Nghiên cứu thu nhận gellan từ Sphingomonas paucimobilis định hướng ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm (Luận án tiến sĩ)

LỜI CẢM ƠN
Với tất cả sự chân thành và biết ơn nhất, tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS. Nguyễn
Thị Xuân Sâm - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và TS. Trần Thị Mai - Viện Cơ điện
Nông nghiệp và Cơng nghệ Sau thu hoạch đã tận tình hướng dẫn, động viên tinh thần cho tôi
trong suốt thời gian làm luận án; cảm ơn các Cô đã trang bị thêm cho em cách tiếp cận với
các phương pháp khoa học để em tự tin hơn trên con đường phía trước.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô thuộc Viện Công nghệ sinh học - Công
nghệ thực phẩm, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã truyền tải cho em thêm nhiều kiến
thức chuyên môn sâu cũng như cho những góp ý q báu trong q trình học tập và hoàn
thiện các nghiên cứu của luận án.
Nhân dịp này, xin bày tỏ niềm tri ân tới Ban lãnh đạo Viện Cơ điện Nông nghiệp và
Công nghệ Sau thu hoạch, Bộ môn Nghiên cứu Công nghệ sinh học Sau thu hoạch và các
bạn bè, đồng nghiệp, đã hết sức giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi yên tâm học tập
và nghiên cứu.
Lúc này đây, với tư cách là người con, người vợ và người mẹ, tôi muốn gửi thật
nhiều lời cảm ơn sâu sắc, tình cảm u thương vơ bờ của tơi đến gia đình - nơi ln là điểm
tựa tinh thần vững chắc và tiếp sức cho tôi trong suốt sự nghiệp phấn đấu.

Hà Nội, ngày 19 tháng 10 năm 2018

Nguyễn Thị Hồng Hà

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa
được tác giả khác công bố. Nghiên cứu của luận án có sự kế thừa của đề tài
ĐT.04.13/CNSHCB - Bộ Công thương và đã được sự đồng ý của các thành viên trong
nhóm nghiên cứu. Việc tham khảo nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn theo đúng
yêu cầu.

Hà Nội, ngày 19 tháng 10 năm 2018
GVHD 1

Nguyễn Thị Xuân Sâm

GVHD 2

Trần Thị Mai

ii

Tác giả

Nguyễn Thị Hồng Hà


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN........................................................................................................................ i
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ........................................................................................................................... iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................ viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ....................................................................... x
CÁC PHỤ LỤC KÈM THEO ........................................................................................... xii
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN................................................................................................ 4
1.1. THÔNG TIN CHUNG VỀ GELLAN VÀ GELLAN KHỬ ACYL ............................................ 4
1.1.1. Cấu tạo .................................................................................................................... 4
1.1.2. Tính chất.................................................................................................................. 4

1.1.3. Cơ chế tạo gel và các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tạo gel ................................. 5
1.1.4. Sphingomonas paucimobilis - nguồn sinh tổng hợp gellan .................................... 7
1.1.4.1. Đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hóa................................................................. 7
1.1.4.2. Cơ chế sinh tổng hợp gellan .............................................................................. 8
1.1.4.2. Động học quá trình sinh trưởng và tổng hợp gellan của S. paucimobilis .......... 9
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THU NHẬN GELLAN VÀ GELLAN KHỬ ACYL ..................... 11
1.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh tổng hợp gellan .................................... 11
1.2.1.1. Ảnh hưởng của tuổi giống và tỷ lệ giống ........................................................ 11
1.2.1.2. Ảnh hưởng của thành phần môi trường lên men ............................................. 11
1.2.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ, pH và điều kiện cấp khí .......................................... 14
1.2.1.4. Cải tạo chủng giống cho tăng khả năng sinh tổng hợp gellan ......................... 15
1.2.2. Thu hồi và làm sạch gellan từ dịch lên men.......................................................... 18
1.2.3. Chuyển hóa gellan thành gellan khử acyl ............................................................. 20
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GELLAN VÀ GELLAN KHỬ ACYL ..................... 21
1.3.1. Ứng dụng trong tạo màng bảo quản trái cây ......................................................... 21
1.3.2. Ứng dụng trong chế biến thực phẩm ..................................................................... 23
1.3.3. Ứng dụng trong các lĩnh vực khác ........................................................................ 25
1.4. VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN................................................................... 26
CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................... 29
2.1. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU VÀ TRANG THIẾT BỊ .......................................................... 29
2.1.1. Chủng giống, nguyên liệu chuối ........................................................................... 29
2.1.2. Môi trường ............................................................................................................ 29
2.1.3. Hóa chất ................................................................................................................ 30
2.1.4. Thiết bị, dụng cụ ................................................................................................... 30

iii


2.2. PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH

......................................................................................... 31
2.2.1. Xác định hàm lượng gellan và gellan khử acyl ..................................................... 31
2.2.2. Phân tích cấu trúc gellan và gellan khử acyl (phổ MNR) ..................................... 32
2.2.3. Xác định khối lượng phân tử của gellan ............................................................... 33
2.2.4. Xác định mức độ deacyl hóa (ĐĐA) của gellan khử acyl .................................... 34
2.2.5. Xác định độ bền gel của gellan khử acyl .............................................................. 35
2.2.6. Xác định khả năng tạo gel với các ion Ca+2 và Na+ .............................................. 35
2.2.7. Phân tích các chỉ tiêu hóa lý và vi sinh của gellan ................................................ 35
2.2.8. Xác định mật độ tế bào vi khuẩn ........................................................................... 36

2.2.9. Xác định hàm lượng protein.............................................................................36
2.2.10. Xác định hàm lượng màu carotenoid................................................................36
2.2.11. Phương pháp xử lí số liệu ................................................................................... 36
2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................................................... 36
2.3.1. Nhân giống và điều kiện bảo quản giống .............................................................. 36
2.3.2. Đánh giá khả năng sinh tổng hợp gellan của S. paucimobilis GL4....................... 36
2.3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng sinh tổng hợp gellan của chủng
S. paucimobilis GL12 ...................................................................................................... 37
2.3.3.1. Ảnh hưởng của nguồn nitơ .............................................................................. 37
2.3.3.2. Ảnh hưởng của việc bổ sung axit amin ........................................................... 37
2.3.3.3. Ảnh hưởng của việc bổ sung H2O2 .................................................................. 37
2.3.4. Tối ưu hóa mơi trường sinh tổng hợp gellan cho chủng S. paucimobilis GL12 .. 38
2.3.5. Xác định điều kiện sinh tổng hợp gellan trên bình lên men 10 lít ........................ 40
2.3.5.1. Xác định tốc độ khuấy ..................................................................................... 40
2.3.5.2. Xác định thời gian thu gellan ........................................................................... 40
2.3.6. Nghiên cứu thu hồi gellan từ dịch lên men ........................................................... 40
2.3.6.1. Nghiên cứu kết tủa gellan bằng dung môi hữu cơ ........................................... 40
2.3.6.2. Loại màu khỏi kết tủa gellan ........................................................................... 41
2.3.7. Xác định điều kiện sấy, bảo quản chế phẩm gellan dạng bột ............................... 41
2.3.7.1. Sấy đối lưu kết tủa gellan tạo chế phẩm dạng bột ........................................... 41

2.3.7.2. Nghiên cứu lựa chọn bao bì ............................................................................. 42
2.3.7.3. Xác định chế độ bảo quản ................................................................................ 42
2.3.8. Nghiên cứu thu nhận gellan khử acyl ................................................................... 42
2.3.8.1. Xác định điều kiện phản ứng chuyển hóa gellan thành gellan khử acyl ......... 42
2.3.8.2. Xác định tỷ lệ dịch/ethanol cho kết tủa gellan khử acyl .................................. 43
2.3.8.3. Xác định hiệu suất sấy chế phẩm gellan khử acyl ........................................... 43
2.3.8.4. Bảo quản chế phẩm gellan khử acyl ................................................................ 43
2.3.9. Ứng dụng chế phẩm gellan trong tạo màng bao bảo quản chuối …………… 43
2.3.9.1. Xác định công thức dung dịch tạo màng gellan............................................... 44
iv


2.3.9.2. Xác định thông số công nghệ của dung dịch tạo màng gellan......................... 44
2.3.9.3. Đánh giá hiệu quả bảo quản của màng ............................................................ 47
2.3.10. Ứng dụng chế phẩm gellan khử acyl trong sản xuất thạch dứa .......................... 48
2.3.10.1. Xác định hàm lượng gellan khử acyl thích hợp cho tạo gel thạch................. 48
2.3.10.2. Đánh giá hiệu quả bổ sung gellan khử acyl trong sản xuất thạch dứa ........... 48
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................... 50
3.1. LỰA CHỌN CHỦNG CHO KHẢ NĂNG SINH TỔNG HỢP GELLAN CAO ............................. 50
3.1.1. Đánh giá khả năng sinh tổng hợp gellan của chủng S. paucimobilis GL4................. 50
3.1.2. So sánh khả năng sinh tổng hợp gellan của chủng S. paucimobilis GL4 và
S. paucimobilis GL12 ...................................................................................................... 53
3.2. NGHIÊN CỨU THU NHẬN GELLAN TỪ CHỦNG S. PAUCIMOBILIS GL12 ............................54
3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến khả năng sinh tổng hợp gellan ......... 54
3.2.1.1. Ảnh hưởng của nitơ ......................................................................................... 54
3.2.1.2. Ảnh hưởng của việc bổ sung các axit amin ..................................................... 55
3.2.1.3. Ảnh hưởng của việc bổ sung H2O2 .................................................................. 56
3.2.1.4. Xác định thời gian lên men thích hợp cho thu nhận gellan ............................. 57
3.2.2. Tối ưu hóa điều kiện lên men sinh tổng hợp gellan từ S. paucimobilis GL12 ..58
3.2.3. Xác định điều kiện sinh tổng hợp gellan trên bình lên men 10 lít ........................ 61

3.2.3.1. Xác định tốc độ khuấy ..................................................................................... 61
3.2.3.2. Xác định thời gian thu hồi gellan..................................................................... 62
3.2.4. Nghiên cứu thu hồi gellan từ dịch lên men ........................................................... 63
3.2.4.1. Tiền xử lý dịch lên men và ly tâm loại sinh khối ............................................ 63
3.2.4.2. Nghiên cứu kết tủa gellan bằng dung môi hữu cơ ........................................... 65
3.2.4.3. Loại màu khỏi kết tủa gellan ........................................................................... 66
3.2.5. Sấy kết tủa gellan tạo chế phẩm dạng bột ............................................................. 68
3.2.6. Nghiên cứu xác định điều kiện bảo quản chế phẩm gellan ................................... 70
3.2.6.1. Nghiên cứu lựa chọn bao bì thích hợp cho chế phẩm...................................... 70
3.2.6.2. Xác định điều kiện bảo quản ........................................................................... 72
3.2.7. Đề xuất qui trình thu nhận gellan từ S. paucimobilis GL12..............................74
3.3. CHUYỂN HÓA GELLAN THÀNH GELLAN KHỬ ACYL .................................................. 76
3.3.1. Xác định điều kiện chuyển hóa gellan thành gellan khử acyl ............................... 76
3.3.1.1. Ảnh hưởng của pH đến mức độ deacyl từ gellan ............................................ 76
3.3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến mức độ deacyl .................................. 78
3.3.2. Kết tủa gellan khử acyl bằng ethanol .................................................................... 80
3.3.3. Sấy thu hồi chế phẩm gellan khử acyl .................................................................. 81
3.3.4. Bảo quản chế phẩm gellan khử acyl ..................................................................... 82
3.3.5. Đề xuất quy trình thu nhận chế phẩm gellan khử acyl .......................................... 83
3.4. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG CÁC CHẾ PHẨM ................................................................... 85
3.4.1. Đánh giá chất lượng chế phẩm gellan từ S. paucimobilis GL12 ........................... 85
v


3.4.1.1. Xác định cấu trúc gellan .................................................................................. 85
3.4.1.2. Xác định khối lượng phân tử gellan ................................................................ 87
3.4.1.3. Đánh giá các chỉ tiêu hóa lý, kim loại nặng và vi sinh vật của gellan ............. 88
3.4.2. Đánh giá chất lượng gellan khử acyl..................................................................... 90
3.4.2.1. Xác định cấu trúc gellan khử acyl ................................................................... 90
3.4.2.2. Đánh giá các chỉ tiêu hóa lý, kim loại nặng và vi sinh vật của gellan khử acyl90

3.5. THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG CHẾ PHẨM GELLAN VÀ GELLAN KHỬ ACYL .................... 91
3.5.1. Ứng dụng chế phẩm gellan trong tạo màng bao bảo quản chuối .......................... 91
3.5.1.1. Xác định hàm lượng gellan thích hợp trong cơng thức dung dịch tạo màng ... 91
3.5.1.2. Xác định thông số kỹ thuật của màng bao gellan lựa chọn ............................. 93
3.5.1.3. Đánh giá hiệu quả bảo quản chuối của màng bao gellan ................................. 93
3.5.2. Ứng dụng chế phẩm gellan khử acyl trong sản xuất thạch dứa ............................ 97
3.5.2.1. Xác định hàm lượng gellan khử acyl thích hợp cho trong cơng thức thạch .... 97
3.5.2.2. Đánh giá chỉ tiêu cảm quan sản phẩm thạch.................................................... 98
3.5.2.3. Đánh giá chỉ tiêu an toàn thực phẩm sản phẩm thạch ................................... 100
4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 102
4.1. KẾT LUẬN .................................................................................................................. 102
4.2. KIẾN NGHỊ ................................................................................................................. 103
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ......................... 104

vi


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Ký tự

Chú thích

ADN

Axit deoxyribonucleic

ADP

Adenosine diphosphate

AL/PE

Màng nhơm PE

Al-Foil

Lá nhơm mỏng

BOPP/PE

Màng Biaxial Oriented Polypropylene PE

Cp

Centipoazo đơn vị tính độ nhớt

CT

Cơng thức

ĐC

Đối chứng

TN

Thí nghiệm

ĐĐA

Mức độ deacyl

ĐVTN

Động vật thí nghiệm

GFC

Sắc ký lọc gel

HDPE

Polyethylene tỷ trọng cao

MDPE

Polyethylene tỷ trọng trung bình

NMR

Cộng hưởng từ hạt nhân

Ny/PE

Màng nylon PE

PE

Polyethylene

PET

Polyethylene terephthalate

PVDC

Polyvinylidende chloride

TSS

Chất rắn hòa tan tổng số

vii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Đặc điểm khác nhau giữa gellan và gellan khử acyl ............................................ 5
Bảng 1.2. Ảnh hưởng chủng giống, nguồn dinh dưỡng, điều kiện nuôi cấy đến khả năng
sinh tổng hợp gellan............................................................................................................. 17
Bảng 1.3. Đặc điểm và hiệu quả gellan ............................................................................... 24
Bảng 2.1. Đặc tính của gellan và gellan khử acyl dùng làm mẫu chuẩn ............................ 30
Bảng 2.2. Thời gian và liều lượng H2O2 khảo sát ............................................................... 38
Bảng 2.3. Các yếu tố và các mức của yếu tố trong thí nghiệm tối ưu khả năng sinh tổng
hợp gellan từ chủng S. pausimobilis GL12 .......................................................................... 38
Bảng 2.4. Ma trận thực nghiệm tối ưu khả năng sinh tổng hợp gellan từ chủng S.
pausimobilis GL12 ............................................................................................................... 39
Bảng 2.5. Chỉ số màu chuẩn cho chuối ............................................................................... 44
Bảng 2.6. Tỷ lệ thành phần trong các công thức tạo dung dịch màng gellan ..................... 44
Bảng 2.7. Các chỉ tiêu đánh giá cảm quan chuối ................................................................ 46

Bảng 2.8. Phiếu cho điểm của phép thử cảm quan.............................................................. 47
Bảng 2.9. Bảng điểm cảm quan của sản phẩm thạch dứa ................................................... 48
Bảng 2.10. Bảng mức chất lượng sản phẩm theo tổng số điểm trung bình của thành viên
trong hội đồng cảm quan ..................................................................................................... 49
Bảng 3.1. So sánh khả năng sinh tổng hợp gellan của hai chủng S. paucimobilis GL4 và
S. paucimobilis GL12 ........................................................................................................... 53
Bảng 3.2. Ảnh hưởng các nguồn nit đến khả năng sinh tổng hợp gellan
của S. paucimobilis GL12 .................................................................................................... 54
Bảng 3.3. Ảnh hưởng củ các xit min đến khả năng sinh tổng hợp gellan ..................... 56
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của việc bổ sung H2O2 tới khả năng tích lũy sinh khối và gellan ..... 57
Bảng 3.5. Kết quả ma trận thực nghiệm tối ưu khả năng sinh tổng hợp gellan từ chủng S.
pausimobilis GL12 ............................................................................................................... 59
Bảng 3.6. Kết quả phân tích phư ng s i Anov của mơ hình ............................................ 60
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý dịch lên men đến hiệu quả tách gellan khỏi tế bào
vi khuẩn ................................................................................................................................ 64
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý dịch tới khả năng loại protein khỏi dịch lên men 65
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của số lần kết tủa lặp lại đến hiệu suất thu hồi gellan và khả năng
loại màu ............................................................................................................................... 67
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hiệu suất và chất lượng gellan thành phẩm .. 68
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của thời gian sấy đến hiệu suất thu hồi gellan ............................... 69
Bảng 3.12. Ảnh hưởng củ độ dày lớp vật liệu sấy đến hiệu suất thu hồi gellan ................ 70
Bảng 3.13. Đánh giá hiệu suất thu hồi gellan từ dịch nổi lên men chủng S. paucimobilis
GL12 .................................................................................................................................... 70

viii


Bảng 3.14. Sự th y đổi độ ẩm và độ nhớt của gellan sau 06 tháng bảo quản .................... 72
Bảng 3.15. Ảnh hưởng của nhiệt độ bảo quản đến chất lượng sản phẩm gellan ................ 73
Bảng 3.16. Các chỉ tiêu cảm quan, hóa lý và vi sinh của chế phẩm gell n trước và sau khi

bảo quản 06 tháng ............................................................................................................... 73
Bảng 3.17. Ảnh hưởng của pH xử lý tới mức độ deacyl của gellan .................................... 78
Bảng 3.18. Xác định hiệu xuất sấy thu hồi gellan khử acyl ................................................ 81
Bảng 3.19. Đánh giá hiệu suất thu hồi gellan khử acyl từ dịch nổi lên men chủng S.
paucimobilis GL12 ............................................................................................................... 82
Bảng 3.20. Các chỉ tiêu cảm quan, hóa lý và vi sinh của chế phẩm gellan khử cyl trước và
sau khi bảo quản 06 tháng ................................................................................................... 82
Bảng 3.21. Kết quả phân tích chất lượng và ATTP của chế phẩm gellan ........................... 89
Bảng 3.22. Kết quả phân tích chất lượng của sản phẩm gellan khử acyl ........................... 91
Bảng 3.23. Ảnh hưởng củ hàm lượng gellan trong công thức tạo màng đến hiệu quả bảo
quản chuối............................................................................................................................ 92
Bảng 3.24. Một số chỉ tiêu và đặc tính hóa lý của dung dịch tạo màng gellan ................... 93
Bảng 3.25. Ảnh hưởng củ màng b o đến các chỉ tiêu sinh lý của chuối trong quá trình
bảo quản .............................................................................................................................. 94
Bảng 3.26. Kết quả đánh giá chất lượng cảm quan chuối sau 18 ngày bảo quản .............. 96
Bảng 3.27. Xác định tỉ lệ gellan khử acyl bổ sung thích hợp trong thành phần thạch........ 98
Bảng 3.28. Đánh giá chỉ tiêu cảm quan thạch dứa có bổ sung gellan ................................ 99
Bảng 3.29. Chỉ tiêu ATTP và các tính chất cảm quan của thạch ...................................... 101

ix


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Cấu trúc hóa học của gellan (A) và gellan khử acyl (B) ....................................... 4
Hình 1.2. C chế tạo gel của gellan ..................................................................................... 6
Hình 1.3. C chế tạo gel của gellan khi có mặt các cation ................................................... 6
Hình 1.4. C chế sinh tổng hợp gellan .................................................................................. 9
Hình 1.5. Động học quá trình STH gellan từ chủng S. paucimobilis ATCC 31.461........... 10
Hình 1.6. S đồ chung thu nhận gellan từ dịch lên men ...................................................... 19
Hình 1.7. S đồ chung thu nhận gellan khử acyl từ gellan ................................................. 20

Hình 2.1. Khuẩn lạc của S. paucimobilis GL12 (A) và S. paucimobilis GL4 (B)................ 29
Hình 2.2. Đường chuẩn gellan ........................................................................................... 32
Hình 2.3. Đường chuẩn gellan khử acyl .............................................................................. 32
Hình 2.4. Phư ng pháp xác định độ nhớt thực .................................................................... 34
Hình 3.1. Ảnh hưởng của các nguồn nit

tới khả năng sinh tổng hợp gellan của S.

paucimobilis GL4 ................................................................................................................. 50
Hình 3.2. Ảnh hưởng nồng độ trypton tới khả năng sinh tổng hợp gellan của S.
paucimobilis GL4 ................................................................................................................. 51
Hình 3.3. Ảnh hưởng của các nguồn cacbon tới khả năng sinh tổng hợp gellan
từ S. paucimobilis GL4 ........................................................................................................ 52
Hình 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ glucose tới khả năng sinh tổng hợp gellan
từ S. paucimobilis GL4 ....................................................................................................... 52
Hình 3.5. Động học quá trình sinh tổng hợp gellan của chủng S. paucimobilis GL4 ......... 53
Hình 3.6. Ảnh hưởng nồng độ bột đậu tư ng đến khả năng sinh tổng hợp gellan
của S. paucimobilis GL12 .................................................................................................... 55
Hình 3.7. Ảnh hưởng của tỷ lệ -threonine đến khả năng sinh tổng hợp gellan ................. 56
Hình 3.8. Động học q trình sinh trưởng và tích lũy gell n của chủng S. paucimobilis
GL12 .................................................................................................................................... 58
Hình 3.9. Bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng các yếu tố đến hàm lượng gellan ............... 60
Hình 3.10. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy tới khả năng tạo gellan ....................................... 62
Hình 3.11. Động học quá trình sinh tổng hợp gellan của chủng S. paucimobilis GL12 trên
hệ thống bình lên men sục khí .............................................................................................. 63
Hình 3.12. Ảnh hưởng của các loại dung mơi tới hiệu suất thu hồi gellan ......................... 65
Hình 3.13. Ảnh hưởng của tỷ lệ dịch lên men/eth nol đến hiệu suất thu hồi gellan ........... 66
Hình 3.14. Sự cải thiện màu sắc của kết tủa gellan qua các lần kết tủa lặp lại .................. 67
x

Hình 3.15. Qui trình cơng nghệ thu nhận gellan dạng bột từ chủng S. paucimobilis GL12
trên hệ thống bình lên men 10 lít ......................................................................................... 75
Hình 3.16. Phổ IR của các mẫu gellan và gellan khử acyl .................................................. 77
Hình 3.17. Ảnh hưởng của thời gi n de cyl đến độ deacyl của gellan ............................... 79
Hình 3.18. Phổ IR của gellan khử acyl ( phản ứng pH = 10 / 10 phút) .................................. 80
Hình 3.19. Ảnh hưởng của tỷ lệ dịch gellan khử cyl/eth nol đến hiệu suất thu hồi .......... 80
Hình 3.20. Kết tủa gellan khử acyl sau 1 lần kết tủa cồn .................................................... 81
Hình 3.21. Qui trình thu nhận chế phẩm gellan khử acyl .................................................... 84
Hình 3.22. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân - NMR hai chiều của mẫu gellan chuẩn.............. 86
Hình 3.23. So sánh phổ proton của gellan chuẩn và gellan từ S. paucimobilis GL12 Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.24. Đồ thị biểu diễn mối tư ng qu n giữ độ nhớt rút gọn và nồng độ gellan ....... 88
Hình 3.25. So sánh phổ proton của gellan khử acyl chuẩn và gellan khử acyl từ S.
paucimobilis GL12 ............................................................................................................... 90
Hình 3.26. Sự biến đổi hàm lượng chất khô tổng số của chuối theo thời gian bảo quản ..... 96
Hình 3.27. Một số hình ảnh bảo quản chuối từ màng bao gellan ....................................... 97
Hình 3.28. Ứng dụng gellan khử acyl trong sản xuất thạch dứa......................................... 99

xi


CÁC PHỤ LỤC KÈM THEO
Phụ lục 1

Hồ sơ chủng S. paucimobilis GL2 và kết quả Đánh giá độc tính cấp trên
chuột

Phụ lục 2

Các bảng và số liệu về kết quả chạy tối ưu hóa điều kiện sinh tổng hợp
gellan từ chủng S. paucimobilis GL12

xii


MỞ ĐẦU
Gellan là một polysaccharit ngoại bào, được sinh tổng hợp bởi nhóm vi khuẩn hiếu
khí Sphingomonas sp. Gellan đã được Mỹ và Châu Âu cho phép sử dụng trong thực phẩm,
dược phẩm và các ngành công nghiệp khác như một chất tạo độ đặc, chất ổn định, chất làm
dày và chất tạo gel.
So với các polysaccharit khác, gellan có nhiều lợi thế như có thể duy trì độ bền ở
nhiệt độ cao (trên 90oC), ổn định trong khoảng pH rộng (3 - 8) nên được ứng dụng nhiều
trong sản xuất nước giải khát. Trong sản xuất bánh, kẹo dẻo, khi thêm gellan giúp tạo gel
mềm, mọng nước và tăng được nhiệt độ nóng chảy, ngăn cản sự tan chảy và biến dạng sản
phẩm. Gellan thường cho ra gel mềm, đàn hồi, trong và với tính chất tạo vi màng, có khả
năng ngăn oxy nên cũng rất thích hợp cho sử dụng tạo màng bao bảo quản quả.
Sản phẩm khử acyl của gellan là tác nhân làm đông vượt trội với sự trong suốt cao,
tạo gel giòn ở nồng độ thấp (dưới 0,4 %), có khả năng hồi phục nhiệt khi đun nóng và làm
lạnh, được ứng dụng nhiều trong sản xuất thạch.
Sở hữu những đặc tính quí báu trên, nên hiện nay gellan được ứng dụng rộng rãi
trong chế biến và bảo quản thực phẩm, nhu cầu về thị trường ngày một tăng. Các cơng bố về
q trình sinh tổng hợp, thu nhận gellan trên thế giới cũng luôn được cập nhật, bổ sung các
thông tin về cải tạo chủng giống, điều kiện lên men, thu hồi nhằm nâng cao hiệu suất và chất
lượng cho chế phẩm.
Ở Việt Nam, hiện chưa có cơ sở nào sản xuất được gellan, gellan nhập ngoại đã được
sử dụng để bổ sung vào nhiều sản phẩm thực phẩm khác nhau, tuy nhiên giá của chúng vẫn
còn cao (khoảng 20-50 usd/kg tùy loại). Trong giai đoạn 2013-2015, nhóm nghiên cứu của
đề tài chúng tơi đã phân lập được một số chủng có khả năng sinh tổng hợp gellan khá cao
(18-20 g/lit dịch nuôi). Đề tài cũng đã bước đầu khảo sát được các điều kiện lên men, thu hồi

gellan, tuy nhiên công nghệ chưa sẵn sàng cần phải có các nghiên cứu cải tiến hơn nữa nhằm
nâng cao hiệu suất sinh tổng hợp gellan và hồn thiện hơn các đánh giá về đặc tính, chất
lượng cho các chế phẩm gellan, gellan khử acyl làm cơ sở cho các nghiên cứu ứng dụng
chúng. Do vậy, đề tài “Nghiên cứu thu nhận gellan từ Sphingomonas paucimobilis định
hướng ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm” đã được lựa chọn trong khuôn khổ của
luận án này.

1


Mục tiêu nghiên cứu
- Xây dựng qui trình thu nhận gellan từ chủng S. paucimobilis lựa chọn.
- Xây dựng qui trình thu nhận gellan khử acyl từ dịch lên men gellan của chủng
S. paucimobilis lựa chọn.
- Nghiên cứu ứng dụng các chế phẩm gellan trong bảo quản, chế biến thực phẩm.

Nội dung nghiên cứu
1. Lựa chọn chủng cho khả năng sinh tổng hợp gellan cao
- Đánh giá khả năng sinh tổng hợp gellan của chủng S. paucimobilis GL4
- So sánh khả năng sinh tổng hợp gellan của hai chủng S. paucimobilis GL4 và
S. paucimobilis GL12.
2. Nghiên cứu thu nhận gellan từ chủng S. paucimobilis lựa chọn
- Tối ưu hóa điều kiện sinh tổng hợp gellan trên bình tam giác
- Xác định điều kiện sinh tổng hợp gellan trên bình lên men10 lít
- Xác định điều kiện tách chiết và thu hồi chế phẩm gellan dưới dạng bột
- Nghiên cứu điều kiện bảo quản thích hợp cho chế phẩm
- Đề xuất quy trình thu nhận gellan từ chủng S. paucimobilis lựa chọn
3. Nghiên cứu thu nhận gellan khử acyl từ dịch lên men của chủng S. paucimobilis
- Xác định điều kiện phản ứng chuyển hóa gellan thành gellan khử acyl
- Xác định điều kiện tách chiết và sấy kết tủa gellan khử acyl

- Xác định điều kiện bảo quản chế phẩm gellan khử acyl
- Đề xuất quy trình thu nhận gellan khử acyl
4. Đánh giá chất lƣợng các chế phẩm gellan
- Đánh giá chất lượng chế phẩm gellan từ S. paucimobilis
- Đánh giá chất lượng chế phẩm gellan khử acyl
5. Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm gellan và gellan khử acyl
- Ứng dụng chế phẩm gellan trong tạo màng bao bảo quản chuối
- Ứng dụng chế phẩm gellan khử acyl trong sản xuất thạch dứa

Những kết quả mới của luận án
- Đã xây dựng được quy trình thu nhận gellan từ chủng S. paucimobilis GL12 phân lập
tại Việt Nam. Sử dụng nguồn bột đậu tương giàu tryptophan có giá thành rẻ hơn thay
thế cho nguồn trypton, kết hợp với việc bổ sung theo bậc H2O2 khắc phục độ nhớt dịch
2


Luận án đủ ở file: Luận án full