Luận văn screening vi sinh vật phân hủy PLA, PHB, PCL tại Việt Nam

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu vi sinh vật phân hủy biopolymer PLA, PHB, PCL tại Việt Nam. Tuyển chọn và định danh các chủng vi khuẩn có khả năng phân hủy cao.

• Tác giả: Trinh Thi Yen Anh
• Người hướng dẫn: Nguyen Quang Huy
• Trường học: Vietnam National University, Hanoi
• Chuyên ngành: Biotechnology
• Đề tài: Screening and study on microorganisms degrading biopolymers in Vietnam
• Loại tài liệu: master thesis
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: Hanoi

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Ô nhiễm rác thải nhựa
• 1.1.1. Ô nhiễm rác thải nhựa trên thế giới
• 1.1.2. Ô nhiễm rác thải nhựa tại Việt Nam
• 1.1.3. Xử lý rác thải nhựa
• 1.2. Nhựa phân hủy sinh học
• 1.3. Sự phân hủy của các polymer sinh học
• 1.4. Vi sinh vật phân hủy polymer phân hủy sinh học
• 1.4.1. Vi sinh vật phân hủy PLA
• 1.4.2. Vi sinh vật phân hủy PHB
• 1.4.3. Vi sinh vật phân hủy PCL
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Phân lập vi sinh vật phân hủy polymer sinh học
• 2.2. Sàng lọc vi sinh vật phân hủy polymer sinh học
• 2.3. Định danh các chủng phân hủy polymer sinh học
• 2.3.1. Phương pháp nhuộm Gram
• 2.3.2. Quan sát dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.3.3. Tách chiết DNA bộ gen từ vi khuẩn
• 2.3.4. Khuếch đại gen 16S rDNA bằng phản ứng PCR
• 2.3.5. Điện di trên gel agarose
• 2.3.6. Ảnh hưởng của các điều kiện nuôi cấy
• 2.3.7. Khả năng sử dụng các loại đường
• 2.3.8. Hoạt tính của một số enzyme ngoại bào
• 2.4. Nghiên cứu sự phân hủy polymer sinh học của các chủng phân lập
• 2.4.1. Thí nghiệm sinh trưởng trong môi trường chứa PLA, PHB hoặc PCL
• 2.4.2. Đo khối lượng PLA, PHB hoặc PCL còn lại
• 2.4.3. Xác định hàm lượng TOC trong dịch nuôi cấy
• 2.4.4. Thí nghiệm phân hủy màng polymer sinh học
• 2.5. Phân tích thống kê
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Phân lập và sàng lọc vi sinh vật phân hủy PLA, PHB, PCL
• 3.2. Vi sinh vật phân hủy PLA
• 3.2.1. Định danh chủng G5 và Cz1
• 3.2.1.1. Đặc điểm hình thái của chủng G5 và Cz1
• 3.2.1.2. Giải trình tự gen 16S rDNA của chủng G5
• 3.2.1.3. Đặc tính sinh lý và sinh hóa của chủng G5 và Cz1
• 3.2.2. Phân hủy PLA bởi S. thermoflavus G5 và P. citrinum Cz1
• 3.3. Vi sinh vật phân hủy PHB
• 3.3.1. Định danh chủng B2
• 3.3.1.1. Đặc điểm hình thái của chủng B2
• 3.3.1.2. Giải trình tự gen 16S rDNA của chủng B2
• 3.3.1.3. Đặc tính sinh lý và sinh hóa của chủng B2
• 3.3.2. Phân hủy PHB bởi B. gelatini B2
• 3.4. Vi sinh vật phân hủy PCL
• 3.4.1. Định danh chủng B1
• 3.4.1.1. Đặc điểm hình thái của chủng B1
• 3.4.1.2. Giải trình tự gen 16S rDNA của chủng B1
• 3.4.1.3. Đặc tính sinh lý và sinh hóa của chủng B1
• 3.4.2. Phân hủy PCL bởi Br. agri B1
• 3.5. Khả năng phân hủy các polymer của các chủng phân lập
• KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO TRÊN WEB

Tóm tắt

I. Khám Phá Tiềm Năng Screening Vi Sinh Vật Phân Hủy Biopolymer Việt Nam Hiện Nay

Ô nhiễm rác thải nhựa là một trong những thách thức môi trường cấp bách nhất trên toàn cầu, gây ra những hệ lụy nghiêm trọng đến hệ sinh thái và sức khỏe con người. Trong bối cảnh đó, các biopolymer (polyme sinh học) đang nổi lên như một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho nhựa truyền thống, bởi khả năng phân hủy sinh học tự nhiên của chúng. Tuy nhiên, để tối ưu hóa quá trình phân hủy này, việc screening vi sinh vật phân hủy biopolymer Việt Nam có khả năng hoạt động hiệu quả trong điều kiện bản địa là vô cùng cần thiết. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật từ các mẫu môi trường tại Việt Nam, đặc biệt là Hà Nội, nhằm tìm kiếm những tác nhân sinh học mạnh mẽ có thể xử lý hiệu quả các loại biopolymer phổ biến như Poly(L-lactic acid) (PLA), Poly(3-hydroxybutyrate) (PHB), và Poly(ε-caprolactone) (PCL). Việc này không chỉ mở ra hướng đi mới trong việc quản lý chất thải mà còn khẳng định vai trò của công nghệ sinh học môi trường trong phát triển bền vững. Mục tiêu chính là định danh các chủng vi sinh vật tiềm năng và đánh giá khả năng phân hủy của chúng, đặt nền móng cho các ứng dụng thực tiễn trong tương lai.

1.1. Giải Pháp Xanh Vai Trò Của Biopolymer Trong Giảm Thiểu Rác Thải Nhựa

Sự gia tăng không ngừng của rác thải nhựa đang tạo áp lực lớn lên các bãi chôn lấp và hệ sinh thái biển. Các loại nhựa truyền thống có thời gian phân hủy hàng trăm năm, tích tụ và gây ô nhiễm trên diện rộng. Trong khi đó, biopolymer cung cấp một giải pháp thay thế bền vững, được sản xuất từ các nguồn tài nguyên tái tạo hoặc thông qua các quá trình sinh học, và có khả năng phân hủy hoàn toàn thành các hợp chất đơn giản hơn dưới tác động của vi sinh vật. Các polyme sinh học như PLA, PHB và PCL được quan tâm đặc biệt vì tính chất vật lý và hóa học phù hợp cho nhiều ứng dụng, từ bao bì thực phẩm đến vật liệu y tế. Khả năng phân hủy của chúng mang lại lợi ích môi trường đáng kể, giúp giảm thiểu sự tích tụ của rác thải và đóng góp vào một nền kinh tế tuần hoàn. Việc nghiên cứu sâu hơn về cơ chế phân hủy và các tác nhân sinh học liên quan là chìa khóa để khai thác tối đa tiềm năng của những vật liệu này, đặc biệt là trong bối cảnh xử lý rác thải nhựa tại Việt Nam.

1.2. Nhu Cầu Cấp Thiết Tại Sao Cần Screening Vi Sinh Vật Bản Địa Việt Nam

Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về vi sinh vật phân hủy biopolymer trên thế giới, nhưng điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng và hệ vi sinh vật bản địa tại Việt Nam có những đặc điểm riêng biệt. Do đó, việc screening vi sinh vật phân hủy biopolymer Việt Nam là cực kỳ quan trọng để tìm ra các chủng vi sinh vật thích nghi tốt và hoạt động hiệu quả trong môi trường địa phương. Các vi sinh vật được phân lập từ đất, nước thải, bùn hoạt tính hay nước hồ tại Việt Nam có thể sở hữu những enzyme phân giải độc đáo, có khả năng chịu nhiệt, chịu pH hoặc các điều kiện khắc nghiệt khác, giúp tăng cường hiệu quả phân hủy. Việc tập trung vào nguồn gen bản địa không chỉ giúp tiết kiệm chi phí nghiên cứu và phát triển mà còn đảm bảo tính bền vững và khả năng ứng dụng thực tế trong công nghệ sinh học môi trường của Việt Nam. Nắm bắt được tiềm năng vi sinh vật Việt Nam phân hủy biopolymer sẽ là bước đệm quan trọng cho việc phát triển các quy trình xử lý sinh học tiên tiến.

II. Thách Thức Toàn Cầu Ô Nhiễm Rác Thải Nhựa và Giải Pháp Biopolymer Hiệu Quả

Vấn nạn ô nhiễm rác thải nhựa đã trở thành một cuộc khủng hoảng môi trường toàn cầu, đặc biệt nghiêm trọng tại các quốc gia đang phát triển như Việt Nam. Hàng triệu tấn nhựa được thải ra môi trường mỗi năm, gây tắc nghẽn hệ thống thoát nước, ô nhiễm đất, nước, và ảnh hưởng đến đa dạng sinh học. Các mảnh vi nhựa xâm nhập vào chuỗi thức ăn, đe dọa sức khỏe con người và động vật. Trước tình hình đó, việc tìm kiếm các giải pháp bền vững để xử lý rác thải nhựa trở nên cấp bách hơn bao giờ hết. Biopolymer Việt Nam và trên thế giới được xem là một trong những hướng đi triển vọng nhất để giảm thiểu gánh nặng môi trường từ nhựa truyền thống. Chúng không chỉ thân thiện với môi trường mà còn có thể được sản xuất từ các nguồn tài nguyên tái tạo, tạo ra một vòng đời khép kín và bền vững hơn cho vật liệu.

2.1. Hiện Trạng Báo Động Tác Động Của Ô Nhiễm Nhựa Đến Môi Trường Việt Nam

Việt Nam là một trong những quốc gia có lượng rác thải nhựa ra đại dương cao nhất thế giới. Theo thống kê, hàng năm có khoảng 1,8 triệu tấn rác thải nhựa được thải ra, trong đó một phần lớn không được thu gom và xử lý đúng cách, tràn ra môi trường tự nhiên. Sự tích tụ này gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến các hệ sinh thái ven biển, các khu bảo tồn biển và nguồn lợi thủy sản. Ô nhiễm nhựa không chỉ làm suy giảm cảnh quan du lịch mà còn gây ra những thiệt hại kinh tế đáng kể cho ngành nông nghiệp và thủy sản. Hơn nữa, sự hiện diện của vi nhựa trong thực phẩm và nước uống đã đặt ra những lo ngại về sức khỏe cộng đồng. Do đó, việc tìm kiếm các giải pháp hiệu quả và bền vững để giảm thiểu và xử lý rác thải nhựa là một ưu tiên hàng đầu.

2.2. Điểm Sáng Mới Biopolymer Lựa Chọn Thông Minh Cho Tương Lai Bền Vững

Trong bối cảnh ô nhiễm nhựa ngày càng trầm trọng, biopolymer nổi lên như một tia hy vọng. Các vật liệu này có khả năng phân hủy sinh học trong các điều kiện môi trường tự nhiên, do tác động của vi sinh vật phân hủy nhựa sinh học. Poly(L-lactic acid) (PLA), được sản xuất từ tinh bột ngô hoặc mía, Poly(3-hydroxybutyrate) (PHB), một polymer dự trữ của nhiều vi khuẩn, và Poly(ε-caprolactone) (PCL), một polymer tổng hợp có khả năng phân hủy, là ba loại biopolymer được nghiên cứu rộng rãi. Chúng có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực từ bao bì, nông nghiệp đến y sinh. Việc phát triển và ứng dụng rộng rãi các loại biopolymer này, kết hợp với các giải pháp screening vi sinh vật phân hủy biopolymer Việt Nam hiệu quả, sẽ góp phần giảm thiểu đáng kể lượng rác thải nhựa tích tụ, hướng tới một tương lai xanh hơn cho Việt Nam và thế giới.

III. Phương Pháp Đột Phá Cách Phân Lập Vi Sinh Vật Phân Hủy Biopolymer Từ Môi Trường Việt Nam

Việc phân lập và tuyển chọn vi sinh vật phân hủy biopolymer là bước khởi đầu quan trọng trong quá trình screening vi sinh vật phân hủy biopolymer Việt Nam. Nghiên cứu đã thực hiện thu thập 24 mẫu môi trường từ nhiều địa điểm khác nhau tại Hà Nội, bao gồm đất, bùn và nước, là những môi trường giàu vi sinh vật và có khả năng chứa các chủng vi khuẩn, nấm có hoạt tính phân giải. Các mẫu này sau đó được xử lý và cấy truyền trên môi trường chọn lọc có chứa các loại biopolymer như PLA, PHB hoặc PCL làm nguồn carbon duy nhất. Phương pháp “clear zone” (vùng trong suốt) được sử dụng để nhận diện các chủng vi sinh vật có khả năng phân hủy polyme, dựa trên sự hình thành các vùng trong suốt xung quanh khuẩn lạc trên môi trường thạch chứa polyme đục. Đây là một phương pháp phân lập vi sinh vật phân hủy PLA PHB PCL ở Việt Nam hiệu quả, giúp nhanh chóng khoanh vùng các ứng cử viên tiềm năng.

3.1. Thu Thập Mẫu Chiến Lược Lấy Mẫu Đa Dạng Tại Hà Nội

Để tối đa hóa cơ hội tìm kiếm các chủng vi sinh vật phân hủy biopolymer đa dạng, nghiên cứu đã tiến hành thu thập 24 mẫu từ các môi trường khác nhau trong khu vực Hà Nội. Các mẫu bao gồm đất từ vườn, đất nông nghiệp, bùn từ ao hồ, kênh mương, và nước thải từ các khu dân cư. Những môi trường này được biết đến là nơi sinh sống của một quần thể vi sinh vật phong phú, trong đó có thể tồn tại các chủng có khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ phức tạp, bao gồm cả biopolymer. Chiến lược thu thập mẫu đa dạng nhằm đảm bảo rằng các chủng vi sinh vật được phân lập sẽ đại diện cho phạm vi sinh thái rộng, tăng cường khả năng tìm thấy các chủng có hoạt tính phân hủy cao, góp phần vào thành công của quá trình screening vi sinh vật phân hủy biopolymer Việt Nam.

3.2. Kỹ Thuật Screening Hiệu Quả Phương Pháp Vùng Trong Suốt Clear Zone

Sau khi thu thập mẫu, các vi sinh vật được phân lập bằng phương pháp cấy truyền trên môi trường chọn lọc. Điểm mấu chốt của quy trình screening vi sinh vật phân hủy biopolymer này là sử dụng môi trường thạch có chứa PLA, PHB hoặc PCL ở dạng huyền phù đục. Khi một chủng vi sinh vật có khả năng sản xuất enzyme ngoại bào phân giải polyme được cấy trên môi trường này, chúng sẽ tiêu thụ polyme xung quanh khuẩn lạc, tạo thành một vùng trong suốt. Kích thước của vùng trong suốt này (clear zone) tỷ lệ thuận với hoạt tính phân hủy của chủng vi sinh vật. Từ 24 mẫu ban đầu, nghiên cứu đã chọn được 8 chủng có khả năng phân hủy PLA, 8 chủng phân hủy PHB và 6 chủng phân hủy PCL. Trong số đó, các chủng có hoạt tính cao nhất được lựa chọn để nghiên cứu sâu hơn, chứng minh hiệu quả của phương pháp này trong việc phân lập vi sinh vật bản địa phân hủy biopolymer.

IV. Định Danh Khoa Học Nhận Diện Các Chủng Vi Sinh Vật Phân Hủy Biopolymer Nổi Bật

Sau quá trình screening vi sinh vật phân hủy biopolymer Việt Nam ban đầu, việc định danh chính xác các chủng vi sinh vật có hoạt tính cao là bước tiếp theo cực kỳ quan trọng. Nghiên cứu này đã thành công trong việc xác định bốn chủng vi sinh vật nổi bật với khả năng phân hủy biopolymer mạnh mẽ. Các phương pháp định danh hiện đại được áp dụng bao gồm quan sát hình thái học, nhuộm Gram, và phân tích trình tự gen 16S rDNA, kết hợp với các đặc điểm sinh hóa và sinh lý. Việc này giúp cung cấp một cái nhìn toàn diện về các tác nhân sinh học đang được nghiên cứu, từ đó hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động và tiềm năng ứng dụng của chúng. Bốn chủng được xác định là Streptomyces thermoflavus G5, Penicillium citrinum Cz1 (phân hủy PLA), Bacillus gelatini B2 (phân hủy PHB) và Brevibacillus agri B1 (phân hủy PCL), đại diện cho các chủng vi sinh vật phân hủy biopolymer hiệu quả tại Việt Nam.

4.1. Giải Mã Danh Tính Phân Tích Hình Thái và Trình Tự Gen 16S rDNA

Việc định danh các chủng vi sinh vật phân hủy nhựa sinh học được thực hiện qua nhiều bước kỹ thuật. Đầu tiên, các đặc điểm hình thái của khuẩn lạc và tế bào được quan sát dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM) và nhuộm Gram. Những quan sát này cung cấp thông tin sơ bộ về cấu trúc và loại vi sinh vật (ví dụ: Gram dương hay Gram âm, hình que hay hình cầu). Tiếp theo, để có kết quả chính xác và tin cậy, phân tích trình tự gen 16S rDNA được tiến hành. Kỹ thuật PCR được sử dụng để khuếch đại gen 16S rDNA, sau đó trình tự này được so sánh với cơ sở dữ liệu gen quốc tế để xác định loài hoặc chi của vi sinh vật. Nhờ phương pháp này, chủng G5 được xác định là Streptomyces thermoflavus, chủng Cz1 là Penicillium citrinum, chủng B2 là Bacillus gelatini, và chủng B1 là Brevibacillus agri. Đây là bước quan trọng để khẳng định nghiên cứu vi sinh vật và tiềm năng của chúng.

4.2. Đặc Tính Sinh Lý Tối Ưu Hóa Điều Kiện Phát Triển Của Các Chủng

Bên cạnh việc định danh, nghiên cứu cũng tập trung vào việc xác định các đặc điểm sinh hóa và sinh lý của các chủng vi sinh vật phân hủy biopolymer được phân lập. Các yếu tố như pH, nồng độ NaCl và nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của vi sinh vật đã được kiểm tra. Kết quả cho thấy tất cả các chủng đều phát triển tốt trong khoảng pH 6-7 và nồng độ NaCl từ 1% đến 3%. Về nhiệt độ tối ưu, Bacillus gelatini B2 và Brevibacillus agri B1 hoạt động tốt nhất ở khoảng 50°C, trong khi Streptomyces thermoflavus G5 và Penicillium citrinum Cz1 có nhiệt độ tối ưu lần lượt là 37°C và 30°C. Việc xác định các điều kiện tối ưu này là rất quan trọng để có thể ứng dụng hiệu quả các chủng này trong các quy trình xử lý rác thải nhựa công nghiệp, giúp tối đa hóa hoạt tính phân hủy của chúng đối với biopolymer Việt Nam.

V. Kết Quả Nghiên Cứu Hiệu Quả Phân Hủy Biopolymer của Vi Sinh Vật Việt Nam

Kết quả screening vi sinh vật phân hủy biopolymer Việt Nam cho thấy những chủng được phân lập có khả năng phân hủy đáng kể các loại biopolymer như PLA, PHB và PCL. Sau 30 ngày nuôi cấy trong điều kiện tối ưu, các chủng đã thể hiện hoạt tính phân hủy cao, được đánh giá thông qua việc giảm trọng lượng polymer và nồng độ tổng carbon hữu cơ (TOC) trong môi trường. Đặc biệt, nghiên cứu chỉ ra rằng hoạt tính phân hủy PCL của các chủng vi sinh vật thường cao hơn so với PLA và PHB. Những phát hiện này không chỉ khẳng định tiềm năng của các vi sinh vật bản địa Việt Nam trong việc giải quyết vấn đề ô nhiễm nhựa mà còn cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng cho các nghiên cứu tiếp theo về ứng dụng vi sinh vật bản địa trong xử lý ô nhiễm nhựa sinh học.

5.1. Hiệu Suất Cao Khả Năng Phân Hủy PLA PHB và PCL Của Các Chủng

Nghiên cứu đã đánh giá khả năng phân hủy của các chủng vi sinh vật được phân lập đối với PLA, PHB và PCL sau 30 ngày nuôi cấy trong điều kiện tối ưu. Penicillium citrinum Cz1 đã phân hủy 55.5% lượng PLA ban đầu. Đối với PHB, Bacillus gelatini B2 đạt hiệu suất phân hủy 58.5%. Đáng chú ý, chủng Brevibacillus agri B1 cho thấy khả năng phân hủy PCL vượt trội với 84%. Điều này chứng tỏ tiềm năng mạnh mẽ của các chủng vi sinh vật phân hủy nhựa sinh học được tìm thấy ở Việt Nam. Hơn nữa, kết quả cho thấy các chủng được phân lập đều có khả năng phân hủy cả ba loại polymer sinh học trong nghiên cứu, dù hoạt tính phân hủy PCL thường cao hơn. Những dữ liệu này là minh chứng rõ ràng cho hiệu quả của quá trình screening vi sinh vật phân hủy biopolymer Việt Nam.

5.2. Chỉ Số Đánh Giá TOC và Giảm Khối Lượng Polymer Sau Phân Hủy

Để định lượng mức độ phân hủy của biopolymer, nghiên cứu đã sử dụng hai chỉ số chính: đo lường trọng lượng polymer còn lại và xác định nồng độ tổng carbon hữu cơ (TOC) trong dịch nuôi cấy. Sự giảm trọng lượng của các mẫu PLA, PHB và PCL sau quá trình ủ với vi sinh vật là một chỉ số trực tiếp về hiệu quả phân hủy. Đồng thời, sự tăng lên của nồng độ TOC trong dịch nuôi cấy cho thấy polymer đã bị phân giải thành các hợp chất carbon hữu cơ hòa tan nhỏ hơn. Kết quả này củng cố thêm bằng chứng về khả năng phân hủy của các chủng vi sinh vật được phân lập. Sự kết hợp của các phương pháp định lượng này cung cấp cái nhìn toàn diện và đáng tin cậy về mức độ hiệu quả của vi sinh vật phân hủy biopolymer Việt Nam trong việc biến đổi các vật liệu phức tạp thành các thành phần đơn giản hơn, mở ra hướng đi mới cho công nghệ sinh học môi trường.

VI. Hướng Đi Tương Lai Ứng Dụng Vi Sinh Vật Phân Hủy Biopolymer Trong Xử Lý Môi Trường

Nghiên cứu về screening vi sinh vật phân hủy biopolymer Việt Nam đã mở ra nhiều triển vọng ứng dụng quan trọng trong việc xử lý ô nhiễm môi trường. Việc xác định và định danh các chủng vi sinh vật bản địa có hoạt tính cao như Streptomyces thermoflavus G5, Penicillium citrinum Cz1, Bacillus gelatini B2 và Brevibacillus agri B1 cung cấp nền tảng vững chắc cho việc phát triển các công nghệ sinh học tiên tiến. Tương lai của lĩnh vực này sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa các điều kiện nuôi cấy, nghiên cứu sâu hơn về enzyme phân giải và phát triển các quy trình xử lý quy mô lớn. Mục tiêu cuối cùng là tích hợp các giải pháp sinh học này vào hệ thống quản lý chất thải hiện có, góp phần tạo ra một môi trường sống sạch hơn và bền vững hơn cho Việt Nam.

6.1. Tiềm Năng Công Nghệ Phát Triển Enzyme Phân Hủy Biopolymer Từ Chủng Bản Địa

Một trong những hướng nghiên cứu quan trọng tiếp theo là tập trung vào việc nghiên cứu các enzyme ngoại bào do các chủng vi sinh vật phân hủy biopolymer Việt Nam sản xuất. Các enzyme này, đặc biệt là các esterase và lipase, là những tác nhân chính trong quá trình phân giải PLA, PHB và PCL. Việc phân lập, tinh sạch và đặc trưng hóa các enzyme này sẽ cho phép chúng ta hiểu rõ hơn về cơ chế phân hủy ở cấp độ phân tử. Từ đó, có thể ứng dụng công nghệ di truyền để cải tiến các enzyme, tăng cường hoạt tính và ổn định của chúng dưới các điều kiện công nghiệp. Ứng dụng vi sinh vật bản địa trong xử lý ô nhiễm nhựa sinh học thông qua các enzyme này có thể mở ra con đường sản xuất các chế phẩm sinh học hiệu quả, có khả năng phân hủy nhanh chóng các vật liệu biopolymer trong các nhà máy xử lý rác thải hoặc môi trường tự nhiên.

6.2. Ứng Dụng Thực Tiễn Lộ Trình Triển Khai Giải Pháp Sinh Học Cho Việt Nam

Để các kết quả nghiên cứu vi sinh vật này có thể được áp dụng vào thực tiễn, cần có một lộ trình triển khai rõ ràng. Bước đầu tiên là tối ưu hóa các điều kiện nuôi cấy và hoạt động của các chủng vi sinh vật phân hủy nhựa sinh học trong các hệ thống quy mô nhỏ hơn (ví dụ: bioreactor). Sau đó, cần tiến hành thử nghiệm trong môi trường bán thực địa và thực địa để đánh giá hiệu quả và độ an toàn. Hợp tác giữa các viện nghiên cứu, trường đại học và doanh nghiệp là yếu tố then chốt để chuyển giao công nghệ và sản xuất các chế phẩm vi sinh vật trên quy mô lớn. Việc phát triển các giải pháp xử lý rác thải nhựa dựa trên vi sinh vật phân hủy biopolymer Việt Nam không chỉ giải quyết vấn đề môi trường mà còn tạo ra cơ hội phát triển kinh tế, thúc đẩy công nghệ sinh học môi trường trở thành một ngành mũi nhọn tại Việt Nam.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ô nhiễm rác thải nhựa tổng hợp có nguồn gốc dầu mỏ như polypropylene (PP), polyethylene (PE) và polyvinyl chloride (PVC) đang tạo ra áp lực sinh thái nghiêm trọng trên toàn cầu cũng như tại Việt Nam. Ước tính mỗi năm có hàng triệu tấn rác thải nhựa khó phân hủy thải ra môi trường tự nhiên, mất từ 100 đến 500 năm để phân rã hoàn toàn. Nhằm giải quyết thách thức này, các loại polymer sinh học có khả năng phân hủy sinh học (biopolymer) như poly(L-lactic acid) (PLA), poly(3-hydroxybutyrate) (PHB) và poly(ε-caprolactone) (PCL) đã được phát triển để thay thế vật liệu nhựa truyền thống. Mặc dù các vật liệu này có thể phân giải thành nước và khí carbonic, nhưng trong điều kiện tự nhiên không có sự can thiệp sinh học, tốc độ tự phân hủy diễn ra rất chậm, đòi hỏi khoảng thời gian kéo dài từ 6 tháng đến hàng năm.

Mục tiêu trọng tâm của luận văn là sàng lọc, tuyển chọn và định danh các chủng vi sinh vật bản địa tại Việt Nam sở hữu hoạt tính phân hủy mạnh ba loại biopolymer phổ biến gồm PLA, PHB và PCL, đồng thời xác định điều kiện sinh trưởng tối ưu và đánh giá hiệu suất phân giải polymer của chúng. Nghiên cứu được thực hiện trên 24 mẫu đất thu thập tại nhiều khu vực sinh thái và bãi chôn lấp khác nhau ở Hà Nội. Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện qua việc phân lập thành công các chủng vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm mốc có khả năng phân hủy từ 55,5% đến 84,0% khối lượng polymer sau 30 ngày nuôi cấy. Đây là tiền đề khoa học vững chắc để phát triển các chế phẩm vi sinh ứng dụng trong công nghệ xử lý rác thải hữu cơ và bao bì tự hủy sinh học.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên nền tảng lý thuyết phân hủy sinh học chất dẻo và hóa học polymer môi trường, tập trung vào hai cơ chế chính: sự xúc tác của enzyme ngoại bào (như lipase, esterase, protease) và quá trình đồng hóa carbon của tế bào vi sinh vật. Về mặt phân loại học, ba loại biopolymer được lựa chọn đại diện cho các nhóm cấu trúc điển hình:

• Poly(L-lactic acid) (PLA): Nhựa nhiệt dẻo sinh học có nguồn gốc lên men từ tinh bột nông nghiệp thông qua acid lactic, sở hữu liên kết ester mạch thẳng.
• Poly(3-hydroxybutyrate) (PHB): Dạng polyester tích lũy nội bào bởi vi sinh vật dưới dạng nguồn dự trữ năng lượng, có tính tương thích sinh học cao.
• Poly(ε-caprolactone) (PCL): Polymer aliphatic polyester tổng hợp từ dầu mỏ nhưng có khả năng phân hủy sinh học nhanh nhờ tính linh động của chuỗi carbon.

Quá trình phân giải sinh học tuân theo mô hình chuyển hóa 2 giai đoạn: Giai đoạn phân cắt sơ cấp nhờ enzyme ngoại bào bẻ gãy mạch polymer chuỗi dài thành các oligomer và monomer hòa tan; Giai đoạn thứ cấp là quá trình hấp thu các đơn phân vào tế bào để chuyển hóa thành sinh khối, nước ($H_2O$) và khí carbonic ($CO_2$).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ 24 mẫu đất lấy tại các địa điểm môi trường đa dạng ở khu vực Hà Nội. Cỡ mẫu này được xác định nhằm đảm bảo tính đại diện cho hệ vi sinh vật bản địa phong phú tại miền Bắc Việt Nam. Phương pháp chọn mẫu tập trung vào các tầng đất mặt (độ sâu từ 5 đến 15 cm) tại khu vực bãi rác, đất vườn và bùn hoạt tính nơi có mật độ vi sinh vật dị dưỡng cao.

Quy trình phân tích và tuyển chọn được triển khai qua các bước:

• Phương pháp tạo vòng phân hủy (clear zone method): Cấy gạt mẫu đất pha loãng trên môi trường khoáng tối thiểu bổ sung 0,1% - 0,2% nhũ tương polymer (PLA, PHB hoặc PCL) là nguồn carbon duy nhất. Chủng có hoạt tính cao được phát hiện dựa trên đường kính vòng phân hủy trong suốt xung quanh khuẩn lạc.
• Định danh chủng vi sinh vật: Kết hợp quan sát hình thái tế bào qua kính hiển vi điện tử quét (SEM), nhuộm Gram, kiểm tra đặc tính sinh hóa - sinh lý và giải trình tự gen 16S rDNA (đối với vi khuẩn, xạ khuẩn) với kích thước đoạn khuếch đại khoảng 1.500 cặp base (bp).
• Đánh giá khả năng phân hủy định lượng: Nuôi cấy chủng tuyển chọn trong bình tam giác chứa môi trường khoáng và màng hoặc bột polymer ở các điều kiện nhiệt độ (từ 30°C đến 50°C), nồng độ muối NaCl (từ 1% đến 3%) và dải pH từ 6,0 đến 7,0. Đánh giá hiệu suất sau 30 ngày nuôi cấy bằng phương pháp đo độ suy giảm khối lượng polymer còn lại và xác định hàm lượng tổng carbon hữu cơ (TOC) hòa tan trong dịch nuôi cấy.

Lý do lựa chọn phương pháp kết hợp giữa đo TOC và khối lượng dư là nhằm phản ánh chính xác cả lượng polymer bị hòa tan bởi enzyme và lượng carbon đã được vi sinh vật đồng hóa thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Từ 24 mẫu đất khảo sát, nghiên cứu đã phân lập và sàng lọc được tổng cộng 19 chủng vi sinh vật có hoạt tính phân giải biopolymer rõ rệt, phân bổ cụ thể theo từng nhóm cơ chất:

• 5 chủng có khả năng phân hủy màng PLA, trong đó chủng xạ khuẩn G5 và chủng nấm mốc Cz1 thể hiện hoạt tính mạnh nhất với đường kính vòng phân hủy lớn nhất.
• 8 chủng có khả năng phân hủy PHB, nổi bật nhất là chủng vi khuẩn B2 với tốc độ tạo vòng trong suốt nhanh sau 48 giờ.
• 6 chủng có khả năng phân giải PCL, trong đó chủng vi khuẩn B1 đạt hiệu suất phân hủy vượt trội trên môi trường thạch đục chứa nhũ tương PCL.

Kết quả định danh phân tử và sinh hóa đã xác định chính xác: chủng G5 là Streptomyces thermoflavus, chủng Cz1 thuộc loài Penicillium citrinum, chủng B2 là Bacillus gelatini, và chủng B1 là Brevibacillus agri.

Về điều kiện nuôi cấy, cả 4 chủng đều sinh trưởng tối ưu ở dải pH trung tính từ 6,0 đến 7,0 và nồng độ muối NaCl từ 1% đến 3%. Đáng chú ý, hai chủng Bacillus gelatini B2 và Brevibacillus agri B1 là vi sinh vật ưa nhiệt với nhiệt độ phát triển tối ưu khoảng 50°C, trong khi Streptomyces thermoflavus G5 phát triển tốt nhất ở 37°C.

Sau 30 ngày nuôi cấy trong điều kiện tối ưu với polymer là nguồn carbon duy nhất:

• Chủng nấm mốc Penicillium citrinum Cz1 đã làm tiêu biến 55,5% khối lượng màng PLA ban đầu, còn chủng Streptomyces thermoflavus G5 làm suy giảm 46,8% khối lượng PLA.
• Chủng vi khuẩn ưa nhiệt Bacillus gelatini B2 phân hủy đạt 58,5% khối lượng PHB ban đầu.
• Chủng Brevibacillus agri B1 phân hủy tới 84,0% khối lượng PCL ban đầu, ghi nhận mức độ phân giải cơ chất cao nhất trong toàn bộ nghiên cứu.

Thảo luận kết quả

Khả năng phân hủy vượt trội của chủng Brevibacillus agri B1 trên cơ chất PCL (đạt 84,0%) so với mức độ phân giải của Penicillium citrinum Cz1 trên PLA (55,5%) và Bacillus gelatini B2 trên PHB (58,5%) phản ánh sự khác biệt về độ kết tinh và độ bền liên kết ester giữa các chuỗi polymer. Cấu trúc mạch aliphatic của PCL linh động hơn, giúp enzyme ngoại bào dễ dàng tiếp cận các vị trí cắt mạch hơn so với cấu trúc bán kết tinh cứng vững của PLA.

Dữ liệu thực nghiệm về mối tương quan giữa độ sụt giảm khối lượng màng polymer và sự gia tăng nồng độ carbon hữu cơ tổng số (TOC) trong dịch nuôi cấy có thể được biểu diễn trực quan thông qua biểu đồ đường kép theo thời gian 30 ngày nuôi cấy. Khi khối lượng polymer giảm dần từ 100% xuống 16,0% (đối với PCL) hoặc 44,5% (đối với PLA), nồng độ TOC hòa tan trong dung dịch tăng vọt trong 10-15 ngày đầu (chứng minh sự giải phóng mạnh mẽ các oligomer hòa tan), sau đó ổn định dần khi vi sinh vật bước vào pha cân bằng và tiêu thụ triệt để nguồn monomer làm năng lượng.

Việc phát hiện các chủng vi khuẩn ưa nhiệt phát triển mạnh ở 50°C như Bacillus gelatini B2 và Brevibacillus agri B1 có ý nghĩa khoa học rất lớn. Kết quả này tương đồng với các công bố quốc tế về vai trò của vi khuẩn ưa nhiệt trong các đống ủ compost công nghiệp, nơi nhiệt độ thường duy trì từ 50°C đến 60°C. Ở nhiệt độ cao, cấu trúc polymer bị mềm hóa, tạo điều kiện thuận lợi cho enzyme esterase và lipase ngoại bào tấn công bẻ gãy liên kết với vận tốc xúc tác nhanh hơn từ 1,5 đến 2 lần so với điều kiện nhiệt độ phòng.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm chuyển giao và thương mại hóa các kết quả nghiên cứu vào thực tiễn xử lý chất thải sinh học, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp hành động cụ thể:

• Tinh sạch và biểu hiện gen mã hóa enzyme phân hủy: Các viện nghiên cứu công nghệ sinh học cần chủ động tiến hành tinh sạch enzyme ngoại bào từ 4 chủng vi sinh vật (Streptomyces thermoflavus G5, Penicillium citrinum Cz1, Bacillus gelatini B2, Brevibacillus agri B1) và nhân bản gen quy định enzyme esterase/lipase, hoàn thành trong giai đoạn 12 tháng tới để nâng cao hoạt tính enzyme tái tổ hợp lên ít nhất 30%.
• Phối trộn tổ hợp vi sinh vật đa năng (microbial consortia): Trung tâm Ứng dụng Tiến bộ Khoa học và Công nghệ cần xây dựng công thức chế phẩm vi sinh dạng bột hoặc lỏng kết hợp 4 chủng vi sinh vật trên, hướng tới mục tiêu rút ngắn thời gian phân hủy rác thải bao bì sinh học xuống dưới 20 ngày trong điều kiện ủ compost ở nhiệt độ 45°C - 50°C.
• Tối ưu hóa quy trình ủ compost công nghiệp quy mô pilot: Doanh nghiệp xử lý môi trường phối hợp cùng các nhà khoa học triển khai thử nghiệm hệ thống ủ sinh học quy mô từ 500 kg đến 2 tấn rác thải hữu cơ chứa bao bì tự hủy, kiểm soát chặt chẽ thông số độ ẩm 60%, nồng độ muối dưới 3% và duy trì pH từ 6,5 đến 7,0 trong chu kỳ thử nghiệm 6 tháng.
• Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật đánh giá độ phân hủy sinh học: Các cơ quan quản lý thuộc Bộ Khoa học và Công nghệ cùng Bộ Năng lượng và Môi trường cần thiết lập quy chuẩn kiểm định vật liệu tự hủy tại Việt Nam dựa trên chỉ tiêu đo lường TOC và độ suy giảm khối lượng đạt tối thiểu 90% sau 60 ngày ủ với sự tham gia của vi sinh vật chuyên biệt.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu cung cấp giá trị học thuật và giải pháp ứng dụng thiết thực cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Công nghệ Sinh học, Vi sinh vật học: Tài liệu cung cấp quy trình chi tiết từ kỹ thuật phân lập tạo vòng phân hủy, phương pháp nhuộm mẫu SEM, PCR khuếch đại gen 16S rDNA 1.500 bp cho đến phương pháp định lượng TOC trong môi trường nuôi cấy.
• Kỹ sư công nghệ môi trường và quản lý chất thải rắn: Tài liệu hỗ trợ việc thiết kế các module ủ phân vi sinh compost và xử lý rác bao bì sinh học đạt hiệu suất phân hủy trên 80% tại các nhà máy xử lý rác thải đô thị.
• Các doanh nghiệp sản xuất và gia công bao bì sinh học tự hủy: Doanh nghiệp có thể nắm bắt cơ chế phân hủy thực tế của màng PLA, PHB, PCL để điều chỉnh công thức phối trộn phụ gia sinh học, giúp sản phẩm đạt chứng nhận phân hủy sinh học chuẩn quốc tế.
• Chuyên viên hoạch định chính sách tại các cơ quan quản lý môi trường: Báo cáo cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm phục vụ việc xây dựng lộ trình thay thế nhựa dùng một lần bằng vật liệu biopolymer tại Việt Nam từ nay đến năm 2030.

Câu hỏi thường gặp

Các chủng vi sinh vật trong luận văn được phân lập từ nguồn mẫu nào và số lượng bao nhiêu?

Nghiên cứu đã thu thập và phân tích tổng cộng 24 mẫu đất tại các vị trí sinh thái khác nhau trên địa bàn thành phố Hà Nội. Từ 24 mẫu này, tác giả đã sàng lọc thành công 19 chủng có hoạt tính phân giải biopolymer, gồm 5 chủng phân hủy PLA, 8 chủng phân hủy PHB và 6 chủng phân hủy PCL.

Chủng vi sinh vật nào cho hiệu suất phân hủy cao nhất và trên loại vật liệu nào?

Chủng vi khuẩn ưa nhiệt Brevibacillus agri B1 đạt hiệu suất phân hủy cao nhất trong nghiên cứu, làm giảm tới 84,0% khối lượng polymer PCL ban đầu sau 30 ngày nuôi cấy ở nhiệt độ tối ưu 50°C và dải pH từ 6,0 đến 7,0.

Vì sao các chủng phân lập lại sinh trưởng tốt ở nhiệt độ cao 50°C?

Hai chủng vi khuẩn Bacillus gelatini B2 và Brevibacillus agri B1 được xác định là vi sinh vật ưa nhiệt tự nhiên. Ở điều kiện 50°C, enzyme ngoại bào của chúng hoạt động tối đa, đồng thời nhiệt độ cao làm mềm cấu trúc chuỗi phân tử polymer, đẩy nhanh tốc độ thủy phân liên kết ester.

Phương pháp nào được sử dụng để định danh chính xác các chủng vi sinh vật phân lập?

Nghiên cứu kết hợp đồng thời ba phương pháp: quan sát hình thái tế bào và khuẩn lạc dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM), phân tích các phản ứng sinh hóa - sinh lý đặc trưng, và giải trình tự gen 16S rDNA để so sánh mức độ tương đồng di truyền trên ngân hàng gen quốc tế.

Kết quả phân hủy màng PLA của các chủng đạt được ở mức độ nào?

Sau 30 ngày nuôi cấy trong điều kiện tối ưu (pH 6-7, nhiệt độ 37°C), chủng nấm mốc Penicillium citrinum Cz1 phân hủy được 55,5% lượng PLA ban đầu, và chủng xạ khuẩn Streptomyces thermoflavus G5 phân hủy được 46,8% khối lượng PLA.

Kết luận

• Phân lập thành công 19 chủng vi sinh vật có khả năng phân hủy biopolymer từ 24 mẫu đất tại Hà Nội, gồm 5 chủng phân hủy PLA, 8 chủng phân hủy PHB và 6 chủng phân hủy PCL.
• Định danh chính xác 4 chủng có hoạt tính vượt trội gồm xạ khuẩn Streptomyces thermoflavus G5, nấm mốc Penicillium citrinum Cz1, vi khuẩn ưa nhiệt Bacillus gelatini B2 và Brevibacillus agri B1.
• Xác định điều kiện nuôi cấy tối ưu chung cho các chủng ở dải pH 6,0 - 7,0, nồng độ NaCl từ 1% đến 3%, nhiệt độ thích hợp từ 37°C đến 50°C.
• Ghi nhận hiệu suất phân giải polymer định lượng ấn tượng sau 30 ngày: PCL đạt 84,0%, PHB đạt 58,5%, và PLA đạt 55,5% khối lượng ban đầu.
• Hướng phát triển tiếp theo tập trung vào việc tinh sạch enzyme ngoại bào và sản xuất chế phẩm vi sinh phối hợp đa chủng nhằm ứng dụng xử lý rác bao bì tự hủy sinh học trong các quy trình compost công nghiệp.

Quý độc giả, các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm đến giải pháp công nghệ sinh học môi trường có thể khai thác chi tiết các dữ liệu quy trình và thông số thực nghiệm trong toàn văn luận văn để ứng dụng vào công tác nghiên cứu và triển khai sản xuất thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY, HANOI LIEGE UNIVERSIFY INSTITUTE OF MICROBIOLOGY. AND BIOTECHNOLOGY xk# Trinh Thi Van Anh SCREENING AND STUDY ON MICROORGANISMS DEGRADING BIOPOLYMERS IN VIETNAM Spcciality: Biotechnology Code: 60 42 80 MASTER THESIS MAJOR BIOTECHNOLOGY SUPERVISOR: Dr. NGUYEN QUANG HUY TIANOL 2010 Table of contents INTRODUCTION. CHAPTER 1: LITERATURE REVIEW.

PLASTIC WASEE POLLUƯTION.1 Plasic waste poliution in the world, we 1. Plastic waste polhion in Vietnam.3, Treatment of plastic waste. BIODEGRADABLE PLASTICS oo 1. THE DEGRADATION OF BIOPOLYMERS wesc T7 14 MICROORGANISMS DEGRADING BIODEGRADABLE POLYMERS | 19 1.

Microorganisms degrading PLA. Microorganisms degrading PHB.3, Microorganisms degrading PCL. CHAPTER 2: MATERIALS AND METHODS. Isolation of biopolymer-degrading microorganisms 2.2, Screening biopalymer-degrading microorganisms 2.3, Identification of biopolymers-degrading strains.

Gram staining method. Observgtion under soarming elecron mieroscopy (SBM). Extraction of genomic DNA from bacteria 0 3. Amplification of the 168 rDNA PCR reaction.

Agarose gel electrophoresis. HHu re ¬ BO 14. Effect of culture conditions al 2.8, Utilization of of sugars. Activity of some extracellular enzymes.4, Siudy dugradation dƒ biodegraduble polymers by isolaled sirains.

Growth experiment in the PLA, PHB or PCL containing media 32 2. Measurement of the PLA, PHB or PCL residual weighht.3, Determination of TOC in culture broth. Dogradation oxperirment with biopolyrner Blm. Statistioal analysis 34 CHAPTER 3: RESULTS AND DISCUSSION: 3.1, ISOLATION AND SCREENING PLA, PHB, PCL-DEGRADING ORGANISMS.2, PLA-DEGRADING MICROORGANISMS w.ccscssessonesees sorenes sonmne nse e 3 3.1, Identification of strains G5 and Cl.1 Morphology of strain GS and Czt 38 3.

165 DNA sequencing of strain G5. Biochemical and physiological charactorisios of strairs G5 and Cz1. PLA degradation by S. thermoflavus GS and P, citrintam Cal 3.

PHB-DEGRADING MICROURGANISM. Master thests 2010 Abstract Nowaday, plastic waste is the most attrative issue in the world Biodegradable polymers are seen as a promising solution to this problem because they are environmentally-friendly. Because of chenucal and physical feature that are suitable for application in many fields and their degradable ability, they were used more and more for reducing the plastic waste pollution Among many biodegradable polymers, poly(T.-lactic acid) (PLA), poly(3-hydroxybulyrale) PHB, and poly(e-caprolactone) (PCT) seem to be of the ost allention. PHB and lactic acid (raw materials for PLA) can be produced in fermentative biotechnological processes using agricultural products and microorganisms, while PCL was a kind of polymer derived from petroleum, and all of them can be degraded by microorganisms.

Several aerobic and anaerobic polymer-degrading microorganisms have been isolated from soil, activated and aerobic sludge, seawater and lake water. From 24 samples collected from different locations in Hanoi, Viemmam $ strains degrading PLA, & strains degrading PHB and 6 strains degrading PCL were selected by clear zone formed method. Among them, strain G5 and strain Cz] had the highest PLA-degrading activity, stram 132 and strain 131 presented the highest degrading activity on P13 and PCL, respectively. [ased on morphological, 168 rDNA sequencing, biochemical and physiological characteristics, strain G5 was identificd as Streptompces thermoflavus, strain Czl was proposed as Penicillium cirinium, siram B2 was named as Bacilles gelatmi, and stra Bl was Brevibacillus agri.

All strains grew well at pH 6-7, and NaCl concentration from 1% to 3% Among these strains, the optim temperature of B. gelatini B2 and Br. agri Bl were around 50°C, S. thermoflavus G5 was 37°C, and P.

To study the polymer degradation of these strains, total organic carbon concentration (LOC) and polymer weight in the medium after culture were determined After 30 days of cultivation in the optimum conditions, strain $. citrinum Cz] degraded 55.5% of initial PLA residual in the medium, while strain B. gelutind B2 and Br. agri Bl degraded 58.5% and 84% of PHB and PCT.

imtially added into the medium, respectively. Study on the degradation of polymers showed thal these strams were capable of degradation PLA, PLB and PCL and these strains presented higher activity of degradation PCL than PLA and PIIB. In the future, we also intend to study further about the enzymes that degrade PLA, PIIB and PCL and apply them to biodegradation in the nature envionment. Key words: biopolymer, poly(L-lactic acid), poly(3-hydroxybytyrate), poly(e-caprolactone), biodegradable.

eink Thi Jan Ank Master thests 2010 Abstract Nowaday, plastic waste is the most attrative issue in the world Biodegradable polymers are seen as a promising solution to this problem because they are environmentally-friendly. Because of chenucal and physical feature that are suitable for application in many fields and their degradable ability, they were used more and more for reducing the plastic waste pollution Among many biodegradable polymers, poly(T.-lactic acid) (PLA), poly(3-hydroxybulyrale) PHB, and poly(e-caprolactone) (PCT) seem to be of the ost allention. PHB and lactic acid (raw materials for PLA) can be produced in fermentative biotechnological processes using agricultural products and microorganisms, while PCL was a kind of polymer derived from petroleum, and all of them can be degraded by microorganisms. Several aerobic and anaerobic polymer-degrading microorganisms have been isolated from soil, activated and aerobic sludge, seawater and lake water.

From 24 samples collected from different locations in Hanoi, Viemmam $ strains degrading PLA, & strains degrading PHB and 6 strains degrading PCL were selected by clear zone formed method. Among them, strain G5 and strain Cz] had the highest PLA-degrading activity, stram 132 and strain 131 presented the highest degrading activity on P13 and PCL, respectively. [ased on morphological, 168 rDNA sequencing, biochemical and physiological characteristics, strain G5 was identificd as Streptompces thermoflavus, strain Czl was proposed as Penicillium cirinium, siram B2 was named as Bacilles gelatmi, and stra Bl was Brevibacillus agri. All strains grew well at pH 6-7, and NaCl concentration from 1% to 3% Among these strains, the optim temperature of B.

gelatini B2 and Br. agri Bl were around 50°C, S. thermoflavus G5 was 37°C, and P. To study the polymer degradation of these strains, total organic carbon concentration (LOC) and polymer weight in the medium after culture were determined After 30 days of cultivation in the optimum conditions, strain $.

citrinum Cz] degraded 55.5% of initial PLA residual in the medium, while strain B. gelutind B2 and Br. agri Bl degraded 58.5% and 84% of PHB and PCT. imtially added into the medium, respectively.

Study on the degradation of polymers showed thal these strams were capable of degradation PLA, PLB and PCL and these strains presented higher activity of degradation PCL than PLA and PIIB. In the future, we also intend to study further about the enzymes that degrade PLA, PIIB and PCL and apply them to biodegradation in the nature envionment. Key words: biopolymer, poly(L-lactic acid), poly(3-hydroxybytyrate), poly(e-caprolactone), biodegradable. eink Thi Jan Ank 3.1, Identification of strain B2.

Morphology of strain B2. Sequencing 168 DNA gene of strain B2 48 3. Biochemical and physiological characteristios of sirain B2.2, PHB degradation by B.4 PCL-DEGRADING MICROORGANISM .1, Identification of strain B1 55 3. Morphology of strain BL 55 3.

Sequencing 16B rDNA gene of sưain Bì. Biochemical and physiological characteristics of stra BI 37 3.2, PCL degradation by Br.5 DEGRADATION OF POLYMERS BY ISOLATED STRAINS 6l CONCLUSIONS. WEB REFERENCES Master thests 2010 Abstract Nowaday, plastic waste is the most attrative issue in the world Biodegradable polymers are seen as a promising solution to this problem because they are environmentally-friendly. Because of chenucal and physical feature that are suitable for application in many fields and their degradable ability, they were used more and more for reducing the plastic waste pollution Among many biodegradable polymers, poly(T.-lactic acid) (PLA), poly(3-hydroxybulyrale) PHB, and poly(e-caprolactone) (PCT) seem to be of the ost allention.

PHB and lactic acid (raw materials for PLA) can be produced in fermentative biotechnological processes using agricultural products and microorganisms, while PCL was a kind of polymer derived from petroleum, and all of them can be degraded by microorganisms. Several aerobic and anaerobic polymer-degrading microorganisms have been isolated from soil, activated and aerobic sludge, seawater and lake water. From 24 samples collected from different locations in Hanoi, Viemmam $ strains degrading PLA, & strains degrading PHB and 6 strains degrading PCL were selected by clear zone formed method. Among them, strain G5 and strain Cz] had the highest PLA-degrading activity, stram 132 and strain 131 presented the highest degrading activity on P13 and PCL, respectively.

[ased on morphological, 168 rDNA sequencing, biochemical and physiological characteristics, strain G5 was identificd as Streptompces thermoflavus, strain Czl was proposed as Penicillium cirinium, siram B2 was named as Bacilles gelatmi, and stra Bl was Brevibacillus agri. All strains grew well at pH 6-7, and NaCl concentration from 1% to 3% Among these strains, the optim temperature of B. gelatini B2 and Br. agri Bl were around 50°C, S.

thermoflavus G5 was 37°C, and P. To study the polymer degradation of these strains, total organic carbon concentration (LOC) and polymer weight in the medium after culture were determined After 30 days of cultivation in the optimum conditions, strain $. citrinum Cz] degraded 55.5% of initial PLA residual in the medium, while strain B. gelutind B2 and Br.

agri Bl degraded 58.5% and 84% of PHB and PCT. imtially added into the medium, respectively. Study on the degradation of polymers showed thal these strams were capable of degradation PLA, PLB and PCL and these strains presented higher activity of degradation PCL than PLA and PIIB. In the future, we also intend to study further about the enzymes that degrade PLA, PIIB and PCL and apply them to biodegradation in the nature envionment.

Key words: biopolymer, poly(L-lactic acid), poly(3-hydroxybytyrate), poly(e-caprolactone), biodegradable. eink Thi Jan Ank Master thests 2010 dé 50°C, trong khi S. citriniun phat triển lật nhất. Khả năng phản hủy các polymer của các chủng dược tiến hành trong môi trường chứa polymer là nguồn cácbon và năng lượng duy nhất và đánh giá qua hàm lượng các bọn tổng số (TOC) trong dịch nuôi cây sau khi ly tâm và lượng polyrner còn lại.

thermoflavus GS phin hiy duge 46. citrinun Cz1 phân hủy được 55.5% luong PLA bd sung ban đầu, trong khi B. gelatini B2 va Br. agri B1 tương ửng phân hủy dược 58.5% va 84% PHB va PCL.

Cac ching vi sinh vật trên có khá năng phân huý cá 3 loại polymer sinh học dửng trong nghiên cứu, trong đỏ hoạt tính phân huỷ PCL cao hơn so véi PLA va PHB. Che enzyme phan hủy polymer sinh học cũng như các điều kiện phát triển tối ưu của các chủng vi sinh vật này đang được nghiên cứn nhằm mục đích ứng dụng chứng trong việc xử lý ô xihiễm môi trường. Tử khóa: biopolymer, poly(L-lactie acid), poly(3-hydroxybytyrate), poly(e- caprolactone), biodegradable. eink Thi Jan Ank Master thests 2010 Luận văn thạc sỹ: Sereening and study on mi norganisms đegrading of biopolymers in Vietmam Chuyên ngành.

Công nghệ Sinh học Sinh viên: Trịnh Thị Yên Anh Cân bộ hướng dân khoa học: TS. Nguyén Quang Huy TOM TAT Trong những năm gân dây việc sử dụng một cách trấn lan các sản phẩm nhựa tổng hợp có nguẻn gốc từ hoá dâu như polyprepylen ŒP), polyetylen (PE), polyvinylelorus (PVƠ). làm gia tăng ô nhiễm môi trường trên thể giới. Để giâm thải ö nhiễm rác thải do việc sử dụng các loại nhựa tổng hợp này nhiều quốc gia đã và đang sử dụng thay thế chứng bằng các sản phẩm thân thiện mỗi trường là các loại.

polymer sinh học. Trong số các polymer sinh học poly(lactie aoid) (PLA), poly(3- hydroxybuyrat) (PLI) và poly(e-caprolaotene} (PCL) lá các polymer được chú ý nhiều nhất. Các polymer sinh học này tuy khác nhau vẻ tính chất lý, hoá học nhưng, chúng dều có ưu diểm chung là cỏ thẻ phân huýỹ thành các thành phần cơ bản như CO; va 11,0, do đó không gây ô nhiễm môi trường. Các polymer sinh hoe trong điêu kiện tự nhiên thường phân hủy chậm và phải mật một khoảng thời gian đài đề quá trình tự phân hủy bắt đâu điển ra.

Việc phân lập các ching vi smh val.