Công nghệ sản xuất thạch dừa

Công nghệ sản xuất thạch dừa

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ THẠCH DỪAI.1 Giới thiệu

Thạch dừa (Nata de coco) là một loại thức ăn phổ biến, có nguồn gốc từ

Philippin, được tạo ra từ sự lên men nước dừa bởi vi khuẩn Acetobacter xylinum Đây

là một trong số các loại thực phẩm thương mại đầu tiên ứng dụng từ cellulose vi khuẩn Sản phẩm thạch dừa là một món ăn tráng miệng dai, trong suốt và rất ngon

Hiện nay, không chỉ người dân ở Philippine mà người dân ở các nước khác trên thế giới cũng rất thích món ăn này đặc biệt là người Nhật Bản Năm 1992, thạch dừa bắt đầu được giới thiệu ở Nhật bản như một sản phẩm thực phẩm ăn kiệng cho các cô gái trẻ Năm 1993, thạch dừa từ Philippine được xuất khẩu sang Nhật Bản

Hơn thế nữa, người Nhật còn cho rằng thạch dừa có thể giúp cơ thể con người chống lại bệnh ung thư ruột kết Trong thạch dừa có hàm lượng chất xơ cao rất tốt cho hệ thống tiêu hoá Thạch dừa cung cấp ít năng lượng và không chứa cholesterol.

I.2 Cấu trúc của thạch dừa

- Bản chất của thạch dừa là một màng nhày có cấu trúc là hemicellulose Do thạch dừa có bản chất là polysaccharide ngoại bào nên có khả năng ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau Cho đến nay, việc ứng dụng thạch dừa mới chỉ dừng lại ở những nghiên cứu chế biến thành những sản phẩm kẹo, jelly, các sản phẩm giải khát.

- Hàm ẩm của thạch dừa: Theo kết quả nghiên cứu khi khảo sát cấu trúc thạch dừa của các thầy cô Phan Tiến Mỹ Quang, Đống Thị Anh Đào, Nguyễn Ánh Tuyết bộ môn công nghệ hoá học và dầu khí trường Đại Học Bách Khoa TPHCM, thì thạch dừa là một mạng polymer sinh học, có khả năng giữ nước rất lớn Miếng thạch dừa sau khi sấy ở 900C thì mỏng như tờ giấy, bề mặt láng bóng và rất dai chắc Kết quả xác định hàm ẩm của thạch dừa là 99%, thể hiện rõ bản chất háo nước của thạch dừa ( do chuỗi polymer của mạng thạch dừa chứa các nhóm –OH nên rất dễ dàng tạo liên kết hidro với nước).

- Cấu trúc mạng polysaccharide của thạch dừa: Thạch dừa có cấu trúc mạng là các polysaccharide, chúng sắp xếp không theo trật tự, không theo quy luật, chúng đan xen vào nhau rất chằng chịt theo mọi phía Do trong quá trình lên

men, các vi khuẩn Acetobacter xylinum đã chuyển động hỗn loạn không theo

quy luật Đó là nguyên nhân tạo nên tính dai và chắc về mọi phía của miếng thạch Bên cạnh đó, mạng luôn luôn ngậm một lượng nước đáng kể (99%).- Thành phần monosaccharide chính của thạch dừa là socboza nằm ở dạng L-

socboza, thường chứa trong vi khuẩn lên men dịch trái cây Công thức cấu tạo của L-socboza là : CH2OH-CO-HOCH-HCOH-HOCH-CH2OH.

CHƯƠNG II : SẢN XUẤT THẠCH DỪA.II.1 Vi sinh vật trong sản xuất thạch dừa

Giống vi sinh vật dùng trong sản xuất thạch dừa là Acetobacter xylinum.

II.1.1 Đặc điểm giống vi khuẩn Acetobacter.

- Giống vi khuẩn Acetobacter thuộc họ Pseudomonadieae, phân bố rộng rãi

trong tự nhiên và có thể phân lập được các vi khuẩn này từ không khí, đất, nước, lương thực thực phẩm, dấm, rượu, bia, hoa quả… Có khoảng 20 loài

thuộc giống Acetobacter đã được phân lập và mô tả, trong đó có nhiều loài có

ý nghĩa kinh tế

- Vi khuẩn Acetobacter:

 Dạng hình que, tuỳ điều kiện nuôi cấy (t0, thành phần môi trường nuôi cấy) mà các vi khuẩn acetobacter có thể sinh ra các tế bào có hình thái khác biệt dạng kéo dài hoặc phình to ra.

 Kích thước thay đổi tuỳ loài (0.3-0.6 x 1.0-8.0μm).

 Có thể di động (có tiên mao đơn hoặc chu mao), hoặc không di động (không có tiên mao).

 Không sinh nha bào tử.

 Hiếu khí bắt buộc.

 Chịu được độ acid cao.

 Vi khuẩn acetobacter có khả năng đồng hoá nhiều nguồn thức ăn cacbon khác nhau nhưng không sử dụng được tinh bột.

 Tế bào đứng riêng lẽ hoặc kết thành từng chuỗi.

 Có khả năng tạo thành váng trên môi trường lỏng, khả năng tạo thành váng thay đổi tuỳ loại:

o Acetobacter xylinum: tạo thành váng cellulose khá dày và chắc

o Acetobacter orleanoe: tạo thành váng mỏng nhưng chắc.

o Acetobacter pasteurianum: tạo thành váng khô và nhăn nheo.

o Acetobacter suboxydans: tạo thành váng mỏng dễ tan rã.

o Acetobacter curvum: sinh acid acetic với nồng độ cao nhưng tạo thành

váng không chắc chắn.

 Acetobacter có khả năng đồng hoá muối (NH4)+ và phân giải pepton Một số loài đòi hỏi một số acid amin nhất định như acid pantothenic và các chất khoáng K, Mg, Ca, Fe, P, S …ở dạng muối vô cơ, hữu cơ hoặc hợp chất hữu cơ Do đó bia, dịch tự phân nấm men, nước mạch nha, nước trái cây…là nguồn dinh dưỡng rất tốt cho sự phát triển của vi khuẩn

actobacter

 Ngoài khả năng oxy hoá ethanol thành acid acetic, một số loài acetobacter còn tổng hợp được vit B1, vit B2, oxy hoá sorbit thành đường sorbose (dùng trong công nghiệp sản xuất vit C)…

II.1.2 Phân loại vi khuẩn Acetobacter

- Đến nay đã có nhiều tác giả đề cập đến vấn đề phân loại các loài vi khuẩn

trông giống Acetobacter, nhưng đáng chú ý nhất là bảng phân loại Acetobacter của J-Frateur-1950 Sau đây là một số loài quan trọng nhất:

 Acetobacter aceti: trực khuẩn ngắn, không chuyển động và chúng có thể

liên kết với nhau thành chuỗi dài Chúng bắt màu vàng với iod, có thể sống ở nồng độ cồn khá cao (11%) và có khả năng oxyhoá cồn tạo thành 6% acid acetic Nhiệt độ phát triển tối ưu của chúng là 340C Nếu nhiệt độ cao quá 400C sẽ gây ra hiện tượng co tế bào và tạo thành hình quả lê Thường thấy chúng phát triển trong bia

 Acetobacter schutzenbachii: trực khuẩn khá dài, tạo thành ván dày, và

không bền vững, có khả năng tích luỹ trong môi trường đến 11.5%acid acetic do đó thường được sử dụng để làm giấm theo phương pháp nhanh (phương pháp của Đức).

 Acetobacter suboxydans: tạo thành váng mỏng, dễ vỡ ra, có khả năng

chuyển hoá glucose thành acid gluconic hay sorbic thành sorbose Loại vi khuẩn này muốn phát triển bình thường cần được cung cấp một số chất sinh trưởng như acid para aminopenzoic, acid panthoteric, acid nicotinic.

 Acetobacter orleansen: trực khuẩn dài trung bình không di động Gặp điều

kiện nhiệt độ cao có thể sinh ra các tế bào dị hình kéo dài hoặc phình to ra Tạo ra váng rất dày trên môi trường dịch thể Có thể phát triển được có nồng độ rượu cao (10%-12%) và làm tích luỹ đến 9.5% acid acetic

Thường được dùng trong công nghiệp chuyển rượu vang thành giấm (phương pháp của Pháp) Phát triển thích hợp ở nhiệt độ 25-30oC

 Acetobater xylinum: trực khuẩn không di động, tạo thành váng nhăn và khá

dày.Váng có chứa hemicellulose nên khi gặp H2SO4 và thuốc nhuộm Iod sẽ bắt màu xanh.Có thể tích luỹ 4.5% acid acetic trong môi trường Thường gặp loài vi khuẩn này cùng với nấm men trong “nấm chè”, còn gọilà “thuỷ hoài sâm”, một loại sản phẩm giải khát bổ dưỡng theo cách làm của nghười Trung Hoa Đó là một loại nước chua có vị thơm dùng để pha nuớc giải khát trong các gia đình người Trung Hoa, trên mặt nước có một váng vi sinh vật dày được nuôi sống bằng nước chè và đường.

 Acetobacter pasteurianum: trực khuẩn ngắn, váng vi khuẩn có dạng khô và

nhăn nheo, váng bắt màu xanh khi nhuộm với thuốc Iod Có khả năng o xyhoá và tạo 6.2% acid acetic.

II.1.3 Phân lập Acetobacter

- Vi khuẩn Acetobacter có thể được phân lập từ giấm, rượu, bia, hoa quả, chuối

chín, váng giấm Ví dụ: muốn phân lập vi khuẩn acetobacter từ không khí, người ta pha rượu thành dung dịch 5-6% (hoặc theo kinh nghiệm dân gian, chỉ cần lấy một phần rượu hoà với 7 phần nước lã, đựng trong cốc miệng rộng, giữ ở tủ ấm 30OC trong 2-3 ngày Rượu sẽ đục và trên bề mặt xuất hiện một váng mỏng Lấy váng mỏng này pha loãng ra, và phân lập trên môi trường thạch dĩa

- Để ức chế sự phát triển của các loại nấm men Mycoderma (thường phát triển

đồng thời với sự phát triển của vi khuẩn Acetobacter), người ta bổ sung vào

môi trường phân lập 1-1.5% acid acetic

◊ Do những ưu điểm vượt trội của chủng Acetobacter xylinum đã được nêu ở trên nên Acetobacter xylinum đựoc ứng dụng trong sản xuất thạch dừa.

II.1.4 Giống Acetobacter xylinum

a/ Đặc điểm

- Chủng Acetobacter xylinum này có nguồn từ Philippin Acetobacter xylinum

thuộc nhóm vi khuẩn acetic Theo hệ thống phân loại của nhà khoa học

Bergey thì Acetobacter xylinum thuộc: lớp Schizommycetes, bộ Pseudomonadales, họ Pseudomonadieae.

- A.xylinum là loại vi khuẩn hình que dài khoảng

2μm, gram âm, đứng riêng lẽ hoặc xếp thành chuỗi, có khả năng di động nhờ tiên mao.

- Có khả năng tạo váng hemicellulose khá dày, bắt màu với thuốc nhuộm Iod và H2SO4.

- A.xylinum sinh trưởng ở điều kiện pH < 5, nhiệt độ

khoảng 28-32oC và có thể tích luỹ 4.5% acid acetic

- Acid acetic là sản phẩm sinh ra trong quá trình hoạt động của vi khuẩn, nhưng khi chúng vượt quá mức cho phép, chúng sẽ quay ngược trở lại làm ức chế hoạt động của vi khuẩn

b/ Sinh lý, sinh hoá

- A.xylinum hấp thụ đường glucose từ môi trường nuôi cấy Trong tế bào vi khuẩn, glucose này sẽ kết hợp với acid béo tạo thành một tiền chất nằm trên màng tế bào Kế đó nó được thoát ra ngoài tế bào cùng với một enzyme Enzyme này có thể polyme hoá glucose thành cellulose.

- A.xylinum tạo nên lớp cellulose dày là do môi trường nuôi cấy nước dừa có bổ sung các chất dinh dưỡng cần thiết Cellulose là những polisaccharide không tan trong nước mà tan trong môi trường kiềm Đó cũng là thành phần chính của màng tế bào thực vật

- Polysaccharide của vi sinh vật thường được tích tụ đáng kể trong các môi trường lỏng Vi sinh vật có khả năng tổng hợp các oligo và polysaccharide Lượng các oligo và các polysaccharide nội bào có thể đạt tới 60% trọng lượng khô của tế bào.

- Tất cả các oligo và polysaccharide được tổng hợp bằng cách kéo dài chuỗi saccharide có trước nhờ vào việc thêm vào đơn vị monosaccharide Đơn vị monosaccharide được thêm vào tham gia phản ứng ở dạng nucleotide, monosaccharide được hoạt hoá thường là dẫn xuất của các uridin diphosphat (UDP-X) nhưng đôi khi cũng với các nucleotide, purin và các pirimidin khác.

Hình1 Vi khuẩn A xylinum

- Sự tổng hợp diễn ra theo các phản ứng sau:

…X-X-X-X- + UDP-X = …X-X-X-X-X + UDP n nhánh (n+1) nhánh

- Cơ chế quá trình sinh tổng hợp diễn ra theo sự tổng hợp các loại polysaccharide phân nhánh hiện chưa rõ.

- Người ta cho rằng thứ tự các gốc đường và tính đặc trưng tham gia của chúng vào chuỗi polysaccharide phụ thuộc vào các enzyme transferase.

- Acetobacter xylinum sống thích hợp ở nhiệt độ 28-32oC Ở nhiệt độ này quá trình hình thành các sản phẩm trong đó có thạch dừa là tốt nhất.

II.2 Bản chất sinh hoá của quá trình

 Quá trình hình thành cellulose được nhà bác học Muhlethaler sử dụng kính hiển vi điện tử để nghiên cứu và cho rằng: Đầu tiên các tế bào vi khuẩn sẽ tiết ra chất nhầy bao bọc xung quanh chúng, tiếp đó là sự hình thành các sợi cellulose được polime hoá từ các đơn phân glucose ở vị trí α-1,6 dưới tác dụng của enzym có trong bao nhầy Các sợi này ngày càng dày lên và được kết nối với nhau tạo thành lớp cellulose bên trong bao nhầy.Lớp cellulose này sau đó được thoát ra khỏi tế bào hoàn toàn.

 Dung dịch môi trường ban đầu có dạng huyền phù mịn, chuyển sang dạng rời rạc, sau đó kết lại thành khối lớn hơn dạng gel chứa các tế bào vi khuẩn trong đó Bộ khung của gel là mạng lướI cellulose với thành phần chủ yếu là nước Nó được hình thành ở mức tối đa chỉ 30 phút sau khi có sự tiếp xúc

giữa vi khuẩn Acetobacterium xylium với glucose và oxy.

II.3 Nguyên liệu trong sản xuất thạch dừa.

II.3.1 Nguyên liệu chính

- Nước dừa: trung bình một trái dừa có chứa 300ml nước, chiếm 25% trọng lượng

trái dừa Nước dừa là loại nước giải khát phổ biến vì chứa nhiều chất dinh dưỡng như: đường, protein, lipid, vitamin, và khoáng nhưng với nồng độ rất loãng

Bảng 2 : Thành phần hoá học của nước dừa

Chất khôĐường tổng số

TroKNaCaMgFeCuPSProteinDầu béoTỉ trọng

Bảng 3 : Các vitamin có trong nước dừa

Acid ascorbicPenthothennicAcid nicotinic

Acid folicRiboflavin

Bảng 4 : Các acid amin có trong nước dừa.

(% khối lượng/ amin tổng số)1

Acid glutamicArginine

4.184.514.123.62.83

AlamineHistidinePhenyl alanin

Ở những vùng có nhiều dừa thì sản xuất thạch dừa từ nguồn nguyên liệu nước dừa già có hiệu quả kinh tế rất cao bởi nó vừa rất tốt cho quá trình lên men lại vừa giải quyết được vấn đề môi trường (nước dừa già là phế thải từ các nhà máy sản xuất cơm dừa nạo sấy) Tuy nhiên, ở một số vùng không có dừa thì vấn đề nguyên liệu lại là một trong những điểm hạn chế dẫn đến khó ứng dụng sản xuất ở quy mô công nghiệp Vì vậy, vấn đề đặt ra cần phải giải quyết là môi trường lên men phải xuất phát từ những nguồn nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền, có số lượng lớn, dễ vận chuyển và mang quy mô công nghiệp, không mang tính cục bộ, địa phương, có thể tận dụng được phế phụ liệu từ các quá trình thực phẩm khác

Xuất phát từ yêu cầu đó, nhóm nghiên cứu của cô Vương Thị Việt Hoa, Trương Nguyễn Quỳnh Hương, khoa công nghệ thực phẩm trường đại học Nông Lâm TPHCM đã tiến hành nghiên cứu, đa dạng hoá các môi trường sản xuất thạch dừa từ

A.xylinum Kết quả nghiên cứu cho thấy, ta có thể thay thế nước dừa già bằng nước

dứa hoặc nước cố dừa với những tỉ lệ pha loãng thích hợp.

- Nguồn nguyên liệu chính không thể thiếu khi lên men tạo thạch dừa chính là

dung dịch chứa vi khuẩn A xylinum.

II.3.2 Thành phần môi trường sản xuất.

- môi trường 1 : môi trường nước dừa giàAcid acetic 5 ml

(NH4)2SO4 - SA 8g

Saccharose 20gNước dừa già 1000 ml

- Môi trường 3 : môi trường nước ép dứa 1Tỉ lệ dứa/nước (g/ml) 1/10

Saccharose (%) 2

- môi trường 2 : môi trường nước cốt dừa

- Môi trường 4: môi trường nước ép dứa 2Tỉ lệ cơm dừa/nước (g/ml) 1/10

n liệu

Trộn đềuĐun sôi 10 – 45’

Để nguội

Cho acid acetic

Cấy giống

Lên men 28 -320C trong 9 –

15 ngày

Thạch dừa thơNước

Nhân giống

Thuy ết minh quy trình :

II.4.1 Chuẩn bị giống để sản xuất:

 Giống Acetobacter xylinum được nuôi trong môi trường thạch nghiêng, thành

phần gồm:

SA 8g DAP 2g Saccharose 20g Agar 20g

II.4.2 Chuẩn bị môi trường

 Nước dừa già được thu nhận ở các nhà máy sản xuất cơm dừa nạo sấy Thành phần gồm: đường, protein, dầu béo, khoáng ,vitamin…hoà tan và một số tạp chất khác Có thể sử dụng các nguyên liệu thay thế đã trình bày ở phần trên.

 Dùng vải lọc để loại bỏ tạp chất.Vải lọc được cố định trên rổ lọc Dịch nước dừa sau khi lọc được thu vào thùng chứa Cặn trên vải lọc được tách ra ngoài.

 Bổ sung dinh dưỡng: SA, DAP, đường glucose là nguồn cung cấp Nitơ, khoáng… tao môi trường tối ưu cho quá trình sinh tổng hợp sản phẩm. Môi trường sau khi bổ sung dinh dưỡng được thanh trùng bằng cách đun

sôi khoảng 10-45’ để tiêu diệt các vi sinh vật có trong môi trường Sau đó làm nguội.

 Dùng acid acetic 40% chỉnh về pH = 3 - 3,5, chỉnh nhiệt độ đến 28-32°C (pH, nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men).

II.4.3 Lên men

Đổ mơi trường vào các dụng cụ, cấy giống theo tỷ lệ 1:10 Đậy thau, chậu bằng vải mỏng hoặc giấy báo Giữ nhiệt độ phịng ở 28-32oC trong vịng 9-15 ngày Trong thời gian này tránh khuấy động mơi trường để tránh làm cho lớp thạch đang hình thành bị tách lớp

II.4.4 Thu nhận thạch dừa thơ

 Sau khoảng 9-15 dùng vợt đề vớt khối cellulose ra khỏi dịch lên men Sau đĩ rửa khối cellulose bằng nước lạnh.

II.5 Quy trình chế biến thạch dừa

Thạch dừa thôCắt nhỏ (1x1.5x2cm)Ngâm trong dd

Na2CO3 3-5% trong 15’

Xả nước lạnhĐun sôi 10 – 15’

Dán nhãnxuất xưởng

Cocktail thạch Ngâm đường

70-80%

Ngâm đường 20%Sên lửa nhẹ

Để nguội

Vô keo, dán nhãnxuất xưởng

Mứt thạch

Vô hộpBổ sung hương

trái cây

Bổ sung nước siro, hương trái cây