Nghiên cứu chế tạo vật liệu biocellulose tự hủy sinh học từ Acetobacter xylinum ứng dụng bọc và bảo quản thực phẩm

Bài viết Nghiên cứu chế tạo vật liệu biocellulose tự hủy sinh học từ Acetobacter xylinum ứng dụng bọc và bảo quản thực phẩm nghiên cứu chế tạo vật liệu tự hủy sinh học cellulose từ vi khuẩn Acetobacter xylinum trong môi trường nuôi cấy tiêu chuẩn hoặc nước vo gạo để ứng dụng như màng ăn được giúp bọc và bảo quản thực phẩm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu chế tạo vật liệu biocellulose tự hủy sinh học từ Acetobacter xylinum ứng dụng bọc và bảo quản thực phẩm BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM - HỘI NGHỊ KHOA HỌC QUỐC GIA LẦN THỨ 5 DOI: 10.15625/vap.2022.0085 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU BIOCELLULOSE TỰ HỦY SINH HỌC TỪ Acetobacter xylinum ỨNG DỤNG BỌC VÀ BẢO QUẢN THỰC PHẨM Phạm Thị Lan Hương1, Cao Bá Cường2, Nguyễn Xuân Thành2,* Tóm tắt: Các vật liệu được sử dụng cho đóng gói thực phẩm thường được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch, do đó không thể tái tạo và không thể phân hủy sinh học, là vấn đề nghiêm trọng cho môi trường. Trong nghiên cứu này, vật liệu tự hủy sinh học cellulose vi khuẩn (CVK) được chế tạo thành công từ Acetobacter xylinum trong môi trường chuẩn (MTC) và môi trường nước vo gạo (MTG), có các tính chất phù hợp để bọc và bảo quản thực phẩm. Kết quả ảnh chụp SEM cho thấy vật liệu CVK gồm các sợi cellulose có kích thước nano tạo mạng lưới cấu trúc không gian ba chiều với các sợi đan xen nhau, các sợi trên bề mặt màng có sự đồng nhất. Độ bền kéo đứt và độ giãn dài của vật liệu CVK-MTC lớn hơn vật liệu CVK-MTG. Vật liệu CVK có khả năng tự hủy sinh học và khả năng cản khuẩn tốt, có tiềm năng ứng dụng trong bao bọc và bảo quản thực phẩm. Từ khóa: Acetobacter xylinum, bọc và bảo quản thực phẩm, cellulose vi khuẩn, vật liệu tự hủy sinh học. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Việc sử dụng màng ăn được (edible films) để kiểm soát sự vận chuyển của nước giúp cải thiện chất lượng thực phẩm và kéo dài thời gian bảo quản nhận được sự quan tâm ngày càng tăng của các nhà nghiên cứu và các ngành công nghiệp. Mục đích là tạo ra các nguyên liệu bọc bằng các polyme tự hủy sinh học với các đặc tính đặc hiệu, có thể ăn được cùng với thực phẩm. Màng ăn được có tiềm năng kiểm soát vận chuyển khối lượng giữa thực phẩm và môi trường và giữa các thành phần khác nhau của thực phẩm, như vậy sẽ kéo dài thời gian bảo quản giúp cải thiện chất lượng và tăng thời gian sử dụng của thực phẩm. Chúng thường được làm từ polysaccharid, protein và lipid dùng đơn hoặc kết hợp theo các nghiên cứu của Azeredo và cộng sự (2017), Nguyễn Thúy Hương và Trần Thị Tưởng An (2008), Padrao và cộng sự (2016), Nguyễn Xuân Thành và cộng sự (2019), Vilela và cộng sự (2019). Gần đây, đã có nhiều công trình nghiên cứu, tìm kiếm các loại chất bảo quản thực phẩm có nguồn gốc sinh học và vật liệu thay thế các polyme dầu mỏ, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Sử dụng các chất kháng khuẩn có nguồn gốc sinh học trong bảo quản, chế biến thực phẩm đang được quan tâm nhiều được chỉ ra bởi Padrao và cộng sự (2016), Nguyễn Xuân Thành và cộng sự (2019). Trong số các polyme phân hủy sinh học, cellulose vi khuẩn (CVK) là vật liệu được tổng hợp từ vi khuẩn, một loại polyme được sản xuất từ quá trình lên men vi sinh vật (VSV) được đề cập đến trong các nghiên cứu của Azeredo và cộng sự (2017), Nguyễn Thúy Hương và Trần Thị Tưởng An (2008), Padrao và cộng sự (2016), Vilela và cộng sự (2019). Vì thế, CVK được xem là lựa chọn hàng đầu trong số các 1 Trường THPT Kim Anh, Hà Nội 2 Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 * Email: nguyenxuanthanh@hpu2.edu.vn PHẦN 2. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SINH HỌC PHỤC VỤ ĐỜI SỐNG VÀ PHÁT TRIỂN XÃ HỘI 767 polyme sinh học có khả năng thay thế các polyme từ dầu mỏ trong việc bao bọc thực phẩm. CVK có thể được sản xuất từ nhiều loại môi trường dinh dưỡng khác nhau theo mô tả của Islam và cộng sự (2017), Nguyễn Xuân Thành và cộng sự (2019), có khả năng giữ và thấm hút nước cao, có tính xốp chọn lọc, có cấu trúc mạng sợi siêu mịn cỡ nanomet và độ tinh khiết cao. CVK có thể làm chất mang giúp cố định Lactococcus lactic thu nhận Bacteriocin để ứng dụng trong bảo quản thịt tươi sơ chế tối thiểu theo nghiên cứu của Nguyễn Thúy Hương và Trần Thị Tưởng An (2008). CVK còn có khả năng hấp phụ một số chất như lactoferrin tạo loại bao bì kháng khuẩn có thể ăn được theo nghiên cứu của Padrao và cộng sự (2016). Mục đích nghiên cứu này nhằm chế tạo vật liệu tự hủy sinh học cellulose từ vi khuẩn Acetobacter xylinum trong môi trường nuôi cấy tiêu chuẩn hoặc nước vo gạo để ứng dụng như màng ăn được giúp bọc và bảo quản thực phẩm. 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu và trang thiết bị nghiên cứu Chủng vi sinh vật: Vi khuẩn Acetobacter xylinum được phân lập từ dịch chè xanh lên men và được nuôi cấy tại Phòng Vi sinh - Động vật, Viện Nghiên cứu Khoa học và Ứng dụng - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2. Các loài vi khuẩn Staphylococcus haemolyticus, Escherichia coli, nấm mốc và chế phẩm vi sinh Sagi Bio được cung cấp bởi Viện Công nghệ Môi trường - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Hóa chất: Cao nấm men (Mỹ); pepton (European Union); các hóa chất khác (diamoni photphat, acid citric, amoni sulfat,...) đạt tiêu chuẩn dùng trong phân tích. Trang thiết bị: Kính hiển vi điện tử quét SEM (6510 LV JOEL, Nhật Bản); Thiết bị đo cơ lý vạn năng (ZWICK, Đức); Máy khuấy từ gia nhiệt (IKA, Đức); Nồi hấp khử trùng (HV-110/HIRAIAMA, Nhật Bản); Buồng cấy vô trùng (Haraeus, Đức); Cân phân tích (Sartorius, Thụy Sỹ); Tủ sấy, tủ ấm (Binder, Đức). Môi trường nuôi cấy theo các nghiên cứu của Hestrin & Schramm (1954), Islam và cộng sự (2017), Nguyễn Xuân Thành và cộng sự (2019): Môi trường chuẩn (MTC) gồm các chất trong nước cất với % về khối lượng như glucose (2 %), pepton (0,5 %), diamoni photphat (0,27 %), cao nấm men (0,5 %), acid citric (0,115 %); Môi trường nước vo gạo (MTG) gồm nước gạo chứa glucose (2 %), pepton (1 %), diamoni photphat (0,05 %), amoni sulfat (0,05 %). 2.2. Phương pháp nghiên cứu Chế tạo vật liệu CVK Lên men thu CVK từ 2 môi trường nuôi cấy (MTC, MTG) gồm các bước theo Nguyễn Xuân Thành và cộng sự (2019): Chuẩn bị môi trường; Hấp khử trùng môi trường ở 121 oC trong 15 phút; Lấy môi trường ra khử trùng bằng tia UV trong 15 phút rồi để nguội ...