Đề tài Tìm hiểu đặc điểm vi khuẩn Acetobecter xulinum và ứng dụng

, làm môi trường cơ chất trong sinh học, thực phẩm hay thay thế thực phẩm. Đặc biệt trong lĩnh vực y học, màng BC đã được ứng dụng làm da tạm thời thay thế da trong quá trình điều trị bỏng, loét da, làm mạch máu nhân tạo điếu trị các bệnh tim mạch; làm mặt nạ dưỡng da cho con người.
Ở Việt Nam, việc nghiên cứu và ứng dụng màng BC còn ở mức độ khiêm tốn, các nghiên cứu ứng dụng mới chỉ dừng lại bước đầu nghiên cứu. Các kết quả ứng dụng của màng BC hầu như mới chỉ dừng lại ở điều kiện thí nghiệm. Trong những năm gần đây phòng thí nghiệm Thực vật - Vi sinh Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 phân lập tuyển chọn được chủng A. xylinum BHN có khả năng tạo màng BC và những nghiên cứu bước đầu cho thấy màng BC từ chủng A. xylinum BHN có khả năng ứng dụng cho trị bỏng cho thỏ là cơ sở để tạo ra màng trị bỏng cho người.
Ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài đến khả năng tạo màng BC của vi khuẩn.
Hàm lượng các chất.
Hàm lượng glucose
Nguồn cacbon có ảnh hưởng mạnh mẽ tới sinh trưởng cũng như tổng hợp cellulose của Acetobacter xylinum. Theo kết quả nghiên cứu của Thạc sỹ Nguyễn Thị Nguyệt trên chủng Acetobacter xylinum HN5 thì nguồn cacbon có ảnh hưởng lớn nhất đến sự hình thành màng của Acetobacter xylinum là glucose. Để tạo màng phục vụ mục đích nghiên cứu, Thạc sỹ Trần Như Quỳnh đã quyết định sử dụng hàm lượng glucose 20 g/l cho các nghiên cứu trên chủng A. xylinum BHN.
 Hàm lượng (NH4)SO4
Vi sinh vật và tất cả các cơ thể sống khác đều cần nitơ trong quá trình sống để xây dựng tế bào. Nhân tố (NH4)2SO4 là một trong những nhân tố có ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của Acetobacter xylinum, là nhân tố quan trọng cung cấp nguồn nitơ cho tế bào phát triển. Vì vậy, nếu nguồn nitơ trong môi trường quá ít sẽ ảnh hưởng đến hoạt động sống của tế bào, từ đó ảnh hưởng đến quá trình tạo màng BC. Ở nồng độ 2,0 g/l môi trường cho hiệu suất màng BC cao nhất.
 Hàm lượng MgSO4.7H2O
MgSO4 ở nồng độ 2 g/l cho sản lượng BC cao nhất, theo PGS-TS Đinh Thị Kim Nhung, magie là nhân tố tham gia vào việc tạo thành các enzim, những enzim này xúc tác cho các phản ứng chuyển hóa các chất trong quá trình hình thành màng BC.
 Hàm lượng K2SO4
Phospho ngoài vai trò tham gia cấu trúc các thành phần của tế bào, nó còn có vai trò hết sức quan trọng trong tổng hợp cellulose ở vi khuẩn Acetobacter xylinum ( Ross et.al, 1991). Sử dụng nồng độ 2g/l KH2PO4 sẽ cho sản lượng BC cao nhất.
Yếu tố môi trường.
 Ảnh hưởng của thời gian lên men và hàm lượng giống.
Lượng giống và thời gian nuôi cấy là 2 yếu tố quan trọng ảnh hưởng trong quá trình lên men cellulose vi khuẩn. 
Độ dai của màng phụ thuộc rất nhiều vào sự kết tinh của màng BC, độ kết tinh của màng lại chịu ảnh hưởng lớn về thời gian lên men thu nhận màng. Vì nếu thu sớm độ polymer hoá và kết tinh chưa cao sẽ ảnh hưởng đến tính chất cơ học của màng BC. Ngược lại nếu để lâu trong môi trường nghèo dinh dưỡng màng chìm xuống, vi khuẩn sẽ tiến hành phân huỷ thu năng lượng cung cấp cho hoạt động sống của tế bào. 
Đối với loài Actobacte xylinum, trong quá trình lên men, phần lơn các tế bào liên kết với phân tử glucose để hình thành lớp màng BC trên bề mặt nuôi cấy. Lớp màng này ngăn cản sự tiếp xúc của oxy với môi trường dich thể. Vì vậy việc nghiên cứu xác định được lượng giống bổ sung ban đầu cho phù hợp có ý nghĩa quan trọng để thu được màng BC với năng suất cao nhất.
Sản lượng cellulose thu được trong quá trình lên men đều tăng theo tỷ lệ giống và thời gian lên men.
 Độ thoáng khí
Vi khuẩn A. xylinum là vi khuẩn hiếu khí bắt buộc. Điều kiện tiên quyết khi lên men tạo sinh khối là điều kiện thông khí. Trong cơ chế của quá trình lên men, lượng oxy cần cung cấp là tương đối lớn. Trong thực tế độ thông khí quyết định năng suất BC. Vì vậy hình thức sục khí cung cấp oxy và sử dụng cánh khuấy trong lên men động là phù hợp cho sản lượng BC cao trong lên men chìm. Lên men tĩnh cần sử dụng dụng cụ có bề mặt rộng, thoáng và lớp môi trường mỏng.
Wanatabe và Yamanaka (1995) phát hiện ra áp suất oxy cũng ảnh hưởng đến khả năng hình thành cellulose vi khuẩn. Cellulose hình thành dưới áp suất oxy thấp có sự phân nhánh nhiều hơn so với trong điều kiện áp suất oxy cao. Do đó ảnh hưởng trực tiếp đến hình dạng và độ chịu lực của lớp màng BC.
 Nhiệt độ
Nhiệt độ thích hợp với vi khuẩn A. xylinum từ 25-300C. Ở nhiệt độ thấp quá trình lên men xảy ra chậm. Ở nhiệt độ cao sẽ ức chế hoạt động và đến mức nào đó sẽ đình chỉ sự sinh sản của tế bào và hiệu suất lên men sẽ giảm.
 Độ pH
Vi khuẩn A. xylinum phát triển thuận lợi trên môi trường có pH thấp. Do đó trong môi trường nuôi cấy cần bổ sung thêm acid acetic nhằm acid hoá môi trường. Đồng thời acid acetic còn có tác dụng sát khuẩn, giúp ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật có hại.
ỨNG DỤNG
Trong công nghệ sản xuất thạch dừa
Ngày nay trên thế giới những nước trồng dừa và sản xuất các sản phẩm từ dừa nhiều nhất như: Philippin, Indonesia, Malaysia, Ấn Độ, Việt Nam, vấn đề đang được quan tâm là lượng nước dừa hàng năm thải ra từ các nhà máy cơm dừa nạo sấy là rất lớn và đó là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm trầm trọng. do đó việc vận dụng nước dừa già vào sản xuất là nhu cầu cấp thiết để giải quyết vấn đề môi trường và làm tăng giá trị sử dụng của dừa. trong số các thành tựu đạt được, thì vấn đề sử dụng nước dừa già để sản xuất thạch dừa là một hướng giải quyết có hiệu quả và có triển vọng.
Thạch dừa ( Nata de coco) là một loại thức ăn phổ biến được tạo ra từ sự lên men vi khuẩn Acetobacter xylinum. Đây là một trong số các loại thực phẩm thương mại đầu tiên ứng dụng từ cellulose vi khuẩn .Sản phẩm thạch dừa là một món tráng miệng dai, trong suốt và ăn rất ngon, có bản chất hóa học là polysacharide nên không có giá trị dinh dưỡng cao nhưng có đặc tính kích thích như động ruột làm cho việc điều hòa bài tiết tốt hơn. Chế phẩm từ dừa này có tác dụng phòng ngừa ung thư và có thể giữ cho da da được mịn màng.
Giới thiệu về nguyên liệu trái dừa
 Thành phần của trái dừa
Dừa là cây thuộc họ Palmas, bộ Spadiciflorales. Cây dừa thường ra hoa từ năm 7-12 tuổi sau khi trồng. Từ thụ phấn đến khi trái chín là 12-13 tháng. Khi chin trán dừa nậng 1.2 tới 2kg.
Bảng: Thành phần và khối lượng các bộ phận trên trái dừa nặng 1,2kg
Bộ phận
Trọng lượng
% Khối lượng
Vỏ
0.4
33
Gáo
0.18
12
Nước dừa
0.26
25
Cơm dừa
0.36
30
Dầu dừa
0.12
Bã dừa
0.03
Ẩm
0.18
3.1.1.2 Cấu trúc của thạch dừa
Bản chất của thạch dừa là một màng nhày có cấu trúc là hemcellulose. Do thạch dừa có bản chất là polysaccharide ngoại bào nên có khả năng ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau. Cho đến nay, việc ứng dụng thạch dừa mới chỉ dừng lại ở những nghiên cứu chế biến thành những sản phẩm kẹo, jelly, các sản phẩm giải khát.
Hàm ẩm của thạch dừa: theo kết quả nghiên cứu khi khảo sát cấu trúc thạch dừa của các thầy cô Phan Tiến Mỹ Quang, Đống Thị Anh Đào, Nguyễn Ánh Tuyết bộ môn công nghệ hóa học và dầu khí trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM, thì thạch dừa là một dạng polymer sinh học, có khả năng giữ nước rất lớn. Miếng thạch dừa sau khi sấy ở 900C thì mỏng như tờ giấy bề mặt láng bong và rất dai chắc. Kết quả xác định hàm ẩm của thạch dừa la 99%, thể hiện rõ bản chất háo nước của thạch dừa (do chuỗi polymer của mạng thạch dừa chứa các nhóm –OH nên rất dễ dàng tạo liên kết hidro với nước).
Cấu trúc mạng polysaccharide của thạch dừa: thạch dừa có cấu trúc mạng là các polysaccharide, chúng sắp xếp không theo trật tự, không theo quy luật, chúng đan xen vào nhau rất chằng chịt theo mọi phía. Do trong quá trình lên men, các vi khuẩn Acetobacter xylynum đã chuyển động hỗn loạn không theo quy luật. Đó là nguyên nhân tạo nên tính dai và chắc về mọi phía của miếng thạch. Bên cạnh đó, mang luôn luôn ngậm một lượng nước đáng kể (99%).
Thành phần monosaccharide chính của thạch dừa là socboza nằm ở dạng L-socboza thường chứa trong vi khuẩn lên men dịch trái cây. Công thức cấu tạo của L-socboza là CH2OH-CO-HOCH-HCOH-HOCH-CH2OH.
3.1.1.3 Một số biến động trong quá trình lên men
Sự thay đổi pH trong quá trình lên men: một trong những điều kiện quan trọng để có được sự hoạt động sống của VSV là độ acid của môi trường
Acetobecter xylinum là một loài chịu acid nên môi trường được điều chỉnh về pH 3,5-4 bằng acid acetic nồng độ 40%. Nhận thấy trong 4 ngày đầu pH tăng dần từ 3,78- 3,91. Sau đó giảm dần đến ngày thứ 10 thì đạt giá trị 3.
Các quá trình đồng hóa ,dị hóa của vi sinh vật có liên đến việc tạo thành các acid hữu cơ như là sản phẩm trung gian và những sản phẩm cuối cùng của sự trao đổi chất. nấu là nguồn C không được sử dụng hết thì co 1thể có sự tích lũy acid hữu co tương ứng trong dịch nuôi cấy. Sự tích lũy và tỉ lệ acid hữu cơ phụ thuộc vào từng chủng trong mỗi loài vi khuẩn, vào thành phần của môi trường, vào sự thông khí và các nhân tố khác.Đối với Acetobecter xylinum việc lên men đi liền với hình thành acid dicacbixylic không bay hơi ( acid malic,fumaric,sucxinic), các ketoacid (acid oxaloacetic, pyruvic) như là các sản phẩm trung gian và các acid mono carboxylic bay hơi( acid propionic,acetic, đôi khi cả acid formic) như là các sản phẩm cuối cùng.
3.1.2 Quy trình sản xuất thạch dừa
3.1.2.1 Giải thích quy trình
Bước 1: chuẩn bị môi trường
Nước dừa già được thu nhận ở các nhà máy sản xuất cơm dừa nạo sấy. thành phần gồm: đường, protêin, dầu béo, khoáng, vitamin, hòa tan vào một số tạp chất khác .
Dùng vải lọc để loại bỏ tạp chất, vải lọc được cố định trên rổ lọc.Dịch nước dừa sau khi lọc được thu vào thùng chứa.Cặn trên vải lọc được tách ra ngoài.
Bổ sung dinh dưỡng: SA, (SH4)2HPO4, đường glucose là nguồn cung cấp Nitơ, khoáng,tạo môi trường tối ưu cho quá trình sinh tổng hợp sản phẩm.
Môi trường sau khi bổ sung dinh dưỡng được thanh trùng bằng cách đun sôi khoảng 10-15ph để tiêu diệt các vi sinh vật có trong môi trường. sau đó làm nguội.
Dùng acid acetic 40% chỉnh về pH= 3-3,5 chỉnh nhiệt độ đến 28-310C, thích hợp cho quá trình lên men.
Bước 2: Lên men.
Đổ môi trường vào các dụng cụ, cấy giống theo tỉ lệ 1:10, đậy thau , chậu bằng vải mỏng hoặc giấy báo . Giữ nhiệt độ phòng 28-310C