Đề tài: Quy trình sản xuất xanthan gum

Chia sẻ: Lương Thi | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:35

Thêm vào BST

Báo xấu

422
lượt xem 68
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài: Quy trình sản xuất xanthan gum trình bày tổng quan về xanthan gum, quy trình sản xuất xanthan gum, sản phẩm, một số sản phẩm xanthan gum có trên thị trường và chỉ tiêu chất lượng của xanthan gum. Mời bạn đọc cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài: Quy trình sản xuất xanthan gum

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Đề tài 5: QUY TRÌNH SẢN XUẤT XANTHAN GUM GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Nhóm 2_lớp 11CDTP1 Nguyễn Thị Phương Dung 3005110049 Nguyễn Thị Thùy Dương 3005110041 Nguyễn Thị Oanh 3005110218 Võ Lan Phương 3005110228 Huỳnh Thị Phương Dung 3005110047 Tp.HCM, tháng 6 năm 2014 Lời mở đầu Xanthan gum là một polysaccharide được sinh tổng hợp từ vi sinh vật. Có 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 gum có vai trò vượt trội hơn bởi có tính định hướng, ứng dụng nhiều. 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. Để hiểu hơn về tính chất, ứng
dụng và các cơ chế tổng hợp nên xanthan gum nhóm chúng em xin được tìm hiểu về “Quy trình sản xuất xanthan gum”. Tuy nhiên với số lượng khổng lồ các kiến thức đã biết nên việc lựa chọn những kiến thức nào phù hợp sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Nhóm chúnng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của cô, để lần sau nhóm em viết tiểu luận đạt kết quả cao hơn. Mục lục
Quy trình sản xuất xanthan gum nhóm 2 1. Tổng quan về xanthan gum 1.1. Giới thiệu về xanthan gum 1.1.1. 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. 1.1.2. Lịch sử ra đời của xanthan gum: 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 Whist ler) 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.
Quy trình sản xuất xanthan gum nhóm 2 1.1.3. Cấu tạo và tính chất 1.1.3.1.Cấu tạo 1.1.3.2.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 β – D – glucose, liên kết với nhau bằng liên kết β – 1, 4 glycoside. Yếu tố này giống với cấu trúc của cellulose. 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 một đơn vị cuả xanthangum 1.1.3.3. Khối lượng phân tử: Có thể từ 0.9 triệu đến 1.6 triệu Dalton, nó phụ thuộc vào nguồn vi sinh vật
Quy trình sản xuất xanthan gum nhóm 2 và điều kiện thực hiện quá trình lên men. Đôi khi khối lượng phân tử xanthan cũng có thể lên đến 13 - 50 triệu Dalton. Hình 1.2. cấu tạo của xanthan gum 1.1.3.4. 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. 1.1.3.5. 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 - D- D – Pyruva Aceta
Quy trình sản xuất xanthan gum nhóm 2 X.campestris 30,1 27, 14,9 7,1 6,5 X.vasculorum 34,9 30, 17,9 6,6 6,3 X.faseoli 30,9 28, 15,3 1,8 6,4 X.juglandis 33,2 30, 16,8 6,9 6,4 X.gummisuda 34,8 30, 16,5 4,7 10 X.fragaria 24,6 26, 14 4,9 5,5 1.1.4. Tính chất 1.1.4.1. Tạo dung dịch có độ nhớt Khi hòa tan trong nước, bị hidrate 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 0 25 C. 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. 1.1.4.2. Tính tương hợp của xathangum:  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 đến60% dung môi alcohol như ethanol. Ta có thể sử dụng tính chất này để làm cho cocktail, rượu cómùi 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
Quy trình sản xuất xanthan gum nhóm 2 được sử dụng trong một số sản phẩm thực phẩm như bánh mứt táo, thực phẩm có chứa tinh bột, gia vị trộn… 1.1.4.3. 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 0 luyện ở nhiệt độ 40 - 80 C. 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. 1.1.4.4. Khả năng hydrat 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. 1.2. 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.
Quy trình sản xuất xanthan gum nhóm 2 1.3. Nguyên liệu sản xuất xanthan gum. 1.3.1. Vi sinh vật 1.3.1.1.Giống vi sinh vật Xanthan được sản xuất từ vi khuẩn Xanthanmonas campestris được cô lập từ cây cải bắp, nó chính là loại vi khuẩn gây ra bệnh nấm cho cây có màu đen. Hình 2.1. Vi khuẩn Xanthomonas campestris Hình 2.2. Cải bắp nhiễm vi khuẩn Xanthomonas campestris 1.3.1.2.Đặc điểm hình thái Vi khuẩn xanthomonas campestris • Giới: vi khuẩn • Ngành: Proteobacteria • Lớp: Gamma Proteobacteria • Bộ: Xanthomonadales • Họ: Xanthomonadaceae
Quy trình sản xuất xanthan gum nhóm 2 • Giống: Xanthomonas Có dạng hình que đơn, thẳng, rộng 0,4-0,7 µm, dài 0,7-1,8µm  Vi khuẩn Gram âm  Có khả năng di động nhờ có tiên mao mọc ở cực  Là loại vi khuẩn dị dưỡng, hiếu khí bắt buộc  Không có khả khử nito, phản ứng catalase dương tính, oxidase âm tính  Phát triển trên môi trường dinh dưỡng agar, bị ức chế bởi 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 đ ược bao quanh bởi xanthangum ( polysaccharide ngoại bào). Công thức hóa học của sắc tố vàng được xác định là môn hoặc dibromoaryl polynen. Tính không ổn định thuộc về di chuyển 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 gen 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 xathan với những tính chất lưu biến học 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 xathan 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. 1.3.1.3.Tiêu chí chọn giống Giống vi khuẩn sử dụng phải đạt những chuẩn mực nhất định mới đ ược phép sử dụng. Các yếu tố cơ bản đối với giống vi khuẩn sử dụng lên men thu nhậ xanthan gồm:
Quy trình sản xuất xanthan gum nhóm 2 - 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 hơn, đặc biệt phải thích nghi với điều kiện sản xuất công nghiệp, trong đó có sự ổn định về 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 này rất quan trọng vì khi nhiễm vi sinh vật l ạ thì giống dùng trong sản xuất phải có khả năng át chế sự phát triển của vi sinh vật lạ. - Giống phải ổn định trong bảo quản và dễ dàng bảo quản. 1.3.2. Nguyên liệu khác: a. Nguồn cacbon: Glucose và saccharose là hai nguồn carbon được sử dụng phổ biến để cung cấp cho vi khuẩn Xanthanmonas campestris trong quá trình lên men thu nhận xanthan. Trong đó glucose là nguồn carbon vi khuẩn Xanthanmonas campestris dễ sử dụng. Tuy nhiên, ở nồng độ cao nó ảnh hưởng xấu tới quá trình lên men của vi khuẩn, theo các nghiên cứu thì 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 làm nguồn cung cấp cho vi khuẩn. Ở châu âu người ta dùng syrup bắp để làm nguồn nguyên liệu sản xuất xanthan. Syrup bắp còn được gọi là high fructose corn syrup (HFCS) do có hàm l ượng fuctose rất cao, được sử dụng phổ biến trong các loại kẹo và đồ uống. Syrup bắp không phải là loại đường tự nhiên như đường mía hay đường củ cải. Vì HFCS có được sau quá trình xử lý công nghiệp phức tạp. Người ta s ử dụng 3 loại enzym là α-amylase, glucose amylase thùy phân tinh bột bắp thành đường glucose và emzym isomerase chuyển hóa glucose thành fructose, tăng độ ngọt và khả năng hòa tan. Sau đó, glucose tinh khiết được thêm vào hỗn hợp tạo ra HFCS. Gía trị tỉ lệ fructose: glucose trong HFCS là 90:10, 42:43 hoặc 55:45 b. Nguồn nitơ
Quy trình sản xuất xanthan gum nhóm 2 Vi khuẩn Xanthanmonas campestris có thể sử dụng nguồn nitơ hữu cơ và nguồn vô cơ. Vì vậy 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 dùng nhất là muối amoni. Xathan được sản xuất có chất lượng tốt nếu như X.campestris được nuôi dưỡng trong một môi trường tổng hợp đơn giản bao gồm NH4Cl2, glucose và muối. c. 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 hoạt tính ở các enzyme của vi sinh vật, duy trì tính ổn đ ịnh c ủa kết c ấu 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 1.2: Muối vô cơ và chức năng sinh lý của chúng Nguyên tố Hợp chất sử dụng Tiêu chuẩn kĩ Chức năng sinh lý thuật Là thành phần của acid KH PO , nucleic, nucleoprotein, P 2K4 HPO 2 4 phospholipid, coenzyme, ATP... Làm nên hệ thống đệm giúp điều chỉnh pH môi trường.
Quy trình sản xuất xanthan gum nhóm 2 Là thành phần của các (NH ) SO , S 4MgSO 2 4 aminoacid chứa S, một số vitamin; 4 glutathione có tác dụng điều chỉnh điện thế oxy hoá khử trong tế bào. Là thành phần trung tâm Mg MgSO hoạt tính của enzyme 4 phosphoryl hoá hexose, dehydrogenase của acid isocitric, polymerase của acid nucleic, CaCO Tạo tính củ đ chlorophyll và thành phần ổn a ịnh của một số TCVN CaCl 3 , Ca cofactor, enzyme duy trì, cần cho 3912:1984 Ca(NO ) 2 32 sự dựng trạng thái cảm thụ của tế bào. Thành phần của hệ thống Na NaCl chuyển vận của tế bào, duy trì áp suất thẩm thấu, duy trì tính ổn định của một số enzyme. Là cofactor của một số KH PO enzyme, duy trì áp suất thẩm thấu K 2 4 của tế bào, là nhân tố ổn định của ribosome ở một số vi khuẩn ưa mặn.
Quy trình sản xuất xanthan gum nhóm 2 Thành phần của sắc tố vi Fe FeCl .6H O FeS0 khuẩn và một số enzyme, là vật 3 2 4 chất nguồn năng lượng của một số vi khuẩn sắt, cần thiết để tổng hợp chlorophyll và độc tố vi khuẩn bạch hầu. 2. Quy trình sản xuất xanthangum
Quy trình sản xuất xanthan gum nhóm 2 2.1. Nhân giống Mục đích: chuẩn bị cho quá trình lên men.
Quy trình sản xuất xanthan gum nhóm 2 Quá trình nhân giống nhằm mục tiêu thu nhận được số tế bào cao hay nói cách khác sản phẩm của quá trình sinh khối (thường tính là tổng lượng tế bào/ml). Nhân giống còn có mục đích chuẩn bị cho quá trình lên men tiếp theo được diễn ra tốt hơn. Môi trường nhân giống: dịch mail trong ống thạch nghiên chứa 10g/l glucose, 5g/l peptone, 3g/l dịch chiếc nấm men, 20g/l agar. Bảo quản ở điều kiện ở 40C. 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
Quy trình sản xuất xanthan gum nhóm 2 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. Thông số công nghệ: 0 -Nhiệt độ: tối ưu là 28 – 30 C. -pH trung tính là tối ưu cho sự phát triển của X. campestris. 2.2. 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. Thành phần môi trường dinh dường lên men tĩnh: Lên men tĩnh được thực hiện trong bình erlen 500ml có chứa 100ml môi trường lên men được cấy chuyền từ môi trường 10% (v/v) trước khi nuôi cấy 24h. Sau đó canh trường được ủ ở 300C trong thiết bị khuấy với tốc độ 200v/p trong 96h. Mẫu sẽ được lấy ra thường xuyên để kiểm tra sinh khối, nồng độ xanthan gum và đường sót.
Quy trình sản xuất xanthan gum nhóm 2 Chuẩn bị môi trường nuôi cấy bao gồm nhiều giai đoạn với những yêu c ầu khác nhau. Canh trường nhân giống ban đầu là 10L, sau đó nâng lên 100m 3 để đưa vào sản xuất. Ở 2 cấp nhân giống liên tiếp, thể tích của môi trường 10 lần. 2.3. Thanh trùng môi trường lên men Mục đích: chuẩn bị, đảm bảo về mặt vi sinh của môi trường trước khi đem đi lên men. Biến đổi: chủ yếu là biến đổi sinh học, ức chế, tiêu diệt các vi sinh vật nhiễm. Thông số công nghệ: - Nhiệt độ thanh trùng 70 – 750C. - Thời gian: 20 phút, sau đó đưa về 25 – 30 0C là nhiệt độ tối thích cho quá trình lên men xanthan gum. Thiết bị: sử dụng thiết bị thsnh trùng dạng bản mỏng - Bộ phận chính của thiết bị là những tấm hình chữ nhật rất mỏng, làm bằng thép không gỉ. Mỗi tấm bảng có 4 lỗ tại 4 góc và hệ thống các đ ường 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 s ẽ hình thành nên những hệ thống đường vào và ra cho chất lỏng cần thanh trùng và chất tải nhiệt. 2.4. Lên men Mục đích: khai thác, vì quá trình lên men nhằm thu nhận sản phẩm trao đổi bậc 1 là polysaccharide ngoại bào của vi khuẩn Xanthomanas campestris. Những biến đổi: - Sinh học: có sự trao đổi chất giữa của vi khuẩn với môi trường trong quá trình sinh trưởng, phát triển, số lượng tế bào vi khuẩn tăng. - Vật lí: trong quá trình lên men toả nhiệt làm tăng nhiệt độ trong bình lên men, do đó trong quá trình trao đổi chất của vi khuẩn có thải ra một phần năng l ượng ra bên ngoài dưới dạng nhiệt. - Hoá lý: độ nhớt tăng lên do polysaccharide tạo ra ngày càng nhiều.
Quy trình sản xuất xanthan gum nhóm 2 - Hoá sinh: vi khuẩn Xanthomonas campestris sử dụng cơ chất để sinh tổng hợp ra xanthan gum, là một loại polysaccharide ngoại bào. Quá trình sinh tổng hợp xanthan gum diễn ra như sau: • Quá trình đường phân là giai đoạn phân huỷ hủy phân tử glucose tạo ra acid pyruvic và NADH . Được chia làm 2 giai đoạn: 2  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: chu trình đường phân • 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 hoá và dehydro hoá acid pyruvic. Chu trình gồm 2 phần:
Quy trình sản xuất xanthan gum nhóm 2  Phân huỷ acid pyruvic tạo CO2 và các coenzyme khử.  Các coenzyme khử thực hiện chuỗi hô hấp để tạo H2O và tổng hợp ATP. Hình 2.2. Chu trình Tricarbonxylic Tương tự như thực vật bậc cao, vi sinh vật cũng có khả năng tổng hợp ra các oligosaccharide. 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 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 monosacccharide. Đơn vị này sẽ tham gia phản ứng ở dạng nucleotide – monosaccharide đã được hoạt hoá, thường là dẫn xuất của uridin – diphosphat nhưng đôi khi cùng với nucleotide purin và pirimidin khác. 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 cơ chất được phosphoryl hoá thành các loại nucleotide đường khác nhau mà đòi hỏi cần
Quy trình sản xuất xanthan gum nhóm 2 có sự tham gia của enzyme UDP – Glc pyrophosphorylase để kéo dài chuỗi polysaccharide. Trong X.campestris, chu trình Enter – Doudoroff cùng với chu trình tricarboxylic acid là 2 cơ chế chủ yếu cho sự dị hoá đường glucose. Ngoài ra, một lượng nhỏ đường glucose đi theo con đường pentose phosphat. Cuối cùng, hai hệ thống riêng biệt trên gặp nhau, chuẩn bị cho sự hấp thụ glucose. Sinh tổng hợp xanthan, giống như hầu hết các loại vi khuẩn sản sinh ra polysaccharide, sử dụng nhiều nguồn carbonhydrat hoạt hoá khác nhau để tổng hợp nên polymer Xanthan được tổng hợp bằng cách thêm lần lượt monosaccharide vào chuối oligosaccharide từ đường nucleotide diphosphate cho đến khi tạo thành phân tử cho isoprenoid lipid. Mạch chính của xanthan được hình thành từ sự 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. Sự hình thành nên polysaccharide ngoại bào là một quá trình trùng hợp. Ngay sau khi pentasaccharide lặp lại những đơn vị, ologomer được hình thành bằng sự vận chuyển đến những chất béo khác ngay lặp tức, dần dần, chuỗi carbohydrate tăng dần kích thước. Sự hình thành nên oligomer thông thường yêu cầu phải có sự thêm vào của