Đang tải... (xem toàn văn)
Đề tài công nghệ sản xuất dextran
Đề tài công nghệ sản xuất dextran MỤC LỤC I GIỚI THIỆU CHUNG Trang Giới thiệu chung dextran 2 Ứng dụng dextran II NGUYÊN LIỆU Mía Vi sinh vật .9 III QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT DEXTRAN A Sơ đồ khối .10 B Giải thích quy trình cơng nghệ: .12 IV SẢN PHẨM Tính chất dextran: 42 Chỉ tiêu chất lương sản phẩm: 42 V BÀI BÁO KHOA HỌC VÀ THÀNH TỰU CÔNG NGHÊ Các nghiên cứu khoa học: 44 Lên men dextran từ dịch chiết carob đường lactose: .45 phương pháp sản xuất dextran mới: 48 VI TÀI LIỆU THAM KHẢO: .50 -Trang 1- Đề tài công nghệ sản xuất dextran I GIỚI THIỆU CHUNG: Giới thiệu chung dextran: a Định nghĩa dextran: Dextran polymer sinh học, phần lớn tổng hợp từ vi khuẩn Lactic, có monomer gốc glucose liên kết với nhờ liên kết 1,6-glucoside Những vi sinh vật khác thường tạo nên dextran khác trọng lượng phân tử, phân bố nhánh cấu trúc phân tử Cấu trúc cịn phụ thuộc vào điều kiện ni cấy vi sinh vật sản sinh dextran Các polysaccharide kiểu dextran không bắt màu với iod, phân tử lượng chúng lớn không cố định, dao động phạm vi rộng, từ 1000 – 2.000.000 Da Dextran tổng hợp từ saccharose, tổng hợp từ glucose hay loại đường khác Các loại đường khác môi trường lên men đóng vai trị nguồn cung cấp cacbon cho vi khuẩn phát triển b Công thức cấu tạo: Dextran loại polysaccharide tương tự amylopectin, mạch hình thành liên kết α-1,6 glucoside nhánh bên gắn với liên kết α-1,3 α-1,4 glucoside Hình 1: Cơng thức cấu tạo Dextran c Cơ chế hình thành: Đa số polysaccharide ngoại bào từ vi sinh vật sản phẩm chuyển hóa nội bào chất thành sản phẩm trung gian, cuối thành polymer Dextran khác polysaccharide này, chất không thâm nhập vào tế bào vi sinh vật mà -Trang 2- Đề tài cơng nghệ sản x́t dextran chuyển hóa bên tế bào thành α-D-glucan phân nhánh, tức dextran Chỉ có saccharose dùng làm chất cho phản ứng Như vậy, polysaccharide sản xuất tế bào nguyên vẹn môi trường nuôi tạo từ chế phẩm phi tế bào chứa phức hệ enzyme dextransaccharase (α -1,6-glucan : D-fructose 2-glucosyltransferase) Enzymeα -1,6-glucan : D-fructose 2-glucosyltransferase) Enzyme giải phóng fructose chuyển gốc glucose lên phân tử chất nhận liên kết với enzyme : (α -1,6-glucan : D-fructose 2-glucosyltransferase) Enzyme1,6- α -D-glucosyl)n + saccharose (α -1,6-glucan : D-fructose 2-glucosyltransferase) Enzyme1,6- α -D-glucosyl)n+1 + fructose -Trang 3- Đề tài công nghệ sản xuất dextran Hình 2: Cơ chế hoạt động enzym dextransaccharase X1,X2,X ký hiệu thay cho enzym hoạt động Enzym giải phóng fructose khỏi saccharose kết hợp tạo phức với gốc glucose Sau nhóm C-6 OH gốc phức khác kết hợp với C-1 giải phóng X, kết hai gốc glocose liên kết lại với liên kết α-1,6-glucoside Trong trình polymer hóa chuỗi dextran dài liên kết chặt chẽ với enzyme, mức độ polymer hoá tăng phân tử chất nhận (α -1,6-glucan : D-fructose 2-glucosyltransferase) Enzymetrong trường hợp đơn giản phân tử chất) giải phóng chuỗi polymer khỏi enzyme Năng lượng tự lên kết glucoside phân tử disaccharide nằm vào khoảng 23 kJ lượng tự liên kết glucoside bên dextran thấp chút (α -1,6-glucan : D-fructose 2-glucosyltransferase) Enzyme12-17 kJ) Do phản ứng diễn theo chiều từ trái sang phải kèm với giảm lượng tự Fructose chuyển thành acid lactic, acid acetic, ethanol Đáng lưu ý chuỗi phản ứng cịn có xuất chất cho H + phản ứng giải phóng fructose nhận H + phản ứng liên kết hai gốc glucoside lại với Đó hai nhóm imidazolium(α -1,6-glucan : D-fructose 2-glucosyltransferase) EnzymeC 3H4N2) histidine cần thiết cho q trình tổng hợp dextran -Trang 4- Đề tài cơng nghệ sản xuất dextran Các loại đường khác saccharose (α -1,6-glucan : D-fructose 2-glucosyltransferase) Enzymenhư maltose) tham gia phản ứng tạo thành oligosaccharide thay dextran cao phân tử Các gốc glucosyl cịn sót lại trình tổng hợp dextran chuyển thành gốc tự đóng vai trị chất nhận có ảnh hưởng lớn đến phản ứng Trong tất chất nhận maltose isomaltose xem có ảnh hưởng lớn đến phản ứng Các chất nhận tương tác hoá trị với phức enzym-glucosyl enzym-dextranosyl để giải phóng glucose hay mạch dextran khỏi enzym hoạt động, đồng thời tạo liên kết với glucose hay dextran vị trí enzym Hình 3: Cơ chế ngưng phản ứng tổng hợp dextran chất nhận Các thành viên thấp oligosaccharide phân tử chất nhận có hiệu quả, lực enzyme tăng dần theo độ dài chuỗi Tuy nhiên, hạn chế độ khuếch tán tăng theo trọng lượng phân tử Dựa vào chế người ta khống chế độ dài mạch dextran trình sản xuất cách điều khiển thuỷ phân dextran để tạo chất nhận -Trang 5- Đề tài công nghệ sản xuất dextran Khi chất nhận dextran cao phân tử, C-3 dextran làm chất nhận kết hợp với C-1 phức glucosyl-enzyme dextranosyl-enzyme để giải phóng glucose hay dextran hình thành liên kết nhánh dextran chất nhận glucose hay dextran giải phóng vị trí enzyme Hình 4: Cơ chế ngưng phản ứng tổng hợp dextran chất nhận Phản ứng tạo thành liên kết nhánh cho mạch dextran, dạng α(α -1,6-glucan : D-fructose 2-glucosyltransferase) Enzyme1,3)-glucosyl Ngồi có liên kết nhánh dạng α(α -1,6-glucan : D-fructose 2-glucosyltransferase) Enzyme1,2)-glucosyl gặp cấu trúc dextran Ứng dụng: Dextran đươc biết đến từ kỷ mười chín, tìm thấy khối cầu đặc suốt trình sản xuất đường mía đường củ cải Dextran có nhiều ứng dụng cơng nghệ thực phẩm, y dược, hóa cơng nghiệp chẳng hạn tá dược, chất nhũ hóa, chất mang, chất ổn định Liên kết ngang dextran chẳng hạn sephadex sử dụng rông rãi phân riêng, sắc ký lọc gel tinh nhiều sản phẩm khác protein nghiên cứu công nghiệp Trong công nghệ thực phẩm: Dextran sử dụng nhiều nhiên phạm vi ứng dụng hẹp Dextran sử dụng sản xuất sữa bột, yoghurt, nước xốt cà, mayonnaise, chất làm đặc mức đơng kem Nó sử dụng để ngăn chặn trình kết tinh đường, cải thiện khả hút ẩm, trì hương hình dạng thực phẩm -Trang 6- Đề tài công nghệ sản xuất dextran Ngồi dextran cịn dùng để chế thành thức ăn kiêng số bệnh đái tháo đường, làm chất đồng hóa, chất ổn định, chất tạo màng bảo quản chế biến thực phẩm Trong y học thú y: dextran có phân tử lượng khoảng 80000 dùng làm chất thay huyết tương Dextran gắn với Fe thành phức dextran Fe làm thuốc trị bệnh thiếu máu số triệu chứng có liên quan dến suy dinh dưỡng, rối loạn tiêu hố Dextran cịn dùng chế tạo sinh học, băng dính sinh học dùng phẫu thuật II NGUYÊN LIỆU Mía: Cây mía thường trồng khu vực nhiệt đới, chủ yếu nước phát triển Thời điểm thu hoạch: Thu hoạch tốt mía đạt độ chín cơng nghiệp, có hàm lượng đường đo phần gốc phần gần tương đương phải đảm bảo tiêu: độ Brix >20%, độ Pol >19%, Rs87%, ECS (α -1,6-glucan : D-fructose 2-glucosyltransferase) Enzymechữ đường)>11 Nên thu hoạch ruộng mía cần trồng lại trước ruộng mía lưu gốc Khơng thu hoạch mía ngày rét đậm, trời mưa to, đất cịn ẩm ướt Thu mía theo đặc tính giống: giống chín sớm phải thu hoạch trước, giống chín muộn thu sau cách chặt thủ cơng thu máy Thu đến đâu chuyển nhanh nhà máy ngày Bảng 1: Thành phần chất dinh dưỡng mía Thành phần Tính theo trọng Tính theo nước Tính theo phần Saccharose Đường khử Protein Acid tự Acid kết hợp Chất keo Chất tro Nước lượng mía(α -1,6-glucan : D-fructose 2-glucosyltransferase) Enzyme%) 11.88 1.35 0.42 0.13 0.14 0.39 0.39 59.12 mía hỗn hợp(α -1,6-glucan : D-fructose 2-glucosyltransferase) Enzyme%) 12.63 1.44 0.48 0.14 0.15 0.41 0.6 78.15 trăm chất khô(α -1,6-glucan : D-fructose 2-glucosyltransferase) Enzyme%) 70-90 4-8 0.5-0.6 3-7 0.3-0.6 3-5 Bảng 2: Thành phần khoáng nước mía: Thành phần SiO2 K2 O Hàm lượng (α -1,6-glucan : D-fructose 2-glucosyltransferase) Enzyme%) 0.25 0.12 -Trang 7- Đề tài công nghệ sản xuất dextran Na2O CaO MgO Fe2O3 P2O5 SO3 Cl 0.01 0.02 0.01 Vết 0.07 0.02 Vết Trong thành phần quan trọng Saccharose Saccharose disaccharide glucose fructose liên kết với theo liên kết 1,2-glucoside có góc quay cực +66.5o CH2OH H OH O H OH H HOHC H O H OH O H 2C H C5 OH OH H CH OH SACCAROSE Hình 5: Cơng thức cấu tạo saccharose Saccharose dễ bị thuỷ phân nhờ enzym invertase acid tạo glucose fructose theo tỉ lệ 1:1 gọi đường nghịch đảo Ở thực phẩm có pH acid thuận lợi cho nghịch đảo Sự nghịch đảo đường làm tăng chất khô lên 5,26%, tăng nhẹ vị tăng độ hồ tan đường dung dịch Sự tăng tính hồ tan đường dung dịch tính hồ tan cao fructose tính khó kết tinh glucose so với saccharose Vi sinh vật a Giống vi sinh vật: Vi sinh vật dùng để lên men dextran chủng thuộc Streptobacterium destranicum, Streptococcus mutans, Leuconostoc dextranicus, Leuconostoc mesenteroides, L.citrovorus… Trong môi trường chứa saccharose vi khuẩn tiết enzym dextran-saccharase (α -1,6-glucan : D-fructose 2-glucosyltransferase) Enzymeα-1,6-glucan: D-fructose 2-glucosyltransferase, khối lượng phân tử -Trang 8- Đề tài công nghệ sản xuất dextran 170kDa) phân giải saccharose ngoại bào thành glucose fructose đồng thời tổng hợp glucose thành dextran Sản phẩm phụ thuộc vào chủng lẫn vào điều kiện sử dụng cho sinh trưởng tổng hợp polymer Ở số chủng, dextransaccharase nằm dạng hòa tan chủng khác, liên kết phần hay hồn tồn với tế bào Sản xuất dextran cơng nghiệp dùng Leuconostoc mesenteroides để tạo polymer chứa khoảng 95% liên kết α-1,6 (α -1,6-glucan : D-fructose 2-glucosyltransferase) Enzymephần lại liên kết α -1,3) trọng lượng phân tử 4-5 x 107 dalton Hình 6: Vi khuẩn Leuconostoc mesenteroides Leuconostoc mesenteroides cầu khuẩn gram âm, kích thước 1-1.5µm khơng có khả sản sinh catalase, ky khí vi hiếu khí, có khả lên men đường, không tổng hợp acid lactic từ D- L-arabinose, D- L-xylose, D- L-ribose Trong trình ni cấy chúng xếp chuỗi Trên mơi trường rắn có chứa saccharose chúng mọc lên thành khuẩn lạc phủ lớp màng nhầy Có giống tổng hợp acid lactic từ đường lactose có giống khơng tổng acid lactic Nhiệt độ sống tối ưu 30oC, pH tối ưu 7.0 Giống Leuconostoc mensenteroides phân lập từ loại rau lên men cải bắp, súp lơ, bí ngơ, cà rốt, khoai tây Giống sau phân lập trì mơi trường dinh dưỡng chứa saccharose 40C -Trang 9- Đề tài công nghệ sản xuất dextran b Yêu cầu chọn giống: Khả sinh độc tố : khơng có Khả sinh tổng hợp sản phẩm chính: sản lượng dextran tạo thành lớn Khả thích nghi tốc độ sinh trưởng: dễ ni cấy, thích nghi tốt với mơi trường, tốc độ sinh sản nhanh Điều kiện nuôi cấy: môi trường nuôi cấy dễ kiếm, rẻ tiền Yêu cầu khác : Dextran tạo thành giống vi sinh vật phải dễ dàng lọc kết lắng tốt III QUY TRÌNH SẢN XUẤT DEXTRAN: A Sơ đồ khối -Trang 10- ... chế độ dài mạch dextran trình sản xuất cách điều khiển thuỷ phân dextran để tạo chất nhận -Trang 5- Đề tài công nghệ sản xuất dextran Khi chất nhận dextran cao phân tử, C-3 dextran làm chất.. .Đề tài công nghệ sản xuất dextran I GIỚI THIỆU CHUNG: Giới thiệu chung dextran: a Định nghĩa dextran: Dextran polymer sinh học, phần lớn tổng hợp... polymer Dextran khác polysaccharide này, chất không thâm nhập vào tế bào vi sinh vật mà -Trang 2- Đề tài công nghệ sản xuất dextran chuyển hóa bên ngồi tế bào thành α-D-glucan phân nhánh, tức dextran