Công nghệ sản xuất Protein

Công nghệ sản xuất Protein

Cn sx protein & a.a

Phần 1: CN SX pr đơn bào :

1)-K/niệm Pr(đơn bào ):

Pr đơn bào (SCP) là 1 thuật ngữ đc

quy ớc ,ding để chỉ vật chất tbào

VSV dùng làm t/ăn cho ngời và ĐV

Thông thờng sp tạo ra ko phải là Pr

thuần khiết mà là các tbào đã đc xử

lý thuộc nhiều loại vsv # nhau ,các

vsv đơn bào lẫn đa bào gồm : vk

,nấm mốc ,nấm man ,tảo …

2)-Vai trò :

-Pr là cơ sở của sự sống

-Trong thành phần t/ăn Pr là nhóm

chất quan trọng Đó là nguồn ccấp

N cho ngời và ĐV

-A.a ko thay thế nh :val ,trp ,leu

,isoleu ,met ,tre ,phenylalanine

,lizin

-Là thành phần rất qtrọng trong

khẩu phần ăn ,đặc biệt là đvới trẻ

em ,nếu thiếu Pr chậm lớn ,còi cọc

kém ptriển

-Nhời lớn hàng ngày có hàng tỷ

tbào chết đi cần thay thế Néu thiếu

Pr suy gan lg kháng thể trong

máu giảm ,sức đề kháng giảm dễ

mắc bệnh

3)-Các đờng hớng sx Pr &u điểm :

a/Đờng hớng sx Pr :

Con ngời

Thực vật ĐV VSV

Cacbuahydro

CO2 CO2

-Pr từ VSV :Lợi dụng sự sinh trởng nhanh chóng của VSV & sự phong phú về Pr & a.a trong tbào VSV để làm nguồn t/ăn cho ngời và ĐV -VSV sinh trởng nhanh p/triển mạnh

So với các sinh vật # thì VSV có tốc

độ tăng trởng và sinh sôI nảy nở cực lớn

VK E.coli trong 10-20' phân cắt 1 lần

-Nếu t/gian 1 thế hệ 20' thì sau 1h

có 3 thế hệ ra đời và sau 24h sản sinh ra : 27 20

N=2=37,22.10 Tbào nặng

4722 tấn (theo lý thuyết)

8 9

Trên thực tế mật độ chỉ đạt 10-10 tbào/ml

-Thời gian thế hệ của nấm men Saccharomyces 20-120'

Tảo Chlorella :7h

VK lam : 23h b/Ưu điểm : -VSV phát triển nhanh ở đk thích hợp 1 số loại VSV có lg sinh khối tăng gấp đôi sau : 0,5-1h

-VSV dễ chuyển gen so với ĐV ,TV

và dễ dàng đa vào sx lớn -VSV có lg Pr cao và có gtrị dd-ỡng

-VSV có thể phát triển với số lg lớn trong thing LM có thể tích nhỏ ,ít tốn diện tích

-SX SCP ko phụ thuộc vào đk thời tiết ,khí hậu đất đai

-VSV có thể ptriển trên nhiều nguyên liệu # nhau ,đặc biệt là nguyên liệu rẻ tiền và phế liệu

Chơng 2 :cn sx Protein đơn bào nấm men

1)-CN SX Pr đơn bào nấm men rỉ đờng :

Rỉ đờng Thùng chứa dịch LM (1) (24)

Thùng chứa

Thiết bị làm lạnh Cân(2) (25)

Thùng pha chế Thùng chứa (4-6˚C) (3) (26)

Thanh trùng

(4) Lọc ép chân không Làm nguội (27)

Ly tâm Băng tải Sấy & (5) (28) bao gói

Pha m/trờng Muối khoáng Máy cắt &

(6) bao gói Men khô

Tbị tao đổi nhiệt

(7) Men ép

LM sinh khối

(15-18)

Tùng lắng phụ

(19)

Ly tâm bâc 1

(20)

Ly tâm bậc 2

(21)

Ly tâm bậc 3

(22)

Thùng chứa nớc rửa(23)

-Mô tả sơ đồ 1 (rỉ đờng  (4)) :Rỉ

đờng đc vận chuyển đến nhà máy

và đc đa vào thing chứa (1) ,rồi đc

chuyển đến (2) nhờ (3) để đồng

nhất hoá rỉ đg ở thùng trung gian

đc bsung nớc Rỉ đg có t˚=85-90˚C

đc bơm vào tbị thanh trùng (4) để

thanh trùng ở t˚=115-125˚C/1-2’

-Mô tả sơ đồ 2(làm nguội

(15-18)):

+>Sau đó làm nguội đến 90-95˚C

qua tbị (5) để làm sạch cơ học Rồi

bơm vào thùng chớa mtrờng ddỡng

(6) sau đó đc bơm vào (7)

+>Các dd muối đc chuẩn bị ở thùng

(8) Các dd muối (NH4)2SO4 ,

(NH)2HPO4 Muối K ,Mg (9)

,n-ớc ,ammoniac (10) ,chất phá bọt đc

đong và bơm vào thùng (15-18)

-Mô tả sơ đồ 3( (19)-(24)):

+>Trong các thùng LM cần ccấp

khí lọc (kkhí vô trùng t˚=30-40˚C )

+>Thùng (19) thùng lấy dần

+>Sauk hi sinh khối dịch đc bơm

vào hệ thống ly tâm bậc 1(20) ,dịch

thải đa vào hệ thống thoát nớc của

nhà máy

+>Dịch NM hoà với nớc rửa và

bơm vào hệ thống ly tâm (21)

&(22)

+>Nớc rửa cuối đc chứa vào thùng

(23) & sdụng lại

+>Dịch NM sau ly tâm tự chảy vào

thùng (24) , t˚>20˚C(22-25˚C)

-Mô tả sơ đồ 4 ((25)sản phẩm):

+>Sau đó làm lạnh ở tbị trao đổi

nhiệt (25) t˚=4-6˚C và đi vào thùng

chứa (26) ,thùng này có vỏ áo

t˚=2-4˚C

+>Dịch NM đa sang nhà máy lọc

ép chân ko (27)

+>Các lớp NM đc tách ra = dao và chuyển vào băng tải (28) tới hệ thống máy cắt và bao gói tự động (29) hoặc đi vào tbị sấy tự động (31) ,thùng chứa (32) ,tbị bao gói (33)

+>NM ép thờng có các dạng gói có klg =2-50-100-1000g

2)-Sinh khối NM trên nguồn bã rợu :

Bã rợu

Khử trùng

Lắng

Lọc

Làm nguội

Bsung muối khoáng

LM sinh khối

Ly tâm ,tuyển nổi

Sấy phun

Bao gói

SP

-Khử trùng t˚=98˚C/1h

-Lắng : t˚=80-85˚C/1h ,pH=4-4,5

-Bsung muối khoáng :kg/m³

+>H3PO4 ,pH=0,9-1,2 hoặc

(NH4)2HPO4 , pH=1-1,2

+>Ca3(PO4), pH=2,8-3

+>(NH4)2SO4 pH=2-2,5

-LM sinh khối :

+>Nồng độ :7,5-8,1%

+> t˚=30-35˚C

+>Thời gian :14-16h

+>Mật độ :8-10kg/m³ -Ly tâm :

+>Lần 1 :120-160g/l +>Lần 2 :280-390g/l +>Lần 3 : 345-450g/l

3)-Sinh khối VSV từ dịch thuỷ phân nguyên liệu TV & kiềm sunfit :

Dịch thuỷ phân Dịch kiềm sunfit

Ngng tụ hơi nớc Làm bay hơi Lọc

Nớc ngng tụ Chuyển nghịch đảo Thổi hơi nớc Hơi nớc

Trung hoà Ca(OH)2 , NH4OH

Thạch cao Làm sạch

Các chất bay hơi ,ngng tụ Làm nguội

Không khí thải Oxyhoá Không khí Hơi nớc CO2 LM MN giống

Khí thải Sinh khối NM Làm nguội Bã thu hồi Cồn tinh chế Dịch trong Tuyển nổi ,ly tâm

Etanol ,este

Co nguyên sinh Hơi nớc methanol,…

Nớc ngng tụ Làm bay hơi

Khí thải Sấy Không khí nóng

Vitamin hoá

SP

-Trung hoà :Sau khi oxh ,dịch kiềm

Sunfit có pH=3,5-4 ,có thể trực tiếp

đa đi nuôi cấy VSV Còn đvới các

tr-ờng hợp # thì cần trung hoà = nớc

vôi hoặc nc amoniac Qtrình này đc

thực hiện trong thing trung hoà

.Trong thing này có các tbị phun bụi

dạng đĩa để làm phân tán dịch kiềm

và làm cho tx giọt Sau ó đa sang

thing ổn định có cánh khuấy cơ học

hoặc kkhí để làm ktủa CaSO4 và

CaSO3

-Làm nguội :Trớc khi LM ,dịch

kiềm Sunfit cần đc làm nguội đến

26-28 C bằng cá tbị làm lạnh chânº

ko ,Tbị trao đổi nhiệt dạng tấm hoặc

dạng xoắn Cô đặc (loại 5-7%

n-ớc ),loại bỏ Fucfurol và

oxymetylFucfurol trong dịch thuỷ

phân

-Oxy hoá :Trong dịch thuỷ phân có

chứa nhiều Sunfit htan ,chúng đều

đc chuyển thành các muối Sunfat

htan ko nguy hiểm cho công đoạn

tiếp theo ,= cách oxh Mật độ oxh

phụ thuộc vào t ,pH Khi t giảm từº º

85 C xuống còn 20 C ,thì độ oxhº º

giảm 3 lần ,pH ko quá 3,5

-Tuyển nổi :

+>Dựa vào t/c tự nhiên kết lại với

nhau của các tbào NM trên bề mặt

phân cách giữa 2 pha khí và lỏng

+>Qtr tuyển nổi đc t/hiện thổi ltục

lớp kkhí qua lớp dịch LM Tgian

tách NM và bọt khí là 6’

-Ly tâm :

+>Lần 1: 120-160g/l

+>Lần 2: 280-390g/l

+>Lần 3: 345-450g/l

-Co nguyên sinh :

+>Mục đích :Phá vỡ màng tbào ,tăng knăng tiêu hoá sp NM +>Tiến hành ở t˚=75 C/45-60’ º +>Kquả : Hàm lg a.a tăng ,độ nhớt giảm

-Sấy : t˚=300-350 C º -Vitamin hoá :

+>Mđích :Chuyển tiền VTM D2

+>Chiếu tia cực tím ,ko quá 2h ,nhiệt độ ko quá 30 Cº

+>Hàm lg VTM D2 : 1000-12000 UI/g men khô

4)-Sinh khối VK trên nguồn

ngliệu giàu Xenlulo :

Bã mía

Phân loại

Nghiền

Thùng chứa

Cân

Băng tải

Thùng kiềm hoá 2-4% NaOH

(t˚=71 C ,30-60’ ,CoClOº 2)

Thiết bị ly tâm

Lò oxh KK nóngW=20-40%

(133-260 C ,26’)º

Thùng pha m/trờng

Tbị t/trùng = hơi

( t˚=122-155 C) º

Tbị làm nguội

Tbị LM

(t˚=28-30 C ,26h,pH=6-7,NHº 4OH)

Tbị lắng 1,loại bã mía

Tbị lắng 2,tách tbào VK

Ly tâm

Sấy SP

Phần 2: CN SX A.A 1)-Đặc tính của các a.a ,và vai trò ứng dụng :

a/Đặc tính của a.a:

-A.a là hchất hcơ có ctrúc mạch thẳng hoặc mạch vòng ,có chứa ít nhất 2 nhóm amin ,1 nhóm cacboxyl CTCT : R-CH-COOH các a.a # nhau gốc

NH2

-Tất cả các a.a đc tách từ dịch thuỷ phân Protein đều có dạng tinh thể trắng ttại ở thể rắn trong đk thờng (khoảng 25 C) °

-Khi đốt ở t cao có thể bị phá huỷ ,°

t phá huỷ trong khoảng =° 200-300 C °

-Độ htan : Độ htan rất khác nhau :Xistein & Tyrozin có độ htan nhỏ nhất Prolin & Ociprolin có độ htan lớn nhất

+Prolin có thể htan trong etanol (1,6g/100ml) còn các a.a # đều kém htan trong cồn tuyệt đối

+Các a.a có độ bèn # nhau trong dd axit và kiềm

+Trong đk HCl :6N sau 72h thuỷ phân thì 1 số a.a bị phá huỷ một phần nh :Histidin ,Xistein ,Xerin ,Treonin ,Tyrozin ,Prolin ,còn Tryptophan thì bị phá huỷ hoàn toàn

b/Các lĩnh vực ứng dụng của các a.a :

*Vtrò của a.a đvới cơ thể ngời &

ĐV : +>Các a.a là thành phần cơ sở chính của các loại Pr tự nhiên và là thành phần ko thể thay thế đc trong t/ăn của ngời và ĐV

+>Qtrình trao đổi chất diễn ra bình

thờng trong cơ thể ngời và ĐV và

chỉ khi nó đc ccấp đầy đủ lg a.a ko

thay thế

*Vtrò trong công nghệ thực phẩm :

+>Sdụng mỳ chính bsung vào tphẩm

,đặc biệt là đồ hộp ,dùng làm chất

điều vị

+>L-lysin :a.a ko thay thế ,sd để

bsung vào các sp đồ chứa bột hoặc

các đồ uống để tăng gtrị ddỡng cho

các sp này để đbảo lg lysine cần

thiết cho cơ thể (4g/ngời/ngày)

+>Aspartame :Là chất ngọt nhân tạo

dùng cho tp ,phần lớn đc tổng hợp từ

a.a & đờng

*ứng dụng trong chăn nuôi :Bsung

vào t/ă để làm tăng gtrị sd ,knăng

hấp thụ chuyển hoá tốt

-Những a.a sd :

+>Metionin : Bsung vào t/ă chăn

nuôi ,thờng sd 0,3-0,8% tuỳ thộc

vào vật nuôi

+>L-lizin :Bsung với lg 0,4-1% theo

khẩu phần

+>L-Tryptophan :Đc sd với lg :

0,1-0,3% có ý nghĩa quan trọng

trong trao đổi năng lg và hđg của

các E oxh-k

+>L-Treonin đc sd với lg :0,4-0,7%

khối lg khẩu phần t/ă có ý nghĩa

chuyển hoá gluxit ,lipit ,nó cần thiết

cho sự ptriển của ĐV Nếu thiếu

Treonin các hợp chất chứa nitơ khác

có thể bị đào thải ko hấp thụ đc

*ứng dụng trong dợc :

-Có rất nhiều a.a đc chữa bệnh

:Axit glutamic chữa bệnh thần

kinh ,đau cơ

-Nhiều a.a chữa bệnh về gan

:Metionin chữa bệnh về gan

-Trong các sp mỹ phẩm cũng có a.a

*ứng dụng trong trồng trọt :-Nhiều dẫn suất của a.a làm thuốc bảo vệ thực vật Chất diệt có kích thích sự ptriển của :dễ ,thân ,lá ,và ức chế

2)-CN SX axit glutamic a/Vai trò :

-Vtrò sinh hoá :Đóng vtrò quan trọng trong qtr TĐC của cơ thể +Tham gia vào qtr sinh tổng hợp Pro của cơ thể

+Tham gia vào qtr chuyển hoá a.a -Trong y học :

+Chữa bệnh thần kinh ,teo cơ +Có mặt trong thành phần của mọi sợi cơ ,dùng để chữa rối loạn cơ +Ctạo chất trắng &chất xám của não

+Vtrò trong qtr trao đổi Pro & gloat của não

+Chữa bệnh chậm P/triển về trí óc b/Cơ chế sinh tổng hợp axit

Glutamic : -Con đg amin hoá :Tiền chất là α-Xetoglutaric ,E

glutamatdehydrogenase :

HOO-CH 2 -CH 2 -CO-COOH + R-CH-COOH R-CO-COOH +

NH 2

+ HOOC-CH2-CH2-CH-COOH

NH 2

c/Sơ đồ công nghệ sx glutamic :

Rỉ đờng

Pha loãng

Thanh trùng

Lắng trong

Chất bổ sung  Dịch LM  Dịch đg

khoáng

Giống VK  LM O 2 ,dầu phá bọt

Ly tâm  Tách sinh khối

Cô đặc chân không

Kết tinh

SPSấy Ly tâm Trung hoà

Hoà tan tinh thể Dịch

glutamatnatri

Xử lý = than hoạt tính

Lọc tách

Tinh thể hoà tan lần 2

Tách tinh thể

Sấy  Sp tinh khiết

d/ Quy trình công nghệ sx lizin thô :

Rỉ đờng Axit hoá Làm trong Thanh

trùng  Pha dịch LM

LM  Giống VSV

Cô đặc Cô đặc(Lizin đặc) Sấy phun Trộn phụ gia Đóng gói Tạo hạt Lizin bột Sấy Dùng cho chăn nuôi Nghiền Đóng gói Lizin thô có độn

*Một số điểm chú ý trong quy trình

CN : -Qúa trình axit hoá rỉ đg nhầm điều chỉnh pH của rỉ đg cho phù hợp để VSV phát triển và hạn chế nhiễm khuẩn

+Ngời ta thờng sd HCl hoặc H2SO4

với hàm lg thích hợp ,qtr axit hoá đc tiến hành trong thùng axit hoá -Qtrình làm trong & Thanh trùng :Để loại bỏ 1 số tạp chất và tiêu diệt các VSV nhiễm tạp có sẵn trong rỉ

đg Tuy nhiên khi thanh trùng lên t/trùng ở nhiệt độ thấp để tránh xảy

ra các p/ Caramen ,Melanoid làm tổn thất đg và tạo sp có hại cho VSV

-Pha dịch LM :Ngoài rỉ đg ngời ta còn b/sung thêm 1 số thành phần với

nồng độ thích hợp cho sự p/triển và

tổng hợp Lizin của VSV

VD : Rỉ đg :12-20%

(NH4)SO4 :24 g/l ; MgSO4 : 0,4g/l

Và 1 số a.a # nh :Tiamin

,Metionin ,Biotin ,Treonin

-Giống VSV đa vào :

+Canh trờng VSV đa vào phải có

mật độ tbào đủ lớn

+VSV đang sinh trởng phát triển

mạnh ,ko nhiễm VSV lạ

+Lg giống đa nà phù hợp ko quá lớn

hay ko quá nhỏ tuỳ vào thể tích

thing LM lg mtr dd và chủng giống

-LM :Quy trình LM phải đc theo dõi

chặt chẽ để đảm bảo các đk thích

hợp cho VSV phát triển

-Với Lizin bột :

+Tiến hành cô đặc để đạt 30-40%

chất khô t <70 C ° °

+Qtr sấy phu đc thực hiện ở

110-120 C°

+Độ ẩm cần đạt :6-10%

+Thành phần gồm : Lizin 10-20%

,Pro trong tbào VSV :15-17% ,a.a

khác :14% ,chất keo :24-25%

Sp này dễ hút ẩm ,tgian bảo quản 12

tháng

-Với Lizin cô đặc :

+Lizin cô đặc là sp mà sau qtr LM

tiến hành cô đặc nhiều lần khi đạt

độ ẩm yêu cầu

+Thành phần gồm : Lizin :15-20%

Protein : 22-25%

Hydrat cacbon # :1-2%

Thời gian bảo quản 2-3 tháng

-Lizin có độn :

+Đầu tiên cô đặc 30-40% rồi trộn

với cám gạo ,cám mỳ Đạt hàm ẩm

30% rồi đem cán tạo hạt

Đợc sấy = băng tải rồi làm nguội

nhiệt độ phòng 30-40 C ° +Thành phần :Lizin :7%

Độ ẩm :10% +Bảo quản đc nâu 1 năm