Đề tài Nghiên cứu sản xuất thạch dừa

THẠCH DỪA GVHD: PGS-TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 1 MỤC LỤC MỤC LỤC ................................................................................................................. 1 I. GIỚI THIỆU .......................................................................................................... 2 II. NGUYÊN LIỆU ................................................................................................... 2 1. Nước dừa ............................................................................................................... 2 2. Giống VSV trong sản xuất thạch dừa ................................................................... 4 III. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ .............................................................................. 7 1. Sơ đồ khối ............................................................................................................. 7 2. Thuyết minh quy trình........................................................................................... 8 IV. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH LÊN MEN ...................... 15 1. Ảnh hưởng của hàm lượng nước dừa trong môi trường lên men ....................... 15 2. Ảnh hưởng của nguồn Nitơ ................................................................................. 16 3. Ảnh hưởng của nguồn Carbon ............................................................................ 17 4. Ảnh hưởng của nồng độ chất khô ....................................................................... 17 5. Ảnh hưởng của pH .............................................................................................. 17 6. Ảnh hưởng của nhiệt độ ...................................................................................... 18 IV. ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM LÊN MEN .............................................................. 19 1. Mô tả sản phNm ................................................................................................... 19 2. Chỉ tiêu chất lượng sản phNm.............................................................................. 19 V. ỨNG DỤNG ...................................................................................................... 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................... 21 THẠCH DỪA GVHD: PGS-TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 2 I. GIỚI THIỆU Trong một khoảng thời gian trước đây, vấn đề xử lý nước dừa thải ra từ các nhà máy nạo sấy cơm dừa là rất đáng quan tâm, nó là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường trầm trọng. Việc tận thu nước dừa già vào trong công nghiệp sản xuất thạch dừa là một biện pháp rất tốt để cải thiện môi trường và nâng cao giá trị sử dụng của dừa. Thạch dừa (Nata de coco): là sản phNm ngoại bào của quá trình trao đổi chất của vi khuNn Acetobacter xylinum, mà thành phần chính của nó chủ yếu là cellulose nên không có giá trị về mặt dinh dưỡng nhưng lại có đặc tính kích thích nhu động ruột giúp cho quá trình tiêu hoá và hấp thu dinh dưỡng được tốt hơn. Đây là một sản phNm thực phNm có nguồn gốc từ Philippines có màu trắng trong như thạch agar, dẻo và dai chắc. Chế phNm này còn có tác dụng phòng ngừa bệnh ung thư và có thể giữ cho làn da được mịn màng. Sản xuất thạch dừa là quá trình lên men bề mặt do vi khuNn Acetobacter xylinum tạo váng trên bề mặt môi trường nước dừa già. II. NGUYÊN LIỆU 1. Nước dừa (coconut water): a. Thành phần: Nằm trong khoang bên trong quả dừa có chứa các thành phần như đường, đạm, chất chống ôxi hóa, các vitamin và khoáng chất, chúng là nguồn cung cấp và tạo ra cân bằng điện giải đẳng trương tốt cũng như là nguồn thực phNm bổ dưỡng. Trung bình một trái dừa có chứa 300ml nước, chiếm khoảng 22% trọng lượng trái dừa. Đường: trong nước dừa non ban đầu chủ yếu đường tồn tại ở dạng glucose và fructose. Trong những tháng đầu của quá trình trưởng thành, lượng đường sẽ tăng từ 1.5% lên khoảng 5 – 5.5%, đường glucose và fructose giảm dần và hàm lượng đường saccharose ngày càng tăng lên. Trong nước dừa già có các loại đường khử (glucose và fructose) và đường không khử (saccharose). Ở nước dừa già thì đường saccharose chiếm khoảng 90% tồng lượng đường. Hàm lượng đường tổng trong nước dừa già chỉ khoảng 4%, do đó cần cung cấp nguồn carbon trong quá trình lên men. Trong đó A. xylinum có khả năng sử dụng cơ chất là cả 3 loại đường trên để tạo thành cấu trúc thạch cho sản phNm. Hợp chất chứa nitơ: protein chiếm khoảng 0.1%, acid amin có hàm lượng nhỏ, không cân đối nên không đủ lượng nguồn nitơ cho A. xylinum sử dụng, do đó trong quá trình lên men phải cung cấp thêm nguồn Nitơ cho vi khuNn. THẠCH DỪA GVHD: PGS-TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 3 Vitamin: trong nước dừa già thì vitamin nhóm B có mặt khá đầy đủ nhưng hàm lượng rất nhỏ, một số tồn tại ở dạng vết, tuy nhiên cũng đủ để cung cấp cho vi sinh vật hoạt động. Khoáng: nước dừa giàu khoáng chất, có hầu hết các chất khoáng cần thiết cho cơ thể. Hàm lượng kali và magiê tương tự dịch tế bào của người nên thường được dùng cho bệnh nhân tiêu chảy. Tổ chức Y tế Thế giới khuyến khích cho trẻ em tiêu chảy uống nước dừa pha muối. Nước quả dừa còn non được các nhà khoa học gọi là “nước khoáng thực vật” vì chứa nhiều vi lượng khoáng cần thiết cho cơ thể và đường ở dạng dễ tiêu hóa, lượng vitamin C đủ cho yêu cầu 1 ngày, cùng các loại vitamin B như axit folic. Nước dừa được dùng làm dịch truyền trong nhiều cuộc chiến tranh. Bảng 2: Bảng so sánh thành phần hóa học của nước dừa già và nước dừa non (Nguồn: Satyavati Krishnankutty - 1987) Nước dừa già Nước dừa non Nước dừa già Nước dừa non Chất khô (%) 5.4 6.5 K (mg%) 247.0 290.0 Đường khử (%) 0.2 4.4 Na (mg%) 48.0 42.0 Khoáng (%) 0.5 0.6 Mg (mg%) 15.0 10.0 Protein (%) 0.1 0.01 P (mg%) 6.3 9.2 Chất béo (%) 0.1 0.01 Fe (mg%) 79.0 106.0 Acid (mg %) 60.0 120.0 Cu (mg%) 26.0 26.0 pH 5.2 4.5 Bảng 3: Hàm lượng các vitamin có trong nước dừa (mg/l) (Nguồn: The Wealth of India – 1950) STT Vitamin Hàm lượng STT Vitamin Hàm lượng 1 Acid ascorbic 0.0022 – 0.0037 5 Acid folic 0.003 2 Panthothenic 0.52 6 Riboflavin < 0.001 3 Acid nicotinic 0.64 7 Biotin 0.02 4 Thiamin Vết 8 Pyridoxine Vết THẠCH DỪA GVHD: PGS-TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 4 Bảng 4: Hàm lượng acid amin có trong nước dừa. (% khối lượng/protein tổng) (Nguồn: Pradera et al – 1942) STT Acid amin Hàm lượng STT Acid amin Hàm lượng 1 Glutamic acid 9.76 – 14.5 7 Tyrosine 2.83 – 3 2 Arginine 10.75 8 Alanine 2.41 3 Leucine 1.95 - 4.18 9 Histidine 1.95 - 2.05 4 Lysine 1.95 - 4.57 10 Phenylalanine 1.23 5 Proline 1.21 - 4.12 11 Senine 0.59 - 0.91 6 Aspartic acid 3.6 12 Cystein 0.97 - 1.17 b. Tính chất công nghệ Ở nước ta hiện nay có rất nhiều vùng trồng dừa với sản lượng rất lớn, các nhà máy nạo sấy cơm dừa cùng với đó mà ngày càng gia tăng về sản lượng, nguồn phế liệu cũng theo đó mà tăng lên đáng kể. Vấn đề được đặt ra với các nhà quản lý doanh nghiệp là vấn đề xử lý nguồn nước dừa thải ra. Vì vậy, tận thu nguồn phế liệu của các nhà máy đó vào việc sản xuất thạch dừa là một ứng dụng rất thực tế và mang tính kinh tế đối với họ. Không chỉ vấn đề kinh tế mà cả vấn đề ô nhiễm môi trường do nước dừa già được thải ra cũng đã được giải quyết một cách triệt để. c. Tiêu chun lựa chọn nguyên liệu: Vì nước dừa già là phế phNm của các nhà máy nạo sấy cơm dừa, do đó trong quá trình vận chuyển nước dừa từ xưởng sản xuất đến xưởng chế biến thạch dừa ngoài việc phải đảm bảo vấn đề vi sinh, ta cần chú ý đến các tiêu chuNn sau: - Nước dừa sử dụng trong công nghệ sản xuất thạch dừa phải là nước dừa già (khoảng 11 tháng tuổi), vì khi đó hàm lượng đường trong nước dừa sẽ là lớn nhất. - Nước dừa trong, không có mùi hay màu lạ. 2. Giống VSV trong sản xuất thạch dừa: Chủng Acetobacter xylinum có nguồn từ Philippine. Acetobacter xylinum thuộc nhóm vi khuNn acetic. Theo hệ thống phân loại của nhà khoa học Bergey thì Acetobacter xylinum thuộc: lớp Schizommycetes, bộ Pseudomonadales, họ Pseudomonadieae. THẠCH DỪA GVHD: PGS-TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 5 a. Hình thái: - A. xylinum là loại vi khuNn hình que dài khoảng 2µm. - Đứng riêng lẽ hoặc xếp thành chuỗi - Không di động - Gram (-) - Vỏ nhầy được cấu tạo bởi cellulose b. Tính chất sinh lí, sinh hoá: - Có khả năng tạo váng cellulose khá dày - A. xylinum sinh trưởng ở pH < 5. to = 28 -32oC và có thể tích luỹ 4.5% acid acetic. Acid acetic là sản phNm sinh ra trong quá trình hoạt động của A. xylinum, nhưng khi lượng acid tích lũy quá cao thì sẽ ức chế chúng. - A. xylinum hấp thụ đường glucose từ môi trường nuôi cấy. Trong tế bào vi khuNn, 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. - Acetobacter xylinum sống thích hợp ở nhiệt độ 28-32oC. Ở nhiệt độ này quá trình hình thành các sản phNm trong đó có thạch dừa là tốt nhất. - Một số đặc điểm khác: (bảng dưới) Bảng 5: Đặc điểm sinh hoá của A. xylinum STT Ðặc điểm sinh hóa của A. xylinum Hiện tượng Kết quả 1 Oxy hóa ethanol thành acid acetic Acid acetic tạo ra sẽ kết hợp với CaCO3 làm vòng sáng rộng hơn và tạo lớp cặn đục rõ + 2 Catalase Sủi bọt khí + 3 Sinh trưởng trên môi trường Hoyer Sinh khối không phát triển - 4 Chuyển hóa glucose thành acid Vòng sáng xung quanh khuNn lạc + 5 Chuyển hóa glycerol thành dihydroxyaceton Vòng CuO xuất hiện xung quanh khuNn lạc + 6 Kiểm tra khả năng sinh sắc tố nâu Không thấy sắc tố nâu - 7 Kiểm tra tổng hợp cellulose Váng vi khuNn xuất hiện màu lam + THẠCH DỪA GVHD: PGS-TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 6 c. Tiêu chí chọn giống:
Môi trường nuôi cấy: + A. xylinum có thể được nuôi cấy trên nhiều môi trường khác nhau nhưng phát triển tốt nhất trên 2 loại môi trường mật rỉ đường và nước mía. + Dưới đây là một số môi trường tiêu biểu có khả năng ứng dụng cao do phù hợp với điều kiện và hoàn cảnh ở Việt Nam [2]: 1. Môi trường rỉ đường để sản xuất BC  Rỉ đường: 40g  Cao bắp: 20g  (NH4)2SO4: 8g  (NH4)2HPO4: 2g  Acid acetic: 5ml  Nước cất: 1000ml 2. Môi trường nước dừa già (MT5)  Acid acetic: 5ml  (NH4)2SO4: 8g  (NH4)2HPO4: 2g  Saccharose: 20g  Nước dừa già: 1000ml 3. Môi trường nước cốt dừa  Tỉ lệ cơm dừa/nước (g/ml): 1/10  (NH4)2SO4 (%): 0.6  (NH4)2HPO4 (%): 0.6  Saccharose (%): 6 4. Môi trường nước mía để sản xuất BC  Nước mía ép: 100ml  Cao bắp: 2g  (NH4)2SO4: 8g  (NH4)2HPO4: 2g  Acid acetic: 5ml  Nước cất: 900ml 5. Môi trường nước ép dứa 1  Tỉ lệ dứa/nước (g/ml): 1/10  (NH4)2SO4 (%): 0.8  (NH4)2HPO4 (%): 0.6  Saccharose (%): 2 6. Môi trường nước ép dứa 2  Tỉ lệ dứa/nước (g/ml) : 3/10  (NH4)2SO4 (%): 0.8  (NH4)2HPO4 (%): 0.6  Saccharose (%): 6
Khả năng tạo sản phm: + Tạo màng cellulose dai và chắc về mọi phía trên bề mặt môi trường + Tạo sản phNm có hàm Nm cao (có thể lên đến 99%) + Có khả năng lên men nhiều loại đường khác nhau để tạo sản phNm: glucose , saccharose, lactose, maltose, dextrin và galactose…..
Khả năng sinh trưởng: + Khả năng cạnh tranh và ức chế vi sinh vật tạp nhiễm cao
Các tính chất khác: + Tính ổn định của 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 được môi trường có nồng độ chất khô cao (nồng độ chất khô thích hợp cho quá trình hình thành dừa là 11.5 - 120Bal), khoảng nhiệt độ và pH để lên men tạo sản phNm rộng (t = 20 - 320C, pH = 3.5- 6.5) + Tỉ lệ hàm lượng của các sản phNm trao đổi chất: chỉ quan tâm tới hàm lượng cellulose, không quan tâm đến các sản phNm khác. Do đó mà ta cần chọn giống có khả năng tạo cellulose với hàm lượng lớn. THẠCH DỪA GVHD: PGS-TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 7 III. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 1. Sơ đồ khối Nước dừa già Bổ sung dinh dưỡng Tiệt trùng (121oC, 20ph) Lọc Làm nguội Chỉnh pH Lên men (10-12 ngày) Tách khối cellulose Cắt nhỏ Ngâm trong Na2C03 (3.5%, 15ph) Xả nước lạnh Đun sôi Để ráo Ngâm đường 20% Gia nhiệt nhẹ Để nguội Bổ sung syrup, hương trái cây Đóng gói Thanh trùng Dán nhãn Nhân giống Đun sôi Thanh trùng Giống A. xylinum (NH4)2SO4 (NH4)2HPO4 Saccharose Acid acetic 40% Cặn Thạch dừa THẠCH DỪA GVHD: PGS-TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 8 2. Thuyết minh quy trình: a. Quá trình lọc: - Mục đích: tách phần lớn các tạp chất thô còn nằm trong nước dừa sau khi được chuyển tới nơi sản xuất thạch dừa. Quá trình này nhằm mục đích chuNn bị cho các quá trình tiếp theo. Nước dừa sau khi thu hoạch không thật sự tinh khiết mà vướng phài nhiều tạp chất thô như xơ dừa, cơm dừa. Quá trình lên men của Acetobacter xylinum chủ yếu biến đổi từ đường glucose thành cellulose nên việc xuất hiện các thành phần khác cũng gây khó khăn cho quá trình lên men, nguy cơ nhiễm khuNn sẽ rất cao. Quy trình lọc tách các tạp chất thô chuNn bị cho quy trình lên men sau này. - Biến đổi: trong quá trình lọc chỉ xảy ra các biến đổi về vật lý: sự thay đổi tỷ trọng do có sự tách pha rắn khỏi pha lỏng và dịch lọc trong hơn. - Nguyên tắc: dùng áp suất để đNy dung dịch qua màng lọc, phần cặn sẽ bị màng lọc ngăn lại, phần nước dừa sẽ đi qua được màng lọc và được gọi là dịch lọc. Phần dịch lọc này sau đó sẽ được dẫn đến thiết bị thanh trùng. - Thiết bị: Nước 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 tư thiết bị hiện đại, chỉ cần thiết bị thùng chứa lớn, có lớp lưới lọc chắc chắn và các lỗ lọc đủ nhỏ để ngăn tạp chất là được. - Phương pháp: Bơm nước dừa vào bồn lọc bằng cửa đỉnh và tháo dịch lọc ra bằng cửa đáy. Quá trình có thể thực hiện liên tục hoặc gián đoạn tùy thuộc vào quy mô sản xuất. b. Quá trình bổ sung dinh dưỡng: - Mục đích: bổ sung nguồn nitơ, cacbon, cung cấp dinh dưỡng cho vi sinh vật phát triển và sinh tổng hợp sản phNm. - Thiết bị: bình chứa và thiết bị rót thông thường. - Phương pháp: bổ sung chất dinh dưỡng gồm (NH4)2SO4, (NH4)2HPO4 và Saccharose với tỷ lệ thành phần như trong môi trường MT5 vào phối trộn với dịch lọc trong thiết bị tiệt trùng. c. Quá trình tiệt trùng – làm nguội: - Mục đích: + Tiệt trùng: Tiêu diệt hệ vi sinh vật gây bệnh trong thực phNm, các vi sinh vật khác và vô hoạt các enzyme có trong dung dịch, chuNn bị cho quá trình lên men. Tạo điều kiện hòa tan tốt chất dinh dưỡng vào dịch lọc. THẠCH DỪA GVHD: PGS-TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 9 + Làm nguội: đưa dung dịch nước dừa về nhiệt độ thích hợp cho Acetobacter xylinum phát triển (28-32°C). - Biến đổi: + Hóa học: quá trình tiệt trùng sẽ làm biến đổi một số thành phần hóa học của nước dừa, ví dụ như mất một số vitamin. + Sinh học: vô hoạt enzyme và tiêu diệt vi sinh vật. - Thiết bị: thiết bị gia nhiệt (vỏ áo,...) d. Quá trình chỉnh pH: - Mục đích: + Đưa pH môi trường về pH thích hợp cho Acetobacter xylinum phát triển vì Acetobacter xylinum phát triển ở pH acid (pH = 3.5 - 4.5). + Sát trùng môi trường: vì trong khoảng pH này, một số vi sinh vật hoại sinh không phát triển được . - Thiết bị: thiết bị rót thông thường. - Phương pháp: ứng với mỗi lượng môi trường, lượng acid cần cho đã được tính toán sẵn. Sau khi cho acid, có thể kiểm tra điều chỉnh pH bằng phương pháp lấy mẫu đem thử hoặc sử dụng đầu dò pH. e. Quá trình lên men: - Mục đích: thu nhận sản phNm trao đổi chất bậc 1 mà sản phNm cần thu nhận chính là cellulose của Acetobacter xylinum – đây là mục đích chính của quy trình trong công nghệ lên men thạch dừa. - Biến đổi: + Sinh học: sự gia tăng số lượng tế bào vi khuNn trong giai đoạn đầu và quá trình trao đổi chất nhằm tạo sản phNm ngoại bào của vi khuNn. + 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 độ của quá trình lên men. THẠCH DỪA GVHD: PGS-TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 10 + Hóa sinh: đây là biến đổi quan trọng của quá trình lên men, Acetobacter xylinum sẽ sử dụng cơ chất là đường glucose có sẵn trong môi trường để tạo thành cellulose theo sơ đồ sau: Trong thực tế, môi trường nước dừa già không chứa hàm lượng glucose cao mà lại chứa hàm lượng lớn saccharose. Khi đó, Acetobacter xylinum sẽ chuyển hóa chúng về glucose rồi tiếp tục biến đổi theo sơ đồ trên. Cơ chế tạo thành sản phm có thể tóm tắt như sau: Đầu tiên các tế bào Acetobacter xylinum sẽ tiết ra enzyme invertase để thủy phân đường saccharose thành glucose và fructose. Sau đó lại tiết enzym isomerase để thực hiện phản ứng đồng phân hóa, chuyển fructose thành glucose. Cùng với quá trình đồng phân hoá, vi khuNn tiết ra chất nhầy bao bọc xung quanh chúng, đồng thời hấp thu glucose và thực hiện các quá trình chuyển hóa tạo thành ba sản phNm trung gian là glucose-6-phosphase, glucose-1-phosphase, UDP-glucose (Uridine diphospho-glucose) dưới tác dụng lần lượt của ba enzyme là glucokinase, phosphoglucomutase và UDP-glucopyrophospholyase: Phản ứng chuyển hóa glucose thành glucose-6-phosphase dưới tác dụng của enzyme glucokinase THẠCH DỪA GVHD: PGS-TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 11 Phản ứng đồng phân hóa glucose-6-phosphase thành glucose-1-phosphase nhờ enzyme phosphoglucomutase Phản ứng chuyển hóa glucose-1-phosphase thành UDP- glucose nhờ enzyme UDP-glucopyrophospholyase Công thức phân tử Uridine: Tiếp theo các UDP-glucose các được polyme hóa thành các sợi cellulose dưới tác dụng của enzyme cellulose synthase trong bao nhầy. Các sợi này sẽ được đưa ra ngoài và kết hợp với nhau tạo thành một khối gel rắn chắc nổi lên trên bề mặt môi trường nuôi cấy. THẠCH DỪA GVHD: PGS-TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 12 - Thiết bị: vì Acetobacter xylinum là vi sinh vật hiếu khí nên chọn thiết bị lên men bề mặt (ví dụ: cuvet). - Phương pháp: lên men tĩnh, có hoặc không bổ sung cơ chất. Vì cần thu nhận sản phảm ở dạng một khối cellulose, khối này được hình thành sau một thời gian nhất định, vì vậy không thể lên men liên tục. f. Quá trình cắt nhỏ - Mục đích: chuNn bị + Cắt miếng thạch thô thành những miếng nhỏ hơn, kích thước 1 x 1.5 x 2.5 cm. + Tạo thành hình dạng thật cho sản phNm. - Biến đổi: có sự biến đổi về vật lý, hình dạng của sản phNm bị thu nhỏ lại cho phù hơp 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 phNm. - Nguyên tắc: dùng hệ thống dao cắt liên tục, khi cho sản phNm thạch dừa thô vào, hệ thống này sẽ tự động cắt nhỏ nguyên liệu. - Thiết bị: hệ thống dao cắt liên hợp có thể được sử dụng để cắt nguyên liệu thạch dừa thô. Tuy nhiên, trong sản xuất người ta dùng các hệ thống liên hợp nhau, đồng thời dùng với mục đích khác. g. Quá trình ngâm Na2C03 (3.5%, 15ph) - Mục đích: Trung hòa acid acetic dư. Khi tách miếng thạch dừa ra khỏi môi trường lên men, nó vẫn còn lẫn rất nhiều acid acetic cho vào lúc đầu để chỉnh pH, sự tồn tại của acid này trong sản phNm là bất lợi vì nó tạo mùi và vị không thích hợp. Chính vì vậy cần dùng Na2CO3 để trung hòa. - Biến đổi: Quá trình này xảy ra những biến đổi hóa học. CH3COOH+Na2CO3  CH3COONa + CO2 + H2O THẠCH DỪA GVHD: PGS-TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 13 - Thiết bị và thông số: dùng những khay lớn đựng sản phNm thạch dừa thô,sau đó cho dung dịch vào ngâm trong vòng 10 phút. Na2CO3 dùng với nồng độ 3-5% thích hợp nhất. - Phương pháp: vì khi ngâm phải tốn thời gian nên để thực hiện quá trình này ta dùng phương 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 nước lạnh. h. Quá trình xả nước lạnh - Mục đích: quá trình này nhằm mục đích chuNn bị, sau khi rửa lại bằng Na2CO3, xả lại khối bằng nước lạnh nhằm loại hết những hóa chất còn dính trên nguyên liệu. - Biến đổi: khi rửa lại bằng nước, hầu như không có những biến đổi gì đáng kể liên quan tới nguyên liệu. - Thiết bị và thông số: trong sản xuất, người ta có thể rửa nguyên liệu bằng 1 hệ thống ống phun liên tục khi cho nguyên liệu thạch dừa chạy trên băng chuyền. i. Quá trình đun sôi - Mục đích: + Chế biến: dùng nhiệt độ cao tác động lên khối nguyên liệu, làm khối nguyên liệu trong hơn, đẹp hơn. Đã có thể sử dụng được thạch dừa này làm thực phNm nhưng chất lượng không cao do không có mùi vị. + Bảo quản: trong quá trình gia nhiệt, ta đã tiêu diệt 1 phần các vi sinh vật có trong thạch dừa. - Biến đổi: nhiệt độ tăng cao. Trong thực tế, người ta còn bổ sung chất tạo dai trong công đoạn này (ví dụ như CMC..), các chất này sẽ liên kết các “dây” cellulose vào nhau làm cho cấu trúc chặt chẽ hơn. - Thiết bị và thông số: Dùng các bình lớn rồi cho nguyên liệu vào, nâng nhiệt độ lên cao. Có thể dùng các nồi gia nhiệt trực tiếp hay dùng hệ thống trao đổi nhiệt trực tiếp hay gián tiếp. j. Quá trình ngâm đường - Mục đích: hoàn thiện sàn phNm. Thạch dừa thô là 1 khối trong, không mùi, không vị nên dù đã thành sản phNm nhưng ta không thể đem nó ra bán ngoài thị trường được. Mục đích ngâm đường làm tăng độ ngọt của sản phNm, tăng mức độ cảm quan của sản phNm thạch. - Biến đổi: quá trình biến đổi chủ yếu là biến đổi vật lý, sự chênh lệch Gradiant nồng độ giữa phía trong và phía ngoài khối thạch dừa làm cho các phân tử đường khếch tán từ ngoài môi trường vào sản phNm. THẠCH DỪA GVHD: PGS-TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 14 - Thiết bị: thực hiện quá trình này trong bồn ngâm, có gia nhiệt. Mục đích của gia nhiệt làm cho các phân tử đường có động lực mạnh hơn, khuếch tán mạnh hơn và tốt hơn vào thạch dừa. Mặt khác, bồn này cần có 1 hệ thống trao đổi nhiệt nhằm làm nguội nhanh sản phNm. - Thông số công nghệ: dùng dung dịch nước đường hàm lượng từ 70-80% là thích hợp cho quá trình thNm thấu và khuếch tán vào khối nguyên liệu, nhiệt độ gia nhiệt lên tới khoảng 60-70oC, nhiệt độ cao giúp gia tăng quá trình khuếch tán nhưng nếu quá cao các phân tử đường sẽ bị phá huỷ. k. Quá trình bổ sung syrup, hương trái cây. - Mục đích: hoàn thiện sản phNm, mặc dù đã bổ sung đường nhưng để tăng thêm mức độ hấp dẫn, giá trị cảm quan cho sản phNm người ta bổ sung thêm các loại hương liệu và syrup. - Biến đổi: cũng chủ yếu là sự biến đổi về mặt vật lý do sự thNm thấu của các cấu tử mùi và màu. l. Quá trình đóng gói - Mục đích: bảo quản sản phNm. - Thiết bị: thạch dừa thành phNm có thể được đóng trong những túi nhựa hay những hộp nhựa trong. - Thông số: tùy vào năng suất của nhà máy mà nhà sản xuất có thể chọn những thiết bị có công suất tương đương. m. Quá trình thanh trùng - Mục đích: bảo quản, quá trình thanh trùng giúp tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh nhưng với nhiệt độ vừa phải, không cao quá do chúng ta chứa sản phNm trong các bao bì nhựa. - Biến đổi: chủ yếu xảy ra biến đổi sinh học: tiêu diệt bớt 1 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 phNm được chạy qua băng chuyền và qua lần lượt các vùng này. - Thông số: nhiệt độ thanh trùng được chọn là 60-70oC. Thời gian tiệt trùng 20- 30 phút. - Phương pháp: sau khi đóng gói, sản phNm sẽ tiếp tục được đưa vào băng chuyền dẫn qua thiết bị thanh trùng Tunnel. Khi vào vùng gia nhiệt, nhiệt độ của sản phNm tăng lên đến khoảng 60oC, khi qua vùng giữ nhiệt, nhiệt độ này giữ lâu dài và cuối cùng, qua vùng giảm nhiệt, nhiệt độ của sản phNm được trở về nhiệt độ ban đầu, sản phNm cũng đã được thanh trùng. THẠCH DỪA GVHD: PGS-TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 15 n. Quá trình dán nhãn - Mục đích: hoàn thiện sản phNm - Thiết bị: thiết bị đóng nhãn hoạt động liên tục. Do thạch dừa thường được đựng trong các hộp nhựa tuỳ theo những kích cỡ khác nhau mà người ta có thể dán nhãn xung quanh (hình 2) hoặc dán nhãn bên trên (hình 1); thường thì người ta kết hợp cả 2. 3. Các yếu tố ảnh hưởng của quá trình lên men: a. Ảnh hưởng của hàm lượng nước dừa trong môi trường lên men − Hàm lượng nước dừa (v/v) trong môi trường lên men ảnh hưởng đến năng suất lên men, hàm lượng chất khô cũng như độ dày sản phNm tạo thành. Sau đây là kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của yếu tố này (thể tích môi trường lên men là 500ml). Ta thấy hàm lượng nước dừa già tăng thì khối lượng và độ dày sản phNm cũng tăng. Bảng 6: Ảnh hưởng hàm lượng nước dừa già (v/v) trong môi trường lên men đến sản phm tạo thành [4] Hàm lương nước dừa già (%) pH cuối của quá trình lên men Khối lượng thạch tổng (g) Khối lượng 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 3.50 72.02 3.18 4.30 2.15 THẠCH DỪA GVHD: PGS-TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 16 b. 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)2SO4 và (NH4)2HPO4 ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của A. xylinum và khả năng tổng hợp cellulose cũng như độ dày của màng cellulose tạo thành. + Nồng độ của muối amoni quá cao: vi khuNn không sử dụng hết, lượng muối dư sẽ ức chế ngược trở lại sự phát triển của tế bào vi khuNn. Do đó ảnh hưởng đến hoạt tính của vi khuNn, lượng cellulose sinh tổng hợp được sẽ thấp. + Nồng độ muối amoni quá thấp: lượng nitơ cung cấp cho quá trình sinh trưởng 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 như: acid nucleic, phospholipid, một số coenzyme quan trọng như ATP, ADP, NADP, FAD và một số vitamin tham gia vào quá trình tạo cellulose. Nếu hàm lượng các chất này quá thấp hay quá cao sẽ ảnh hưởng tới tính chất hóa lý của môi trường. Vì vậy, ảnh hưởng tới quá trình tạo thành màng cellulose của A. xylinum Tóm lại: Phải bổ sung một lượng muối cân đối, vừa đủ vào dịch lên men, tạo điều kiện tối ưu cho A. xylinum sinh trưởng và phát triển, có như thế cellulose thu được mới nhiều và dày hơn. − (NH4)2HPO4 còn là nguồn cung cấp Phospho cho A. xylinum: Bảng 7: Ảnh hưởng của nồng độ (NH4)2HPO4 đến sự hình thành thạch dừa Nồng độ (NH4)2HPO4 (%) Khối lượng trung bình của thạch dừa thô từ 400 ml canh trường 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 THẠCH DỪA GVHD: PGS-TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 17 c. Ảnh hưởng của nguồn Cacbon − Do hàm lượng đường trong môi trường nước dừa già không cao nên ta phải bổ sung thêm đường để đảm bảo nhu cầu sinh trưởng, phát triển và sinh tổng hợp sản phNm của A. xylinum. − A. xylinum có khả năng lên men nhiều loại đường khác nhau như: lactose, maltose, dextrin, galactose, saccharose, trong đó lên men đường glucose là tốt nhất. Ứng với mỗi loại đường, 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 lượng thạch dừa cao nhất và trạng thái thạch dừa thu được cũng rất tốt. Tuy nhiên khi người ta làm thí nghiệm sử dụng saccharose ở các nồng độ khác nhau cho quá trình lên men thì người ta thấy rằng saccharose ở nồng độ 10% sẽ cho khối lượng thạch dừa cao nhất. Trong thực tế sản xuất người ta thường sử dụng saccharose do giá thành rẻ và cho năng suất khá cao. d. 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 khuNn không sử dụng cơ chất hết gây lãng phí, mặt khác ức chế hoạt động sống vi khuNn. Còn nồng độ chất khô quá thấp sẽ không đủ cung cấp dinh dưỡng cho vi khuNn trao đổi chất duy trì hoạt động sống và sinh tổng hợp cellulose. e. Ảnh hưởng của pH − pH của môi trường lên men ảnh hưởng đến sự phát triển và hiệu quả sinh tổng hợp cellulose của A. xylinum. Bảng 8: Ảnh hưởng của pH đến quá trình lên men [4] pH Khả năng phát triển (ngày) Thạch tạo thành (sau 13 ngày) 1 2 3 4 Khối lượng (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) THẠCH DỪA GVHD: PGS-TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 18 − Độ pH ảnh hưởng nhiều đến năng suất cũng như sự hình thành sản phNm. − Theo kết quả của bảng trên ta thấy, ở pH < 3.0 và pH > 7.0 hầu như A. xylinum không phát triển được. Chúng phát triển nhanh nhất trong khoảng pH = 3.5 – 4.5, khối lượng và độ dày thạch tạo thành cũng cao nhất. pH lên men phù hợp nhất là 4.0. − Dưới đây là giản đồ ảnh hưởng của pH đến độ dày thạch tạo thành theo nguồn [7]: − Kết quả có thể khác nhau đôi chút, có thể là do thành phần môi trường lên men nhưng ta có thể thấy thạch tạo thành tốt nhất khi pH môi trường trong khoảng 3.5 – 4.5. f. Ảnh hưởng của nhiệt độ − Ngoài các yếu tố trên nhiệt độ lên men cũng ảnh hưởng đáng kể đến sự hình thành sản phNm. − Nhiệt độ tối ưu cho quá trình lên men thạch dừa là 28 – 32oC. Ở nhiệt độ này thạch tạo thành có khối lượng cao và dày chắc. Ở khoảng nhiệt độ 20 – 25oC thì thạch mỏng và mềm hơn. Nhiệt độ quá thấp (< 20oC), thạch không hình thành hoặc nếu có thì tốc độ tồng hợp cũng rất chậm. Nhiệt độ cao hơn (> 35oC) môi trường lên men trở nên đặc sệt và ta cũng không thu được thạch dừa. Nhiệt độ (0C) Trạng thái thạch dừa Khối lượng 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 thạch 0 40 Không tạo thành thạch 0 THẠCH DỪA GVHD: PGS-TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 19 IV. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 1. Mô tả sản phm: - Sản phNm thạch dừa có màu trắng trong, hơi đục, dai, mềm và có mùi thơm do các thành phần bổ sung vào thạch dừa thô khi chế biến. 2. Chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phm: - 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 túc dai chắc, có khả năng giữ nước tốt và không tan trong nước. Thạch dừa có hình dạng những khối vuông, kích thước 1 x 2 x 2.5 cm. - Chỉ tiêu hóa học: Dinh dưỡng: trong thạch dừa có chứa các loại vitamin và khoáng chất như E, B1, B6, B12, FORLIC, kẽm, sắt……. Bảng 9: Thành phần dinh dưỡng thạch dừa [5] 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 Đường (% w/w Nm) 80.22 Sắt (mg) 3.00 Tro (% w/w Nm) 2.68 Đồng (mg) 0.40 Vitamin A (µg) Không có Clo (mg) 44.00 Vitamin C (mg) Không có Kẽm (mg) 2.30 Vitamin E (mg) 0.50 Photpho (mg) 305.00 Vitamin B1 (mg) 0.16 Biotin (µg) 12.00 Vitamin B2 (mg) 0.02 Folic acid (µg) 176.00 Vitamin B6 (mg) 029 Niacin (mg) 1.10 Vitamin B12 (mg) 0.30 Pantothetic acid (mg) 0.60 Độc tố: nước dừa ban đầu không chứa các độc tố nên yêu cầu sản phNm không được chứa độc tố, trong quy trình sản xuất không nhiễm phải độc tố từ môi trường chế biến THẠCH DỪA GVHD: PGS-TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 20 Phụ gia: trong quá trình chế biến, có bổ sung thêm đường, acid, và các chất phụ gia nên yêu cầu sản phNm không chứa dư lượng các chất phụ gia và bảo quản vượt quá giới hạn cho phép. - Chỉ tiêu vi sinh: Môi trường chứa thạch dừa có chứa đường 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 phNm 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 trường sẽ không đủ để ức chế mốc và làm cho vi khuNn phát triển. - Chỉ tiêu bao bì: bao bì dù là túi nhựa, hộp nhựa hoặc thủy tinh thì yêu cầu phải đảm bảo sạch sẽ, không độc hại cho người sử dụng, không gây ô nhiễm môi trường. Bao bì phải thẫm mỹ, tiện dụng và đầy đủ thông tin cho người tiêu dùng. V. ỨNG DỤNG Bản chất của thạch dừa là một màng nhầy có cấu trúc là cellulose. Do thạch dừa có bản chất là polysaccharide ngoại bào nên có khả năng ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau. Thạch dừa thô được ứng dụng rộng khắp các lĩnh vực như y học, thực phNm, dược học, thNm mỹ… Cho đến nay, việc ứng dụng thạch dừa trong công nghệ thực phNm mới chỉ dừng lại ở những nghiên cứu chế biến thành những sản phNm kẹo, jelly, các sản phNm giải khát. THẠCH DỪA GVHD: PGS-TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TRÊN SÁCH BÁO - TẠP CHÍ [1]. Nguyễn Đức Lượng, Cơ sở vi sinh vật công nghiệp Tập 3 , Thực phm lên men truyền thống, NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM, 2003. [2]. Vương Thị Việt Hoa, Trương Nguyễn Quỳnh Hương, Đa dạng hoá môi trường sản xuất nata de coco từ vi khun Acetobacter xylinum, Tạp chí khoa học kỹ thuật Nông Lâm nghiêp, số 2&3/ 2005, p85-88. [3]. Phan Tiến Mỹ Quang, Đống Thị Anh Đào, Nguyễn Ánh Tuyết, Khảo sát cấu trúc của thạch dừa, Kỉ yếu hội nghị khoa học công nghệ lần thứ 8-phân ban công nghệ thực phNm, Tháng 4 năm 2002. [4]. Studies on the Conditions of Nata Fermentation in Coconut Water “ Liu Sixin Li Meiqiu” - Dept. of Food Science & Engineering, South China University of Tropical Agriculture, Hainan, 571737 - Fang Zhonggen - Institute of Food Research, China Academy of Tropical Agriculture Science, Hainan, 571737. [5]. Effects of health food from cereal and nata de coco on serum lipids in human - Songklanakarin J. Sci. Technol., 2006, 28 (Suppl. 1). [6]. Dr. D.P. Atukorale, Tender coconut water - its health benefits. [7]. Ciência e Tecnologia de AlimentosPrint ISSN 0101-2061. Ciênc. Tecnol. Aliment. vol.18 no.1 Campinas Jan./Apr. 1998. Doi: 10.1590/S0101-20611998000100027, “OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO DE NATA (CELULOSE BACTERIANA) POR FERMENTAÇÃO EM SUPERFÍCIE”, Eliane Dalva Godoy DANESI, Gilvan WOSIACKI. TÀI LIỆU TRÊN INTERNET [8]. [9]. [10].