tiểu luận công nghệ vi sinh ứng dụng về exopolysaccharides

CÔNG NGHỆ VI SINH ỨNG DỤNG
EXOPOLYSACCHARIDES
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học – công nghệ, con người ngày càng tiếp cận
gần hơn, hiểu biết nhiều hơn đến thế giới sinh vật nói chung và hệ vi sinh vật nói
riêng. Và, với những bước tiến của mình, các nhà khoa học đã nghiên cứu thành
công rất nhiều những sản phẩm được sản xuất từ vi sinh vật, góp phần quan trọng
trong nền công nghiệp sản xuất, trong y học, trong xử lý môi trường, Và một trong
những sản phẩm quan trọng đó là exopolysaccharides.
GVHD: Th.S HỒ THIÊN HOÀNG Page 1
CÔNG NGHỆ VI SINH ỨNG DỤNG
A. TỔNG QUAN EXOPOLYSACCHARIDES ( EPS ) &
MÀNG SINH HỌC EXOPOLYSACCHARIDES
I. ĐỊNH NGHĨA
Exopolysaccharides là polyme có trọng lượng phân tử cao bao gồm dư lượng
đường, được tiết ra bởi một loại vi sinh vật vào môi trường xung quanh. Vi sinh vật
tổng hợp nhiều loại các polysaccharides đa chức năng bao gồm polysaccharides
trong tế bào, các polysaccharides cấu trúc và polysaccharides ngoại bào hoặc
exopolysaccharides (EPS). Exopolysaccharides thường bao gồm các monosacarit và
một số nhóm thể không carbohydrate (như acetate, pyruvate, succinate, và
phosphate).
Do sự đa dạng, phong phú trong thành phần, exopolysaccharides đã được ứng
dụng phong phú trong nhiều ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm. EPS của
vi sinh vật cung cấp đặc tính gần giống như chất gôm hiện đang sử dụng. Với
phương pháp tiếp cận sáng tạo, những nỗ lực đang được tiến hành để thay thế các
thiết bị truyền thống và phần lớn gôm bởi hệ vi sinh vật của mình. Hơn nữa, một
tiến bộ đáng kể đã được thực hiện trong việc phát hiện và phát triển các EPS vi sinh
vật mới có ý nghĩa trong công nghiệp.
II. CHỨC NĂNG
Những lợi ích cảm quan của exopolysaccharides từ vi khuẩn axit lactic cũng được
thành lập và có bằng chứng cho các thuộc tính về sức khỏe do exopolysaccharides

từ vi khuẩn axit lactic.
Exopolysaccharides Capsular có thể bảo vệ vi khuẩn gây bệnh và góp phần vào khả
năng lây bệnh nhân tạo của chúng. Phần đính kèm của vi khuẩn cố định nitơ ở rễ
cây và các phần tử trong đất, có ý nghĩa quan trọng đối với vùng xung quanh trong
đất của vùng rễ và lây nhiễm của thực vật, có thể được trung gian bởi
exopolysaccharides. Một ví dụ cho việc sử dụng công nghiệp của exopolysaccharides
là ứng dụng dextran trong bánh mì panettone và các ngành công nghiệp bánh.
Exopolysaccharides cũng có một vai trò quan trọng trong các bệnh nhiễm trùng nội
nha.
III. DANH SÁCH CÁC EXOPOLYSACCHARIDES
• acetan (Acetobacter xylinum)
• alginate (Azotobacter vinelandii)
• cellulose (Acetobacter xylinum)
• chitosan (Mucorales spp.)
GVHD: Th.S HỒ THIÊN HOÀNG Page 2
CÔNG NGHỆ VI SINH ỨNG DỤNG
• curdlan (Alcaligenes faecalis var. myxogenes)
• cyclosophorans (Agrobacterium spp., Rhizobium spp. and Xanthomonas spp.)
• dextran (Leuconostoc mesenteroides, Leuconostoc
dextranicum and Lactobacillus hilgardii)
• emulsan (Acinetobacter calcoaceticus)
• galactoglucopolysaccharides (Achromobacter spp., Agrobacterium
radiobacter, Pseudomonas marginalis, Rhizobium spp. and Zooglea' spp.)
• gellan (Aureomonas elodea and Sphingomonas paucimobilis)
• glucuronan (Sinorhizobium meliloti)
• N-acetyl-glucosamine (Staphylococcus epidermidis)
• N-acetyl-heparosan (Escherichia coli)
• hyaluronic acid (Streptococcus equi)
• indican (Beijerinckia indica)
• kefiran (Lactobacillus hilgardii)

• lentinan (Lentinus elodes)
• levan (Alcaligenes viscosus, Zymomonas mobilis, Bacillus subtilis)
• pullulan (Aureobasidium pullulans)
• scleroglucan (Sclerotium rolfsii, Sclerotium delfinii and Sclerotium
glucanicum)
• schizophyllan (Schizophylum commune)
• stewartan (Pantoea stewartii subsp. stewartii)
• succinoglycan (Alcaligenes faecalis var myxogenes, Sinorhizobium meliloti)
• xanthan (Xanthomonas campestris)
• welan (Alcaligenes spp.)
Succinoglycan từ Sinorhizobium meliloti
GVHD: Th.S HỒ THIÊN HOÀNG Page 3
CÔNG NGHỆ VI SINH ỨNG DỤNG
IV. MÀNG SINH HỌC EXOPOLYSACCHARIDES
Nhiều nhận định về vi khuẩn được dựa trên những nghiên cứu trong phòng thí
nghiệm nơi vi khuẩn tồn tại, lơ lửng trong môi trường giàu dinh dưỡng. Thế nhưng,
vi khuẩn trong thế giới tự nhiên thì “ứng xử” khác với vi khuẩn trong phòng thí
nghiệm. Là vì, thiên nhiên, nơi kẻ thù thì nhiều mà thức ăn lại không bao nhiêu, là
môi trường khắc nghiệt hơn nhiều so với phòng thí nghiệm. Để tồn tại, vi khuẩn phải
học cách bám lên bề mặt, liên kết chặt chẽ với các loài khác để cộng sinh và tự bảo vệ
mình. Cái thế giới thu nhỏ - gắn kết lại với nhau bằng một thứ "chất nhầy"
polysaccharides do vi khuẩn sản sinh ra , thành một thứ gọi là "Màng Sinh học".
Màng sinh học là cấu trúc thường gặp trong thế giới tự nhiên. Người yêu thủy sinh
vốn không lạ gì với cặn máy lọc hoặc váng trên mặt nước; đó (cặn hoặc váng trên
mặt nước) là những ví dụ điển hình của màng sinh học. Những trường hợp màng
sinh học được nghiên cứu nhiều nhất, là:
1. cao răng;
2. bệnh nhân bị xơ nang vì viêm phổi mãn tính;
3. ống nước và thân tàu bị ăn mòn;
4. sự nhiễm bẩn ở các thứ như kính áp tròng, tim nhân tạo và các thiết bị cấy ghép y

khoa.
Lý do khiến vi khuẩn gắn vào và tạo nên màng sinh học lên bề mặt là vì bề mặt là
nơi chất dinh dưỡng tích tụ lại. Chính do mọi bề mặt đều có điện tích âm, điện tích
âm thì sẽ hút ion dương và cacbon hữu cơ hoà tan.
Rồi các hợp chất mang điện tích dương tích tụ lại bên nhau lại sẽ thu hút các hợp
chất mang điện tích âm.
Vì thế, ngay cả trong môi trường nước nghèo chất dinh dưỡng, thường cũng có vừa
đủ chất hữu cơ bám vào bề mặt để giúp vi khuẩn phát triển. Khi các hợp chất hữu
cơ tụ lại trên mặt nước, chúng sẽ thu hút các vi khuẩn, tảo và động vật nguyên sinh
thích ăn chúng đến, theo thời gian sẽ phát triển thành một màng sinh học, được gọi
là neuston (sinh vật sống trong màng mặt nước/váng bề mặt).
Vi khuẩn bám vào bề mặt theo nhiều cách khác nhau. Vài loài vi khuẩn tự bản thân
đã có tính kết dính: cơ bản chúng là “cục keo” bao phủ bởi các màng dính
lipopolysaccharide hoặc bởi các phần phụ gốc prôtêin. Các vi khuẩn khác chỉ tổng
hợp chất kết dính cần thiết khi xuất hiện bề mặt cho chúng bám vào. Chẳng hạn
như, trong vòng 15 phút khi vi khuẩn gây viêm đường hô hấp Psuedomonas
aeruginosa gặp một mặt kính, nó sẽ kích hoạt ngay một gen cần để tổng hợp
GVHD: Th.S HỒ THIÊN HOÀNG Page 4
CÔNG NGHỆ VI SINH ỨNG DỤNG
polysaccharide. Khi vi khuẩn đã gắn vào bề mặt, chúng chia ra và liên tục sản xuất
thật nhiều polysaccharides để tạo nên màng sinh học hoàn chỉnh.
Một Màng Sinh học hòan chỉnh có thể dầy từ 600-900 µm, tức là dầy gấp mấy trăm lần
một con vi khuẩn đơn lẻ.(một con vi khuẩn dài khoảng 1µm).
Màng sinh học không phải là một chất vô định hình, hay một khối đặc sệt các
polysaccharides và vi khuẩn; nó có tổ chức và cấu trúc. Thậm chí là khu vực dầy nhất
của màng sinh học cũng cho luồng nước chảy qua. Nước chảy qua các cấu trúc hình
nấm của những khối cầu vi khuẩn, qua đó, cung cấp dinh dưỡng cho chúng và đem chất
thải đi.
Rõ ràng, cấu trúc bên trong của màng sinh học không được cấu thành theo cách
ngẫu nhiên. Các nhà nghiên cứu cho biết có sự trao đổi thông tin liên tục diễn ra giữa

các vi khuẩn để đảm bảo màng sinh học được hình thành một cách chính xác. (Các vi
khuẩn đột biến không thể truyền thông với nhau để tạo nên các màng sinh học bất
thường.) Các màng sinh học không luôn luôn giống y chang nhau, theo kiểu gồm
nhiều lớp vi khuẩn hiếu khí bên trên và nhiều lớp vi khuẩn kỵ khí phía dưới. Do các
luồng nước chảy qua khuấy động nên các vi khuẩn kỵ khí và hiếu khí song song tồn
tại trong các hốc nhỏ ở khắp trong màng sinh học. Vì thế, các nhà nghiên cứu thiệt
ngạc nhiên khi thấy quá trình khử nito xảy ra trong một bộ lọc xục khí vốn dùng để
xử lý nước thải. Họ thấy lượng vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn tạo nitơ (nitrat hóa), vi
khuẩn khử nitơ, và vi khuẩn kỵ khí, cả ở đáy và trên cùng, bằng y như nhau. Và làm
thêm những thí nghiệm khác, họ thấy có các hoạt động trao đổi chất qua lại giữa
các vi khuẩn tạo nito (hiếu khí) và vi khuẩn khử nito (ky ̣khí) y như nhau ở cả tầng
đáy cũng như tầng trên cùng.
Có thể vi khuẩn tạo nito và các vi khuẩn khác đã lập được một mối quan hệ tương hỗ
hai bên cùng có lợi và chặt chẽ trong các màng sinh học của các bộ lọc sinh học. Vì
các vi sinh hiếu khí bình thường phóng thích NH
3
trong quá trình phân hủy các hợp
chất hữu cơ, các vi khuẩn tạo nito có thể dùng NH
3
(cố định đạm) làm nguồn năng
lượng cho mình. Rồi đến lượt các vi khuẩn khử nito chuyên tiêu thụ acid, nên, có thể đã
bảo vệ cho các vi khuẩn tạo nito - vốn đặc biệt nhạy cảm với tính acid.
Vi khuẩn trong màng sinh học có nhiều thuận lợi hơn là những vi khuẩn lơ lửng tự
do trong nước. Trước hết, chúng chia sẻ thông tin di truyền và trao đổi chất cho nhau.
Ví dụ như, trong màng sinh học ở cao răng, vi khuẩn Veillonella sử dụng lactate do vi
khuẩn Streptococcus sinh ra. Thứ nhì, vi khuẩn trong màng sinh học được bảo vệ khỏi
kẻ thù và các hoá chất độc hại.
GVHD: Th.S HỒ THIÊN HOÀNG Page 5
CÔNG NGHỆ VI SINH ỨNG DỤNG
Trong thế giới dưới nước, màng sinh học bảo vệ vi khuẩn khỏi bị các động vật

nguyên sinh, các loại tảo độc hại (dinoflagellates - tảo roi) và khuẩn độc
(Myxobacteria - niêm khuẩn) làm hại.
Về bệnh của người, màng sinh học giúp vi khuẩn không bị thuốc kháng sinh, hóa chất,
kháng thể, tế bào miễn dịch, làm hại.
Vì thế, các tế bào lơ lửng của trực khuẩn mủ xanh - Pseudomonas aeruginosa sẽ bị
tiêu diệt bởi 0,050 mg/ml tobramycin - kháng sinh dùng trong thuốc nhỏ mắt trong khi
nhiều hơn thế 20 lần thuốc này (0.1 mg/ml) mà vẫn không diệt được trực khuẩn mủ
xanh khi nó là hoá chất ức chế nito - nitrapyrin, sự tăng trưởng của vi khuẩn trong
trường hợp cấy màng sinh học không bị ảnh hưởng gì cả, còn sự tăng trưởng của vi
khuẩn sống trong môi trường cấy lơ lửng bị giảm 82 %.
Các nhà nghiên cứu đã dùng kết quả thí nghiệm của họ để giải thích tại sao chất ức
chế nito (nitrapyrin) không ngăn chặn được quá trình sinh ra nito ngoài thực tế
cho nông dân, như đã tiên liệu theo nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. Vì thế, tuy
chất ức chế ni-tơ (nitrapyrin) là chất ức chế hiệu quả đối với N.europaea sống lơ lửng
trong môi trường giàu dinh dưỡng trong phòng thí nghiệm, nhưng lại không có hiệu
lực trong những điều kiện khi vi khuẩn có thể bám vào các hạt đất và trú ngụ bên
trong màng bảo vệ sinh học.
Một vài ứng dụng của màng sinh học là dùng để Lọc sinh học và làm màng trị bỏng
Lọc sinh học:
Lọc sinh học (biofiltration) là một công nghệ điều khiển sự ô nhiễm mới. Nó bao
gồm sự loại bỏ và ô xi hóa những hợp chất khí bị nhiễm bẩn nhờ vi sinh vật.
Lọc sinh học được thiết lập rất tốt trong công nghệ điều khiển ô nhiễm ở Đức và Hà
Lan và nó cũng thu hút được sự quan tâm ở Bắc Mỹ.
Lọc sinh học có thể xử lý những phân tử khí hữu cơ- những hợp chất hữu cơ bay
hơi ( Volatile Organic Compound- VOC's) hoặc các hợp chất cacbon, hay những chất
khí độc vô cơ- amoniac hay H
2
S.
Lọc sinh học sử dụng vi sinh vật để phân hủy những hợp chất hữu cơ ( hoặc biến
đổi những hợp chất vô cơ) thành cacbonic, nước và muối. Khi hệ thống lọc sinh học

được lắp đặt, vi sinh vật đã có sẵn trong nguyên liệu mà ở đó nó được sử dụng như
một lớp lọc. Trong các phòng thí nghiệm, với mục đích tăng cường tốc độ phân hủy,
vi sinh vật được cân nhắc đến đầu tiên là hiệu quả của chúng trong việc phân hủy
của nguyên liệu được nghiên cứu.
Nguyên liệu lọc thường là than bùn, đất, phân compốt hay cây thạch nam, tuy
nhiên bột cacbon đã được hoạt hóa và polysterene cũng có thể được sử dụng. Sự
lựa chọn nguyên liệu lọc là vô cùng quan trọng bởi vì nó phải cung cấp cho vi sinh
GVHD: Th.S HỒ THIÊN HOÀNG Page 6
CÔNG NGHỆ VI SINH ỨNG DỤNG
vật dinh dưỡng, sự phát triển về mặt sinh học, và có dung tích hấp thụ tốt.
Quá trình sinh học là một sự ô xi hóa nhờ vi sinh vật, và có thể được viết như sau:
Hợp chất gây ô nhiễm + Oxi -> CO2+ H2O + nhiệt + sinh khối
Vi sinh vật sống trong lớp màng sinh học ẩm , mỏng, nơi được bao bọc xung quanh
các phần tử của nguyên liệu lọc. Khí bẩn được khuyếch tán trong hệ thống lọc và
được hấp thụ bên trên màng sinh học. Thực tế đây là vị trí mà quá trình ô xi hóa
được thực hiện. Các chất bẩn không được luân chuyển cố định đến nguyên liệu lọc.
Màng trị bỏng:
Người ta dùng màng sinh học để ngăn ngừa biến chứng nhiễm trùng vết thương
bỏng, tạo điều kiện che phủ sớm vết thương. Qua đó, rút ngắn thời gian điều trị và
giảm thiểu sẹo xấu trên vùng bỏng sâu.
Chế phẩm này của nhóm nghiên cứu có khả năng thấm nước cao, khả năng kết
dính chặt chẽ và trơ về mặt hóa học nên nó có vai trò như màng sinh học, có thể
thay thế da tạm thời.
Màng có khả năng diệt 100% vi khuẩn thường gây ra các nhiễm trùng vết thương
hở da như vết bỏng, hay các vết thương mất. Chỉ cần áp sát màng vào vết thương
và không cần sử dụng bất cứ thứ gì khác, màng đã có khả năng cản khuẩn, đồng
thời, làm vết thương mau lành do thúc đẩy quá trình tái tạo mô hạt.
B. TỐI ƯU HÓA SẢN XUẤT EXOPOLYSACCHARIDE BẰNG Lactobacillus
delbrueckii subsp. bulgaricus RR TRONG MÔI TRƯỜNG BÁN TỔNG HỢP -
Stacy A. Kimmel, Robert F. Roberts, Gregory R. Ziegler.

(Bộ phận Khoa học – Thực Phẩm, Đại Học Tiểu Bang Pennsylvania, University Park,
Pennsylvania 16802.)
Nhiệt độ lên men tối ưu, pH, và nồng độ nito cho quá trình sản xuất
exopolysaccharide bởi Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus RR trong một
môi trường bán tổng hợp đã được xác định bằng cách sử dụng phương pháp phản
ứng trên bề mặt. Việc thiết kế bao gồm 20 thí nghiệm, 15 kết hợp độc đáo, và 5 ứng
dụng. Tất cả các quá trình lên men đã được thực hiện trong nồi lên men 2,5l thể
tích làm việc và kết thúc khi 90% glucose trong môi trường đã được sử dụng. Quần
thể L. delbrueckii subsp. bulgaricus RR và hàm lượng exopolysaccharide được xác
định vào cuối mỗi quá trình lên men. Nhiệt độ tối ưu, pH, và nồng độ nito trong sản
xuất exopolysaccharide là 38 ° C, pH = 5, và 30 g / lít, với sản lượng dự đoán là 295
mg exopolysaccharide/lit . Năng suất thực tế theo những điều kiện này là 354 mg
exopolysaccharide / lít, trong khoảng tin cậy 95% (217-374 mg của
exopolysaccharide / lít). Một thí nghiệm bổ sung thực hiện theo điều kiện tối ưu cho
thấy sản xuất exopolysaccharide thu được sự tăng trưởng kết hợp, với sản xuất tại
GVHD: Th.S HỒ THIÊN HOÀNG Page 7
CÔNG NGHỆ VI SINH ỨNG DỤNG
điểm cuối thích hợp thu 101.4 mg / g tế bào khô. Cuối cùng, để có được vật liệu cho
các đặc tính hơn nữa, một quá trình lên men 100 lít đã được tiến hành trong điều
kiện tối ưu. 29g exopolysaccharide được phân lập từ ly tâm, lọc nước lên men và
kết tủa bởi ethanol.
Sự quan tâm về vi khuẩn axit lactic sản xuất exopolysaccharide (EPS) đã tăng lên
gần đây bởi vì đây là những loại sinh vật thực phẩm sản xuất polymer quan trọng
trong việc xác định các đặc tính lưu biến của các sản phẩm từ bơ sữa và có thể ứng
dụng vào thực phẩm không chứa bơ sữa . Khi thêm vào sản phẩm thực phẩm,
polysaccharides mang chức năng như chất làm đặc, ổn định, chất chuyển thể sữa,
tác nhân làm đông , và tác nhân giữ nước . Để đánh giá các thuộc tính chức năng
mà EPSs mang đến lợi ích trong thực phẩm yêu cầu có sẵn nguồn nguyên liệu với
đầy đủ số lượng. Điều này thường đòi hỏi việc thử nghiệm từ lên men quy mô thí
điểm đến quy mô công nghiệp một khi điều kiện tối ưu đã được xác định.

Sự tối ưu hóa môi trường tăng trưởng là điều quan trọng để thu được EPS tối đa
sản xuất bởi các sinh vật như Xanthomonas, Pseudomonas, và Rhizobium
spp.Những kết quả đã được công bố để tối ưu hóa sản xuất EPS bởi vi khuẩn axit
lactic bao gồm các nghiên cứu đánh giá tác động của điều kiện môi trường như
nhiệt độ và độ pH . Một số các nghiên cứu kiểm tra tác động của nhiệt độ bằng cách
sử dụng các chủng Lactobacillus delbrueckii subsp sản xuất EPS . Garcia-Garibay và
Marshall nhận thấy rằng sự sản xuất polymer tương ứng (tương đương 1 1 mg
dextran / 1 đơn vị khuẩn lạc ) của chủng NCFB 2772 phát triển ở sữa gầy ở nhiệt
độ (48
o
C) cao hơn so với ở nhiệt độ tối ưu cho sự tăng trưởng (37-42 ° C). Sự sản
xuất polymer tương ứng cao hơn (1 mg/1 gram các tế bào [trọng lượng khô]) ở
nhiệt độ cao hơn (45 ° C) cũng được tìm thấy bởi Grobben et al, ngưởi đã kiểm tra
sự sản xuất EPS bởi cùng một chủng trong môi trường xác định . Mozzi et al đã
nhận thấy một mối tương quan giữa nhiệt độ tăng trưởng tối ưu (37 đến 42 ° C) và
sản xuất polymer từ chủng CRL 870. Ngược lại, Schellhaass báo cáo sản lượng
polymer cao hơn bởi chủng RR ở nhiệt độ dưới mức nhiệt độ tối ưu cho sự tăng
trưởng.
Van den Berg et al. đã tiến hành một nghiên cứu đánh giá tác động của nhiệt độ và
độ pH trong sản xuất EPS từ chụng L. shake. 0-1. Họ nhận thấy, bằng cách sử dụng
phép theo dõi một biến tại một thời gian (OVAT), sản xuất EPS tối đa xảy ra ở 20 °
C và pH 5,8. Một nghiên cứu khác của Mozzi et al. nhận thấy rằng sự tổng hợp
polymer tối đa (488 mg / lít) từ chủng L. casei CRL 87 xảy ra ở 30 ° pH 6,0. Tuy
nhiên, điều kiện sản xuất tối ưu nhất (EPS được sản xuất mỗi gram theo trọng
lượng khô của tế bào) và năng suất EPS (gam EPS x 100/grams của đường tiêu
thụ) đã được tìm thấy ở pH 4.0.
GVHD: Th.S HỒ THIÊN HOÀNG Page 8
CÔNG NGHỆ VI SINH ỨNG DỤNG
Đối với một số vi khuẩn sản xuất EPS , chẳng hạn như Xanthomonas,
Pseudomonas, và Rhizobium spp, trong những điều kiện nguồn nitơ hạn chế kết

quả sản xuất EPS sẽ tăng lên. Tác động của nồng độ nitơ ảnh hưởng đến sản xuất
EPS bởi các chủng lactobacilli không được kiểm tra.
L. delbrueckii subsp.bulgaricus RR là một chủng sản xuất EPS phổ biến. Hiệu quả
của việc sử dụng L. delbrueckii subsp. Bulgaricus RR trong quá trình khởi đầu nuôi
cấy trên các đặc tính lưu biến của thạch sữa (sữa chua) được kiểm tra dưới nhiều
điều kiện khác nhau . Ngoài ra, thành phần monosaccharide và sự lặp đi lặp lại cấu
trúc của EPS được sản xuất bởi L. Delbrueckii subsp. bulgaricus RR đã được xác
định .Tuy nhiên, đặc tính tương tác giữa các protein sữa và EPS được sản xuất bởi
L. delbrueckii subsp. bulgaricus RR, cũng như đánh giá ảnh hưởng chức năng của
EPS đến hệ thống thực phẩm không lên men, đã bị cản trở bởi vì không có đủ số
lượng các polymer có chức năng.
Mục tiêu của công việc hiện tại là xác định điều kiện tối ưu về nhiệt độ, pH, và nồng
độ nito cho sản xuất EPS bởi chủng subsp L. delbrueckii. bulgaricus RR trong môi
trường bán xác định bằng cách sử dụng thiết kế bề mặt phản ứng thử nghiệm và
sử dụng các điều kiện này để sản xuất EPS mang nhiều đặc tính hơn nữa.
I. VẬT LIỆU & PHƯƠNG PHÁP
1. Chủng vi khuẩn và quá trình nuôi cấy
L. delbrueckii subsp. bulgaricus RR ban đầu thu được từ phòng thí nghiệm của H.A
Morris (Đại học Minnesota, St Paul) và duy trì trong môi trường MRS (Difco).
Nguyên liệu của quá trình nuôi cấy được chuẩn bị bằng cách trộn với môi trường
nuôi cấy thuần khiết từ 12 đến 16h ở 42 ° C trong canh trường MRS, kết hợp với
10% glycerol và được bảo quản ở -75
o
C. Môi trường nuôi cấy chính thức đã được
chuẩn bị bằng cách chuyển 0,5 ml môi trường nuôi cấy được đông lạnh ở trên với
10 ml canh trường MRS và ủ nó từ 12 đến 18 h ở 40 ° C. Môi trường làm việc của
chủng RR đã được chuyển giao (1% [vol / vol) lên 20 ml canh trường MRS và ủ từ
12 đến 18 h 40 ° C. Dung dịch tiền nuôi cấy này đã được ly tâm ở 8000 × g và 4 ° C
trong 10 phút và rửa sạch hai lần với 20 ml nước cất vô trùng. Dịch treo tế bào
(trong nước cất vô trùng) được sử dụng để cấy khối lượng lớn (2,0 lít) của môi

trường bán tổng hợp (semidefined medium - SDM).
2. Môi trường nuôi cấy
Môi trường bán tổng hợp ( SDM ) sử dụng như môi trường cơ sở cho các thí
nghiệm EPS có các thành phần sau đây (g/l): dextrose, 20, 80 Tween, 1, ammonium
citrate, 2, sodium acetate, 5; MgSO4 • 7H2O, 0.1, MnSO4, 0.05; K2HPO4, 2, nấm men
GVHD: Th.S HỒ THIÊN HOÀNG Page 9
CÔNG NGHỆ VI SINH ỨNG DỤNG
nitơ cơ sở mà không amoni và axit amino (Difco), 5; Bacto casitone (Difco), 10. Độ
pH của tất cả môi trường đã được điều chỉnh đến 6,5 ± 0,2 trước khi khử trùng
bằng cách làm nóng trong 15 phút ở 121 ° C. Glucose được khử trùng một cách
riêng biệt và thêm vào môi trường. Quá trình làm việc trong phòng thí nghiệm của
chúng tôi chỉ ra rằng thời gian thế hệ mới cho dòng RR MRS và SDM không khác
biệt đáng kể ở 42 ° C và các phương tiện can thiệp tối thiểu với các xét nghiệm
được sử dụng để định lượng EPS.
3.Thiết kế thử nghiệm
Để xác định các điều kiện tối ưu cho EPS sản xuất từ chủng RR, một phản ứng bề
mặt được thiết kế thử nghiệm bằng cách sử dụng một mô hình bậc hai được tạo ra
bằng cách sử dụng Echip (eChip, Inc, Hockessin, Del). Ba yếu tố khả biến được đưa
vào mô hình: nhiệt độ (35-45 ° C), pH (4-6), và Bacto Casitone (nitơ) tập trung (10
- 30 g / lít) của môi trường tăng trưởng. Các thiết kế có 20 thí nghiệm, 15 sự kết
hợp, và năm lần lập lại (xem Bảng 1).
4. Sự lên men
Tất cả các quá trình lên men tối ưu hóa được thực hiện trong một khối lượng làm
việc 2,5 lít Bio-flow III (New Brunswick, Edison, NJ) lên men chìm. Sau khi cấy, độ
pH giảm từ 6,5 đến điểm thiết lập để sản xuất axit lactic. pH sau đó đã được duy trì
ở điểm thiết lập bằng cách thêm 5 N NaOH. Sự khuấy trộn được duy trì 200 rpm
suốt quá trình lên men. Ngay trước khi cấy, môi trường được rửa với nitơ trong 20
phút với tốc độ 1 lít / phút. Mẫu (khoảng 30 ml) đã được loại bỏ theo chu kì đều
đặn và phân tích cho sự tăng trưởng, glucose, và EPS như mô tả dưới đây. Quá
trình lên men được chấm dứt khi 90% glucose ban đầu được sử dụng.

5. Phép đo tăng trưởng.
Mức tăng trưởng này được theo dõi bằng kĩ thuật đo quang (650 nm) và nuôi cấy
trên đĩa với độ pha loãng thích hợp trên môi trường thạch MRS, tiếp theo là ủ kỵ
khí trong 48 giờ ở 42 ° C. Với thử nghiệm sơ bộ, xác định trọng lượng khô tế bào
được thực hiện trên bản sao mẫu 10 ml canh trường lên men. Mỗi mẫu được ly tâm
(8000 × g trong 10 phút) và rửa sạch hai lần với nước cất. Các hạt nhỏ được tách
huyền phù trong 5 ml nước cất, sấy khô ở nhiệt độ 97 ° C trong 5 h, và sau đó được
cân lại.
6. Phân tích glucose
Glucose của môi trường trong quá trình lên men đã được theo dõi bằng sắc ký lỏng
hiệu suất cao. Các column và đầu dò được duy trì ở mức 35 ° C. Dung môi 0,005 M
sulfuric acid, đã được chuyển tại một tốc độ dòng chảy 0,6 ml / phút. Dữ liệu được
GVHD: Th.S HỒ THIÊN HOÀNG Page 10
CÔNG NGHỆ VI SINH ỨNG DỤNG
thu thập bằng cách sử dụng hệ thống thu thập dữ liệu SSI Vision IV (khoa học
Systems Inc, State College, Pa). Glucose được định lượng bằng cách liên hệ các khu
vực cao điểm để có một đường cong tiêu chuẩn.
7. Định lượng EPS
Các bước được sử dụng cho định lượng EPS được dựa trên mô tả bởi Gancel và
Novel. Khoảng 10 g môi trường nuôi cấy đã được cân chính xác vào một ống ly tâm
50 ml và sau đó đun nóng trong một cốc nước sôi trong 10 phút để bất hoạt các
enzym có khả năng làm suy thoái polime. Mẫu được làm lạnh tới nhiệt độ phòng,
100 ml 5% (wt / vol) pronase E (EC 3.4.24.31, Sigma Chemical Co, St Louis,
Missouri), dạng dung dịch được bổ sung, và hỗn hợp đã được ủ trong 1 giờ ở 37 ° C
trong một bồn nước. Sau khi protein hóa, 250 ml 80% (wt / vol) axit tricloaxetic đã
được bổ sung và mẫu được trộn đều và được bảo quản ở 4 ° C tối thiểu là 30 phút
và sau đó ly tâm (8000 × g trong 20 phút) để loại bỏ các tế bào và protein. Các chất
nổi trên mặt được chiết ra bình vào ống thẩm tách (trọng lượng phân tử cắt, 6.000
đến 8.000) và thẩm tích 48 giờ so với bốn thay đổi của nước cất. Tất cả các xét
nghiệm được thực hiện nhiều lần, và các thủ tục tương tự đã được thực hiện với

môi trường chưa cấy giống. Nồng độ carbohydrate của retentate được xác định
bằng cách sử dụng phương pháp phenol-sulfuric acid. Khảo nghiệm carbohydrate
đã được điều chỉnh bằng cách sử dụng một hỗn hợp OFD-galactose, D-glucose,
andL-rhamnose (05:01:01), và kết quả được báo cáo bằng số mg carbohydrate mỗi
lít. Các giá trị hiển thị cho EPS được tính toán bằng cách loại bỏ số lượng tạp nhiễm
trong môi trường chưa cấy giống (khoảng 44 mg carbohydrate / lít) từ số lượng
trong canh trường lên men.
8. Sản xuất với quy mô lớn và thu hồi EPS
Sản xuất EPS quy mô lớn được thực hiện trong một mạch lên men 100 lít (khối
lượng) (Bio-service, Allentown, Pa). Sự khuấy trộn đã được duy trì ở mức 100 rpm,
và hệ thống lên men kín đã được rửa bằng nitơ trong quá trình tiệt trùng để có
được một môi trường kỵ khí. Nhiệt độ, sự khuấy trộn, và độ pH đã được theo dõi và
kiểm soát với một máy tính Macintosh (Apple Computer Inc., Cupertino, California)
và một chương trình phát triển trong nhà bằng cách sử dụng hệ thống phòng thí
nghiệm phát triển (National Instruments, Austin, Texas). Một mô hình 2700 Select
Biochemistry Analyzer (YSI Biochemical Products, Yellow Springs, Ohio) đã được sử
dụng để giám sát việc sử dụng glucose trong suốt quá trình lên men và phục hồi.
Các thiết bị đầu cuối (90% glucose được sử dụng), sự khuấy trộn đã được tăng lên
đến 350 rpm và nhiệt độ của bể chứa đã được nâng lên đến 100 ° C. Sau 15 phút ở
100 ° C, bể chứa được làm lạnh đến 37 ° C và 100 ml 1 5% (wt / vol) pronase E (EC
3.4.24.31; Sigma Chemical Co) được bổ sung. Sau 60 phút ở 37 ° C, 250 ml 80%
GVHD: Th.S HỒ THIÊN HOÀNG Page 11
CÔNG NGHỆ VI SINH ỨNG DỤNG
(wt / vol) axit tricloaxetic đã được bổ sung và bể chứa được làm lạnh xuống 17 ° C.
Sau khi được xử lý, canh trường lên men đã được bơm vào một máy ly tâm
Sharples A316Y (Sharples Inc, Warminster, Pa) và ly tâm ở 16.800 rpm để loại bỏ
các tế bào và protein. EPS đã được cô đặc bằng cách siêu lọc canh trường lên men
bằng cách sử dụng một màng cellulose tái sinh trong hệ thống siêu lọc 50 RL
(Millipore Corp.). Các chất tan có kích thước nhỏ được loại bỏ bằng 1 hệ thống
màng lọc chĩ loại bỏ các chất có kích thước nhỏ và giữ lại các phân tử lớn. Các bộ

lọc chứa EPS được đặt trong một bình 20 lít, và EPS đã bị kết tủa bằng cách thêm 2
khối lượng ethanol 95% lạnh và sau đó được lưu trữ trong 2 ngày ở 4 ° C. Lớp trên
cùng của chất lỏng được chiết ra bình, và lớp dưới cùng, trong đó có EPS kết tủa,
được đặt trong chai và ly tâm ở 8000 × g và 4 ° C trong 20 phút. Các hạt nhỏ đã
được gỡ bỏ, tách huyền phù trong nước cất, và đông khô (-40 ° C). Hàm lượng
protein của vật liệu khô đã được đo theo phương
pháp Bradford , nồngđộ carbohydrate tổng số được xác định theo phương
pháp phenol-sulfuric acid , vàđộ ẩm được đo bằng trọng lượng vật liệu trước và
sau khi đông khô (-40 ° C).
II. KẾT QUẢ
Tối ưu hóa sản xuất EPS. Một thiết kế thử nghiệm phản ứng bề mặt đã được sử
dụng để xác định nhiệt độ tối ưu, pH, và nồng độ Bacto-casitone cho sản xuất EPS
bằng chủng RR. Kết quả thu được từ tất cả các thí nghiệm trong thiết kế được trình
bày trong bảng 1. Chạy 18( thử nghiệm 9) bị lọai trừ từ các phân tích dữ liệu bởi vì
điều kiện sinh trưởng quá nghiêm ngặt và điểm cuối (90% sử dụng Glucose) đã
không đạt được trong vòng 168 giờ. Nhiệt độ tối ưu, pH, và nồng độ Bacto-casitone
để sản xuất EPS được xác định ở 38°C, 5và 30g/l, tương ứng (hình 1),với điều kiện
như trên dự đóan sản xuất được nhiều nhất là 295mg EPS/l.
GVHD: Th.S HỒ THIÊN HOÀNG Page 12
CÔNG NGHỆ VI SINH ỨNG DỤNG
HÌNH 1: Biểu
đồ
đường đồng mức
của EPS sản xuất
bởi L.
subsp.bulgaricus delbrueckii RR
30 g của Bacto-casitone mỗi lít như một hàm số của nhiệt độ và độ pH.
Đường đồng mức với những con số đáng kể khác nhau (P <0,05). Các đường
chéo là ranh giới thiết kế, tức là, điều kiện thí nghiệm bên dưới dòng này
không có trong thiết kế.

Năng suất thực tế theo những điều kiện này là 354mg EPS/l, điều này chính xác
95% so với dự đóan ( lý thuyết).Một lô của các kết quả chỉ ra rằng có thể thu được
sản lượng EPS cao hơn nếu nồng độ Bacto-casitone lớn hơn 30g/l (hình 2). Để khảo
sát, một thí nghiệm được tiến hành ở nhiệt độ tối ưu (38°C) và độ pH (5.0) với nồng
độ Bacto-casitone 40g/l.Sản xuất EPS dưới những điều kiện này đã được tìm thấy
là 324g/l, thấp hơn sản lượng của EPS được sản xuất trong điều kiện tối ưu (Bảng
1).Khi kết quả này được đưa trong phân tích, dự đóan tối ưu và ý nghĩa mối quan
hệ giữa các điều kiện tăng trưởng và phản ứng biến đổi (biến dị) không có sự thay
đổi. Bảng 2 cung cấp các hệ số của các mô hình thống kê thu được từ những phản
ứng bề mặt, cũng như ý nghĩa thống kê của mỗi kỳ.
Để tạo thành các điều kiện tối ưu cho sản xuất EPS bằng chủng RR, một thử nghiệm
được tiến hành ở 38°C, pH = 5, 30g/l Bacto-casitone.Tốc độ tăng trưởng và sản
xuất EPS được theo dõi trong suốt quá trình lên men.Sự tạo thành đó cho thấy sản
xuất EPS có liên quan đến sự tăng trưởng, ví dụ như, sản xuất EPS kèm theo sự
phát triển của sinh vật, với một sản phẩm cụ thể ở điểm cuối 101.4mg EPS/g tế bào
khô và một số lượng sản phẩm cụ thể trong quá trình tăng trưởng của 0.472mg
EPS/g tế bào/h (xem hình 4).
GVHD: Th.S HỒ THIÊN HOÀNG Page 13
CÔNG NGHỆ VI SINH ỨNG DỤNG
Sự phân lập và phục hồi của EPS. Để có được vật chất để tiếp tục xác định đặc
điểm, một quá trình lên men 100 lít được thực hiện bằng cách sử dụng những điều
kiện tối ưu cho sản xuất EPS (38°C, pH =5, 30g/l Bacto-casitone).Sau khi lọc EPS
lắng lại và lọai bỏ vật liệu có phân tử lượng thấp. 5 lít EPS có chứa retentate đã
được thu.Sau khi dùng ethanol kết tủa retentate và đông khô, thu được 29.2g
semipure polysaccharide (bảng 3).
BẢNG 1: Kết quả thí nghiệm lên men được thực hiện để tối ưu hóa sản xuất
EPS L. RR subsp.bulgaricus delbrueckii
a. mỗi thử nghiệm với số lần khác nhau cho thấy một tập hợp các điều kiện thí
nghiệm
b. chạy biểu thị thứ tự mà trong đó các thí nghiệm đã được tiến hành

c. thời gian mà 90% của glucose trong môi trường phát triển đã được sử dụng
được phát hiện bằng sắc ký lỏng cao áp
d. được tính bằng cách trừ đi số lượng can thiệp sau trong môi trường chưa cấy
giống từ số lượng trong canh trường dùng trong lên men.
e. kết quả của một thí nghiệm được tiến hành để kiểm tra dự đoán điều kiện tối ưu
GVHD: Th.S HỒ THIÊN HOÀNG Page 14
CÔNG NGHỆ VI SINH ỨNG DỤNG
f. kết quả của một thử nghiệm được thực hiện với Bacto-casitone 40g/lit
III. BÀN LUẬN
Sự tối ưu hóa của sản xuất EPS,thí nghiệm được thiết kế để nghiên cứu ba điều
kiện sinh trưởng( nhiệt độ,PH,và nồng độ Bacto casitone) có khả năng ảnh hưởng
đến sự sản xuất EPS.Sự ảnh hưởng của nguồn carbon trong sản xuất EPS không
được nghiên cứu bởi vì các thí nghiệm khác đã có biểu hiện,nói chung sản lượng
glucose cung cấp(từ 10 – 20 g/lít) để thu được sản lượng EPS cao.
HÌNH 2: Đồ thị ba chiều của EPS sản xuất bởi L. delbrueckii subsp. bulgaricus
RR ở pH 5.0 là một hàm số của nhiệt độ và nồng độ Bacto casitone.
GVHD: Th.S HỒ THIÊN HOÀNG Page 15
CÔNG NGHỆ VI SINH ỨNG DỤNG
BẢNG 2: Hệ số xác định mô hình phản ứng
a Y = β
0
+ β
1
(T − 40) + β
2
(pH − 5) + β
3
(casitone − 20) + β
4
(T − 40) (pH − 5) + β

5
(T −
40)(casitone − 20) + β
6
(pH − 5)(casitone − 20) + β
7
(T − 40)
2
+ β
8
(pH − 5)
2
+
β
9
(casitone − 20)
2
, trong đó T là nhiệt độ lên men (° C), pH là độ pH của môi trường
trong quá trình lên men, và casitone là số gam Bacto-casitone mỗi lít trong môi
trường phát triển.
b. Thời gian ở đó, 90% của glucose trong môi trường phát triển đã được sử dụng
bởi các sinh vật. Thời gian để thiết bị đầu cuối đã có một thiếu hụt đáng kể phù hợp
(P <0,05) với mô hình bề mặt phản ứng.
c. Khác biệt đáng kể ở mức P <0,05
d. Khác biệt đáng kể ở mức P <0,001
e. NI, không được bao gồm. Bao gồm các hệ số này trong mô hình không cải thiện
phù hợp
f. Khác biệt đáng kể ở mức P <0,01.
g. Hệ số hồi quy của mô hình để dự đoán biến phản ứng cụ thể.
h. giá trị P cho các mô hình để dự đoán biến phản ứng cụ thể.

Nhiệt độ tối ưu để sản xuất EPS nằm trong khoảng nhiệt độ tăng trưởng tối ưu của
RR (37-450C). Thí nghiệm công bố tác động của nhiệt độ trong sản xuất EPS bởi vi
GVHD: Th.S HỒ THIÊN HOÀNG Page 16
CÔNG NGHỆ VI SINH ỨNG DỤNG
khuẩn acid lactic bị trái ngược lại.Một vài bài báo cáo đã tìm thấy sản lượng EPS
lớn được sản xuất tại nhiệt độ nằm trong khoảng nhiệt độ sinh trưởng tối ưu,trong
khi đó một số khác lại đề xuất rằng lượng EPS được sản xuất nhiều hơn tại nhiệt độ
thấp hơn nhiệt độ tối ưu.Sự khác biệt của những tài liệu đó do nhiều lý do,bao gồm
cái cách xác định EPS khác nhau, môi trường sinh trưởng khác nhau,điều kiện và
thời gian khác nhau,không có sự điều chỉnh PH và các điều kiện khác nhau để sản
xuất nhanh EPS ( mg EPS,mg EPS/lít, mg EPS/CFU ).
HÌNH 3: Đường viền lô sản xuất (sản phẩm) với 30 g của Bacto-casitone mỗi
lít như một hàm số của nhiệt độ và độ pH. Đường đồng mức với những con
số đáng kể khác nhau (P <0,05). Các đường chéo là ranh giới thiết kế, tức là,
điều kiện thí nghiệm bên dưới dòng này không có trong thiết kế.
Một số ít thí nghiệm được làm để nghiên cứu tác động của pH trong sản xuất EPS
bởi Lactobacilli, và không được kiểm soát bởi sinh vật sử dụng trong nghiên cứu.
Mozzi đo lường lượng polysaccharide được tổng hợp tối đa ( 488mg/l) và số lượng
tế bào cao nhất tại điểm pH = 6.0 của vi khuẩn L. casei CRL 87. Thêm một thí
nghiệm khác , số lượng EPS (mg/l) ở điều kiện pH được kiểm soát cao gấp 3.6 lần
so với điều kiện pH không được kiểm soát. Trong nghiên cứu kiểm soát pH với
L.sake 0-1, pH tối ưu để sản xuất EPS là 5.8, nhưng số lượng tế bào cao là pH = 6.2.
Từ kết quả đó, các nhà nghiên cứu kết luận rằng sự biến đổi đường tạo EPS đạt
hiệu quả hơn tại pH = 5.8, nhưng lượng đường tạo sinh khối cao là pH = 6.2.
GVHD: Th.S HỒ THIÊN HOÀNG Page 17
CÔNG NGHỆ VI SINH ỨNG DỤNG
HÌNH 4: Thông tin của EPS sản xuất, trọng lượng khô tế bào, và glucose sử
dụng bởi L. delbrueckiisubsp. bulgaricusRR phát triển trong điều kiện tối ưu
cho sản xuất EPS (38 ° C, pH 5,0, 30-g/liter Bacto-casitone). ○, EPS; ▵ ,
glucose, , trọng lượng tế bào khô.□

Đối với 1 số vi khuẩn sản xuất EPS như Xanthomonas, Pseudomonas, Rhizobium
spp…, sự giới hạn nitrogene là kết quả trong quá trình tăng sản xuất EPS nhưng nó
không được áp dụng dòng RR. Sản xuất EPS tối ưu xảy ra khi môi trường chứa gấp
3 lần nồng độ Bacto-casitone (30g/l) để đáp ứng nhu cầu sinh trưởng (10g/l). Sự
tăng lượng Bacto-casitone trong SDS đến 40g/l không có kết quả trong sự tăng
mức độ sản xuát EPS.Điều đó có thể diễn ra được bởi vì những chất dinh dưỡng
khác được định ra giới hạn vừa đủ trong mẻ nuôi cấy.
Hệ phương trình bậc 2 dùng trong cái biểu đồ thể hiện sự tác động lên bề mặt của
thí nghiệm được sử dụng trong cái nghiên cứu này. Loại phương trình này rất là
logic bởi vì những thừa số đó tác động đến sự sinh trưởng của vi khuẩn thường cho
thấy có 1 điểm tối đa. Sự phân tích thống kê đã cung cấp thông tin về sự ảnh hưởng
của điều kiện sinh trưởng dựa trên những thay đổi của tác động. Mối quan hệ đáng
kể được tìm thấy giữa nhiệt độ và sản lượng EPS. Nói chung, mối quan hệ giữa
nhiệt độ và sự sinh trưởng của vi khuẩn cho thấy có1 điểm tối đa, nhưng không đối
xứng, cũng như mối quan hệ được khảo sát ở đây. Mối quan hệ giữa pH và sự sinh
GVHD: Th.S HỒ THIÊN HOÀNG Page 18
CÔNG NGHỆ VI SINH ỨNG DỤNG
trưởng của vi khuẩn cho thấy là một vùng trị số cực đại. Trong nghiên cứu này, có
vẻ phù hợp vì pH không có tác động đáng kể đến sản xuất EPS bởi vì khoảng sử
dụng để nghiên cứu (4 đến 6) được thể hiện là đường tương đối phẳng trên đường
cong của đồ thị. Trên thực tế, hình 1 thể hiện rằng nhiệt độ tối ưu vả điều kiện pH
của quá trình sản xuất EPS tồn tại trong cái đường elip hình thành bởi 36-39
o
C và
pH từ 4.5 đến 5.5. Cuối cùng, ở nghiên cứu này có được mối quan hệ có ý nghĩa giữa
nồng độ Bacto-casitone và sản lượng EPS, nó được biểu hiện trên hình 2. Những
điêu kiện sinh trưởng và mối quan hệ của chúng được liên hệ đáng kể với số lượng
CFU/ml và thời điểm kết thúc. Nó được biết chung là những điều kiện sinh trưởng
như nững thí nghiệm được nghiên cứu này có tác động dựa trên những thay đổi
thu được.

BẢNG 3: Bảng thu hồi cho EPS sản xuất bởi L. RR subsp.bulgaricus
delbrueckii
Sampling period and
material tested
Vol of medium
(liters) EPS concn
EPS yield
(g)
a
EPS recovery
(%)
b
During recovery
Fermentation broth  97.00 367.84
c
35.68 100.0
Concentrated
fermentation broth 
d
5.32 6,647.27
c
35.36 99.1
After recovery
Freeze-dried
precipitate  964.00 ± 22.0
e
29.20
f
81.84
a. Năng suất (grams) = EPS (gram mỗi lít) × khối lượng trung bình (lít)

b. Thu hồi (%) = g EPS / gram EPS có trong canh trường lên men × 100.
c. Trong miligam trên một lít.
d. Sau khi siêu lọc và diafiltration
e. Trong mg mỗi gram.
GVHD: Th.S HỒ THIÊN HOÀNG Page 19
CÔNG NGHỆ VI SINH ỨNG DỤNG
f. EPS có một hàm lượng protein 1,42% (0,43 ± 0,11 g) và độ ẩm 0,3% (0,0073 ±
0,0005 g).
Năng suất, định nghĩa là số lượng sản xuất tối đa trong 1 khoảng thời gian tối
thiểu, là biến số quan trọng từ công nghệ triển vọng. Để xác định điều kiện sản xuất
tối ưu, các sự tác động thay đổi năng suất được kết hợp lại, dùng cho dự kiến năng
suất, được tính toán bằng tổng trọng lượng của nồng độ EPS dưới những tác động
của một điều kiện cùng với thời điểm kết thúc. Bằng cách sử dụng chương trình đo
sự tối ưu hóa thông thường, những tác động của một điều kiện được vẽ theo tỷ lệ vì
vậy chúng có thể được kết hợp chính đáng và điểm cực đại của những điều điện tác
động được phối hợp lại cũng đồi thời là điểm tác động tối ưu nhất của từng điều
kiện. Những tác động của từng điều kiện được cân xét một cách chủ quan để phản
ánh chính xác mối quan hệ của chúng. Trong trường hợp này, nồng độ EPS được
xác định tại cái thời điểm kết thúc. Năng suất tối ưu được tìm thấy tại 39
o
C, pH 5.6
và 30g/l nồng độ Bacto-casitone. Dưới nhừng điều kiện này, phương trình ra được
236mg EPS/l được sản xuất ra trong 12h45. Trong trường hợp các thành phần của
môi trường khá mắt, các thao tác chuẩn bị khó khăn, kết quả là tỷ lệ thời gian
chuẩn bị và thời gian lên men cao,hoặc chi phí gia công còn dư lại cao, nó sẽ thích
hợp để sản xuất lượng EPS vượt quá thời điểm kết thúc, do đó làm giảm được cái
lượng môi trường dư( thời gian lên men dài hơn)
Những bản báo cáo thí nghiệm trước đây về tác động của một hay nhiều điều kiện
đối với sản xuất EPS có sử dụng phương pháp OVAT. Phương pháp OVAT cho rằng
không có mối quan hệ nào giữa những biến số được nghiên cứu. Hệ phương pháp

tác động bề mặt cho phép đồng thời ước lượng nhiều điều kiện sinh trưởng và và
cũng cho thấy mối quan hệ của những biến số.
Mô tả về những điêu kiện sinh trường tối ưu. Mô tả quá trình len men được kiểm
soát bời những điều kiện tối ưu trong sản xuất EPS cho thấy sản xuất EPS được gia
tăng nhờ sự phối hợp của các điều kiện. Tương tự kết quả thu được bởi Grobben ,
ông sử dụng dòng NCFB 2772. Điều này cho thấy rằng những điều kiện tối ưu để
gia tăng sản lượng EPS của sinh vật sản xuất EPS sẽ là kết quả thu được sản lượng
EPS tối đa. Những kết hợp của các điều kiện trong sản xuất EPS để tăng sản lượng
không xảy ra đối với những dòng sản xuất EPS khác, như Xanthomonas và
Alcaligenes spp.
GVHD: Th.S HỒ THIÊN HOÀNG Page 20
CÔNG NGHỆ VI SINH ỨNG DỤNG
TÀI LIỆU THAM KHẢO
• Bradford M. M.(1976) A rapid and sensitive method for the quantification
of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye
binding. Anal. Biochem. 72:248–254.
• Breedveld M. W., Zevenhuizen L. P. T. M., Canter Cremers H. C. J.,
Zehnder A. J. B.(1993) Influence of growth conditions on production of
capsular and extracellular polysaccharides by Rhizobium
leguminosarum.Antonie Leeuwenhoek
• Cerning J. (1990) Exocellular polysaccharides produced by lactic acid
bacteria. FEMS Microbiol.
• Cerning J., Bouillanne C., Desmazeaud M. J. (1988) Extracellular
polysaccharide production by Streptococcus thermophilus. Biotechnol.
Lett.10:255–260.
• Cerning J., Bouillanne C., Landon M., Desmazeaud M. (1992)Isolation
and characterization of exopolysaccharides from slime-forming mesophilic
lactic acid bacteria. J. Dairy Sci. 75:692–699.
• Cerning J., Renard C. M. G. C., Thibault J.
F., Bouillanne C.,Landon M., Desmazeaud M., Topisirovic L. (1994) Carb

on source requirements for exopolysaccharide production by Lactobacillus
casei CG11 and partial structure analysis of the polymer. Appl. Environ.
Microbiol.60:3914–3919.
• Dubois M., Gilles K. A., Hamilton J. K., Rebers P. A., Smith F.
(1956) Colorimetric method for determination of sugars and related
substances. Anal. Chem. 28:350–356.
• Gancel F., Novel G. (1994) Exopolysaccharide production byStreptococcus
salivarius ssp. thermophilus cultures. 1. Conditions of production. J. Dairy
Sci. 77:685–688.
• Garcia-Garibay M., Marshall V. M. E. (1991) Polymer production
byLactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus. J. Appl. Bacteriol. 70:325–328.
GVHD: Th.S HỒ THIÊN HOÀNG Page 21
CÔNG NGHỆ VI SINH ỨNG DỤNG
• Grobben G. J., Sikkema J., Smith M. R., de Bont J. A. M. (1995)Production
of extracellular polysaccharides by Lactobacillus
delbrueckii ssp.bulgaricus NCFB 2772 grown in a chemically defined
medium. J. Appl. Bacteriol. 79:103–107.
• Gruter M., Leeflang B. R., Kuiper J., Kamerling J. P.,Vliegenthart F.
G. (1993) Structural characterisation of the exopolysaccharide produced
by Lactobacillus delbrueckii subspeciesbulgaricus rr grown in skimmed
milk. Carbohydr. Res. 239:209–226.
• Hess S. J., Roberts R. F., Ziegler G. R. (1997) Rheological properties of
nonfat yogurt stabilized using Lactobacillus
delbrueckii ssp. bulgaricusproducing exopolysaccharide or using commercial
stabilizer systems. J. Dairy Sci. 80:252–265.
• Kojic M., Vujcic M., Banina A., Cocconcelli P., Cerning J.,Topisirovic L. (1
992) Analysis of exopolysaccharide production byLactobacillus casei CG11,
isolated from cheese. Appl. Environ. Microbiol.58:4086–4088.
• Mozzi F., de Giori G. S., Oliver G., de Valdez G. F. (1996)Exopolysaccharide
production by Lactobacillus casei under controlled pH.Biotechnol.

Lett. 18:435–439.
• Mozzi F., Oliver G., de Giori G. S., de Valdez G. F. (1995) Influence of
temperature on the production of exopolysaccharides by thermophilic lactic
acid bacteria. Milchwissenschaft 50:80–82.
• Mozzi F., Savoy de Giori G., Oliver G., Font de
Valdez G. (1995)Exopolysaccharide production by Lactobacillus casei. II.
Influence of the carbon source. Milchwissenschaft 50:307–309.
• Oda M., Hasegawa H., Komatsu S., Kambe M., Tsuchiya F. (1983)Anti-
tumor polysaccharide from Lactobacillus sp. Agric. Biol. Chem.47:1623–
1625.
• Sanford P. A. (1979) Exocellular microbial polysaccharides. Adv. Carbohydr.
Chem. Biochem. 36:265–313.
• Schellhaass S. M. (1983) Ph.D. thesis. (University of Minnesota, St. Paul).
• Shu C., Yang S. (1990) Effects of temperature on cell growth and xanthan
production in batch cultures of Xanthomonas campestris.Biotechnol.
Bioeng. 35:454–468.
• Sinclair C. G. (1987) Microbial process kinetics. in Basic
biotechnology.eds Bulock J., Kristiansen B. (Academic Press, London,
England), pp 75–131.
• Souw P., Demain A. L. (1979) Nutritional studies on xanthan production
by Xanthomonas campestris NRRL B1459. Appl. Environ. Microbiol.37:1186–
1192.
GVHD: Th.S HỒ THIÊN HOÀNG Page 22
CÔNG NGHỆ VI SINH ỨNG DỤNG
• Sutherland I. W. (1990) Food usage of polysaccharides. in Biotechnology of
microbial polysaccharides. ed Sutherland I. W. (Cambridge University
Press, Cambridge, England), pp 117–125.
• Sutherland I. W. (1990) Physiology and industrial production.
inBiotechnology of microbial exopolysaccharides. ed Sutherland I. W.
(Cambridge University Press, Cambridge, England), pp 70–88.

• Tamime A. Y. (1977) The behavior of different starter cultures during the
manufacture of yogurt from hydrolysed milk. Dairy Ind. Int. 42:7–11.
• Teggatz J. A., Morris H. A. (1990) Changes in the rheology and
microstructure of ropy yogurt during shearing. Food Struct. 9:133–138.
• van den Berg D. J. C., Robijn G. W., Janssen A. C.,Giuseppin M. L.
F., Vreeker R., Kamerling J. P., Vliegenthart J. F. G.,Ledeboer A.
M., Verrips C. T. (1995) Production of a novel extracellular polysaccharide
by Lactobacillus sake 0-1 and characterization of the polysaccharide. Appl.
Environ. Microbiol. 61:2840–2844.
• Wheeler B., Betsch R., Donnelly T. (1993) EChips user’s guide version 6.0
for Windows. (EChip, Inc. Hockessin, Del).
GVHD: Th.S HỒ THIÊN HOÀNG Page 23