X. Quy trình công nghệ:
2. Chuẩn bị môi trường:
Mục đích: Bổ sung các chất dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật.
- Thành phần môi trường lên men(g/l) - Glucose 30 - Chất chiết nấm men 0.5 - K2HPO4 0.5 - MgSO4.7H2O 0.1 - NH4NO3 0.9 - Dung dịch muối, 1M Dung dịch muối chứa (g/100 ml) : MnCl2.4H2O: 0.18 FeSO4.7H2O: 0.248 H2BO3 :0.028 CuCl2. 2H2O 3.4 ZnCl2 2.1 CoCl2. 2H20 7.4 Na2MoO4. 2H2O 0.003 Disodium tartarate 0.21 3. Tiệt trùng
☺ Mục đích: Tiêu diệt vi sinh vật chuẩn bị cho quá trình lên men ☺ Thiết bị sử dụng: Thiết bị tiệt trùng liên tục YHC-20
Cấu tạo: gồm thùng chứa môi trường dinh dưỡng, bơm ly tâm, bộđun nóng, bộ giữ nhiệt, bộ thu hồi nhiệt, bộ trao đổi nhiệt, hệ thống điều chỉnh tựđộng các thông số của quá trình.
Nguyên tắc hoạt động:
điều chỉnh tiêu hao hơi, sau đó vào bộ giữ nhiệt, thu hồi nhiệt và theo đường viền của van giảm áp suất vào thiết bị làm mát. Cùng lúc mở các van xả nước ngưng và khi đạt được nhiệt độ lớn hơn 1400C thì bắt đầu tiệt trùng. Khi nhiệt độ và áp suất trong nồi phản ứng đạt trị sốổn định thì khuấy đảo các cấu tử của môi trường dinh dưỡng, môi trường mới lại cho vào thùng chứa để bơm
đẩy qua khe đứng nhỏ vào bộ phận đun nóng.
Thông số công nghệ: - Nhiệt độ: 1210 C. - Thời gian tiệt trùng: 20 phút. - pH=7. - Tốc độ bơm môi trường: 3.5 m3/s. Hình 11. Thiết bị tiệt trùng YHC Chú thích: 1- Thùng chứa 2- Bơm 3- Bộđun nóng 4- Bộ giữ nhiệt 5- Bộ lấy mẫu
6- Thiết bị trao đổi nhiệt- thu hồi
7- Thiết bị trao đổi nhiệt- thiết bị làm mát 8- Thiết bị lên men
4. Lên men:
☺ Mục đích: Sinh tổng hợp gellan ☺ Quy trình thực hiện:
Nạp môi trường vô trùng vào trong thiết bị
Cho giống cấy vào thiết bị với tỉ lệ 10% so với thể tích thiết bị lên men.
Lên men bề sâu trong thiết bị lên men ở 300 C, pH 7.0 ( điều khiển bằng cách sử dụng KOH 2M / HCl 2M). Khuấy trộn trong 500rpm, lưu lượng khí 1vvm.
☺ Các biến đổi trong quá trình lên men:
Vật lý: Nhiệt độ của bình lên men tăng lên do có sự tỏa nhiệt.
Hóa lý: Độ nhớt tăng, tạo hợp chất keo.
Hóa học: Hàm lượng cơ chất và các thành phần dinh dưỡng giảm xuống.
Hóa sinh: Enzyme xúc tác cho các phản ứng trao đổi chất trong tế bào vi khuẩn diễn ra mạnh.
Sinh học: Sinh khối tế bào tăng lên. ☺ Thiết bị:
Cấu tạo của bình lên men: cấu tạo tương tự như thiết bị nhân giống vi sinh vật. Chúng cũng cũng có dạng hình trụđứng, được chế tạo từ vật liệu thép không rỉ. Bên trong thiết bị có hệ
thống cánh khuấy và các đầu dò nhiệt độ, pH… để có thể theo dõi trực tiếp các thông số công nghệ trong quá trình lên men. Motor cho cánh khuấy thường được đặt phía trên nắp thiết bị. Còn cửa nạp và tháo môi trường được bố trí phía đáy. Ngoài ra thiết bị còn có cửa quan sát, van lấy mẫu…
Hình 12: Thiết bị lên men
Các yếu tốảnh hưởng tới quá trình lên men:
Ảnh hưởng của điều kiện khuấy trộn và sục khí :
a/ Đến sự phát triển sinh khối tế bào:
Sự phát triển của S. paucimobilis có liên hệ chặt chẽ với tốc độ khuấy trộn. Hàm lượng sinh khối lớn nhất( 4.5g/l) khi tốc độ khuấy trộn 100rpm, trong khi nó không thể vượt quá 3.4 g/l khi được điều chỉnh ở 500 rpm và 1 vvm. Khi tốc độ khuấy trộn giảm xuống ( 250 rpm, 1vvm) thì lượng sinh khối cũng giảm.Khi tăng tốc độ sục khí từ 1 vvm đến 2vvm, dẫn đến tăng cường sự
phát triển của tế bào, đặc biệt với tốc độ khuấy trộn 250 rpm lượng sinh khối tế bào tăng lên rõ rệt. Điều này có được là là do sự cải thiện việc cung cấp oxi cho tế bào ở 2vvm
Giản đồ 1: Biểu thị hàm lượng sinh khối trong môi trường lên men của S. paucimobilis ATCC 31461 ở các tốc độ khuấy trộn và sục khí khác nhau.
b/ Ảnh hưởng đến nồng độ glucose tiêu thụ:
Giản đồ 2: Biểu thị ảnh hưởng của sự khuấy trộn và sục khí đến sự tiêu thụ glucose trong quá trình lên men
Từ giản đồ 1, ta nhận thấy rằng, khi tăng tốc độ khuấy trộn thì sự phát triển tế bào cũng tăng lên, bằng sự tăng lên về chuyển hóa khối lượng. Thật vậy, khi tốc độ khuấy trộn giảm (250 rpm) lượng glucose tiêu thụ giảm rất nhiều so với các chếđộ khác và tương tự sự tiêu thụ
ammonium cũng xảy ra nhưng chậm hơn so với các chếđộ khác, chứng tỏ sự hấp thu cơ chất ít. Khi tăng tốc độ sục khí từ 1vvm đến 2vvm tại 250rpm, cải thiện sựđảo trộn đều và lưu thông khí trong dịch lên men.
Giản đồ 3: Ảnh hưởng của sự khuấy trộn và sục khí đến nồng độ Ammonium tiêu thụ
trong quá trình lên men
Có thể là do quá trình tự phân của tế bào gây ra bởi sự cạn kiệt muối ammonium và việc lưu thông khí của sinh khối bị giới hạn bởi sự tăng độ nhớt của dịch lên men trong quá trình lên men. Muối ammonium được tiêu thụ với tỉ lệ cao trong giai đoạn đầu của quá trình
Trong hầu hết các quá trình, sinh khối giảm nhanh chóng sau khi đạt cực đại. Nguyên nhân là do quá trình tự phân của tế bào.Quá trình tự phân của tế bào gây ra bởi sự cạn kiệt muối ammonium và việc lưu thông khí của sinh khối bị giới hạn bởi sự tăng độ nhớt của dịch lên men trong quá trình lên men. Muối ammonium được tiêu thụ với tỉ lệ cao trong giai đoạn đầu của quá trình lên men (9-13 h) và sau đó gần như là cạn kiệt ( mức độ cạn kiệt tăng nhanh từ chếđộ 250
rpm và 1vvm) . Nhưng ở cuối giai đoạn lên men thì nồng độ muối ammonium lại tăng lên có thể
là do quá trình tự phân của tế bào. Sự tự phân trong canh trường của vi khuẩn là một quá trình tích cực. Đây là quá trình tiêu thụ năng lượng và tiếp tục giải phóng ra ion ammonium.
Giản đồ 4: a: Ảnh hưởng của vận tốc trượt lên độ nhớt
b: ảnh hưởng của thời gian lên độ nhớt ứng với các vận tốc khuấy trộn và tốc độ sục khí.
Chú thích giản đồ:
Shear rate: tốc độ trượt (1/s) là tỉ lệ giữa vận tốc trượt giữa hai lớp chất lỏng và khoảng cách giữa hai lớp chất lỏng đó. Công thức: γ. = ρ μ d d : tốc độ trượt.
Giản đồ b: ảnh hưởng của thời gian lên độ nhớt ứng với các vận tốc khuấy trộn và tốc độ
sục khí.
Giải thích giản đồ:
Căn cứ vào giản đồ, độ nhớt càng tăng thì tốc độ trượt của dòng lưu chất càng giảm. Trong khi đó tốc độ sục khí không ảnh hưởng nhiều tới việc tổng hợp nên gellan. Độ nhớt của dung dịch lên men vào cuối thời điểm lên men là 2500 cp tại tốc độ trượt là 11.7S-1. Trong quá trình tổng hợp gellan độ nhớt của dịch lên men sẽ tăng gây nên vấn đề trong việc đảo trộn và lưu thông khí. Vì thế tốc độ của không khí và sự khuấy trộn được gia tăng tùy theo những khoảng thời gian khác nhau. Ở chếđộ khuấy 500rpm, 1vvm sẽ cho lượng gellan lớn nhất.
Tính chất lưu biến học của dung dịch gellan ở những nồng độ khác nhau cũng chỉ ra hoạt
động “giả nhựa” của gellan. Pseudoplastic behaviour được quan sát thậm chí ở nồng độ nhỏ 0-1% và trở nên rõ ràng hơn khi nồng độ của gellan tăng lên. Sự thêm muối như KCl và MgCl2 sẽ làm giảm độ nhớt của dung dịch lỏng vì sự thêm dung dịch KCl 0-1% vào dung dịch lỏng, làm giảm
độ nhớt thực xuống gần một nửa (490 xuống còn 260cp ở tốc độ trượt là 21.4 S-1)
Ảnh hưởng của thành phần môi trường ban đầu đến lượng gellan tạo thành:
a. Nồng độ glucose:
Qua giản đồ trên ta thấy được với glucose sẽ cho hàm lượng gellan lớn nhất.
Hình 13: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của các loại đường đến nồng độ gellan tạo thành.
Hình 14: Đồ thị biểu diễn các yếu tố trong môi trường ảnh hưởng đến nồng độ gellan.
Giống lên men:
Thời gian của pha lag ảnh hưởng đến lượng gellan tạo thành, vì đây là giai đoạn thích nghi, nếu giống vi sinh vật thích nghi tốt thì việc tạo ra gellan sẽ nhiều.
Căn cứ vào kết quả thí nghiệm lấy từ tài liệu của Madhavan Nampoothiri, Reeta Rani Singhania, C. Sabarinath, Ashok Pandey, biotechnology Division, Regional Research Laboratory (CSIR), Trivandrum 695 019, India, ta thấy ở 20giờđược lượng gellan lớn nhất. Kích thước của vi khuẩn cũng ảnh hưởng đến lượng gellan tạo thành, ở 10 giờ thu được lượng gellan lớn nhất 23.5 g/l.
Nhiệt độ:
Nhiệt độ cho thiết bị lên men khoảng 300C, cần điều chỉnh để vi khuẩn hoạt
Bảng 10: Ảnh hưởng của vi khuẩn đến sự tạo thành gellan.
Age of the inoculum (h)
Gellan (g/l) 48 h
Size of the inoculum (% v/v) Gellan (g/l) 48 h 8 15.7 1 20.2 12 16.8 2 20.5 16 18.9 4 22.0 20 22.2 6 21.6 24 20.4 8 21.8 30 19.4 10 23.5 XI. Liều lượng và sử dụng:
Phụ gia tạo gel và tạo đặc sử dụng trong chế biến rau quả:
Chủ yếu là các polysaccharide như pectin, carrageenan, alginate, agar và các loại gum.
Phần I. Quy định sử dụng của các loại phụ gia:
Hệ thống quốc tế phổ biến nhất trên thế giới hiện nay đểđiều chỉnh độ an toàn của các phụ gia thực phẩm là hệ thống được lập ra bởi Hội nghị Liên hiệp FAO/WHO về phụ gia thực phẩm vào tháng 9 năm 1995.
Hội nghịđã đề nghị cả hai tổ chức thu thập và phổ biến các thông tin về phụ gia thực phẩm. Từ thời điểm đó, hơn 600 loại phụ gia đã được đánh giá và cung cấp thông tin về yêu cầu tinh sạch và đặc điểm nhận dạng bởi Hội đồng chuyên môn liên hiệp FAO/WHO về phụ gia thực phẩm (The Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives (JECFA)).
JECFA được thành lập đầu tiên vào giữa thập niên 50 bởi FAO và WHO đểđánh giá về
Vào đầu thập niên 60 , the Codex Alimentarius Commission (CAC), được thành lập với mục tiêu chủ yếu là bảo vệ cho sức khỏe của người tiêu dùng và tạo điều kiện cho thương mại quốc tế về hàng hóa thực phẩm.
Quá trình đánh giá một phụ gia bao gồm các bước sau :
JECFA nghiên cứu vềđặc tính của phụ gia và đưa lên Codex Committee on Food
Additives and Contaminants (CCFAC)( Hội đồng Codex về phụ gia thực phẩm và chất độc). Nếu hội đồng này đồng ý, phu gia sẽđược đưa vào Tiêu chuẩn chung của Codex về phụ gia thực phẩm. Khi đã được đồng ý, một con số quốc tế sẽđại diện cho phụ gia kể trên để ghi nhận sự
chấp thuận của Codex.
Phần II. Giới hạn tối đa các chất phụ gia trong thực phẩm SỬ DỤNG PHỤ GIA THỰC PHẨM
Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng phụ gia thực phẩm là chỉ sử dụng phụ gia thực phẩm trong danh mục cho phép và đúng lượng theo quy định của Bộ Y tế. Tại Việt Nam, Bộ Y tế
cho phép sử dụng 247 chất sau được phép sử dụng làm phụ gia thực phẩm:
Bảng 11: DANH MỤC CÁC CHẤT PHỤ GIA THỰC ĐƯỢC PHÉP SỬ DỤNG TẠI VIỆTNAM XẾP THEO INS
(Ban hành kèm theo Quyết định số 3742 /2001/QĐ-BYT ngày 31 tháng 8 năm 2001của Bộ trưởng Bộ Y tế)
406 Thạch trắng (Agar) Agar
407 Carrageenan và muối Na, K, NH4 của nó (bao gồm Furcellaran)
Carrageenan and its Na, K, NH4 salts (includes Furcellaran)
410 Gôm đậu Carob Carob Bean Gum
412 Gôm Gua Guar Gum
414 Gôm Arabic Gum Arabic (Acacia Gum)
415 Gôm Xanthan Xanthan Gum
416 Gôm Karaya Karaya Gum
417 Gôm Tara Tara Gum
418 Gôm Gellan Gellan Gum
420 Sorbitol và siro sorbitol Sorbitol and Sorbitol Syrup
421 Manitol Mannitol 422 Glycerol Glycerol 433 Polyoxyetylen (20) Sorbitan monooleat Polyoxyethylene (20) Sorbitan Monooleate 440 Pectin Pectins
442 Muối Amoni của axit phosphatidic Ammonium Salts Of Phosphatidic Acid
444 Sucroza axetat isobutyrat Sucrose Acetate Isobutyrate
445 Glycerol Esters của nhựa cây Glycerol Esters Of Wood Resin
450i Dinatri diphosphat Disodium Diphosphate
450ii Trinatri diphosphat Trisodium Diphosphate
450iii Tetranatri diphosphat Tetrasodium Diphosphate
954 Sacarin (và muối Na, K, Ca của nó) Saccharin (And Na, K, Ca Salts)
955 Sucraloza Sucralose
CQĐ Gelatin thực phẩm Gelatin Edible
CQĐ Malt carbohydraza Malt carbohydrase