1. Các nghiên cứu khoa học:
a. Sản xuất dextran có độ nhớt cao: Các nghiên cứu cho thấy độ nhớt của dextran
sản xuất từ chủng Leuconostoc mesenteroides NRRL B-512 phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện môi trường. Khi kiểm soát các điều kiện môi trường người ta có thể tạo ra sản phẩm dextran có tính nhớt như mong muốn. Quá trình lên men dextran diễn ra song song với sự tăng độ nhớt, sau khoảng 24 giờ độ nhớt đạt cực đại và lúc đó sự lên men dextran diễn ra hoàn toàn. Đi kèm theo những sự thay đổi này là sự giảm pH từ giá trị ban đầu 7.0 xuống còn 4.6 tại thời điểm độ nhớt đạt cực đại.
Các loại dextran được phân lập từ môi trường lên men tại thời điểm độ nhớt đạt cực đại được gọi là High Viscosity Dextran. Tính chất riêng của loại dextran là độ nhớt cao, tính quay cực tốt và rất tinh khiết.
b. Dextran tự phân: Khi kéo dài thời gian lên men độ nhớt của môi trường nuôi cấy
giảm. Bảng 9 cho thấy sự thay đổi của độ nhớt. Ban đầu độ nhớt giảm nhanh sau đó chậm dần. pH giảm dần từ 4.6 xuống còn 3.7
Dextran C và E trong bảng 9 được phân lập từ môi trường lên men đã giảm độ nhớt được gọi là autolyze dextran.
Bảng 9: Tác động của việc kéo dài thời gian nuôi cấy ở 250C lên môi trường không đệm pH và nhớt
Môi trường lên men BC Môi trường lên men DE
thời gian lên men (giờ) pH Độ nhớt tuyệt đối(cp) phần phân lập thời gian lên men (giờ) pH Độ nhớt tuyệt đối(cp) phần phân lập 0 7.5 2 Dextran B* 0 7.1 2 Dextran D* Dextran 23 4.9 60 23 4.6 203 29 4.5 82 27.5 4.4 164 32 4.45 75 32 4.3 131 33 4.4 73 47 4.0 74 72 3.9 43 99 3.85 20 96 3.75 20 145 3.73 15 191 3.7 11 273 3.7 10 335 3.7 7 503 3.7 5
2. Lên men dextran từ dịch chiết carob và đường lactose:
a. Nguyên liệu:
Carob là một loại cây họ đậu sinh sống ở khu vực Địa Trung Hải và Đông Nam Á, được nuôi trồng ở Địa Trung Hải từ khoảng 4000 năm trước. Bồ Đào Nha và Tây Ban Nha có khoảng 100000 ha cây carob chiếm 50% sản lượng thế giới. Sản lương quả carob trên thế giới vào khoảng 315 000 tấn. Các khu vực sản xuất chính là Tây Ban Nha (42 %), Ý (16 %), Bồ Đào Nha ( 10%), Ma-rốc ( 8%), Hi lạp (6.5 %), Kypros ( 5.5 %) và Thổ Nhĩ Kỳ (4.8 %)
Carob có thế chống chịu hạn hán, dễ trồng và dùng để sản xuất rất nhiều sản phẩm từ hạt và quả. Phần nội nhũ của hát có thể dùng để sản xuất galactomaman - dùng trong ngành công nghiệp dệt và mỹ phẩm. Quả carob là một loại thức ăn dầu năng lượng, sử dụng công công nhiệp thực phẩm để thay thế dừa trong sản xuất các loại xi rô.
Quả carob chứa hàm lượng đường cao (45% trong đó trên 30 % là saccharose ), protein 3%, và ít chất béo (0.6 %). Ngoài ra quả carob còn chứa hàm lượng tanin khá cao.
chưa được nghiên cứu sâu và có thể sẽ đem lại những nguồn lợi nhuận không nhỏ.
Một nguyên liệu cần thiết khác trong công nghệ lên men dextran hứa hẹn đem lại lợi nhuận lớn đó là đường sữa. Thật vậy, hiện nay thị trường tiêu thụ lactose trên thế giới đang bão hoà. Ngành công nghiệp bơ sữa trên thế giới đang nghiên cứu các loại sản phẩm phụ có chứa hàm lượng lacose cao( vd whey). Lượng lactose dư thừa trên thế giới vào khoảng 550000 tấn/năm.Vì thế công nghệ lên men hứa hẹn đe, đến một tiềm năng kinh tế lớn từ lactose.
b. Phương pháp tiến hành:
Sử dụng nấm men Leuconostoc mesenterosides NRRL B521. Môi trường lên men:
Để kiểm tra sự lên men dextran sử dụng dịch chiết từ quả carob và dịch whey làm chất nền, các thí nghiệm lên men tĩnh được tiến hành với môi trường lên men bao gồm : dịch chiết quả carob (Carob pod extract- CPE) (với hàm lượng saccharose ban đầu 20g/l) với dịch chiết nấm men (4g/l) ( môi trường CPE) và CPE (hàm lượng saccharose 20g/l), dịch chiết nấm men (4g/l), dịch whey (Cheese whey- CW) (chứa hàm lượng lactose 5g/l) (môi trường CPE + CW). Trong đó dịch chiết nấm men không chứa sinh khối phát triển trong môi trường CPE. Bình lên men gồm 645 ml dịch chiết carob (môi trường CPE) và 645ml dịch chiết carob CPE + 234 ml dịch whey + 2121 ml nước.
c. Kết quả và bàn luận:
Tác động của các loaị đường bổ sung tới tính chất của dextran:
Sự hiện diện của các loại đường bổ sung trong môi trường lên men có tác dụng làm giảm khối lượng của phân tử dextran. Phân tử dextran nhỏ nhất thu được đối với thí nghiệm của đường maltose, sau đó là lactose và galactose. Tuy nhiên lượng dextran và fructose được tạo ra do ảnh hưởng của các phân tử đường bổ sung là không đáng kể. Các loại đường bổ sung giúp làm tăng khả năng bị tách rời do hoạt động của enzym và chuyển thành chất nhận làm giảm khối lượng phân tử dextran.
Bảng 10: Tính toán các giá trị MwMn Q và Mw thu được từ các thí nghiệm với đường bô sung
7941 Lactose 10 4.8 6.88 7.00 30.64 311.7 39.7 7.85 7294851- 8209 Galactose 10 5.58 7.08 7.37 52.74 398.5 34 7.85 9255139- 6740 Saccharose 10 6.04 7.48 7.19 55.28 189.05 10000 1.87 14677264 -183127 Sinh khối (B), dextran (D), fructose (D), hoạt động enzym (E) và thời gian lên men t
Sư sinh tổng hợp dextran và fructose sử dụng nước chiết carob và dịch whey:
Kết quả thí nghiệm cho thấy lượng sinh khối thu được là ít hơn và lượng saccharose tiêu thụ nhiều hơn với sự có mặt của lactose. Nhưng vấn đề chính ở đây là sản lượng và chất lượng của sản phẩm vẫn đạt được như mong muốn.
Môi trường t (h) B (g/l) D (g/l) F (g/l) E (DSU/ml) Mw Mn Q Mw interval CPE 12 5.58 8.56 7.78 53.2 1653723 891231 1.84 12845641- 190837 CPE + CW 12 5.07 7.23 6.98 29.5 325829 43322 7.52 7875371- 8879
Kết quả cho thấy nhưng gía trị của dextran thu được bằng phương pháp lên men sử dụng môi trường CPE và CPE + CW là hoàn toàn giống với khi sử dụng môi trường đường tinh khiết.
d. Kết luận:
Việc điều chỉnh khối lượng phân tử dextran bằng chính các thành phần trong môi trường lên men la rất quan trọng. Chi phí thấp hơn cho việc thuỷ phân các phân tử dextran có chuỗi polymer dài thành những phần ngắn hơn có thể thực hiện bằng cách sử dụng những loại đường bổ sung trong môi trường lên men. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Theo như trường hợp của nghiên cứu này, khối lượng phân tử dextran đã giảm từ 1890000 – 10000000 Da (nếu chỉ sử dụng đường saccharose) xuống còn khoảng 240000 –
3.Phương pháp sản xuất dextran mới:
Dextran thô thông thường được sản xuất theo phương pháp lên men gián đoạn. Tuy nhiên ta cũng có thể có nhiều quá trình thay thế khác như: dùng các enzym không chiết từ tế bào, quá trình lên men với sự có mặt của các chất nhận, hoặc lên men liên tục.
Cách đây khoảng 30 năm Hehre và Tsuchiya đã khám phá ra rằng nếu bổ sung khoảng 1mg/ml dextran có khối lượng phân tử thấp vào dịch nuôi cấy sẽ ảnh hưởng đến khối lượng phân tử của dextran được sản xuất ra. Sau đó Tsuchiya và các đồng sự và Nadel đã tận dụng những phát hiện này. Nhờ đó mà sản lượng dextran đã tăng thêm 33% từ một nồng độ enzym nhất định.
Ít nhà sản xuất đã tiếp nhận những thành tựu này. Có nhiều lí do, thứ nhất là sản phẩm chính thu được lúc nào cũng đi kèm với khối lượng phân tử lớn, sản lượng có thể không vượt quá mức thông thường, phải có quá trình phân riêng trong sản xuất dextran có phân tử lượng thấp, và để đảm bảo an toàn thiết bị phải được thay mới, lắp ráp.
Sản xuất dextran từ dextransucrase cố định đã đưa đến những kết quả hứa hẹn trong phòng thí nghiệm. Nhiều nghiên cứu về các phương pháp sản xuất dextran đang hiện có như depolymer hóa và phân đoạn vẫn đang tiếp diễn.
Những nghiên cứu của Basedown và Ebert về những ảnh hưởng của ứng suất cắt hoặc sóng siêu âm, hoặc đơn lẻ hoặc kết hợp với thủy phân bằng axit, thu hút nhiều sự quan tâm trong lĩnh vực này. Các tác giả này đã kiểm chứng những sản phẩm được tạo thành bởi endo-dextranase và đã chỉ ra rằng chính những tác động này đã làm tăng sản phẩm ít bị phân tán nhiều.
Kỹ thuật phân đoạn ethanol thông thường rất tốn kém và mất nhiều thời gian. Việc sử dụng máy siêu lọc đã được ứng dụng nhiều năm nay. Nhưng kĩ thuật này cũng có giới hạn của nó. Nhược điểm lớn nhất có thể là dextran có tính chọn lọc kém với những màng membrane do có khả năng làm biến dạng những lỗ khí trên màng membrane. Tuy nhiên gần đây Alsop và đồng sự đã mô tả một qui trình bao gồm GPC, siêu lọc bằng máy siêu lọc, và trao đổi ion để thu được sản phẩm thủy phân là dextran có năng suất cao.