trong cấu trúc hạt và trên bề mặt hạt vi nang (Sriamornsak và cộng sự, 2007; Tal, Van Rijn và Nussinovitch, 1997) [54] [56]. Kết quả là tạo ra một số đặc tính không mong muốn, chẳng hạn như hình dạng méo mó, bề mặt hạt thô, kích thước không đều, độ bền cơ học kém và độ xốp cao. Khi thêm tinh bột, cấu trúc bên trong của các hạt ít xốp vì các hạt tinh bột chiếm khoảng không gian kẽ giữa các lớp đồng tâm. Chúng cũng giúp hỗ trợ cấu trúc mạng gel làm tăng độ bền cơ học của hạt. Việc bổ sung tá dược độn tinh bột còn giúp bề mặt hạt sau đông khô nhẵn, phẳng. Dù vậy, chất lượng bề mặt cũng phụ thuộc vào tính chất của tá dược độn. Theo Rassis, Saguy, Nussinovitch (2002) và Zohar – Perez, Chet, Nussinovitch (2004), sử dụng tá dược độn với kích thước hạt càng nhỏ thì bề mặt vi nang tạo thành càng nhẵn hơn [47] [61].
3.1.2. Đánh giá ảnh hưởng của nồng độ tinh bột đến thể chất hạt vi nang sau đông khô đông khô
Việc phối hợp tinh bột với alginat đã được chứng minh cải thiện đáng kể thể chất vi nang tạo thành sau đông khô. Tuy nhiên, ta cũng cần lựa chọn nồng độ tinh bột phù hợp để tạo vi nang dễ dàng và cho thể chất vi nang tốt nhất.
Mục tiêu:
Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ tinh bột đến một số đặc tính của hạt vi nang tạo thành sau đông khô và lựa chọn nồng độ tinh bột phù hợp nhất để tạo vi nang.
Tiến hành:
Nuôi cấy VSV trong bình nón (phương pháp nêu trong mục 2.3.2). Thu sinh khối của 20ml dịch lên men.
Chuẩn bị các mẫu, tạo nguyên liệu dạng hạt vi nang với thành phần gồm sinh khối phối hợp với 20ml dung dịch alginat 2% và các nồng độ khác nhau của tinh bột (phương pháp nêu trong mục 2.3.3).
Mẫu 1: Tinh bột 0% (không thêm tinh bột).
Mẫu 2: Tinh bột 2%. Mẫu 5: Tinh bột 8%. Mẫu 3: Tinh bột 4%. Mẫu 6: Tinh bột 10%.
Mẫu 4: Tinh bột 6%. Mẫu 7: Tinh bột 20%. Các dung dịch và tá dược thêm vào đều được tiệt khuẩn bằng phương pháp nhiệt ẩm ở 115 ºC trong 20 phút.
Tiến hành đông khô các mẫu trên (phương pháp nêu trong mục 2.3.4). Kết thúc quá trình, lấy mẫu ra khỏi đĩa petri, bảo quản trong túi polyme đựng trong lọ nhựa PE kín ở 4ºC. Tiến hành đo đường kính, hàm ẩm (phương pháp nêu trong mục 2.3.5) và so sánh thể chất của các mẫu ngay sau đông khô. Mỗi thí nghiệm, tiến hành làm 3 lần, lấy kết quả trung bình.
Kết quả:
Đường kính, hàm ẩm và thể chất của các mẫu sau đông khô được thể hiện trong bảng 3.2.
Bảng 3.2: Đường kính, hàm ẩm và thể chất của các mẫu nguyên liệu chứa
Lactobacillus acidophilus ngay sau đông khô khi thay đổi nồng độ tinh bột
Nồng độ tinh bột
Khả năng giữ độ cầu, giảm nhăn nhúm Đường kính trung bình (mm) Hàm ẩm sau đông khô (%) 0% + 1,50 4,87 2% ++ 1,55 3,93 4% +++ 1,84 3,87 6% ++++ 2,01 3,75 8% +++++ 2,05 2,70 10% ++++++ 2,11 2,03 20% ++++++ 2,58 1,82
Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hàm ẩm và đường kính vào nồng độ tinh bột của các mẫu sau đông khô
Nhận xét:
Tiến hành tạo vi nang Ca-alginat-tinh bột với các nồng độ tinh bột tăng dần từ 2% đến 10% bằng kim tiêm, kích thước đầu kim (đường kính trong 900µm, đường kính ngoài 1400µm) ta thấy: Hỗn dịch gel có độ nhớt phù hợp, quá trình tạo vi nang tương đối dễ dàng. Các mẫu đông khô với nồng độ tinh bột càng cao, hạt vi nang tạo thành sau đông khô càng giữ được độ cầu và giảm nhăn nhúm, thể chất của hạt cứng và giảm xốp. Khi tăng nồng độ tinh bột từ 2% đến 10%, hàm ẩm của hạt giảm dần (từ 3,93% xuống 2,03%), kích thước hạt tăng dần (đường kính từ 1,55 lên 2,11mm) và hạt tạo thành đồng đều hơn do giảm hiện tượng co rút của hạt trong quá trình đông khô. So sánh với mẫu đông khô không sử dụng tinh bột tiến hành trong cùng điều kiện, ta thấy: hạt vi nang không chứa tinh bột có thể chất xốp, nhăn, không cầu, không đều, kích thước nhỏ (đường kính 1,50mm), hàm ẩm cao (4,87%). Với nồng độ tinh bột 10%, vi nang tạo thành giữ được độ cầu, bề mặt ít nhăn nhúm nhất. Hạt vi nang tạo thành có màu trắng, đường kính khoảng 2,11mm, kích thước tương đối đồng đều. Hạt cứng, giảm xốp, cấu trúc hạt bền vững, tạo lớp vỏ bảo vệ vi sinh vật tốt. Độ ẩm của hạt vi nang ở nồng độ này thấp (2,03%). Độ ẩm có
0 1 2 3 4 5 6 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0% 2% 4% 6% 8% 10% 20% H àm ẩ m ( % ) Đ ư ờ n g k ín h ( m m ) Nồng độ tinh bột
liên quan đến khả năng sống sót của VSV sau đông khô, tỉ lệ sống sót của VSV càng cao khi độ ẩm càng thấp.
Trong quá trình tạo vi nang, nồng độ tinh bột càng cao thì hỗn dịch gel càng sánh nhớt, quá trình nhỏ giọt càng trở nên khó khăn. Khi tăng nồng độ tinh bột trên 10%, hỗn dịch gel có độ nhớt cao, không thích hợp để tạo vi nang. Tại nồng độ tinh bột 20%, hạt vi nang tạo thành giữ được độ cầu, bề mặt tương đối nhẵn tuy nhiên không có sự cải thiện độ cầu rõ rệt hơn so với khi sử dụng ở nồng độ 10%. Hạt cứng, hàm ẩm rất thấp (1,82%). Tuy nhiên, nồng độ tinh bột cao khiến hỗn dịch gel nhớt, dễ gây tắc kim, hầu như không thể nhỏ giọt và vi nang tạo thành có kích thước rất lớn (đường kính 2,58mm) ảnh hưởng đến thẩm mỹ của sản phẩm. Từ những kết quả trên, ta lựa chọn nồng độ tinh bột 10% để tiến hành tạo vi nang.
Kết quả nghiên cứu có thể được giải thích như sau: Quá trình đông khô làm thăng hoa các phân tử nước dẫn đến giảm kích thước của hạt. Mức độ co rút của hạt càng cao thì kích thước hạt càng giảm. Mức độ co rút của hạt phụ thuộc vào nồng độ tinh bột. Nồng độ tinh bột càng tăng thì mức độ co rút càng giảm, kích thước hạt sau đông khô càng tăng. Đường kính của các hạt vi nang trước đông khô của các mẫu với nồng độ tinh bột khác nhau là tương đương nhau (khoảng 3mm). Khi tăng dần nồng độ tinh bột từ 2% lên 20%, đường kính của hạt vi nang sau đông khô tăng dần từ 1,55 lên 2,58mm. Nguyên nhân do có sự tương tác giữa các phân tử tinh bột và alginat cùng khả năng tương thích tốt của chúng [23]. Các phân tử tinh bột hỗ trợ cấu trúc mạng gel và ngăn chặn sự sụp đổ hoặc co rút của cấu trúc hạt trong quá trình đông khô [21]. Việc bổ sung tá dược độn không tan có hiệu quả kiểm soát mức độ co rút, kết quả này phù hợp với các công trình nghiên cứu trước đó (Rassis, Saguy và Nussinovitch, 2002; Zohar - Perez, Chet và Nussinovitch, 2004) [47] [61]. Hình dạng của các hạt alginat được đại diện bằng yếu tố cầu thể. Trước đông khô, hình dạng của tất cả các hạt alginat đều cầu bất kể nồng độ tinh bột. Sau đông khô, hình dạng của các hạt là không đều. Các hạt có nồng độ tinh bột tăng dần từ 2% lên 10% có độ cầu tăng dần. Quá trình đông khô xảy ra hiện tượng thăng hoa của các phân tử nước làm biến dạng cấu trúc hạt, sự biến dạng này dẫn đến thay đổi
hình dạng các hạt, hiện tượng cũng được quan sát thấy trong các nghiên cứu trước đó (Rassis và cộng sự, 2002; Zohar - Perez và cộng sự, 2004) [47] [61]. Việc bổ sung tinh bột góp phần duy trì độ cầu của hạt sau đông khô. Tuy nhiên, khi tăng nồng độ tinh bột trên 10% (ở 20%) không cho thấy cải thiện hơn nữa độ cầu của hạt. Kết quả này phù hợp với nghiên cứu trước đó của Eng-Seng Chan và cộng sự, 2011[21]. Một nghiên cứu tương tự chứng minh rằng, việc sử dụng chất độn không hòa tan khác chẳng hạn như cao lanh, bentonit… (Ribeiro, Barrias Barbosa, 2004; Zohar - Perez và cộng sự, 2004) [50] [61] cũng giúp duy trì độ cầu của hạt sau đông khô. Nguyên nhân có thể giải thích tương tự là do tá dược độn có khả năng hỗ trợ, làm bền vững cấu trúc mạng gel, bảo vệ cấu trúc vi nang trong quá trình đông khô.
Vật liệu đông khô rất nhạy cảm với độ ẩm. Sự nhạy cảm này có thể dẫn đến sự giảm nhanh chóng tế bào sống sót khi lưu trữ trong điều kiện không thuận lợi. Các hạt không thêm tinh bột có độ ẩm cao nhất (4,87%), việc bổ sung tinh bột nói chung làm giảm tỷ lệ hấp thụ ẩm và lượng nước ở trạng thái cân bằng. Độ ẩm cao của hạt Ca-alginat có thể là do bản chất ưa nước của alginat (Rhim, 2004; Olivas và cộng sự, 2008) [44] [49]. Tuy nhiên, khi phối hợp với tinh bột, độ ẩm của hạt giảm so với khi không thêm tinh bột. Nồng độ tinh bột càng cao thì độ ẩm của hạt càng thấp. Tại nồng độ tinh bột 20%, độ ẩm của hạt là 1,82%. Nguyên nhân có thể do cấu trúc của tinh bột chứa các vùng vô định hình và các vùng tinh thể. Khu vực vô định hình chủ yếu là amylose và khu vực tinh thể chủ yếu là amylopectin. Chính cấu trúc đặc biệt này đã đem lại những tính chất hóa học đặc trưng của tinh bột, giúp giải thích sự giảm độ ẩm của hạt vi nang khi có sự phối hợp tinh bột. Ngoài ra, hạt tinh bột cũng chứa một lượng nhỏ chất béo giúp ngăn chặn sự hấp thụ độ ẩm [21].
Kết luận: Nồng độ alginat 2% và tinh bột 10% cho nguyên liệu có thể chất tốt nhất được lựa chọn để tạo vi nang trong những thí nghiệm tiếp theo.
3.2. Đánh giá khả năng bảo vệ của tinh bột và độ ổn định của nguyên liệu đông khô dạng vi nang chứa tinh bột trong quá trình bảo quản khô dạng vi nang chứa tinh bột trong quá trình bảo quản