Tiểu luận MÔN PHỤ GIA VÀ HƯƠNG LIỆU THỰC PHẨM GELLAN GUM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM
MÔN PHỤ GIA VÀ HƯƠNG 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. Lưu Thị Thu Thủy - 11116064
GELLAN GUM
TP. Hồ Chí Minh, 11/2013
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
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
Trang 2
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
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.
Trang 3
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
Trang 4
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
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…
Trang 5
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
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
Trang 6
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
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.
Điểm tan chảy có thể dưới hoặc trên 10 ºC tùy vào điều kiện tạo gel. Yếu tố quan trọng
Trang 7
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
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.
Trang 8
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
1.3. Cơ chế hình thành gellan gum
Hình 3: Cơ chế tạo gel của gellan.
1.3.1.Cơ chế tạo gel của gellan
Trang 9
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
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.
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
Trang 10
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
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.

 Ngoài ra, sự tạo gel còn phụ thuộc nhiệt độ, pH, các yếu tố có mặt trong dung dịch.
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
1.3.2.Cơ chế tổng hợp gellan
Trang 11
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
Trang 12
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
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 đường
• 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:
- Chứa hàm lượng đường cao.
Trang 13
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
- 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, leucin, isoleucin. Nitơ tổng số chiếm khoảng 0.3–0.5% (ít hơn so với lượng
nitơ có trong rỉ đường củ cải).
Trang 14
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
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
Đường tổng số
Chất hữu cơ không phải
đường
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
Nicotinic acid
Cholin
Chất khô
Sucrose
Raffinose
%
%
%
%
%
%
%
%
%
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg

mg/kg
%kl mật rỉ
%kl chất khô
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
20 – 800
600 – 800
75 – 83
32 – 45
-
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
20 – 45
400 – 600
76 – 84
58 – 64
0 – 4.2
Trang 15
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
Glucose
Fructose
Đường nghịch đảo
Chất hữu cơ phi đường
- Chứa Nitơ
- Không chứa Nitơ
Nitơ tổng
Tro
pH
5 – 11
6 – 15

-
5
10
0.4 – 1.5
7 -11
4.5 – 6
-
-
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 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.
Trang 16
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
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.
 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.
Trang 17
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
 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
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
Trang 18
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
Sấy
low acyl gellan
Isopropanol
lạnh
Isopropanol lạnh
Chuẩn bị môi trường
Hình 5: Quy trình sản xuất gellan gum
Trang 19

GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
3.2. Giải thích các công đoạn chính
3.2.1.Chuẩn bị môi trường
• 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):
 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.
Trang 20
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
• 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
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.

Trang 21
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
• 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.
Hình 7: Thiết
bị lên men
• 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
Trang 22
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
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.

Trang 23
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
• 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.
 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
Trang 24
GELLAN GUM GVHD: Th.S Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
• 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
Hình 8:
Thiết bị nghiền răng
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.
Trang 25