bài giảng công nghệ sinh học trong hóa học

Acid lactic c Quy trình công nghệ sản xuất Công nghệ sản xuất acid lactic truyền thống Vi sinh vật: Lactobacillus delbruckii 3.1.. Acid lacticc Quy trình công nghệ sản xuất Công nghệ sản

Trang 1

CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG HÓA HỌC

Biên soạn: Ts Đặng Thu Thủy

Vũng Tàu – 2015

Trường Đại học Bà Rịa - Vũng Tàu Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

Trang 2

CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG SẢN XUẤT SẢN PHẨM HÓA HỌC

Trang 3

Dạng bột màu từ trắng đến vàng, tan trong nước và cồn, có mùi nhẹChất lỏng không màu

3.1.1 Acid lactic

a) Khái niệm chung: C3H6O5

3.1 Sản xuất acid hữu cơ

Trang 4

Là quá trình chuyển hóa đường

Nhờ vi sinh vật

Thành acid lactic

b) Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men lactic

Trang 5

Lên men đồng hình Lên men dị hình

b) Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men lactic

Trang 7

Acid Piruvic

Acid lactic (90 %), sản phẩm phụ (acid acetic, etanol, CO2, acetone)

Trang 8

Xilulose -5- phosphate

Acid lactic (50 %), sản phẩm phụ (acid acetic, etanol, CO2 )

Trang 9

Chuẩn bị giống

và môi trường lên men

Điều khiển quá trình lên men

Tạo Calci lactate

và thu nhận acid

lactic

c) Quy trình công nghệ sản xuất

Công nghệ sản xuất acid lactic truyền thống

Trang 10

• Trực khuẩn dài 0,5-0,8 µ m, 2-9 µ m, không di động, G+

• Lên men đường: xylose, arabinose, rhamnose, raffinose, trehalose, inunil, mannital, không lên men lactose

• Nhiệt độ: 18-55 oC, t (opt) = 45-50 oC

• pH 5,0- 6,5

• Hiệu suất chuyển hóa đường: 70 %

Vi sinh vật: Lactobacillus delbruckii

Trang 11

Chuẩn bị môi trường lên men: mật rỉ

Bảng Thành phần hóa học của mật rỉ

(xem lại chương 2)

Trang 12

Mật rỷ hydrol: thu được sau khi kết tinh glucose trong quá trình thủy phân bột bằng acid để SX glucose, chứa 40-

50 % glucose, và NaCl

Rỉ đường: Nước cốt tách ra sau khi kết tinh đường

Chuẩn bị môi trường lên men: xử lý mật rỉ

Phân loại mật rỉ

Trang 13

• Acid hóa MT H2SO4 5%

• Đun nóng trong 6h, pha loãng 5-10 đường, pH 6,3- 6,5, làm nguội xuống 50 oC

Ly tâm

• Thu dung dịch trong

• Cho lên bồn lên men

Chuẩn bị môi trường lên men: mật rỉ

Xử lý mật rỉ

Trang 14

Điều khiển quá trình lên men

Thông số quá trình Giá trị

Thành phần môi trường nuôi cấy Rỉ đường

pH môi trường nuôi cấy 5,0 6,0

Thời gian nuôi cấy 7 10 ngày đêm

Thông khí Khuấy trộn hoặc thổi khí Lượng acid trong canh trường 18 20 %

Trang 15

Tạo calci lactate và thu nhận acid lactic

Trang 16

Đun nóng (80…90 ° C)

Xử lý dung dịch bằngCa(OH)2 Điều chỉnh pH 10-11, 3-5 h

Lọc (80…90 ° C), loại bỏ chất lắng Tinh thể hóa Calci lactat (10-16 h)

Thu kết tủa Thêm H2SO4 Lọc thu acid lactic Tẩy màu (than hoạt tính) Sấy chân không lần 1 đến 50 %

Lọc Sấy chân không lần 2 đến 80 %

Lọc

Trang 17

Công nghệ sản xuất acid lactic hiện đại

(tự nghiên cứu)

Trang 18

Acid lactic

Sản xuất sản phẩm rau quả chua

Sản xuất sản phẩm lên men

từ sữa

Sản xuất

đậu hũ

e) Ứng dụng: trong công nghiệp thực phẩm

Trang 19

3.1.1 Acid citric

a) Khái niệm chung:

Trang 20

С2Н2О4 + Са(ОН)2 = CaС2O4↓+ 2Н2О

20

Trang 21

Lên men Lọc loại bỏ sợi ty thể Trung hòa môi trường Ca(OH)2

Lọc Rửa tinh thể citrate và oxalate calci (nước nóng)

Tách citrate calci (H2SO4) Lọc (than hoạt tính) Sấy lần 1 dung dịch C6H7O8

Lọc Sấy lần 2 dung dịch C6H7O8 Tinh thể hóa (nước lạnh)

Ly tâm Rửa tinh thể (nước lạnh) Sấy tinh thể (<35 oC)

Acid citric

3.1.2 Acid citric С6Н8О7

21

Trang 22

3.2.3 Acid citric С6Н8О7

22

Varrowia lipolyticaThành phần môi trường

nuôi cấy Rỉ đường, NH4Cl, MgSO4, K2HPO4

Lượng acid trong canh

Trang 23

nuôi cấy Đường (Lactose hoặc glucose, maltose,

sacharose) acid hữu cơ (acid citric, acid lactic)

Trang 24

3.1.3 Acid propionic СН3СН2СООН

Ứng dụng: trong hóa dược, mỹ phẩm, bảo quản các loại hạt

24

Trang 25

3.1.4 Acid itaconic С5HO4

25

Vi sinh vật Aspergillus itaconicus,

trường thành acid, 15-20 % acid 60 % đường chuyển

itaconic

Trang 26

3.1.5 Acid itaconic С5HO4

Ứng dụng: sản xuất sợi tổng hợp, chất nhựa dính, chất hoạt động bề mặt, thuốc nhuộm và hữu cơ hợp chất hữu cơ phức tạp khác

26

Trang 27

3.1.6 Acid gluconic

27

trường đường trong canh trường Kết thúc khi lượng

còn gần 1 %

Trang 28

3.1.6 Acid gluconic

Ứng dụng: Tạo phức với các kim loại - natri gluconate,

được sử dụng trong sản xuất các chất tẩy rửa; các muối canxi, sắt và kali của axit gluconic sử dụng rộng rãi trong y học và công nghiệp thực phẩm

28

Trang 30

3.2.1 Dextran

b) Cơ sở lý thuyết

3.2 Polysaccharides

Trang 31

1 • Vi khuẩn G (+), không di chuyển

2 • Enzyme catalase (-), kháng vancomycin

3 • Có bao nhày chứa dextran

Chuẩn bị giống và môi trường lên men

Vi sinh vật: Leuconostoc mensenteroids

Trang 32

• Hòa tan đường vào

Bổ sung nguồn dinh dưỡng khác

3.2.1 Dextran

Chuẩn bị giống và môi trường lên men

Môi trường lên men

Trang 33

3.2.1 Dextran

Kỹ thuật lên men

xuất nấm men, muối

khoáng

2 loại dextran: 80.000 Da, 20- 30.000 Dan

60-pH môi trường nuôi

-Chế độ thông khí 0,5 l/phút khi nạp môi

trường

Trang 34

-Kết tủa lần 1 (bổ sung ethanol lạnh, 1:5)

Ly tâm, lọc, rửa 1 (loại bỏ tạp chất) Hòa tan (100g/200 ml nước)

Ly tâm, lọc rửa 2 Hòa tan (100g/100ml nước)

Sấy phun Dextran

Trang 35

• Chất thay thế huyết tương

• Sephadex: sắc

ký cột

• Sơn

• Kem đánh răng, dầu gội

• Chất làm đặc

Thực phẩm phẩmMỹ

Y học

Công nghệ

3.2.1 Dextran

e) Ứng dụng

35

Trang 36

3.2.2 Xanthan Gum

-) Là polysaccarides cao phân tử M 933

-) Bao gồm 5 cụm gốc đường gộp lại, mỗi cụm gồm 2 gốc

D-glucose, 2 gốc D-mannose, 1 gốc D-glucoronate và các gốc acetate, piruvate thay đổi làm cho cấu trúc phân tử bất đối xứng Các β-D- glucose liên kết với nhau bằng liên kết β 1,4-glucoside

Trang 37

b) Cơ sở lý thuyết của công nghệ sản xuất

Trang 38

1 • Vi khuẩn hình que, G (-), có tính di động

2 • Vi khuẩn dị dưỡng, hiếu khí bắt buộc

3 • Không khử N, catalase (+), oxidase (-)

4 • Bị ức chế bởi triphenultetrazolium cloride 0,1 %

5 • t∼ 28-30 oC, pH ∼ 7,0

c) Quy trình sản xuất

Chuẩn bị giống và môi trường

Vi sinh vật: Xanthomonas campestris

Trang 39

Chuẩn bị giống và môi trường

Môi trường lên men

Trang 41

Thu nhận sản phẩm

Trang 42

Xanthan gum

Thực phẩm

Mỹ phẩm Dược

d) Ứng dụng

Trang 43

3.2.3 Alginate

Trang 44

3.3 Polyhydroxyalkanoates

3.3.1 Khái niệm chung

Polyhydroxyalkanoates: là dẫn xuất chứa oxy của acid

béo, được tổng hợp bởi vi sinh vật, trong điều kiện sinh trưởng mất cân bằng, dư thừa Carbon và năng lượng nhưng thiếu khoáng chất (N, S, PO43-), và O2

Phổ biến nhất: Polyoxybutirate - polymer β-hydroxybutyric acid

Ngoài ra: hydroxybutyrate, copolyme oxyvalerate, hydroxybutyrate và oxy-hexanoate, polyhydroxybutyrate và polioxyheptanoate

44

Trang 45

Bảng So sánh tính chất Polyoxybutirate (POB) và Polypropylen (PP)

45

Nhiệt độ nóng chảy (oC)

Độ trong (%) Khối lượng phân tử (D) Nhiệt độ thủy tinh hóa (oC) Khối lượng riêng (g/cm3)

Modul uốn (gPa)

Độ dãn khi kéo đứt (%)

Độ bền với tia cực tím

Độ bền với dung môi

175 80 5x105 15 1.1250 4.0 6 Tốt Không tốt

176 70 2x105

- 10 0.905 1.7 400 Không tốt Tốt

Trang 46

Tính chất độc đáo khác của Polyhydroxyalkanoates:

+ khả năng tương thích với các mô động vật, + hoạt độ quang học,

+ áp điện + chất chống oxy hóa + quan trọng nhất là phân hủy sinh học

46

Trang 47

3.3 Cơ chế tổng hợp

Phosphoenolpiruvate

Acetyl – CoA Acetacetyl – CoA Acetacetate

β-hydroxybutyric acid Oxybutyryl – CoA

Polymer β-hydroxybutyric acid

47

Trang 48

3.3.3 Giống và môi trường nuôi cấy

Vi sinh vật: Alicagenes eutrophys

Nguồn dinh dưỡng để tổng hợp PHA

Methanol, ethanol, acetate, dextrose, mật rỉ, hydro, CO2

48

Trang 49

3.4 Ứng dụng của Polyhydroxyalkanoates:

+ Y học và phẫu thuật (phẫu thuật mạch máu, màng phủ vết thương và bỏng, vật dụng sử dụng một lần),

+ Dược (kéo dài tác dụng của thuốc),

+ Công nghiệp thực phẩm (ngăn chặn oxy hóa nước giải khát, vật liệu đóng gói),

+ Nông nghiệp (bao phủ hạt giống, vỏ bọc các loại phân bón và thuốc trừ sâu),

+ Điện tử + Dịch vụ đô thị (container vỡ khác nhau và bao bì) v.v

49

Trang 50

3.4 Polylactic acid

3.4.1 Khái niệm chung

50

Trang 51

3.4.2 Cơ sở lý thuyết

51

Trang 52

3.4.2 Quy trình sản xuất

Chuẩn bị môi trường lên men

52

Trang 53

Giống vi sinh vật

53

Trang 54

Kỹ thuật lên men

54

Trang 55

Kỹ thuật thu nhận sản phẩm

55

Trang 56

Ứng dụng

56

Trang 57

CHƯƠNG 4: CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG

SINH HỌC

Trang 58

4.1 Công nghệ sản xuất năng lượng sinh học 4.1.1 Nhiên liệu sinh học là gì?

NLSH là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn

gốc động thực vật (sinh học)

58

Trang 59

4.1 Công nghệ sản xuất năng lượng sinh học 4.1.1 Nhiên liệu sinh học là gì?

Nguồn nguyên liệu sản xuất NLSH

59

Trang 60

4.1 Công nghệ sản xuất năng lượng sinh học 4.1.2 Ưu nhược điểm của nhiên liệu sinh học

60

Trang 61

4.1 Tổng quan về nhiên liệu sinh học

4.1.3 Phân loại nhiên liệu sinh học

61

Trang 62

a) Nhiên liệu lỏng62

Trang 63

b) Nhiên liệu khí63

Trang 64

c) Nhiên liệu rắn64

Trang 65

4.1.4 Lợi ích của sử dụng nhiên liệu sinh học

a) NLSH có thể giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch

đắt đỏ, đang cạn kiệt:

65

Trang 66

b) NLSH có thể giải quyết các vấn đề biến đổi khí hậu

66

Trang 67

c) NLSH có thể tăng cường an ninh năng lượng quốc gia

67

Trang 68

d) NLSH có thể hình thành sự tham gia của các xí nghiệp nhỏ và

vừa

68

Trang 69

f) NLSH có thể đóng góp vào phát triển kinh tế- xã hội của các cộng

đồng địa phương và các ngành kinh tế đang phát triển

69

Trang 70

4.1 Công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học

4.1.5 Công nghệ sản xuất bio-butanol

a) Khái niệm chung: C4H10O

70

Trang 71

b) Cơ sở lý thuyết của công nghệ sản xuất

Lignocellulogic biomass Cellulose Hemicellulose Glucose Xylose, arabinose

Pyruvate Acetyl-CoA Ethanol Acetoacetyl-CoA Acetone Butyrate Butyryl-CoA Butanol

71

Trang 72

c) Quy trình công nghệ sản xuất Giống VSV: Clostridium acetobutylicum

72

Trang 73

c) Quy trình công nghệ sản xuất

Môi trường lên men

73

Trang 74

Quy trình sản xuất

74

Trang 75

Kỹ thuật lên men

75

Trang 76

4.1.6 Công nghệ sản xuất biobutanol

Kỹ thuật thu nhận sản phẩm

76

Trang 77

CHƯƠNG 5: CÔNG NGHỆ THỦY LUYỆN KIM

SINH HỌC

Trang 78

5.1 Quá trình ngâm chiết kim loại bằng VSV

5.1.1 Ngâm chiết sinh học là gì?

Ngâm chiết sinh học (Bioleaching): quá trình chuyển hóa các kim

loại từ dạng rắn (dạng quặng) sang dạng tan được trong nước nhờ

vi sinh vật

78

Trang 79

5.1.1 Vi khuẩn ngâm chiết

Thiobacillus ferrooxidans

79

Trang 80

Leptospirillum ferrooxidans

80

Trang 81

Thiobacillus acidophilus

81

Trang 82

Sulfolobus acidocaldarius

82

Trang 83

5.1.2 Cơ chế biến đổi kim loại

Sulfolobus acidocaldarius

83

Trang 84

Mô hình cơ chế ngâm chiết

84

Trang 85

Mô hình cơ chế trực tiếp:

thu nhận điện tử trực tiếp từ phản ứng khử quặng khoáng

VD: ngâm chiết quặng pyrite 2FeS2 + 7O2 + 2H2O + 2H2SO4  2FeSO4

85

Trang 86

Mô hình cơ chế gián tiếp:

VK cung cấp liên tục chất oxi hóa là Fe3+ để oxi hóa các sulfide kim loại và bị khử thành Fe2+

VD: ngâm chiết quặng pyrite FeS2 + Fe2(SO4)3 + 2S  3FeSO4 4FeSO4 +O2+2H2SO4  2Fe2(SO4)3 + 2H2O

2S + 3O2 + H2O  2H2SO4

86

Trang 87

5.2 Quá trình thủy luyện kim sinh học

Thủy luyện kim sinh học là gì?

Thủy luyện kim sinh học: xử lý tách chiết, thu hồi kim loại từ dạng

quặng thông qua quá trình trong đó các dạng dung dịch đóng vai trò chủ yếu với sự tham gia của các VSV.87

Trang 88

Thủy luyện kim sinh học vàng (Au)

Phương pháp thông dụng: khó thu được vàng phân tán nhỏ từ

quặng mẹ

88

Trang 89

Thủy luyện kim sinh học vàng (Au)

Phương pháp nhờ VSV: ít gây ô nhiễm, hiệu suất thu hồi cao

89

Trang 90

CHƯƠNG 6: KỸ THUẬT XỬ LÝ Ô NHIỄM DẦU

BẰNG VI SINH VẬT

Trang 91

6.1 Cơ sở khoa học của việc xử lý dầu tràn bằng VSV

6.1.1 Thành phần hóa học của dầu mỏBảng Thành phần hóa học của dầu mỏ

Trang 92

6.1.2 Vi sinh vật phân hủy dầu mỏ92

Trang 93

6.1.2 Cơ chế phân hủy dầu mỏ của VSV

Quá trình phân hủy alkan

93

Trang 94

Quá trình phân hủy alkan

94

Trang 95

Quá trình phân hủy hydratcacbon mạch vòng

95

Định dạng
Số trang	97
Dung lượng	811,95 KB