Nghiên cứu khả năng hấp thu thuốc curcumin của màng cellulose vi khuẩn lên men từ môi trường nước dừa già

NGÔ THỊ THU HIỀN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ THUỐC CURCUMIN CỦA MÀNG CELLULOSE VI KHUẨN LÊN MEN TỪ MÔI TRƯỜNG NƯỚC DỪA GIÀ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Sinh lý học người

NGÔ THỊ THU HIỀN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ THUỐC CURCUMIN CỦA MÀNG CELLULOSE VI KHUẨN LÊN MEN TỪ MÔI TRƯỜNG NƯỚC DỪA GIÀ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Sinh lý học người và động vật

HÀ NỘI, 2017

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình hoàn thành khóa luận nghiên cứu, em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị và các bạn tại Viện Nghiên cứu Khoa học và Ứng dụng trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới: TS Nguyễn Phúc Hưng – người đã hướng dẫn, quan tâm, giúp đỡ em trong suốt quá

trình hoàn thành khóa luận này

Em cảm ơn chân thành tới các thầy cô làm việc tại Viện Nghiên cứu Khoa học và Ứng dụng trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, các thầy cô và các bạn sinh viên đang học tập và làm việc tại Bộ môn Sinh lý người và động vật, khoa Sinh - KTNN trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã giúp đỡ nhiệt tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong quá trình hoàn thành đề tài nghiên cứu

Do bước đầu đi vào thực tế và sáng tạo trong nghiên cứu khoa học, kiến thức của em còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ Do vậy, không tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, em rất mong nhận được sự góp ý quý báu của quý thầy cô và các bạn sinh viên để đề tài khóa luận tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn nữa

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 28 tháng 04 năm 2017

Sinh viên

Ngô Thị Thu Hiền

Ngô Thị Thu Hiền

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những gì viết trong khóa luận này đều là sự thật Đây

là kết quả nghiên cứu của riêng tôi Tất cả các số liệu đều được thu thập từ thực nghiệm, qua xử lý thống kê, không có số liệu sao chép hay bịa đặt, không trùng với kết quả đã công bố Trong tài liệu này tôi có sử dụng một số tài liệu của một số tác giả, tôi xin phép tác giả để bổ sung cho luận văn của mình

Nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, ngày 28 tháng 04 năm 2017

Sinh viên

Ngô Thị Thu Hiền

Ngô Thị Thu Hiền

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Phạm vi nghiên cứu 3

4 Ý nghĩa của đề tài 3

4.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài 3

4.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3

Chương 1:TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Tổng quan về curcumin 4

1.1.1 Cấu trúc hóa học và đặc tính hóa lý của curcumin 4

1.1.2 Dược tính 6

1.1.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 8

1.2 Tổng quan về CVK 10

1.2.1 Vị trí phân loại của Acetobacter xylinum 10

1.2.2 Đặc điểm của A xylinum 10

1.2.3 Cấu trúc đặc tính của màng CVK tạo bởi A xylinum 11

1.2.4 Tính chất độc đáo của CVK 11

1.2.5 Sinh tổng hợp CVK 12

1.2.6 Ứng dụng của màng CVK 12

1.2.7 Môi trường nuôi cấy A xylinum 13

Chương 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16

2.1 Vật liệu nghiên cứu 16

2.2 Nội dung nghiên cứu 16

2.3 Phương pháp nghiên cứu 16

2.3.1 Phương pháp tạo màng và xử lí màng CVK 16

2.3.2 Phương pháp xác định hàm lượng Cur 19

2.3.3 Tạo màng CVK nạp Cur 21

2.3.4 Phương pháp xác định lượng Cur nạp vào màng CVK 21

2.3.5 Phương pháp xử lý thống kê 22

2.4 Địa điểm tiến hành nghiên cứu 22

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 23

3.1 Tạo màng CVK của A xylinum trong môi trường nước dừa già 23

3.2 Độ dày màng CVK trong các điều kện nuôi cấy 24

3.3 Tinh chế màng CVK 24

3.4 Khả năng hấp thụ thuốc Cur của màng CVK 26

3.5 Màng CVK sau khi nạp Cur 28

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 30

4.1 Kết luận 30

4.2 Kiến nghị 30

TÀI LIỆU THAM KHẢO 31

PHỤ LỤC 33

DANH MỤC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ, BIỂU ĐỒ

Sơ đồ 1.1: Sơ đồ quy trình nuôi cấy thu nhận CVK 18

Hình 2.1 Đồ thị đường chuẩn Cur OD 427nm 20

Hình 3.1 Màng CVK khi nuôi cấy tĩnh ngày thứ 6 23

Hình 3.2 Màng CVK với thời gian nuôi cấy khác nhau 24

Hình 3.3a: Màng CVK ngâm với NaOH 3% 25

Hình 3.3b: Màng CVK ngâm với HCl 3% 25

Hình 3.3c: Màng CVK ngâm với nước cất 26

Hình 3.3d: Màng CVK sau khi tinh chế 26

Hình 3.4 Màng CVK đang hấp thụ thuốc Cur 27

Hình 3.5: Màng CVK sau khi loát thuốc 29

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần của nước dừa già 14

Bảng 2.1: Môi trường nuôi cấy A xylinum tạo màng CVK 17

Bảng 2.2 Bảng nồng độ Cur và giá trị OD427nm (n = 3) 20

Bảng 3.1 Giá trị OD hấp thụ thuốc Cur của màng CV (n = 3) 27

Bảng 3.2 Khối lượng Cur được hấp thụ, tỷ lệ hấp thụ và cường độ hấp thụ Cur của màng CVK (n =3) 28

Escherichia coli

Plant cellulose Doctor

Vi khuẩn Acetobacter xylinum

Màng cellulose vi khuẩn Curcumin

Vi khuẩn đại tràng Cellulose thực vật Tiến sĩ

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Từ ngàn xưa, nghệ vàng đã được xem là một loài cây thuốc quý được các nhà khoa học, chuyên môn đánh giá cao trong y học cổ truyền Theo y học phương Đông, nghệ có tác dụng làm lành vết thương, trị các chứng viêm loét, đau

dạ dày, giải độc gan, vàng da, hoạt huyết, làm tan máu bầm, giúp co hồi tử cung sau sinh,… Chúng cũng được sử dụng như một chất tạo màu, làm đẹp da và liền sẹo, cũng như dùng trong chế biến các món ăn Nghệ vàng, tên khoa học là

Curcuma long L, thuộc họ Gừng (Zingiberacaea), được trồng nhiều ở những

vùng khí hậu nóng ẩm ở khu vực Đông Nam Á trong đó có Việt Nam Nghiên cứu của các nhà khoa học vào cuối thế kỷ 20 đã xác định curcumin đóng vai trò quan trọng trong các hoạt tính sinh học của củ nghệ Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng curcumin có nhiều tính chất dược lý quan trọng như chống oxy hóa, kháng khối u, kháng viêm, kháng nấm, kháng vi khuẩn, kháng virus, chữa các bệnh tim mạch thần kinh,… và đặc biệt là khả năng kháng nhiều loại bệnh ung thư khác nhau Gần đây, nhiều công trình nghiên cứu đã chỉ ra rằng curcumin có khả năng

ức chế sự tăng sinh tế bào trên nhiều dòng tế bào ung thư in vitro và đã được dùng để ngăn ngừa và điều trị nhiều bệnh ung thư in vivo Quan trọng hơn,

curcumin không độc hại với các tế bào khỏe mạnh Tuy nhiên, rào cản lớn khiến tinh chất nghệ curcumin chưa được ứng dụng rộng rãi là do curcumin tan rất ít trong nước (0,001%), sinh khả dụng thấp, sự chuyển hóa nhanh và sự đào thải lớn khi vào cơ thể

Trong tự nhiên có một số vi khuẩn có khả năng sinh ra màng cellulose Khi nuôi cấy những vi khuẩn này trong môi trường có chứa glucose, glycerol hoặc một số nguồn cacbon hữu cơ khác nhau chúng có khả năng hình thành trên bề mặt một số lớp màng cellulose sinh học thuần khiết và được gọi là màng sinh học bacterial cellulose (viết tắt là CVK)

Màng CVK là sản phẩm của một loài vi khuẩn, đặc biệt là chủng

Acetobacter xylinum Màng sinh học (CVK) có cấu trúc và đặc tính rất giống với

cellulose của thực vật cellulose vi khuẩn khác với cellulose thực vật nhưng có một số đặc tính lí hóa đặc biệt như: độ bền cơ học, khả năng thấm hút nước cao, đường kính sợi nhỏ, độ tinh khiết cao, độ polymer hóa lớn, có khả năng phục hồi

độ ẩm ban đầu Nhờ những đặc tính độc đáo đó mà màng CVK là một nguồn polymer mới, là một giải pháp trong nghiên cứu sinh học hiện đại Hiện nay màng CVK đã được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực công nghệ khác nhau: thực phẩm, công nghiệp dệt, công nghiệp giấy, mỹ phẩm, đặc biệt là trong y học (màng CVK đã được ứng dụng làm da tạm thời thay thế da trong quá trình điều trị bỏng, loét da, làm mạch máu nhân tạo, điều trị các bệnh tim mạch, làm mặt nạ dưỡng da cho con người) Ngoài ra, màng CVK còn được dùng làm chất màng đặc biệt cho các sợi pin và tế bào năng lượng (Brown, 1989), làm các sợi truyền quang, là môi trường cơ chất trong sinh học sử dụng để cố định protein hay cho sắc kí Trong lĩnh vực dược phẩm, lợi dụng những đặc tính quý báu của màng CVK để tăng khả năng hấp thụ của thuốc

Nước dừa già là một môi trường rất tiềm năng trong việc nuôi cấy màng CVK lên men từ vi khuẩn vì trong đó có chứa rất nhiều vi chất dinh dưỡng, vitamin, axit hữu cơ, đường, đặc biệt có chứa những hợp chất quan trọng trong

nuôi cấy in vitro là myoinositol, các hợp chất có tính auxin, các glucosit của xytokinin Vì vậy A xylium rất thích hợp phát triển trong môi trường này

Từ các nghiên cứu về màng CVK và một số hạn chế của Curcumin trong quá trình điều trị Với mục đích làm tăng khả năng hấp thụ thuốc dựa trên màng CVK giúp curcumin có thể khắc phục tính khả dụng sinh học, xét thấy đây là hướng nghiên cứu mới và triển vọng Đó là lí do chúng tôi đã chọn đề tài:

“Nghiên cứu khả năng hấp thụ thuốc curcumin của màng cellulose vi khuẩn lên men từ môi trường nước dừa già”

nước dừa già bằng một số cách hấp thu khác nhau với các màng CVK có kích thước và độ dày khác nhau nhằm thiết kế hệ thống hấp thụ thuốc curcumin định hướng sử dụng khắc phục tính hấp thu kém, sự chuyển hóa và đào thải lớn trong

cơ thể

3 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm

4 Ý nghĩa của đề tài

4.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Nghiên cứu tìm hiểu khả năng hấp thụ của màng CVK để tăng thêm hiểu

biết về tiềm năng hấp thụ của màng CVK lên men từ môi trường nước dừa già Đánh giá những ưu nhược điểm của màng CVK nạp curcumin để từ đó đề xuất hướng nghiên cứu trên các loại thuốc khác

4.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Định hướng cho việc có thể chọn ra được trường hợp hấp thụ tốt nhất thuốc curcumin vào màng CVK lên men từ môi trường nước dừa già Từ đó ứng dụng vào cải thiện những nhược điểm của thuốc, nâng cao hiệu quả điều trị

Chương 1:TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan về curcumin

Curumin là thành phần của củ nghệ vàng Curcuma longa L Curumin có dạng bột

màu vàng, là thành phần chủ yếu tạo nên màu vàng của nghệ Cùng với tinh dầu, các hợp chất curcuminoid tạo nên vị cay và mùi hăng đặc trưng cho củ nghệ

Curcumin tương đối trơ và không gây độc

1.1.1 Cấu trúc hóa học và đặc tính hóa lý của curcumin

1.1.1.1 Cấu trúc hóa học của curcumin

- Tên IUPAC: (1E, 6E)-1,7-bis (4-hydroxy-3-metoxyphenyl)-1,6-heptadien-3,5-

- Khi đun curcumin với kiềm tạo thành vanilic acid và ferulic acid

- Curcumin nóng chảy với kiềm cho protocatechuic acid

- Oxy hóa bằng permanganat tạo thành vanilin

- Tác dụng với hydroxylamin tạo dẫn xuất isoxozol

- Hydro hóa dẫn xuất diacetyl của curcumin cho hỗn hợp dẫn xuất haxahydro và

tetrahydro

- Các curcuminoit là các polyphenol và là chất tạo màu vàng cho củ nghệ

- Hiện tại người ta phát hiện Cur tồn tại ở 4 dạng hợp chất:

+ Cur là hợp chất chính chiếm 60%

Curcumin

+ Demetoxy - Curcumin chiếm 24% có công thức cấu tạo như sau:

Demetoxy - Curcumin

+ Bis - Demetoxy - Curcumin chiếm 14%:

Bis - Demetoxy – Curcumin

+ Và một hợp chất mới phát hiện là Xiclocurcumin chiếm khoảng 1%:

trong môi trường kiềm

- Dung dịch curcumin trong dung môi hữu cơ có độ hấp thụ cực đại ở bước sóng

- Hiện nay, trong y học curcumin được sử dụng nhiều nhất trong điều trị viêm

loét dạ dày, tá tràng, phòng chống ung thư, làm đẹp cho phụ nữ sau sinh

- Cur là chất hủy diệt tế bào ung thư vào loại mạnh nhất theo cơ chế hủy diệt

từng bước các tế bào ác tính Cur được coi là chất tiêu biểu nhất cho thế hệ mới các chất chống ung thư vừa rất hiệu lực vừa an toàn, không gây tác dụng phụ [9]

- Cur có khả năng giải độc và bảo vệ gan, bảo vệ và làm tăng hồng cầu, loại bỏ cholesterol xấu, điều hòa huyết áp, hạ mỡ máu, ngăn chặn béo phì, làm cho da

dẻ hồng hào, tăng cường sắc đẹp, sức lực và cả tuổi thọ,…

- Cur giúp cơ thể chống lại các vi khuẩn sống kí sinh trong ruột, đặc biệt tốt cho

hệ tiêu hóa Các nghiên cứu cho thấy, nghệ có thể kích thích tiêu hóa và giải phóng các enzim tiêu hóa, phá vỡ liên kết cacbonhydrat và các chất béo Chất Cur có tự nhiên trong củ nghệ được các nhà khoa học chứng minh có khả năng dễ dàng thẩm thấu và tiếp cận tới từng tế bào viêm do có khả năng [5]: + Tăng tiết chất nhầy mucin, bảo vệ niêm mạc dạ dày khỏi tác động ăn mòn gây loét của acid dịch vị

+ Ức chế và tiêu diệt tới 65 chủng vi khuẩn Hp (Helicobacter pylori) nguyên nhân của hơn 90% trường hợp đau dạ dày mà không sợ kháng thuốc + Tái tạo niêm mạc dạ dày , giúp các vết loét nhanh chóng được phục hồi Tuy nhiên, do vi khuẩn Hp rất dễ lây qua đường ăn uống và đường miệng nên khả năng tái nhiễm vi khuẩn này là rất cao Vì vậy, cần phải phối hợp Cur với nhiều chất khác ví dụ như Thymomodulin để ngăn chặn viêm loét dạ dày một cách hiệu quả [5]

- Mặc dù, các nghiên cứu thử nghiệm cho thấy khả năng trị liệu tuyệt vời đó của Cur, tuy nhiên thách thức lớn nhất là Cur ít tan trong nước Khi dùng theo đường uống, Cur hòa tan một phần rất nhỏ vào các dịch thể của ống tiêu hóa, chỉ 7 - 10% Cur được hấp thu vào máu, lại bị chuyển hóa nhanh qua gan, làm cho sinh khả dụng thực tế của Cur chỉ đạt 2 - 3%, nên Cur chưa được ứng dụng nhiều trong phòng và trị bệnh [5]

1.1.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.1.3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Nhiều nghiên cứu trong vài thập kỷ gần đây cho thấy polyphenol có nhiều tác dụng sinh học quý như tác dụng chống oxy hóa (anti-oxydant), kháng viêm, chống nhiễm khuẩn, chống nấm, chống ký sinh trùng, và đặc biệt là chống ung thư Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã rất nhanh chóng chuyển sự chú ý sang curcumin

Vì curcumin có một số nhược điểm về sinh khả dụng như ít tan trong nước, khó hấp thu, dễ bị thải trừ nên các nhà khoa học đã sản xuất curcumin dưới dạng nano, là dạng tiểu phân có kích thước khoảng 100 nanomet

Bằng sáng chế đầu tiên về curcumin dạng nano được mang mã số EP

103266 A2 ngày 30/5/2001 (Ib-8) và tài liệu nghiên cứu đầu tiên về nano curcumin dành cho mục đích y học được công bố vào năm 2005 [9] Từ đó là sự bùng nổ các nghiên cứu và bằng phát minh về nano curcumin: năm 2005 có 18 bằng thì đến năm 2010 đã lên đến gần 100 Để đánh giá tiềm năng ứng dụng của curcumin dạng nano trong lĩnh vực y học, 254 bằng phát minh có liên quan đã được phân tích, cho thấy 24% bằng liên quan đến bệnh ung thư, sau đó là các bệnh tim mạch 13%, các chứng viêm 12%, bệnh tiểu đường 11%,bệnh khớp 10%

và bệnh tiêu hóa 9% [9]

Theo các tài liệu trước đã thống kê đã có rất nhiều các bài báo khoa học và các bằng phát minh về curcumin trên thế giới những tác giả đầu tiên đã nghiên cứu trên thực nghiệm để chứng minh tác dụng điều trị của curcumin, đó là tác dụng chống tăng đường huyết (Srinivasan, M 1972), tác dụng chống viêm (Srimal, R.C 1973), tác dụng chống oxy hóa (Sharma, O.P 1976), tác dụng chống thấp khớp (Deodhar, S.D 1980), tác dụng bảo vệ gan (Kiso, Y 1983), tác dụng chống ung thư (Kuttun R 1985), tác dụng ức chế tắc mạch (Srivastava, R 1995), tác dụng phòng nhồi máu cơ tim (Dikshit, M 1995), tác dụng kháng khuẩn (Jordan, W.C 1996), tác dụng bảo vệ thận (Venkatesan, N 2000), tác dụng chống việm loét dạ dày (Ronita De, 2009),…[12]

Nghiên cứu năm 2011 của Bambang Kuswandi và các cộng sự về CUR /

CV trong việc phát hiện sự hư hỏng của tôm [10]

Nghiên cứu năm 2012 của Min Sun, Xun Su, Buyun Ding, Xiuli He, Xiuju Liu, Aihua Yu, Hongxiang Lou, Guangxi Zhai về những tiến bộ trong 15 hệ thống phân phối cho chất CUR dựa trên công nghệ nano [11]

Năm 2013, các nhà khoa học của Trung tâm Da Liễu, Đại học y khoa Rochester, New York, Hoa Kỳ đã nghiên cứu Curcumin về khả năng làm giảm mức độ nghiêm trọng của biến chứng viêm da do trị xạ Và cũng vào năm

đó, tại Viện giải phẫu, Đại học Munich, Đức các nhà khoa học Shakibaei M, Mobasheri A, Lueders C, Busch F, Shayan P, Goel A đã nghiên cứu curcumin làm tăng tác dụng của hóa trị liệu chống lại tế bào ung thư đại trực tràng thông qua con đường NF-κB/PI-3K/Src Kết quả nghiên cứu cho thấy dùng curcumin giảm đáng kể cả hai tế bào HCT116 và CH3 Curcumin tiêu diệt tế bào ung thư bằng cách gây thoái hóa ty lạp thể và giải phóng cytochromec

1.1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến curcumin nhưng chủ yếu là các công trình nghiên cứu liên quan đến tách chiết và chế tạo vật liệu nanocurcumin từ củ nghệ vàng như Viện hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Viêt Nam (Viện HLKHVCNVN), Trung tâm nghiên cứu triển khai Khu công nghệ cao TP.HCM, Đại học Dược Hà Nội Trong đó Viện hóa học, Viện khoa học và Công nghệ Việt Nam là đơn vị đầu tiên chuyển giao thành

công đề tài nghiên cứu để đưa Nano Curcumin ra thị trường

Trịnh Hoàng Dương, Hà Diệu Ly,Viện Kiểm nghiệm Thuốc TP Hồ Chí Minh đã nghiên cứu chiết xuất curcumin từ củ nghệ vàng và xây dựng bộ dữ liệu chuẩn của curcumin để thiết lập chất chuẩn chiết từ dược liệu [2] Hay nhóm các nhà nghiên cứu Dương Thị Hồng Ánh, Phạm Văn Giang, Nguyễn Trần Linh Trường Đại học Dược Hà Nội đã tiến hành nghiên cứu bào chế tiểu phân nano curcumin bằng phương pháp nghiền bi kết hợp với đồng nhất hóa tốc độ cao [3]

Các nghiên cứu về curcumin trên thế giới và ở Việt Nam hầu như hướng tới nghiên cứu về nanocurcumin và ứng dụng trong điều trị các bệnh về ung thư

là chủ yếu Do đó, đề tài mở ra một hướng đi mới trên cơ sở sử dụng màng CV làm vật liệu hấp thụ thuốc để làm tăng sinh khả dụng của curcumin, khắc phục các yếu điểm của thuốc trong điều trị bệnh

1.2 Tổng quan về CVK

1.2.1 Vị trí phân loại của Acetobacter xylinum

Acetobacter xylinum (A xylinum) thuộc nhóm vi khuẩn Acetic, chi

Acetobacter, họ Pseudomonadaceae, là loại hiếu khí bắt buộc, có nhu mao và

sản xuất cellulose ngoại bào [5]

Theo khóa phân loại của Bergey [15], A Xylinum

A xylinum có dạng hình que, thẳng hay hơi cong, kích thước ngang

khoảng 0,6 – 0,8µm, dài khoảng 2 – 3µm, vi khuẩn không sinh bào tử, gram

âm, không di động, sắp xếp riêng rẽ đôi khi xếp thành chuỗi, nhưng khi tế bào già hay do điều kiện môi trường nuôi cấy, hình dạng có thể bị biển đổi: tế bào dài hơn, phình to ra, phân nhánh hoặc không phân nhánh [5]

* Đặc điểm sinh lí và sinh hóa của A xylinum:

Vi khuẩn có khả năng oxy hóa ethanol thành acid acetic, phản ứng catalase dương tính, không tăng trưởng trên môi trường Hoyer, không tạo sắc

tố nâu, có khả năng tổng hợp cellulose, chuyển hóa glucose thành acid, chuyển hóa glycerol thành dihydroaceton

A xylinum có thể sử dụng nhiều nguồn đường khác nhau và tùy thuộc

vào chủng mà nguồn đường nào được sử dụng tốt nhất

Nhiệt độ tối ưu để A xylinum phát triển là từ 25 - 30°C; vi khuẩn tăng

trưởng trong khoảng pH từ 3 – 8, pH tối ưu để sản xuất cellulose là 5,5 [5, 15]

1.2.3 Cấu trúc đặc tính của màng CVK tạo bởi A xylinum

- Màng CVK cấu tạo bởi những chuỗi polimer β-1,4-glucopyranose không phân nhánh Những nghiên cứu đã cho thấy cấu trúc hóa học cơ bản của CVK giống cellulose của thực vật, tuy nhiên chúng khác nhau về cấu trúc đại thể [13, 28]

- Theo AJ Brown (1886), CVK gồm nhiều sợi siêu nhỏ có bản chất là hemicellulose, đường kính 1,5nm, kết hợp với nhau Các sợi này kết hợp với nhau thành bó, nhiều bó hợp thành dãy, mỗi dãy dài khoảng 100nm, rộng khoảng 3 – 8nm

- Đặc tính cấu trúc của CVK phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện nuôi cấy: + Khi nuôi cấy theo phương pháp tĩnh (S - CVK: Static-Bacterial

Cellulose), A xylinum tạo ra cellulose nhiều hơn và tạo thành màng dày trên bề

mặt môi trường Màng CVK thu được dẻo dai, dày, có màu trắng trong hơi ngả màu vàng

+ Khi nuôi cấy động (A - CVK: Agitated-Bacterial Cellulose), một lượng nhỏ cellulose được hình thành dưới dạng hyền phù phân tán trong đó chuỗi β- 1,4-glucan xếp một cách ngẫu nhiên CVK được tạo ra bằng phương pháp nuôi cấy động dưới dạng các hạt nhỏ, các sợi rối rắm, cong và không trật tự

do sự dao động của môi trường nuôi cấy

+ Lượng CVK được sinh ra giữa hai phương pháp nuôi cấy động và tĩnh cũng khác nhau: khối lượng màng khô của phương pháp nuôi cấy động nhỏ hơn so với nuôi cấy tĩnh [5, 16]

1.2.4 Tính chất độc đáo của CVK

Độ tinh khiết cao: CVK là cellulose sinh học duy nhất được tổng hợp không

có chứa ligin hay hemicellulose Do đó CVK có thể bị vi khuẩn phân hủy hoàn toàn

Độ bền dai cơ học lớn: Cellulose có độ bền dai cao, chịu lực kéo cao, trọng

Tổng hợp trực tiếp các dẫn xuất của cellulose nhờ vào sự tác động gen liên quan đến quá trình tổng hợp cellulose từ đó giúp kiểm soát hình dạng cellulose, khiểm soát trọng lượng phân tử cellulose,…

1.2.5 Sinh tổng hợp CVK

Các vị trí tổng hợp cellulose của A xylinum là những lỗ nằm trên bề mặt

tế bào, có đường kính 3,5nm sắp xếp song song trên đường thẳng trục dọc của

vi khuẩn Mỗi lỗ bao phủ một tiểu phần 10 nm chứa các enzym có chức năng trong sự polyme hóa để tổng hợp cellulose và các protein hỗ trợ liên quan đến các chức năng khác [5]

A xylinum hấp thu đường glucose vào trong tế bào, kết hợp với một acid

béo tạo thành tiền chất nằm ở màng tế bào, sau đó tiền chất này được tiết ra ngoài tế bào cùng với enzym để thực hiện quá trình polyme hóa tạo cellulose Các sợi siêu nhỏ 1,5nm tạo nên các dãy glucan tạo thành các sợi, sau đó kết hợp với nhau thành bó sợi nhỏ Các bó sợi này sẽ được phun vào môi trường nuôi cấy [5]

1.2.6 Ứng dụng của màng CVK

Hiện nay, trên thế giới đã có rất nhiều những công trình nghiên cứu ứng dụng màng CVK trên nhiều các lĩnh vực khác nhau như: lĩnh vực thực phẩm (màng bảo quản trái cây, chất ổn định thực phẩm,…) Gần đây, người ta sử dụng