BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN THỊ HỒNG HÀ

NGHIÊN CỨU THU NHẬN GELLAN TỪ
SPHINGOMONAS PAUCIMOBILIS ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG
TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Hà Nội - 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN THỊ HỒNG HÀ

NGHIÊN CỨU THU NHẬN GELLAN TỪ
SPHINGOMONAS PAUCIMOBILIS ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG
TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

Ngành: Công nghệ sinh học
Mã số: 9420201

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1.PGS.TS. Nguyễn Thị Xuân Sâm
2.TS. Trần Thị Mai

được tác giả khác công bố. Nghiên cứu của luận án có sự kế thừa của đề tài
ĐT.04.13/CNSHCB - Bộ Công thương và đã được sự đồng ý của các thành viên trong
nhóm nghiên cứu. Việc tham khảo nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn theo đúng
yêu cầu.

Hà Nội, ngày 19 tháng 10 năm 2018
GVHD 1

Nguyễn Thị Xuân Sâm

GVHD 2

Trần Thị Mai

ii

Tác giả

Nguyễn Thị Hồng Hà


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN........................................................................................................................ i
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ........................................................................................................................... iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................ viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ....................................................................... x
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN................................................................................................ 4



2.2.1. Xác định hàm lượng gellan và gellan khử acyl ..................................................... 31
2.2.2. Phân tích cấu trúc gellan và gellan khử acyl (phổ MNR) ..................................... 32
2.2.3. Xác định khối lượng phân tử của gellan ............................................................... 33
2.2.4. Xác định mức độ deacyl hóa (ĐĐA) của gellan khử acyl .................................... 34
2.2.5. Xác định độ bền gel của gellan khử acyl .............................................................. 35
2.2.6. Xác định khả năng tạo gel với các ion Ca+2 và Na+ .............................................. 35
2.2.7. Phân tích các chỉ tiêu hóa lý và vi sinh của gellan ................................................ 35
2.2.8. Xác định mật độ tế bào vi khuẩn ........................................................................... 36
2.2.9. Xác định hàm lượng protein.............................................................................36
2.2.10. Xác định hàm lượng màu carotenoid................................................................36
2.2.11. Phương pháp xử lí số liệu ................................................................................... 36
2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................................................... 36
2.3.1. Nhân giống và điều kiện bảo quản giống .............................................................. 36
2.3.2. Đánh giá khả năng sinh tổng hợp gellan của S. paucimobilis GL4....................... 36
2.3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng sinh tổng hợp gellan của chủng
S. paucimobilis GL12 ...................................................................................................... 37
2.3.3.1. Ảnh hưởng của nguồn nitơ .............................................................................. 37
2.3.3.2. Ảnh hưởng của việc bổ sung axit amin ........................................................... 37
2.3.3.3. Ảnh hưởng của việc bổ sung H2O2 .................................................................. 37
2.3.4. Tối ưu hóa môi trường sinh tổng hợp gellan cho chủng S. paucimobilis GL12 .. 38
2.3.5. Xác định điều kiện sinh tổng hợp gellan trên bình lên men 10 lít ........................ 40
2.3.5.1. Xác định tốc độ khuấy ..................................................................................... 40
2.3.5.2. Xác định thời gian thu gellan ........................................................................... 40
2.3.6. Nghiên cứu thu hồi gellan từ dịch lên men ........................................................... 40
2.3.6.1. Nghiên cứu kết tủa gellan bằng dung môi hữu cơ ........................................... 40
2.3.6.2. Loại màu khỏi kết tủa gellan ........................................................................... 41
2.3.7. Xác định điều kiện sấy, bảo quản chế phẩm gellan dạng bột ............................... 41
2.3.7.1. Sấy đối lưu kết tủa gellan tạo chế phẩm dạng bột ........................................... 41

3.2.3.1. Xác định tốc độ khuấy ..................................................................................... 61
3.2.3.2. Xác định thời gian thu hồi gellan..................................................................... 62
3.2.4. Nghiên cứu thu hồi gellan từ dịch lên men ........................................................... 63
3.2.4.1. Tiền xử lý dịch lên men và ly tâm loại sinh khối ............................................ 63
3.2.4.2. Nghiên cứu kết tủa gellan bằng dung môi hữu cơ ........................................... 65
3.2.4.3. Loại màu khỏi kết tủa gellan ........................................................................... 66
3.2.5. Sấy kết tủa gellan tạo chế phẩm dạng bột ............................................................. 68
3.2.6. Nghiên cứu xác định điều kiện bảo quản chế phẩm gellan ................................... 70
3.2.6.1. Nghiên cứu lựa chọn bao bì thích hợp cho chế phẩm...................................... 70
3.2.6.2. Xác định điều kiện bảo quản ........................................................................... 72
3.2.7. Đề xuất qui trình thu nhận gellan từ S. paucimobilis GL12..............................74
3.3. CHUYỂN HÓA GELLAN THÀNH GELLAN KHỬ ACYL .................................................. 76
3.3.1. Xác định điều kiện chuyển hóa gellan thành gellan khử acyl ............................... 76
3.3.1.1. Ảnh hưởng của pH đến mức độ deacyl từ gellan ............................................ 76
3.3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến mức độ deacyl .................................. 78
3.3.2. Kết tủa gellan khử acyl bằng ethanol .................................................................... 80
3.3.3. Sấy thu hồi chế phẩm gellan khử acyl .................................................................. 81
3.3.4. Bảo quản chế phẩm gellan khử acyl ..................................................................... 82
3.3.5. Đề xuất quy trình thu nhận chế phẩm gellan khử acyl .......................................... 83
3.4. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG CÁC CHẾ PHẨM ................................................................... 85
3.4.1. Đánh giá chất lượng chế phẩm gellan từ S. paucimobilis GL12 ........................... 85
3.4.1.1. Xác định cấu trúc gellan .................................................................................. 85
v


3.4.1.2. Xác định khối lượng phân tử gellan ................................................................ 87
3.4.1.3. Đánh giá các chỉ tiêu hóa lý, kim loại nặng và vi sinh vật của gellan ............. 88
3.4.2. Đánh giá chất lượng gellan khử acyl..................................................................... 90
3.4.2.1. Xác định cấu trúc gellan khử acyl ................................................................... 90
3.4.2.2. Đánh giá các chỉ tiêu hóa lý, kim loại nặng và vi sinh vật của gellan khử acyl90


AL/PE

Màng nhôm PE

Al-Foil

Lá nhôm mỏng

BOPP/PE

Màng Biaxial Oriented Polypropylene PE

Cp

Centipoazo đơn vị tính độ nhớt

CT

Công thức

ĐC

Đối chứng

TN

Thí nghiệm

ĐĐA


PET

Polyethylene terephthalate

PVDC

Polyvinylidende chloride

TSS

Chất rắn hòa tan tổng số

vii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Đặc điểm khác nhau giữa gellan và gellan khử acyl ............................................ 5
Bảng 1.2. Ảnh hưởng chủng giống, nguồn dinh dưỡng, điều kiện nuôi cấy đến khả năng
sinh tổng hợp gellan............................................................................................................. 17
Bảng 1.3. Đặc điểm và hiệu quả gellan ............................................................................... 24
Bảng 2.1. Đặc tính của gellan và gellan khử acyl dùng làm mẫu chuẩn ............................ 30
Bảng 2.2. Thời gian và liều lượng H2O2 khảo sát ............................................................... 38
Bảng 2.3. Các yếu tố và các mức của yếu tố trong thí nghiệm tối ưu khả năng sinh tổng
hợp gellan từ chủng S. pausimobilis GL12 .......................................................................... 38
Bảng 2.4. Ma trận thực nghiệm tối ưu khả năng sinh tổng hợp gellan từ chủng S.
pausimobilis GL12 ............................................................................................................... 39
Bảng 2.5. Chỉ số màu chuẩn cho chuối ............................................................................... 44
Bảng 2.6. Tỷ lệ thành phần trong các công thức tạo dung dịch màng gellan ..................... 44
Bảng 2.7. Các chỉ tiêu đánh giá cảm quan chuối ................................................................ 46

bảo quản 06 tháng ............................................................................................................... 73
Bảng 3.17. Ảnh hưởng của pH xử lý tới mức độ deacyl của gellan .................................... 78
Bảng 3.18. Xác định hiệu xuất sấy thu hồi gellan khử acyl ................................................ 81
Bảng 3.19. Đánh giá hiệu suất thu hồi gellan khử acyl từ dịch nổi lên men chủng S.
paucimobilis GL12 ............................................................................................................... 82
Bảng 3.20. Các chỉ tiêu cảm quan, hóa lý và vi sinh của chế phẩm gellan khử cyl trước và
sau khi bảo quản 06 tháng ................................................................................................... 82
Bảng 3.21. Kết quả phân tích chất lượng và ATTP của chế phẩm gellan ........................... 89
Bảng 3.22. Kết quả phân tích chất lượng của sản phẩm gellan khử acyl ........................... 91
Bảng 3.23. Ảnh hưởng củ hàm lượng gellan trong công thức tạo màng đến hiệu quả bảo
quản chuối............................................................................................................................ 92
Bảng 3.24. Một số chỉ tiêu và đặc tính hóa lý của dung dịch tạo màng gellan ................... 93
Bảng 3.25. Ảnh hưởng củ màng b o đến các chỉ tiêu sinh lý của chuối trong quá trình
bảo quản .............................................................................................................................. 94
Bảng 3.26. Kết quả đánh giá chất lượng cảm quan chuối sau 18 ngày bảo quản .............. 96
Bảng 3.27. Xác định tỉ lệ gellan khử acyl bổ sung thích hợp trong thành phần thạch........ 98
Bảng 3.28. Đánh giá chỉ tiêu cảm quan thạch dứa có bổ sung gellan ................................ 99
Bảng 3.29. Chỉ tiêu ATTP và các tính chất cảm quan của thạch ...................................... 101

ix


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Cấu trúc hóa học của gellan (A) và gellan khử acyl (B) ....................................... 4
Hình 1.2. C chế tạo gel của gellan ..................................................................................... 6
Hình 1.3. C chế tạo gel của gellan khi có mặt các cation ................................................... 6
Hình 1.4. C chế sinh tổng hợp gellan .................................................................................. 9
Hình 1.5. Động học quá trình STH gellan từ chủng S. paucimobilis ATCC 31.461........... 10
Hình 1.6. S đồ chung thu nhận gellan từ dịch lên men ...................................................... 19
Hình 1.7. S đồ chung thu nhận gellan khử acyl từ gellan ................................................. 20


Hình 3.15. Qui trình công nghệ thu nhận gellan dạng bột từ chủng S. paucimobilis GL12
trên hệ thống bình lên men 10 lít ......................................................................................... 75
Hình 3.16. Phổ IR của các mẫu gellan và gellan khử acyl .................................................. 77
Hình 3.17. Ảnh hưởng của thời gian de cyl đến độ deacyl của gellan ............................... 79
Hình 3.18. Phổ IR của gellan khử acyl ( phản ứng pH = 10 / 10 phút) .................................. 80
Hình 3.19. Ảnh hưởng của tỷ lệ dịch gellan khử cyl/eth nol đến hiệu suất thu hồi .......... 80
Hình 3.20. Kết tủa gellan khử acyl sau 1 lần kết tủa cồn .................................................... 81
Hình 3.21. Qui trình thu nhận chế phẩm gellan khử acyl .................................................... 84
Hình 3.22. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân - NMR hai chiều của mẫu gellan chuẩn.............. 86
Hình 3.23. So sánh phổ proton của gellan chuẩn và gellan từ S. paucimobilis GL12 ...... .87
Hình 3.24. Đồ thị biểu diễn mối tư ng qu n giữ độ nhớt rút gọn và nồng độ gellan ....... 88
Hình 3.25. So sánh phổ proton của gellan khử acyl chuẩn và gellan khử acyl từ S.
paucimobilis GL12 ............................................................................................................... 90
Hình 3.26. Sự biến đổi hàm lượng chất khô tổng số của chuối theo thời gian bảo quản ..... 96
Hình 3.27. Một số hình ảnh bảo quản chuối từ màng bao gellan ....................................... 97
Hình 3.28. Ứng dụng gellan khử acyl trong sản xuất thạch dứa......................................... 99

xi


MỞ ĐẦU
Gellan là một polysaccharit ngoại bào, được sinh tổng hợp bởi nhóm vi khuẩn hiếu
khí Sphingomonas sp. Gellan đã được Mỹ và Châu Âu cho phép sử dụng trong thực phẩm,
dược phẩm và các ngành công nghiệp khác như một chất tạo độ đặc, chất ổn định, chất làm
dày và chất tạo gel.
So với các polysaccharit khác, gellan có nhiều lợi thế như có thể duy trì độ bền ở
nhiệt độ cao (trên 90oC), ổn định trong khoảng pH rộng (3 - 8) nên được ứng dụng nhiều
trong sản xuất nước giải khát. Trong sản xuất bánh, kẹo dẻo, khi thêm gellan giúp tạo gel
mềm, mọng nước và tăng được nhiệt độ nóng chảy, ngăn cản sự tan chảy và biến dạng sản


Nội dung nghiên cứu
1. Lựa chọn chủng cho khả năng sinh tổng hợp gellan cao
- Đánh giá khả năng sinh tổng hợp gellan của chủng S. paucimobilis GL4
- So sánh khả năng sinh tổng hợp gellan của hai chủng S. paucimobilis GL4 và
S. paucimobilis GL12.
2. Nghiên cứu thu nhận gellan từ chủng S. paucimobilis lựa chọn
- Tối ưu hóa điều kiện sinh tổng hợp gellan trên bình tam giác
- Xác định điều kiện sinh tổng hợp gellan trên bình lên men10 lít
- Xác định điều kiện tách chiết và thu hồi chế phẩm gellan dưới dạng bột
- Nghiên cứu điều kiện bảo quản thích hợp cho chế phẩm
- Đề xuất quy trình thu nhận gellan từ chủng S. paucimobilis lựa chọn
3. Nghiên cứu thu nhận gellan khử acyl từ dịch lên men của chủng S. paucimobilis
- Xác định điều kiện phản ứng chuyển hóa gellan thành gellan khử acyl
- Xác định điều kiện tách chiết và sấy kết tủa gellan khử acyl
- Xác định điều kiện bảo quản chế phẩm gellan khử acyl
- Đề xuất quy trình thu nhận gellan khử acyl
4. Đánh giá chất lƣợng các chế phẩm gellan
- Đánh giá chất lượng chế phẩm gellan từ S. paucimobilis
- Đánh giá chất lượng chế phẩm gellan khử acyl
5. Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm gellan và gellan khử acyl
- Ứng dụng chế phẩm gellan trong tạo màng bao bảo quản chuối
- Ứng dụng chế phẩm gellan khử acyl trong sản xuất thạch dứa

Những kết quả mới của luận án
- Đã xây dựng được quy trình thu nhận gellan từ chủng S. paucimobilis GL12 phân lập
tại Việt Nam. Sử dụng nguồn bột đậu tương giàu tryptophan có giá thành rẻ hơn thay
thế cho nguồn trypton, kết hợp với việc bổ sung theo bậc H2O2 khắc phục độ nhớt dịch
2



Hình 1.1. Cấu trúc hó học củ gellan (A) và gell n khử cyl (B) [68]

1.1.2. Tính chất
Gellan thương mại được sử dụng dưới dạng bột màu trắng, không mùi, hơi ngọt,
tan trong nước nóng, không tan trong các dung môi hữu cơ (methanol, aceton, ethanol…),
dung dịch có độ nhớt cao, bền ở nhiệt độ sôi, ổn định ở phổ pH rộng (3,0 – 8,0). Gellan
khử acyl có độ bền gel 300-800 g/cm2 còn gellan có khả năng giữ nước tốt. Gellan có khối

4


lượng phân tử khoảng 1 - 2 x 106 Da và gellan khử acyl có khối lượng phân tử khoảng 2 - 3
x 105 Da [38, 96].
Gellan có chức năng như chất ổn định, tác nhân làm đặc, tác nhân tạo cấu trúc, tạo
nhũ tương, khả năng tương thích cao, giải phóng mùi vị, chất kết dính, màng bao, chất bôi
trơn, chất tạo độ dày và huyền phù, tác nhân tạo gel linh hoạt và có thể tạo kết cấu gel
mong muốn trong các dạng sản phẩm thực phẩm khác nhau từ cứng, giòn hay lỏng [51, 15, 34].
Gellan và gellan khử acyl có những tính chất giống nhau. Điều khác nhau căn bản
giữa hai loại gellan này là khả năng tạo gel. Gellan với những hàm lượng acyl khác nhau sẽ
cho ra những gel có tính chất khác nhau. Gellan tạo gel mềm, đàn hồi và thuận nghịch
nhiệt. Sự khử các gốc acyl trong phân tử gellan sẽ tạo ra gellan khử acyl cho gel chắc,
giòn. Phụ thuộc vào mức độ deacyl mà gellan khử acyl có độ deacyl hóa càng cao thì khối
lượng phân tử và độ nhớt càng giảm, gel thu được có độ chắc và độ giòn càng tăng. Có thể
tóm tắt sự khác nhau giữa hai loại gellan này về một số chỉ tiêu chính ở bảng 1.1.[15, 16,
29, 37, 65].
Bảng 1.1. Đặc điểm khác nh u giữ gell n và gell n khử cyl [15, 16, 29, 37, 65]

Đặc điểm
Chỉ tiêu

Gel cứng và giòn

Rất nhớt (+++)

Độ nhớt giảm mạnh (+)

Khối lượng phân tử
Nhiệt độ bắt đầu tạo gel
Khả năng chịu nhiệt
Ổn định pH

Độ nhớt 1% (Cp)

1.1.3. Cơ chế tạo gel và các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình tạo gel
Gellan
Ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tan chảy của gel, gellan tồn tại trong dung dịch dưới
dạng sợi cuộn ngẫu nhiên. Khi hạ nhiệt độ của dung dịch xuống, các sợi duỗi ra và xoắn
với nhau tạo ra sợi kép. Các sợi kép này tiếp tục liên kết với nhau tạo nên mạng lưới gel 3
chiều (hình 1.2).

5


Hình 1.2. C chế tạo gel củ gell n [7, 27]

Gel gellan hình thành nhanh chóng khi nâng và hạ nhiệt độ của dung dịch gellan với sự
có mặt của các cation. Khi nhiệt độ thấp, các sợi kép của gellan hình thành những vòng xoắn
có trật tự, còn ở nhiệt độ cao xuất hiện các polysaccarit dạng sợi đơn làm giảm độ nhớt của
dung dịch. Nhờ tính chất này, gellan sẽ được tách khỏi tế bào vi khuẩn khi xử lý ở nhiệt độ
cao. Nhiệt độ dưới 30 - 35oC, cấu trúc của dung dịch trở nên cứng dần và kết quả là hình

bắt đầu tạo gel. Gellan khử acyl hình thành gel vững chắc, giòn và hồi biến nhiệt vì sự vắng
mặt của các nhóm acetyl và glyceryl. Gellan khử acyl có thể tạo gel ở nồng độ thấp khoảng
0.05%, gel tạo ra sẽ cứng và không bị tách lỏng nếu không cắt hoặc phá hủy gel.
Tóm lại, gellan với những hàm lượng acyl khác nhau sẽ cho ra gel có tính chất
khác nhau. Gellan tự nhiên cho ra gel mềm, đàn hồi còn gellan khử acyl cho ra gel chắc,
giòn. Tùy thuộc vào cấu trúc và tính chất của mỗi loại gellan mà chúng sẽ được ứng dụng
cho các mục đích khác nh u. Do vậy, việc nghiên cứu đánh giá cấu trúc và các đặc tính
công nghệ cho mỗi loại gellan mới sinh tổng hợp là công việc cần thiết của các nghiên cứu
thu nhận nguồn chế phẩm này.
1.1.4. Sphingomonas paucimobilis - nguồn sinh tổng hợp gellan
1.1.4.1. Đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hóa
Năm 1993, Takeuchi và cộng sự đã chỉ ra Sphingomonas được chia thành 4 chi:
Sphingomonassensu stricto, Sphingobium, Novosphingobium và Sphingopyxis [77, 78]. Các
khảo sát đã cho thấy hầu hết các chủng Sphingomonas paucimobilis đều có khả năng sản
xuất gellan và chỉ có chủng vi khuẩn này mới có khả năng sinh tổng hợp gellan [15].
Sphingomonas sp. là vi khuẩn gram âm, hình que có kích thước 0,3-0,8 x 1,0-2,7
µm, khuẩn lạc có màu vàng, màu cam hoặc màu trắng không bào tử, bề mặt khuẩn lạc có
dạng nhầy, phản ứng oxidase dương tính, dị dưỡng, hiếu khí hoàn toàn và sinh sắc tố vàng.
7


Sphingomonas sp. có khả năng di động nhanh nhờ các lông roi và đa số có khả năng phát
quang dưới ánh sáng cực tím [21].
Vi khuẩn Sphingomonas được tìm thấy trong môi trường tự nhiên như trong nước,
trong đất và trong hệ thống rễ cây [76]. Nhiều tài liệu cho thấy, Sphingomonas sp. có thể
tồn tại trong nhiều môi trường sống khác nhau là do chúng có khả năng sử dụng đa dạng
nguồn cơ chất, phát triển tốt ở dải nhiệt độ từ 28 - 32oC và trong điều kiện thiếu dinh
dưỡng. Vi khuẩn này sử dụng glucose và một số loại đường khác cho sự sinh trưởng và
phát triển.
1.1.4.2. Cơ chế sinh tổng hợp gellan

8


ráp các đơn vị lặp lại được hoàn thành khi các nhóm acetate và glycerate gắn vào gốc
glucose đầu tiên nhờ enzyme acetyltransferase và glyceryltransferase, theo thứ tự [29].
c/ Quá trình polymer hóa và tiết gellan thông qua màng ngoại bào: bước tiếp theo trong
quá trình sinh tổng hợp gellan là quá trình polymer hóa những tiểu phần lặp lại để chúng
thành dạng chuỗi dài hơn. Độ dài của chuỗi gellan được quyết định bởi các enzyme thuộc
họ PCP (polysaccarit co-polymerase), được mã hóa bởi các gen gel C và gel E [63].
Bước cuối cùng của quá trình sinh tổng hợp là sự tiết gellan ra ngoài màng tế bào.
Trong S. paucimobilis ATCC 31.461, quá trình này được thực hiện nhờ các protein trung
gian nằm ở lớp ngoài màng hay còn gọi là các protein phụ trợ, mã hóa bởi gen gelD. Các
protein này sẽ hình thành kênh protein nơi các chuỗi polysaccarit có thể tiếp cận với màng
tế bào [22].

Hình 1.4. C chế sinh tổng hợp gell n [22, 17]

1.1.4.2. Động học quá trình sinh trưởng và tổng hợp gellan của S. paucimobilis
Động học quá trình sinh trưởng của S. paucimobilis cũng tương tự như các vi sinh
vật khác đều trải qua lần lượt 4 giai đoạn: tiềm phát, logarit, cân bằng và suy vong. Chủng
S. paucimobilis đã được ghi nhận là loài có khả năng tiết ra một chất nhầy (gellan) bao

9


quanh tế bào như một tác nhân bảo vệ trong quá trình sinh trưởng và duy trì của chúng.
Lượng chất này sẽ thay đổi theo chu kỳ phát triển của vi khuẩn. Sau 6h lên men, tốc độ tạo
sinh khối diễn ra mạnh mẽ và đạt cực đại ở khoảng 24h. Năng suất gellan cũng tăng đáng
kể và đạt cao nhất ở giờ lên men thứ 60 và sau đó có xu hướng ổn định. Ở pha suy vong có
thể một lượng nhỏ polyme bị phân hủy do vi khuẩn sinh enzym zhamnose lyzae làm thủy

Lượng oxy cấp không đủ sẽ ức chế sự sinh trưởng của chủng, dẫn tới giảm sản lượng gellan.
Quá trình polymer hóa gellan cũng cần hoạt hóa tiền chất trước khi lắp ráp đơn vị
lặp lại. Năng lượng cần thiết đó là UDP và ADP có ảnh hưởng đến sinh tổng hợp gellan.
Trong nghiên cứu của Bajaj và cộng sự 2006, khi sử dụng tinh bột tan trong môi trường
nghiên cứu thì nồng độ ADP và UDP được tối ưu hóa cho sản xuất gellan ở mức 1 mM đã
cho năng suất gellan cao nhất là 32,15 g/1 [15,63].
Tóm lại, gellan được tổng hợp bởi các chủng vi khuẩn S. paucimobilis sp. Khả
năng sinh tổng hợp gellan mạnh hay yếu tùy thuộc khá nhiều vào đặc điểm và các tính chất
sinh lý, sinh hóa của từng chủng. Vì vậy, việc phân lập, tuyển chọn hay cải biến các chủng
có khả năng sinh gell n c o luôn giành được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học.
Mặt khác, là sản phẩm tr o đổi bậc h i và được tích lũy ng y từ pha logarit và kéo dài qua
pha cân bằng. Đây là điểm cần lưu ý khi nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng
sinh tổng hợp gellan, vừ tìm các điều kiện thích hợp cho việc tăng sinh khối vừ đảm bảo
các điều kiện tối thiểu cho duy trì chủng.

1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THU NHẬN GELLAN VÀ GELLAN KHỬ ACYL
1.2.1. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình sinh tổng hợp gellan
1.2.1.1. Ảnh hưởng của tuổi giống và tỷ lệ giống
Chiều dài của pha logarit thường bị ảnh hưởng bởi lượng giống và tuổi giống. Do đó,
chất lượng giống (tuổi giống cấp, tỷ lệ giống) là một thông số cần quan tâm khi nghiên cứu
sinh tổng hợp gellan.
Nghiên cứu của Ashok Pandey và cộng sự [65] đã khảo sát thời gian lên men từ 12
giờ - 96 giờ cho sản xuất gellan và xác định được lượng gellan đạt cao nhất sau 48 giờ lên
men. Theo tác giả, gellan được hình thành ở pha sinh trưởng và tiếp tục được tạo ra nhiều ở
pha cân bằng, sự tăng trưởng tế bào đồng thời sinh tổng hợp gellan cũng được hình thành.
Để lựa chọn giống khỏe mạnh, Nampoothiri và cộng sự tiến hành tiếp giống ở các
tuổi giống (8, 12, 16, 20 và 24 giờ). Kết quả đã thu lượng gellan tối đa là 22,3 g/l khi cấp giống
ở tuổi giống 20 giờ. Cũng với kết quả nghiên cứu về các tỷ lệ tiếp giống (1, 2, 4, 6, 8 và 10%),
lượng gellan cao nhất đã thu được ở tỉ lệ giống 10%. Nhìn chung các nghiên cứu thường sử dụng
6 -10% giống và tuổi giống ở 18 - 24 giờ là thích hợp cho lên men sinh tổng hợp gellan từ chủng

Nhóm nghiên cứu của Zhang (2015) khi thử nghiệm với chủng S. paucimobilis
QHZJUJW CGMCC2428 lại chỉ ra sucrose là nguồn carbon thích hợp nhất cho sinh tổng
hợp gellan đạt 19,89 g/l sau 72 giờ lên men. Theo đó, môi trường tối ưu được sử dụng với
nguồn sucrose 40g/l, peptone 3g/l, MgSO4 3,2 g/l, Na2HPO4 7,5 g/l, KH2PO4 9,2 g/l,
K2SO4 4,3 g/l, với pH 7 [100].
Qua các nghiên cứu cho thấy, tùy vào đặc tính chủng cũng như thông số và điều
kiện lên men cụ thể mà mỗi thực nghiệm sẽ có thông số lên men tối ưu khác nhau. Tuy
nhiên, các nguồn cacbon từ glucose, tinh bột tan, maltose, saccarose, lactose là nguồn
cacbon thông dụng, an toàn cho hiệu quả tốt trong sinh tổng hợp gellan.

12