Nghiên cứu lên men và thu nhận Polyhydroxyalkanoates từ vi khuẩn phân lập ở một số vùng đất của Việt Nam là luận án tiến sĩ của NCS.Trần Hữu Phong, Trường đại học sư phạm.

Đây là công trình đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu một cách có hệ thống về khả năng sinh tổng hợp Polyhydroxyalkanoates (PHA) của một chủng vi khuẩn được phân lập từ hệ sinh thái đất.  Kết quả nghiên cứu làm phong phú thêm các dữ liệu về vi khuẩn đất có khả năng sinh tổng hợp PHA ở Việt Nam và thế giới. Đặc biệt các số liệu chi tiết về vi khuẩn có khả năng sinh tổng hợp PHA thuộc chi Yangia.

Nhằm giải quyết những vấn đề môi trường do các sản phẩm nhựa hóa dầu gây ra, các loại nhựa sinh học đã được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu như là một giải pháp vật liệu thay thế. Trong số đó polyhydroxyalkanoates (PHA) nổi lên như là một trong những nhóm vật liệu tiềm năng bởi chúng mang các đặc điểm nổi trội như: có các thuộc tính hóa lý tương tự như nhựa hóa dầu, có tính tương thích sinh học cao, có khả năng bị phân hủy bởi các tác nhân sinh học (nấm, vi khuẩn, xạ khuẩn) khi được thải ra ngoài môi trường. Bởi vậy PHA đã và đang được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống xã hội.

Với xu hướng phát triển của xã hội, thị trường nhựa Việt Nam cũng đã xuất hiện một số sản phẩm nhựa tự hủy. Phần lớn các sản phẩm nhựa tự hủy này có bản chất là polymer từ dầu mỏ và được bổ sung các thành phần phụ gia nhằm gây ra sự phân rã của sản phẩm nhựa vào một thời điểm nhất định dưới tác động của các yếu tố vật lý trong môi trường như ánh sáng hoặc oxy, do đó không xảy ra sự phân hủy sinh học tự nhiên. Bên cạnh đó, một số sản phẩm nhựa có khả năng phân hủy sinh học cũng đã được quan tâm, song chủ yếu tập trung vào các nguồn vật liệu từ thực vật như tinh bột, cellulose hoặc kết hợp các vật liệu này với một số loại polymer hóa dầu khác. Trong khi đó các nghiên cứu về nhóm vật liệu PHA còn rất hạn chế và chưa được đầu tư bài bản.

Việt Nam nằm trong khu vực được đánh giá là có hệ sinh thái đa dạng với thành phần động vật, thực vật và vi sinh vật phong phú. Những khảo sát về hệ vi khuẩn đất ở một số khu vực Miền Bắc, đặc biệt là hệ sinh thái đất rừng ngập mặn, đã cho thấy sự phong phú và tiềm năng to lớn từ các nhóm vi khuẩn phân lập được từ đây trong nhiều lĩnh vực khác  nhau. Theo nghiên cứu nước ngoài thì khoảng 30 % các vi khuẩn trong đất có khả năng sinh tổng hợp PHA. Trong khi đó hầu như chưa có công trình nào nghiên cứu một cách hoàn chỉnh về các vi khuẩn có khả năng sinh tổng hợp PHA phân lập từ đất ở Việt Nam. 

Với những lý do trên, việc nghiên cứu về vi khuẩn có tiềm năng sản xuất PHA từ hệ sinh thái đất ở Việt Nam nhằm tạo cơ sở nền tảng cho các ứng dụng sản xuất nhựa phân hủy sinh học từ nguồn vật liệu này là một hướng mới, có nhiều ý nghĩa khoa học và thực tiễn, đồng thời cũng rất khả thi.

Vì vậy tác giả chọn nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu lên men và thu nhận polyhydroxyalkanoates từ vi khuẩn phân lập ở một số vùng đất của Việt Nam”. Mục tiêu là xác định được điều kiện tích lũy và thu nhận nguyên liệu PHA trong điều kiện phòng thí nghiệm từ các chủng vi khuẩn phân lập trong đất ở một số vùng sinh thái của Việt Nam. Đối tượng nghiên cứu là các vi khuẩn có khả năng sinh tổng hợp PHA phân lập từ đất ở một số vùng sinh thái của Việt Nam (đất rừng ngập mặn Yên Hưng – Quảng Ninh, đất rừng ngập mặn Giao Thủy – Nam Định, đất bùn thải làng nghề làm bún Mạch Tràng – Đông Anh – Hà Nội).

Kết quả nghiên cứu, từ các mẫu đất thu thập được, tác giả đã phân lập được 869 chủng vi khuẩn và xác định được 50 chủng có khả năng sinh tổng hợp PHA. Trong số đó 8 chủng vi khuẩn phân lập được từ đất RNM đã được lựa chọn nghiên cứu về các đặc điểm hình thái, sinh lý – hóa sinh, và giải trình tự đoạn gen 16S rDNA.

Chủng vi khuẩn Yangia sp. NĐ199 có khả năng sinh tổng hợp PHA đồng thời với quá trình sinh trưởng mà không yêu cầu điều kiện mất cân bằng dinh dưỡng. Sử dụng kỹ thuật lên men mẻ có bổ sung dinh dưỡng với các chiến lược duy trì nồng độ C khác nhau đã giúp cải thiện khả năng sản xuất PHA từ chủng này.

Đã xác định được điều kiện tách chiết và thu hồi PHA trực tiếp từ sinh khối chủng vi khuẩn Yangia sp. NĐ199.

Sản phẩm PHA thu được từ chủng vi khuẩn Yangia sp. NĐ199 thể hiện khả năng phân hủy sinh học tốt trong điều kiện chôn ủ. Mức độ giảm khối lượng của các mẫu màng PHA dao động trong khoảng 15 % đến 25 % sau 4 tuần thí nghiệm.

Những kết quả thu được trong quá trình nghiên cứu cho thấy phần nào mức độ phong phú và tiềm năng của vi khuẩn có khả năng sinh tổng hợp PHA có trong hệ sinh thái đất ở Việt Nam. Đặc biệt, những kết quả nghiên cứu thu được về khả năng sản xuất, thu hồi sản phẩm PHA, và chất lượng sản phẩm PHA từ chủng vi khuẩn Yangia sp. NĐ199 cho thấy tiềm năng phát triển rất lớn của vật liệu này ở Việt Nam.