ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

T NN

NGHI N C
C

ÁC

Đ NH N

TR NG G
NH

INH NG

CÁC ĐI

T

I N TH CH H

Đ

N SACCHAROMYCES CEREVISIAE
GIN T

NG

NG

CÁC ĐI
I N TH CH H
Đ
C Đ NH N
N SACCHAROMYCES CEREVISIAE
TRONG GEL ALGINATE V TR N C
I H N
NH
NG
NG
N
N RƯ
NG NH

Chuyên ngành: C

T

Đ

Mã số chuyên ngành: 62540201

Phản biện độc lập 1: G
Phản biện độc lập 2:

Phản biện 1: G

T

G


T
T

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

H

G T

ii


ỜI C

Đ

N

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết
quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ
bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu
đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng theo yêu cầu.

Tác giả luận án
T

N

N

alginate và trên cellulose vi khu n dựa trên th i gian lên men, tốc độ s d ng đư ng,
tốc độ sinh t ng hợp ethanol, t lệ tế bào thoát kh i chất mang, độ b n của chất mang
qua các chu kỳ tái s d ng.
Phần : Thiết lập các phư ng trình cân b ng vật chất của quá trình lên men chính
trong sản xuất rượu vang nho với nấm men cố đ nh trên cellulose vi khu n, nấm men
cố đ nh trong h t gel alginate và nấm men tự do.
Kết quả nghiên cứu đã kh ng đ nh ưu thế của nấm men cố đ nh so với nấm men tự
do và sự n i trội của nấm men cố đ nh trên cellulose vi khu n trong quá trình lên men
vang. Cả hai lo i nấm men cố đ nh đ u c th tái s d ng ít nhất 1 chu kỳ và ho t
tính lên men của chúng luôn luôn cao h n so với ho t tính lên men của nấm men tự do.

iv


ABSTRACT

The objective of this research was to compare the fermentation performance of the
immobilized yeast in alginate gel and the immobilized yeast on bacterial cellulose during the
primary fermentation in wine-making. The experimentation consisted of four sections.
Section 1 – Determination of technological parameters for yeast immobilization in
alginate gel and for yeast immobilization on bacterial cellulose by Face Centered Central
Composite Design with two factors. The dependent variable was yield of cell immobilization.
The supports like sodium alginate and bacterial cellulose used in this study were originated
from our country.
Section 2 – Comparison of fermentation ability in wine-making of the immobilized yeast
in alginate gel, the immobilized yeast on bacterial cellulose and the free yeast: Yeast growth,
substrate uptake and metabolite production were evaluated and compared.
Section 3 – Investigation of the reuse of immobilized yeast in wine fermentation: The
fixed yeast in alginate gel and the fixed yeast on bacterial cellulose were reused for 10 cycles
in the repeated batch fermentation. The fermentation kinetics of several cycles were presented


kiến đ ng g p

chân tình của cô đã giúp tôi rất nhi u trong quá trình nghiên cứu.
in cảm n PGS.TS. Ngô Đ ng Ngh a đã cung cấp chất mang alginate s d ng
trong luận án.
in cảm n các thầy cô, các b n đồng nghiệp t i bộ môn Công nghệ Thực ph m đã
luôn động viên, g p

kiến, h trợ và gánh bớt công việc đ tôi hoàn thành luận án.

in cảm n sự giúp đ của các thầy cô Khoa K thuật H a h c, ph ng Đào t o Sau
Đ i h c, các đ n v h trợ phân tích: Trung tâm H a Dầu, Trung tâm s c k Hải Đ ng,
ph ng thí nghiệm Công nghệ cao, Viện Công nghệ H a h c.
in cảm n sự giúp đ của các em sinh viên, h c viên trong việc thực hiện các
thực nghiệm, x l số liệu kết quả thí nghiệm, công bố các bài báo
Cuối c ng, xin cảm n m và gia đình đã ủng hộ tinh thần và c ng là động lực cho
tôi cố g ng. Hoàn tất luận án, tr thành một TS, không ch là mong muốn của cá nhân
mà c ng là sự mong đợi và ni m tự hào của m tôi.
Tôi s cất gi sự biết n này trong l ng mãi mãi
Nghiên cứu sinh
Tôn N
vi

N


M CL C
M Đ U ......................................................................................................................... 1
Chư ng 1.

1.3

Cố đ nh nấm men vang trong gel aglinate ........................................................ 8

1.3.1

Alginate .......................................................................................................8

1.3.2

Các phư ng pháp cố đ nh vi sinh vật trong gel alginate ............................. 9

1.3.3

Ưu nhược đi m của phư ng pháp cố đ nh nấm men trong gel alginate ...11

1.4

Cố đ nh nấm men vang trên cellulose vi khu n .............................................. 12

1.4.1

Cellulose vi khu n .....................................................................................12

1.4.2

Các phư ng pháp cố đ nh vi sinh vật trên chất mang cellulose vi khu n .13

1.4.3 Ưu nhược đi m của phư ng pháp cố đ nh nấm men trên cellulose vi
khu n ...................................................................................................................14


Chư ng 2.
2.1

NGU

N LI U V PHƯ NG PHÁP NGHI N C U ......................24

Nguyên liệu ..................................................................................................... 24

2.1.1

Nấm men ...................................................................................................24

2.1.2

Alginate .....................................................................................................24

2.1.3

Cellulose vi khu n .....................................................................................25

2.1.4

Nho ............................................................................................................25

2.1.5

Các lo i h a chất khác...............................................................................25


2.5.2

ác đ nh đi u kiện thích hợp đ cố đ nh nấm men trên cellulose vi khu n .
...................................................................................................................30

2.5.3 Khảo sát và so sánh ho t động của nấm men tự do, nấm men cố đ nh
trong gel alginate và trên cellulose vi khu n trong quá trình lên men rượu vang .33
2.5.4 Khảo sát và so sánh khả n ng tái s d ng nấm men cố đ nh trong gel
alginate và trên cellulose vi khu n đ lên men rượu vang theo phư ng pháp t nh,
nhi u chu kỳ ..........................................................................................................34
2.5.5 Thiết lập phư ng trình cân b ng vật chất của quá trình lên men vang s
d ng nấm men cố đ nh và nấm men tự do............................................................. 36
2.6

Phư ng pháp phân tích ................................................................................... 37

2.6.1

Phư ng pháp phân tích vi sinh .................................................................37

2.6.2

Phư ng pháp phân tích h a l ..................................................................38

2.7

Phư ng pháp x l số liệu .............................................................................. 39

2.8


Chư ng 3.

KẾT QU V B N LUẬN..................................................................41

3.1

max

.....................................................40

ác đ nh các đi u kiện thích hợp đ cố đ nh nấm men trong gel alginate ..... 41

3.1.1 Khảo sát ảnh hư ng của các yếu tố trong quá trình cố đ nh nấm men
trong gel alginate b ng quy ho ch c đi n ............................................................ 41
3.1.2
ác đ nh các đi u kiện thích hợp đ cố đ nh nấm men trong gel alginate
b ng quy ho ch thực nghiệm .................................................................................49
3.2

ác đ nh các đi u kiện thích hợp đ cố đ nh nấm men trên cellulose vi khu n51

3.2.1

Cố đ nh nấm men trên cellulose vi khu n theo phư ng pháp hấp ph .....51

3.2.2

Cố đ nh nấm men trên cellulose vi khu n b ng phư ng pháp hấp ph –ủ ....
...................................................................................................................59
viii


4.1

Kết luận ........................................................................................................... 99

4.2

Kiến ngh ....................................................................................................... 100

DANH M C C NG T

NH Đ C NG BỐ ............................................................101

T I LI U THAM KH O ...........................................................................................102

ix


NH

C BẢNG

Bảng 1.1 ng d ng của nấm men cố đ nh trong sản ph m thức uống chứa ethanol ......4
Bảng 1.2 Một số chất mang s d ng đ cố đ nh nấm men trong sản xuất rượu vang ....5
Bảng 1.3. Các ứng d ng của vi sinh vật cố đ nh trong sản xuất rượu vang ..................20
Bảng 2.1. Thành phần của các d ch nho sau khi ép....................................................... 25
Bảng 2.2. Bố trí thí nghiệm khảo sát sự ảnh hư ng các yếu tố đến hiệu quả cố đ nh
nấm men trong gel Ca alginate ......................................................................................28
Bảng 2.3. Các chất b sung vào d ch nho Red Cardinal đ thực hiện quá trình lên men
s d ng của nấm men cố đ nh trong gel Ca alginate .....................................................29

Bảng 3.12. nh hư ng của nồng độ dung d ch CaCl2 tới t lệ h t gel alginate b v
so với số h t ban đầu trong chu kỳ lên men .............................................................. 48
Bảng 3.13. Ma trận quy ho ch cấu trúc có tâm cấp hai và kết quả thực nghiệm ..........49
Bảng 3.14. Các hệ số của phư ng trình hồi quy Y1 ......................................................50
Bảng 3.1 . nh hư ng của mật độ tế bào ban đầu trong huy n phù giống đến mật độ tế
bào và hiệu suất cố đ nh trên chất mang cellulose vi khu n .........................................52
Bảng 3.16. nh hư ng của kích thước chất mang đến mật độ tế bào và hiệu suất cố
đ nh trên chất mang cellulose vi khu n .........................................................................52

x


Bảng 3.1 . nh hư ng của khối lượng chất mang đến mật độ tế bào và hiệu suất cố
đ nh trên chất mang cellulose vi khu n .........................................................................54
Bảng 3.1 . nh hư ng của pH huy n ph giống đến mật độ tế bào và hiệu suất cố đ nh
trên chất mang cellulose vi khu n .................................................................................54
Bảng 3.1 . nh hư ng của tốc độ l c đảo đến mật độ tế bào và hiệu suất cố đ nh trên
chất mang cellulose vi khu n ........................................................................................ 55
Bảng 3.2 . nh hư ng của th i gian hấp ph nấm men đến mật độ tế bào và hiệu suất
cố đ nh trên chất mang cellulose vi khu n ....................................................................56
Bảng 3.21. Ma trận quy ho ch cấu trúc có tâm cấp hai và kết quả thực nghiệm ..........57
Bảng 3.22. Các hệ số của phư ng trình hồi quy Y ........................................................ 58
Bảng 3.23. Biến đ i của mật độ tế bào nấm men cố đ nh theo th i gian ủ ...................59
Bảng 3.24. nh hư ng của mật độ tế bào cố đ nh trên chất mang cellulose vi khu n
đến quá trình lên men vang ........................................................................................... 61
Bảng 3.25. Sự thay đ i tốc độ sinh trư ng riêng cực đ i của nấm men cố đ nh và tự do
trong quá trình lên men vang khi hàm lượng đư ng ban đầu trong d ch nho thay đ i .64
Bảng 3.26. nh hư ng của hàm lượng đư ng ban đầu đến th i gian lên men vang s
d ng nấm men cố đ nh và nấm men ..............................................................................67
Bảng 3.27. nh hư ng của hàm lượng đư ng ban đầu đến tốc độ s d ng đư ng trung

C

C HÌNH

Hình 1.1. Cấu trúc của alginate ......................................................................................9
Hình 1.2. Sự hình thành gel của alginate với ion Ca2+ ..................................................9
Hình 1.3. C chế t o gel của alginate từ bên ngoài (trái) từ bên trong (phải) ..............10
Hình 1.4. Cấu trúc cellulose vi khu n (trái) và cellulose thực vật (phải) .....................12
Hình 1.5. Cấu trúc cellulose vi khu n I trái và cấu trúc cellulose vi khu n II phải 12
Hình 3.1. Bi u đồ bi u di n ảnh hư ng của nồng độ dung d ch alginate tới hiệu suất cố
đ nh nấm men trong gel alginate ...................................................................................41
Hình 3.2. Bi u đồ bi u di n ảnh hư ng của mật độ tế bào nấm men trong huy n ph
giống tới hiệu suất cố đ nh nấm men trong gel alginate................................................44
Hình 3.3. Bi u đồ bi u di n ảnh hư ng của nồng độ dung d ch CaCl2 tới hiệu suất cố
đ nh nấm men trong gel alginate ...................................................................................48
Hình 3.4. nh hư ng của mật độ tế bào trong huy n phù giống và nồng độ dung d ch
alginate đến hiệu suất cố đ nh nấm men trong gel alginate...........................................50
Hình 3.5. Hình ch p S M h t gel alginate sau khi cố đ nh tế bào nấm men ................51
Hình 3.6. nh hư ng của mật độ tế bào trong huy n phù giống và th i gian hấp ph
đến hiệu suất cố đ nh nấm men trên cellulose vi khu n ................................................58
Hình 3.7. Hình ch p SEM chất mang cellulose vi khu n sau khi cố đ nh b ng phư ng
pháp hấp ph ..................................................................................................................60
Hình 3.8. Hình ch p SEM chất mang cellulose vi khu n sau khi cố đ nh b ng phư ng
pháp hấp ph -ủ, th i gian ủ 2 ngày ...............................................................................60
Hình 3.9. Hình ch p SEM chất mang cellulose vi khu n cố đ nh b ng phư ng pháp
hấp ph -ủ sau quá trình lên men vang th i gian ủ là 2 ngày ......................................62
Hình 3.10. Sự thay đ i mật độ tế bào nấm men cố đ nh và tự do trong quá trình lên
men vang khi hàm lượng đư ng ban đầu trong d ch nho thay đ i ................................ 63
Hình 3.11. Sự thay đ i tốc độ sinh trư ng riêng của nấm men cố đ nh và tự do trong
quá trình lên men vang khi hàm lượng đư ng ban đầu trong d ch nho thay đ i ..........64

Hình 3.2 . Sự thay đ i mật độ tế bào trong canh trư ng s d ng nấm men cố đ nh
các chu kỳ tái s d ng thứ 1, 3, , , 1 ........................................................................85
Hình 3.25. T lệ tế bào nấm men thoát kh i chất mang so với t ng số nấm men trong
d ch lên men qua các chu kỳ tái s d ng .......................................................................86
Hình 3.26. Tốc độ sinh trư ng trung bình của nấm men cố đ nh các chu kỳ tái s
d ng thứ 1, 3, , , 1 ....................................................................................................87
Hình 3.2 . Hình ch p SEM b mặt h t gel alginate trái và miếng cellulose vi khu n
phải trước khi lên men chu kỳ 1 .................................................................................88
Hình 3.2 . Hình ch p SEM b mặt h t gel alginate trái và miếng cellulose vi khu n
phải trước khi lên men chu kỳ 7 .................................................................................88
Hình 3.2 . Hình ch p SEM mặt c t h t gel alginate trái và mặt c t miếng cellulose vi
khu n phải trước khi lên men chu kỳ 7.......................................................................88
Hình 3.30. Sự thay đ i hàm lượng đư ng trong quá trình lên men vang của nấm men
cố đ nh các chu kỳ tái s d ng thứ 1,3, , ,1 ............................................................ 89
Hình 3.31. Th i gian lên men của nấm men cố đ nh các chu kỳ tái s d ng ............90
Hình 3.32. Tốc độ s d ng đư ng trung bình của nấm men cố đ nh qua các chu kỳ tái
s d ng .......................................................................................................................... 91
Hình 3.33. Sự thay đ i hàm lượng ethanol trong quá trình lên men vang của nấm men
cố đ nh trong quá trình lên men vang các chu kỳ tái s d ng thứ 1,3, ,7,10 ...........92
Hình 3.3 . Hàm lượng ethanol trong vang non sau quá trình lên men chính s d ng
nấm men cố đ nh qua các chu kỳ tái s d ng ................................................................ 92
Hình 3.35. Tốc độ sinh t ng hợp ethanol trung bình của nấm men cố đ nh trong quá
trình lên men vang qua các chu kỳ tái s d ng ............................................................. 93
Hình 3.3 . Hiệu suất sinh t ng hợp ethanol trung bình của nấm men cố đ nh trong quá
trình lên men vang qua các chu kỳ tái s d ng ............................................................. 93

xiii


NH

: Nấm men cố đ nh trong gel alginate

Nmcđ Akn

: Nấm men cố đ nh trong gel alginate không được ngâm trong dung
d ch CaCl2 sau m i chu kỳ tái s d ng

Nmcđ An

: Nấm men cố đ nh trong gel alginate được ngâm trong dung d ch
CaCl2 sau m i chu kỳ tái s d ng

Nmcđ B
Nmtd
SEM

: Nấm men cố đ nh trên cellulose vi khu n
: Nấm men tự do
: Scaned electronic microscope, kính hi n vi điện t quét

-xiii-


Đ
ượu vang là một thức uống lên men từ d ch nho s

d ng nấm men

Saccharomyces cerevisiae [1], [2]. ượu vang được nhi u ngư i ưa thích do hư ng v
hết sức đặc trưng và nh ng tác d ng c lợi cho sức kh e [3], [4].



trong gel alginate đã được thư ng m i h a và được ứng d ng trong quy trình sản xuất
rượu vang

quy mô lớn.

Nấm men cố đ nh b ng phư ng pháp hấp ph trên b mặt chất mang xốp như
kissiris [20], [21], vải cotton [22], mẫu thủy tinh xốp [23], ceramic [24], [25], hay trên
chất mang giàu cellulose như bã mía [26], miếng trái cây [27]

c ng được ứng d ng

đ lên men rượu vang. Trong vài n m gần đây, c hai công bố khoa h c v việc s
d ng cellulose vi khu n làm chất mang cố đ nh nấm men đ ứng d ng trong quá trình
lên men sản xuất rượu vang và ethanol [28], [29]. Tuy nhiên, đến nay vẫn chưa c các
nghiên cứu chuyên sâu v nấm men vang cố đ nh trên chất mang cellulose vi khu n.
Chất mang cellulose vi khu n và chế ph m tế bào cố đ nh trên cellulose vi khu n vẫn
chưa được thư ng m i h a

th trư ng trong và ngoài nước.

Chúng tôi thực hiện đ tài: N
Saccharomyces cerevisiae
, với:
cải thiện hiệu quả kinh tế của quá trình lên men rượu vang b ng
giải pháp s d ng nấm men cố đ nh trên chất mang mới rút ng n th i gian lên men,
tái s d ng nấm men và n đ nh chất lượng sản ph m).
: so sánh hiệu quả s d ng hai chế ph m nấm men vang
cố đ nh, trong đ c một chất mang đã được s d ng ph biến alginate và một chất


bao gồm một số giống nấm men khác trong d ch nho lên men

như Kloeckera, Metschnikowia, Torulaspora, Hanseniaspora, Zygosaccharomyces,
Candida, Pichia, Cryptococcus. Hầu hết các loài thuộc nấm men bản đ a không c khả
n ng tồn t i khi nồng độ ethanol cao h n

v v, ngo i trừ Brettanomyces bruxellensis

c th phát tri n trong môi trư ng c nồng độ ethanol lên đến 12 . Trước đây, nấm
men bản đ a được xem là các vi sinh vật gây hư h ng rượu vang. Tuy nhiên, nh ng
nghiên cứu gần đây cho thấy r ng, một số loài nấm men bản đ a c lợi cho chất lượng
sản ph m, làm đa d ng h a hư ng v của rượu vang [5], [31].
1.1.2 Q á ì
Lên men

l

u vang
v

ự

là quá trình lên men vang xảy ra tự nhiên mà không

cần cấy giống. Thư ng thì các giống nấm men bản đ a như Kloeckera, Hanseniaspora
và Candida chiếm t lệ cao trong giai đo n đầu của quá trình lên men.
theo, Pichia và Metschnikowia chiếm ưu thế.

giai đo n tiếp

uống lên men như rượu vang nho, vang táo, bia và nước trái cây lên men có nồng độ
ethanol thấp. M c đích chính của việc s d ng nấm men cố đ nh là đ rút ng n th i
gian lên men, tái s d ng nấm men và n đ nh chất lượng sản ph m. Bảng 1.1 t m t t
một số ứng d ng của nấm men cố đ nh trong sản xuất thức uống chứa ethanol.
Bảng 1.1

ng d ng của nấm men cố đ nh trong sản ph m thức uống chứa ethanol

Sản ph m
Vang nho

Vang táo
Vang dứa
Bia ngh o ethanol
Bia
Bia nồng độ cao

Vi sinh vật
S. cerevisiea
S. cerevisiea
S. bayanus
C. stellata + S. cerevisiae
S. cerevisiea
S. cerevisiea
S. cerevisiea
S. cerevisiea
S. cerevisiea
S. cerevisiea
S. cerevisiea+L. oenos
S. bayanus+L. oenos

Lommi H. et al., 1990 [33]
Bakoyianis V. et al., 1992 [20]
Busova K.et al., 1994 [34]
Ferraro L. et al., 2000 [35]
Loukatos P.et al., 2000 [36]
Kourkoutas Y. et al., 2001 [27]
Nguyen T.H. et al., 2008 [28]
Kandylis P., 2010 [37]
Genisheva Z., 2011 [38]
Kassim H.C, 2012 [39]
Cabranes C. et al., 1998 [40]
Nedovic V.A. et al., 2000 [41]
Diep T.X. et al.,2009 [42]
Van Iersel M., 1995 [43]
Smogrovicova D., 1999 [44]
Patkova J., 2000 [45]
Kourkoutas Y. et al., 2004 [46]
Tran Q. H., et al., 2008 [47]

nh tế bào

Chất mang vô cơ: chúng c độ b n c h c và h a h c cao. Tuy nhiên sản ph m lên
men thu được thư ng b lẫn các t p chất c xuất xứ từ chất mang. Chất mang vô c
thư ng gặp là h t thủy tinh, ceramic d ng khối tr hay d ng h t, các kissiris khoáng,
gamma-alumina
Chất mang hữu cơ: chúng không làm cho sản ph m lên men b lẫn t p chất, b n
nhiệt và tư ng đối n đ nh v mặt h a h c trong đi u kiện lên men. Chất mang h u c
cố đ nh nấm men bao gồm các polymer t ng hợp như gel polyvinylalcohol,
polyvinylchloride, màng polyethylene, các chất mang tự nhiên bản chất polysaccharide
-4-

Alginate

Cellulose vi khu n
Cellulose đã tách lignin
Gelatin
Gluten
Polyvinyl alcohol
Polystyren
Miếng lê
Miếng mộc qua
Miếng táo
Nho khô
Quả sung
Miếng i
H t lúa mì, h t lúa m ch
Củ cải đư ng
V nho
V dưa hấu
Bã mía
V kén t m
Thân, gốc cây b p
Chất mang
kết hợp

Nội nh h t
Đ a thủy tinh phủ alginate

Nguồn
Ageeva N.M. et al., 1985 [48]
Hamdy M.K., 1990 [49]

Reddy V.L. et al., 2008 [86]
Yu J. et al., 2010 [26]
Rattanapan A. et al., 2011 [87]
Vucurovic M.V. et al., 2008 [88]; Razmovski R. et al., 2012
[89]
Kopsahelis N. et al., 2007 [90]
Ogbonna J.C. et al.,1989 [91]

-5-


1.2.2 Cá

ơ

á

nh tế bào nấm men

Cố định tế bào bằng cách gắn trên bề mặt chất mang rắn: Tế bào nấm men c th kết
dính trên b mặt chất mang r n nh nh ng tư ng tác vật l như lực mao quản, liên kết
t nh điện, liên kết ion, liên kết kỵ nước, hoặc liên kết cộng hóa tr . Phư ng pháp này
yêu cầu b mặt chất mang phải có cấu trúc xốp hoặc có chứa nhi u nhóm chức h a h c
khác nhau như h t thủy tinh xốp, thanh ceramic, DEAE-cellulose, bã mía, h t gluten,
miếng trái cây [23], [25], [26], [33], [70], [81].
Cố định tế bào bằng cách nhốt trong khung mạng xốp: Các tế bào được đưa vào bên
trong một khung m ng xốp đ ng n cản tế bào khuếch tán ra môi trư ng xung quanh
nhưng vẫn cho phép tế bào hấp thu các chất dinh dư ng và trao đ i chất. Chất mang
thư ng là các lo i polysaccharide (alginate, -carrageenan, agar, chitosan, pectin),
protein (gelatin, collagen), polymer t ng hợp (polyacrylamide, polyvinylalcohol,

hững tha đổi về đặc điểm sinh học của nấm men cố định

Việc cố đ nh tế bào s làm thay đ i hình thái, sinh l và các ho t động trao đ i chất
của nấm men [46], [100].
K

ă

: Nấm men cố đ nh thư ng c khả n ng sinh trư ng kém

h n so với nấm men tự do vì khả n ng hấp thu oxy giảm. Tế bào nấm men cố đ nh c
hình d ng và kích thước không đồng đ u. Nhi u nghiên cứu cho thấy nấm men cố đ nh
sinh trư ng đến một giới h n nhất đ nh và gi nguyên lượng sinh khối cho đến khi kết
thúc quá trình lên men [101], [102], [103].
H

ấ : Nấm men cố đ nh c tốc độ s d ng glucose, tốc độ sinh

t ng hợp ethanol và glycerol cao h n nhi u so với nấm men tự do vì nấm men khi
được cố đ nh trên chất mang s c nh ng thay đ i v đặc tính sinh l , ho t tính
en yme và c pH nội bào thấp h n so với nấm men tự do [21], [100], [104], [105].
K

ă

l

ế

ấ l

lên men như sự thay đ i v nhiệt độ, pH, nồng độ c chất ban đầu và sản ph m cuối,
từ đ làm n đ nh và kéo dài ho t tính lên men. Quá trình trao đ i chất của tế bào cố
đ nh biến đ i theo chi u hướng t ng hiệu quả s d ng c chất, sản ph m được t o ra
-7-


nhi u h n. Mật độ tế bào nấm men cố đ nh trên một đ n v th tích canh trư ng cao
nên làm giảm th i gian lên men [46], [109], [112], [122].
Khi s d ng nấm men cố đ nh đ lên men vang, quá trình l c, tách nấm men ra
kh i d ch lên men được thực hiện nhanh và d dàng, từ đ làm giảm chi phí cho việc
thu hồi và hoàn thiện sản ph m [81], [84].
Nấm men cố đ nh c th tái s d ng được nhi u chu kỳ và c nhi u khả n ng ứng
d ng trong quy trình lên men liên t c

quy mô công nghiệp, từ đ mang l i hiệu quả

kinh tế cao h n cho nhà sản xuất [21], [102].
Tuy vậy, s d ng nấm men cố đ nh c ng c n một số h n chế khi hiện tượng tế bào
thoát ra kh i chất mang quá nhi u, cấu trúc chất mang b phá hủy trong quá trình s
d ng, sự khuếch tán c chất đến tế bào

trung tâm của khối chất mang b h n chế

[46], [128].
1.3 C

nh n m men trong gel aglinate

1.3.1 Alginate
Alginate hay algin là tên g i thư ng được s d ng cho muối alginic acid. Alginate

ơ

á

1.3.2.1 C c h ơng h

v

vậ

[129]

l l

tạ g alginate

C hai phư ng pháp t o gel alginate: t o gel từ ngoài và t o gel từ trong.
Phư ng pháp t o gel từ ngoài ph biến h n vì t o gel nhanh và thao tác đ n giản.
Khi nh gi t dung d ch alginate vào dung d ch c chứa cation, thư ng là Ca 2+, b mặt
ngoài của h t alginate s lập tức b gel h a. Sau đ , các cation tiếp t c khuếch tán vào
bên trong h t làm cho các phân t alginate bên trong tiếp t c b gel h a [129], [133].
-9-


Phư ng pháp t o gel từ trong mang l i tính đồng nhất và đa d ng v hình thức cho
cấu trúc gel. Cho muối chứa Ca2+ d ng không tan như CaCO3, CaSO4, DTA-Ca, Ca
citrate

vào dung d ch alginate, sau đ thay đ i độ h a tan của muối b ng cách ch nh



Na-Alginate

Ca

Ca

HCO3

GDL

CO2

H+
H2O

Ca
Haït gel Cacium Alginate

Hình 1.3. C chế t o gel của alginate từ bên ngoài trái từ bên trong phải [129]
1.3.2.2
Khối

nh h

ng của c c điều i n tạ g đến độ ền g v

u t nh n m n

ợng hân tử a ginat : khối lượng phân t alginate ảnh hư ng nhi u đến độ

hi t độ tạ g : nhiệt độ thích hợp cho quá trình t o gel là thấp h n 2 oC. Trong
đi u kiện này, độ b n gel và khả n ng khuếch tán của glucose gần như không b ảnh
hư ng. Các tính chất này s giảm nhanh khi nhiệt độ t o gel cao h n 2 oC [138], [142]
ồng độ cati n tạ g : khi t ng nồng độ cation t o gel thì gel t o thành s b n
ch c h n. Bản chất của cation t o gel c ng ảnh hư ng đến độ b n gel. Độ b n gel t o
thành từ các cation kim lo i s t ng dần theo thứ tự: Co2+ - Ca2+ - Sr2+ - Ba2+ - Cd2+ Cu2+. Ion Ca2+ thư ng được s d ng đ t o gel cố đ nh tế bào nấm men. Nồng độ
CaCl2 thích hợp cho việc t o gel alginate thư ng là 2 . Nếu giá tr này lớn h n 1
thì tốc độ t ng trư ng của Saccharomyces cerevisae b ức chế [132], [136].
Kích th ớc hạt g : kích thước h t gel ảnh hư ng đến sự truy n khối trong quá
trình lên men. Các h t c đư ng kính n m trong khoảng , - , mm là thích hợp cho
quá trình phát tri n của tế bào c ng như hiệu quả lên men [135].
Mật độ tế

t ng hạt g : khi t ng mật độ tế bào ban đầu trong h t gel trong một

giới h n xác đ nh thì tốc độ lên men t ng lên nhưng hiệu suất sinh t ng hợp ethanol s
giảm đi [46].
1.3.3 Ư

ểm c

ơ

á

ấ

l l

Nấm men cố đ nh trong gel alginate đã được nghiên cứu và s d ng rộng rãi trong