CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHẤT TẠO NGỌT TỪ VI SINH VẬT

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM BÁO CÁO TIỂU LUẬN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHẤT TẠO NGỌT TỪ VI SINH VẬT GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG THỨ 5 TIẾT 7-8 NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 18 DANH SÁCH NHÓM STT HỌ VÀ TÊN MSSV 1 Đỗ Thiên Hương 2006120161 2 Trần Thị Thu Huyền 2006120220 3 Nguyễn Hoàng Khải 2006120098 4 Nguyễn Thị Quỳnh Như 2006120177 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2015 1 MỨC ĐỘ HOÀN THÀNH CÔNG VIỆC CỦA CÁC THÀNH VIÊN TRONG NHÓM STT HỌ VÀ TÊN MSSV MỨC ĐỘ HOÀN THÀNH 1 Đỗ Thiên Hương 2006120161 100% 2 Trần Thị Thu Huyền 2006120220 100% 3 Nguyễn Hoàng Khải 2006120098 100% 4 Nguyễn Thị Quỳnh Như 2006120177 100% 2 LỜI NÓI ĐẦU Xylitol là một loại chất tạo ngọt thuộc nhóm polyol. Xylitol đã được sử dụng như một chất tạo ngọt trong thực phẩm kể từ thập niên 1960. Nó được sử dụng rộng rãi như một chất ngọt thay thế đường cát bởi vai trò trong việc giảm sự phát triển của sâu răng. Xylitol có nguồn gốc thiên nhiên từ nhiều loại rau quả: trấu ngô, yến mạch, nấm…Nó có độ ngọt tương đương Saccharose với vị ngọt thanh không gây hậu vị khó chịu trong miệng và cung cấp chỉ bằng 2/3 lượng calories tương ứng. Hiện nay việc tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có để sản xuất xylitol phục vụ nhu cầu sử dụng ngày càng phát triển. Nó giúp tận dụng các nguyên liệu rẻ tiền và phục vụ nhu cầu sử dụng hiện nay.Vì vậy, nhóm chúng tôi thực hiện đề tài: “Công nghệ sản xuất chất tạo ngọt từ vi sinh vật” để tìm hiểu rõ hơn về công nghệ sản xuất xylitol từ vi sinh vật. Trong bài báo cáo còn nhiều sai sót mong cô và các bạn góp ý để bài báo cáo chúng tôi hoàn thiện hơn. TPHCM, Tháng 5 Năm 2015 Nhóm thực hiện NHÓM 18 3 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VÀ DANH MỤC BẢNG 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT TẠO NGỌT 5 1.1.Định nghĩa 5 1.2.Phân loại 6 1.3.Xylitol 7 CHƯƠNG 2: SẢN XUẤT CHẤT TẠO NGỌT 7 2.1.Nguyên liệu 7 2.2.Môi trường 9 2.3.Vi sinh vật 10 2.4.Quy trình công nghệ 12 2.4.1.Quy trình trích ly xylose từ nguyên liệu 12 2.4.2.Quy trình lên men sản xuất xylitol 18 2.4.3.Sản phẩm 25 2.4.4.Thành tựu công nghệ 25 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO 29 DANH MỤC HÌNH VÀ DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH Hình 1: Cơ chế hình thành xylitol từ xylose 7 Hình 2: Thiết bị tiệt trùng autoclave 10 Hình 3: nấm men C.Tropicalis 10 Hình 4: Nấm men Candida guilliermonlii 11 Hình 5: Máy xay bã mía 13 Hình 6: Thiết bị thuỷ phân bã mía 14 Hình 7: Máy xử lý nguyên liệu 15 Hình 8: Cấu trúc lỗ hỏng của than hoạt tính và than hoạt tính dạng bột mịn 16 Hình 9: Thiết bị lọc than hoạt tính 16 4 Hình 10: Thiết bị cô đặc chân không 17 Hình 11: Thiết bị lọc khung bản 20 Hình 12: Sơ đồ hệ thống trao đổi ion 20 Hình 13: Cấu tạo D-xylulose 21 Hình 14: Cấu tạo xylitol 22 Hình 15: Một số loại nhựa trao đổi ion 22 Hình 16: Sơ đồ thiết bị lên men 23 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Bảng số lượng các nhóm chức của lignin ( tính theo 100 đơn vị phenylpropan) 8 Bảng 2. Thành phần gỗ brich thủy phân 8 Bảng 3. Thành phần hóa học của bắp 9 Bảng 4: Xylitol được sản xuất từ trấu thủy phân nước nóng bằng cách lựa chọn phân lập.25 Bảng 5: ảnh hưởng của phương pháp xử lý vật lý và hóa học khác nhau trên thành phần trấu gạo 26 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT TẠO NGỌT 1.1.Định nghĩa Chất tạo ngọt: Là phụ gia tạo vị ngọt,chúng được thêm vào thực phẩm như chất thay thế đường. Được sử dụng khá phổ biến trong công nghệ chế biến và bảo quản thực phẩm. Đến nay, các nhà khoa học đã tìm thấy hàng trăm chất hóa học có khả năng tạo nên vị ngọt. Chúng được chiết tách từ thực vật hoặc được sản xuất bằng phương pháp tổng hợp . Tuy nhiên chỉ vài chục chất được phép sử dụng trong công nghệ thực phẩm. Tùy theo quy định của mỗi quốc gia mà danh mục các chất tạo ngọt được phép sử dụng có thể khác nhau. Các nhà khoa học vẫn đang nổ lực tìm kiếm những chất tạo ngọt mới với các đặc tính kỹ thuật ưu việt hơn để được sử dụng trong sản xuất một số loại thực phẩm chức năng. 5 1.2.Phân loại Có nhiều phương pháp phân loại các chất tạo vị ngọt. Theo Branen và cộng sự (1989), các chất tạo vị ngọt có thể chia thành hai nhóm: có giá trị dinh dưỡng và không có giá trị dinh dưỡng Khi sử dụng các chất tạo ngọt, người ta thường quan tâm đến ba khái niệm dưới đây:  Vị ngọt: Vị ngọt của Saccharose được xem là vị ngọt chuẩn. Một số chất ngọt có thể có vị ngọt pha lẫn (vd: glycyrrhizin có vị ngọt pha lẫn vị cam thảo)  Ngưỡng phát hiện: Nồng độ thấp nhất của dung dịch chất tạo vị ngọt để người sử dụng có thể cảm nhận và phát hiện được vị ngọt  Độ ngọt tương đối: Thường được so sánh với độ ngọt của chất chuẩn Saccharose. Việc xác định độ ngọt tương đối được thực hiện bằng cách so sánh tỷ lệ nồng độ chất tạo ngọt cần tím với chất chuẩn, sao cho vị ngọt của hai dung dịch là tương đương. Đơn vị đo nồng độ thường dùng là: phần trăm khối lượng (W/W) hoặc mol/l. 6 Chất tạo ngọt Có giá trị dinh dưỡng Không có giá trị dinh dưỡng Glucid Polyols Tự nhiên Tổng hợp monosaccharide Disaccharide Hỗn hợp Đơn giản Hỗn hợp Glucose Frutose Galactose Saccharose Mantose Lactose Đường nghịch đảo Syrup thuỷ phân từ Mật ong Xylitol Sorbitol Mannitol Maltitol Lactiol Glucose Syrup được hydrogen hoá Isomalt Glycyrrhi- zin Stevioside Thaumatin Monelin Miracullin Dihidroch- alcone Saccharine Cyclamate Acesulfame Aspartame Sucralose Dulcine 1.3.Xylitol Là một chất làm ngọt xuất hiện tự nhiên.Nó có thể được tìm thấy trong quả dâu tây, rau và nấm…Tiếng Phần Lan gọi nó là “koivusokeri” hay “đường phong”. Cách tốt nhất để sản xuất xylitol là sản xuất từ cây Bulô bằng việc băm nhỏ và nấu chảy sợi gỗ xylan. Hình 1: Cơ chế hình thành xylitol từ xylose Hydrolysis Hydrogenation (C 5 H 8 O 4 )n n(C 5 H 10 O 5 ) n(C 5 H 12 O 5 ) Pentosans Xylose Xylitol Tính chất:  Khối lượng phân tử: 152  Hình dạng: màu trắng, bột tinh thể  Không mùi  Điểm sôi: 126 0 C(760mmHg)  Điểm nóng chảy: 92-96 0 C  Độ hòa tan ở 20 0 C: 169g/100g nước, khó tan trong etanol, metanol  pH trong nước: 5-7  Nhiệt hòa tan: -34,8cal/g  Năng lượng: 4,06cal/g CHƯƠNG 2: SẢN XUẤT CHẤT TẠO NGỌT 2.1.Nguyên liệu. Bã mía: chế phẩm của nhà máy đường. Thành phần bã mía: - Cellulose: 39,2% - Hemicellulose: 19,7% - Ligin: 17,8% - Protein: 1,5% Hemixenloloze  Hemixenluloze thuộc nhóm pholysaccarit phi xenluloza. 7  Hemixenluloze là hỗn hợp của một số loại pholysaccarit khi thủy phân chủ yếu tạo ra một số đồng phân lập thể thuộc heoza.  Hemixenluloze gồm các pholysaccarit mà mạch phân tử có thể là homopolyme hoặc opolyme.  Các đơn vị mắc xích của các pholysaccarit hemixenluloza thường là vòng anhydro của các saccarit như D-xyloza, L-arabubiza.  Trong thành phần của một số pholysaccarit hemixenluloza còn liên kết với nhóm axetyl làm cho thành phần của hemixenluloza trở nên phức tạp hơn. Lingin  Là hợp chất cao phân tử có hoạt tính thơm, bộ khung của đơn vị mắc xích lignin là phenyl propan.  Các nhóm chức có ảnh hưởng lớn nhất đến tính chất của lignin là nhóm hydroxyl phenol, nhóm hydroxyl rượu benzolic và nhóm cacbonyl. Bảng 1: Bảng số lượng các nhóm chức của lignin ( tính theo 100 đơn vị phenylpropan) Nhóm chức Metoxyl Hydroxyl phenol(tự do) 139-158 9-13 Bảng 2. Thành phần gỗ brich thủy phân Component Concentration(g/l) Xylose 110.0 Glucose 3.1 Rhamnose 3.5 Mannose 3.4 Galactose 1.5 8 arabinose 1.6 Bảng 3. Thành phần hóa học của bắp hydrolysate Xylose (%) Glucose (%) Arabinose (%) Galactose (%) Mannose (%) Reference Com fiber 17 37 11 4 - Saha & bothast( 1999) 30-41 25-38 21-28 4-6 - Hespell(1998) 20 20 10 - - Leathers(1996) 20 16 11 2 - Dien(1999) 2.2.Môi trường Thành phần môi trường cần cho lên men.  Xylose: 5-15g/l  Glucose: 0.5-2g/l  Dịch chiết nấm men: 0.2-2g/l  (NH 4 ) 2 SO 4 : 0.2-2mg/l  (KH 2 )PO 4 : 0.2-2mg/l  MgSO 4 : 0.02-0.1mg/l Thực hiện: Xylose, glucose được pha với thành phần thích hợp, bổ sung MgSO 4 - Tiệt trùng  Điều kiện: 121 0 C, áp suất 1.5atm, thời gian 15 phút.  Thiết bị: autoclave 9 Hình 2: Thiết bị tiệt trùng autoclave - Bổ sung dịch nấm men và các khoáng còn lại. - Chỉnh pH: 4,5-5,5 2.3.Vi sinh vật. 2.3.1.Candida tropicalis. Đặc điểm:  Chủng: nấm  Ngành: ascomycota  Lớp: saccharomycetes  Bộ: saccharomycetales  Họ: saccharomycetaceae  Giống: candida  Loài:C.tropicalis Hình 3: nấm men C.Tropicalis Candida tropicalis là một loại nấm men có hình tròn hoặc bầu dục, kích thước khoảng 5.5x4.0-9.0 µ m. Tính chất.  Nguồn cacbon: xylose, glucose, maltose, galactose. 10 [...]... thực vật Đầu tiên tạo ra xylose từ hemicellulose sau đó đường xylose được chuyển hoá thành xylitol dưới tác động của vi sinh vật Vi c sản xuất xylitol góp phần xử lý các nguyên liệu thừa thải trong nông nghiệp như rơm rạ, bã mía…góp phần bảo vệ môi trường và tạo ra chất tạo ngọt phục vụ nhu cầu thị trường 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Khoa Công nghệ Thực phẩm (2015), Giáo trình ứng dụng công nghệ sinh. .. tìm ra những công nghệ mới để 25 tiết kiệm sử dụng các sản phẩm có thể phục hồi này cốt đễ giảm giá vi c xử lý ô nhiễm Trong những năm gần đây, sự chú ý tập trung vào các quá trình công nghệ sinh học cho vi c sản xuất vài nguồn thức ăn hữu ích và các sản phẩm thực phẩm khác Một trong những sản phẩm này là xylitol được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm và công nghiệp dược phẩm Sản xuất xylitol bằng sự... 2.0-4.0 x 3.0-6.5 µ m Tính chất  Nguồn cacbon: xylose Glucose.Sucrose  Nguồn nito: muối amoni  Nhiệt độ tối thích: 300C  pH: 3.5-7  Nhu cầu oxi: vi sinh vật kị khí tùy tiện  Hình thức sinh sản: sinh sản hữu tính 11 2.4.Quy trình công nghệ 2.4.1.Quy trình trích ly xylose từ nguyên liệu Bã mía xay Rửa Nước Sấy Phối trộn HCL Gia nhiệt Thủy phân Nước nóng Lọc Pha rắn Pha lỏng ép Sản phẩm phụ Giải thích... xylose và 100g glucose, ngoài ra còn có các chất dinh dưỡng  Tốc độ bổ sung: 6.04g/l.h Các yếu tố ảnh hưởng của quá trình lên men - Hàm lượng glucose trong môi trường nuôi cấy:  Glucose nguồn dinh dưỡng, giúp vi sinh vật tăng sinh khối Sinh khối nhiều làm tăng sản phẩm  Sự tạo thành ethanol trong quá trình trao đổi chất, gây ức chế tế bào hoặc ức chế sản xuất sản phẩm ⇒ Vậy cần có hàm lượng đường tối... xylitol) Vi c sử dụng Xylitol trong kẹo cao su (chewing gum) cho các vấn đề vệ sinh răng miệng và điều trị các bệnh răng miệng Kẹo cao su được sản xuất bằng cách pha trộn các chất diệt khuẩn, bột đường Nó cũng có thể chứa các thành phần khác như chất làm mền và mùi thơm Các chất diệt khuẩn được lựa chọn từ các chất sát trùng và một số loại muối của acid citric, muối fluoride và Ribavirin 2 Chỉ tiêu chất. .. tựu công nghệ Sản xuất xylitol bằng phương pháp lên men từ rơm Mỗi năm, một số lượng lớn sinh khối phế thải được tích lũy trong tự nhiên, là nguyên căn các vấn đề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Đốt 1 tấn chất thải này sẽ cho ra 1.7 tấn CO, NO, methyl clorua và các khí độc khác Chất thải xuất ra tăng dần đến một điểm nơi mà các phương cách khôi phục tự nhiên chưa thích đáng Vì thế cần tìm ra những công. .. Xylitol trong các sản phẩm thực phẩm Ta dùng Xylitol để được cải thiện chất lượng cá đông lạnh và các sản phẩm từ thịt bằng cách khi sản xuất cho thêm trộn chung đường Xylitol Nó ngăn chặn sự biến tính của quá trình đông lạnh và duy trì màu sắc của sản phẩm Xylitol đã được áp dụng các thực phẩm dựa trên sản phẩm mật ong có hương vị làm cho sản phẩm có độ tinh khiết cao hơn nâng cao chất lượng nếu có... khí vào thùng từ dưới lên 24  Dịch sau lên men sẽ được bơm ra thiết bị chiết tách Đánh giá quá trình lên men: Dùng HPLC với cột là Suger pak I g 2.4.3 .Sản phẩm Xylitol đã được sử dụng trong một loạt sản phẩm Nó có thể được sử dụng như một phụ gia thực phẩm trong ngành công nghiệp: trong ngành công nghiệp dược phẩm, y tế thực phẩm, nước giải khát, các ngành công nghiệp bánh ngọt, chất tạo ngọt 1 Xylitol... trường lên men đễ sản xuất xylitol Tuy nhiên bên cạnh đó, quá trình đường phân cũng sinh ra một lượng lớn sản phẩm phụ như acid acetic furfural, hydroxyl furfural (HMF) là chất độc đối với trao đổi chất ở VSV Đễ giải quyết vấn đề này, ta cần chọn điều kiện phản ứng thỏa mãn đễ giữ sản phẩm phụ phụ thuộc vào điều kiện của phản ứng thủy phân Bảng 5: ảnh hưởng của phương pháp xử lý vật lý và hóa học khác... nồng độ chất khô của sản phẩm đạt yêu cầu sản phẩm được tháo ra ngoài qua cửa tháo sản phẩm Kết quả: Thành phần đạt được sau cô đặc Xylose = 46 g/l Glucose = 1,8 g/l Arabinose = 2,5 g/l Total phenols = 1,78 g/l Furfural = 0,011 g/l Hydroxymethylfurfural = 0,004 g/l 17 2.4.2.Quy trình lên men sản xuất xylitol Nguyên liệu Giống Nhân giống Lên men Tách và tinh chế Xylitol Giải thích quy trình công nghệ 1 . nay.Vì vậy, nhóm chúng tôi thực hiện đề tài: Công nghệ sản xuất chất tạo ngọt từ vi sinh vật để tìm hiểu rõ hơn về công nghệ sản xuất xylitol từ vi sinh vật. Trong bài báo cáo còn nhiều sai sót. BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM BÁO CÁO TIỂU LUẬN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHẤT TẠO NGỌT TỪ VI SINH VẬT GVHD:. TỔNG QUAN VỀ CHẤT TẠO NGỌT 5 1.1.Định nghĩa 5 1.2.Phân loại 6 1.3.Xylitol 7 CHƯƠNG 2: SẢN XUẤT CHẤT TẠO NGỌT 7 2.1.Nguyên liệu 7 2.2.Môi trường 9 2.3 .Vi sinh vật 10 2.4.Quy trình công nghệ 12 2.4.1.Quy