CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THẠCH DỪA

TỔNG QUAN - Hiện nay trên thế giới những nước trồng dừa và sản xuất các sản phẩm từ dừa nhiều nhất như: Philippin, Indonesia, Malaysia, Ấn Độ, Việt Nam…vấn đề đang được quan tâm là lượng

THẠCH DỪA

A TỔNG QUAN

- Hiện nay trên thế giới những nước trồng dừa và sản xuất các sản phẩm

từ dừa nhiều nhất như: Philippin, Indonesia, Malaysia, Ấn Độ, Việt Nam…vấn

đề đang được quan tâm là lượng nước dừa hằng năm thải ra từ các nhà máy cơm dừa nạo sấy là rất lớn và đó là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường trầm trọng Việc tận dụng nước dứa già vào sản xuất là nhu cầu cấp thiết để giải quyết vấn đề môi trường và làm tăng giá trị sử dụng của dừa Trong số các thành tựu đạt được, thì vấn đề sử dụng nước dừa già để sản xuất thạch dừa là một hướng giải quyết hiệu quả và có nhiều triển vọng

- Thạch dừa (Nata de coco) được tạo thành bởi sự lên men vi khuẩn Acetobacter xylinum trong môi trường nước dừa già và nước cốt dừa Thạch dừa là sản phẩm trắng trong như thạch agar, hơi dai, có bản chất hoá học là polysaccharide nên không có giá trị dinh dưỡng cao, nhưng có đặc tính kích thích nhu động ruột làm cho việc điều hoà bài tiết được tốt hơn Chế phẩm từ dừa này còn có tác dụng phòng ngừa ung thư và có thể giữ cho da được mịn màng

- Những năm gần đây, số lượng người mắc bệnh béo phì ở các nước phát triển đang gia tăng rất nhanh Thạch dừa -loại thực phẩm chứa ít năng lượng và

có giá trị cảm quan cao- là một phương thuốc thần diệu để giảm nguy cơ mắc bệnh béo phì

I/ Thành phần của trái dừa - Ứng dụng.

• Dừa là cây thuộc họ Palmas, bộ Spadiciflorales Cây dừa thường ra hoa

từ năm 7-12 tuổi sau khi trồng Từ thụ phấn đến khi trái chín là 12-13 tháng Khi chín, trái dừa nặng 1.2-2kg

Bảng 1 : Thành phần và khối lượng các bộ phận trên trái dừa nặng 1,2kg

4 Cơm dừa- dầu dừa

- bã dừa

- ẩm

0.36

0.12 0.06 0.18

30

1/ Vỏ dừa: gồm xơ và bụi xơ Xơ dừa dùng để se chỉ hay đan lưới, xoắn hay tẩm cao su làm nệm giường, bọc ghế, thảm, màng lọc không khí, chất cách nhiệt…Nhưng hiệu quả kinh tế kém khi triển khai ở qui mô lớn

2/ Gáo dừa: nằm dưới lớp vỏ, hình cầu, có bề dày 3-5mm Thành phần chính của gáo dừa là lignin, cellulose, pentosan giống như gỗ Được ứng dụng làm chất đốt (cháy đều, không khói)

3/ Cơm dừa: chất rắn màu trắng, bề dày khoảng 10mm, bên ngoài có một lớp

vỏ nâu mỏng Cơm dừa được ứng dụng làm thực phẩm dưới nhiều dạng sản phẩm khác nhau (cơm dừa khô, cơm dừa nạo sấy, sữa dừa đóng hộp…)

4/ 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

1

2 3 4 5 6 7 8 9 10

11

12

13

14

Chất khô Đường tổng số Tro K Na Ca Mg Fe Cu P S Protein Dầu béo

Tỉ trọng

4.71

2.08 0.02 3.12 1.5 2.9 3.0 0.01 0.04 3.7 3.4 0.55 0.74 1.02

Bảng 3 : Các vitamin có trong nước dừa

1

2 3 4 5

Acid ascorbic

Penthothennic Acid nicotinic Acid folic Riboflavin

3

0.052 0.064 0.03 0.00001

Bảng 4 : Các acid amin có trong nước dừa

(% khối lượng/ amin tổng số) 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Acid glutamic

Arginine Leucine Lysine Proline Aspartic Tyrosine Alamine Histidine Phenyl alanin Senine Cystein

14.5

12.75 4.18 4.51 4.12 3.6 2.83 2.41 2.05 1.23 0.91 1.17

II/.VI SINH VÂT TRONG SẢN XUẤT THẠCH DỪA

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:

• Acetobacter xylinum: tạo thành váng cellulose khá

dày và chắc

• Acetobacter orleanoe: tạo thành váng mỏng nhưng 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 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)…

2/ Phân loại vi khuẩn A cetobacter

- 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 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 aceti: Trực khuẩn ngắn, không di động, thường xếp

thành từng chuỗi dài Váng cùa vi khuẩn bắt đầu màu vàng khi nhuộm bằng thuốc nhuộm Iod, chúng có thể phát triển trong môi trường có nồng độ rượu khá cao 11% và có thể tích luỹ đến 6% acid acetic trong môi trường, phát triển thích hợp nhất ở nhiệt độ

34oC

• Acetobacter pasteurianum: hình dạng tương tự như loại trên

nhưng váng vi khuẩn có dạng khô và nhăn nheo, váng bắt màu xanh khi nhuộm với thuốc Iod

3/ Phân lập

• 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

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 dài khoảng 2μm, đứng riêng lẽ hoặc xếp thành

chuỗi, có khả năng tạo váng hemicellulose khá dày, bắt màu với thuốc nhuộm Iod và H2SO4

• A.xylinum sinh trưởng ở pH < 5 to = 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

Xylos Corporation’s core technology is new and clearly unique The Company’s core technology is based on a biosynthesized form of cellulose This type of cellulose, synthesized by the bacterium Acetobacter xylinum, has distinct advantages over traditional sources of cellulose and also possesses special characteristics not found in synthetic polymeric materials

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

• 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

B QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ.

I 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 Nước dừa 1l

• Các ống nghiệm chứa môi trường thanh trùng ở 121°C trong 20 phút

• Cấy giống , để trong tủ ấm 3- 4 ngày

• Tiến hành nhân giống, có thể qua 1 cấp hoăc hai cấp hoặc nhiều hơn tuỳ theo qui mô sản xuất Thành phần môi trường nhân giống như trên nhưng không có Agar gọi là môi trường dịch thể Môi trường được khử trùng ở 100°C trong 30 Để nguội đến 30°C, cấy giống theo tỉ lệ 10% Lắc hay sục khí trong thời gian 18- 20 giờ Sau đó giống được đưa vào sản xuất

II.Sản xuất :

a Chuẩn bị dụng cụ : thau, chậu nhựa hay thuỷ tinh.Tất cả dụng cụ

trước khi sử dụng phải được khử trùng

b Qui trình sản xuất:

III/ Các hóa chất và môi trường sử dụng trong sản xuất thạch dừa:

1 Hoá chất.

• Acid acetic

• Agar

• Cao thịt

• Glucose

• Saccharose

• Sulphate amon

• Pepton

• Phosphate amon

2 Môi trường: trong quá trình sản xuất thạch dừa, nhà sản xuất thường sừ

dụng 3 môi trường: môi trường sản xuất, môi trường giữ giống và môi trường nhân giống

• Môi trường sản xuất: thường là môi trường lỏng, gổm có môi trường

nước dừa già, môi trường nước cốt dừa, môi trường hỗn hợp và môi trường cao thịt

• Môi trường nước dừa già:

• Nước dửa già:10 lit

• (NH4)2SO4: 20g

• (NH4)2HPO4:20g

• Saccharose 700g

• pH: 3-3.5(chỉnh bằng acid acetic 40%), môi trường được thanh trùng bằng cách đun sôi nhẹ trong thời gian 15-20 phút)

• Môi trường nước cốt dừa:

• Dừa nạo : 250g vắt thành 10 lit nước cốt

• (NH4)2SO4:20g

• (NH4)2HPO4:20g

• Saccharose 700g

• pH: 3-3.5(chỉnh bằng acid acetic 40%), môi trường được thanh trùng bằng cách đun sôi nhẹ trong thời gian 15-20 phút)

• Môi trường hỗn hợp:

• Nuớc dừa già: 10 lit

• Nước cốt dừa: 0.4 lit

• (NH4)2HPO4:20g

• Saccharose 700g

• pH: 3-3.5(chỉnh bằng acid acetic 40%), môi trường được thanh trùng bằng cách đun sôi nhẹ trong thời gian 15-20 phút)

• Môi trường cao thịt- pepton

• Cao thịt: 10g

• Pepton: 10g

• Glucose: 70g

• Nước: 1 lit

• pH: 3-3.5(chỉnh bằng acid acetic 40%), môi trường được thanh trùng bằng cách đun sôi nhẹ trong thời gian 15-20 phút)

• Môi trường giữ giống: thường là môi trường thạch pepton- cao thịt.

Môi trường cao thịt được bổ sung 2% agar, nấu cho tan hoàn toàn, sau

đó phân phối vào các ống nghiệm, thanh trùng ở 121oC trong thời gian

20 phút rồi chỉnh pH 3-3.5 bằng acid acetic nồng độ 40% lúc môi trường chưa kịp đặc, sau đó để nguội cho môi trường đặt lại Môi trường đặc này dùng để phân lập và giữ giống

• Môi trường nhân giống: thường là môi trường nước dừa già có bổ sung

muối dinh dưỡng

C THUYẾT MINH QUY TRINH CÔNG NGHỆ :

Bước 1 :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

• 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,(NH4)2HPO4, 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- 15’ 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 28-31°C (pH, nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men)

Bước 2: Lên men.

Đổ môi trường vào các dụng cụ, cấy giống theo tỷ lệ 1:10 Đậy thau, chậu bằng vải mỏng hoặc giấy báo Giữ nhiệt độ phòng ở 28-31oC trong vòng 48 giờ.Trong thời gian này tránh khuấy động môi trường để tránh ảnh hưởng đến lớp thạch đang hình thành

Bước 3: Thu nhận và hoàn thiện sản phẩm.

• Dùng vợt đề vớt khối cellulose ra khỏi dịch lên men Sau

đó rửa khối cellulose bằng nước lạnh

• Dùng máy cắt để cắt khối cellulose tạo các miếng nhỏ, đều đặn

• Ngâm sản phẩm trong dung dịch Na2CO3 3-5% trong 10’

để trung hoà acid acetic còn sót bên trong thạch Sau đó xả lại bằng nước lạnh

• Đun sôi để làm trong sản phẩm và tao độ dai bằng cách bổ sung chất tạo dai

• Ngâm đường tạo đô ngọt và tăng độ trong cho sản phẩm

• Bổ sung màu, mùi để hoàn thiện giá trị cảm quan.

* Cơ chế tạo thành sản phẩm:

• Ổ điều kiện tối ưu, 1lit nước dừa (chứa khoảng 110g saccharose) sẽ tạo thành khoảng 483g thạch dừa thô, chưa qua xử lý với độ ẩm khoảng 96-98%

• 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

D KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG THẠCH DỪA

1 Kiểm tra sản phẩm thô :

1 Phần cái :

• Trong điều kiện tối ưu pH = 5.0 , t = 28-31oC , 1 lít nước được bổ sung 100g đường , 5g (NH4)2HPO4 , 8 ml acid acetic băng thu được 483g thạch dừa thô

• Độ ẩm thạch dừa thu được vào khoảng 96-98.6%

• Trạng thái thạch dừa tạo thành chịu ảnh hưởng nhiều của đường Acetobacter xylinum có thể sử dụng glucose , sucrose , lactose , maltose , dextrin và galactose do đó ứng với mỗi lọai đường khác nhau mà ta sử dụng sẽ cho ra thạch dừa có trạng thái khác nhau

Bảng 5 : Ảnh hưởng của các loại đường khác nhau đến sự hình thành thạch dừa trong nước dừa ở pH = 5.0

15 ngày lên men (g) Glucose

Sucrose

Lactose

Maltose

Dày – chắc

Dày – chắc Màng mỏng – mềm Màng mỏng – mềm

198.50

193.79 84.50 86.35