2.2 Kỹ thuật cố định tế bào vi sinh vật
2.2.2 Các phƣơng pháp cố định
Có nhiều phƣơng pháp để cố định tế bào vi sinh vật sau:
2.2.2.1 Phƣơng pháp gắn tế bào vi sinh vật bằng các liên kết hóa học
Phƣơng pháp này áp dụng khá rộng để thu nhận tế bào cố định. Thƣờng thì tế bào vi sinh vật đƣợc kết hợp với chất mang khơng hịa tan. Việc chọn chất mang có ý nghĩa rất lớn ảnh hƣởng đến hoạt tính trao đổi chất của tế bào cố định.
Gắn tế bào bằng các liên kết ion
Việc gắn tế bào vi sinh vật sẽ có hiệu quả cao khi điện tích của tế bào vi sinh vật và của chất mang có dấu ngƣợc nhau.
Gắn tế bào bằng các liên kết cộng hóa trị
Q trình gắn giữa tế bào vi sinh vật và chất mang có thể xảy ra: một giai đoạn nếu chất mang có chứa các nhóm có khả năng tham gia trực tiếp với nhóm amin của protein trong tế bào vi sinh vật; hai giai đoạn: giai đoạn thứ nhất là giai đoạn hoạt hóa chất mang bằng cách gắn lên chất mang các nhóm chức có khả năng phản ứng hơn, giai đoạn thứ hai là giai đoạn tạo liên kết giữa các nhóm chức lên chất mang với tế bào vi sinh vật [11].
Kết hợp đồng hóa trị các tế bào vi sinh vật riêng biệt thành đại phân tử không tan.
Việc cố định các tế bào vi sinh vật bằng cách đính chúng lại với nhau nhờ tác nhân lƣỡng hay đa chức [15].
2.2.2.2 Cố định bằng phƣơng pháp hấp phụ lên chất mang
Tế bào vi sinh vật có thể đƣợc hấp phụ trên các chất mang nhƣ than hoạt tính, cellulose, agarose, kitin, polyacrylamide, nhựa trao đổi ion, silicagel, thủy tinh...
Có ba trƣờng hợp xảy ra:
- Thứ nhất: chất mang khơng có lỗ xốp, tế bào vi sinh vật sẽ đƣợc đính vào chất mang theo từng lớp trên bề mặt.
- Thứ ba: chất mang có lỗ xốp, tế bào vi sinh vật sẽ xâm nhập vào các lỗ này. Đồng thời, nếu chất mang có tích điện sẽ tạo thành các liên kết ion giữa chất mang với tế bào [11].
2.2.2.3 Phƣơng pháp nhốt tế bào vi sinh vật trong khn gel
Để gói tế bào vi sinh vật vào khn gel, ngƣời ta tiến hành trùng hợp hóa các gel khi có mặt đồng thời tế bào vi sinh vật. Sau khi hoàn thành, tế bào vi sinh vật bị giữ chắc trong gel.
Các tế bào vi sinh vật đƣợc gói trong khn gel kiểu này thƣờng phân bố không đồng đều. Thông thƣờng chỉ những phần tế bào vi sinh vật nằm gần bề mặt gel là tiếp xúc đƣợc với cơ chất và tham gia q trình lên men.
Một số phƣơng pháp gói (nhốt) tế bào vi sinh vật: Nhốt trong cấu trúc gel
Alginate đƣợc lấy từ rong biển có khả năng tạo gel rất tốt và rất thuận lợi để bao gói các enzyme hoặc tế bào nguyên vẹn. Có thể tạo khối dƣới dạng viên có đƣờng kính 0,5- 4 mm bằng cách nhỏ giọt dung dịch natri alginate 2% vào dung dịch giàu canxi clorua.
Các tế bào vi sinh vật bị nhốt trong các lỗ nhỏ của các sợi tổng hợp Phƣơng pháp này chỉ thích hợp cho các tế bào vi sinh vật khơng bị mất hoạt tính trong các dung mơi khơng hịa lẫn với nƣớc.
Phương pháp gói vi sinh vật trong bao vi thể
Tế bào vi sinh vật đƣợc gói trong các bao vi thể có màng bán thấm đƣợc tạo ra từ các polymer có kích thƣớc lỗ đủ nhỏ để ngăn cản sự khuếch tán của tế bào ra ngồi mơi trƣờng.
Riêng đối với ứng dụng trong sản xuất công nghiệp, 5 phƣơng pháp sau là phù hợp, đó là: phƣơng pháp hấp phụ, phƣơng pháp liên kết hóa trị với bề mặt chất mang, phƣơng pháp liên kết giữa các tế bào, phƣơng pháp bao tế bào và phƣơng pháp bọc tế bào trong khuôn xốp. Ƣu nhƣợc điểm giữa các phƣơng pháp đƣợc tóm tắt trong bảng (Bảng 2.3 ).
Bảng 2.3. Ƣu, nhƣợc điểm các phƣơng pháp thông dụng để cố định tế bào.
Stt Phƣơng pháp Ƣu điểm Nhƣợc điểm
1. Hấp phụ lên bề mặt rắn
- Quá trình thực hiện đơn giản nhất.
- Điều kiện nhẹ nhàng nên đảm bảo khả năng sống tế bào.
- Tế bào dễ bị tách khỏi chất mang do tác động cơ học hoặc khi thay đổi điều kiện môi trƣờng. - Số lƣợng tế bào cố định đƣợc thƣờng thấp. - Quá trình cố định ―thụ động‖ khó điều khiển 2. Liên kết cộng hóa trị với chất mang.
- Khả năng trao đổi chất cao. - Độ bền liên kết giữa tế bào và chất mang tốt. - Thƣờng ảnh hƣởng đến sự sống và hoạt tính của tế bào.
- Mỗi tế bào phải có phản ứng đặc thù
3. Liên kết giữa các tế bào.
- Điều kiện nhẹ nhàng, có khả năng kéo dài thời gian hoạt động của tế bào. - Độ bền cơ học kém nhất. 4. Bao tế bào bằng màng chắn - Mật độ tế bào cố định lớn.
- Khả năng trao đổi chất tốt.
- Độ bền cơ học kém. - Sự sinh trƣởng của tế bào dễ phá hủy màng chắn.
5. Bọc tế bào trong hệ thống lỗ xốp - Mật độ tế bào lớn. - Độ bền cơ học cao. - Ứng dụng cho nhiều loại tế bào khác nhau.
- Cản trở sự trao đổi chất của tế bào.
- Có thể ảnh hƣởng đến hoạt tính của tế bào.
[10],[20].