slide báo cáo Công nghệ sản xuất Bacterial Cellulose

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
Môn Học: Ứng Dụng CNSH trong
CNTP
Đề tài: Công nghệ sản xuất Bacterial Cellulose
GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang
Nhóm 17
DANH SÁCH NHÓM
DANH SÁCH NHÓM
1. Trần Thị Kim Khánh 2005120393
2. Huỳnh Ngọc Mạnh
2005120349
3. Nguyễn Thị Mộng Tuyền 2005120454
4. Phạm Hải Triều 2005120337
1. Tổng quan
1. Tổng quan
1.1 Giới thiệu tổng quan về Bacterial cellulose
1.1 Giới thiệu tổng quan về Bacterial cellulose
1.2 Vi sinh vật tổng hợp cellulose
1.2 Vi sinh vật tổng hợp cellulose
1.3
1.3
Sinh tổng hợp cellulose từ vi khuẩn A.xylinum
Sinh tổng hợp cellulose từ vi khuẩn A.xylinum
1.4 Môi trường nuôi cấy
1.4 Môi trường nuôi cấy
1.5 Ứng dụng
1.5 Ứng dụng
2. Quy trình công nghệ
2. Quy trình công nghệ
1. Tổng quan

1. Tổng quan
1.1 Giới thiệu tổng quan về Bacterial cellulose
1.1 Giới thiệu tổng quan về Bacterial cellulose
1.1.1 Bacterial cellulose
1.1.1 Bacterial cellulose
•
Cellulose vi khuẩn là một
chuỗi polymer do các
glucopyranose nối với nhau
bằng liên kết β-1,4-glucan.
Những chuỗi glucan được vi
khuẩn tổng hợp nối lại với
nhau thành thớ sợi thứ cấp,
có bề rộng 1,5 nm. Các thớ
sợi thứ cấp kết lại thành
những vi sợi, những vi sợi
tạo thành bó sợi, những bó
sợi tạo thành dải.
1.1.2 Mức độ polymer hoá
1.1.2 Mức độ polymer hoá
•
DP của cellulose thực vật khoảng 13000 –
14000, và của cellulose vi khuẩn khoảng 2000 –
6000.
•
Tuy nhiên, trong một số trường hợp DP của
cellulose vi khuẩn có thể đạt 16000 đến 20000
phân tử glucose. Đường kính của bacterial
cellulose chỉ vào khoảng 1/100 đường kính của
cellulose thực vật .

•
Cellulose vi khuẩn được tạo thành bởi hai loại
cấu trúc tinh thể riêng biệt, cellulose I
α
và I
β
.
•
Hầu hết tinh thể I
β
tinh khiết thu được từ cellulose
thực vật thì vẫn chưa có cách nào thu nhận được
các tinh thể I
α
tinh khiết từ nguồn này. Cấu trúc
của cellulose được tổng hợp từ vi khuẩn A.
xylinum chứa nhiều tinh thể I
α
hơn cellulose thực
vật. Ngược lại I
β
chủ yếu có trong thành phần
cellulose hình thành nên thành tế bào của một số
loài thực vật bậc cao như cotton và gai.
1.1.3 Cấu trúc kết tinh của cellulose vi khuẩn.
1.1.3 Cấu trúc kết tinh của cellulose vi khuẩn.
1.1.4 Tính chất của cellulose vi khuẩn
1.1.4 Tính chất của cellulose vi khuẩn
•
Rất trong suốt, cấu trúc mạng tinh thể mịn, thành

phần tỉ lệ Iα cao.
•
Kích thước ổn định, sức căng và độ bền sinh học
cao, đặc biệt là cellulose I.
•
Khả năng giữ nước và hấp thụ nước cực tốt, tính
xốp chọn lọc.
•
Có độ tinh sạch cao so với các loại cellulose
khác, không chứa ligin và hemicellulose.
•
Có thể bị phân hủy hoàn toàn bởi một số vi sinh
vật, là nguồn tài nguyên có thể phục hồi.
•
Khả năng kết sợi, tạo tinh thể tốt.
•
Tính bền cơ tốt, khả năng chịu nhiệt tốt.
•
Lớp màng cellulose được tổng hợp một cách trực tiếp.
•
Có thể kiểm soát được đặc điểm lý học của cellulose
theo mong muốn bằng cách tác động vào quá trình sinh
tổng hợp cellulose của A. xylinum.
Cellulose vi
khuẩn (a)

Cellulose
thực vật (b)
1.2 Vi sinh vật tổng hợp cellulose.
1.2 Vi sinh vật tổng hợp cellulose.

•
Acetobacter được sử dụng rộng rãi và phổ biến
nhất trong việc sản xuất cellulose. Đặc biệt là A.
xylinum vì những đặc điểm ưu việt của nó như:
năng suất tạo cellulose cao, cấu trúc cellulose
phù hợp cho các mục đích sử dụng…
Đặc điểm hình thái của A. xylinum.
Đặc điểm hình thái của A. xylinum.
•
Dạng hình que, thẳng hay hơi
cong.
•
Có thể di động hay không di động,
không sinh bào tử.
•
Gram âm, chúng có thể đứng riêng
rẽ hay xếp thành chuỗi.
•
Khuẩn lạc của A. xylinum có kích
thước nhỏ, bề mặt nhầy và trơn,
phần giữa khuẩn lạc lồi lên, dày
hơn và sẫm màu hơn các phần
xung quanh, rìa mép khuẩn lạc
nhẵn.
1.2.3 Đặc điểm sinh lý của A. xylinum
1.2.3 Đặc điểm sinh lý của A. xylinum
• Oxy hóa ethanol thành acid acetic, CO2, H2O.
• Phản ứng catalase dương tính: tạo bọt khí trong
dung dịch lên men.
• Không tăng trưởng trên môi trường Hoyer.

• Chuyển hóa glucose thành acid gluconic.
• Chuyển hóa glycerol thành dihydroxyaceton.
• Không sinh sắc tố nâu.
• Tổng hợp cellulose.


1.2.4 Đặc điểm sinh trưởng của A.
1.2.4 Đặc điểm sinh trưởng của A.
xylinum
xylinum
•
Nhiệt độ tối ưu để A. xylinum phát triển từ 25 oC
đến 30 oC và pH từ 5,4 đến 6,3.
•
Khi nuôi cấy trên môi trường thạch, lúc còn non
khuẩn lạc mọc riêng lẻ, khuẩn lạc nhầy và trong
suốt, xuất hiện sau 3 đến 5 ngày. Khi già tế bào
mọc dính thành cụm, và chúng mọc theo đường
cấy giống.
1.2.5 Vai trò của cellulose vi khuẩn đối với A.
1.2.5 Vai trò của cellulose vi khuẩn đối với A.
xylinum
xylinum
• Cung cấp chất dinh dưỡng cho vi khuẩn trong điều kiện
thiếu thức ăn.
• Sự tổng hợp và tiết cellulose bởi A. xylinum giúp tế bào lơ
lửng và tới được bề mặt giàu khí oxy vì đây là vi khuẩn hiếu
khí. Do đó chỉ những tế bào gần ranh giới lỏng khí của môi
trường mới sản xuất cellulose .
• Màng cellulose xúc tiến sự hình thành tập đoàn của A.

xylinum trên cơ chất và bảo vệ vi khuẩn trước những đối thủ
cạnh tranh sử dụng cùng cơ chất.
• Vì độ nhớt và đặc tính ưa nước của lớp cellulose nên khả
năng chống chịu với những thay đổi bất lợi trong môi trường
sống tăng lên.
• Sợi cellulose giúp chống ảnh hưởng gây chết của tia UV.
1.3 Quá trình sinh tổng hợp BC từ vi
1.3 Quá trình sinh tổng hợp BC từ vi
khuẩn A.xylinum
khuẩn A.xylinum
Cơ chế sinh tổng hợp cellulose vi khuẩn
Cơ chế sinh tổng hợp cellulose vi khuẩn
•
Giai đoạn polymer hóa
•
Giai đoạn kết tinh
Giai đoạn kết tinh
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
tổng hợp cellulose
tổng hợp cellulose
•
Kiểu nuôi cấy
•
Ảnh hưởng của thiết bị đến năng suất tạo thành
cellulose vi khuẩn
•
Ảnh hưởng của áp suất oxy đến quá trình tổng
hợp cellulose vi khuẩn
•

Ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến sản phẩm
cellulose vi khuẩn
•
Ảnh hưởng của thành phần môi trường nuôi cấy
•
Tỷ lệ diện tích bề mặt – thể tích (S/V)
Kiểu nuôi cấy
Kiểu nuôi cấy
Ảnh hưởng của thiết bị đến năng
Ảnh hưởng của thiết bị đến năng
suất tạo thành cellulose vi khuẩn
suất tạo thành cellulose vi khuẩn
•
Thùng lên men khuấy trộn được dùng rộng rãi
trong sản xuất cellulose vi khuẩn, nuôi cấy liên
tục có bổ sung ethanol làm tăng tốc độ tổng
hợp cellulose gấp 2 lần so với nuôi cấy mẻ.
•
Tuy nhiên, khó khăn của quá trình nuôi cấy lắc
là cellulose sinh ra tích lũy trong môi trường
làm cho môi trường có độ nhớt cao dẫn đến
khó kiểm soát quá trình khuấy trộn và sục khí.
Ảnh hưởng của áp suất oxy đến quá
Ảnh hưởng của áp suất oxy đến quá
trình tổng hợp cellulose vi khuẩn
trình tổng hợp cellulose vi khuẩn
•
Áp suất oxy ảnh hưởng đến cả sự hình thành cellulose
cũng như sức sản xuất màng.
•

Cellulose tăng trưởng dưới áp suất oxy thấp có sự phân
nhánh nhiều hơn so với cellulose tăng trưởng trong điều
kiện áp suất cao hơn.
•
Áp suất oxy là 10% tính sản xuất cellulose cao hơn 25%
mà không ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của tế bào. Sự
tổng hợp cellulose tại áp suất 10% và 15% cao hơn so
với đều kiện áp suất khí quyển. Tuy nhiên, hàm lượng
oxy cao trên 50% lại hạn chế khả năng tổng hợp
cellulose của vi sinh vật.
Ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến sản
Ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến sản
phẩm cellulose vi khuẩn
phẩm cellulose vi khuẩn
Ảnh hưởng của thành phần môi trường nuôi cấy
Ảnh hưởng của thành phần môi trường nuôi cấy
Tỷ lệ diện tích bề mặt – thể tích (S/V)
Tỷ lệ diện tích bề mặt – thể tích (S/V)
•
Là nhân tố có vai trò khá quan trọng trong sự
hình thành và tổng hợp cellulose.
•
Kết luận tỉ lệ S/V khoảng 2,2 cm
-1
kết quả tốt
nhất khi khảo sát trên dải tỉ lệ 1 đến 3 cm
-1
.
Trong khi đó, lượng cellulose thu được cao nhất
khi S/V bằng 0,7 cm

-1
khi khảo sát trên dải tỉ lệ
từ 0,27 đến 2,13 cm
-1
1.4 Môi trường nuôi cấy
1.4 Môi trường nuôi cấy
a.Nguyên liêu
a.Nguyên liêu
•
Nồng độ cơ chất [S] = 100 – 150g glucose hoặc
lactose/lít
•
Bổ sung muối amon và phosphate: 5g/l
•
Chỉnh pH môi trường bằng acid acetic: pH ≤ 5
•
Nước dừa già
•
Nước thơm ép
•
Rỉ đường
•
Nước mía