Luận văn thạc sĩ công nghệ sinh học thăm dò các thông số cho quá trình lên men mật ong giàu acid gluconic định hướng ứng dụng trong mỹ phẩm

Nghiên cứu quá trình lên men mật ong giàu acid gluconic, ứng dụng trong mỹ phẩm, mang lại tiềm năng mới cho ngành công nghiệp làm đẹp.

• Tác giả: Trần Thị Ngọc Diệp
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thúy Hương
• Trường học: Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Thăm Dò Các Thông Số Cho Quá Trình Lên Men Mật Ong Giàu Acid Gluconic - Định Hướng Ứng Dụng Trong Mỹ Phẩm
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Tp. HCM

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Lên Men Mật Ong Giàu Acid Gluconic

Mật ong, một chất ngọt tự nhiên do ong tạo ra từ dịch ngọt của cây và dịch tiết côn trùng, là nguyên liệu quý giá. Quá trình lên men mật ong mở ra tiềm năng tạo ra sản phẩm giàu acid gluconic, một acid polyhydroxy (PHA) có giá trị. Nghiên cứu này tập trung vào việc khai thác mật ong lên men để ứng dụng trong mỹ phẩm. Mục tiêu là tạo ra một sản phẩm tự nhiên, vừa có khả năng tẩy tế bào chết (nhờ acid gluconic), vừa cung cấp dưỡng chất cho da (từ mật ong và các sản phẩm lên men). Việc tìm hiểu các thông số và quy trình lên men tối ưu là chìa khóa để tạo ra sản phẩm chất lượng, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường về mỹ phẩm tự nhiên và an toàn. Theo tài liệu gốc, việc này có thể tận dụng các sản phẩm phụ như nước dừa già.

1.1. Giá Trị Của Mật Ong Lên Men Trong Ngành Mỹ Phẩm

Sử dụng mật ong lên men trong mỹ phẩm là một xu hướng đang phát triển, đặc biệt ở các nước như Nhật Bản và Hàn Quốc. Lợi ích của mật ong lên men đến từ sự kết hợp giữa đặc tính dưỡng ẩm, kháng khuẩn của mật ong và khả năng tẩy tế bào chết nhẹ nhàng của acid gluconic. Điều này tạo ra một sản phẩm lý tưởng cho việc chăm sóc da hàng ngày, giúp da sáng mịn và khỏe mạnh hơn. Các nghiên cứu khoa học về mật ong cũng chỉ ra tiềm năng chống oxy hóa và làm dịu da, càng làm tăng thêm giá trị của nó trong ngành mỹ phẩm.

1.2. Các Chủng Vi Sinh Vật Sử Dụng Trong Quá Trình Lên Men

Quá trình lên men mật ong thường sử dụng các chủng vi sinh vật lên men, đặc biệt là vi khuẩn Gluconacetobacter xylinus, để chuyển hóa glucose trong mật ong thành acid gluconic. Việc lựa chọn chủng vi sinh vật phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả sản xuất acid gluconic và chất lượng sản phẩm cuối cùng. Nghiên cứu cần tập trung vào việc thu thập, sàng lọc và đánh giá khả năng sinh tổng hợp acid gluconic của các chủng vi sinh vật khác nhau, từ đó xây dựng bộ giống vi sinh vật phù hợp.

II. Thách Thức Trong Lên Men Mật Ong Tạo Acid Gluconic

Mặc dù có nhiều tiềm năng, quá trình lên men mật ong để sản xuất acid gluconic cũng đối mặt với một số thách thức. Một trong những thách thức lớn nhất là kiểm soát các điều kiện lên men để tối ưu hóa hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Các yếu tố như nồng độ acid gluconic, pH, nhiệt độ, thời gian lên men và tỷ lệ pha loãng mật ong đều có thể ảnh hưởng đáng kể đến quá trình sinh tổng hợp acid gluconic. Ngoài ra, việc đảm bảo chất lượng mật ong lên men, tránh nhiễm tạp và duy trì độ ổn định của sản phẩm cũng là những vấn đề cần được giải quyết.

2.1. Ảnh Hưởng Của Các Thông Số Lên Men Đến Chất Lượng Sản Phẩm

Các thông số như tỷ lệ pha loãng mật ong, tỷ lệ giống ban đầu, pH và nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sinh học của vi sinh vật và hiệu quả lên men. Ví dụ, tỷ lệ pha loãng mật ong ảnh hưởng đến nồng độ acid gluconic có thể đạt được. pH và nhiệt độ ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme gluconic và sự phát triển của vi sinh vật. Do đó, việc khảo sát và tối ưu hóa các thông số này là rất cần thiết.

2.2. Kiểm Soát Nhiễm Tạp Trong Quá Trình Lên Men Mật Ong

Nhiễm tạp là một vấn đề nghiêm trọng trong quá trình lên men, có thể làm giảm hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Việc sử dụng mật ong chất lượng, tuân thủ nghiêm ngặt các quy trình vệ sinh và khử trùng, và kiểm soát chặt chẽ các điều kiện lên men là rất quan trọng để ngăn ngừa nhiễm tạp. Việc lựa chọn chủng vi sinh vật có khả năng cạnh tranh cao cũng có thể giúp hạn chế sự phát triển của các vi sinh vật gây hại.

III. Phương Pháp Tối Ưu Hóa Quá Trình Lên Men Mật Ong

Để giải quyết các thách thức trên, nghiên cứu tập trung vào việc tìm ra các phương pháp lên men tối ưu. Điều này bao gồm việc khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như tỷ lệ pha loãng mật ong, tỷ lệ giống ban đầu, pH, nhiệt độ và thời gian lên men đến khả năng hình thành acid gluconic. Đồng thời, nghiên cứu cũng sử dụng hệ thống Fermenter BIO FLO để kiểm soát chặt chẽ các điều kiện lên men và đánh giá các biến động trong quá trình lên men. Mục tiêu là xác định các thông số tối ưu để đạt được nồng độ acid gluconic cao nhất và chất lượng mật ong lên men tốt nhất.

3.1. Khảo Sát Ảnh Hưởng Của Tỷ Lệ Pha Loãng Mật Ong

Tỷ lệ pha loãng mật ong ảnh hưởng đến nồng độ đường và các chất dinh dưỡng khác trong môi trường lên men. Việc pha loãng quá nhiều có thể làm giảm tốc độ lên men, trong khi pha loãng quá ít có thể ức chế sự phát triển của vi sinh vật do nồng độ đường quá cao. Nghiên cứu cần tìm ra tỷ lệ pha loãng tối ưu để cân bằng giữa việc cung cấp đủ dinh dưỡng cho vi sinh vật và tránh ức chế sự phát triển của chúng.

3.2. Tối Ưu Hóa pH và Nhiệt Độ Cho Quá Trình Lên Men

pH và nhiệt độ là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme gluconic và sự phát triển của vi sinh vật. Mỗi chủng vi sinh vật có một khoảng pH và nhiệt độ tối ưu để phát triển và sinh tổng hợp acid gluconic. Nghiên cứu cần khảo sát ảnh hưởng của các giá trị pH và nhiệt độ khác nhau đến quá trình lên men để xác định các điều kiện tối ưu cho chủng vi sinh vật được sử dụng.

IV. Ứng Dụng Mật Ong Lên Men Trong Sản Phẩm Tẩy Trang Dưỡng Da

Sau khi tối ưu hóa quá trình lên men, nghiên cứu tập trung vào việc ứng dụng mật ong lên men giàu acid gluconic trong sản phẩm tẩy trang dưỡng da. Sản phẩm này tận dụng khả năng tẩy tế bào chết nhẹ nhàng của acid gluconic để loại bỏ bụi bẩn và lớp trang điểm, đồng thời cung cấp dưỡng chất từ mật ong để nuôi dưỡng và làm mềm da. Nghiên cứu cũng đánh giá độ ổn định chất lượng của sản phẩm, đảm bảo rằng sản phẩm giữ được các đặc tính mong muốn trong quá trình bảo quản và sử dụng.

4.1. Đánh Giá Hiệu Quả Tẩy Trang và Dưỡng Ẩm Của Sản Phẩm

Để đánh giá hiệu quả của sản phẩm, cần thực hiện các thử nghiệm lâm sàng để xác định khả năng tẩy trang và dưỡng ẩm của sản phẩm. Các thử nghiệm này có thể bao gồm việc đánh giá khả năng loại bỏ các loại trang điểm khác nhau, đo độ ẩm của da sau khi sử dụng sản phẩm và đánh giá cảm quan của người dùng về độ mềm mịn và thoải mái của da.

4.2. Nghiên Cứu Độ Ổn Định Của Sản Phẩm Trong Điều Kiện Bảo Quản

Độ ổn định của sản phẩm là một yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm trong quá trình bảo quản và sử dụng. Nghiên cứu cần đánh giá sự thay đổi của các chỉ tiêu chất lượng như màu sắc, mùi vị, độ nhớt và nồng độ acid gluconic trong quá trình bảo quản ở các điều kiện nhiệt độ và độ ẩm khác nhau. Từ đó, xác định thời hạn sử dụng và điều kiện bảo quản phù hợp cho sản phẩm.

V. Kết Luận và Hướng Nghiên Cứu Phát Triển Mật Ong Lên Men

Nghiên cứu này đã khám phá tiềm năng của việc lên men mật ong để tạo ra sản phẩm giàu acid gluconic có thể ứng dụng mỹ phẩm. Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc kiểm soát các thông số lên men có vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa sản xuất acid gluconic. Sản phẩm tẩy trang dưỡng da từ mật ong lên men hứa hẹn là một giải pháp tự nhiên và hiệu quả cho việc chăm sóc da. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu về công nghệ lên men tiên tiến, mở rộng ứng dụng của mật ong lên men trong các sản phẩm mỹ phẩm khác và đánh giá tác dụng của sản phẩm trên nhiều loại da khác nhau.

5.1. Phát Triển Các Sản Phẩm Mỹ Phẩm Khác Từ Mật Ong Lên Men

Ngoài sản phẩm tẩy trang dưỡng da, mật ong lên men có thể được sử dụng để phát triển nhiều sản phẩm mỹ phẩm khác như kem dưỡng da, sữa rửa mặt, mặt nạ và serum. Việc kết hợp mật ong lên men với các thành phần tự nhiên khác có thể tạo ra các sản phẩm chăm sóc da đa dạng và hiệu quả.

5.2. Nghiên Cứu Tác Dụng Của Mật Ong Lên Men Trên Các Loại Da

Mỗi loại da có những đặc điểm và nhu cầu khác nhau. Nghiên cứu cần đánh giá tác dụng của mật ong lên men trên các loại da khác nhau như da khô, da dầu, da hỗn hợp và da nhạy cảm để đưa ra các khuyến nghị sử dụng phù hợp và phát triển các sản phẩm chuyên biệt cho từng loại da.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về mật ong 1.1 Sản phẩm mật ong 1.1 Giới thiệu chung Mật ong là một chất ngọt tự nhiên do con ong sản xuất ra từ các dịch ngọt của cây và dịch côn trùng tiết ra. Ong lấy các dịch ngọt này và cho thêm các chất do chúng tiết ra, đồng thời làm giảm hàm lượng nước, biến đổi các dịch ngọt thành mật ong để làm thức ăn dự trữ trong tổ ong [8]. Mật ong là sản phẩm chính của đàn ong.

Sự đa dạng và phong phú của cây nguồn mật đã tạo nên nhiều loại mật ong với màu sắc và mùi vị đặc trưng khác nhau. Theo TCVN về mật ong tự nhiên, mật ong được phân loại theo nguồn gốc thực vật gồm 3 loại: + Mật ong hoa: Tùy theo lượng mật hoa do ong khai thác chủ yếu từ một hay nhiều loại hoa mà ta có thể phân loại mật ong hoa theo nguồn gốc mật hoa như sau: − Mật đơn hoa (mật ong hoa nhãn, mật ong hoa vải, mật ong hoa táo, mật ong hoa bạch đàn.) là loại mật ong do ong đi thu hoạch chủ yếu từ một loại hoa. Các loại mật đơn hoa có màu sắc và mùi vị đặc trưng cho từng loại. Để sản xuất mật đơn hoa, người ta phải nuôi ong ở những khu vực chỉ có một loài hoa duy nhất để ong làm mật.

Trong thực tế, do khó để kiểm soát khu vực thu hoạch của ong, mật đơn hoa thường sẽ có một lượng nhỏ mật từ một số loài hoa khác. − Mật đa hoa (mật ong hoa rừng, mật ong vải nhãn, mật ong chôm chôm- cà phê. ) là loại mật ong do ong thu hoạch từ nhiều nguồn hoa như mật hoa rừng tổng hợp, mật ở nơi có nhiều cây ăn quả nở hoa cùng một lúc,… + Mật ong dịch lá (mật ong cao su, mật ong đa. ) là loại mật ong khai thác từ mật dịch lá, búp non của cây.

+ Mật ong hỗn hợp (mật ong cao su – vải, mật ong cà phê – bạch đàn – táo – đay. ) là loại mật ong do ong khai thác từ cả mật của dịch lá và mật của hoa. Mật ong giàu năng lượng và có giá trị dinh dưỡng cao. 1 kg mật ong cho 3150 –3350 Kcal [5].

Vì thế đây là một sản phẩm có thể được sử dụng làm thức ăn bổ 3 dưỡng cho con người, đặc biệt là người già và trẻ em. Bên cạnh đó, mật ong cũng có mặt trong nhiều ngành sản xuất như chế biến thực phẩm, y học và sản xuất mỹ phẩm. Trong chế biến thực phẩm, người ta dùng mật ong hoặc có thể kết hợp với một loại nguyên liệu khác để làm ra các loại nước giải khát. Trong y học, mật ong được dùng để làm thuốc chống ho, viêm phế quản, thuốc điều trị bệnh đường tiêu hóa như viêm dạ dày, ruột, viêm gan… Với xu thế sử dụng các sản phẩm làm đẹp có nguồn gốc từ tự nhiên, mật ong là một trong những nguyên liệu sáng giá có mặt trong thành phần của nhiều loại mỹ phẩm như kem dưỡng da, sữa dưỡng thể, dầu gội đầu… 1.2 Tính chất vật lý và thành phần hóa học a.

Tính chất vật lý Mật ong là chất lỏng, có dạng từ đặc sánh đến kết tinh. Hiện tượng kết tinh của mật ong là do thành phần đường glucose có trong mật ong. Ngoài ra, sự kết tinh mật ong còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhiệt độ, cây nguồn mật, thời gian tinh luyện thành mật ong. Mật ong được tinh lọc sớm thì kết tinh ít.

Hiện tượng kết tinh ở mật ong hoàn toàn không ảnh hưởng tới chất lượng của mật. Ở một số nước, người ta còn phải nhập các loại mật ong dễ kết tinh để sản xuất mật ong phết bánh mì. Tuy nhiên, mật ong kết tinh khi đóng chai miệng nhỏ thì khó lấy ra, cần phá kết tinh bằng cách ngâm trong nước nóng 60 – 700C hoặc đun cách thủy ở nhiệt độ 40-600C cho đến khi mật tan. Lưu ý, không nên đun trực tiếp mật ở nhiệt độ cao trong thời gian dài.

Mật ong có màu sắc và mùi vị đặc trưng cho từng loại hoa mà ong lấy mật. Như mật hoa bạch đàn có màu nâu đỏ, mùi nếp lên men; mật hoa táo có mùi thơm dịu, mùi vàng chanh; mật hoa bạc hà có mùi thơm hắc… Độ trong của mật ong phụ thuộc vào cây nguồn mật và phương pháp khai thác mật. Để xác định loại và chất lượng mật ong, người ta dựa vào độ tán xạ ánh sáng của mật ong. Hàm lượng nước trong mật ong dễ dàng được đo bằng khúc xạ kế.

Thông thường, chỉ số khúc xạ của mật ong khoảng 1.504 nếu hàm lượng nước là 13% và 1.474 nếu hàm lượng nước là 25%. Mật ong cũng có ảnh hưởng đến sự phân cực của ánh sáng. Đường fructose làm quay mặt phẳng phân cực về chiều âm trong khi 4 đường glucose quay mặt phẳng phân cực về chiều dương. Chiều quay tổng thể có thể được dùng để tính tỉ lệ của hai loại đường trên có trong mật ong [7].

Do có hàm lượng đường hòa tan cao nên mật ong có tính hút ẩm và hút mùi. Lượng nước mật ong hấp thụ phụ thuộc vào độ ẩm tương đối của không khí. Bên cạnh đó, trong mật ong có sự hiện diện của nấm men. Khi lượng nước trong mật ong tăng cao, mật ong lên men, sinh ra khí CO2 làm cho mật ong bị chua, chất lượng mật giảm đáng kể.

Không như các chất lỏng khác, mật ong có tính dẫn nhiệt rất kém. Tinh thể mật ong tan chảy dẫn đến hiện tượng caramel hóa cục bộ một cách dễ dàng nếu bị đun ở nhiệt độ quá cao hay nhiệt độ không được phân bố đều. Tuy nhiên, lại cần mất một khoảng thời gian dài hơn để làm tan chảy tinh thể mật ong ở nhiệt độ nóng chảy. Việc lựa chọn nhiệt độ cao để làm tan chảy mật ong tuy có nhanh hơn nhưng lại có ảnh hưởng tới hương vị, mùi thơm hoặc các tính chất khác của mật ong.

Vì thế, việc làm tan chảy mật ong kết tinh thường được thực hiện ở nhiệt độ thấp trong khoảng thời gian ngắn. Mật ong có tính acid do mật ong có chứa nhiều loại acid hữu cơ. Do đó không nên sử dụng đồ đựng mật bằng kim loại vì mật có thể bị biến chứng và gây ngộ độc cho người sử dụng. Thành phần hóa học Mật ong bao gồm 200 chất khác nhau trong đó carbohydrate là thành phần chính, sau đó là khoáng, protein, vitamin, lipid, acid hữu cơ, amino acid, hợp chất phenolic và các phytochemical khác.1: Thành phần hóa học chủ yếu trong mật ong (100 g) Thành phần Hàm lượng (g) Biên độ dao động (g) Nước 17.8 Các đường đôi khác 5.5 Amino acid và protein 0.3 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mật ong a.

Các chỉ tiêu cảm quan Màu sắc và mùi vị của mật ong không ảnh hưởng tới thành phần dinh dưỡng của mật ong. Tuy nhiên, nó ảnh hưởng tới giá thành mật ong. Nhìn chung, người tiêu dùng ưa chuộng mật ong có màu sáng và mùi thơm dịu hơn. Các chỉ tiêu hóa lý Chất lượng mật ong được đánh giá thông qua các chỉ tiêu hóa lý chính như tỷ lệ nước, đường khử, đường sucrose, Hydroxymethylfurfural (HMF), chỉ số diastase và các acid… Bảng 1.2: Các chỉ tiêu hóa lý của mật ong theo TCVN STT Chỉ tiêu Tiêu chuẩn Việt Nam Mật hoa Mật lá Hỗn hợp 1 Tỷ lệ nước (%) 23 21 21 2 Tỷ lệ đường khử (%) 70 60 65 3 Tỷ lệ đường sacarose (%) 5 5 5 4 Độ acid 40 40 40 5 Chỉ số diastase 7 8 8 6 Hàm lượng HMF (mg/kg) 20 40 30 7 Hàm lượng chất rắn không tan 0.2 Giá trị mật ong Việc sử dụng mật ong tự nhiên như thực phẩm và thuốc chữa bệnh đã tồn tại từ thời xa xưa.

Ngày nay, nhu cầu sử dụng mật ong với tác dụng nâng cao sức khỏe ngày càng tăng. Mật ong có giá trị nhiều nhất trong lĩnh vực thực phẩm và y học.1 Trong thực phẩm - Thành phần dinh dưỡng của mật ong: Thành phần chủ yếu của mật ong là các loại đường và nước (bảng 1. Ngoài ra, nó còn chứa nhiều loại vitamin và khoáng chất, bao gồm các vitamin B (bảng 1. Các thành phần khác của mật ong gồm acid amin, inhibine kháng sinh phong phú, protein, chất chống oxy hóa phenol và vi chất dinh dưỡng [7].

Các chất đường trong mật ong ngọt hơn và cung cấp nhiều năng lượng hơn so với các chất làm ngọt nhân tạo [7 - 9]. Fructose là loại đường chiếm nhiều nhất trong mật ong (bảng 1.3: Thành phần dinh dưỡng của mật ong Mật ong hoa Mật ong rừng Khoảng Trung bình Khoảng Trung bình Nước 15 – 20 17.3 Tổng số đường 79.0 Khoáng chất 0.9 7 Amino acid, protein 0.1 Giá trị pH 3.2 Tính theo g/100g mật ong [7, 8].4: Một số khoáng chất, vitamin và nguyên tố hóa học trong mật ong Khoáng chất Hàm lượng Vitamin Hàm lượng Natri (Na) 1.05-2 Nguyên tố Hàm lượng Nguyên tố Hàm lượng Nhôm (Al) 0.08 Tính theo mg/100g mật ong [8], [12 - 16]. 8 Những chất này có tầm quan trọng về dinh dưỡng và sức khỏe. Một số vitamin được tìm thấy trong mật ong bao gồm acid ascorbic, acid pantothenic, niacin và riboflavin; cùng với các khoáng chất như canxi, đồng, sắt, magiê, mangan, phốt pho, kali và kẽm.

Danh mục chi tiết các loại vitamin, khoáng chất, vi chất dinh dưỡng khác và các nguyên tố được tìm thấy trong mật ong được đưa ra trong bảng 1. - Nguồn chất chống oxy hóa: Sự hiện diện của các gốc tự do và gốc tự do oxy hóa (reactive oxygen species, ROS) là nguyên nhân gây ra rối loạn chức năng tế bào, sinh bệnh học của chuyển hóa và bệnh tim mạch cũng như lão hóa. Việc sử dụng các loại thực phẩm và các chất chống oxy hóa có thể bảo vệ cơ thể chống lại những thay đổi bệnh lý, từ đó ngăn ngừa sự phát sinh bệnh các bệnh trên và các bệnh mãn tính khác. Các nghiên cứu của Al-Wailli và Schramm cùng cộng sự (2003) đã chỉ ra rằng mật ong có chứa một số hợp chất quan trọng, bao gồm các chất chống oxy hóa [19, 20].

Thành phần định tính và định lượng của mật ong (bao gồm cả các chất chống oxy hóa thành phần và các phytochemical khác) phản ánh nguồn hoa phong phú cũng như các loại mật ong khác nhau. Màu sắc của mật ong cũng ảnh hưởng đến chất chống oxy hóa của nó, cụ thể là mật ong có màu tối hơn thì có hàm lượng chất chống oxy hóa cao hơn so với mật ong sáng màu [21].