Bài giảng Sinh học - Chuyên đề Công nghệ sản xuất bột ngọt

CHUYÊN ĐỀ:Công nghệ sản xuất bột ngọtPhần I: Tổng quanI.1. cấu tạo – nguồn gốc xuất sứ của bột ngọtTên hóa học theo IUPAC : 2 – aminopentanedioic acid 2 – aminoglutaric acid Trung hòaNaoH,NaH2PO4,Na2HPO4,Cấu tạo: triền quang :L- AG D – AGTên thương phẩm: mì chính	Bột ngọt	chất điều vị E621I.2. Lịch sử phát hiện bột ngọtPhát hiện hàng ngàn năm ớ nhật1880 Rittenhuasen ở Humburg (Đức)Kikunae 1908 và 1909 tên ajnomoto(nguồn gốc hương vị)1933 bắt đầu sản xuất bột ngọt tại nhậtI.3. Tình hình sản xuất L – AG tại việt nam và thế giớiSản xuất bằng phương pháp lên men+ Tại nhật:1961: 15000 tấn, 1966: 67000 tấn, 1967: 72000 tấn, 2000: > 1 triệu tấn/ năm.+ Thế giới: 1965: 109000 tấn, 1985: 370000 tấn, 1989: 613330 tấn/ năm+ Việt nam hiện nay: 89000 tấn/ nămCác công ty sản xuất mì chính hiện nay:ajinomoto,Vedan, A- One, Orgsan, MilliketI.4. Giá trị dinh dưỡng – tác động lên người sử dụngI.5. các phương pháp sản xuấtTổng hợp hóa họcThủy phân protitPhương pháp lên menI.5.1. phương pháp hóa học:Nguồn CxHy(dầu mỏ) : L- AG và D – AGƯu điểm: tận dụng phế liệuNhược điểm: yêu cầu kỹ thuật cao, tạo ra cả D – AGI.5.2. phương pháp thủy phân protitNguồn: đậu, lạc.Ưu: dễ khống chế quá trình sản xuất, thủ công, bán cơ giớiNhược: nguyên liệu đắt, tạo L,D – AG, ăn mòn thiết bịI.5.3. phương pháp lên menDùng vi sinh vật: corynebacterium glutamicium, arthrobacter, brevibacterium, micrococus glutamicus.Đây là: VK gram döôngVK khoâng sinh baøo töûVK khoâng theå chuyeån ñoängTeá baøo coù hình que hay hình caàuCoù khaû oxy hoaù a.glutamic ra ketoglutarat thaáp nhaátHoaït tính gluco hydrogenase caoVk phaùt trieån treân moâi tröôøng caàn biotinII. Sản xuất mì chính bằng phương pháp lên men.Tại vn: lương Đức Phẩm 1972: 30-35% g/l, brevibacterium flavum, lên men bằng sac hoặc rỉ đường ở bình lắcNguyễn Thiện Luân 1986:37-45g/l ở môi trường glucose 12%Lê văn NhươngII.1. sơ đồ quy trình và con đường hình thành L – AG nhờ vsvGiống gốcHoạt hóaNhaân gioángLeân menLy taâmDòch trongThu hoài L - AGNguoàn C, N, muoái, chaát khaùng sinh hoaëc chaát ñieàu hoøa taêng tröôûngO2, daàu phaù boïtII.2. con đường hình thành L – AG từ glucose nhờ chủng: corynebacterium glutamicium VN3696 và Brevibacterium DivaricatumoxaloaxetatCO2Acetyl CoAα –xeto-glutaratfumarratsucxinatNADP NADPH2pyruvatXitrat izoxitratmalatAxetyl -CoAglyoxylatCO2glucoseGlucose – 6 photphateTriose -3-pCtr pentosegluconat6-p-gluconatPentose-5-pAxetyl CoANADP NADPH2NADPNADPH2CO2HMPTACL- AGII.1.3 hình thái, phân lập và tuyển chọn- Nguồn gốc giống khác nhau:+ corynebacterium sp, VN 3969, trung Quốc,105-110g/l+ Brevibacterium Divaricatum,JP, Nhật, 100-110g/l+ Brevibacterium Divaricatum,TH, VN,100-110g/l+Micrococus glutamicus, TB, VN, 95-100g/l+ Micrococus ammonia, DSM20156, Đức, 70-80g/lHình thái :VN3969 và BD: gram dương, que ngắn, ko vận động, hình chữ V hoặc song song từng đội một, chiều dài 0.8-1µm, rộng 1-3µmMàu sắc: VN3969 màu vàng rơm, BD màu vàng chanh. Cả hai khuẩn lạc dày trọn và nhô lên khỏi mặt thạch, chứng tỏ hai vi khuẩn này là hiếu khíVN3969Trong môi trường MT1 ở 30 độ, 48hBD trong MTT2, ở 30độ, 48h*. Quy trình nhân giống.GiốngNhaân gioáng, 50ml,(500) 30-320,96 laàn /p,12hLeân men 20ml(500), moâi tröôøng ngheøo biotin, MLM5Keát quaû ño ñoä ñuïc OD, noàng ñoä l- AG, löôïng ñöôøng coøn laïi choïn gioáng sinh nhieàu acid.Bs ure, pH 7.2-7.5Cho tieáp 2%gioáng, laéc cuøng ñieàu kieän treân ,44hPhân lập và bảo quản trên môi trường MTT1( thạch – cao thịt – peptone)- mt không chứa đường II.2. nguồn nguyên liệuII.2.1. tinh bột sắn:Có 2 loại: sắn đắng(200-300 mgtb/kgsắn), sắn ngọtThành phần hóa học:Tinh boät: 83 -> 88%Nöôùc : 10.6 ->14.4%Xenlulose: 0.1 -> 0.3%Ñaïm: 0.1 -> 0.4%Chaát khoaùng : 0.1 -> 0.6%Chaát hoaø tan : 0.1 -> 1.3%Nhiệt đđđộ hồ hóa là 60-80 độThu nhận glucose: thủy phân bằng acid, enzyem( α,β amylase)II.2.2. rỉ đường -Laø phaàn coøn laïi cuûa dòch ñöôøng sau khi ñaõ taùch phaàn ñöôøng kính keát tinh -Chieám 3 - 4 % troïng löôïng mía ñöa vaøo cheá bieán Thành phần: ñöôøng 62%, caùc chaát phi ñöôøng 10%, nöôùc 20%, 25 ->40% saccharose , 15 -> 25% ñöôøng khöû (glucose vaø fructose), rafinose,lactose, mantose, xylose,Caramen, phức hợp polyphenol Fe2+keoFe,Zn,Mn,Ca, B, Co, Mo, pentotenic, nicotin,nicotinic,folic,B1,B2,B6, biotinIII. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên menNguồn cacbon:tạo khung, cung cấp năng lượng nồng độ cơ chất: 10-21%(kitomo và cộng sự)+glucose+parafin+acid hữu cơ+etanolNguồn nito:tổng hợp protein+ muoái chöùa NH4+ nhö : NH4CL; (NH4)2SO4 ;NH4H2SO4 ; (NH4)2HPO4 , NH4OH hay khí NH3 hoaëc ure laøm nguoàn cung caáp nitô khoáng: K2HPO4:0.05-0.2%, KH2PO4:0.05-0.2%, MgSO4: 0.025-0.1%, FeSO4:0.0005-0.01%,MnSO4: 0.0005-0.015%Trong đó: K cần cho sự trích lũy L – AG Mn: thu nhận L – AG và hỗ trợ sinh trưởngChất điều hòa sinh trưởng: biotin 2-5 µg/l(tối ưu) môi trường nghèo biotin:3µg/l, giàu: 20µg/l, thừa:300µg/l.khoáng: K2HPO4:0.05-0.2%, KH2PO4:0.05-0.2%, MgSO4: 0.025-0.1%, FeSO4:0.0005-0.01%,MnSO4: 0.0005-0.015%Trong đó: K cần cho sự trích lũy L – AG Mn: thu nhận L – AG và hỗ trợ sinh trưởngChất điều hòa sinh trưởng: biotin 2-5 µg/l(tối ưu) môi trường nghèo biotin:3µg/l, giàu: 20µg/l, thừa:300µg/l.Trong môi trường nghèo, giàu biotin tế bào hấp thụ hoàn toàn biotin ở giai đoạn tiềm phát và thời kỳ đầu của pha log.pH :7-8Nhiệt độ: 30-35 độ (tốt), 35-37 (một số ít), 41-43 (cá biệt)Thông gió, cánh khuấy: duy trì oxy hòa tan, khống chế nồng độ oxy giới hạn. Kđ(O2)= 7.106mol/ml/phutThiếu O2: rab=10,5.10-7mol/ml/phutThừa O2: rab= 68. 10-7mol/ml/phutÁp suất: 00.35 at tiêu hao nhiều đường và lượng L- AG thấpCung cấp điện tử :(Hongo M và Iwahara)I: 200-300 µAUI=1.5VC=0.01mMPhage: là yếu tố gây độc hại đối với vi khuẩn0-8h :xâm nhập12h tấn côngAcid citric, oxalic acid, tri or tetrapolyphosphat, c0.05-0.1% ức chế 100% phageIII. Các phương pháp nâng cao hiệu suất lên men tạo L- AGCải tạo giống vi sinh vật:Ít , không sinh α – XGKhống chế DecacboxylaseGiảm izoxitrataseBền vững ,. Làm gia3m bớt quá trình photphoryl hóa hiếu khí vốn tiêu hao nhiều năng lượng của vi sinh vậtTăng khả năng chống chịu kháng sinhPhòng ngừa sản phẩm trung gian( sau 12h tăng, Ca, K oxalic)ức chế tổng hợp tế bào thêm PGTích lũy α –XG như xitrat, syntetaseBổ sung phụ gia: DM, DG với hiệu suất:108g/l. chuyển hóa 55.5%Điều kiện tính toán tối ưu hóa:thiết bị, hoạt động bề mặt, hàm lượng glucose,tiên đoán can thiệp kiệp thờiĐề xuất quy trình mới cho chế độ bổ sung PGĐể vk bị đói thời gian ở pha sinh trưởngSau thời gian đói bổ sung thêm đường đến thừa sau đó bổ sung thêm PG sau vài giờ(3h)Bổ sung dư lượng đường ở giai đoạn đầu của pha sxở giai đoạn cuối của pha sản xuất hạn chế sao cho CO2 không tăng ( áp và phun o2 ở chân không)Thiết bị lên men:Thiết bị dạng phun:Công đoạn thu hồi :Thiết bị cô đặc dạng tinh nhiều nồiLy tâm đĩaSấySàngBao góiSơ đồ quy trình chungGiai ñoaïn thuyû phaânGiai ñoaïn leân menPha cheá dòch sau leân men Trao ñoåi ion Taùi cheá nhöïa Taùch a.glutamic Nhöïa resin trao ñoåi nöôùc Tuyeån choïn gioáng vi sinh vaät Gioáng caáp 1Gioáng caáp 2Gioáng caáp 3Laøm laïnh Biotinpenicillin GLeân men BoätThuûy phaân Trung hoøa EÙp loïc Saùt truøng H2OBaõHCl, H2SO4, EnzimLoïc taùch sinh khoái VKBao goùi Saøng Saøng Baûo quaûn Giai ñoaïn trung hoøa vaø taùch mì chínhCoâ ñaëc, keát tinh Ly taâm Nöôùc caùi Coâ laïi vôùi meû sau Saáy Mì chínhGiai ñoaïn taùch L-AGTrung hoøa 2Laøm laïnh keát tinh Trung hoøa 1Trung hoøa vôùi meû sau Than hoaït tính Taåy maøu, loïc Na2SBaõ than