Acid lactic (acid 2hydroxypropionic: C3H6O3) hiện nay được sản xuất thông qua tổng hợp hóa học hoặc theo phưong pháp lên men. Trong hai dạng đồng phân đối ảnh acid L (+) và D () lactic cơ the người chỉ hấp thu được dạng L (+). Ngoài ra, dạng D () củng có độc tính nhất định, chính vi vậy dạng L (+) thường được lựa chọn trong thực phẩm. Tuy vậy sản phẩm thương mại chủ đạo hiện nay là sản phẩm hỗn hợp DL tổng hợp bằng con đường hóa học. Acid lactic được sử dụng để tạo vị chua và làm chất bảo quản trong một số sản phẩm như phomat, thịt, jele và bia.
SẢN XUẤT ACID HỮU CƠ I ACID LACTIC Đặc điểm: Có dạng đồng phân có dạng L(+) có hoạt tính sinh học Vai trị: - Thực phẩm giải khát: bảo quản, hương vị,… - Ngành dược phẩm: + Lactat Ringer + Ciprofloxacine lactat - Chất làm ẩm kem dưỡng ẩm, chống oxh, son dưỡng môi - Túi sinh học PLA (polylactic acid), CN vải sợi bắt màu PP tổng hợp hóa học 3.1 PP hóa học - Nguyên liệu: Lactonitrile Propylen Propylenglycol Acid chloropropionic - SP hh racemic phải tinh chế để lấy dạng L(+) 3.2 PP lên men: Ưu điểm lớn tạo dạng L(+) hay D(-) tùy theo chủng VK sử dụng a) Các giai đoạn sản xuất: Lên men cacbonhydrat tạo calci lactat Thủy phân calci lactat Tinh chế acid lactic b) Cơ chế lên men lactic: - Nhóm VK thực chế lên men gọi VK lactic - Hai chế lên men: + Lên men lactic đồng hình: Con đường EM, a.lactic chiếm đa số + Lên men lactic dị hình: Con đường HMP, a.lactic tỉ lệ thấp Cơ chế lên men lactic đồng hình: - Mono disaccharide acid pyruvic đường đường phân Embden – Mayerhoff (EM) Trong điều kiện kị khí: acid pyruvic acid lactic với xúc tác enzym lactate dehydrogenase (LDH) LDH quy định sản phẩm lên men L(+) hay D(-) acid lactic (do gen ldhL hay ldhD) + gen mã hóa enzym L(+) LDH nghiên cứu L plantarum + gen mã hóa enzym D(-) LDH nghiên cứu L.johsonii c) Nguyên liệu Chủng vi khuẩn (VK sữa): (khó ni cấy) ngun tắc lựa chọn: - Lên men nhanh chóng hồn tồn từ ngun liệu rẻ tiền Sản xuất dạng đồng phân cần thiết với hiệu suất cao Hạn chế tối thiểu lượng sinh khối tạo Ít sản phẩm phụ Nguồn carbon: sử dụng nguồn cacbonhydrat khác (5-20%, tốt 12%) Nguồn nito: sử dụng nhiều nguồn khác nhau: cao nấm men, mầm lúa mạch, pepton, thịt bò, casein thủy phân Trong cao nấm men khơng cung cấp nguồn nito mà bổ sung acid amin, vitamin giúp Vk lactic tăng trưởng tốt Qui trình lên men: qui trình cho hiệu suất cao lên men liên tục lên men lô mẻ *Đối với lên men liên tục Ưu điểm: - Năng suất cao 117g/l/h - Cung cấp tế bào liên tục gia tăng nồng độ acid lactic L(+) tinh khiết Nhược điểm: - Nồng độ acid thấp - Mật độ tế bào cao khuấy trộn môi trường không Thu hoạch acid lactic - - Dung dịch lên men chứa acid lactic tinh khiết, hay dạng muối dạng số phương pháp tách chiết acid lactic: + Dùng dung môi + SK trao đổi ion + SK hấp phụ + Chân cất chân không + Trao đổi qua màng Lọc bỏ loại VK Chuyển sang dạng muối Na+ Ca2+ NaOH hay Ca(OH)2 pH 5,8 Giảm pH 1,6 chạy cột sắc ký với nhựa trao đổi cation, rửa cột H2SO4 loãng II ACID GLUCONIC Vai trò - Điều chỉnh hương vị, chỉnh pH, chất bảo quản - Dược phẩm: tạo dạng muối + Fe: trị thiếu máu + Ca: trị thiếu Ca + Zn: trị chứng lạnh run , lành vết thương - Giấy, vải sợi, thức ăn gia súc… Sản xuất acid gluconic pp lên men Chủng vi sinh vật - Asperginus niger dùng nhiều Hiện nghiên cứu Gluconobacter oxydans VK Pseudomanas dùng có nhiều sản phẩm phụ 2-ketogluconat hay 2,5-diketogluconic acid Tùy theo sản phẩm Na hay Ca gluconat, qui trình lên men khác (nồng độ glucose, pH) Con đường lên men tạo acid gluconic từ glucose A.niger - A.niger có khả sản xuất tất enzym cần thiết cho trình chuyển glucose acid gluconic + Glucose oxidase (Enzym định H%): Glucose Glucono-lacton + Lactonase: Glucono-lacton acid gluconic + Mutarotase: Gia tăng tốc độ phản ứng + Catalase: Phân hủy sản phẩm phụ H2O2 - Quá trình sản xuất acid gluconic ảnh hưởng trực tiếp hoạt tính enzym glucose oxidase - Tính chất glucose oxidase + Tăng hoạt tính nồng độ glucose cao, pH 5.5, nồng độ oxy tăng, có CaCO3 + Bền pH ~4-6 40oC, + Không bền >500C - CaCO3 gia tăng hoạt tính glucose oxidase catalase Nguyên liệu lên men - Carbon: thường dùng glucose, rỉ đường, dịch thủy phân tinh bột - Ion KL: Zn,Cu,Mg,Ca,Fe,… Yếu tố ảnh hưởng trình lên men: - Độ thơng khí: Oxy cần trực tiếp cho q trình oxy hóa glucose nên cần nhu cầu oxy cao - pH môi trường pH < 3,5: sản phẩm acid citric pH 4,5 -7 (tối ưu 5,5) : sản phẩm acid gluconic - Thông số tối ưu: Nồng độ glucose 110-250 g/l Nồng độ N P thấp (20mM) pH 4.5-6.5 Độ thơng khí cao, dùng áp suất khí (4 bar) Thu hoạch acid gluconic - Lọc bỏ sinh khối - Trung hòa Ca(OH)2 - Tủa calci gluconat NaCl nhiệt độ lạnh - Tạo tủa CaSO4 H2SO4 - Chạy cột trao đổi ion - Kết tinh acid gluconic -10oC III ACID CITRIC Vai trò - Ngành thực phẩm: chất điều chỉnh pH, điều vị, bảo quản; dạng muối Na, K, Ca dùng làm phẩm màu thực phẩm - Ngành dược phẩm: + Tác dụng chống oxy hóa dùng phối hợp với acid ascorbic + Điều chỉnh pH đường tiêu hóa + Tăng độ tan thuốc phiện Sản xuất - Hiên chủ yếu sản xuất acid citric phương pháp lên men, pp chiết xuất cho hiệu suất không cao - PP lên men gồm giai đoạn: + Nuôi cấy giống + Lên men + Tinh chế sản phẩm - Có cách lên men chính: Lên men chìm Lên men bán lỏng Lên men mơi trường rắn * PP lên men chìm: 80% acid citric sản xuất pp - Cho mt vào thùng lên men, vô trùng 110-120oC - Làm nguội tới 32-34oC, bổ sung giống bào tử dịch nhân giống - Nuôi 32oC, khuấy thổi khí liên tục Thời gian lên men 6-7 ngày - Thêm CaCO3 vào mt để giảm độ acid - Sau kết thúc lên men, dùng H2SO4 để chuyển calci citrat thành acid citric Ưu điểm: lô mẻ lớn, hạn chế ngoại nhiễm, VSV tiếp xúc tốt với môi trường nhờ cánh khuấy, gờ cản Có thể lên men liên tục cho hiệu suất cao * PP lên men bề mặt: - Là pp sản xuất a.citric - Hiện dùng quy mô nhỏ - Dụng cụ: khay nhôm thép không rỉ - Buồng lên men cấp khí lọc vơ trùng để đảm bảo độ ẩm, nhiệt độ, tránh ngoại nhiễm - Chi tiết (xem thêm sách) * PP lên men môi trường rắn - Là pp đơn giản - Thường áp dụng nông trại, dùng phụ phẩm nông nghiệp cho trinh lên men pp lên men bề mặt lên men mt rắn pp thủ công Khuyết điểm: dễ ngoại nhiễm, tốn nhiều nhân cơng, tốn diện tích, khơng thể dùng cho VSV kị khí - Q trình sản xuất từ A.niger tương tự acid gluconic, khác thay đổi pH < 3.5 Ưu điểm : Hiệu suất cao, dễ bảo quản, nguồn nguyên liệu rẻ tiền Nhược điểm: sản phẩm phụ acid iso-citric - Nguyên liệu + Nguồn carbon (hiệu suất giảm dần): đường ngô, glucose, saccarose, tinh bột, rỉ củ cải đường, rỉ đường mía + Nguồn phospho Nồng độ thấp: tăng hiệu suất tác động lên hoạt tính enzym, ko ahg đến trình biểu gen Nồng độ cao: tạo sản phẩm phụ a.gluconic + Nguồn nito : Muối amonium, prptone, cao mạch nha Acid amonium giảm pH tăng hiệu suất Nồng độ: 0,1-0,4g/l Cao VSV tăng trưởng nhanh, tiêu thụ nhiều đường lượng a.citric giảm + Ion KL: Cu2+ 150mg/l; Zn2+ 0,5mg/l; Mn2+ 3mg/l + Rượu: EtOH, MeOH, n-propanol, isopropanol… Thêm vào n/liệu tinh khiết ức chế Thêm vào cacbonhydrat thô kích thích Nồng độ 1-5%: tùy chủng VSV thành phần môi trường [Chú ý để thu hoạch sản phẩm cơng nghệ sinh học cần biết sp nội bào hay ngoại bào + SP nội bào: cần phá vỡ tế bào + SP ngoại bào: lọc, kết tủa, ly tâm,… để tách tế bào khỏi dịch chiết sau tiến hành thu dịch chiết] - Thu hoạch acid citric : có cách Chiết tách Hấp phụ: dùng nhựa trao đổi ion Kết tủa: sử dụng nhiều + Tách tế bào + Tủa acid citric: cho đá vôi bột mịn (lime) vào dịch lên men, tủa calci citrat, ly tâm lọc để thu tủa + Calci citrat + H2SO4 acid citric + Tinh acid citric qua cột tẩy màu, trao đổi cation/anion tẩy màu lần cuối + Kết tinh IV ACID KOJIC Vai trò - Là chất diệt khuẩn, diệt virus, nấm - Ngăn chặn trình biến đổi thành màu nâu enzym tyrosinase thức ăn - Chất làm trắng da mỹ phẩm Sản xuất - Có cách: Lên men bề mặt Lên men chìm - Chủng VSV: chi Aspergillus, công nghiệp thường dùng A.oryzae, A.flavus - Môi trường: + Nguồn cacbon: glucose, fructose, maltose hay hh glucose sucrose + Nguồn nito: muối amonium sulfat, urea, dịch chiết nấm men + Cần thêm muối K, Mn, Fe, Mg, Zn - pH 2.5-5 ( lên men chìm); pH 6,5 (đối với lên men bề mặt) - Thơng khí suất q trình lên men - Nhiệt độ: 30o C, vài đến 20 ngày V ACID MALIC Vai trò - Đặc điểm - Dược phẩm: Acid malic kết hợp L-cartinin chiết xuất cỏ thiên nhiên thành phần dinh dưỡng thực phẩm chức dùng cho bệnh nhân suy nhược thể - Chế biến thực phẩm: + Giúp trà không bị biến đổi thành màu nâu tannin + Làm chất điều vị hay phối hợp với aspartam làm tăng độ ngọt, giảm 10% lượng chất làm nước giải khát - Acid malic sản phẩm chuyển hóa trung gian chu trình Krebs, có nhiều nhiều loại trái cây, đặc biệt táo xanh - Do hàm lượng thấp chi phí cao nên acid malic khơng sản xuất pp chiết xuất Sản xuất a) PP tổng hợp hóa học: - HH racemic acid malic tổng hợp từ acid fumaric nhiệt độ cao 200oC, áp suất 14 bar - Tách trao đổi ion hay kết tinh b) PP lên men - Acid malic tạo acid fumaric - Loại acid fumaric fumarat hydratase - Chủng VSV: + Chi Candida, Pullularia, Pichia, Aspergillus, Penicillium + Chủng Candia brumptii chuyển n-parafin thành acid malic + Chủng Aspergillus đột biến tổng hợp acid malic từ glucose với suất 72,53g/l + Nấm men S.cerevisae cố định hạt gel polyacrylamid cho tỷ lệ chuyển đổi gấp 60 lần so với tế bào tự + Các chủng biến đổi gen chuyển acid fumaric thành acid malic với hiệu suất 88%