Tiểu luận môn Ứng dụng công nghệ sinh học trong công nghệ thực phẩm Công nghệ sản xuất Bacterial Cellulose

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM MÔN: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BACTERIAL CELLULOSE GVHD: Nhóm: TKB: Phịng: STT HỌ VÀ TÊN TP.HCM - 2015 MSSV MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU PHẦN 1.TỔNG QUAN I.Giới thiệu thạch dừa 1.1.Khái niệm 1.2.Nguồn gốc 1.3 Phân loại 1.4.Cấu trúc thạch dừa II.Nguyên liệu nƣớc dừa 2.1.Nguồn gốc, phân loại 2.2.Giá trị dinh dƣỡng 2.3.Thành phần hóa học 2.4.Tác hại nƣớc dừa 2.5.Ứng dụng nƣớc dừa III Vi sinh vật 3.1.Acetobacter 3.1.1.Đặc điểm sinh lý 3.1.2.Phân loại 10 3.1.3.Ứng dụng vi khuẩn Acetobacter 10 3.1.4.Phân lập Acetobacter 11 3.2.Giống Acetobacter xylinum 11 3.2.1.Nguồn gốc 11 3.2.2.Hình thái Đặc điểm sinh lý 11 3.2.3.Đặc điểm sinh lý, sinh hóa 11 3.2.4.Tiêu chí chọn giống 12 3.2.5.Cơ chế tổng hợp 13 PHẦN SƠ ĐỔ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ LÊN MEN THẠCH DỪA 14 I.Quy trình công nghệ 14 II.Thuyết minh quy trình 15 2.1.Quá trình lọc 15 2.2.Quá trình bổ sung chất 16 2.3.Quá trình tiệt trùng làm nguội 16 2.4.Quá trình lên men 17 2.5.Quá trình cắt thạch 18 2.6.Q trình trung hịa acid 18 2.7.Quá trình đóng gói 19 2.8.Quá trình trùng 19 III.Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình lên men 20 3.1.Ảnh hƣởng hàm lƣợng nƣớc dừa rong môi trƣờng lên men 20 3.2.Ảnh hƣởng nguồn Nitơ 20 3.3.Ảnh hƣởng nguồn Cacbon 21 3.4.Ảnh hƣởng nồng độ chất khô 22 3.5.Ảnh hƣởng pH 22 3.6.Ảnh hƣởng nhiệt độ 22 PHẦN 3: SẢN PHẨM THẠCH DỪA 23 I.Đánh giá chất lƣợng sản phẩm 23 1.1.Mô tả sản phẩm 23 1.2.Chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng sản phẩm 23 II.Ứng dụng 24 III.Một số loại sản phẩm có thị trƣờng 25 IV.Hƣớng phát triển dạng sản phẩm tiềm 26 Tài liệu tham khảo 27 LỜI MỞ ĐẦU Bacterial cellulose (BC) hợp chất tƣơng hợp sinh học, không độc hại, có nhiều tính chất độc đáo với cấu trúc siêu mịn, xốp nên có nhiều ứng dụng nhiều lĩnh vực thực tế Một lĩnh vực quan trọng ngành thực phẩm Trong sống đại, số lƣợng ngƣời bị mắc chứng béo phì bệnh tiêu hóa ngày tăng cao Đó hậu việc sử dụng “fast food” – thức ăn nhanh loại thực phẩm nhiều chất béo Do đó, vấn đề đặt phải có loại thực phẩm lƣợng thấp, khơng lipid, lại giúp kích thích tiết thực để hạn chế phần nguy mắc bệnh trên, mà phải thơm ngon, hấp dẫn ngƣời tiêu dùng Thạch dừa ví dụ điển hình Thạch dừa đƣợc tạo thành lên men vi khuẩn Acetobacter Xylinum môi trƣờng nƣớc dừa già nƣớc cót dừa Thạch dừa sản phẩm trắng nhƣ thạch agar, dai, có chất hóa học nhƣ polysaccharide nên khơng có giá trị dinh dƣỡng cao, nhƣng có đặc tính kích thích nhu động ruột làm cho việc điều hòa tiết tốt Thạch dừa cịn có tác dụng phịng ngừa ung thƣ giữ cho da đƣợc mịn màng Thuận lợi việc sản xuât thạch dừa theo phƣơng pháp lên men truyền thống ƣu điểm cơng nghệ sản xuất vi sinh: tốc độ sinh sản nhanh, trang thiết bị đơn giản, tốn mặt nhân công, tƣơng ứng giá thành rẻ… Tuy nhiên, điểm hạn chế phụ thuộc vào nguyên liệu, dẫn đến khó ứng dụng sàn xuất quy mơ công nghiệp Môi trƣờng nƣớc dừa già nguyên liệu thƣờng dùng để sàn xuất thạch dừa nhƣng có sẳn số vùng (mang tính địa phƣơng), cịn vùng khác lại khan yếu tố địa lý Công tác vận chuyển nƣớc dừa đến vùng gặp nhìu khó khăn Do vấn đề cần phải giải mơi trƣờng lên men phải xuất phát từ nguồn nguyên liệu có sẳn, đa dạng, rẻ, có số lƣợng lớn, dễ vận chuyễn mang tính quy mơ cơng nghiệp, tận dụng nguồn phế liệu từ trình sản xuất thực phẩm khác Vì vậy, nhóm chúng em thực đề tài “công nghệ sản xuất bacterial cellulose” PHẦN TỔNG QUAN I Giới thiệu thạch dừa 1.1 Khái niệm Thạch dừa sản phẩm thực phẩm dạng khối đông, mờ, dai đƣợc tạo từ lên men nƣớc dừa vi khuẩn Acetobacter xylinum mơi trƣờng nƣớc dừa già có bổ sung chất dinh dƣỡng cần thiết Hình Thạch dừa 1.2 Nguồn gốc  Thạch dừa, gọi Nata de coco, loại thức ăn phổ biến có nguồn gốc từ phillippin, đƣợc tạo từ lên men nƣớc dừa vi khuẩn Acetobacter xylinum Nata tiếng Tây Ban Nha có nghĩa kem Coco dừa, nata de coco có nghĩa kem dừa hay thạch dừa Đây số loại thực phẩm thƣơng mại ứng dụng từ cellulose vi khuẩn  Sản phẩm thạch dừa ăn tráng miệng dai, suốt ngon, đặc biệt đƣợc trộn với ăn nhƣ trái cây, xirô…  Năm 1992, thạch dừa bắt đầu đƣợc giới thiệu Nhật Bàn nhƣ sản phẩm thực phẩm ăn kiêng thạch dừa cung cấp lƣợng khơng chứa cholesterol…  Trong thạch dừa có hàm lƣợng chất xơ cao tốt cho hệ thống tiêu hóa giúp thể chống lại bệnh ung thƣ ruột kết 1.3 Phân loại  Dựa tính chất sản phẩm: thạch dừa thơ thạch dừa thành phẩm Hình Thạch dừa thô thạch dừa thành phẩm  Dựa bao bì sản phẩm: thạch dừa đựng bao bì nilon thạch dừa đựng hủ nhựa Hình Thạch dừa đựng bao nilong thạch dừa đựng hủ nhựa  Dựa màu sắc mùi vị: thị trƣờng có nhiều loại thạch dừa với nhiều mùi vị khác Hình Thạch dừa hương cam, hương dứa hương dâu (từ trái sang) 1.4 Cấu trúc thạch dừa  Bản chất thạch dừa màng nhày có cấu trúc cellulose Cấu trúc mạng polysaccharide xếp không theo trật tự, không theo quy luật đan xen vào chằng chịt theo phía trình lên men vi khuẩn Acetobacter xylinum chuyển động hỗn loạn khơng theo quy luật Đó nguyên nhân tạo nên tính dai phía miếng thạch  Cấu trúc mạng polymer sinh học thạch dừa có khả giữ nƣớc lớn Miếng thạch dừa sau sấy 90OC mỏng nhƣ tờ giấy, bề mặt láng bong dai Kết xác định hàm ẩm thạch dừa 99%, thể rõ đặc tính háo nƣớc thạch dừa, chuỗi polymer dạng thạch dừa chứa nhóm OH nên dễ dàng tạo lien kết hydro với nƣớc II Nguyên liệu nước dừa 2.1 Nguồn gốc, phân loại  Nƣớc dừa đƣợc thu mua chủ yếu từ sỡ sản xuất cơm dừa nạo sấy (nƣớc dừa phế liệu sỡ này) Ở vùng có nhiều dừa sản xuất thạch dừa từ nguồn nguyên liệu nƣớc dừa già có hiệu kinh tế cao tốt cho trình lên men vừa giải đƣợc vấn đề môi trƣờng Tuy nhiên vùng dừa vấn đề ngun liệu lại điễm hạn chế dẫn đến khó ứng dụng sản xuất quy mô công nghiệp  Có loại nƣớc dừa: nƣớc dừa già non nƣớc dừa già 2.2 Giá trị dinh dưỡng  Nƣớc dừa thức uống bổ dƣỡng, làm mát tăng cƣờng sinh lực thể Nƣớc dừa chứa lƣợng đƣờng vừa đủ cung cấp cho thể dƣới dạng đƣờng dễ tiêu hóa (chủ yếu glucose, fructose saccharose) Nƣớc dừa chứa nhiều đạm cần thiết cho thể dƣới dạng nitơ acid amin thay không thay nƣớc dừa chứa nhiều vitamin chất khoáng Lƣợng vitamin C trái dừa đủ cung cấp cho nhu cầu thể ngày Ngoài nƣớc dừa cịn chứa số vitamin nhóm B nhƣ niacin.acid pantothenic, biotin, riboflavin, acid folic, thiamin pyrioxin tìm thấy dạng vết Nƣớc dừa đặc biệt chứa nhiều khoáng chất nhƣ natri, kali, magie, canxi,sắt, đồng, phosphor, lƣu huỳnh clorua  Nƣớc dừa có nhiều tính chữa bệnh nhƣ: + Nƣớc dừa thức uống bổ dƣỡng cho ngƣời gia ngƣời bệnh, chữa suy dinh dƣỡng + Nƣớc dừa chứa hợp chất hữu kích thích cho phát triễn + Nƣớc dừa loại trừ chất độc trƣờng hợp bị ngộ độc khoáng, giúp nhử trung ngăn nhiễm trùng đƣờng tiết niệu, lợi tiểu, chữa bệnh sốt mật + Nƣớc dừa dùng hiệu chữa trị bệnh thận sỏi bong đái, bênh tả, diệt giun, sán, lãi… + Nƣớc dừa đƣợc tiêm vào tĩnh mạch trƣờng hợp khuẩn cấp thay huyết máu vơ trùng, khơng sinh nhiệt dễ dàng đƣợc thể chấp nhận + Nƣớc dừa giúp nhanh chóng hấp thụ loại thuốc vào thể làm thuốc đạt tập trung nồng độ cao máu + Nƣớc dừa làm giảm độ acid, làm giảm sƣng tấy dày 2.3 Thành phần hóa học Bảng Thành phần chất nước dừa già nước dừa non Thành phần Tổng chất rắn (%) Đƣờng khử (%) Khoáng (%) Protein (%) Chất béo (%) Acid (mg%) pH K (mg%) Na (mg%) Ca (mg%) Mg (mg%) Nƣớc dừa già 5.4 0.2 0.5 0.1 0.1 60.0 5.2 247.0 48.0 40.0 15.0 Nƣớc dừa non 6.5 4.4 0.6 0.01 0.01 120.0 4.5 290.0 42.0 44.0 10.0 P (mg%) Fe (mg%) Cu (mg%) 6.3 79.0 26.0 9.2 106.0 26.0  Đƣờng + Trong tháng đầu q trình chín quả, đƣờng có nƣớc dừa chủ yếu dƣơi dạng đƣờng khử (glucose fructose) đƣờng sucrose xuất sau trái chín dần lƣợng đƣờng khử giảm + Lƣợng đƣờng khử có nƣớc dừa tăng đặn từ 1,5% đến – 5.5% tháng đầu q trình chín sau giảm chậm đến khoảng 2% giai đoạn chín hồn tồn Khi chín hồn tồn khoảng 90% đƣờng tổng nƣớc dừa sucrose  Khoáng + Nƣớc dừa non chứa hầu hết chất khoáng chất nhƣ: K, Na, Ca, P, Fe, Cu, S Cl Trong đó, K chiếm phân nửa lƣợng khống chất, điều giải thích ảnh hƣởng chế độ phân bón Kali + Nƣớc dừa non giàu K số khống chất khác giữ vai trị quan trọng việc tăng tiết chất thải  Protein + Nƣớc dừa chứa lƣợng nhỏ protein Hàm lƣợng alanine, arginine, cysteine serine protein nƣớc dừa non cao hàm lƣợng có sữa bị + Trong nƣớc dừa không chứa protein phức tạp nên nguy gây sốc cho ngƣời bệnh đƣợc giảm thiểu Bảng Thành phần amino acid nước dừa Acid amin Hàm lƣợng (% khối lƣợng/amin tổng số) Acid glutamic 14.5 Arginine 12.75 Leucine 4.18 Lysine 4.51 Proline 4.12 Aspartic 3.6 Tyrosine 2.83 Almine 2.41 Histidine 2.05 Phenylalanin 1.23 Senine 0.91 Cystein 1.17  Vitamin + Nƣớc dừa non có chứa acid ascorbic (vitamin C) vitamin nhóm B + Lƣợng vitamin C khoảng 2,2 – 3,7 mg/ml lƣợng giảm dần cơm dừa cứng dần Bảng Các vitamin nhóm B nước dừa Vitamin Hàm lƣợng (g/l) Acid ascorbic Penthothenic 0.052 Acid nicotinic 0.064 Acid folic 0.03 Riboflavin 0.00001  Chất kích thích sinh trƣởng: Trong nƣớc dừa có chứa nhiều chất kích thích sinh trƣởng nhƣ: 1,3-diphenieriea, hexitol, phylbcocosine, cytokininin, zeatin, ribosid, myoinositol, scyllo-inositol, sorbitol 2.4 Tác hại nước dừa  Nƣớc dừa chứa lƣợng Kali cao làm cân hệ điện phân tế bào, nƣớc dừa cịn chứa nhiều đƣờng khơng thích hợp cho ngƣời bị bệnh tiểu đƣờng béo phì  Theo quan điểm dân gian nƣớc dừa thuộc âm, tức có tính giải nhiệt, làm mát, làm mềm yếu gân cơ, hạ huyết áp Nƣớc dừa có hại cho sức khỏe uống nhiều thƣờng xuyên (3 – trái/ngày) bệnh nhân suy nhƣợc, huyết áp thấp, ngƣời hay lạnh Lạm dụng nƣớc dừa phát sinh bệnh: huyết áp thấp, cƣờm nƣớc (mắt), nhức đầu kinh niên, suy nhƣợc thần kinh, thấp khớp, mỏi mệt gân cốt, trĩ nội, rong kinh, lòi dom, dễ xuất huyết nội…  Nƣớc dừa có hại ta lạm dụng hay sử dụng vào trƣờng hợp bệnh cấm kỵ dùng (trĩ, huyết áp thấp, cảm lạnh, thấp khớp, mệt tim lạnh…) Dùng nƣớc dừa khơng lúc có hại nhƣ dùng nƣớc dừa với đá vào buổi tối (3 yếu tố âm cộng lại: nƣớc dừa, lạnh, buổi tối) dễ bị bệnh 2.5 Ứng dụng nước dừa  Do thành phần hóa học có nƣớc dừa đa dạng có giá trị dinh dƣỡng nên nƣớc dừa đƣợc sử dụng nhƣ loại nƣớc giải khát phổ biến Cải thiện nƣớc dừa chất chống oxy hoá nhƣ acid ascorbic, thêm đƣờng – 10% điều chỉnh pH 4.2 – 4.3, cho vào 0.1 – 0.15% sodium citrate sodium benzoate  Nuớc dừa cịn mơi trƣờng ni cấy vi khuẩn Một số nhà khoa học tin khơng thích hợp mà cịn kích thích tăng trƣởng vi khuẩn  Nƣớc dừa dùng để nuôi nấm men Saccharomyces fragilis tạo protein đơn bào bổ sung nguồn protein thực phẩm cho ngƣời Dùng nƣớc dừa để ni nấm men có ƣu điểm khơng cần bổ sung số chất dinh dƣỡng  Nƣớc dừa dùng để sản xuất thạch dừa Thạch dừa sản phẩm đƣợc phổ biến ƣa chuộng III Vi sinh vật 3.1 Acetobacter 3.1.1 Đặc điểm sinh lý  Giống vi khuẩn Acetobacter thuộc họ Pseudomonadieae, phân bố rộng rãi tự nhiên phân lập đƣợc vi khuẩn từ không khí, đất, nƣớc, lƣơng thực thực phẩm, dấm, rƣợu, bia, hoa quả… Có khoảng 20 lồi thuộc giống Acetobacter đƣợc phân lập mơ tả, có nhiều lồi có ý nghĩa kinh tế  Vi khuẩn Acetobacter:  Dạng hình que, tuỳ điều kiện ni cấy (t0, thành phần môi trƣờng nuôi cấy) mà vi khuẩn Acetobacter sinh tế bào có hình thái khác biệt dạng kéo dài phình to  Kích thƣớc thay đổi tuỳ lồi (0.3 – 0.6 x 1.0 – 8.0μm)  Có thể di động (có tiên mao đơn chu mao), không di động (khơng có tiên mao)  Khơng sinh nha bào tử  Hiếu khí bắt buộc  Chịu đƣợc độ acid cao  Vi khuẩn Acetobacter có khả đồng hố nhiều nguồn thức ăn carbon khác nhau: đƣờng, ethanol, acid hữu cơ… nhƣng không sử dụng đƣợc tinh bột  Tế bào đứng riêng lẽ kết thành chuỗi  Có khả tạo thành váng mơi trƣờng lỏng, khả tạo thành váng thay đổi tuỳ loại:  Acetobacter xylinum: tạo thành váng cellulose dày  Acetobacter orleanoe: tạo thành váng mỏng nhƣng  Acetobacter pasteurianum: tạo thành váng khô nhăn nheo  Acetobacter suboxydans: tạo thành váng mỏng dễ tan rã  Acetobacter curvum: sinh acid acetic với nồng độ cao nhƣng tạo thành váng không chắn Do ƣu điểm vƣợt trội nên Acetobacter xylinum đƣợc ứng dụng sản xuất thạch dừa  Vi khuẩn Acetobacter có khả đồng hóa muối phân giải peptone Một số lồi địi hỏi số vitamin định nhƣ acid pantothenic, acid amin nhƣ: valin, alanin, isoleucin, proline… chất khoáng K, Mg, Ca, Fe, P, S… dạng muối vô cơ, hữu hợp chất hữu Do đó, mơi trƣờng bia, dịch tự phân nấm men, nƣớc mạch nha, nƣớc trái cây… nguồn dinh dƣỡng tốt cho phát triển vi khuẩn Acetobacter 3.1.2 Phân loại Theo cách loại J–Frateur, acetobacter có lồi quan trọng: Oxy hóa ethanol thành acid acetic Acid acetic tạo kết hợp với CaCO3 làm còng sáng rộng tạo lớp cặn đục rõ + Catalase Sủi bọt khí + Sinh trƣởng môi trƣờng Hoyer Sinh khối khơng phát triển – Chuyển hóa glucose thành acid Vịng sáng xung quanh khuẩn lạc + Chuyển hóa glycerol thành dihydroxyaceton Vòng CuO xuất xung quanh khuẩn lạc + Kiểm tra khả sinh sắc tố nâu Không thây sắc tố nâu – Kiểm tra tổng hợp cellulose Váng vi khuẩn xuất màu lam + 3.2.4 Tiêu chí chọn giống  Nguyên liệu + Nồng độ chất [S] = 100 – 150g glucose lactose/lít + Bổ sung amon phosphate: 5g/l + Chỉnh pH môi trƣờng acid aceti: pH ≤  Nƣớc dừa già: đƣợc lấy từ nhà máy sản xuất cơm dừa sấy khô  Nƣớc thơm: đƣợc ép từ vỏ lõi từ nhà máy sản xuất dứa đóng hộp  Rỉ đƣờng: phế phẩm nhà máy sản xuất đƣờng  Nƣớc mía: đƣợc ép từ thân mía  Mơi trƣờng ni cấy + A.xylinum đƣợc ni cấy nhiều mơi trƣờng khác nhƣng phát triển tốt hai loại mơi trƣờng: mật rỉ đƣờng nƣớc mía + Dƣới số mơi trƣớng tiêu biểu có khả ứng dụng cao phù hợp với điều kiện hồn cảnh Việt Nam: Mơi BC       trƣờng rì đƣờng để sản xuất Rỉ đƣờng: 40g Cao bắp: 20g (NH4)2SO4: 8g (NH4)2HPO4: 2g Acid acetic: 5ml Nƣớc cất: 1000ml 12 Môi trƣờng nƣớc dừa già (MT5)  Acid acetic: 5ml  (NH4)2SO4: 8g  (NH4)2HPO4;2g  Saccharose: 20g  Nƣớc dừa già: 1000ml Môi trƣờng nƣớc cốt dừa  Tỷ lệ cơm dừa/nƣớc (g/ml):  Nƣớc cất: 900ml 1/10 Môi trƣờng nƣớc ép dứa  (NH4)2SO4 (%): 0.6  Tỷ lệ dứa/nƣớc (g/ml): 1/10  (NH4)2HPO4 (%): 0.6  (NH4)2SO4 (%): 0.8  Saccharose (%):  (NH4)2HPO4 (%): 0.6 Mơi trƣờng nƣớc mía để sản xuất  Saccharose (%): BC Môi trƣơng nƣớc ép dứa  Nƣớc ép mía: 100ml  Tỷ lệ dứa/nƣớc (g/ml): 3/10  Cao bắp: 2g  (NH4)2SO4 (%): 0.8  (NH4)2SO4: 8g  (NH4)2HPO4 (%): 0.6  (NH4)2HPO4: 2g  Saccharose (%):  Acid acetic: 5ml  Khả tạo sản phẩm: + Tạo màng cellulose dai phía bề mặt mơi trƣờng + Tạo sản phẩm có hàm ẩm cao (cót thề lên đến 99%) + Có khả lên men nhiều loại đƣờng khác để tạo sản phẩm: glucose, saccharose, lactose, maltose, dextrin galactose…  Khả sinh trƣởng: khả cạnh tranh ức chế vi sinh vật nhiễm cao  Các tính chất khác: + Tính ổn định có hoạt tính trao đổi chất: bị thối hóa + Khả sinh tổng hợp độc tố: khơng có khả sinh độc tố + Khả thích nghi: tốt, chịu đƣợc mơi trƣờng có nồng độ chất khơ cao (nồng độ chất khơ thích hợp cho q trình hình thành dừa 11.5 – 120bal), khoảng nhiệt độ pH đẻ lên men tạo sản phẩm rộng (t= 20 – 320C, pH= 3.5 – 6.5) + Tỷ lệ hàm lƣợng sản phẩm trao đổi chất: quan tâm tới hàm lƣợng cellulose, không quan tâm đến sản phẩm khác Do mà ta cần chọn giống có khả tạo cellulose với hàm lƣợng lớn 3.2.5 Cơ chế tổng hợp  Acetobacter xylinum hấp thụ đƣờng glucose từ môi trƣờng nuôi cấy Trong tế bào vi khuẩn, glucose kết hợp với acid béo tạo thành tiền chất nằm màng tế bào Kế đƣợc ngồi tế bào với enzyme Enzyme 1hong1c hố glucose thành cellulose  Acetobacter xylinum tạo nên lớp cellulose dày mơi trƣờng ni cấy nƣớc dừa có bổ sung chất dinh dƣỡng cần thiết Cellulose 1hong1ccharide không tan nƣớc mà tan mơi trƣờng kiềm Đó thành phần màng tế bào thực vật Polysaccharide vi sinh vật thƣờng đƣợc tích tụ đáng kể môi trƣờng lỏng Vi sinh vật có khả tổng hợp oligo polysaccharide Lƣợng oligo polysaccharide nội bào đạt tới 60% trọng lƣợng khô tế bào  Tất oligo polysaccharide đƣợc tổng hợp cách kéo dài chuỗi saccharide có trƣớc nhờ vào việc thêm vào đơn vị monosaccharide Đơn vị monosaccharide đƣợc thêm vào tham gia phản ứng dạng nucleotide, monosaccharide đƣợc hoạt hoá thƣờng dẫn xuất uridin diphosphat (UDP-X) nhƣng với nucleotide, purin pirimidin khác  Sự tổng hợp diễn theo phản ứng sau: …X-X-X-X- + UDP-X = …X-X-XX-X + UDP n nhánh (n+1) nhánh Cơ chế trình sinh tổng hợp diễn theo tổng hợp loại polysaccharide phân nhánh chƣa rõ  Ngƣời ta cho thứ tự gốc đƣờng tính đặc trƣng tham gia chúng vào chuỗi polysaccharide phụ thuộc vào enzyme transferase Acetobacter xylinum o sống thích hợp nhiệt độ 28-32 C Ở nhiệt độ trình hình thành sản phẩm có thạch dừa tốt PHẦN SƠ ĐỔ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ LÊN MEN THẠCH DỪA I Quy trình cơng nghệ Nƣớc dừa Lọc (NH4)2SO4 (NH4)2HPO4 Saccharose Bổ sung chất Tiệt trùng (121OC, 20 phút) Làm nguội Nhân giống Lên men Thu nhận thạch Giống A.xylinum Rửa Cắt thạch Trung hịa acid 14 Cặn Đóng hộp Si rơ, hƣơng liệu Thanh trùng Thạch dừa Hình Sơ đồ quy trình cơng nghệ lên men thạch dừa II Thuyết minh quy trình 2.1 Q trình lọc  Mục đích: tách phần lớn tạp chất thơ cịn nằm nƣớc dừa sau đƣợc chuyển tới nơi sản xuất thạch dừa Qúa trình nhằm mục đích chuẩn bị cho trình Nƣớc dừa sau thu hoạch không thật tinh khiết mà vƣớng phải nhiều tạp chất thơ nhƣ xơ dừa, cơm dừa Qúa trình lên men Acetobacter xylinum chủ yếu biển đổi từ đƣờng glucose thành cellulose nên việc xuất thành phần khác gây khó khăn cho q trình lên men, nguy nhiễm khuẩn cao Quy trình lọc tách tạp chất thô chuẩn bị cho trình lên men sau  Biển đổi: trình lọc xảy biển đổi vật lý: thay đổi tỉ trọng có tách pha lỏng dịch lọc  Nguyên tắc: dùng áp suất để đẩy dung dịch qua màng lọc, phần cặn bị màng lọc ngăn lại, phần nƣớc dừa qua đƣợc màng lọc đƣợc gọi dịch lọc Phần dịch lọc sau đƣợc dẫn đến thiết bị trùng  Thiết bị: nƣớc dừa thu nhận lẫn tạp chất phần lớn xơ dừa mạc dừa, việc lọc thành phần không phức tạp nên không cần đầu tƣ thiệt bị đại, chì cần thiết bị thùng chứa lớn, có lớp lƣới lọc chắn lỗ lọc đủ nhỏ để ngăn tạp chất đƣợc 15 Hình Bồn lọc tinh  Phương pháp: bơm nƣớc dừa vào bồn lọc cửa đỉnh tháo dịch lọc cửa đáy Qúa trình thực lien tục gián đoạn tùy thuộc vào quy mơ sản xuất 2.2 Q trình bổ sung chất  Mục đích: bổ sung nguồn nitơ, cacbon, cung cấp dinh dƣỡng cho visinh vật phát triển sinh tổng hợp sản phẩm  Thiết bị: bình chứa thiết bị rót thơng thƣờng  Phương pháp: bổ sung chất dinh dƣỡng gồm: (NH4)2SO4, (NH4)2HPO4 Saccharose với tỷ lệ thành phần nhƣ môi trƣờng MT5 vào phối trộn với dịch lọc thiết bị tiệt trùng 2.3 Q trình tiệt trùng làm nguội  Mục đích: + Tiệt trùng: tiêu diệt visinh vật gây bệnh thực phẩm, vi sinh vật khác vô hoạt enzyme có dung dịch, chuẩn bị cho trình lên men.Tạo điều kiện hịa tan tốt chất dinh dƣỡng vào dịch lọc + Làm nguội: đƣa dung dịch nƣớc dừa nhiệt độ thích hợp cho Acetobacter xylinum phát triển (28–32OC)  Biến đổi: + Hóa học: trình tiệt trùng làm biến đổi số thành phần hóa học nƣớc dừa, ví dụ nhƣ số vitamin + Sinh học: vô hoạt enzyme tiêu diệt vi sinh vật  Thiết bị: thiết bị gia nhiệt (vỏ áo, …) 16 Hình Thiết bị trao đổi nhiệt vỏ áo 2.4 Quá trình lên men:  Mục đích: thu nhận sản phẩm trao đổi chất bậc mà sản phẩm cần thu nhận cellulose Acetobacter xylinum – mục đích cính quy trình cơng nghệ lên men thạch dừa  Biến đổi: + Sinh học: gia tăng số lƣợng tế bào vi khuẩn giai đoạn đầu trình trao đổi chất nhằm tạo sản phẩm ngoại bào vi khuẩn + Hóa lý: có tạo thành gel – bao nhầy vi sinh vật bên chứa sợi cellulose + Vật lý: có q trình tỏa nhiệt làm tăng nhiệt đỗ q trình lên men + Hóa sinh: biến đổi quan trọng trình lêm men, Acetobacter xylinum sữ dụng chất đƣờng glucose có sẵn môi trƣờng để tao thành cellulose (Trong thực tế, môi trƣờng nƣớc dừa già không chứa hàm lƣợng glucose cao mà saccharose Khi đó, Acetobacter xylinum chuyễn hóa chúng glucose tiếp tục tao thành cellulose)  Thiết bị: Acetobacter xylinum visinh vật hiếu khí nên chọn thiết bị lên men bề mặt (cuvet) 17 Hình Nồi lên men  Phương pháp: lên men tĩnh, có khơng bổ sung chất cần thu nhận sản phẩm dạng khối cellulose, khối đƣợc hình thành sau thời gian định, khơng thể lên men lien tục 2.5 Q trình cắt thạch  Mục đích: + Cắt miếng thạch thơ thành miếng nhỏ hơn, kích thƣớc x 2.0 x 2.5 (cm) + Tạo thành hình dạng thật sản phẩm  Biến đổi: có biến đổi vật lý, hình dạng sản phẩm bị thu nhỏ lại cho phù hợp với sản xuất Chú ý rằng, q trình cần thực vơ trùng để tránh nhiễm phải vi sinh vật trở lại cho sản phẩm  Nguyên tắc: dùng hệ thống dao cắt lien tục, cho sản phẩm thạch dừa thô vào, hệ thống tự động cắt nhỏ nguyên liệu  Thiết bị: hệ thống dao cắt lien hợp đƣợc sử dụng đễ nguyên liệu thạch dừa thô Tuy nhiên, sản xuất ngƣời ta dùng hệ thống lien hợp nhau, đồng thời dùng với mục đích khác 2.6 Q trình trung hịa acid  Mục đích: tách miếng thạch dừa khỏi mơi trƣờng lên men, cịn lẫn nhiều acid acetic cho vào lúc đầu để điều chỉnh pH, tồn acid sản phảm bất lợi tạo mùi vị khơng thích hợp cần dùng Na2CO3 để trung hịa  Biển đổi: q trình xảy biến đổi hóa học CH3COOH + Na2CO3 CH3COONa + CO2 + H2O  Thiết bị thong số: dùng khay lớn đựng sản phẩm thạch dừa thơ, sau cho dung dịch vào ngâm vòng 10 phút (sử dụng Na2CO3 nồng độ 3–5% thích hợp nhất)  Phương pháp: ngâm phải tốn thời gian nên để thực trình ta dùng phƣơng pháp ngâm rửa gián đoạn Cũng dùng khay lớn, sau xếp thạch dừa thô vào, cho dung dịch Na2CO3 vào qua hệ thống ống dẫn Sau thời gian ngâm, ta đem miếng thạch rửa lại với nƣớc lạnh 2.7 Quá trình đóng gói  Mục đích: bảo quản sản phẩm  Thiết bị: thạch dừa thành phẩm có hể đƣợc đóng túi nhựa hay hộp nhựa 18 Hình 9.Máy đóng gói thạch dừa  Thơng số: tùy vào suất cùa nhà máy mà nhà sản xuất chọn thiết bị có cơng suất tƣơng đƣơng 2.8 Quá trình trùng  Mục đich: bảo quản, trình trùng giúp tiêu diệt visinh vật gây bệnh nhƣng với nhiệt độ vừa phải, không cao chứa sản phẩm bao bì nhựa  Biến đổi: chù yếu xảy iến đổi sinh học: tiêu diệt bớt phần vi sinh vật nhờ nhiệt độ tăng cao  Thiết bị: sử dụng thiết bị trùng Tunnel Trong thiết bị này, khu vực có nhiệm vụ cụ thể: vùng gia nhiệt, giữ nhiệt, làm nguội Sản phẩm đƣợc chạy qua băng chuyền qua lần lƣợt vùng 19 Hình 10 thiết bị Tunel trùng  Thông số: nhiệt độ trùng đƣợc chọn 60–70OC Thời gian từ 20–30 phút  Phương pháp: sau đóng gói, sản phẩm tiếp tục đƣợc đƣa vào băng chuyền dẫn qua thiết bị trùng Tunnel Khi vào vùng gia nhiệt, nhiệt độ sản phẩm tăng lên đến khoảng 60OC, qua vủng giữ nhiệt, nhiệt độ giữ lâu dài cuối cùng, qua vùng giảm nhiệt, nhiệt độ sản phẩm đƣợc trở nhiệt độ ban đầu, sản phẩm đƣợc trùng III Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men 3.1 Ảnh hưởng hàm lượng nước dừa môi trường lên men Hàm lƣợng nƣớc dừa(v/v) môi trƣờng lê men ảnh hƣởng đến suất lên men, hàm lƣợng chất khô nhƣ độ dày sản phẩm tao thành Sau kết nghiên cứu ảnh hƣởng yếu tố (thể tích mơi trƣờng lên men 500ml) Ta thấy hàm lƣợng nƣớc dừa già tăng khối lƣợng độ dày sản phẩm tăng Bảng Ảnh hưởng hàm lượng nước dừa già (v/v) môi trường lên men đến tạo thành sản phẩm Hàm lƣợng nƣớc dừa già (%) pH cuối Khối lƣợng Khối lƣợng Tỷ lệ trình thạch tổng khơ thạch chất khơ lên men (g) (g) (%) độ dày thạch (cm) 2.08 24.52 0.68 2.77 0.744 10 2.83 31.20 0.90 2.88 0.954 30 3.18 44.46 1.26 2.83 1.34 50 3.37 60.61 2.33 3.84 1.86 70 3.46 63.12 2.50 3.96 1.96 90 3.48 69.87 2.98 4.27 2.02 100 3.5 72.02 3.18 4.30 2.15 3.2 Ảnh hưởng nguồn Nitơ  Nguồn nitơ sử dụng cho q trình lên men (NH4)2HPO4 (NH4)2SO4  Nồng độ (NH4)2HPO4 (NH4)2SO4 ảnh hƣởng trực tiếp đến phát triển A.xylinum khả tổng hợp cellulose nhƣ độ dày màng cellulose tạo thành 20 + Nồng độ muối amoni cao: vi khuẩn không sử dụng hết, lƣợng muối dƣ ức chế ngƣợc trở lại phát triễn tế bào vi khuẩn ảnh hƣởng đến hoạt tính vi khuẩn, lƣợng cellulose sinh tổng hợp đƣợc thấp + Nồng độ muối amoni thấp: lƣợng nitơ cung cấp cho trình sinh trƣởng phát triển A.xylinum không đủ, hiệu suất sinh tổng hợp cellulose khơng cao + Mặt khác, nitơ cịn có mặt nhiều thành phần nhƣ: acid nucleic, phospholipid, số coenzyme quan trọng nhƣ ATP, ADP, NADP, FAD số vitamin tham gia vào trình tạo cellulose Nếu hàm lƣợng chất thấp hay cao ảnh hƣởng tới tình chất hóa lý mồi trƣờng Vì vậy, ảnh hƣởng tới trình tạo thành màng cellulose cùa A.xylinum Tóm lại: phải bổ sung lƣợng muối cân đối, vừa đủ vào dịch lên men,tạo điều kiện tối ƣu cho A.xylinum sinh trƣởng phát triển, có nhƣ cellulos thu đƣợc nhiều dày  (NH4)2HPO4 nguồn cung cấp Phospho cho A.xylinum: Bảng Ảnh hưởng nồng độ (NH4)2HPO4 đến hình thành thạch dừa Nồng độ (NH4)2HPO4 (%) Khối lƣợng trung bình thạch dừa thơ từ 400 ml canh trƣờng sau 15 ngày (g) 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 110.0 128.70 135.50 148.65 168.20 210.35 178.90 174.85 170.45 163.90 150.40 3.3 Ảnh hưởng nguồn Cacbon  Do hàm lƣợng đƣờng môi trƣờng nƣớc dừa già không cao nên ta phải bổ sung thêm đƣờng để đảm bảo nhu cầu sinh trƣởng, phát triển sinh tổng hợp sản phẩm A.xylinum  A.xylinum có khả lên men nhiều loại đƣờng khác nhƣ: lactose, maltose, dextrin, galactose, saccharose, lên men đƣờng glucose tốt Ứng với loại đƣờng, khả lên men A.xylinum khác nên tổng hợp cellulose không giống  Khi sử dụng glucose cho trình lên men cho khối lƣợng thạch dừa cao trạng thái thạch dừa thu đƣợc tốt Tuy nhiên ngƣời ta làm thí nghiệm sử dụng saccharose nồng độ khác cho trình lên men ngƣời ta thấy saccharose nồng độ 10% cho khối lƣợng thạch dừa cao Trong 21 thực tế sản xuất ngƣời ta thƣờng sử dụng saccharose giá thành rẻ cho suất cao 3.4 Ảnh hưởng nồng độ chất khơ Nồng độ chất khơ thích hợp cho q trình hình thành cellulose 12–13OBal Nồng độ cao vi khuẩn khơng sử dụng chất hết gây lãng phí, mặt khác ứu chế hoạt động sống vi khuẩn Cịn nồng độ chất khơ q thấp khơng đủ cung cấp dinh dƣỡng cho vi khuẩn trao đổi chất trì hoạt động sống sinh tổng hợp cellulose 3.5 Ảnh hưởng pH  pH môi trƣờng lên men ảnh hƣởng đến phát triển hiệu sinh tổng hợp cellulose A.xylinum Bảng Ảnh hưởng pH đến trình lên men Khả phát triển (ngày) Thạch tạo thành (sau 13 ngày) pH Khối lƣợng (g) Độ dày (cm) 3.0 –– –– –– –– / / 3.5 –– + ++ +++ 63.83 1.99 4.0 + ++ +++ ++++ 71.85 2.06 4.5 + + ++ +++ 59.09 1.75 5.0 + + ++ ++ 55.94 1.69 5.5 –– + + + 43.40 1.39 6.0 –– –– + + / / 6.5 –– –– + + / / 7.0 –– –– –– –– / / (– –: không phát triển, +: phát triển, /: khơng hình thành)  Độ pH ảnh hƣởng nhiều đến suất nhƣ hình thành sản phẩm  Theo kết bảng ta thấy, Ph < 3.0 Ph > 7.0 hầu nhƣ A.xylinum không phát triển đƣợc chúng phát triển nhanh khoảng pH = 3.5– 4.5, khối lƣợng độ dày thạch cao pH lên men phù hợp 4.0 3.6 Ảnh hưởng nhiệt độ  Ngoài yếu tố nhiệt độ lên men ảnh hƣởng đáng kể đến hình thành sản phẩm  Nhiệt độ tối ƣu cho trình lên men thạch dừa 28–32OC Ở nhiệt độ thạch tạo thành có khối lƣợng cao dày Ở khoảng nhiệt dộ 20–25OC thạch mỏng mềm Nhiệt độ q thấp (35OC) môi trƣờng lên men trở nên đặc sệt ta không thu đƣợc thạch dừa Bảng Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình lên men 22 Nhiệt độ (OC) Trạng thái thạch dừa Khối lƣợng trung bình (g) sau 15 ngày 15 Khơng phát triển 20 Màng mỏng – mềm 87.5 25 Trung bình – 128.82 28–32 Dày – 195.02 35 Không tạo thành thach 40 Không tạo thành thach PHẦN 3: SẢN PHẨM THẠCH DỪA I Đánh giá chất lượng sản phẩm 1.1 Mô tả sản phẩm Sản phẩm thạch dừa có màu trắng trong, đục, dai, mểm có mùi thơm thành phần bổ sung vào thạch dừa thô chế biến 1.2 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm  Chỉ tiêu vật lý: Thạch dừa chất khối gel, có cấu trúc mạng polysaccharide đan xen vào chằng chịt, không theo trật tự hay quy luật Do tạo nên cấu trúc dai chắc, có khả giữ nƣớc tốt khơng tan nƣớc  Chỉ tiêu hóa học: + Dinh dƣỡng thạch dừa có chứa loại vitamin khoáng chất nhƣ E, B1, B6, B12, FORLIC, kẽm, sắt… Bảng Thành phần dinh dưỡng thạch dừa Thành phần Nồng độ (g/100g) Thành phần Nồng độ (g/100g) Độ Nm (% w/w Nm) 5.73 Canxi (mg) 40.00 Protein (% w/w Nm) 18.23 Natri (mg) 68.00 Chất béo (% w/w Nm) 1.55 Kali (mg) 757.00 Đƣờng (% w/w Nm) 80.22 Sắt (mg) 3.00 Tro (% w/w Nm) 2.68 Đồng (mg) 0.40 ) Khơng có Clo (mg) 44.00 Vitamin C (mg) Khơng có Kẽm (mg) 2.30 Vitamin A ( 23 Vitamin E (mg) 0.50 Photpho (mg) 305.00 Vitamin B1 (mg) 0.16 Biotin ( Vitamin B2 (mg) 0.02 Folic acid ( Vitamin B6 (mg) 0.29 Niacin (mg) 1.10 Vitamin B12 (mg) 0.30 Pantothetic acid (mg) 0.60 12.00 ) ) 176.00 + Độc tố nƣớc dừa ban đầu không chứa độc tố nên yêu cầu sản phẩm không đƣợc chứa độc tố, quy trình sản xuất khơng nhiễm phải độc tố từ môi trƣờng chế biến + Phụ gia: q trình chế biến, có bổ sung thêm đƣờng, acid, chất phụ gia nên yêu cầu sản phẩm không chứa dƣ lƣợng chất phụ gia bảo quản vƣợt giới hạn cho phép  Chỉ tiêu vi sinh:  Mơi trƣờng chứa thạch dừa có chứa đƣờng loại vitamin, khống chất thích hợp cho phát triển nấm mốc vi sinh vật mà cần ý vấn đề đảm bảo an toàn vi sinh cho thực phẩm thạch dừa  Bacillus (vi sinh vật gây đục): khơng có  E.coli (định tính): khơng có  Staphylococcus: khơng có  Nấm men, nấm mốc: khơng có  Nếu q trình lên men, thiếu acid acetic, pH mơi trƣờng không đủ để ức chế mốc làm cho vi khuẩn phát triển  Chỉ tiêu bao bì: bao bì dù túi nhựa, hộp nhựa hay thủy tinh yêu cầu phải đảm bảo sẽ, không độc hại cho ngƣời sử dụng, không gây ô nhiễm môi trƣờng Bao bì phải thẫ mỹ, tiện dụng đầy đủ thong tin cho ngƣời tiêu dùng II Ứng dụng  Bản chất thạch dừa màng nhày có cấu trúc cellulose Do thạch dừa polysaccharide ngoại bào nên có khả ứng dụng vào nhiều lỉnh vực khác Thạch dừa thô đƣợc ứng dụng rộng khắp lĩnh vực nhƣ y học, thực phẩm, dƣợc học, thẫm mỹ…  Cho đến nay, việc ứng dụng thạch dừa công nghiệp thực phẩm dừng lại nghiên cứu chế biến sản phẩm kẹo, jelly, sản phẩm giải khát III Một số loại sản phẩm có thị trường Thạch dừa Minh Châu 24 Hình 11 Sản phẩm thạch dừa công ty Minh Châu dạng hủ nhựa Thạch dừa Thanh Bình Hình 12 Sản phẩm thạch dừa cơng ty Thanh Bình dạng túi nilong Thạch dừa Minh Tâm Hình 13 Sản phẩm thạch dừa công ty Minh Châu dạng túi nilong IV Hướng phát triển dạng sản phẩm tiềm  Ngƣời ta nghiên cứu phát triển dòng sản phẩm mới: phức hợp thạch – monascus (the Monascus – nata complex) nhằm kết hợp khà hạ cholesterol monacolin K vào sản phẩm ăn kiêng 25  Cấu trúc mềm riêng biệt số lƣợng sợi thớ có màu thạch đƣợc cải thiện áp dụng cung cấp nhiều ứng dụng thực phẩm Do hình thành cấu trúc đến β–glucan, thạch khó để nhuộm với nhóm hydroxyl  Cơ sở khoa học + Nấm mốc Monascus purpureus sản xuất hệ sợi đỏ nhuộm màu phù hợp nhờ môi trƣờng nuôi cấy rắn đƣợc dùng phƣơng Đông cách nhiều kỷ để làm màu, hƣơng thực phẩm đồ uống + Chất đƣợc sản xuất từ M.purpureus bền phù hợp để dùng nhƣ phụ gia thực phẩm Hơn nữa, nma61 Monascus trình trao đởi chất sinh số chất có khả chữa bệnh nhƣ monacolin K (mevinolin) + Monnacolin K (mevinolin) chất trao đổi chất quan trọng Monasucus, hạn chế tổng hợp cholesterol, mang lại nhiều lợi ích cho ngƣời bị tim mạch Trong trình sinh tổng hợp cholesterol, acid mevalonic đƣợc hình thành từ 3–hydroxy–3 methylgluteryl Coa (HMG–CoA) nhờ HMG–CoA reductase xúc tác Monacolin K có cấu trúc tƣơng tự HMG–CoA hoạt động nhƣ chất ức chế cạnh tranh HMG–CoA nên làm giảm sinh tổng hợp cholesterol Ngƣời ta nghiên cứu dòng sản phẩm nhằm đƣa monacolin K vào sản phẩm thạch để tận dụng tính có lợi  Sản xuất Monascus phức + khối thạch đƣợc lên men monascus trng nƣớc thịt có chứa Monascus nhiệt độ 260C ngày + Sau lên men, hệ sợi monacus xâm nhập vào mạng lƣới mao quản thạch Phức đƣợc định hình có màu sáng  Cấu trúc thạch phức Monascus + Cấu trúc mao quản thạch (ca.0.5 – 1mm) rộng đƣờng kính hệ sợi Monascus (ca 0.1 – 0.5mm) Nhờ nấm Monascus mở rộng hệ sợi theo cấu trúc mau quản thạch dẫn đến cấu trúc mạng lƣới tăng trƣơng thêm + Sau lên men, cấu trúc bao gồm mạng lƣới hệ sợi đƣợc hình thành Tuy nhiên, hệ sợi M.purpureus khơng tăng trƣởng tốt bên ngồi khối thạch Cấu trúc xếp thạch cần thiết cho phát triển ban đầu M.purpureus ảnh hƣởng đến hình dạng khối thạch phức Monascus  Điều kiện lên men + nguồn carbon, nguồn nitrogen pH có thẻ ảnh hƣởng đến khả nhuộm Monascus purpureus, Nguyên tố vơ có hàm lƣợng nhỏ (Ca, K,Zn, Mn) ảnh hƣởng rõ rệt nhiệm màu + Sự nhiệm màu đỏ trung tâm diễn thấp bề mặt Sau 12 ngày lên men, khối thạch Monascus mang màu đỏ bề mặt, tâm khối thạch xuất màu đỏ nhạt 26