Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ tinh bột sắn với năng suất 250000 tấn sản phẩmnăm.

Vì vậy tinh bột sắn thích hợp làm nguyên liệu để sản xuất ra các sản phẩm phục vụ cho công nghiệp thực phẩm.Tôi xin trình bày đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ tinh bột

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

Ngày nay sự phát triển của ngành công nghiệp thực phẩm nói chung và ngành công nghiệp lên men nói riêng đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, góp phàn làm đa dạng hóa nguồn thực phẩm cho xã hội và sản xuất ra nguyên liệu cho một số ngành công nghiệp khác Cùng với sự tiến bộ của khoa học

kỹ thuật, ngành công nghiệp lên men ngày càng phát triển và đạt được nhiều thành tựu to lớn, không ngừng hoàn thiện về số lượng và chất lượng.

Acid glutamic rất cần thiết cho sự sống, tuy là một loại aminoacid thay thế nhưng nhiều thí nghiệm lâm sàng cho thấy nó là một loại acid amin đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất của người và động vật, trong việc xây dựng các cấu tử tế bào [GS.TS Nguyễn Thị Hiền, PGS.TS Nguyễn Đức Lượng, PGS.TS Giang Thế Bính (2006), Công nghệ sản xuất mì chính và các sản phẩm lên men cổ truyền, NXB Khoa Học và Kỹ thuật Hà Nội, Tr5]

Acid glutamic có thể đảm bảo nhiệm vụ chức năng tổng hợp nên các amino acid khác như alanin, losin, cytesin, prolin, oxyprolin, … Nó tham gia vào phản ứng chuyển amin, giúp cho cơ thể tiêu hóa nhóm amin và tách NH3 ra hỏi cơ thể Nó chiếm phần lớn thành phần protit và phần xám của não, đóng vai trò quan trọng trong các biến đổi sinh hóa ở hệ thần kinh trung ương [[ GS.TS Nguyễn Thị Hiền, PGS.TS Nguyễn Đức Lượng, PGS.TS Giang Thế Bính (2006), Công nghệ sản xuất mì chính và các sản phẩm lên men cổ truyền, NXB Khoa Học và Kỹ thuật Hà Nội, Tr5].

Acid glutamic phân bố rộng rãi trong tự nhiên dưới dạng hợp chất và dạng

tự do, có trong thành phần cấu tạo của protein động thực vật Trong mô, acid glutamic tạo thành NH3 và α – xetoglutaric Trong sinh vật dặc biệt là vi sinh vật, acid glutamic được tổng hợp theo con đường lên men từ nhiều nguồn cacbon [ GS.TS Nguyễn Thị Hiền, PGS.TS Nguyễn Đức Lượng, PGS.TS Giang Thế Bính (2006), Công nghệ sản xuất mì chính và các sản phẩm lên men cổ truyền, NXB Khoa Học và Kỹ thuật Hà Nội, Tr5].

Chính vì vai trò quan trọng của acid glutamic thực phẩm và phi thực phẩm nên việc xây dựng thêm nhà máy sản xuất acid glutamic là một nhu cầu thiết thực góp phần vào nền kinh tế đất nước.

Nước ta lại có nguồn sắn dồi dào, sắn được trồng khắp cả ba miền đất nước Với đặc tính dễ trồng, sản lượng cao, đầu tư ít nên tinh bột sắn tương đối rẻ so với các loại tinh bột khác Vì vậy tinh bột sắn thích hợp làm nguyên liệu để sản xuất ra các sản phẩm phục vụ cho công nghiệp thực phẩm.

Tôi xin trình bày đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic từ tinh bột sắn với năng suất 250000 tấn sản phẩm/năm.

CHƯƠNG 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT

Phát triển ngành công nghiệp chế biến thực phẩm là một yêu cầu cần thiết của việc phát triển nền kinh tế nước nhà trong thời kì đổi mới của chúng ta Để ngày càng nâng cao mức sống nhân dân, đáp ứng như cầu trong nước và tăng cường mở rộng thị trường xuất khẩu, sự phát triển của ngành thực phẩm đặc biệt

là ngành sản xuất bột ngọt góp phần đem lại lợi nhuận cao cho nền kinh tế quốc dân Trong đó, acid glutamic là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất bột ngọt và nhu cầu sử dụng acid glutamic như là nguồn nguyên liệu để sản xuất mỹ phẩm, dược phẩm, hóa chất, ngày càng tăng

Việc thiết lập nhà máy sản xuất acid glutamic là cần thiết và có tính kinh tế,

nó giải quyết được rất nhiều các sản phẩm nông nghiệp và thu hút được một lượng lớn lao động Thiết lập nhà máy như trên cần quan tâm đến nhiều vấn đề sau:

1.1 Đặc điểm tự nhiên và vị trí xây dựng

Địa điểm xây dựng nhà máy phải phù hợp với quy hoạch và đảm bảo sự phát triển chung về kinh tế địa phương Tôi chọn xây dựng nhà máy tại tỉnh Bình Dương.

Bình Dương là một tỉnh thuộc vùng Đông Nam Bộ Việt Nam, nằm trong vùng kinh tế trọng điểm phía Nam Phía Bắc giáp tỉnh Bình Phước, phía Nam giáp Thành phố Hồ Chí Minh, phía Đông giáp tỉnh Đồng Nai, phía Tây giáp tỉnh Tây Ninh và Thành phố Hồ Chí Minh Địa hình tương đối bằng phẳng, hệ thống sông ngòi và tài nguyên thiên nhiên phong phú Khí hậu mang đặc điểm nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm với 2 mùa rõ rệt: mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 đến 11, mùa khô bắt đầu từ tháng

12 đến tháng 4 năm sau Lượng mưa trung bình hằng năm là 1800 mm đến 2000

mm Nhiệt độ trung bình hằng năm là 26,5 0 C.

Bình Dương có cửa ngõ giao thương với Thành phố Hồ Chí Minh, trung tâm kinh tế - văn hóa của cả nước, có các trục giao thông huyết mạch của quốc gia chạy qua như quốc lộ 13, quốc lộ 14, đường Hồ Chí Minh, đường Xuyên Á, cách sân bay Tân Sơn Nhất và các cảng biển chỉ từ 10 – 15km thuận lợi cho phát triển kinh tế

và xã hội toàn diện Hiện nay, Bình Dương có 28 khu công nghiệp và cụm công nghiệp tập trung có tổng diện tích hơn 8700 ha với hơn 1200 doanh nghiệp trong

và ngoài nước đang hoạt động có tổng vốn đăng ký hơn 13 tỷ đôla Mỹ.

Từ các thông số trên, tôi xin chọn địa điểm đặt nhà máy tại khu công nghiệp VISIP huyện Thuận An tỉnh Bình Dương, với hướng gió chủ đạo là hướng Đông Bắc.

Hình 1.1 Bản đồ hành chính tỉnh Bình Dương

1.2 Nguồn cung cấp nguyên liệu

Nguồn nguyên liệu chủ yếu của nhà máy là tinh bột sắn, thị trường cung cấp nguyên liệu rộng lớn Có thể được cung cấp từ các nhà máy chế biến tinh bột sắn tại khu vực huyện Thuận An và huyện Tân Uyên như: Công ty TNHH sản xuất hóa chất thương mại dịch vụ Gia Định; Công ty TNHH Tinh bột công nghiệp SUNCHUNG; Công ty TNHH Sản xuất – xuất khẩu lương thực Bình Dương, Nguồn nguyên liệu còn có thể được cung cấp từ các nhà máy sản xuất tinh bột sắn ở các tỉnh Tây Ninh, Gia Lai, Đắc Lắc, Bà Rịa Vũng Tàu, Việc ổn định nguyên liệu là điều kiện thuận lợi cho nhà máy đi vào hoạt động và nâng cao năng suất, chất lượng tốt.

1.3 Khả năng hợp tác hóa

Nhà máy được đặt tại khu công nghiệp VISIP nên việc hợp tác giữa nhà máy

và các nhà máy khác rất thuận lợi Nhà máy hợp tác mọi mặt với các nhà máy khác

về phương diện kinh tế, kỹ thuật

Việc hợp tác hóa giữa nhà máy với các nhà máy khác về mặt kinh tế kỹ thuật

và việc liên hợp hóa sẽ làm giảm thời gian xây dựng, giảm vốn đầu tư và hạ giá thành sản phẩm Do nguồn nguyên liệu tinh bột sắn đều mua từ các nhà máy khác, ngoài ra còn hợp tác với các nhà máy khác về bao bì, hộp cactoong, các cơ sở sản

xuất nguyên phụ liệu khác [Th.S Trần Thế Truyền (2006) _Cơ sở thiết kế hà máy_Khoa Hóa_Đại học Bách khoa Đà Nẵng (2006), Tr7].

1.4 Giao thông vận tải

Nhà máy thiết kế nằm trong khu công nghiệp VISIP, nằm gần đường bộ ( đến Thị trấn Lái Thiêu, Bình Dương 1km), gần đường sắt (cách ga Sài Gòn, Tp Hồ Chí Minh 25km), gần đường không (cách sân bay Tân Sơn Nhất 30km), gần càng (cách Tân cảng, Tp Hồ Chí Minh 22km), thuận tiện cho việc vận chuyển nguyên nhiên liệu vào nhà máy cũng như vận chuyển sản phẩm ra [http://viipip.com/ipvn/? ipcode=20&module=info] Vấn đề giao thông không chỉ nhằm mục đích xây dựng nhà máy nhanh chóng mà còn là sự tồn tại và phát triển nhà máy trong tương lai.

1.5 Nguồn cung cấp điện, hơi và nhiên liệu

Việc sử dụng điện để chạy động cơ, thiết bị và chiếu sáng Điện thế sử dụngthường là 110 – 220V/360V Tại chân KCN có trạm biến áp 40MVA, mạng 22KVtrong KCN Nhà máy sử dụng lưới điện của khu công nghiệp, ngoài ra nhà máy còn

có máy phát điện dự phòng để đảm bảo hoạt động liên tục

Nhiên liệu sử dụng của nhà máy là

1.6 Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước thải

Nước dùng trong nhà máy với mục đích chế biến, vệ sinh thiết bị và dùng chosinh hoạt Nguồn cung cấp lấy từ hệ thống cung cấp nước của khu công nghiệp

Trong khu công nghiệp có Nhà máy cấp nước công suất 12000m3/ngày Hệ thốngthoát nước và xử lý nước thải hoàn chỉnh

1.7 Nguồn nhân công

Vì nhà máy đặt ở khu công nghiệp nên sẽ thu hút được nhiều cán bộ chuyênmôn Cán bộ quản lý và cán bộ kỹ thuật của nhà máy được đào tạo tại các trường đạihọc như Kinh tế, Bách khoa, Tổng hợp, học tại khu vực thành phố Hồ Chí Minh, ĐàNẵng, Do Bình Dương và các tỉnh lân cận là vùng đông dân cư nên việc tuyển chọncông nhân tại địa phương nhà máy là dễ dàng (Dân số Bình Dương năm 2014 tổngcộng 1802500 người) Đây là việc tiện lợi cho nhà máy vì tiện lợi cho việc sinh hoạt

đi lại, giảm công trình nhà ở, giảm được chi phí ban đầu

1.8 Thị trường tiêu thụ sản phẩm

Nhà máy sản xuất acid glutamic với công nghệ hiện đại, chất lượng tốt có khảnăng tiêu thụ trong cả nước, đẩy lùi acid glutamic ngoại nhập và tương lai sẽ xuấtkhẩu sang nước ngoài

Tóm lại: Với các điều kiện đã nêu trên thì khả năng xây dựng một nhà máy sản xuất

acid glutamic ở khu công nghiệp VISIP, huyện Thuận An, tỉnh Bình Dương là hoàntoàn có thể

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Giới thiệu về acid glutamic

2.1.1 Khái niệm

Acid amin nói chung và acid glutamic (L - AG) nói riêng có ý nghĩa to lớn L –

AG là một acid công nghiệp quan trọng, nó không phải là acid amin không thay thế nhưng có vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất ở người và động vật [Sách cô Hạnh].

Acid glutamic có công thức phân tử: C5H9O4

Thuộc loại acid amin có chứa một nhóm amin và hai nhóm cacboxyl Điều chế bằng cách tổng hợp hoặc lên men glucid.

Công thức cấu tạo: HOOC – CH(NH2) – CH2 – CH2 - COOH

2.1.2 Tính chất vật lý

Bột ngọt (còn được gọi là mì chính) là muối mononatri của acid glutamic hay natri glutamate, dễ tan trong nước, thường gọi là mì chính (bột ngọt) được dùng làm gia vị.

Acid L (+) – glutamic (thường gọi là acid glutamic) là những tinh thể không màu, tonc = 247 - 249 0 C (phân hủy), thăng hoa ở 200 0 C, độ quay cực riêng với tia D

ở 22 0 C là 31 0 Ít tan trong nước, etanol; không tan trong ete, axeton Đóng vai trò quan trọng trong việc trao đổi đạm Dùng trong y học, trong nghiên cứu sinh hóa,

bổ sung vào khẩu phần thức ăn Acid L (+) – glutamic có vị ngọt của thịt, còn acid D (-) – glutamic không có vị đó.

Hình 2.1 Cấu trúc phân tử acid glutamic

2.1.3 Tính chất hóa học

Thuộc loại acid amin có chứa một nhóm amin và 2 nhóm cacbonxylic:

- Công thức hóa học: C5H9O4

- Công thức cấu tạo:

L – AG hòa tan trong H2O tạo dung ịch có tính acid, làm quỳ tím hóa đỏ.

- Tham gia phản ứng cháy, tác dụng với acid, tác dụng với bazo, tác dụng với muối, tác dụng với rượu tạo hợp chất mang nhóm chức este.

2.1.4 Vai trò của acid glutamic [sách cô Hạnh].

Trong cơ thể người và động vật, acid glutamic tham gia vào việc tạo thànhprotein và tạo nên hàng loạt các acid amin khác như alanine, lơxin, propin, xystin,…

Acid glutamic còn tham gia vào quá trình chuyển hóa amin, có thể liên kết vớiNH3 nên có ý nghĩa to lớn trong việc giảm lượng NH3 giải độc cơ thể

Trong cơ thể người, nếu thức ăn thiếu một số acid amin như alanine, lơxin, acidaspactic, prolin, xerin,… thì acid glutamic thừa sẽ được cơ thể sử dụng để tổng hợpcác acid amin đó

Acid glutamic tham gia cấu tạo nên chất xám và chất trắng của não, tham giacác quá trình trao đổi protein và glucid, kích thích các phản ứng oxy hóa của não,đóng vai trò quan trọng trong các biến đổi của hệ thần kinh trung ương Acid glutamic

là một thành phần của myofibril nên có ý nghĩa lớn đối với hoạt động của hệ cơ Vìvậy trong y học, acid glutamic được coi như chất bổ não, chữa các bệnh thần kinhphân lập, bệnh chậm phát triển về trí não, về tim mạch, các bệnh về cơ bắp thịt,…

Acid glutamic còn dùng làm nguyên liệu khởi đầu cho việc tổng hợp một sốhóa chất quan trọng: N – acetl glutamate là chất hoạt động bề mặt, vi sinh vật có thểphân giải được, ít ăn da, được dùng rộng rãi trong công nghiệp mỹ phẩm, xà phòng,dầu gội đầu Acid oxypyrolidicacboxylic, một dẫn xuất khác của acid glutamic đượcdùng làm chất giữ ẩm trong mỹ phẩm Acetylglutamat được dùng trong xử lý ô nhiễmnước biển do dầu hỏa và dầu thực vật gây ra

Acid glutamic trong tự nhiên được phân bổ dưới dạng hợp chất và dạng tự do,

có trong thành phần cấu tạo của protein động thực vật Trong mô, acid glutamic đượctạo thành từ NH3 và acid α–xetoglutaric.Trong sinh vật, đặc biệt là vi sinh vật, acidglutamic được tổng hợp bằng con đường lên men từ nhiều nguồn cacbon

Tính an toàn khi sử dụng acid glutamic:

2.2 Phương pháp sản xuất acid glutamic

Có nhiều phương pháp để sản xuất acid glutamic từ các nguồn nguyên liệu khác nhau Hiện nay, trên thế giới có bốn phương pháp cơ bản.

2.2.1 Phương pháp tổng hợp hóa học

Phương pháp này ứng dụng các phản ứng tổng hợp hóa học để tổng hợp nên acid glutamic và các aminoacid khác từ khí thải của công nghiệp dầu hỏa hay các ngành khác.

Ưu điểm:

- Có thể sử dụng nguồn nguyên liệu không phải thực phẩm để sản xuất.

- Tận dụng được các phế liệu từ công nghiệp hóa dầu.

Nhược điểm:

- Chỉ thực hiện ở những nước có nền công nghiệp hóa dầu phát triển.

- Yêu cầu kĩ thuật cao.

Tạo ra hỗn hợp không qua cực D, L – acid glutamic, tăng chi phí cho việc tách L acid glutamic dẫn đến tăng giá thành sản phẩm.

-2.2.2 Phương pháp thủy phân

Phương pháp này sử dụng các tác nhân là hóa chất hoặc enzyme để thủy phân các nguyên liệu có hàm lượng protein cao, tạo ra hỗn hợp các aminoacid trong đó có acid glutamic Sau đó tách acid glutamic ra khỏi hỗn hợp bằng phương pháp hóa lý.

Ưu điểm:

- Khống chế được quy trình và các điều kiện sản xuất.

- Có thể áp dụng vào các cơ sở thủ công, bán cơ giới.

- Ổn định được chất lượng sản phẩm của từng mẻ.

Nhược điểm:

- Cần sử dụng những nguyên liệu có hàm lượng protein cao.

- Sử dụng nhiều thiết bị hóa chất, thiết bị chống ăn mòn.

- Hiệu suất thấp dẫn đến giá thành cao.

- Môi trường làm việc bị nhiễm độc bởi acid, ảnh hưởng sức khỏe.

2.2.3 Phương pháp sinh tổng hợp (phương pháp lên men)

Phương pháp được sử dụng rộng rãi để sản xuất acid glutamic bằng cách dùng các chủng vi sinh vật có khả năng tổng hợp ra acid glutamic để sản xuất.

Ưu điểm:

- Không cần sử dụng nguyên liệu giàu protein.

- Không phải sử dựng nhiều hóa chất và thiết bị chống ăn mòn.

- Hiệu suất cao, giá thành hạ.

- Có thể sử dụng các loại nguyên liệu khác nhau.

- Tạo ra acid glutamic dạng L, có hoạt tính sinh học cao.

Nhược điểm:

- Quá trình đòi hỏi yêu cầu kĩ thuật cao và nghiệm ngặt.

- Điều kiện khử trùng phải tốt, nếu không sẽ giảm hiệu suất thu hồi.

2.2.3.1 Phương pháp lên men gián đoạn

Nguyên tắc của phương pháp này là đầu tiên tạo ra α - Ketoglutaric bằng các kĩ thuật vi sinh như nuôi cấy vi sinh vật Sau đó, chuyển hóa α - Ketoglutaric thành acid glutamic nhờ emzyme aminotransferanse và glutamatdehydrogenase.

Nhược điểm của phương pháp này là dùng quá nhiều enzyme và acid amin làm nguồn amin cho phản ứng dây chuyền nên ít được dùng trong công nghiệp.

2.2.3.2 Phương pháp lên men trực tiếp

Nguyên tắc của phương pháp này là sản xuất acid glutamic ngay trong dịch nuôi cấy bằng một loại vi sinh vật duy nhất Các sinh vật này đều có hệ enzyme đặc biệt có thể chuyển tiếp đường và NH3 thành acid glutamic trong môi trường.

Ưu điểm: - Sử dụng đường làm nguyên liệu có hiệu suất cao.

- Nguyên liệu sử dụng rẻ tiền, dễ kiếm.

- Nguyên liệu chứa đầy đủ các thành phần dinh dưỡng cho quá trình lên men.

Từ những năm 50 của thế kỉ XIX, ở Nhật Bản đã chú ý đến phương pháp lên men trực tiếp acid glutamic và từ đó đến nay sản phẩm này hàng năm vẫn đứng đầu trong công nghiệp acid amin Acid amin sản xuất chủ yếu ở Nhật Bản, chiếm 50% sản lượng thế giới, chủ yếu bằng phương pháp lên men trực tiếp.

2.2.4 Phương pháp kết hợp

Là phương pháp kết hợp giữa tổng hợp hóa học và vi sinh vật Phương pháp

vi sinh vật tổng hợp nên acid amin từ các nguồn đạm vô cơ và glucid mất nhiều thời gian Do đó người ta sử dụng những phản ứng tổng hợp tạo ra những chất có cấu tạo giống acid amin, sau đó sử dụng phương pháp vi sinh vật tiếp tục tạo ra acid amin.

Phương pháp này tuy nhanh nhưng những yêu cầu kỹ thuật cao, chỉ áp dụng vào nghiên cứu không áp dụng vào công nghiệp.

2.3 Nguyên liệu sản xuất acid glutamic

Sử dụng nguyên liệu giàu glucid: tinh bột, rỉ đường, glucoza, scaroza,

2.3.1 Thành phần cấu tạo của tinh bột sắn

Tinh bột sắn được sản xuất trong quá trình chế biến củ sắn Có hai loại sắn đắng và sắn ngọt khác nhau về hàm lượng tinh bột và xyanua Sắn đắng có nhiều tinh bột hơn nhưng đồng thời có nhiều xyanhydric, khoảng 200 – 300 mg/kg Sắn ngọt có ít xyanhydric (HCN) và được dùng làm lương thực, thực phẩm Sắn trồng ở các tỉnh phía Bắc chủ yếu là sắn ngọt và tinh bột thu được không có HCN.

Thành phần hóa học của tinh bột sắn phụ thuộc chủ yếu vào trình độ kỹ thuật chế biến sắn Tinh bột sắn thường có các thành phần sau:

Cũng như các loại tinh bột khác tinh bột sắn gồm các mạch amilopectin và amiloza, tỉ lệ amilopectin và amiloza là 4:1 Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột sắn nằm trong khoảng 60 – 80 o [Sách Nguyễn Thị Hiền ,Tr16].

2.3.3 Thu nhận glucoza từ tinh bột sắn

Phương pháp thủy phân bằn acid: Trong sản xuất công nghiệp người ta thường sử dụng dung dịch đường glucoza thủy phân từ tinh bột bằng aicd hoặc enzyme Có hai loại acid: HCl và H2SO4 Dùng HCl thời gian thủy phân ngắn nhưng không tách được gốc acid ra khỏi dung dịch Dùng acid H2SO4 thời gian thủy phân dài, nhưng có thể tách gốc SO4 2- ra khỏi dung dịch đường bằng cách dùng CaCO3 trung hòa dịch thủy phân [Sách Nguyễn Thị Hiền,Tr16].

Phương pháp thủy phân bằng enzyme: Hai loại enzyme được dùng nhiều cho quá trình này là α – amylaza và γ- amylaza có nhiệm vụ phá hủy các mối liên kết α – 1,4 – glucozit của tinh bột tạo ra các sản phẩm có phân tử lượng lớn như dextrin bậc cao, dextrin bậc thấp, mantotrioza và cuối cùng là maltoza γ – amylaza có tác dụng thủy phân mối liên kết α – 1,4 và α – 1,6 – glucozit bắt đầu từ đâuù không khử trên mạch amyloza và amylopectin và sản phẩm cuối cùng là glucoza Mỗi enzyme

có pH và nhiệt độ thích hợp, pH và nhiệt độ tối ưu của mỗi loại enzyme phụ thuộc vào nguồn gốc của nó Trong công nghiệp người ta thường kết hợp α - amylaza bền nhiệt với γ – amylaza của nấm mốc để phân tinh bột thành đường glucoza [Sách Nguyễn Thị Hiền,Tr16].

Dịch đường sản xuất theo phương pháp enzyme có hiệu suất chuyển hóa cao hơn phương pháp acid, không chứa gốc acid và tạp chất có hại, rất thích hợp cho việc sản xuất glucoza tinh thể và cho lên men nhờ vi sinh vật.

Từ các tính chất ưu và nhược điểm nêu trên, nên tôi chọn nguyên liệu sản xuất acid glutamic từ tinh bột sắn nhờ kết hợp α – amylaza bền nhiệt với γ – amylaza của nấm mốc để thủy phân tinh bột thành đường glucoza.

2.4 Chủng vi sinh vật

Tham gia vào quá trình lên men sản xuất acid glutamic, chủng vi sinh thường dùng: Corynebacterium Glutanicum, Brevibacterium Lactofermentus, Micrococus Glutamicus, nhưng chủ yếu nhất vẫn là chủng Corynebacterium Glutamicum (loại vi khuẩn này đã được nhà vi sinh vật Nhật Bản Kinosita phát hiện

từ 1956, có khả năng lên men từ tinh bột, ngô, khoai, khoai mì để tạo ra acid glutamic) Ở đây, tôi chọn chủng đột biến Corynebacterium Glutamicum không bị

giới hạn bởi nồng độ biotin vì giống này có khả năng sinh tổng hợp axit glutamic cao

và không bị khống chế bởi nồng độ biotin

Giống vi khuẩn thuần khiết này được lấy từ ống thạch nghiêng tại các cơ sở giữ giống, sau đó được cấy truyền, nhân sinh khối trong môi trường Khối lượng sinh khối đuợc nhân lên đến yêu cầu phù hợp cho quy trình sản xuất đại trà Trước khi nhân, cấy, môi trường lỏng phải được thanh trùng bằng phương pháp Pasteur.

Hình 2.2 Corynebacterium Glutanicum.

Chủng vi khuẩn giống phải có khả năng tạo ra nhiều acid glutamic, tốc độ sinh trưởng phát triển nhanh, có tính ổn định cao trong thời gian dài, chịu được nồng độ acid cao, môi trường nuôi cấy đơn giản, dễ áp dụng trong thực tế sản xuất.

*Cơ chế tổng hợp thừa acid glutamic:

Tính thấm của màng tế bào bị thay đổi vì thiếu biotin, do tác dụng của penicillin hay dẫn xuất của chất béo Nếu tính thấm không bị thay đổi thì chỉ diễn ra

sự tổng hợp acid gutamic trong tế bào và không có sự tiết acid này ra môi trường Như vậy, acid glutamic nồng độ cao sẽ ức chế phản ứng của glutamate - dehydrogenaza tạo thành acid glutamic Do biến đổi về tính thẩm thấu, tế bào chỉ cho acid glutamic ra ngoài và trong nội bào Nồng độ acid amin này thấp nên không có sự ức chế ngược bởi sản phẩm cuối cùng Sự hư hại tính thấm xuất hiện khi nồng độ biotin tối ưu là 2 - 5 µg/l Còn nồng độ biotin tối thích cho sự sinh trưởng của chủng ở khoảng 14 µg/l Cũng có thể tạo ra sự hư hại này bằng cách bổ sung các chất hoạt động bề mặt như Tween 60-polyoxyetylen- socbitanmonostearat, Tween 40 – poyoxyetylen - sobitan monopalmitat như penicillin Các tác nhân bề mặt này được bổ sung vào giữa hay cuối pha sinh trưởng Việc penicillin gây hư hại cho tính thấm có ý nghĩa thực tiễn đặc biệt vì nhờ

đó có thể sử dụng các nguyên liệu phức tạp như rỉ đường.

2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành acid glutamic

2.5.1 Nguồn Cacbon

Nguồn cacbon cung cấp các đơn bị bộ khung cacbon của acid glutamic, cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình sinh tổng hợp của chúng [Sách Nguyễn Thị Hiền, Tr66].

Nồng độ cơ chất ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất sinh tổng hợp acid glutamic Nồng độ glucoza càng cao, hiệu suất lên men acid glutamic càng thấp, hàm lượng acid glutamic nội bào càng cao, hoạt lực các enzyme cần cho oxy hóa glucoza và α- xetoglutaric decacboxylaza càng cao.

2.5.2 Nguồn Nitơ

Cung cấp nitơ cho quá trình lên men acid glutamic là rất quan trọng bởi vì nitơ cần cho việc tổng hợp protein tế bào và chiếm tới 9,5% trọng lượng phân tử acid glutamic Người ta thường dùng các loại muối chứa NH 4 + như NH4Cl (NH4)2SO4, (NH4)2HPO4, NH4H2PO4 hay NH3 hoặc urê làm nguồn cung cấp cacbon [Sách Nguyễn Thị Hiền, Tr67].

2.5.3 Nguồn muối vô cơ khác

Các ion vô cơ cần cho sinh trưởng và tích lũy acid glutamic Sự có mặt của các ion sau đây là cần thiết: K + , Mg +2 , Fe +2 , Mn +2 , SO4 +2 , PO4 +3 Trong đó K + , Fe +2 và đặc biệt là Mn +2 là quan trọng để thu lượng lớn acid glutamic, K + cần cho tích lũy acid glutamic nhiều hơn là cho sinh trưởng [ Sách Nguyễn Thị Hiền, Tr67].

2.5.4 Chất điều hòa sinh trưởng

Chất điều hòa sinh trưởng quan trọng bậc nhất trong môi trường lên men acid glutamic nhờ các giống thiên nhiên là biotin Để có hiệu suất lên men cao nồng

độ biotin phải nhỏ hơn nồng độ tối ưu cần thiết cho sinh trưởng, thích hợp nhất là

từ 2 - 5µg/l môi trường [Sách Nguyễn Thị Hiền, Tr67,68] Biotin quyết định sự tăng trưởng tế bào, quyết định cấu trúc màng tế bào, cho phép acid glutamic thấm ra ngoài môi trường hay không và có vai trò quan trọng trong cơ chế oxy hóa cơ chất tạo nên acid glutamic.

2.5.5 Ảnh hưởng của pH

pH tối ưu cho sinh trưởng và tạo L - AG của các vi khuẩn sinh L - AG là trung tính hoặc hơi kiềm Khi dùng môi trường sacarit người ta phải điều chỉnh pH suốt quá trình lên men vì môi trường luôn có xu hướng trở nên acid do sự hình thành L -

AG và các acid hữu cơ khác gây nên Liên tục bổ xung NH 4+ để thực hiện hai chức năng cơ bản là điều chỉnh pH và cung cấp NH 3 cho việc tổng hợp phân tử L - AG Có thể thay nhóm amôn bằng urê vì phần lớn ta có thể đưa NH3 dưới dạng khí hoặc

nước vào lên men để điều chỉnh pH trong khoảng 7 - 8 giờ, tối ưu cho sinh trưởng

và tạo L – AG [Sách Nguyễn Thị Hiền, Tr68].

2.5.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Đa số vi khuẩn sinh L - AG sinh trưởng và tạo L - AG tốt ở 30 – 35 o C , số ít ở

35 - 37ºC, cá biệt ở 41 - 43ºC Khi tiến hành quá trình nuôi dưỡng chính ở 37ºC và nuôi dưỡng phụ ở 30ºC thì hiệu suất chuyển hoá là 15% và kéo theo sự chuyển hoá của acid lactic Người ta biết có thể thay đổi nhiệt độ nuôi dưỡng khi thay đổi môi trường dinh dưỡng [Sách Nguyễn Thị Hiền, Tr68].

2.5.7 Ảnh hưởng của sự cung cấp oxy và khuấy trộn

Sự cung cấp oxy và khuấy trộn trong khi lên men có ý nghĩa vô cùng quan trọng Do vi khuẩn lên men thuộc loại hiếu khí nên nếu không cung cấp đủ oxy cho chúng, đồng thời CO2 sinh ra trong quá trình biến dưỡng quá nhiều thì tế bào vi khuẩn có khả năng chết, làm cho sinh khối giảm kéo theo sự suy giảm cả về lượng acid glutamic sản xuất Việc này nhằm hai mục đích:

- Duy trì nồng độ oxy hòa tan ở mức trên giá trị tới hạn.

- Khống chế nồng độ CO2 ảnh hưởng rất lớn tới sinh trưởng và tích lũy acid glutamic của vi khuẩn [Sách Nguyễn Thị Hiền, Tr69].

CHƯƠNG 3 CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

3.1 Chọn phương pháp sản xuất

Có nhiều phương pháp để sản xuất acid glutamic bao gồm: phương pháp hóahọc, phương pháp thủy phân, phương pháp lên men, phương pháp kết hợp Trong đó,phương pháp lên men trực tiếp có nhiều ưu điểm nhất Ưu việt của phương pháp này

là sử dụng nguyên liệu glucid, hiệu suất cao giá thành hạ,…(như đã trình bày ở mục2.2.3) Vì vậy tôi chọn phương pháp lên men trực tiếp để sản xuất acid glutamic

Dịch hóa( pH 5,5-790-110oC, 40 phút)

Pha chế dịch( pH 6,7-6,9)

Tiệt trùng, làm nguội( T1 = 120oC, 15 phútT2 = 28-30oC)

Lên men( Urê 1,8%, dầu lạc 0,1%

Bx= 10%, pH= 6,7-8T= 32oC, 40 giờO2= 40-90 mg/lit.phút)

Khoáng

Biotin

Nhân giống 1

Nhân giống 3Nhân giống 2Giống

3.1 Quy trình sản xuất acid glutamic từ tinh bột sắn