Axit glutamic và vai trò của axit glutamic hiện nay

Acid glutamic Trong đời sống hiện nay, axit amin nói chung và axit glutamicL-AG nói riêng có một ý nghĩa to lớn, nó có trong tự nhiên và có nhiều trong thực phẩm rong

Trang 1

Chương 1: Tổng quan tài liệu

1.1 Sơ lược về axit glutamic và vai trò của axit glutamic hiện nay

1.1.1 Acid glutamic

Trong đời sống hiện nay, axit amin nói chung và axit glutamic(L-AG) nói riêng có một ý nghĩa to lớn, nó có trong tự nhiên và có nhiều trong thực phẩm (rong biển) Axit glutamic được phát hiện và xác định năm 1866 do nhà bác học người Đức Karl Heinrich Ritthausen Leopold L-AG là một axit amin quan trọng Công thức hóa học là : COOH

CH-NH2

CH2

COOH Axit glutamic có trọng lượng phân tử 147,13 dalton, bị phân giải ở nhiệt độ

247-249oC, điểm đẳng điện pH=3,22 Tan trong nước, không tan trong cồn, ete và một số dung môi

Axit glutamic là loại acid amin cơ thể có thể tổng hợp, có nhiều trong các loại thực phẩm như protein động vật, thực vật như rong biển, cà rốt, củ sắn, rỉ đường v.v Axit glutamic phân bố rộng rãi trong tự nhiên dưới dạng hợp chất và dạng tự do Trong sinh vật, đặc biệt là vi sinh vật, axit glutamic được tổng hợp theo con đường lên men từ nhiều nguồn cacbon

1.1.2 Vai trò của L-AG

Ngày nay, việc nghiên cứu sản xuất axit glutamic được đẩy mạnh phát triển Người

ta càng ngày càng sử dụng nhiều axit glutamic trong việc nâng cao sức khỏe và điều trị một số bệnh của con người Nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất của người và động vật, trong việc xây dựng protit, xây dựng các cấu tử của tế bào Axit glutamic còn có thể tổng hợp nên các aminoaxit khác như alanin, systein, prolin v.v ,tham gia chuyển amin, giúp cơ thể tiêu hóa nhóm amin và tách

NH ra khỏi cơ thể Nó chiếm phần lớn thành phần protit và phần xám của não,

Trang 2

Krebs, vì vậy trong y học, ngoài dùng trong trị liệu thần kinh, bệnh chậm phát triển, một số bệnh tim, teo bắp thịt, bổ sung dinh dưỡng sau khi phẫu thuật ra, người ta còn dùng để giảm thiểu nhiễm trùng và tăng cường miễn dịch sau phẫu thuật

L-AG còn dùng làm nguyên liệu khởi đầu cho việc tổng hợp một số hóa chất quan trọng: N- acetylglutamat, đây là chất hoạt động bề mặt, VSV phân giải được, ít ăn

da, dùng làm mỹ phẩm, xà phòng, dầu gội đầu v.v

1.2 Các phương pháp sản xuất axit glutamic

1.2.1 Phương pháp tổng hợp hóa học

Ứng dụng các phản ứng hóa học để tổng hợp nên axit glutamic và các aminoaxit khác từ khí thải

Ưu điểm: tận dụng được các phế liệu của công nghiệp dầu hỏa

Nhược điểm: đòi hỏi kỹ thuật cao, việc tách L-axit glutamic khó khăn nên làm tăng giá thành sản phẩm

1.2.2 Phương pháp thủy phân protit

Phương pháp này sử dụng các hóa chất hoặc fecmen để thủy phân một nguồn protit nào đó ra một hỗn hợp các aminoaxit, từ đó tách axit glutamic ra

Ưu điểm: dễ khống chế quy trình sản xuất, có thể áp dụng cho các cơ sở thủ công Nhược điểm: sử dụng nguyên liệu protit hiếm và đắt, cần nhiều hóa chất và thiết bị

ăn mòn, hiệu suất thấp, giá thành cao

1.2.3 Phương pháp lên men

Phương pháp này lợi dụng vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp các axit amin từ nguồn glutxit và đạm vô cơ

Tất cả các loài VSV có một số đặc điểm sau:

Hình dạng tế bào từ hình cầu đến hình que ngắn;

Vi khuẩn Gram(+);

Hô hấp hiếu khí;

Trang 3

Không tạo bào tử;

Không chuyển động được, không có tiên mao;

Biotin là yếu tố cần thiết cho sinh trưởng và phát triển;

Tích tụ một lượng lớn glutamic từ hydrat cacbon và NH4+ trong môi trường có sục không khí;

Nhiệt độ lên men giữ ở 28oC và duy trì pH=8 bằng cách bổ sung ure Nếu không được sục khí thì sản phẩm tạo thành không phải là axit glutamic mà là lactan Khi sử dụng nguyên liệu lên men là rỉ đường thì cần phải bổ sung các chất kháng biotin để kiểm soát sự sinh trưởng của vi sinh vật

Ưu điểm: không sử dụng nguyên liệu protit, hiệu suất cao, giá thành thấp, tạo ra axit glutamic dạng L có hoạt tính sinh học cao

1.2.4 Phương pháp kết hợp

Đây là phương pháp kết hợp giữa tổng hợp hóa học và vi sinh vật học

Phương pháp này tuy nhanh nhưng yêu cầu kỹ thuật cao, chỉ dùng để nghiên cứu

Trang 4

Chương 2: Quy trình công nghệ sản xuất L- axit glutamic

2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ

HCL 31%

NaOH 4%

hay NaCl 4%

Rỉ đường

Cân bằng môi trường

Dịch lên men

Lọc

Phương pháp trao đổi ion

Pha loãng

Điều chỉnh pH (4,5- 5,5)

Nhả hấp phụ

Trao đổi ion Lên men

Trang 5

2.2 Thuyết minh quy trình

Rỉ đường mía là phần còn lại của dung dịch đường sau khi đã tách phần đường

kính đã kết tinh Thành phần chính của rỉ đường là: đường 62%, các chất phi đường 10%, nước 20%

Nước trong rỉ đường gồm phần lớn ở trạng thái tự do và một số ít ở trạng thái liên kết dưới dạng hydrat

Đường trong rỉ đường bao gồm: 25- 40% sacaroza, 15- 25% đường khử( glucoza và fructoza), 3- 5% đường không lên men được

Có nhiều phương pháp xử lý rỉ đường nhằm loại các hợp chất có hại như CO2, chất keo, chất màu, axit hữu cơ dễ bay hơi và VSV tạp nhiễm

Lên men là khâu có tính chất quyết định nhất đối với toàn bộ dây chuyền sản xuất.

Trong công đoạn này có 3 giai đoạn nhỏ là nuôi giống cấp I, giống cấp II và lên men lớn Ngoài ra còn có những công đoạn như lọc khí, xử lý ure, xử lý dầu khử bọt

Quá trình nuôi giống được tiến hành theo các bước sau:

Ly tâm

Làm lạnh, kết tinh

12oC, tg=18h

Đóng gói

L- AG thô Sấy

Trang 6

Giống gốc cấy truyền ra ống thạch nghiêng đời 1 cấy truyền ra ống thạch nghiêng đời 2 lên men bình lắc( giống cấp 1) nuôi giống cấp 2 lên men chính

Bảo quản giống trong môi trường thạch nghiêng Khi cần, cấy tiếp chúng vào mặt thạch Tiếp chủng xong bảo quản trong tủ lạnh 3- 4 tháng Sau 3- 4 tháng thuần hóa, nhặt bỏ những con yếu

Để bảo đảm giống dùng trong sản xuất được khỏe, ta dùng phương pháp phân ly và pha loãng Ta lấy nước vô trùng rửa, pha loãng, dùng kính hiển vi soi, chọn con khỏe nhất

Chọn lọc: lấy nhóm đơn khuẩn cho vào môi trường thạch nghiêng để trong 24h, ở

32oC Cho sang bình 1000ml đưa vào bình tam giác 250ml có chứa 200- 250ml môi trường, lắc ở nhiệt độ 32oC trong 12h Sau đó lấy 1ml cho vào bình tam giác 250ml chứa 15ml môi trường lên men, giữ 32oC trong 48h Sau đó lên men 3 cấp Trong các thiết bị lên men sản xuất có đủ các chất cho quá trình lên men và hiếu khí môi trường Quá trình lên men cho không khí vào và khuấy trộn, lên men tạo bọt, do đó phải dùng dầu để khử bọt

Tất cả các chất trước khi vào thùng lên men, que cấy, ống nghiệm, bình tam giác… đều phải vô trùng thật sạch sẽ và được thanh trùng trong nồi áp lực Môi trường đã thanh trùng phải để nguội trong phòng vô trùng Chuẩn bị xong, dùng que cấy giống từ ống gốc sang ống thạch nghiêng để vào tủ ấm 24h cho khuẩn lạc phát triển, ta được giống đời I, cấy truyền sang ống thạch nghiêng một lần nữa, ta được giống đời II và đủ lượng cho vào bình tam giác đã có sẵn môi trường đưa đi lên men trên máy lắc 12h được giống cấp I

Lên men cấp II: chuẩn bị môi trường và thiết bị như quá trình lên men chính, thanh trùng môi trường 120oC trong 30 phút, quá trình nuôi giống khống chế ở nhiệt độ

32oC, lượng không khí cho vào khoảng 850- 1100 lít/giờ

Lên men lớn( lên men cấp III):

Mục đích: thông qua hoạt động sống của vi khuẩn trong những điều kiện thích hợp để chuyển hóa đường glucoza và đạm vô cơ thành axit glutamic

Trang 7

Giai đoạn đầu: 8- 12h gọi là giai đoạn sinh khối Giai đoạn này các chất đường đạm vô cơ và hữu cơ, các chất muối khoáng, vitamin và các chất sinh trưởng có trong môi trường thẩm thấu vào TB vi khuẩn làm cho vi khuẩn lớn lên, đạt kích thước cực đại và bắt đầu sinh sản, phân chia

Biểu hiện: nhiệt độ tăng vừa phải, càng về cuối giai đoạn tốc độ tăng nhiệt độ càng nhanh, pH tăng dần từ 6,5- 6,7 lên 7,5- 8, bọt tạo thành tăng dần, lượng đường tiêu hao tăng dần, lượng tế bào vi khuẩn tăng dần, hàm lượng axit glutamic chưa có hoặc rất ít

Giai đoạn giữa: giai đoạn này giữ cho tế bào không tăng thêm nữa hoặc tăng rất ít Chủ yếu đường và đạm vô cơ thẩm thấu qua màng tế bào vi khuẩn và các quá trình chuyển hóa bởi các men để tạo ra axit glutamic trong tế bào Lượng axit glutamic tạo thành lại hòa tan vào các môi trường làm cho pH môi trường giảm dần, CO2

bay ra nhiều, bọt tăng ào ạt

Giai đoạn cuối: những giờ còn lại tất cả các biểu hiện đều giảm dần cho đến ki hàm lượng đường chỉ còn dưới 1% thì lên men kết thúc Để đảm bảo quá trình lên men đạt hiệu quả cao phải chú ý khống chế các điều kiện sau:

Nhiệt độ luôn giữ 32oC, áp suất 1kG/cm2, lượng không khí 30- 40 m3/1h cho 1m3

môi trường, khi bọt nhiều phải tiếp giống để phá bọt tạo điều kiện cho CO2 thoát ra ngoài dễ dàng

Phương pháp trao đổi ion: phương pháp này chủ yếu dựa vào tính chất của các

cationit có khả năng giữ lại trên bề mặt của nó các anion, trong đó chủ yếu là các anion glutamate Khi quá trình trao đổi đã bão hòa, tiến hành quá trình nhả NaOH để thu axit glutamic và tạo thành axit glutamate natri

Mục đích của công đoạn trao đổi ion là tách lấy axit glutamic ra khỏi dịch lên men Người ta lợi dụng tính chất hạt nhựa polyetylen sunfuric sau khi đã được cation hóa có khả năng giữ lại trên bề mặt của nó anion Sau đó lại dùng NaOH để tách anion ra khỏi hạt nhựa

Lọc: mục đích: tách dung dịch hòa tan ra khỏi các tạp chất Để tiến hành lọc được

tốt, lượng axit ít bay hơi ảnh hưởng sức khỏe đến người và môi trường axit ít ăn mòn thiết bị, ta phải làm nguội dung dịch đến nhiệt độ nhỏ hơn 50oC

Trang 8

Điều chỉnh pH: tùy vào pH, AG có thể tồn tại trong dung dịch ở dạng các ion có

hóa trị khác nhau Vì vậy ta nên sử dụng dịch men ở pH nào để vừa đỡ tốn HCl 31% dùng để hạ pH dịch men khi kết thúc, vừa đảm bảo có hiệu suất thu hồi AG cao

Nhả hấp phụ: khi dịch ra đạt 45oC thì ngừng cho nước nóng và bắt đầu cho NaOH 4% cũng đã được gia nhiệt vào để tách axit glutamic, lúc này dịch thải ra vẫn được thu hồi để pha mẻ sau nhưng đồng thời phải liên tục kiểm tra pH, độ Baumé, vì axit glutamic theo dịch ra tăng lên nhanh chóng, khi độ Baumé đạt 0oC thì lập tức thu hồi axit glutamic

Làm lạnh, kết tinh: Toàn bộ dung dịch axit glutamic thu được đưa về thùng kết

tinh, cho cánh khuấy hoạt động liên tục để ngăn axit glutamic kết tinh quá sớm, tinh thể nhỏ, hiệu suất thấp Cho HCl 31% vào để tạo điểm đẳng điện và mở nước lạnh để giảm nhiệt độ, trong khi đó cánh khuấy tiếp tục hoạt động làm cho axit glutamic kết tinh to, tơi và xốp Tám giờ sau thì ngừng khuấy, còn nhiệt độ thì cho hạ từ từ đến nhiệt đội không khí Sau 1 khoảng thời gian thì quá trình làm lạnh kết tinh kết thúc

Ở đây dung dịch axit glutamic được chia làm 2 pha:

Pha rắn: axit glutamic đã kết tinh lắng xuống dưới

Pha lỏng: gồm nước và 1 số ít axit glutamic không kết tinh hòa tan vào, gọi là nước cái được đưa đi trao đổi ion lại

Ly tâm: sau khi làm lạnh, kết tinh ta được axit glutamic ẩm Mục đích của ly tâm

là để loại bớt nước cái và chất không kết tinh, tiếp tục phun nước rửa sạch các chất bám xung quanh bề mặt tinh thể

Sấy: Axit glutamic hút ẩm rất nhanh nên sau khi ly tâm, ta phải sấy trong các tủ

sấy có hơi nhiệt hơn 80oC, cứ 30 phút đảo trộn 1 lần, đến khi độ ẩm mì chính còn lại dưới 0,5% thì kết thúc sấy Thường sấy mất khoảng 2 giờ

Đóng gói: mì chính sau khi sàng phân loại đem cân và đóng gói bao túi polyetylen

2 lần Từng túi lớn được bọc kỹ bằng giấy chống ẩm và đóng kín trong hòm gỗ đưa

đi nhập kho

Trang 9

Chương 3: Tính cân bằng vật chất

3.1 Giả thuyết

Nguyên liệu dịch lên men: Năng suất 500(kg/ ca)

Phương pháp tinh chế: Trao đổi ion

Địa điểm nhà máy: Hòa Khánh

THIẾT BỊ

THÔNG SỐ

W, NỒNG ĐỘ

HAO HỤT

Số ca làm việc/ ngày: 2

Số giờ làm việc/ ca: 8

3.2 Công đoạn lọc dịch

Mdd = 500(kg/ca) d= 1050kg/m3

V= m d = 1050500 × 1000=1000021 (lít)

Trong 1 lít dịch lên men có 40g L-AG

=> Số gam L-AG có trong 1000021 lít:

Mnguyên chất = 1000021 ×40= 19047,61905(g/ca) = 19,0476(kg/ca)

Trang 10

Hao hụt: 0,8% Hao hụt: 0,8%

Lượng axit glutamic còn lại sau Lượng axit glutamic còn lại sau

công đoạn lọc dịch: công đoạn lọc dịch:

500 × 100−0,8

100 = 496(kg/ ca) 19,0476 ×100−0,8

100 =18,8952(kg/ca)

3.3 Công đoạn pha loãng

Hao hụt: 0,5% Hao hụt: 0,5%

công đoạn pha loãng: công đoạn pha loãng:

496 ×100−0,5

100 ×2=987,04(kg/ca) 18,8952 ×100−0,5

100 =18,8007(kg/ca)

3.4 Công đoạn trao đổi ion

Hiệu suất trao đổi: 74% Hiệu suất trao đổi: 74%

Hao hụt: 2% Hao hụt 2%

công đoạn trao đổi ion: công đoạn trao đổi ion:

987,04×100−2

100 ×

74

100= 18,8007 ×100−2

100 ×

74

100=13,6343(kg/ca) 715,8014(kg/ca)

3.5 Công đoạn làm lạnh- kết tinh

Hiệu suất: 85%, hao hụt: 0,5% Hiệu suất: 85%, hao hụt: 0,5%

Trang 11

Lượng axit glutamic còn lại sau Lượng axit glutamic còn lại sau công đoạn làm lạnh- kết tinh: công đoạn làm lạnh- kết tinh:

715,8014×100−0,5

100 ×

85

100=605,389 13,6343 ×100−0,5

100 ×

85

100=11,5312(kg/ca) (kg/ca)

3.6 Ly tâm

Hiệu suất: 87%, Wtrước: 17% Hiệu suất: 87%

Wsau: 11%, Hao hụt: 1%

Lượng axit glutamic trước ly tâm:

m=11,5312× 100100−17 =13,893(kg/ca)

ly tâm: ly tâm:

13,893× 87

100×

100−1

100 ×

100−17 100−11= 11,5312 × 87

100×

100−1

100 =9,9318(kg/ca) 11,1593(kg/ca)

3.7 Sấy

Hao hụt: 1%, Wtrước: 11% Hao hụt: 1%

Wsau:0,5%

11,1593×100−1

100 ×

100−11 100−0,5=9,8819 9,9318×100−1

100 =9,8325(kg/ca) (kg/ca)

Trang 12

Hao hụt: 0,5%

9,8819×100−0,5

100 =9,8325(kg/ca) 9,8325 ×100−0,5

100 =9,7833(kg/ca)

3.9 Tổng kết

ST

T

Công đoạn Khối lượng M dd Khối lượng M nguyên chất

1 Nguyên liệu ban đầu 1000 500 62.5 38,0952 19,0476 2,38095

2 Lọc dịch 992 496 62 37,7904 18,8952 2,3619

3 Pha loãng 1974,08 987,04 123.88 37,6014 18,8007 2,3501

4 Trao đổi ion 1431,602

8

715,8014 89,4752 27.2686 13,6343 1,7043

5 Làm lạnh, kết tinh 1210,778 605,389 75,6736 23,0624 11,5312 1,4414

6 Ly tâm 22,3186 11,1593 1,3949 19,8636 9,9318 1,2415

7 Sấy 19,7638 9,8819 1,2352 19,665 9,8325 1,2291

8 Sàng, bao gói 19,665 9,8325 1,2291 19,5666 9,7833 1,2229

Định dạng
Số trang	12
Dung lượng	37,26 KB