Sản xuất đ−ờng FOS sử dụng hệ enzim theo ph−ơng pháp nối tiếp mặc dù có nhiều −u điểm nh− có thể điều chỉnh điều kiện thích hợp cho hoạt động của từng enzim riêng rẽ nhờ đó hiệu suất chuyển hoá cao hơn. Song nó đồng thời cũng có một số nh−ợc điểm nh− thời gian phản ứng lâu hơn cần nhiều thiết bị và tốn nhiều nhiên liệu hơn. Vì thế việc nghiên cứu sản xuất đ−ờng FOS cao độ bằng ph−ơng pháp đồng thời là cần thiết để so sánh lựa chọn công nghệ tối −u.
Nh− ta đã biết hệ enzim GOD- CAT hoàn toàn bị bất hoạt khi ở trong nồng độ đ−ờng cao quá 40 % và không ổn định khi nhiệt độ cao hơn 40 0C. Trong khi đó enzim FTS lại hoạt động tốt nhất ở điều kiện nhiệt độ 50 0C và nồng độ đ−ờng cao đến 60 %. Vì thế thí nghiệm nghiên cứu tìm điều kiện thích hợp cho quá trình hoạt động của hệ 3 enzim trên đ−ợc tiến hành với các mẫu khác nhau về nhiệt độ và nồng độ cơ chất nh−ng có cùng pH 5, thời gian phản ứng 12 giờ, nồng độ enzim FTS là 8 U/g, nồng độ enzim GOD là 20 U/g và tỷ lệ GOD/CAT là 0.085. Kết quả đ−ợc trình bày trên bảng 3.9 và 3.10
Bảng 3.9: ảnh h−ởng của nhiệt độ đến hoạt động của hệ enzim FT S - GOD - CAT
Nhiệt độ (0C) 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 FOS(%) 58 60 61 62 62 65 62 61 57 54 52
Bảng 3.10: ảnh h−ởng của nồng độ đ−ờng đến hoạt động của hệ enzim FT S - GOD - CAT Nồng độ đ−ờng (%) 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 FOS(%) 52 53 53 54 63 66 62 61 57 54 52 41
Từ kết quả trên ta thấy nhiệt độ bằng 35 0C và nồng độ đ−ờng 35 % là thích hợp nhất cho hệ 3 enzim trên hoạt động. Để khẳng định kết quả và xác định hiệu suất phản ứng, một thí nghiệm chuyển hoá đ−ờng FOS bằng hệ enzim FTS - GOD - CAT đ−ợcc tiến hành trên thiết bị có cánh khuấy và cấp khí với các điều kiện phản ứng nh− sau: nồng độ đ−ờng 35 %; nhiệt độ phản ứng 35 0C; pH 5; nồng độ enzim FTS 8 U/g; nồng độ enzim GOD 20 U/g; Tỷ lệ GOD/CAT 0.085. Dịch sau phản ứng đ−ợc đem phân tích thành phần trên hệ thống sắc ký lỏng cao áp. Kết quả đ−ợc trình bày trên bảng 3.11.
Bảng 3.11: Thành phần đ−ờng của dịch sau phản ứng Hệ 3 enzim bằng ph−ơng pháp đồng thời Thành phần đ−ờng G GF GF2 GF3 GF4 Tổng FOS Hàm l−ợng (%) 22,5 12,5 37,6 24,2 3.2 65
Số liệu trên bảng cho thấy mặc dù l−ợng FOS tạo thành đã đ−ợc nâng cao hơn so với mẫu chỉ dùng một enzim FTS. Song hàm l−ợng sacaroza còn d− lạị vẫn rất cao (12,5 %). Điều này là do hoạt lực của FTS bị hạn chế phần nào do điều kiện nồng độ đ−ờng và nhiệt độ xúc tác ch−a ở mức tối −u. Hơn nữa, điều kiện xúc tác của GOD- CAT cũng bị ảnh h−ởng trong điều kiện nhiệt độ và nồng độ cơ chất cao hơn mức yêu cầu.
Từ kết quả nghiên cứu của hai ph−ơng pháp trên ta thấy ph−ơng pháp nối tiếp có −u việt hơn so với ph−ơng pháp đồng thời.
3.3 Sơ bộ tính toán giá thành cho sản phẩm đ−ờng FOS. 3.3.1 Sơ bộ tính toán giá thành cho sản phẩm đ−ờng FOS 50
Việc tính toán giá thành cho sản phẩm khi đang còn nghiên cứu trong phạm vi phòng thí nghiệm là không chính xác. Song để xác định tính khả thi của sản phẩm, giá thành của sản phẩm cũng đ−ợc sơ bộ tính toán.
Bảng 3.12: Chi phí cho 10 lít đ−ờng FOS 50 bằng enzim FTS Trung Quốc
TT Tên nguyên liệu Số l−ợng Đơn giá (đồng) Thành tiền (ngàn đồng) 1 Đ−ờng kính trắng 5,4 (kg) 7000 37,800 2 Enzim 43200 (U) 0,60 25,92 3 Điện 10 (kw) 1.000 10,00 4 Nguyên liệu phụ 5,00
5 Công lao động 2 công x 20.000 đ/c 40,00
4 Khác (10%) 18,45
Tổng 130,72 Nh− vậy giá thành 1 kg đ−ờng FOS 50 là:
130720 đ : 10 lít = 13072 đ
+ Tính cho 1 chai 250 ml
Giá thành ruột : 13072đ : 4 chai = 3268 đ/c
Giá bao bì : 1500 đ/ chai Giá thành tổng cho 1 chai sản phẩm là: 3268 đ + 1500 đ = 4768 đ
3.3.2 Sơ bộ tính toán giá thành cho sản phẩm đ−ờng FOS cao độ
Chi phí cho sản xuất 10 kg FOS cao độ đ−ợc tính nh− bảng 3.13
Bảng 3.13: Chi phí cho sản xuất 10 lít dịch đ−ờng FOS cao độ
TT Nguyên liệu số l−ợng Đơn giá (đồng)
Thành tiền ( đồng) 1 FOS 50 3,3 (lít) 13072 43137,6 2 GOD + CAT 68000 (U) 15 1020000,0 3 Điện 20 (KW) 1000,0 20000,0 4 Công 2 20000 40000,0 5 Phụ liệu 20000,0 6 Khác 114313,76 Tổng 1257451,6 43
Nh− vậy giá thành 1 kg đ−ờng FOS cao độ : 1257451,36 : 10 lít = 125745,136 đ + Tính cho 1 chai 250 ml
Giá thành ruột : 125745,136 đ : 4 chai = 31436,284 đ/c Giá bao bì : 1500 đ/ chai Giá thành tổng cho 1 chai sản phẩm là: 31436,284 đ + 1500 đ = 32936,284 đ 3.4 Phân lập và tuyển chọn giống cho lên men sinh tổng hợp enzim FTS
Để chủ động cung cấp enzim cho sản xuấ đ−ờng FOS. Đề tài tiến hành nghiên cứu phân lập và tuyển chọn giống để sinh tổng hợp enzim FTS. Theo nhiều nguồn tài liệu cho thấy các chủng nấm mốc Aspergillus sp. Có khả năng sinh tổng hợp enzim FTS lớn nhất nên đề tài tập trung lấy các chủng mốc đen làm đối t−ợng để tìm kiếm phân lập và phân lập lại. Từ nhiều chủng nấm mốc trong bộ s−u tập giống của Viện Công nghiệp thực phẩm, Tr−ờng đại học Giang Nam Trung Quốc và tự phân lập từ các mẫu đất đã sơ tuyển đ−ợc 17 chủng (xem bảng 3.14) có khả năng tổng hợp FTS khi nuôi cấy trong môi tr−ờng sacaroza . Các chủng trên lại đ−ợc tiến hành tinh tuyển một lần nữa để tìm ra chủng cho FTS có hoạt lực cao nhất. Tất cả 17 chủng đ−ợc nuôi cấy trong môi tr−ờng giống nhau có chứa 150g/l đ−ờng kính, cao nấm men 5g/l, pepton 10g/l, KH2PO4 1g/l, MgSO4.7H2O 1g/l. Lên men trong điều kiện pH 6, nhiệt độ là 30oC, thời gian 72 giờ. Khả năng tổng hợp FTS và tỷ lệ hoạt tính UT/UH của các chủng đ−ợc ghi trên bảng 3.1. Ta thấy hầu hết tất cả các chủng trên đều có khả năng sinh tổng hợp FTS. Một đặc điểm chung cho tất cả các chủng là enzim này chủ yếu nằm trong màng tế bào (nội bào). Hoạt lực chuyển hoá và tỷ lệ hoạt tính chuyển hoá với hoạt tính thuỷ phân của FTS nội bào cao hơn nhiều so với FTS ngoại bào. Trong số 6 chủng có nguồn gốc từ Trung Quốc, chủng Asp. niger AC004 có khả năng tổng hợp enzim cho hoạt tính FTS cao nhất. Các chủng có nguồn gốc từ Viện CNTP đều phát triển rất nhanh trong môi tr−ờng sacaroza, cho l−ợng sinh khối cao sau 3 ngày lên men, song hoạt lực FTS thấp và hoạt tính UH cao, nên tỷ lệ UT/UH thấp. Các chủng phân lập từ đất thì chỉ có chủng nấm mốcVVTP84 biểu hiện vừa có khả năng sinh tr−ởng tốt trong môi (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
tr−ờng sacaroza vừa sinh FTS có hoạt lực cao. Với kết quả trên chủng nấm mốc VVTP84 đ−ợc chọn làm đối t−ợng cho các nghiên cứu tiếp theo.
3.5 Định tên và phân loại vi sinh vật.
Nấm mốc có màu đen nâu VVTP 84 phân lập tử đất của nhà máy đ−ờng Lam Sơn Thanh Hoá đ−ợc đánh giá là có khả năng sinh tổng hợp FTS cho hoạt lực cao nhất. Để xác định rõ lai lịch của chúng việc định tên phân loại là cần thiết. Quá trình đ−ợc tiến hành bằng cách nuôi cấy vi sinh vật trên ba môi tr−ờng đặc tr−ng đó là môi tr−ờng n−ớc chiết khoai tây, môi tr−ờng Czapek Dox và môi tr−ờng n−ớc chiết malt. Vi sinh vật đ−ợc quan sát theo dõi trong suốt thời gian nuôi cấy bằng mắt th−ờng, kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử. Cuối cùng vi sinh vật đ−ợc xác định tên dựa trên ba khoá phân loại của Raper, K.B., [46] Wiley, B.J. và Simmons, E.G., [68]. Kết quả phân loại đ−ợc ghi nhận nh− sau:
* Đặc điểm nuôi cấy và hình thái trên môi tr−ờng khoai tây
Trên môi tr−ờng n−ớc chiết khoai tây, chủng VVTP84 phát triển khá tốt, hình thành các khuẩn lạc hình tròn có các sợi nấm màu trắng v−ơn dài ra xung quanh. Sau 1 đến 2 ngày nuôi cấy, trung tâm khuẩn lạc, tại các đầu sợi nấm xuất hiện các bào tử màu đen ánh vàng. Sau 3 đến 4 ngày, toàn bộ các khuẩn lạc bị bao phủ bởi một lớp bào tử màu nâu đen. Nhìn từ đáy hộp không thấy có sự đổi màu của môi tr−ờng, chứng tỏ chủng VVTP 84 không tiết sắc tố trong quá trình sinh tr−ởng trên môi tr−ờng này. Các đặc điểm trên đây ta nhận định chúng có thể là nấm mốc thuộc chi Aspergillus. Tiếp đó vi sinh vật lại đ−ợc nuôi trên hai môi tr−ờng đặc tr−ng cho việc định tên các chủng nấm mốc là Czapek Dox và n−ớc chiết malt.
*Đặc điểm nuôi cấy và hình thái trên môi tr−ờng Czapek Dox
Trên môi tr−ờng Czapek Dox khuẩn lạc của chủng VVTP84 phát triển khá chậm có mầu từ vàng nhạt đến vàng sẫm hoặc nâu nhạt. Cuống bào tử trần th−ờng thẳng đứng và thon đều hoặc kéo dài cùng chiều với cuống. Số l−ợng bào tử trần trên mỗi chuỗi không nhiều (3- 6 bào tử/ chuỗi). Chuỗi bào tử trần bó lại tạo thành một hình trụ đến phân tách rời nhau màu trắng đến nâu nhạt. Tế bào phát sinh bào
tử trần thuộc loại nhánh đôi. Cuống chuỗi bào tử trần che phủ ít nhất 1/3 đỉnh cuống bào tử trần. Bào tử trần không màu có dạng cầu đến gần cầu, đ−ờng kính 2- 3 àm thành bào tử liền.
* Đặc điểm hình thái trên môi tr−ờng chiết malt bằng mắt th−ờng
Trên môi tr−ờng dịch chiết malt nấm mốc VVTP84 phát triển bình th−ờng, sau ba ngày nuôi cấy cho khuẩn lạc có đ−ờng kính trung bình là 30 mm. Bào tử có màu nâu lục tối. Sợi nấm màu trắng, không có dịch tiết ra từ sợi nấm. Trong quá trình sinh tr−ởng có tiết sắc tố màu nâu tối ra môi tr−ờng. Khuẩn lạc nhìn từ đáy hộp lồng có màu nâu đen.
*Đặc điểm hình thái trên môi tr−ờng chiết malt bằng kính hiển vi
Cơ quan sinh sản của chủng nấm mốc VVTP84 là bào tử đã đ−ợc quan sát trên kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử, kết quả cho thấy cuống bào tử trần (Vesicles) có chiều dài từ 25àm đến 42,5 àm. Cuống chuỗi bào tử trần
(Metulae) có kích th−ớc 10àm x 5 àm. Thể bình (Phialides)- thân chuỗi bào tử trần (6,5 - 7,5) àm x 4,2 àm. Bào tử trần có hình dạng cầu ráp với kích th−ớc là 3,75àm - 5 àm.
* Kết luận:
Theo ba khoá phân loại của Raper K B. & Fennell D. I. [79], Wiley B. J. & Simmons E. G. [104] và Yaguchi T. et al., [107] ta có thể kết luận về vị trí phân loại cuả chủng nấm mốc VVTP84 :
- Loài: Aspergillus flavipes (Bain. & Sart) Thom & Church. Chi: Aspergillus. - Giống phụ: Mitosporic trichonocomaceae.
- Giống: Trichocomaceae
48
Hình 3.5: Cuống bào tử đính của chủng nấm VVTP 84 quan sát và chụp d−ới kính hiển vi quang học ( 200 x )
Hình 3.6: Hệ cơ quan sinh bào tử của chủng nấm VVTP 84 quan sát và chụp d−ới kính hiển vi quang học (200 x )
Hình 3.7: Đỉnh cuống bào tử và hệ chuỗi bào tử trần của chủng nấm VVTP 84 quan sát và chụp d−ới kính hiển vi điện tử.
Hình 3.9: Bào tử trần của chủng nấm VVTP 84 quan sát và chụp d−ới kính hiển vi điện tử.
Chủng giống Asp. flavipes VVTP 84 sau khi tuyển chọn đã đ−ợc lên men thử trên các môi tr−ờng và điều kiện thích hợp để thu nhận enzim FTS. Để phân biệt với các enzim nhập ngoại, chúng tôi tạm thời định tên là enzim FIRI-FTS. Hoạt lực của enzim FIRI-FTS thô hiện tại đã đạt 15U/ml, bằng 1/10 hoạt lực của enzim Trung Quốc và bằng 1/40 hoạt lực của enzim Nhật Bản. Tuy thế tỷ lệ UT/UH của enzim FIRI -FTS vẫn còn thấp so với các enzim nhập ngoại. Để có đ−ợc chủng giống tốt, phục vụ cho sản xuất công nghiệp cần có thêm các nghiên cứu nâng cao khả năng tổng hợp enzim FTS của chủng giống đã tìm ra.
3.6 Nghiên cứu sử dụng đ−ờng FOS trong sản xuất một số thực phẩm chức năng. chức năng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ngày nay cùng với sự phát triển đột phá của khoa học kỹ thuật, con ng−ời có thể tác động làm thay đổi mọi quy luật tự nhiên, vô hiệu hoá những đặc tính có hại và tăng c−ờng hoá những đặc tính có lợi của sản phẩm để phục vụ tốt hơn cho nhu cầu ngày càng cao của loài ng−ời. Tuy thế bên cạnh những thành tựu to lớn mà chúng ta đã thu đ−ợc nh− sản l−ợng tăng lên gấp bội, một số chỉ tiêu chất l−ợng đ−ợc cải tiến... các sản phẩm nông sản thực phẩm đôi khi lại mất đi một số đặc tính tự nhiên nh− tính cân bằng, tính hỗ trợ về dinh d−ỡng và tính an toàn v.v... Để khắc phục thực trạng đó, việc bổ sung các chất vi l−ợng, các chất chức năng cũng nh− các thành phần thiếu hụt trong quá trình chế biến thực phẩm đang đ−ợc các nhà sản xuất quan tâm. Điều này còn đặc biệt có ý nghĩa đối với ngành sản xuất thức ăn cho trẻ em, loại thực phẩm phục vụ cho con ng−ời ở thời kỳ non trẻ, khi mà nhu cầu dinh d−ỡng cao, hệ tiêu hoá ch−a phát triển hoàn chỉnh, khả năng kháng bệnh yếu.
Do đ−ờng FOS có nhiều đặc tính sinh học đáng quý, có h−ơng vị và tính chất hoá lý t−ơng tự nh− đ−ờng kính nên việc thay thế đ−ờng kính bằng đ−ờmg FOS trong sản xuất các loại thực phẩm chứa đ−ờng nh− kẹo, bánh và bột dinh d−ỡng trẻ em là hoàn toàn khả thi. Sản phẩm sau cải tiến này sẽ có giá trị cao về mặt dinh d−ỡng cũng nh− chức năng phòng ngừa bệnh tật đồng thời h−ơng vị cũng đ−ợc cải thiện rất nhiều.
Trên thế giới việc sử dụng đ−ờng FOS trong sản xuất các mặt hàng thực phẩm chức năng nh− sữa, bánh kẹo, thức ăn cho ng−ời bệnh v.v... đã đ−ợc tiến hành từ những năm của thập kỷ 80 trong thế kỷ tr−ớc. Các sản phẩm đ−ợc bổ sung đầu tiên là bánh qui, sữa chua. Ngày nay ng−ời ta đã ứng dụng đ−ờng FOS vào hơn 500 sản phẩm thực phẩm các loại. Nhiều nhất là các loại sữa, bánh kẹo và đồ uống.
Trong nghiên cứu này sản phẩm đ−ờng FOS thu nhận đ−ợc từ kết quả phần trên đ−ợc sử dụng trong sản xuất ba sản phẩm thực phẩm đó là bột dinh d−ỡng trẻ em, bánh bích quy và kẹo cứng. Do giá thành của đ−ờng FOS cao độ khá cao và yêu cầu về độ tinh khiết của đ−ờng FOS khi sử dụng nh− một chất bổ sung không đòi hỏi nên chúng tôi chọn đ−ờng FOS thấp độ làm đối t−ợng nghiên cứu cho quá trình này. Nghiên cứu đầu tiên đ−ợc tiến hành bằng cáh xác định nhiệt độ sôi và nhiệt độ caramen hoá của dịch đ−ờng FOS thấp độ. Kết quả cho thấy nhiệt độ sôi của dịch đ−ờng FOS 50% (dịch đ−ờng FOS thu đ−ợc từ phản ứng FTS sau khi chỉnh về nồng độ chất khô 50 %) là 110 0C và nhiệt độ caramen hoá là 180 0C.
3.6.1 Nghiên cứu sử dụng đ−ờng FOS trong sản xuất bột dinh d−ỡng trẻ em.
Nghiên cứu sản xuất dột dinh d−ỡng trẻ em đã đ−ợc thực hiện tại Viên Công nghiệp thực phẩm từ những năm 90 của thế kỷ tr−ớc. Kết quả nghiên cứu đã đ−ợc chuyển giao đến nhiều cơ sở sản xuất và ngay tại Viện Công nghiệp thực phẩm chúng tôi cũng có một dây chuyền sản xuất theo công nghệ nấu ép nổ đã nghiên cứu. Để đạt đ−ợc mục đích là đ−a sản phẩm đ−ờng FOS vào bột dinh d−ỡng trẻ em nhằm nâng cao giá trị dinh d−ỡng cũng nh− giá trị sinh học, chúng tôi đã tận dụng dây chuyền thiết bị có sẵn, cải tiến công nghệ cơ sở trong nghiên cứu sử dụng đ−ờng FOS vào sản xuất bột cinh d−ỡng trẻ em. Đối t−ợng nghiên cứu của chúng