Cơng nghệ bao gói sinh học đƣợc định nghĩa là việc đóng gói (cố định) các tác nhân có hoạt tính sinh học (tế bào, enzyme,…) trong một vùng riêng biệt đƣợc tạo ra bởi các polymer nhằm đảm bảo giữ ổn định hoạt tính sinh học của chúng (Youngsukkasem et al., 2012). Bao gói sinh học có thể đƣợc thực hiện bằng nhiều
phƣơng pháp khác nhau, tuy nhiên, các hạt gel đƣợc tạo thành đều gồm 3 hợp phần cơ bản: vật liệu bao gói, các tế bào (hoặc enzyme) và chất nền (vi mơi trƣờng bao quanh tế bào) (Hình 1.12). Tùy thuộc vào từng loại tế bào và mục đích sử dụng mà ngƣời ta lựa chọn chất nền và vật liệu bao gói phù hợp.
Hình 1.12. Cấu trúc hạt gel bao gói tế bào vi sinh vật. A – Bùn kỵ khí bao gói trong hạt gel
alginate (Youngsukkasem et al., 2012), B – Mô phỏng cấu trúc hạt gel
Cơng nghệ bao gói sinh học cho phép bảo vệ tế bào vi sinh vật nhờ các cấu trúc màng, do đó tăng tính cạnh tranh của chúng khi đƣợc đƣa vào môi trƣờng, đồng thời cho phép chủ động bổ sung vi sinh vật tại vị trí ơ nhiễm cần xử lý. Tuy nhiên, sản phẩm sinh học dạng bao gói cũng có một số nhƣợc điểm nhƣ hạn chế sự khuếch tán của chất dinh dƣỡng và chất thải giữa vi sinh vật bên trong cấu trúc bao gói và mơi trƣờng bên ngồi, có thể làm giảm hoạt tính của vi sinh vật (Bảng 1.8).
43
Bảng 1.8. Các ƣu nhƣợc điểm của của cơng nghệ bao gói sinh học đối với vi sinh vật
(Martins et al., 2013)
Ƣu điểm Nhƣợc điểm
- Bảo vệ tế bào khỏi các yếu tố bất lợi từ môi trƣờng, tăng khả năng sống của vi sinh vật và hoạt động trao đổi chất.
- Gia tăng sinh khối tế bào nhờ nguồn dinh dƣỡng có thể đóng gói kèm theo.
- Vi sinh vật có thể phân bố tại các vùng hiếu khí hay kỵ khí trong chất nền tùy theo nhu cầu oxy của chúng.
- Giảm nguy cơ tạp nhiễm trong quá trình lƣu giữ, vận chuyển và sử dụng.
- Ngăn ngừa sự rò rỉ tế bào ra môi trƣờng đồng thời dễ dàng giải phóng tế bào khi cần thiết. - Dễ dàng sản xuất với số lƣợng lớn và thu hồi lại
khi không sử dụng.
- Có thể gây hạn chế về sự khuếch tán khí và một số chất hịa tan.
- Ở giai đoạn đầu sau khi đóng gói, hoạt tính của vi sinh vật có thể bị giảm. - Lựa chọn loại vật liệu vi
bao phù hợp đòi hỏi thời gian và chi phí.