ỨNG DỤNG CỦA NẤM MEN CỐ ĐỊNH TRÊN CHẤT MANG TRÁI CÂY

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH TẾ BÀO 1. Kỹ thuật cố định tế bào: Cố định tế bào được định nghĩa là “ sự giam giữ vật lý hay là sự định vị những tế bào còn nguyên vẹn lên một vùng nhất định trong không gian nhằm bảo tồn hoạt tính xúc tác mong muốn” (Karel và cộng sự, 1985). Sự cố định thường bắt chước những gì xảy ra trong tự nhiên khi tế bào phát triển trên bề mặt hoặc trong những cấu trúc tự nhiên. Nhiều vi sinh vật tự bản thân chúng có khả năng bám dính trên bề mặt nhiều dạng chất mang khác nhau trong tự nhiên. Những kỹ thuật cố định được chia làm bốn loại chính như sau: • Sự hấp phụ lên bề mặt chất mang rắn. • Sự nhốt giữ trong cấu trúc lưới rỗng, xốp. • Sự tự kết hợp do kết bông (tự nhiên) hoặc với những tác nhân tạo liên kết ngang (nhân tạo). • Sự ngăn cản tế bào đằng sau những rào cản. Đối với chất mang trái cây thì bản chất của sự cố định thường là dựa trên sự hấp phụ tế bào lên bề mặt chất mang rắn hay là sự nhốt giữ tế bào trong cấu trúc lưới rỗng xốp. Hình 1: Các kỹ thuật cố định tế bào. I.1 Cố định tế bào trên bề mặt chất mang rắn: Hình 2: Cố định tế bào trên bề mặt chất mang rắn. Cố định tế bào trên một chất mang rắn được thực hiện bởi sự hấp phụ vật lý dựa trên lực tĩnh điện hay liên kết đồng hóa trị giữa màng tế bào và chất mang. Độ dày của lớp vi sinh vật trên chất mang thường từ một lớp tế bào cho đến 1mm hoặc có thể lớn hơn. Phương pháp cố định tế bào trên chất mang rắn được sử dụng phổ biến vì việc thực hiện khá dễ dàng. Lực liên kết giữ tế bào với chất mang cũng như độ dày của màng sinh học (biofilm) thường rất khác nhau và không dễ xác định. Ở đây không có rào cản nào giữa tế bào và dung dịch, sự tách rời tế bào ra khỏi chất mang và sự tái hấp phụ có thể xảy ra với sự thiết lập cân bằng giữ những tế bào được hấp phụ và những tế bào còn tự do lơ lửng. 1.2 Nhốt giữ tế bào trong cấu trúc lưới rỗng, xốp: Hình 3: Cố định tế bào trong mạng lưới rỗng xốp. Trong kiểu cố định này, tế bào được phép xâm nhập vào trong mạng lưới rỗng xốp cho đến khi sự chuyển động của chúng bị ngăn cản bởi sự có mặt của những tế bào khác. Cách bắt giữ này dựa trên việc bao bọc tế bào trong một mạng lưới cứng vững nhằm ngăn ngừa tế bào khuếch tán ra môi trường xung quanh, trong khi đó vẫn cho phép sự truyền khối của chất dinh dưỡng và sự trao đổi chất. Sự phát triển của tế bào trong mạng lưới rỗng xốp này tùy thuộc vào giới hạn khuếch tán do độ rỗng xốp của vật liệu và xa hơn nữa là bởi tác động của sự tích lũy sinh khối. Hàm lượng oxy thâm nhập vào mạng lưới xốp này giảm theo chiều càng đi sâu vào bên trong. Mật độ tế bào ở gần bề mặt thì phát triển hơn do đó hoạt tính trao đổi chất của những tế bào bên trong và gần bề mặt có thể rất khác nhau. Một trong những vấn đề của phương pháp giữ tế bào bên trong mạng lưới rỗng xốp là khả năng những tế bào được định vị trên mặt ngoài của chất mang sẽ được nhân lên và thoát khỏi chất mang. Điều này dẫn tới canh trường lên men bao gồm cả những tế bào đã được cố định và những tế bào đang còn tự do. 1.3 Sự kết tụ tế bào: Hình 4: Kết tụ tế bào. Sự kết tụ là sự tập hợp các tế bào riêng lẻ thành một khối lớn hơn hoặc có thể nói đó là đặc tính kết dính những tế bào trong huyền phù thành một khối và lắng xuống một cách nhanh chóng. Sự kết tụ có thể được xem như một kĩ thuật cố định khi kích thước lớn của các bông tủa làm cho tiềm năng sử dụng của chúng trong bình phản ứng là có thể áp dụng được. Những bình phản ứng dùng kĩ thuật cố định này thường là: bình phản ứng dạng kín, dạng hở và dạng thùng quay. Khả năng hình thành tập hợp chủ yếu được quan sát thấy ở nấm men, nấm mốc và các tế bào thực vật. Tác nhân kết hợp nhân tạo hay liên kết ngang có thể được sử dụng để làm tăng khả năng kết hợp của các tế bào trong canh trường. Sự tự kết hợp của nấm men là một đặc tính quan trọng đối với ngành công nghiệp bia vì ảnh hưởng của nó tới năng suất lên men và khả năng tái sử dụng. Sự kết hợp tế bào này bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như thành phần của thành tế bào, pH, O2 khuếch tán và các thành phần của môi trường. 1.4 Giữ tế bào đằng sau rào cản cơ học: Hình 5: Giữ tế bào đằng sau rào cản cơ học. Tế bào được giữ sau rào cản bởi sự ngăn chặn cơ học. Để ngăn tế bào bằng rào carbohydrate có thể dùng màng lọc vi xốp hoặc nhốt giữ tế bào trong microcapsule hoặc cố định tế bào vào bề mặt tiếp xúc của hai chất lỏng không tan lẫn. Loại kĩ thuật cố định này được sử dụng khi sản phẩm đòi hỏi không có tế bào sót và trao đổi chất tối thiểu của các hợp chất. Kĩ thuật membrane bioreactor được sử dụng phổ biến trong tái sử dụng tế bào và trong những quá trình liên tục. 2. Điều kiện tiên quyết để cố định tế bào: Một chất mang thích hợp cho việc cố định tế bào cần phải thỏa những điều kiện tiên quyết sau:  Chất mang nên có bề mặt lớn, có những nhóm chức có thể cho tế bào bám dính vào.  Chất mang dễ sử dụng và dễ tái sinh.  Sự sống sót và sự ổn định của tế bào phải cao và duy trì trong một thời gian dài.  Hoạt tính sinh học của những tế bào được cố định không bị ảnh hưởng bất lợi từ quá trình cố định tế bào.  Độ rỗng xốp của chất mang nên đồng nhất và dễ kiểm soát, cho phép sự trao đổi tự do của cơ chất, sản phẩm, cofactor và khí.  Chất mang có những đặc tính cơ, lý, hóa, nhiệt tốt và ổn định sinh học, không dễ bị tách, phân rã bởi enzyme, dung môi, sự thay đổi của áp suất hay lực cắt.  Chất mang và kỹ thuật cố định nên đơn giản, tốn ít chi phí và dễ nâng lên quy mô sản xuất công nghiệp. Chất mang phải được phép sử dụng trong công nghiệp thực phẩm, không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm bởi hàm lượng còn sót lại và dễ dàng được người tiêu dùng chấp nhận. CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CHẤT MANG TRÁI CÂY Trái cây dùng để cố định nấm men theo các bài báo khoa học cho đến thời điểm hiện nay gồm có: táo (Kourkoutas và cộng sự, 2001), mộc qua (Kourkoutas và cộng sự, 2003), lê, nho, vỏ nho, vỏ cam, ổi. Dùng trái cây để cố định nấm men có ưu điểm là: giá thành thấp, dễ tìm, thân thiện với con người và môi trường, cho sản phẩm có các đặc tính cảm quan được cải thiện. Cố định nấm men trên chất mang trái cây đã được nghiên cứu ứng dụng trong các quá trình lên men tĩnh. Ngoài ra một số trái cây như: táo, măng cụt được xem là những chất mang thích hợp cho quá trình lên men liên tục (Kourkoutas và cộng sự, 2003). 1. Chất mang táo : 1. Thành phần hóa học: Bảng 1: Thành phần hóa học của táo Thành phần hóa học Hàm lượng có trong 100g Đường 10.39 g Chất xơ 2.4 g Chất béo 0.17 g Protein 0.26 g Vitamin A 3 µg Thiamin (Vit B1) 0.017 mg Riboflavin (Vit B2) 0.026 mg Niacin (Vit B3) 0.091 mg Pantothenic acid(Vit B5) 0.061 mg Vitamin B6 0.041 mg Folate(Vit B9) 3 µg Vitamin C 4.6 mg Calcium 6 mg Iron 0.12 mg Magnesium 5 mg Phosphorus 11 mg Potassium 107 mg Zinc 0.04 mg

Trường đại học bách khoa Hồ Chí Minh Khoa kỹ thuật hóa học Bộ mơn cơng nghệ thực phẩm ◄☼► ĐỒ ÁN : ỨNG DỤNG CỦA NẤM MEN CỐ ĐỊNH TRÊN CHẤT MANG TRÁI CÂY GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn SVTH: Đỗ Thị Nhung MSSV: 60401789 Tp HCM, tháng năm 2008 LỜI NÓI ĐẦU Tế bào cố định có ưu điểm bật so với tế bào tự do, việc sử dụng tế bào cố định ngày nghiên cứu ngày nhiều để áp dụng vào thực tế Đã có nhiều loại chất mang phát hiện, nghiên cứu áp dụng cho nhiều ngành công nghiệp Tuy nhiên, chất mang dùng ngành cơng nghiệp thực phẩm chưa đa dạng phong phú Một chất mang để cố định tế bào có triển vọng chất mang trái Mục đích viết tổng quan kỹ thuật cố định nấm men chất mang trái hướng ứng dụng nấm men cố định chất mang trái Em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn (PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn) bạn tận tình giúp đỡ để em hồn thành viết  ... nhiên, chất mang dùng ngành cơng nghiệp thực phẩm chưa đa dạng phong phú Một chất mang để cố định tế bào có triển vọng chất mang trái Mục đích viết tổng quan kỹ thuật cố định nấm men chất mang trái. .. ĐẦU Tế bào cố định có ưu điểm bật so với tế bào tự do, việc sử dụng tế bào cố định ngày nghiên cứu ngày nhiều để áp dụng vào thực tế Đã có nhiều loại chất mang phát hiện, nghiên cứu áp dụng cho... mang trái Mục đích viết tổng quan kỹ thuật cố định nấm men chất mang trái hướng ứng dụng nấm men cố định chất mang trái Em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn (PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn) bạn tận