Công nghệ lên men: Xanthan

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
  
Bộ môn Công nghệ thực phẩm
Báo cáo tiểu luận môn học: Công nghệ lên men
Đề tài: XANTHAN GUM

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn
SVTH: Nguyễn Văn Đức
Nguyễn Thị Ái Ngọc
Vũ Thị Kim Ngân
Nguyễn Thị Huỳnh Anh
Phạm Tố Nga
NỘI DUNG CHÍNH
Khái niệm và cấu tạo

Xanthan gum là một polysaccharide. Là sản phẩm lên men bởi vi khuẩn Xanthomonas campestris.
Cấu tạo:
Tính chất
Tạo dung dịch có độ nhớt
Tính tương hợp của xanthan
Với các loại enzyme
Với alcohol
Gel thuận nghịch về nhiệt độ
Khả năng hydrate hóa


Vi khuẩn Xanthomonas campestris
Ngành: Proteobacteria
Bộ: Gamma Proteobacteria
Họ: Xanthomonadaceae
Giống: Xanthomonas
Đặc điểm hình thái và sinh lí:
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 nito, phản ứng catalase dương tính, oxidase âm tính.
Tiêu chí chọn 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
Môi trường lên men
Nguồn Carbon
Dùng syrup glucose làm nguồn cung cấp carbon cho vi khuẩn
Nguồn Nitơ
Thường được sử dụng nhất là muối amoni trong môi trường nhân giống và nitrat trong môi trường lên men
Nguồn khoáng và yếu tố sinh trưởng
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 nhất định.

Bảng . Chỉ tiêu chất lượng muối và cồn
Nghiền
Đóng gói
Sản phẩm
Bao bì
Hình 3.1. Sơ đồ qui trình công nghệ sản xuất xanthan
Hình: Sơ đồ qui trình công nghệ sản xuất xanthan
Nhân giống
Mục đích: chuẩn bị cho quá trình lên men.
Các biến đổi:
Hóa sinh:
Hóa lý:
Vật lý:
Sinh học:
Thiết bị:
Nhân giống được chia làm hai giai đoạn:
Nhân giống ở phòng thí nghiệm
Nhân giống ở phân xưởng: Thiết bị có dạng hình trụ đứng, bên trong có cánh khuấy và bộ phân sục khí.
Thông số công nghệ:
Nhiệt độ: tối ưu là 28 – 300C.
pH trung tính là tối ưu cho sự phát triển của X. campestris.
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.

Chuẩn bị môi trường lên men
Tỷ lệ phối trộn môi trường lên men:
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
HCl: 0,16 ml/l
pH ban đầu: 7,0
Chuẩn bị môi trường lên men
Thiết bị khuấy trộn môi trường
Thiết bị thanh trùng môi trường
Lên men
Mục đích: khai thác.
Biến đổi:
Sinh học:
Hóa lý:
Vật lý:
Hóa sinh:
Thiết bị
Thông số công nghệ
Tốc độ sục khí: 0,2 – 2 vvm, tối ưu: 0,5 – 1 vvm
Nhiệt độ lên men: 20 – 350C, tối ưu: 28– 300C
Thời gian lên men: 96 h.
pH: 5,5 – 8, tối ưu: 6,4 – 7,4
Oxy hòa tan: 10 – 30%
Tốc độ khuấy đảo: 200 – 500 rpm.

Thanh trùng
Mục đích: chuẩn bị
Các biến đổi:
Vật lý:
Sinh học:

Thiết bị
Thông số công nghệ
Nhiệt độ: 700C
Thời gian: 30 phút.


Pha loãng
Mục đích: chuẩn bị

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

Thông số công nghệ:
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
Tách vi sinh vật
Mục đích: chuẩn bị
Thiết bị: Sử dụng thiết bị ly tâm có chén xoay dạng côn
Thông số công nghệ:
Gia tốc li tâm: 8000g
Nhiệt độ của dịch ban đầu: 70oC
Kết tủa
Mục đích: Khai thác.
Các biến đổi:
Vật lý: dịch trở lên đục.
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

Thiết bị
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.
Thông số công nghệ:
Tách nước
Mục đích: chuẩn bị cho quá trình sấy.
Biến đổi:
Thiết bị: sử dụng thiết bị li tâm đĩa
Thống số công nghệ:
Gia tốc li tâm:
Độ ẩm tủa rắn: 30 – 50%

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

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: sự chuyển pha từ lỏng sang hơi của nước.
Sinh học: các vi sinh vật còn sót lại bị ức chế hoặc tiêu diệt, hoạt độ của nước giảm
Thiết bị: Sử dụng thiết bị sấy bức xạ hoạt động liên tục dạng đường hầm (tunnel).
Thống số công nghệ:
Thời gian lưu:
Cường độ bức xạ.
Độ ẩm cuối của sản phẩm: 8-15%
Sấy
Nghiền
Mục đích: hoàn thiện

Thiết bị: thiết bị nghiền búa

Các biến đổi:
Vật lý:
Hóa lý:
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.
Chỉ tiêu vật lý

Trạng thái: dạng bột mịn, không vón cục.
Màu sắc: màu kem
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.


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. SẢN PHẨM XANTHAN GUM
Một số sản phẩm có trên thị trường
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.
CÁM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN ĐÃ CHÚ Ý LẮNG NGHE