SƠ LƯỢC VỀ ACETOBACTER VÀ ỨNG DỤNG CỦA ACETOBACTER XYLINUM

Nghiên cứu tạo màng sinh học trị bỏng từ Acetobacter xylinum...11 3.2.4.Nghiên cứu tạo màng Bacterrial cellulose làm màng lọc sinh học...12 Kết luận...14 Tài liệu tham khảo...15... Cellu

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC & KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG



SƠ LƯỢC VỀ ACETOBACTER VÀ ỨNG DỤNG CỦA ACETOBACTER

XYLINUM

GVHD: NGUYỄN THỊ QUỲNH MAI SVTH: TRẦN THỊ LỆ HẰNG 2008100220

VÕ KIM HOÀN 2008100180 NGÔ THỊ KIM PHÚC 2008100248 PHẠM TRẦN ÁI NHÂN 2008100133

MỤC LỤC

Lời mở đầu 2

1 Tổng quan về Acetobacter 3

2 Sơ lược về Acetobacter xylinum 4

2.1 Đặc điểm chung về Acetobacter xylinum 4

2.2 Các đặc điểm sinh lí, sinh hóa của Acetobacter xylinum 5

3 Ứng dụng của Acetobacter xylinum 6

3.1 Sản xuất thạch dừa 6

3.2 Vấn đề lien quan đến màng Bacterial cellulose 9

3.2.1.Quá trình hình thành màng cellulose từ Acetobacter xylinum 9

3.2.2.Màng bacterial cellulose 10

3.2.3 Nghiên cứu tạo màng sinh học trị bỏng từ Acetobacter xylinum 11

3.2.4.Nghiên cứu tạo màng Bacterrial cellulose làm màng lọc sinh học 12

Kết luận 14

Tài liệu tham khảo 15

LỜI MỞ ĐẦU

Vi sinh vật (microorganisms) là tên gọi chung để chỉ tất cả các sinh vật có hình thế bé nhỏ, muốn thấy rõ được người ta phải sử dụng tới kính hiển vi

Ngày nay, con người đã và đang không ngừng nghiên cứu, cũng như phát triển hệ thống vi sinh vật lên một tầm cao mới Vai trò của vi sinh vật ngày càng được khẳng định và góp phần rất lớn trong đời sống sản xuất Chúng đem đến cho chúng ta một tầm nhìn mới, những khám phá mới về một thế giới nhỏ bé và kì diệu

Và hàng loạt những thành tựu ra đời, hàng loạt câu trả lời cho những câu hỏi tưởng chừng như đã đi vào bế tắc, những căn bệnh chết người, những vaccine phòng bệnh Song đó, thực phẩm ngày nay đã chúng minh được vai trò tất yếu của vi sinh vật Việc có mặt của vi sinh vật đã làm quá trình bảo quản cũng như cân bằng thành phần dinh dưỡng trong thực phẩm trở nên dễ dàng hơn

Không thể phủ nhận được vai trò của những sinh vật nhỏ bé đó Thế nên, nhóm đã quan tâm và tìm hiểu đến một chủng loài vi sinh vật, đó là vi khuẩn

Acetobacter xylinum Đây là một loài vi khuẩn với nhiều ứng dụng độc đáo, và

quan trọng Đặc biệt trong công nghệ sản xuất thạch dừa, một loại thức ăn tốt cho sức khỏe

Với kiến thức có hạn, nhóm chỉ nêu ra những đặc điểm chung về vi khuẩn

Acetobacter xylinum này và một số ứng dụng đã được phát hiện bởi những nhà

nghiên cứu trong và ngoài nước Nhóm có tham khảo các tài liệu nhưng chắc chắn

sẽ không tránh khỏi những sai sót về kiến thức cũng như hình thức trình bày Nhóm cũng cám ơn cô về những hướng dẫn để thực hiện bài tiểu luận này

1 Tổng quan về Acetobacter :

Hình 1: Vi khuẩn Acetobacter

Giống vi khuẩn Acetobacter thuộc họ Pseudomonadieae, phân bố rộng rãi

trong tự nhiên và có thể phân lập được các vi khuẩn này từ không khí, đất, nước, lương thực, thực 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 về khinh

tế

Vi khuẩn Acetobacter có dạng hình que, tùy điều kiện nuôi cấy (nhiệt độ, thành phần môi trường nuôi cấy) mà các vi khuẩn Acetobacter có thể sinh ra các tế

bào có hình thái đặc biệt dạng kéo dài phình to ra Kích thước thay đổi tùy loài (0.3-0.6 x 1.0-8.0µm) Có thể di động (có tiên mao đơn hoặc chu mao), hoặc không di động (không có tiên mao) Không sinh bào tử Hiếu khí bắt buộc, Chịu

được độ acid cao Vi khuẩn Acetobacter có khả năng đồng hóa nhiều nguồn thức

ăn cacbon khác nhau nhưng không sử dụng được tinh bột Tế bào đứng riêng lẽ hoặc kết thành từng chuỗi Có khả năng tạo thành vách trên môi trương lỏng, khả năng tạo thành vách thay đổi tùy loại:

 Acetobacter pasteurianum: tạo thành vách khô và nhăn nheo.

vách không chắc chắn



Hình 3: Acetobacter suboxydans

số loài đòi hỏi một số acid amin nhất định như acid pantothetic và các chất khoáng

K, Mg, Ca, Fe, P, S,…ở dạng muối vô cơ, hữu cơ hoặc hợp chất hữu cơ Do đó bia, dịch tự phân nấm men, nước mạch nha, nước trái cây…là nguồn dinh dưỡng

rất tốt cho sự phát triển của vi khuẩn Acetobacter.

Ngoài khả năng oxy hóa acid acetic, một số loài còn tổng hợp được Vit.B1, Vit.B2, oxyhoas sorbit thành đường sorbose (dùng trong công nghiệp sản xuất Vit.C)…

Hình 2: Acetobacter pasteurianum

1 SƠ LƯỢC VỀ ACETOBACTER

XYLINUM

Hình 4: Avetobacter xylinum quan sát dưới kính

hiển vi

2.1 Đặc điểm của Acetobacter xylinum

Vi chủng Acetobacter xylinum này có nguồn gốc từ Philippin Acetobacter

xylinum thuộc nhóm khuẩn acetic Theo hệ thống phân loại của các nhà khoa học

Bergey thì Acetobacter xylinum thuộc: lớp Schizommycetes, bộ Pseudomonadales, họ Pseudomonadieae.

A.xylinum là loại vi khuẩn hình que dài khoảng 2um, gram âm, đứng riêng

lẽ hoặc xếp thành chuỗi, có khả năng di động nhờ tiên mao Có khả năng tạo váng hemicellulose khá dày, bắt màu với thuốc nhuộm Iod và H2SO4

Acetobacter xylinum sinh trưởng ở điều kiện pH < 5, nhiệt độ khoảng

28-32oC và có thể tích luỹ 4-5% acid acetic

Acid acetic là sản phẩm sinh ra trong quá trình hoạt động của vi khuẩn, nhưng khi chúng vượt quá mức cho phép, chúng sẽ quay ngược trở lại làm ức chế hoạt động của vi khuẩn

2.2 Các đặc điểm sinh lý, sinh hoá

Acetobacter xylinum hấp thụ đường glucose từ môi trường nuôi cấy Trong

tế bào vi khuẩn Glucose này sẽ kết hợp với acid béo tạo thành một tiền chất nằm

trên màng tế bào Kế đó nó được thoát ra ngoài tế bào cùng với một enzyme Enzyme này có thể polyme hoá glucose thành cellulose

Acetobacter xylinum tạo nên một lớp cellulose dày là do môi trường nuôi

cấy nước dừa có bổ sung các chất dinh dưỡng cấn thiết Cellulose là những polisaccharide không tan trong nước mà tan trong môi trường kiềm Đó là thành phần chính của màng tế bào thực vật

Polisaccharide của vi sinh vật thường được tích tụ đáng kể trong các môi trường lỏng Vi sinh vật có khả năng tổng hợp các oligo và polysaccharide Lượng các oligo và các polysaccharide nội bào có thể đạt tới 60% trọng lượng khô của tế bào

Tất cả các oligon và polisaccharide được tổng hợp bằng cách kéo dài chuỗi saccharide có trước nhờ việc tham gia vào đơn vị monosaccharide Đơn vị monosaccharide được thêm vào tham gia phản ứng ở dạng nucleotide, monosaccharide được hoạt hoá thường là dẫn xuất của các uridin diphosphat (UDP-X) nhưng đôi khi cũng với các nucleotide, purin và các pirimidin khác

Sự tổng hợp diễn ra theo các phản ứng sau:

X-X-X-X- + UDP-X = X-X-X-X- + UDP

n nhánh (n+1) nhánh

Người ta cho rằng thứ tự các gốc đường và tính đặc trưng tham gia của chúng vào chuỗi polisaccharide phụ thuộc vào các enzyme transferase Acetobacter xylinum sống thích hợp ở nhiệt độ 28-32oC ở nhiệt độ này quá trình hình thành các sản phẩm trong đó có thạch dừa là tốt nhất

3 ỨNG DỤNG CỦA ACETOBACTER XYLINUM

3.1 Sản xuất thạch dừa:

3.1.1

3.1.2

3.1.3

3.1.4

Hình 5: Thạch dừa

3.1.5 Giới thiệu:

Thạch dừa (Nata de coco) là một loại thức ăn phổ biến, có nguồn gốc từ

Philippin, được tạo ra từ sự lện men nước dừa bởi vi khuẩn Acetobacter xylinum

Đây là một trong số các loại thực phẩm thương mại đầu tiên ứng dụng từ celluose

vi khuẩn Sản phẩm thạch dừa là một món ăn tráng miệng dai, trong suốt và rất ngon

Hiện nay, không chỉ người dân ở Philippin nà người dân ở các nước khác trên thế giới cũng rất thích món ăn này đặc biệt là người Nhật Bản Năm 1992,

thạch dừa bắt đầu được giới thiệu ở Nhật Bản như một sản phẩm ăn kiêng cho các

cô gái trẻ Năm 1993, thạch dừa từ Philippin được xuất khẩu sang Nhật Bản

Hơn thế nữa, người Nhật còn cho rằng thạch dừa có thể giúp cơ thể con người chống lại bệnh ung thư ruột kết Trong thạch dừa có hàm lượng chất xơ cao rất tốt cho hệ thống tiêu hóa Thạch dừa cung cấp ít năng lượng và không chứa cholesterol

3.1.2 Cấu trúc của thạch dừa

Bản chất của thạch dừa là một màng nhày có cấu trúc là hemicellulose Do thạch dừa có bản chất là polysaccharide ngoại bào nên có khả năng ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau Cho đến nay, việc ứng dụng thạch dừa mới chỉ dừng lại

ở những nghiên cứu chế biến thành những sản phẩm kẹo, các sản phẩm giải khát Hàm ẩn của thạch dừa: theo kết quả nghiên cứu khi khảo sát cấu trúc thạch dừa của các thầy cô Phan Tiến Mỹ Quang, Đống Thị Anh Đào, Nguyễn Ánh Tuyết bộ môn công nghệ hóa học và dầu khí trường Đại học Bách Khoa TPHCM, thì thạch dừa là một mạng pollymer sinh học, có khả năng giữ nước rất lớn Miếng thạch dừa sau khi sấy ở 900 C thì mỏng như tờ giấy, bề mặt láng bóng và rất dai chắc Kết quả xác định hàm ẩm của thạch dừa là 99%, thể hiện rõ bản chất háo nước của thạch dừa (do chuỗi polymer của mạng thạch dừa chứa các nhóm –OH nên rất dễ dàng tạo liên kết hidro với nước)

Cấu trúc mạng polysaccharide của thạch dừa: thạch dừa có cấu trúc mạng là các polysaccharide, chúng sắp xếp không theo trật tự, không theo quy luật, chúng đan xen vào nhau rất chằng chịt theo mọi phía Do trong quá trình lên men, các vi

khuẩn Acetobacter xylinum đã chuyển động hỗn loạn không theo quy luật Đó là

nguyên nhân toạn nên tính dai chắc về mọi phía của miếng thạch Bên cạnh đó, mạng luôn luôn ngậm một lượng nước đáng kể (99%)

Thành phần monosaccharide chính của thạch dừa là socboza ở dạng socboza, thường chứa trong vi khuẩn lên men dịch trái cây Công thức cấu tạo L-socboza là:

CH2 OH-CO-HOCH-HCOH-HOCH-CH2 OH

Hình 3: Sơ đồ tóm tắt quá trình sản xuất thạch dừa

3.2.Vấn đề liên quan đến màng bacterial cellulose

hiện quá trình trao đổi chất của mình bằng cách hấp thụ đường glucose, kết hợp đường với một ít acid béo để tạo thành tiền chất nằm ở màng tế bào Tiền chất này tiết ra ngoài nhờ hệ thống lỗ nằm trên màng tế bào cùng với 1 enzym có thể polyme hoá glucose thành cellulose

3.2.2.Màng bacterial cellulose:

Là lớp màng đặc do vi khuẩn Acetobacter xylinum tạo nên trên bề mặt môi

trường có bản chất là hemicellulose Hemicellulose là những polisaccarit không hoà tan trong nước nhưng hoà tan trong dung dịch kiềm tính

Acetobacter xylinum là vi khuẩn hiếu khí ,gram ậm, có dạng hình que, kích

thước 2 µm thay đổi tuỳ loài Chúng có thể di động hoặc không di động, không

sinh bào tử Vi khuẩn Acetobacter xylinum có phản ứng tacalase dương tính, có

khả năng oxi hoá tiếp tục ethanol thành acid axetic, CO2, H2O Ngoài ra vi khuẩn

Acetobacter xylinum còn có thể chuyển hoá glu thành acid, glicerol thành

dihydroxyaceton và tổng hợp cellulose

Và mặt cấu trúc bacterial cellulose có cấu trúc dạng bó sợi đan xen lẫn nhau Mỗi sợi rộng khoảng 100nm và dày 3-8nm Đường kính của bacterial cellulose là nhỏ hơn so với tự nhiên và sợi nhân tạo

Đặc tính cấu trúc của bacterial cellulose phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện nuôi cấy đặc trưng Tuỳ thuộc vào yêu cầu ứng dụng mà ta chọn điều kiện nuôi cấy tĩnh hay động

Cellulose đa dạng hoá các môi trường sản xuất bacterial từ vi khuẩn

Acetobacter xylinum

Bacterial cellulose sản xuất bởi Acetobacter xylinum có đặc tính cấu trúc

và cơ học rất giống với cellulose thực vật, kết hợp với khả năng tạo màng có độ bền, chắc và dai nên được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực, đặc biệt trong công nghệ thực phẩm dược Bacterial cellulose ứng dụng để sản xuất thạch dừa và một

số thực phẩm khác

3.2.3 Nghiên cứu tạo màng sinh học trị bỏng từ Acetobacter xylinum

Bỏng là một chấn thương đòi hỏi công tác điều trị dài ngày, nhiếu mặt và chi phí điều trị rất tốn kém Hiện nay người ta có nhiều dược phẩm dùng để trị bỏng

như Madecassol, Polyvinyl, Polymethan Trong đó, những công trình nghiên cứu điều trị bỏng tạo các chế phẩm màng sinh học như da lợn, màng da ếch đã được chứng minh có hiệu lực tốt

Nghiên cứu này đã tạo màng sinh học từ sản phẩm của A.xylinum có mang

chất tái sinh mô chứa dầu mù u ở qui mô pilot Màng được đem thử nghiệm invivo trên thỏ thực nghiệm, từ đó đưa ra thị trường sản phẩm màng sinh học điều trị bỏng và các tôn thương về da có hiệu quả điều trị cao và có giá trị kinh tế từ

A.xylinum

Nghiên cứu này nhằm ứng dụng sản phẩm lên men của Acetobacter xylinum

làm màng cellulose vi khuẩn tẩm dầu mù u có tác dụng sinh học trong điều trị thỏ gây bỏng thực nghiệm Vết bỏng của thỏ gây bỏng nông thực nghiệm lành sau 22 ngày điều trị bằng màng sinh học tẩm dầu mù u so với lô thỏ dùng gạc tẩm dầu mù

u và so với lô chứng dương đều là sau 29 ngày Song song với các lô điều trị, chúng tôi cũng tiến hành thỏ đối chúng gây bỏng thực nghiệm không điều trị Tiến hành làm lành vết bỏng của màng sinh học tẩm dầu mù u tốt hơn so với không nhiễm trùng Màng sinh học tẩm dầu mù u điều trị phòng có nguồn gốc vi khuẩn ngăn không cho vết thương nhiễm trùng và giúp vết thương mau lành Kết quả của nghiên cứu này cho phép tiến hành những nghiên cứu sâu hơn vế màng cellulose

vi khuẩn tẩm dầu nghiên cứu và đưa ra thị trường sản phẩm màng sinh học tẩm dầu mù u

Acetobacter xylinum có tác dụng điều trị phỏng Màng có kích thướt

10x10cm, màu sắc trắng trong , không mùi , đạt về mặt cảm quan Đồng thời, chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm tác dụng sinh học in vivo của màng trên thỏ gây phỏng thực nghiệm:

 Màng sinh học tẩm glycerol có tác dụng điều trị vết bỏng, làm lành vết

 So sánh với lô dùng gạc tẩm dầu mù u và Madecassol: lô dùng gạc tẩm dầu

mù u tiến triển tốt nhưng hơi chậm so với dùng màng BC tẩm dầu mù u

Lô Madecssol làm vết thương khô hơn, hoại tử khó bong, chậm hơn đến ngày 29 mới thấy diện tích co bằng ngày 22 của màng BC tẩm dầu mù u

Như vậy, dùng màng BC tẩm dầu mù u cho kết quả tốt nhất khi điều trị độ II nông

3.2.4 Nghiên cứu tạo màng Bacterrial cellulose làm màng lọc sinh học Phương pháo vô trùng bằng màng lọc vi sinh tuy có nhiều điểm nổi trội so với các phương pháp vô trùng khác Tuy nhiên màng lọc vi sinh thường là lựa chọn cuối cùng trong phòng thí nghiệm vì giá thành cao và hiệu suất thấp

Bacterial cellulose có những ưu điểm có thể ứng dụng làm màng lọc vi sinh:

độ chịu lực cao, kích thước lỗ màng 0.4nm-0.8nm, chịu nhiệt, phương pháp lên men đơn giản và nguyên liệu rẻ tiền

Các kết quả của đề tài đã đạt được : có thể điều chỉnh độ dày của màng Bacterial cellulose, tìm ra phương pháp lên men tạo màng mỏng Bacterial cellulose với số lượng lớn có chất lượng ổn định, đồng thời kiểm tra khả năng lọc

vi sinh của màng Bacterial cellulose

Ngoài ra, Bacterial cellulose có nhiều ứng dụng độc đáo khác như:

 Lập bộ sưu tập và tuyển giống

 Đa dạng hoá nguồn nguyên liệu ban đầu: rỉ đường, nước mía, tinh bột

 Đánh giá hiệu quả các kiểu lên men như lên men bề mặt, chìm và bán rắn

 Ứng dụng 1 số thành tựu nước ngoài như dùng Bacterial cellulose làm màng trị bỏng

 Sử dụng Bacterial cellulose làm giá thể thay thế agar trong môi trường nuôi cấy mô thực vật

 Sử dụng Bacterial cenllulose thay thế agar trong môi trường nuôi cấy VSV

 Nhân sinh khối tế bào Acetobacter và nấm men trên bề mặt Bacterial

cellulose

 Sử dụng Bacterial cellulose làm chất nền cố định tế bào