Quy trình sản xuất thạch dừa bởi vi khuẩn Acetobacter xylinum

Quy trình sản xuất thạch dừa bởi vi khuẩn Acetobacter xylinum, Quy trình sản xuất thạch dừa bởi vi khuẩn Acetobacter xylinum, Quy trình sản xuất thạch dừa bởi vi khuẩn Acetobacter xylinum

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Tiểu luận môn học

vi sinh thực phẩm

ACETOBACTER XYLINUM

VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THẠCH DỪA

Sinh viên thực hiện:

Ngành: Bảo quản và chế biến nông sản thực phẩm MSSV: 06125121

Giáo viên hướng dẫn: VƯƠNG THỊ VIỆT HOA

Tháng 12/2008

DANH SÁCH CÁC HÌNH: trang

Hình 1: Thạch dừa (Nata de Coco)……….4

Hình 2: Cơ chế quá trình lên men acid actic……… 6

Hình 3: Acetobacter acetic………6

Hình 4: Gluconobacter oxydans……….6

Hình 5: Vi khuẩn Acetobacter xylinum……… 9

Hình 6: Con đường dự đoán quá trình tổng hợp cellulose trong tế bào vi khuẩn Acetobacter Xylinum………11

Hình 7: Cấu trúc Bacterial cellulose……… 12

Hình 8: Cấu trúc Plant cellulose……….12

Hình 9: Qui trình sản xuất thạch dừa ……….15

Hình 10: Thạch dừa thành phẩm……….16

Hình 11: Một số hình ảnh của qui trình sản xuất thạch dừa trong công nghiệp 17

DANH SÁCH CÁC BẢNG: Bảng 1: Thành phần hóa học của nước dừa ………13

Bảng 2: Hàm lượng vitamin và chất khoáng trong nước dừa ……….…………14

Bảng 3: Thành phần giá trị dinh dưỡng trong thạch dừa……….………18

MỤC LỤC: Trang

Danh sách các hình và danh sách các bảng……….…2

Mục lục……… 3

1 GIỚI THIỆU:………4

2 NỘI DUNG:……… 4

2.1 Thạch dừa:………4

2.2 Vi khuẩn trong thạch dừa: vi khuẩn acetic:……….5

2.2.1 Phân loại:……….6

2.2.2 Đặc điểm hình thái:……… 7

2.2.3 Đặc điểm sinh trưởng:……… 7

2.3 Vi khuẩn Acetobacter xylinum:………8

2.3.1 Phân loại:……….8

2.3.2 Đặc điểm hình thái:……….9

2.3.3 Đặc điểm sinh lí-sinh hóa……….….10

2.3.4 Quá trình tổng hợp:………11

2.4 Công nghệ sản xuất thạch dừa:……… 13

2.4.1 Nguyên liệu và dụng cụ:……….13

2.4.2 Qui trình sản xuất thạch dừa:……… 14

2.4.3 Yêu cầu chất lượng:……… …….18

2.4.4 Bảo quản thạch dừa……….18

3 KẾT LUẬN:……….19

Tài liệu tham khảo……….….21

1 GIỚI THIỆU:

Xã hội ngày càng phát triển, đời sống vật chất và tinh thần của con người ngày càng được nâng cao Đã qua rồi cái thời ăn chắc mặc bền, ngày nay không chỉ là ăn ngon mặc đẹp mà chúng còn phải tốt cho sức khỏe Nguồn gốc thực phẩm cũng vô cùng phong phú đa dạng: thực vật, động vật và cả vi sinh vật Khi nói đến các loại thực phẩm có nguồn gốc từ vi sinh vật thì không thể không nhắc đến thạch dừa-sản phẩm ứng dụng tạo màng cellulose từ vi khuẩn Để có cái nhìn khái quát nhất về sản phẩm thạch dừa: chủng

vi sinh vật sử dụng, cơ chế tổng hợp, qui trình sản xuất, các yếu tố ảnh hưởng, giá trị dinhdưỡng, yêu cầu chất lượng cũng như khả năng phát triển trong tương lai…tôi tiến hành

tìm hiểu và trình bày bài tiểu luận “Acetobacter Xylinum và công nghệ sản xuất thạch

Hình 1: thạch dừa (Nata de Coco).

Bắt nguồn từ Philippin, ngày nay nó đã được phổ biến trên toàn thế giới Đặc biệt đối với các nước có nguồn nguyên liệu (dừa) phong phú cho sản xuất như:

Philippin, Malaysia, Indonesia, Việt Nam, Ấn Độ…

Công nghệ sản xuất thạch dừa ngày càng được nghiên cứu để nâng cao năng suất, chất lượng, bảo vệ môi trường cũng như việc sử dụng đa dạng hơn nữa các nguồn nguyên liệu cho sản xuất

Bản chất của quá trình tạo thạch dừa là quá trình lên men nước dừa già với sự lên

men của vi khuẩn acertic mà chủ yếu là vi khuẩn Acetobacter xylinum, là thực phẩm ứng

dụng bacterial cellulose (BC) BC là loại cellulose được tạo ra bởi vi sinh vật Về đặc điểm cấu trúc nó có phần tương tự như cellulose của thực vật Tuy nhiên nó vẫn mang những đặc điểm đặc trưng

“Nata” bắt nguồn từ tiếng La tinh, mang nghĩa là “nổi trôi” [ Africa, 1994] Nghĩa này đã phần nào miêu tả được đặc điểm của thành phẩm thạch dừa Nó là một chất nhầy nổi trên bề mặt của môi trường chứa nó

Định nghĩa về thạch dừa: Nata de CoCo hay cellulose là cơ chất có màu trắng đến

vàng kem được hình thành bởi Aceti sp xylinum trên bề mặt các loại môi trường có chứa

đường như nước dừa, nước cốt dừa, dịch chiết thực vật, nước ép trái cây và các vật liệu phế phẩm khác [ Sanger,1987]

Thạch dừa mang bản chất là hemicellulose Chúng không tan trong môi trường nước nhưng có thể tan trong môi trường kiềm

Đặc điểm dinh dưỡng: tuy bản chất không mang giá trị dinh dưỡng nhưng thạch dừa tạo ra cảm giác ngon miệng khi ăn, không chứa chất bảo quản, chất tăng trưởng, giàu chất xơ, ít calories, không cholesterol vì vậy rất thích hợp khi dùng làm các món tráng miệng đặc biệt là đối những đối tượng ăn kiêng hay có những vấn đè về bệnh tim mạch Bên cạnh đó tác dụng to lớn từ việc sử dụng sản phẩm thạch dừa là tính kích thích nhu động ruột rất có lợi cho hoạt động của hệ bài tiết, và nó cũng có tác dụng trong phòng chống ung thư, làm da mịn màng tươi trẻ [Trần Phú Hòa, 1996] Nó là thực phẩm có lợi cho sức khỏe cho tất cả mọi người

2.2 Vi khuẩn trong thạch dừa - vi khuẩn acetic:

Đây là loại vi khuẩn gây ra quá trình lên men sinh acetic vì vậy còn gọi là vi khuẩnacetic

Hình 2: Cơ chế lên men sinh acid acetic

Hình 4 Gluconobacter oxydans

[http://www.brewingscience.com/identification_key_LMDA.htm ]

Loại vi khuẩn này có nhiều điểm tương tự như giống Psedomonas nhưng chịu

được độ acid cao, chuyển hóa pepton yếu, ít di động và không sinh sắc tố [Nguyễn Thị Cẩm Tú, 2003]

Việc phân loại vi khuẩn Acertobacter đã được Frateur dựa trên các tính chất sinh

hóa cụ thể của vi khuẩn Từ đó ông đã phân nhóm vi khuẩn acetic thành 4 nhóm là:

Suboxydans, Mesoxydans, Oxydans, Peroxydans.[Đinh Thị Kim Nhung, 1996]

2.2.2 Đặc điểm hình thái:

Là trực khuẩn có hình que hoặc elip, kích thước trung bình 0,6-0,8m x 1-3m

Tế bào có khi đứng riêng rẽ hoặc cũng có thể xếp thành chuỗi Hình dạng có thể không cốđịnh mà thay đổi theo pH và nhiệt độ môi trường: hình cầu, xoắn, chùy, bán nguyệt…

Là vi khuẩn không tạo được bào tử Nhóm có tiêm mao hay chu mao thì có khả năng di động Thuộc vi khuẩn hiếu khí bắt buộc Lúc còn non chúng bắt màu Gram(-) nhưng khi già thì có thể đổi sang Gram(+)

Có thể phát triển trên môi trường đặc hoặc lỏng Với môi trường đặc thường cho khuẩn lạc tròn, đều, đường kình trung bình là 3mm Một số vi khuẩn khác thuộc nhóm Acetic cũng có thể cho khuẩn lạc lớn hơn, bề mặt trơn bóng, không màu, mỏng như những hạt sương hoặc ăn sâu vào môi trường nuôi cấy Với môi trường lỏng, vi khuẩn

thuộc nhóm này chỉ phát triển trên bề mặt mà thôi Váng do chúng tạo ra có thể khác nhau: độ dày, mỏng; nhẵn hay nhăn nheo; độ trong suốt; tính dễ vỡ…

2.2.3 Đặc điểm sinh trưởng:

Vi khuẩn acetic thuộc nhóm có yêu cầu về dinh dưỡng rất phong phú về nguồn nito, carbon và các chất sinh trưởng Đường, rượu và các acid hữu cơ được sử dụng như nguồn carbon Còn muối amoni được dùng như nguồn nito [Phùng Lê Nhật Đông, Trần Kim Thủy,2003]

Là vi khuẩn có khả năng oxy hóa rượu etylic thành acid acetic, rượu propylic thành acid propyonic, rượu butylic thành acid butyric Không có khả năng oxy hóa rượu metylic và các rượu bậc cao Nếu môi trường đủ rượu etylic (5-13%) sẽ thu sản phẩm chủ yếu là acid acetic Nhưng với nồng độ thấp thì rượu bị oxy hóa triệt để thành CO2 và H2O [Lương Đức Phẩm, 1998]

Là vi khuẩn có thể đồng hóa nguồn carbon khác nhau nhưng không thể sử dụng

tinh bột làm nguồn thức ăn Đa số các loài trong nhóm Acetobacter có thể đồng hóa muối

amon, phân giải pepton yếu Một số trong chúng còn có khả năng tổng hợp được vitamin

B1, B2, oxy hóa sorbit thành đường sorbose sử dụng trong công nghiệp sản xuất vitamin

C, oxy hóa glycerin thành dioxyaceton, glucose thành acid gluconic

Để vi khuẩn phát triển tốt thì cần cung cấp đầy đủ các acid amin như: valin, prolin, alalin…các chất kích thích sinh trưởng như: folic, biotin, acid nicotinic…các chất khoáng như: K, Ca, Mg, Fe…ở dạng muối vô cơ hay hợp chất hữu cơ Với vi khuẩn thuộc

nhóm Acetobacter thì dịch tự phân nấm men, nước mạch nha, nước trái cây…là nguồn

ding dưỡng rất tốt cho sự phát triển của chúng [Trần Phú Hòa, 1996]

Là vi khuẩn hiếu khí bắt buộc Tốc độ sinh trương vô cùng nhanh: trong 12 giờ

có thể tạo ra tới 17 tỷ tế bào từ 1 tế bào mẹ ban đầu.trong quá trình sinh trưởng chúng tạo acid acetic Acid sinh ra làm môi trường có nồng độ acid thấp, điều này lại càng kích thích cho sự phát triển của nhóm vi khuẩn này [Nguyễn Thị Cẩm Tú, 2003]

Nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển của vi khuẩn acetic là 20-300C, pH thích hợpnhất 5,5-6,2 Một số loài có tính chịu acid cao nên có thể phát triển được trong điều kiện môi trường có pH=3,2 [C.S Pedeson, 1995].

2.3 Vi khuẩn Acetobacter xylinum:

2.3.1 Vị trí:

Là vi khuẩn thuộc nhóm vi khuẩn acetic

Là vi khuẩn tạo BC nhiều nhất trong tự nhiên Một tế bào A.xylinum có thể chuyểnhóa 108 phân tử glucose thành cellulose trong 1 giờ [Brown và ctv, 1976]

Theo Bergey thì A xylinum thuộc:

[ http://www.vulgaris-medical.com/images/infectieux-et-parasitologie-7/

acetobacter-436.htm]

Tùy từng loài mà vi khuẩn A Xylinum có thể có dạng hình que, thẳng, hơi

cong, kích thước khoảng 2m Các tế bào cũng có thể đứng riêng hoặc xếp thành chuỗi,

di động hoặc không Khi tế bào già đi hoặc dưới tác dụng của môi trường thì đặc điểm nhuộm Gram cũng có thể thay đổi như với vi khuẩn acetic từ Gram(-) sang Gram(+) Thuộc nhóm vi khuẩn hiếu khí bắt buộc nên chúng sinh trưởng ở bề mặt tiếp xúc của môi trường và không khí bên ngoài

Hình thành lớp nhầy nhăn nheo khá dày trên bề mặt môi trường phát triển, bắt màu xanh với thuốc nhuộm iod và acid sulfuric [Phùng Lê Nhật Đông, 2003]

Lượng acid acetic loại vi khuẩn này có thể tích lũy là khoảng 4,5% Chúng sinh trưởng tốt trong điều kiện pH môi trường =5 Trong quá trình sinh trưởng lượng acid

acetic sinh ra tạo điều kiện cho vhi khuẩn A xylinum phát triển nhưng khi lượng sinh ra

vượt quá mức giới hạn cho phép thì chúng lại ức chế sự phát triển của vi khuẩn

Khi môi trường thiếu thức ăn hoặc nuoi cấy lâu, A.xylinum cho những tế

bào với hình dạng rất đặc biệt: phình to, kéo dài hoặc phân nhánh [Trần Phú Hòa, 1996]

Trong quá trình phát triển hình dạng tế bào thay đổi Lúc confnon chúng cho những tế bào đơn lẻ, nhầy và trong suốt Nhưng khi về gìa các tế bào dính nhau thànhcụm mọc theo que cấy

Trong môi trường lỏng, sau 24 giờ cấy xuất hiện lớp đục trên bề mặt, phía dưới có những tơ nhỏ hướng lên Sau 36-48 giờ, hình thành lớp trong ngày càng dày [Lê Thị Khánh Vân, 1985]

2.3.3 Đặc điểm sinh lí-sinh hóa:

Thuộc loại vi khuẩn hiêú khí bắt buộc, cho phản ứng catalase dương, oxy hóa ethanol thành acid acetic, CO2 và H2O, chuyển hóa glucose thành acid, glycerol thành

dihydroxyaceton; tổng hợp cellulose, không sinh trưởng trên môi trường Hoyer và không tạo sắc tố nâu [Nguyễn Lân Dũng, 1987].

Theo Hestrin (1947), pH tối ưu cho A.xylinum là 4,5; không phatf triển được

mặc dù môi trường dinh dưỡng tối ưu nếu nhiệt độ môi trường lên đến 370C Theo Bergey

A.xylinum có nhiệt độ tối ưu là 25-300C Còn theo Marcormide (1996) thì chúng phatf triển ở pH 3-8, nhiệt độ 12-350C, nồng độ ethanol 10% [Trần Thi Ánh Tuyết, 2004]

Nguồn carbohydrte mà A.xylinum sử dụng cho khả năng sinh sinh khối cao nhất là glucose, fructose, mannitol, sorbitol; hiệu suất sẽ thấp hơn khi sử dụng glycerol, lactol, sucrose, malose; hiệu suất bằng 0neeus sử dụng sorbose, mannose, cellobiose, ethanol, erythritol và acetat [Julian a Ba, 1990 – dẫn liệu của Phùng Lê Nhật Đông, Trần Kim Thủy, 2003]

2.3.4 Quá trình tổng hợp cellulose:

Hình 6 : Con đường dự đoán quá trình tổng hợp cellulose trong tế bào vi khuẩn

Acetobacter Xylinum [Trần Thị Ánh Tuyết, 2004]

Với điều kiện môi trường đầy đủ chất dinh dưỡng cần thiết thì vi khuẩn A Xylinum sẽ thực hiện cùng lúc 2 hoạt động của cơ thể Một mặt chúng hấp thu chất dinh dưỡng từ môi trường ngoài cơ thể để sinh trưởng, một mặt chúng loại thải cellulose được tổng hợp ra bên ngoài.

Theo Thiaman (1962) thì trong môi trường lỏng, A Xylinum trao đổi chất bằng cách hấp thu đường glucose Đường này kết hợp với acid tạo tiền chất ở màng tế bào Enzyme polymer hóa đường thành cellulose sẽ được tiêt ra cùng với tiền chất này qua màng tế bào [J.A.Bazon, 1984 – dẫn liệu của Đinh Thị Kim Nhung, 1996]

Hình 7: Cấu trúc Bacterial cellulose (20.000)

[ http://www.sciencedaily.com/releases/2007/02/070212101452.htm

Hình 8: Cấu trúc Plant cellulose (200)

[ http://www.sciencedaily.com/releases/2007/02/070212101452.htm ]

Về cấu trúc thì 2 loại cellulose này tương tự nhau nhưng BC có độ polymer hóa cao hơn và có kích thước hỏ hơn Chúng là những chuỗi polymer của các nhóm glucose liên kết với nhau bởi cầu nối là -1,4-glucan Liên kết VanderWaals liên kết các phân tử glucan Liên kết hydro liên kết các phân tử tạo cấu trúc tiền sợi là cơ sở để tạo thành các dải

BC do vi khuẩn A Xylinum tạo ra có bản chất là hemicellulose-những polysaccharide không tan trong nước nhưng có thể tan trong dung dịch kiềm [A.J Brown,1986]

Một số ứng dụng của BC có thể kể đến trong các lĩnh vực như: thực phẩm,

y tế, mỹ phẩm, công nghệ dệt, công nghệ giấy, xăng dầu và than đá…

2.4 Công nghệ sản xuất thạch dừa:

2.4.1 Nguyên liệu và dụng cụ:

Nước dừa già: là nguồn nguyên liệu chính Thành phần hóa học tùy thuộc vào tuổi, giống dừa Dừa càng chín thì lượng đường khử và protein càng tăng Loại dừa thường dùng là dừa già 11-12 tháng tuổi

Trong nước dừa còn chứa nhiều vitamin, acid amin, chất kích thích sinh trưởng…Dụng cụ: thau, chậu nhựa hoặc thủy tinh đã được khử trùng

Bảng 1 Thành phần hóa học của nước dừa [Azaldo và ctv, 1985]

KNaCaMgFeCuSP

3,121,502,093,000,010,043,403,70

Bảng 2 Hàm lượng vitamin và chất khoáng trong nước dừa

[Vanderberlt,1945; Trần Phú Hòa,1996]

Ngoài nước dừa ra thì người ta cũng có thể dùng nước cốt dừa để thay thế, vừa đáp ứng nhu cầu sản xuất vừa có thể tận dụng nguồn nguyên liệu Nước cốt dừa giàu chất béo, carbohydate và protein với giá trị dinh dưỡng cao

Nguyên liệu phụ là các chất bổ sung dinh dưỡng như đường( saccaro), sulphate amon( SA), dấm( acetic), diamon Phosphate(DAP), dung dịch nước giốngthạch dừa từ ống nghiệm [ http://www.dost-bentre.gov.vn ]

2.4.2 Qui trình sản xuất thạch dừa:

Hình 9: Qui trình sản xuất thạch dừa.

[Vương Thị Việt Hoa, 2008]

Nước dừa khô

Phối trộn thành phần dinh dưỡng

Thanh trùng

Lên men bề mặt 7-8 Thu sinh khối

Thuyết minh qui trình:

Chuẩn bị nguyên liệu chính là nước dừa khô Nước dừa được cho vào nồi, đun sôi, vớt bọt Tạo môi trường dinh dưỡng thích hợp cho sự phát triển của vi khuẩn bằng cách thêm các thành phần dinh dưỡng: đường, SA, DAP, acid acetic.lượng chất thêm vào tùy thuộc vào đặc tính của nước dừa Dùng pH kế, Brix kế để đo các chỉ tiêu

Thanh trùng ở 121°C trong 20 phút

Giống được chuẩn bị bằng cách nhân giống trên môi trường dinh dưỡng, có thể

qua một cấp hoăc hai cấp hoặc nhiều hơn tuỳ theo qui mô sản xuất Giống Acetobacter xylinum được nuôi trong môi trường thạch nghiêng.

Cấy giống ở nhiệt độ 280C, ít nhất phải 10% Sau đóđể trong tủ ấm 3- 4 ngày.Lên men: phương pháp lên men bề mặt các khay sản xuất Sau 7-8 ngày lên men thạch dừa đóng váng cứng không còn nước dừa nữa thì có thể tiến hành thu sinh khối Sinh khối vi khuẩn có kích thước nhỏ vì vậy tiến hành thu sinh khối bằng phương pháp li tâm

Sinh khối thu được sẽ tiếp tục được cắt thành những miếng nhỏ thích hơph khi sửdụng

Tiến hành ngâm và rửa nước nhiều lần để sản phẩm trắng và mất vị chua Có thể rửa bằng nước vôi trong để trung hòa acid và giúp sản phẩm giòn, sạch

Để sản phẩm khi hoàn thành có mùi vị thơm ngon thì cần phải xử lí với đường: ướp, nấu…và cũng có thể them hương liệu trong giai đoạn này Ướp đường theo tỷ lệ 3:1

Cuối cùng ta thu được thạch dừa thành phẩm