Tổng quan tài liệu về kỹ thuật cố định vi sinh vật bằng phương pháp tao gel

TỔNG QUAN TÀI LIỆU VỀ
KỸ THUẬT CỐ ĐỊNH VI SINH VẬT
BẰNG PHƯƠNG PHÁP TẠO GEL







NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
TÌM HIỂU KỸ THUẬT CỐ ĐỊNH VI SINH VẬT
TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH
TẾ BÀO VI SINH VẬT
TÌM HIỂU KỸ THUẬT CỐ ĐỊNH TẾ BÀO
BẰNG PHƯƠNG PHÁP TẠO GEL


CÁC KHÁI NIỆM










KỸ THUẬT CỐ ĐỊNH
Là quá trình giữ hay đònh vò những tế bào trong một khu

vực không gian nhất đònh sao cho hoạt tính xúc tác của
chúng được bảo toàn trong thời gian dài.

VI SINH VẬT CỐ ĐỊNH
Hiện nay, kỹ thuật cố đònh đã được mở rộng nghiên cứu
và áp dụng với enzyme, cơ quan tế bào hay thậm chí là
toàn bộ tế bào vi sinh vật.

CHẤT MANG
Trong kỹ thuật cố đònh, một yếu tố quan trọng quyết
đònh đến việc lựa chọn phương pháp cố đònh và hiệu quả
của quá trình cố đònh chính là vật liệu cố đònh hay còn
gọi là chất mang. Một số loại chất mang thường dùng
trong kỹ thuật cố đònh là carboxyl methyl cellulose,
polyacrylamide, polyvinyl alcohol, alginate,
carrageenan, …


CÁC PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH
TẾ BÀO VI SINH VẬT













NHÓM PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH VI
SINH VẬT TRÊN BỀ MẶT CHẤT MANG
PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ TẾ BÀO TRÊN
BỀ MẶT CHẤT MANG
Đây được xem là phương pháp cố đònh đơn giản nhất
trong kỹ thuật cố đònh vi sinh vật.
Cơ chế gắn vi sinh vật lên bề mặt chất mang bao gồm
tương tác ion, tương tác tónh điện, tạo liên kết giữa
màng tế bào và bề mặt chất mang, lực mao quản, lực
Val der Waals, …
Chất mang sử dụng phải là những chất với bề mặt có
tính chất xốp hoặc có chứa nhiều nhóm chức hoá học
như than hoạt tính, silicagel, nhựa trao đổi ion, …
Những tế bào vi sinh vật được cố đònh trên bề mặt
chất mang theo phương pháp hấp phụ:


CÁC PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH
TẾ BÀO VI SINH VẬT










NHÓM PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH VI
SINH VẬT TRÊN BỀ MẶT CHẤT MANG
PHƯƠNG PHÁP TẠO LIÊN KẾT CỘNG HOÁ
TRỊ GIỮA MÀNG TẾ BÀO VÀ BỀ MẶT CHẤT
MANG

Kỹ thuật cố đònh theo phương pháp này cơ bản dựa trên
sự tạo thành liên kết cộng hoá trò giữa bề mặt chất
mang đã được hoạt hoá và tế bào vi sinh vật.
Những chất mang thường dùng trong phương pháp này
là polypeptide, dẫn xuầt của cellulose, dextran, các
polymer tổng hợp, các hợp chất vô cơ, …
Để thuận tiện khi cố đònh, màng tế bào cần chứa một
số nhóm chức thích hợp cho việc hình thành liên kết
cộng hoá trò như nhóm imidazol của histidine, vòng
phenol của tyrosine, …
O

O
N
N

N

O

N

CÁC PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH
TẾ BÀO VI SINH VẬT





NHÓM PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH TẾ BÀO
VI SINH VẬT KHÔNG CHẤT MANG
Nhờ những tác nhân lưỡng hoặc đa chức, các tế bào vi
sinh vật riêng biệt được đính hoặc kết chùm thành những
khối tế bào có vai trò và tính chất tương tự như những tế
bào vi sinh vật được cố đònh.


CÁC PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH
TẾ BÀO VI SINH VẬT





NHÓM PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH TẾ BÀO
VI SINH VẬT BẰNG THIẾT BỊ
MEMBRANE
Màng membrane gồm rất nhiều những lỗ vô cùng nhỏ,
có thể giữ được tế bào vi sinh vật. Gồm hai dạng:

CÁC PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH
TẾ BÀO VI SINH VẬT












NHÓM PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH TẾ BÀO
VI SINH VẬT TRONG CẤU TRÚC GEL
TRONG CẤU TRÚC ION GEL
Ion gel là một loại gel có cấu trúc mạng lưới được hình
thành từ những liên kết ion.
Hỗn hợp huyền phù của tế bào vi sinh vật và chất mang
đa điện tích được nhỏ vào dung dòch đa điện tích trái dấu
để thực hiện phản ứng tạo mạng lưới gel.
Một số chất mang thường được sử dụng trong phương
pháp này là alginate, chitosan, …
Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong lónh vực
môi trường hoặc công nghiệp sản xuất rượu, enzyme, …


CÁC PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH
TẾ BÀO VI SINH VẬT












NHÓM PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH TẾ BÀO
TRONG CẤU TRÚC GEL
TRONG CẤU TRÚC COVALENT GEL
Covalent gel được đònh nghóa là một loại gel mà cấu trúc
mạng lưới của nó được hình thành từ những phân tử chất
mang gắn kết với nhau bằng các liên kết cộng hoá trò.
Huyền phù sinh khối tế bào sau khi ly tâm được trộn vào
dung dòch các monomer hoặc dung dòch polymer. Hỗn hợp
được xử lý bằng những phản ứng thích hợp để các
monomer hoặc các sợi polymer liên kết với nhau hình
thành cấu trúc gel.
Chất mang thường gặp trong phương pháp này là
polyacrylamide và một số gel vô cơ được hình thành từ
một số oxide như SiO2, TiO2, …
Phương pháp được nghiên cứu và ứng dụng trong việc xử
lý nước thải và sản xuất chất kháng sinh …

CÁC PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH
TẾ BÀO VI SINH VẬT










NHÓM PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH TẾ BÀO
VI SINH VẬT TRONG CẤU TRÚC GEL
TRONG NON – COVALENT GEL
Phương pháp cố đònh này hoàn toàn tương tự với phương
pháp cố đònh tế bào vi sinh vật trong cấu trúc covalent gel.
Tuy nhiên mạng lưới trong cấu trúc gel cố đònh tế bào vi
sinh vật trong phương pháp này không được hình thành từ
những liên kết cộng hoá trò mà có thể do nhiều loại liên kết
khác tạo ra, thường gặp nhất là liên kết hydro.
Chất mang thường được sử dụng trong phương pháp này là
carrageenan.
Phương pháp đã được thử nghiệm để sản xuất nhiều loại
thuốc kháng sinh từ tế bào vi sinh vật cố đònh.


CÁC PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH
TẾ BÀO VI SINH VẬT












NHÓM PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH TẾ BÀO
VI SINH VẬT TRONG CẤU TRÚC GEL
TRONG CRYOGEL
Cryogel là một cấu trúc gel polymer mới. Nó được hình
thành bằng cách xử lý ở nhiệt độ rất thấp như cấp đông,
bảo quản ở trạng thái băng trong một thời gian xác đònh và
làm tan giá những tiền polymer có phân tử lượng khác
nhau.
Công việc cố đònh tế bào trong cryogel cũng tương đối đơn
giản. Lượng sinh khối tế bào sẽ được trộn lẫn với dung
dòch polyvinyl alcohol (10% - 20%). Hỗn hợp này được đưa
đi xử lý lạnh đông – rã đông để thu nhận những hạt
polyvinyl alcohol – cryogel chứa tế bào vi sinh vật cố
đònh.
Cố đònh tế bào trong cryogel là một phương pháp mới, do
đó các chất mang thích hợp với điều kiện cố đònh chưa
được nghiên cứu nhiều. Hiện nay polyvinyl alcohol là loại
chất mang được sử dụng trong kỹ thuật cố đònh tế bào vi
sinh vật trong cấu trúc cryogel.

Phương pháp được ứng dụng để sản xuất rượu, acid hữu cơ
và enzyme …


KẾT LUẬN








NHẬN XÉT
Trong suốt thời gian phát triển, kỹ thuật cố đònh tế bào với
khởi nguồn là sự cố đònh enzyme, đã thu hút sự chú ý của
nhiều nhóm nghiên cứu.
So với việc sử dụng những tế bào tự do, các tế bào vi sinh
vật cố đònh đã mang lại những lợi thế tiềm năng như có thể
tăng cao mật độ tế bào trong bình lên men, tăng năng suất,
rút ngắn tổng thời gian sản xuất, thu nhỏ thiết bò lên men,
tái sử dụng trong thời gian dài, tăng khả năng sử dụng cơ
chất, giảm nguy cơ nhiễm vi sinh vật lạ, quá trình đơn giản,
chất lượng sản phẩm không thay đổi, tăng khả năng chống
chòu hay bảo vệ tế bào khỏi những ức chế của cơ chất và
sản phẩm cuối.
Chính vì thế, kỹ thuật cố đònh tế bào vi sinh vật ngày càng
được ứng dụng rộng rãi. Trong công nghệ sản xuất thực
phẩm và đồ uống, hệ thống cố đònh tế bào được sử dụng để
sản xuất những sản phẩm trao đổi chất đặc biệt như enzyme,

amino acid, acid hữu cơ, alcohol, polysaccharide và các sản
phẩm lên men như bia, rượu vang, nước trái cây lên men có
độ cồn thấp …