Tóm tắt luận án Nghiên cứu sinh tổng hợp và thu nhận poly γ glutamic axit và hướng ứng dụng trong thực phẩm

Axit poly γ-glutamic γ-PGA có tính chất của một polyme, nó có thể được tạo ra bằng cách sử dụng axit glutamic thông qua phương thức tổng hợp hóa học để tạo ra, cách thứ hai là sử dụng vi

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài

Khoa học công nghệ và ứng dụng của nó đời sống ngày càng được quan tâm của thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng Những ứng dụng của khoa học và công nghệ vào cuộc sống ngày càng thể hiện sự quan trọng của lĩnh vực này Các hợp chất có nguồn gốc thiên nhiên dần thay thế các hợp chất có nguồn gốc hóa học Sự phát triển của công nghệ sinh học đã giúp xã hội phát triển theo hướng thích ứng với tự nhiên, quá trình tổng hợp các hợp chất tự nhiên từ vi sinh vật đang là điểm đến của các nhà nghiên cứu Các hợp chất có nguồn gốc tự nhiên được thu nhận từ vi sinh vật nhờ việc tổng hợp từ chu trình sống của chúng So với các hợp chất được tổng hợp bằng con đường hóa học, tổng hợp bằng phương pháp sinh học có những ưu điểm vượt trội như: an toàn cho sức khỏe con người, thân thiện với môi trường và có tính chất bền vững

Axit poly γ-glutamic (γ-PGA) có tính chất của một polyme, nó có thể được tạo ra bằng cách sử dụng axit glutamic thông qua phương thức tổng hợp hóa học để tạo ra, cách thứ hai là sử dụng vi sinh vật có khả năng tổng hợp polyme từ quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật đó Bản chất là một polyme có khả năng phân hủy, không độc với con người, tự nhiên nên γ-PGA đang được nghiên cứu và ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực.Trong ngành công nghiệp xử lý môi trường γ-PGA được sử dụng làm chất kết

tụ, hỗ trợ quá trình lắng, thay thế dần các chất kết tụ có nguồn gốc hóa học Trong công nghiệp sản xuất thực phẩm γ-PGA được sử dụng như một dạng phụ gia ổn định chất lượng sản phẩm, trong y dược γ-PGA được dùng như các chất mang, chất giữ ẩm

Theo một số tài liệu nghiên cứu cho thấy vi khuẩn Bacillus có khả

năng sinh tổng hợp γ-PGA không chỉ có trong các sản phẩm nước ngoài mà có thể phân lập được từ các sản phẩm thực phẩm truyền thống của Việt Nam như Tương Bần, Tương Nam Đàn, Nước Mắm, Chao…[5].Từ thực trạng nghiên cứu về γ-PGA trong sản xuất và ứng dụng tại Việt Nam cho thấy chúng ta cần có những

nghiên cứu rộng hơn về tính chất ưu việt của vi khuẩn Bacillus

cũng như các sản phẩm và vi khuẩn này tạo Hơn nữa việc tạo ra

những sản phẩm có nguồn gốc từ quá trình lên men hiện nay là một xu hướng phát triển, bởi tính an toàn, khả năng ứng dụng cao,

ít ảnh hưởng đến môi trường sống Để đáp ứng nhu cầu đó đề tài

“Nghiên cứu sinh tổng hợp và thu nhận axit poly γ glutamic và

hướng ứng dụng trong thực phẩm” ra đời nhằm khai thác những

những điểm mạnh của vi khuẩn Bacillus và tạo ra những sản phẩm

mới đáp ứng những nhu cầu bức thiết của xã hội hiện nay

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

Nghiên cứu công nghệ sản xuất axit poly γ glutamic từ vi sinh vật

Ứng dụng chế phẩm axit poly γ glutamic vào trong các sản phẩm thực phẩm

Nội dung nghiên cứu gồm

Phân lập, tuyển chọn và định danh các chủng vi sinh vật có hoạt tính sinh tổng hợp γ PGA từ các sản phẩm thực phẩm

Khảo sát và tối ưu các điều kiện nuôi cấy thích hợp sinh tổng hợp axit poly γ glutamic

Tinh sạch, thu nhận và khảo sát các đặc điểm của axit poly γ glutamic

Bước đầu ứng dụng thử nghiệm axit poly γ glutamic vào một số sản phẩm thực phẩm

Những đóng góp mới của đề tài

Luận án đã nghiên cứu một cách có hệ thống về công nghệ thu nhận axit poly γ glutamic từ việc phân lập, tuyển chọn chủng giống vi sinh vật, tối ưu hóa các điều kiện nuôi vi khuẩn sinh tổng hợp γ PGA, tách, tinh sạch, thu nhận đến việc xác định cấu trúc, đặc tính của γ PGA

Bước đầu ứng dụng có hiệu quả γ PGA trong việc ổn định trạng thái, màu sắc, hương vị của nước cam trong chế biến và bảo quản, cũng như cải thiện độ giòn, dai, màu sắc trong sản xuất giò

Bố cục của luận án: Luận án gồm 120 trang với 36 bảng số liệu 53 hình ảnh và 130 tài liệu tham khảo trong đó: Mở đầu (2 trang); Chương 1 Tổng quan (37 trang), Chương 2 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu (11 trang), Chương 3 Kết quả và thảo luận (58 trang), Chương 4 Kết luận (1 trang), Danh mục các công trình nghiên cứu đã công bố (1 trang), Tài liệu tham khảo (10 trang)

Chương 1 TỔNG QUAN

Phần tổng quan tài liệu tổng hợp các nghiên cứu trong nước và ngoài nước đề cập đến các vấn đề

Tình hình nghiên cứu và sản xuất γ-PGA trên thế giới

Tình hình nghiên cứu và ứng dụng γ-PGA ở Việt Nam

Cấu trúc và phân loại γ-PGA

Tính chất của γ-PGA, các hệ vi khuẩn sinh tổng hợp γ-PGA và cơ chế sinh tổng hợp γ-PGA

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh tổng hợp γ-PGA

Các Phương pháp định lượng và tinh sạch γ-PGA

Các phương pháp xác định cấu trúc và khối lượng phân tử của γ PGA Ứng dụng γ-PGA trong các lĩnh vực công nghệ thực phẩm, môi trường, mỹ phẩm, y tế, nông nghiệp và các ngành công nghiệp khác

Chương 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1.Vật liệu, dụng cụ và thiết bị

2.2 Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận án gồm Phương pháp vi sinh và sinh học phân tử

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả tổng hợp PGA

Phương pháp hóa lý và hóa sinh:

Xác định hàm lượng PGA

Xác định hàm lượng protein, xác định hàm lượng carbohydrate Kiểm tra độ tinh sạch trên điện di bằng trên gel polyacrylamide (SDS PAGE)

Kiểm tra độ tinh sạch bằng sắc ký lỏng cao áp - HPLC

Xác định khối lượng phân tử bằng sắc ký thấm gel

Xác định tỷ lệ đồng phân L và D – Glutamic trong thành phần γ-PGA bằng đo độ phân cực

Phương pháp tinh sạch dựa trên 3 phương pháp đã được sử dụng trên thế giới

Phương pháp toán học: tối ưu đa yếu tố theo quy hoạch thực nghiệm

Phương pháp nghiên cứu và đánh giá mức độ ảnh hưởng của PGA đến chất lượng nước cam ép đóng chai

Phương pháp nghiên cứu và đánh giá mức độ ảnh hưởng của PGA đến chất lượng giò lụa

γ-Phương pháp đánh giá cảm quan dựa theo TCVN 3215-79

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Tuyển chọn chủng vi khuẩn có khả năng sinh tổng hợp Poly γ glutamic

3.1.1Tuyển chọn các chủng sinh γ PGA axit trong môi trường đặc hiệu

Kết quả cho thấy từ 27 chủng phân lập được 7 chủng có khả năng phát triển mạnh trên môi trường đặc hiệu sau 72 h nuôi cấy; 20 chủng vi khuẩn phát triển chậm sau 72 h và một số không phát triển

Hình 3.1 Sự tạo màng của các chủng vi khuẩn trên môi trường đặc hiệu

Từ 7 chủng thu được thông qua nuôi cấy trên môi trường đặc hiệu

E, cho thấy các chủng có khả năng tạo màng nhầy lớn nhất sau 96

h là bốn chủng B5; ND1; N2; T1 tiến hành kiểm tra khả năng tạo nhớt của các chủng này để đánh giá khả năng tạo γ PGA của từng

3.1.3 Tuyển chọn chủng vi khuẩn có khả năng sinh tổng hợp PGA bằng phương pháp đo quang UV-VIS

γ-Kết quả cho thấy khả năng sinh γ-PGA mạnh nhất là thời điểm 96h của các chủng phân lập được Theo một số nghiên cứu đi trước về γ-PGA tại 96h giá trị γ-PGA được tạo ra là cực đại, đây cũng là thời điểm được lựa chọn để dừng quá trình lên men nhằm tăng hiệu quả của quá trình sản xuất

Dựa trên các kết quả đo độ nhớt, đo hàm lượng γ-PGA bằng phương pháp phổ tử ngoại và các đặc điểm hình thấy hai chủng vi khuẩn có mã hiệu B5 và T1 có khả năng sinh tổng hợp γ-PGA lớn nhất trong số 7 chủng vi khuẩn phân lập được Trên cơ sở đó lựa chọn hai chủng vi khuẩn B5 và T1 để nghiên cứu sinh tổng hợp γ-PGA

3.2 Định tên chủng vi khuẩn sinh γ PGA

3.2.1 Định tên bằng phương pháp sinh hóa

Dựa vào kết quả phân loại ở bảng 3.5 đối chiếu với phần mềm nhận dạng API PLUS, đặc điểm sinh lý, sinh hóacho thấy chủng

vi khuẩn B5 có độ tương đồng với B subtilis là 98% và độ tương đồng của vi khuẩn T1 với loài B subtilis là 73%

3.2.2 Định tên bằng phương pháp sinh học phân tử:

Trình tự đoạn gel được giải trình tự trên hệ thống máy ABI 3103XL xác định được đoạn gen 16S rRNA của chủng B5 có

1250 bp và của T1 là 1516bp Phân tích kết quả bằng phần mềm sequecing analysis 5.3, và so với kết quả trên ngân hàng gen bằng

kỹ thuật BLAST cho thấy chủng B5 có quan hệ gần nhất, 99% với

loài B subtilis strain wn39 mã số 161621764|gb|EU294413.1 và chủng T1 có quan hệ gần nhất, 97% với B subtilis strain y10

Kết quả định danh bằng hai phương pháp hóa sinh và phương pháp sinh học phân tử cho thấy chủng vi khuẩn B5 là chủng vi

khuẩn có độ tương đồng 99% đối với chủng vi khuẩn B subtilis Dựa vào những kết quả định danh vi khuẩnB subtilis mã hiệu B5

có thể đề xuất tên gọi cho chủng vi khuẩn này là Bacillus subtilis

B5 Đối với chủng T1 do quá trình định danh bằng hai phương

pháp hóa sinh và phương pháp sinh học phân tử cho kết quả có độ

tương đồng với B subtilis là 97% và phương pháp hóa sinh là 73% cho thấy chủng T1 không thuộc loài B subtilis, vì vậy chủng

B Subtilis B5 được lựa chọn sử dụng là chủng giống cho các quá

trình nghiên cứu tiếp theo

3.3 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh tổng hợp

γ PGA

3.3.1.Nghiên cứu tiền chất thích hợp cho sinh tổng hợp γ PGA

Những nghiên cứu về sinh tổng hợp γ PGA cho thấy tiền chất để tạo thành γ PGA chủ yếu là hợp chất glutamic hoặc glutamat Nghiên cứu trên nguồn tiền chất là đậu tương, glutamic và natri glutamat, tiến hành sinh tổng hợp γ PGA cho thấy có thể sử dụng natri glutamat làm nguồn tiền chất cho quá trình tạo γ PGA thay thế cho axit glutamic

3.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

B subtilis là loài vi khuẩn ưa ấm có khả năng sinh trưởng và phát

triển tốt ở dải nhiệt độ từ 30oC đến 45oC Chủng B subtilis B5 là

một chủng được phân lập từ Tương bần, một sản phẩm được sản xuất trong điều kiện có sử dụng nhiệt độ môi trường cao cho quá trình lên men (37-40oC) Để có thể tìm ra một chế độ nhiệt thích hợp cho sinh tổng hợp γ-PGA, tiến hành sử dụng môi trường nghiên cứu có Natri glutamat, trong điều kiện nuôi tĩnh, lên men tại các nhiệt độ 30o

C; 35oC; 40oC và 45oC và 50oC để nuôi cấy, thu nhận kết quả 24h một lần, kết thúc quá trình lên men sau thời gian 120h Kết quả nghiên cứu được thể hiện qua đồ thị hình 3.9

Hình 3.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình sinh tổng hợp γ-PGA

gian (h)

Tốc độ lắc của quá trình lên men được khảo sát ở tốc đô từ 0 – 200 v/p, tốc độ lắc là thông số đánh giá mức độ cung cấp khí cho môi trường lên men Khi tốc độ lắc lên đến 200 v/p sự hình thành các dòng chảy xoáy trong canh trường, sự cung cấp oxy hòa tan cho quá trình lên men tăng, sự hình thành γ-PGA có cải thiện hơn so với tốc độ lắc từ 100-150 v/p Đối với mẫu nuôi tĩnh do không có

sự tác động lên lớp vỏ tế bào, nên sự hình thành γ-PGA không bị ảnh hưởng, việc cung cấp oxy hòa tan cho môi trường lên men chỉ phản ánh trên góc độ nghiên cứu trên phòng thí nghiệm Do vậy lựa chọn phương án tốc độ lắc = 0 v/p ( nuôi tĩnh) làm thông số cho các quá trình nghiên cứu tiếp theo, đây cũng là phương án được đề cập trong nhiều công trình nghiên cứu về γ-PGA sản sinh

từ B subtilis của các nhà khoa học trên thế giới

3.3.4 Ảnh hưởng của pH

Sự ảnh hưởng của pH đến sự phát triển và sinh trưởng của vi

khuẩn B subtilis B5 thể hiện rất rõ tại các giá trị pH = 5 môi

trường axit yếu và pH =9 môi trường kiềm, khả năng sinh tổng hợp γ-PGA hầu là không thấy Sự hình thành γ-PGA tăng mạnh trong khoảng pH từ 6 đến 8 trong thời gian 96h Giá trị γ-PGA cao nhất (13,03 g/l) tại thời điểm 96h trong môi trường có pH ban đầu

là 8, hàm lượng γ-PGA tại các giá trị pH = 7 và pH = 6 đạt cực đại tại thời điểm nuôi cấy là 96h

3.3.5 Ảnh hưởng của nguồn cacbon đến khả năng sinh tổng hợp γ-PGA

Nguồn cacbon là phần cốt lõi để tạo lên bộ khung tế bào vi sinh vật giúp sinh trưởng, phát triển, sinh tổng hợp γ-PGA, nguồn

cacbon phù hợp sẽ giúp sự phát triển của vi khuẩn Bacillus subtilis

B5 phát triển tốt, tạo tiền đề cho sinh tổng hợp γ-PGA Sau khi nghiên cứu lựa chọn 4 nguồn cacbon là lactoza, glucoza, saccaroza

và axit xitric, đã lựa chọn được nguồn cacbon sử dụng là axit citric nồng độ 1,5% (15g/l) làm thông số cho quá trình nghiên cứu tiếp theo

3.3.6 Ảnh hưởng của nguồn Nitơ

Khảo sát ảnh hưởng của nguồn nitơ đến quá trình sinh tổng hợp Poly γ glutamic axit với 3 nguồn nitơ thông dụng và rẻ tiền là

NH4Cl, cao nấm men, NH4NO3 cho thấy quá trình sinh tổng hợp γ

PGA đạt nồng độ cao nhất là 13,5 g/l khi sử dụng nguồn nitơ là

NH4NO3

Hình 3.13 Ảnh hưởng của nguồn nitơ đến sự hình thành γ PGA

Quá trình sinh tổng hợp γ-PGA có thể sử dụng NH4NO3 làm nguồn nitơ chính cho quá trình tổng hợp γ-PGA, thay thế nguồn nitơ đang dùng trong môi trường E hiện tại là NH4Cl

3.3.7 Ảnh hưởng của tỷ lệ cấp giống

Tỷ lệ cấp giống là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men Nghiên cứu với các tỷ lệ cấp giống đến quá trình lên men dao động trong khoảng 1% đến 15% với thời gian lên men là 96h cho thấy: Lượng giống cấp với tỷ lệ 5% cho lượng γ-PGA lớn nhất là 16,48 g/l, ở hai tỷ lệ cấp giống 1% và 15% lượng γ-PGA tạo thành nhỏ nhất dao động trong khoảng 6 g/l Tỷ lệ cấp giống cao quá hay ít quá đều ảnh hưởng đến khả năng sinh tổng hợp, bởi nếu ít quá vi khuẩn cần phải có thời gian sinh trưởng và phát triển, khi đó sự hình thành γ-PGA cần phải kéo dài hơn, đối với tỷ lệ cấp giống cao dẫn tới sự cạnh tranh nguồn dinh dưỡng trong giai đoạn sinh trưởng và phát triển, gây sự mất cân bằng trong canh trường dẫn đến sự hình thành các sản phẩm phụ, thay đổi môi trường pH, ảnh hưởng đến hiệu suất sinh γ-PGA

Vì vậy tỷ lệ cấp giống 5% được lựa chọn làm thông số cho các nghiên cứu tiếp theo

3.3.8 Ảnh hưởng của nồng độ Natri-glutamat

Các nghiên cứu trên đã chỉ ra việc thay thế L-glutamic nồng độ 20 g/l bằng Natri glutamat nồng độ 20 g/l Sau khi thay đổi các điều kiện, môi trường, chế độ nuôi cấy, nồng độ γ-PGA tạo thành có phần cải thiện Để tạo điều kiện cho sự hình thành γ-PGA là cực đại với nguồn tiền chất mới, nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ tiền chất đến lượng γ-PGA hình thành cho thấy với nguồn tiền chất Natri – Glutamat với nồng độ 25 g/l sẽ tạo nên một lượng γ-PGA cao hơn sơ với sử dụng Natri – glutamat ở nồng độ 20g/l và tạo thành γ PGA = 20,5 g/l

3.4 Tối ưu các điều kiện ảnh hưởng đến sinh tổng hợp γ PGA

Theo nguyên tắc của ma trận Box – Behnken, ta tiến hành 29 thí nghiệm với sự thay đổi đồng thời của bốn yếu tố quanh giá trị trung bình Từ những phân tích phương sai, phần mềm đã đưa ra phương trình hồi quy theo giá trị thực của mô hình nghiên cứu như sau:

Đánh giá dựa trên các giá trị hệ số xác định bội (R2 hay R-square

để đo mức độ của hàm hồi quy) và hệ số xác định bội hiệu chỉnh (Adj R-square), hai thông số đặc trưng cho mức độ phù hợp của

mô hình trong việc giải thích các thí nghiệm Trong nghiên cứu này giá trị R-square = 0,9611 và Adj R-square = 0,9222 đều > 0,9 điều đó chứng tỏ mô hình được lựa chọn là phù hợp để giải thích các kết quả nghiên cứu thí nghiệm

Tối ƣu hóa mô hình nghiên cứu

Sau khi được phương trình hồi quy sử dụng phương pháp hàm kỳ vọng, phần mềm DX 7.0.0 có thể tính được các giá trị của biến độc lập để tính được giá trị tối ưu của γ-PGA đồng thời có thể đánh giá bằng hình ảnh, ảnh hưởng của các biến độc lập đến lượng

γ-PGA được sinh tổng hợp Hai trong 12 phương án tối ưu nhất trên lý thuyết được lựa chọn như sau:

Phương án 1: Nếu xét trên góc độ tính toán để tối ưu hàm lượng γ PGA hay nói cách khác đặt mức độ quan trọng của chỉ tiêu này đến mức cao nhất, phần mềm sẽ cho phương án sau thời gian 115,97 giờ, ở điều kiện pH ban đầu 8,04 hàm lượng tiền chất 30 g/l và nhiệt độ nuôi 39,41oC, thu được nồng độ γ-PGA cao nhất là 26,40 g/l và phương án có giá trị mong đợi (Desirability) là 0,978 Dựa trên kết quả tối ưu tiến hành thực nghiệm kiểm chứng ở nhiệt

độ 39,5oC, pH = 8, nồng độ tiền chất 30g/l và với các điều kiện khác tương tự sau 116 giờ nuôi cấy nồng độ γ-PGA thu được là 26,04 g/l

Phương án 2: Nếu xét trên góc độ tính toán tối ưu để áp dụng được trong sản xuất quy mô lớn, cần phải xem xét về các yếu tố như thời gian ngắn, đầu vào nguyên liệu thấp, cho sản lượng tối ưu, tiến hành đặt các mức độ quan trọng của thời gian, tiền chất lên mức độ quan trọng nhất, sản lượng γ PGA ở mức khá, nhiệt độ ở mức trung bình và các giá trị ảnh hưởng ít là pH ở mức độ vừa phải Sau khi chạy phần mềm tối ưu ta được các thông số nhiệt độ

= 39,74OC; thời gian thu nhận 97,02 giờ; nồng độ tiền chất 25 g/l

và pH=8,0 và hàm lượng theo phần mềm tính tinh toán là 23,71 g/l phương án đạt giá trị mong đợi là 1,000 Dựa trên kết quả tính toán lý thuyết, tiến hành thực nghiệm kiểm chứng với các thông số nhiệt độ 40OC, pH = 8 và nồng độ tiền chất = 25 g/l sau thời gian

97 giờ thu nhận được γ PGA có nồng độ 25,02 g/l cao hơn với tính toán lý thuyết là 1,31 g/l

So sánh hai phương án đưa ra theo tối ưu hóa trên lý thuyết và thực nghiệm ta thấy, thời gian chênh lệch giữa 2 phương án là 19 giờ (giảm 16%), chênh lệch tiền chất 5 g/l (giảm 16,7%) hàm lượng γ PGA thu được chênh lệch 1,02 g/l (tăng 3,9%) Như vậy xét trên góc độ hiệu quả kinh tế phương án 2 là tối ưu hơn phương

án 1 Do vậy phương án 2 với các thông số nghiên cứu: nhiệt độ

40OC, pH = 8 và nồng độ tiền chất = 25 g/l sau thời gian 97 giờ thu nhận γ PGA là phương án được lựa chọn cho các nghiên cứu sau của đề tài

3.5 Nghiên cứu động thái trong quá trình lên men

Quá trình sinh trưởng và phát triển của chủng B5 theo 4 pha Từ 0 đến 24h sinh khối tế bào tăng chậm, giai đoạn này chủng B5 thích ứng dần với môi trường lên men, có thể khẳng định đây là pha lag Giai đoạn từ 24 đến 72h sinh khối tế bào tăng rất mạnh từ 15,1 đến 54,6 g/l, cho thấy tế bào sinh sản rất nhanh, chất dinh dưỡng chủ yếu được tổng hợp sinh khối Trong khoảng thời gian từ 72h-120h, quần thể đi vào pha cân bằng, sinh khối tế bào giữ ở mức ổn định

số tế bào chết bằng số tế bào được sinh ra Giai đoạn cuối từ 120 đến 144h sinh khối thế bào bắt giảm có thể do chứa nhiều chất trao đổi thứ cấp gây ức chế sinh trưởng, môi trường dinh dưỡng dần cạn kiệt

Hình 3.20: Đồ thị biểu diễn động học quá trình tổng hợp γ-PGA

Quá trình sinh tổng hợp PGA tăng mạnh từ 72 đến 96h và bắt đầu giảm khi đi vào cuối pha cân bằng Điều này có thể thấy sự tạo thành sinh khối mạnh sau 48h lên men đã tạo ra lượng enzim PGA synthetase lớn làm xúc tác cho quá trình tổng hợp γ-PGA Trong giai đoạn cuối pha cân bằng một phần γ-PGA được vi khuẩn sử dụng làm chất dinh dưỡng nên hàm lượng giảm

Trong toàn bộ quá trình sinh trưởng và phát triển, giá trị pH của môi trường hầu như không thay đổi so với giá trị ban đầu

0 5 10 15 20 25 30

Sinh khối

ướt

(g/100ml)

3.6 Nghiên cứu các thông số sinh tổng hợp γ PGA quy mô 100 lít/mẻ

3.6.1 Ảnh hưởng của chế độ khuấy và sục khí

Đánh giá mức độ phát triển của vi sinh vật trong canh trường bằng cách đó mật độ quang OD ở bước sóng 600nm để đánh giá tốc độ phát triển trong 96h với chu kỳ lấy mẫu là 24h một lần, kết quả được thể hiện trong bảng 3.9:

Bảng 3.9 Ảnh hưởng của khuấy và sục khí đến mật độ vi khuẩn

(CFU/ml)

Chế độ cấp khí 0h 24h 48h 72h 96h γ-PGA

(g/l) Tĩnh 1x106 4x106 5x108 7x103 2x102 3,8 Khuấy 350 v/p 1x106 7x108 1x109 1x109 4x107 19,7 Sục khí 10lít/phút 1x106 8x108 2x109 1x109 5x107 24,1 Khuấy 350 v/p +

sục khí 10 lít/phút

1x106 2x109 6x109 1x109 7x107 25,3

Qua kết quả trong bảng 3.9 nhận thấy sự hình thành γ-PGA đối với quá trình nuôi tĩnh là ít nhất, không giống như nghiên cứu trong quy mô thí nghiệm Nghiên cứu cho thấy nếu kết hợp cả phương pháp khuấy trộn và sục khí cho môi trường lên men ở quy

mô 100 lít khả năng sinh tổng hợp γ-PGA sẽ cao hơn so với các phương pháp lên men tĩnh, khuấy hoặc sục khí Hàm lượng γ-PGA

= 25,3 g/l sau 96h khi kết hợp của khuấy trộn và sục khí trong quá trình lên men quy mô pilot 100 lít/mẻ Như vậy khi nghiên cứu tại quy mô 100 lít/mẻ cần kết hợp cả phương pháp khuấy trộn và sục khí cho môi trường lên men ở quy mô 100 lít thì khả năng sinh tổng hợp γ-PGA sẽ cao hơn so với các phương pháp lên men tĩnh, khuấy hoặc sục khí Hàm lượng γ-PGA = 25,3 g/l sau 96h khi kết hợp của khuấy trộn và sục khí trong quá trình lên men quy mô pilot 100 lít/mẻ

3.6.2 Sự thay đổi của hàm lượng oxy hòa tan trong quá trình lên men

Khảo sát cho thấy nồng độ oxy hòa tan trong thiết bị lên men giảm mạnh trong thời gian từ 0 đến 24h và nồng độ oxy hòa tan ở giai đoạn 24 đến 48h rất thấp, sự tiêu thụ oxy cho quá trình sinh trưởng