Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu tạo chủng Escherichia coli sản xuất vanillin từ axit ferulic

• Tác giả: Ma Thị Trang
• Người hướng dẫn: TS. Dương Văn Cường
• Trường học: Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học
• Đề tài: Nghiên cứu tạo chủng Escherichia coli có khả năng sản xuất vanillin từ axit ferulic
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Giới thiệu về vanillin
• 1.2. Cấu trúc, đặc điểm lí hóa
• 1.3. Đặc tính sinh học
• 1.4. Vai trò vanillin trong công nghiệp và đời sống
• 1.5. Các con đường sinh tổng hợp vanillin
• 1.6. Các phương pháp sản xuất vanillin
• 1.7. Tình hình nghiên cứu sản xuất vanillin bằng ứng dụng công nghệ ADN tái tổ hợp
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Vật liệu nghiên cứu
• 2.2. Các chủng vi sinh vật
• 2.3. Các vector tách dòng và biểu hiện nền tảng
• 2.4. Mồi khuếch đại các gene gltA, fcs và ech
• 2.5. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
• 2.6. Nội dung nghiên cứu
• 2.7. Phương pháp nghiên cứu
• 2.8. Quy trình tách dòng gene và thiết kế vector biểu hiện
• 2.8.1. Nhân gene đích bằng PCR
• 2.8.2. Điện di trên gel agarose
• 2.8.3. Tách chiết ADN plasmid
• 2.8.4. Lập bản đồ giới hạn
• 2.8.5. Thu nhận ADN từ gel agarose
• 2.8.6. Nối ADN bằng ADN ligase
• 2.8.7. Chuẩn bị tế bào khả biến
• 2.8.8. Biến nạp ADN vào E. coli khả biến
• 2.8.9. Xác định trình tự nucleotide
• 2.8.10. Phân tích trình tự gene đã tách dòng
• 2.9. Lên men sinh tổng hợp vanillin từ cơ chất axit ferulic
• 2.9.1. Phân tích vanillin và axit ferulic bằng HPLC
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tách dòng và giải trình tự các gene mã hóa các enzyme xúc tác con đường sinh tổng hợp vanillin từ axit ferulic
• 3.1.1. Tách dòng và giải trình tự gene gltA từ E. coli
• 3.1.2. Tách dòng và giải trình tự gene ech từ Pseudomonas fluorescens VTCC-B-668
• 3.1.3. Tách dòng và giải trình tự gene fcs từ Amycolatopsis sp.
• 3.2. Thiết kế vector biểu hiện chứa 3 gene gltA, ech, fcs trên nền tảng vector pET22b+
• 3.2.1. Chuyển gene gltA từ pTZ-gltA sang pET22b+ tạo vector tái tổ hợp pET22-G
• 3.2.2. Chuyển gene ech từ pTZ-ech sang pET22-G tạo vector tái tổ hợp pET22-GE
• 3.2.3. Chuyển gene fcs từ pTZ-fcs sang pET22-GE tạo vector tái tổ hợp pET22-GEF
• 3.2.4. Chuyển gene fcs từ pTZ-fcs sang vector pRSET tạo vector pRSET-F
• 3.2.5. Chuyển cụm hai gene gltA và ech từ pET22-GE sang pRSET-F tạo vector tái tổ hợp pRSET-GEF
• 3.3. Sinh tổng hợp vanillin từ axit ferulic sử dụng E. coli tái tổ hợp làm tế bào chủ
• 3.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ axit ferulic đến sinh trưởng của E. coli
• 3.3.2. Xác định axit ferulic tồn dư và vanillin được tổng hợp bởi hệ thống pET22
• 3.3.3. Ảnh hưởng của các điều kiện nuôi cấy lên năng suất sinh tổng hợp vanillin
• 3.3.3.1. Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy
• 3.3.3.2. So sánh các môi trường LB, M9 và 2YT
• 3.3.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ chất cảm ứng IPTG
• 3.3.3.4. So sánh hiệu suất sinh tổng hợp vanillin giữa hai hệ vector pET22 và pRSET
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu sản xuất vanillin từ axit ferulic

Nghiên cứu sản xuất vanillin từ axit ferulic bằng chủng Escherichia coli đang thu hút sự chú ý trong lĩnh vực công nghệ sinh học. Vanillin là một hợp chất quan trọng trong ngành thực phẩm và mỹ phẩm, được biết đến với hương vị đặc trưng và nhiều ứng dụng. Việc sản xuất vanillin từ axit ferulic không chỉ giúp giảm chi phí mà còn bảo vệ môi trường. Nghiên cứu này nhằm tạo ra một chủng vi khuẩn có khả năng chuyển hóa axit ferulic thành vanillin, mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp hương liệu.

1.1. Giới thiệu về vanillin và axit ferulic

Vanillin (3-methoxy-4-hydroxybenzaldehyde) là một hợp chất hữu cơ có mùi thơm đặc trưng. Axit ferulic là một phenolic acid có nhiều trong thành tế bào thực vật, đặc biệt là trong các phế phẩm nông nghiệp. Việc sử dụng axit ferulic làm nguyên liệu để sản xuất vanillin không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn tận dụng nguồn tài nguyên sẵn có.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu này

Nghiên cứu sản xuất vanillin từ axit ferulic bằng Escherichia coli có ý nghĩa lớn trong việc phát triển công nghệ sinh học. Nó không chỉ giúp tạo ra sản phẩm tự nhiên mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường từ các phương pháp sản xuất hóa học truyền thống.

II. Thách thức trong sản xuất vanillin từ axit ferulic

Mặc dù có nhiều tiềm năng, việc sản xuất vanillin từ axit ferulic gặp phải một số thách thức. Các chủng vi khuẩn hiện tại thường không có khả năng chuyển hóa hiệu quả axit ferulic thành vanillin. Hơn nữa, quá trình lên men có thể bị ảnh hưởng bởi độ nhớt cao của dịch nuôi cấy, gây khó khăn trong việc thu hồi sản phẩm. Những thách thức này cần được giải quyết để tối ưu hóa quy trình sản xuất.

2.1. Khó khăn trong việc chuyển hóa axit ferulic

Nhiều chủng vi khuẩn có khả năng phân hủy axit ferulic nhưng lại không sản xuất được vanillin. Việc tìm kiếm và phát triển các chủng vi khuẩn mới có khả năng chuyển hóa hiệu quả là một thách thức lớn.

2.2. Vấn đề về độ nhớt trong quá trình lên men

Độ nhớt cao của dịch nuôi cấy do sự phát triển của nấm và bào tử có thể làm giảm hiệu suất sản xuất vanillin. Cần có các biện pháp kỹ thuật để kiểm soát độ nhớt và tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy.

III. Phương pháp nghiên cứu sản xuất vanillin từ axit ferulic

Để sản xuất vanillin từ axit ferulic, nghiên cứu đã áp dụng các phương pháp sinh học hiện đại. Việc sử dụng Escherichia coli tái tổ hợp cho phép tạo ra các chủng vi khuẩn có khả năng sản xuất vanillin mà không bị phân hủy. Các bước tách dòng gene và thiết kế vector biểu hiện là những bước quan trọng trong quy trình này.

3.1. Tách dòng gene và thiết kế vector

Quá trình tách dòng gene gltA, ech và fcs từ các chủng vi sinh vật khác nhau là bước đầu tiên trong việc tạo ra vector biểu hiện. Các gene này mã hóa cho enzyme cần thiết trong con đường sinh tổng hợp vanillin.

3.2. Biến nạp ADN vào Escherichia coli

Sau khi thiết kế vector, ADN được biến nạp vào Escherichia coli để tạo ra các chủng vi khuẩn tái tổ hợp. Việc này giúp tăng cường khả năng sản xuất vanillin từ axit ferulic.

IV. Kết quả nghiên cứu sản xuất vanillin từ axit ferulic

Kết quả nghiên cứu cho thấy các chủng Escherichia coli tái tổ hợp có khả năng sản xuất vanillin từ axit ferulic với hiệu suất cao. Các điều kiện nuôi cấy như nồng độ axit ferulic, thời gian nuôi cấy và nồng độ IPTG đã được tối ưu hóa để đạt được năng suất tốt nhất. Phân tích HPLC cho thấy nồng độ vanillin đạt được là đáng kể.

4.1. Hiệu suất sản xuất vanillin

Các thí nghiệm cho thấy rằng Escherichia coli tái tổ hợp có thể sản xuất vanillin với hiệu suất cao hơn so với các phương pháp truyền thống. Điều này mở ra cơ hội cho việc sản xuất vanillin tự nhiên với chi phí hợp lý.

4.2. Phân tích sản phẩm bằng HPLC

Phân tích bằng HPLC cho thấy nồng độ vanillin trong dịch nuôi cấy đạt mức tối ưu. Kết quả này chứng minh rằng phương pháp nghiên cứu đã thành công trong việc chuyển hóa axit ferulic thành vanillin.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu sản xuất vanillin từ axit ferulic bằng Escherichia coli đã mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp hương liệu. Kết quả đạt được không chỉ có giá trị khoa học mà còn có ý nghĩa thực tiễn trong việc cung cấp vanillin tự nhiên với giá cả hợp lý. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển và ứng dụng rộng rãi.

5.1. Tầm quan trọng của sản xuất vanillin tự nhiên

Việc sản xuất vanillin tự nhiên từ axit ferulic không chỉ đáp ứng nhu cầu thị trường mà còn bảo vệ môi trường. Sản phẩm này có thể thay thế vanillin tổng hợp, mang lại lợi ích cho sức khỏe người tiêu dùng.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu sẽ tiếp tục tìm kiếm các chủng vi khuẩn mới và tối ưu hóa quy trình sản xuất để nâng cao hiệu suất. Các ứng dụng công nghệ sinh học trong sản xuất vanillin sẽ được mở rộng hơn nữa trong tương lai.