Công nghệ sản xuất xanthan gum

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC-THỰC PHẨM-MÔI TRƯỜNG

1 Lê Trí Kiểng

2 Đỗ Tuyết Mai

3 Lê Thị Kiều Huệ

4 Nguyên Hoàng Oanh

5 Phạm Thị Bích Trâm

6 Hồ Tuấn Dũng

7 Nguyễn Vân Hương

8 Hồ Thùy Bảo Trân

SVTH:

1

Trang 2

Nội dung báo cáo

2

Tổng quan tài liệu Quy trình sản xuất Thuyết minh quy trình Yêu cầu kỹ thuật

Một số ứng dụng

CNSX Xanthan gum

Trang 3

Tổng quan tài liệu

Giới thiệu chung về Xanthan gum

‒ Là 1 polysaccharide cao phân tử (M~933), được sản xuất bởi quá trình

lên men cacbonhydrat với chủng vi khuẩn thuần khiết Xanthomonas

campestris

‒ INS (International numbering system): 415

‒ Mã số CAS (Chemical Abstracts Service): 11138-66-2

‒ Chức năng: phụ gia thực phẩm: làm dày, tạo bọt, ổn định cấu trúc sản phẩm, chất nhũ hóa

‒ Đây là phụ gia được cho phép sử dụng trong thực phẩm được quy

định cụ thể trong QCVN 4 - 21: 2011/BYT

Trang 4

acetate, pyruvate với số lượng thay

đổi làm cho nên cấu trúc bất đối

xứng

‒ Các β-D-glucose liên kết với nhau

bằng liên kết β-1,4 glycoside

Trang 5

Trạng thái phân tử Xanthan gum

‒ Mạch nhánh và mạch thẳng xoắn chặt

với nhau tạo thành hình dạng bền

chặt

‒ Mạch chính được mạch bên bảo vệ

nên làm cho Xanthan tương đối bền

với acid, kiềm và enzyme

Trang 6

6

Cơ chế tạo gel của xanthan gum

‒ Ở điều kiện nhiệt độ cao, các xanthan dạng xoắn đôi sẽ bị tách ra tạo

thành các mạch đơn phân bố đều trong dung dịch

‒ Khi giảm nhiệt độ, các mạch đơn này lại hình thành các liên kết với

nhau, xoắn cuộn lại, tạo thành cấu trúc mạng lưới; song song đó hình

thành nên liên kết Hydro và cộng hóa trị với nước và một số cation

như K+…Vì thế mà cấu trúc gel của xanthan gum được hình thành

‒ Tăng nồng độ muối có tác dụng làm bền hệ gel trong điều kiện nhiệt

độ và pH cực đoan

‒ Và yếu tố quan trọng quyết định độ bền hệ gel này là nồng độ xanthan gum trong dung dịch Nếu nồng độ quá thấp sẽ hình thành những liên kết không phù hợp, hệ liên kết lỏng lẽo Trọng lượng phân tử

xanthanvà nồng độ muối them vào dung dịch

Trang 7

Ảnh hưởng của nồng độ xanthan gum lên cấu trúc

gel:

a) In dilute solution: Cd=1mg/cm3 Sự phân

ly của các dimer xanthan thành 2 chuỗi đơn duy nhất cấu trúc xoắn với 1 vòng lặp kẹp tóc giống nhau do sự tương tác ion yếu.

b) In concertrated solution: Cd = 10mg/cm3

Xoắn kép được tháo xoắn ở 2 phần đầu cuối nhưng không phân tách thành 2 chuỗi duy nhất, do xanthan tự làm tang lực ion hiệu quả để ổn định các dimer Đồng thời tập hợp các cặp không phù hợp làm tăng khối lượng phân tử đáng kể

Trang 8

Độ nhớt cao và tính tan cao tốtKhả năng hydrate hóa

Ổn định với nhiệt độ, pH, enzyme…

Đặc trưng độc đáo của lưu biến pseudoplasticTính tương hợp của xanthan gum

8

Tính chất công nghệ Xanthan gum

Trang 9

Tạo dung dịch có độ nhớt

‒ Khi hòa tan trong nước, bị hydrat hóa một cách nhanh chóng, không

bị đóng cục, tạo dung dịch có độ nhớt cao

‒ Xanthan gum có độ nhớt cao Dung dịch có nồng độ khoảng 1% có độ nhớt xấp xỉ 1000 cP (centipoise) khi đo ở 60v/ph với thiết bị đo độ

nhớt Brookfield model LVF ở 250C Cao gấp 100 lần so với gelatin

cùng nồng độ

‒ Ảnh hưởng của muối: độ nhớt không bị ảnh hưởng khi thêm một

lượng lớn muối, như trong 250g/l dung dịch NaCl chỉ làm tăng đáng

kể độ nhớt của dung dịch xanthan

Trang 10

10

Tính tương hợp của xanthan

‒ Với alcohol: Tuy xanthan không hòa tan trực tiếp được trong alcohol

nhưng lại có khả năng tương thích với nó Những sản phẩm chứa

xanthan trong công thức thành phần thường chiếm đến 60% dung môi alcohol như ethanol Ta có thể sử dụng tính chất này để làm cocktail,

rượu có mùi chocolate trở nên đặc hơn

‒ Xanthan gum có thể hình thành một hệ thống làm dày ổn định với

axit, kiềm, muối, me, chất bảo quản, chất làm đặc, oxy hóa, và các hóa chất khác Đồng thời, nó vẫn có thể lưu biến

‒ Nhờ có các liên kết beta-1,4-glycoside kết hợp với cấu trúc xoắn cuộn

mà xanthan gum không bị thoái hóa dưới tác động của enzyme

cellulase, pectinase, amylase, protease trong thực phẩm

Trang 11

Gel thuận nghịch về nhiệt độ

‒ Gel tạo thành khi làm nguội các hỗn

hợp xanthan gum ở trạng thái keo có

thể thực hiện sự chuyển đổi cấu hình

xoắn ốc đôi thành chuỗi đơn ở nhiệt

độ 40 – 800C Ở cấu hình chuỗi đơn,

mạng lưới liên kết yếu đi, hình thành

nên trạng thái giả dẻo (pseudoplastic)

làm giảm độ nhớt của dung dịch

Xantham gum có khả năng kết hợp

được với nhiều chất tạo gel, tạo sệt

khác nhau như locust bean gum,

konjac, guar gum

Trang 12

12

Khả năng hydrat hóa, ổn định với nhiệt độ và pH

‒ Sự hiện diện của những chuỗi tích điện âm trong phân tử xanthan gum làm tăng khả năng hydrate hóa và tạo nên dung dịch xanthan gum rất

bền khi lạnh đông cũng như rã đông

‒ Với nồng độ muối 0,1% trở lên, độ nhớt của xanthan gum tương đối

không thay đổi trong khoảng nhiệt từ -18 đến 1200C, pH từ 2-12

Trang 13

Vi sinh vật lên men tạo Xanthan gum

‒ Xanthan gum được sản xuất từ vi khuẩn Xanthomonas campestris

được phân lập từ cây cải bắp, nó chính là loại vi khuẩn làm cho lá cây

Trang 14

14

Xanthomanas campestris

Trang 15

Dinh dưỡng Xanthomonas campestris

Trang 16

16

Chỉ tiêu chọn giống

Trang 17

Tình hình sản xuất - sử dụng trong và ngoài nước

‒ Trong công nghiệp polysaccharide thì xanthan gum là một trong

những đại diện phát triển nhanh nhất Đối với ngành thực phẩm,

những nhu cầu về gum tự nhiên đang có xu hướng giảm xuống, trong

khi đó xanthan lại có xu hướng tăng lên

‒ Trên 20.000 tấn xanthan được sản xuất theo phương pháp công nghiệp

từ giống vi khuẩn X campestris mỗi năm

‒ Nhu cầu tiêu thụ xanthan trên toàn thế giới là khoảng 23 triệu kg/năm

và được dự đoán là sẽ tiếp tục tăng lên 5-10% theo hằng năm

Trang 18

Tỉ suất tăng trung bình hàng năm của những polysaccharide thương mại chủ yếu: những dự báo và phân tích thị trường Mỹ

Tỷ suất tăng trung bình hằng năm (%) Polysaccharide Thực phẩm Dầu mỏ Mỹ phẩm

Starches Natural gum Guar

Algins Arabic Carrageenans Locust bean Cellulosics Carboxymethylcellulose Hydroxypropyl guar

Hydroxylethylcellulose Methylcellulose

Xanthan Pectin

2,5

2,1 2,7 2,6 4,5 1,9

3,5 - - 3,5 8,3 5,2

1,5

- - - -

-0,5 1,5 0,5 - 2,0 -

3,7 3,7 3,7 3,1

-3,0 - - 3,7 5,9 -

Trang 19

Quy trình sản xuất Xanthan gum

Nguyên liệu

(syrup bắp, glucose…)

Chuẩn bị môi trường

Vi khuẩn

Xanthomonas campestris

Nhân giống Thanh trùng

Tách vi sinh vật

Lên men Thanh trùng

Kết tủa Tách nước Sấy Nghiền Đóng gói Bao bì

Trang 20

Thuyết minh quy trình

 Nhiệt độ: tối ưu là 28 – 300C

Trang 21

Chuẩn bị môi trường-Thanh trùng lần 1

‒ Mục đích: chuẩn bị, đảm bảo về mặt vi sinh môi trường trước khi lên men

‒ Biến đổi:

 Vật lý: tăng nhiệt độ của môi trường.

 Sinh học: ức chế và tiêu diệt vi sinh vật.

 Hóa học: một số phản ứng hóa học dưới tác dụng của nhiệt độ có thể xảy ra như

Trang 22

Môi trường nuôi cấy Xanthomonas Campestris

Trang 23

Trang 24

Trang 25

 Sinh học: Enzyme, Xanthomonas campestris bị ức chế và tiêu diệt

 Hóa lý: độ nhớt giảm do nhiệt độ tăng.

‒ Thông số công nghệ:

 Nhiệt độ: 700C.

 Thời gian: 30 phút.

Trang 26

26

Pha loãng

‒ Mục đích: làm giảm độ nhớt, chuẩn bị cho ly tâm tách vk

‒ Các biến đổi: ít có các biến đổi xảy ra ngoài độ nhớt giảm

 Tỷ lệ pha loãng: tùy vào độ nhớt cuối cùng của canh trường lên men.

 Nhiệt độ nước pha loãng: 70-800C.

 Độ nhớt của dịch sau pha loãng: 100cP.

‒ Thiết bị: bồn chứa có canh khuấy

Trang 27

Tách vi sinh vật

‒ Mục đích: chuẩn bị Loại bỏ

những phần không cần thiết ra

khỏi canh trường, chuẩn bị cho

quá trinh tủa xanthan gum

Trang 28

28

Kết tủa

‒ Mục đích: thu hồi sản phẩm Chuẩn bị tách nước

‒ Các biến đổi:

‒ Vật lý: dịch trở lên đục khi quá trình kết tủa được tiến hành

‒ Hóa lý: sự kết tủa của các phân tử xanthan nhờ sự hình thành liên kết của

các cation của muối với các gốc tích điện ẩm có trong canh trường Ngoài ra còn quá trình trích ly các chất màu, xác vi khuẩn, một số muối… không tốt cho sản phẩm vào dung dịch ancol

‒ Phương pháp: tủa bằng dung môi EtOH+NaCl 4oC

Trang 29

Tách nước

‒ Mục đích: cô đặc, chuẩn bị cho quá trinh sấy

‒ Biến đổi: huyền phù được tách thành pha riêng biệt với độ ẩm khoảng 50%

‒ Thiết bị: ly tâm đĩa

Trang 30

30

Sấy

‒ Mục đích: khai thác, hoàn thiện và bảo quản

‒ Các biến đổi:

 Vật lý: nhiệt độ sẽ tăng cao trong bán thành phẩm.

 Hóa học: độ ẩm giảm, nhiệt độ cao có thể phân hủy mạch polymer trong cấu trúc của xanthan.

 Hóa lý: biến đổi quan trọng nhất là sự chuyển pha từ lỏng sang hơi của nước.

 Sinh học: các vi sinh vật còn sót lại bị ức chế hoặc tiêu diệt dưới tác dụng nhiệt

của quá trình sấy, hoạt độ của nước giảm

 Thời gian lưu:

 Cường độ bức xạ:

 Độ ẩm cuối của sản phẩm: 8 – 15%.

Trang 31

Thiết bị: Sử dụng thiết bị sấy bức xạ hoạt động liên tục dạng đường hầm (tunnel).

Trang 32

 Vật lý: kích thước của nguyên liệu sẽ giảm, diện tích bề mặt riêng sẽ tăng lên

Dưới tác dụng của các lực, nhiệt độ của nguyên liệu của nguyên liệu sẽ tăng lên.

 Hóa lý: sau khi nghiền, tốc độ hút ẩm sẽ tăng lên, làm độ ẩm của sản phẩm tăng, có thể dẫn tới tình trạng nguyên liệu bị vón cục.

Trang 33

Thiết bị nghiền búa

Trang 34

‒ Các biến đổi: sản phẩm ít biến

đổi trong quá trình này

‒ Thiết bị: quá trình đóng gói tiến

hành trên dây chuyền tự động

Trang 35

Yêu cầu kỹ thuật

Tính chất cơ bản

Trang 36

36

Độ tinh khiết

Trang 37

Các yêu cầu về vi sinh vật

Trang 38

38

Hàm lượng

‒ Hàm lượng tính theo chế phẩm

khô, không được nhỏ hơn 4,2%

và không được quá 5,4% CO2,

tương ứng với 91,0% - 117,0%

gum xanthan

Carbon Dioxide Determination by Decarboxylation

Trang 39

Ứng dụng trong sản xuất mỹ phẩm

Trang 40

Ứng dụng trong Y dược

40

Trang 41

Ứng dụng trong thực phẩm

Trang 42

Sản phẩm

Hương, nước, đường

Ngâm nước (nước nóng)

Pectin 0,24g và xanthan gum 0,24g

2ml hương vải

đường 103,81g

1000C trong 2 phút Kích thước 1*1*1mm

Sơ đồ công nghệ sản xuất nước lô hội

Trang 43

Kết luận

‒ Xanthan gum là phụ gia làm dày có chất lượng tốt và độ an toàn cao,

nhưng chưa được sản xuất và sử dụng rộng rãi tại việt nam, do chi phí nhập khẩu cao hơn so với các hydrocolloid khác Đề nghị đưa quy

trình sản xuất vào ứng dụng nhằm sản xuất ra những sản phẩm mang

chất lượng tốt với giá thành rẻ

Trang 44

Tham khảo

44

1 Nguyễn Lân Dũng, Vi sinh vật học, NXB Giáo dục 2003

2 Nout R.M.J et al, Food Fermentation, Wagemngen aceademic

5 Becker A, Katzen F, Pu" hlcr A, Ielpi L, Xanthan gunt biosynthesis

and applicalion: a biochemical/geneticperspective Appl Microbiol Biotechnol; 50:145-52, (1998)

…………

Trang 45

Thầy cô và các bạn đã lắng nghe

Định dạng
Số trang	45
Dung lượng	6,63 MB