BAO CAO GELLAN GUM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM
MÔN PHỤ GIA VÀ HƢƠNG LIỆU THỰC PHẨM














GVHD: Th.S NGUYỄN ĐẶNG MỸ DUYÊN
NHÓM 9:
1. Ngô Thị Quỳnh Anh - 11116002
2. Đào Quang Minh - 11116038
3. Nguyễn Thanh Trà My - 11116040
4. Đặng Diệp Thảo - 11116059
5. Lƣu Thị Thu Thủy - 11116064





TP. Hồ Chí Minh, 11/2013
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

Trang 1
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU Trang 02
1. Tổng quan Trang 03
1.1. Gellan gum Trang 03
1.1.1. Giới thiệu Trang 03
1.1.2. Lịch sử hình thành Trang 03
1.1.3. Công thức cấu tạo, phân loại Trang 03
1.2. Đặc tính lý hóa của gellan gum Trang 04
1.3. Cơ chế hình thành gellan gum Trang 07
1.3.1. Cơ chế tạo gel của gellan Trang 07
1.3.2. Cơ chế tổng hợp gellan Trang 09
2. Nguyên liệu sản xuất gellan gum Trang 10
2.1. Mật rỉ đường Trang 10
2.2. Giống vi sinh vật Trang 14
3. Quy trình sản xuất gellan gum Trang 15
3.1. Sơ đồ Trang 15
3.2. Giải thích các công đoạn chính Trang 16
3.2.1. Chuẩn bị môi trường Trang 16
3.2.2. Tiệt trùng Trang 17
3.2.3. Lên men Trang 18
3.2.4. Ly tâm lần 1 Trang 19
3.2.5. Kết tủa Trang 19
3.2.6. Deacetyl hóa Trang 20
3.2.7. Ly tâm lần 2 Trang 20
3.2.8. Sấy Trang 20
3.2.9. Nghiền Trang 21
4. Ứng dụng của gellan gum Trang 22
4.1. Nhu cầu sử dụng gellan gum Trang 22

4.2. Ứng dụng trong thực phẩm Trang 23
4.3. Ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác Trang 26
KẾT LUẬN Trang 27
TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang 28
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

Trang 2
LỜI MỞ ĐẦU
Thực phẩm là nhu cầu cần thiết cho sự sống và phát triển của loài người. Thời kì
sơ khai, thực phẩm đơn giản cả về phương pháp chế biến và bảo quản. Khi khoa học kĩ
thuật phát triển nhanh chóng thì việc chế biến lương thực, thực phẩm cũng tiến những
bước khá nhanh, cách xa so với trình độ chế biến cổ xưa. Cho đến khi xuất hiện sự bổ
sung những kĩ thuật chế biến để ổn định sản phẩm trong thời gian lưu trữ thì một
ngành công nghiệp mới ra đời – Công nghệ thực phẩm.
Ngày nay, chất lượng sống của con người ngày càng được nâng cao nên yêu cầu,
thị hiếu trong việc thưởng thức thực phẩm cũng đa dạng và khắt khe hơn. Vì thế, việc
sản xuất thực phẩm ngày nay không chỉ đòi hỏi cung cấp năng lượng mà còn phải đáp
ứng về mặt cảm quan. Do đó, trong quá trình sản xuất ngoài những nguyên liệu chính
người ta còn thêm một số chất phụ gia nhằm có được một số tính chất mong muốn nào
đó để cho sản phẩm được dai, giòn, có màu sắc hoặc mùi vị hấp dẫn người tiêu thụ
hơn.
Phụ gia giúp giữ thực phẩm được ngon trên đường tới thị trường. Phụ gia cũng
làm cải thiện giá trị dinh dưỡng của một số thực phẩm và có thể làm chúng hấp dẫn
hơn bằng cách nâng cấp mùi vị, kết cấu, độ đồng nhất và màu sắc của thực phẩm.
Hiện nay, các chất phụ gia được dùng thường được chiết xuất từ thiên nhiên
nhằm bảo vệ sức khỏe con người. Trong đó, phải kể đến các chất phụ gia có nguồn gốc
từ polysaccharides. Polysaccharides được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm như các
chất tạo độ đặc hay tạo gel, (tinh bột, alginat, pectin, guar gum), chất làm bền nhũ
tương, chất độn… Thuộc nhóm Polysaccharides phải kể đến Gellan gum là một chất
tạo gel có nguồn gốc vi sinh vật.

Bài báo cáo sẽ cung cấp một phần nào kiến thức căn bản nhất về gellan gum. Hy
vọng sau bài báo cáo này, đề tài gellan gum sẽ thu hút mọi người quan tâm và cùng
tìm hiểu.

GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

Trang 3
1. TỔNG QUAN
1.1. Gellan gum
1.1.1. Giới thiệu
Gellan gum là polymer có trọng lượng phân tử cao khoảng 500000 Dalton, tan
trong nước tạo gel, không tan trong ethanol, được chiết xuất từ quá trình lên men của
chủng vi sinh vật Sphingomonas elodea (trước đây đặt tên là Pseudomonas Elodea
cũng như Sphingomonas paucimobilis và gần đây là Sphingomonas elodea). Sau đó
gellan được tinh chế bằng cồn isopropylic, sấy và nghiền mịn thành dạng bột màu
trắng.
1.1.2. Lịch sử hình thành
Gellan gum là tên chung của polysaccharide ngoại bào được sản xuất bởi vi
khuẩn Pseudomonas elodea. Kaneko và Kang đã phát hiện ra polymer này trong
phòng thí nghiệm của bộ phận Kelco của Merck and Co., California, USA năm 1978.
Trước đây, nó cũng được quy vào mã tên là S-60 hay P-60. Vi sinh vật sản xuất gellan
gum được phân lập từ mô thực vật Elodea. Những nghiên cứu khác đã khám phá ra
rằng vi khuẩn này là một chủng mới của loài Pseudomonas và do đó được đặt tên là
Pseudomonas elodea.
Năm 1994, người ta khám phá ra rằng vi khuẩn sản xuất ra gellan là
Sphingomonas paucimobilis và được phân loại trong phân lớp α-4 của Proteobacteria.
Các nhà khoa học đã thử tính độc một cách thành công và gellan gum được thông
qua để đưa vào sử dụng trong thực phẩm ở Nhật năm 1988.
FDA của Mỹ đã cho thông qua và đưa gellan gum vào sử dụng trong phụ gia
thực phẩm năm 1992.

1.1.3. Công thức cấu tạo, phân loại
Cấu tạo của một đơn vị lặp lại dưới dạng mạch thẳng của gellan gum gồm: β-1,3-
D-glucose, β-1,4-D-glucuronic acid, α-1,4-L-rhamnose với tỉ lệ lần lượt là 2:1:1.
Chúng liên kết với nhau để tạo thành một đơn vị lặp lại tetrasaccharide. Acid
glucuronic được trung hòa khi có mặt các ion kim loại như K
+
, Ca
2+
và Mg
2+
. Nồng độ
tương đối của các ion này sẽ điều khiển các đặc tính vật lý của gum như là độ bền gel,
điểm tan chảy, tính linh động, độ cứng…

GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

Trang 4
Dựa vào hàm lượng acyl, người ta phân loại gellan gum thành:
Native gellan gum
Gồm một đơn vị lặp lại của β-1,3-D-glucose, β-1,4-D-glucuronic acid, α-1,4-L-
rhamnose và hai nhóm acyl: acetate và glycerate, bao quanh phân tử glucose liền kề
với acid glucuronic.

Hình 1: Cấu trúc của native gellan gum.
Deacetylated gellan gum
Nhóm acetyl trong native gellan gum được loại bỏ bằng cách xử lý kiềm để tạo
ra deacetylated gellan gum. Nhóm thế acyl ảnh hưởng đến tính lưu biến và sự
deacetylate của native gellan gum, kết quả dẫn đến sự thay đổi từ gel mềm, đàn hồi, có
tính thuận nghịch nhiệt trở nên cứng hơn, dễ gãy với sự ổn định về nhiệt cao hơn.
Có hai loại deacetylated gellan gum khác nhau về mức độ deacetylate:

 High acyl gellan gum (deacetylate một phần).
 Low acyl gellan gum (deacetylate mức độ cao).
Hình 2: Cấu trúc của deacetylated gellan gum
1.2. Đặc tính lý hóa của gellan gum
Đặc tính tạo gel và tính cấu trúc của gellan gum
Việc tạo gel của dung dịch gel xảy ra đột ngột khi đun nóng và làm lạnh dung
dịch gellan gum với sự có mặt của các cation. Sự tạo gel của gellan gum phụ thuộc vào
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

Trang 5
nồng độ polymer, nhiệt độ và sự hiện diện của các cation hóa trị I và II trong dung
dịch.
Một vài các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền gel:
 Hàm lượng acetyl: Là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ bền gel. Gellan
gum với hàm lượng acetyl khác nhau sẽ tạo gel có các đặc tính khác nhau. Native
gellan gum tạo gel mềm, đàn hồi, gel có tính thuận nghịch nhiệt và rất yếu do nhóm
acetyl và glyceryl cồng kềnh ngăn chặn sự liên kết chặt chẽ giữa các polymer của
gellan trong việc hình thành nhiều chuỗi xoắn ốc và ngăn cản kết cấu chuỗi xoắn đôi
bằng liên kết ngang. Deacetylated gellan gum hình thành gel rắn chắc, dễ gãy và có
tính thuận nghịch nhiệt do không có sự hiện diện của nhóm acetyl và glyceryl.
 Loại và nồng độ các ion: Có ảnh hưởng đến độ bền gel và độ giòn. Gellan
không hình thành gel trong nước khử ion nhưng khi thêm vào các muối Ca
2+
, K
+
, Na
+

và Mg
2+

sẽ làm gia tăng hai đặc tính trên. Đáng chú ý là các cation hóa trị II có hiệu
quả hơn để đạt được điều này, thậm chí ở các gel có nồng độ gellan thấp (0.2% khối
lượng/thể tích), độ bền gel cao đạt được ở nồng độ tối đa là 0.004% Ca
2+
(khối
lượng/thể tích) và 0.005% Mg
2+
(khối lượng/thể tích). Độ bền gel tương tự cũng có thể
đạt được với 0.12% K
+
hoặc 0.16% Na
+
(khối lượng/thể tích). Gel với KCl hoặc NaCl
có độ bền gel thấp hơn thậm chí khi nồng độ muối cao (1% khối lượng/thể tích). Nồng
độ gellan từ 0.1 0.2% thì phù hợp cho nhiều hệ thực phẩm.
 pH của gel: Độ bền gel tăng trong khoảng pH từ 3.5 8, đó là khoảng pH tự
nhiên của hầu hết thực phẩm. Trong một vài trường hợp, sự thay đổi pH ảnh hưởng
đến điểm tan chảy của gel. Ví dụ, gel có nồng độ ion hóa trị I thấp tan chảy ở 70 ºC ở
pH trung tính nhưng ở pH=3.5 thì nhiệt độ tan chảy tăng nhẹ.
 Sự có mặt của các thành phần có thể hút ẩm: Thêm các thành phần hút ẩm
như sucrose (10% khối lượng/thể tích) có xu hướng làm giảm nồng độ ion yêu cầu cho
độ bền gel tối thích. Ảnh hưởng của sucrose lên độ bền gel phụ thuộc vào nồng độ các
cation. Ở nồng độ cation thấp, sucrose làm gel trở nên vững chắc hơn, nhưng ở nồng
độ cation cao, sucrose làm gel yếu đi.
Tính ổn định nhiệt độ và tính linh động của điểm tan chảy
Gellan gum ổn định ở nhiệt độ cao hơn và duy trì độ bền của nó ở 90 ºC, trong
khi xanthan gum mất 74% độ bền ban đầu sau quá trình đun nóng tới nhiệt độ 90 ºC.
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

Trang 6

Điểm tan chảy có thể dưới hoặc trên 10 ºC tùy vào điều kiện tạo gel. Yếu tố quan trọng
nhất chịu trách nhiệm cho tính linh động của điểm tan chảy là nồng độ các cation trong
gel. Bởi vì số các cation hóa trị I và II làm gia tăng các mối nối trong gel và làm chúng
bền nhiệt hơn.
Tác động của sự có mặt của những hydrocolloid khác lên đặc tính cấu
trúc của gellan gum
Một hydrocolloid được định nghĩa là một hệ thống keo, trong đó các hạt keo là
những polymer ưa nước phân tán trong nước. Một hydrocolloid có các hạt keo lơ lửng
trong nước và phụ thuộc vào lượng nước mà có thể tạo ra các trạng thái khác nhau, đó
là gel hoặc sol. Hydrocolloid có thể không đảo ngược (trạng thái đơn) hoặc đảo ngược.
Ví dụ, agar là một hydrocolloid đảo ngược của dịch chiết tảo biển, có thể tồn tại ở
dạng gel và rắn hoặc luân phiên giữa hai dạng khi thêm vào hoặc loại ra yếu tố nhiệt
độ.
 Sodium alginate (NaC
6
H
7
O
6
): tan trong dung dịch CaCl
2
ở 90 ºC chỉ ra đặc
tính gel kém bền. Dung dịch có độ cứng tăng mạnh khi làm mát và trở nên bền khi lưu
trữ ở nhiệt độ thấp.
 Gelatin: Phân tích cấu trúc trên hỗn hợp gel gellan/gelatin để ước tính ảnh
hưởng của hai thành phần và nồng độ Ca
2+
. Ở nồng độ Ca
2+
cao hơn, gellan hình thành

một mạng lưới liên tục và pha gelatin gián đoạn. Độ cứng phụ thuộc vào nồng độ
gellan gum trong hỗn hợp trong khi độ giòn, tính đàn hồi, khả năng gắn kết rất nhạy
với nồng độ Ca
2+
thấp (0 10 mM) nhưng ít nhạy với nồng độ Ca
2+
và tỉ lệ
gellan/gelatin cao hơn.
 Carrageenan và xanthan: Nghiên cứu đặc tính cấu trúc của hỗn hợp gellan-
carrageenan và gellan-xanthan. Hỗn hợp có nồng độ không đổi (0.5% khối lượng) với
những tỉ lệ khác nhau và có mặt 0.01 mol/kg Ca
2+
. Độ bền gel của gellan cao nhất và
độ bền gel của hai hỗn hợp gel giảm khi tỉ lệ gellan giảm.

GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

Trang 7
1.3. Cơ chế hình thành gellan gum
1.3.1. Cơ chế tạo gel của gellan
Gellan tồn tại dưới dạng những sợi cuộn khi ở nhiệt độ cao. Khi hạ nhiệt độ
xuống, các sợi duỗi ra và xoắn kép với nhau tạo ra sợi kép. Sau đó, các sợi kép này
tiếp tục liên kết với nhau tạo nên các tinh thể gellan.
Hình 3: Cơ chế tạo gel của gellan.
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

Trang 8
Sự hình thành gel của gellan xảy ra nhanh khi nâng và hạ nhiệt độ của dung dịch
gellan với sự có mặt của các cation. Ở nhiệt độ thấp, các sợi kép của gellan sẽ hình
thành những vòng xoắn có trật tự, trong khi ở nhiệt độ cao xuất hiện các

polysaccharide dạng sợi đơn làm giảm độ nhớt của dung dịch. Nhiệt độ chuyển tiếp là
khoảng 30–35 °C. Cấu trúc của dịch trở nên cứng dần và hình thành gel khi ở dưới
nhiệt độ chuyển tiếp. Các sợi xoắn liên kết với nhau bằng các mối nối và hình thành
nên mạng lưới không gian ba chiều bằng cách tạo phức hợp với các cation và liên kết
hydro với nước. Trong suốt quá trình làm lạnh, việc bổ sung các cation hóa trị một và
hóa trị hai sẽ làm tăng số cầu muối tại mối nối, do đó cải thiện được tính chất tạo gel
của gellan.
Sự có mặt của các cation làm cho sự hình thành gel của gellan trở nên rất nhạy.
Những cation hóa trị một như Na, K và các cation hóa trị hai như Ca, Mg thúc đẩy sự
tạo gel. Điểm nóng chảy của gel sẽ tăng lên khi tăng độ mạnh của ion. Các ion đối như
cation tetramethylammonium (TMA) sẽ kìm hãm sự tạo gel. Sự bổ sung các cation
thúc đẩy quá trình tạo gel sẽ dẫn đến sự tinh thể hóa những sợi này và hình thành gel
bền. Lượng lớn nhóm thế L-glycerate giúp hạn chế sự tinh thể hóa ở một số vùng, vì
thế sản xuất ra gel mềm hơn và đàn hồi.
Khả năng tạo gel phụ thuộc:
 Liên kết giữa các phân tử: Độ bền gel phụ thuộc vào lực liên kết giữa các phân
tử. Nếu chiều dài của vùng liên kết dài, lực liên kết giữa các chuỗi sẽ đủ lớn để chống
lại áp lực và chuyển động nhiệt của các phân tử nên gel tạo thành sẽ chắc bền. Ngược
lại, nếu chiều dài vùng liên kết ngắn và các chuỗi không được liên kết chặt chẽ chúng
sẽ tách rời dưới tác dụng của áp lực hay sự tăng nhiệt độ làm các chuỗi polymer
chuyển động nhiệt làm gel yếu và không ổn định.
 Cấu trúc các phân tử: Những phân tử có nhánh không liên kết chặt chẽ với
nhau vì vậy không tạo được những vùng liên kết có kích thước và lực đủ mạnh để hình
thành gel mà chỉ tạo cho dung dịch có độ nhớt và độ ổn định. Ngược lại, những phân
tử mạch thẳng tạo gel chắc bền.
 Điện tích phân tử: Đối với các polysacchride tích điện, lực đẩy tĩnh điện giữa
các nhóm điện tích cùng dấu ngăn cản sự tạo thành liên kết.
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

Trang 9

 Ngoài ra, sự tạo gel còn phụ thuộc nhiệt độ, pH, các yếu tố có mặt trong dung
dịch.
1.3.2. Cơ chế tổng hợp gellan


Uridine 5’ – diphosphate glucose
Hình 4: Cơ chế tổng hợp gellan.

Thymidine 5’ – diphosphate
rhamnose

Thymidine 5’ – diphosphate glucose
TRS
Uridine 5’ – diphosphate
glucuronic acid

Gellan
UGD
UGP
TGP
Glucose – 1 – phosphate
Glucose – 6 – phosphate
Phosphoglucomutase
Glucokinase
Glucose
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

Trang 10
Trước khi tổng hợp được gellan, vi khuẩn phải tổng hợp các monomer. Sau đó,
các monomer kết hợp lại với nhau tạo thành gellan hoàn chỉnh. Gellan được cấu tạo từ

các monomer: β-1,3-D-glucose; β-1,4-D-glucuronic acid; α-1,4-L-rhamnose.
Quá trình tổng hợp:
Vi khuẩn hấp thụ glucose từ môi trường lên men qua thành tế bào. Dưới tác dụng
của enzyme glucose kynase, glucose sẽ chuyển thành glucose-6-phosphate, tiếp theo
enzyme Phosphoglucomutase sẽ chuyển glucose-6-phosphate thành glucose-1-
phosphate. Từ glucose-1-phosphate, sẽ chia thành hai con đường sinh tổng hợp khác
nhau:
 Uridine-5’-diphosphate-D-glucose (UDP-D-Glucose) được tạo thành
dưới tác dụng của enzyme Uridine Glucose Phosphorylase (UGP), glucose-1-
phosphate. Tiếp theo dưới tác dụng của Uridine Glucose Dehydrogenase sẽ tạo
thành Uridine-5’-diphosphate Glucuronic acid.
 Thymidine-5’-diphosphate-D-glucose (TDP-D-glucose) được tạo thành
dưới tác dụng của enzyme Thymidine Glucose Phosphorylase (TGP), glucose-1-
phosphate. Tiếp tục enzyme Thymidine Rhamnose synthetase sẽ tổng hợp TDP-
D-glucose thành Thymidine-5’-diphosphate Rhamnose.
Cuối cùng, từ Uridine-5’-diphosphate-D-glucose, Uridine-5’-diphosphate
Glucuronic acid, Thymidine-5’-diphosphate Rhamnose sẽ tổng hợp thành gellan.
2. NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT GELLAN GUM
2.1. Mật rỉ đƣờng
Khái quát về mật rỉ đường
Mật rỉ đường (mật rỉ, rỉ đường hay rỉ mật) còn được gọi ngắn gọn là mật, là chất
lỏng đặc, sánh còn lại sau khi đã thu đường bằng phương pháp cô và kết tinh, là một
phụ phẩm có độ nhớt cao chứa đựng nhiều đường không kết tinh trong công nghệ sản
xuất đường từ mía hoặc củ cải đường.
Thông thường sản lượng mật rỉ bằng khoảng 40% sản lượng đường sản xuất. Cứ
khoảng 100 tấn cây mía đem ép thì có 4 tấn mật rỉ được sản xuất.
Những đặc tính quan trọng phù hợp với quá trình lên men bao gồm:
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

Trang 11

- Chứa hàm lượng đường cao.
- Ngoài đường saccharose còn chứa nhiều chất hữu cơ, vô cơ, các chất thuộc
vitamin và các chất kích thích sinh trưởng.
- Hàm lượng đường khá cao (thường nằm trong khoảng 40–50%), lượng đường
này chủ yếu là saccharose nên khi tiến hành lên men phải pha loãng tới nồng độ thích
hợp.
- Rỉ đường là chất dinh dưỡng khá lý tưởng nên dễ bị vi sinh vật xâm nhập và
phát triển, thường gặp nhất là những vi sinh vật gây màng và gây chua, dẫn tới làm
giảm chất lượng của rỉ đường. Vì vậy, trong sản xuất người ta thường dùng fluosilicate
natri 2 °/
ooo
so với trọng lượng mật rỉ để bảo quản.
- Hệ keo trong rỉ đường là đặc điểm gây khó khăn lớn nhất trong quá trình lên
men. Bởi vì, keo càng nhiều, khả năng hoà tan của oxy càng kém và khả năng trao đổi
chất của vi sinh vật càng kém. Do đó, khi sử dụng rỉ đường việc quan trọng nhất là
phải phá hệ keo này.
Thành phần hoá học của rỉ đường
Tỉ lệ rỉ đường trong sản xuất đường mía chiếm khoảng 3–3.5% trọng lượng mía.
Tùy thuộc vào giống mía, điều kiện trồng trọt, công nghệ sản xuất đường… mà thành
phần rỉ đường dao động như sau:
Nước: 15–20%; Chất khô: 80–85%.
Trong đó có 60% là đường (40% saccharose, 20% fructose và glucose), 40% còn
lại là chất phi đường.
Trong thành phần phi đường có khoảng 30–32% hợp chất hữu cơ và 6–10% hợp
chất vô cơ. Trong hợp chất vô cơ, theo Mắc-Dinit, gồm có:
K
2
O: 3.5%
Fe
2

O
3
: 0.2%
MgO: 0.1%
Sulfate: 1.6%
CaO: 1.5%
SiO
2
: 0.5%
P
2
O
5
: 0.2%
Chloride: 0.4%
Trong những hợp chất hữu cơ gồm có hợp chất có chứa nitơ và không chứa nitơ.
Những hợp chất chứa nitơ phần lớn ở dạng amin như: acid aspactic, acid glutamic,
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

Trang 12
leucin, isoleucin. Nitơ tổng số chiếm khoảng 0.3–0.5% (ít hơn so với lượng nitơ có
trong rỉ đường củ cải).
Những hợp chất không chứa nitơ như: pectin, chất nhầy furfurol và
oxymethylfurfurol….
Ngoài ra trong rỉ đường có một số vitamin (tính theo microgam trên 1 gam rỉ
đường) như sau:
Thiamine: 8.3 Folic acid: 0.038
Riboflavin: 2.5 Pyridosine: 6.5
Nicotimic acid: 21 Biotin: 12
Pantothenic acid: 21.4

Bảng 1: So sánh thành phần của rỉ đường mía và rỉ đường củ cải (tính trên rỉ đường
chứa 75% chất khô – theo Baker, 1979)
Thành phần
Đơn vị tính
Mía
Củ cải
Đƣờng tổng số
Chất hữu cơ không phải
đƣờng
Chất tro sulfate hóa
Chất hữu cơ tổng số
Protein (N x 6.25)
Na
K
Ca
Cl
P
Biotin
Folic acid
Inositol
Pantothenate Ca
Piridosin
Riboflavin
Thiamine
%
%

%
%
%

%
%
%
%
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
48 – 56
9 – 12

10 – 15
60 – 65
2 – 4
0.1 – 0.4
1.5 – 5.0
0.4 – 0.8
0.7 – 3.0
0.6 – 2.0
1.2 – 3.2
Khoảng 0.04
Khoảng 6000
54 – 65
2 – 6.5
Khoảng 2.5
Khoảng 1.8

48 – 52
12 – 17

10 – 12
63 – 65
6 – 10
0.3 – 0.7
2 – 7
0.1 – 0.5
0.5 – 1.5
0.02 – 0.07
0.04 – 0.13
Khoảng 0.2
5800 – 8000
50 – 100
Khoảng 5.4
Khoảng 0.4
Khoảng 1.3
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

Trang 13
Nicotinic acid
Cholin
Chất khô
Sucrose
Raffinose
Glucose
Fructose
Đƣờng nghịch đảo
Chất hữu cơ phi đƣờng

- Chứa Nitơ
- Không chứa Nitơ
Nitơ tổng
Tro
pH
mg/kg

%kl mật rỉ
%kl chất khô
20 – 800
600 – 800
75 – 83
32 – 45
-
5 – 11
6 – 15
-

5
10
0.4 – 1.5
7 -11
4.5 – 6
20 – 45
400 – 600
76 – 84
58 – 64
0 – 4.2
-
-

0 – 1.2

19
5
1.7 – 2.4
8.5 – 17.1
6.2 – 8.4
pH và độ đệm của rỉ đường:
pH của rỉ đường thường từ 6.8–7.2. Rỉ đường mới sản xuất ra có thể có pH=7.2–
8.9. Hiện nay, hầu hết các nhà máy đường đều xử lý bằng lưu huỳnh nên pH của rỉ
đường thường thấp hơn và vào khoảng 5.6–6.0. Độ kiềm của rỉ đường vào khoảng
0.5–2° (1° kiềm tương đương 1ml dung dịch H
2
SO
4
1N trung hòa hết 100g rỉ đường).
Độ kiềm gây bởi các muối Canxi của acid carbonic và các acid hữu cơ khác.
Đệm được biểu thị bằng thể tích dung dịch H
2
SO
4
1N cần thiết để điều chỉnh
dung dịch gồm 100g rỉ + 100g nước tới pH=4.5. Tùy theo pH của mật rỉ, độ đệm có
thể từ 14 đến 45.
Vi sinh vật trong rỉ đường:
Rỉ đường nhận được từ sản xuất luôn chứa một lượng vi sinh vật. Trong đó, nguy
hiểm nhất là vi khuẩn lactic và acetic. Mức độ nhiễm khuẩn được xác định bằng sự
tăng độ chua, khi đó rỉ đường “tự lên men”. Mức tăng độ chua (khi tự lên men sau
24h) trong phạm vi 0.2–0.5°

xem là bình thường.
Thực tế trong 1g rỉ đường chứa tới 100000 vi sinh vật không nha bào và 15000 vi
sinh vật có khả năng tạo bào tử ở rỉ đường bị nhiễm nặng, con số vi sinh vật có thể đạt
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

Trang 14
tới 50000 và 500000. Tuy nhiên đối với rỉ đường có nồng độ trên 70% hầu hết vi sinh
vật trong rỉ đường đều bị vô hoạt nhưng khi pha loãng chúng sẽ bắt đầu hoạt động và
làm giảm hàm lượng đường dẫn đến tăng tổn thất. Trong quá trình sản xuất cần có
biện pháp xử lý phù hợp nhằm tiêu diệt và hạn chế hoạt động của các loại tạp khuẩn
này.
Trong khi chuẩn bị lên men, rỉ đường được trộn với nước để giảm nồng độ
đường xuống còn 15% và sau đó được đem tiệt trùng bằng phương pháp Pasteur, ta
thu được hỗn hợp gọi là dịch lên men.
Ưu điểm khi sử dụng rỉ đường trong nguyên liệu:
 Giá rẻ.
 Khối lượng lớn, dồi dào.
 Sử dụng tiện lợi.
 Nguồn cung cấp khá phổ biến.
2.2. Giống vi sinh vật
Sphingomonas paucimobilis ATCC 31461 là giống vi sinh vật được sử dụng để
sản xuất gellan gum quy mô công nghiệp.
Một số nhà nghiên cứu đã phân lập được các chủng vi sinh vật mới sản xuất
gellan gum. Tuy nhiên, việc ứng dụng các chủng này trong sản xuất thương mại không
được đề cập.
Bảng 2. Vi sinh vật sản xuất gellan gum
Giống vi sinh vật
Năng suất g/l
Sphingomonas paucimobilis ATCC 31461
35.70

Sphingomonas paucimobilis E2 (DSM 6314)
8.73
Sphingomonas paucimobilis NK2000
7.33
Sphingomonas paucimobilis GS1
6.60
Một số đặc điểm của Sphingomonas paucimobilis:
 Là trực khuẩn thường sống trong đất và nước.
 Gram âm.
 Hiếu khí.
 Chịu nhiệt.
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

Trang 15
 Không sinh bào tử.
 Màng tế bào có chứa glycosphingolipids thay vì lipopolysaccharides.
 Có roi, di chuyển chậm.
 Oxidase (+).
 Sinh trưởng ở 30 °C.
 Không lên men.
 Kích thước 1.5–5µm.
 Lớp vỏ hình thành sắc tố màu vàng trong môi trường thạch máu.
Chỉ tiêu chọn giống vi sinh vật:
 Không sinh độc tố.
 Khả năng tổng hợp gellan gum mạnh.
 Khả năng thích nghi cao, tốc độ sinh trưởng mạnh.
 Giống có tính ổn định cao.
 Điều kiện nuôi cấy đơn giản, dễ tìm, giá thành thấp, nuôi trong môi
trường đặc trưng cho vi sinh vật tổng hợp gellan gum.
3. QUY TRÌNH SẢN XUẤT GELLAN GUM

3.1. Sơ đồ

GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

Trang 16
3.2. Giải thích các công đoạn chính
3.2.1. Chuẩn bị môi trƣờng
Mục đích: Bổ sung các chất dinh dưỡng cần thiết tạo điều kiện cho vi sinh
vật phát triển.
Thành phần môi trường lên men (g/l):
Pha loãng
Deacetyl hóa
Nghiền

Tiệt trùng
Pha loãng
Lên men
Ly tâm
Kết tủa
Ly tâm
Sấy
Mật rỉ đường

Sphingomonas paucimobilis
ATCC 31462

Nhân giống
Nước cất
high acyl gellan
Nghiền

Kết tủa
Ly tâm
Sấy
low acyl gellan

Isopropanol
lạnh


Isopropanol
lạnh
Chuẩn bị môi trường

Hình 5: Quy trình sản xuất gellan gum
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

Trang 17
 Glucose: 30
 Chất chiết nấm men: 0.5
 K
2
HPO
4
: 0.5
 MgSO
4
.7H
2
O: 0.1
 NH

4
NO
3
: 0.9
 Dung dịch muối 1M chứa (g/100 ml):
- MnCl
2
.4H
2
O: 0.18
- FeSO
4
.7H
2
O: 0.248
- H
2
BO
3
: 0.028
- CuCl
2
. 2H
2
O: 3.4
- ZnCl
2
: 2.1
- CoCl
2

. 2H
2
0: 7.4
- Na
2
MoO
4
. 2H
2
O: 0.003
- Disodium tartarate: 0.21
3.2.2. Tiệt trùng
Mục đích: Tiêu diệt vi sinh vật trong môi trường chuẩn bị cho công đoạn
lên men.
Cấu tạo thiết bị tiệt trùng YHC 20:
Hình 6: Thiết bị tiệt trùng YHC.
Cách thực hiện:
Trước khi bắt đầu hoạt động tất cả các thiết bị, đường ống dẫn và phụ tùng YHC
được thanh trùng bằng hơi quá nhiệt. Hơi nước được đưa vào bộ đun nóng theo đường
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

Trang 18
viền của van điều chỉnh tiêu hao hơi, sau đó vào bộ giữ nhiệt, thu hồi nhiệt và theo
đường viền của van giảm áp suất vào thiết bị làm mát. Cùng lúc mở các van giảm xả
nước ngưng và khi đạt được nhiệt độ lớn hơn 140 °C thì bắt đầu ổn định thời gian tiệt
trùng.
Hơi có áp suất có áp suất cao được nạp vào bộ đun nóng và môi trường được đun
nóng nhanh đến 130 °C. Từ bộ đun nóng môi trường được đưa vào ống dưới của bộ
giữ nhiệt. Bên trong bộ giữ nhiệt có một số bộ phận để tạo ra những phòng hình trụ
thông nhau, sau đó môi trường vào bộ trao đổi nhiệt kiểu tấm - bộ thu hồi nhiệt. Một

phần môi trường cũng được bơm vào bộ trao đổi - thu hồi nhiệt để thực hiện việc trao
đổi nhiệt với môi trường đã được đun nóng. Kết quả môi trường đã được đun nóng
được làm lạnh đến 90 °C và môi trường vừa nhận nhiệt vào bộ đun nóng. Từ bộ thu
hồi nhiệt môi trường được đẩy vào phòng lên men khi đã được làm lạnh tiếp tục trong
thiết bị làm mát, còn môi trường dinh dưỡng chưa được tiệt trùng được đẩy vào bộ đun
nóng từ bộ thu nhiệt.
3.2.3. Lên men
Mục đích: Sinh tổng hợp gellan gum.
Quy trình thực hiện :
Nạp môi trường vô trùng vào trong thiết bị. Cho giống cấy vào thiết bị với tỉ lệ
10% so với thể tích thiết bị lên men. Lên men bề sâu trong thiết bị lên men ở 30 °C,
pH 7.0.
Các biến đổi trong quá trình lên men:
 Vật lý: Nhiệt độ của bình lên men tăng lên do có sự tỏa nhiệt.
 Hóa lý: Độ nhớt tăng, tạo hợp chất keo.
 Hóa học: Hàm lượng cơ chất và các thành phần dinh dưỡng giảm xuống.
 Hóa sinh: Enzyme xúc tác cho các phản ứng trao đổi chất trong tế bào vi
khuẩn diễn ra mạnh.
 Sinh học: Sinh khối tế bào tăng lên.
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

Trang 19
Thiết bị:
3.2.4. Ly tâm lần 1
Mục đích: Tách tế bào vi sinh vật trong dịch lên men và những tế bào bám
vào polysaccharide.
Các quá trình biến đổi:
 Vật lý: Nhiệt độ tăng lên.
 Hóa lý: Độ nhớt giảm.
Thiết bị: Thiết bị ly tâm lọc, tốc độ quay 8000rpm, trong vòng 30 phút ở 4

ºC. Trên thành thùng quay của máy ly tâm lọc có đục lỗ và được bọc bằng
các lớp lưới hoặc vải có kích thước lỗ phù hợp với tính chất sản phẩm.
Dưới tác dụng của lực ly tâm pha lỏng bắn ra qua các lỗ, pha rắn nằm lại
trên thành máy.
3.2.5. Kết tủa
Mục đích: Kết tủa polysaccharide bằng isopropanol, chuẩn bị cho quá trình
sấy thu nhận sản phẩm.
Các biến đổi trong quá trình:
 Hóa lý: Có sự chuyển pha từ pha lỏng sang pha rắn.

Hình 7: Thiết bị lên men
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

Trang 20
Phương pháp thực hiện:
Dịch sau khi được ly tâm, lọc để tách tạp chất sẽ được bổ sung isopropanol hoặc
ethanol lạnh 4 °C. Và giữ dịch lên men ở 4 °C trong 12h. Kết tủa còn chứa tế bào vi
khuẩn lại được ly tâm 38Kg/h. Phần kết tủa còn lại sẽ được sấy khô tới khối lượng
không đổi và thu được gellan. Tỉ lệ thất thoát gellan chịu ảnh hưởng bởi độ pha loãng
của phần dịch lỏng.
Khi cho isopropanol hoặc ethanol vào trong dịch lên men sau khi ly tâm lọc, do
lực hút tĩnh điện giữa isopropanol hoặc ethanol với nước mạnh hơn so với giữa
polysaccharide với nước nên tách nước ra khỏi liên kết giữa polysaccharide với nước
và tạo ra kết tủa. Trong sản xuất, người ta thường dùng ethanol vì ethanol có giá thành
rẻ.
3.2.6. Deacetyl hóa
Mục đích: Khử các nhóm acyl của high acyl gellan.
Các biến đổi trong quá trình:
 Hóa học: làm mất nhóm acyl của gellan
Phương pháp thực hiện:

Dịch lên men được nhúng ngập trong nước sôi trong vòng 15 phút, làm nguội và
tăng pH lên 10 bằng cách sử dụng NaOH 1M. Dịch được giữ ở 80 °C trong vòng 10
phút để thực hiện quá trình khử các nhóm acyl và sau đó hạ pH về 7.
3.2.7. Ly tâm lần 2
Mục đích: Tinh sạch polysaccharide chuẩn bị cho giai đoạn sấy.
Các biến đổi của quá trình:
 Vật lý: Nhiệt độ tăng
 Hóa lý: Độ nhớt giảm
Phương pháp thực hiện và thiết bị: Giống như ly tâm lần 1.
3.2.8. Sấy
Mục đích: Thu nhận gellan.
Các biến đổi của quá trình
 Vật lý: nhiệt độ tăng.
 Hóa lý: có sự bốc hơi nước.
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

Trang 21
 Hóa sinh: vô hoạt các enzym.
 Sinh học: tiêu diệt vi sinh vật.
Thông số công nghệ: 80 °C, 12 giờ
3.2.9. Nghiền
Mục đích: Hoàn thiện, tạo sự đồng nhất cho sản phẩm.
Các biến đổi:
 Vật lý: Giảm kích thước
Thiết bị: Máy nghiền răng
Bao xung quanh rotor là lưới. Rotor là một dĩa phẳng có gia công các răng sắp
xếp theo đường tròn đồng tâm ở các vị trí khác nhau sao cho khi đóng nắp máy lại
hàng răng cố định trên nắp máy nằm giữa 2 hàng răng quay trên rôto. Răng trên rôto sẽ
quay theo khe giữa 2 hàng răng cố định. Ðầu răng và nắp máy càng gần (khe hở hẹp)
nghiền càng mịn.

Cách thực hiện
Máy sử dụng động năng đang quay của các răng lắp trên dĩa để đập nguyên liệu.
Nguyên liệu được cho vào giữa tâm máy, bị răng quay đập nhiều lần. Nguyên liệu đập
vào hàng răng quay thứ nhất, sau đó đập qua hàng răng cố định đi ra ngoài và đập vào
hàng răng quay kế tiếp Cứ tiếp tục cho đến khi nào kích thước nhỏ hơn kích thước lỗ
lưới (thường ra khỏi hàng răng cuối cùng) sẽ theo lỗ lưới ra ngoài. Nếu kích thước sau
khi ra khỏi các hàng răng vẫn còn lớn hơn kích thước lỗ lưới, hạt sẽ tiếp tục bị đập nhỏ
ở hàng răng cuối.






Hình 8: Thiết bị nghiền răng
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

Trang 22
4. ỨNG DỤNG CỦA GELLAN GUM
4.1. Nhu cầu sử dụng Gellan gum
Gellan là chất phụ gia, chất tạo nhũ hóa, chất tạo đặc, chất ổn định, là tác nhân
làm đông, môi trường nuôi cấy, chất tạo màng và bôi trơn. Gellan được ứng dụng rộng
rãi trên 20 lĩnh vực như là thực phẩm, mỹ phẩm, chất tẩy rửa, đồ gốm,…
 Trong thực phẩm: các loại nước uống, bánh kẹo, keo pectin, sản phẩm chế biến
sẵn, thức ăn cho thú nuôi, các sản phẩm sữa…
 Trong y dược: thuốc nhỏ mắt, viên nang cứng hoặc mềm…
 Trong mỹ phẩm: nước hoa, kem chống nắng, dầu gội đầu…
 Công nghiệp hóa chất: tác nhân tạo đông, kem đánh răng…
 Nông nghiệp: sustained-release fertilizer
 Lĩnh vực khác: môi trường vi sinh, môi trường nuôi cấy, phim ảnh…

Tác nhân tạo đông
Gellan gum được ứng dụng rộng trong quá trình sản xuất thạch. So với
sodiumalginate, agar, gelatin và carrageen, thạch được sản xuất bởi bột thạch từ gellan
gum sẽ trong và giòn hơn.
Trong kem
Gellan gum được sử dụng trong kem như là chất ổn định, dùng một lượng rất ít
có thể giúp duy trì được hình dạng của kem. Hiệu quả sẽ tốt hơn nếu sử dụng gellan
cùng với một số chất ổn định khác. Thông thường sử dụng ở mức độ 0.1% – 0.2%. Sự
kết hợp của gellan với các chất gum khác được ứng dụng trong sản xuất nhiều sản
phẩm như nước hoa quả, kem tráng miệng, kem cao cấp,…
Các sản phẩm sữa
Gellan gum có thể trực tiếp thực hiện hydrate hóa trong sữa khi được gia nhiệt
tới 75 ºC. Gellan có thể được dùng trong các sản phẩm sữa để thay thế cho carrageen,
gelatin, sodium agrinate, pectin và carboxymethyl cellulose (CMC). Gellan gum kháng
nhiệt tốt và có thể cải thiện chất lượng sản phẩm, độ acid trong sữa. Ví dụ như yogurt,
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

Trang 23
sữa chua,… Sự kết hợp của gellan, CMC và guar gum có thể tránh sự kết tủa protein
sữa và gia tăng sự ổn định của sản phẩm.
Môi trường nuôi cấy mô
Gellan gum được sử dụng trong môi trường nuôi cấy mô với nồng độ khuyến cáo
là 2–3g/l môi trường.
Air fresher
Hiện nay, gellan gum là chất làm sạch không khí được sử dụng rộng rãi trong xe
ôtô.
4.2. Ứng dụng trong thực phẩm
Bảng 3: Ứng dụng của gellan gum trong thực phẩm.
Food area
Example of products

Conventional agents used
Water-based gels
Dessert gels, aspic
Gelatin, alginate, carrageenan
Confectionery
Pectin jellies, fillings,
marshmallow
Pectin, gelatin, starches, agar,
xanthan, locust been gum
Jam and marmalades
Diet jams, imitation jams,
bakery fillings
Pectin, carrageenan, algin
Pie fillings and puddings
Desserts, pie filling,
canned/precooked puddings
Alginate, carrageenan, starches
Fabricated foods
Restructured meat, fruits and
vegetables
Alginate, carrageenan, locust
been gum
Pet foods
Canned / gelled pet foods
Alginate, carrageenan, locust
been gum
Dairy products
Yogurt, milk shakes, gelled
milk, ice cream
Alginate, carrageenan, locust

been gelatin
Bảng 3 cho thấy gellan gum được ứng dụng trong nhiều loại thực phẩm khác
nhau. Gellan gum có khả năng tạo cấu trúc gel cao nên không chỉ được ứng dụng trong
thực phẩm, mà còn rất phù hợp để sử dụng trong hệ thống cung cấp cho cơ thể và làm
tăng giá trị cảm quan hơn khi sử dụng gelatin. Trong một số sản phẩm, người ta rất
mong muốn sử dụng gellan gum kết hợp với hydrocolloid khác như locust been gum,
xanthan gum, guar gum và tinh bột biến tính để có được kết cấu sản phẩm tối ưu và ổn
định.

GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

Trang 24
Bánh kẹo
Gellan gum có thể được sử dụng trong bánh kẹo và sản phẩm bánh mì. Chức
năng chính của gellan gum trong các sản phẩm bánh kẹo là cung cấp cấu trúc và kết
cấu để giảm thời gian thiết lập của thạch tinh bột. Thạch tinh bột thường mất từ 24 đến
48 giờ để thiết lập, trong khi với việc xuất hiện của của gellan đã làm giảm thời gian
thiết lập xuống còn 10–12 giờ. Ngoài ra, gellan có thể ngăn chặn sự dao động độ ẩm
trong các thực phẩm có đường hay lớp kem trên bề mặt bánh và yêu cầu gellan gum và
nồng độ gellan gum cần thiết cho các sản phẩm này chỉ bằng 1/5 so với các agar thông
thường. Ngoài ra gellan còn có thể ngăn ngừa sự chảy nước của đường, sự đóng
băng…
Chất làm trong gel
Gellan gum cung cấp chất tạo gel cho món tráng miệng với các đặc điểm cảm
quan tương tự như khi sử dụng gelatin. Việc sử dụng gellan gum có độ trong suốt cao
được ưa thích hơn trong ứng dụng này và kết quả là gel có độ trong của nước. Điều
này rất được người tiêu dùng mong muốn trong chế biến món thịt và rau quả đông.
Hơn nữa, nhiệt độ nóng chảy của gel được gia tăng do bổ sung các gellan gum giúp gel
vẫn mềm và ngon ngọt mà không tan chảy và mất đi hình dạng ban đầu của chúng.
Đối với những loại ứng dụng này thì mức giá trị khoảng 0.3% gellan gum được cho là

lý tưởng.
Jams và Jellies
Gellan có thể thay thế thành công pectin trong jams và đạt hiệu quả ở nồng độ
thấp (khoảng 0.4% của gellan so với 0.6% của high methoxypectins và 0.8% low
methoxypectins). Trong các sản phẩm này, sự đông đặc được giảm đến mức tối thiểu,
trong khi jams đạt được giá trị cảm quan và độ tan chảy tốt. Độ cứng thấp và các loại
jams ít calorie với màu sắc rực rỡ có thể được chuẩn bị với chỉ 0.15% gellan tinh chế.
Nhân bánh và bánh pudding
Gellan gum có thể được sử dụng như một tác nhân cơ cấu để thay thế một phần
tinh bột trong các loại nhân bánh và bánh pudding. Ngoài ra, gellan trong hỗn hợp bao
gồm tinh bột biến tính có thể được sử dụng như một chất ổn định và cấu tử nước liên