NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TẠO VI NANG WHEY PROTEIN BẢO VỆ NẤM MEN SACCHAROMYCES CEREVISIAE VAR. BOULARDII

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TẠO VI NANG WHEY
PROTEIN BẢO VỆ NẤM MEN SACCHAROMYCES
CEREVISIAE VAR. BOULARDII

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN THỊ THANH PHƯƠNG
Ngành
: Bảo quản và chế biến nông sản thực phẩm
Niên khóa
: 2007 – 2011

Tháng 08/2011
i


NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TẠO VI NANG WHEY PROTEIN BẢO
VỆ NẤM MEN SACCHAROMYCES CEREVISIAE VAR. BOULARDII

Tác giả

NGUYỄN THỊ THANH PHƯƠNG

Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành
Bảo quản và Chế biến Nông sản Thực phẩm

Giáo viên hướng dẫn:
Th.S Dương Thị Ngọc Diệp

Tháng 08/2011
ii


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, con xin cảm ơn cha mẹ đã sinh thành và dưỡng dục con nên người.
Đồng thời, em cũng cảm ơn chị đã luôn bên cạnh chỉ bảo em.
Tôi xin chân thành gửi lòng biết ơn sâu sắc đến cô Dương Thị Ngọc Diệp,
người đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành tốt đề
tài này.
Xin chân thành cảm ơn cô Vũ Thị Lâm An và cô Nguyễn Minh Hiền đã tận tình
chỉ bảo tôi trong suốt thời gian thực tập tại phòng thí nghiệm Vi sinh – khoa Công
nghệ Thực phẩm.
Xin chân thành cảm ơn Viện Công nghệ Sinh học và Môi trường đã tạo điều
kiện cho tôi làm việc trong suốt quá trình làm đề tài.
Tôi vô cùng biết ơn các thầy cô khoa Công nghệ Thực phẩm đã tận tâm truyền
đạt cho tôi những kiến thức quí báu trong suốt bốn năm qua.
Sau cùng, tôi xin cảm ơn bạn bè tôi đã giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá
trình học tập cũng như trong cuộc sống.

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2011
Nguyễn Thị Thanh Phương

iii


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Đề tài nghiên cứu “ Nghiên cứu phương pháp tạo vi nang whey protein bảo vệ
nấm men Saccharomyces cerevisiae var. boulardii” được tiến hành tại Phòng thí

nghiệm Vi sinh thực phẩm thuộc bộ môn Vi sinh thực phẩm, khoa Công nghệ thực
phẩm và Viện Công nghệ Sinh học và Môi trường của trường Đại Học Nông Lâm
Thành phố Hồ Chí Minh. Thời gian thực hiện từ 01-03-2011 đến 01-07-2011.
Đề tài tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nồng độ whey protein isolate (WPI) và
sự kết hợp giữa WPI bán biến tính nhiệt và lipid phối trộn trong dịch tạo vi nang lên
khả năng bảo vệ Saccharomyces cerevisiae var. boulardii.
Sau khi tiến hành sấy phun dịch sấy WPI với tỉ lệ chất mang whey protein là
10%, 15%, 20%, 25%, ta có kết luận: nồng độ 20% WPI cho tỉ lệ sống sót của tế bào
nấm men Saccharomyces cerevisiae var. boulardii cao nhất (19,83%).
Sự kết hợp giữa WPI bán biến tính nhiệt và lipid cho khả năng sống sót của tế
bào nấm men Saccharomyces cerevisiae var. boulardii đạt 51,45%. Nếu không bán
biến tính nhiệt, sự kết hợp giữa WPI và lipid tác động không có ý nghĩa thống kê đến
khả năng sống sót của Saccharomyces cerevisiae var. boulardii, tỉ lệ sống sót của tế
bào nấm men ở nghiệm thức này là 20,62%.

iv


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................ iii
TÓM TẮT LUẬN VĂN ................................................................................................ iv
MỤC LỤC .......................................................................................................................v
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................... viii
DANH SÁCH CÁC BẢNG .......................................................................................... ix
DANH SÁCH CÁC HÌNH ..............................................................................................x
Chương 1 .........................................................................................................................1
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1.1 Đặt vấn đề: .............................................................................................................1
1.2 Mục tiêu của đề tài ...............................................................................................2

1.3 Nội dung thực hiện ...............................................................................................2
Chương 2 .........................................................................................................................3
TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................................................3
2.1 Giới thiệu về nấm men S. boulardii ......................................................................3
2.1.1 Phân loại .............................................................................................................3
2.1.2 Lịch sử nghiên cứu nấm men S. boulardii .....................................................4
2.1.3 Đặc điểm hình thái và sinh học ......................................................................4
2.1.4 Đặc điểm sinh lý .............................................................................................5
2.1.5 Ứng dụng của S. boulardii và probiotic .........................................................6
2.2 Giới thiệu về kĩ thuật vi bao ..................................................................................6
2.1.1 Định nghĩa ......................................................................................................6
2.1.2. Ứng dụng của kĩ thuật vi bao ........................................................................6
v


2.2.3 Kĩ thuật sấy phun ............................................................................................8
2.2.4 Máy sấy phun .................................................................................................9
Chương 3 .......................................................................................................................16
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................................16
3.1. Vật liệu và thiết bị phòng thí nghiệm .................................................................16
3.1.1. Nguyên vật liệu thí nghiệm ........................................................................16
3.1.2. Dụng cụ, thiết bị, hóa chất và phương pháp xử lý số liệu ...........................16
3.2 Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................17
3.2.1 Qui trình kỹ thuật..........................................................................................17
3.2.2 Bố trí thí nghiệm ...........................................................................................19
3.3 Phương pháp xử lý số liệu và vẽ biểu đồ ............................................................21
Chương 4 .......................................................................................................................23
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................................................23
4.1 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng whey protein lên khả năng tạo vi
nang bảo vệ nấm men S. boulardii ............................................................................23

4.2 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của sự kết hợp giữa whey protein - lipid trong
dịch tạo vi nang lên khả năng bảo vệ S. boulardii ....................................................25
4.3 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của sự kết hợp giữa WPI bán biến tính bởi nhiệt
và lipid lên khả năng bảo vệ probiotic của vi nang thông qua sự tồn tại của S.
boulardii trong vi nang WPI sau khi sấy phun ..........................................................27
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ...........................................................................................30
5.1 Kết luận................................................................................................................30
5.2 Kiến nghị .............................................................................................................30
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................31
PHỤ LỤC ......................................................................................................................33

vi


Phụ lục A: Thành phần các loại môi trường và bột whey protein sử dụng trong đề tài
...................................................................................................................................34
Phụ lục B: Bảng số liệu thí nghiệm ...........................................................................35
Phụ lục C: Danh sách bảng số liệu thống kê .............................................................37

vii


DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

WPI: Whey Protein Isolate.
S. boulardii: Saccharomyces cerevisiae var. boulardii
YNB: Yeast Nitrogen Base.
YMA: Yeast Malt Extract .

viii

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Trang
Bảng 4.1 Số lượng tế bào nấm men và tỉ lệ trước và sau khi sấy phun ứng với các tỉ lệ
chất vi bao (10%, 15%, 20%, 25%).................................................................................... 24
Bảng 4.2 Số lượng tế bào nấm men và tỉ lệ sống sót sau sấy phun 2 mẫu nghiệm thức
có bổ sung dầu hướng dương và không bổ sung dầu hướng dương................................... 26
Bảng 4.3 Số lượng tế bào nấm men và tỉ lệ sống sót sau sấy phun 2 mẫu nghiệm thức
bán biến tính nhiệt và không bán biến tính nhiệt. .............................................................. 28

ix


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1. Hình thái tế bào S. boulardii ...........................................................................3
Hình 2.2 Số lượng các nghiên cứu về kĩ thuật vi bao bằng các phương pháp khác nhau
từ 1955 đến 2005 .............................................................................................................7
Hình 2.3 Đầu phun áp lực (pressure nozzle) ................................................................11
Hình 2.4 Đầu phun li tâm (centrifugal/rotary atomizer). ..............................................12
Hình 2.5 Đầu phun khí động (pneumatic nozzle) .........................................................12
Hình 2.6: Máy sấy phun KC-07....................................................................................13
Hình 3.1: Quy trình thử nghiệm sản xuất bột vi nang nấm men S. boulardii. .............18
Hình 4.1 Khuẩn lạc nấm men S. boulardii ...................................................................23
Hình 4.2 Biểu đồ so sánh số lượng tế bào nấm men và tỉ lệ sống sót trước và sau sấy
phun giữa các nghiệm thức – tỉ lệ chất mang 10%, 15%, 20%, 25%. ..........................24
Hình 4.3 Tỷ lệ sống sót của các tế bào nấm men trong dịch whey protein không bổ
sung dầu hướng dương và có bổ sung dầu hướng dương sau quá trình sấy phun. ......26

Hình 4.4 Tỷ lệ sống sót của các tế bào nấm men trong dịch whey protein bị bán tính
bởi nhiệt và không bị bán biến tính bởi nhiệt sau quá trình sấy phun. ..........................28

x


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Probiotic là những vi sinh vật sống có tác dụng tốt đến sức khỏe con người,
giúp cân bằng hệ vi khuẩn đường ruột. Đây là những sinh vật có hoạt tính sinh học
cao, an toàn, có khả năng tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh.
Vi khuẩn Lactobaccilus và Bifidobacterium là những chủng vi sinh vật thường
được biết đến là probiotic phổ biến. Hiện tại, nấm men và trực khuẩn cũng đang được
nghiên cứu và ứng dụng. Nấm men Saccharomyces cerevisiae var. boulardii (còn
được gọi là S. boulardii) là loài nấm men duy nhất đang được xem như một probiotic.
Về bản chất, vi sinh vật probiotic rất dễ bị ảnh hưởng bởi các điều kiện môi
trường. Các yếu tố nhiệt độ, pH, điều kiện dinh dưỡng… trong quá trình sản xuất và
bảo quản ảnh hưởng rất lớn đến sự tồn tại của vi sinh vật. Ngoài ra, trong quá trình sử
dụng, ảnh hưởng của các điều kiện pH, enzyme tiêu hóa của muối mật… trong hệ
thống đường ruột của con người và động vật cũng là những tác nhân gây chết cao cho
vi sinh vật.
Để duy trì sự tồn tại của sự tồn tại của vi sinh vật probiotic, bên cạnh khả năng
chống chịu của bản thân vi sinh vật, cần có thêm một số yếu tố bảo vệ. Kĩ thuật tạo vi
nang (hay vi bao) đang được áp dụng trên thế giới nhằm mục đích bảo vệ probiotic
trong quá trình sản xuất, bảo quản và sử dụng sản phẩm. Trong đó, kĩ thuật tạo vi bao
bằng phương pháp sấy phun hiện đang được áp dụng phổ biến.
Với mục đích bước đầu tìm hiểu về S. boulardii và kỹ thuật sấy phun làm vi
bao cho S. boulardii, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu phương pháp
tạo vi nang whey protein bảo vệ nấm men Saccharomyce cerevisiae var. boulardii”

1


1.2 Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu khả năng bảo vệ tế bào nấm men S. boulardii của vi nang whey
protein, tạo tiền đề ứng dụng nấm men S. boulardii vào trong sản xuất các sản phẩm
thực phẩm và dược phẩm.
1.3 Nội dung thực hiện
-

Khảo sát ảnh hưởng của các hàm lượng whey protein isolate (WPI) đến khả
năng sống sót của các tế bào nấm men S. boulardii sau khi sấy phun.

-

Khảo sát ảnh hưởng của sự kết hợp giữa whey protein – lipid đến khả năng
sống sót của các tế bào nấm men S. boulardii sau khi sấy phun.

-

Khảo sát ảnh hưởng của sự kết hợp giữa WPI bán biến tính bởi nhiệt và lipid
đến khả năng sống sót của các tế bào nấm men S. boulardii sau khi sấy phun.

2


Chương 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Giới thiệu về nấm men S. boulardii

2.1.1 Phân loại
Nấm men S. boulardii có dạng đơn bào (Hình 2.1)

Hình 2.1. Hình thái tế bào S. boulardii (Smith, 2009).
S. boulardii được phân loại như sau (Seguela và cộng sự, 1984):
Ngành: Ascomycota
Phân ngành: Saccharomycotina
Lớp: Saccharomycetes
Bộ: Saccharomycetales
Họ: Saccharomycetaceae
Chi: Saccharomyces
Loài: Saccharomyces cerevisiae var. boulardii

3


S. cerevisiae var. boulardii được phân loại vào nhóm Saccharomyces cerevisiae
do có một số điểm chung về quá trình chuyển hóa và thuộc tính di truyền. S. boulardii
có khả năng duy trì và phục hồi hệ vi sinh vật đường ruột, vì thế, nấm men S. boulardii
được xem như một probiotic.
2.1.2 Lịch sử nghiên cứu nấm men Saccharomyces cerevisiae var. boulardii
S. boulardii được nhà khoa học người Pháp Henry Boulard phân lập từ vỏ trái
vải và măng cụt ở Indonesia năm 1923, khi ông quan sát thấy người dân địa phương sử
dụng vỏ của các loại quả này như một liệu pháp để chữa trị các triệu chứng của bệnh
tả.
Hiện nay, S. boulardii đã được sử dụng rộng rãi trên hơn 90 quốc gia. Hiệu quả
lâm sàng của S. boulardii đã được chứng minh trong nhiều nghiên cứu trên toàn thế
giới. Sản phẩm S. boulardii thương mại trên thị trường thường ở dạng đông khô.
Tác dụng của S. boulardii đối với cơ thể con người (theo Czerucka và Rampal,
2002) :

-

S. boulardii tiết ra 54-kDa protease có khả năng ức chế độc tố A và B do
Clostridium diffcile tiết ra.

-

Thụ thể lectin trên bề mặt tế bào nấm men làm cho Escherichia coli
và Salmonella typhimurium kết dính vào tế bào nấm men và bị loại thải qua
phân.

-

Giảm khả năng tiết quá mức nước và Cl- trong tiêu chảy do Vibrio cholerae bởi
tác động của men protease A120-kDa ức chế yếu tố cAMP ở tế bào ruột làm
giảm sự phóng thích Cl- và nước.

-

Tăng thủy phân đường đôi ở niêm mạc ruột làm giảm tiêu chảy do rối loạn tiêu
hóa và giảm hấp thu đường.

-

Kích thích sản xuất kháng thể IgA giúp cơ thề tăng đáp ứng miễn dịch chống
nhiễm trùng ruột.

-

Duy trì các acid béo chuỗi ngắn cần thiết cho sự hấp thu nước và điện giải.

2.1.3 Đặc điểm hình thái và sinh học
Tế bào nấm men S. boulardii có dạng hình cầu hoặc hình trứng, có kích thước
nhỏ từ 5-14µm.
4


Thông thường cấu tạo của tế bào nấm men bao gồm các thành phần sau (theo
Nguyễn Lân Dũng, 1997):
- Vách tế bào
- Màng tế bào chất: nằm sát vách tế bào, có cấu tạo chủ yếu là lipoprotein, giữ vai
trò điều hòa vận chuyển các chất dinh dưỡng cho tế bào.
- Tế bào chất: gồm có mạng lưới nội chất là vị trí của nhiều hệ thống enzyme khác
nhau, đảm bảo sự vận chuyển vật chất cho tế bào và các cấu tử khác nhau như bộ
máy Golgi, lysosom, không bào (chứa các sản phẩm bị phân cắt, hay chất độc lạ có
thể có hại cho tế bào). Năng lượng cung cấp cho tế bào qua những phản ứng xảy ra
trong ty thể cũng nằm trong tế bào chất. Trong tế bào chất có nhân chứa thông tin
di truyền cho tế bào và các thành phần liên quan trong quá trình sinh tổng hợp và
sinh sản của tế bào. Nhân nấm men có phần trên là trung thể (centrosome) và
centrochrometin và phần đáy của nhân có thêm không bào (vacuole), bên trong
chứa 6 cặp nhiễm sắc thể (NST) và bên ngoài màng nhân có nhiều ti thể bám
quanh. Ngoài ra còn có hạt glycogen, hạt mỡ dự trữ chất dinh dưỡng cho tế bào.
2.1.4 Đặc điểm sinh lý
Saccharomyces cerevisiae var. boulardii phát triển tốt ở pH 5,6 – 6 và ở nhiệt
độ 37 0C, có khả năng sinh trưởng nhanh do đó có thể cho một lượng sinh khối cao
trong một thời gian ngắn.
S. boulardii chịu đựng được môi trường acid của dạ dày và dịch vị đồng thời có
khả năng đề kháng di truyền với kháng sinh và cạnh tranh sinh trưởng với một số vi
sinh vật gây bệnh.
S. boulardii có khả năng hô hấp hiếu khí đồng thời cũng có khả năng hô hấp

yếm khí. S. boulardii sinh etylic rất yếu.
Tế bào S. boulardii có thể sinh sản vô tính thông qua mọc chồi hoặc hữu tính
thông qua sự hình thành của nang bào tử. Trong quá trình sinh sản vô tính, chồi mới
phát triển từ nấm men mẹ khi các điều kiện thích hợp và sau đó, khi chồi đạt tới kích
thước của nấm men trưởng thành thì nó tách ra khỏi nấm men mẹ. Khi các điều kiện
dinh dưỡng kém, nấm men có khả năng sinh sản hữu tính sẽ tạo ra các nang bào tử.
5


Trong quá trình tiêu hủy, S. boulardii lưu trú trong cơ thể người và động vật
khoảng 2 - 5 ngày, sau đó loại thải qua phân (Czerucka và cộng sự, 2007).
2.1.5 Ứng dụng của S. boulardii và probiotic
Khuynh hướng hiện tại của người tiêu dùng là càng ngày càng chuộng sử dụng
các sản phẩm chức năng tự nhiên. Châu Âu hiện đang dẫn đầu trong việc tiêu thụ các
sản phẩm probiotic. Tại Canada, probiotic có mặt trong các sản phẩm yaourt, nước trái
cây, thực phẩm chức năng, dược phẩm…
Ngoài dạng probiotic thường gặp trong yaourt, kefir,… probiotic còn được
thương mại hóa với các dạng sản phẩm (Nguyễn Thượng Chánh, 2007):
 Probiotic đông khô
 Viên nang: Mỗi viên thường chứa 2 đến 6 tỉ VSV. Thường có 2 đến 4 loại vi
sinh vật probiotic được kết hợp với nhau. Một số loại viên probiotic được bảo
quản ở dạng đông lạnh hoặc trữ lạnh, một số khác được giữ ỡ nhiệt độ bình
thường. Dạng được bảo quản lạnh chứa nhiều vi sinh vật sống hơn dạng bảo
quản bình thường.
 Bột: Dạng bột tan trong nước.
Tại Việt Nam, dạng bột đông khô S. boulardii chủ yếu đang được nhập khẩu và
sử dụng dưới dạng thuốc hỗ trợ tiêu hóa như Bioflora, Florastor 250, Ultra-levure hay
Normagut.
2.2 Giới thiệu về kĩ thuật vi bao
2.1.1 Định nghĩa

Kĩ thuật vi bao là kĩ thuật bao gói các chất rắn, lỏng hay khí (chất nền) vào một
lớp bao cực mỏng, lớp vỏ bao này sẽ giữ và bảo vệ chất nền không bị biến đổi làm
giảm chất lượng (đối với các chất nền mẫn cảm với nhiệt độ) hay hạn chế tổn thất (đối
với chất nền dễ bay hơi), nó chỉ giải phóng chất nền ra ngoài trong một số điều kiện
đặc biệt ( Lian và cộng sự, 2002).
2.1.2. Ứng dụng của kĩ thuật vi bao
Kĩ thuật vi bao đã được áp dụng từ thập niên 50 của thế kỷ XX để bao gói
những thành phần nhạy cảm trong thực phẩm (các chất dễ bay hơi, mẫn cảm với nhiệt
độ…) nhằm bảo vệ các thành phần này. Kể từ đó, kĩ thuật vi bao được ứng dụng và
6


nghiên cứu rộng rãi, số lượng các công trình nghiên cứu khoa học về lĩnh vực này
tăng nhanh trong hai thập niên gần đây như được thể hiện ở Hình 2.2.

Hình 2.2 Số lượng các nghiên cứu về kĩ thuật vi bao bằng các phương pháp
khác nhau từ 1955 đến 2005 (Gouin, 2004).
Trong đó theo thứ tự trên xuống dưới là các phương pháp vi bao:
-

Tạo giọt tụ

-

Sấy phun

-

Bao nano

-

Đĩa quay

-

RESS

-

Vi bao liposome

-

Sấy lạnh

-

Hóa lỏng chất bao

-

Ép đùn
Trong những năm gần đây, kĩ thuật vi bao được áp dụng nhiều hơn trong nhiều

ngành công nghiệp như thực phẩm, dược mỹ phẩm… Trong công nghiệp thực phẩm,
7


kĩ thuật vi bao được áp dụng trên nhiều nguyên liệu khác nhau như hương liệu,

vitamin, tinh dầu, nhựa dầu, enzyme, khoáng chất và đặc biệt là vi sinh vật.
Các nhà khoa học đã nghiên cứu thực hiện quá trình vi bao bằng nhiều kĩ thuật
khác nhau như sấy phun, sấy lạnh, ép đùn, đĩa quay… trên các nguyên liệu khác nhau
dựa trên ưu nhược điểm của từng phương pháp. Hiện nay, kĩ thuật sấy phun là kĩ thuật
vi bao được sử dụng rộng rãi nhất để vi bao các thành phần thực phẩm cũng như vi
sinh vật (Goui, 2004).
2.2.3 Kĩ thuật sấy phun
Quá trình sấy phun là quá trình chuyển động dòng nhập liệu dạng lỏng thành
sản phẩm dạng bột. Dòng nhập liệu được phân tán thành những hạt nhỏ li ti nhờ vào
cơ cấu phun sương.
Hình thức sấy phun được ứng dụng trong việc sản xuất các sản phẩm vi bao
như probiotic, giống vi sinh vật khởi động (starter culture) cho quá trình sản xuất
những sản phẩm lên men lactic. Tuy nhiên, tỉ lệ sống sót của vi sinh vật phụ thuộc vào
nhiệt độ sấy và tác động khử nước trong quá trình sấy cũng như bản chất của vật liệu
mang (Lian và cộng sự, 2002).
 Cơ sở khoa học của quá trình sấy phun
Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu dưới tác dụng của nhiệt.
Trong quá trình sấy, nước được tách ra khỏi vật liệu nhờ sự khuếch tán do:
-

Chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và bên trong vật liệu.

-

Chênh lệch áp suất hơi nước riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi
trường xung quanh.
Quá trình sấy phun có một số khác biệt so với các quá trình sấy khác. Mẫu

nguyên liệu đưa vào sấy phun ở dạng lỏng, còn sản phẩm thu được sau khi sấy ở dạng
bột, mẫu nguyên liệu khi vào thiết bị sấy sẽ được phân tán thành dạng hạt nhỏ li ti

trong buồng sấy. Chúng được tiếp xúc với tác nhân sấy là dòng không khí nóng, kết
quả là hơi nước được bốc đi nhanh chóng. Các sản phẩm sau sấy được tách ra khỏi tác
nhân sấy nhờ vào hệ thống thu hồi riêng (Lê Văn Việt Mẫn, 2004).
 Các giai đoạn của quá trình sấy phun
Quá trình sấy phun gồm những giai đoạn sau:
8


-

Giai đoạn phân tán dòng nhập liệu thành những hạt sương nhỏ li ti (giai đoạn
phun sương).

-

Giai đoạn trộn mẫu cần sấy vào không khí nóng, khi đó sẽ xảy ra quá trình bốc
hơi nước trong mẫu.

-

Giai đoạn thu hồi sản phẩm sau khi sấy từ dòng khí thoát.

 Ưu và khuyết điểm của kĩ thuật sấy phun
Ưu điểm:
- Thời gian tiếp xúc giữa nguyên liệu ở dạng hạt li ti với tác nhân sấy trong thiết bị
ngắn. Nhờ đó, nguyên liệu ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ như các phương pháp sấy
khác (trừ phương pháp sấy thăng hoa).
- Sản phẩm thu được ở dạng bột khô có hình dạng và kích thước tương đối đồng
nhất. Tỷ lệ khối lượng giữa các cấu tử không bay hơi trong sản phẩm tương tự như
trong mẫu nguyên liệu dạng lỏng ban đầu.

- Thiết bị sấy phun trong thực tế sản xuất thường có năng suất cao và làm việc liên
tục. Điều này góp phần làm hiện đại hóa các qui trình sản xuất công nghiệp.
Khuyết điểm:
- Không thể áp dụng với các nguyên liệu có độ nhớt quá cao.
- Chi phí đầu tư của thiết bị sấy phun khá cao so với các thiết bị sấy liên tục khác.
2.2.4 Máy sấy phun
 Các bộ phận của máy sấy phun:
Buồng sấy: Là nơi hòa trộn mẫu sấy và tác nhân sấy. Buồng sấy có nhiều hình
dạng khác nhau nhưng phổ biến là buồng sấy hình trụ đứng, đáy côn.
Dựa vào hướng chuyển động của dòng nguyên liệu và tác nhân sấy trong buồng
sấy người ta chia làm các kiểu buồng sấy phun như sau:
• Dòng nguyên liệu và tác nhân sấy chuyển động cùng chiều: đầu phun
nguyên liệu và cửa cho tác nhân sấy vào cùng được bố trí trên đỉnh
buồng sấy. Dòng nguyên liệu đi qua cơ cấu phun sẽ tạo thành dạng
sương mù và hòa trộn với tác nhân sấy cùng đi xuống phía đáy buồng
sấy. Ưu điểm của phương pháp này là có thể sử dụng môi chất sấy ở
9


nhiệt độ cao mà không sợ bị quá nhiệt vì tốc độ bay hơi lớn và thời gian
bay hơi ngắn. Nhiệt độ sản phẩm sấy có nhiệt độ thấp hơn tác nhân sấy.
• Dòng nguyên liệu và tác nhân sấy chuyển động ngược chiều: Đầu phun
nguyên liệu được bố trí trên buồng sấy, ngược lại, cửa vào của tác nhân
sấy được bố trí ở dưới buồng sấy.
• Dạng hỗn hợp: đầu phun nguyên liêu gần vị trí trung tâm của thân buồng
sấy. Còn cửa vào cho tác nhân sấy được bố trí trên đỉnh buồng sấy.
Bộ gia nhiệt: Dùng để gia nhiệt cho tác nhân sấy. Tác nhân gia nhiệt có thể là
hơi, dầu, gas, điện… Tác nhân sấy thông dụng nhất là không khí nóng.
Hệ thống thu hồi sản phẩm: Để tách sản phẩm ra khỏi buồng sấy, người ta có
thể sử dụng nhiều phương pháp như lắng xoáy tâm, lọc, lắng tĩnh điện… trong đó phổ

biến nhất phương pháp lắng xoáy tâm, sử dụng xylô. Khí thoát ra có sản phẩm sẽ di
chuyển vào xylô tử trên đỉnh theo phương tiếp tuyến với thiết bị. Bột sản phẩm sẽ di
chuyển theo quỹ đạo xoắn ốc và rơi xuống đáy xylô, không khí sạch thoát ra ngoài
theo cửa trên đỉnh xylô.
Quạt: Hệ thống quạt nhằm tạo ra dòng không khí và vận chuyển bột. Ở quy
mô công nghiệp, các thiết bị sấy phun thường được bố trí hệ thống 2 quạt. Quạt chính
được đặt sau hệ thống thu hồi sản phẩm từ dòng khí thoát, quạt phu được đặt trước
thiết bị gia nhiệt không khí trước khi vào buồng sấy.
Cơ cấu phun:
Cơ cấu phun có chức năng đưa nguyên liệu (dạng lỏng) vào buồng sấy dưới
dạng hạt sương mịn.
Hiện nay có ba dạng cơ cấu phun:
Đầu phun áp lực (pressure nozzle)
Đầu phun ly tâm (centrifugal/rotary atomizer)
Đầu phun khí động (pneumatic nozzle)
Cơ cấu phun áp lực: còn gọi là cơ cấu phun đơn dòng (single fluid nozzle).
Chất lỏng, dung dịch áp suất cao (30-680 atm) được đầy vào vòi phun có buồng xoắn

10


hoặc rãnh xoắn làm chất lỏng chuyển động xoay tròn khi gặp lỗ phun sẽ phân tán ra
thành dạng hạt sương. Kích thước hạt bột từ 120-150µm.

Hình 2.3 Đầu phun áp lực (pressure nozzle) (Niro, 2007).
Ghi chú:
1. Lỗ phun
2. Thân vỏ béc phun
3. Rãnh cho dịch vào
Ưu điểm của thiết bị này là có chi phí năng lượng thấp và cấu tạo đơn giản.

Khuyết điểm là đầu phun áp lực dễ bị tắc nghẽn và không thể sử dụng cho mẫu nguyên
liệu dạng huyền phù ở nồng độ cao, và năng suất thiết kế của các đầu phun áp lực
thường không cao.
Cơ cấu phun ly tâm: dưới tác dụng của lực ly tâm nên nguyên liệu bị văng
thành màng mỏng quanh dĩa vào môi trường tác nhân sấy trong buồng sấy với vận tốc
rất lớn. Do có lực ma sát với tác nhân sấy mà nguyên liệu bị xé nhỏ thành các hạt có
đường kính 8-18µm (Nguyễn Văn May, 2004).

11


Hình 2.4 Đầu phun li tâm (centrifugal/rotary atomizer) (Niro, 2007).
Ưu điểm của thiết bị này là các hạt sản phẩm có độ đồng nhất cao, đầu phun ít
bị tắc nghẽn, có thể sấy các mẫu dạng huyền phù, mẫu có độ nhớt cao và năng suất
hoạt động của đầu phun ly tâm khá cao, có thể lên tới 200 tấn nguyên liệu/giờ.
Khuyết điểm của thiết bị này là góc phun lớn (1800 do đó các buồng sấy thương
được thiết kế khá lớn, làm tăng chi phí đầu tư).
Cơ cấu phun khí động: sự phun thực hiện bởi áp suất của dòng khí nén lôi cuốn
thành dòng và phân tán thành giọt (Nguyễn Văn Lụa, 2001)

Hình 2.5 Đầu phun khí động (pneumatic nozzle) (Buma, 1971).
Ưu điểm của thiết bị này là có thể sử dụng cho các mẫu dạng huyền phù và có
độ nhớt cao và năng suất hoạt động của đầu phun khí động khá cao có thể lên đến 1
tấn nguyên liệu/giờ.
Khuyết điểm của thiết bị là có chi phí năng lượng cao.
 Thiết bị sấy phun được sử dụng trong thí nghiệm
12


Máy sấy phun KC-07 do công ty cơ nhiệt điện lạnh V.H.T., Việt Nam sản xuất

(Hình 2.6).

Hình 2.6: Máy sấy phun KC-07
Cấu tạo máy sấy phun gồm các bộ phận sau:
Cơ cấu phun: cơ cấu phun của máy sấy là loại vòi phun ly tâm.
Buồng sấy: được cấu tạo bằng thép không gỉ. Dòng nguyên liệu chuyển động,
từ trên đỉnh của buồng sấy, cùng chiều với tác nhân sấy.
Bộ phận gia nhiệt: Bộ phận gia nhiệt bằng điện đặt ở sau buồng sấy. Nhiệt độ
sấy có thể lên tới 200 0C.
Hệ thống quạt: lưu lượng khí vào không điều chỉnh được.
Bơm cấp liệu: Có 10 mức, mỗi mức có lưu lượng khác nhau tùy thuộc vào đặc
tính của nguyên liệu.
Xylo: tách khí nóng và bột sấy.
Ống xả: thoát khí nóng ra ngoài môi trường.
Bình chứa thu hồi: thu hồi bột sấy phun.
13


 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sau sấy phun
Gồm 4 nhóm yếu tố chính sau:
-

Đặc tính của nguyên liệu: nồng độ chất khô, độ nhớt, nhiệt độ dịch nguyên liệu
khi sấy, thành phần các chất có trong dịch nguyên liệu…

-

Thiết bị sấy phun: loại máy sấy phun, kích thước buồng sấy, hệ thống thu hồi
bột…

-

Các thông số kĩ thuật của quá trình sấy phun: nhiệt độ tác nhân sấy, lưu lượng
bơm, áp suất khí nén, lưu lượng không khí sấy, tỷ lệ giữa không khí sấy và dịch
sấy, thời gian lưu trong buồng sấy…

-

Môi trường sấy: nhiệt độ, ẩm độ của môi trường xung quanh…

 Chất mang trong kĩ thuật sấy phun
Chất mang được dùng trong kĩ thuật vi bao bằng phương pháp sấy phun phải
thỏa mãn những yêu cầu sau:
-

Độ tan tốt: nếu chất mang kém tan trong nước thì chúng sẽ không phân bố đều
trong dịch lỏng làm cho khả năng tiếp xúc với chất nền bị hạn chế, do đó mà
hiệu quả vi nang thấp. Hơn nữa, có thể làm nghẽn đầu phun trong quá trình
phun sương, ngược lại nếu chất mang tan tốt trong nước thì chúng dễ dàng hòa
trộn trong dịch lỏng nhờ đó mà hiệu quả vi bao sẽ đạt được kết quả tốt hơn.

-

Khả năng tạo màng tốt: để quá trình vi bao đạt hiệu quả tốt thì chất mang phải
có khả năng tạo màng tốt. Nhờ vậy mà khi liên kết với chất nền, chất mang này
có thể hình thành một lớp màng bao ngoài chắc chắn bảo vệ chất nền bên trong.

-

Khả năng tách nước tốt: trong quá trình sấy phun có giai đoạn tách nước trong

các hạt được phun sương vào buồng sấy. Nếu chất mang tách nước kém thì độ
ẩm của bột thành phần sẽ cao do thời gian tong buồng sấy ngắn, lúc đó các hạt
thành phẩm có khuynh hướng kết dính lại với nhau dẫn đến hiện tượng bột sản
phẩm dính vào thành thiết bị, gây khó khăn cho quá trình thu hồi sản phẩm.

-

Dung dịch chất bao trong nước có độ nhớt thấp: độ nhớt của hệ nhũ tương
quyết định chất lượng vi bao của sản phẩm khi sấy phun. Nếu dịch nhũ tương
có độ nhớt cao sẽ gây trở ngại cho quá trình phun sương dẫn đến các hạt thành
phẩm có kích thước không đồng đều, hiệu quả vi bao kém. Các chất bao sử
14


dụng trong công nghiệp thực phẩm bao gồm các loại gum tự nhiên,
carbonhydrate, sáp, protein sữa… Trong đó protein sữa và gum được sử dụng
nhiều nhất do đạt được hầu hết các yêu cầu trên.
 Chất mang được khảo sát trong thí nghiệm:
Whey protein là hợp chất sữa còn lại sau khi bị đông vón bởi acid (pH 4,6) hay
rennin, gồm proteose peptone và các protein phân tử lượng nhỏ khác (protein tan trong
nước).
- Whey protein khác với casein về cấu trúc và tính chất:
+ Không liên kết lại thành những mixel mà hòa tan trong nước
+ Có cấu trúc protein dạng hình cầu và có bậc 2,3.
+ Dễ biến tính bởi nhiệt độ.
- Thành phần gồm:
+ α-lactalbumin (25%), β-lactoglobulin (65%) được tổng hợp từ tuyến vú.
+ Albumin huyết thanh và globulin miễn dịch có nguồn gốc từ máu.
+ Proteose peptone: là phần protein không bị đông vón ở 95-1000C trong 20
phút và ở pH 4,7 nhưng bị đông vón với acid tricloracetic 12%.

+ Lactoferrin (20mg/100ml sữa bò) là một glycoprotein; liên kết với Fe3+ từ đó
ức chế sự phát triển của vi khuẩn do việc hấp thu sắt là cần cho sự sống của vi khuẩn.
- Cấu tạo: phân tử protein nối với 2 nguyên tử Fe và thành phần gồm nhiều loài
đường khác nhau như galactose, mannose, fructose… (Bargeman, 2003)

15