BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ HỒNG HÀ NGHIÊN CỨU THU NHẬN GELLAN TỪ Sphingomonas paucimobilis ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG TRONG CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM Ngành: Cơng nghệ sinh học Mã số: 9420201 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠNG NGHỆ SINH HỌC Hà Nội - 2018 Cơng trình đƣợc hồn thành tại: Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Thị Xuân Sâm TS Trần Thị Mai Phản biện 1: PGS TS Trần Đình Mấn Phản biện 2: PGS TS Nguyễn La Anh Phản biện 3: PGS TS Dương Văn Hợp Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi … giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: 1.Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội 2.Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Gellan polysaccharit ngoại bào, sinh tổng hợp nhóm vi khuẩn hiếu khí Sphingomonas sp Gellan Mỹ Châu Âu cho phép sử dụng thực phẩm, dược phẩm ngành công nghiệp khác chất tạo độ đặc, chất ổn định, chất làm dày chất tạo gel So với polysaccharit khác, gellan có nhiều lợi trì độ bền nhiệt độ cao (trên 90oC), ổn định khoảng pH rộng (3 - 8) nên ứng dụng nhiều sản xuất nước giải khát Trong sản xuất bánh, kẹo dẻo, thêm gellan giúp tạo gel mềm, mọng nước tăng nhiệt độ nóng chảy, ngăn cản tan chảy biến dạng sản phẩm Gellan thường cho gel mềm, đàn hồi, với tính chất tạo vi màng, có khả ngăn oxy nên thích hợp cho sử dụng tạo màng bao bảo quản Sản phẩm khử acyl gellan tác nhân làm đơng vượt trội gel có độ suốt cao, tạo gel giòn nồng độ thấp (dưới 0,4 %), có khả hồi phục nhiệt đun nóng làm lạnh, ứng dụng nhiều sản xuất thạch Sở hữu đặc tính quí báu trên, nên gellan ứng dụng rộng rãi chế biến bảo quản thực phẩm, nhu cầu thị trường ngày tăng Các cơng bố q trình sinh tổng hợp, thu nhận gellan giới cập nhật, bổ sung nhằm nâng cao hiệu suất chất lượng cho chế phẩm Ở Việt Nam, chưa có sở sản xuất gellan, gellan nhập ngoại sử dụng để bổ sung vào nhiều sản phẩm thực phẩm khác nhau, giá nhập cao (khoảng 20-50 usd/kg, tùy loại) Trong giai đoạn 2013-2015, nhóm nghiên cứu đề tài chúng tơi phân lập số chủng có khả sinh tổng hợp gellan cao (18-20 g/lít dịch nuôi) bước đầu khảo sát điều kiện lên men, thu hồi gellan, nhiên công nghệ chưa sẵn sàng, cần phải có nghiên cứu cải tiến nhằm nâng cao hiệu suất sinh tổng hợp Do vậy, đề tài “Nghiên cứu thu nhận gellan từ Sphingomonas paucimobilis định hướng ứng dụng công nghiệp thực phẩm” lựa chọn khuôn khổ luận án Mục tiêu nghiên cứu luận án: 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 chủng S paucimobilis lựa chọn; Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm gellan bảo quản, chế biến thực phẩm Nội dung nghiên cứu Lựa chọn chủng cho khả sinh tổng hợp gellan cao: Đánh giá khả sinh tổng hợp gellan chủng S paucimobilis GL4; So sánh khả sinh tổng hợp gellan hai chủng S paucimobilis GL4 S paucimobilis GL12 Nghiên cứu thu nhận gellan từ chủng S paucimobilis lựa chọn: Tối ưu hóa điều kiện sinh tổng hợp gellan bình tam giác; Xác định điều kiện sinh tổng hợp gellan bình lên men 10 lít; Xác định điều kiện tách chiết thu hồi chế phẩm gellan 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 Nghiên cứu thu nhận gellan khử acyl từ dịch lên men chủng S paucimobilis: Xác định điều kiện phản ứng chuyển hóa gellan thành gellan khử acyl; Xác định điều kiện tách chiết 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 Đánh giá chất lượng chế phẩm: Đánh giá chất lượng chế phẩm gellan từ S paucimobilis; Đánh giá chất lượng chế phẩm gellan khử acyl Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm gellan gellan khử acyl: Ứng dụng chế phẩm gellan tạo màng bao bảo quản chuối; Ứng dụng chế phẩm gellan khử acyl sản xuất thạch Ý nghĩa khoa học thực tiễn Về khoa học: Luận án nghiên cứu có hệ thống từ lựa chọn chủng giống, đến sinh tổng hợp, thu hồi khai thác khả ứng dụng gellan, chuyển hóa gellan thành gellan khử acyl Các kết nghiên cứu luận án dùng làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu thu nhận ứng dụng gellan polisaccharit ngoại bào khác từ nguồn vi sinh vật Về thực tiễn: Xây dựng qui trình cơng nghệ thu nhận gellan gellan khử acyl góp phần chủ động tạo nguồn phụ gia thực phẩm sở hữu đặc tính phù hợp cho ứng dụng bảo quản chế biến thực phẩm Kết - Đã xây dựng quy trình thu nhận gellan từ chủng S paucimobilis GL12 phân lập Việt Nam đạt 32,8 g/lít Giải pháp sử dụng nguồn bột đậu tương giàu tryptophan thay nguồn trypton, kết hợp cải thiện phương thức cấp ôxi việc bổ sung H2O2 theo bậc nhằm khắc phục độ nhớt dịch lên men nâng cao hiệu suất sinh tổng hợp gellan - Đã xây dựng quy trình chuyển hóa gellan thành gellan khử acyl có độ deacyl đạt 86% đáp ứng yêu cầu cho việc tạo gel có độ giịn độ cao - Đã đánh giá số đặc tính chế phẩm gellan gellan khử acyl từ S paucimobilis GL12 làm sở cho nghiên cứu ứng dụng chế biến, bảo quản thực phẩm - Đã bước đầu thành công việc ứng dụng gellan tạo màng bao bán thấm có khả ngăn khí giữ nước để kéo dài thời gian bảo quản chuối (18 ngày so với ngày mẫu đối chứng) Gel tạo từ chế phẩm gellan khử acyl đề tài bền ổn định môi trường pH thấp (pH