Huyền phù BC vừa có khả năng giữ ẩm cao mà không bám lại lên làn da sau khi rửa và cũng không gây các tác dụng phụ như các chất giữ ẩm khác, do đó được hưởng ứng như: kem dưỡng da, chất làm nền cho móng nhân tạo, chất tăng độ dày và bền cho nước làm bóng móng tay, ổn địng trạng thái và cấu trúc mỹ phẩm.
2.5.2.Ứng dụng trong y học
Màng trị bỏng: màng cellulose vi khuẩn A. xylinum tẩm dầu mù u có tác dụng tương tự màng sinh học trị bỏng. Màng băng vết thương, điều trị tổn thương da, trong ghép mô, cơ quan nội tạng, da nhân tạo (ở Brazil) để đắp vết thương.
Chất thay thế tạm thời cho da người: màng cellulose cũng có thể được sử dụng như là chất thay thế tạm thời cho da người trong các trường hợp bị bỏng, loét và nhiều trường hợp khác…
2.5.3.Ứng dụng trong thực phẩm
BC được sản xuất từ A. xylinum được sử dụng làm thức ăn truyền thống của người Philippine, cũng như ở một số nước thuộc Châu Á bao gồm Indonesia, Nhật Bản, Taiwan [18]. Sản phẩm cellulose được sử dụng trong nước ép trái cây, một số thức uống ít calori, trà Kombucha, trà Manchurian, nước uống Kvac, trong mứt kẹo, kem, yoghurt, salad, thức ăn tráng miệng có tác dụng như chất làm đặc, thực vật giảm cân, thịt nhân tạo ít calori dành cho người ăn kiêng…
2.5.4.Ứng dụng trong công nghệ sản xuất giấy
Cellulose vi khuẩn có thể được tổng hợp với một lượng lớn trong thời gian ngắn, lại có độ tinh sạch cao trong khi muốn thu cellulose từ thực vật phải qua thời gian dài [25]. Một ưu điểm khác của loại giấy đặc biệt này là đặc tính hút và giữ mực cao [2], như giấy dùng để lưu trữ tài liệu, giấy có thời gian sử dụng lâu dài, trong vẽ, in, chất dính và chất xơ trên trang vẽ như giấy phủ bề mặt láng trong công nghệ in.
2.5.5.Ứng dụng trong sản xuất audio
Sử dụng BC làm màng rung bộ chuyển đổi âm thanh dựa vào tính cơ học đặc biệt của màng BC sấy khô có vận tốc truyền âm lớn có thể đạt được 5000m/s. Công ty Sony liên kết với công ty Ajinomoto sản xuất ra màng loa phóng thanh đầu tiên bằng cellulose bởi vi sinh vật [30].
2.5.6.Ứng dụng trong công nghiệp
Vật liệu làm quần áo và giày dép, vải da nhân tạo, lều lắp ráp cho cắm trại, quần áo thể thao. Trong công nghiệp máy làm thành phần than tàu, máy bay, xe, vỏ bọc tên lửa.
2.5.7.Ứng dụng BC làm ván ép nhân tạo
Ván ép là sản phẩ ổng hợp, có phạm vi ứng dụng linh hoạt. Ván ép được sản xuất bằng cách đặt nhiều tấm gỗ mỏng (gỗ mặt – veneer) lên nhau và ở giữa chúng là keo dính, thường thì ván ép gồm 3 lớp, 5 lớp, 7 lớp và 9 lớp với độ dày từ 1 – 30 mm.
Ván nhân tạo là sản phẩm được tạo thành từ cellulose thực vật, qua tác dụng liên kết của chất kết dính – keo dưới áp suất của nhiệt độ. Những ưu điểm của ván nhân tạo là có thể thiết kế phù hợp với mọi nhu cầu sử dụng, có kích thước khác nhau tùy mục đích sử dụng. Ngoài ra có thể kết hợp với các vật liệu chịu nhiệt và chống ẩm, chống mốc. Công nghệ sản xuất ván nhân tạo được coi là một trong những biện pháp thiết thực để bảo vệ môi trường, góp phần làm giảm lượng gỗ khai thác hàng năm.
Các sản phẩm ván nhân tạo hiện nay là ván sợi, ván dăm, ván mùn cưa, ván ghép thanh, ván mộc … Trong các sản phẩm này công nghệ sản xuất và sử dụng nguyên liệu là phế liệu từ các dây chuyền chế biến gỗ, nguồn phế liệu sản xuất nông công nghiệp được xem là hiệu quả nhất.
Các ưu điểm của ván nhân tạo là có thể thiết kế ra phù hợp với bất kỳ nhu cầu đặc biệt nào. Có thể sản xuất ván ép có bề dày khác nhau và có kích thước khác nhau [30].
2.5.7.1. Keo dán trong sản xuất ván ép
Để dán gỗ, người ta sử dụng khá nhiều loại keo
Keo tự nhiên: đi từ hợp chất sẵn có trong thiên nhiên có nguồn gốc động vật, thực vật và khoáng chất. Keo động vật như: keo da, keo xương, keo casein, cánh kiến. Keo thực vật như: tinh bột, dextin, các loại nhựa cây như
sơn tây, gôm, cao su thiên nhiên, sáp, protein đậu nành, dầu khô. Keo khoáng có bitom, nhựa đường. Đây là những loại keo được sử dụng đầu tiên trong sản xuất ván ép tuy nhiên do các loại keo này chịu nước kém, độ bền không cao lại có thể bị nấm móc và vi khuẩn phá hủy từ khi các loại keo tổng hợp ra đời, chúng đã đẩy lùi các loại keo thiên nhiên.
Keo tổng hợp: thu được qua quá trình chuyển biến hóa học các khoáng vật, dầu mỏ, khí thiên nhiên, than đá hay nguyên liệu thực vật. Gồm các loại vô cơ và hữu cơ. Keo tổng hợp vô cơ như: thủy tinh nước (natri silicat), CaSO4. Keo tổng hợp hữu cơ như: những hợp chất cao phân tử (polimer). Nhóm này có thể chia thành nhựa tổng hợp và trùng ngưng nhưng hợp lý hơn, chia thành nhựa nhiệt rắn và nhiệt dẻo.
- Keo từ dựa nhiệt rắn (phenolformaldehyde, ure formaldehyde, epoxi ...) đóng rắn nhờ phản ứng hóa học, tạo thành mối dán bền, chịu nhiệt, dùng để tạo mối nối chịu lực cho vật liệu kim loại và phi kim loại.
- Keo từ nhựa dẻo (poly isobutilen, polyvinyl acetate, poly acrilate ...) nóng chảy khi bị đốt nóng. Có chỉ tiêu về độ bền tương đối thấp, nhất là khi sử dụng ở nhiệt độ cao, chủ yếu được sử dụng cho những kết cấu phi kim loại.
Hiện nay trong công nghiệp sản xuất đồ gỗ người ta sử dụng hai loại là phenolformaldehyde và ure formaldehyde. Tuy nhiên vì những hợp chất hữu cơ gây hại cho sức khỏe cho con người nên người ta tiến hành những thử nghiệm thay thế keo hữu cơ bằng keo có nguồn từ vi sinh vật [33].
2.5.7.2. Sản xuất ván ép từ các phế liệu
Ngoài sản xuất từ gỗ, ván ép còn được sản xuất bằng cách kết hợp gỗ và những nguyên liệu khác như nhựa, thạch cao và xi măng hoặc tận dụng những nguồn phế thải nông nghiệp như mạc cưa, bã trấu, bã mía … làm nguyên liệu chính tạo những sản phẩm có đặc tính đặc trưng và cho lợi nhuận khác. Động lực phát triển những sản phẩm như vậy đến từ mục tiêu.
- Giảm giá thành vật liệu
- Phát triển những sản phẩm có thể tận dụng nguồn nguyên liệu tái chế và có thể tái chế chính nó [34]
Sản xuất ván ép từ phế liệu theo (qui trình 2.1)
Thuyết minh qui trình
Nguồn nguyên liệu sử dụng được tận dụng từ các phế liệu của ngành nông lâm nghiệp: bã mía, bả trấu, mạt cưa, bụi xơ dừa …
Nghiền, sàng: nguyên liệu được nghiền nhỏ hoặc giữ nguyên kích thước ban đầu sau đó đưa qua sàng loại bỏ bớt tạp chất lẫn trong nguyên liệu và giữ lại nguyên liệu có kích thước phù hợp cho quy trình.
Sấy khô: nhiệt độ sấy thông thường từ 70-1000C, nguyên liệu được sấy khô cho tới khi bề mặt nguyên liệu đạt 0-18%.
Trộn keo: nguyên liệu được trộn với keo thông thường là ureformaldehyde.
Ép gia nhiệt: tiến hành ép bằng máy ép thủy lực dưới nhiệt độ và áp suất cao.
Cán máng: bán thành phẩm được cán tạo bề mặt phẳng và có bề dày thích hợp cho sản phẩm cuối cùng [34].
Qui trình 2.1: Sản xuất ván ép từ phế liệu [32] [32]
2.6.Tổng quan về enzyme
2.6.1. Khái niệm về enzyme
Enzyme là chất xúc tác sinh học đặc biệt, là một loại protein được sinh vật tổng hợp nên và tham gia vào các phản ứng sinh học. Các phản ứng sinh học xảy ra thường xuyên không chỉ ở trong tế bào sinh vật mà cả ở ngoài môi trường. Các enzyme tham gia phản ứng ngoài tế bào được gọi là enzyme ngoại bào, các enzyme thực hiện trong tế bào gọi là enzyme nội bào. Các enzyme nội bào và các enzyme ngoại bào đều được tổng hợp trong tế bào. Có khả năng xúc tác đặc hiệu các phản ứng hóa học nhất định và đảm bảo cho các phản ứng xảy ra theo một chiều hướng nhất định với tốc độ nhịp nhàng trong cơ thể [8].
2.6.1.1. Enzyme Termamyl
Enzyme α-amylase (hình 2.10) có khả năng phân cắt các liên kết α-1,4-glucoside của cơ chất một cách ngẫu nhiên và là enzyme nội bào (endoenzyme). Enzyme α-amylase không chỉ có khả năng phân hủy hồ tinh bột mà còn có khả năng phân hủy cả hạt tinh bột nguyên vẹn [8].
Cơ chế tác dụng của α-amylase: sự thủy phân tinh bột của α-amylase trải qua nhiều giai đoạn.
Trước tiên enzyme này phân cắt một số liên kết trong tinh bột tạo ra một lượng lớn dextrin phân tử thấp, sau đó các dextrin này bị thủy phân tiếp tục để tạo ra maltose và glucose.
Amylose bị phân cắt thành các oligosaccharide hay còn gọi là polyglucose (6 – 7 gốc glucose) dưới tác dụng của α-amylase, sau đó các oligosaccharide này
tiếp tục bị phân cắt nên chuỗi bị ngắn dần và tạo thành maltotetrose, maltotriose, maltose. Sau thời gian tác dụng dài, sản phẩm của quá trình thủy phân amylose là 13% glucose và 87% maltose.
Tác dụng của α-amylase trên amylopectin cũng xảy ra tương tự và sản phẩm được tạo là 72% maltose, 19% gluose, ngoài ra còn có dextrin phân tử thấp và isomaltose 8% do α-amylase không thể cắt được liên kết 1,6-glucoside ở mạch nhánh của phân tử amylopectin [8].
Các giai đoạn của quá trình thủy phân tinh bột của α-amylase
Giai đoạn dextrin hóa:
Tinh bột dextrin phân tử lượng thấp Giai đoạn đường hóa:
Dextrin tetra- và trimaltose di-và monossacharide
Amylose oligosaccharide polyglucose
Maltose maltotriose maltotetrose
Enzyme Termamyl là chế phẩm enzyme thương mại (hãng Novo Nordick) dạng nước có chứa α-amylase, chịu được nhiệt độ cao và được sản xuất bởi chủng nấm men Bacillus licheniformis.
Ứng dụng của Termamyl a)Trong kĩ nghệ tinh bột
Termamyl dùng trong dịch hóa tinh bột liên tục trong nồi hơi hoặc trong những thiết bị tương tự hoạt động ở nhiệt độ 105 – 1100C vì lợi dụng được tính ổn định ở nhiệt độ cao của enzyme.
b)Trong kĩ nghệ nấu đƣờng
Termamyl sử dụng để phá vỡ lượng tinh bột hiện diện trong nước mía nhờ thế hàm lượng tinh bột trong đường thô giảm và việc lọc đường tại nhà máy tinh luyện dễ dàng hơn.
α-amylase
α-amylase
c) Trong kĩ nghệ nấu cồn
Termamyl ứng dụng để phân tán tinh bột khi nghiền và chưng cất ở giai đoạn này cũng lợi dụng được độ ổn định nhiệt của enzyme. Hơn nữa cũng có thể thực hiện việc chưng cất mà không cần điều chỉnh pH và nồng độ Ca2+. Yếu tố trên làm cho quy trình sản xuất cồn trở nên đơn giản hơn và mức độ nhiễm cặn bẩn Ca2+ được giảm thiểu trong cột chưng cất.
d)Trong kỹ thuật nấu bia
Termamyl giúp cho quá trình dịch hóa dễ dàng hơn, quá trình nấu đơn giản và tỉ lệ phế liệu trong công nghệ này cũng có thể tăng lên.
e) Trong kỹ thuật dệt
Termamyl được sử dụng ở nhiệt độ cao, tốc độ cao để rũ hồ trước khi nhuộm[41].
2.6.1.2. Enzyme AMG
Glucoamylase (hình 11) có khả năng thủy phân liên kết α-1,4 lẫn α-1,6 glucoside. Khi thủy phân liên kết α-1,4-glucan trong chuỗi polysaccharide, glucoamylase tách lần lượt từng phân tử glucose ra khỏi đầu không khử của mạch để tạo ra glucose. Glucoamylase là enzyme ngoại bào.
Ngoài các liên kết α-1,4 và α-1,6 glucoside, glucoamylase còn có khả năng thủy phân các liên kết α-1,2 và α-1,3 glucoside.
Glucoamylase có khả năng thủy phân hoàn toàn tinh bột, glucogen, amylosepectin, dextrin, panose, isomaltose và maltose thành glucose mà không cần có sự tham gia của các loại amylase khác. Glucoamylase thủy giải
các polysaccharide có phân tử lớn nhanh hơn so với các chất có phân tử nhỏ hơn. Các polysaccharide có nhánh như amylopectin, glucogen, β-dextri bị glucoamylase thủy phân khá nhanh.
Đa số glucoamylase có hoạt lực cao nhất ở vùng pH 3,5-5.5 và nhiệt độ 500C. Nó bền với acid hơn α-amylase nhưng kém bền hơn trong rượu, acetone và không bảo vệ bởi Ca2+ [8].
AMG là một chất exo-D-glucose-1,4-α(gluco-amylase) được sản xuất từ một chủng vi sinh vật chọn lọc tên là Aspergillus niger bằng sự lên men chìm. Tên theo hệ thống là 1,4-α-D-glucan lucohydrolase (EC 3.2.1.3).
Hình dạng: các sản phẩm lỏng là những chế phẩm màu nâu trong, có độ đặc trưng 1.2g/ml. Vi hạt AMG 300.
2.6.2. Enzyme cố định (enzyme không hòa tan)
Bản chất hóa học của enzyme là những protein hòa tan. Các enzyme này, sau khi chúng tham gia phản ứng hóa học xong thì chúng được giải phóng khỏi cơ chất và tiếp tục tham gia các phản ứng hóa học mới. Tuy nhiên các enzyme hòa tan có một số nhược điểm như: Các enzyme hòa tan thường kém bền. Khó tách khỏi các sản phẩm cuối để thực hiện các phản ứng mới trong công nghiệp. Nếu thực hiện các quá trình tách ra sẽ gây nên hiện tượng mất hoạt tính.
Do đó, phương pháp cố định enzyme là phương pháp giúp ta giải quyết một loạt những vấn đề tồn tại của enzyme hòa tan [10].
Enzyme không tan hay enzyme cố định là những enzyme được đưa vào những pha riêng lẽ, pha này được tách riêng với pha dung dịch tự do. Pha enzyme không hòa tan trong nước và được gắn với những polymer ưa nước có trọng lượng phân tử lớn.
2.6.2.1. Ưu và nhược điểm của enzyme không tan
Ƣu điểm:
- Enzyme cố định có thể tái sử dụng nhiều lần, hoạt tính của enzyme cố định ít thay đổi trong những lần tái sử dụng. Đặc điểm này của enzyme có ý nghĩa lớn
trong kỹ thuật, nhờ đó ta có thể tái sử dụng nhiều lần, giúp giảm chi phí cho việc sản xuất enzyme.
- Enzyme cố định không lẫn vào sản phẩm cuối của phản ứng, do đó không phải chi phí cho việc tách enzyme ra khỏi sản phẩm. Sản phẩm cuối thu được sẽ coi như sản phẩm tương đối sạch.
- Enzyme cố định có độ bền cao hơn enzyme tự do, vì thế trong nhiều trường hợp có thể cho enzyme cố định hoạt động ở những điều kiện nhiệt độ, pH không bình thường do chúng được bảo vệ bởi chất mang.
- Sử dụng enzyme cố định dễ dàng cho việc cơ khí hóa và tự động hóa trong quá trình sản xuất.
- Enzyme cố định có khả năng bảo quản tốt hơn enzyme tự do cùng loại. Từ các đặc điểm trên cho thấy, sử dụng enzyme cố định có ý nghĩa kinh tế hơn sử dụng enzyme tự do nhiều lần.
Nhƣợc điểm
Hoạt tính của enzyme cố định thường nhỏ hơn hoạt tính của enzyme hòa tan cùng loại. Do khi enzyme gắn vào chất mang cấu trúc của enzyme có thể thay đổi ở mức độ nhất định, vì sự thay đổi cấu trúc không gian của enzyme nên sự tương tác của enzyme và cơ chất chậm lại, phản ứng xảy ra yếu hơn. Hoặc do ta nhốt enzyme vào trong gel, gel sẽ bao lấy enzyme tạo thành vật cản đối với cơ chất, vì vậy sự tiếp xúc giữa cơ chất và trung tâm hoạt động của enzyme gặp khó khăn hơn so với enzyme tự do [10].
2.6.2.2. Phương pháp cố định enzyme (sơ đồ 2.1).
Ở đề tài, chúng tôi cố định enzyme bằng phương pháp hấp phụ lên BC và celite. Phương pháp hấp phụ: Nhờ vào khả năng hấp phụ của các nguyên liệu làm chất mang, enzyme sẽ được gắn vào bề mặt của chất mang. Khả năng hấp phụ của chất mang càng cao, enzyme càng được gắn nhiều vào chất mang. Do đó khả năng tái sử dụng của enzyme cố định càng cao. Một số chất mang dùng trong phương pháp này: cellulose hạt, thủy tinh, chitin, kaolin,…
2.6.2.3. Chất mang.
Chất mang gồm có 2 loại: chất mang polymer hữu cơ, chất mang vô cơ.
a) Chất mang polymer hữu cơ
Chất mang là polymer tự nhiên là nhóm chất mang đang thịnh hành và được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay, đó là cellulose agarose, dextran, sephdex, gelatin, collagen… Ưu điểm của polymer sinh học là nó có tính tương thích sinh học cao với enzyme, và có thể phân hủy sinh học nhờ vi sinh vật, nhưng nhược điểm của nó là tính chất cơ lý kém bền vững và không ổn định.