11
Trong môi trường lỏng, sau 24h nuôi cấy sẽ xuất hiện một lớp đục trên bề mặt,
phía dưới có những sợi tơ nhỏ hướng lên. Sau 36 – 48h, hình thành một lớp trong và
ngày càng dày [Lê Thị Khánh Vân, 1985]. Hình 2.3: Vi khuẩn Acetobacter xylinum [24; 31]

2.2.2.2 Đặc điểm sinh lí – sinh hoá

Acetobacter xylinum là vi sinh vật hiếu khí bắt buộc, cho phản ứng catalase
dương tính; có khả năng oxy hoá tiếp tục ethanol thành acid acetic CH
3
COOH, CO
2
và
H
2
O; chuyển hoá được glucose thành acid, glycerol thành dihydroxyaceton; tổng hợp
được cellulose nhưng không có khả năng sinh trưởng trên môi trường Hoyer và không
tạo sắc tố nâu [Nguyễn Lân Dũng, 1978].
Theo Hestrin (1947), pH tối ưu để A. xylinum phát triển là 4,5 và nó không phát
triển ở 37
0
C ngay cả trong môi trường dinh dưỡng tối ưu. Theo Bergey, nhiệt độ tối ưu
để A. xylinum phát triển là 25 – 30
0
C. Còn theo Marcormide (1996) thì A. xylinum có
thể phát triển ở pH từ 3 – 8, nhiệt độ là 12 – 35

23% số tế bào A. xylinum được bao bọc bởi BC sống sót sau 1giờ xử lí bằng tia cực
tím. Khi tách BC ra khỏi tế bào, khả năng sống của chúng giảm đáng kể, chỉ còn 3%
[theo Ross và ctv, 1993 - dẫn liệu của Trần Thị Ánh Tuyết, 2004].

2.3 Bacterial cellulose (BC)

2.3.1 Sơ lƣợc về lịch sử nghiên cứu sự hình thành BC

Sự tổng hợp lớp màng cellulose ngoại bào của vi khuẩn A. xylinum được nhà
bác học Brown báo cáo lần đầu tiên vào năm 1886. Tuy nhiên đến nửa sau thế kỉ XX,
các nhà khoa học mới thực sự nghiên cứu rộng rãi về BC.
Năm 1943 – 1954, Hestrin và các cộng sự nghiên cứu về khả năng tổng hợp BC
của vi khuẩn Acetobacter xylinum, họ chứng minh rằng A. xylinum có thể sử dụng
đường và O
2
để tạo nên cellulose.
Năm 1957, Next và Colvin chứng minh rằng cellulose được A. xylinum tổng
hợp trong môi trường có đường và ATP. Càng ngày, cấu trúc của BC càng được hiểu
rõ theo tiến bộ của khoa học kĩ thuật. 13
Năm 1989, nhóm I.M. Saxena trường Đại học Texa thu nhận được enzyme
cellulose synthase tinh sạch của A. xylinum. Enzyme này gồm 2 chuỗi polypeptid có
trọng lượng phân tử là 83 và 93kD. Trong đó, tiểu phần 83kD liên quan đến quá trình
sinh tổng hợp cellulose tinh khiết. Năm 1990, nhóm đã xác định được gen tổng hợp
cellulose ở A. xylinum (dòng hoá và giải trình tự đoạn gen tổng hợp cellulose).
Ngày nay đã có rất nhiều công trình nghiên cứu giúp hiểu rõ thêm về cấu trúc,
cơ chế tổng hợp và ứng dụng của BC [Trương Thị Anh Đào, 2004].


Sarcinaventriculi. Là dạng sợi cellulose ổn định nhất về nhiệt động lực
học, các chuỗi glucan xếp đối song nhau hay phân bố tự do. Cellulose II
thường được tổng hợp trong môi trường nuôi cấy lắc. Khi đó BC tạo ra ở
dạng huyền phù phân tán, các sợi cellulose thường uốn cong, đường kính
khoảng 0,1 – 0,2 m [Trương Thị Anh Đào, 2003; Fumihiro Y., 1997].

2.3.3 Đặc điểm của BC

A.J. Brown (1986), đã nghiên cứu lớp màng đặc do vi khuẩn A.xylinum tạo ra
trên môi trường lên men và thấy có bản chất là hemicellulose. Hemicellulose là những
polysaccharid không tan trong nước nhưng tan trong dung dịch kiềm tính.
Một số tính chất của BC:
Độ tinh sạch: độ tinh sạch tốt hơn rất nhiều so với các cellulose khác, có
thể phân hủy sinh học, tái chế hay phục hồi hoàn toàn.
Độ bền cơ học: có độ bền tinh thể cao, sức căng lớn, trọng lượng thấp, ổn
định về kích thước và hướng (đặc biệt là cellulose I)
Tính hút nước: có khả năng giữ nước đáng kể (lên đến 99%), có tính xốp,
ẩm độ cao, có thể chịu được một thể tích đáng kể trên bề mặt (lực bền cơ
học cao).
[Trần Thị Diễm Chi, 2000]; [25]; [32]
15
2.3.4 Quá trình sinh tổng hợp BC từ vi khuẩn A. xylinum

Khi nuôi cấy vi khuẩn A. xylinum trong môi trường có nguồn dinh dưỡng đầy
đủ (chủ yếu là carbohydrate, vitamin B
1
, B

ứng chung sau:
…X-X-X-X + UDP-X = …X-X-X-X-X + UDP
n nhánh (n + 1) nhánh

Trong trường hợp polysaccharid gồm 2 loại monosaccharid liên tiếp (X và Y)
thì phản ứng chung xảy ra theo 2 bước sau:
Bước 1: XYXYXYXY + UDP-X = XYXYXYXYX + UDP
Bước 2: XYXYXYXYX + UDP-Y = XYXYXYXYXY + UDP
Cơ chế của quá trình tổng hợp các loại polysaccharid phân nhánh hiện nay vẫn
còn chưa rõ. Người ta cho rằng thứ tự các gốc đường và tính đặc trưng tham gia của
chúng vào chuỗi polysaccharid phụ thuộc vào các loại enzyme transferase [Nguyễn
Lân Dũng, Phạm Văn Ty, Nguyễn Đình Quyến, 1980].

Cellulose

UDPG Glc
UGP GHK G6PD
(NAD)
G1P G6P PGA
G6PD
PGI (NADP) Chu trình
Pentose
Frc F6P phosphate

PTS FBD

F1P FDP EMP TCA

Hình 2.6: Cơ chế sinh tổng hợp cellulose của A.xylinum
PGM

Mỹ phẩm: - Ổn định kem dưỡng da
- Chất làm se (astringent)
- Chất làm đặc và làm chắc trong thuốc sơn
móng tay

Môi trường: - Làm miếng bọt để xử lí sạch các vết dầu tràn
- Hấp thu và loại bỏ những nguyên vật liệu độc 18
Xăng dầu và than đá: - Phát hiện và thu hồi các mỏ khoáng, dầu

Công nghiệp dệt: - Sợi nhân tạo cao cấp
- Các loại lều, bạt, tã lót có thể vứt đi hay tái sử dụng

Công nghiệp giấy: - Làm giấy cao cấp (có độ dai, độ bền cao, vì vậy
ứng dụng làm giấy lưu trữ tài liệu, làm tiền, giấy
vẽ…)

Công nghiệp gỗ: - Ván mỏng nhân tạo (plywood laminate)
- Chất tạo độ dai cho giấy, container

Công nghiệp máy: - Chế tạo thân xe hơi, các thành tố cấu trúc máy
bay, tên lửa…
- Màng siêu âm thanh
- Thiết bị siêu lọc nước
- Màng thẩm thấu 2 chiều
[Trần Thị ÁnhTuyết, 2004]; [32]

2.4 Thành phần nguyên liệu sử dụng trong sản xuất BC

10
2,20
2,25
2,39
2,56
2,63
2,89
2,79
0,140
0,210
0,262
0,356
0,504
0,512
0,512

Bergonia và ctv (1984) đã phân tích thành phần carbohydrate trong nước dừa
bằng HPLC, thấy:
Nồng độ tổng của sucrose, glucose, fructose 3,0 3 gr/100ml
mannose, galactose 2.23gr/100ml
mannitol 0.3gr/100ml
 nồng độ đường tổng 5,15 gr/100ml
Ngoài ra, trong nước dừa già còn chứa nhiều vitamin, acid amin, chất kích thích
sinh trưởng… rất tốt đối với sự phát triển của A. xylinum.


Bảng 2.5: Hàm lƣợng vitamin và chất khoáng trong nƣớc dừa
[ Vanderberlt, 1945; Trần Phú Hòa, 1996]

Vitamin
Hàm lƣợng
( g/ml)
Khoáng vi lƣợng
Hàm lƣợng
( g/ml)
Acid ascorbic
Acid nicotinic
Acid pantothenic
Acid folic
Biotin
Riboflavin
Thiamine
Pyridoxine
2200 – 3700
0,64
0,52
0,003
0,02
0,01
dạng vết (trace)
dạng vết (trace)
K
Na
Ca
Mg