Đang tải... (xem toàn văn)
Sản xuất axit lacticI.Giới thiệu1.Lịch sử phát hiện 2,3Axit lactic là axit tồn tại rộng rãi trong tự nhiên, được tìm thấy ở người, động vật, thực vật và vi sinh vật.Năm 1780, nhà hóa học người Thụy Điển Sheele lần đầu tiên tách được axit lactic từ sữa bò lên men chua.Năm 1857, Louis Pasteur (18221895) chứng minh quá trình lên men lactic là gây nên bởi vi sinh vật.Năm 1878, Joseph Lister đã phân lập thành công vi khuẩn lactic đặt tên là Bacterium lactic, nay gọi là streptococcus lactic.2.Giới thiệu về axit lactic 4Axit lactic hay axit sữa có tên IUPAC là 2Hydroxypropanoic acid là một hợp chất hóa học đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sinh.Axit lactic là một axít carboxylicvới công thức hóa học CH3CH(OH)COOH. Axit lactic tồn tại dạng tinh thể, không màu, mùi nhẹ, tan trong nước và cồn. Khối lượng phân tử của axit lactic là 98,08. Nhiệt độ sôi là 1220C. Nhiệt độ nóng chảy 16,80C.Tồn tại hai dạng đồng phân L(+) và dạng D() hay dạng raxemic.Tính chất hóa lý của hai đồng phân nàykhông khác nhau nhưng khả năng làm quay mặt phẳng phân cực của chúng thì khác nhau, do đó tính chất sinh học của chúng là hoàn toàn khác nhau. Ở tế bào người và động vật thì chỉ tồn tại dạng axit lactic L(+).3.Ứng dụng của axit lactic 2 Axit lactic là một loại axit hữu cơ có nhiều ứng dụng nhất.Axit lactic được dùng trong bảo quản và chế biến thực phẩm như làm sữa chua, muối chua rau củ, làm nem chua.Do vị chua dễ chịu và đặc tính bảo quản, một lượng lớn axit lactic được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm. Nó được sử dụng như một chất gia vị đối với các loại đồ uống nhẹ, tinh dầu, dịch quả, mứt, xiro cũng như ngành đóng hộp hoa quả và cá.Axit lactic được dùng để axit hóa rượu vang hoa quả nghèo axit, axit hóa dịch đường quá trong công nghiệp rượu mạnh và để sản xuất bột chua trong ngành bánh mì.Axit lactic được dùng trong công nghiệp thuộc da, công nghiệp dệt và công nghiệp đồ nhựa như sản xuất chỉ khâu tự hủy hoặc làm tiền chất để tạo ra polyme sinh học có thể tự phân hủy.Axit lactic có thể trở thành một hoá chất để sản xuất este lactate, propylene glycol, propylen oxit, axit acrylic, 2,3pentanedione, acidacetaldehyde propanoic, và dilactide.Trong phẫu thuật chỉnh hình người ta thường sử dụng loại vật liệu có tên là Purasorb. Purasorb là một hợp chất cao phân tử được sản xuất từ acid lactic. Nó giúp gắn các phần xương lại với nhau khi xương định hình Purasorb sẽ tự tiêu hủy. 5
Sản xuất axit lactic Sản xuất axit lactic I. Giới thiệu 1. Lịch sử phát hiện [2,3] Axit lactic là axit tồn tại rộng rãi trong tự nhiên, được tìm thấy ở người, động vật, thực vật và vi sinh vật. Năm 1780, nhà hóa học người Thụy Điển Sheele lần đầu tiên tách được axit lactic từ sữa bò lên men chua. Năm 1857, Louis Pasteur (1822-1895) chứng minh quá trình lên men lactic là gây nên bởi vi sinh vật. Năm 1878, Joseph Lister đã phân lập thành công vi khuẩn lactic đặt tên là Bacterium lactic, nay gọi là streptococcus lactic. 2. Giới thiệu về axit lactic [4] Axit lactic hay axit sữa có tên IUPAC là 2-Hydroxypropanoic acid là một hợp chất hóa học đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sinh. Axit lactic là một axít carboxylicvới công thức hóa học CH 3 CH(OH)COOH. Axit lactic tồn tại dạng tinh thể, không màu, mùi nhẹ, tan trong nước và cồn. Khối lượng phân tử của axit lactic là 98,08. Nhiệt độ sôi là 122 0 C. Nhiệt độ nóng chảy 16,8 0 C. Tồn tại hai dạng đồng phân L(+) và dạng D(-) hay dạng raxemic.Tính chất hóa lý của hai đồng phân nàykhông khác nhau nhưng khả năng làm quay mặt phẳng phân cực của chúng thì khác nhau, do đó tính chất sinh học của chúng là hoàn toàn khác nhau. Ở tế bào người và động vật thì chỉ tồn tại dạng axit lactic L(+). 3. Ứng dụng của axit lactic [2] Axit lactic là một loại axit hữu cơ có nhiều ứng dụng nhất. Axit lactic được dùng trong bảo quản và chế biến thực phẩm như làm sữa chua, muối chua rau củ, làm nem chua. Do vị chua dễ chịu và đặc tính bảo quản, một lượng lớn axit lactic được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm. Nó được sử dụng như một chất gia vị đối với các loại đồ uống nhẹ, tinh dầu, dịch quả, mứt, xiro cũng như ngành đóng hộp hoa quả và cá. Axit lactic được dùng để axit hóa rượu vang hoa quả nghèo axit, axit hóa dịch đường quá trong công nghiệp rượu mạnh và để sản xuất bột chua trong ngành bánh mì. Axit lactic được dùng trong công nghiệp thuộc da, công nghiệp dệt và công nghiệp đồ nhựa như sản xuất chỉ khâu tự hủy hoặc làm tiền chất để tạo ra polyme sinh học có thể tự phân hủy. Axit lactic có thể trở thành một hoá chất để sản xuất este lactate, propylene glycol, propylen oxit, axit acrylic, 2,3-pentanedione, acidacetaldehyde propanoic, và dilactide. Trong phẫu thuật chỉnh hình người ta thường sử dụng loại vật liệu có tên là Purasorb. Purasorb là một hợp chất cao phân tử được sản xuất từ acid lactic. Nó giúp gắn các phần xương lại với nhau khi xương định hình Purasorb sẽ tự tiêu hủy. [5] II. Sản xuất axit lactic 1. Vi sinh vật 1.1 Các vi sinh vật có thể lên men lactic acid: Trang 1 Sản xuất axit lactic - Vi sinh vật mà có thể sản xuất axit lactic có thể được chia thành hai nhóm : vi khuẩn và nấm. Các vi sinh vật được lựa chọn cho các điều tra gần đây của sản xuất công nghệ sinh học của axit lactic được liệt kê trong Bảng 1[11]. Bảng 1. Vi sinh vật được sử dụng để nghiên cứu gần đây của công nghệ sinh học sản xuất axit lactic 1.2 Vi khuẩn lên men lactic acid: 1.2.1 Đặc điểm hình thái: - Vi khuẩn lactic được Pasteur tìm ra từ sữa bị chua. Vi khuẩn lactic thuộc về họ Lactobacteriaceae [16] và được xếp vào 4 chi: Streptococcus, Pediococcus, Lactobacillus và Leuconostoc [18]. Nhóm vi khuẩn này gồm nhiều loại khác nhau về hình dạng, sinh lí và khả năng lên men. - Chúng gồm những loài có cơ thể đơn bào, kích thước nhỏ, có dạng hình cầu, hình que ngắn hay bầu dục. Hình dạng và kích thước tế bào vi khuẩn lactic còn phụ thuộc vào môi trường, điều kiện nuôi cấy, sự có mặt của oxy và tuổi tế bào [15]. - Thuộc loài Gram dương, phần lớn không có khả năng chuyển động, không sinh bào tử [16]. 1.2.2Một số đặc điểm sinh lý sinh hóa: - Chúng có thể lên men được các loại đường monosaccharid hoặc disaccharid nhưng không lên men được tinh bột (trừ loài Lactobacillus delbrueckii có khả năng đồng hoá được tinh bột). Một số vi khuẩn lactic không lên men được saccharose, số khác lại không sử dụng được maltose. Vi khuẩn lactic lên men dị hình có thể sử dụng được pentose và acid citric [16]. - Các loài vi khuẩn lactic có khả năng rất khác nhau khi tạo thành acid lactic trong môi trường, như vậy khả năng chịu acid (hay độ bền acid) cũng rất khác nhau. pH từ 4,5-6,8. Hoạt lực lên men tốt nhất là trực khuẩn ở vùng pH = 5,5 – 6 [16]. Hoạt động của vi khuẩn lactic, đặc biệt là của hệ enzyme của chúng, chịu tác động mạnh của pH. Mỗi enzyme đều có vùng pH tối ưu mà tại đó hoạt lực của enzyme là cao nhất. pH<4 hầu hết vi khuẩn lactic ngừng hoạt động. - Nhiệt độ sinh trưởng tối thích của loài vi khuẩn lactic ưa ấm (Mesophil) là khoảng 25 – 35 0 C, ưa nhiệt (Thermophil) khoảng 40 – 55 0 C và ưa lạnh thì thấp hơn 5 0 C. Khi gia nhiệt khoảng 60 – 80 Trang 2 Sản xuất axit lactic 0 C, thì hầu hết vi khuẩn lactic bị chết sau 10 – 30 phút [16]. Ảnh hưởng của nhiệt độ có lẽ nhiều nhất là đến các phản ứng enzyme. - Các Bifidobacterium thực chất là kị khí, còn các vi khuẩn lactic khác, là sinh vật kỵ khí không bắt buộc [18]. Độ ẩm dễ tạo điều kiện kỵ khí cho vi khuẩn lactic làm cho acid lactic tích lũy nhanh chóng trong quá trình lên men. - Nồng độ dịch men: Trong lên men lactic cơ chế của quá trình lên men chứa khoảng 10% đường. Nếu nuôi cấy vi khuẩn trong môi trường sinh tổng hợp;chứa đủ các chất, nhưng lại thiếu mất một thành phần dinh dưỡng cần thiết, sinh trưởng phát triển của vi sinh vật sẽ không thể xảy ra. Nếu nồng độ cơ chất dư thừa, tốc độ phát triển của vi khuẩn sẽ giảm xuống, thạm chí bị ngừng lại hoàn toàn. - Oxy quyết định chiều hướng lên men diễn ra theo kiểu yếm khí hay kỵ khí. - Vi khuẩn lactic được chia thành hai nhóm: nhóm vi khuẩn lên men lactic đồng hình và nhóm vi khuân lên men lactic dị hình [16]. 1.2.3 Nhu cầu dinh dưỡng của vi khuẩn lactic 1.2.3.1 Nguồn cacbon Vi khuẩn lactic có thể sử dụng được rất nhiều loại hydratcacbon từ các monosaccarit (glucose, fructose, manose, galactose), disaccarit (saccarose, lactose, maltose) đến các oligosaccarit. Tốc độ lên men các loại mono-, di- và oligosaccarit giảm dần theo độ phức tạp của các hydratcacbon, còn đối với nguồn cacbon là polysaccarit (tinh bột, dextrin) thì cần thủy phân trước khi thực hiện quá trình lên men. [2] Nguồn cacbon này được dùng để cung cấp năng lượng, xây dựng cấu trúc tế bào và sinh ra axit lactic và các sản phẩm khác.[6] Trang 3 Sản xuất axit lactic Khi nhân giống người ta thường dùng các loại đường mono- hoặc disaccarit để vi khuẩn có thể thích nghi và phát triển nhanh chóng mà vẫn không ảnh hưởng tới khả năng len men đối với các nguồn cacbon thông thường.[2] 1.2.3.2 Nguồn nitơ Tất cả thành phần quan trọng của tế bào đều chứa nitơ (protein, axit nucleic…), vì vậy nito là thành phần không thể thiếu trong môi trường nuôi cấy vi sinh vật. [6] Một số lớn vi khuẩn lactic không thể tổng hợp các hợp chất hữu cơ phức tạp có chứa nito nên chúng đòi hỏi nguồn nito sẵn có trong môi trường như các axit amin. Nguồn axit amin có thể được bổ sung vào môi trường dạng protein và được đồng hóa dưới dạng peptid nhờ vào tác dụng của enzym protease và peptidase ngoại hay nội bào. Trong công nghiệp thường dùng dịch nấm mem thủy phân vì có hàm lượng nito cao, có 16 loại axit amin trong đó có 8 loại axit amin không thay thếđồng thời giải quyết được các vấn đề về kinh phí sản xuất và giá thành sản phẩm. 1.2.3.3 Các muối vô cơ và các chất kích thích sinh trưởng [2] Các chất vô cơ và các chất khoáng chỉ cần một lượng rất nhỏ nhưng ảnh hưởng lớn đến quá trình sinh trưởng, phát triển của vi khuẩn. Ví dụ như với Lactobacilus, Mn 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ làm tăng cường sự phát triển của vi khuẩn lactic, hay Ca 2+ tham gia vào cấu trúc enzym protease thủy phân một số protein là nguồn dinh dưỡng nuôi tế bào. Đa số các vi khuẩn lactic cần hàng loạt các vitamin như riboflavin, tiamin, axit folic, biotin…. để sinh trưởng và phát triển. Vì khả năng sinh tổng hợp của các vi khuẩn lactic thuộc loại yếu. Do vậy hàm lượng vitamin của môi trường giữ một vai trò quan trọng trong sự tổng hợp các axit amin. Vì vậy môi trường nuôi cấy thường bổ sung dịch cà chua, cao nấm men vì chúng chứa nhiều axit amin và các vitamin. Ngoài ra các axit béo cũng ảnh hưởng lên quá trình sinh trưởng của vi khuẩn lactic theo cơ chế còn chưa được biết rõ. 1.2.3.4 Oxi Vi khuẩn lactic hầu hết là các vi khuẩn phát triển trong điều kiện yếm khí. Có một số loài có thể phát triển trong điều kiện có oxi. Tuy nhiên theo nghiên cứu cho rằng vi khuẩn lactic phát triển tốt nhất trong điều kiện có nồng độ oxi thấp.[7] 1.2.4 Lactobacillus delbrueckii. Lactobacillus delbrueckii là loài điển hình của chi Lactobacillus. Nó bao gồm ba phân loài: delbrueckii, bulgaricus, và lactis [13]. Trong khi các phân loài bulgaricus và lactis là hầu như chỉ có trong sữa, phân loài delbrueckii có ở các nguồn thực vật. Nó không thể lên men lactose và phân hủy casein và do đó, không thể phát triển trong sữa, không được sử dụng trong chế biến sữa [13]. Trong môi trường dịch thể chúng có khả năng tạo ra khoảng 70% acid lactic từ đường. Đặc điểm: + Vi khuẩn này thường gặp trên hạt đại mạch. Loài hiếu khí tùy tiện. Thông thường lên men lactic trong điều kiện kỵ khí [10]. + Chúng là Gram dương, không thể tự di chuyển, không hình thành bào tử, lên men đồng hình bắt buộc và có thể sản xuất L (+)-lactic acid [13]. + Dạng trực khuẩn dài, lớn, kích thước 0,5-0,8 µm; 2,0-9,0µm [19]. Trang 4 Sản xuất axit lactic + Trong quá trình phát triển của mình chúng có khả năng tạo thành hình sợi dài 100-1000 µm. + Nhiệt độ tối ưu cho chúng phát triển là 45 0 C [19], tối thiểu là 18 0 C và tối đa là 55 0 C. + pH: 6.2±0.2. Môi trường nuôi cấy: MRS. Nhiệt độ bảo quản: 4 o C [14]. Chúng là loài có thể sử dụng cơ chất tinh bột. 1.2.5. Cơ chế hoạt động của vsv-vi khuẩn lên men lactic: - Vi khuẩn axit lactic có thể được phân thành hai nhóm: lên men đồng hình và lên men dị hình [11]. Fig. 2. Metabolic pathways of homofermentative (solid line) and heterofermentative (dotted line) lactic acid bacteria [11]. 1.2.5.1 Lên men lactic đồng hình (điển hình):[7] + Lên men lactic đồng hình là quá trình lên men trong đó các sản phẩm axit lactic tạo ra chiếm 90% tổng số các sản phẩm lên men và một lượng nhỏ axit acetic, aceton, di-acetyl, … + Phương trình chung biểu diễn quá trình lên men: C 6 H 12 O 6 2 CH 3 CHOHCOOH + 21,8.10 4 J + Trong quá trình lên men lactic đồng hình, glucoza được chuyển hoá theo chu trình Embden-Mayerhoff, vi khuẩn sử dụng cho qui trình này tất cả các loại enzym aldolase, còn hydro tách ra khi dehydro hoá triozophophat được chuyển đến pyruvat. Vì trong vi khuẩn lên men lactic đồng hình không có enzyme cacboxylase cho nên axit pynivic không phân huỷ nữa mà tiếp tục khử thành axit lactic. Trang 5 Sản xuất axit lactic + Có thể xem lên men lactic đồng hình tiến hành theo hai giai đoạn : Giai đoạn 1: PCH 2 -CHOH + H 2 O + PN P.CH 2 CHOG-COOH + PNH 2 Giai đoạn 2:CH 2 OP-CHOH-COOH + H 2 O ( PN-H 2 ) CH 3 CHOHCOOH + H 3 PO 4 + PN + H 2 O + Tuỳ thuộc vào tính đặc hiệu quang học của enzym lactate- dehydrogenase và sự có mặt của lactataxemase mà loại axit lactic dạng nào được tạo ra D(-), L(+) hoặc DL. 1.2.5.2 Lên men lactic dị hình (không điển hình):[7] + Lên men lactic dị hình là quá trình lên men trong đó ngoài sản phẩm axit lactic còn tạo ra một lượng đáng kể các sản phẩm phụ như axit acetic, etanol, axit xucxinic, CO 2 ,……… + Phương trình chung biển diễn quá trình lên men: C 6 H 12 O 6 CH 3 CHOHCOOH + HOOC(CH 2 )COOH + CH 3 COOH + C 2 H 5 OH + CO 2 … Trong đó, axit lactic chiếm khoảng 40%, axit xucxinic khoảng 20%, rượu êtylic và axit acetic 10% các laọi khí 20% đôi khi không có các khí mà thay vào đó là sự tích luỹ một lượng ít axit foocmic. Như vậy, các sản phẩm phụ khác nhau đáng kể tạo thành trong quá trình lên men lactic dị hình chứng tỏ rằng quá trình này phức tạp hơn so với lên men lactic đồng hình. + Trong vi khuẩn lên men lactic dị hình không có các enzyme cơ bản của sơ đồ Embden- marehof là aldolase triozophotphatizomerase, bước đầu phân giải đường glucose ở những vi khuẩn này theo con đường pentozophotphat. Acetylphophat được khử thành etanol thông qua acetyldehyt photphoglyceraldehyde thông qua axit pynivic mà tạo thành axit lactic. + Axit lactic được tạo thành : CH 3 COCOOH + dehydrase-H 2 CH 3 CHOHCOOH + dehydrase + Axit xucxinic tạo thành từ axit pynivic: CH 3 COCOOH + CO 2 COOH-CH 2 -CO-COOH COOHCH 2 COCOOH+2 Dehydrase -H 2 COOH(CH 2 ) 2 COOH + H 2 O + 2Dehydrase + Etanol và axit acetic tạo thành nhờ men aldehydrase từ acetaldehyde: 2 CH 3 CHO + H 2 O + aldehydrase C 2 H 5 OH + CH 3 COOH + aldehydrase + Việc sinh ra các khí liên quan đến điều kiện yếm khí tỉ lệ các hợp chất phụ sinh ra phụ thuộc vào môi trường dinh dưỡng và các loại vi khuẩn lactic. Trang 6 Sản xuất axit lactic 1.3. Những nghiên cứu cụ thể để nâng cao hoạt lực, năng suất của loại vsv đó: (nói chung cho vi các khuẩn). Để nâng cao hoạt lực, năng xuất, có thể: a. Dựa vào nghiên cứu các điều kiện lên men tối ưu, ví dụ: cơ chất thích hợp với từng loại vi khuẩn. + Schepers và cộng sựđã sử dụng L. helveticus để sản xuất axit lactic từ lactose và whey pho mát được cô đặc, và Burgos - Rubio báo cáo điều tra động học của chuyển đổi cơ chất khác nhau thành acid lactic với việc sử dụng của L. bulgaricus. Hujanen và Linko đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nuôi cấy và các nguồn nitơ trong sản xuất axit lactic bởi L.casei , và Roukas và Kotzekidou cũng đã sử dụng dòng này để sản xuất axit lactic từ nước whey được đề protein hóa bởi trộn lẫn các sự nuôi cấy của các tế bào tự do và đồng cố định. Fu và Mathews đã nghiên cứu mô hình động học của sản xuất axit lactic từ lactose bằng lên men bởi lên men gián đoạn L. plantarum và Bustos et al. đã sử dụng L. pentosus để sản xuất axit lactic từ chất thải của trái nho xén nhỏ. Các chủng của L. amylophilus sản xuất – amylase được sử dụng thường xuyên cho việc chuyển đổi trực tiếp của tinh bột thành acid lactic [11]. + Trong số các chi Lactobacillus, L. delbrueckii đã xuất hiện phổ biến trong nhiều cuộc điều tra về sản xuất axit lactic. Kotzanmanidis và cộng sự đã sử dụng L. delbrueckii NCIMB 8130 cho sản xuất axit lactic từ mật đường củ cải. Monteagudo và Göksungur và Güvenç cũng đã cố gắng để tạo ra axit lactic từ mật đường củ cải với L. delbrueckii. Ngoài lactobacilli, chủng lactococci được thường được sử dụng để sản xuất axit lactic. Roble đồng nuôi cấy các tế bào Lactococcus lactis ssp. với Asp.awamori cho sản xuất acid lactic từ tinh bột sắn, và Åkerberg et al lactis. cũng đã sử dụng L. lactis ssp. lactis cho mô hình động học của sự sản xuất axit lactic từ bột mì [11]. b. Lựa chọn phương pháp tiến hành lên men phù hợp với loại vi khuẩn:[11] Trang 7 Sản xuất axit lactic c. Dựa vào việc tác động vào các gen trong bộ gen vi khuẩn. + Một vài nỗ lực đã được thực hiện để cải thiện và sửa đổi việc sản xuất acid lactic bằng kỹ thuật trao đổi chất trong lactobacilli, sản xuất cả hai L - (+) - và D - (-)-axit lactic. Trong L. helveticus và Lactobacillus plantarum , tăng cường sản xuất L - (+)-lactic axit đã được thử nghiệm bởi sự bất hoạt của ldhD và bằng cách tăng số lượng bản sao của ldhL , tương ứng. Ví dụ, trong L. helveticus , bất hoạt ldhD dẫn đến một sự gia tăng gấp đôi về số lượng L - (+)-lactic acid [17]. + Kyla - Nikkilä et al. đã cố gắng để biểu hiện gen dehydrogenase L- lactate và dehydrogenase D- lactate trong L. helveticus để sản xuất D ( - ) và L( + ) - axit lactic tinh khiết . Họ đã xây dựng hai chủng L. helveticus Gram(-) có gen D- lactate dehydrogenase thông qua một phương pháp thay thế gen để sản xuất L- axit lactic tinh khiết . Mỗi hoạt tính dehydrogenase L- lactate của hai L. helveticus thiếu D- lactate dehydrogenase lần lượt là 53 hoặc 93% cao hơn so với các chủng loại hoang dã [11]. + Dien et al. xây dựng Escherichia coli tái tổ hợp cho việc chuyển đổi của đường hexose, cũng như đường pentose, thành L (+) - lactic acid, và họ thiết kế vi khuẩn E. coli bằng cách trao đổi chất để xây dựng đột biến ức chế chất được tạo ra do quá trình dị hóa carbon [11]. + Tương tự như vậy , Chang và cộng sự xây dựng E. coli tái tổ hợp để sản xuất D ( - ) hoặc L (+) - lactic acid dạng quang học tinh khiết. Họ đã đưa các gen dehydrogenase L- lactate từ L. casei vào một chủng pta ldhA, mà thiếu phosphotransacetylase và dehydrogenase D- lactate . Kết quả của họ cho rằng sự trao đổi chất lên men chủ yếu của E. coli có thể được định hướng lại để sản xuất D ( - ) - hoặc L acid lactic ( + ) . Tiến bộ gần đây trong kỹ thuật trao đổi chất của vi sinh vật có thể cung cấp nhiều cơ hội cho sản xuất có chọn lọc và hiệu quả của axit lactic quang học tinh khiết thông qua việc cải thiện các chủng trong tương lai [11]. + Sản xuất L-acid lactic bởi Thermoanaerobacterium aotearoense đột biến: Trong nghiên cứu này, một vi sinh vật ưa nhiệt và kỵ khí là T. aotearoense SCUT27 được thiết kế để sản xuất L -axit lactic nồng độ cao với năng suất cao bằng cách ngăn chặn các con đường hình thành axit axetic. Để ngăn chặn sự sản xuất axit axetic mà tiêu thụ nguồn carbon, vector pPuKAd tái tổ hợp Trang 8 Sản xuất axit lactic tương đồng đã được chuyển vào các tế bào T. aotearoense SCUT27 thích hợp. Không có sản phẩm phụ axit axetic tạo điều kiện đáng kể cho sự tinh sạch về sau. LA1002 đột biến có thể chuyển đổi các loại đường lignocellulose, ví dụ như xylose, cellobiose, mannose, dextran và xylan, để tạo L-axit lactic quang học tinh khiết có hiệu quả. Quan trọng hơn, đặc tính ưa nhiệt vàkỵ khí của nó cho phép để sản xuất axit lactic thông qua một quá trình lên men không tiệt trùng [12]. 2. Môi trường – Cơ chất 2.1 Các môi trường có thể dùng để nuôi cấy vi khuẩn lactic - Dịch đường sữa: được dùng làm nguyên liệu lên men cho Lactobacillus bulgaricus vì chủng này có khả năng lên men lactose. Vì giá thành nguyên liệu đầu vào cao và hàm lượng muối cao của dịch đường sữa gây nên giá thành sản phẩm tinh khiết cao. [2] - 1,2 propandiol [2] được dùng làm nguyên liệu lên men cho Lactobacillus bulgaricus vì chủng này có khả năng lên men lactose.Phương pháp này là một quy trình hiếu khí được tiến hành ở 25- 37 0 C trong môi trường chứa 3% 1,2 propandiol; 0.4% ure; 0.1% K 2 HPO 4 ; 0.05% MgSO 4 .7H 2 O; 0.05% KCl; 0.001% FeSO 4 .7H 2 O và 0.05% cao nấm men. Quá trình bắt đầu ở pH 7-9 sau đó không cần điều chỉnh pH. Sau 72 giờ, có thể đạt được 0.9% axit lactic trong môi trường ở 30 0 C. - Tinh bột ngô [2] môi trường bao gồm 9 phần tinh bột ngô, 1 phần bột đại mạch thủy phân với axit sunfuric 0.5N. Sau khi pha loãng tới khoảng 9% hàm lượng đường tổng số thì bổ sung những lượng nhỏ sunfat amon và sunfit natri. Môi trường được khử trùng và tiến hành nuôi cấy với chủng Lactobacillus delbrueckii. Nuôi cấy ở 50 0 C. Thời gian lên men là 5 ngày. - Đường saccarose 12-18% [2] tạo môi trường thuần khiết nhất và ít tốn kém nhất trong quá trình tinh chế sản phẩm xong nguyên liệu đầu vào giá thành khá cao. - Bùn thải từ ngành công nghiệp sản xuất giấy. [8]Bùn chứa một tỷ lệ phần trăm cellulose cao và có thể thủy phân thành glucose trước khi được lên men với vi khuẩn lactic. PH tối ưu của SSF để sản xuất các axit lactic bởi vi khuẩn axit lactic vào khoảng pH = 5,0 và nhiệt độ tối ưu là khoảng 40 0 C. - Bột sắn: [9]là nguyên liệu rẻ tiền chứa hàm lượng cacbohyrate cao. Trang 9 Sản xuất axit lactic - Mật rỉ đường. 2.2 Mật rỉ đường: [10] Trong rỉ đường bao gồm 25-40% saccarose, 15-25% đường khử (glucose và fructose), và 3-5% đường không lên men được tạo nên trong quá trình chế biến đường, 20% nước và khoảng 10% các chất phi đường. Các chất phi đường thường chứa các muối vô cơ và cả hữu cơ. Phi đường chứa nito của rỉ đường mía chủ yếu là các axit amin cùng với một lượng rất nhỏ protein và các sản phẩm phân giả của nó. Phi đường khôngchứa nito gồm pectin, hay galactose. Trong rỉ đường mía còn chứa rất nhiều các vitamin như axit pantotenic, nicotinic, folic, B 1 ,B 2 , đặc biệt là biotin. Các chất thành phần Hàm lượng % trong đường Saccharose 32 Chấthữucơphiđường 10 Chấttro 8 Trongđó:K 2 O 3.5 CaO 1.5 MgO 0.1 SiO 2 0.5 SO 3 1.6 Cl 2 0.4 Na 2 O+Fe 2 O 3 +Al 2 O 3 0.2 P 2 O 5 0.2 N tổng 5-2.2 N-amin 0.2-0.5 Bảng1: Thành phần cácchấttrongrỉ đường Vitamin Hàm lượng (mg%) Thiamin 0.5 Riboflavin 0.12 Pyridoxin 0.9 Trang 10 [...]... trình sản xuất sẽ kéo dài tốn nhiều công đoạn,hóa chất để xử lý • Lượng sản phẩm tạo ra không tinh khiêt bằng công nghệ lên men hiện đại 4 Hướng phát triển: Công nghệ sản xuất axit lactic đã ra đời từ rất lâu nhưng nó vẫn là một mảnh đầy tiềm năng cho các nhà khoa học để nâng cao chất lượng và giá thành của sản phẩm Vấn đề vi sinh vật là rất quan trọng Cần tìm và tạo ra các chủng vi sinh vật sản xuất axit. .. H2SO4 tới pH=2.8-3.0 và gia nhiệt trong vài giờ Nhiệt độ thấp nhất là 75 C, nếu kết hợp khuấy thì càng tốt (đẩy SO2 ra khỏi rỉ đường) 3 Phương pháp sản xuất axit lactic 3.1 Quy trình công nghệ Trang 11 Sản xuất axit lactic 3.2 Thuyết minh quy trình công nghệ: 3.2.1 Chuẩn bị môi trường lên men [7] - Nguyên liệu sử dụng là rỉ đường - Pha loãng theo tỷ lệ nước: rỉ=3:1,sau đó cho dung dịch này chảy qua... men lactic sẽ thuận lợi khi môi trường phản ứng có acid Tuy nhiên vi khuẩn lactic sẽ không chịu được nếu nồng độ acid trong môi trường lên men quá lớn Do đó,nếu Trang 12 Sản xuất axit lactic lượng axit lactic dư thừa không được trung hòa thì sự lên men sẽ bị dừng lại trước khi đường bị chuyển hóa hoàn toàn thành axit lactic - Trong quá trình lên men người ta sử dụng vôi mịn để trung hòa lượng axit. . .Sản xuất axit lactic Nicotinamit 1.5 Acidpantotenic 7.0 Acidfoleic 0.02 Biotin 0.15 Inozit 500.0 Bảng2: Thành phần vitamin trong rỉ đường mía Vì vậy, rỉ đường là cơ chất thích hợp nhất dùng trong sản xuất axit lactic • Yêu cầu của rỉ đường làm nguyên liệu trong sản xuất acid lactic: Chất khô >=75% Hàm lượng sacaroza:50- 51% lượng đường pH=6.5... chất hấp thụ axit actic Pha hòa tan gồm muối cacbonate natri và axit cacbonic Người ta thu hồi axit lactic từ pha hữu cơ bằng phương pháp chưng cất chân không với áp suất 2-10mmHg, ở nhiệt độ 80-240 0C Phương pháp trích ly Sau khi lên men người ta dùng CaCO 3 đưa pH lên men đến 6,5và thực hiện các điều kiện cho việc tạo lactic canxi như phương pháp truyền thống Trang 15 Sản xuất axit lactic Toàn bộ... hồi toàn bộ acid lactic có trong dịch men Phần kết tủa này được trộn chung với phần trước và đem sang thiết bị thu nhận axit lactic Thu nhận axit lactic: Cho axit sunfurric vào phần kết tủa khi đó phản ứng sẽ xảy ra và tạo thành CaSO 4 kết tủa loại bỏ phần kết tủa này thì thu được acid lactic Acid lactic được tạo thành theo phương trình Ca(C3H5O3) +H2SO4CaSO4 +C3H6O3 Dung dịch acid lactic đệm khử màu... ra các chủng vi sinh vật sản xuất axit lactic có thể sử dụng các cơ chất thô ban đầu như cellulose, tinh bột mà không cần thủy phân trước hay các chủng có thể vẫn sinh trưởng và phát triển khi nồng độ axit lactic trong môi trường lên men đạt nồng độ cao Vấn đề về công nghệ và máy móc cũng là một vấn đề cần cải thiện để nâng cao chất lượng sản phẩm Khoa học công nghệ phát triển sẽ giúp nâng cao độ chính... phát triển của vi sinh vật Vấn đề cải tiến công nghệ sẽ nâng cao chất lượng sản phẩm và năng suất của quá trình lên men Ví dụ như công nghệ lên men kết hợp điện phân dung dịch sẽ giúp lấy dần lượng axit lactic làm giảm nồng độ của nó trong môi trường lên men để khỏi ức chế quá trình phát triển của vi khuẩn lên men.[1] TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Novel Method of Lactic acid Production by Electrdialysis Fermentation,... trình Vi sinh vật học công nghiệp- Kiều Hữu Ảnh, NXB KH-KT, 1999 3 Nguyễn Lân Dũng- Vi sinh vật học, NXB Giáo Dục, 1998 4 http://vi.wikipedia.org/wiki /Axit_ lactic 5.http://forum.foodnk.com/baiviet/cong-nghe-san-xuat-mot-so-acid-huu-co-bang-len-men-126-11.html Trang 16 Sản xuất axit lactic 6 http://www.zbook.vn/ebook/chon-moi-truong-va-dieu-kien-nuoi-cay-thich-hop-cho-chung-vikhuan -lactic- 29339/ 7 http://luanvan.net.vn/luan-van/de-tai-qui-trinh-san-xuat-acid -lactic- 47394/... trường)… Từ thu giống cấp 1cấp 4 là giai đoạn nhân giống phòng thí nghiệm Từ cấp 5 trở lên là trong phân xưởng sản xuất với lượng lớn Trang 14 Sản xuất axit lactic - • • - Trong phân xưởng: Phương pháp thực hiện: Cũng giống như trong phòng thí nghiệm,muốn thực hiện một quá trình lên men ở quy mô công nghiệp phải tiến hành nhân giống,đảm bảo số lượng tế bào với tuổi sinh lý đang ở thời kỳ hoạt động mạnh . (đẩy SO 2 ra khỏi rỉ đường). 3. Phương pháp sản xuất axit lactic 3.1 Quy trình công nghệ Trang 11 Sản xuất axit lactic 3.2 Thuyết minh quy trình công nghệ: 3.2.1 Chuẩn bị môi trường lên men [7] -. 1 Sản xuất axit lactic - Vi sinh vật mà có thể sản xuất axit lactic có thể được chia thành hai nhóm : vi khuẩn và nấm. Các vi sinh vật được lựa chọn cho các điều tra gần đây của sản xuất công. Sản xuất axit lactic Sản xuất axit lactic I. Giới thiệu 1. Lịch sử phát hiện [2,3] Axit lactic là axit tồn tại rộng rãi trong tự nhiên, được tìm