủy phân làm môi trường lên men Đã xử lý trước hỗ trợ 2% NaOH có thê có định nhiều tế bào và đẫn đến hiệu suất xylitol là 0,86 g/ø từ một chất bán xác định trung bình Soleimani và Tabil (2014) (Soleimani

& Tabil, 2014) đã đánh giá các loại vật liệu tong hợp sinh học tự nhiên khác nhau như sợi được xử lý bằng axit (ATF) và sợi được phân loại một phần (PDF) làm vật liệu hỗ trợ đề cố định C guilliermondii FT! 20.037 va tích hợp việc sử dụng sinh khối lienocellulose cho ngành công nghiệp sinh tông hợp và tính chế sinh học xylrtol

€ fropicalis sinh tông hợp xylitol Với liều lượng PUF tối ưu, sản lượng xylitol đạt

0,71 g/g la 10 g/L

1.2.3 Chất hỗ trợ hữu cơ

Chất hỗ trợ hữu cơ bao gồm các polyme tổng hợp như nhựa hoặc các polyme sinh học có nguồn sốc từ thiên nhién nhw alginate, hydrogel, carrageenan, cellulose, chitosan, collagen, keratin va chitin Viéc su dung cac vat liéu ho tro hữu cơ có

được nghiên cứu rộng rãi do sự hình thành hạt hình cầu trong điều kiện ôn hòa, tạo điều kiện cho sự hấp thu chất nên, cải thiện hiệu quả và bảo vệ tế bào chống lại các chất ức chế và ô nhiễm Trong số tất cả các chất hỗ trợ hữu cơ, biện pháp cố định gel canxi alginate chủ yếu được sử dụng để sinh tổng hợp xylitol Yewale và cộng

su (2016) (Yewale, Panchwagh, Rajagopalan, Dhamole, & Jain, 2016) da nghién cứu sáu nền cố dinh, tic la gel agarose, alginate, gelatin, rvgu polyvinyl, «- carrageenan va polyacrylamide dé bay tế bao cua C tropicalis dé san xuat xylitol tir lõi ngô Trong số đó, bay canxi alginate dan dén néng d6 xylitol ti da la 11,1 g/L Sau khi tối ưu hóa, hiệu suất cô định 99 50% đã đạt được, dẫn đến năng suất xylitol, năng suất, và nồng độ 0,73 g/ø, 0,43 g/L⁄h và 4l ø/L, tương ứng

1.2.4 Chất hỗ trợ phi truyền thông

Vật liệu hỗ trợ mới như sợi carbon (CF) va éng nano carbon dac trưng bởi tính chat

cơ học đặc biệt, độ ôn định hóa học và nhiệt Sợi carbon (CE) sở hữu tính chất hóa học và vật lý tốt tính ôn định, khả năng hấp phụ mạnh mẽ, tính ôn định axit-bazơ,

và khả năng tương thích sinh học hiệu quả Tuy nhiên, CF có những hạn chế như tính ưa nước kém, bề mặt nhãn, khả năng phản ứng hóa học thấp hơn và năng lượng

bề mặt thấp hơn, sau đó ảnh hưởng đến hiệu quả có định ở một mức độ nhất định Ống nano carbon là một loại khác vật liệu hỗ trợ mới được sự quan tâm đáng kế nhờ các đặc tính đặc biệt và cấu trúc dạng ống độc đáo Sự hấp phụ của # coi tái tô hợp trên Ống nano cacbon đa vách (MWCNT§) đã cải thiện năng suất xylitol và độ ôn định của plasmid (khoảng 17%) và giảm sự ly giải tế bao (tang dén 73%) so với các

tế bào tự do (Abd Rahman ct al., 2020) Chiến lược axit photphorIc mới được hỗ trợ bằng vi sóng đã được thông qua bởi Wang et al (2019) (Wang et al., 2019) dé stra đổi bề mặt CF đề sản xuất xylitol Việc điều trị được cải thiện tính ưa nước và điện tích bề mặt của chất mang, sau đó tăng cường sự phát triển và độ bám dính của nắm men Các hiệu suất cô định là 0,587 e/g da dat duoc cing voi nang suất và hiệu suất xylitol là 1,16 ø/1⁄h và tương ứng là 0,67 g/g Gần đây, Wang và cộng sự (2020) (Wang et al., 2020) nghién ctu san xuat xylitol thong qua C tropicalis cé dinh str dung soi carbon lam vật liệu hỗ trợ bề mặt CF đã được biến đôi bằng graphene (co