MỤC LỤC - · PDF fileThiết bị lên men dạng xilanh ..... 23 Hình 3.10. Thiết bị li tâm

XANTHAN GVHD: PGS.TS. LÊ VĂN VIỆT MẪN

1

MỤC LỤC

1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XANTHAN GUM ....................................................................... 4

1.1. Khái niệm ......................................................................................................................... 4

1.2. Lịch sử ra đời ................................................................................................................... 4

1.3. Cấu tạo và tính chất .......................................................................................................... 4

1.3.1. Cấu tạo ...................................................................................................................... 4

1.3.2. Tính chất ................................................................................................................... 7

1.4. Tình hình sử dụng một số loại polysaccharide ................................................................. 8

2. NGUYÊN LIỆU ...................................................................................................................... 9

2.1. Vi sinh vật ........................................................................................................................ 9

2.1.1. Phân loại.................................................................................................................... 9

2.1.2. Đặc điểm hình thái .................................................................................................. 10

2.1.3. Tiêu chí chọn giống ................................................................................................ 10

2.2. Môi trường lên men ........................................................................................................ 11

2.2.1. Nguồn Carbon ......................................................................................................... 11

2.2.2. Nguồn Nito.............................................................................................................. 11

2.2.3. Nguồn khoáng và yếu tố sinh trưởng ...................................................................... 12

2.3. Nước ............................................................................................................................... 13

2.4. Muối công nghiệp và cồn tinh luyện .............................................................................. 14

3. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XANTHAN GUM ............................................. 15

3.1. Nhân giống ..................................................................................................................... 17

3.2. Chuẩn bị môi trường lên men ......................................................................................... 18

3.3. Lên men .......................................................................................................................... 20

3.4. Thanh trùng .................................................................................................................... 24

3.5. Tách vi sinh vật .............................................................................................................. 26

3.6. Kết tủa ............................................................................................................................ 27

3.7. Tách nước ....................................................................................................................... 28

3.8. Sấy .................................................................................................................................. 29

3.9. Nghiền ............................................................................................................................ 30

3.10. Đóng gói ..................................................................................................................... 32


2

4. CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CỦA SẢN PHẨM XANTHAN GUM ..................................... 32

4.1. Chỉ tiêu vật lý ................................................................................................................. 32

4.2. Chỉ tiêu hóa lý ................................................................................................................ 32

4.3. Chỉ tiêu vi sinh ............................................................................................................... 32

5. TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................... 33


3

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Cấu trúc của một đơn vị của xanthan gum ..................................................................... 5

Hình 1.2: Cấu tạo của xanthan gum ................................................................................................ 6

Hình 2.1. Vi khuẩn Xanthomonas campestris ................................................................................ 9

Hình 2.2. Cải bắp nhiễm vi khuẩn Xanthomonas campestris ........................................................ 9

Hình 3.1. Sơ đồ qui trình công nghệ sản xuất xanthan ................................................................. 16

Hình 3.2. Thiết bị nhân giống ....................................................................................................... 18

Hình 3.3. Thiết bị khuấy trộn ........................................................................................................ 19

Hình 3.4. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng .......................................................................... 19

Hình 3.5. Chu trình đường phân ................................................................................................... 20

Hình 3.6. Chu trình Tricarbonxylic............................................................................................... 21

Hình 3.7. Sự sinh tổng hợp xanthan .............................................................................................. 22

Hình 3.8. Thiết bị lên men dạng xilanh ........................................................................................ 23

Hình 3.10. Thiết bị li tâm .............................................................................................................. 26

Hình 3.11. Thiết bị kết tủa ............................................................................................................ 28

Hình 3.12. Thiết bị ép trục vít ....................................................................................................... 29

Hình 3.13. Thiết bị sấy bức xạ ...................................................................................................... 30

Hình 3.14. Thiết bị nghiền búa ..................................................................................................... 31

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần % của D – glucose, D – mannose, D – Glucuronic acid, pyruvate, acetate

trong polysaccharide do một số chủng vi khuẩn khác nhau tạo ra. ................................................ 6

Bảng 1.2: Tỷ suất tăng trung bình hàng năm của những polysaccharide thương mại chủ yếu:

những dự báo và phân tích của thị trường Mỹ. ............................................................................... 8

Bảng 2.1. Chỉ tiêu chất lượng cồn ................................................................................................ 14

Bảng 2.2. Chỉ tiêu chất lượng muối .............................................................................................. 14


4

1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XANTHAN GUM

1.1. Khái niệm

Xanthan gum là một polysaccharide được sử dụng như là một phụ gia thực phẩm

và chất điều chỉnh lưu biến. Là sản phẩm lên men của glucose và saccharose bởi vi khuẩn

Xanthomonas campestris.

Xanthomonas campestris là loại vi khuẩn gây ra bệnh mục đen trên cải, hoa lơ và

các loại rau lá mỏng khác.

1.2. Lịch sử ra đời

Cách đây rất lâu, con người đã tìm hiểu được rằng các loài Xanthomonas có thể sản

xuất ra những khối sền sệt.

Cuối năm 1950, xanthan đã được phát minh tại Northern Reaseach Center (NRRC),

Peoria, Illinois.

Bà Allene Rosalind Jeanes và cộng sự của bà ở Viện Nông Nghiệp Hoa Kỳ (United

States Department of Agriculture) đã tổ chức cuộc kiểm tra các loài vi sinh vật có khả năng

sản xuất ra các loại gum tan trong nước, trong số đó, xanthan là một polysaccharide tổng hợp

bằng phương pháp sinh học mà có tiềm năng ứng dụng rất lớn so với các loại gum tan trong

nước được sản xuất bằng phương pháp tự nhiên.

Đầu những năm 1960, xanthan trở thành sản phẩm thương mại bởi công ty Kelco với

tên thương mại là Kelzan (theo Whistler) nhưng không thích hợp cho thương mại mãi đến

năm 1964.

Năm 1969, xanthan đã được tổ chức FDA (the American Food and Drug

Administration) cho phép sử dụng làm phụ gia thực phẩm sau những nghiên cứu và thử

nghiệm trên động vật. Nó được phép sử dụng ở các nước: Hoa Kỳ, Canada, Châu Âu (1982).

Số kí hiệu là E415.

Các công ty sản xuất xanthan nổi tiếng: Merck, Pfizer và Kelco của Mĩ, Rhône

Poulenc và Sanofi-Elf của Pháp, Jungbunzlauer của Úc.

1.3. Cấu tạo và tính chất

1.3.1. Cấu tạo

1.3.1.1. Cấu tạo phân tử

Xanthan bao gồm những cụm 5 gốc đường được lặp lại, mỗi cụm gồm 2 gốc

đường D - glucose, 2 gốc đường D - mannose, 1 gốc đường D - glucoronate và các gốc

acetate, pyruvate với số lượng thay đổi.

Mỗi cụm đơn vị của mạch chính trong chuỗi polysaccharide bao gồm các gốc ß -

D - glucose, liên kết với nhau bằng liên kết ß - 1, 4 glycoside. Yếu tố này giống với cấu

trúc của cellulose.


5

Mạch nhánh gồm 1 gốc glucoronate nằm ở giữa liên kết với 2 gốc mannose. Vị trí

thứ nhất của gốc D-glucoronate liên kết với vị trí thứ hai của 1 gốc D - mannose, còn vị

trí thứ tư của gốc D-glucoronate liên kết với vị trí thứ nhất của một gốc mannose khác.

Mạch nhánh liên kết với mạch chính tại vị trí thứ 3 trên gốc cellulose của mạch

chính và vị trí thứ nhất trên gốc mannose của mạch nhánh.

Khoảng một nửa số gốc mannose ở cuối có nhóm acid pyruvic liên kết do nhóm

ketal tạo vòng tại vị trí 4 - 6 trên gốc mannose.

Gốc mannose còn lại liên kết với một acetyl tại vị trí thứ 6.

Xanthan gum cũng chứa các ion dương hóa trị một như là Na, K.

Mạch nhánh và mạch thẳng xoắn chặt với nhau tạo thành hình dạng bền chặt.

Hình 1.1: Cấu trúc của một đơn vị của xanthan gum

1.3.1.2. Khối lượng phân tử

Khối lượng phân tử có thể từ 0.9 triệu đến 1.6 triệu Dalton, nó phụ thuộc vào nguồn

VSV và điều kiện thực hiện quá trình lên men.

Đôi khi khối lượng phân tử xanthan có thể lên đến 13 – 50 triệu Dalton.


6

Hình 1.2: Cấu tạo của xanthan gum

1.3.1.3. Trạng thái phân tử

Xanthan là phân tử sinh học xoắn đôi nhưng không đối xứng nhau.

Mạch nhánh và mạch thẳng xoắn chặt với nhau tạo thành hình dạng bền chặt.

Các phân tử có thể co lại hình xoắn ốc kép hình thành nên cấu trúc đặc quánh,

khi gặp một số điều kiện sẽ bị duỗi mạch làm thay đổi tính chất.

Mạch chính được mạch bên bảo vệ nên làm cho xanthan tương đối bền với acid,

kiềm và enzyme.

1.3.1.4. Thành phần cấu tạo

Acid pyruvic là một thành phần rất quan trọng do nó tác động đến khả năng hòa

tan trong nước của polymer. Thành phần acid pyruvic trong xanthan khác nhau phụ thuộc

vào chủng Xanthomonas campestris (có những chủng sản xuất ra hàm lượng acid pyruvic

rất cao, có những chủng lại sản xuất ra với hàm lượng rất thấp), điều kiện lên men và điều

kiện thu hồi sản phẩm.

Bảng 1.1: Thành phần % của D – glucose, D – mannose, D – Glucuronic acid, pyruvate, acetate

trong polysaccharide do một số chủng vi khuẩn khác nhau tạo ra.

Vi khuẩn D -

Glucose

D -

Mannose

D –

Glucuronic

Acid

Pyruvate Acetate

X.campestris 30,1 27,3 14,9 7,1 6,5

X.vasculorum 34,9 30,2 17,9 6,6 6,3

X.faseoli 30,9 28,6 15,3 1,8 6,4

X.juglandis 33,2 30,2 16,8 6,9 6,4

X.gummisudans 34,8 30,7 16,5 4,7 10

X.fragaria 24,6 26,1 14 4,9 5,5


7

1.3.2. Tính chất

1.3.2.1. Tạo dung dịch có độ nhớt

Khi hòa tan trong nước, bị hydrate hóa một cách nhanh chóng, không bị đóng

cục tạo dung dịch có độ nhớt cao.

Xanthan gum có độ nhớt cao. Dung dịch có nồng độ khoảng 1% có độ nhớt xấp xỉ

1000 cP khi đo ở 60 v/ph với thiết bị đo độ nhớt Brookfield model LVF ở 250C.

Ảnh hưởng của muối: độ nhớt không bị ảnh hưởng khi thêm một lượng lớn muối,

như trong 250 g/l dung dịch NaCl chỉ làm tăng không đáng kể độ nhớt của dung dịch

xanthan.

1.3.2.2. Tính tương hợp của xanthan

Với alcohol

Tuy xanthan không hòa tan trực tiếp được trong alcohol nhưng lại có khả năng

tương thích với nó. Những sản phẩm có chứa xanthan trong công thức thành phần thường

chiếm đến 60% dung môi alcohol như ethanol. Ta có thể sử dụng tính chất này để làm

cho cocktail, rượu có mùi chocolate trở nên đặc hơn.

Với các loại enzyme

Hầu hết các dung dịch keo đều bị thoái hóa ở một giới hạn nào đó bới các enzyme

có mặt trong thực phẩm như cellulase, pectinase, amylase, protease. Tuy nhiên, xanthan

không bị thoái hóa bới chúng. Khả năng kháng lại tác động của enzyme là do sự xắp xếp

các nhánh chính và nhánh phụ, sự xắp xếp này chống lại tác động của enzyme lên liên kết

1,4 trong nhánh chính. Nhờ đó mà ngăn cản được sự ngưng trùng hợp do enzyme, acid và

kiềm. Ứng dụng thực tế, khả năng xanthan chống lại tác động của enzyme đã được sử

dụng trong một số sản phẩm thực phẩm như bánh mứt táo, thực phẩm có chứa tinh bột,

gia vị trộn…

1.3.2.3. Gel thuận nghịch về nhiệt độ

Gel tạo thành khi làm nguội các hỗn hợp. Xanthan gum ở trạng thái keo có thể

thực hiện sự chuyển đổi cấu hình xoắn ốc đôi thành chuỗi đơn bằng cách tôi luyện ở nhiệt

độ 40 - 800C. Ở cấu hình chuỗi đơn, mạng lưới liên kết yếu đi, hình thành nên trạng thái

giả dẻo (pseudoplastic) làm giảm độ nhớt của dung dịch. Xanthan gum có khả năng kết

hợp được với nhiều chất tạo gel, tạo sệt khác nhau như locust bean gum, konjac, guar

gum.


8

1.3.2.4. Khả năng hydrate hóa

Sự hiện diện của những chuỗi tích điện âm trong phân tử xanthan gum làm tăng khả

năng hydrate hóa và tạo nên dung dịch xanthan trong nước lạnh. Xanthan gum là một chất

háo nước, tan được trong nước nóng và nước lạnh. Điều kiện lạnh đông/rã đông: nhờ khả

năng liên kết với nước nên dung dịch xanthan gum rất bền khi lạnh đông cũng như rã đông.

1.4. Tình hình sử dụng một số loại polysaccharide

Có rất nhiều loại polysaccharide được sinh tổng hợp bởi vi sinh vật như alginate,

curlane, dextran, gellan, glucan, pullulan và xanthan.

Trong số những loại này thì xanthan có vai trò vượt trội hơn bởi dễ dàng sản xuất

và được ứng dụng nhiều. Thực vậy, nó đang dần được sử dụng nhiều trong thực phẩm và

trong việc tạo ra chất độn cho mỹ phẩm.

Trong công nghiệp polysaccharide thì xanthan là một trong những đại diện phát

triển nhanh nhất.

Đối với ngành thực phẩm, những nhu cầu về gum tự nhiên đang có xu hướng giảm

xuống, trong khi đó xanthan lại có xu hướng tăng lên.

Khoảng 20.000 tấn xanthan được sản xuất theo phương pháp công nghiệp từ giống

vi khuẩn X. campestris mỗi năm. Nhu cầu tiêu thụ xanthan trên toàn thế giới là khoảng 23

triệu kg/ năm và được dự đoán là sẽ tiếp tục tăng lên 5-10% theo hằng năm.

Bảng 1.2: Tỷ suất tăng trung bình hàng năm của những polysaccharide thương mại chủ yếu:

những dự báo và phân tích của thị trường Mỹ.


9

2. NGUYÊN LIỆU

2.1. Vi sinh vật

Xanthan được sản xuất từ vi khuẩn Xanthomonas campestris được cô lập từ cây cải

bắp, nó chính là loại vi khuẩn gây ra bệnh nấm làm cho cây có màu đen.

2.1.1. Phân loại

Vi khuẩn Xanthomonas campestris:

Giới:

Ngành: Proteobacteria

Bộ: Gamma Proteobacteria

Họ: Xanthomonadaceae

Giống: Xanthomonas

Hình 2.1. Vi khuẩn Xanthomonas campestris

Hình 2.2. Cải bắp nhiễm vi khuẩn Xanthomonas campestris


10

2.1.2. Đặc điểm hình thái

Vi khuẩn Xanthomonas campestris có dạng hình que đơn, thẳng. Rộng 0.4 – 0.7µm,

dài 0.7 – 1.8 µm.

Vi khuẩn Gram âm.

Có khả năng di động nhờ tiên mao mọc ở cực.

Là loại vi khuẩn dị dưỡng, hiếu khí bắt buộc.

Không có khả năng khử nitơ, phản ứng catalase dương tính, oxidase âm tính.

Phát triển trên môi trường dinh dưỡng agar, bị ức chế bới 0,1% triphenyltetrazolium

chloride.

Phần lớn chúng sống một mình hoặc theo từng cặp. X. campestris làm thành đám

mucoid màu vàng, trơn nhẵn sống trên môi trường rắn, và những tế bào được bao quanh

bởi xanthan gum (polysaccharide ngoại bào). Công thức hóa học của sắc tố vàng được xác

định là mono hoặc dibromoaryl polyene.

Tính không ổn định thuộc về di truyền của vi khuẩn X. campestris sẽ ảnh hưởng

đến chất lượng cũng như số lượng xanthan xuất hiện khi nuôi cấy nó. Sự đột biến gene

có liên quan đến việc hình thành 3 dạng khác nhau: L (large) và S (small) và VS (very

small). Trong khi dạng L sản xuất ra một lượng lớn xanthan với chất lượng thấp mong

muốn thì dạng S lại cho lượng sản phẩm ít và chất lượng thì kém. Còn VS không tổng

hợp xanthan.

Những chức năng của xanthan chưa được nhận biết đầy đủ, nhưng có một bằng

chứng chắc chắn rằng có một lớp polysaccharide ở xung quanh màng tế bào, bảo vệ tế

bào tránh khỏi những tác động của môi trường xung quanh. Ví dụ như khả năng giữ

nước của xanthan, nó sẽ cung cấp một lớp màng bảo vệ dưới điều kiện môi trường hanh

khô.

2.1.3. Tiêu chí chọn giống

Giống vi khuẩn sử dụng phải đạt những chuẩn mực nhất định mới được phép sử

dụng. Các yếu tố cơ bản đối với giống vi khuẩn sử dụng lên men thu nhận xanthan

gồm:

Giống vi khuẩn phải có khả năng sinh tổng hợp xanthan mạnh, sản phẩm này có

chất lượng và số lượng cao hơn hẳn các sản phẩm phụ khác trong quá trình trao đổi

chất của chúng.

Giống phải có khả năng sử dụng các nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm.

Giống vi khuẩn có tính thích nghi cao, đặc biệt phải thích nghi với điều kiện sản

xuất công nghiệp, trong đó có sự ổn định vệ nhiệt độ, pH,…

Giống phải có tốc độ sinh sản và phát triển rất mạnh trong điều kiện môi trường

công nghiệp. Tính chất này rất quan trọng vì khi nhiễm vi sinh vật lạ thì giống dùng

trong sản xuất phải có khả năng át chế sự phát triển của vi sinh vật lạ.


11

Giống phải ổn định trong bảo quản và dễ dàng bảo quản.

2.1.4. Môi trường nhân giống.

Môi trường nhân giống quy mô phòng thí nghiệm: dịch malt trong ống thạch nghiêng

chứa:

10 g/l glucose.

5 g/l peptone

3 g/l dịch chiết nấm men.

20g/l agar.

Môi trường nhân giống quy mô công nghiệp:

K2HPO4 : 5 g/l

MgSO4.7H2O: 0,1 g/l

Dịch chiết nấm men: 0,5 g/l

Ure : 0,4 g/l

Glucose: 20 g/l

2.2. Môi trường lên men

2.2.1. Nguồn Carbon

Glucose và saccharose là hai nguồn carbon được sử dụng phổ biến để cung cấp

cho vi khuẩn Xanthomonas campestris trong quá trình lên men thu nhận xathan. Trong đó

glucose là nguồn carbon vi khuẩn Xanthomonas campestris dễ sử dụng. Tuy nhiên, ở

nồng độ cao nó lại ảnh hưởng xấu tới quá trình lên men của vi khuẩn, theo các nghiên

cứu thì khi nồng độ glucose 2 -4% w/w là môi trường lý tưởng cho quá trình lên men.

Để thuận tiện và chủ động cho việc sản xuất, ta dùng syrup glucose làm nguồn

cung cấp carbon cho vi khuẩn. Syrup glucose sẽ được chuẩn bị sẵn và cần phải được

kiểm tra trên những chỉ tiêu sau:

- Chỉ tiêu cảm quan: màu sắc, độ trong, mùi vị,…

- Chỉ tiêu hóa lý: chỉ số DE, tổng hàm lượng chất khô, độ chua, độ nhớt,…

- Chỉ tiêu vi sinh: tổng số vi khuẩn hiếu khí, nấm men và nấm mốc.

2.2.2. Nguồn Nitơ

Vi khuẩn Xanthomonas campestris có thể sử dụng được cả nguồn nito hữu cơ và

nguồn nito vô cơ. Vì vậy mà ta có thể dùng nước ngâm hạt ngũ cốc, dịch thủy phân

casein, dịch chiết nấm men, dịch chiết từ đậu nành, tuy nhiên nguồn nito thường được

sử dụng nhất là muối amoni trong môi trường nhân giống và nitrat trong môi trường

lên men. Xanthan được sản xuất có chất lượng tốt nếu X. campestris được nuôi dưỡng

trong một môi trường tổng hợp đơn giản gồm NH4Cl, glucose và muối.


12

2.2.3. Nguồn khoáng và yếu tố sinh trưởng

Ngoài việc cung cấp các nguyên tố cơ bản thì để quá trình lên men được diễn ra

tốt nhất ta cũng cần cung cấp đầy đủ cho vi khuẩn các nguyên tố khoáng và các yếu

tố sinh trưởng.

Các muối vô cơ là nguồn chất dinh dưỡng không thể thiếu đối với sự sinh trưởng

của vi sinh vật. Chúng có các chức năng sinh lý chủ yếu là: tham gia vào thành phần

của các trung tâm hoạt tính ở các enzyme của vi sinh vật, duy trì tính ổn định của kết

cấu các đại phân tử và tế bào, điều tiết và duy trì cân bằng áp suất thẩm thấu của tế

bào, khống chế điện thế oxy hoá khử của tế bào và là nguồn vật chất sinh năng lượng

đối với một số loài vi sinh vật.

Bảng 2.3: Muối vô cơ và chức năng sinh lý của chúng

Nguyên

tố

Hợp chất

sử dụng Chức năng sinh lý

Tiêu chuẩn kĩ

thuật

P

KH2PO4,

K2HPO4

Là thành phần của acid nucleic,

nucleoprotein, phospholipid, coenzyme,

ATP... Làm nên hệ thống đệm giúp điều

chỉnh pH môi trường.

S

(NH4)2SO4,

MgSO4

Là thành phần của các aminoacid chứa S,

một số vitamin; glutathione có tác dụng điều

chỉnh điện thế oxy hoá khử trong tế bào.

Mg MgSO4

Là thành phần trung tâm hoạt tính của

enzyme phosphoryl hoá hexose,

dehydrogenase của acid isocitric,

polymerase của acid nucleic, thành phần của

chlorophyll và bacterio-chlorophyll.

Ca

CaCO3

CaCl2,

Ca(NO3)2

Tạo tính ổn định của một số cofactor,

enzyme duy trì, cần cho sự dựng trạng thái

cảm thụ của tế bào.

TCVN

3912:1984

Na

NaCl

Thành phần của hệ thống chuyển vận của tế

bào, duy trì áp suất thẩm thấu, duy trì tính ổn

định của một số enzyme.

K KH2PO4

Là cofactor của một số enzyme, duy trì áp

suất thẩm thấu của tế bào, là nhân tố ổn định

của ribosome ở một số vi khuẩn ưa mặn.

Fe

FeCl3.6H2O

FeS04

Thành phần của sắc tố vi khuẩn và một số

enzyme, là vật chất nguồn năng lượng của

một số vi khuẩn sắt, cần thiết để tổng hợp

chlorophyll và độc tố vi khuẩn bạch hầu.


13

Trong quá trình sinh trưởng vi sinh vật còn cần tới một số nguyên tố vi lượng như: Zn, B.

Những nguyên tố này cũng có vai trò quan trọng mặc dầu chỉ cần với số lượng rất nhỏ, khoảng

10-8

-10-6

mol/ L môi trường nuôi cấy. Nguyên tố vi lượng tham gia vào thành phần enzyme và

làm hoạt hoá enzyme.

Các chất hỗ trợ kĩ thuật như chất chống bọt(QCVN 4-7:2010/BYT - Quy chuẩn kỹ thuật

quốc gia về phụ gia thực phẩm - Chất chống tạo bọt), chất điều chỉnh độ pH: acid citric (QCVN

4-11 : 2010/BYT- quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về phụ gia thực phẩm – chất điều chỉnh độ acid)

2.2.4. Công thức phối trộn

Glucose: 30g/l

MgSO4.7H2O: 0,24g/l

(NH4)2SO4: 3,33g/l

H3BO3: 0,0072g/l

FeCl3.6H2O: 0,0042g/l

KH2PO4: 7,2g/l

CaCO3: 0,029g/l

Acid citric: 2g/l

ZnO: 0,006g/l

Dịch chiết nấm men: 0,75 g/l

Peptone: 0,34 g/l

Chất chống bọt: 0,06 g/l

pH ban đầu: 7,0

2.3. Nước

Nước được sử dụng trong quy trình sản xuất xanthan có hai vai trò là:

- Pha loãng môi trường nhân giống và môi trường lên men tới nồng độ thích

hợp cho sự sinh trưởng của vi khuẩn ở từng quá trình.

- Nước được sử dụng để pha loãng canh trường sau lên men để giảm độ nhớt,

tăng hiệu quả tách tế bào vi khuẩn ở quá trình ly tâm phía sau.


14

Nước sử dụng trong quy trình sản xuất cần phải đạt được những chỉ tiêu sau:

- Độ cứng chung (mg – đương lượng) ≤ 7

- Hàm lượng muối carbonate ≤ 50 mg/l

- Hàm lượng muối Mg ≤ 100 mg/l

- Hàm lượng muối clorua: 75 – 150 mg/l

- Hàm lượng muối CaSO4: 130 – 200 mg/l

- Hàm lượng Fe2+

≤ 0.3 mg/l

- Khí NH3 : không có

- Các muối có gốc NO-, NO

2-: không có

- Vi sinh vật ≤ 100 tế bào/1 cm3

2.4. Muối công nghiệp và cồn tinh luyện

Muối và cồn là phụ liệu cần thiết cho quá trình kết tủa của xanthan. Để đảm bảo cho

chất lượng của sản phẩm xanthan thì muối và cồn cần đạt những tiêu chuẩn sau:

Bảng 2.1. Chỉ tiêu chất lượng cồn

STT Tên chỉ tiêu Đơn vị đo Yêu cầu

1 Ethanol % v/v Không thấp hơn 96,2

2 Aldehyde tổng mg/l Không vượt quá 4

3 Rượu cao phân tử mg/l Không vượt quá 4

4 Ester mg/l Không vượt quá 30

5 Methanol PP thử với fuchsin acid Âm tính

6 Acid hữu cơ mg/l Không vượt quá 15

7 Fufurol Không có


15

Bảng 2.2. Chỉ tiêu chất lượng muối

Tên chỉ tiêu Yêu cầu

Màu sắc Muối tinh chế, tinh thể màu trắng đều, sạch, không có tạp chất.

Khi hòa tan trong nước phải được dung dịch trong, đồng nhất

Mùi Không có mùi

Dạng bên

ngoài

Khô ráo, tơi đều, trắng sạch

Cỡ hạt 1÷15 mm

Độ ẩm < 10%


16

3. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XANTHAN GUM

Hình 3.1. Sơ đồ qui trình công nghệ sản xuất xanthan

Sấy

Nghiền

Sản phẩm

Bao bì

Thanh trùng

Pha loãng

Tách tế bào VK

Kết tủa

Tách nước

Xác VK

Nguyên liệu

Chuẩn bị môi trường

Giống vi khuẩn

Nhân giống

Lên men

Đóng bao bì


17

3.1. Nhân giống

Mục đích: chuẩn bị cho quá trình lên men.

Quá trình nhân giống nhằm mục tiêu thu nhận được số tế bào cao hay nói cách

khác sản phẩm của quá trình là sinh khối( thường tính là tổng lượng tế bào/ml). Nó còn

có mục đích chuẩn bị cho quá trình lên men tiếp theo được diễn ra tốt hơn.

Các biến đổi:

- Hóa sinh: Trong quá trình nhân giống vi sinh vật xảy ra rất nhiều phản ứng hóa sinh

bên trong và bên ngoài tế bào làm xuất hiện nhiều sản phẩm trao đổi chất, góp phần

làm thành phần hóa học của môi trường thay đổi liên tục theo thời gian cấy.

- Hóa lý: Trong quá trình nhân giống xảy ra 1 số biến đổi về pha. Việc nhân giống

được thực hiện trong điều kiện hiếu khí nên việc sục không khí vào canh trường sẽ

làm tăng nồng độ oxy hòa tan trong pha lỏng.

- Vật lý: Trong quá trình sinh trưởng, 1 phần năng lượng sẽ tỏa ra ngoài dưới dạng

nhiệt năng. Hiện tượng này có thể làm tăng nhiệt độ canh trường khi nhân giống vi

sinh vật ở qui mô lớn. Do đó cần chú ý hiệu chỉnh nhiệt độ của canh trường trong

suốt quá trình nhân giống.

- Sinh học: Các tế bào vi sinh vật sẽ thực hiện quá trình trao đổi chất và sản sinh ra

nhiều thế hệ tế bào mới.

Thiết bị:

Trong sản xuất, tùy thuộc vào thể tích làm việc của thiết bị lên men mà lượng

giống cấy VSV cần cấy sẽ thay đổi ít hay nhiều. Do đó, số cấp nhân giống cũng sẽ thay

đổi để các nhà sản xuất thu được đúng lượng giống cần sử dụng. Nếu thể tích bình lên

men càng lớn thì lượng giống cấy càng lớn.

Nhân giống được chia làm hai giai đoạn:

- Nhân giống ở phòng thí nghiệm: sử dụng các ống nghiệm (cấp 1), bình tam giác hoặc

erlen(cấp 2 và 3), bình nuôi cấy(cấp 4).

- Nhân giống ở phân xưởng: sử dụng các bình lên men cho môi trường lỏng. Bình lên

men dùng để nuôi cấy giống VSV có cấu tạo tương tự như những bình lên men dùng

để nuôi cấy VSV thu nhận các sản phẩm trao đổi chất. Thiết bị có dạng hình trụ đứng,

bên trong có cánh khuấy và bộ phân sục khí. Nhiệt độ canh trường trong quá trình

nhân giống có thể hiệu chỉnh được nhờ lớp vỏ áo xung quanh thân trụ thiết bị. Ngoài

ra, thiết bị còn có các cảm ứng nhiệt độ, pH, oxy,… để giúp cho các nhà sản xuất dễ

dàng theo dõi và điều khiển quá trình nhân giống theo phương pháp tự động nhờ sự

hỗ trợ của các chương trình phần mềm.


18

Hình 3.2. Thiết bị nhân giống

Thông số công nghệ:

- Nhiệt độ: tối ưu là 28 – 300C.

- pH trung tính là tối ưu cho sự phát triển của X. campestris.

- Thời gian:

3.2. Chuẩn bị môi trường lên men

Mục đích: chuẩn bị cho quá trình lên men. Môi trường được phối trộn theo một tỷ lệ nhất

định đảm bảo nguồn dinh dưỡng cho vi khuẩn lên men. Sau khi được phối trộn, môi trường

này sẽ được thanh trùng để đảm bảo cho môi trường được vô trùng.

Biến đổi:

- Vật lý: tăng nhiệt độ của dịch.

- Sinh học: ức chế và tiêu diệt vi sinh vật.

- Hóa học: một số phản ứng hóa học dưới tác dụng của nhiệt độ có thể xảy ra như

Maillard.

Thiết bị:

- Thiết bị khuấy trộn: thiết bi có dạng hình trụ đứng, bên trong có cánh khuấy. Thiết bị

được làm bằng thép không rỉ. Trong quá trình phối trộn cánh khuấy sẽ hoạt động liên


19

tục để tạo hỗn hợp đồng nhất. Tốc độ cánh khuẩy tương đối lớn, và sẽ tạo ra chuyển

động tròn quanh trục và chuyển động theo phương thẳng đứng rất mạnh. Do đó, để

hạn chế hiện tượng tạo xoáy, cần lắp thêm các thanh chặn ở thành thùng. Các thanh

này còn có tác dụng tăng hiệu quả khuấy trộn.

Hình 3.3. Thiết bị khuấy trộn

- Thiết bị thanh trùng: sử dụng thiết bị thanh trùng bản mỏng.

Hình 3.4. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng

Bộ phận chính của thiết bị là những tấm bảng hình chữ nhật rất mỏng, làm bằng

thép không rỉ. Mỗi tấm bảng có 4 lỗ tại 4 góc và hệ thống các đường rãnh trên khắp bề mặt

để tạo sự chảy rối và tăng diện tích truyền nhiệt. Khi ghép các tấm bảng mỏng lại với nhau

trên bộ khung của thiết bị sẽ hình thành nên những hệ thống đường vào và ra cho chất lỏng

cần thanh trùng và chất tải nhiệt.


20


Nhiệt độ thanh trùng 70 – 750C

Thời gian thanh trùng: 20 phút. Sau quá trình thanh trùng, môi trường được đưa về

nhiệt độ 25 -300C để tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn trong quá trình lên men tiếp

theo.

3.3. Lên men

Mục đích: khai thác. Quá trình lên men là quá trình quyết định tạo ra và thu nhận xanthan.

Biến đổi:

- Sinh học: biến đổi quan trọng trong quá trình lên men là sự trao đổi chất và sự sinh

trưởng của vi sinh vật, nó cũng tương tự như quá trình nhân giống nhưng xảy ra mạnh

mẽ hơn.

- Hóa lý: xảy ra tương tự như quá trình nhân giống.

- Vật lý: trong quá trình lên men, một số chỉ tiêu của canh trưởng sẽ thay đổi về độ

nhớt, tỷ trọng,… Cần chú ý sự gia tăng nhiệt độ quá mức sẽ làm giảm hoạt tính trao

đổi chất của vi khuẩn.

- Hóa sinh: Quá trình lên men sản sinh ra xanthan của vi khuẩn Xanthomonas

campestris là quá trình lên men hiếu khí. Quá trình chuyển hóa đường glucose thành

xanthan được trình bày theo các giai đoạn sau:

Quá trình đường phân là giai đoạn phân hủy phân tử glucose tạo ra acid

pyruvic và NADH2. Được chia làm 2 giai đoạn:

Giai đoạn đầu là phân cắt đường glucose thành 2 phân tử đường 3C: AIPG

và PDA.

Giai đoạn 2 là biến đổi đường 3C thành acid pyruvic.

Sơ đồ:

Hình 3.5. Chu trình đường phân


21

Chu trình Tricarboxylic xảy ra trong cơ chất ty thể nhờ sự xúc tác của nhiều

hệ enzyme. Bản chất của các phản ứng xảy ra trong chu trình chủ yếu là

decacboxyl hóa và dehydro hóa axit pyruvic. Chu trình gồm 2 phần:

Phân hủy acid pyruvic tạo CO2 và các coenzime khử.

Các coenzime khử thực hiện chuỗi hô hấp để tạo H2O và tổng hợp ATP.

Hình 3.6. Chu trình Tricarbonxylic

Chu trình tổng hợp Xanthan

Tương tự như thực vật bậc cao, vi sinh vật cũng có khả năng tổng hợp ra

các oligosaccharide và polysaccharide. Lượng oligosaccharide và polysaccharide

nội bào chiếm đến 60% khối lượng khô của tế bào, còn polysaccharide ngoại bào

thì vượt nhiều lần khối lượng của tế bào. Tất cả các oligosaccharide và

polysaccharide đều được tổng hợp bằng cách kéo dài chuỗi saccharide có trước

nhờ việc thêm đơn vị monosaccharide.

Bước đầu tiên của quá trình sinh tổng hợp xanthan là sự hấp thụ

carbonhydrate. Tiếp theo sau đó là quá trình phosphoryl cơ chất bằng enzyme

hexokinase để có thể sử dụng adenosine 5’- triphosphat. Sự sinh tổng hợp có liên

quan đến sự chuyển đổi của cơ chất được phosphoryl hoá thành các loại

nucleotide đường khác nhau mà đòi hỏi cần phải có sự tham gia của enzyme

UDP-Glcpyrophosphorylase để kéo dài chuỗi polysaccharide.

Trong X. campestris, chu trình Entner–Doudoroff cùng với chu trình

tricarboxylic acid là 2 cơ chế chủ yếu cho sự dị hóa đường glucose. Sự sinh tổng

hợp xanthan, giống như hầu hết các loại vi khuẩn sản sinh ra polysaccharide, sử

dụng nhiều nguồn carbonhydrate hoạt hóa khác nhau để tổng hợp nên polymer.

Xanthan được tổng hơp bằng cách thêm lần lượt monossacharide vào

chuỗi oligosacharide từ đường nucleotide diphosphate cho đến khi tạo thành

phân tử chất cho isoprenoid lipid. Mạch chính của xanthan được hình thành từ sự


22

thêm vào của D – glucose – 1 - phosphate và D - glucose từ 2 phân tử UDP – D -

glucose. Sau đó, D - mannose và D - glucoronic acid được thêm vào từ GDP -

mannose và UDP - glucoronic acid. Lần lượt, nhóm O-Acetyl được vận chuyển

từ acetyl - CoA đến phần mannose còn lại.

Hình 3.7. Sự sinh tổng hợp xanthan

Cơ chế kết thúc trong tất cả những vi khuẩn sản sinh ra polysacharide bằng việc giải

phóng polymer từ isoprenoid lipid trước khi vận chuyển đến trạm cuối cùng. Rõ ràng, quá

trình trên đòi hỏi phải có một nguồn năng lượng và ta có thể coi nó tương tự như quá trình

giải phóng lipopolysaccharide ra khỏi những lớp màng bên ngoài, ở đây, chất cung cấp

năng lượng sẽ là ATP.

Thiết bị

Xanthan là sản phẩm thương mại, được thực hiện bằng quá trình lên men tĩnh truyền

thống trong những thiết bị lên men. Thiết bị có dạng hình trụ đứng và được làm bằng thép


23

không rỉ. Thiết bị có bộ phận điều nhiệt nhờ lớp vỏ áo và hệ thống đường dẫn xoắn đặt bên

trong thân trụ. Ngoài ra bên trong còn có bộ phận sục khí, cành khuấy, các hệ thống cảm

biến để đo và điều chỉnh nhiệt độ, pH và lượng oxy hòa tan trong pha lỏng. Việc điều khiển

bằng các thông số nhiệt độ, pH được thực hiện bằng các chương trình phần mềm để xử lí

thông tin từ cảm biến và các bơm điều khiển.

Dung dịch đệm phosphate hoặc dung dịch đệm khác như NaOH, KOH được bổ sung vào

môi trường dinh dưỡng để duy trì pH ổn định của canh trường trong khoảng 7. Bình lên

men được trang bị hệ thống điều khiển vô trùng, khuấy, điều kiện hiếu khí, điều chỉnh nhiệt

độ, pH, bọt, mức độ hòa tan oxy.

Hình 3.8. Thiết bị lên men dạng xilanh


24


Tốc độ sục khí: 0,2 – 2 vvm, tối ưu: 0,5 – 1 vvm

Nhiệt độ lên men: 20 – 350C, tối ưu: 28– 30

0C

Thời gian lên men: 96 h.

pH: 5,5 – 8, tối ưu: 6,4 – 7,4

Oxy hòa tan: nồng độ O2 hòa tan 10 – 30% nồng độ O2 bão hòa ở nhiệt độ tương ứng.

Tốc độ khuấy đảo: 200 – 500 rpm.

3.4. Thanh trùng

Mục đích: chuẩn bị.

Sau giai đoạn lên men, xanthan được thu nhận qua các quá trình xuôi dòng. Canh

trường sau lên men phải được thanh trùng nhằm mục đích tiêu diệt hết các tế bào vi

khuẩn Xanthomonas, chuẩn bị cho quá trình tách vi sinh vậ và kết tủa xanthan.

Các biến đổi:

- Vật lý: nhiệt độ canh trường tăng, một số thông số vật lý như tỷ trọng, độ nhớt,…

thay đổi.

- Sinh học: Vi khuẩn Xanthomonas bị ức chế và tiêu diệt. Xanthomonas rất nhạy cảm

với nhiệt độ và không có khả năng sinh bào tử nên chỉ cần thanh trùng là đủ. Tuy

nhiên cần chú ý tới điểm nhiệt độ chuyển tiếp Tm có thể phá hủy chuỗi polymer. Ở

đây Tm vào khoảng 1000C, tuy nhiên nó có thể thay đổi theo chiều dài của chuối

polymer cũng như tỷ lệ lượng các gốc pyruvate và acetate.


25

-

Thiết bị:Ta dùng thiết bị thanh trùng cấu hình một ống lồng trong một ống.

Hình 3.9. Thiết bị thanh trùng ống lồng ống

Thiết bị gồm hai ống hình trụ đồng trục có đường kính khác nhau và được đặt lồng

vào nhau. Người ta lắp đặt hệ thống trục đỡ có gắn các thanh khuấy tại trục chung của hai

ống hình trụ trên. Trong quá trình hoạt động, sản phẩm được bơm vào ống hình trụ bên

trong, còn tác nhân nhiệt sẽ đi vào khoảng không gian giữa hai thân trụ. Khi trục đỡ xoay,

các thanh khuấy hoạt động sẽ giúp đảo trộn đều sản phẩm trong quá trình gia nhiệt.


- Nhiệt độ: 700C

- Thời gian: 30 phút.

3.5. Pha loãng

Mục đích: chuẩn bị cho quá trình tách vi sinh vật

Các biến đổi: ít có các biến đổi xảy ra ngoài độ nhớt giảm.


26

Thiết bị:

Thiết bị dạng hình trụ có cánh khuấy. Sử dụng nước nóng để pha loãng.


- Tỷ lệ pha loãng: tùy vào độ nhớt cuối cùng của canh trường lên men.

- Nhiệt độ nước pha loãng: 70-800C

- Độ nhớt của dịch sau pha loãng: 100cP

3.6. Tách vi sinh vật

Mục đích: chuẩn bị cho quá trình kết tủa thu nhận xanthan.

Các biến đổi:

- Sinh học: canh trường thu được sau lên men gồm: xanthan, tế bào vi khuẩn, cơ chất

sót và các hợp chất các. Quá trình ly tâm sẽ tách hầu hết các tế bào vi khuẩn ra khỏi

canh trường lên men.

- Vật lý: các tính chất vật lý như độ nhớt, nhiệt độ,… canh trường thay đổi.

Thiết bị:

Trước khi đưa qua thiết bị ly tâm, sản phẩm lên men cần được pha loãng với nước

vô trùng để giảm độ nhớt của môi trường, giúp tăng hiệu suất tách tế bào ra khỏi dung

dịch sản phẩm.


27

Hình 3.10. Thiết bị li tâm

Sử dụng thiết bị ly tâm có chén xoay dạng côn. Cấu tạo thiết bị bao gồm một chén

xoay dạng côn quay quanh một trục thẳng đứng. Tất cả được đặt trong vỏ cố định.

Nguyên liệu đi vào đáy của chén xoay. Dưới tác dụng của lực ly tâm, các huyền phù mà ở

đây là các tế bào vi khuẩn sẽ di chuyển về thành của chén xoay và bám trên đó. Phần

dung dịch có chứa xanthan di chuyển lên phía trên và chảy tràn ra ngoài vỏ. Khi bã dày,

thiết bị được ngừng hoạt động, lớp bã được tách bằng dao hay tháo ra ngoài bằng cửa xả

đáy của chén xoay.


- Gia tốc li tâm: 8000.g

- Nhiệt độ của dịch ban đầu: 70oC

3.7. Kết tủa

Mục đích: Khai thác.

Sau quá trình lọc bỏ hết vi khuẩn của canh trường sau lên men, xanthan được thu

nhận bẳng cách làm chậm quá trình hòa tan và cho kết tủa bằng cách thêm các hợp chất

hữu cơ tan trong nước, có thể là acetone, alcohol, dioxane,… muối hoặc acid, tùy vào

trường hợp cụ thể. Ở đây nhóm sử dụng ethanol và muối NaCl.

Các biến đổi:

- Vật lý: dịch trở lên đục khi quá trình kết tủa được tiến hành.

- Hóa lý: sự kết tủa của các phân tử xanthan nhờ sự hình thành liên kết của các cation

của muối với các gốc tích điện ẩm có trong canh trường. Ngoài ra còn quá trình trích


28

ly các chất màu, xác vi khuẩn, một số muối,… không tốt cho sản phẩm vào dung dịch

cồn.

Thiết bị:

Hình 3.11. Thiết bị kết tủa

- Quá trình kết tủa được diễn ra trong các bồn chứa có cánh khuấy. Muối và ethanol

được bổ sung vào với tỷ lệ nhất định so với nồng độ xanthan và thể tích của dịch thu

được sau ly tâm. Cánh khuấy hoạt động suốt quá trình kết tủa để tăng hiệu khả năng

tiếp xúc giữa các tác nhân gây kết tủa với xanthan để kết tủa xanthan thu được là lớn

nhất.

- Kết thúc quá trình kết tủa, sợi polymer thu nhận được dưới dạng rắn ẩm và phải được

hòa tan và rửa lại bằng nước hay dung dịch KCl để loại bỏ hết những thành phần gây

ảnh hưởng xấu tới chất lượng sản phẩm như mảnh vụn tế bào, microgel, vụn hữu cơ,

các chất màu,… rồi lắng và tách nước.

- Phần nước được tách sau khi thu nhận kết tủa sẽ được đưa qua quá trình chưng cất để

thu hồi ethanol, tái sử dụng cho những đợt sản xuất sau.

Thống số công nghệ:

- Thời gian kết tủa:

- Độ ẩm của kết tủa: 80%

- Tỷ lệ phối trộn:

3.8. Tách nước

Mục đích: chuẩn bị cho quá trình sấy.

Xanthan gum sau khi đã kết tủa có độ ẩm ít nhất khoảng 80% về khối lượng. Tuy

nhiên, để sấy thật khô thì rất khó khăn vì những ảnh hưởng không mong muốn của dung

dịch xanthan gum trong dung dịch muối. Do đó, cần phải tách nước trong khối kết tủa đến

khoảng 50% ẩm hoặc ít hơn để quá trính sấy phía sau được hiệu quả hơn.


29

Biến đổi: Biến đổi quan trọng nhất là huyền phù được tách làm hai pha riêng biệt, pha rắn

là rắn ướt xanthan, pha lỏng là dịch chứa cồn, muối,… Ngoài ra, các thông số vật lý của

dịch như độ nhớt, nhiệt độ,.. thay đổi tương đối. Còn các biến đổi về sinh học cũng như hóa

sinh hầu như không có.

Thiết bị: sử dụng thiết bị ly tâm đĩa

Hình 3.12. Thiết bị li tâm đĩa

Nguyên tắc hoạt động của thiết bị: Sử dụng thiết bị ly tâm có chén xoay dạng côn.

Cấu tạo thiết bị bao gồm một chén xoay dạng côn quay quanh một trục thẳng đứng. Tất

cả được đặt trong vỏ cố định. Nguyên liệu đi vào đáy của chén xoay. Dưới tác dụng của

lực ly tâm, các huyền phù mà ở đây là các kết tủa rắn ẩm của xanthan sẽ di chuyển về

thành của chén xoay và bám trên đó. Phần dung dịch gồm cồn, muối và các hợp chất

được trích ly trong quá trình kết tủa sẽ di chuyển lên phía trên và chảy tràn ra ngoài vỏ.

Khi bã dày, thiết bị được ngừng hoạt động, lớp bã được tách bằng dao hay tháo ra ngoài

bằng cửa xả đáy của chén xoay.


- Gia tốc li tâm:

- Độ ẩm tủa rắn: 30 – 50%


30

3.9. Sấy

Mục đích: khai thác, hoàn thiện và bảo quản.

Các biến đổi:

- Vật lý: nhiệt độ sẽ tăng cao trong bán thành phẩm.

- Hóa học: độ ẩm giảm, nhiệt độ cao có thể phân hủy mạch polymer trong cấu trúc của

xanthan.

- Hóa lý: biến đổi quan trọng nhất là sự chuyển pha từ lỏng sang hơi của nước.

- Sinh học: các vi sinh vật còn sót lại bị ức chế hoặc tiêu diệt dưới tác dụng nhiệt của

quá trình sấy, hoạt độ của nước giảm.

Thiết bị: Sử dụng thiết bị sấy bức xạ hoạt động liên tục dạng đường hầm (tunnel).

Cấu tạo: Thiết bị có một băng tải được làm bằng thép không rỉ để chứa mẫu nguyên liệu

cần sấy. Phía trên băng tải bố trí các tấm hay ống bức xạ.

Hình 3.13. Thiết bị sấy bức xạ

Nguyên tắc hoạt động: Nguyên liệu sẽ được nạp lên băng tải và di chuyển liên tục theo

chiều từ trái sang phải. Dưới tác dụng bức xạ nhiệt của các tia, nước chuyển pha thành hơi

và được tách ra khỏi nguyên liệu. Cường độ tia và thời gian lưu sẽ quyết định đến độ ẩm

cuối của sản phẩm.


- Thời gian lưu:

- Cường độ bức xạ:

- Độ ẩm cuối của sản phẩm: 8 – 15%


31

3.10. Nghiền

Mục đích: hoàn thiện

Sau khi sấy khô, xanthan gum được nghiền đến kích thước phù hợp nhằm điều

khiển mức độ phân tán và làm tăng khả năng hòa tan trong dung dịch. Đồng thời tạo khối

sản phẩm dễ dàng cho vận chuyển, lưu trữ và sử dụng.

Các biến đổi:

- Vật lý: kích thước của nguyên liệu sẽ giảm, diện tích bề mặt riêng sẽ tăng lên. Dưới

tác dụng của các lực, nhiệt độ của nguyên liệu của nguyên liệu sẽ tăng lên.

- Hóa lý: sau khi nghiền, tốc độ hút ẩm sẽ tăng lên, làm độ ẩm của sản phẩm tăng, có

thể dẫn tới tình trạng nguyên liệu bị vón cục.

Thiết bị: thiết bị nghiền búa.

Cấu tạo: thiết bị nghiền búa bao gồm một rotor quay với tốc độ cao được gắn với một vòng

đai, trên vòng đai có gắn các tay đập (búa). Mặt trong của vỏ bao được cấu tạo được cấu

tạo bằng vật liệu dai và cứng. Ngoài ra còn trên vỏ có thể trang bị sàng để giữ lại những

nguyên liệu chưa được nghiền đến mức độ đạt yêu cầu.

Hình 3.14. Thiết bị nghiền búa

Nguyên tắc hoạt động: Khi rotor quay, các tay đập sẽ chuyển động và đầu của các tay đập

tạo thành vòng tròn, khoảng cách giữa vòng tròn này với vỏ bao là rất nhỏ ( tùy thuộc vào

kích thước của nguyên liệu và sản phẩm cuối cùng). Khi vận hành, nguyên liệu được tay

đập đưa đến khe hẹp giữa đầu búa và thành của vỏ. Dưới tác dụng của lực va đập và lực ma

sát, nguyên liệu sẽ vỡ ra. Phần nguyên liệu sau nghiền nếu đạt yêu cuầ sẽ qua tấm sàng

phía dưới để đi ra ngoài, còn nếu chưa đạt kích thước sẽ được giữ lại và tiếp tục nghiền đến

khi đạt kích thước tiêu chuẩn.


32


- Tốc độ quay

- Kích thước khe hẹp

- Kích thước đầu ra của sản phẩm.

3.11. Đóng gói

Mục đích: bảo quản và hoàn thiện. Sản phẩm xanthan là một sản phẩm hút ẩm mạnh nên

cần bao gói chúng trong các bao bì có khả năng chống hút ẩm cao.

Các biến đổi: sản phẩm ít biến đổi trong quá trình này.

Thiết bị: quá trình đóng gói tiến hành trên dây chuyền tự động.

4. CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CỦA SẢN PHẨM XANTHAN GUM

4.1. Chỉ tiêu vật lý

- Trạng thái: dạng bột mịn, không vón cục.

- Màu sắc: màu kem

4.2. Chỉ tiêu hóa lý

Theo QCVN 4 -21: 2011/BYT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về phụ gia thực phẩm

– chất làm dày. Yêu cầu:

- Định tính:

Độ tan: tan trong nước, không tan trong ethanol.

Tạo gel: phải có phản ứng tạo gel đặc trưng.

- Độ tinh khiết:

Giảm khối lượng khi sấy khô: không được quá 15% (nhiệt độ sấy 1050C trong

2.5 giờ).

Tro toàn phần: không được quá 16% sau khi sấy.

Acid pyruvic: không được nhỏ hơn 1.5%

Nitrogen: không được quá 1.5%

Ethanol và isopropanol: không được quá 500mg/kg, ở dạng đơn chất hoặc hợp

chất.

Chì: không được quá 2 mg/kg.

4.3. Chỉ tiêu vi sinh

Tổng số vi sinh vật: không được quá 5000 CFU/g.

E.Coli: âm tính đối với mẫu thử.

Salmonella: âm tính đối với mẫu thử.

Nấm men và nấm mốc: không được quá 500 CFU/g.


33

5. TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nout R.M.J. et al, Food Fermentation, Wagemngen aceademic publicshers, 2005

[2] Nguyễn Lân Dũng, Vi Sinh Vật Học, NXB Giáo Dục, 2003

[3] V.S.Wadhai and A.N.Dixit, Production of xanthan gum by xanthomonas

campestrisand comparative study of xanthomonas campestris isolates for the

selection of potential xanthan producer, 2011.

[4] Flores Candia J-L, Deckwer W-D. Xanthan gum. In: Flickinger MC, Drew

SW, editors. Encyclopedia of bioprocess technology: fermentation, biocatalysis,

and bioseparation, vol. 5. New York: Wiley, 1999. pp. 2695±711.

[5] Rosalam S, England R. Review of xanthan gum production from unmodified

starches by Xanthomonas campestris sp. Enzym Microbial Technol. 2006.

[6] Souw P, Demain AL. Nutritional studies on xanthan production by Xanthomonas

campestris NRRL-B-1459. Appl Environ Microbiol. 1979;37:1186–1192.

[7] Druzian JI, Pagliarini AP. Xanthan gum production by fermentation from residue

of apple juice. Ciência e Tecnologia de Alimentos. 2007.

[8] Papagianni M, Psomas SK, Batsilas L, Paras SV, Kyriakidis DA,

Liakopouloukyriakides M. Xanthan production by Xanthomonas campestris in batch

cultures. Process Biochem. 2001.

Documents

MỤC LỤC - · PDF fileThiết bị lên men dạng xilanh ..... 23 Hình 3.10. Thiết bị li tâm