công nghệ sản xuất xanthan gum

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM MÔN: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XANTHAN GUM GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG TP.HCM, Ngày 14 Tháng 05 Năm 2015 MỤC LỤC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG Page ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM LỜI MỞ ĐẦU Có nhiều loại polysaccharide sinh tổng hợp vi sinh vật alginate, curlane, dextran, gellan, glucan, pullulan xanthan Trong số loại xanthan gum có vai trò vượt trội có tính định hướng, ứng dụng nhiều Trong công nghiệp polysaccharide xanthan gum đại diện phát triển nhanh Đối với ngành thực phẩm, nhu cầu gum tự nhiên có xu hướng giảm xuống, xanthan lại có xu hướng tăng lên Đây điểm đến hứa hẹn cho nhà kĩ sư thực phẩm tương lai Để hiểu biết thêm loại phụ gia thực phẩm này, nhóm chúng em cố gắng tìm hiểu thu thập tài tiệu Trong trình thực tiểu luận nhiều thiếu sót, mong nhận góp ý cô bạn đọc Chúng em xin chân thành cảm ơn! GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG Page ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XANTHAN GUM Định nghĩa Xanthan gum polysaccharide sử dụng phụ gia thực phẩm chất điều chỉnh lưu biến Là sản phẩm lên men glucose saccharose vi khuẩn Xanthomonas campestris Xanthomonas campestris loại vi khuẩn gây bệnh mục đen cải, hoa lơ loại rau mỏng khác Hình Xanthan gum Lịch sử đời Cách lâu, người tìm hiểu loài Xanthomonas sản xuất khối sền sệt Cuối năm 1950, xanthan phát minh Northern Reaseach Center (NRRC), Peoria, Illinois Bà Allene Rosalind Jeanes cộng bà Viện Nông Nghiệp Hoa Kỳ (United States Department of Agriculture) tổ chức kiểm tra loài vi sinh vật có khả sản xuất loại gum tan nước, số đó, xanthan polysaccharide tổng hợp phương pháp sinh học mà có tiềm ứng dụng lớn so với loại gum tan nước sản xuất phương pháp tự nhiên Đầu năm 1960, xanthan trở thành sản phẩm thương mại công ty Kelco với tên thương mại Kelzan (theo Whistler) không thích hợp cho thương mại đến năm 1964 Năm 1969, xanthan tổ chức FDA (the American Food and Drug Administration) cho phép sử dụng làm phụ gia thực phẩm sau nghiên cứu thử nghiệm động vật Nó phép sử dụng nước: Hoa Kỳ, Canada, Châu Âu (1982) Số kí hiệu E415 Các công ty sản xuất xanthan tiếng: Merck, Pfizer Kelco Mĩ, Rhône Poulenc Sanofi-Elf Pháp, Jungbunzlauer Úc GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG Page ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  Tình hình sử dụng số loại polysaccharide Có nhiều loại polysaccharide sinh tổng hợp vi sinh vật alginate, curlane, dextran, gellan, glucan, pullulan xanthan Trong số loại xanthan có vai trò vượt trội dễ dàng sản xuất ứng dụng nhiều Thực vậy, dần sử dụng nhiều thực phẩm việc tạo chất độn cho mỹ phẩm Trong công nghiệp polysaccharide xanthan đại diện phát triển nhanh Đối với ngành thực phẩm, nhu cầu gum tự nhiên có xu hướng giảm xuống, xanthan lại có xu hướng tăng lên Khoảng 20.000 xanthan sản xuất theo phương pháp công nghiệp từ giống vi khuẩn X campestris năm Nhu cầu tiêu thụ xanthan toàn giới khoảng 23 triệu kg/ năm dự đoán tiếp tục tăng lên 5-10% theo năm Cấu tạo Cấu tạo phân tử Xanthan gum bao gồm cụm gốc đường lặp lại, cụm gồm gốc đường D -glucose, gốc đường D -mannose, gốc đường D -glucoronate gốc acetate, pyruvate với số lượng thay đổi Mỗi cụm đơn vị mạch chuỗi polysaccharide bao gồm gốc ß -D -glucose, liên kết với liên kết ß-1, glycoside Yếu tố giống với cấu trúc cellulose Mạch nhánh gồm gốc glucoronate nằm liên kết với gốc mannose Vị trí thứ gốc D-glucoronate liên kết với vị trí thứ hai gốc D -mannose, vị trí thứ tư gốc D-glucoronate liên kết với vị trí thứ gốc mannose khác Mạch nhánh liên kết với mạch vị trí thứ gốc cellulose mạch vị trí thứ gốc mannose mạch nhánh Khoảng nửa số gốc mannose cuối có nhóm acid pyruvic liên kết nhóm ketal tạo vòng vị trí -6trên gốc mannose Gốc mannose lại liên kết với acetyl vị trí thứ Xanthan gum chứa ion dương hóa trị Na, K Mạch nhánh mạch thẳng xoắn chặt với tạo thành hình dạng bền chặt GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG Page ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Hình Cấu trúc đơn vị xanthan gum Khối lượng phân tử Khối lượng phân tử từ 0.9 triệu đến 1.6 triêu Dalton , phụ thuộc vào nguồn vi sinh vật điều kiện thực trình lên men Đôi khối lượng phân tử xanthan gum lên đến 13 đến 50 triệu Dalton Hình Cấu tạo xanthan gum Trạng thái phân tử Xanthan phân tử sinh học xoắn đôi không đối xứng Mạch nhánh mạch thẳng đối xứng tạo thành hình dạng bền chặt Các phân tử co lại hình xoắn ốc kép hình thành nên cấu trúc đặc quánh, gặp số điều kiện bị duỗi mạch làm thay đổi tính chất Mạch mạch bên bảo vệ làm cho xanthan gum tương đối bền với acid, kiềm enzyme GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG Page ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Thành phần cấu tạo Acid pyruvic thành phần quan trọng tác động đến khả hòa tan nước polymer Thành phần acid pyruvic xanthan khác phụ thuộc vào chủng Xanthomonas campestris (có chủng sản xuất hàm lượng acid pyruvic cao, có chủng lại sản xuất với hàm lượng thấp), điều kiện lên men điều kiện thu hồi sản phẩm Bảng: thành phần % D-glucose, D – mannose, D – glucuronic acid, pyruvate, acetate polysaccharide số chủng vi khuẩn khác tạo Vi khuẩn D-Glucose D-Mannose X.campestris Xvasculorum X.faseoli X.juglandis X.gummisudans X.fragaria 30.1 34.9 30.9 33.2 34.8 24.6 27.3 30.2 28.6 30.2 30.7 26.1 D-Glucuronic Acid 14.9 17.9 15.3 16.8 16.5 14.0 Pyruvate Acetate 7.1 6.6 1.8 6.9 4.7 4.9 6.5 6.3 6.4 6.4 10.0 5.5 Tính chất Tạo dung dịch có độ nhớt Khi hòa tan nước, bị hidrate hóa 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 đo 60 v/ph với thiết bị đo độ nhớt Brookfield model LVF 25oC Ảnh hưởng muối: độ nhớt không bị ảnh hưởng thêm lượng lớn muối, 250 g/l dung dịch NaCl làm tăng không đáng kể độ nhớt dung dịch xanthan Tính tương hợp  Với alcohol Tuy xanthan không hòa tan trực tiếp alcohol lại có khả tương thích với Những sản phẩm có chứa xanthan công thức thành phần thường chiếm đến 60% dung môi alcohol ethanol Ta sử dụng tính chất để làm cho cocktail, rượu có mùi chocolate trở nên đặc  Với loại enzyme Hầu hết dung dịch keo bị thoái hóa giới hạn bới enzyme có mặt thực phẩm cellulase, pectinase, amylase, protease Tuy nhiên, xanthan không bị thoái hóa bới chúng Khả kháng lại tác động enzyme xắp xếp nhánh nhánh phụ, xắp xếp chống lại tác động enzyme lên liên kết 1,4 nhánh Nhờ mà ngăn cản ngưng trùng hợp enzyme, acid kiềm Ứng dụng thực tế, khả xanthan chống lại tác động enzyme sử dụng số sản phẩm thực phẩm bánh mứt táo, thực phẩm có chứa tinh bột, gia vị trộn… GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG Page ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG Page ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Gel thuận nghịch nhiệt độ Gel tạo thành làm nguội hỗn hợp Xanthan gum trạng thái keo thực chuyển đổi cấu hình xoắn ốc đôi thành chuỗi đơn cách luyện nhiệt độ 40 - 80C Ở cấu hình chuỗi đơn, mạng lưới liên kết yếu đi, hình thành nên trạng thái giả dẻo (pseudoplastic) làm giảm độ nhớt dung dịch Xanthan gum có khả kết hợp với nhiều chất tạo gel, tạo sệt khác locust bean gum, konjac, guar gum Khả hydrate hóa Sự diện chuỗi tích điện âm phân tử xanthan gum làm tăng khả hydrate hóa tạo nên dung dịch xanthan nước lạnh Xanthan gum chất háo nước, tan nước nóng nước lạnh Điều kiện lạnh đông/rã đông: nhờ khả liên kết với nước nên dung dịch xanthan gum bền lạnh đông rã đông Nguyên liệu sản xuất Giống vi sinh vật lên men Xanthan sản xuất từ vi khuẩn Xanthomonas campestris cô lập từ cải bắp, loại vi khuẩn gây bệnh nấm làm cho có màu đen GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG Page ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Vi khuẩn Xanthomonas campestris: Giới: Vi khuẩn Ngành: Proteobacteria Lớp: Gamma Proteobacteria Bộ: Xanthomonadales Họ: Xanthomonadaceae Giống: Xanthomonas - Có dạng hình que đơn, thẳng Rộng 0,4 - 0,7 m, dài 0,7 – 1,8 m - Vi khuẩn Gram âm - Có khả di động nhờ có tiên mao mọc cực - Là loại vi khuẩn dị dưỡng, hiếu khí bắt buộc - Không có khả khử nitơ, phản ứng catalase dương tính, oxidase âm tính - Phát triển môi trường dinh dưỡng agar, bị ức chế 0,1% triphenyltetrazolium chloride Theo sở phân loại, kích cỡ gene trung bình Xanthomonas 2.5 × 109 Da Phần trăm G + C (guanine + cytosine) có chứa chuỗi AND 63 71% Tính không ổn định thuộc di truyền vi khuẩn X campestris ảnh hưởng đến chất lượng số lượng xanthan xuất nuôi cấy Sự đột biến gene có liên quan đến việc hình thành dạng khác nhau: L (large) S (small) Trong dạng L sản xuất lượng lớn xanthan với tính chất lưu biến học mong muốn dạng S lại cho lượng sản phẩm chất lượng X.campestris loại vi khuẩn sản xuất xanthan gum chủ yếu, nhiên số loài khác Xanthomonas phaseolis, Xanthomonas malvacearum, Xanthomonas carotae, Xanthomonas manihotis Xanthomonas jugandlis biết đến có khả sản xuất polysaccharide ngoại bào tốt Nhưng đa dạng dinh dưỡng X campestris nên sử dụng rộng rãi công nghiệp Tiêu chí chọn giống: - Không có khả sinh độc tố - Do cần thu nhận sản phẩm trao đổi chất ngoại bào vi khuẩn nên phải chọn giống có khả sinh tổng hợp xanthan cao, số lượng lớn không quan tâm đến sản phẩm khác - Giống chọn phải có khả thích nghi tốc độ sinh trưởng nhanh, lấn át vi sinh vật tạp nhiễm - Môi trường nuôi cấy dễ kiếm, rẻ tiền - Hoạt tính trao đổi chất giống chọn phải ổn định, lâu thoái hóa Nguyên liệu khác  Nguồn carbon Trong tiến trình sản xuất công nghiệp, tinh bột glucose sử dụng mức độ thương mại làm nguồn carbon Saccharose dịch whey sử dụng Hàm lượng glucose lên khoảng 5% coi môi trường cho chất lượng sản phẩm tốt GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG Page 10 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Bình lên men trang bị hệ thống điều khiển vô trùng, khuấy, điều kiện hiếu khí, điều chỉnh nhiệt độ, pH, bọt, mức độ hòa tan oxy Môi trường lên men trước cho vào thiết bị phải trùng Sau giống vi khuẩn cấy vào khoảng 5% - 10% thể tích môi trường Môi trường dinh dưỡng yêu cầu phải có muối khoáng (P, K, S, Mg, Ca ), nguyên tố vết, glucose carbohydrate, nguồn nitơ NH 4Cl NH4NO3, cần thiết phải bổ sung thêm yếu tố sinh trưởng, gồm vitamin acid amin cần thiết Nguồn nitơ dùng dịch chiết nấm men, dịch men tiêu hóa • Thông số thiết bị lên men tĩnh: ₋ Tốc độ khuấy cho phép: 1000 – 2000 v/ph, tốc độ tối ưu: 500 – 1000 v/ph ₋ Tốc độ sục khí: 0,2 – vvm, tối ưu: 0,5 – vvm ₋ Nhiệt độ lên men: 20 – 350C, tối ưu: 25 – 300C ₋ Thời gian lên men: 96 h ₋ pH: 5,5 – 8, tối ưu: 6,4 – 7,4 ₋ Oxy hòa tan: bão hòa 10% - 90%, tối ưu: bão hòa 20% - 60% Một số vấn đề : • Độ nhớt: Trong quy trình lên men, giảm độ nhớt canh trường từ 4000 cP xuống 2000 cP, giá thành sản phẩm giảm 10% Hàm lượng pyruvate polysasaccharide dị thể ảnh hưởng đến độ nhớt Hơn nữa, hàm lượng pyruvate nhỏ 2% nồng độ xanthan lớn 0,25% độ nhớt mức độ trung bình, nồng độ xanthan nhỏ 0,25% độ nhớt giảm Nồng độ SO42- canh trường ảnh hưởng đến việc giảm độ nhớt xanthan Nồng độ sulfate phù hợp khoảng 0,2 – 0,5 % khối lượng, tối ưu từ 0,35 – 0,38% khối lượng Cation muối sulfate phải tan nước không gây độc cho canh trường với nồng độ sử dụng Thường dùng Na2SO4 (NH4)2SO4 Trong trình lên men, vi sinh vật phát triển theo hàm mũ kết tiêu thụ nhanh chóng nguồn nitơ Nếu nguồn nitơ bị hạn chế vi sinh vật nằm pha ổn định Xanthan tổng hợp pha: pha sinh trưởng pha ổn định, đạt đến nồng độ cuối khoảng 20 g/l Quá trình tổng hợp xanthan dừng lại glucose sử dụng hết Hệ số độ nhớt k đặc trưng cho tính chất lưu biến xanthan, tăng từ khoảng 15 mPasn đến 30000 mPasn pO2 giảm từ đầu trình lên men giá trị nhỏ OTR đạt giá trị cực đại pha sinh trưởng Sau OTR pO2 tiếp tục giảm kết thúc trình lên men, phản ánh ảnh hưởng tăng độ nhớt canh trường lên men vào tốc độ sục oxy • Vấn đề sục khí oxy trình lên men: Oxy thành phần dinh dưỡng sử dụng cho hoạt động trao đổi chất vi khuẩn cung cấp nhờ trình sục khí khuấy đảo Vì Xanthomonas GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG Page 21 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM campestris vi sinh vật hiếu khí bắt buộc nên việc cung cấp oxy cho canh trường lên men quan trọng Nếu lượng oxy hòa tan canh trường bị thiếu hụt suất riêng tạo xanthan giảm tuyến tính theo tốc độ sục oxy Duy trì hệ số truyền khối kLa không đổi điều kiện đảm bảo cung cấp đủ nhu cầu oxy cho vi khuẩn sinh trưởng Để đạt nồng độ sản phẩm cao quy trình xuôi dòng có hiệu mặt kinh tế, cuối trình lên men, lượng oxy sục vào giới hạn, từ giảm chi phí lượng đầu vào Tốc độ sục khí oxy không đổi thực nghiệm xác nhận có hiệu trình sản xuất xanthan sinh học Để giữ tốc độ sục khí không đổi lượng đầu vào khoảng 3,3 kW/m3, vận tốc khí bên 7,2 mm/s thùng phản ứng tích 0,072 – 1,5m3 Với điều kiện vậy, trình lên men với thông số đặc trưng có tính lặp lại tốt mà không phụ thuộc vào quy mô sản xuất • Ảnh hưởng methionine Khi thêm methionine vào canh trường với nồng độ thấp, khoảng 1,3 mM, làm giảm 40% chiều dài mạch xanthan Do cấu trúc tương tự acid amin gây hiệu ứng cản trở công thức cấu tạo mạch polysaccharide Công thức xanthan bị ảnh hưởng tế bào gốc: tế bào gốc trước canh trường lên men có methionine tổng hợp xanthan tế bào methionine Cấu trúc tế bào thay đổi theo thay đổi dòng nạp liệu glucose Tế bào có methionine tiết phần carbohydrate có phân tử lượng nhỏ xanthan • Ảnh hưởng lactose Mặc dù Xanthomonas campestris có khả chuyển hóa glucose galactose sản phẩm thủy phâ n dịch whey (huyết sữa) thành xanthan gum, để tận dụng nguồn lactose dịch whey, trước hết phải thủy phân enzyme lactase β - galactosidase Tuy nhiên, β - galactosidase Xanthomonas campestris liên kết yếu với lastose, cần phải tính toán việc tận dụng nguồn lactose chưa thủy phân Vì cố gắng tạo chủng vi khuẩn có khả tận dụng nguồn lactose hiệu hơn, phương pháp chuyển đổi gene, gây đột biến • Vấn đề lựa chọn quy trình lên men tĩnh hay lên men liên tục công nghiệp Quy trình lên men liên tục thực phòng thí nghiệm Ưu điểm lên men liên tục là: - Hiệu suất cao nhiều so với lên men tĩnh GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG Page 22 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM - Về lý thuyết không giới hạn chiều dài quy trình, thoái hóa giống vi sinh vật nhờ sử dụng môi trường tổng hợp với việc giảm lượng sulfur - Tránh khoảng thời gian chết giai đoạn chuẩn bị lên men tĩnh - Có thể đạt đến lượng sản phẩm cực đại với chất lượng ổn định, nhờ điều kiện ổn định môi trường lên men Tuy nhiên, nhược điểm lớn lên men liên tục tích lũy sản phẩm ít, dao động khoảng – g/l hiệu suất tối đa chất lượng sản phẩm mong muốn (tốc độ pha loãng khoảng 0,075 h-1) Chính ràng buộc hạn chế vấn đề vô khuẩn, chống nhiễm bẩn lý quan trọng giải thích công nghiệp người ta không dùng phương pháp lên men liên tục Phương pháp lên men tĩnh có bổ sung chất glucose không cải thiện đáng kể, chí số trường hợp cho kết tệ lên men tĩnh Một đặc điểm chung lên men tĩnh có bổ sung chất lượng lớn chất (glucose) cung cấp cho canh trường (60%) sót lại canh trường không tận thu Chính hạn chế mà phương pháp lên men tĩnh có bổ sung chất không đem lại hiệu kinh tế Gần đây, phương pháp lên men tĩnh có bổ sung chất đề nghị dựa vào việc theo dõi nguồn nitơ kìm hãm phát triển Xanthomonas campestris Điểm quy trình sử dụng amoni bổ sung vào để điều khiển phát triển vi sinh vật Điều giúp cho sản phẩm tích lũy nhiều pha sinh trưởng Những lợi ích trông đợi phương pháp là: - Sản lượng xanthan thu nhiều - Năng suất thiết bị cao - Nâng cao chất lượng sản phẩm đồng - Giảm chi phí đầu tư giá thành sản phẩm - Tăng suất sản xuất nhà máy so với phương pháp lên men tĩnh Bảng 6: so sánh lên men tĩnh lên men tĩnh có bổ sung chất theo phương pháp GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG Page 23 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Thông số Lên men tĩnh XO (g /L) 0.2 Lên men tĩnh có bổ sung chất 0.5 Xf (g /L) 5.2 Nồng độ sản phẩm (g/L) 25.38 30.8 Thời gian lên men (h) 84 49 Năng suất (g/L.h) 0.3 0.63 Hiệu suất 0.507 0.65 Tổng chi phí đầu tư ($x103) 5,493 2,930 Chi phí cho kg sản 7.28 5.38 phẩm ($) 2.5 Thanh trùng Mục đích: chuẩn bị: Sau giai đoạn lên men, xanthan thu nhận qua trình xuôi dòng Canh trường sau lên men phải trùng nhằm mục đích tiêu diệt hết tế bào vi khuẩn Xanthomonas, chuẩn bị cho trình tách vi sinh vật kết tủa xanthan Biến đổi: - Sinh học: vi khuẩn Xanthomonas lại canh trường bị tiêu diệt hết - Hóa lý: độ nhớt giảm nhiệt độ tăng Thiết bị: Dùng thiết bị trùng hình trụ có cánh khuấy Hình 3.5 Thiết bị trùng hình trụ có cánh khuấy Thiết bị gồm ống hình trụ đồng trục đường kính khác Trên trục có cánh khuấy chắn thẳng đứng tháo lắp được, trục nối với motor truyền động GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG Page 24 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Canh trường bơm vào ống bên từ phía đáy tháo phía đỉnh Ngược lại chất tải nhiệt nạp từ đỉnh vào khoảng không gian hai ống trụ đáy Cánh khuấy chắn quay, giúp truyền nhiệt nhanh tốt Thông số công nghệ ₋ Nhiệt độ: 700C ₋ Thời gian: 30 phút Xanthomonas nhạy cảm với nhiệt độ khả sinh bào tử nên cần trùng đủ Tuy nhiên cần ý tới điểm nhiệt độ chuyển tiếp T m phá hủy chuỗi polymer Ở Tm vào khoảng 1000C, nhiên thay đổi theo chiều dài chuỗi polymer tỉ lệ hàm lượng gốc pyruvate acetate 2.6 Tách vi sinh vật  Mục đích: chuẩn bị Sau trùng canh trường lên men phải lọc bỏ hết tế bào vi khuẩn Xanthomonas, chuẩn bị cho trình kết tủa xanthan  Biến đổi: Hóa lý: dung dịch hơn, tách phần cặn  Phương pháp: Người ta thường dùng phương pháp ly tâm để tách trình tách dễ dàng thường tiến hành pha loãng canh trường lên men để giảm độ nhớt Ngoài tách cách khác, sử dụng hóa chất enzyme tiêu hóa Tuy nhiên cách sản phẩm xanthan thu bị lẫn mảnh vụn vi khuẩn làm giảm khả hòa tan Sản phẩm thu cách dùng ngành dầu khí  Thiết bị: máy ly tâm Nguyên lý hoạt động: dựa vào chênh lệch khối lượng riêng xác vi sinh vật dịch lên men Cấu tạo: - Thiết bị thân hình trụ, đáy hình chóp, có nắp đậy - Giữa thiết bị có ống phân phối để dẫn dịch lên men vào, thành ống có lỗ để thoát dịch - Trên ống có lắp đĩa hình chóp với góc nghiêng 300 GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG Page 25 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Hoạt động: - Đưa dịch lên men (dạng huyền phù) vào ống phân phối, đĩa quay với tốc độ nhanh, dịch thoát lỗ thành ống, chảy theo bề mặt nghiêng đĩa chóp, sau dâng lên phía thoát - Xác vi sinh vật chảy xuống theo ống xuống đáy chóp Hình 3.6 Thiết bị ly tâm 2.7 Kết tủa  Mục đích: chuẩn bị cho trình tách nước  Biến đổi: - Hóa lý: có chuyển pha từ pha lỏng vào pha rắn  Phương pháp Sau lọc bỏ hết vi khuẩn canh trường sau lên men, xanthan thu nhận cách làm chậm trình hòa tan cho kết tủa cách thêm vào hợp chất hữu tan nước, acetone, alcohol, dioxane, tetrahydrofuran, muối acid, tùy trường hợp cụ thể Thường dùng thêm ethanol isopropanol Alcohol sau thu hồi hệ thống chưng cất để tái sử dụng Việc thêm muối làm tăng khả kết tủa nhờ cation muối liên kết với gốc tích điện âm có canh trường Kết tủa tách thiết bị lọc khung Thu nhận xanthan gum quy trình phức tạp tốn độ nhớt cao kể nồng độ thấp, làm cho trình vận chuyển, xử lý gặp nhiều khó khăn Do đó, chất hóa học hỗ trợ thêm vào để tăng hiệu Một số cách giải cho vấn đề giảm lượng chất cần thiết thêm vào trình kết tủa xanthan gum nhằm nâng cao hiệu suất trình sản xuất: GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG Page 26 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM - Tăng nồng độ xanthan gum dung dịch, bao gồm polysaccharide tan - Thêm vào cation nhiều hóa trị, chất điều chỉnh pH Nhược điểm tăng nồng độ xanthan gum làm cho độ nhớt dung dịch tăng lên nhanh (chỉ cần nồng độ 6 1.4 Chỉ tiêu vi sinh - Tổng số vi sinh vật: không 5000 CFU/g - Nấm men nấm mốc: không 500 CFU/g - Salmonella: âm tính mẫu thử - E.coli: âm tính mẫu thử Một số sản phẩm xanthan gum có thị trường Các sản phẩm xanthan gum có mặt thị trường dạng bột mịn, màu trắng, đóng gói vào bao bì vật liệu khác túi plastic, chai nhựa, giấy carton với trọng lượng khác Ứng dụng xanthan gum 3.1 Ứng dụng thực phẩm GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG Page 31 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG Page 32 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Xanthan gum loại phụ gia sử dụng thực phẩm để tạo độ nhớt, độ sệt, tạo nhũ hay làm chất ổn định, làm bền hệ nhũ tương dầu nước, ví dụ sản phẩm kem, sữa chua, mayonnaise, salad dressing… - Xanthan phối trộn sử dụng kết hợp với phụ gia khác guar gum, locust bean gum để làm tăng độ dai, độ nhớt, độ bám thực phẩm so với sử dụng loại phụ gia - Khi gluten (có lúa mì) bị loại bỏ, xanthan gum sử dụng cho bột nhão hỗn hợp có tính bám dính thay cho gluten Đây dòng sản phẩm dành cho người dị ứng với gluten 3.2 Ứng dụng mỹ phẩm Xanthan sử dụng rộng rãi mỹ phẩm dầu gội đầu, cream, sản phẩm dủng cho tóc, kem đánh Đặt biệt xanthan có công dụng làm cho da dễ chịu không gây tác dụng phụ dùng sản phẩm Xanthan tạo gel liên kết với đất sét bentonite Nó dùng để tạo nhũ tương dầu – nước, giúp ổn định giọt dầu, ngăn cản tách pha Xanthan tạo số hiệu ứng bề mặt GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG Page 33 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 3.3 Ứng dụng dược phẩm Xanthan dùng thuốc có dạng huyền phù thuốc kháng sinh, thuốc đau dày…với vai trò capsule bao giữ bột thuốc tác dụng hòa tan Nhãn hiệu xanthan thị trường: sản phẩm xanthan gum từ Cargill Texturizing Solutions bán với tên thương hiệu SATIAXANE TM cho thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm VerXanTM cho ngành công nghiệp khác Ứng dụng công nghiệp dầu mỏ Trong lĩnh vực dầu khí xanthan đóng vai trò to lớn tất giai đoạn khoan dầu, vệ sinh đường ống… Tính lưu biến đặt trưng xanthan, khả tương thích xanthan với muối khả làm giảm hư hỏng nhiệt làm cho xanthan sử dụng phổ biến để thêm vào dầu thô Xanthan trộn vào bê tông đổ nước để tăng độ sệt chống xói lỡ Ngoài có ứng dụng công nghiệp sơn phù 3.4 GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG Page 34 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Tài liệu tham khảo Giáo trình Ứng Dụng Công Nghệ Sinh Học Công Nghệ Thực PhẩmTrường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM http://luanvan.co/luan-van/de-tai-ten-san-xuat-xanthan-gum-1868/ http://www.tinhgiac.com/wpcontent/uploads/2015/05/WWW.TINHGIAC.COMcong_nghe_len_men_xanthan.pdf GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG Page 35 ... NGUYỄN THỊ THU SANG Page 11 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XANTHAN GUM Sơ đồ quy trình công nghệ Nguyên liệu (syrup bắp, glucose,…)... trình kết tủa xanthan gum nhằm nâng cao hiệu suất trình sản xuất: GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG Page 26 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM - Tăng nồng độ xanthan gum dung dịch,... ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XANTHAN GUM Định nghĩa Xanthan gum polysaccharide sử dụng phụ gia thực phẩm chất điều chỉnh lưu biến Là sản phẩm lên