(TIỂU LUẬN) TIỂU LUẬN đề tài CÔNG NGHỆ sản XUẤT CITRIC BẰNG kỹ THUẬT lên MEN bề sâu

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH KHOA SINH HỌC VÀ MƠI TRƯỜNG  TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CITRIC BẰNG KỸ THUẬT LÊN MEN BỀ SÂU NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC CƠNG NGHIỆP KHĨA: 2019 – 2023 SINH VIÊN THỰC HIỆN: LÊ THỊ HẰNG TRẦN THỊ KIỀU VĨ LÊ THỊ THÙY DUNG TRẦN NGUYỄN HỒNG LAN TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2022 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH KHOA SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG  ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CITRIC BẰNG KỸ THUẬT LÊN MEN BỀ SÂU LÊ THỊ HẰNG MSSV: 2008190334 TRẦN THỊ KIỀU VĨ MSSV: 2008190496 LÊ THỊ THÙY DUNG MSSV: 2008190316 TRẦN NGUYỄN HỒNG LAN MSSV: 2008190364 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: Ths TRẦN QUỐC HUY TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2022 MỤC ĐẶT VẤN ĐỀ CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan acid citric 1.1.1 Giới thiệu acid citric 1.1.2 Đặc điểm 1.1.3 Ứng dụng 1.1.4 Nguồn nguyên liệu thu nhận 1.2 Tổng quan nấm mốc Aspergillus 1.2.1 Giới th 1.2.2 Phân lo 1.2.3 Đặc điểm sinh học 1.2.4 Đặc điểm sinh hóa 1.3 Cơ sở lý thuyết trình lên men acid citric 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình sản xuất 1.4.1 Nguyên liệu 1.4.2 Môi trường dinh dưỡng 1.4.3 Ảnh hưởng pH 1.4.4 Quá trình sục khí 1.4.5 Ảnh hưởng nhiệt độ 1.5 Tình hình sản xuất ngồi nước 2.1 Sơ đồ quy trình sản xuất 2.2 Thuyết minh quy trình sản xuất acid citric 2.2.1 Chuẩn bị dịch lên men 2.2.2 Lên me 2.2.3 Lọc thu 2.2.4 Tạo tủa canxi citrate 2.2.5 Tách tủa canxi citrate 2.2.6 Cô đặc 2.2.7 Kết tin 2.2.8 Sấy KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC HÌNH Hình Acid citric Hình Sản xuất acid citric A niger Hình Nấm Aspergillus niger Hình Bào tử Aspergillus niger Hình Thiết bị fermentor dùng lên men 14 Hình Mơ hình thiết bị lọc khung 15 Hình Nồi trung hịa 16 Hình Thiết bị lọc băng tải chân không 17 Hình Thiết bị cô đặc chân không 17 Hình 10 Thiết bị kết tinh công nghiệp 18 Hình 11 Thiết bị sấy tầng sôi 18 ĐẶT VẤN ĐỀ Acid citric loại acid hữu với nhiều ứng dụng sử dụng rộng rãi nhiều ngành công nghiệp Tổng sản lượng acid citric toàn cầu vượt 2.000.000 tấn, phần lớn 70% sản lượng dùng công nghiệp thực phẩm sản xuất đồ uống, bánh, kẹo, chất bảo vệ thực phẩm,… ngồi cịn sử dụng số ngành công nghiệp khác chất tẩy rửa, dược phẩm mĩ phẩm,… Ngày với nhu cầu sử dụng acid citric ngày tăng cao không nước mà giới, qua thấy vai trò quan trọng acid citric Lên men lựa chọn áp dụng nhiều cho việc sản xuất acid citric từ vi sinh vật với nhiều nguồn nguyên liệu phong phú qui mô công nghiệp Aspergillus niger chủng nấm mốc có nhiều khả phù hợp sử dụng trình lên men cho suất cao nguồn nguyên liệu đa dạng từ chế phẩm nông nghiệp hay công nghiệp bã mía, mật rỉ đường,… nguyên liệu sẵn có rẻ tiền tạo nên qui quy trình sản xuất thân thiện với mơi trường, trì suất sản xuất cao Từ giúp giảm đáng kể giá thành sản xuất, đồng thời giải lượng lớn phụ phẩm nông nghiệp tránh ô nhiễm môi trường Đối với sở sản xuất việc thiết kế, kiểm tra ,vận hành tối ưu hóa q trình sản xuất có ảnh hưởng lớn kinh tế doanh nghiệp Nếu biết chọn lựa qui trình, thiết bị hay nguyên liệu sản xuất hợp lý đạt hiệu sản xuất cao CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan acid citric 1.1.1 Giới thiệu acid citric Acid citric số chất hóa học tạo từ trình lên men sản phẩm sinh hóa khai thác nhiều Acid citric sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực công nghiệp công nghiệp thực phẩm, dược phẩm hóa chất chất tẩy rửa Ngành cơng nghiệp thực phẩm tiêu thụ lượng acid citric lớn chiếm khoảng 70% tổng sản lượng, ngành dược khoảng 18% 12% lại cho ứng dụng khác Nguồn cung cấp acid citric tự nhiên bị hạn chế nhu cầu đáp ứng quy trình lên men cơng nghệ sinh học Acid citric tồn loại rau quả, chủ yếu loại thuộc chi Citrus Chanh có hàm lượng acid citric cao đạt tới 8% khối lượng Hàm lượng acid citric nằm khoảng từ 0,005 mol/L loài cam, riêng bưởi chiếm tới 0,030 mol/L Các giá trị phụ thuộc vào điều kiện môi trường gieo trồng 1.1.2 Đặc điểm Hình Acid citric  Tính chất vật lí: Acid citric có cơng thức hóa học C 6H8O7 (dạng khan) với khối lượng mol 192,123 g/mol C6H8O7.H2O (monohydrat) 210,14 g/mol Khối lượng riêng: 1,665 g/cm³ Điểm nóng chảy điểm sơi là: 153°C 175°C Độ hòa tan nước đạt 133 g/100 ml (20°C) Acid citric có vị chua đặc trưng Co kha tan manh nước, ngồi acid citric hòa tan nước, alcohol, axeton, dimethyl sulfoxide ethyl acetat Ở nhiệt độ phòng, acid citric chất bột kết tinh màu trắng Có thể tồn dạng khan hay dạng ngậm phân tử nước Dạng khan kết tinh từ nước nóng, dạng monohydrat hình thành acid citric kết tinh từ nước lạnh Dạng monohydrat chuyển hóa thành dạng khan nung nóng tới 74°C Khi bị nung nóng 17°C, bị phân hủy để giải phóng dioxide cacbon nước  Tính chất hóa học: Acid citric chất co tinh acid đăc trưng bơi nhom COOH Theo đo, mỗi nhom COOH co thê dê dang cho môt proton va tao ion citrat Cac muôi citrat tao đong vai tro la dung dich đêm, han chê sư thay đôi đô pH cua cac dung dich acid Cac ion citrat co kha kêt hơp vơi cac ion kim loai cho san phâm la muôi, đăc biêt va phô biên nhât hiên chinh la canxi citrat Canxi citrat la phân chu chôt cac tac bao quan va lưu giư hương vi cho thưc phâm Ion citrat co kha kêt hơp vơi ion kim loai đê cho san phâm la cac muôi phưc, đươc ưng dung manh me vơi muc đich lam mêm nươc 1.1.3 Ứng dụng Acid citric có tác dụng quan trọng việc tăng cường hương vị, đặc biệt ngành công nghiệp đồ uống, cung cấp hương vị chua Ngồi ra, acid citric có tác dụng ức chế phát triển vi khuẩn ngăn ngừa trình oxy hóa trái rau tươi nên ứng dụng lĩnh vực thực phẩm Ngồi acid citric cịn có mặt nhiều hoạt động sản xuất mỹ phẩm hay sản xuất xử lý nước, - Ứng dụng acid citric dùng thực phẩm: Chất bảo quản thực phẩm tự nhiên, chất ổn định, chất chống oxy hóa, phụ gia thực phẩm - Ứng dụng acid citric mỹ phẩm: Sử dụng điều trị da không màu, xử lý cháy nắng, cải thiện nếp nhăn, làm thơng thống lỡỗ̃ chân lông - Ứng dụng công nghiệp chât tẩy rửa, lam sach, khư trung - Ứng dụng dược phẩm 1.1.4 Nguồn nguyên liệu thu nhận Nguyên liệu glucid: chất q trình lên men oxy hóa đường thành acid citric tác dụng vi sinh vật, số nguyên liệu glucid như: Mật rỉ: phụ phẩm ngành sản xuất đường Thành phần chủ yếu sucroza lượng nhỏ glucoza fructoza Sản lượng mật rỉ đạt 1/3 sản lượng đường sản xuất; Tinh bột sắn; Ngơ: hàm lượng glucid có ngô cao chiếm 67.9% Nguyên liệu vi sinh vật: Acid citric tổng hợp chủ yếu từ lồi nấm sợi chúng có khả sinh tổng hơp acid citric bao gồm: Citromycesglader; Citromyces pfefferianu; Citromylces condiophone; Penicillium luteum; Penicillium glaucum; Aspergillus oryzae; Aspergillus niger; Aspergillus batae; Aspergillus awamari; Aspergillus welchi Trong giống vi nấm kể Aspergillus niger nấm sợi ứng dụng vào sản xuất acid citric nhiều đáp ứng ba yêu cầu giống bao gồm: có khả tạo acid citric mạnh, chịu môi trường acid lượng acid citric tăng cao tạo acid hữu khác như: acid oxalic, acid gluconic, acid fumalic,… Aspergillus niger sinh vật hiếu khí phát triển chất hữu cơ, tìm thấy gần khắp nơi mơi trường có chứa đất Ngồi ra, cịn tìm thấy chất thải, nguyên liệu thực vật phân hủy phân hữu mơi trường ngồi trời Hình Sản xuất acid citric A niger  Phương pháp sơ sản xuất acid citric Quá trình tổng hợp sản xuất acid citric công nghệ lên men phương pháp có giá trị kinh tế sử dụng rộng rãi toàn giới Hơn 90% lượng acid citric giới sản xuất công nghệ lên men, chúng có ưu điểm như: quy trình đơn giản ổn định; nhà máy thường phức tạp hệ thống điều khiển đơn giản; không yêu cầu kỹ thuật cao tiêu thụ lương nên cố điện không xảy gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động nhà máy sản xuất Sản xuất acid citric công nghệ lên men gồm giai đoạn: Chuẩn bị cấy nguyên liệu thô (inoculation)  Lên men  Thu hồi sản phẩm Trong quy mô công nghiệp thường sử dụng phương pháp lên men sau: Phương pháp lên men bề mặt: ứng dụng nhiều vào năm đầu kỷ XX, phương pháp vi sinh vật phát triển hẳn bề mặt mơi trường nằm pha rắn pha khí pha lỏng pha khí Vì sử dụng loại môi trường môi trường bán rắn mơi trường lỏng Q trình lên men hoàn thành – 12 ngày Phương pháp lên men chìm: phương pháp cho sản lượng acid citric cao Mơi trường lỏng sử dụng, q trình thực thiết bị lên men có cánh khuấy có hệ thống thổi khí liên tục Tiến hành lên men 28 – 32 oC – ngày Quá trình lên men cần sử dụng CaCO để điều chỉnh pH acid citric tạo thành làm giảm pH xuống – 1.5, điều chỉnh pH giúp canxi citrate lắng xuống Kết thúc trình lên men, dùng H 2SO4 để tách acid citric, sau tiến hành đặc kết tinh acid citric Phương pháp lên men bán rắn (phương pháp Koji): Độ pH tối ưu cần cho trình 4,5 – 6,0 nhiệt độ đạt từ 28 – 30 oC Phương pháp đem lại suất cao hơn, sử dụng nguyên liệu có giá thành rẻ, dễ tìm kiếm, tiêu thụ lượng thấp, tạo nước thải chi phí vận hành thấp 1.2 Tổng quan nấm mốc Aspergillus 1.2.1 Giới thiệu Aspergillus niger loài vi sinh vật quan trọng sử dụng công nghệ sinh học Là loài phổ biến chi Aspergillus, phân bố rộng rãi chất tự nhiên, sản phẩm nông công nghiệp nhiều vùng địa lí khác giới Hiên nay, Aspergillus niger sử dụng chủ yếu công nghiệp sản xuất enzyme (điển α – amylase, glucoamylase, pectinase, protease, cenlluase ) công nghiệp chế biến thực phẩm, công nghiệp sản xuất số acid hữu acid citric, acid gluconic, 1.2.2 Phân loại Giới (Kingdom): Fungi Ngành (Phylum): Ascomycota Lớp (Class): Eurotionmycetes Hình Nấm Aspergillus niger Bộ (Order): Eurotiales Họ (family): Trichocomaceae Chi (Genus): Aspergillus Loài (Species): Aspergillus niger 1.2.3 Đặc điểm sinh học Cấu trúc vi thể: bào tử dính dài trơn khơng màu hay nâu, thể bình hai đáy, túi nấm trịn đầu xịe Aspergillus niger sinh sản hình thức bào tử dính khơng túi bao bọc Cơ thể dạng sợi, gọi khuẩn ty hay sợi nấm (hypha), nhiều sợi (lypha), hợp lại thành hệ sợi nấm (mycelium) Khuẩn ty nấm tăng trưởng có vách ngăn, gồm hai loại: Khuẩn ty dinh dưỡng: khuẩn ty phát triển chất, có kích thước nhỏ, màu trắng Các khuẩn ty bện chặt thành khối dai, ăn sâu vào môi trường nuôi cấy để hút dưỡng chất Khi già hệ sợi ngã sang màu vàng Khuẩn ty sinh sản: khuẩn ty phát triển không khí, có kích thước lớn khuẩn ty dinh dưỡng nhiều, suốt Khuẩn ty sinh sản hướng vào khơng khí để lấy oxy, có khả tạo bào tử già Tóm lại, già hệ sợi có nhiều biến đổi: số khuẩn ty dinh dưỡng tạo thành hạch nấm làm hệ sợi ngã sang màu vàng Trong đó, khuẩn ty sinh sản hình thành bào tử đính làm cho bề mặt khuẩn lạc có màu đen Thành khuẩn ty nấm có cấu tạo sợi, thành phần hóa học chitin glucan Cơ quan sinh sản có dạng hoa cúc Cuống bào tử trơn nhẵn, suốt nâu nhạt, cuống bào tử có phần phình to đầu tạo thành bọng lớn dạng hình cầu gọi bọng đỉnh giá hình cầu (vesicle), có mọc lên thể bình lad quan tạo bào tử đính (conidi) thể bình sinh ch̃ỗ̃i bào tử đính (conidia) Lồi Aspergillus niger phân biệt với lồi khác chi Aspergillus khối bào tử đính màu đen Hình Bào tử Aspergillus niger 1.2.4 Đặc điểm sinh hóa Khả đồng hóa loại đường khác Aspergillus niger đồng hóa tốt loại đường glucose, fructose, saccharose, mannose Đối với đường sorbose, galactose, Aspergillus niger đồng hóa mức tốt, cịn đường lactose đồng hóa mức trung bình Nguồn dinh dưỡng nito Aspergillus niger có khả sử dụng ure làm nguồn N chất điều chỉnh pH, tác dụng enzyme urease, ure phân hủy thành CO NH3 Aspergillus niger đồng hoá muối amon Việc sử dụng nguồn N hữu cơ, uresae muối amon gắn liền với việc tách NH3 hấp thu vào thể Như NH trung tâm đường dinh dưỡng nito vi sinh vật Nguồn dinh dưỡng khống phospho Sự có mặt cá hợp chất phospho nồng độ chúng mơi trường có ảnh hưởng lớn đến trình trao đổi chất tế bào vi sinh vật Thay đổi nồng độ hợp chất phospho mơi trường dẫn đến thay đổi q trình tổng hợp hàng loạt chất hợp phần tế bào có chứa phospho, tế bào Ngồi ra, phospho có mơi trường cịn có tác dụng điều chỉnh hoạt tính hệ enzyme đồng hóa loại thức ăn cacbon Khả sinh tổng hợp enzyme Aspergillus niger có khả sinh enzyme amylase, protease, pectinase, α– amylase, glucoamylase 1.3 Cơ sở lý thuyết trình lên men acid citric Trong trình glucose chuyển hoá thành acid pyruvic theo đường EMP (Embden-Mayerhof- Parnas), sau acid pyruvic tiếp tục chuyển hố thành acid citric Phương trình tổng quát trình sau: 2C6H12O6 + 3O2→ 66H8O7+ 4H2O Cơ chế chuyển hố biểu diễn sau: Đường C 6H12O6 thuỷ phân thành acid pyruvic (CH3COCOOH): CH3COCOOH + CO2 → HOOCCH2COCOOH HOOCCH2COCOOH + CH3COOH → Acid citric 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình sản xuất Trong trình thực lên men có nhiều thành phần cần phải ý kiểm sốt, chúng tác nhân ảnh hưởng tới suất tạo acid citric từ liên quan đến suất sản xuất 1.4.1 Nguyên liệu Nguồn nguyên liệu sản xuất acid citric cần phải chứa lượng đường lớn để đảm bảo cung cấp đủ trình lên men Vì sinh vật tiến hành oxy hóa lượng đường để tạo thành acid citric Mật rỉ đường nguyên liệu nhấm tới có nguồn đường lớn đặc biệt chi phí thu mua rẻ phù hợp trình sản xuất Nếu nồng độ môi trường lên men ban đầu cao khoảng 15 20% w/v nồng độ aicd citric tạo có xuất cao nhất, ngược lại lượng đường không đáp ứng đủ cho vi sinh vật chuyển đổi suất tạo acid citric Quan trọng nguyên liệu phải đươc xử lý khơng cịn nhiều tập chất kim loại nặng sắt trước đưa vào sử dụng 1.4.2 Mơi trường dinh dưỡng Trong điều kiện mơi trường bình thường, nấm mốc không tạo nhiều acid citric, để tạo nhiều acid citric nấm mốc cần bổ sung đường, tinh bột muối vô Với điều kiện mơi trường có chứa nhiều carbon (4-20%) nitơ (0,07%) cịn bổ sung số ngun tố khống P, Zn,… q trình sinh tổng hợp acid citric thu suất cao 1.4.3 Ảnh hưởng pH Tất trình lên men bào tử nảy mầm yêu cầu pH > (thích hợp từ 4) Trong giai đoạn nảy mầm, bào tử nảy mầm hấp thụ amoniac giải phóng proton, giảm pH mơi trường tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất acid citric pH môi trường phụ thuộc vào nguồn nitơ, dùng nguồn nitơ NH4NO3 pH thích hợp 3, dùng NH4Cl pH thích hợp Trong q trình lên men pH giảm mạnh tới 1.5, hình thành sản phẩm không mong muốn axit oxalic gluconic bị hạn chế, khả bị ô nhiễm vi sinh vật giảm làm cho acid citric thu hồi dễ dàng 1.4.4 Quá trình sục khí Q trình lên men sản xuất acid citric lên men hiếu khí nên việc sục khí để cung cấp oxy quan trọng cung cấp oxy cách thổi khí vơ trùng vào dịch lên men Thời kỳ đầu cho oxy vào với lượng 10 m3/h, thời kỳ cuối 90 100 m3/h Tuy nhiên, tốc độ sục khí cao dẫn đến tạo bọt mơi trường, chủ yếu giai đoạn tăng trưởng, đòi hỏi phải sử dụng chất chống tạo bọt chất khử bọt học Về mặt kinh tế, tốt tăng dần tốc độ sục khí để tránh thiếu hụt hay dư thừa khí q trình lên men 1.4.5 Ảnh hưởng nhiệt độ Trong trình lên men A.niger cần nhiệt độ tối ưu 25 37 oC (Corolla & Kennedy, 2001) Nấm mốc phát triển mạnh 34 37 oC Cần trìn nhiệt độ mức 31 32 oC để tạo nhiều acid citric Nhiệt độ thấp tạo sản phẩm không mong muốn, nhiệt độ cao kiềm hảm trình tạo acid citric 1.5 Tình hình sản xuất ngồi nước Đối với tình hình chung thới giới, từ nhiều thập kỉ trước ngành sản xuất acid citric qui mô công nghiệp thực mở rộng đến ngày Với phát triển nhiều công nghệ sản xuất tiên tiến tạo nhiều qui trình sản xuất với suất vượt bậc Với ứng dụng bật nhiều ngành công nghiệp lớn thực phẩm, chất tẩy rửa, mỹ phẩm, dược phẩm,… nhu cầu tiêu thụ ngày cao dẫn đến việc sản xuất acid citric toàn cầu ngày phát triển Hiện tình hình nhập acid citric số nước hoàn toàn khơng đủ khả sản xuất Đối với Việt Nam, việc sản xuất acid citric chưa phổ biến, mà nhu cầu tiêu thụ acid citric tương đối cao, sản lượng tiêu thụ nghìn mỡỗ̃i năm Ở Việt Nam có số nhà máy sản xuất acid citric qui mô vừa nhỏ không cung cấp đủ nhu cầu tiêu dùng nước Vì phần lớn lượng acid citric nhập từ nước ngồi với giá thành cao Nhưng với trình độ phát triển dần hoàn thiện việc nghiên cứu cải tiến qui trình sản xuất acid citric tương lai Việt Nam tăng khả sản xuất acid citric với nhiều lợi nguồn nguyên liệu sản xuất sẵn có, rẻ tiền từ ngành nghiệp hay công nghiệp xem mạnh để tăng trính sản xuất acid citric Việt Nam 10 CHƯƠNG QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT 2.1 Sơ đồ quy trình sản xuất Mật rỉ đường Tinh bột Dịch lên men Thanh trùng Aspergillus niger Lên men Lọc thu dịch Ca(OH)2 Tạo tủa citrate canxi Tách tủa CaSO4 Lọc Cô đặc Kết tinh Sấy Bao gói Acid citric 11 Nguyên liệu khác 2.2 Thuyết minh quy trình sản xuất acid citric 2.2.1 Chuẩn bị dịch lên men Việc chuẩn bị dịch môi trường cần phải đảm bảo cung cấp đủ chất dinh dưỡng thành phần chất quan trọng trình sản xuất acid citric  Xử lý mật rỉ đường: Mật rỉ đường thường có màu sẫm khó phân hủy q trình lên men, sau lên men bám vào sinh khối sản phẩn Ngồi ra, điểm gây khó khăn lớn cho trình lên men hệ keo mật rỉ Keo nhiều, khả hoà tan oxy khả trao đổi chất oxy Vì cần phải tiến hành xử lý sử dụng axit sunfuric đậm đặc với lượng 3,5 kg cho mật rỉ Cách thực trình xử lý mật rỉ đường: cho 3,5 kg H 2SO4 vào mật rỉ, người ta khuấy nhiệt độ thường thời gian 24h, sau ly tâm dịch Xử lý xong ta thu dịch mật rỉ loại thể keo màu  Nuôi cấy nấm mốc: Nuôi cấy nấm mốc (nhân giống phịng thí nghiệm sản xuất) chuẩn bị dung dịch rỉ đường 4% bể nuôi 35 38 oC Cho dung dịch dinh dưỡng vào thùng nuôi cấy Chuyển nấm từ phịng thí nghiệm với tỷ lệ g bào tử khơ / lít dịch chiết Sau bật máy khuấy cung cấp khơng khí vơ trùng (nạp khơng khí vào khuấy q trình nhân giống) Giữ áp suất thùng 0,1 0,2 at, nhiệt độ 34 35oC, thời gian 28 36h  Chuẩn bị dịch lên men: Trước tiên, thiết bị đường ống phải khử trùng nước áp suất cao Mật rỉ phối trộn theo hai nồng độ: nồng độ 4% để cấy mốc giống lên men ban đầu Trong trình lên men, nồng độ 25 28% bổ sung Dịch lên men chuẩn bị cách trộn muối dinh dưỡng dung dịch rỉ đường với nước vô trùng, khuấy đều, môi trường tiệt trùng theo mẻ 121 oC 15 phút Chuẩn bị 4% môi trường thiết bị lên men Sau cho nấm mốc giống vào thiết bị tiếp tục khuấy 30 phút 2.2.2 Lên men Thực trình sản xuất axit xitric lên men chìm gián đoạn Vì có thời gian lên men ngắn, đảm bảo mức độ vô trùng cao, kiểm sốt thơng số q trình thơng số động học đơn giản, u cầu không gian nhỏ cho suất 12 cao Quá trình thực máy lên men với bể phản ứng có cánh khuấy hệ thống thổi khí liên tục Tiến hành lên men 28 32oC ngày Trong trình lên men, thường sử dụng CaCO3 để điều chỉnh pH acid citric Độ pH thu giảm xuống 1,5 Điều chỉnh đồng nghĩa với việc chuyển đổi acid citric thành citrate canxi kết tủa Kết thúc trình lên men, sử dụng H2SO4 tách acid citric Tỉ lệ giống đưa vào trình lên men 10% (v/v), đồng độ đường cấp ban đầu 4% Hàm lượng đường giảm nhanh chống trình lên men giai đoạn đầu, tiếp tục bổ sung gián đoạn dịch rỉ đưởng nồng độ 25 28% vào dịch lên men Giai đoạn đầu giữ 33 34oC, tạo axit mạnh giữ 31 32 oC Tiến hành cung cấp oxi trình lên men thời kỳ đầu cho oxy vào với lượng 10 m 3/h, thời kỳ cuối 90 100 m3/h Tuy nhiên, tốc độ sục khí cao dẫn đến tạo bọt môi trường, chủ yếu giai đoạn tăng trưởng, phải sử dụng chất chống tạo bọt chất khử bọt học pH ban đầu để giúp nấm mốc phát triển tốt, giữ pH trình lên men tốt 3.4 3.5, điều chỉnh pH cách sử dụng HCl áp suất phù hợp 0.1 0.2 at Với quy mô công nghiệp sử dụng thiết bị fermentor: thiết bị làm từ thủy tinh thép không gỉ dễ vệ sinh hạn chế vi sinh vật bám vào gây tạp nhiễm Trong thiết bị có phận khuấy trộn, hệ phân tán khí vơ trùng, hệ thống áo nước bên ngồi (duy trì nhiệt độ thích hợp cho vi sinh vật phát triển), nước để tiệt trùng… nên thuận tiện cho q trình ni cấy kiểm sốt quy trình 13 Hình Thiết bị fermentor dùng lên men 2.2.3 Lọc thu dịch Thu dịch lên men: trình lên men kết thúc kiểm tra nộng độ acid không đổi cách Sau lên men xong thực tách loại bỏ nấm mốc, sinh khối sợi nấm làm nóng lên đến 70°C 15 phút, dẫn đến đông tụ phần protein thực lọc loại bỏ tối đa môi trường, sinh khối thu dịch lên men Dùng thiết bị lọc khung tính hiệu lợi ích kinh tế thiết bị Khi lọc sinh khối giữ lại khung thu canh trường Lợi ích khác sử dụng lọc khung tiết kiệm thời gian vệ sinh thiết bị Nguyên lý hoạt động: Thiết bị lọc áp lực làm việc gián đoạn nghĩa nhập liệu vào liêu tục, nước lọc tháo liên tục bã tháo theo chu kì Nó cấu tạo chủ yếu khung Khung giữ vai trò chứa bã lọc nơi nhập huyền phù vào Bản tạo bề mặt lọc với rãnh dẫn nước lọc lỗỗ̃ lọc Khung thường chế tạo dạng hình vng phải có bịt kín tốt ghép khung Khung xếp xen kẻ vải lọc lắp giữ khung Ép chặt khung nhờ cấu đai vít xoắn nhờ tay quay Lỡỗ̃ dẫn huyền phù nhập liệu khung nối liền tạo thành ống dẫn nhô để ghép với hệ thống cấp liệu Huyền phù bơm vào đường ống phía vào khoảng khơng gian khung bản, dung dịch lọc thấm qua vải lọc theo đường ống phía 14 ngồi, bã lọc giữ bề mặt vải lọc, sau lọc xong vệ sinh thiết bị, giặt vải lọc Hình Mơ hình thiết bị lọc khung 2.2.4 Tạo tủa canxi citrate Dung dịch lên men hỗỗ̃n hợp axit gluconic, axit oxalic, đường khoáng chất chưa lên men Tách acid citric cách kết hợp với cation Ca 2+ để tạo thành muối canxi citrat hịa tan Cho dung dịch lên men vào thiết bị trung hịa đun sơi Sau đó, bật máy trộn thêm sữa vơi để trung hịa Kết thúc q trình trung hịa pH = 6,8 7,5 Kết tủa lắng xuống sử dụng cho cơng đoạn Khi trung hịa tạo thành C6H8O7 + 3Ca(OH)2 → Ca3(C6H5O7)2 + 6H2O Acid citric Canxi citrate 2C6H12O7 + Ca (OH)2 → Ca(C6H11O7)2 + 2H2O Acid gluconic Canxi gluconat C2H2O4+ Ca(OH)2 → CaC2O4 + 2H2O Acid oxalic Canxi oxalate 15 Hình Nồi trung hịa 2.2.5 Tách tủa canxi citrate Tách canxi citrate cách sử dụng H2SO4 (trong thiết bị có máy khuấy, vịi phun lỡỗ̃ thơng hơi) Đầu tiên, nước có chứa 0,25 0,5 m 3/ acid citric citrate thêm vào thiết bị, bật máy khuấy thêm kết tủa Để tạo acid citric, sử dụng than hoạt tính với 2% acid citric citrate Sau đun nóng đến 60 oC thêm H2SO4 có khối lượng riêng 1,8 1,84 (0,425 l H2SO4 /1kg axit xitric) Khuấy đun sôi 10 15 phút Ca3(C6H5O7)2 + 3H2SO4 → 2C6H8O7 + 3CaSO4 Để lập canxi oxalate có mặt acid citric, dùng acid sunfuric dư, canxi oxalate kết tủa với thạch cao tạo thành, dung dịch lại acid citric Để tách dung dịch acid ctric khỏi kết tủa có chứa thạch cao, canxi oxalate, than đá hợp chất lưu huỳnh kim loại nặng, hợp chất chuyển sang phận lọc để lọc lấy dung dịch acid citric Dùng thiết bị lọc băng tải chân không 16 Hình Thiết bị lọc băng tải chân khơng 2.2.6 Cô đặc Sau lọc, dung dịch chứa 250 – 280 kg/m acid citric khan cô đặc tới nồng độ 700 kg/m3 Chuyển sang hệ thống sấy chân không để sấy acid citric vừa cô đặc Giai đoạn đầu sấy khô đến mật độ 1,24 1,26 giai đoạn sau sấy đạt tỷ trọng 1,32 1,36 (tương ứng với nồng độ 80%) Hình Thiết bị cô đặc chân không 2.2.7 Kết tinh Khi nhiệt độ dung dịch 35 37oC, cho mầm kết tinh (tinh thể acid citric) vào để kết tinh để nguội 10oC, khuấy liên tục 30 phút 17 Hình 10 Thiết bị kết tinh cơng nghiệp 2.2.8 Sấy Các tinh thể sau tách ra, đem sấy khô hệ thống sấy tầng sôi chất lỏng giai đoạn: Giai đoạn sử dụng không khí nóng 90 oC Giai đoạn sau sử dụng khí 20°C với độ ẩm 4% tạo từ tinh thể thu đóng gói Hình 11 Thiết bị sấy tầng sôi 18 KẾT LUẬN Acid citric acid hữu quan trọng tạo lên men Sản lượng hàng năm ước tính khoảng 400.000 sản xuất chủ yếu nấm mốc Aspergillus niger Sản xuất acid citric từ nấm mốc Aspergillus niger tận dụng nguồn nguyên liệu, rẻ tiền, dễ kiếm lại thu hồi sinh khối cao Lên men chìm phương pháp phổ biến sử dụng rộng rãi sản xuất acid citric nấm mốc Aspergillus niger cho xuất cao ổn định Ngày acid citric trở thành phụ gia thực phẩm sản xuất phổ biến giới Nó có tầm quan trọng ứng dụng nhiều đời sống, công nghiệp sản xuất 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hoàng Lộc (2006) CÔNG NGHỆ TẾ BÀO Nhà xuất Đại học Huế PTS Nguyễn Thị Dự cộng (1995) Nghiên cứu nâng cao hiệu suất lên men thu hồi acid citrictừ dịch lên men Asp.Niger Max, B., Salgado, J M., Rodríguez, N., Cortés, S., Converti, A., & Domínguez, J M (2010) Biotechnological production of citric acid Brazilian journal of Microbiology, 41, 862-875 Dhillon, G S., Brar, S K., & Verma, M (2012) Biotechnological potential of industrial wastes for economical citric acid bioproduction by Aspergillus niger through submerged fermentation International journal of food science & technology, 47(3), 542-548 Behera, B C (2020) Citric acid from Aspergillus niger: a comprehensive overview Critical Reviews in Microbiology, 46(6), 727-749 Favela-Torres, E., Córdova-López, J., García-Rivero, M., & Gutiérrez-Rojas, M (1998) Kinetics of growth of Aspergillus niger during submerged, agar surface and solid state fermentations Process Biochemistry, 33(2), 103-107 Ali, S., Haq, I U., Qadeer, M A., & Iqbal, J (2002) Production of citric acid by Aspergillus niger using cane molasses in a stirred fermentor Electronic Journal of Biotechnology, 5(3), 19-20 Hafez, N M., Elmashad, M E., & Galaa, A (2019) A model-scale investigation for microbially induced calcite precipitation in sand Journal of Civil Engineering and Construction, 8(4), 149-156 Yigitoglu, M U S T A F A (1992) Production of citric acid by fungi Journal of Islamic Academy of Sciences, 5(2), 100-106 I.U Haq, Ali, S and Iqbal, J (2003) "Effect of volume of culture medium on enhanced citric acid productivity by a mutant culture of Aspergillus niger in stirred fermentor", Letters in Applied Microbiology, 36(5), pp 302-306 doi: 10.1046/j.1472765x.2003.01313.x 20 ... 2022 BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH KHOA SINH HỌC VÀ MƠI TRƯỜNG  ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CITRIC BẰNG KỸ THUẬT LÊN MEN BỀ SÂU LÊ THỊ HẰNG MSSV: 2008190334... máy sản xuất Sản xuất acid citric công nghệ lên men gồm giai đoạn: Chuẩn bị cấy nguyên liệu thô (inoculation)  Lên men  Thu hồi sản phẩm Trong quy mô công nghiệp thường sử dụng phương pháp lên. .. phân hữu mơi trường ngồi trời Hình Sản xuất acid citric A niger  Phương pháp sơ sản xuất acid citric Quá trình tổng hợp sản xuất acid citric công nghệ lên men phương pháp có giá trị kinh tế