HỌC PHẦN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DƯỢC PHẨM acid glutamic 3.2. Quá trình tách chiết và tinh chế 3.2.1. Nguyên tắc quá trình xử lý dịch nuôi cấy • Acid glutamic tuy là sản phẩm nội bào, nhưng nó được vi khuẩn sản xuất quá thừa và được vận chuyển ra ngoài tế bào. Do đó, thu acid glutamic ở phần dịch lên men, loại phần sinh khối bằng các phương pháp ly tâm hoặc lọc (dùng lọc khung bản, lọc tiếp tuyến, lọc trống quay) để thu dịch lên men 3.2.2. Nguyên tắc của quá trình tách chiết và tinh chế • Trong dịch lên men có các thành phần môi trường dư (chủ yếu là đường, nguồn nitơ), các sản phẩm phụ và acid glutamic ( là chất điện đẳng 3.2 ), sau đó tinh chế, tẩy màu, kết tinh lại...tạo dạng sản phẩm ( muối) 3.2.3. Phương Pháp tách chiết và tinh chế Phương pháp điểm đẳng điện: ● Dựa trên tính chất điểm đẳng điện của acid amin: Tại điểm đẳng điện, acid amin sẽ không tích điện và chúng dễ dàng kết tập với nhau để tạo tủa. Bằng cách điều chỉnh pH đến 3.2 điểm đẳng điện của acid glutamic để thu tủa của acid amin này, trong khi các tạp khác không kết tinh ● Phương pháp thu hồi sản phẩm này khá đơn giản nhưng hiệu suất thu hồi thấp thường chỉ đạt 5060% ● Sơ đồ các công đoạn chiết xuất:
BỘ MÔN BÀO CHẾ - CÔNG NGHIỆP DƯỢC HỌC PHẦN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DƯỢC PHẨM ACID GLUTAMIC MỤC LỤC: I TỔNG QUAN VỀ ACID GLUTAMIC .2 LỊCH SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA ACID GLUTAMIC 2 KHÁI NIỆM ACID GLUTAMIC ĐẶC ĐIỂM CỦA ACID GLUTAMIC VAI TRÒ CỦA ACID GLUTAMIC II SẢN XUẤT ACID GLUTAMIC ĐẠI CƯƠNG .4 III CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT ACID GLUTAMIC 2.1 Phương pháp hoá học 2.2 Phương pháp kết hợp 2.3 Phương pháp thuỷ phân .5 2.4 Phương pháp lên men vi sinh vật SẢN XUẤT ACID GLUTAMIC BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN 3.1 Quá trình lên men 3.2 Quá trình tách chiết tinh chế ỨNG DỤNG 11 I SẢN XUẤT ACID GLUTAMIC ĐẠI CƯƠNG • Acid glutamic sản xuất với sản lượng lớn tất acid amin vì: Acid dùng sản xuất dược phẩm Làm chất điều vị thực phẩm sản xuất dạng mono natri glutamat • Các phương pháp sản xuất: Các phương pháp sản xuất acid glutamic Phương pháp thủy phân protein bột lúa mì Phương pháp kết hợp Phương pháp lên men vi sinh vật Phương pháp sản xuất hóa học CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT ACID GLUTAMIC 2.1 Phương pháp hoá học • Phương pháp ứng dụng phản ứng tổng hợp hóa học để tổng hợp nên axit glutamic amino axit khác từ khí thải cơng nghiệp dầu mỏ hay ngành khác • Tuy nhiên phương pháp yêu cầu kĩ thuật cao, việc tách L-axit glutamic khó khăn nên giá thành sản phẩm cao 2.2 Phương pháp kết hợp • Đây phương pháp kết hợp hóa học lên men • Với phương pháp hiệu suất cao địi hỏi kĩ thuật trang thiết bị đại xác Vì phương pháp dùng nghiên cứu 2.3 Phương pháp thuỷ phân • Phương pháp sử dụng tác nhân hóa chất enzyme để thủy phân nguyên liệu có hàm lượng protein cao, tạo hỗn hợp amino axit có axit glutamic Sau tách axit glutamic khỏi hỗn hợp phương pháp hóa lý • Ưu, nhược điểm: Khống chế qui trình điều kiện sản xuất ƯU ĐIỂM Có thể áp dụng sở thủ cơng, bán giới hóa Nguyên liệu sử dụng phải có hàm lượng protein cao NHƯỢC ĐIỂM: Ổn định chất lượng sản phẩm mẻ 2.4 Sử dụng nhiều thiết bị, hóa chất, thiết bị chống ăn mòn Hiệu suất thấp dẫn đến giá thành cao Phương pháp lên men vi sinh vật ● Lên men phương pháp sử dụng rộng rãi để sản xuất axit glutamic ● Phương pháp dùng chủng vi sinh vật có khả tổng hợp axit glutamic để sản xuất ● Phương pháp lên men vi sinh vật có cách: Lên men trực tiếp vi sinh vật có khả siêu tổng hợp acid glutamic sau chiết xuất tinh chế thu lấy sản phẩm Nuôi cấy vi sinh vật có khả sinh tổng hợp với số lượng lớn acid – cetoglutarat sau biến đổi enzym hóa học acid thành caid glutamic ● Ưu, nhược điểm: ƯU ĐIỂM: Nguyên liệu rẻ so với hai phương pháp Ít sử dụng hố chất, thiết bị chống ăn mịn Hiệu suất q trình cao, giá thành hạ Có thể sử dụng loại nguyên liệu khác Tạo axit glutamic dạng L, có hoạt tính sinh học cao NHƯỢC ĐIỂM: Q trình địi hỏi u cầu kĩ thuật cao nghiêm ngặt Đảm bảo vô trùng tạo sản phẩm Khó điều khiển q trình Hiện nhà máy sản xuất acid glutamic giới tiến hành phương pháp lên men SẢN XUẤT ACID GLUTAMIC BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN 3.1 Quá trình lên men 3.1.1 Chủng giống vi sinh vật Những chủng vi khuẩn có khả sinh tổng hợp acid glutamic có hiệu suất cao (80-120 g/l) nhiều nhà máy sử dụng để sản xuất: corynebacterium glutamicum, Brevibacterium flavum, B Divaricatum Là vi khuẩn Gram (+) hiếu khí Nhiệt độ ni cấy thích hợp: 34-37 ℃ Thời gian lên men: 40-48h pH 6.8 -8 (trung tính) 3.1.2 Mơi trường dinh dưỡng Môi trường dinh dưỡng thường dùng để lên men sinh tổng hợp acid glutamic đơn giản Tùy theo đặc điểm chủng sản xuất theo yêu cầu cần nghiên cứu để có mơi trường tối ưu cho suất sinh tổng hợp cao Nguồn cacbon: sử dụng đường đơn glucose, saccarose, rỉ đường mạch hydrocarbon ngắn tinh bột thủy phân khoai sắn Thực tế sản xuất thường sử dụng glucose từ dịch thủy phân tinh bột kế hợp với sacarose rỉ đường Là nguyên liệu rẻ tiền Nito: sử dụng ure 1,5-2%, muối amoni sulfat clorid Ngồi cung cấp nhóm amin chúng cịn tạo hệ đệm giúp ổn định pH môi trường ni cấy Biotin: 2-5 mcg/l Có tác dụng tăng tạo sinh khối vi sinh vật Nếu nồng độ cao tăng tạo sản phẩm phụ alanin, acid lactic, acid aspartic Các nguyên tố vi lượng KH2PO4; MnSO4; MgSO4, CaCO3 Dầu phá bọt Kháng sinh: 15-45%, thành phần đặc biệt thiếu, ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất sinh tổng hợp acid glutamic Thường sử dụng kháng sinh tác dụng lên thành tế bào penicillin G, polymyxin Khi thêm kháng sinh tác dụng lên thành tế bào nhận thấy hiệu suất sinh tổng hợp acid glutamic tăng lên 3.1.3 Điều kiện lên men: Thường áp dụng phương pháp lên men chu kỳ (theo mẻ) thiết bị lên men có dung tích từ 100 000 – 300 000 lít Trong điều kiện hiếu khí vơ trùng tuyệt đối Nhiệt độ: 34-37 ℃ Thời gian : 40-48h pH 6.8 -8 (trung tính), điều chỉnh ure 3.2 Q trình tách chiết tinh chế 3.2.1 Nguyên tắc trình xử lý dịch ni cấy • Acid glutamic sản phẩm nội bào, vi khuẩn sản xuất thừa vận chuyển tế bào Do đó, thu acid glutamic phần dịch lên men, loại phần sinh khối phương pháp ly tâm lọc (dùng lọc khung bản, lọc tiếp tuyến, lọc trống quay) để thu dịch lên men 3.2.2 Nguyên tắc trình tách chiết tinh chế • Trong dịch lên men có thành phần mơi trường dư (chủ yếu đường, nguồn nitơ), sản phẩm phụ acid glutamic ( chất điện đẳng 3.2 ), sau tinh chế, tẩy màu, kết tinh lại tạo dạng sản phẩm ( muối) 3.2.3 Phương Pháp tách chiết tinh chế phương pháp đẳng điện Có phương pháp phổ biến hay sử dụng công nghiệp là: phương pháp trao đổi ion Phương pháp điểm đẳng điện: ● Dựa tính chất điểm đẳng điện acid amin: Tại điểm đẳng điện, acid amin khơng tích điện chúng dễ dàng kết tập với để tạo tủa Bằng cách điều chỉnh pH đến 3.2- điểm đẳng điện acid glutamic để thu tủa acid amin này, tạp khác không kết tinh ● Phương pháp thu hồi sản phẩm đơn giản hiệu suất thu hồi thấp thường đạt 50-60% ● Sơ đồ công đoạn chiết xuất: Phương pháp trao đổi ion: ● Dựa khả tích điện acid glutamic (khác ph điểm đẳng điện) Hấp phụ dịch lên men qua cột anionit Acid glutamic giữ lại khí thành phần khác (tạp) bị loại bỏ ● Trong công nghiệp để chiết xuất acid glutamic thường áp dụng phương pháp chiết trao đổi ion ● Sơ đồ công đoạn chiết xuất acid glutamic: Dịch lên men Hấp phụ ionid Phản hấp phụ NOH Bốc chân không Tẩy màu than hoạt Lọc loại than Kết tinh acid glutamic Lọc lấy tinh thể II ỨNG DỤNG ỨNG DỤNG TRONG Y HỌC VÀ DƯỢC PHẨM: • Acid glutamic sử dụng chất dẫn truyền thần kinh, có khả kích thích thần kinh hiệu Nhờ đó, chúng sử dụng để bào chế loại thuốc để dùng trường hợp: Giúp điều trị chứng suy nhược thần kinh thiếu hụt axit glutamic như: Mất ngủ, nhức đầu, chóng mặt ,ù tai, Giúp điều trị tình trạng suy sụp thần kinh, mệt mỏi, suy nhược thể tinh thần làm việc độ thời kỳ dưỡng bệnh • Hiện thị trường có số sản phẩm thuốc chứa acid glutamic như: Ginkgo Biloba Plus, Danapha-Glutamin B6, Ứng dụng lĩnh vực vi sinh vật học: • Glutamic thành phần chủ yếu màng tế bào Gram-dương, amin quan trọng phát triển vi sinh vật khác • Cần cho thêm Glutamic vào để thúc đẩy phát triển vi sinh vật nuôi dưỡng vi sinh vật Ứng dụng lĩnh vực phi thực phẩm • Sử dụng Glutamic làm thuốc thử: nghiên cứu Glutamic dùng làm thuốc thử phân tích tiêu chuẩn sản phẩm, dùng nghiên cứu sinh hóa, phân tích sinh hóa tổng hợp Protein • Ngun liệu hợp chất hóa học dung hợp chất thuốc chữa bệnh, thuốc trừ sâu,Surfactant,sản phẩm hóa học ỨNG DỤNG TRONG HƯƠNG LIỆU THỰC PHẨM: • Axit glutamic sử dụng để sản xuất bột ngọt, hay cịn gọi mì (mononatri glutamat hay MSG), chất tạo vị phổ biến ngành thực phẩm • Bột giúp tăng cường hương vị ăn mà khơng gây tác dụng phụ đáng kể hầu hết người • Tuy nhiên, số người bị dị ứng với bột cần hạn chế sử dụng • Ví dụ: số sản phẩm mỳ chính, bột thị trường như: Miwon, Aji-no-moto, ỨNG DỤNG TRONG NƠNG NGHIỆP: Trong chăn ni: Axit glutamic nguyên liệu có đạm Acid glutamic có vai trị: tăng cường sức đề kháng tăng trưởng cho động vật Hiện thị trường có số sản phẩm đạm cho động vật có chứa acid glutamic như: Đạm Sewon Protam, AJITEIN, Trong trồng trọt: Glutamic Axit phân bón tham gia thúc đẩy trình sinh trưởng trồng Là nguồn lượng quan trọng cho quan mạch dẫn, thân tế bào Hiện thị trường có số sản phẩm phân bón có chứa acid glutamic như: Ro -Amin, Amino-acid, ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ MỸ PHẨM ● Acid glutamic nguyên liệu mỹ phẩm dạng Polyglutamic Acid (PGA polyme Glutamic Acid, sản xuất từ acid L-glutamic thơng qua q trình lên men vi khuẩn Bacillus subtilis ) Dưỡng ẩm giữ ẩm Phục hồi tổn thương da VAI TRÒ Cải thiện ngăn ngừa dấu hiệu lão hóa ● Một số mỹ phẩm có chứa PGA thị trường như: Poly Glutamic Serum, serum DR CORI, 10 11