Nghiên cứu sản xuất cellulose vi khuẩn từ Acetobacter xylinum

Lời cảm ơn
LỜI CẢM ƠN
Em chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Vũ Tuân, thầy đã hướng dẫn em suốt quá trình thực hiện đề tài
này. Trong quá trình làm việc cùng với thầy, em đã học hỏi được nhiều điều bổ ích, không chỉ là những kiến
thức chuyên môn mà còn cả những kinh nghiệm khi làm việc. Khi em gặp khó khăn trong quá trình thực
hiện đề tài, thầy đã kòp thời hướng dẫn, chỉ bảo tận tình.
Em gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Lưu Thò Ngọc Anh, những lời truyền đạt của cô thật sự bổ ích
cho em trong quá trình em làm luận văn tại trường.
Em gửi lời cảm ơn đến cô Tôn Nữ Minh Nguyệt, cô đã giúp đỡ chúng em về mặt hóa chất phục vụ
cho việc thực hiện đề tài.
Em cảm ơn cô Thùy Dương - bộ môn Công nghệ Sinh học của trường Đại học Bách khoa thành phố
Hồ Chí Minh đã giúp đỡ em về nguồn vi sinh vật sử dụng trong đề tài.
Em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong bộ môn Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học
Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện tốt nhất về mọi mặt giúp chúng em thực hiện đề tài
luận văn tốt nghiệp.
Tôi cũng muốn bày tỏ sự cảm ơn đến tất cả các bạn bè của tơi, họ đã giúp đỡ, đặc biệt là cho tôi
thấy được sự gắn bó, sự chia sẻ, sự cảm thông cũng như là những giây phút thư giãn trong khi làm việc.
Tôi xin cảm ơn với tất cả lòng chân thành.
Tp. HCM, ngày tháng năm
Phan Anh Tuấn
i
Tóm tắt luận văn
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Acetobacter xylinum (A. xylinum) là một vi khuẩn Gram âm, có thể sản xuất một loại
polysaccharide ngoại bào được gọi là cellulose vi khuẩn. Cellulose vi khuẩn có khả năng được ứng dụng
rộng rãi trong công nghệ thực phẩm và các lónh vực khác. Để ứng dụng cellulose vi khuẩn một cách rộng
rãi, đòi hỏi có nguồn nguyên liệu cellulose vi khuẩn dồi dào và ổn đònh. Gần đây, ứng dụng cellulose vi
khuẩn làm màng bao thực phẩm đã được phát hiện và ứng dụng thực tế. Với mục đích sản xuất cellulose vi
khuẩn phục vụ mục đích màng bao thực phẩm, với đề tài “Nghiên cứu sản xuất cellulose vi khuẩn từ
Acetobacter xylinum” dưới điều kiện tónh, chúng tôi thực hiện khảo sát các yếu tố sau:
- Khảo sát quá trình sinh tổng hợp cellulose từ A. xylinum trên môi trường Hestrin-Schramm

(HS).
- Cải thiện hiệu suất sinh tổng hợp cellulose từ A. xylinum.
Để khảo sát sự sinh tổng hợp cellulose, A. xylinum được nuôi cấy dưới điều kiện tónh trên môi
trường HS ở các điều kiện khác nhau nhằm rút ra điều kiện nuôi cấy tốt nhất cho chủng A. xylinum có sẵn.
Khảo sát ảnh hưởng của pH đối với quá trình tạo cellulose của vi khuẩn A. xylinum được tiến hành và thấy
rằng, trong khoảng pH từ 4,0 đến pH 5,5, hiệu suất tổng hợp cellulose của chủng A. xylinum này là thích hợp
nhất, lượng cellulose đạt được có thể ~5,2 gl
-1
. Bên cạnh đó, tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nguồn carbon
bằng cách thay đổi nguồn carbon trong thành phần môi trường nuôi cấy, chọn được nguồn carbon thích hợp
nhất cho chủng A. xylinum sinh tổng hợp cellulose là mannitol. Lượng cellulose đạt được ~7,4 gl
-1
. Để chọn
ra nguồn nitơ tốt nhất cho sự tổng hợp cellulose, một thí nghiệm được thực hiện với nguồn carbon là
mannitol, nguồn nitơ được thay đổi, kết quả cho thấy cao nấm men cho kết quả tạo cellulose tốt nhất. Lượng
cellulose đạt được ~8 gl
-1
g. Khi khảo sát ảnh hưởng đồng thời của mannitol và cao nấm men lên quá trình
tổng hợp cellulose của A. xylinum, hàm lượng cellulose thu được có thể đạt được ~8,5 gl
-1
khi thành phần môi
trường HS được điều chỉnh với hàm lượng mannitol 15,5 gl
-1
và hàm lượng cao nấm men là 6,5 gl
-1
, pH môi
trường được chỉnh xung quanh giá trò 5,0.
Với kết quả thu được trong các thí nghiệm, môi trường nuôi cấy vi khuẩn A. xylinum có tại Phòng
Thí nghiệm Sinh học trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh với mục đích thu nhận cellulose nên
bao gồm các thành phần sau: 15,5 gl

-1
mannitol; 6,5 gl
-1
cao nấm men; 5,0 gl
-1
Na
2
HPO
4
; 1,115 gl
-1
acid citric;
pH được điều chỉnh về 5,0 là thích hợp cho quá trình nuôi cấy. Các kết quả quả thí nghiệm này cung cấp
những thông tin hữu ích cho sự phát triển khả năng sản xuất cellulose vi khuẩn trên quy mô công nghiệp.
ii
Mục lục
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
TÓM TẮT LUẬN VĂN ii
MỤC LỤC iv
DANH MỤC HÌNH vi
DANH MỤC BẢNG vii
DANH MỤC VIẾT TẮT viii
BẢNG 4.2: BẢNG MÃ HOÁ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG CẦN KHẢO SÁT 47 VI
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2
2.1 CELLULOSE VI KHUẨN VÀ VI SINH VẬT TỔNG HP CELLULOSE 2
2.1.1 Lòch sử nghiên cứu sự sinh tổng hợp cellulose vi khuẩn 2
2.1.2 Cellulose vi khuẩn và tính chất của cellulose vi khuẩn 2
2.1.3 Vi sinh vật tổng hợp cellulose 5

2.2 SINH TỔNG HP CELLULOSE TỪ VI KHUẨN A. XYLINUM 8
2.2.1 Quá trình sinh tổng hợp cellulose ở A. xylinum 8
2.2.2 Cơ chế sinh tổng hợp cellulose vi khuẩn 9
2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp cellulose 11
2.3 ỨNG DỤNG CỦA CELLULOSE VI KHU NẨ 20
2.3.1 Thực phẩm 20
2.3.2 Y học 21
2.3.3 Các ngành công nghiệp khác 21
NGUYÊN LIỆU24
VÀ PHƯƠNG PHÁP 24
2.4 NGUYÊN LIỆU 24
2.4.1 Chủng vi sinh vật 24
2.4.2 Môi trường nuôi cấy vi sinh vật 24
2.5 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM 25
2.5.1 Khảo sát quá trình nhân giống 25
2.5.2 Khảo sát quá trình sinh tổng hợp cellulose 26
2.5.3 Khảo sát ảnh hưởng của pH lên hiệu suất tổng hợp cellulose của vi khuẩn A. xylinum 26
2.5.4 Khảo sát ảnh hưởng độc lập của nguồn carbon và nitơ lên hiệu suất tổng hợp cellulose của vi
khuẩn A. xylinum 26
2.5.5 Khảo sát ảnh hưởng đồng thời của nguồn carbon và nitơ lên hiệu suất tổng hợp cellulose của
vi khuẩn A. xylinum 27
2.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 28
2.6.1 Số lượng vi khuẩn 28
2.6.2 Hàm lượng cellulose 28
2.6.3 Phân tích thống kê 29
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 30
3.1 KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH NHÂN GIỐNG VI KHUẨN A. XYLINUM 30
3.2 KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH SINH TỔNG HP CELLULOSE 31
iii
Mục lục

3.3 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA PH LÊN HIỆU SUẤT SINH TỔNG HP CELLULOSE CỦA VI KHUẨN A.
XYLINUM 33
3.4 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN CARBON VÀ NITƠ LÊN HIỆU SUẤT SINH TỔNG HP
CELLULOSE CỦA VI KHUẨN A. XYLINUM 34
3.4.1 Ảnh hưởng của nguồn carbon 34
3.4.2 Ảnh hưởng của nguồn nitơ 36
3.5 TỐI ƯU HOÁ NỒNG ĐỘ NGUỒN CARBON VÀ NITƠ 38
BẢNG 4.1: BẢNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TỐI ƯU 38
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 42
4.1 KẾT LUẬN 42
4.2 ĐỀ NGHỊ 42
iv
Danh mục hình
DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Cấu trúc của cellulose vi khuẩn 4
Hình 2.2: Cellulose vi khuẩn (a) và cellulose thực vật (b) 6
Hình 2.3: SEM của A. xylinum 8
Hình 2.4: Con đường tổng hợp cellulose trong A. xylinum 11
Hình 2.5: Cơ chế sinh tổng hợp cellulose vi khuẩn 12
Hình 2.6: Sự giải phóng cellulose ra môi trường ngoài từ A. xylinum 13
Hình 2.7: Cellulose được tạo thành trong điều kiện nuôi cấy tónh và
có khuấy đảo 15
Hình 2.8: Cấu trúc trong điều kiện nuôi cấy tónh và nuôi cấy có khuấy đảo 16
Hình 4.1: Đường cong sinh trưởng của A. xylinum 35
Hình 4.2: Đồ thò biểu diễn trọng lượng cellulose thu được và giá trò pH tại các ngày lên men
thứ 4, 5, 6, 7 36
Hình 4.3: Ảnh hưởng của pH lên hiệu suất sinh tổng hợp cellulose của A. xylinum 39
Hình 4.4: Trọng lượng cellulose thu được khi nguồn carbon thay đổi 42
Hình 4.5: Trọng lượng cellulose thu được khi nguồn nitơ thay đổi 44
v

Danh mục bảng
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Các vi sinh vật có khả năng tổng hợp cellulose 7
Bảng 2.2: Đặc tính cấu trúc St-BC và Ag-BC 16
Bảng 2.3: Tính chất St-BC và Ag-BC của A. xylinum IFO 13693 17
Bảng 2.4: nh hưởng của nguồn carbon lên sự tổng hợp cellulose của 23
Bảng 2.5: Các ứng dụng trong nhiều lónh vực của cellulose vi khuẩn 26
Bảng 3.1: Bảng thiết kế thí nghiệm tối ưu nguồn carbon và nguồn nitơ 33
Bảng 3.2: Bảng mã hoá các yếu tố ảnh hưởng cần khảo sát 34
Bảng 4.1: Bảng kết quả thí nghiệm tối ưu 47
Bảng 4.2: Bảng mã hoá các yếu tố ảnh hưởng cần khảo sát 47
vi
Danh mục viết tắt
DANH MỤC VIẾT TẮT
- Ag-BC: agitated bacterial cellulose (cellulose vi khuẩn thu nhận được dưới điều kiện
nuôi cấy có khuấy đảo)
- A. xylinum: Acetobacter xylinum
- A. xylinus: Acetobacter xylinus
- ATP: adenosine triphosohate
- BASYC®: bacterial synthesised cellulose
- Cel-: non-producing mutants – chủng vi khuẩn đột biến không tổng hợp cellulose.
- cfu: cololy-forming units – khuẩn lạc
- CS: cellulose synthase
- CSL: corn steep liquor
- DAP: diamon phosphate
- DP: degree of polymerization
- FK: Fructosekinase
- FBP: Fructose-1,6-biphosphate phosphatase
- Fru-bi-P: Fructose-1,6-bi-phosphate
- Fru-6-P: Fructose-6-phosphate

- GK: Glocosekinase
- G6PDH: Fructose-1-phosphate kinase
- Glc-6-P: Glucose-6-phosphate
- Glc-1-P: Glucose-1-phosphate
- HS: Hestrin-Schramm
- HR/MAS
1
H NMR: high resolution/magic angle spinning hidrogen-1 nuclear magnetic resonance.
- PGI: Phosphoglucoisomerase
- PGM: Phosphoglucomutase
- PTS: Phosphatransferase
- PGA: Phosphogluconic acid
vii
Danh mục viết tắt
- S/V: surface/volume ratio - tỉ lệ diện tích/thể tích
- SEM: Scanning electronic microscopy
- St-BC: Static bacterial cellulose (cellulose vi khuẩn thu nhận được dưới điều kiện nuôi cấy
tónh)
- SA: Sulfate amon
- UGP: UDP-glucose pyrophosphorylase
- UDPG: Uridine diphosephoglucose
- YPM: Yeast extract Peptone Mannitol
- YE: Yeast extract – cao nấm men
viii
Chương 1. Mở đầu
Chương 1: MỞ ĐẦU
Cellulose là một hợp chất hóa học thường được biết đến với vai trò là bộ khung xương quan trọng
trong cơ thể thực vật. Không những cellulose được tổng hợp bởi thực vật, mà cellulose còn được tổng hợp
nên bởi vi sinh vật, với tên gọi là cellulose vi khuẩn. Một trong những loài vi sinh vật có khả năng tổng hợp
cellulose rất tốt đó là A. xylinum. Cellulose vi khuẩn ngày càng được quan tâm nhiều hơn bởi khả năng ứng

dụng rộng rãi trong nhiều ngành khoa học: công nghiệp thực phẩm, y học, mỹ phẩm, khoa học vật liệu, âm
thanh, xử lý nước thải, bảo vệ môi trường… Gần đây, khả năng ứng dụng cellulose vi khuẩn không ngừng
được nghiên cứu, cải tiến bởi các nhà khoa học trên thế giới (Otomo et al., 2000).
Trong công nghệ đồ uống và thực phẩm, cellulose vi khuẩn đã được ứng dụng làm nhiều sản phẩm
như: nước trái cây, thực phẩm chức năng… Đặc biệt, một ứng dụng của cellulose vi khuẩn mới được phát
hiện gần đây là khả năng ứng dụng làm màng bao thực phẩm chống vi sinh vật rất hiệu quả (Yoshinaga et
al., 1997; Okiyama et al., 1993). Việc ứng dụng cellulose vi khuẩn vào sản xuất công nghiệp nói chung và
làm màng bao thực phẩm nói riêng đòi hỏi phải có được các nguồn nguyên liệu cellulose vi khuẩn dồi dào,
ổn đònh, và phù hợp với tính chất của các ứng dụng. Nhiều kết quả nghiên cứu đã cho thấy khi nuôi cấy dưới
điều kiện có khuấy đảo thì hiệu suất sinh tổng hợp cellulose của A. xylinum sẽ cao hơn khi nuôi cấy tónh.
Tuy nhiên, với mục đích sử dụng cellulose vi khuẩn làm màng bao chống vi sinh vật trong công nghệ thực
phẩm, yêu cầu cellulose thu được phải ở dạng màng. Với mục đích đó, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên
cứu sản xuất cellulose vi khuẩn từ Acetobacter xylinum” dưới điều kiện nuôi cấy tónh với mong muốn thu
được các kết quả hữu ích cho các nghiên cứu trong tương lai.
Trong nội dung thực hiện, chúng tôi tập trung khảo sát các yếu tố sau:
- Khảo sát quá trình sinh tổng hợp cellulose của vi khuẩn A. xylinum trên môi trường HS.
- Khảo sát ảnh hưởng của pH lên hiệu suất sinh tổng hợp cellulose của A. xylinum trên môi trường
HS.
- Khảo sát ảnh hưởng của nguồn carbon lên hiệu suất sinh tổng hợp cellulose của A. xylinum.
- Khảo sát ảnh hưởng của nguồn nitơ lên hiệu suất sinh tổng hợp cellulose của A. xylinum.
- Tối ưu hoá thành phần môi trường lên men thu nhận cellulose vi khuẩn nhằm nâng cao hiệu suất
sinh tổng hợp cellulose từ A. xylinum.
Với kết quả thu được, phần nào sẽ cung cấp những thông tin hữu ích cho các nghiên cứu tiếp theo,
đầy đủ hơn để có thể ứng dụng sản xuất cellulose vi khuẩn trên quy mô công nghiệp.
1
Chương 2. Tổng quan tài liệu
Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Cellulose vi khuẩn và vi sinh vật tổng hợp cellulose
2.1.1 Lòch sử nghiên cứu sự sinh tổng hợp cellulose vi khuẩn.
Sự tổng hợp lớp màng cellulose ngoại bào của vi khuẩn A. xylinum lần đầu tiên được báo cáo bởi

Brown et al. (1986). Theo đó, khi nghiên cứu về vi khuẩn acetic, Brown đã phát hiện và quan sát thấy một
khối rắn mà theo ông lúc đó khối rắn này không nằm trong các kết quả nghiên cứu ông dự đònh trước. Khối
rắn này khó bò phân hủy và giống với mô động vật. Hợp chất đó sau này được xác đònh là cellulose và vi
khuẩn tổng hợp ra nó là Bacterium xylinum (Brown et al., 1986).
Đến nửa thế kỷ XX các nhà khoa học mới thực sự nghiên cứu nhiều về cellulose vi khuẩn. Đầu
tiên, Hestrin et al. (1954) đã nghiên cứu về khả năng tổng hợp cellulose của vi khuẩn A. xylinum. Ông đã
chứng minh rằng vi khuẩn này có thể sử dụng đường để tổng hợp cellulose. Sau đó, Next và Colvin (1957)
chứng minh rằng cellulose được A. xylinum tổng hợp trong môi trường có đường và ATP. Cùng với sự tiến bộ
của khoa học kỹ thuật, cấu trúc của cellulose vi khuẩn ngày càng được hiểu khá rõ, đó là các chuỗi polymer
do các glucopyranose nối với nhau bằng liên kết β-1,4-glucan.
Saxena (1990) đã giải thích cơ chế tổng hợp cellulose của A. xylinum bằng việc giải trình tự đoạn
gen tổng hợp cellulose. Ông đã tách chiết được đoạn polypeptide liên quan đến quá trình tổng hợp cellulose
tinh khiết dài 83kDa. Từ đó đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu giúp hiểu rõ thêm cấu trúc, cơ chế
tổng hợp, ứng dụng… của cellulose vi khuẩn.
2.1.2 Cellulose vi khuẩn và tính chất của cellulose vi khuẩn
2.1.2.1 Cellulose vi khuẩn
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. Đây là những thớ sợi tự nhiên mảnh nhất khi so sánh với sợi cellulose sơ cấp trong tượng tầng ở một vài
loài thực vật. Các thớ sợi thứ cấp kết lại thành những vi sợi, những vi sợi tạo thành bó sợi, những bó sợi tạo
thành dải. Dải có chiều dày 3 – 4 nm, và chiều dài 130 – 177 nm (Yamanaka et al., 2000). Các dải siêu mòn
của cellulose vi khuẩn có chiều dài từ 1 µm đến 9 µm tạo thành cấu trúc mắt lưới dày đặc, được ổn đònh nhờ
các liên kết hydro, đó là lớp màng film (Bielecki et al., 2001)
2
Chương 2. Tổng quan tài liệu
Hình 2.1: Cấu trúc của cellulose vi khuẩn (Yamanaka et al., 2000)
2.1.2.2 Mức độ polymer hoá (Degree of polymerization - DP)
Cellulose vi khuẩn và cellulose thực vật tương tự nhau về mặt hóa học, cellulose bao gồm các liên
kết β-1,4-glucan, nhưng mức độ polymer hoá khác nhau. 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 (Watanabe et al., 1998). Đường kính của bacterial
cellulose chỉ vào khoảng 1/100 đường kính của cellulose thực vật (Bielecki et al., 2001) (hình 2.2).
2.1.2.3 Cấu trúc kết tinh của cellulose vi khuẩn.
Ngày nay nhờ vào các kỹ thuật công nghệ hiện đại người ta đã xác đònh được cấu trúc của cellulose
vi khuẩn. Chẳng hạn như kỹ thuật nhiễu xạ tia X giúp xác đònh được kích thước và phân biệt cấu trúc
cellulose vi khuẩn. Những kỹ thuật khác như phổ hồng ngoại, phổ Raman, và phổ cộng hưởng từ hạt nhân
giúp xác đònh các dạng kết tinh của cellulose (Bielecki et al., 2001).
Như các cellulose tự nhiên khác, cellulose vi khuẩn được tạo thành bởi hai loại cấu trúc tinh thể
riêng biệt, cellulose I
α
và I
β
. Trong vi sợi cellulose đều có sự tham gia của hai loại cấu trúc tinh thể này
(Yamamoto & Horii, 1993). Trong khi 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, hàm lượng loại tinh thể này có thể lên
đến hơn 60%. Tỉ lệ này có thể dao động trong khoảng 64% đến 71% tuỳ vào chủng vi sinh vật và nhiệt độ
môi trường (Yamamoto & Horii, 1994). 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. Ở đó, cellulose I
α
chỉ chiếm khoảng 20%.
Nhìn chung, cấu trúc tinh thể được coi như là một yếu tố quan trọng trong việc xác đònh các tính

chất của cellulose mặc dù cho đến bây giờ vẫn có rất ít các nghiên cứu về sự tương quan giữa cấu trúc tinh
3
Chương 2. Tổng quan tài liệu
thể và những đặc tính riêng biệt của cellulose được thực hiện.
2.1.2.4 Tính chất của cellulose vi khuẩn (El-Saied et al., 2004; Bielecki et al.,
2001)
- Cellulose vi khuẩn là cellulose rất trong suốt, cấu trúc mạng tinh thể mòn, thành phần tỉ lệ I
α
cao.
- Kích thước ổn đònh, 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 bò 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 chòu nhiệt tốt: tinh thể cellulose vi khuẩn có độ bền cao, ứng suất dài
lớn, trọng lượng nhẹ, tính bền rất cao.
- Lớp màng cellulose được tổng hợp một cách trực tiếp, vì vậy việc sản xuất một số sản phẩm từ
cellulose vi khuẩn không cần qua bước trung gian. Đặc biệt vi khuẩn có thể tổng hợp được
cellulose dưới dạng màng mỏng hoặc dưới dạng các sợi chỉ cực nhỏ.
- 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. Từ đó có thể kiểm soát các dạng kết tinh và
trọng lượng phân tử cellulose.
Hình 2.2: Cellulose vi khuẩn (a) và cellulose thực vật (b) (Bielecki et al., 2001)
4
Chương 2. Tổng quan tài liệu
2.1.3 Vi sinh vật tổng hợp cellulose.
Cellulose vi khuẩn được nhiều loài vi sinh vật tổng hợp trong đó chủng A. xylinum được biết đến
nhiều nhất, đây cũng là loài vi khuẩn sinh tổng hợp cellulose hiệu quả nhất và được tập trung nghiên cứu
nhiều nhất. Cấu trúc của cellulose được tổng hợp bởi các vi sinh vật khác nhau là khác nhau. Sau đây là
bảng tổng quan về các loài vi sinh vật có khả năng tổng hợp cellulose.

Bảng 2.1 Các vi sinh vật có khả năng tổng hợp cellulose
(Jonas et al., 1998)
Vi sinh vật Cấu trúc cellulose Vai trò sinh học
Acetobacter Lớp màng ngoại bào
Dải cellulose
Để giữ vi khuẩn trong môi trường hiếu khí
Achromobacter Sợi cellulose Sự kết bông trong nước thải
Aerobacter Sợi cellulose Sự kết bông trong nước thải
Agrobacterium Sợi ngắn Tham gia vào mô thực vật
Alcaligenes Sợi cellulose Sự kết bông trong nước thải
Pseudomonas Các sợi không tách biệt Sự kết bông trong nước thải
Rhizobium Sợi ngắn Tham gia vào hầu hết thực vật
Sarcina Cellulose dò hình Không rõ
Zoogloea Chưa xác đònh rõ cấu trúc Sự kết bông trong nước thải
Trong đó, 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…
2.1.3.1 Phân loại A. xylinum
A. xylinum là một vi khuẩn acetic thuộc họ Acetobacteraceae, họ này bao gồm các giống sau:
Acetobacter, Acidomonas, Asaia, Gluconacetobacter, Gluconobacter và Kozakia. Các loài vi khuẩn này trước
đây được gọi với các tên gọi Acetobacter xylinus hay Acetobacter xylinum, sau đó được xếp lại vào giống
Gluconacetobacter với tên gọi Gluconacetobacter xylynus.
A. xylinum có thể được phân lập từ các nguồn khác nhau như từ nước quả (Kahlon & Vyas, 1971),
hay từ một số loài thực vật như lá của cây cọ (Faparusi et al., 1974), từ giấm (Passmore & Carr, 1975), từ
thạch dừa (Bernado et al., 1998), từ nấm Kombucha và trà (Hermann et al., 1928).
5
Chương 2. Tổng quan tài liệu
2.1.3.2 Đặc điểm hình thái của A. xylinum.
• A. xylinum có dạng hình que, thẳng hay hơi cong, có thể di động hay không di động, không sinh
bào tử. Là vi khuẩn Gram âm, chúng có thể đứng riêng rẽ hay xếp thành chuỗi.

• Nếu A. xylinum phát triển trên môi trường thiếu chất dinh dưỡng, chúng biến đổi thành dạng có
hình thái đặc biệt như: dạng tế bào phình to, kéo dài, phân nhánh hoặc không phân nhánh và
dần dần sẽ gây thoái hóa giống làm giảm hoạt tính một cách đáng kể.
• 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.
Hình 2.3: SEM của A. xylinum (Forge & Preston, 1977)
6
Chương 2. Tổng quan tài liệu
2.1.3.3 Đặc điểm sinh lý của A. xylinum (Jonas et al., 1998)
• Oxy hóa ethanol thành acid acetic, CO
2
, H
2
O.
• Phản ứng catalase dương tính: tạo bọt khí trong dung dòch 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.
Đặc điểm sinh trưởng của A. xylinum
Lớp màng cellulose tạo ra gây trở ngại đến khả năng biến dưỡng, vận chuyển chất dinh dưỡng và
oxi đến tế bào. Tuy nhiên lớp màng này có thể giữ nước nên giúp vi khuẩn có thể phân hủy chất dinh dưỡng
để sử dụng và giúp tế bào chống lại tia UV.
A. xylinum có thể sử dụng nhiều nguồn cacbon khác nhau và tùy thuộc vào chủng vi khuẩn mà
nguồn đường nào được sử dụng tốt nhất. Chẳng hạn chủng A. xylinum BPR 2001 sử dụng fructose tốt nhất
(Matsuoka et al., 1993) trong khi chủng A. xylinum IFO 13693 sử dụng glucose hiệu quả hơn (Masaoka et al.,
1993)… A. xylinum có thể chuyển hóa glucose thành acid gluconic, điều này là nguyên nhân làm cho pH của
môi trường nuôi cấy giảm từ 1 đến 2 đơn vò trong quá trình nuôi cấy.
Nhiệt độ tối ưu để A. xylinum phát triển từ 25

0
C đến 30
0
C và pH từ 5,4 đến 6,3. Theo Hestrin
(1947) thì pH tối ưu để A. xylinum phát triển là 5,5 và không phát triển ở nhiệt độ 37
0
C ngay cả trong môi
trường dinh dưỡng tối ưu. Theo Maccormide et al. (1996) cho rằng A. xylinum có thể phát triển trong phạm vi
pH từ 3 đến 8, nhiệt độ từ 12
0
C đến 35
0
C và có thể phát triển trong môi trường có nồng độ ethanol lên tới
10%.
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.
A. xylinum có khả năng chòu được pH thấp, vì thế người ta thường bổ sung thêm acid acetic hay acid
citric vào môi trường nuôi cấy để hạn chế sự nhiễm khuẩn lạ và tăng hiệu suất tổng hợp cellulose.
2.1.3.4 Vai trò của cellulose vi khuẩn đối với A. xylinum.
Màng cellulose được sản xuất bởi A. xylinum đóng nhiều vai trò cho sự phát triển và tồn tại của vi
sinh vật trong tự nhiên.
• Cung cấp chất dinh dưỡng cho vi khuẩn trong điều kiện thiếu thức ăn (Bielecki et al., 2001).
7
Chương 2. Tổng quan tài liệu
• 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 (Krystynowicz et al., 2002; Watanabe et al., 1998)
• 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 chòu với những thay đổi

bất lợi (thay đổi pH, sự có mặt của chất độc và vi sinh vật gây bệnh…) trong môi trường sống
tăng lên.
• Sợi cellulose giúp chống ảnh hưởng gây chết của tia UV. 23% vi khuẩn acetic được bao bọc
bởi màng cellulose có thể sống sót hơn 1 giờ khi bò chiếu tia UV (Bielecki et al., 2001).
2.2 Sinh tổng hợp cellulose từ vi khuẩn A. xylinum
2.2.1 Quá trình sinh tổng hợp cellulose ở A. xylinum
Theo Ross et al. (1991), con đường sinh tổng hợp cellulose vi khuẩn từ glucose thành các sợi kết
tinh đòi hỏi phải có sự tổng hợp uridine diphosphoglucose (UDP-Glucose), sau đó là một phản ứng tổng hợp
cellulose và cuối cùng là sự tập hợp lại thành sợi cellulose nhỏ để hình thành nên các dải tinh thể cellulose.
UDP-Glucose là một nucleotide tiền thân của sự tổng hợp cellulose trong A. xylinum. Như sơ đồ
dùi đây, quá trình sinh tổng hợp UDP-Glucose từ glucose là một quá trình trải qua 3 bước có sự tham gia
của 3 loại enzyme. Những bước này là sự phosphoryl hoá của glucose bởi xúc tác của enzyme glucokinase
thành glucose-6-phosphate, sự izomer hoá của glucose-6-phosphate thành glucose-1-phosphate bởi
phosphoglucomutase, và sự tổng hợp UDP-Glucose bởi UDP-Glucose pyrophosphorylase. UDP-Glucose
pyrophosphorylase đóng vai trò then chốt trong sự sinh tổng hợp cellulose của vi khuẩn A. xylinum trong khi
các chủng A. xylinum đột biến không có khả năng tổng hợp cellulose bò thiếu enzyme này (Valla &
Kjosbakken, 1981).
8
Chương 2. Tổng quan tài liệu

Hình 2.4: Con đường tổng hợp cellulose trong A. xylinum (Canon & Anderson,
1991)
2.2.2 Cơ chế sinh tổng hợp cellulose vi khuẩn
Quá trình sinh tổng hợp cellulose từ A. xylinum trên được chia thành hai giai đoạn chính: giai đoạn
polymer hóa và giai đoạn kết tinh.
2.2.2.1 Giai đoạn polymer hóa
Đầu tiên enzyme glucokinase (GK) xúc tác phản ứng phosphoryl hóa chuyển glucose thành
glucose-6-phosphate (Glc-6-P). Sau đó enzyme phosphoglucomutase (PGM) tiếp tục chuyển hóa glucose-6-
phosphate thành glucose-1-phosphate (Glc-1-P) thông qua phản ứng isomer hóa. Glucose-1-phosphate được
enzyme UDP-Glucose pyrophospholyase chuyển hóa thành UDP-Glucose. Cuối cùng, UDP-Glucose được

polymer hóa thành cellulose và cellulose được tiết ra môi trường ngoại bào nhờ một phức hợp protein màng
là cellulose synthase (Iguchi et al., 2000).
Một số vi khuẩn có khả năng sử dụng đường fructose hiệu quả hơn sẽ tạo cellulose theo con đường
sau: lúc này hệ thống enzyme phosphotransferase sẽ chuyển fructose thành fructose–1-phosphate. Sau đó
fructose-1-phosphate sẽ được chuyển hóa thành fructose-1,6-biphosphate nhờ enzyme fructose–1-
phosphatekinase. Sau đó, enzyme phosphoglucose isomerase có hoạt tính cao, sẽ giúp chuyển hóa fructose-
6-phosphate thành glucose-6-phosphate. Tiếp theo glucose-6-phosphate lại tham gia vào quá trình chuyển
hóa tương tự như trên để tạo ra cellulose (Iguchi et al., 2000).
9
Chương 2. Tổng quan tài liệu
Hình 2.5: Cơ chế sinh tổng hợp cellulose vi khuẩn (Iguchi et al., 2000)
2.2.2.2 Giai đoạn kết tinh
Các chuỗi glucan được nối với nhau nhờ liên kết β-1,4-glucan. Các chuỗi glucan kết hợp với nhau
tạo thành lớp chuỗi glucan nhờ lực liên kết yếu Van Der Waals. Lớp chuỗi glucan này chỉ tồn tại trong một
thời gian ngắn, sau đó chúng kết hợp với nhau bằng liên kết hydro tạo thành các sợi cơ bản gồm 16 chuỗi
glucan. Các sợi cơ bản tiếp tục kết hợp với nhau tạo thành các vi sợi, sau đó các vi sợi tiếp tục kết hợp với
nhau tạo thành các bó sợi và được phun ra ngoài môi trường thông qua các lỗ trên bề mặt của vi khuẩn (hình
2.6). Ảnh chụp kính hiển vi điện tử bề mặt tế bào cho thấy có khoảng 50 – 80 lỗ sắp xếp thành hàng dọc
chiều dài của tế bào (Ross et al., 1991). Các lỗ này chính là các vò trí sinh tổng hợp cellulose trên bề mặt tế
bào. Đây là những lỗ có đường kính khoảng 3,5 nm sắp xếp song song theo đường thẳng dọc trục vi khuẩn.
Mỗi lỗ bao phủ một tiểu phần 10 nm chứa enzym tổng hợp cellulose. Mỗi tiểu phần 10 nm tạo ra các chuỗi
glucan hình thành vi sợi 1.5 nm.
10
Chương 2. Tổng quan tài liệu
Hình 2.6: Sự giải phóng cellulose ra môi trường ngoài từ A. xylinum
(Iguchi et al., 2000)
2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp cellulose.
2.2.3.1 Kiểu nuôi cấy
Có 2 kiểu nuôi cấy thường được sử dụng để sản xuất cellulose vi khuẩn, đó là nuôi cấy tónh và nuôi
cấy có khuấy đảo.

a) Nuôi cấy tónh
Đối với nuôi cấy tónh, người ta sử dụng những khay nhựa đã chuẩn bò môi trường và tiến hành nuôi
cấy chủng A. xylinum ở điều kiện tónh.
Trong điều kiện nuôi cấy tónh, những thớ sợi thứ cấp liên tục được lộ ra từ lỗ sắp xếp thẳng hàng
trên bề mặt của tế bào vi khuẩn, kết thành những vi sợi, lắng sâu xuống môi trường sinh trưởng, sau đó dải
cellulose chồng chập và xoắn với nhau tạo thành tấm cellulose trên bề mặt canh trường dinh dưỡng, ngay
mặt phân cách pha lỏng khí giàu oxy.
Dù vẫn được sử dụng để sản xuất cellulose nhưng nuôi cấy tónh cho sản lượng thấp và mang tính
thủ công. Do đó, để sản xuất công nghiệp, cần thiết để thiết lập hệ thống sản xuất hàng loạt sử dụng kó
thuật nuôi cấy hiệu quả hơn (Edwards, 1995).
b) Nuôi cấy có khuấy đảo
Tiến hành nuôi cấy trong thiết bò lên men chứa dung dòch môi trường, có cánh khuấy, thổi khí oxy
11
Chương 2. Tổng quan tài liệu
hoặc lắc. Vi khuẩn phân bố đều trong toàn dung dòch và phát triển theo chiều sâu của môi trường. Cellulose
được tạo ra có dạng viên hình cầu, elip…
Đây là kó thuật nuôi cấy mong đợi sẽ đem lại hiệu quả tạo cellulose cao, có thể ứng dụng trong sản
xuất cellulose vi khuẩn thương mại nhưng hiện nay cellulose vi khuẩn chỉ mới được sản xuất với sản lượng
thấp. Sản xuất cellulose từ A. xylinum bằng phương pháp nuôi cấy có khuấy đảo gặp phải một số trở ngại,
trở ngại lớn nhất cho đến nay là tính không ổn đònh khi nuôi cấy. Tính không ổn đònh được thể hiện bởi sự
mất khả năng sản xuất cellulose và thay thế dần tế bào sản xuất cellulose bằng chủng đột biến không có
khả năng sản xuất cellulose (Hai-Peng et al., 2002; Chao et al., 1997).
Từ việc quan sát thấy rằng cellulose tổng hợp nhanh khi tế bào A. xylinum được gắn vào những
phần tónh trong bình lên men như điện cực, cánh khuấy, màng ngăn, Vandamme et al. (1998) đã giới thiệu
“điểm dính đa chức năng” trong bình nuôi cấy bằng cách cung cấp vào môi trường những phần tử nhỏ không
tan như diatonit, silicagel, cát biển, những hạt thủy tinh nhỏ, đất mùn, cellulose thực vật được giã nhỏ
Nồng độ phần tử nhỏ đưa vào được tối ưu tuỳ theo mức độ khuấy, cũng như mức độ lắc của khay (Yoshinaga
et al., 1997).
Sự lựa chọn kỹ thuật nuôi cấy phụ thuộc vào mục đích thương mại của polymer sinh học, hơn nữa
cấu trúc cellulose và đặc tính cơ lý của nó bò ảnh hưởng rất lớn của phương pháp nuôi cấy (Hai-Peng et al.,

2002). Trong điều kiện nuôi cấy bề mặt, màng cellulose dày được tạo thành trên bề mặt môi trường nuôi
cấy. Trong khi dưới điều kiện nuôi cấy chìm, cellulose lại được sản xuất dưới dạng huyền phù thớ sợi, những
khối không đều, dạng viên kết hay dạng cầu kích thước từ 10 µm đến 1000 µm.
Hình 2.7: Cellulose được tạo thành trong điều kiện nuôi cấy tónh (trái) và có
khuấy đảo (phải)
12
Chương 2. Tổng quan tài liệu
(El-Saied et al., 2004)
Hình 2.8 thể hiện sự khác biệt về cấu trúc của cellulose khi nuôi cấy tónh và nuôi cấy có khuấy đảo.
Những phần tử hình cầu mòn của cellulose trong nuôi cấy chìm (Agitated bacterial cellulose – Ag-
BC) có cấu trúc mắt lưới tương tự cấu trúc mắt lưới của màng mỏng cellulose thu được khi nuôi cấy bề mặt
(Static bacterial cellulose – St-BC). Tuy nhiên có vài sự khác biệt về hình thái trong những sợi nhỏ và trong
cấu trúc này giữa St-BC và Ag-BC. Sợi cellulose của St-BC duỗi thẳng trong khi sợi cellulose Ag-BC cong
và rối, làm cấu trúc mắt lưới dày hơn so với cấu trúc St-BC. Bên cạnh đó, chiều rộng sợi Ag-BC mỏng hơn
so với St-BC, mặc dù rất khó xác đònh chính xác kích thước của mỗi sợi. Hình thái này có được có thể do
dòng chảy rối loạn và áp lực do dòch chuyển không ngừng của môi trường khi nuôi cấy dưới điều kiện có
khuấy đảo. Những thay đổi về hình thái học có liên quan đến những thay đổi trong cấu trúc vi mô như trọng
lượng phân tử, độ kết tinh, thành phần I , bảng 2.2 cho thấy rõ điều này.α
13
Chương 2. Tổng quan tài liệu
Hình 2.8: Cấu trúc trong điều kiện nuôi cấy tónh (a) và nuôi cấy có khuấy đảo
(b)
(Watanabe et al., 1998)
Bảng 2.2: Đặc tính cấu trúc St-BC và Ag-BC (Watanabe et al., 1998)
c tính c u trúcĐặ ấ Ag-BC St-BC
Ch s k t tinh aỉ ố ế 63 71
Kích th c tinh th bướ ể 6.9 7.4
S k t tinh c (%)ự ế 72 80
Cellulose I c (%)α 61 73
Độ polymer hoá 10900 14400

a. Xác đònh bằng phương pháp chụp nhiễu xạ tia X.
b. Ước lượng bằng phương pháp chụp nhiễu xạ tia X kích thước của mặt phẳng tinh thể học.
c. Xác đònh bằng CP/MAS 13C NMR.
Do những khác biệt về cấu trúc mà St-BC và Ag-BC có những tính chất có liên quan tới những ứng
dụng thương mại cũng khác nhau như trình bày ở bảng 2.3.
Bảng 2.3: Tính chất St-BC và Ag-BC (Watanabe et al., 1998)
14
Chương 2. Tổng quan tài liệu
c tr ngĐặ ư Ag-BC St-BC
Young module của màng (GPa) 28,3 33,3
Khả năng giữ nước (g nước/g cellulose) 170 45
Ch c n ng giúp duy trì l c (%)ứ ă ọ 43 38
Chỉ số ổn đònh nhũ tương (%) 83 60
Khả năng giữ nước của cellulose vi khuẩn là khối lượng nước được giữ lại trên một đơn vò khối
lượng của sợi cellulose, lượng nước này được giữ trên bề mặt và trong những phần tử tạo nên sợi cellulose.
Giá trò của chức năng duy trì lọc được đònh nghóa là lượng phân tử CaCO3 bò giữ trên tờ giấy
cellulose. Phân tử nhỏ hơn và phân tán hơn của Ag-BC bò phân hủy có hiệu quả hơn phân tử của St-BC trong
việc giữ lại các hột nhỏ vì phân tử của Ag-BC bò phân hủy có bề mặt hiệu dụng rộng hơn suốt quá trình lọc
trong sản xuất giấy. Trong trường hợp của chất ổn đònh nhũ tương, phân tử Ag-BC bao phủ bề mặt của
những giọt dầu rộng hơn và nhũ tương chứa trong Ag-BC ổn đònh hơn.
Do đó, Ag-BC thể hiện nhiều đặc tính phù hợp hơn cho những ứng dụng công nghiệp hơn St-BC
(Watanabe et al., 1998).
2.2.3.2 Ảnh hưởng của thiết bò đến năng suất tạo thành cellulose vi khuẩn
Phương pháp sản xuất cellulose vi khuẩn truyền thống là nuôi cấy tónh, nhưng phương pháp này đòi
hỏi phải có diện tích lên men lớn và thời gian lên men dài. Do đó một số phương pháp khác được khảo sát
để thay thế cho phương pháp nuôi cấy tónh.
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. Hơn nữa trong điều
kiện nuôi cấy có khuấy đảo, dễ dàng kiểm soát các yếu tố môi trường. 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. Các viên huyền phù cellulose có độ giữ nước cao, nhanh chóng
choáng hết thể tích môi trường, gây khó khăn cho vi sinh vật phát triển tạo cellulose (Klemm et al., 2001;
Yoshinaga et al., 1997).
Một số thiết bò lên men sản xuất cellulose vi khuẩn:
a) Ajinomoto
Được đặt tên theo tên một công ty, phương pháp này sử dụng môi trường bề mặt nhằm cải thiện sự
tổng hợp của cellulose. Các tế bào đầu tiên được nhân giống trong thiết bò có sục khí trước khi được cho vào
15
Chương 2. Tổng quan tài liệu
các khay tónh. Sau 3 ngày trong thiết bò suc khí, mật độ tế bào vào khoảng 2x10
7
(tế bào/ml). Lúc này, dòch
lên men được chuyển vào các khay có sục khí. So sánh với quá trình lên men thông thường tạo cellulose thì
thiết bò nay fcho năng suất cao hơn 140%. Sản phẩm có khả năng giữ nước thấp và chứa khoảng 10% lượng
sucrose ban đầu (Okiyama et al., 1992).
b) Weyerhauser
Được đặt tên theo tên của một công ty Mỹ phát minh ra, một quá trình được phát triển để sản xuất
sợi có kích thước nhỏ, khoảng 1/300 kích thước của bột gỗ. Sử dụng các chất gây đột biến đổi hóa học để
thay đổi các mức độ tác động của enzyme, chủng A. xylinum được phân lập để làm giảm lượng chất phụ sinh
ra trong quá trình sản xuất, bao gồm gluconic acid với việc điều chỉnh pH thấp hơn. Rõ rằng hơn, chủng vi
sinh vật được phân lập để sản xuất cellulose khi khuấy đảo. Trước đây, khuấy đảo một dòch lên men để
cung cấp oxy, và sự trao đổi chất, tổng hợ cellulose không ngừng. Tuy nhiên, sản phẩm tạo ra từ phương
pháp này là một dòch huyền phù sệt, nhớt, tên thương mại là Cellulon (Black et al., 1990).
c) ICI
ICI (Imperial Chemical Industry) bao gồm 4 bước và sản xuất một chất sệt giống với hệ thống
Weyerhauser. Bước đầu tiên là bước tích lũy. Khi đó vi khuẩn được phép phát triển trong một thiết bò phản
ứng có khuấy đảo đến khi nguồn carbon được tiêu thụ hết. Sau đó bổ sung nguồn carbon với tốc độ phù hợp
cho sự tổng hợp cellulose. Bước cuối cùng là loại đi các huyền phù từ thiết bò phản ứng và sau đó tách các tế
bào vi sinh vật ra khỏi sản phẩm (Serafica et al.,1998).
d) Gengiflex®, Biofill® và BASYC®

Chủng A. xylinum thích hợp được đưa vào một thiết bò, trong đó tạo điều kiện tối ưu cho chúng phát
triển. Các điều kiện tối ưu cho sự sản xuất cellulose sau đó được áp dụng cho dòch lên men. Tất cả các quy
trình đều được phát triển trên môi trường cơ bản của Schramm và Hestrin (1954).
Gengiflex® được áp dụng trong công nghiệp nha khoa, cụ thể là được áp dụng để giúp hồi phục lại
mô bao quanh răng (Novaes et al., 1997).
Biofill®, được sử dụng như là một dải băng, có thể được ứng dụng băng các vết thương trong
trường hợp bò phỏng hay bò loét. Biofill® được sử dụng như da nhân tạo cho con người. Mặt hạn chế lớn nhất
của sản phẩm là bò giới hạn bởi tính co giãn khi ứng dụng để làm các vết băng tai những vùng có cường độ
vận động cao. Ngược lại, ưu điểm của nó là giúp hồi phục nhanh chóng vết thương, và khả năng chống
nhiễm trùng tốt. Cellulose trong suốt cho phép kiểm tra, theo dõi vết thương dẽ dàng trong khi Biofill® sẽ
tách ra khi vết thương hồi phục. Với việc rút ngắn thời gian và chi phí điều trò, Biofill® được đánh giá rất
cao (Fontana et al,. 1990).
Một nhóm các nhà hóa học, sinh vật học và giải phẫu học đã phát triển một sản phẩm gọi là
16
Chương 2. Tổng quan tài liệu
BASYC® (Bacterial Synthesised Cellulose). BASYC® là một sản phẩm dạng ống dùng thay cho các mạch
máu. Các ống có đường kính trong khoảng 1mm và dài 5mm, được sử dụng thay thế cho mạch máu. Công
dụng khác của loại sản phẩm này là bề mặt trong của ống BASYC® nhẵn và trơn hơn các vật liệu tổng hợp
khác khi sử dụng cùng mục đích (Klemm et al,. 2001).
e) Thiết bò thu nhận cellulose liên tục
Thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm. Sử dụng một dụng cụ có độ sâu không lớn để lượng
môi trường cần thiết là tối thiểu, các sợi cellulose được thu bởi một trục quay liên tục với tốc độ 35 mmh
-1
.
Sau một thời gian thu nhận cellulose thì đem cellulose đi xử lý. Ưu điểm lớn nhất của dạng thiết bò này là
cellulose có thể được thu nhân liên tục và môi trường mới được bổ sung sau mỗi 12 giờ (Sakairi et al., 1997).
f) Thiết bò phản ứng có sục khí tuần hoàn và khuấy đảo
Trong môi trường tónh, thời gian nhân đôi số lượng tế bào là từ 8 – 10 giờ, trong khi trong điều kiện
có lắc đảo, thời gian này là 4 – 6 giờ (Canon và Anderson, 1991). Bằng cách tăng khuấy đảo và cung cấp
oxy cho môi trường nuôi cấy, tốc độ sinh trưởng tế bào cũng tăng lên. Do đó, khả năng sản xuất với tỷ lệ lớn

là có thể, thiết bò lên men có khuấy đảo và có sục khí được nghiên cứu và mong muốn tạo ra cellulose dạng
II. Độ nhớt cao của môi trường và sức cản mạnh là trở ngại của phương pháp. Với phương pháp này thì sợi
cellulose tạo ra có cấu trúc không bình thường (Kouda et al., 1997).
2.2.3.3 nh hưởng của áp suất oxy đến quá trình tổng hợp cellulose vi khuẩn
Sự hình thành cellulose diễn ra tại vò trí mặt phân cách giữa không khí và lớp màng cellulose chứ
không phải tại mặt phân cách giữa môi trường và cellulose. Do đó oxy là nhân tố quan trọng cho quá trình
tổng hợp cellulose (Borzano & Desouza et al., 1995).
Watanabe và Yamanaka (1995) phát hiện ra 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. Điều này có thể ảnh hưởng trực tiếp đến tính dai của
lớp màng. Hơn nữa, với 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 điều 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.
(Yamanaka & Watanabe et al., 1995).
2.2.3.4 nh hưởng của pH và nhiệt độ đến sản phẩm cellulose vi khuẩn
1. Ảnh hưởng của pH
Sự chuyển hóa glucose thành acid gluconic trong quá trình tổng hợp cellulose là nguyên nhân chính
của sự giảm pH của môi trường lên men. pH ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của tế bào và sự hình thành
cellulose (Hwang, J.W et al., 1999). Các báo cáo trước đây đã đưa ra các kết luận cho thấy pH tối ưu cho sự
17