Chất lƣợng và năng suất của BC đƣợc tạo ra phụ thuộc rất nhiều yếu tố nhƣ sau:
2.1.4.1 Ảnh hƣởng bởi phƣơng pháp lên men
Ngày nay, sản xuất BC đƣợc thực hiện bằng nhiều phƣơng pháp lên men khác nhau nhƣ nuôi cấy lắc, nuôi cấy tĩnh trên khay… Việc lựa chọn phƣơng pháp nào để thực hiện là tùy thuộc vào định hƣớng ứng dụng vì sản phẩm BC sẽ có đặc tính hóa lý và cấu trúc khác nhau ứng với từng phƣơng pháp khác nhau [17].
Khi nuôi cấy tĩnh hay bề mặt, màng BC (S-BC) đƣợc tích lũy trên bề mặt mơi trƣờng nuôi. S-BC thƣơng mại thông dụng nhƣ Nata-de Coco, màng rung truyền âm thanh, làm màng trị bỏng… Cịn khi ni cấy lắc thì BC (A-BC) sẽ có dạng sợi huyền phù, hay dạng khối khơng đồng nhất (dạng hột nhỏ, hoặc hình cầu, hình elip). Kiểu ni này thích hợp hơn cho sản xuất BC công nghiệp và cho các ứng dụng khác của A-BC nhƣ: mỹ phẩm, vật liệu, chất nhũ hóa… Kiểu lên men BC này chƣa đƣợc nghiên cứu và tiến hành ở Việt Nam [5].
Theo các nhà nghiên cứu thì phƣơng pháp ni cấy chìm cho hiệu suất sinh tổng hợp BC cao hơn vì các thiết bị lên men chìm có thể cung cấp tốt lƣợng oxy cho tế bào hoạt động. Đồng thời BC này cịn có khả năng giữ nƣớc cao hơn từ phƣơng pháp tĩnh. Tuy nhiên, trở ngại ở đây là thƣờng phát sinh các chủng đột biến Cel-
một cách ngẫu nhiên sau thời gian lên men. Các chủng Cel- này sẽ khơng cịn khả năng sản sinh BC nữa, vì thế làm hiệu suất BC giảm đáng kể sau đó
PTS: hệ thống chuyển đổi phospho IPFK: frurose-1-phosphate kinase Glc-6-P: glucose-6-phosphate Glc-1-P: glucose-1-phosphate Fru-6-P: frutose-6-phosphate Fru-bi-P: frutose-1,6-bi-phosphate UDPGlc: uridine diphosphoglucose PGA: phosphogluconic acid
GK: glucokinase
PGM: phosphoglucomutase
UGP: pyrophosphorylase UDPGlc CS: cellulose synthase
PGI: phosphoglucomutase FK: frutokinase
FBP: frutose-1,6-biphosphate phosphatase G6PDH: glucose-6-phosphate dehydrogenase
2.1.4.2 Ảnh hƣởng bởi nhiệt độ, pH và oxy
Ảnh hƣởng bởi nhiệt độ
Nhiệt độ tối ƣu cho sản sinh cellulose là 25-30oC, có tác giả lại cho là từ 28- 30oC [30].
Ảnh hƣởng bởi pH
Nhìn chung, khoảng pH tối ƣu để sản sinh BC là 4-7. Theo Hestrin và Schramm (1954) cho rằng pH dƣới 7 là quan trọng hơn cả. Còn Fiedler và cộng sự thì cho pH=5-7 thì tối ƣu. Hầu hết pH bằng 5 hay 6 đƣợc dùng trong các nghiên cứu. Nhƣng để sản xuất cellulose cơng nghiệp thì pH=4-4,5 thì cho kết quả ƣu thế hơn do giảm sự tạp nhiễm [17]. A. xylinum đồng thời cũng sản xuất ra 2 loại:
enzyme cellulase và bacterial cellulose. Các nghiên cứu gần đây cho thấy, tuy đồng thời cùng sản xuất 2 loại: cellulose và cellulase nhƣng có thể khống chế độ pH của môi trƣờng dinh dƣỡng để điều chỉnh mức độ sản sinh ra 1 trong 2 loại này. Khi pH
Hình 2.8. Bacterial cellulose ở điều
kiện ni cấy tĩnh [39]
Hình 2.9. Bacterial cellulose ở điều kiện
ở mức từ 4 - 4,5 thì lƣợng BC đƣợc sản sinh ra nhiều nhất, cịn pH ở mức từ 5 – 5,5 thì lƣợng enzyme cellulase đƣợc sản sinh cao hơn [44].
Theo S. Hestrin và M. Schramm (1954), HCl và NaOH thích hợp dùng để điều chỉnh pH môi trƣờng [41].
Ảnh hƣởng bởi nồng dộ oxy
Nồng độ O2 liên quan trực tiếp đến việc sinh tổng hợp BC [49]. Khi khơng khí giàu O2 (duy trì nồng độ O2 lớn hơn 39%) đƣợc cho vào tại thời điểm 8h sau khi ni cấy thì sản lƣợng BC tăng lên 1,5 lần và năng suất BC tăng từ 11% lên đến 18%. Tuy nhiên, với nồng độ O2 nhƣ thế, nhƣng cho vào từ khi bắt đầu ni cấy thì số lƣợng tế bào suy giảm một cách nhanh chóng và hầu nhƣ vi khuẩn không sản sinh BC nữa. Điều này tác giả giải thích vì số lƣợng tế bào sống sót tại thời điểm bắt đầu nuôi cấy quá thấp nên khơng thể tìm thấy BC trong điều kiện nồng độ O2 hịa tan cao (vì trong điều kiện này đã làm ức chế vi khuẩn). Trong môi trƣờng nuôi cấy tĩnh, tại nồng độ O2 10% và 15% một vài chủng A. xylinum cho sản lƣợng BC cao hơn ở nồng độ O2 là 20% [44]. Khi nồng độ O2 tăng đến 30% sẽ làm giảm đáng kể sản lƣợng BC trong khi sự tăng trƣởng của tế bào vẫn tiếp tục duy trì [44],[47].
2.1.4.3 Ảnh hƣởng bởi nguồn dinh dƣỡng
Ảnh hƣởng do nguồn carbon
Những cơ chất đƣợc đánh giá là cho sản lƣợng BC cao, bao gồm: glucose, sorbitol và manitol. Glycerol, galactose, lactose, sucrose và maltose đƣợc xem là cơ chất thích hợp. Những cơ chất mà vi khuẩn này khơng có khả năng sử dụng để tạo màng cellulose là sorbose, mannose, cellobiose, erythritol, ethanol và acetate [27].
Nguồn carbon từ glucose đƣợc cho là thích hợp trong việc tăng hiệu suất khả năng sản sinh BC [16].
Ảnh hƣởng do nguồn nitrogen
Môi trƣờng đƣợc dùng để nghiên cứu là mơi trƣờng có 0,5% cao nấm men và 0,5% pepton [27]. Đối với một số dòng A. xylinum lại cho thêm tryptophan, dịch chiết ngô vào trong môi trƣờng. Tuy nhiên dịch chiết ngô cho hiệu quả hơn cả. Các
acid amin nhƣ methionin, glutamate thì ln cần phải có trong mơi trƣờng vì những acid amin này có ảnh hƣởng quan trọng đến sự phát triển của tế bào và sự tổng hợp cellulose [16].
Ngƣời ta tìm ra ammonium dihydrogen phosphate có thể đƣợc sử dụng thay cho cao nấm men nhƣ một nguồn cung cấp nitơ và thêm vào một lƣợng nhỏ dịch chiết bột bắp (từ 0,125 tới 0,5 ml/l) thì gia tăng sản lƣợng BC [24].