Nghiên cứu phân lập vi sinh vật tạo chất hoạt động bề mặt sinh học từ dịch lên men phụ phẩm rau quả

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA HÓA
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU PHÂN LẬP VI SINH VẬT
TẠO CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT SINH HỌC
TỪ DỊCH LÊN MEN PHỤ PHẨM RAU QUẢ.
Người hướng dẫn: TS. ĐẶNG ĐỨC LONG
Sinh viên thực hiện: HỒ THỊ HỒNG NGỌC
Số thẻ sinh viên: 107120262
Lớp: 12SH

Đà Nẵng, 5/2017


TÓM TẮT
Tên đề tài: Nghiên cứu phân lập vi sinh vật tạo chất hoạt động bề mặt sinh học
từ dịch lên men phụ phẩm rau quả.
Sinh viên thực hiện: HỒ THỊ HỒNG NGỌC
Mã số sinh viên: 107120262 - Lớp: 12SH
Tóm tắt: Các chất hoạt động bề mặt sinh học (CHĐBMSH) là những hợp chất
lưỡng cực có hoạt tính bề mặt do vi sinh vật tạo ra bằng con đường lên men.
CHĐBMSH có thể duy trì hoạt tính khi thay đổi nhiệt độ, pH, nồng độ NaCl trong các
điều kiện khắc nghiệt. Hơn nữa CHĐBMSH cịn có khả năng tự phân hủy, khơng gây
độc và có thể được sản xuất trên các nguồn cơ chất là phế thải của nông nghiệp, công
nghiệp chế biến để sản xuất với quy mô lớn. Chính vì những ưu điểm vượt trội nêu
trên mà CHĐBMSH đã và đang ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống

như: Y học, nông nghiệp, công nghiệp, dược phẩm và xử lí mơi trường. Trong nghiên
cứu này tôi đã tiến hành phân lập được hai chủng nấm men có khả năng tạo
CHĐBMSH từ dịch lên men phụ phẩm rau quả, đồng thời nhân giống hai chủng nấm
men đó và tiến hành lên men lại với cơ chất giống ban đầu bằng cách bổ sung hai
chủng nấm men đã phân lập được. Những kết quả này cho thấy rằng các vi sinh vật thu
được có khả năng sử dụng phụ phẩm rau quả trong việc sản xuất ở quy mơ cơng
nghiệp các CHĐBMSH.
Từ khóa: chất hoạt hóa bề mặt sinh học, vi khuẩn, nấm men, phụ phẩm thực vật,
khuẩn lạc.
Abstract: Biosurfactants are surface-active dipole compounds produced by
microorganisms by fermentation. Biosurfactants can maintain activity when changing
temperature, pH, NaCl concentration,...under extreme conditions. Furthermore,
biosurfactants is self-decomposable, non-toxic and can be produced on the basis of
agricultural and processing industrial wastes for large-scale production. Because of the
above advantages, biosurfactants have been applied in many fields such as medicine,
agriculture, industry, medicine and environmental treatment. In this study, I have
isolated two yeast strains capable of producing biosurfactants, propagated those two
yeast strains and fermented vegetable by-products to produce biosurfactants using the
seed cultures of these strains. These results suggest that the obtained microorganisms
can be a source for the production of biosurfactants in an industrial scale.
Key words: biosurfactants; bacteria; yeast; plant by-products; colony.


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA HĨA

CỘNG HỊA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: HỒ THỊ HỒNG NGỌC
Lớp:12SH

Khoa:

HĨA

Số thẻ sinh viên: 107120262
Ngành:

Cơng nghệ sinh học

1. Tên đề tài đồ án:
“Nghiên cứu phân lập vi sinh vật tạo chất hoạt động bề mặt sinh học từ dịch
lên men phụ phẩm rau quả”
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
Tóm tắt
Nhiệm vụ đồ án
Lời nói đầu
Cam đoan
Mục lục
Danh mục bảng
Danh mục hình ảnh
Danh sách các ký hiệu và chữ viết tắt
Chương 1:
Tổng quan tài liệu
Chương 2:

Vật liệu và phương pháp
Chương 3:
Kết quả và thảo luận
Chương 4:
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Phụ lục
4. Giáo viên hướng dẫn: TS. Đặng Đức Long
5. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
10/02/2017
6. Ngày hoàn thành đồ án:
26/05/2017
Trưởng Bộ môn Công nghệ sinh học

Đà Nẵng, ngày 25 tháng 05 năm 2017
Người hướng dẫn

TS. LÊ LÝ THÙY TRÂM

TS. ĐẶNG ĐỨC LONG


Nghiên cứu phân lập vi sinh vật tạo chất hoạt động bề mặt sinh học từ dịch lên men phụ phẩm rau quả

LỜI CẢM ƠN
Với khoảng thời gian 5 năm học tại trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng bản
thân em đã tích lũy được rất nhiều kinh nghiệm, kiến thức quý báu và đặc biệt em đã
trưởng thành hơn rất nhiều. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến sự giúp đỡ của tất
cả các thầy cô đã và đang công tác tại trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng, các thầy cơ
trong khoa Hóa, đặc biệt là thầy cô trong bộ môn Công Nghệ Sinh Học đã tận tình

giúp đỡ, tận tâm dạy dỗ em trong suốt thời gian ngồi trên ghế giảng đường không chỉ
về kiến thức mà còn cả cách sống và đối nhân xử thế. Những kiến thức vô giá này sẽ
theo em trong suốt cuộc đời, sẽ giúp ích em rất nhiều trong tương lai phía trước.
Sau hơn 3 tháng thực hiện nghiên cứu với đề tài “Nghiên cứu phân lập vi sinh vật
tạo chất hoạt động bề mặt sinh học từ dịch lên men phụ phẩm rau quả”, đến nay em đã
hoàn thành đề tài của mình.
Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành, lịng kính trọng và biết ơn sâu
sắc đến TS.Đặng Đức Long, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, dìu dắt và giúp đỡ
em trong suốt q trình nghiên cứu và hồn thành đồ án tốt nghiệp. Cảm ơn Thầy chủ
nhiệm là T.S Bùi Xuân Đơng vì sư tận tâm và tận tụy của thầy đã dìu dắt em trong
suốt 5 năm qua, đã chỉ dạy cho em nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý báu.
Em cũng xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo trường Đại học Bách Khoa Đà
Nẵng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Bên cạnh
đó, em cũng xin gửi lời cảm ơn tới KS.Võ Công Tuấn và Ths.Phạm Thị Kim Thảo
chuyên viên tại phịng thí nghiệm Cơng nghệ Sinh học, người đã giúp đỡ em rất nhiều
trong suốt thời gian thực hiện nghiên cứu tại phịng thí nghiệm. Tơi cũng xin bày tỏ
lòng biết ơn sâu sắc tới Ban chủ nhiệm, các thầy cô và các bạn sinh viên lớp 12SH Bộ
môn Công nghệ Sinh học đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập tại
trường. Cuối cùng, tơi xin cảm ơn những người thân trong gia đình và bạn bè đã tạo
điều kiện động viên giúp đỡ tôi cả về vật chất và tinh thần để tôi có thể hồn thành đồ
án tốt nghiệp này. Với lịng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn tất cả sự giúp đỡ
q báu đó!
Vì là lần đầu làm đồ án nghiên cứu nên sẽ không tránh khỏi những sai sót, em rất
mong thầy cơ góp ý để đồ án tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn, em xin chân
thành cảm ơn!
Đà Nẵng, tháng 5 năm 2017

Hồ Thị Hồng Ngọc
SVTH: HỒ THỊ HỒNG NGỌC

GVHD:T.S.ĐẶNG ĐỨC LONG

Trang i


Nghiên cứu phân lập vi sinh vật tạo chất hoạt động bề mặt sinh học từ dịch lên men phụ phẩm rau quả

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi dưới sự hướng dẫn
của Ts. Đặng Đức Long. Các số liệu, kết quả nêu trong đồ án này là trung thực và
chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Sinh viên thực hiện

Hồ Thị Hồng Ngọc

SVTH: HỒ THỊ HỒNG NGỌC

GVHD:T.S.ĐẶNG ĐỨC LONG

Trang ii


Nghiên cứu phân lập vi sinh vật tạo chất hoạt động bề mặt sinh học từ dịch lên men phụ phẩm rau quả

MỤC LỤC

TÓM TẮT
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... ii

MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ............................................................................v
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT ...............................................................vi
Trang
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU .........................................................................3
Giới thiệu chung về phụ phẩm thực vật. ..................................................................3
Giới thiệu về chất hoạt động bề mặt và chất hoạt động bề mặt sinh học. ................4
1.2.1. Chất hoạt động bề mặt ...........................................................................................4
1.2.2. Chất hoạt động bề mặt sinh học ( Biosurfactant) ..................................................6
Tình hình nghiên cứu hiện tại .................................................................................15
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước ........................................................................15
1.3.2. Tình hình nghiên cứu ở Đà Nẵng ........................................................................15
vật liệu và phương pháp nghiên cứu .......................................................18
Tên đề tài, thời gian và địa điểm tiến hành. ...........................................................18
2.1.1. Tên đề tài .............................................................................................................18
2.1.2. Địa điểm ..............................................................................................................18
2.1.3. Thời gian nghiên cứu. ..........................................................................................18
Vật liệu nghiên cứu, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm, hóa chất. ..............................18
2.2.1. Vật liệu nghiên cứu..............................................................................................18
2.2.2. Dụng cụ, thiết bị trong q trình thí nghiệm .......................................................19
2.2.3. Hóa chất ...............................................................................................................20
Phương pháp nghiên cứu. .......................................................................................21
2.3.1. Phân lập vi khuẩn tạo chất hoạt động bề mặt sinh học trên môi trường thạch thịt
Pepton. ...........................................................................................................................22
2.3.2. Phân lập nấm men tạo chất hoạt động bề mặt sinh học trên mơi trường Hansen22
2.3.3. Quan sát hình thái tế bào vi khuẩn và nấm men dưới kính hiển vi . ...................22
2.3.4. Thử hoạt tính tạo chất hoạt động bề mặt sinh học của các chủng vi sinh vật đã
phân lập được bằng phương pháp ”drop collasape test”. ..............................................27
SVTH: HỒ THỊ HỒNG NGỌC

GVHD:T.S.ĐẶNG ĐỨC LONG

Trang iii


Nghiên cứu phân lập vi sinh vật tạo chất hoạt động bề mặt sinh học từ dịch lên men phụ phẩm rau quả

2.3.5. Nhân giống hai chủng nấm men có khả năng tạo chất hoạt động bề mặt sinh học.
.......................................................................................................................................28
2.3.6. Theo dõi đường cong sinh trưởng của nấm men .................................................29
2.3.7. Tiến hành lên men trên cơ chất có bổ sung hai chủng nấm men có khả năng tạo
chất hoạt động bề mặt sinh học đã phân lập được. ........................................................30
2.3.8. Phương pháp xử lí số liệu. ...................................................................................30
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................ 31
Đặc điểm hình thái của các chủng vi sinh vật phân lập được từ dịch lên men phụ
phẩm thực vật ................................................................................................................31
Kết quả kiểm tra hoạt tính tạo chất hoạt động bề mặt sinh học của các chủng vi
sinh vật đã phân lập được. .............................................................................................33
Kết quả nhân giống hai chủng nấm men có khả năng tạo chất hoạt động bề mặt
sinh học. .........................................................................................................................34
Kết quả theo dõi đường cong sinh trưởng của hai chủng nấm men có khả năng tạo
chất hoạt động bề mặt sinh học. ....................................................................................35
3.4.1. Chủng nấm men 1 ................................................................................................ 35
3.4.2. Chủng nấm men 2 ................................................................................................ 37
Kết quả tiến hành lên men phụ phẩm rau quả có bổ sung hai chủng nấm men đã
phân lập được. ...............................................................................................................39
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................ 41
Kết luận...................................................................................................................41
Kiến nghị ................................................................................................................41

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................42
PHỤ LỤC 1
PHỤC LỤC 2
PHỤ LỤC 3

SVTH: HỒ THỊ HỒNG NGỌC

GVHD:T.S.ĐẶNG ĐỨC LONG

Trang iv


Nghiên cứu phân lập vi sinh vật tạo chất hoạt động bề mặt sinh học từ dịch lên men phụ phẩm rau quả

DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
Bảng 3.1. Đặc điểm khuẩn lạc và hình thái tế bào dưới kính hiển vi của các chủng vi
sinh vật phân lập được. ..................................................................................................31
Hình 1.1. Phụ phẩm rau quả tại các chợ ..........................................................................3
Hình 1.2. Các lĩnh vực ứng dụng của chất hoạt động bề mặt sinh học [44]. ................13
Hình 1.3. Sản phẩm nước rửa chén sinh học tại Đà Nẵng ............................................16
Hình 2.1. Dịch lên men phụ phẩm rau quả ....................................................................19
Hình 2.2. Tiêu bản vi sinh vật. ......................................................................................23
Hình 2.3. Cách làm tiêu bản giọt treo. ...........................................................................24
Hình 2.4. Một số hình thái của vi khuẩn .......................................................................25
Hình 2.5. Ngun lí nhuộm Gram .................................................................................26
Hình 2.6. Cơ chế bắt màu gram .....................................................................................26
Hình 2.7. Quy trình nhân giống nấm men .....................................................................28
Hình 3.1. Đặc điểm khuẩn lạc và hình thái tế bào của chủng vi khuẩn 1 .....................31
Hình 3.2. Đặc điểm khuẩn lạc và hình thái tế bào của chủng vi khuẩn 2 .....................32
Hình 3.3. Đặc điểm khuẩn lạc và hình thái tế bào của nấm men 1 ...............................32

Hình 3.4. Đặc điểm khuẩn lạc và hình thái tế bào của chủng nấm men 2 ....................32
Hình 3.5. Đặc điểm khuẩn lạc và hình thái tế bào của chủng nấm men 3 ....................33
Hình 3.6. Kết quả kiểm tra khả năng tạo chất hoạt động bề mặt sinh học của các chủng
vi sinh vật đã phân lập được ..........................................................................................33
Hình 3.7. Chủng nấm men 1 và nấm men 2 có khả năng tạo chất hoạt động bề mặt sinh
học .................................................................................................................................34
Hình 3.8. Ống giống gốc của chủng nấm men 1 và chủng nấm men 2 .........................34
Hình 3.9. Nhân giống hai chủng nấm men có khả năng tạo chất hoạt động bề mặt sinh
học .................................................................................................................................35
Hình 3.10. Đường biểu diễn log(N/ml) theo OD610 của chủng nấm men 1. .................36
Hình 3.11. Đường cong tăng trưởng của chủng nấm men 1. ........................................36
Hình 3.12. Đường biểu diễn log(N/ml) theo OD610nm của chủng nấm men 2. ..............37
Hình 3.13. Đường cong tăng trưởng của chủng nấm men 2. ........................................38
Hình 3.14. Sản phẩm lên men có bổ sung chủng nấm men 1. ......................................39
Hình 3.15. Sản phẩm lên men có bổ sung chủng nấm men 2. ......................................39
Hình 3.16. Dụng cụ và hóa chất dùng cho phép thử phá vỡ giọt. .................................40
Hình 3.17. Kết quả phép thử phá vỡ giọt. .....................................................................40

SVTH: HỒ THỊ HỒNG NGỌC

GVHD:T.S.ĐẶNG ĐỨC LONG

Trang v


Nghiên cứu phân lập vi sinh vật tạo chất hoạt động bề mặt sinh học từ dịch lên men phụ phẩm rau quả

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT
CHĐBMSH: Chất hoạt động bề mặt sinh học
CHĐBMHH: Chất hoạt động bề mặt hóa học.

CHĐBM: Chất hoạt động bề mặt.
VK: vi khuẩn
NM: nấm men

SVTH: HỒ THỊ HỒNG NGỌC

GVHD:T.S.ĐẶNG ĐỨC LONG

Trang vi


MỞ ĐẦU

1.Tính cấp thiết của đề tài.
Hiện nay ơ nhiễm môi trường là một vấn đề đang đặc biệt được chú ý và quan
tâm không chỉ bởi những nhà khoa học ở trong nước mà cịn ở nước ngồi. Hàng ngày
lượng chất thải hữu cơ thải ra rất lớn, trong khi chúng ta có thể tận dụng lượng chất
thải này để tạo ra những sản phẩm có hoạt tính bề mặt sinh học thân thiện với môi
trường đồng thời đảm bảo sức khỏe hạn chế việc sử dụng chất tẩy rửa hóa học gây hại
đến mơi trường và sức khỏe con người. Bên cạnh đó chất hoạt động bề mặt sinh học
cịn có khả năng xử lý chất thải hữu cơ, thay thế sản phẩm tổng hợp từ các hoá chất
khơng tái tạo (đa phần có nguồn gốc từ dầu mỏ), tạo ra các sản phẩm không độc hại
với con người và mơi trường. Ở Đà Nẵng đã có cơ Trịnh Thị Hồng làm ra nước rửa
chén sinh học từ phụ phẩm rau quả, tuy nhiên phương pháp của cô cịn mang tính thủ
cơng, chưa theo một cơ sở khoa học nào đã được chứng minh. Chính vì lí do trên mà
tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu phân lập vi sinh vật tạo chất hoạt động bề mặt từ dịch
lên men phụ phẩm rau quả” này. Mục đích chính trong đề tài nghiên cứu lần này ta cần
khắc phục những tồn tại mà cô Minh Hồng đã làm để cho được sản phẩm tốt nhất.
Thêm vào đó, nếu ta phân lập được chủng VSV tạo được CHĐBMSH thì sẽ chủ động
điều chỉnh được thời gian lên men, cho ra sản phẩm tối ưu. Sau khi phân lập được

chủng VSV ta sẽ tiến hành lên men lại bằng chính chủng đó rồi đem so sánh giữa thời
gian lên men và chất lượng sản phẩm của các mẫu với nhau.
2.Mục tiêu nghiên cứu.
Mục tiêu 1: Phân lập được chủng vi sinh vật có khả năng tạo chất hoạt động bề
mặt sinh học
Mục tiêu 2: Nhân giống chủng vi sinh vật có khả năng tạo chất hoạt động bề mặt
sinh học đã phân lập được.
Mục tiêu 3: Dựng được đường cong sinh trưởng của chủng vi sinh vật có khả
năng tạo chất hoạt động bề mặt sinh học đã phân lập được.
Mục tiêu 4: Từ các chủng vi sinh vật đã phân lập được tiến hành lên men lại từ
cơ chất là phụ phẩm rau quả có bổ sung chủng vi sinh vật đó để từ đó kiểm tra hoạt
tính và đem đi so sánh với mẫu không bổ sung vi sinh vật.
3. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Dịch lên men từ phụ phẩm rau quả cụ thể ở đây là dịch lên men vỏ bưởi và các
loại rau bầm dập được thu thập ở Chợ Hòa Khánh.
SVTH: HỒ THỊ HỒNG NGỌC

GVHD:T.S.ĐẶNG ĐỨC LONG

Trang 1


3.2. Phương pháp nghiên cứu
Phân lập vi khuẩn tạo chất hoạt động bề mặt sinh học trên môi trường thạch thịt
Pepton. Phân lập nấm men tạo chất hoạt động bề mặt sinh học trên mơi trường
Hansen.
Nghiên cứu hình thái tế bào vi khuẩn và nấm men dưới kính hiển vi. Nhuộm màu
gram đối với các chủng đã quan sát được.
Thử hoạt tính tạo chất hoạt động bề mặt của nấm men và vi khuẩn bằng phương

pháp “drop-collapse test”( phép thử phá vỡ giọt)
Nhân giống trên môi trường dinh dưỡng lỏng đối với mẫu nấm men có khả năng
tạo chất hoạt động bề mặt. Theo dõi đường cong sinh trưởng của hai chủng nấm men
có khả năng tạo chất hoạt động bề mặt sinh học.
Tiến hành lên men lại như ban đầu và có bổ sung nấm men đã phân lập được.
Bảo quản giống để làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
Ý nghĩa khoa học: ở Việt Nam chưa có nhiều nghiên cứu về chất HĐBMSH và
các vi sinh vật tổng hợp ra chúng. Nghiên cứu này góp phần xác định, thu nhận các
lồi VSV ở Việt Nam có khả năng này, mở ra các nghiên cứu tiếp theo về cơ chế và tối
ưu khả năng sinh tổng hợp chất HĐBMSH.
Ý nghĩa thực tiễn: Đây là một đề tài có tính thực tiễn cao, có thể tận dụng những
phế phẩm trong cuộc sống để tạo ra một loại sản phẩm tẩy rửa sinh học vừa có giá trị
về kinh tế, vừa thân thiện với mơi trường và an tồn cho người sử dụng.
5. Kết cấu Đồ án.
Đồ án gồm các phần sau:
Tóm tắt
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các bảng biểu, hình vẽ
Danh mục các ký hiệu, từ viết tắt
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan tài liệu
Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Kết quả và thảo luận
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Phụ lục
SVTH: HỒ THỊ HỒNG NGỌC

GVHD:T.S.ĐẶNG ĐỨC LONG

Trang 2


TỔNG QUAN TÀI LIỆU

Giới thiệu chung về phụ phẩm thực vật.
Phụ phẩm thực vật là những chất thải từ thực vật sau khi đã qua sử dụng như:
thân, lá, vỏ…của những loại rau, củ, quả mà chúng ta hay dùng trong các bữa ăn hàng
ngày, thức ăn gia súc, hoặc là chất thải từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp nông
nghiệp ( hoa quả bầm dập, rau già…). Hiện tại hàng ngày thì lượng phế phẩm thực vật
thải ra là rất lớn, chỉ tính riêng một gia đình thì đã từ 1-2kg/ ngày, riêng những nơi như
Đà Lạt hay một số tỉnh Nam Trung Bộ và miền Nam (vựa rau, củ, quả, trái cây của cả
nước) thì con số này còn cao hơn rất nhiều lần. Theo kết quả tính tốn sơ bộ, hiện nay
khối lượng phụ phẩm rau quả trên cả nước rất lớn khoảng 2.587.000 - 3.338.000 tấn
[5]. Tuy nhiên, khối lượng phụ phẩm này phân bố không đồng đều trên 7 vùng cả nước
và tập trung phần lớn tại các vùng trồng rau tập trung, các nông trường, các vườn cây
lớn. Lượng phụ phẩm này đã và đang gây ảnh hưởng xấu đến môi trường và cần được
nghiên cứu xử lý. Việc sử dụng các loại chất thải nói chung và phụ phẩm rau quả nói
riêng để sản xuất khí sinh học được xem là phương pháp làm lợi cho xã hội do cung
cấp nhiên liệu sạch từ các dạng nguyên liệu tái tạo [4]. Hiện nay trên thế giới đã có
một số dự án, đề tài nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học quy mơ trung bình để xử
lý phụ phẩm rau quả nhằm giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường và sản xuất khí sinh học.
Ngồi ra thì những phụ phẩm rau quả này cịn được sử dụng để sản xuất các chất có
ứng dụng bảo vệ môi trường, làm thức ăn chăn nuôi, phân bón hữu cơ, xử lí mơi
trường [6].

Hình 1.1. Phụ phẩm rau quả tại các chợ

SVTH: HỒ THỊ HỒNG NGỌC

GVHD:T.S.ĐẶNG ĐỨC LONG

Trang 3


Vì vậy mà việc tận dụng những phế phẩm này để tạo ra những sản phẩm an toàn,
hiệu quả cho người sử dụng là rất cấp thiết. Nó sẽ giúp đem lại hiệu quả kinh tế cao,
tận dụng nguồn phế thải, tiết kiệm chi phí cho việc xử lí rác thải, giải quyết việc làm
cho nhiều lao động lúc nhàn rổi và đem lại một sản phẩm thân thiện cho mơi trường,
an tồn cho người sử dụng.
Giới thiệu về chất hoạt động bề mặt và chất hoạt động bề mặt sinh học.
1.2.1. Chất hoạt động bề mặt
Định nghĩa
Chất hoạt động bề mặt (tiếng Anh: Surfactant, Surface active agent) đó là
một chất làm ướt có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt của một chất lỏng. Là chất
mà phân tử của nó phân cực: một đầu ưa nước và một đuôi kị nước [42].
Đặc điểm
Chất hoạt động bề mặt được dùng giảm sức căng bề mặt của một chất lỏng bằng
cách làm giảm sức căng bề mặt tại bề mặt tiếp xúc (interface) của hai chất lỏng. Nếu
có nhiều hơn hai chất lỏng khơng hịa tan thì chất hoạt hóa bề mặt làm tăng diện tích
tiếp xúc giữa hai chất lỏng đó [9]. Khi hịa chất hoạt hóa bề mặt vào trong một chất
lỏng thì các phân tử của chất hoạt hóa bề mặt có xu hướng tạo đám (micelle, được dịch
là mixen), nồng độ mà tại đó các phân tử bắt đầu tạo đám được gọi là nồng độ tạo đám
tới hạn. Nếu chất lỏng là nước thì các phân tử sẽ chụm đuôi kị nước lại với nhau và
quay đầu ưa nước ra tạo nên những hình dạng khác nhau như hình cầu (0 chiều), hình
trụ (1 chiều), màng (2 chiều). Tính ưa, kị nước của một chất hoạt hóa bề mặt được đặc
trưng bởi một thơng số là độ cân bằng ưa kị nước (tiếng Anh: Hydrophilic Lipophilic
Balance-HLB), giá trị này có thể từ 0 đến 40. HLB càng cao thì hóa chất càng dễ hịa

tan trong nước, HLB càng thấp thì hóa chất càng dễ hịa tan trong các dung môi không
phân cực như dầu [10].
Phân loại
Tùy theo tính chất mà chất hoạt hóa bề mặt được phân theo các loại khác nhau.
Nếu xem theo tính chất điện của đầu phân cực của phân tử chất hoạt hóa bề mặt thì có
thể phân chúng thành các loại sau [42]
Chất hoạt hóa ion: khi bị phân cực thì đầu phân cực bị ion hóa.
Chất hoạt hóa dương: khi bị phân cực thì đầu phân cực mang điện dương.

SVTH: HỒ THỊ HỒNG NGỌC

GVHD:T.S.ĐẶNG ĐỨC LONG

Trang 4


Ví dụ: Cetyl trimêtylamơni brơmuam (CTAB),Cetyl trimetylammonium bromua
(CTAB), Cetyl pyridinium clorua (CPC), Polyethoxylated tallow amin (POEA),
Benzalkonium clorua (BAC), Benzethonium clorua (BZT)
Chất hoạt hóa âm: khi bị phân cực thì đầu phân cực mang điện âm
Ví dụ: Natri dodecyl sulfat (SDS), amoni lauryl sulfat, và các muối ankyl sulfat
khác, Natri laureth sulfat, hay natri lauryl ete sulfat (SLES), Ankyl benzen sulfonat,
Xà phịng và các muối của axit béo.
Chất hoạt hóa phi ion: đầu phân cực khơng bị ion hóa
Ví dụ: Ankyl poly(êtylen ơxít), Ankyl poly(etylen oxit), Copolymers của
poly(etylen oxit) và poly(propylen oxit) (trong thương mại gọi là các Poloxamer hay
Poloxamin)
Ankyl polyglucozit, bao gồm: Octyl glucozit, Decyl maltosit, Các rượu béo,
Rượu cetyl, Rượu oleyl, Cocamit MEA, cocamit DEA
Chất hoạt hóa lưỡng cực: khi bị phân cực thì đầu phân cực có thể mang điện âm

hoặc mang điện dương tùy vào pH của dung mơi, ví dụ: Dodecyl đimêtylamin ơxít.
Dodecyl betain
Dodecyl dimetylamin ơxít
Cocamidopropyl betain
Coco ampho glycinat.
Ứng dụng.
Chất hoạt hóa bề mặt ứng dụng rất nhiều trong đời sống hàng ngày. Ứng dụng
phổ biến nhất là bột giặt, sơn, nhuộm...
Ngoài ra những ứng dụng trong các lĩnh vực khác như:
Trong công nghiệp dệt nhuộm: Chất làm mềm cho vải sợi, chất trợ nhuộm
Trong công nghiệp thực phẩm: Chất nhũ hóa cho bánh kẹo, bơ sữa và đồ hộp
Trong công nghiệp mỹ phẩm: Chất tẩy rửa, nhũ hóa, chất tạo bọt
Trong ngành in: Chất trợ ngấm và phân tán mực in
Trong nông nghiệp: Chất để gia công thuốc bảo vệ thực vật,
Trong xây dựng: Dùng để nhũ hóa nhựa đường, tăng cường độ đóng rắn của bê
tơng
Trong dầu khí: Chất nhũ hóa dung dịch khoan
Trong cơng nghiệp khống sản: Làm thuốc tuyển nổi, chất nhũ hóa, chất tạo bọt
để làm giàu khống sản.[42]

SVTH: HỒ THỊ HỒNG NGỌC

GVHD:T.S.ĐẶNG ĐỨC LONG

Trang 5


1.2.2. Chất hoạt động bề mặt sinh học ( Biosurfactant)
Định nghĩa
CHĐBMSH là những hợp chất lưỡng cực có hoạt tính bề mặt do vi sinh vật tạo

ra bằng con đường lên men [11]. Chúng có chứa cả hai nhóm ưa nước và ưa dầu trong
cùng một phân tử vì thế chúng có thể tập trung lại và tác động tương hỗ lẫn nhau để
giảm sức căng bề mặt giữa hai pha dầu và nước, làm cho vi sinh vật dễ tiếp xúc với
các phân tử dầu và dễ dàng phân hủy dầu [12].
Không giống như CHĐBMHH thường phân loại theo bản chất các nhóm phân
cực, CHĐBMSH được phân loại dựa vào thành phần hóa học và nguồn gốc vi sinh vật
tạo ra. Nhìn chung CHĐBMSH được chia làm các nhóm chính: glycolipid, lipopeptid
và lipoprotein, phospholipid và acid béo, CHĐBM trùng hợp và CHĐBM hạt phân
tán[7].
Vi sinh vật sản xuất chất hoạt động bề mặt sinh học.
Chất hoạt động bề mặt sinh học được sản xuất ra từ nhiều loại vi sinh vật chủ yếu
là vi khuẩn, nấm và nấm men có nhiều thành phần hố học khác nhau và tính chất của
chúng cũng như hàm lượng phụ thuộc vào loại vi sinh vật tạo ra chất hoạt động bề mặt
sinh học.
Rất nhiều vi sinh vật đã được báo cáo có khả năng sản xuất một số loại
CHĐBMSH như glycolipids, lipopeptides, phospholipids, lipid trung tính hoặc axit
béo và các CHĐBMSH có tính polyme [13]. Các hợp chất này được tạo ra trong suốt
quá trình phát triển của các vi sinh vật trên các chất hịa tan trong nước và các chất
khơng tan trong nước [14]. Các vi sinh vật sử dụng nhiều hợp chất hữu cơ làm nguồn
carbon và năng lượng cho sự phát triển của chúng. Khi nguồn carbon là một chất nền
khơng hịa tan như một hydrocarbon (CnHn), các vi sinh vật sẽ tạo điều kiện thuận lợi
cho sự khuếch tán của chúng vào tế bào bằng cách sản xuất nhiều loại chất hoạt động
bề mặt sinh học. Một số vi khuẩn và nấm men thải ra các chất hoạt động bề mặt ion
làm nhũ hoá các chất nền CnHn trong mơi trường tăng trưởng. Một số ví dụ của nhóm
các chất sinh học này là rhamnolipids được sản xuất bởi chủng Pseudomonas sp. [15]
hoặc các chất sophorolipids được sản xuất bởi một số loài chủng Torulopsis sp. Một số
vi sinh vật khác có khả năng thay đổi cấu trúc của thành tế bào bằng cách tổng hợp
lipopolysaccharides hoặc các chất hoạt động bề mặt không ion trong thành tế bào của
chúng, một số chủng của nhóm này là Candida lipolytica và Candida tropicalis [ 16].
Cho đến nay, các nhóm vi sinh vật có khả năng tạo CHĐBMSH được nghiên cứu

nhiều nhất chủ yếu là glycolipid và phospholipid trong tự nhiên. Rhamnolipids là hợp
chất glycolipid được sản xuất chủ yếu bởi chủng Pseudomonas sp. có thể làm giảm bề
SVTH: HỒ THỊ HỒNG NGỌC

GVHD:T.S.ĐẶNG ĐỨC LONG

Trang 6


sức căng giữa nước và nhũ tương dầu [17]. Các hợp chất này rất thân thiện với mơi
trường vì chúng có khả năng tự phân hủy sinh học và có các ứng dụng tiềm năng trong
công nghiệp và môi trường.
Những yếu tố kinh tế của việc sản xuất chất hoạt động bề mặt sinh học
Để khắc phục những ràng buộc về chi phí tốn kém liên quan đến việc sản xuất
chất hoạt động bề mặt sinh học, hai chiến lược cơ bản sau thường được áp dụng trên
toàn thế giới để đem lại hiệu quả về chi phí: (i) sử dụng các chất nền rẻ tiền và chất
thải để tạo ra mơi trường lên men làm giảm chi phí ngun liệu ban đầu liên quan đến
quá trình; (ii) phát triển hiệu quả và tối ưu hóa các q trình sinh học, bao gồm tối ưu
hóa các điều kiện ni cấy và áp dụng quy trình có tính kinh tế để thu được tối đa chất
hoạt động bề mặt sinh học cần thiết. Khi hàng triệu tấn chất thải nguy hại và khơng
nguy hại được tạo ra mỗi năm trên tồn thế giới, thì việc quản lý và sử dụng hợp lý là
rất cần thiết.
Các loại phế phẩm nông nghiệp như vỏ sắn, đậu nành (vỏ), củ cải đường, khoai
lang (vỏ và thân), khoai tây (vỏ và thân cây), lúa miến ngọt, gạo và lúa mì (cám và
rơm). Phế phẩm của ngành công nghiệp chế biến cà phê như bột cà phê, vỏ cà phê, cà
phê đã qua sử dụng. Phế phẩm của các ngành công nghiệp chế biến trái cây như: bưởi
và nho, phế thải từ chế biến dứa và cà rốt, chuối phế thải. Chất thải từ các nhà máy chế
biến dầu như bánh dừa, bánh đậu nành, bánh lạc, bột cải dầu và chất thải từ dầu. Các
chất nền bổ sung được sử dụng cho việc sản xuất chất hoạt động bề mặt sinh học gồm
chất thải trộn lẫn với nước, mật mía, sữa whey hoặc các chất thải đã qua chưng cất.

Ảnh hưởng của thành phần môi trường đến việc sản xuất chất hoạt động
bề mặt sinh học.
Chất hoạt động bề mặt sinh học được sản xuất từ nhiều loại vi sinh vật, phần lớn
là trong quá trình phát triển của chúng trên các chất nền có khả năng hòa tan trong
nước. Tuy nhiên, một số nấm men có thể tạo ra các chất hoạt động bề mặt sinh học từ
các nguồn cacbon khác nhau dẫn đến làm thay đổi cấu trúc của sản phẩm sinh học, các
đặc tính của nó và từ đó có thể được khai thác để có được các sản phẩm với các tính
chất mong muốn cho các ứng dụng cụ thể. Có một số nghiên cứu về sản xuất chất hoạt
động bề mặt sinh học liên quan đến việc tối ưu hóa các đặc tính hóa lý của chúng.
Thành phần và đặc tính của chất hoạt động bề mặt sinh học sẽ bị ảnh hưởng bởi bản
chất của nguồn nitơ cũng như sự hiện diện của các nguyên tố như: sắt, magiê, mangan,
photpho và lưu huỳnh trong thành phần môi trường.

SVTH: HỒ THỊ HỒNG NGỌC

GVHD:T.S.ĐẶNG ĐỨC LONG

Trang 7


Nguồn cacbon
Cho đến nay, chất hoạt động bề mặt sinh học khơng thể cạnh tranh được với các
hợp chất hóa học tổng hợp do chi phí sản xuất và thu hồi sản phẩm cao. Những chi phí
này có thể được giảm đáng kể bằng cách sử dụng các nguồn dinh dưỡng thay thế.
Zinjarde và Pant (2002) đã chứng minh được sự tổng hợp chất hoạt động bề mặt sinh
học từ chủng Yarrowia lipolytica (Y. lipolytica) NCIM 3589 bằng cách sử dụng các
nguồn carbon hòa tan như glucose, glycerol, natri axetat. Sarubbo và cộng sự 2001
[18] đã xác định rằng lần đầu tiên chất hoạt động bề mặt sinh học do chủng Y.
lipolytica IA 1055 sản xuất sử dụng glucose làm nguồn carbon và kết luận rằng việc
tạo ra chất hoạt động bề mặt sinh học không phụ thuộc vào sự có mặt của

hydrocarbon. Chất hoạt động bề mặt sinh học sinh ra bởi chủng Bacillus subtilis (B.
subtilis) MTCC 2423 được theo dõi bằng cách đo sự giảm sức căng bề mặt của mơi
trường khơng có tế bào. Sự giảm sức căng bề mặt là tốt hơn khi glucoza, sucrose,
citratit tri, natri pyruvate, chiết xuất từ nấm men và chiết xuất thịt bò được sử dụng
như là nguồn carbon. Lactose cũng được sử dụng làm chất nền hòa tan để sản xuất
protein Mannan bởi Kluyveromyces marxianus [19]. Sản xuất tối đa chất nhũ hóa sinh
học đã được quan sát khi chủng Candida glabrata (C. glabrata) phân lập từ trầm tích
rừng ngập mặn được trồng trên dầu hạt bông (7,5%) và glucose (5,0%), đạt được giá
trị 10 g/l sau 144 giờ nuôi cấy. Kitamoto và cộng sự đã nghiên cứu việc sản xuất lipid
mannosylerythritol (MEL), một chất hoạt động bề mặt sinh học được sản xuất bởi
chủng Candida antarctica, sử dụng các alkan khác nhau làm nguồn carbon. Năng suất
của MEL bị ảnh hưởng đáng kể bởi chiều dài chuỗi của chất nền alkane, với năng suất
cao nhất thu được là từ n-octadecane. Cavalero và Cooper, 2003 [20] đã chỉ ra rằng
việc sản xuất sophorolipid từ Candida bombicola ATCC 22214 tăng theo chiều dài
chuỗi n-alkan (từ C12 đến C15). Điều này cho thấy các vi khuẩn khác nhau sẽ phản
ứng khác nhau với nguồn carbon tương ứng. Bã đậu nành, một sản phẩm phụ từ sản
xuất dầu đậu nành, cùng với axit oleic đã được thử nghiệm như là nguồn carbon để sản
xuất sophorolipids do nấm men Candida bombicola [21].
Các nguồn cacbon đã được mô tả như: glucose, glycerol, axetat và các chất hữu
cơ khác axit, n-alkanes tinh khiết là khá tốn kém nên khơng thể làm giảm chi phí để
sản xuất chất hoạt động bề mặt sinh học. Cách tiếp cận để giảm bớt chi phí là thay thế
một phần hoặc tồn bộ thuốc thử tinh khiết với hỗn hợp cơng nghiệp / nông nghiệp
Nguồn Nitơ
Nitơ rất quan trọng trong môi trường để sản xuất chất hoạt động bề mặt sinh học
vì nó là một thành phần thiết yếu trong các protein cần thiết cho sự phát triển của vi
SVTH: HỒ THỊ HỒNG NGỌC

GVHD:T.S.ĐẶNG ĐỨC LONG

Trang 8

khuẩn và để sản xuất enzyme cho quá trình lên men. Một số nguồn nitơ đã được sử
dụng để sản xuất các chất hoạt động bề mặt sinh học như urê, peptone, amoni sulfat,
nitrat amoni, natri nitrat natri, cao thịt và chiết xuất từ malt [22]. Cao nấm men là
nguồn nitơ được sử dụng phổ biến nhất trong việc sản xuất chất hoạt động bề mặt sinh
học, tuy nhiên nồng độ cần thiết của nó phụ thuộc vào tính chất của vi sinh vật và môi
trường nuôi cấy. Việc sản xuất các chất hoạt động bề mặt thường xảy ra khi nguồn nitơ
cạn kiệt trong môi trường nuôi cấy, trong giai đoạn tĩnh của sự tăng trưởng tế bào.
Trong quá trình sản xuất chất hoạt động bề mặt sinh học bởi chủng nấm men R.
glutinis IIP30, việc sử dụng kali nitrat cho năng suất cao hơn so với các nguồn nitơ
khác như amoni sulfat hoặc urê [23].
Tối ưu hóa quy trình sinh học
Loại, chất lượng và lượng chất hoạt động bề mặt sinh học sản xuất được phụ
thuộc vào môi trường nuôi cấy, các điều kiện như: pH, nhiệt độ, sự sục khí, tốc độ pha
lỗng, nồng độ ion kim loại, bản chất của nguồn cacbon và nitơ. Có rất nhiều nghiên
cứu liên quan đến việc làm sao để tối ưu hóa các điều kiện nêu trên để thu được lượng
chất hoạt động bề mặt sinh học nhiều nhất. Các yếu tố môi trường đặc biệt quan trọng
trong việc quyết định năng suất và đặc tính của sản phẩm chất hoạt động bề mặt sinh
học tạo ra. Để có được số lượng lớn chất hoạt động bề mặt sinh học, cần phải tối ưu
hóa các điều kiện của q trình sinh học. Các yếu tố khác như nitơ, sắt, và mangan ảnh
hưởng đến việc sản xuất các chất sinh học. Hạn chế của nitơ làm tăng sản sinh chất
hoạt động bề mặt sinh học trong chủng Pseudomonas aeruginosa BS-2 [24]. Bổ sung
sắt và mangan vào môi trường nuôi cấy làm tăng sản xuất chất sinh học biosurfactant
bởi chủng Bacillus subtilis. Các tỷ lệ tương đối của các nguyên tố khác nhau đối với
carbon trong hỗn hợp phản ứng, như C: N, C: P, C: Fe hoặc C: Mg ảnh hưởng đến sản
xuất sinh học [25]. Phương pháp cổ điển tối ưu hóa trung bình bao gồm việc thay đổi
một biến trong một thời gian, trong khi giữ cho các biến khác ở các mức cố định. Tuy
nhiên, phương pháp này tốn nhiều thời gian và không đảm bảo sản xuất chất chuyển
hóa tối ưu. Phương pháp phản ứng chiến lược tối ưu hóa thống kê (RSM) đã được phát

triển để tối ưu hóa q trình.
Các yếu tố mơi trường ảnh hưởng đến việc sản xuất chất hoạt động bề
mặt sinh học.
Các yếu tố môi trường rất quan trọng trong việc quyết định năng suất và tính chất
của chất hoạt động bề mặt sinh học được tạo ra. Để có được một lượng lớn chất hoạt
động bề mặt sinh học ta cần phải tối ưu hóa các điều kiện của quá trình sản xuất vì các

SVTH: HỒ THỊ HỒNG NGỌC

GVHD:T.S.ĐẶNG ĐỨC LONG

Trang 9


chất hoạt động bề mặt sinh học bị ảnh hưởng rất lớn bởi các yếu tố như: độ pH, nhiệt
độ, tốc độ sục khí và tốc độ khuấy.
pH
Ảnh hưởng của pH trong sản xuất CHĐBMSH bởi chủng Candida. antarctica đã
được khảo sát bằng cách sử dụng đệm phosphate với các giá trị pH dao động từ 4 đến
8. Tất cả các điều kiện đã sử dụng đều làm giảm sản lượng CHĐBMSH khi ta so sánh
với nước cất [26]. Zinjarde và Pant [27] nghiên cứu ảnh hưởng của pH ban đầu trong
việc sản xuất CHĐBMS bởi chủng Y. lipolytica. Việc sản xuất CHĐBMSH tốt nhất
xảy ra khi độ pH là 8.0, là độ pH tự nhiên của nước biển. Tính axit của môi trường sản
xuất là thông số được nghiên cứu trong quá trình tổng hợp glycolipids của chủng C.
antarctica và chủng C. apicola. Khi pH duy trì ở mức 5.5, thì việc sản xuất glycolipids
đạt đến mức tối đa. Sự tổng hợp CHĐBMSH giảm đi mà không cần kiểm sốt pH cho
thấy tầm quan trọng của việc duy trì nó trong suốt q trình lên men [28].
Nhiệt độ.
Hầu hết các sản phẩm từ chất hoạt động bề mặt sinh học đã được báo cáo cho
đến nay đã được thực hiện trong khoảng nhiệt độ từ 25 đến 30°C. Casas và Ochoa [29]

nhận thấy rằng lượng sophorolipids thu được trong môi trường nuôi cấy của C.
bombicola ở nhiệt độ 25°C hoặc 30°C là tương tự nhau. Tuy nhiên, quá trình lên men
thực hiện ở 25°C thể hiện sự phát triển sinh khối thấp hơn và tỷ lệ tiêu thụ glucose cao
hơn so với quá trình lên men thực hiện ở 30°C. Desphande và Daniels [30] đã quan sát
thấy sự phát triển của chủng C. bombicola đạt đến mức tối đa ở nhiệt độ 300C trong
khi 27oC là nhiệt độ tốt nhất cho chủng C. bombicola sản xuất sophorolipids. Trong
nuôi cấy C. antarctica, nhiệt độ gây ra sự khác biệt trong việc sản xuất chất hoạt động
bề mặt sinh học. Sản xuất lipit mannosylerythritol cao nhất được quan sát thấy ở 25° C
để sản xuất với cả tế bào đang phát triển và nghỉ ngơi [31].
Nồng độ ion kim loại.
Nồng độ ion kim loại đóng một vai trị rất quan trọng trong việc sản xuất một số
chất hoạt động bề mặt sinh học khi chúng tạo thành các cofactors quan trọng của nhiều
enzyme. Sự sản xuất quá nhiều surfactin biosurfactant xảy ra khi có sự xuất hiện của
ion Fe2+ trong mơi trường muối khống. Các tính chất của surfactin sẽ được giảm bớt
với sự hiện diện của các cation vô cơ như sản xuất quá nhiều [32].

SVTH: HỒ THỊ HỒNG NGỌC

GVHD:T.S.ĐẶNG ĐỨC LONG

Trang 10


Sự sục khí và khuấy trộn
Nocardia erythropolis (N. erythropolis) và Acinetobacter calcoaceticus (A.
calcoaceticus) tạo ra ít chất hoạt động bề mặt sinh học do sự gia tăng áp lực, nhưng
mặt khác việc sản sinh ra chất hoạt động bề mặt của nấm men thường tăng lên khi tăng
tốc độ khuấy và tỉ lệ sục khí [33].
Adamczak và Bednarsk nghiên cứu ảnh hưởng của sự thơng khí trong tổng hợp
chất hoạt động bề mặt sinh học của chủng C. antarctica và nhận thấy lượng sản phẩm

nhiều nhất thu được (45,5 g/l) khi tốc độ lưu thơng khơng khí là 1 vvm và nồng độ oxy
hồ tan được duy trì ở mức 50 % độ bão hòa. Tuy nhiên, khi thay đổi tốc độ lưu thơng
khơng khí đến 2 vvm thì sẽ dẫn đến sự hình thành bọt cao đồng thời lượng chất hoạt
động bề mặt sinh ra giảm đến 84% [34].
Ưu điểm của CHĐBMSH
Khi so sánh với các CHĐBMHH, các CHĐBMSH có nhiều ưu điểm vượt trội
hơn như: khả năng phân huỷ sinh học cao, độc tính thấp, kích ứng nhẹ và tương thích
với da người [35]. Ưu điểm đáng kể nhất của CHĐBMSH đối với CHĐBMHH là sự
thích nghi với hệ sinh thái [36]. Ngồi việc có thể duy trì hoạt tính khi thay đổi nhiệt
độ, pH, nồng đơk NaCl… trong các điều kiện khắc nghiệt, CHĐBMSH cịn có khả
năng tự phân hủy, khơng gây độc và có thể được sản xuất trên các nguồn cơ chất phế
thải của nông nghiệp, công nghiệp để sản xuất với quy mô lớn.
Khả năng phân hủy sinh học
CHĐBMSH khả năng tự phân huỷ ở trong tự nhiên. Tính phân huỷ sinh học là
một vấn đề rất quan trọng liên quan đến ô nhiễm mơi trường. Có thể bị phân hủy do
các q trình tự nhiên bởi vi khuẩn, nấm men hoặc các sinh vật đơn giản khác thành
nhiều thành phần cơ bản hơn, chúng không gây ra nhiều vấn đề cho môi trường và đặc
biệt phù hợp với các ứng dụng môi trường trong xử lý sinh học [37] và phân tán sự cố
tràn dầu.
Độc tính thấp
CHĐBMSH khơng phải là ngun nhân gây ra sự ảnh hưởng của hệ sinh thái
sinh học do mức độ độc hại của chúng thấp. Rất ít dữ liệu có sẵn trong tài liệu nói về
độc tính của các chất hoạt động bề mặt vi sinh. Chúng thường được coi là các sản
phẩm ít hoặc khơng độc và do đó thích hợp để ứng dụng vào các lĩnh vực như: dược
phẩm, mỹ phẩm và thực phẩm.

SVTH: HỒ THỊ HỒNG NGỌC

GVHD:T.S.ĐẶNG ĐỨC LONG

Trang 11


Tính tương thích sinh học và khả năng phân hủy.
Các CHĐBMSH có tính tương thích sinh học [38] có nghĩa là chúng được dung
nạp tốt bởi các sinh vật sống. Do đó mà khi tương tác với sinh vật sống sẽ khơng làm
thay đổi hoạt tính sinh học của các sinh vật. Tính chất này cho phép ứng dụng
CHĐBMSH trong mỹ phẩm, dược phẩm và các chất phụ gia thực phẩm chức năng.
Tính sẵn có của ngun liệu thơ.
Các HĐBMSH có thể được sản xuất từ các nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có như:
nước thải từ khoai tây, nước thải sau quá trình tinh chế dầu, nước thải bột sắn, các phụ
phẩm rau quả,...[39] có sẵn với số lượng lớn. Nguồn carbon có thể là hydrocarbon,
carbohydrate hoặc lipid, có thể được sử dụng riêng rẽ hoặc kết hợp với nhau.
Chi phí sản xuất phù hợp.
Tùy thuộc vào mục đích ứng dụng, các HĐBMSH cũng có thể được sản xuất từ
chất thải công nghiệp và các phụ phẩm rau quả. Do đó có thể tiết kiệm chi phí ngun
liệu, tận dụng tối đa nguồn kinh phí cần dùng.
Sử dụng để kiểm sốt ơ nhiễm mơi trường.
CHĐBMSH có thể được sử dụng hiệu quả trong việc xử lý nhũ tương công
nghiệp, kiểm soát dầu tràn, phân huỷ sinh học và giải độc các chất thải công nghiệp
đồng thời xử lý sinh học đất bị ơ nhiễm [8].
Vai trị và tiềm năng phát triển
Các CHĐBM có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt của chất lỏng, nhờ đó cho
phép phối trộn hóa chất dễ dàng hơn. Tương tự như các CHĐBM tổng hợp, các
CHĐBMSH là các chất nhũ hóa rất tốt, đồng thời có khả năng duy trì những tính chất
như làm ẩm và tạo bọt, đó là những đặc điểm có giá trị trong nhiều ứng dụng, chẳng
hạn trong sản xuất các chất giặt rửa và mỹ phẩm. Ngày nay, những lo ngại ngày càng
tăng về tác động môi trường của việc sử dụng các chất HĐBM tổng hợp (dẫn xuất từ
dầu mỏ) do khả năng phân hủy thấp của chúng đang trở thành động lực quan trọng cho
sự phát triển của thị trường các chất HĐBMSH trong thời kì từ nay đến 2020.

Các chất HĐBM tổng hợp thường có mức độ phân nhánh cao, do đó có khả năng
phân hủy thấp, trái với những chất HĐBMSH với khả năng phân hủy sinh học cao và
độc tính thấp. Ngồi ra, sự ưa chuộng ngày càng tăng đối với việc sử dụng các sản
phẩm đi từ nguyên liệu sinh học sẽ hỗ trợ tiếp cho sự tăng trưởng của thị trường các
chất HĐBMSH trong 6 năm tới.

SVTH: HỒ THỊ HỒNG NGỌC

GVHD:T.S.ĐẶNG ĐỨC LONG

Trang 12


Tuy nhiên, sự cạnh tranh về giá cả của các CHĐBM truyền thông sẽ tiếp tục là
trở ngại lên cho sự phát triển của thị trường các CHĐBMSH. Ngoài ra, nguồn cung
nguyên liệu hạn chế với giá cao do nhu cầu trong các linh vực ứng dụng khác, chẳng
hạn nhiên liệu sinh học và hóa chất có thể tái tạo, sẽ là cản trở quan trọng cho sự phát
triển của các CHĐBMSH. Khối lượng thị trường các CHĐBMSH ước đạt 344.000 tấn
trong năm 2013 và dự kiến sẽ đạt 462.000 tấn vào năm 2020, với tốc độ tăng trưởng
trung bình 4,3%/năm trong thời gian 2014-2020 [43].
Các lĩnh vực ứng dụng

Hình 1.2. Các lĩnh vực ứng dụng của chất hoạt động bề mặt sinh học [44].
Methy este keton (MES) là CHĐBMSH được tiêu thụ nhiều nhất hiện nay, chiếm
33% tổng nhu cầu thị trường trong năm 2013. MES được dẫn xuất từ dầu cọ và dầu
dừa, đây là chất thay thế rất tốt cho các chất HĐBM tổng hợp để làm nguyên liệu sản
xuất các chất giặt rửa. Ngoài ra, MES có giá thấp hơn nhiều so với các nguyên liệu
truyền thống trong sản xuất các chất giặt rửa [40].
Alkyl polyglucosit (APG) là CHĐBMSH được tiêu thụ nhiều thứ hai, chiếm 25%
tổng nhu cầu thị trường trong năm 2013. APG được sản xuất từ đường và các loại rượu

béo, nó có những tính chất rất tốt trong các ứng dụng cơng nghiệp, ví dụ tính chất tạo
bọt với độ bền cao và hàm lượng kiềm cao. Các este sorbitan và sucroza este là những
sản phẩm then chốt khác trên thị trường, chiếm tổng cộng 8% thị phần trong năm
2013. Các rhamnolippit có thị phần tương đối trong năm 2013, nhưng dự kiến trong
thời gian 2014-2020 sẽ đạt tốc độ tăng trưởng cao nhất, khoảng 5,4%/năm, nhờ sự phát
triển của công nghệ chế biến sinh học.
SVTH: HỒ THỊ HỒNG NGỌC

GVHD:T.S.ĐẶNG ĐỨC LONG

Trang 13


Chất giặt rửa trong gia đình là linh vực ứng dụng lớn nhất của các CHĐBMSH,
chiếm 44,6% thị phần trong năm 2013. Những lo ngại ngày càng tăng về tác động môi
trường của các CHĐBM tổng hợp dự kiến sẽ dẫn đến nhu cầu sử dụng ngày càng tăng
đối vơi các CHĐBMSH nhờ đặc tính thấp của chúng. Hơn nữa, các CHĐBMSH có
những tính chất tạo bọt hơn trội so với các CHĐBM tổng hợp, khiến cho chúng rất
thích hợp cho các ứng dụng trong sản xuất chất giặt rửa [40].
Các sản phẩm chăm sóc cá nhân là lĩnh vực ứng dụng lớn thứ hai của các
CHĐBMSH, chiếm hơn 10% nhu cầu tiêu thụ trên thị trường trong năm 2013. Thị
trường các sản phẩm chăm sóc cá nhân ngày càng phát triển tại các nước với nền kinh
tế mới nổi, kết hợp với nhận thức ngày càng tăng về ưu điểm của các sản phẩm đi từ
nguyên liệu sinh học sẽ thúc đẩy mạnh nhu cầu các CHĐBMSH trên thế giới trong
thời gian 2014-2020 [40]. Các CHĐBMSH cũng đang được sử dụng ngày càng nhiều
như phụ gia hóa chất trong khai thác dầu mỏ nhờ khả năng làm sạch rất tốt cũng như
bản chất hóa học ổn định của chúng. Những lĩnh vực thị trường khác của các CHĐBM
sinh học gồm có các hợp chất hóa nơng, các sản phẩm dệt may,…
Các khu vực thị trường
Châu Âu là khu vực tiêu thụ nhiều nhất các chất HĐBMSH trong năm 2013,

chiếm 50% nhu cầu tiêu thụ toàn cầu. Thị phần cao của các chất HĐBMSH trong khu
vực này là do nhận thức ngày càng tăng của người tiêu dùng về những rủi ro sức khỏe
liên quan đến các chất HĐBM dąng hóa chất. Ngồi ra, các quy định pháp lý chặt chẽ
của khu vực cũng có lợi cho các sản phẩm đi từ nguyên liệu sinh học với vai trò thay
thế cho các sản phẩm truyền thống đi từ nguyên liệu dầu mỏ.
Trong năm 2013, Bắc Mỹ là khu vực tiêu thụ lần thứ hai đối với các chất HĐBM
sinh học, chiếm hơn 25% thị phần trên thị trường toàn cầu. Nhu cầu đối với các chất
HĐBM trong lĩnh vực các sản phẩm chăm sóc cá nhân dự kiến sẽ thúc đẩy mạnh nhu
cầu các chất HĐBMSH trong khu vực này [43].
Châu Á-Thái Bình Dương là thị trường tương đối nhỏ đối với các chất HĐBM
sinh học trong năm 2013, nhưng dự kiến sẽ chiếm thị phần đáng kể trong thời gian 6
năm tới do sự phát triển của các linh vực ứng dụng trong khu vực. Những nước như
Trung Quốc và Ấn Độ đã có ngành dệt may, nơng hóa về sản phẩm chăm sóc cá nhân
phát triển mạnh, do đó sẽ có tác dụng thúc đẩy nhu cầu các chất HĐBM sinh học trong
6 năm tới [43].

SVTH: HỒ THỊ HỒNG NGỌC

GVHD:T.S.ĐẶNG ĐỨC LONG

Trang 14


Tình hình nghiên cứu hiện tại
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
Hiện tại trong nước thì việc nghiên cứu về vi sinh vật tạo chất hoạt động bề mặt
sinh học đang được rất nhiều nhà khoa học quan tâm. Cụ thể thì có một số nghiên cứu
sau:
Chọn chủng vi sinh vật tạo CHĐBMSH cao ứng dụng trong công nghiệp dầu khí
và xử lí mơi trường. Lại Thúy Hiền, Đỗ Thu Phương, Hồng Hải, Phạm Thị Hằng, Lê

Thị Nhi Cơng, Lê Phi Nga, Kiều Hữu Ảnh, 2003. Tạp chí Cơng nghệ sinh học, 1: 119129.
Vi khuẩn tạo chất hoạt động bề mặt sinh học phân lập từ biển Nha Trang. Lại
Thúy Hiền, Dương Văn Thắng, Trần Cẩm Vân, Dỗn Thái Hịa, 2003. Tạp chí Sinh
học, 25(4): 53-61.
Nghiên cứu đa dạng vi khuẩn biển tạo chất hoạt động bề mặt sinh học nhằm ứng
dụng trong cơng nghiệp và xử lí ơ nhiễm môi trường. Lại Thúy Hiền, Nguyễn Thị Thu
Huyền, Đỗ Thu Phương, Phạm Thị Hằng, Kiều Quỳnh Hoa, Vương Thị Nga, Nguyễn
Thị n, Hồng Văn Thắng, Trần Đình Mấn, 2011. Hội nghị khoa học và cơng nghệ
biển tồn quốc, 5: 297-305.
Nhìn chung thì các nghiên cứu đều tập trung vào vi khuẩn, các nghiên cứu về
chủng nấm men cịn rất ít.
1.3.2. Tình hình nghiên cứu ở Đà Nẵng
Hiện tại ở Đà Nẵng chưa có đề tài nào nghiên cứu về vấn đề này. Chỉ có Cơ
Trinh Thị Hồng, 50 tuổi, trú tại phường Hòa Minh, quận Liên Chiểu, Thành phố Đà
Nẵng đã làm ra sản phẩm từ những nguồn phụ phẩm thực vật. Tuy nhiên cô chỉ làm
theo kinh nghiệm, chưa được thông qua các cơ sở khoa học nên chưa điều chỉnh được
chất lượng sản phầm một cách tối ưu.
Biến rác thải thành nước rửa chén và nước lau nhà sinh học, cơ Hồng khơng chỉ
thốt nghèo mà cịn tạo việc làm cho hàng trăm phụ nữ trong vùng. Đặc biệt với mơ
hình này, cơ đã góp phần kêu gọi mọi người chung tay thu gom rác thải, làm môi
trường sống sạch hơn. Dù cuộc sống cịn nhiều khó khăn, lại bị ung thư vú nhưng chị
vẫn cố gắng vượt lên số phận. Ban ngày chị đi làm công nhân ở xưởng may, tối chị
tiếp tục đi học bổ trợ văn hóa. Chị cũng tích cực tham gia tốt các hoạt động của Hội
phụ nữ tổ, phường. Cơ duyên khởi nghiệp đến với chị khá tình cờ. Năm 2012, khi
được cử sang Philippines dự hội thảo phát triển cộng đồng nghèo châu Á, chị đã được
nghe thuyết trình về những việc làm cải tiến giúp ích cho xã hội – cộng đồng. Chị ấn
tượng nhất với phương pháp ủ rác thải thực vật để tạo ra những sản phẩm sinh học
SVTH: HỒ THỊ HỒNG NGỌC

GVHD:T.S.ĐẶNG ĐỨC LONG

Trang 15


thân thiện với môi trường. Mang ý tưởng trở về nước và nhận thấy mỗi nhà trong
vùng đều có rất nhiều những thùng xốp đựng rác thải, chị nghĩ nếu những rác thải này
có thể tạo ra sản phẩm dùng được mà mơi trường sống lại sạch sẽ hơn thì tốt biết mấy.
Suy nghĩ ấy đã thúc giục chị bắt tay vào thực hiện ngay. Dù nhiều lần bị thất bại
nhưng chị Hồng vẫn không hề bỏ cuộc mà tiếp tục rút kinh nghiệm để đi đến thành
công.
Theo cách làm của cô Hồng, nguyên liệu chế biến rác thành dung dịch tẩy rửa
gồm 3kg rác thực vật (lá cây, rau, hoa, củ, quả…) rửa sạch, cắt ngắn khoảng 3cm;
10kg nước và 300g đường tinh bột trộn đều và ủ trong thùng kín 30 ngày. Kết thúc
cơng đoạn này, sẽ thu được thứ dung dịch thơ màu vàng, cứ 10 lít dung dịch sẽ cho ra
được 2 lít thành phẩm qua q trình lọc, chiết… Để tạo độ sánh, có bọt và mùi thơm,
sản phẩm sẽ ủ thêm 45 ngày với các chế phẩm cà tím, tinh bột nghệ. Theo chị Hồng,
biến rác thải thành dung dịch tẩy, rửa rất hữu ích đối với mọi gia đình, vừa tiết kiệm
chi phí sinh hoạt vừa lợi cho sức khỏe. Thông qua mô hình này, chị kêu gọi người dân
chung tay thu gom rác thải qua đó làm mơi trường sống sạch hơn. Sau 5 năm, bằng sự
kiên trì, học hỏi, thành cơng đã mỉm cười với chị, sản phẩm nước rửa chén, lau nhà
sinh học mang tên “Minh Hồng” đã ra đời. Sau khi đã thành công tạo được sản phẩm
nước rửa chén và nước lau nhà sinh học bằng cách ủ rác thải thực vật, cô Trịnh Thị
Hồng đã chia sẻ “bí kíp” cho chị em phụ nữ có hồn cảnh khó khăn cùng thực hiện.
Hạn chế trong phương pháp của cô Hồng là chỉ tiến hành theo kinh nghiệm, chưa có
kiến thức tổng quát nên thời gian để tạo ra sản phẩm cũng như chất lượng sản phẩm
chưa đạt như mong muốn [45].

Hình 1.3. Sản phẩm nước rửa chén sinh học tại Đà Nẵng
SVTH: HỒ THỊ HỒNG NGỌC

GVHD:T.S.ĐẶNG ĐỨC LONG

Trang 16