bài tìm hiểu về VITAMIN B12

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 4 PHẦN I.TỔNG QUAN 4 1.Giới thiệu chung 5 2. Vitamin B12 5 2.1 Giới thiệu chung 5 2.2 cấu tạo hóa học và tính chất của vitamin B12 6 2.3 Vai trò của vitamin B12 7 2.4 Tác hại của việc thiếu vitamin B12 8 2.5 Sản xuất vitamin B12 trên quy mô công nghiệp 9 PHẦN II: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT 10 I. VI SINH VẬT 10 1. Yêu cầu về nguyên liệu 10 2. Vi sinh vật sản xuất vitamin B12 10 II. RỈ ĐƯỜNG 14 III. HÈM RƯỢU 15 IV. DỊCH WHEY 16 PHẦN III: SẢN XUẤT 18 1. Quy trình công nghệ sản xuất vitamin B12 từ công nghệ vi sinh 18 2. Giải thích quy trình 19 2.1. Nhân giống 19 2.2. Chuẩn bị môi trường lên men 19 2.3. Lên men 20 2.4. Ly tâm 20 2.5. Acid hóa 20 2.6. Hấp phụ 20 2.7. Giải hấp 21 2.8. Cô đặc 22 2.9. Kết tinh 22 2.10. Ly tâm 22 2.11. Sấy 22 PHẦN IV: SẢN PHẨM 22

SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ VI KHUẨN PROPIONIBACTERIUM

NHÓM 1:

LỚP: 14CHD

BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC

Lời mở đầu+ phần I: tổng quan+ power point+edit word

Phần II: nguyên liệu sản xuất+ power pointPhần III: sản xuất

Phần III: sản xuất+ power pointKết luận+ phần IV: sản phẩm + edit PP

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

PHẦN I.TỔNG QUAN 4

1.Giới thiệu chung 5

2 Vitamin B 12 5

2.1 Giới thiệu chung 5

2.2 cấu tạo hóa học và tính chất của vitamin B 12 6

2.3 Vai trò của vitamin B 12 7

2.4 Tác hại của việc thiếu vitamin B 12 8

2.5 Sản xuất vitamin B 12 trên quy mô công nghiệp 9

PHẦN II: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT 10

I VI SINH VẬT 10

1 Yêu cầu về nguyên liệu 10

2 Vi sinh vật sản xuất vitamin B 12 10

II RỈ ĐƯỜNG 14

III HÈM RƯỢU 15

IV DỊCH WHEY 16

PHẦN III: SẢN XUẤT 18

1 Quy trình công nghệ sản xuất vitamin B 12 từ công nghệ vi sinh 18

2 Giải thích quy trình 19

2.1 Nhân giống 19

2.2 Chuẩn bị môi trường lên men 19

2.3 Lên men 20

2.4 Ly tâm 20

2.5 Acid hóa 20

2.6 Hấp phụ 20

2.7 Giải hấp 21

2.8 Cô đặc 22

2.9 Kết tinh 22

2.10 Ly tâm 22

2.11 Sấy 22

PHẦN IV: SẢN PHẨM 22

LỜI NÓI ĐẦU

Vitamin B12 là một vitamin rất cần thiết cho cơ thể con người Trong cơ thể, nó tồntại dưới dạng bốn dẫn xuất mà người ta gọi là cobalamin và hoạt động như các yếu

tố như enzyme Vitamin B12 tham gia phản ứng tổng hợp thymidylate, một thànhphần trong phân tử AND, cung cấp nguyên liệu để tổng hợp AND, góp phần vàoquá trình phân chia tế bào và trưởng thành tế bào trong cơ thể Đã có nhiều nghiêncứu chứng minh là vitamin B12 có tác dụng chữa bệnh thiếu máu ác tính và cácbệnh về viêm dây thần kinh Khi nồng độ vitamin B12 không đủ sẽ gây ra hủymyelin sợi thần kinh, suy giảm chức năng của một số dạng acid folic cần thiết kháctrong tế bào, gây nên sự bất bình thường huyết học ở người mạng bệnh thiếuvitamin B12 Vitamin B12 chỉ có nhiều trong các thực phẩm đi từ nguyên liệu độngvật, thực vật chứa rất ít vitamin B12 Vì thế nhu cầu tổng hợp vitamin B12 trên quy

mô công nghiệp là rất cần thiết để bổ sung vitamin B12 cho những người ăn chaytrường và chữa các loại bệnh thiếu máu do thiếu vitamin B12 Trong công nghiệp,các nhà khoa học đã tìm ra phương pháp sản xuất vitamin B12 hoàn toàn được tổnghợp từ vi sinh vật để đủ lượng vitamin B12 cung cấp cho nhu cầu ngày càng lớnhiện nay

PHẦN I.TỔNG QUAN

1.Giới thiệu chung

Vitamin là phân tử hữu cơ rất cần thiết ở lượng rất nhỏ cho hoạt động bình thườngcủa cơ thể Vitamin thúc đẩy quá trình trao đổi chất và là thành phần không thểthiếu trong cấu tạo của nhiều loại enzyme Vitamin được sử dụng trong ba lĩnhvực:

- Y học

- Thực phẩm cho con người

- Thức ăn cho gia súc

Các nhà khoa học đã ứng dụng nhiều phương pháp khác nhau trong sản xuấtvitamin Bao gồm các phương pháp sau:

- Chiết rút từ nguồn nguyên liệu động thực vật

- Tổng hợp hóa học

- Tổng hợp sinh học

Cả ba phương pháp đều có nhưng ưu nhược điểm riêng, với mỗi phương pháp cho

ra những vitamin riêng Do đó sản xuất vitamin từ các nguồn nguyên liệu vàphương pháp khác nhau, người ta thường nhắm vào hiệu quả của phương pháp vàgiá thành đóng vai trò quan trọng cho quyết định phương án sản xuất

Công nghệ sản xuất vitamin theo phương pháp sinh học chỉ tập trung vào một sóvitamin đặc biệt bao gồm vitamin B12, hỗn hợp vitamin D2, và các loại vitamin Bkhác

2 Vitamin B 12

2.1 Giới thiệu chung

Vitamin B12 được phân lập lần đầu tiên từ gan vào năm 1948 do hai nhóm nghiêncứu của Folker và Smith, cũng trong năm này E.L.Rickes cũng phát hiện ra chủngSteptomyces cũng sản sinh ra vitamin B12, đây là yếu tố mở ra khả năng đưa vàosản xuất quy mô công nghiệp sau này

Thuật ngữ vitamin B12 rất rộng, dùng để chỉ những hợp chất có chứa cobalamin vìtrong phân tử của nó có chứa kim loại Coban Tại hội nghị quốc tế về hóa sinh năm

1961, các nhà bác học đã đề nghị gọi tên nhóm vitamin B12 là corinoit Hiện nayngười ta biết hơn 100 loại chất tương tự như vitamin B12 , trong đó có các chất quantrọng như cyancobalamin(B12), hydroxycobalamin(B12a), nitritocobalamin Dạng tựnhiên của các hợp chất cobalamin là adenosylcobalamin, metylcobalamin vàhydroxocobalamin

Cyanocobalamin là vitamin B12, là một hợp chất cobalamin bền vững, được sảnxuất trên quy mô công nghiệp nhưng không tìm thấy trong tự nhiên Vitamin B12 làmột vitamin quan trọng để chữa bệnh thiếu máu nguy hiểm và bệnh viêm dây thầnkinh ngoại biên, đồng thời nó cũng là một vitamin quan trọng bổ sung vào khẩuphần ăn của động vật và cả con người

Bởi vì sản xuất vitamin B12 theo phương pháp hóa học rất khó khăn và tốn kém nênngười ta sản xuất theo phương pháp lên men vi sinh vật gián đoạn hay kết hợp giữagián đoạn và liên tục

2.2 cấu tạo hóa học và tính chất của vitamin B 12

Cấu trúc của vitamin B12 được tìm thấy vào năm 1955

- Tên quốc tế: cyanocobalamin và hydroxo- cobalamin

- Tên theo hệ thống IUPAC: α-(5,6- dimethylbenzimidazoly) cobamidcyanide

- Công thức hóa học: C63H90N14O14PCo

- Cấu trúc hóa học của vitamin B12 gồm 2 phần:

+ Phần cobamid gồm 4 nhân pyrol đã hydrogen hóa, giữa nhân là nguyên tử cobanhóa trị 3; các nhân này đã bị thế bới nhóm methyl, acetamid và propionamid

+ Phần nucleotid gồm 5,6- dimethylbenzimidazol đã este hóa bởi acid phosphoric

và hai phần này nối với nhau bởi cầu isopropanol

Nguyên tử coban liên kết cộng hóa trị với một nito của nhân pyrol, liên kết phối trívới 3 nguyên tử nito của 3 nhân pyrol còn lại và nito trong nhân benzimidazol; liênkết ion với acid phosphoric Hóa trị của coban liên kết với các nhóm chức khác

nhau tạo ra các vitamin B12 khác nhau Hai chế phẩm vững bền khi bảo quản và làchế phẩm được dùng là cyanocobalamin và hydroxocobalamin khi thay CN bằngnhóm OH.

- Chúng bền nhiệt khi ở dạng cyamit, nhưng khi tiếp xúc với kiêm loại nặng thì rất

dễ mất hoạt tính, vitamin B12 không bền trong môi trường pH kiềm

- Vitamin B12 có trong gan và các bộ phận khác của cơ thở động vật, nhưng khôngtìm thấy ở các tổ chức động vật bậc cao

2.3 Vai trò của vitamin B 12

Vitamin B12 là đồng yếu tố của hai loại phản ứng men thiết yếu:

- Đồng phân hóa

- Vận chuyển nhóm methyl(transmethyl hóa).

Hai loại phản ứng này có những vai trò quan trọng đến những vấn đề sau:

- Tạo máu: trong tủy xương, vitamin B12 can dự vào cùng một lúc quá trình trưởngthành và nhân lên của hồng cầu Trường hợp thiếu vitamin B12 làm suy nhiều dòng

tế bào dẫn đến tăng kích thước của các tế bào sinh ra Điều này làm cho hồng cầukhổng lồ hay còn gọi là hồng cầu lớn

- Tính toàn vẹn của hệ thần kinh: thiếu vitamin B12 đưa đến thoái biến dây thầnkinh ngoại biên, tủy sống và đôi khi là não Điều này bắt đầu làm tổn thương vỏbảo vệ của các đầu dây thần kinh

- Tính hiệu quả cuả hệ miễn dịch và đặc biệt là tiết ra kháng thể

- Quá trình nhân đôi ADN trong tế bào

- Tổng hợp methionin

Nhìn chung, vitamin B12 rất cần thiết cho quá trình nhân lên của tế bào

2.4 Tác hại của việc thiếu vitamin B 12

Thiếu vitamin B12 gây thiếu máu, các triệu chứng thần kinh và các triệu chứngkhác

Thiếu máu do thiếu vitamin B12 là thiếu máu nguyên bào khổng lồ Loại thiếu máunày có đặc trưng về hình thể tế bào có thể thấy trên xét nghiệm Người bệnh xanhxao, yếu, dễ mệt, ăn mất ngon, hồi hộp trống đánh ngực, đau đầu, khó thở, ngấtxỉu

Các biểu hiện về thần kinh thể hiện đối xứng trên cơ thể và kéo dài nhiều tháng,gồm:

- Dị ứng, tức có những cảm giác tê rần, nhột nhạt như kiến bò

- Giảm cảm nhận về cảm giác rung

- Giảm cảm giác vị thế đưa đến chứng thất điều, đi đứng xiêu vẹo

- Khả năng trí óc giảm sút Thậm chí có thể hoang tưởng

Những triệu chứng khác:

- Lỡ lưỡi, đau lưỡi

- Táo bón

- Hạ huyết áp thế đứng

Khi được điều trị, các triệu chứng thần kinh cải thiện chậm nhất

2.5 Sản xuất vitamin B 12 trên quy mô công nghiệp

- Khi sản xuất vitamin B12 trên quy mô công nghiệp thì ta phải quan tâm, kiểm soátđến các yếu tố như giống vi sinh vật, cơ chế sử dụng, quá trình phản ứng và thunhận, tinh chế sản phẩm Bản chất của quá trình sản xuất vitamin B12 trên quy môcông nghiệp là sản phẩm của quá trình có định hướng rõ ràng, quá trình sản xuấtđược kiểm soát từ khâu sản xuất giống đến lên men và cuối cùng là quá trình thunhận sản phẩm

Như vậy quá trình lên men công nghiệp thực chất là thực hiện kiểm soát nhữngcông việt sau:

+ Tạo giống và nâng cao chất lượng giống

+ Tính toán, thiết kế và chế tạo các thiết bị lên men phù hợp với công nghiệp vàsản phẩm

+ Thực hiện các kỹ thuật trong lên men

+ Tách, thu nhân và tinh chế sản phẩm

Ta cần giải quyết các vấn đề sau:

+ Kỹ thuật lên men: nghiên cứu điều kiện tối ưu trong quá trình lên men như thiết

bị, công nghệ,… nhằm đạt được hiệu suất cao cho các sản phẩm mong muốn

+ kỹ thuật thu hồi sản phẩm sau lên men và chế biến thành các dạng thương phẩm,nghiên cứu các điều kiện trích ly, tinh chế nhằm thu được các chất có hoạt tính sinhhọc dạng tinh khiết Nhiều kỹ thuật trong công nghiệp hóa học như: lọc, kết tủa, lytâm, hấp phụ, chưng cất, sấy,… đều được sử dụng ở đây Điều kiện khác nhau cần

lưu ý tới các chất có hoạt tính sinh học không bền trong điều kiện nhiệt độ cao, pH

và các yếu tố vật lí khác

Điều kiện và phương pháp nuôi cấy vi sinh vật có ảnh hưởng đến sự hình thànhthành phần và tính chất của chất lỏng canh trường Các chế độ sinh tổng hợp cầnhướng tới kết quả thu nhận môi trường có chất nền và những tạp chất khác còn lại

là tối thiểu và có nồng độ sản phẩm mong muốn là cực đại

PHẦN II: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT

Sản xuất vitamin B12 trong công nghiệp đi từ nguyên liệu vi sinh vật và rỉ đườnghay hèm rượu, dịch whey

I VI SINH VẬT

1 Yêu cầu về nguyên liệu

Trong công nghiệp lên men, giống vi sinh vật đóng vai trò hết sức quan trọng, ảnhhưởng đến năng suất, chất lượng và giá thành của sản phẩm Như vậy, giống visinh vật sử dụng trong công nghệ lên men vitamin B12 phải thỏa mãn những yêucầu sau:

- Giống vi sinh vật đó phải cho ra vitamin B12 có chất lượng và số lượng caohơn hẳn các sản phẩm phụ khác

- Năng suất cao

- Phải có khả năng đồng hóa các nguyên liệu rẻ tiền và dễ kiếm

- Sản phẩm của quá trình phải dễ dàng tách ra khỏi các tạp chất môi trường vàsinh khối vi sinh vật giống

- Vi sinh vật phải thuần khiết

- Vi sinh vật phải có tính thích nghi cao, đặc biệt phải thích nghi với điều kiệnsản xuất công nghiệp, sự ổn định nhiệt độ, áp suất thẩm thấu, pH…

- Giống phải có tốc độ sinh sản và phát triển mạnh trong điều kiện môi trườngcông nghiệp

- Tốc độ trao đổi chất mạnh để nhanh tạo ra sản phẩm mong muốn

- Giống phải ổn định trong bảo quản và điều kiện bảo quản dễ dàng

2 Vi sinh vật sản xuất vitamin B 12

 Hiện nay, khoa học đã khám phá ra rất nhiều vi sinh vật có thể tham gia quátrình sinh tổng hợp vitamin B12 Một số quy trình sản xuất vitamin được biếtđến là quy trình sản xuất vitamin từ vi khuẩn propionic, từ xạ khuẩnActinomyces olivacens, và vi khuẩn sinh khí metan.

 Một số vi khuẩn có khả năng sản xuất vitamin: agrobacterium tumefaciens,agrobacterium radiobacter, Bacillus megaterium, Clotridiumcorynebacterium XG, Propionobacterium shermanii, Spirulina platensis,…ngoài ra còn có các giống thuộc xạ khuẩn Actinomyces

Hình Vi khuẩn propionibacterium freudenreichii

 Trước đây, người ta sử dụng chủ yếu Streptomyces griseus để sản xuấtvitamin trên quy mô công nghiệp nhưng hiện nay vi khuẩnPropionibacterium shermanii và Pseudomonas denitrificans đã thay thế hoàntoàn vi khuẩn Streptomyces

 Nguyên nhân:

Vitamin B12 là sản phẩm phụ trong sản phẩm streptomixin nhờ Streptomycesgriseus hay là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất Clotetracylin nhờ Str.Aureofaciens Các quá trình này thường tạo được lượng vitamin B12 là 2mg/ldịch nuôi cấy nên rất khó tách

Việc sản xuất dựa vào Propionibacterium shermanii hay P freudanreichiicho hiệu suất vitamin cao hơn Tế bào của các vi khuẩn này chứa một lượngvitamin khoảng 20mg/l

- Chúng có hình cầu, xếp thành đôi hoặc chuỗi.

- Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu của vi khuẩn là 30oC Lượng G+C trong DNAcủa chúng nằm trong khoảng 53-67 mol%

 Phân loại: vi khuẩn Propionic được phân loại thành 2 nhóm:

 Nhóm vi khuẩn propionic sống trong sản phẩm sữa Chúng phát triển trongmôi trường phômai và sữa Trên cơ sở tính tương đồng của DNA trong thànhphần cấu tạo của thành tế bào, nhóm vi khuẩn propionic sống trong sảnphẩm sữa được phân loại thành 6 loài: Propionibacterium freudenreichii, P.jensenii, P theonii, P.acidipropionici, P.coccoides và P.cyclohexanicum

 Nhóm vi khuẩn propionic sống trên da Môi trường sống chính của giốngpropionic sống trên da là người Nhóm vi khuẩn sống trên da được phân loạithành 6 loài: P.acnes, P.avidium, P.granulosum, P.lymphophilums,P.propionicum và Propioniferax innocua Nhóm vi khuẩn sống trên da códạng que, kị khí

 Trái ngược với vi khuẩn propionic sống trên da, nhóm vi khuẩn propionicsống trong sản phẩm sữa không sản sinh indole và không thể hóa lỏnggelatin Hơn thế nữa, hai nhóm này có thể được phân biệt rõ dựa vào các đặcđiểm sinh lý học của nó Do đó, hai nhóm vi khuẩn propionic này khác nhauchủ yếu dựa trên môi trường sống tự nhiên của chúng

2.1.2 Đặc điểm của vi khuẩn propionibacterium shermanii

Trong các giống vi khuẩn tham gia tổng hợp vitamin B12 có giốngPropionibacterium shermanii là giống có nhiều ưu điểm nhất và có thể đưa vào sảnxuất công nghiệp Vi khuẩn này có một số đặc điểm quan trọng được tóm tắt nhưsau:

 Chúng có khả năng lên men acid lactic, glycerol, glucose, fructose, manit,lactose.

 Khoảng pH hoạt động 4.5-7.5, pH tối ưu cho việc sinh tổng hợp vitamin B12

5.8-7.5

 Nhiệt độ thích hợp cho sinh tổng hợp vitamin B12 là 28-30oC

 Các chất dinh dưỡng cho sự phát triển bao gồm muối amon, nướcammoniac, CoCl2 hoặc Co(NO3)2; các kim loại như Fe, Cu, Zn, Mn thườnglàm giảm quá trình sinh tổng hợp vitamin B12

 Các vitamin làm tăng hiệu suất tổng hợp B12 bao gồm thiamin, biotin, acidnicotinic, acid tolic

2.2 Xạ khuẩn Actinomyces

Trong tất cả các giống thuộc Actinomyces có giống Actinomyces olivaceus

có khả năng tổng hợp vitamin B12 theo quy mô công nghiệp Một số đặc điểm quantrọng của giống xạ khuẩn này được tóm tắt như sau:

 Xạ khuẩn Act.Olivacens thuộc loại hiếu khí

 Chúng phát triển mạnh và sinh nhiều vitamin B12 trong môi trường chứaglucose, tinh bột, mật ri, bã rượu Trong thành phần môi trường này cần chothêm các muối amon, muối coban và CaCO3

 Sinh tổng hợp vitamin B12 chỉ xảy ra mạnh sau 24 giờ nuôi cấy

 Trong quá trình lên men, xạ khuẩn tạo ra hai pha rất rõ rệt:

- Pha tạo thành sinh khối

- Pha tạo thành vitamin B12: thường chỉ mạnh khi kết thúc quá trình tăng sinhkhối

 pH ban đầu môi trường nên điều chỉnh vào khoảng 7 Ở pha thứ nhất, pH sẽgiảm xuống khoảng 6,5 và bước sang pha thứ hai pH sẽ tăng dần lên 8,2-8,7

 Thổi khí có ảnh hưởng rất lớn đến sự tổng hợp vitamin B12, do đó trong quátrình lên men bắt buộc phải có thổi khí mạnh

 Nhiệt độ cho sự phát triển và sinh tổng hợp vitamin B12 là 28-30oC

 Thời gian lên men là 60-120 giờ (trung bình là 60-96 giờ)

2.3 Vi khuẩn sinh metan

Trong thiên nhiên có rất nhiều vi sinh vật tham gia lần lượt nhiều phản ứngtạo ra khí metan Khí metan là loại khí có thể đốt được, đồng thời nó là loại khí tạo

ra hiện tượng hiệu ứng nhà kính lớn nhất Cùng với sự tạo thành khí metan, vi sinhvật còn tổng hợp được số lượng vitamin B12 lớn.

Đặc điểm chung của vi khuẩn sinh khí metan được tóm tắt như sau:

 Chúng thuộc vi khuẩn Gram (-)

 Chúng không chuyển động

 Chúng không tạo bào tử

 Chúng không thuộc loại kị khí bắt buộc

Vi khuẩn Bacillus megaterium

II RỈ ĐƯỜNG

- Rỉ đường là phế liệu chứa nhiều đường không kết tinh trong sản xuất đường

từ mía hoặc củ cải đường Thông thường tỉ lệ rỉ đường trong sản xuất đườngmía chiếm khoảng 3-3,5% trọng lượng mía Tùy thuộc vào giống mía, điềukiện trồng trọt, công nghệ sản xuất đường…, thành phần rỉ đường dao độngnhư sau:

+ Nước: 15-20%

+ Chất khô: 80-85%

+ Trong đó có 60% là đường (40% là đường saccharose, 20% là fructose vàglucose) và 40% chất khô còn lại là chất phi đường (không phải là đường).+ Trong thành phần phi đường có khoảng 30-32% hợp chất hữu cơ và 6-10%hợp chất vô cơ Trong hợp chất vô cơ gồm có: K2O 3,5%, Fe2O3 0,2%, MgO0,1%, sulfat 1,6%, CaO 1,5%, SiO2 0,5%, P2O5 0,2%, Cloride 0,4%

+ Trong những hợp chất hữu cơ gồm có hợp chất có chứa nito và không chứanito ở dạng amin như: acid glutamic, leucin, isoleucine Nito tổng chiếmkhoảng 0,3-0,5% ( ít hơn so với lượng nito có trong rỉ đường củ cải)