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 Công 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 quí báu trong quá 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 yêu thương vô bờ của tôi đến gia đình - nơi luôn 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.

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


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

3.5. 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 công 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 công 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 CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ......................... 104

vi


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Ký tự

Chú thích

ADN

Axit deoxyribonucleic

ADP

Adenosine diphosphate


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

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 mô 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

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 quá 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 môi 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


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 công bố về
quá 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 tôi 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

- 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