Luận án Tuyển chọn và cải thiện các chủng acetobacter xylinumtạo cellulose vi khuẩn để sản xuất và ứng dụng ở quy mô pilot

1 Chương 1. MỞ ĐẦU Thạch dừa ( Nata- de Coco) là một loại thực phẩm truyền thống của Philippines, được du nhập và phổ biến ở Việt Nam từ hơn 15 năm nay. Thạch dừa thực chất là sinh khối của vi khuẩn Acetobacter xylinum ( nuôi trên môi trường nước dừa già), mà thành phần chủ yếu là cellulose nên được gọi là cellulose vi khuẩn ( Bacterial cellulose – BC ). Trên thế giới, Acetobacter xylinum đã được nghiên cứu rất nhiều theo hướng sử dụng BC làm vật liệu mới trong nhiều lĩnh vực sản xuất và đời sống ngoài giá trị làm thực phẩm như thạch dừa. Các kết quả đạt được cho thấy tiềm năng ứng dụng độc đáo trong các lĩnh vực khác nhau như : thực phẩm, y học, mỹ phẩm, khoa học vật liệu, xử lý môi trường … [25, 35, 46, 47, 73 -76, 80 -83, 98, 106, 108, 109 ]. Từ năm 1997, khi bắt đầu làm đề tài Thạc sĩ trên đối tượng Acetobacter xylinum, nhận thấy tiềm năng to lớn của BC, nhóm chúng tôi tập trung nghiên cứu BC (Biopolymer) theo hướng sử dụng BC làm vật liệu mới để tìm các ứng dụng trong nhiều liõnh vực khác nhau. Đề tài “Tuyển chọn và cải thiện các chủng Acetobacter xylinum tạo cellulose vi khuẩn để sản xuất và ứng dụng ở quy mô pilot“ nhằm : * Mục tiêu: - Sản xuất cellulose vi khuẩn ở quy mô pilot, để từng bước hướng tới sản xuất BC quy mô công nghiệp. - Góp phần khai thác và mở rộng ứng dụng của cellulose vi khuẩn. Để đạt được 02 mục tiêu này, nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm: * Nội dung: Đề tài tiến hành có hệ thống như sau: 1. Giống - Xây dựng bộ sưu tập các chủng giống Acetobacter xylinum - Tuyển chọn các chủng thích hợp với các loại nguyên liệu lên men khác nhau - Cải thiện giống cho sản lượng BC cao 2 2. Nguyên liệu - Mở rộng việc sử dụng các nguồn nguyên liệu khác nguồn nước dừa già truyền thống ( có số lượng rất hạn chế và mang tính chất địa phương) như: mật rỉ đường, nước mía, tinh bột, dịch trái cây phế thải,… 3. Xác định các kiểu lên men và điều kiện lên men cellulose vi khuẩn ở phòng thí nghiệm - Đa dạng các kiểu lên men cellulose vi khuẩn : lên men bề mặt, lên men chìm. 4. Thử nghiệm lên men cellulose vi khuẩn quy mô pilot - Lên men bề mặt quy mô pilot trên diện tích rộng 1,5m2 - Lên men bề mặt quy mô pilot trên khay nhỏ - Lên men chìm quy mô pilot 5. Tìm các ứng dụng mới của cellulose vi khuẩn (BC): - Sử dụng BC làm chất nền ( matrix) để cố định tế bào vi khuẩn - Sử dụng BC làm giá đỡ (supporter) để lên men bán rắn thu sinh khối vi sinh vật. - Sử dụng tế bào vi khuẩn Acetobacter xylinum làm tác nhân kết dính. * Những điểm mới của luận án: Các điểm mới ở Việt nam: - Luận án là công trình đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu có hệ thống và đồng bộ quá trình lên men sản xuất cellulose vi khuẩn từ quy mô phòng thí nghiệm đến quy mô pilot qua các khâu: thu thập giống, tuyển chọn giống, cải tạo giống, nhân giống, khảo sát các biến động trong quá trình lên men. - Bộ sưu tập giống phong phú có kết hợp tuyển chọn giống thích hợp cho từng loại cơ chất như mật rỉ đường, nước mía,… - Đa dạng nguồn nguyên liệu lên men vừa phù hợp quy mô sản xuất lớn, vừa phù hợp với điều kiện ở Việt nam : ngoài nguồn nguyên liệu nước dừa già, có 3 thể sản xuất BC từ nguồn rỉ đường, nước mía, tinh bột, dịch trái cây phế thải. Đã xác định các điều kiện nuôi và hiệu quả trên từng loại nguyên liệu. - Xác định kiểu lên men phù hợp quy mô lớn: ngoài kiểu truyền thống lên men bề mặt, có thể sản xuất BC theo phương thức lên men chìm. Kiểu lên men chìm còn để phục vụ trong nhân giống cho quy mô lớn. Các điểm mới chưa đề cập trên thế giới: Dựa trên tính chất và cấu trúc của cellulose vi khuẩn, luận án còn khai thác một số ứng dụng mới của BC : - Sử dụng BC làm chất nền ( matrix) để cố định tế bào vi khuẩn. - Dùng BC làm giá đỡ (supporter) để thu sinh khối vi sinh vật. Nhờ 2 ứng dụng này đã tạo ra chế phẩm vi khuẩn Acetobacter xylinum , giúp thuận lợi hơn trong sản xuất BC ở quy mô lớn. - Sử dụng tế bào vi khuẩn Acetobacter xylinum làm tác nhân kết dính.