chuong 5 san xuat chât phu gia từ VSV

 Sodium glutamat là những tinh thể hình kim màu trắng, là chất phụ gia được sử dụng phổ biến làm chất điều vị cho thực phẩm chế biến. Sodium glutamat là dẫn xuất của acid glutamid, là

SẢN XUẤT CÁC

CHẤT PHỤ GIA TỪ

VSV

1.Sản xuất acid glutamic (bột ngọt).

2 Sản xuất acid lactic, acid citric, acid acetic

3 Sản xuất nucleotic (chất siêu

ngọt).

4 Sản xuất dextran.

1.Sản xuất sodium glutamat(bột ngọt)

 Sodium glutamat là những tinh thể hình kim màu trắng, là chất phụ gia được sử dụng phổ biến làm chất điều vị cho thực phẩm chế biến.

 Sodium glutamat là dẫn xuất của acid glutamid, là một acid amin cần thiết và

có hương vị ngọt của thịt, được sản xuất bàng con đường lên men trong các

fermentor có sụt khí với chủng VK

Corynebacterium glutamicum

Citrat

A-ketoglutarat Citrat

Succinat Fumarat

Cơ chế gây tổng hợp thừa

trách nhiệm tổng hợp enzim xúc tác phản ứng chuyển A ketoglutarat thành

succinat

chất có liên quan đến sụ tạo thành acid

béo ở màng Sự tạo thành a.béo lại lệ

thuộc vào hàm lượng biotin trong môi

trường Trường hợp thiếu biotin sẽ làm

màng tế bào cho thẩm thấu acid glutamic

ra ngoài Do đó nghiên cứu nồng đọ biotin thích hợp là điều rất quan trọng

Thông thường acid amin được VSV tổng hợp với lượng vừa phải đủ để đáp ứng nhu cầu về acid amin trong sinh tổng hợp protein cho tế bào, nhờ chúng có khả năng điều hòa trao đổi chất, giúp chúng có thể tồn tại và phát triển trong tự nhiên

Hầu hết các VSV dùng trong CNLM sản xuất acid amin đều

là các chủng đột biến, có khả năng siêu tổng hợp acid amin, có nghĩa là chúng là những VSV mất khả năng điều hòa sinh tổng

hợp, nhờ vậy mỗi tế bào VSV sẽ là những nhà máy hóa học tí

hon , giúp con người tổng hợp các chất acid amin cần thiết với số lượng lớn.

Acis glutamic cũng được sản xuất dựa trên cơ chế trên VSV đột biến có khả năng siêu tổng hợp acid glutamic được lên men trong các Fermenteur dưới các điều kiện môi

trường tối ưu Trong suốt quá trình lên men Acid glutamic được tổng hợp bên trong tế bào và được VSV bài xuất ra môi rường

Qui trình sản xuất glutamat natri

Cô đặc –kết tinh Sấy khô

Nguyên liệu đường HCL

Bổ sung chất dinh dưỡng

Giống vi khuẩn đột biến

Corynebacterium glutamicum

Để nguội 30-35 0 C

NaOH

Điều kiện lên men

 Thời gian lên men 2-3 ngày

 Liều lượng Oxy cung cấp: 40-90mg/lít môi trường /phút.

 pH duy trì 6,8-7,8.

 Nhiệt độ lên men 30 0 c

Phương pháp ly trích a.glutamic

 Phương pháp đẳng điện.

 Phương pháp tạo hydrochlocid của

a.glutamic.

 Phương pháp trao đổi ion.

 Phương pháp dùng dung môi.

 Phương pháp chuyển acid glutamic thành muối kim loại

Phương pháp đẳng điện

 Cô đặc dịch lên men đến ½ -1/3

 Tẩy màu bằng than hoạt tính

 Dùng HCL để chỉnh pH xuống 3.2 , đạt độ đẳng điện để kết tinh

a.glutamic.

 Kết tinh acid glutamic

 Ly tâm để thu tinh thể acid glutamic

Monosodium Glutamate is the fine white crystalline product, it is widely used in the snack, can food and daily cooking to increase the appetizer The product starts from the

2 SẢN XUẤT NUCLEOTIDE

( CHẤT TĂNG VỊ)

 Khoảng 90 năm trước đây (1909) Ikeda phát hiện rằng thành phần mang vị

chủ yếu của nước chiết tảo bẹ chính là L- glutamat

 Vài năm, sau phát hiện của Ikeda,

người ta biết thành phần tăng vị chủ yếu ở cá ngừ khô là muối histidin

của acid inozinic Năm 1960,người ta biết chất 5’-IMP có hoạt tính tăng vị đặc

biệt

xuất loại bột ngọt với vị ngọt gắp

trăm lần bột ngọt Đó là loại nucleotic như: 5’-IMP (inosin monophosphat); 5’- GMP ( guanin monophosphat); 5’- XMP ( itosin

monophosphat).

 Giá trị điều vị giãm dần theo thứ tự:

 Inosin monophosphat (IMP) Guanin

monophosphat (GMP) Xytosin

monophosphat (XMP) là những chất tăng vị rất quan trọng được sản xuất khá nhiều và ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm ( trong mì ăn liền )

 Đây là chất tăng vị có độ ngọt gấp hàng

trăm lần so với glutamat natri Ngoài lảnh

vực thực phảm , các nucleotide còn được ứng dụng trong lảnh vực sinh học , y học , Inosin được sử ụng làm thuốc chửa các bệnh về tim gan….Adenin và Adenosin được dùng trong bảo quản máu Adenosin triphosphat (ATP)

có thể dùng trị một số bệnh tim mạch, thấp khớp.

 Tuy chỉ mới ra đời , ngành sản xuất các

nucleotide ở nhiều nước đã phát triển rất

mạnh Ở Nhật năm 1968 sản lượng

nucleotide làm chất điều vị lên gần 3000

tấn/ năm

1.phương pháp thuỷ phân ARN của nấm men bằng enzim VSV

Enzim VSV

ARN ( của nấm men) 5’- nucleotic

2 Phương pháp lên men kết hợp với PP chuyển đổi hố học

 Môi trường lên men Inozin hay

Guanozin



 Con đường hóa học

4.Phương pháp lên men 2 giai đoạn với 2chủng VSV đột biến

 Chủng đột biến Corynebacterium glutamicum

 Môi trường lên men

X MP

 Brevibacterium ammoiagenes

 GMP

Vi sinh vật

 ARN cuả nấm men được sử dụng để làm nguyên liệu thô để sản xuất các 5’-nucleotic

vì nấm men có thể nuôi cấy liên tục trong các môi trường rẻ tiền như dịch thải, sản lưọng tế bào tương đối cao, tỷ lệ ADN/ ARN tương đối thấp.Nấm men Candida utilis có hàm lượng ARN lên tới 10-15% tính theo trọng lượng khô

 ARN có thể chiết từ tế bào nấm men

bằng dung dịch clorua natri sau đó kết tủa

bằng cách acid hóa dịch chiết Chất tủa được trung hòa và được sử dụng làm ARN kỷ thuật để chuẩn bị phân giải thành 5’- nucleotic

GMP có thể được sản xuất công nghiệp qua

XMP bằng cách sử dựng chủng tích lủy XMP và một chủng chuyển hóa XMP thành GMP



Sản xuất dextran từ vsv

Dextran là hợp chất gồm các đơn vị glucosid liên kết với nhau ở cầu nối α 1-6 glucosid, là mạch dài không phân nhánh Dextran khác với tinh bột và glycogen ở gốc glucosid α 1-6 glucosid và không có phản ứng màu với iod.

dextran

 Trường hợp bia bị bệnh , trong bia hay xuất hiện chất nhờn, hiện tượng này không phải gì lạ mà là sự tạo

thành dextran từ dextrin bởi các vi khuẩn acetic như Acetobacter

viscosum, Acetobacter capsulatum).

 Trong quá trình sản xuất dextran từ

saccarose, bên cạnh sự tổng hợp dextran còn có dự giải phóng fructose

 Fructose được giải phóng sẽ tham gia vào các phản ứng trao đổi chất và sẽ tạo các acid hữu cơ, trong đó chủ yếu là acid

lactic, acid acetic, cồn bậc cao, mannit

hoặc một loại disaccaride đặc biệt là

leicrose

 Vì vậy dây chuyền công nghệ sản xuất dextran

người ta xây dựng thêm các hệ thống thu các sản

 Dextran được ứng dụng trong công nghệ sản xuất thuốc sơn mài dưới dạng ester-dextran

kem ,các loại bánh kẹo

quản thực phẩm.

kem đánh răng

để thay thế huyết tương

ứng dụng

 Dextran dùng trong y học khác với

dextran sống ở phân tử lượng Dextran

y học là sản phẩm thuỷ phân khơng

hồn tồn của dextran sống , cĩ trọng lượng phân tử khoảng 65.000-80.000 gần giống như albumin của huyết thanh , cịn tính chất thẩm keo thì gần giống như huyết tương

nước muối sinh lý cĩ độ nhớt khoảng

3,3 so với nước cất) thanh trùng ờ 120 o

C/30 phút, cĩ thể làm chất thay thế

huyết tương hay nĩi cách khác làm chất tăng dung tích của huyết tương ( cĩ bổ sung glucose, NaCL)

Dextran-Hemoglobin

carrier Dextran hemoglobin is prepared by conjugating

human hemoglobin to dextran, a branched polysaccharide made of many glucose molecules joined into chains The

process utilizes coupling hemoglobin to bromo-Dextran,

resulting in a very high yield

 Dextran is readily available in a variety of molecular weights, and its production is fairly standardized

 It has been used as a clinical plasma volume expander, so its biocompatibility and safety have already been established

 Dextran is completely metabolized and excreted from the body after a brief storage period in cells

 It can be chemically modified by a variety of methods to form defined and stable compounds

prolong the plasma half lives of several compounds

Therefore it has been established already that dextran can

Advantages of

Conjugation:

kidney damage

Hemoglobin escape into extravascular space – this minimizes tissue edema and damage caused by iron overload

clearance

affinity that is 2.5 times that of normal hemoglobin

its effectiveness as an HBOC

denaturation and ethanol precipitation this has two

important applications:

 Suggests conjugate solutions could be sterilized with organic solvents

 Provides an additional safeguard against precipitation and denaturation of

hemoglobin in the bloodstream, which could lead to circulatory obstruction

 In animal models dextran-hemoglobin has been the first soluble blood substitute to sustain complete

recovery of animals that have had almost complete replacement of erythrocytes Dextran-hemoglobin’s good performance as an HBOC is a result of:

 Long residence time in plasma, with a half life of up

to 57 hours, compared to 22 hours for the

first-generation of HBOCs

 Non-clearance through renal route, which protects the kidney function and structure

 Slow extravasation which limits tissue edema

 Long residence time leads to lower frequency of

HBOC infusions required to maintain adequate

hemoglobin Paired with low concentration of 6%

hemoglobin leads to greater treatment economy and

 Although Dextran-Hemoglobin has so far mostly been tested in animal models, results have been very promising, and a

clinical trial in humans is expected to begin by the end of this year in Thailand A trial on dogs in Thailand is currently

underway, and once that trial is finished the human trial will begin The company hopes that regulatory approval will be

cheaper and easier to acquire in Thailand, and that this

approval, if granted, will aid the transition into the US and

Dextran-no longer be used for transfusion

 In the long run, it is anticipated that hemoglobin supplies will

be met through the scientific production

 Dextran-Hemoglobin is another

hemoglobin based oxygen carrier

Dextran hemoglobin is prepared by

conjugating human hemoglobin to

dextran, a branched polysaccharide

made of many glucose molecules

joined into chains The process utilizes

coupling hemoglobin to

bromo-Dextran, resulting in a very high yield

Dextran conjugation has many

advantages:

 Dextran is readily available in a variety of molecular

weights, and its production is fairly standardized

 It has been used as a clinical plasma volume

expander, so its biocompatibility and safety have

already been established

 Dextran is completely metabolized and excreted from

the body after a brief storage period in cells

 It can be chemically modified by a variety of methods

to form defined and stable compounds

 Dextran has been used in drug delivery

systems, and to prolong the plasma

half lives of several compounds

Therefore it has been established

already that dextran can increase the

therapeutic efficacy of various

proteins

Sản xuất acid lactic từ vsv

Acid lactic được sản xuất công nghiệp bởi vi khuẩn lên men lactic đđ đđđ đđđồng hình hoặc vi khuẩn sản xuất chủ yếu a.lactic.

Phương trình đơn giản để sản xuất lactic từ glucose bởi những sinh vật này là :



Nguyên liệu lên men

 Nguyên liệu chủ yếu để lên men

lactic trong công nghiệp là ngô,

khoai, sắn, khoai tây

 Trước khi cho lên men, các nguyên

liệu này phải được thủy phân sơ bộ

để thu được dịch thủy phân chứa các loại đường khác nhau

1-Lactobacillus delbrueckii subsp bulgaricus

để được chọn lọc để sản xuất aci

lactic từ Whey.

2-L.plantaxum lên men đường pentose(C5)

được đề cập đến sử dụng trong spent

sulfit liquors.

3 L.brevis sử dụng tinh bột bắp thủy

phân, vỏ hạt bông v.m …

4 Nấm mốc Rhizopus oryzae đã được sử

dụng thử nghiệm đe åsản xuất a.lactic

từ môi trường nuôi cấy glucose.

acid lactic:

Công nghệ truyền thống

 Xử lý rỉ đường , tách keo, pha loảng

nước tỷ lệ 1:3, lọc qua than hoạt tính

 Đun 90-95 0 C trong 6 giờ.

đến 6.3-6.5.Làm nguôi xuống 50 0 C.

Lên men

 Cấy giống Lactobacillus delbruckii

có mật độ 10 6 tb/ml, tỷ lệ 2.5-3%.

 Nhiệt độ lên men 50 0 C,pH=5-6.

 Thời gian lên men 7-10 ngày.

 Trong quá trình lên men , sử dụng

vôi mịn để trung hoà lượng acid lctic được sinh ra , tạo lactat calci.

 Khuấy trộn liên tục

Điều kiện lên men

 Nhiệt độ lên men 40-50 0 C

 pH điều chỉnh trong suốt quá trình lên men là 4.8-5.7 bằng NaOH.

 Giống Lactobacillus acidophilus tỷ lệ 5%.

 Môi trường lên men :

-Dung dịch chứa đường : 40-100g/l.

-Dầu bấp thô : 1%

- Nước chiết bấp 40-50%.

- Bổ sung khoáng vi lượng

Thu nhận acid lactic

 Sau lên men , dung dịch lên men được đung nóng

80-90 0 C

 Dùng CaCO 3 chỉnh pH=10-11, giử trong 3 giờ Trong thời gian này chất lắng và sinh khối vi khuẩn sẽ lắng xuống đáy bình, loại chất lắng sau đó lọc bằng máy lọc khung bản ở nhiệt độ 70-80 0 C.

 Lọc xong , toàn bộ dịch lên men chuyển qua thiết bị tạo tủa lactat calci Quá trình tạo tủa mất 10-16 giờ Lọc

Tinh bột

Dịch đường

Thanh trùng

Lên men Dịch lên men

Lactat calci

Thủy phân

Cấy giống vsv

Trung hòa bằng CaCO3

Lọc lấy tủa lactat calci

Dịch acid lactic+CaSO4

Tách Ca bằng H2SO4

Lọc tách acid lactic Kết tinh

Lactid acid tinh thể

QUI TRÌNH SẢN XUẤT ACID LACTIC

Công nghệ hiện đại

 Khác với phương pháp truyền thống

ở chỗ:

1 Thay đổi giống và môi trường

2 Thay đổi phương pháp thu nhận : dùng phương pháp thẩm tích điện

và trao d0ổi ion.

thẩm tích điện (electro dialysis) để

thu nhận lactat calci dạng lỏng

 Sinh khối có khả năng lên men được chuyển ngược lại để lên men mẻ kế tiếp.

 Lactat calci được cô đặc chân không và được chuyển sang máy thẩm tích điện

trích ly (water splitting electrodialysis)

để thu nhận acid lactic tinh khiết.

chứa nitơ

tinh khiết 99%

Từ nguyên liệu là tinh bột ta thuỷ phân thành đường

 Cấy giống với điều kiện ở 55 0 C, trong

vòng 10 ngày lên men và sau đó trung

hoà môi trường bằng lượng CaCO 3 nhằm điều chỉnh pH cho môi trường.

 Muối calcilactat tạo thành ta đem lọc rồi kết tinh lại thành tinh thể Bổ sung H 2 SO 4

vào thì dung dịch acid lactic lại tạo ra

Đem lọc và kết tinh thì ta thu được acid lactic ở dạng tinh thể.

Axit lactic được dùng rộng rãi trong công nghiệp

nhuộm, thuộc da, trong y học, chế tạo chất dẻo,

sơn

chỉnh hình , có sử dụng vật liệu purasorb Purasorb

là hợp chất cao phân tử sản xuất từ acid lactic.

từ acid lactic Hợp chât này giúp răng khỏe.

giống bộ xương động vật Chất này là trùng hợp từ acid lactic.

Ứng dụng

ohẩm như pusanol Mỹ phẩm này có tác dụng chống VSV có trên bề mặt

da, làm ẩm và làm sáng da.

Using lactic acid fermentation methods, harmful heavy metal contained by ứng dụng vk lactic và nâm men để xử lý

chất thải có kim loại nặng

SẢN XUẤT ACID CITRIC TỪ

VSV

6 Sản Xuất Acid citric



Aspergillus niger

Aspergillus niger là loại nấm mốc chủ yếu được dùng trong việc sản xuất acid citric, mặc dù những loại nấm mốc khác được biết có khả năng để sản xuất loại acid này

và nhiều vi sinh vật đang được thử nghiệm.

 Phương trình sản xuất acid citric từ glucose.

C 6 H 12 O 6 + 3/2 O 2 C 6 H 8 O 7 +

Vi sinh vật sử dụng:

 Hầu hết acid citric được sản xuất từ rỉ

đường và rỉ đường củ cải hơn từ đường

mía, có bổ sung nguồn nitrơ và chất khoáng

giản như là muối amon hoặc ure

được sản lượng tốt, đặc biệt là sắt, kẽm, mangan,

sự tạo thành mycelium dưới số lượng tối đa, có thể làm tăng sản lượng acid citric

citric có khuynh hướng ngăn cản việc tạo

thành acid oxalic

trình sản xuất