2.3.1. Tình hình nghiên cứu và sản xuất EPS trên thế giới
Lịch sử của exopolysaccharides vi khuẩn bắt đầu trong giữa thế kỷ 19 với sự khám phá của một exopolysaccharide trong rượu vang, mà sau này được biết đến như là dextran và prokaryote được sản xuất từ chủng Leuconostoc mesenterides. Trong suốt thời gian đó một số exoplysaccharides khác phát hiện bao gồm cellulose, alginate và xanthan [31].
Cùng với sự phát triển về nghiên cứu và ứng dụng các polymer sinh học trong nhiều lĩnh vực khác nhau, rất nhiều trung tâm lớn về hóa học polysaccharide ở Nhật, Châu Âu, Nam Mỹ và nhiều nơi khác trên thế giới đã được hình thành. Các hướng nghiên cứu về polymerrr sinh học trên thế giới tập trung vào 2 lĩnh vực chính:
- Vật liệu phân hủy sinh học như là vật liệu thay thế cho các sản phẩm chất dẻo truyền thống.
- Các ứng dụng y sinh.
Theo một nghiên cứu về: “Sản xuất exopolysaccharide từ dịch hỗn hợp nuôi cấy của nấm men Rhodotorula rubla GED10 và vi khuẩn làm sữa chua (Streptococus themophilus và Lactobacillus bulgaricus )” của Viện khoa học Bungari thì hàm lượng exopolysaccharide của hỗn hợp ba chủng nói trên đạt được là 19,3 g/l và trọng lượng sinh khối khô là 21 g/l sau 84h nuôi cấy ở 280C.
Hỗn hợp nuôi cấy của ba chủng được nuôi trong thiết bị lên men hiện đại (có hệ thống cung cấp khí tự động ), môi trường có chứa 44 g/l Lactoza, 4 g/l (NH4)2SO4 [5].
Fukuda và cộng sự (2010) đã nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn carbon đến tính chất lý hóa của EPS được sinh tổng hợp từ L. fermentum TDS030603. Kết quả cho thấy EPS đạt cao nhất sau 24 – 48 giờ và suy giảm dần sau 72 giờ ủ trong môi trường MRS. Tác giả cũng công bố khối lượng phân tử của EPS thu được là 2,8x104 Da. Trong môi trường có các thành phần đường khác nhau thì EPS thu được có khối lượng phân tử lớn hơn 106 Da. Thành phần monomerr của EPS này gồm glucose và galactose với tỉ lệ 2,6:2,8 [15].
Nghiên cứu về khả năng tổng hợp EPS của chủng L. helveticus ATCC 15807, Torino và cộng sự (2005) đã phát hiện rằng quá trình sinh tổng hợp EPS bởi L. helveticus ATCC 15807 đạt được cao hơn ở pH 4,5 khi nguồn carbon sử dụng là đường lactose thay vì đường glucose. Tác giả cũng công bố rằng khối lượng phân tử của EPS thu được là 1,2 - 1,9x106 Da và thành phần monomer của EPS này gồm glucose và galactose theo tỉ lệ 2:1 [41].
Một nghiên cứu nữa về: “Qúa trình lên men sản xuất polysaccharide” theo US Patent 4692480. Polysaccharide được nghiên cứu là Xanthangum từ hai chủng Xanthomonas juglandis NCPP1B 413 và Xanthomonas campestris NC1B 11781. Chủng X. juglandis NCPP1B 413 được nuôi cấy trong thiết bị lên men hiện đại (có hệ thống cung cấp khí tự động, 300C, pH 7,0). Với môi trường có chứa 102 g/l glucoza, 2 g/l (NH4)2SO4 thì hàm lượng polysaccharide của chủng là 27 – 30 g/l. Còn chủng X. campestris NC1B 11781, sau 48h nuôi cấy hàm lượng polysaccharide đạt 16 – 20 g/l. Chủng được nuôi cấy ở 300C trong thiết bị lên men hiện đại, môi trường có bổ sung 43 g/l lactoza, 1,5 g/l (NH4)2SO4 [5].
2.3.2. Tình hình sản xuất EPS ở Việt Nam [5]
Bên cạnh tác dụng cải thiện một số tính chất lưu biến của thực phẩm như làm tăng độ đặc, độ nhớt, tăng khả năng tạo gel, sự có mặt các hợp chất exopolysaccharide trong thực phẩm còn có vai trò như là prebiotic tốt cho sức khỏe. Hơn nữa, exopolysaccharide của vi khuẩn lactic còn có vai trò quan trọng trong sức khỏe người và động vật như hoạt tính tăng cường khả năng miễn dịch, kháng virus, chống oxy hóa, chống ung thư và chống cao huyết áp. Cho đến nay chưa tìm thấy tài liệu nào về việc nghiên cứu khai thác exopolysaccharide sinh tổng hợp bởi vi khuẩn lactic ở Việt Nam. Tuy nhiên ở nước ta hiện nay cũng có nhiều tổ chức khoa học đã tiến hành nghiên cứu sản xuất và ứng dụng các sản phẩm của EPS vào các lĩnh vực nông nghiệp, công nghiệp dầu khí và y học từ các chủng vi sinh khác. Viện Công nghệ sinh học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam cũng đã có một số đề tài về nghiên cứu về sinh tổng hợp và ứng dụng
các chủng vi sinh vật sinh EPS vào việc sản xuất một số chế phẩm sinh học và kết quả thu được rất khả quan.
PGS.TS Tống Kim Thuần và cộng sự (Phòng Công nghệ vật liệu Sinh học) đã thành công trong việc sản xuất và ứng dụng chế phẩm vi sinh giữ ẩm đất Lipomycin M từ chủng nấm men sinh EPS Lipomyces starkeyi PT7.1 phân lập từ Việt Nam. Khả năng giữ độ ẩm cho đất của chế phẩm này có được là nhờ các polymer ngoại bào (glucan) được hình thành trong quá trình hoạt động sống của nấm men PT7.1. Các polymer ngoại bào này có thành phẩn chủ yếu là các polysaccharide được hình thành từ quá trình ngưng tụ các monosaccharide tạo cầu nối glucoside. EPS của chúng làm tăng độ kết cấu của đất, có khả năng giữ nước, chống rửa trôi và làm giảm sự bay hơi nước. Kết quả ứng dụng chế phẩm Lipomycin M trên đất khô hạn của Mê Linh, Vĩnh Phúc và một số tỉnh Tây Nguyên cho thấy, chúng làm tăng độ ẩm đất lên 12 – 16% và cải thiện được một số tính chất hóa lý của đất. Với thành công bước đầu về việc sử dụng chủng vi sinh vật Lipomyces sinh polysaccharide làm tác nhân giữ ẩm đất, chúng tôi hoàn toàn tin tưởng vào sự thành công của hướng nghiên cứu mới này.
PGS.TS Lại Thúy Hiền và cộng sự (Phòng VSV Dầu mỏ) đã nghiên cứu qui trình sản xuất Xanthan-gum từ vi khuẩn sinh polysacaride ngoại bào Xanthomonas campestris phân lập từ nhà máy đường Thanh Hóa. Các tác giả đã đưa ra qui trình sản xuất Xanthan gum trong nồi lên men qui mô 20 lít bằng nguyên liệu trong nước và TS Phan Văn Đoàn (Viện nghiên cứu dầu khí) đã nghiên cứu một số tính chất hóa lý của xanthangum. Chế phẩm xanthan - gum này đã được ứng dụng thử nghiệm thành công trong việc khoan thăm dò và khai thác dầu khí (hút nước trong các giếng dầu nhằm nâng cao hiệu suất khai thác dầu thô).
PHẦN 3.