Nghiên cứu khảo sát các điều kiện nuôi cấy chủng bacillus TB1 kích thích sinh tổng hợp poly g glutamic acid

LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập tại Trường Đại Học Lâm nghiệp, được sự chỉ dạy tận
tình của Thầy Cô giáo trong Trường đặc biệt là Thầy Cô giáo đang công tác và
giảng dạy tại Viện Công Nghệ Sinh học, đã giúp em hiểu biết về Ngành Công
Nghệ sinh học nói chung và chun ngành Cơng nghệ vi sinh - hóa sinh nói riêng.
Thời gian qua em đã tiến hành thực tập khóa luận với đề tài: “Nghiên cứu
khảo sát các điều kiện ni cấy chủng Bacillus TB1 kích thích sinh tổng hợp
poly -glutamic acid” tại phịng thí nghiệm Viện Công Nghệ sinh học trường
Đại học Lâm nghiệp. Nhờ sự giúp đỡ tận tình của Thầy Cơ và các Bạn đề tài đã
được hoàn thành.
Em xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy Cô đang công tác tại Viện Công
nghệ sinh học trường Đại Học Lâm nghiệp đã chỉ dạy cho em những kiến thức
và kinh nghiệm quý báu về chun ngành Cơng nghệ Vi sinh - Hóa sinh trong
suốt thời gian qua. Đặc biệt là Ts Nguyễn Như Ngọc đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ
bảo về chuyên môn để em hoàn thành đề tài.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các Thầy Cơ cán bộ phịng thí
nghiệm bộ mơn Cơng Nghệ Vi sinh - Hóa sinh đã tạo những điều kiện thuận lợi
và sự giúp đỡ nhiệt tình của bạn bè để em có thể hồn thành tốt đề tài.
Do thời gian nghiên cứu có hạn, vốn kiến thức và kinh nghiệm còn hạn
chế nên em khơng thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong q Thầy Cơ, các
bạn đóng góp ý kiến để đề tài của em được tốt hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện

LÊ THỊ HẰNG


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
ĐẶT VẤN ĐỀ ...................................................................................................... 1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................... 3
1.1. Giới thiệu về poly γ-glutamic acid ................................................................. 3
1.2. Phân loại poly γ-glutamic acid ....................................................................... 4
1.3. Tính chất poly γ-glutamic acid ....................................................................... 6
1.4. Hệ vi khuẩn sinh tổng hợp poly γ-glutamic acid ........................................... 7
1.4.1. Bacillus subtilis ........................................................................................... 7
1.4.2. Bacillus lichenformis ................................................................................... 8
1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh tổng hợp  - PGA ......................... 8
1.5.1. Ảnh hưởng của nguồn dinh dưỡng đến quá trình sinh trưởng và sinh tổng
hợp γ-PGA ............................................................................................................. 8
1.5.2. Ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh đến quá trình sinh tổng hợp  PGA ................................................................................................................... 12
1.6. Ứng dụng của γ-PGA ................................................................................... 14
1.6.1. Trong lĩnh vực môi trường ........................................................................ 14
1.6.2. Trong lĩnh vực y dược ............................................................................... 15
1.6.3. Trong lĩnh vực nông nghiệp ...................................................................... 16
1.6.4. Trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm ....................................................... 16
1.6.5.Trong lĩnh vực mỹ phẩm, chăm sóc da ...................................................... 18
1.7. Tình hình nghiên cứu -PGA trên thế giới và Việt Nam ............................. 18
1.7.1.Tình hình nghiên cứu -PGA trên thế giới ................................................. 18
1.7.2. Tình hình nghiên cứu  - PGA trên Việt Nam ........................................... 19


CHƢƠNG II: MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU .................................................................................................................... 22
2.1. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................... 22
2.2. Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 22
2.3. Vật liệu và hóa chất ...................................................................................... 22

2.3.1. Vật liệu ...................................................................................................... 22
2.3.2. Dụng cụ và thiết bị .................................................................................... 22
2.3.3. Hóa chất .................................................................................................... 22
2.4. Các mơi trường sử dụng trong nghiên cứu .................................................. 23
2.5. Địa điểm và điều kiện bố trí thí nghiệm....................................................... 24
2.6. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 24
2.6.1. Phương pháp xác định khả năng sinh tổng hợp -PGA của chủng Bacillus
TB1. ..................................................................................................................... 24
2.6.2. Phương pháp khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sinh tổng hợp
 - PGA

............................................................................................................ 26

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN ....................................................... 32
3.1. Phương pháp xác định khả năng sinh tổng hợp -PGA của chủng Bacillus
TB1. ................................................................................................................... 32
3.1.1. Khả năng tạo màng trên môi trường đặc hiệu của chủng Bacillus TB1 .. 32
3.1.2. Khả năng tạo độ nhớt bằng nhớt kế mao quản ......................................... 32
3.1.3. Kết quả thu nhận γ-PGA ........................................................................... 33
3.1.4. Kết quả chạy sắc ký bản mỏng .................................................................. 33
3.2. Phương pháp khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và sinh tổng
hợp  - PGA ......................................................................................................... 34
3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến quá trình sinh tổng hợp  - PGA ....... 34
3.2.2. Nghiên cứu nguồn dinh dưỡng cho quá trình sinh tổng hợp -PGA ........ 36
3.2.3. Ảnh hưởng của tốc độ lắc ......................................................................... 37
3.2.4. Ảnh hưởng của pH .................................................................................... 39


3.2.5. Ảnh hưởng của nguồn cacbon.................................................................... 41
3.2.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ ............................................................................ 43

3.2.7. Ảnh hưởng của nguồn nitơ ........................................................................ 44
CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ ....................................................... 47
4.1. KẾT LUẬN .................................................................................................. 47
4.2. KIẾN NGHỊ ................................................................................................. 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
cst

Đơn vị đo độ nhớt thông thường

kGy

Kilo Gray

kDa

Kilo Dalton

LB

Lauria Broth

γ-PGA

Poly gamma glutamic acid

PGA

Poly glutamic Acid

v/p

Vòng/ phút


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thành phần môi trường dinh dưỡng cho quá trình sinh tổng hợp γPGA của vi khuẩn [61] .......................................................................................... 9
Bảng 2.1: Thành phần môi trường LB ................................................................ 23
Bảng 2.2: Thành phần môi trường đặc hiệu [61] ................................................ 23
Bảng 2.3: Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến quá trình sinh tổng hợp  PGA ..................................................................................................................... 27
Bảng 2.4: Ảnh hưởng của nguồn dinh dưỡng đến khả năng tạo độ nhớt và hàm
lượng -PGA thô.................................................................................................. 27
Bảng 2.5: Ảnh hưởng của tốc độ lắc đến khả năng tạo độ nhớt và hàm lượng PGA thô. .............................................................................................................. 28
Bảng 2.6: Ảnh hưởng cuả pH đến khả năng tạo độ nhớt và hàm lượng -PGA
thô. ....................................................................................................................... 29
Bảng 2.7: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng tạo độ nhớt và hàm lượng PGA thô. .............................................................................................................. 29
Bảng 2.8: Ảnh hưởng cuả nguồn cacbon đến khả năng tạo độ nhớt và hàm lượng
-PGA thô. ........................................................................................................... 30
Bảng 2.9: Ảnh hưởng của nguồn nitơ đến khả năng tạo độ nhớt và hàm lượng PGA thô. .............................................................................................................. 31
Bảng 3.1: khả năng tạo độ nhớt bằng nhớt kế mao quản của chủng vi khuẩn
120h ..................................................................................................................... 32
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến khả năng tạo độ nhớt và hàm
lượng  - PGA chủng Bacillus TB1 .................................................................... 35
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của nguồn dinh dưỡng đến khả năng tạo độ nhớt chủng TB1 ... 36
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của tốc độ lắc đến khả năng tạo độ nhớt chủng TB1 ...... 38
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của độ pH đến khả năng tạo độ nhớt chủng TB1 ............ 39
Bảng 3.6: Ảnh hưởng của nguồn cacbon đến khả năng tạo độ nhớt chủng TB1 42

Bảng 3.7: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng tạo độ nhớt chủng TB1 ......... 43
Bảng 3.8: Ảnh hưởng của nguồn nitơ đến khả năng tạo độ nhớt chủng TB1 .......... 45


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Cấu trúc của phân tử γ-PGA [40].......................................................... 3
Hình 3.1: Ảnh chụp màng của vi khuẩn TB1tạo ra trên mơi trường đặc hiệu.... 32
Hình 3.2: Hàm lượng γ-PGA sau khi thu nhận bằng phương pháp Manocha .... 33
Hình 3.3: Sắc ký bản mỏng sản phẩm thủy phân từ dịch nhớt trong canh trường
............................................................................................................................. 34
Hình 3.4: Biểu đồ ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến khả năng tạo độ nhớt và
hàm lượng  - PGA chủng Bacillus TB1 ............................................................ 35
Hình 3.5: Biểu đồ ảnh hưởng của nguồn dinh dưỡng tới khả năng sinh tổng hợp
-PGA của vi khuẩn TB1 tại thời điểm 96 giờ.................................................... 37
Hình 3.6: Biểu đồ ảnh hưởng của tốc độ lắc tới khả năng sinh tổng hợp  - PGA
của vi khuẩn TB1 tại 96 giờ ................................................................................ 38
Hình 3.7: Biểu đồ ảnh hưởng của pH tới khả năng sinh tổng hợp  - PGA ....... 40
Hình 3.8: Biểu đồ ảnh hưởng của nguồn cacbon tới khả năng sinh tổng hợp  PGA của Bacillus TB1 tại 96 giờ ........................................................................ 42
Hình 3.9: Biểu đồ ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng sinh sinh hợp  - PGA
của vi khuẩn TB1tại thời điểm 96 giờ................................................................. 44
Hình 3.10: Biểu đồ ảnh hưởng của nguồn nitơ tới khả năng sinh tổng hợp  PGA của vi khuẩn TB1 tại 96 giờ ....................................................................... 45


ĐẶT VẤN ĐỀ
Theo tổ chức y tế thế giới, nhu cầu sử dụng các hợp chất tự nhiên trong
công nghệ thực phẩm là một xu thế tất yếu, đặc biệt là các hợp chất có hoạt
tính sinh học được tổng hợp từ quá trình sinh học của vi sinh vật. So với các
hợp chất được tổng hợp bằng phương pháp hóa học, chúng có những ưu điểm
vượt trội như an toàn cho sức khỏe của con người và thân thiện với môi
trường. Trong lĩnh vực công nghiệp thực phẩm ở Việt Nam hiện nay, việc sử

dụng các hóa chất độc hại, nhiều phụ gia có nguồn gốc hóa học ngày càng
phổ biến, làm cho vấn đề đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm càng trở nên
báo động hơn bao giờ hết. Để góp phần giải quyết vấn đề này, việc nghiên
cứu tạo ra các chất phụ gia có nguồn gốc sinh học, phù hợp tiêu chuẩn an
toàn, thay thế những hóa chất độc hại đang ngày được quan tâm.
Poly -glutamic acid (-PGA) là một loại polymer sinh học tự nhiên
được tạo ra từ các phân tử axit glutamic. Với ưu thế là một polymer có khả
năng phân hủy sinh học, khơng độc với con người và tự nhiên, có thể tạo
muối với kim loại và không bị phân cắt bởi protease. Do đó, γ-PGA được ứng
dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, như: Trong lĩnh vực môi
trường, γ-PGA có khả năng xử lý một số kim loại nặng, làm vật liệu bao bì có
khả năng phân hủy sinh học hay loại bỏ thuốc nhuộm cơ bản ra khỏi nước...
Trong lĩnh lực y dược, γ-PGA được dùng như các chất mang, keo sinh học…
Trong lĩnh lực thực phẩm, γ-PGA được sử dụng như một loại chất phụ gia để
ổn định chất lượng sản phẩm, chất chống kết tinh hay chất ổn định….Ngồi
ra, γ-PGA cịn được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như nông nghiệp,
làm đẹp và một số ngành cơng nghiệp khác.
γ-PGA có thể được sản xuất bằng cách trùng hợp axit glutamic thông qua
con đường hóa học nhưng phổ biến hơn là theo con đường sinh học. Hiện nay,
quá trình lên men thu nhận γ-PGA thường được thực hiện bởi các chủng vi sinh
vật có trong các sản phẩm lên men truyền thống như: Tương bần (Việt Nam),
Natto (Nhật Bản), Thua - nao (Thái Lan), Chungkookjang (Hàn Quốc)…
1


Với nhu cầu sử dụng γ-PGA ngày càng tăng, các nhà khoa học trong
nước và thế giới đã và đang tích cực nghiên cứu để chọn lọc ra các chủng vi
khuẩn có khả năng sinh tổng hợp γ-PGA với hiệu suất cao từ tự nhiên. Tuy
nhiên, để thu nhận được lượng γ-PGA lớn đáp ứng với nhu cầu thị trường,
việc nghiên cứu tìm ra các điều kiện thích hợp để nuôi cấy các chủng vi sinh

vật thu nhận γ-PGA cũng đang là mối quan tâm lớn của các nhà khoa học.
Xuất phát từ cơ sở trên, tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu
khảo sát các điều kiện nuôi cấy chủng Bacillus TB1 kích thích sinh tổng
hợp poly -glutamic acid”

2


CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Giới thiệu về poly γ-glutamic acid
γ-PGA lần đầu tiên được phát hiện bởi Ivonovics và Bruckner năm
1937 khi họ nghiên cứu về lớp màng bao quanh vi khuẩn Bacillus
anthracis [24]. Sau đó, một nguồn tự nhiên khác giàu γ-PGA là chất nhầy
của Natto (đậu nành lên men của Nhật Bản), có chứa hỗn hợp γ-PGA và
fructan được sản xuất bởi Bacillus subtilis [40, 17].
Tuy nhiên, cho đến nay γ-PGA được sản xuất chủ yếu bởi vi khuẩn
Gram dương, bao gồm chi Bacillus. Nó cũng đã được báo cáo rằng ít nhất một
loại vi khuẩn Gram âm (Fusobacterium nucleatum), một số vi khuẩn cổ và
sinh vật nhân chuẩn có khả năng sản xuất γ-PGA [17]. γ-PGA cũng đã được
tìm thấy trong các tế bào thần kinh của những con chuột ở trạng thái liên kết
cộng hóa trị với tubulin [19].
γ-PGA là một polymer tự nhiên, mang điện tích âm có đơn phân là axit
L- glutamic hay D- glutamic hoặc chứa cả hai đơn phân trên liên kết với nhau
bằng mối liên kết giữa nhóm γ-carboxyl và nhóm α-amino [40].

Hình 1.1: Cấu trúc của phân tử γ-PGA [40]
Khả năng tham gia phản ứng hóa học với nhóm α-NH2 của nhóm αCOOH và γ-COOH theo thứ tự giảm dần theo mạch. Thông thường, α-NH2
3

liên kết với α-COOH tạo nên liên kết α-peptid (hình 1.1), tạo ra sản phẩm là
α-PGA thông qua các phản ứng hóa học bằng cách trùng hợp nucleophile
của N-carboxyanhylit. Sản xuất vi khuẩn α-PGA rất khó và polymer chỉ có
thể được sản xuất bằng công nghệ tái tổ hợp [15]. Nhưng khi có được một hệ
xúc tác thích hợp, nhóm α-NH2 sẽ liên kết với nhóm γ-COOH để tạo nên liên
kết γ-peptid, như mơ tả trong hình 1.1. Sự hình thành γ- PGA khác với sự
hình thành của protein, vì glutamate được polymer hóa bên trong tế bào thơng
qua các mối liên kết γ-amide, tổng hợp một cách độc lập với ribosome. Do đó,
các chất ức chế sự dịch mã của protein, chẳng hạn như chloramphenicol
khơng có ảnh hưởng đến việc tổng hợp γ-PGA [6].
Nhờ q trình polymer hóa, γ-PGA có thể được hình thành từ hơn
10.000 phân tử axit glutamic.
Một số nghiên cứu về γ-PGA từ vi khuẩn đã được tiến hành thông qua
việc đo độ nhớt, đo phổ phấp thụ hồng ngoại. Các nghiên cứu cho thấy phần
chất nhầy của natto chiếm 58% là γ-PGA và polysaccharide chiếm 40% và
một số hợp chất khác, khi pH khoảng 5 - 8,8 thì phần nhầy này sẽ thay đổi tỷ
lệ giữa γ-PGAvà polysaccharide [38].
Một số nghiên cứu cho thấy ảnh hưởng cuả nồng độ polymer tới cấu trúc
của γ-PGA. Nếu nồng độ polymer thấp thì γ-PGA có cấu trúc xoắn, nhưng γPGA lại có cấu trúc dạng β khi ở nồng độ polymer cao [5].
Nồng độ của Mn2+ có thể ảnh hưởng đến cấu hình của axit glutamic
trong γ-PGA được tổng hợp bởi Bacillus subtilis. Khi mơi trường có nồng độ
Mn2+ cao thì trong γ-PGA có đồng phân dạng D-glutamate >80%, mơi trường
có nồng độ Mn2+ thấp thì γ-PGA có đồng phân dạng D-glutamate 40% [50].
1.2. Phân loại poly γ-glutamic acid
Có rất nhiều hình thức phân loại γ-PGA nhưng có 2 loại phân loại phổ
biến dựa và tính chất, cấu trúc của γ-PGA hay phương thức tồn tại của γPGAtrong môi trường nuôi cấy vi sinh vật mà người ta phân thành 2 cách phổ
biến như sau:
4

 Cách 1: Dựa vào cấu trúc -PGA được phân làm 3 dạng
Dạng 1: Axit poly γ-D-glutamic:
Chỉ chứa đơn phân là D-glutamic. Loại polymer này hiện nay mới
được chứng minh được tạo ra bởi chủng vi khuẩn B. anthracis, một chủng
được tìm thấy trên các vật chủ bị bệnh than [16, 17].
Dạng 2: Axit poly γ- L-glutamic (L-γ-PGA)
Là polymer chỉ chứa các đơn phân là axit L-glutamic loại này được sản
xuất chủ yếu từ các vi khuẩn Natrialba aegyptiacia (một lồi ưa mặn), L-γPGA cũng được tìm thấy rất nhiều trong các động vật có xúc tu (sứa biển, san
hơ) và thành phần chính trong chất dính của Hydra. L-γ- PGA kết hợp với các
cation như: Ca²+ , Mg2+ và K+ giúp vi khuẩn và các sinh vật khác điều hòa áp
suất thẩm thấu bên trong tế bào [29].
Dạng 3: Axit poly γ-D,L- glutamic (DL-γ-PGA):
Là polymer trong phân tử chứa cả axit L-glutamic và axit D-glutamic,
DL-γ-PGA được sản xuất chủ yếu từ Bacillus được chia làm 2 nhóm:
 Nhóm 1: Cần bổ sung axit L-glutamic vào môi trường nuôi cấy để
tổng hợp γ-PGA
 Nhóm 2: Khơng cần bổ sung axit L-glutamic vào môi trường nuôi
cấy để tổng hợp γ-PGA.
 Cách 2: Phân loại theo phương thức tồn tại trong canh trường vi sinh
vật, có 2 dạng
Dạng 1: -PGA dạng neo giữ
Chủ yếu có trong vi khuẩn B. anthracis. Dạng neo giữ thường được tìm
thấy dưới dạng nội bào, được tiết ra ngoài dưới dạng các sợi liên kết giữa vi
khuẩn và mơi trường ngồi khi gặp điều kiện bất lợi. Do vậy việc sử dụng γPGA từ dạng neo giữ ít được nghiên cứu [22].
Dạng 2: -PGA dạng tự do được tiết trực tiếp vào môi trường nuôi cấy
Dạng này chủ yếu được tìm thấy trong các lồi lành tính của chi
Bacillus mà điển hình là B. subtilis. γ-PGA chủ yếu tạo độ nhầy bao quanh tế
5

bào vi khuẩn và có vai trị cung cấp chất dinh dưỡng cho chúng trong trường
hợp môi trường thiếu dinh dưỡng, trong giai đoạn suy vong của vi khuẩn [47].
1.3. Tính chất của poly γ-glutamic acid
Khơng giống như các protein, có liên kết α-amin, γ-PGA hiển thị liên
kết γ của các thành phần của nó với glutamat vì vậy nó khác với cả protein cả
về cấu trúc lẫn tính chất chính bởi liên kết γ- peptit trong γ-PGA.
-PGA là tinh thể màu trắng, khơng màu, khơng mùi, khơng vị có thể bị
phân hủy sinh học và không độc với môi trường, động vật cũng như con người. PGA có khả năng hòa tan trong nước và tạo ra được các liên kết bền vững với
nước, do vậy khả năng giữ nước được cho là tính chất nổi trội của γ-PGA [55, 56].
γ-PGA có thể kết hợp với một số kim loại nặng để tạo ra dạng muối phức
với các ion như: Na+, K+, Mg2+, Ca2+, NH4 +… có ứng dụng rộng dãi trong việc
xử lý môi trường, nhờ tạo ra dạng muối phức này γ-PGA làm cô lập, bao bọc các
kim loại nặng không cho phát tán ra môi trường gây ô nhiễm môi trường.
Đối với các dạng D-PGA và L-PGA riêng rẽ, chúng có khả năng tan
trong ethanol, nhưng khi chúng là một hỗn hợp đẳng mol thì bị kết tủa trong
ethanol [22, 40].
-PGA có kích thước cũng như khối lượng rất đa dạng, phụ thuộc vào
dạng liên kết của nó với các chất khác trong mơi trường vi sinh vật, khối lượng
trung bình γ-PGA từ vài kilo Dalton đến hàng triệu kilo Dalton. Thường khối
lượng của γ-PGA ở dạng neo giữ nhỏ hơn dạng γ-PGA tự do hay dạng D, L-γPGA thường có khối lượng lớn hơn nhiều so với D-γ-PGA [16].
Tùy thuộc vào điều kiện môi trường, γ-PGA có thể thể hiện 5 dạng
khác nhau: α-helix, β-sheet, chuyển tiếp xoắn ốc - ngẫu nhiên, cuộn dây ngẫu
nhiên và tổng hợp bao quanh [22].Trạng thái hình thể của γ-PGA có thể thay
đổi tùy thuộc vào một số yếu tố, chẳng hạn như độ pH, nồng độ polymer và
sức mạnh ion. Nó đã được chỉ ra rằng γ-PGA tinh chế từ B. licheniformis có
thể tồn tại trong các trạng thái hình thể khác nhau tùy thuộc vào nồng độ của
γ-PGA và độ pH của dung dịch. Ở nồng độ thấp (0,1% w / v) và độ pH <7,0,
6

PGA chấp nhận một cấu hình dựa trên α-helices, trong khi cấu trúc dựa trên
tấm β chiếm ưu thế ở pH cao hơn [5]. Hình dạng tấm β dường như làm lộ các
điện tích âm của γ-PGA rất hiệu quả.
1.4. Hệ vi khuẩn sinh tổng hợp poly γ-glutamic acid
Các nghiên cứu trước đây cho thấy tất cả các vi khuẩn tạo ra γ-PGA
đều là vi khuẩn gram dương và chủ yếu là vi khuẩn thuộc các loài như: B.
thuringensis, B. cereus, B. pumilus, B. amyloliquefaciens, B. mojavensis, B.
atrophaeus,

B.

megaterium,

Staphylococcus

epidermidis,

Natrialba

aegyptiaca, Lysinibacillus sphaericus và Fusobacterium nucleatum trong đó
một số chủng vi khuẩn này đã được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công
nghiệp và đời sống [46,].
1.4.1. Bacillus subtilis
Đây là những vi sinh vật được sử dụng phổ biến trong các nghiên cứu
về đường ruột và trong công nghiệp, chúng được phân bố rộng rãi khắp mọi
nơi như đất, cát, nước, bụi, không khí,…chúng thuộc họ bacillaceae. B.
subtilis là trực khuẩn nhỏ, hình que, ngắn, nhỏ, hai đầu tròn, tế bào đứng riêng
rẽ hoặc chuỗi. B. subtilis là vi khuẩn gram dương, chúng có thể sinh trưởng
trong điều kiện hiếu khí hoặc kị khí khơng bắt buộc, có khả năng hình thành
bào tử khi gặp các điều kiện bất lợi về mặt tự nhiên cũng như khi cạn mơi

trường hay có những biến động mạnh.
Một số chủng B. subtilis đã được phân lập và nghiên cứu sinh tổng hợp
γ-PGA trên thế giới như: B. subtilis NX-2, ZJU-7, TAM 4, IFO 3335, RKY3,
chungkookjang, natto… là nhưng vi khuẩn điển hình được phân lập từ các sản
phẩm thực phẩm. Các chủng này khi ứng dụng để sản xuất γ-PGA trên thực tế
cho sản lượng ổn định từ 20g/l đến 50 g/l, an toàn với người và động vật [58].
Đối với chủng B. subtilis F-02-1 trong mơi trường ni cấy thích hợp ở
nhiệt độ 300C với thời gian lên men 48 - 72h lượng γ-PGA có thể đạt mức
50g/l [31].

7


1.4.2. Bacillus lichenformis
B. licheniformis đã được sử dụng rộng rãi để sản xuất γ-PGA. Chủng B.
licheniformis thường được tìm thấy trong đất, trên lơng của các lồi chim trên
mặt đất… chúng là chủng vi khuẩn gram dương, ưa ấm với nhiệt độ sinh
trưởng vào khoàng 37oC. Chúng là vi khuẩn hoại sinh, có bào tử hình oval,
phát tán chủ yếu trong đất, kể cả đất nghèo dinh dưỡng như đất hoang hay sa
mạc. B. licheniformis khuẩn lạc nhỏ, màu trắng đục, bề mặt nhăn nheo, tế bào
chuyển động nhờ tiêm mao và lồi này kị khí khơng bắt buộc.
B. licheniformis 9945a (NCIM 2324) là một chủng nổi bật đã được sử
dụng để sản xuất γ-PGA. Chủng này có thể thu được γ-PGA từ 17 - 23g/l ở
370C trong 96 giờ [53].
B. licheniformis SAB-26 có thể được phân loại như một nhà sản xuất γPGA độc lập glutamate khi axit L-glutamic được sử dụng làm nguồn nitơ,
việc sản xuất γ-PGA đã bị đàn áp. Năng suất 33,5g/l thu được khi vi khuẩn
được nuôi cấy trên môi trường tối ưu, tăng gấp 3 lần so với khi nuôi trên môi
trường cơ bản [44].
Một số chủng được ứng dụng nhiều trên thế giới như B. licheniformis S2,
ATCC 9945a, WBL-3, CCRC 12826, với khả năng sinh tổng hợp γ-PGAlên

đến 98 g/l [17].
1.5. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình sinh tổng hợp  - PGA
1.5.1. Ảnh hưởng của nguồn dinh dưỡng đến quá trình sinh trưởng và sinh
tổng hợp γ-PGA
Nguồn dinh dưỡng là yếu tố quyết định để vi sinh vật sinh trưởng, phát
triển và tạo ra các sản phẩm mong muốn. Khi nuôi cấy trong môi trường khác
nhau, các chủng vi sinh vật sẽ tạo ra các hợp chất khác nhau. Chính vì vậy,
sau nhiều năm nghiên cứu về γ-PGA các nhà khoa học trên thế giới đã đưa ra
một môi trường đặc hiệu E hay cịn gọi là mơi trường cải tiến với đầy đủ các
nguồn dinh dưỡng cần thiết cho quá trình sinh trưởng, phát triển để sinh tổng
hợp γ-PGA.
8


Bảng 1.1: Thành phần môi trƣờng dinh dƣỡng cho quá trình sinh tổng
hợp γ-PGA của vi khuẩn [61]
STT

Thành phần mơi trƣờng

Trọng lƣợng (g/l)

1

Axit L - glutamic

40

2

Axit citric

12

3

Glycerol lỏng

80

4

Cao nấm men

7

5

MgSO4.7H2O

0,5

6

FeCl3. 6H2O

0,04

7

K2HPO4

0,5

8

CaCl2. 2H2O

0,15

9

MnSO4. H2O

0,4

10

Agar

20
pH =7

1.5.1.1. Ảnh hưởng của nguồn cacbon
Nguồn cacbon thường được sử dụng trong các nghiên cứu về γ-PGA
gồm: đường glucose, fructose, maltose, galactose, lactose, sucrose, bột đậu
tương, bột mỳ…. làm cơ chất trên môi trường rắn. theo một số nghiên cứu
trên thế giới, nhiều chủng vi khuẩn B. subtilic có thể sử dụng nguồn đậu
tương làm nguồn cacbon chính trong q trình sinh tổng hợp γ-PGA, bởi
trong thành phần bột đậu tương chứa nhiều các axit amin, vitamin, một số

muối khống cần thiết. Thơng thường, trong các mơi trường sinh tổng hợp γPGA các thành phần cacbon thường được sử dụng là glycerol, axit citric, axit
L-glutamic. Nghiên cứu về các đặc tính và khả năng chuyển hóa của 3 nguồn
cacbon là glutamic acid, citric acid và glycerol được cụ thể như sau:
 Glutamic acid
Glutamic acid trong quá trình tổng hợp γ-PGA được tham gia trong chu
trình bằng hai cách. Cách thứ nhất glutamic được thêm vào trong canh trường

9


từ ban đầu, cách thứ 2 glutamic được tạo ra từ các nguồn cacbon khác. Theo
một số nghiên cứu về γ-PGA, vi sinh vật sinh tổng hợp γ-PGA được chia làm
hai nhóm [40]:
 Nhóm1: Mơi trường địi hỏi sử dụng axit L-glutamic để kích thích tế
bào phát triển và tổng hợp γ-PGA bao gồm các chủng B. subtilis ATCC9945a,
B. subtilis IFO3335 và B. subtilis F-2-01, ... [19, 41].
 Nhóm 2: Mơi trường khơng địi hỏi axit L-glutamic để sản sinh γPGA bao gồm các chủng B. subtilis 5E, B. subtilis TAM-4 và B. licheniformis
A35. Vi khuẩn không phụ thuộc axit L- glutamic thường sử dụng citric acid
và glucose làm nguồn cacbon chính cho việc tạo thành γ-PGA. B. subtilis A35
có thể sản sinh γ-PGA từ glucose và NH4Cl [5].
 Citric acid
Theo chu trình chuyển hóa γ-PGA việc sử dụng các nguồn carbon từ
axit citric là nguồn cacbon chính, bởi nó là mắt xích trung gian quan trong
trong chu trình axit tricacboxylic. Vì vậy nó xuất hiện trong trao đổi chất của
gần như mọi sinh vật. Một số nghiên cứu đã chỉ ra một số chủng vi khuẩn sử
dụng citric acid trong thành phần của mơi trường thì việc hình thành hàm
lượng γ-PGA cao. Nhưng nếu sử dụng glucose thay citric acid làm nguồn
cacbon thì vi khuẩn tổng hợp hàm lượng γ-PGA rất ít hoặc khơng có [40, 57].
Nhưng ngược lại, có một số chủng vi khuẩn có thể sử dụng glucose cho hàm
lượng lại cao hơn so với sử dụng citric acid như B. subtilis NX2, B. subtilis

ZJU7, B. subtilis F-23…[33].
Khi nghiên cứu so sánh sử dụng axit citric với một số các axit hữu cơ
khác như axit succinic, L-malic, fumaric trong nghiên cứu lên men sinh γPGA cho thấy sự hình thành γ-PGA là rất ít, thay vào đó là sự hình thành
nhiều hơn của các sản phẩm phụ.Ở nồng độ citric acid cao hơn 30 g/l sẽ gây
ra hiện tượng ức chế, giảm sự sinh trưởng của tế bào vi sinh vật, làm ảnh
hưởng đến sự tạo thành γ-PGA [27]. Sự chuyển hóa của axit citric trong q
trình tổng hợp γ-PGA được khảo sát trên đối tượng là vi khuẩn B.
10


licheniformis cho thấy với nồng độ ban đầu là 12g/l, sau 10 giờ lên men thì
nồng độ citric acid giảm mạnh và gần như khơng cịn sau 21giờ lên men. Để
tăng hàm lượng γ-PGA lên 15%, các nghiên cứu đã tiến hành bổ sung một
lượng từ 2-5 g/l axit citric vào thời điểm sau 21giờ lên men [55].
 Glycerol
Glycerol tham gia trong quá trình sinh tổng hợp γ-PGA như một chất
xúc tác cho q trình polymer hóa L-glutamic hay làm cơ chất để vi sinh vật
phát triển. Glycerol ảnh hưởng đến hàm lượng γ-PGA ngay ở thời kỳ đầu của
quá trình tổng hợp. Khi hàm lượng glycerol tăng hàm lượng γ-PGA tăng.
Nghiên cứu về sự thay đổi nồng độ glycerol trong tồn bộ q trình lên
men trên B. licheniformis cho thấy nồng độ glycerol thay đổi không đáng kể
trong khoảng thời gian 36 giờ quá trình lên men, giảm khoảng 10-15% từ 36
giờ đến 50 giờ [55]. Hàm lượng glycerol trong canh trường lên men còn lại
45-50% sau thời gian 96 giờ và giá trị này tùy thuộc vào giá trị pH của canh
trường nuôi cấy.
1.5.1.2. Ảnh hưởng của nguồn nitơ
Nguồn nitơ sử dụng trong mơi trường ni cấy có thể là các hợp chất hữu
cơ (bột đậu tương, bột đậu, cao nấm men, pepton…) hoặc hợp chất vô cơ
(urê, NH4NO3, NH4Cl, (NH4)2SO4, các muối amon khác…). Nguồn nitơ là
yếu tố quyết định cho sự sinh trưởng của tế bào và là yếu tố xúc tác cho q

trình chuyển hóa thành axit glutamic [27]. Sự khác nhau về chủng giống vi
sinh vật cũng ảnh hưởng nhiều đến việc sử dụng nguồn nitơ. Nhiều nguồn
nitơ có khả năng tăng cường sinh tổng hợp enzyme, một số khác lại kìm hãm
hoặc khơng có ảnh hưởng rõ rệt. Nhiều chủng có thể sử dụng một trong hai
nguồn nitơ là NH4

+

hoặc cao nấm men, hoặc có thể dùng đồng thời hai loại

này như B. subtilis ZJU-7 [5].
1.5.1.3. Ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng
Trong sinh tổng hợp γ-PGA các nguyên tố vi lượng là Ca2+, Mg2+, Fe3+,
Mn2+,Cu2+,…. Các nguyên tố này thường có trong nước hoặc trong các thành
11


phần hữu cơ khác của mơi trường do đó khơng cần bổ sung hoặc chỉ bổ sung
ở dạng rất ít (bổ sung dưới dạng muối vô cơ với hàm lượng nhỏ hơn 0,5%
thành phần của môi trường). Nếu nồng độ của các nguyên tố này tăng sẽ kìm
hãm mạnh sự phát triển của vi sinh vật.
Nghiên cứu trên chủng B. licheniformic 9945a cho thấy khi khơng có sự
tham gia của MnSO4, tế bào vi khuẩn bị suy thoái sau 50 giờ ni. Sự có mặt
của MnSO4 giúp tế bào đồng hóa glycerol, L-glutamic và citric acid tốt hơn
khi khơng có nó. Sự có mặt của MnSO4 tạo ra một lượng γ-PGA (13g/l) cao
hơn so với lượng γ-PGA (5g/l) khi không có sự tham gia của MnSO4 [30].
Ion Ca2+ tuy khơng ảnh hưởng nhiều đến q trình sinh tổng hợp nhưng
nó ảnh hưởng đến tính chất của sản phẩm khi ứng dụng. Sự có mặt Ca2+ trong
γ-PGA sản phẩm sẽ giúp tăng sự hấp thụ Ca2+ trong cơ thể giúp ứng dụng
trong các lĩnh vực dược phẩm, thực phẩm chức năng [10].

1.5.2.

Ảnhhưởngcủacácyếutốngoạicảnhđếnquátrìnhsinhtổnghợp-P
G
A

1.5.2.1. Nhiệt độ
Nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sinh trưởng và phát triển
của vi khuẩn. Thơng thường vi khuẩn chia làm 3 dải: vi khuẩn ưa lạnh có
nhiệt độ dưới 200C, vi khuẩn ưa ấm có nhiệt độ từ 200C đến 450C, vi khuẩn
ưa nóng có nhiệt độ từ 450C trở lên. Đây cũng là đặc điểm để phân lập, tuyển
chọn chủng có khả năng sinh tổng hợp -PGA. Đối với các chủng sinh tổng
hợp γ-PGA, tùy theo đặc tính của từng lồi mà nhiệt độ tối ưu của các chủng
khác nhau. Nghiên cứu trên các chủng B. licheniformic ATCC 9945 sinh tổng
hợp γ-PGA thích hợp ở nhiệt độ 30oC. Trong khi đó nhiệt độ thích hợp cho
các chủng B. subtilis IFO3335, B. subtilis ZJU-7, B. subtilis TAM-4, cho tổng
hợp γ-PGA là nhiệt độ 37oC. Còn chủng B. subtilis natto, nhiệt độ 40oC là tối
ưu nhất cho tổng hợp γ-PGA [40, 41].

1.5.2.2. pH môi trường
12


Trong môi trường nuôi cấy, sự sinh trưởng của vi sinh vật bị ảnh hưởng
trực tiếp bởi nồng độ H+, nồng độ H+ phù hợp sẽ thúc đẩy sự sinh tổng hợp  PGA của vi sinh vật. Ngược lại, nồng độ H+ khơng thích hợp sẽ kìm hãm sự
sinh tổng hợp -PGA của vi sinh vật. Như vậy có thể nói giá trị pH tối ưu cho
mỗi canh trường nuôi cấy phụ thuộc vào rất nhiều chủng tham gia quá trình
sinh tổng hợp -PGA. Trong quá trình lên men, pH luôn thay đổi liên tục, tùy
thuộc theo từng chủng vi sinh vật mà có các pH thay đổi khác nhau.
Một số nghiên cứu cho thấy chủng vi khuẩn có khả năng sinh tổng hợp γPGA nằm trong khoảng 6 – 8. Giá trị pH tối ưu cho mỗi canh trường nuôi cấy

phụ thuộc rất nhiều vào các chủng vi khuẩn tham gia tổng hợp γ-PGA. Một
nghiên cứu về chủng vi khuẩn B. subtilis IFO3335 cho thấy, pH tối ưu là 7 và
lượng γ-PGA tạo thành là 23 g/l cao gấp 1,44 lần trước khi tối ưu pH [40].
Nghiên cứu về chủng B. licheniformis NCIM 2324 cho thấy pH = 6,5 là giá
trị tối ưu cho sinh tổng hợp γ-PGA [58].
1.5.2.3. Tốc độ lắc
Trong nghiên cứu quy trình lên men ở quy mơ phịng thí nghiệm, q
trình lắc (cấp khí và khuấy trộn) có thể khơng thể hiện chính xác, tương ứng
với quy mô khi nhân rộng.
Các chủng vi khuẩn sinh tổng hợp γ-PGA khi nuôi cấy trên quy mô phịng
thí nghiệm thường được nghiên cứu ở chế độ ni tĩnh, trong khi thực hiện ở
quy mô công nghiệp thường được nghiên cứu bổ sung thêm chế độ sục khí
hoặc khuấy trộn đển đảm bảo nguồn oxy cho vi sinh vật sinh trưởng, phát
triển và tổng hợp γ- PGA. Vì vậy, trước khi lên men trên quy mô lớn cần phải
nghiên cứu kỹ đặc tính chu kỳ sinh trưởng và tổng hợp của chủng vi khuẩn để
đưa ra những chế độ cấp khí và khuấy trộn phù hợp.
Kết quả nghiên cứu của Shih và các cộng sự cho thấy khi tăng lưu lượng
sục khí từ 0,5 lít/phút lên 2,0 lít/phút và tốc độ khuấy từ 250 vòng/phút lên
800 vòng/phút trong q trình ni cấy B. licheniformis thì lượng γ-PGA thu
được tăng từ 15 g/l lên đến 23 g/l [40].
13


1.6. Ứng dụng của γ-PGA
-PGA là một chất rất quan trọng đã được khai thác cho một loạt các
ứng dụng hữu ích do tính chất độc đáo của nó. Nó có khả năng phân huỷ sinh
học, ăn được và khơng độc đối với con người, có thể tạo muối với kim loại và
khơng bị phân cắt bởi protease. Chính nhờ những đặc điểm này mà γ-PGA
được ứng dụng rộng dãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: môi trường, y
dược, nông nghiệp, thực phẩm, mỹ phẩm và một số ngành công nghiệp khác.

1.6.1. Trong lĩnh vực môi trường
Kể từ cuộc cách mạng công nghiệp, chúng ta đã thải ra môi trường các
chất gây ô nhiễm khác nhau như kim loại nặng, chất phóng xạ và hóa chất đe
dọa sức khoẻ cộng đồng và làm tăng khả năng thiếu hụt các nguồn cung cấp
thông tin do ô nhiễm sâu dẫn đến giảm sản lượng nông nghiệp, nước bị ô
nhiễm và các hiệu ứng chẳng hạn như mưa acid. Việc xử lý đất, trầm tích và
nước bị ơ nhiễm gây ra một thách thức to lớn, và sự hiểu biết về sự tương tác
của các chất gây ơ nhiễm với γ-PGA có thể cung cấp cơ sở để phát triển công
nghệ xử lý mới.
-PGAđược sử dụng như một chất tạo chelate trong xử lý nước thải,
làm nhựa sinh học có tác dụng liên kết bùn nhằm làm đông tụ, kết lắng bùn
thay thế cho muối nhơm sunfat, chitosan, axit polyacrylic…do tính chất là
một polymer có nguồn gốc sinh học, có khả năng phân hủy sinh học, không
độc với con người và môi trường.
Trong q trình xử lý mơi trường có nhiều loại kim loại nặng
như: Cr 3+, Cu 2+, Pb 2+ và Ni 2+,… phóng xạ tự nhiên ảnh hưởng đến sức khỏe
con người, γ-PGA cịn có tác dụng làm bao bọc và cơ lập các yếu tố gây hại
thành một nhóm và không cho phát tán ra môi truờng, hoặc làm cho các kim
loại nặng này liên kết với nhau thành các cụm, nhóm tạo điều kiện thuận lợi
cho các quá trình xử lý mơi trường [5].

14


-PGA ngồi ra cịn được ứng dụng làm vật liệu bao bì có khả năng
phân hủy sinh học trong suốt, có độ đàn hồi và độ dai cao, nhằm thay thế cho
các bao bì khơng có khả năng phân hủy sinh học [13, 47].
-PGA (9,9 × 10 5 Da) có thể được sử dụng hiệu quả để loại bỏ thuốc
nhuộm cơ bản khỏi dung dịch nước. Người ta đã chứng minh rằng 98% thuốc
nhuộm hấp phụ trên γ-PGA có thể được phục hồi ở pH = 1 [25].

Với mục đích áp dụng rộng rãi trong xử lý nước thải, nạo vét và các
quy trình hạ lưu cơng nghiệp, các chất kết tụ -PGA đã được phát triển. Trong
tương lai, các chất kết tụ sinh học như vậy có thể được sử dụng để làm sạch
nước uống nhanh chóng bên cạnh việc xử lý ở hạ nguồn trong các ngành công
nghiệp lên men và thực phẩm [11].
Hiện nay, các nhà khoa học đang tiếp tục nổ lực nghiên cứu để mở rộng
khả năng ứng dụng cũng như các điều kiện thu nhận -PGA đối với các lĩnh
vực xử lý nước, kể cả tinh chế nước và xử lý nước thải.
1.6.2. Trong lĩnh vực y dược
Trong y học, γ-PGA được sử dụng làm chất mang cho các loại thuốc
khác nhau trong quá trình điều trị theo liệu pháp gen, γ-PGA cịn được sử
dụng trong thành phần của chất cầm máu và chỉ khâu tự tiêu.
γ-PGA đã được tìm thấy để tăng hấp thu canxi trong ống
nghiệm và trong cơ thể, và giảm sự mất xương ở người. γ-PGA làm tăng khả
dụng sinh học của canxi bằng cách tăng khả năng hòa tan và hấp thu ruột. Sự
tăng độ tan canxi là do sự ức chế sản xuất canxi phosphat không tan [40].
Việc sử dụng γ-PGA làm tăng sự hấp thu canxi trong ruột ở phụ nữ sau mãn
kinh bằng cách ức chế sự hình thành phức hợp canxi khơng hịa tan với
phosphate.
Keo sinh học là một sản phẩm được kết hợp giữa gelatin và γ-PGA.
Khi ở trong trạng thái dung dịch, hỗn hợp giữa gelatin và γ-PGA được liên kết
với nhau bởi các liên kết hydrogel và carbodiimide hòa tan. Hợp chất này cho
thấy rằng có khả năng hấp phụ và giữ được bọt khí tốt hơn so với keo fibrin
15


truyền thống. Dạng hỗn hợp này đã được sử dụng nhiều trong y học với tác
dụng làm lành những tổn thương của phổi [39].
Trong dược phẩm γ-PGA được nghiên cứu kết hợp với các hỗn hợp
polymer sinh học như γ-PGA với polylactic, γ-PGA với chitosan, γ-PGA với

phenylalanin... để làm các loại chất dẫn thuốc trong điều trị các căn bệnh ung
thư gan, ung thư phổi và ức chế một số loại virus gây bệnh cho người và động
vật [40].
γ-PGA với khối lượng phân tử cao gây ra sự miễn dịch kháng thể
chống ung thư qua trung gian tế bào ở những con chuột mang các khối u
tương ứng độ phức tạp mạch vành nhóm I lớn nhất [28]. Nghiên cứu này gợi
ý khả năng sử dụng γ-PGA trong điều trị miễn dịch ung thư.
Các glycopolymer dựa trên γ-PGA (được sử dụng để ức chế vi rút cúm)
cho thấy độ tan trong nước và tính ổn định nhiệt cao hơn, và độc tính thấp
hơn so với glycopolymer khơng có γ-PGA [38].
1.6.3. Trong lĩnh vực nơng nghiệp
-PGA cịn được xem như một chất bảo vệ nguồn vi lượng cho cây, vì
nó có khả năng liên kết với các nguyên tố K+, Na+, Mn2+, Mg2+, Fe3+, Ca2+,…
các khoáng chất này được cây trồng hấp thụ dần theo nước có chứa γ- PGA. Do
vậy, γ-PGA có tác dụng kích thích phát triển bộ rễ, nâng cao khả năng hấp thụ
dinh dưỡng của cây trồng, giúp cây tăng trưởng nhanh, tán lá phát triển mạnh,
quả lớn, tăng sản lượng và chất lượng cho nông sản [47].
Trong sản xuất thức ăn chăn nuôi, γ-PGA được sử dụng như một chất bổ
sung làm tăng cường khả năng thấp thụ canxi, photpho của vật ni, giúp cho
chúng có khung xương chắc khỏe, tăng chất lượng và trọng lượng cho thịt,
xương, cho hiệu quả chăn nuôi cao nhất. Nhờ có sự hấp thụ khống chất này mà
sản lượng trứng tăng, làm giảm lượng chất béo không cần thiết của vật nuôi [47].
1.6.4. Trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm
-PGA hiện nay đang được sử dụng thay thế một phần cho CMC
(Carbon methyl Cellulose - một chất tạo kết cấu và sự ổn định trong thực
16


phẩm) trong công nghệ chế biến thực phẩm như ngành mỳ ăn liền, bún, đồ
hộp, nước hoa quả…có nguồn gốc sinh học, an toàn đối với con người hơn

CMC [21,47].
-PGA với khối lượng phân tử <20 kDa đã được chứng minh có hoạt
động chống đơng cao hơn các chất chống đông như glucose và chúng không
ảnh hưởng đến hương vị của thực phẩm. -PGA được sử dụng làm chất phụ
gia bổ sung vào các sản phẩm đông lạnh bởi làm tăng khả năng chống kết tinh
của sản phẩm, làm giảm nhiệt độ đóng băng của sản phẩm.
Các sản phẩm đơng lạnh khi sử dụng γ-PGA sau khi rã đông không bị
mất hương vi do γ-PGA kết hợp với dịch nước trong sản phẩm làm giảm nhiệt
độ đóng băng [41].
-PGA có trong thành phần kẹo cao su, một số đồ uống có tác dụng
chống hơi miệng, ngăn ngừa sâu răng mà không làm giảm hương vị của sản
phẩm. Tác dụng này của γ-PGA được so sánh cao hơn tác dụng của nước
muối sinh lý từ 30 - 50% [22].
-PGA có tác dụng làm giảm độ đắng trong đồ uống hoa quả tươi, ổn
định cấu trúc nhũ hóa giúp sản phẩm khơng bị phân lớp trong thời gian bảo
quản [22, 41].
-PGA đã được chứng minh là làm giảm sự hấp thụ dầu trong quá trình
chiên rán chất béo.Vì thế, γ-PGA được thêm vào bánh rán cho thấy lượng dầu
bị hấp thụ gấp 5 lần so với bình thường và làm hương vị tổng thể của sản
phẩm tốt hơn so với bánh quy bình thường [41].
Hiện tại, Trong cơng nghệ sản xuất bánh kẹo xốp -PGA được thêm
vào trong nguyên liệu làm kem cùng với một số chất nhũ hóa có khả năng
tăng tính ổn định sản phẩm kem xốp, làm tăng cường tính xốp của kem ở 2
mặt bánh mà khơng ảnh hưởng đến chất lượng bánh [21, 34]. Việc bổ sung γPGA vào bánh mì nhằm mục đích làm giảm độ cứng của bánh mì, giúp bánh
mì có độ mềm dẻo nhưng không làm ảnh hưởng đến hương vị của bánh.

17


1.6.5. Trong lĩnh vực mỹ phẩm, chăm sóc da

Nghiên cứu thực tế cho thấy rằng, γ-PGA có tính chất hấp thụ nước và
có độ bám dính bề mặt tốt, do đó γ-PGA đã được nghiên cứu, phát triển và
sản xuất chất giữ ẩm và chất phân tán có chất lượng cao được sử dụng trong
ngành thẩm mỹ và vệ sinh. Trong thực tế, người ta đã sử dụng γ-PGA để thay
thế cho axit hyaluronic nhằm mục đích tăng cường các yếu tố giữ ẩm tự nhiên
như axit urocanic, axit carboxylic pyrrolidone và axit lactic so với axit
hyaluronic và collagen hòa tan [11].
γ-PGA cũng cho thấy tăng cường độ đàn hồi của da nhiều hơn collagen
và axit hyaluronic cũng như làm mới và ni dưỡng làn da, làm cho nó trở
nên mượt mà và hấp dẫn hơn [11, 40].
-PGA đã được sử dụng thành công như một thành phần hoạt chất trong
một chất ức chế hyaluronidase (một enzyme làm giảm axit hyaluronic có
trong da ). Bằng cách ức chế hoạt động của hyaluronidase, -PGA đã được
tiến hành thử nghiệm trên 50 phụ nữ (30-50 tuổi) thì kết quả cho thấy rằng
các phụ nữ sử dụng -PGA được duy trì độ đàn hồi của da và giảm phản ứng
dị ứng [46].
Sự kết hợp giữa γ-PGA-vitamin C bằng liên kết giữa nhóm cacboxyl
trong γ-PGA và hydroxyl của vitamin C đã giúp phần cải thiện tính bền của
vitamin C. Nhờ sự liên kết này mà vitamin C được sử dụng hiệu quả hơn
trong việc chăm sóc da, bởi hợp chất này giống như một chất ức chế
collagenase khi có tác động của tia cực tím [11, 40].
1.7. Tình hình nghiên cứu -PGA trên thế giới và việt nam
1.7.1. Tình hình nghiên cứu -PGA trên thế giới
-PGA đã được phát hiện từ rất lâu từ năm 1937 khi Invanovic và cộng
sự nghiên cứu về lớp màng bao quanh vi khuẩn Bacillus antharasis [24].
Năm 1962, House và các cộng sự phân tách được một hệ enzym tổng
hợp PGA cũng từ chủng Bacillus licheniformis 9945A. Tuy nhiên, hệ enzym
này xúc tác tạo ra một loại γ- PGA chứa 60% là axit L-glutamic [23].

18