VI KHUẨN ACETOBACTER XYLINUM TRONG QUÁ TRÌNH sản XUẤT THẠCH dừa

1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
------------------

VI KHUẨN ACETOBACTER XYLINUM
TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
THẠCH DỪA
DANH SÁCH NHÓM:
VÕ HOÀNG THỤC LAN
LÊ THỊ NA
VŨ THỊ HUYỀN NGA
NGUYỄN THỊ HỒNG ĐÀO
NGUYỄN THỊ BÍCH PHƯỢNG
Nha Trang-2016


2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
------------------

VI KHUẨN ACETOBACTER XYLINUM
TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
THẠCH DỪA
Giáo viên hướng dẫn:
THS. NGUYỄN THỊ THANH HẢI

DANH SÁCH NHÓM:
VÕ HOÀNG THỤC LAN
LÊ THỊ NA
VŨ THỊ HUYỀN NGA
NGUYỄN THỊ HỒNG ĐÀO
NGUYỄN THỊ BÍCH PHƯỢNG

LỚP: 56TP2
– 091.968.2177
Nha Trang-2016


3

MỤC LỤC
Bìa phụ......................................................................................................................... 2
Mục lục........................................................................................................................3
PHẦN MỞ ĐẦU.........................................................................................................5
I.
II.

Danh sách nhóm..........................................................................................5
Lời mở đầu..................................................................................................5

PHẦN NGHIÊN CỨU: VI KHUẨN ACETOBACTER XYLINUM TRONG QUÁ
TRÌNH SẢN XUẤT THẠCH DỪA
I.

Giới thiệu về vi khuẩn Acetobacter xylinum...............................................5
1) Khái quát giống vi khuẩn Acetobacter .....................................................5

1.1.. Đặc điểm chung......................................................................5
1.2.. Phân loại.................................................................................6
2) Giống vi khuẩn Acetobacter xylinum........................................................7
2.1.. Đặc điểm.................................................................................7

2.2.. Sinh lí, sinh hóa của A.xylinum..............................................8
2.3.. Sản xuất Acetobarter xylinum.................................................9
II.
Giới thiệu về thạch dừa:............................................................................10
1. Bản chất:..................................................................................................10
2. Hàm lượng ẩm:......................................................................................... 11
3. Cấu trúc mạng polysaccharide của thạch dừa..........................................11
III.
Quá trình ứng dụng lên men vi khuẩn Acetobacter Xylimun trong sản xuất
thạch dừa:..................................................................................................11
1. Bản chất sinh hóa của quá trình:.............................................................12
2. Quy trình sản xuất thạch dừa:..................................................................12
2.1.
Mô hình sản xuất thạch dừa.....................................................12
2.2.
Giải thích quy trình:................................................................14
2.3.
Cơ chế tạo thành sản phẩm:....................................................15
2.4.
Nguyên liệu trong sản xuất thạch dừa:........................................15
2.5.
Yêu cầu đối với thạch dừa sau khi lên men phải đạt được:.........16
IV.
Ảnh hưởng của các yếu tố tới quá trình lên men sản xuất thạch dừa từ vi
V.

khuẩn Acetobacter xylinum:.................................................................... .....17
Các ứng dụng khác từ vi khuẩn Acetobacter xylinum trong các lĩnh vực khác
1. Nghiên cứu trị bỏng từ vi khuẩn Acetobacter xylinum.......................19
2. Vi khuẩn acetobacter xylinum trong xử lý nước thải..........................19


4
3. Các ứng dụng khác..............................................................................19

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................20

PHẦN MỞ ĐẦU:
I.
1)
2)
3)
4)
5)
II.

Danh sách nhóm:
Võ Hoàng Thục Lan (56131302)
Lê Thị Na (56130043)
Vũ Thị Huyền Nga (56130028)
Nguyễn Thị Hồng Đào (56130800)
Nguyễn Thị Bích Phượng (56131858)
Lời mở đầu:

5

Thạch dừa (Nata de coco) – một loại thức ăn tráng miệng và giải khát khá phổ
biến ở Việt Nam, có nguồn gốc xuất xứ từ Philippin. Thạch dừa được ưa thích bởi
hương vị thơm ngon cùng có độ dai, trong suốt. Song ít ai biết rằng thạch dừa là một
loại thực phẩm thương mại đầu tiên ứng dụng từ cellulose vi khuẩn, có bản chất hóa
học là polysacharide. Thạch dừa tuy không có giá trị dinh dưỡng cao nhưng có đặc
tính kích thích nhu động ruột làm cho việc điều hòa bài tiết được tốt hơn còn có tác
dụng phòng ngừa ung thư, giữ cho da mịn màng và còn là thần dược giúp giảm nguy
cơ béo phì.
Thạch dừa là sản phẩm nhờ sự lên men của vi khuẩn Acetobacter xylinum trên
nước dừa già nên có hàm lượng chất xơ cao rất tốt cho hệ tiêu hóa. Có thể nói vi
khuẩn acetobacter xylinum là yếu tố quan trọng quyết định đến chất lượng sản phảm
tạo thành. Chính vì vậy, chúng tôi đã chọn đề tài nghiên cứu về “Vi khuẩn
Acetobacter xylinum trong quá trinh sản xuất thạch dừa” để tìm hiểu sâu hơn về
một sản phẩm thương mại đã ứng dụng thành công từ lĩnh vực vi sinh trong thực
phẩm.
PHẦN NGHIÊN CỨU: VI KHUẨN ACETOBACTER XYLINUM TRONG QUÁ
TRÌNH SẢN XUẤT THẠCH DỪA
Giới thiệu về vi khuẩn Acetobacter xylinum:
1. Khái quát giống vi khuẩn Acetobacter
1.1.
Đặc điểm chung
Giống vi khuẩn acetobacter thuộc họ Pseudomonadieae, phân bố rộng rãi trong tự
I.

-

nhiên và có thể phân lập được các vi khuẩn này từ không khí, đất, nước, lương thực
thực phẩm, dấm, rượu, bia, hoa quả... có khoảng 20 loài thuộc giống acetobacter đã

-

được phân lập và mô tả.
Acetobacter có dạng hình que, tùy điều kiện nuôi cấy (nhiệt độ, thành phần môi
trường nuôi cấy) mà các vi khuẩn Acetobacter có thể sinh ra các tế bào có hình thái

-

khác biệt dạng kéo dài hoặc phình to ra,
Tế bào đứng riêng rẽ hoặc xếp thành chuỗi, có khả năng di động (nhờ tiên mao đơn

-

hoặc chu mao), hoặc không di động (không có tiên mao).
Kích thước thay đổi tùy loài( 0.3-0.6 x 1.0-8.0µm)


6
-

Acid acetic là sản phẩm sinh ra trong quá trình hoạt động của vi khuẩn, nhưng khi
chúng vượt quá mức cho phép chúng sẽ quay ngược trở lại làm ức chế hoạt động của

-

vi khuẩn.
Không sinh nha bào tử
Hiếu khí bắt buộc
Chịu được độ acid cao
Vi Phân khuẩn acetobacter có khả năng đồng hóa nhiều nguồn thức ăn cacbon khác

-

nhau nhưng không sử dụng được tinh bột.
1.2.
Phân loại
Acetobacter schutzenbachii: trực khuẩn khá dài, tạo thành váng dày, và khoobng bền
vững, có khả năng tích lũy trong môi trường đến 11.5% acid acetic do đó thường

-

được sử dụng để làm giấm theo phương pháp nhanh.
Acetobacter suboxydans: tạo thành váng mỏng, dễ vỡ ra, có khả năng chuyển hóa
glucose thành acid gluconic hay sorbic thành sorbose. Loại vi khuẩn này muốn phát
triển bình thường cần được cung cấp một số chất sinh trưởng như:aminopenzoic, acid

-

panthoteric, acid nicotinic.
Acetobacter orleansen: trực khuẩn dài trung bình không di động. Gặp điều kiện nhiệt
độ cao có thể sinh ra các tế bào dị hình kéo dài hoặc phình to ra. Tạo ra váng rất dày
trên môi trường dịch thể. Có thể phát triển được ở nồng đọ cao (10-20%) và làm tích

-

lũy đến 9,5% acid axetic.
Acetobacter xylinum: trực khuẩn không di động, tạo thành váng nhanh và khá dày.
Váng có chứa hemicellulose nên khi gặp H 2SO4 và thuốc nhuộm iod sẽ bắt màu
xanh. Có thể tích lũy 4,5% acis axetic trong môi trường. Thường gặp loại vi khuẩn
này với nấm men trong “nấm chè” còn gọi là “thủy hoài sâm”.

- Acetobacter axeti: trực khuẩn ngắn, phân di động, thường xếp thành những chuỗi dài.
- Acetobacter pasteurianum: hình dạng tương tự như loại trên.
2. Giống vi khuẩn Acetobacter xylinum:
2.1.
Đặc điểm:
- Chủng acetobacter xylinum này có nguồn gốc từ Philipin.
- Acetobacter xylinum thuộc nhoms vi khuẩn acetic.
- Theo hệ thống phân loại của nhà khoa học bergey thì a.xylinum thuộc: lớp
-

Schizommycetes, bộ Preudomonadales, họ Pseudonadieae.
A.xylinum là loài vi khuẩn dài 2µm, đứng riêng rẽ hoặc xếp thành chuỗi, có khả
năng tạo váng hemicellulose khá dày, bắt màu với thuốc nhuộm iod và H2SO4.


7
-

A.xylinum sinh trưởng ở pH<5, nhiệt đọ 28-32 0C, và có thể tích lũy 4,5% acid acetic.
Acid acetic là sản phẩm sinh ra trong quá trình hoạt động của vi khuẩn, nhưng khi
chúng vượt quá mức cho phép, chúng sẽ quay ngược trở lại làm ức chế hoạt động của
vi khuẩn.

Sinh lí, sinh hóa của A.xylinum
A.xylinum hấp thụ đường glucose từ môi trường nuôi cấy. Trong tế bào vi khuẩn
2.2.

-

glucose sẽ kết hợp với acid béo tạo thành một tiền chất nằm trên màng tế bào. Kế đó,
nó được thoát ra ngoài màng tế bào cùng với một enzym. Enzym này có thể polyme
-

hóa glucose thành cellulose.
Polysaccharide của vi sinh vật thường được tích tụ đáng kể trong các môi trường
lỏng. Vi sinh vật có khả năng có tổng hợp cá oligo và polysaccharide nội bào có thể
đạt tới 60% trọng lượng khô của tế bào. Tất cả các oligo và polysaccharide được tổng
hợp bằng cách kéo dài chuỗi saccharide có trước nhờ vào việc thêm vào đơn vị
monosaccharide. Đơn vị monosaccharide được thêm vào tham gia phản ứng oqwr
dạng nucleotit, monosaccharide được hoạt hóa thường là dẫn xuất của các uridin
diphosphat ( UDP-X) nhưng đôi khi cũng với các nucleotide, purin và các piridin
khác.


8

2.3.
-

Sản xuất Acetobarter xylinum

Chuẩn bị giống:

Giống a.xylinum được nuôi cấy trong môi trường thạch nghiêng, thành phần gồm:
SA: 8g
DAP: 2g
Saccharide: 20g
Aga
Nước dừa: 1000m

Các ống nghiệm chứa môi trường thanh trùng ở 120 0C trong 20 phút. Cấy giống, để
trong tủ ẩm 3-4 ngày. Tiến hành nhân giống, có thể qua 1 cấp hoặc 2 cấp hoặc nhiều hơn
tùy quy mô sản xuất. Thành phần nhân giống như trên nhưng không có agar gọi là môi
trường dịch thể. Môi trường được khử trùng ở 100 0C trong 30 phút. Để nguội đến 30 0C,


9

cấy giống theo tỷ lệ 10%. Lắc hay sục khí trong thời gian từ 18-20 giờ. Sau đó giống
được đưa vào sản xuất.
Môi trường và hóa chất sử dụng:
Hóa chất:
Acid acetic
Agar
Cao thịt
Glucose
Saccharose
Sulphat amon
Phosphate amon
Pepton
• Môi trường: trong quá trình sản xuất thạch dừa, nhà sản xuất thường sử dụng 3 môi
•

trường: môi trường sản xuất, môi trường giữ giống và môi trường nhân giống.

II.

Giới thiệu về thạch dừa:
1. Bản chất:

10
-

Bản chất của thạch dừa là một màng dày có cấu trúc là hemicellulose. Do thạch dừa
có bản chất là polysaccharide ngoại bào nên có khả nằn ứng dụng vào nhiều lĩnh vực
khác nhau. Cho đến nay, việc ứng dụng thạch dừa mới chỉ dừng lại ở những nghiên
cứu chế biến thành những sản phẩm kẹo, jelly, các sản phẩm giải khát.

-

2. Hàm lượng ẩm:
Hàm lượng ẩm của thạch dừa: theo kết quả nghiên cứu khi khảo sát cấu trúc thạch

dừa thì thạch dừa là một mạng polyme sinh học, có khả năng giữ nước rất lớn. Miếng
thạch dừa sau khi sấy ở 900C thì mỏng như tờ giấy, bề mặt láng bóng và rất dai chắc.
Kết quả xác định hàm ẩm của thạch dừa là 99%, thể hiện rõ bản chất háo nước của
thạch dừa.
3. Cấu trúc mạng polysaccharide của thạch dừa
-

Cấu trúc mạng polysaccharide của thạch dừa: thạch dừa có cấu trúc mạng là các
polysaccharide, chúng sắp xếp không theo trật tự, không theo quy luật, chúng đan
xen vào nhau rất chằng chịt theo mọi phía. Do trong quá trình lên men, các vi khuẩn
A.xylinum đã chuyển động hỗn loạn không theo quy luật. Đó là nguyên nhân tạo nên
tính dai và chắc về mọi phía của miếng thạch. Bên cạnh đó, mạng luôn luôn ngậm
một lượng nước đáng kể (99%). Thành phần monosaccharide chính của thạch là
socboza nằm ở dạng L-socboza, thường chứa trong vi khuẩn lên men dịch trái cây.

11

Quá trình ứng dụng lên men vi khuẩn Acetobacter Xylimun trong sản

III.

xuất thạch dừa:
1. Bản chất sinh hóa của quá trình:
_ Đầu tiên các tế bào vi khuẩn sẽ tiết ra chất nhầy bao bọc xung quanh chúng, tiếp đó là
sự hình thành các sợi cellulose được polimer hóa từ các đơn phân glucose ở vị trí _1,6
dưới tác dụng của enzym có trong bao nhầy. Các sợi này ngày càng dày lên và được kết
nối với nhau tạo thành lớp cellulose bên trong bao nhầy. Lớp cellulose này sau đó được
thoát ra khỏi tế bào hoàn toàn.
_ Dung dịch môi trường ban đầu có dạng huyền phù mịn, chuyển sang dạng rời rạc, sau
đó kết lại thành khối lớn hơn, dạng gel chứa các tế bào vi khuẩn trong đó. Bộ khung của
gel là mạng lưới cellulose với thành phần chủ yếu là nước. Nó được hình thành ở mức
độ tối đa chỉ 30 phút sau khi có sự tiếp xúc giữa vi khuẩn Aceobacter xyloum với
glucose.
2. Quy trình sản xuất thạch dừa:
II.1.
Mô hình sản xuất thạch dừa:


12


13
II.2.

Giải thích quy trình:

_ Bước 1: Chuẩn bị môi trường:
o Nước dừa già: Được thu nhận ở các nhà máy sản xuất cơm dừa nạo sấy. Thành
phần gồm: đường protein, dầu béo, khoáng , vitamin…hòa tan và một số tạp chất
khác.
o Dùng vải lọc để loại bỏ tạp chất. Vải lọc được cố định trên rổ lọc. Dịch nước dừa
sau khi lọc được thu vào thùng chứa. Cặn trên vải lọc được rách ra ngoài.
o Bổ sung dinh dưỡng: SA, (, đường glucose là nguồn cung cấp Nito, khoáng,…tạo
môi trường tối ưu cho quá trình sinh tổng hợp sản phẩm. Môi trường sau khi bổ
sung dinh dưỡng được thanh trùng bằng cách đun sôi khoảng 10-15 phút để tiêu
diệt các vi sinh vật có trong môi trường. Sau đó làm nguội.
o Dùng acid acetic 40% chỉnh về pH=3-3,5 chỉnh nhiệt độ đến 28-31 độ C (ph, nhiệt
độ thích hợp cho quá trình lên men).
_ Bước 2: Lên men
Đổ môi trường vào dụng cụ, cấy giống theo tỷ lệ 1:10. Đậy thau, chậu bằng vải mỏng
hoặc giấy báo. Giữ nhiệt độ phòng ở 28-31 độ C trong vòng 48 giờ. Trong thời gian này
thách khuấy động môi trường để tránh ảnh hưởng đến lớp thạch đang hình thành.
_ Bước 3: Thu nhận và hoàn thiện sản phẩm
o Dùng vợt để vớt khối cellulose ra khỏi dịch lên men. Sau đó rửa khối cellulose
bằng nước lạnh.
o Dùng máy cắt để cắt khối cenllulose tạo các miếng nhỏ, đều đặn.
o Ngâm sản phẩm trong dung dịch 3-5% trong 10 phút để trung hòa acid acetic còn sót
bên trong thạch. Sau đó xả lại bằng
nước lạnh.
o Đun sôi để làm trong sản phẩm và tạo độ dai bầng cách bổ sung chất tạo dai.
o Ngâm đường tạo độ ngọt và tăng độ trong cho san rphaamr.
o Bổ sung màu, mùi để hoàn thiện giá trị cảm quan.
o Ổ điều kiện tối ưu, 1 lít nước dừa ( chứa khoảng 110g sacharose) sẽ tạo thành
khoảng 483g thạch dừa thô, chưa qua xử lý với độ ẩm khoảng 96-98%

14

o Quá trình hình thành cellulose được nhà bác học Muhlethaler sử dụng kính hiển vi
điện tử để nghiên cứ và cho rằng: Đầu tiên các tế bào vi khuẩn sẽ tiết ra chất nhầy
bao bọc xung quanhchungs, tiếp đó là sự hình thành các sợ cellulose được polime
hóa từ các đơn phân glucose ở vị trí _1,6 dưới tác dụng của
II.3.

Cơ chế tạo thành sản phẩm:

o Ổ điều kiện tối ưu, 1 lít nước dừa ( chứa khoảng 110g sacharose) sẽ tạo thành
khoảng 483g thạch dừa thô, chưa qua xử lý với độ ẩm khoảng 96-98%
o Quá trình hình thành cellulose được nhà bác học Muhlethaler sử dụng kính hiển vi
điện tử để nghiên cứ và cho rằng: Đầu tiên các tế bào vi khuẩn sẽ tiết ra chất nhầy
bao bọc xung quanhchungs, tiếp đó là sự hình thành các sợ cellulose được polime
hóa từ các đơn phân glucose ở vị trí _1,6 dưới tác dụng của enzym có trong bao nhầy
của vi khuẩn A.xylinum. Các sợi này ngày càng dày lên và được kết nối với nhau tạo
thành lớp cellulose bên trong bao nhầy. Lớp cellulose này sau đó được thoát ra khỏi tế
bào hoàn toàn.
o

Dung dịch môi trường ban đầu có dạng huyền phù mịn, chuyển sang dạng rời rác,
sau đó kết lại thành khối lớn hơn dạng gel chứa các tế bào vi khuẩn trong đó. Bộ
khung của gel là mạng lưới cellulose với thành phần chủ yếu là nước. Nó được hình
thành ở mức tối đa chỉ 30 phút sau khi có sự tieeos xúc giữa vi khuẩn Acetobacter

xylinum với glucose và oxy.
II.4.
Nguyên liệu trong sản xuất thạch dừa:

o Môi trường 1:
- Acid acetic: 5ml
– SA: 8g
- : 2g
- : 20g
- Nước dừa già: 1000ml
o Môi trường 2:
- Tỉ lệ cơm dừa/nước (g/ml) : 1/10
- SA (%) : 0.6
- DAP: 0.6
- Saccharose (%): 6
o Môi trường 3:
- Tỉ lệ dưá/nước (g/ml): 1/10
- SA (%) : 0.8


15
o
-

DAP: 0.6
Saccharose (%): 2
Môi trường 4:
Tỉ lệ dưá/nước (g/ml): 1/30
SA (%) : 0.8
DAP: 0.6
Saccharose (%): 6
II.5.
Yêu cầu đối với thạch dừa sau khi lên men phải đạt được:

_ Cấu trúc: độ dày (1,5-3cm), dai, chắc
_ Màu sắc: trắng ngà

IV.

Ảnh hưởng của các yếu tố tới quá trình lên men sản xuất thạch dừa từ vi

-

khuẩn Acetobacter xylinum:
Trong điều kiện tối ưu pH=5.0, t=28-31 độ C, 1 lít nước được bổ sung 100g đường,

-

5g , 8ml acid acetic sẽ thu được 483g thạch dừa thô.
Với độ ẩm thạch dừa thu được vào khoảng 96-98.6%.
Trạng thái thạch dừa tạo thành chịu ảnh hưởng nhiều của đường. Vi khuẩn
Acetobacter xylinum có thể sử dụng glucose, sucrose, lactose, maltose, dextrin và


16

galactose do đó ứng với mỗi loại đường khác nhau mà ta sử dụng sẽ cho ra thạch dừa
có trạng thái khác nhau.
• Ảnh hưởng của các loại đường khác nhau đến sự hình thành thạch dừa trong nước
dừa pH=5.0

•

Ảnh hưởng của nồng độ sucrose đến trạng thái cấu trúc thạch dừa:

•

Ảnh hưởng của nồng độ ,đến sự hình thành thạch dừa:


17

•

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự hình thành thạch dừa trong nước dừa ở pH=5,0

V.

Các ứng dụng khác từ vi khuẩn Acetobacter xylinum trong các lĩnh vực
khác:
1. Nghiên cứu trị bỏng từ vi khuẩn Acetobacter xylinum:


18

Vi khuẩn acetobacter xylinum có khả năng tạo màng bacterial cellulose ứng dụng
trong điều trị bỏng. Màng bacterial cellulose là màng có sợi cellulose nhỏ, dai, độ bền
kéo, độ thấu khí cao; độ thấm hút nước tốt rất có triển vọng ứng dụng làm màng trị
bỏng.
Ứng dụng trị bỏng từ màng bacterial cellulose của vi khuẩn acetobacter xylinum
là một trong những nghiên cứu điển hình được các nhà khoa học nghiên cứu, tìm tòi và
có giá trị ứng dụng cao trong tương lai.
2. Vi khuẩn acetobacter xylinum trong xử lý nước thải:

Cellulose của vi khuẩn acetobacter xylinum có thể được sử dụng như là một vật
liệu hấp phụ để loại bỏ thủy ngân từ nước thải công nghiệp. Đây là chất liệu thân thiện
với môi trường và mang tính ứng dụng cao.
3. Các ứng dụng khác:

Các ứng dụng tiềm năng khác cho vi khuẩn acetobacter xylinum bao gồm giấy,
nơi có có thể sử dụng để tạo ra giấy thay thế cho giấy làm từ gỗ. Các ứng dụng khác như
làm chất mang đặc biệt cho các pin và năng lượng cho tế bào, dùng làm chất biến đổi độ
nhớt trong sản xuất các sợi truyền quang, làm môi trường cơ chất trong sinh học, thực
phẩm hay thay thế thực phẩm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO:
-

Nguồn Internet: