Đề tài Ứng dụng công nghệ sinh học trong - Công nghệ thực phẩm công nghệ sản xuất bacterial cellulose

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM MÔN: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BACTERIAL CELLULOSE GVHD: Nhóm: TKB: Phòng: STT HỌ VÀ TÊN MSSV 1 2 3 TP.HCM - 2015 1 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................. 3 PHẦN 1.TỔNG QUAN .................................................................................................. 4 I.Giới thiệu về thạch dừa ................................................................................................. 4 1.1.Khái niệm .................................................................................................................. 4 1.2.Nguồn gốc ................................................................................................................. 4 1.3. Phân loại ................................................................................................................... 4 1.4.Cấu trúc của thạch dừa .............................................................................................. 5 II.Nguyên liệu nƣớc dừa ................................................................................................. 5 2.1.Nguồn gốc, phân loại ................................................................................................ 5 2.2.Giá trị dinh dƣỡng ..................................................................................................... 6 2.3.Thành phần hóa học .................................................................................................. 6 2.4.Tác hại của nƣớc dừa ................................................................................................ 8 2.5.Ứng dụng của nƣớc dừa ............................................................................................ 8 III. Vi sinh vật ................................................................................................................. 9 3.1.Acetobacter ............................................................................................................... 9 3.1.1.Đặc điểm sinh lý ..................................................................................................... 9 3.1.2.Phân loại ............................................................................................................... 10 3.1.3.Ứng dụng của vi khuẩn Acetobacter .................................................................... 10 3.1.4.Phân lập Acetobacter ............................................................................................ 11 3.2.Giống Acetobacter xylinum .................................................................................... 11 3.2.1.Nguồn gốc ............................................................................................................ 11 3.2.2.Hình thái Đặc điểm sinh lý ................................................................................. 11 3.2.3.Đặc điểm sinh lý, sinh hóa ................................................................................. 11 3.2.4.Tiêu chí chọn giống .............................................................................................. 12 3.2.5.Cơ chế tổng hợp ................................................................................................... 13 PHẦN 2. SƠ ĐỔ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ LÊN MEN THẠCH DỪA ................ 14 I.Quy trình công nghệ ................................................................................................... 14 II.Thuyết minh quy trình ............................................................................................... 15 2.1.Quá trình lọc ............................................................................................................ 15 2 2.2.Quá trình bổ sung cơ chất ....................................................................................... 16 2.3.Quá trình tiệt trùng làm nguội ................................................................................. 16 2.4.Quá trình lên men .................................................................................................... 17 2.5.Quá trình cắt thạch .................................................................................................. 18 2.6.Quá trình trung hòa acid .......................................................................................... 18 2.7.Quá trình đóng gói .................................................................................................. 19 2.8.Quá trình thanh trùng .............................................................................................. 19 III.Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình lên men ........................................................... 20 3.1.Ảnh hƣởng của hàm lƣợng nƣớc dừa rong môi trƣờng lên men............................. 20 3.2.Ảnh hƣởng của nguồn Nitơ ..................................................................................... 20 3.3.Ảnh hƣởng của nguồn Cacbon ................................................................................ 21 3.4.Ảnh hƣởng của nồng độ chất khô ........................................................................... 22 3.5.Ảnh hƣởng của pH .................................................................................................. 22 3.6.Ảnh hƣởng của nhiệt độ .......................................................................................... 22 PHẦN 3: SẢN PHẨM THẠCH DỪA ......................................................................... 23 I.Đánh giá chất lƣợng sản phẩm .................................................................................... 23 1.1.Mô tả sản phẩm ....................................................................................................... 23 1.2.Chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng sản phẩm ................................................................... 23 II.Ứng dụng ................................................................................................................... 24 III.Một số loại sản phẩm hiện có trên thị trƣờng .......................................................... 25 IV.Hƣớng phát triển một dạng sản phẩm tiềm năng ..................................................... 26 Tài liệu tham khảo ......................................................................................................... 27 3 LỜI MỞ ĐẦU Bacterial cellulose (BC) là hợp chất tƣơng hợp sinh học, không độc hại, có nhiều tính chất độc đáo với cấu trúc siêu mịn, xốp nên có nhiều ứng dụng ở nhiều lĩnh vực trong thực tế. Một trong những lĩnh vực quan trọng đó là ngành thực phẩm. Trong cuộc sống hiện đại, số lƣợng ngƣời bị mắc các chứng béo phì và các bệnh về tiêu hóa ngày một tăng cao. Đó là hậu quả của việc sử dụng “fast food” – thức ăn nhanh và những loại thực phẩm quá nhiều chất béo. Do đó, vấn đề đặt ra là phải có một loại thực phẩm năng lƣợng thấp, không lipid, lại giúp kích thích sự tiết thực để hạn chế phần nào các nguy cơ mắc các bệnh trên, mà vẫn phải thơm ngon, hấp dẫn đối với ngƣời tiêu dùng. Thạch dừa là một ví dụ điển hình. Thạch dừa đƣợc tạo thành bởi sự lên men vi khuẩn Acetobacter Xylinum trong môi trƣờng nƣớc dừa già và nƣớc cót dừa. Thạch dừa là sản phẩm trắng trong nhƣ thạch agar, hơi dai, có bản chất hóa học nhƣ polysaccharide nên không có giá trị dinh dƣỡng cao, nhƣng có đặc tính kích thích nhu động ruột làm cho việc điều hòa bài tiết tốt hơn. Thạch dừa còn có tác dụng phòng ngừa ung thƣ và có thể giữ cho da đƣợc mịn màng. Thuận lợi của việc sản xuât thạch dừa theo phƣơng pháp lên men truyền thống chính là ƣu điểm của công nghệ sản xuất vi sinh: tốc độ sinh sản nhanh, trang thiết bị đơn giản, ít tốn mặt bằng và nhân công, tƣơng ứng giá thành rẻ Tuy nhiên, điểm hạn chế của nó là phụ thuộc vào nguyên liệu, dẫn đến khó ứng dụng sàn xuất ở quy mô công nghiệp. Môi trƣờng nƣớc dừa già là nguyên liệu thƣờng dùng để sàn xuất thạch dừa nhƣng chỉ có sẳn ở một số vùng (mang tính địa phƣơng), còn những vùng khác lại rất khan hiếm do các yếu tố địa lý. Công tác vận chuyển nƣớc dừa đến các vùng này cũng gặp rất nhìu khó khăn. Do đó vấn đề cần phải giải quyết là môi trƣờng lên men phải xuất phát từ những nguồn nguyên liệu có sẳn, đa dạng, rẻ, có số lƣợng lớn, dễ vận chuyễn và mang tính quy mô công nghiệp, có thể tận dụng nguồn phế liệu từ các quá trình sản xuất thực phẩm khác. Vì vậy, nhóm chúng em thực hiện đề tài “công nghệ sản xuất bacterial cellulose”. 4 PHẦN 1. TỔNG QUAN I. Giới thiệu về thạch dừa 1.1. Khái niệm Thạch dừa là một sản phẩm thực phẩm dạng khối đông, trong mờ, dai đƣợc tạo ra từ sự lên men nƣớc dừa bởi vi khuẩn Acetobacter xylinum trong môi trƣờng nƣớc dừa già có bổ sung các chất dinh dƣỡng cần thiết. Hình 1. Thạch dừa 1.2. Nguồn gốc  Thạch dừa, còn gọi là Nata de coco, là một loại thức ăn phổ biến có nguồn gốc từ phillippin, đƣợc tạo ra từ sự lên men nƣớc dừa bởi vi khuẩn Acetobacter xylinum. Nata trong tiếng Tây Ban Nha có nghĩa là kem. Coco là dừa, do đó nata de coco có nghĩa là kem dừa hay thạch dừa. Đây là một trong số các loại thực phẩm thƣơng 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, đặc biệt là khi đƣợc trộn với các món ăn nhƣ trái cây, xirô  Năm 1992, thạch dừa bắt đầu đƣợc giới thiệu ở Nhật Bàn nhƣ một sản phẩm thực phẩm ăn kiêng do thạch dừa cung cấp ít năng lƣợng và không chứa cholesterol  Trong thạch dừa có hàm lƣợng chất xơ cao rất tốt cho hệ thống tiêu hóa do đó có thể giúp cơ thể chống lại bệnh ung thƣ ruột kết. 1.3. Phân loại  Dựa trên tính chất của sản phẩm: thạch dừa thô và thạch dừa thành phẩm. Hình 2. Thạch dừa thô và thạch dừa thành phẩm  Dựa trên bao bì sản phẩm: thạch dừa đựng trong bao bì nilon và thạch dừa đựng trong hủ nhựa 5 Hình 3. Thạch dừa đựng trong bao nilong và thạch dừa đựng trong hủ nhựa  Dựa trên màu sắc và mùi vị: trên thị trƣờng hiện nay có rất nhiều loại thạch dừa với nhiều mùi vị khác nhau. Hình 4. Thạch dừa hương cam, hương dứa và hương dâu (từ trái sang) 1.4. Cấu trúc của thạch dừa  Bản chất của thạch dừa là một màng nhày có cấu trúc là cellulose. Cấu trúc mạng polysaccharide sắp xếp không theo trật tự, không theo quy luật đan xen vào nhau rất chằng chịt theo mọi phía do trong quá trình lên men các vi khuẩn Acetobacter xylinum chuyển động hỗn loạn không theo quy luật. Đó là nguyên nhân tạo nên tính dai và chắc về mọi phía của miếng thạch.  Cấu trúc mạng polymer sinh học của thạch dừa có khả năng giữ nƣớc rất lớn. Miếng thạch dừa sau khi sấy ở 90OC thì mỏng nhƣ tờ giấy, bề mặt láng bong và rất dai chắc. Kết quả xác định hàm ẩm của thạch dừa là 99%, thể hiện rõ đặc tính háo nƣớc của thạch dừa, do chuỗi polymer của dạng thạch dừa chứa các nhóm OH nên rất dễ dàng tạo lien kết hydro với nƣớc. II. Nguyên liệu nước dừa 2.1. Nguồn gốc, phân loại  Nƣớc dừa đƣợc thu mua chủ yếu từ các cơ sỡ sản xuất cơm dừa nạo sấy (nƣớc dừa là phế liệu ở các cơ sỡ này). Ở những vùng có nhiều dừa thì sản xuất thạch dừa từ nguồn nguyên liệu nƣớc dừa già có hiệu quả kinh tế rất cao bởi nó rất tốt cho quá trình lên men vừa giải quyết đƣợc vấn đề môi trƣờng. Tuy nhiên ở những vùng không có 6 dừa thì vấn đề nguyên liệu lại là một trong những điễm hạn chế dẫn đến khó ứng dụng trong sản xuất ở quy mô công nghiệp.  Có 2 loại nƣớc dừa: nƣớc dừa già non và nƣớc dừa già. 2.2. Giá trị dinh dưỡng  Nƣớc dừa là một thức uống bổ dƣỡng, làm mát và tăng cƣờng sinh lực cơ thể. Nƣớc dừa chứa lƣợng đƣờng vừa đủ cung cấp cho cơ thể dƣới dạng đƣờng dễ tiêu hóa (chủ yếu là glucose, fructose và saccharose). Nƣớc dừa chứa nhiều đạm cần thiết cho cơ thể dƣới dạng nitơ acid amin thay thế và không thay thế. nƣớc dừa còn chứa nhiều vitamin và chất khoáng. Lƣợng vitamin C trong một trái dừa đủ cung cấp cho nhu cầu cơ thể mỗi ngày. Ngoài ra nƣớc dừa còn chứa một số vitamin nhóm B nhƣ niacin.acid pantothenic, biotin, riboflavin, acid folic, thiamin và pyrioxin tìm thấy ở dạng vết. Nƣớc dừa đặc biệt chứa nhiều khoáng chất nhƣ natri, kali, magie, canxi,sắt, đồng, phosphor, lƣu huỳnh và clorua.  Nƣớc dừa có nhiều tính năng chữa bệnh nhƣ: + Nƣớc dừa là thức uống bổ dƣỡng cho ngƣời gia và ngƣời bệnh, chữa suy dinh dƣỡng. + Nƣớc dừa chứa những hợp chất hữu cơ kích thích cho sự phát triễn. + Nƣớc dừa loại trừ chất độc trong trƣờng hợp bị ngộ độc khoáng, giúp nhử trung và ngăn nhiễm trùng đƣờng tiết niệu, lợi tiểu, chữa bệnh sốt mật. + Nƣớc dừa dùng hiệu quả trong chữa trị bệnh thận và sỏi bong đái, bênh tả, diệt giun, sán, lãi + Nƣớc dừa có thể đƣợc tiêm vào tĩnh mạch trong các trƣờng hợp khuẩn cấp thay thế huyết thanh máu bởi vì nó vô trùng, không sinh nhiệt và dễ dàng đƣợc cơ thể chấp nhận. + Nƣớc dừa giúp nhanh chóng hấp thụ các loại thuốc vào cơ thể và làm các thuốc này đạt tập trung ở nồng độ cao nhất trong máu. + Nƣớc dừa làm giảm độ acid, làm giảm sƣng tấy trong dạ dày. 2.3. Thành phần hóa học Bảng 1. Thành phần các chất trong nước dừa già và nước dừa non Thành phần Nƣớc dừa già Nƣớc dừa non Tổng chất rắn (%) 5.4 6.5 Đƣờng khử (%) 0.2 4.4 Khoáng (%) 0.5 0.6 Protein (%) 0.1 0.01 Chất béo (%) 0.1 0.01 Acid (mg%) 60.0 120.0 pH 5.2 4.5 K (mg%) 247.0 290.0 Na (mg%) 48.0 42.0 Ca (mg%) 40.0 44.0 Mg (mg%) 15.0 10.0 7 P (mg%) 6.3 9.2 Fe (mg%) 79.0 106.0 Cu (mg%) 26.0 26.0  Đƣờng + Trong những tháng đầu của quá trình chín của quả, đƣờng có trong nƣớc dừa chủ yếu dƣơi dạng đƣờng khử (glucose và fructose) còn đƣờng sucrose chỉ xuất hiện sau này khi trái chín dần và lƣợng đƣờng khử giảm. + Lƣợng đƣờng khử có trong nƣớc dừa tăng đều đặn từ 1,5% đến 5 – 5.5% trong những tháng đầu của quá trình chín và sau đó giảm chậm đến khoảng 2% ở giai đoạn quả chín hoàn toàn. Khi quả chín hoàn toàn thì khoảng 90% đƣờng tổng trong nƣớc dừa là sucrose.  Khoáng + Nƣớc dừa non chứa hầu hết các chất khoáng chất nhƣ: K, Na, Ca, P, Fe, Cu, S và Cl. Trong đó, K chiếm hơn phân nửa lƣợng khoáng chất, điều này có thể giải thích là do ảnh hƣởng của chế độ phân bón Kali. + Nƣớc dừa non giàu K và một số khoáng chất khác giữ một vai trò quan trọng trong việc tăng sự bài tiết chất thải.  Protein + Nƣớc dừa chứa một lƣợng rất nhỏ protein. Hàm lƣợng alanine, arginine, cysteine và serine trong protein của nƣớc dừa non cao hơn hàm lƣợng có trong sữa bò. + Trong nƣớc dừa không chứa protein phức tạp nên nguy cơ gây sốc cho ngƣời bệnh đƣợc giảm thiểu. Bảng 2. Thành phần các amino acid trong nước dừa Acid amin Hàm lƣợng (% khối lƣợng/amin tổng số) Acid glutamic 14.5 Arginine 12.75 Leucine 4.18 Lysine 4.51 Proline 4.12 Aspartic 3.6 Tyrosine 2.83 Almine 2.41 Histidine 2.05 Phenylalanin 1.23 Senine 0.91 8 Cystein 1.17  Vitamin + Nƣớc dừa non có chứa acid ascorbic (vitamin C) và các vitamin nhóm B. + Lƣợng vitamin C trong khoảng 2,2 – 3,7 mg/ml và lƣợng này giảm dần khi cơm dừa cứng dần. Bảng 3. Các vitamin nhóm B trong nước dừa Vitamin Hàm lƣợng (g/l) Acid ascorbic 3 Penthothenic 0.052 Acid nicotinic 0.064 Acid folic 0.03 Riboflavin 0.00001  Chất kích thích sinh trƣởng: Trong nƣớc dừa có chứa nhiều chất kích thích sinh trƣởng nhƣ: 1,3-diphenieriea, hexitol, phylbcocosine, cytokininin, zeatin, ribosid, myoinositol, scyllo-inositol, sorbitol. 2.4. Tác hại của nước dừa  Nƣớc dừa chứa lƣợng Kali cao làm mất cân bằng hệ điện phân trong tế bào, ngoài ra nƣớc dừa còn chứa khá nhiều đƣờng không thích hợp cho ngƣời bị bệnh tiểu đƣờng và béo phì.  Theo quan điểm dân gian thì nƣớc dừa thuộc âm, tức là có tính giải nhiệt, làm mát, làm mềm yếu gân cơ, hạ huyết áp. Nƣớc dừa rất có hại cho sức khỏe nếu uống nhiều và thƣờng xuyên (3 – 4 trái/ngày) nhất là bệnh nhân suy nhƣợc, huyết áp thấp, ngƣời hay lạnh. Lạm dụng nƣớc dừa có thể phát sinh ra các bệnh: huyết áp thấp, cƣờm nƣớc (mắt), nhức đầu kinh niên, suy nhƣợc thần kinh, thấp khớp, mỏi mệt gân cốt, trĩ nội, rong kinh, lòi dom, dễ xuất huyết nội  Nƣớc dừa chỉ có hại khi ta lạm dụng hay sử dụng vào các trƣờng hợp bệnh cấm kỵ dùng (trĩ, huyết áp thấp, cảm lạnh, thấp khớp, mệt tim do lạnh). Dùng nƣớc dừa không đúng lúc cũng có hại nhƣ dùng nƣớc dừa với đá vào buổi tối (3 yếu tố âm cộng lại: nƣớc dừa, lạnh, buổi tối) rất dễ bị bệnh. 2.5. Ứng dụng của nước dừa  Do thành phần hóa học có trong nƣớc dừa rất đa dạng và có giá trị dinh dƣỡng nên nƣớc dừa đã đƣợc sử dụng nhƣ một loại nƣớc giải khát phổ biến. Cải thiện nƣớc dừa bằng các chất chống oxy hoá nhƣ acid ascorbic, thêm đƣờng 8 – 10% và điều chỉnh pH về 4.2 – 4.3, cho vào 0.1 – 0.15% sodium citrate hoặc sodium benzoate.  Nuớc dừa còn là môi trƣờng nuôi cấy vi khuẩn. Một số nhà khoa học tin rằng nó không những thích hợp mà còn kích thích sự tăng trƣởng của vi khuẩn . 9  Nƣớc dừa dùng để nuôi nấm men Saccharomyces fragilis tạo ra protein đơn bào bổ sung nguồn protein thực phẩm cho con ngƣời. Dùng nƣớc dừa để nuôi nấm men có ƣu điểm là không cần bổ sung một số chất dinh dƣỡng .  Nƣớc dừa dùng để sản xuất thạch dừa. Thạch dừa là sản phẩm hiện nay rất đƣợc phổ biến và ƣa chuộng. III. Vi sinh vật 3.1. Acetobacter 3.1.1. Đặc điểm sinh lý  Giống vi khuẩn Acetobacter thuộc họ Pseudomonadieae, phân bố rộng rãi trong tự nhiên và có thể phân lập đƣợc các vi khuẩn này từ không khí, đất, nƣớc, lƣơng thực thực phẩm, dấm, rƣợu, bia, hoa quả Có khoảng 20 loài thuộc giống Acetobacter đã đƣợc 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 trƣờng 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 thƣớc 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 đƣợc độ acid cao.  Vi khuẩn Acetobacter có khả năng đồng hoá nhiều nguồn thức ăn carbon khác nhau: đƣờng, ethanol, acid hữu cơ nhƣng không sử dụng đƣợc tinh bột.  Tế bào đứng riêng lẽ hoặc kết thành từng chuỗi.  Có khả năng tạo thành váng trên môi trƣờng lỏng, khả năng tạo thành váng thay đổi tuỳ loại:  Acetobacter xylinum: tạo thành váng cellulose khá dày và chắc.  Acetobacter orleanoe: tạo thành váng mỏng nhƣng chắc.  Acetobacter pasteurianum: tạo thành váng khô và nhăn nheo.  Acetobacter suboxydans: tạo thành váng mỏng dễ tan rã.  Acetobacter curvum: sinh acid acetic với nồng độ cao nhƣng tạo thành váng không chắc chắn. Do những ƣu điểm vƣợt trội nên Acetobacter xylinum đƣợc ứng dụng trong sản xuất thạch dừa.  Vi khuẩn Acetobacter có khả năng đồng hóa muối và phân giải peptone. Một số loài đòi hỏi một số vitamin nhất định nhƣ acid pantothenic, các acid amin nhƣ: valin, alanin, isoleucin, proline và các chất khoáng K, Mg, Ca, Fe, P, S ở dạng muối vô cơ, hữu cơ hoặc hợp chất hữu cơ. Do đó, các môi trƣờng bia, dịch tự phân nấm men, nƣớc mạch nha, nƣớc trái cây là nguồn dinh dƣỡng rất tốt cho sự phát triển của vi khuẩn Acetobacter. 3.1.2. Phân loại Theo cách loại của J–Frateur, acetobacter có 6 loài quan trọng: 10  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 oxy hóa cồn tạo thành 6% acid acetic.  Nhiệt độ phát triển tối ƣu của chúng là 340C (Nếu nhiệt độ cao quá 400C sẽ gây ra hiện tƣợng co tế bào và tạo thành hình quả lê)  Chúng thƣờng phát triển trong bia.  Acetobacter schutzenbachii:  Trực khuẩn khá dài, tạo thành váng dày, và không bền vững.  Có khả năng tích luỹ trong môi trƣờng đến 11.5% acid acetic.  Thƣờng đƣợc sử dụng để làm dấm theo phƣơng pháp nhanh (của Đức).  Acetobacter suboxydans:  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 thƣờng cần đƣợc cung cấp một số chất sinh trƣởng nhƣ acid para-aminopenzoic, acid panthoteric, acid nicotinic.  Acetobacter orleansen:  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 trƣờng dịch thể, có thể phát triển đƣợc trong môi trƣờng có nồng độ rƣợu cao (10% – 12%) và làm tích luỹ đến 9.5% acid acetic.  Thƣờng đƣợc dùng trong công nghiệp chuyển rƣợu vang thành giấm (phƣơng pháp của Pháp). Phát triển thích hợp ở nhiệt độ 25 – 300C.  Acetobater xylinum:  Trực khuẩn không di động.  Tạo thành váng nhăn và khá dày. Váng có chứa cellulose nên khi gặp H2SO4 và thuốc nhuộm Iod sẽ bắt màu xanh, có thể tích luỹ 4.5% acid acetic trong môi trƣờng.  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 oxy hoá và tạo 6.2% acid acetic. 3.1.3. Ứng dụng của vi khuẩn Acetobacter  Sử dụng để làm thạch dừa  Sử dụng quá trình lên men  Làm dấm ăn (acid acetic)  Ngoài khả năng oxy hóa ethanol thành acid acetic, một số loài Acetobacter còn tổng hợp đƣợc vitamin B1, B2, oxy hóa sorbic thành đƣờng sorbose (dùng trong công nghiệp sản xuất vitamin C) 3.1.4. Phân lập Acetobacter  Vi khuẩn Acetobacter có thể đƣợc phân lập từ dấm, rƣợu, bia, hoa quả, chuối chín, váng giấm... Ví dụ: muốn phân lập vi khuẩn acetobacter từ không khí, ngƣời ta 11 pha rƣợu thành dung dịch 5 – 6% (hoặc theo kinh nghiệm dân gian, chỉ cần lấy một phần rƣợu hòa với 7 phần nƣớc lã, đựng trong cốc miệng rộng, giữ ở tủ ấm 300C trong 2 – 3 ngày. Rƣợu sẽ đục và trên bề mặt xuất hiện một váng mỏng. Lấy váng mỏng này pha loãng ra, và phân lập trên môi trƣờng thạch dĩa.  Để ức chế sự phát triển của các loại nấm men Mycoderma (thƣờng phát triển đồng thời với sự phát triển của vi khuẩn Acetobacter), ngƣời ta bổ sung vào môi trƣờng phân lập 1 – 1.5% acid acetic. 3.2. Giống Acetobacter xylinum Acetobacter xylinum thuộc nhóm vi khuẩn acetic. Quá trình lên men acetic đƣợc coi là quá trình lên men dấm nhƣng thực chất là một quá trình oxy hóa A. xylinum là loài vi khuẩn tạo đƣợc BC nhiều nhất trong tự nhiên. Một tế bào A. xylinum có thể chuyển hoá 108 phân tử glucose thành cellulose trong 1 giờ. 3.2.1. Nguồn gốc 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. 3.2.2. Hình thái Đặc điểm sinh lý  A.xylinum là loại vi khuẩn hình que thẳng hoặc hơi cong dài khoảng 2μm.  Đứng riêng lẻ hoặc xếp thành chuỗi.  Không di động.  Gram (–).  Vỏ nhày đƣợc cấu tạo bởi cellulose.  Là vi khuẩn hiếu khí bắt buộc, vì vậy chúng tăng trƣởng ở bề mặt tiếp xúc giữa môi trƣờng lỏng và môi trƣờng khí. Hình 5. Vi khuẩn A.xylinum 3.2.3. Đặc điểm sinh lý, sinh hóa  Có khả năng tạo váng cellulose khá dày.  A.xylinum sinh trƣởng ở pH<5, t0= 28 – 320C và có thể tích lũy 4.5% acid acetic. Acid acetic là sản phẩm sinh ra trong quá trình hoạt động của A.xylinum, nhƣng khi lƣợng acid tích lũy quá cao thì sẽ ức chế chúng.  A.xylinum hấp thụ đƣờng glucose từ môi trƣờng nuối cấy. Trong tế bào vi khuẩn, glucose này sẽ kết hợp với acid béo tạo thành một tiềm chất nằm trên màng tế bào. Sau đó chúng đƣợc thoát ra bên ngoài tế bào cùng với một enzyme. Enzyme này có thể polymer hóa glucose thàng cellulose.  Acetobacter xylinum sống thích hợp ờ nhiệt độ 28 320C. Ở nhiệt độ này quá trình hình thành các sản phẩm trong đó có thạch dừa là tốt nhất. Bảng 4. Đặc điểm sinh hóa của A.xylinum STT Đặc điểm sinh hóa của A.xylinum Hiện tƣợng Kết quả 12 1 Oxy hóa ethanol thành acid acetic Acid acetic tạo ra sẽ kết hợp với CaCO3 làm còng sáng rộng hơn và tạo lớp cặn đục rõ + 2 Catalase Sủi bọt khí + 3 Sinh trƣởng trên môi trƣờng Hoyer Sinh khối không phát triển – 4 Chuyển hóa glucose thành acid Vòng sáng xung quanh khuẩn lạc + 5 Chuyển hóa glycerol thành dihydroxyaceton Vòng CuO xuất hiện xung quanh khuẩn lạc + 6 Kiểm tra khả năng sinh sắc tố nâu Không thây sắc tố nâu – 7 Kiểm tra tổng hợp cellulose Váng vi khuẩn xuất hiện màu lam + 3.2.4. Tiêu chí chọn giống  Nguyên liệu + Nồng độ cơ chất [S] = 100 – 150g glucose hoặc lactose/lít. + Bổ sung amon và phosphate: 5g/l. + Chỉnh pH môi trƣờng bằng acid aceti: pH ≤ 5.  Nƣớc dừa già: đƣợc lấy từ các nhà máy sản xuất cơm dừa sấy khô.  Nƣớc thơm: đƣợc ép từ vỏ và lõi từ các nhà máy sản xuất dứa đóng hộp.  Rỉ đƣờng: phế phẩm của các nhà máy sản xuất đƣờng.  Nƣớc mía: đƣợc ép từ thân mía.  Môi trƣờng nuôi cấy. + A.xylinum có thể đƣợc nuôi cấy trên nhiều môi trƣờng khác nhau nhƣng phát triển tốt nhất trên hai loại môi trƣờng: mật rỉ đƣờng và nƣớc mía. + Dƣới đây là một số môi trƣớng tiêu biểu có khả năng ứng dụng cao phù hợp với điều kiện và hoàn cảnh ở Việt Nam: 1. Môi trƣờng rì đƣờng để sản xuất BC  Rỉ đƣờng: 40g  Cao bắp: 20g  (NH4)2SO4: 8g  (NH4)2HPO4: 2g  Acid acetic: 5ml  Nƣớc cất: 1000ml 2. Môi trƣờng nƣớc dừa già (MT5)  Acid acetic: 5ml  (NH4)2SO4: 8g  (NH4)2HPO4;2g  Saccharose: 20g  Nƣớc dừa già: 1000ml 3. Môi trƣờng nƣớc cốt dừa 1  Tỷ lệ cơm dừa/nƣớc (g/ml): 1/10  (NH4)2SO4 (%): 0.6  (NH4)2HPO4 (%): 0.6  Saccharose (%): 6 4. Môi trƣờng nƣớc mía để sản xuất BC  Nƣớc ép mía: 100ml  Cao bắp: 2g  (NH4)2SO4: 8g  (NH4)2HPO4: 2g  Acid acetic: 5ml  Nƣớc cất: 900ml 5. Môi trƣờng nƣớc ép dứa 1  Tỷ lệ dứa/nƣớc (g/ml): 1/10  (NH4)2SO4 (%): 0.8  (NH4)2HPO4 (%): 0.6  Saccharose (%): 6 6. Môi trƣơng nƣớc ép dứa  Tỷ lệ dứa/nƣớc (g/ml): 3/10  (NH4)2SO4 (%): 0.8  (NH4)2HPO4 (%): 0.6  Saccharose (%): 6  Khả năng tạo sản phẩm: + Tạo màng cellulose dai và chắc về mọi phía trên bề mặt môi trƣờng. + Tạo sản phẩm có hàm ẩm cao (cót thề lên đến 99%). + Có khả năng lên men nhiều loại đƣờng khác nhau để tạo sản phẩm: glucose, saccharose, lactose, maltose, dextrin và galactose  Khả năng sinh trƣởng: khả năng cạnh tranh và ức chế vi sinh vật nhiễm cao.  Các tính chất khác: + Tính ổn định có hoạt tính trao đổi chất: ít bị thoái hóa. + Khả năng sinh tổng hợp độc tố: không có khả năng sinh độc tố. + Khả năng thích nghi: tốt, chịu đƣợc môi trƣờng có nồng độ chất khô cao (nồng độ chất khô thích hợp cho quá trình hình thành dừa là 11.5 – 12 0 bal), khoảng nhiệt độ và pH đẻ lên men tạo sản phẩm rộng (t= 20 – 32 0 C, pH= 3.5 – 6.5). + Tỷ lệ hàm lƣợng các sản phẩm trao đổi chất: chỉ quan tâm tới hàm lƣợng cellulose, không quan tâm đến các sản phẩm khác. Do đó mà ta cần chọn giống có khả năng tạo cellulose với hàm lƣợng lớn. 3.2.5. Cơ chế tổng hợp  Acetobacter xylinum hấp thụ đƣờng glucose từ môi trƣờng 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 đƣợc thoát ra ngoài tế bào cùng với một enzyme. Enzyme này có thể 1hong1c hoá glucose thành cellulose.  Acetobacter .xylinum tạo nên lớp cellulose dày là do môi trƣờng nuôi cấy nƣớc dừa có bổ sung các chất dinh dƣỡng cần thiết. Cellulose là những 1hong1ccharide không tan trong nƣớc mà tan trong môi trƣờng kiềm. Đó cũng là thành phần chính của màng tế bào thực vật. Polysaccharide của vi sinh vật thƣờng đƣợc tích tụ đáng kể trong các môi trƣờng lỏng. Vi sinh vật có khả năng tổng hợp các oligo và polysaccharide. Lƣợng các oligo và các polysaccharide nội bào có thể đạt tới 60% trọng lƣợng khô của tế bào.  Tất cả các oligo và polysaccharide đƣợc tổng hợp bằng cách kéo dài chuỗi saccharide có trƣớc nhờ vào việc thêm vào đơn vị monosaccharide. Đơn vị monosaccharide đƣợc thêm vào tham gia phản ứng ở dạng nucleotide, monosaccharide 14 đƣợc hoạt hoá thƣờng là dẫn xuất của các uridin diphosphat (UDP-X) nhƣng đôi khi cũng với các nucleotide, purin và các pirimidin khác.  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 chƣa rõ.  Ngƣời ta cho rằng thứ tự các gốc đƣờng và tính đặc trƣng tham gia của chúng vào chuỗi polysaccharide phụ thuộc vào các enzyme transferase. Acetobacter xylinum o sống thích hợp ở nhiệt độ 28-32 C. Ở nhiệt độ này quá trình hình thành các sản phẩm trong đó có thạch dừa là tốt nhất. PHẦN 2. SƠ ĐỔ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ LÊN MEN THẠCH DỪA I. Quy trình công nghệ Nƣớc dừa Lọc Bổ sung cơ chất Tiệt trùng (121OC, 20 phút) Làm nguội Lên men Thu nhận thạch Rửa sạch Cắt thạch Trung hòa acid Nhân giống Giống A.xylinum Cặn (NH4)2SO4 (NH4)2HPO4 Saccharose 15 Hình 6. Sơ đồ quy trình công nghệ lên men thạch dừa. II. Thuyết minh quy trình 2.1. Quá trình lọc  Mục đích: tách phần lớn các tạp chất thô còn nằm trong nƣớc dừa sau khi đƣợc chuyển tới nơi sản xuất thạch dừa. Qúa trình này nhằm mục đích chuẩn bị cho các quá trình tiếp theo. Nƣớc dừa sau khi thu hoạch không thật sự tinh khiết mà vƣớng phải nhiều tạp chất thô nhƣ xơ dừa, cơm dừa. Qúa trình lên men của Acetobacter xylinum chủ yếu biển đổi từ đƣờng glucose thành cellulose nên việc xuất hiện các thành phần khác cũng gây khó khăn cho quá trình lên men, nguy cơ nhiễm khuẩn sẽ rất cao. Quy trình lọc tách các tạp chất thô chuẩn bị cho quá trình lên men sau này.  Biển đổi: trong quá trình lọc chỉ xảy ra các biển đổi về vật lý: sự thay đổi tỉ trọng do có sự tách pha lỏng và dịch lọc trong hơn.  Nguyên tắc: dùng áp suất để đẩy dung dịch qua màng lọc, phần cặn sẽ bị màng lọc ngăn lại, phần nƣớc dừa sẽ đi qua đƣợc màng lọc và đƣợc gọi là dịch lọc. Phần dịch lọc này sau đó sẽ đƣợc dẫn đến thiết bị thanh trùng.  Thiết bị: nƣớc dừa thu nhận về lẫn các tạp chất phần lớn là xơ dừa và mạc dừa, việc lọc các thành phần này không quá phức tạp nên không cần đầu tƣ thiệt bị hiện đại, chì cần thiết bị thùng chứa lớn, có lớp lƣới lọc chắc chắn và các lỗ lọc đủ nhỏ để ngăn tạp chất là đƣợc. Đóng hộp Thanh trùng Thạch dừa Si rô, hƣơng liệu 16 Hình 7. Bồn lọc tinh  Phương pháp: bơm nƣớc dừa vào bồn lọc bằng cửa đỉnh và tháo dịch lọc ra bằng cửa đáy. Qúa trình có thể thực hiện lien tục hoặc gián đoạn tùy thuộc vào quy mô sản xuất. 2.2. Quá trình bổ sung cơ chất  Mục đích: bổ sung nguồn nitơ, cacbon, cung cấp dinh dƣỡng cho visinh vật phát triển và sinh tổng hợp sản phẩm.  Thiết bị: bình chứa và thiết bị rót thông thƣờng.  Phương pháp: bổ sung chất dinh dƣỡng gồm: (NH4)2SO4, (NH4)2HPO4 và Saccharose với tỷ lệ thành phần nhƣ trong môi trƣờng MT5 vào phối trộn với dịch lọc trong thiết bị tiệt trùng. 2.3. Quá trình tiệt trùng làm nguội  Mục đích: + Tiệt trùng: tiêu diệt visinh vật gây bệnh trong thực phẩm, các vi sinh vật khác và vô hoạt các enzyme có trong dung dịch, chuẩn bị cho quá trình lên men.Tạo điều kiện hòa tan tốt chất dinh dƣỡng vào dịch lọc. + Làm nguội: đƣa dung dịch nƣớc dừa về nhiệt độ thích hợp cho Acetobacter xylinum phát triển (28–32OC).  Biến đổi: + Hóa học: quá trình tiệt trùng sẽ làm biến đổi một số thành phần hóa học của nƣớc dừa, ví dụ nhƣ mất một số vitamin. + Sinh học: vô hoạt enzyme và tiêu diệt vi sinh vật.  Thiết bị: thiết bị gia nhiệt (vỏ áo, ) 17 Hình 7. Thiết bị trao đổi nhiệt vỏ áo 2.4. Quá trình lên men:  Mục đích: thu nhận sản phẩm trao đổi chất bậc 1 mà sản phẩm cần thu nhận chính là cellulose của Acetobacter xylinum – đây là mục đích cính của quy trình trong công nghệ lên men thạch dừa.  Biến đổi: + Sinh học: sự gia tăng số lƣợng tế bào vi khuẩn trong giai đoạn đầu và quá trình trao đổi chất nhằm tạo sản phẩm ngoại bào của vi khuẩn. + Hóa lý: có sự tạo thành gel – chính là bao nhầy của vi sinh vật bên trong chứa các sợi cellulose. + Vật lý: có quá trình tỏa nhiệt làm tăng nhiệt đỗ của quá trình lên men. + Hóa sinh: đây là biến đổi quan trọng của quá trình lêm men, Acetobacter xylinum sẽ sữ dụng cơ chất là đƣờng glucose có sẵn trong môi trƣờng để tao thành cellulose (Trong thực tế, môi trƣờng nƣớc dừa già không chứa hàm lƣợng glucose cao mà là saccharose. Khi đó, Acetobacter xylinum sẽ chuyễn hóa chúng về glucose rồi tiếp tục tao thành cellulose).  Thiết bị: vì Acetobacter xylinum là visinh vật hiếu khí nên chọn thiết bị lên men bề mặt (cuvet). 18 Hình 8. Nồi lên men  Phương pháp: lên men tĩnh, có hoặc không bổ sung cơ chất. vì cần thu nhận sản phẩm ở dạng một khối cellulose, khối này đƣợc hình thành sau một thời gian nhất định, vì vậy không thể lên men lien tục. 2.5. Quá trình cắt thạch  Mục đích: + Cắt miếng thạch thô thành những miếng nhỏ hơn, kích thƣớc 1 x 2.0 x 2.5 (cm). + Tạo thành hình dạng thật của sản phẩm.  Biến đổi: có sự biến đổi về vật lý, hình dạng của sản phẩm bị thu nhỏ lại cho phù hợp với sản xuất. Chú ý rằng, trong quá trình này cần thực hiện vô trùng để tránh nhiễm phải vi sinh vật trở lại cho sản phẩm.  Nguyên tắc: dùng hệ thống dao cắt lien tục, khi cho sản phẩm thạch dừa thô vào, hệ thống này sẽ tự động cắt nhỏ nguyên liệu.  Thiết bị: hệ thống dao cắt lien hợp có thể đƣợc sử dụng đễ nguyên liệu thạch dừa thô. Tuy nhiên, trong sản xuất ngƣời ta dùng các hệ thống lien hợp nhau, đồng thời dùng với mục đích khác. 2.6. Quá trình trung hòa acid  Mục đích: khi tách miếng thạch dừa ra khỏi môi trƣờng lên men, nó vẫn còn lẫn rất nhiều acid acetic cho vào lúc đầu để điều chỉnh pH, sự tồn tại của acid này trong sản phảm là bất lợi vì nó tạo mùi và vị không thích hợp. chính vì vậy cần dùng Na2CO3 để trung hòa.  Biển đổi: quá trình này xảy ra những biến đổi hóa học. CH3COOH + Na2CO3 CH3COONa + CO2 + H2O  Thiết bị và thong số: dùng những khay lớn đựng sản phẩm thạch dừa thô, sau đó cho dung dịch vào ngâm trong vòng 10 phút (sử dụng Na2CO3 nồng độ 3–5% là thích hợp nhất).  Phương pháp: vì ngâm phải tốn thời gian nên để thực hiện quá trình này ta dùng phƣơng pháp ngâm và rửa gián đoạn. Cũng dùng những khay lớn, sau đó xếp thạch dừa thô vào, cho dung dịch Na2CO3 vào qua hệ thống ống dẫn. Sau thời gian ngâm, ta đem miếng thạch ra rửa lại với nƣớc lạnh. 2.7. Quá trình đóng gói  Mục đích: bảo quản sản phẩm.  Thiết bị: thạch dừa thành phẩm có hể đƣợc đóng trong những túi nhựa hay những hộp nhựa trong. 19 Hình 9.Máy đóng gói thạch dừa  Thông số: tùy vào năng suất cùa nhà máy mà nhà sản xuất có thể chọn những thiết bị có công suất tƣơng đƣơng. 2.8. Quá trình thanh trùng  Mục đich: bảo quản, quá trình thanh trùng giúp tiêu diệt visinh vật gây bệnh nhƣng với nhiệt độ vừa phải, không cao quá do chúng ta chứa sản phẩm trong các bao bì nhựa.  Biến đổi: chù yếu xảy ra iến đổi sinh học: tiêu diệt bớt một phần vi sinh vật nhờ nhiệt độ tăng cao.  Thiết bị: sử dụng thiết bị thanh trùng Tunnel. Trong thiết bị này, từng khu vực sẽ có từng nhiệm vụ cụ thể: vùng gia nhiệt, giữ nhiệt, làm nguội. Sản phẩm đƣợc chạy qua băng chuyền và qua lần lƣợt các vùng này. 20 Hình 10. thiết bị thanh trùng Tunel  Thông số: nhiệt độ thanh trùng đƣợc chọn là 60–70OC. Thời gian từ 20–30 phút.  Phương pháp: sau khi đóng gói, sản phẩm sẽ tiếp tục đƣợc đƣa vào băng chuyền dẫn qua thiết bị thanh trùng Tunnel. Khi vào vùng gia nhiệt, nhiệt độ của sản phẩm tăng lên đến khoảng 60OC, khi qua vủng giữ nhiệt, nhiệt độ này giữ lâu dài và cuối cùng, qua vùng giảm nhiệt, nhiệt độ của sản phẩm đƣợc trở về nhiệt độ ban đầu, sản phẩm cũng đã đƣợc thanh trùng. III. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men 3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng nước dừa trong môi trường lên men Hàm lƣợng nƣớc dừa(v/v) trong môi trƣờng lê men ảnh hƣởng đến năng suất lên men, hàm lƣợng chất khô cũng nhƣ độ dày sản phẩm tao thành. Sau đây là kết quả nghiên cứu về ảnh hƣởng của yếu tố này (thể tích môi trƣờng lên men là 500ml). Ta thấy hàm lƣợng nƣớc dừa già tăng thì khối lƣợng và độ dày sản phẩm cũng tăng. Bảng 5. Ảnh hưởng của hàm lượng nước dừa già (v/v) trong môi trường lên men đến tạo thành sản phẩm Hàm lƣợng nƣớc dừa già (%) pH cuối của quá trình lên men Khối lƣợng thạch tổng (g) Khối lƣợng khô của thạch (g) Tỷ lệ chất khô (%) độ dày thạch (cm) 0 2.08 24.52 0.68 2.77 0.744 10 2.83 31.20 0.90 2.88 0.954 30 3.18 44.46 1.26 2.83 1.34 50 3.37 60.61 2.33 3.84 1.86 70 3.46 63.12 2.50 3.96 1.96 90 3.48 69.87 2.98 4.27 2.02 100 3.5 72.02 3.18 4.30 2.15 3.2. Ảnh hưởng của nguồn Nitơ  Nguồn nitơ sử dụng cho quá trình lên men có thể là (NH4)2HPO4 hoặc (NH4)2SO4.  Nồng độ (NH4)2HPO4 và (NH4)2SO4 ảnh hƣởng trực tiếp đến sự phát triển của A.xylinum và khả năng tổng hợp cellulose cũng nhƣ độ dày của màng cellulose tạo thành. 21 + Nồng độ của muối amoni quá cao: vi khuẩn không sử dụng hết, lƣợng muối dƣ sẽ ức chế ngƣợc trở lại sự phát triễn của tế bào vi khuẩn. do đó ảnh hƣởng đến hoạt tính của vi khuẩn, lƣợng cellulose sinh tổng hợp đƣợc sẽ thấp. + Nồng độ của muối amoni quá thấp: lƣợng nitơ cung cấp cho quá trình sinh trƣởng và phát triển của A.xylinum không đủ, hiệu suất sinh tổng hợp cellulose không cao. + Mặt khác, nitơ còn có mặt trong nhiều thành phần nhƣ: acid nucleic, phospholipid, một số coenzyme quan trọng nhƣ ATP, ADP, NADP, FAD và một số vitamin tham gia vào quá trình tạo cellulose. Nếu hàm lƣợng các chất này quá thấp hay quá cao sẽ ảnh hƣởng tới tình chất hóa lý của mồi trƣờng. Vì vậy, ảnh hƣởng tới quá trình tạo thành màng cellulose cùa A.xylinum. Tóm lại: phải bổ sung một lƣợng muối cân đối, vừa đủ vào dịch lên men,tạo điều kiện tối ƣu cho A.xylinum sinh trƣởng và phát triển, có nhƣ thế cellulos thu đƣợc mới nhiều và dày hơn.  (NH4)2HPO4 còn là nguồn cung cấp Phospho cho A.xylinum: Bảng 6. Ảnh hưởng của nồng độ (NH4)2HPO4 đến sự hình thành thạch dừa Nồng độ (NH4)2HPO4 (%) Khối lƣợng trung bình của thạch dừa thô từ 400 ml canh trƣờng sau 15 ngày (g) 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 110.0 128.70 135.50 148.65 168.20 210.35 178.90 174.85 170.45 163.90 150.40 3.3. Ảnh hưởng của nguồn Cacbon  Do hàm lƣợng đƣờng trong môi trƣờng nƣớc dừa già không cao nên ta phải bổ sung thêm đƣờng để đảm bảo nhu cầu sinh trƣởng, phát triển và sinh tổng hợp sản phẩm của A.xylinum.  A.xylinum có khả năng lên men nhiều loại đƣờng khác nhau nhƣ: lactose, maltose, dextrin, galactose, saccharose, trong đó lên men đƣờng glucose là tốt nhất. Ứng với mỗi loại đƣờng, khả năng lên men của A.xylinum là khác nhau nên sự tổng hợp cellulose cũng không giống nhau.  Khi sử dụng glucose cho quá trình lên men sẽ cho khối lƣợng thạch dừa cao nhất và trạng thái thạch dừa thu đƣợc cũng rất tốt. Tuy nhiên khi ngƣời ta làm thí nghiệm sử dụng saccharose ở các nồng độ khác nhau cho quá trình lên men thì ngƣời ta thấy rằng saccharose ở nồng độ 10% sẽ cho khối lƣợng thạch dừa cao nhất. Trong 22 thực tế sản xuất ngƣời ta thƣờng sử dụng saccharose do giá thành rẻ và cho năng suất khá cao. 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ chất khô Nồng độ chất khô thích hợp cho quá trình hình thành cellulose là 12–13OBal. Nồng độ quá cao vi khuẩn không sử dụng cơ chất hết gây lãng phí, mặt khác ứu chế hoạt động sống của vi khuẩn. Còn nồng độ chất khô quá thấp sẽ không đủ cung cấp dinh dƣỡng cho vi khuẩn trao đổi chất duy trì hoạt động sống và sinh tổng hợp cellulose. 3.5. Ảnh hưởng của pH  pH của môi trƣờng lên men ảnh hƣởng đến sự phát triển và hiệu quả sinh tổng hợp cellulose của A.xylinum. Bảng 7. Ảnh hưởng của pH đến quá trình lên men pH Khả năng phát triển (ngày) Thạch tạo thành (sau 13 ngày) 1 2 3 4 Khối lƣợng (g) Độ dày (cm) 3.0 – – – – – – – – / / 3.5 – – + ++ +++ 63.83 1.99 4.0 + ++ +++ ++++ 71.85 2.06 4.5 + + ++ +++ 59.09 1.75 5.0 + + ++ ++ 55.94 1.69 5.5 – – + + + 43.40 1.39 6.0 – – – – + + / / 6.5 – – – – + + / / 7.0 – – – – – – – – / / (– –: không phát triển, +: phát triển, /: không hình thành)  Độ pH ảnh hƣởng nhiều đến năng suất cũng nhƣ sự hình thành sản phẩm.  Theo kết quả của bảng trên ta thấy, ở Ph 7.0 hầu nhƣ A.xylinum không phát triển đƣợc. chúng phát triển nhanh nhất trong khoảng pH = 3.5– 4.5, khối lƣợng và độ dày thạch cũng cao nhất. pH lên men phù hợp nhất là 4.0. 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ  Ngoài các yếu tố trên nhiệt độ lên men cũng ảnh hƣởng đáng kể đến sự hình thành sản phẩm.  Nhiệt độ tối ƣu cho quá trình lên men thạch dừa là 28–32OC. Ở nhiệt độ này thạch tạo thành có khối lƣợng cao và dày chắc. Ở khoảng nhiệt dộ 20–25OC thì thạch mỏng và mềm hơn. Nhiệt độ quá thấp (<20OC), thạch không hình thành hoặc nếu có thì tốc độ tổng hợp cũng rất chậm. Nhiệt độ cao hơn (>35OC) môi trƣờng lên men trở nên đặc sệt và ta cũng không thu đƣợc thạch dừa. Bảng 8. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình lên men 23 Nhiệt độ (OC) Trạng thái thạch dừa Khối lƣợng trung bình (g) sau 15 ngày 15 Không phát triển 0 20 Màng mỏng – mềm 87.5 25 Trung bình – chắc 128.82 28–32 Dày – chắc 195.02 35 Không tạo thành thach 0 40 Không tạo thành thach 0 PHẦN 3: SẢN PHẨM THẠCH DỪA I. Đánh giá chất lượng sản phẩm 1.1. Mô tả sản phẩm Sản phẩm thạch dừa có màu trắng trong, hơi đục, dai, mểm và có mùi thơm do các thành phần bổ sung vào thạch dừa thô khi chế biến. 1.2. Chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm  Chỉ tiêu vật lý: Thạch dừa bản chất là một khối gel, có cấu trúc mạng là các polysaccharide đan xen vào nhau rất chằng chịt, không theo một trật tự hay quy luật nào. Do đó nó tạo nên một cấu trúc dai chắc, có khả năng giữ nƣớc tốt và không tan trong nƣớc.  Chỉ tiêu hóa học: + Dinh dƣỡng trong thạch dừa có chứa các loại vitamin và khoáng chất nhƣ E, B1, B6, B12, FORLIC, kẽm, sắt.. Bảng 9. Thành phần dinh dưỡng trong thạch dừa Thành phần Nồng độ (g/100g) Thành phần Nồng độ (g/100g) Độ Nm (% w/w Nm) 5.73 Canxi (mg) 40.00 Protein (% w/w Nm) 18.23 Natri (mg) 68.00 Chất béo (% w/w Nm) 1.55 Kali (mg) 757.00 Đƣờng (% w/w Nm) 80.22 Sắt (mg) 3.00 Tro (% w/w Nm) 2.68 Đồng (mg) 0.40 Vitamin A ( ) Không có Clo (mg) 44.00 Vitamin C (mg) Không có Kẽm (mg) 2.30 24 Vitamin E (mg) 0.50 Photpho (mg) 305.00 Vitamin B1 (mg) 0.16 Biotin ( ) 12.00 Vitamin B2 (mg) 0.02 Folic acid ( ) 176.00 Vitamin B6 (mg) 0.29 Niacin (mg) 1.10 Vitamin B12 (mg) 0.30 Pantothetic acid (mg) 0.60 + Độc tố nƣớc dừa ban đầu không chứa các độc tố nên yêu cầu sản phẩm không đƣợc chứa độc tố, trong quy trình sản xuất không nhiễm phải độc tố từ môi trƣờng chế biến. + Phụ gia: trong quá trình chế biến, có bổ sung thêm đƣờng, acid, và các chất phụ gia nên yêu cầu sản phẩm không chứa dƣ lƣợng các chất phụ gia và bảo quản vƣợt quá giới hạn cho phép.  Chỉ tiêu vi sinh:  Môi trƣờng chứa thạch dừa có chứa đƣờng và các loại vitamin, khoáng chất thích hợp cho sự phát triển của nấm mốc và vi sinh vật do đó mà cần chú ý vấn đề đảm bảo an toàn vi sinh cho thực phẩm thạch dừa.  Bacillus (vi sinh vật gây đục): không có  E.coli (định tính): không có  Staphylococcus: không có  Nấm men, nấm mốc: không có  Nếu trong quá trình lên men, thiếu acid acetic, pH môi trƣờng sẽ không đủ để ức chế mốc và làm cho vi khuẩn phát triển.  Chỉ tiêu bao bì: bao bì dù là túi nhựa, hộp nhựa hay thủy tinh thì yêu cầu phải đảm bảo sạch sẽ, không độc hại cho ngƣời sử dụng, không gây ô nhiễm môi trƣờng. Bao bì phải thẫ mỹ, tiện dụng và đầy đủ thong tin cho ngƣời tiêu dùng. II. Ứng dụng  Bản chất của thạch dừa là một màng nhày có cấu trúc là cellulose. Do thạch dừa là polysaccharide ngoại bào nên có khả năng ứng dụng vào nhiều lỉnh vực khác nhau. Thạch dừa thô đƣợc ứng dụng rộng khắp các lĩnh vực nhƣ y học, thực phẩm, dƣợc học, thẫm mỹ  Cho đến nay, việc ứng dụng thạch dừa trong công nghiệp thực phẩm mới chỉ dừng lại ở những nghiên cứu chế biến những sản phẩm kẹo, jelly, các sản phẩm giải khát. III. Một số loại sản phẩm hiện có trên thị trường Thạch dừa Minh Châu 25 Hình 11. Sản phẩm thạch dừa của công ty Minh Châu dạng hủ nhựa Thạch dừa Thanh Bình Hình 12. Sản phẩm thạch dừa của công ty Thanh Bình dạng túi nilong Thạch dừa Minh Tâm Hình 13. Sản phẩm thạch dừa của công ty Minh Châu dạng túi nilong IV. Hướng phát triển một dạng sản phẩm tiềm năng  Ngƣời ta đang nghiên cứu phát triển dòng sản phẩm mới: phức hợp thạch – monascus (the Monascus – nata complex) nhằm kết hợp khà năng hạ cholesterol của monacolin K vào sản phẩm ăn kiêng. 26  Cấu trúc mềm riêng biệt và số lƣợng sợi thớ có màu của thạch nếu đƣợc cải thiện có thể áp dụng và cung cấp nhiều ứng dụng trong thực phẩm. Do hình thành cấu trúc 1 đến 4 β–glucan, thạch khó để nhuộm với các nhóm hydroxyl.  Cơ sở khoa học + Nấm mốc Monascus purpureus sản xuất hệ sợi đỏ và nhuộm màu phù hợp nhờ một môi trƣờng nuôi cấy rắn và đƣợc dùng ở phƣơng Đông cách đây nhiều thế kỷ để làm màu, hƣơng thực phẩm và đồ uống. + Chất đƣợc sản xuất từ M.purpureus rất bền và phù hợp để dùng nhƣ một phụ gia thực phẩm. Hơn nữa, nma61 Monascus trong quá trình trao đởi chất sinh ra một số chất có khả năng chữa bệnh nhƣ là monacolin K (mevinolin). + Monnacolin K (mevinolin) là một chất trao đổi chất quan trọng của Monasucus, có thể hạn chế tổng hợp cholesterol, mang lại nhiều lợi ích cho ngƣời bị tim mạch. Trong quá trình sinh tổng hợp cholesterol, acid mevalonic đƣợc hình thành từ 3–hydroxy–3 methylgluteryl Coa (HMG–CoA) nhờ HMG–CoA reductase xúc tác. Monacolin K có cấu trúc tƣơng tự HMG–CoA và hoạt động nhƣ một chất ức chế sự cạnh tranh HMG–CoA nên sẽ làm giảm sinh tổng hợp cholesterol. Ngƣời ta đang nghiên cứu dòng sản phẩm mới nhằm đƣa monacolin K vào sản phẩm thạch để tận dụng những tính năng có lợi.  Sản xuất Monascus phức + khối thạch đƣợc lên men trong monascus trng nƣớc thịt có chứa Monascus ở nhiệt độ 260C trong 6 ngày. + Sau khi lên men, hệ sợi monacus xâm nhập vào mạng lƣới mao quản của thạch. Phức đƣợc định hình và có màu sáng.  Cấu trúc của thạch phức Monascus + Cấu trúc mao quản của thạch (ca.0.5 – 1mm) rộng hơn đƣờng kính của hệ sợi Monascus (ca. 0.1 – 0.5mm). Nhờ đó nấm Monascus có thể mở rộng hệ sợi theo cấu trúc mau quản của thạch dẫn đến cấu trúc mạng lƣới tăng trƣơng thêm nữa. + Sau khi lên men, cấu trúc mới bao gồm mạng lƣới hệ sợi chính đã đƣợc hình thành. Tuy nhiên, hệ sợi của M.purpureus có thể không tăng trƣởng tốt bên ngoài khối thạch. Cấu trúc xếp của thạch cần thiết cho sự phát triển ban đầu của M.purpureus và ảnh hƣởng đến hình dạng của khối thạch phức Monascus.  Điều kiện lên men + nguồn carbon, nguồn nitrogen và pH có thẻ ảnh hƣởng đến khả năng nhuộm của Monascus purpureus, Nguyên tố vô cơ có hàm lƣợng nhỏ (Ca, K,Zn, Mn) không thể hiện bất kỳ ảnh hƣởng rõ rệt trên sự nhiệm màu. + Sự nhiệm màu đỏ tại trung tâm diễn ra thấp hơn trên bề mặt. Sau 12 ngày lên men, khối thạch Monascus mang màu đỏ trên bề mặt, và tại tâm khối thạch đã xuất hiện màu đỏ nhạt.