Nghiên cứu lựa chọn thiết bị lên men thu nhận màng BC từ chủng Gluconacetobater BHN2

Nghiên cứu ảnh hưởng của các tỷ lệ S/V tới khả năng tạo màng của vi khuẩn Gluconacetobacter .... Nghiên cứu ảnh hưởng của các tỷ lệ S/V tới khả năng tạo màng của vi khuẩn Gluconacetobact

PGS.TS Đinh Thị Kim Nhung – Người đã tận tình hướng dẫn, quan tâm, giúp

đỡ trong suốt quá trình hoàn thành khóa luận này

Em cảm ơn chân thành tới các thầy cô và các bạn sinh viên đang học tập và làm việc tại Bộ môn Vi sinh, 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 Cuối cùng em xin được cảm ơn gia đình, nhưng người thân, bạn bè đã

quan tâm, động viên, giúp đỡ em trong suốt thời gian qua

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà nội, tháng 5 năm 2013

Sinh viên

Nguyễn Thị An

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài này là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các

số liệu, kết quả nêu trong khóa luận tốt nghiệp là trung thực nếu sai tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Hà Nội, tháng 05 năm 2013

Tác giả

Nguyễn Thị An

V : Thể tích dịch lên men tạo màng (cm3

)

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu của đề tài 2

3 Nội dung của đề tài 2

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2

4.1 Ý nghĩa khoa học 2

4.2 Ý nghĩa thực tiễn 2

5 Điểm mới của đề tài 2

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Đại cương về vi khuẩn Gluconacetobacter và màng BC 3

1.1.1 Phân loại và đặc điểm hình thái của Gluconacetobacter 3

1.1.2 Đặc điểm sinh lý, sinh hoá của Gluconacetobacter 4

1.1.3 Màng BC của vi khuẩn Gluconacetobacter 4

1.2 Ảnh hưởng của môi trường dinh dưỡng đến khả năng tạo màng BC từ vi khuẩn Gluconacetobacter 6

1.2.1.Ảnh hưởng hàm lượng glucose 6

1.2.2 Ảnh hưởng của hàm lượng (NH4)2SO4 6

1.2.3 Ảnh hưởng của hàm lượng MgSO4.7H2O 6

1.2.4 Ảnh hưởng của hàm lượng KH2PO4 7

1.3 Ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy đến khả năng tạo màng BC từ vi khuẩn Gluconacetobacter 7

1.3.1 Ảnh hưởng của thời gian lên men và hàm lượng giống 7

1.3.2 Độ thông khí 7

1.3.3 Nhiệt độ 8

1.3.4 Độ pH 8

1.4 Ứng dụng của màng BC 8

1.4.1 Ứng dụng của BC 8

1.4.2 Ứng dụng của màng BC trong điều trị bỏng 9

1.5 Tổng quan về thiết bị lên men 9

1.5.1 Đặc điểm và tính chất của một số vật liệu dùng làm bình lên men

10

1.5.2 Phân loại theo hiệu ứng của polyme với nhiệt độ 12

1.5.3 Phân loại theo ứng dụng 13

1.6 Tình hình nghiên cứu về màng BC ở Việt Nam và trên thế giới 13

1.6.1 Trên thế giới 13

1.6.2 Ở Việt Nam 14

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16

2.1 Đối tượng và thiết bị nghiên cứu 16

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 16

2.1.2 Hoá chất và thiết bị 16

2.1.2.1 Hoá chất 16

2.1.2.2 Thiết bị 16

2.1.3 Môi trường 17

2.2 Phương pháp nghiên cứu 17

2.2.1 Phương pháp vi sinh 17

2.2.1.1 Quan sát hình thái tế bào trên tiêu bản nhuộm Gram 17

2.2.1.2 Phương pháp hoạt hóa giống 18

2.2.1.3 Phương pháp lên men tạo màng BC từ vi khuẩn Gluconacetobacter 18

2.2.1.4 Phương pháp bảo quản chủng giống Gluconacetobacter trên môi trường thạch nghiêng 18

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu lựa chọn thiết bị lên men tạo màng BC từ

chủng Gluconacetobacter 19

2.2.2.1 Nghiên cứu lựa chọn vật liệu của thiết bị lên men tạo màng BC 19

2.2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các tỷ lệ S/V tới khả năng tạo màng của vi khuẩn Gluconacetobacter 19

2.2.3 Phương pháp thống kê và xử lý kết quả 21

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 22

3.1 Nghiên cứu khả năng tạo màng BC từ chủng Gluconacetobacter BHN2 22

3.1.1 Hình thái tế bào học 22

3.1.2 Đặc điểm của khuẩn lạc khi nuôi cấy trên môi trường MT1 23

3.1.3 Khả năng tạo màng BC 23

3.2 Nghiên cứu lựa chọn vật liệu của thiết bị lên men tạo màng BC 24

3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của các tỷ lệ S/V tới khả năng tạo màng của vi khuẩn Gluconacetobacter BHN2 27

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 38

1 Kết luận 38

2 Đề nghị 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Tính quy đổi S/V thí nghiệm nghiên cứu trên cốc đong 250ml 20

Bảng 2.2 Tính quy đổi S/V thí nghiệm nghiên cứu trên hộp nhựa 500ml 20

Bảng 3.1 Một số đặc điểm so sánh khi lên men tạo màng BC ở các dụng cụ làm bằng các vật liệu inox, thủy tinh, nhựa 26

Bảng 3.2 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ S/V đến khả năng tạo màng BC 29

Bảng 3.3 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ S/V đến khả năng tạo màng BC 32

Bảng 3.4 Khảo sát khả năng tạo màng BC ở các khay có dung tích 36

khác nhau 36

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Vi khuẩnGluconacetobacter 3

Hình 1.2 Cấu trúc cellulose 5

Hình 3.1 Hình thái tế bào vi khuẩn Gluconacetobacter BHN2 khi 22

nhuộm Gram 22

Hình 3.2 Khuẩn lạc của vi khuẩn Gluconacetobacter BHN2 trên môi trường MT1 23

Hình 3.3 Lên men tạo màng BC trong cốc inox 25

Hình 3.4 Lên men tạo màng BC trong cốc thủy tinh 250ml 25

Hình 3.5 Lên men tạo màng BC trong hộp nhựa 500ml 25

Hình 3.6 Các dạng hình khối 27

Hình 3.7 Thể hiện mối quan hệ giữa S/V với khối lượng màng 29

Hình 3.8 Một số mẫu màng BC ở cốc đong 250ml với 30

Hình 3.9 Ảnh hưởng của tỷ lệ S/V khối lượng màng BC 31

Hình 3.10 Thể hiện mối quan hệ giữa S/V với khối lượng màng 32

Hình 3.11 Một số mẫu màng BC ở hộp nhựa 500ml với 33

Hình 3.12 Ảnh hưởng của tỷ lệ S/V đến khối lượng màng BC 34

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Màng sinh học (Bacterial cellulose; Biocellulose; BC) có cấu trúc và

đặc tính rất giống với cellulose của thực vật (gồm các phân tử glucose liên kết với nhau bằng liên kết β-1,4 glucorit) cellulose vi khuẩn khác với cellulose thực vật ở chỗ: không chứa các hợp chất cao phân tử như: ligin, hemicellulose, peptin và sáp nến…Do vậy chúng có những đặc tính vượt trội với độ dẻo dai, bề chắc [13]

Trên thế giới màng Bacterial cellulose đã được ứng dụng rất nhiều

trong các lĩnh vực công nghệ khác nhau: như dùng làm màng phân tách cho quá trình xử lí nước, chất mang đặc biệt cho các pin và năng lượng cho tế bào, dùng làm chất biến đổi độ nhớt trong sản xuất các sợi truyền quang, làm môi trường cơ chất trong sinh học, thực phẩm hay thay thế thực phẩm Đặc biệt trong lĩnh vực y học, màng BC đã được ứng dụng làm da tạm thời thay thế da trong quá trình điều trị bỏng, loét da, làm mạch máu nhân tạo điếu trị các bệnh tim mạch; làm mặt nạ dưỡng da cho con người [9]

Ở Việt Nam, việc nghiên cứu và ứng dụng màng BC còn ở mức độ khiêm tốn, các nghiên cứu ứng dụng mới chỉ dừng lại bước đầu nghiên cứu Các kết quả ứng dụng của màng BC hầu như mới chỉ dừng lại ở điều kiện thí nghiệm Trong những năm gần đây phòng thí nghiệm Vi sinh Trường Đại học

Sư phạm Hà Nội 2 phân lập tuyển chọn được chủng Gluconacetobacter có

khả năng tạo màng BC và những nghiên cứu bước đầu cho thấy màng BC từ

chủng Gluconacetobacter có khả năng ứng dụng cho trị bỏng cho thỏ là cơ sở

để tạo ra màng trị bỏng cho người Nhằm tìm kiếm được thiết bị tốt nhất lên

men thu màng BC từ chủng Gluconacetobacter để tạo cơ sở cho sản xuất màng trị bỏng và nhiều ứng dụng khác tôi quyết định chọn đề tài:

“Nghiên cứu lựa chọn thiết bị lên men thu nhận màng BC từ chủng Gluconacetobacter BHN2”

2 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu lựa chọn thiết bị lên men thu nhận màng BC từ chủng

Gluconacetobacter BHN2 với giá thành rẻ có chất lượng tốt

3 Nội dung của đề tài

3.1 Nghiên cứu khả năng tạo màng BC từ chủng Gluconacetobacter BHN2

3.2 Nghiên cứu lựa chọn vật liệu của thiết bị lên men tạo màng BC

3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của các tỷ lệ S/V tới khả năng tạo màng của vi

khuẩn Gluconacetobacter BHN2

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

4.1 Ý nghĩa khoa học

Lựa chọn thiết bị lên men thu nhận màng BC từ chủng Gluconacetobacter BHN2

với giá thành rẻ có chất lượng tốt

4.2 Ý nghĩa thực tiễn

Tạo được màng BC với giá thành rẻ trên thiết bị đã chọn

5 Điểm mới của đề tài

Tìm ra thiết bị phù hợp để tạo màng BC với hiệu quả cao nhất

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Đại cương về vi khuẩn Gluconacetobacter và màng BC

1.1.1 Phân loại và đặc điểm hình thái của Gluconacetobacter

Theo hệ thống phân loại của nhà khoa học Bergey thì

Gluconacetobacter thuộc giống Acetobacter, họ Pseudomonadaceae, bộ

Pseudomonadales, lớp Schizommycetes Việc phân loại vi khuẩn này còn

nhiều tranh cãi, có một số tác giả coi Gluconacetobacter như một loài phụ của

A aceti [14]

Gluconacetobacter có dạng hình que, thẳng hay hơi cong, có thể di

động hay không di động, không sinh bào tử Chúng thuộc nhóm vi khuẩn Gram âm, hiếu khí bắt buộc, hoá dị dưỡng Tế bào của chúng thường tìm thấy trong giấm, dịch rượu, nước ép hoa quả, trong đất

Hình 1.1 Vi khuẩn Gluconacetobacter

Khuẩn lạc của Gluconacetobacter có kích thước lớn (đường kính khuẩn

lạc đạt 2-5mm), tròn, bề mặt nhầy và trơn bóng, phần giữa khuẩn lạc lồi lên, dày hơn và sẫm màu hơn các phần xung quanh, rìa mép khuẩn lạc nhẵn [15]

1.1.2 Đặc điểm sinh lý, sinh hoá của Gluconacetobacter

Vi khuẩn Gluconacetobacter phát triển ở nhiệt độ 25-350C, pH : 4-6 Nhiệt độ và pH tối ưu tùy thuộc vào giống Ở 370C, tế bào sẽ suy thoái hoàn

toàn ngay cả trong môi trường tối ưu.Gluconacetobacter có khả năng chịu

được pH thấp, vì thế thường bổ sung thêm acid acetic vào môi trường nuôi cấy để hạn chế sự nhiễm khuẩn lạ [10]

Các đặc điểm sinh hoá dùng định danh của Gluconacetobacter bao gồm:

Oxy hoá ethanol thành acid acetic, CO2, H2O; Phản ứng catalase dương tính; Không tăng trưởng trên môi trường Hoyer; Chuyển hoá glucose thành acid; Chuyển hoá glycerol thành dihydroxyaceton; Không sinh sắc tố nâu; Tổng hợp cellulose [10]

1.1.3 Màng BC của vi khuẩn Gluconacetobacter

Trên môi trường dịch thể, trong điều kiện nuôi cấy tĩnh, vi khuẩn

Gluconacetobacter hình thành nên một lớp màng có bản chất là cellulose,

được tập hợp bởi những bó sợi cellulose liên kết với nhau được gọi là màng

Bacterial cellulose hay màng BC

* Cấu trúc của màng Bacterial cellulose:

Cellulose được cấu tạo bởi chuỗi polyme β -1,4 glucopynanose mạch thẳng Có thành phần hoá học đồng nhất với cellulose thực vật, nhưng cấu trúc và đặc tính lại khác xa nhau

Sợi cellulose của màng BC Sợi cellulose của thực vật

Hình 1.2 Cấu trúc cellulose

Chuỗi polyme β -1,4 glucopynanose mới hình thành liên kết với nhau tạo

thành sợi nhỏ (subfibril) có kích thước 1,5nm Những sợi nhỏ kết tinh tạo sợi

lớn hơn- sợi vĩ mô ( microfibril), những sợi này kết hợp với nhau tạo thành bó

và cuối cùng tạo dải ribbon Dải ribbon có chiều dài trong khoảng từ 1-9nm Những dải ribbon được kéo ra từ tế bào này sẽ liên kết với những dải ribbon của tế bào khác bằng liên kết hiđro hoặc lực vandesvan tạo thành cấu trúc

mạng lưới hay một lớp màng mỏng trên bề mặt môi trường nuôi cấy [16]

Do dải ribbon của màng BC có đường kính nhỏ hơn của PC, chỉ số kết tinh cao (khoảng 60%), độ polyme hoá lớn nên màng BC có độ bền cơ học cao, khả năng hấp thụ nước lớn

Bacterial cellulose sản xuất bởi vi khuẩn Gluconacetobacter được nghiên

cứu đầu tiên bởi Brown Nó đã thu hút sự chú ý từ nửa sau của thế kỷ XX, những nghiên cứu tập trung sâu vào cơ chế tổng hợp, cũng như cấu trúc và đặc tính của cellulose [16]

1.2 Ảnh hưởng của môi trường dinh dưỡng đến khả năng tạo màng BC

từ vi khuẩn Gluconacetobacter 1.2.1.Ảnh hưởng hàm lượng glucose

Nguồn cacbon có ảnh hưởng mạnh mẽ tới sinh trưởng cũng như tổng

hợp cellulose của Gluconacetobacter Theo kết quả nghiên cứu của Thạc sỹ Nguyễn Thị Nguyệt trên chủng A xylinum HN5 thì nguồn cacbon có ảnh hưởng lớn nhất đến sự hình thành màng của Gluconacetobacter là glucose

Để tạo màng phục vụ mục đích nghiên cứu, Thạc sỹ Trần Như Quỳnh đã quyết định sử dụng hàm lượng glucose 20 g/l cho các nghiên cứu trên chủng

Gluconacetobacter [9], [5]

1.2.2 Ảnh hưởng của hàm lượng (NH 4 ) 2 SO 4

Vi sinh vật và tất cả các cơ thể sống khác đều cần nitơ trong quá trình sống để xây dựng tế bào Nhân tố (NH4)2SO4 là một trong những nhân tố có ảnh

hưởng lớn đến sự phát triển của Gluconacetobacter, là nhân tố quan trọng

cung cấp nguồn nitơ cho tế bào phát triển Vì vậy, nếu nguồn nitơ trong môi trường quá ít sẽ ảnh hưởng đến hoạt động sống của tế bào, từ đó ảnh hưởng đến quá trình tạo màng BC Ở nồng độ 2,0 g/l môi trường cho hiệu suất màng

BC cao nhất [8], [6]

1.2.3 Ảnh hưởng của hàm lượng MgSO 4 7H 2 O

MgSO4 ở nồng độ 2 g/l cho sản lượng BC cao nhất, theo PGS TS Đinh Thị Kim Nhung, magie là nhân tố tham gia vào việc tạo thành các enzim, những enzim này xúc tác cho các phản ứng chuyển hóa các chất trong quá trình hình thành màng BC [3]

1.2.4 Ảnh hưởng của hàm lượng KH 2 PO 4

Phospho ngoài vai trò tham gia cấu trúc các thành phần của tế bào, nó còn có

vai trò hết sức quan trọng trong tổng hợp cellulose ở vi khuẩn Gluconacetobacter

Sử dụng nồng độ 2g/l KH2PO4 sẽ cho sản lượng BC cao [7]

1.3 Ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy đến khả năng tạo màng BC từ vi

khuẩn Gluconacetobacter 1.3.1 Ảnh hưởng của thời gian lên men và hàm lượng giống

Lượng giống và thời gian nuôi cấy là 2 yếu tố quan trọng ảnh hưởng trong quá trình lên men cellulose vi khuẩn Độ dai của màng phụ thuộc rất nhiều vào sự kết tinh của màng BC, độ kết tinh của màng lại chịu ảnh hưởng lớn về thời gian lên men thu nhận màng Vì nếu thu sớm độ polymer hoá và kết tinh chưa cao sẽ ảnh hưởng đến tính chất cơ học của màng BC Ngược lại nếu để lâu trong môi trường nghèo dinh dưỡng màng chìm xuống, vi khuẩn sẽ tiến hành phân huỷ thu năng lượng cung cấp cho hoạt động sống của tế bào

Đối với loài Gluconacetobacter, trong quá trình lên men, phần lớn các

tế bào liên kết với phân tử glucose để hình thành lớp màng BC trên bề mặt nuôi cấy Lớp màng này ngăn cản sự tiếp xúc của oxy với môi trường dịch thể Vì vậy việc nghiên cứu xác định được lượng giống bổ sung ban đầu cho phù hợp có ý nghĩa quan trọng để thu được màng BC với năng suất cao nhất Sản lượng cellulose thu được trong quá trình lên men đều tăng theo tỷ lệ giống và thời gian lên men [8]

1.3.2 Độ thông khí

Vi khuẩn Gluconacetobacter là vi khuẩn hiếu khí bắt buộc Điều kiện

tiên quyết khi lên men tạo sinh khối là điều kiện thông khí Trong cơ chế của quá trình lên men, lượng oxy cần cung cấp là tương đối lớn Trong thực tế độ

thông khí quyết định năng suất BC Vì vậy hình thức sục khí cung cấp oxy và

sử dụng cánh khuấy trong lên men động là phù hợp cho sản lượng BC cao trong lên men chìm Lên men tĩnh cần sử dụng dụng cụ có bề mặt rộng, thoáng và lớp môi trường mỏng [5]

Wan phát hiện áp suất oxy cũng ảnh hưởng đến khả năng hình thành cellulose vi khuẩn Cellulose hình thành dưới áp suất oxy thấp có sự phân nhánh nhiều hơn so với trong điều kiện áp suất oxy cao do đó ảnh hưởng trực tiếp đến hình dạng và độ chịu lực của lớp màng BC [17]

1.3.3 Nhiệt độ

Nhiệt độ thích hợp với vi khuẩn Gluconacetobacter từ 25-350C Ở nhiệt độ thấp quá trình lên men chậm Ở nhiệt độ cao sẽ ức chế hoạt động và đến mức nào đó sẽ đình chỉ sự sinh sản của tế bào và hiệu suất lên men giảm [17]

1.3.4 Độ pH

Vi khuẩn Gluconacetobacter phát triển thuận lợi trên môi trường có pH

thấp Do đó trong môi trường nuôi cấy cần bổ sung thêm acid acetic nhằm acid hoá môi trường Đồng thời acid acetic còn có tác dụng sát khuẩn, giúp ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật có hại [19]

1.4 Ứng dụng của màng BC

1.4.1 Ứng dụng của BC

Màng BC có nhiều lợi điểm vượt trội như: độ tinh sạch, độ kết tinh, độ bền sức căng, độ đàn hồi, độ co giãn, khả năng giữ hình dạng ban đầu, khả năng giữ nước và hút nước cao, bề mặt tiếp xúc lớn hơn bột gỗ thường, bề dày của vi sợi dưới 100nm, bị phân huỷ sinh học, có tính tương thích sinh học, tính trơ chuyển hoá, không độc và không gây dị ứng Màng BC có các

ứng dụng đa dạng trong nhiều lãnh vực như y học, thực phẩm, mỹ phẩm, bảo

vệ môi trường, công nghiệp [6], [8], [9]

1.4.2 Ứng dụng của màng BC trong điều trị bỏng

Bỏng là một tai nạn thường gặp trong lao động và sinh hoạt hằng ngày Ngoài tổn thương da, trường hợp bỏng nặng còn gây rối loạn nội tạng, để lại

di chứng nặng đến khả năng vận động, thẩm mỹ và sức khỏe của người bệnh

Ở Việt Nam, chỉ riêng Viện Bỏng Quốc Gia mỗi năm tiếp nhận khoảng hơn

400 ca bỏng Các tác nhân gây bỏng chủ yếu là bỏng nước sôi Ngoài ra các tác nhân khác gây bỏng là xăng, dầu, nước canh nóng, acid, vôi tôi nóng

Việc điều trị tại chỗ vết thương bỏng là một công tác có ý nghĩa đặc biệt quan trọng Đối với vết bỏng nông điều trị tại chỗ vết bỏng có tác dụng làm giảm đau ngăn chặn các biến chứng nhiễm khuẩn, tạo điều kiện tốt cho quá trình tái tạo phục hồi Đối với những trường hợp bỏng sâu, điều trị tại chỗ có tác dụng lớn trong việc điều trị dự phòng các biến chứng của nhiễm khuẩn tại chỗ, không để nhiễm khuẩn toàn thân, ngăn ngừa sự mất nước và dịch trong cơ thể (là nguy cơ dẫn đến tử vong cao), loại bỏ nhanh các tổ chức hoại tử, tạo điều kiện tốt cho quá trình hình thành mô hạt và biểu mô hóa hình thành sẹo, chuẩn bị tốt nền ghép da trong phẫu thuật [5], [6]

1.5 Tổng quan về thiết bị lên men

Thiết bị lên men thường có cấu tạo phù hợp với từng quá trình lên men: sản phẩm tạo ra, độ pH, yêu cầu kị khí hay thoáng khí… Đối với lên men bề mặt, nhất là đối với lên men tĩnh thiết bị lên men rất đơn giản, thường chỉ có các bình lên men có bề mặt thoáng, rộng, có thiết bị thông khí Lên men tạo màng BC là lên men tĩnh

Vật liệu cấu tạo nên dụng cụ dùng để lên men có vai trò rất quan trọng quyết định chất lượng của sản phẩm lên men như: Thùng lên men rượu vang bằng gỗ sồi có tác dụng làm cho vị của rượu thêm mềm mại hơn và một số trường hợp trở nên thơm ngon hơn… Lên men màng BC thường tạo ra acid acetic Vì vậy, bình lên men phải chịu được pH thấp, tránh bị ăn mòn Trong đời sống sản xuất, lên men giấm rất phổ biến có thể thực hiện tại gia đình, lên men trong các bình thủy tinh hoặc nhựa Sản xuất acetic trên quy mô lớn, nuôi cấy chìm, thường dùng bình lên men bằng inox

1.5.1 Đặc điểm và tính chất của một số vật liệu dùng làm bình lên men

Vật liệu inox

Inox (hay còn được gọi là Thép không gỉ) là một dạng hợp kim sắt chứa tối thiểu 10,5% crôm Nó ít bị biến màu hay bị ăn mòn như thép thông thường khác Inox được phát minh bởi Harry Brearley một chuyên gia ngành thép người Anh Năm 1913, Harry Brearley đã sáng chế ra một loại thép đặc biệt có khả năng chịu mài mòn cao, bằng việc giảm hàm lượng cacbon xuống

và cho crôm vào trong thành phần thép (0.24% C và 12.8% Cr) [21]

Trong ngành luyện kim, inox được dùng để chỉ một dạng hợp kim sắt chứa tối thiểu 10,5% crôm, không bị biến màu hay bị ăn mòn dễ dàng như là các loại thép thông thường khác Inox có khả năng chống sự ôxy hoá và ăn mòn rất cao Khả năng chống lại sự oxy hoá từ không khí xung quanh ở nhiệt

độ thông thường của Inox có được nhờ vào tỷ lệ crôm có trong hợp kim (nhỏ nhất là 13% và có thể lên đến 26% trong môi trường khắc nghiệt) Bên cạnh crôm, niken, mô-lip-đen và ni tơ cũng có tính năng oxi hoá chống gỉ tương tự Niken (Ni) là thành phần thông dụng để tăng cường độ dẻo, dễ uốn, tính tạo hình của thép không gỉ Mô-lip-đen (Mo) làm cho thép không gỉ có khả năng chịu ăn mòn cao trong môi trường acid Nitơ (N) tạo ra sự ổn định cho thép

không gỉ ở nhiệt độ âm (môi trường lạnh) Sự tham gia khác nhau của các thành phần crôm, niken, mô-lip-đen, ni tơ dẫn đến các cấu trúc tinh thể khác nhau tạo ra tính chất cơ lý khác nhau của Inox [22], [23]

Đặc tính của thép không gỉ: Các đặc tính của nhóm thép không gỉ có

thể được nhìn dưới góc độ so sánh với họ thép cacbon thấp, thép không gỉ có:

 Độ dẻo cao hơn

 Độ cứng và độ bền cao hơn

 Độ bền nóng cao hơn

 Chống chịu ăn mòn cao hơn

 Độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp tốt hơn

 Phản ứng từ kém hơn (chỉ với thép austenit) Các cơ tính đó thực ra đúng cho họ thép austenit và có thể thay đổi khá nhiều đối với các mác thép và họ thép khác Các cơ tính liên quan đến các lĩnh vực ứng dụng thép không gỉ, nhưng cũng chịu ảnh hưởng của thiết bị và phương pháp chế tạo Nhờ khả năng chống ăn mòn, bảo trì thấp và màu sáng của thép không

gỉ làm cho nó trở thành một vật liệu lý tưởng cho nhiều ứng dụng Có hơn 150 loại thép không gỉ, trong đó 15 loại được sử dụng phổ biến nhất Inox được sử dụng làm dụng cụ nhà bếp, dụng cụ phẫu thuật, thiết bị gia dụng, thiết bị công nghiệp, ô tô và hàng không vũ trụ, và vật liệu xây dựng [23]

Vật liệu thủy tinh

Thủy tinh là một chất rắn vô định hình đồng nhất, có gốc silicát, thường được pha trộn thêm các tạp chất để có tính chất theo ý muốn Trong dạng thuần khiết và ở điều kiện bình thường, thủy tinh là một chất trong suốt, tương đối cứng, khó mài mòn, rất trơ về mặt hóa học và không hoạt động xét

về phương diện sinh học, có thể tạo thành với bề mặt rất nhẵn và trơn Tuy nhiên, thủy tinh rất dễ gãy hay vỡ thành các mảnh nhọn và sắc dưới tác dụng của lực hay nhiệt một cách đột ngột Tính chất này có thể giảm nhẹ hay thay

đổi bằng cách thêm một số chất bổ sung vào thành phần khi nấu thủy tinh hay

xử lý nhiệt [23]

Vì thủy tinh là một vật liệu cứng và không hoạt hóa nên nó là một vật liệu rất có ích Trong phòng thí nghiệm để làm các thí nghiệm trong hóa học, sinh học, vật lý và nhiều lĩnh vực khác, người ta sử dụng bình tam giác, ống nghiệm, lăng kính và nhiều dụng cụ thiết bị khác được làm từ thủy tinh Đối với các ứng dụng này, thủy tinh Pyrex ( thủy tinh có thêm Bo) thường được

sử dụng vì sức bền và hệ số giãn nở nhiệt thấp, tạo cho thủy tinh chống lại tốt hơn đối với các sốc nhiệt và cho phép đo đạc chính xác hơn khi làm nóng và làm nguội các thiết bị Đối với phần lớn các ứng dụng có yêu cầu cao, thủy tinh thạch anh được sử dụng, mặc dù rất khó làm việc với nó Phần lớn thủy tinh như thế này được sản xuất hàng loạt bằng các công nghệ khác nhau, nhưng đa phần các phòng thí nghiệm lớn cần rất nhiều các loại đồ thủy tinh khác nhau vì thế họ vẫn giữ ống thổi thủy tinh trong văn phòng

Vật liệu nhựa

Nhựa là các hợp chất cao phân tử, được dùng làm vật liệu để sản xuất nhiều loại vật dụng trong đời sống hằng ngày như: áo mưa, ống dẫn điện cho đến những sản phẩm công nghiệp, gắn với đời sống hiện đại của con người Chúng là những vật liệu có khả năng bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, áp suất và vẫn giữ được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng [23]

1.5.2 Phân loại theo hiệu ứng của polyme với nhiệt độ Nhựa nhiệt dẻo : Là loại nhựa khi nung nóng đến nhiệt độ chảy mềm Tm thì

nó chảy mềm ra và khi hạ nhiệt độ thì nó đóng rắn lại Thường tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp Các mạch đại phân tử của nhựa nhiệt dẻo liên kết bằng các liên kết yếu (liên kết hydro, vandecvan) Tính chất cơ học không cao khi so sánh với nhựa nhiệt rắn Nhựa nhiệt dẻo có khả năng tái sinh được

nhiều lần, ví dụ như : polyetylen (PE), polypropylen (PP), polystyren (PS), poly metyl metacrylat (PMMA), poly butadien (PB), poly etylen tere phtalat (PET),

Nhựa nhiệt rắn: là hợp chất cao phân tử có khả năng chuyển sang trạng thái

không gian 3 chiều dưới tác dụng của nhiệt độ hoặc phản ứng hóa học và sau

đó không nóng chảy hay hòa tan trở lại được nữa, không có khả năng tái sinh Một số loại nhựa nhiệt rắn: ure focmadehyt (UF), nhựa epoxy, phenol focmadehyt (PF), nhựa melamin, poly este không no,

Vật liệu đàn hồi (elastome): là loại nhựa có tính đàn hồi như cao su

1.5.3 Phân loại theo ứng dụng

Nhựa thông dụng: là loại nhựa được sử dụng số lượng lớn, giá rẻ, dùng

nhiều trong những vật dụng thường ngày, như : PP, PE, PS, PVC, PET, ABS,

Nhựa kỹ thuật: là loại nhựa có tính chất cơ lý trội hơn so với các loại nhựa

thông dụng, thường dùng trong các mặt hàng công nghiệp, như : PC, PA,

Nhựa chuyên dụng: là các loại nhựa tổng hợp chỉ sử dụng riêng biệt cho

từng trường hợp)

1.6 Tình hình nghiên cứu về màng BC ở Việt Nam và trên thế giới

1.6.1 Trên thế giới

Nghiên cứu về màng BC từ vi khuẩn A xylinum và những ứng dụng

của nó đã được tiến hành ở nhiều nước trên thế giới Tác giả Brown, dùng màng BC làm môi trường phân tách cho quá trình xử lý nước, dùng làm chất mang đặc biệt cho các pin và năng lượng cho tế bào Brown, Jonas và Farad, dùng màng như là một chất để biến đổi độ nhớt, để làm ra các sợi truyền

quang, làm môi trường cơ chất trong sinh học, thực phẩm hoặc thay thế thực phẩm Đặc biệt Brown đã dùng BC làm vải đặc biệt, Jonas và Farad dùng màng BC để sản xuất giấy chất lượng cao, làm cơ chất để cố định protêin hay

sử dụng cho sắc kí [15], [19]

Tuy nhiên, những ứng dụng thường thấy trên thế giới của màng BC là dùng trong ngành dược phẩm và mỹ phẩm Các tác giả Wan và Millon sử dụng màng BC đắp lên các vết thương hở, vết bỏng đã thu được kết quả tốt

Đặc biệt tác giả Wan đã đượng đăng kí bản quyền về làm màng BC từ A xylinum dùng trị bỏng Các tác giả Jonas và Farad, đã dùng màng BC làm da

nhân tạo, làm mặt nạ dưỡng da cho phụ nữ [17], [20]

1.6.2 Ở Việt Nam

Tại Việt Nam tình hình điều trị bỏng trong nước ngày càng được cải tiến Công tác điều trị bỏng bao gồm việc cấy ghép, phẫu thuật, tạo ra một số màng trị bỏng như màng ối, trung bì da lợn, da ếch, màng chitosan, sử dụng các chất có nguồn gốc từ tự nhiên có tác dụng điều trị bỏng … Từ năm 2000 nhóm nghiên cứu của tác giả Nguyễn Văn Thanh và Cs đã có một

số công trình nghiên cứu về màng BC từ A xylinum và bước đầu nghiên cứu

về các đặc tính màng BC thu được là cơ sở để chế tạo màng sinh học dùng trong trị bỏng ở Việt Nam [6]

Điều trị bỏng bằng các thuốc có nguồn gốc từ tự nhiên đã được áp dụng

từ rất lâu và phổ biến ở tất cả các nước Các thuốc này có sẵn trong thiên nhiên và có nhiều đặc tính tốt cho điều trị bỏng cũng như chữa các vết thương, vết loét…

Màng BC có nhiều ưu điểm để trở thành chất mang các hợp chất có nguồn gốc từ thiên nhiên sử dụng trong điều trị bỏng [5], [6]

Một số công trình liên quan đến đề tài như: Luận văn thạc sĩ vi sinh

học 2012“Nghiên cứu hoàn thiện quy trình xử lý, bảo quản màng Bacterial cellulose từ chủng vi khuẩn Gluconacetobacter BHN2 _ 21 và ứng dụng điều trị bỏng” của Trần Linh Châm - ĐHSP Hà Nội đã nghiên cứu được thiết bị

lên men thu màng đó là bằng nhựa là tốt nhất và nghiên cứu được tỷ lệ diện

tích bề mặt và thể tích lên men cho chủng Gluconacetobacter tạo màng tốt

nhất là S/V = 0,7

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng và thiết bị nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu Chủng vi khuẩn Gluconacetobacter được phân lập từ màng của các nguồn

nguyên liệu khác nhau nhờ quá trình lên men giấm từ bia, giấm lên men theo phương pháp cổ truyền, chủng giống nhận từ phòng Vi sinh vật, khoa Sinh - KTNN, trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

2.1.2 Hoá chất và thiết bị

2.1.2.1 Hoá chất

- Nguồn Cacbon: Ethanol, Glucose, Acid acetic, Agar

- Nguồn Nitơ: Pepton, (NH4)2SO4

- Các muối khoáng: KH4PO4, CaCO3, MgSO4.7H2O

- Thuốc thử: Dung dịch Fehling, dung dịch Blue Bromophenol

- Thuốc nhuộm: Tím gentian, Fucshin, Lugol

- Nước dừa

2.1.2.2 Thiết bị

- Tủ ấm, tủ sấy Binder (Đức)

- Nồi hấp Tommy (Nhật)

- Máy lắc Orbital Shakergallenkump (Anh)

- Máy li tâm Sorvall (Mỹ)

- Micropipet Jinson (Pháp), các loại tử 20l – 10ml

- Kính hiển vi quang học Carl Zeiss (Đức): Axioskop 40