Công nghệ sản xuất acid citric

• Trong sản xuất công nghiệp, Aspergillus niger đã được thu thông qua đột biến và sàng lọc để làm tăng cường sản xuất acid citric 11 • Với đột biến gen, các kỹ thuật được sử dụng và t

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA HÓA

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ACID

CITRIC

Môn học: Công nghệ lên men GVHD: TS Lê Lý Thùy Trâm Nhóm thực hiện: Nhóm 06 Thành viên: Phạm Quang Minh Hiếu

Trần Khánh Linh Nguyễn Thị Ánh Vân

Đà Nẵng, tháng 10 năm 2024

I Tổng quan

công nghệ sản xuất acid citric

• Định nghĩa về acid citric

• Vai trò

• Nguyên liệu

• Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất

1 Định nghĩa Citric acid

• Citric acid là một axit hữu cơ yếu có vị chua đặc trưng.

• Tìm thấy ở nhiều loại trái cây, đặc biệt là các loại trái cây

họ cam quýt

• Ngoài ra, còn xuất hiện thông qua quá trình lên men ở các

loài vi sinh vật trong tự nhiên qua quá trình nghiên cứu đã

tìm được.

Hình ảnh về cấu trúc không gian của

citric acid.

2 Vai trò

Ngành thực phẩm

Điều chỉnh độ pH; chống oxy hóa, kháng

khuẩn; tạo gel

Ngành công nghiệp dược phẩm

Tạo bọt; tạo viên; ổn định các thành phần

trong thuốc không bị phân hủy

5

Ngành nông nghiệp

Tăng cường hấp thu dinh dưỡng; cải thiện đất;

tăng hiệu quả thức ăn chăn nuôi

Ngành luyện kim

Làm sạch loại bỏ các chất trong quá trình luyện

kim

3 Nguyên liệu

trong sản xuất acid

citric

• Củ cải đường, mật mía đen, chiết xuất quả carob, n-parafin, glycerol, tinh bột ngô, tinh thủy ngân, tinh bột đậu nành,…

• Từ việc cân nhắc đến chi phí nhập vận chuyển,

dễ tìm không, nguồn cung cấp có dồi dào không => Củ cải đường, mật mía.

• Có thể thay thế bằng galactose tuy nhiên sản lượng cho không cao.

7 3.1 Nguồn carbon

3.1.1 Mật mía

• Mật mía là một sản phẩm tự nhiên

từ quá trình chế biến mía (có hàm

lượng đường fructose, glucose,

sucrose là 40 – 55%); được xem là

một nguồn carbon tốt nhất.

• Ưu điểm: Chi phí thấp,dễ tìm thấy,

sản lượng acid citric cao.

• Có chứa Ca, Mg, Mn, Fe, Zn => làm

chậm sự tổng hợp acid citric =>

tiền xử lý để loại bỏ/ giảm lượng

vết kim loại.

3.2 Các vi sinh vật trong sản xuất

• Nấm men: Candida, Yarrowia, kloeckera, saccharomyces có khả năng

sản xuất acid citric từ n-ankan và carbohydrate Nhưng thường tạo ra

acid isocitric ( một sản phẩm phụ không mong muốn)

• Vi khuẩn: Bacillus, penicillium, arthrobacter cũng sản xuất acid

citric, nhưng không được sử dụng rộng rãi như nấm mốc

=> Tuy trên thị trường nhiều loại

nhưng VSV được dùng nhiều là

Aspegillus Niger

3.2.1 Aspergillus Niger

• Nấm sợi Aspergillus niger là

một loại nấm mốc được lựa

chọn sử dụng để đạt năng

suất acid citric tối đa

• Ưu điểm: dễ xử lý và khả

năng lên men nhiều loại

nguyên liệu thô giá rẻ và

mang lại năng suất cao

• Trong sản xuất công nghiệp, Aspergillus niger đã được thu thông qua đột biến và sàng lọc để làm tăng

cường sản xuất acid citric

11

• Với đột biến gen, các kỹ thuật được sử dụng

và tiếp tục mang lại kết quả tích cực trong việc cải thiện hiệu quả sinh tổng hợp sinh học.

• Các tác nhân đột biến sử dụng bao gồm các chất gây đột biến (bức xạ gamma, bức xạ cực tím và thường là các chất hóa học như aziridine, N-nitroso-N-methylurea hoặc ethyl metan-sulfonate) để gây đột biến trên các chủng gốc

• Sau khi đột biến các gen chủng gốc sử dụng kỹ thuật chọn lọc để thu một chủng mang lại lượng acid

citric cao từ đột biến tạo ra

• Có hai phương pháp pháp kỹ thuật: kỹ thuật truyền và kỹ thuật bào tử đơn

3.3 Các nguyên liệu khác

• Ca(OH)2,

• H2SO4

4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất

acid citric

• Nồng độ nguồn carbon :

Nồng độ đường tối ưu nằm

trong khoảng 10-14% và

nồng độ đường dưới 2,5%

sẽ không tạo ra acid citric

• Nồng độ nguồn nitơ : Sử dụng

Muối amoni – là nguồn nito thuận lợi nhất, ưa chuộng hơn Nồng độ nito cần thiết là 0,1-0,4 N/lit

• Nồng độ nguồn Phot pho :

2,0 là tối ưu cho việc sản

xuất acid citric và độ pH

II Quy trình sản xuất acid

citric

glucokinase (biểu hiện ái lực cao với glucose ) tạo ra 6-phosphate

glucose-• Đồng phân hóa Glucose – 6 – phosphate bởi enzyme phosphofructokinase tạo ra fructose -6-phosphate (Quá trình này gọi là quá trình đồng phân hóa)

• Phosphofructokinase (PFK1 và PFK2) chịu trách nhiệm cho việc phosphoryl hóa fuctose-6-phosphate tạo ra fructose-1,6- diphosphate

• Fructosre 1,6-diphosphate được chuyển hóa thành pyruvic acid sau đó chuyển đổi thành acetyl-CoA có giải phóng khí

1.1 Phương pháp sinh hóa

1.2 Phương pháp

sinh học

HIỆN NAY, HƠN 80% SẢN LƯỢNG ACID CITRIC CỦA THẾ GIỚI ĐƯỢC SẢN XUẤT THÔNG QUA QUÁ TRÌNH LÊN MEN VI SINH VẬT BẰNG CÁCH SỬ DỤNG NHIỀU LOẠI VI SINH VẬT KHÁC NHAU THEO BA PHƯƠNG PHÁP: LÊN MEN TRẠNG THÁI RẮN (SSF); LÊN MEN CHÌM (SF) VÀ LÊN MEN BỀ MẶT

LỎNG (LSF)

Phương pháp Lên men bề mặt

lỏng (LSF)

Lên men trạng thái rắn (SSF)

Lên men chìm

(SF)

Ưu điểm

Dễ vận hành, tiết kiệm năng lượng, đơn giản về mặt kỹ thuật

Đơn giản; chi phí nền thấp; tiết kiệm năng lượng; rủi ro ô nhiễm thấp; tạo ra ít chất thải

Khả năng kiểm soát tốt;

hiệu quả quy trình cao; chi phí thấp; dễ dàng duy trì điều kiện vô trùng

(80% sản lượng acid citric trên thế giới sử dụng quá trình lên men chìm)

Nhược điểm

Thời gian dài; nhạy cảm với sự nhiễm bẩn; yêu cầu diện tích sản xuất lớn; tạo

ra lượng nhiệt lớn; sản xuất ở quy mô công nghiệp vừa và nhỏ

Khó khăn trong việc kiểm soát (pH, độ ẩm, nhiệt độ); Nhiễm bẩn sản phẩm cao; chi phí mua sản phẩm cao

ức chế của các nguyên tố

vi lượng; chất thải lớn

2 Quy trình sản

xuất

2.2 Lên men

• Mục đích: Tạo điều kiện cho Aspergillus Niger

chuyển hóa đường trong mật mía thành acid

citric

• Tiến hành: Khuẩn lạc nuôi cấy sang môi

trường nuôi cấy trong Bioreactor để tạo sinh

khối, môi trường được khuấy đều liên tục để

khuẩn lạc phân tán đều, sinh khối tạo thành

giống dạng hạt, sau đó được tiếp sang môi

• Thời gian lên men: sau 5-6 ngày tùy

thuộc vào điều kiện quy trình

• Điều kiện:

+ Không có bọt khí: Khống chế bọt khí bằng việc bổ sung các chất phá bọt (dầu thực vật, dầu cilicon hoặc dầu khoáng)

+ pH môi trường khống chế ở giá trị 2,2 – 2,6 ( bổ sung kiềm NH3)

+ Nhu cầu oxy: 0,3 – 0,5 kg𝑚 −3 ℎ −1 + Tốc độ sục khí: tốc độ 0.1–0.4 vvm

• Thiết bị: Bồn lên men

Hình ảnh bồn lên men

+ Nhiệt độ lên men: 28ºC- 35ºC​

2.3 Lọc dịch lên men

• Mục đích: Loại bỏ mycelium và huyền

phù trong dịch để thu lấy dịch trong

• Tiến hành: Sợi nấm Mycellium và các

hạt huyền phù được tách ra bằng các

bộ lọc băng liên tục trong điều kiện

chân không bằng bộ lọc đai chân

không

• Thiết bị: Bộ lọc đai chân không

2.4 Kết tủa acid citric

• Mục đích: Tách acid citric ra khỏi dịch lên men và chuyển nó

thành dạng muối canxi citrate

• Tiến hành: đem dịch lọc vào máy trộn cho vôi (canxi oxit) vào

tạo kết tủa canxi citrat Cho thêm vôi kết tủa hoàn toàn phần

còn lại, đem rửa kết tủa để loại bỏ tạp chất như đường dư và

protein từ nấm

2.5 Tạo lại acid citric từ kết tủa

• Tiến hành: Các tinh thể đã rửa và

acid sunfuric 98% w/w được đưa đồng thời nhưng riêng biệt vào một

máy trộn để giải phóng acid citric

với sự hình thành canxi sunfat dihydrat

2.6 Khử acid citric

• Tiến hành: Dung dịch acid citric sau

đó được khử màu trên than hoạt

tính

a) Khử màu

• Yếu tố ảnh hưởng:

+ Nhiệt độ tối ưu để khử màu: 60°C - 70°C

+ Thời gian: 72 giờ đảm bảo thời gian hấp phụ

thích hợp

+ Than hoạt tính: 0,5 kg/T

• Tiến hành: Loại bỏ canxi sunfat và

các muối sắt và niken còn sót lại

của quá trình trước bằng các loại

nhựa trao đổi cation mạnh và

anion yếu

b) Khử khoáng dung dịch acid citric

• Thiết bị: Bộ trao đổi cation, bộ trao

đổi Anion

• Thiết bị: Hệ thống cô đặc nhiều nồi

• Mục đích: Tăng nồng độ chất tan

acid citric, giảm lượng nước.

Nồng độ: Đạt được 700kg/m³

2.8 Kết tinh acid citric

• Mục đích: Tách tinh thể acid citric tinh

khiết, thu hồi acid citric

• Tiến hành: Sau khi cô đặc, nó sẽ được đưa

vào máy kết tinh chân không Dựa vào nhiệt

độ khi kết tinh, có thể lựa chọn nhiệt độ tùy

2.9 Ly tâm

• Mục đích: Loại bỏ tinh thể acid citric khỏi

dung dịch mẹ

• Tiến hành: Quá trình ly tâm được sử dụng để

tách riêng hỗn hợp, tinh thể acid citric có

khối lượng lớn sẽ bị đẩy ra ngoài rotor ly tâm

và được tách khỏi dung dịch mẹ

• Thiết bị: Máy ly tâm

2.10 Sấy khô tinh thể

• Mục đích: Sử dụng hơi nóng để sấy khô tinh

thể độ ẩm giảm thì thời gian bảo quản sẽ dài

hơn

• Thiết bị: Sấy tầng sôi

• Yếu tố ảnh hưởng:

Nhiệt độ : Giai đoạn đầu: 90℃

Giai đoạn hai: Làm mát 20℃

Độ ẩm tương đối (RH) là 30–40%

• Tiến hành: Tinh thể sấy khô bằng máy sấy

tầng sôi được điều chỉnh nhiệt độ ở từng giai

đoạn

2.11 Nghiền

• Tiến hành: Sau khi tinh thể được sấy

khô sẽ đem đi nghiền nhỏ ra phục vụ

cho nhiều mục đích khác nhau

• Thiết bị: Máy nghiền

• Mục đích: Làm nhỏ kích thước tinh thể

lại để phân vào túi dựa theo khối lượng

trong bước đóng gói

2.12 Đóng gói và bảo quản

• Mục đích: Công đoạn chia nhỏ citric

acid vào các túi đem bảo quản hoặc

đưa ra thị trường

• Yếu tố ảnh hưởng:

Bao bì Nhiệt độ

Độ ẩm Ánh sáng

• Thiết bị: Máy đóng gói

III Quản lý chất lượng

• NGUYÊN LIỆU

• LÊN MEN

• BẢO QUẢN ĐÓNG GÓI

37

Công đoạn Mối nguy Biện pháp kiểm soát CCPs Giới hạn tới hạn Hành động khắc phục

Nguyên liệu đầu vào

C: Hàm lượng (Ca, Mg, Mn, Fe và Zn) cao.

Sàng lọc lại mật mía để loại

Không có bọt khí

Điều chỉnh pH, nhiệt độ và lượng oxy cung cấp.

Vệ sinh lại thiết bị nếu có dấu hiệu nhiễm ngoại khuẩn.

Bảo quản trong môi

Độ ẩm ≤ 1,0% trong quá trình lưu trữ.

Độ tinh khiết ≥ 99,5% và ≤ 100,5%.

Dừng quá trình đóng gói và kiểm tra các thiết bị liên quan Thay thế bao bì không đạt tiêu chuẩn Điều chỉnh lại khối lượng sản phẩm

IV KẾT LUẬN

Axit citric không chỉ là một hợp chất hóa học quan trọng mà còn là một sản phẩm công nghiệp có giá trị kinh tế cao Việc sản xuất axit citric đòi hỏi sự kết hợp hài hòa giữa kiến thức khoa học, công nghệ hiện đại

và quản lý sản xuất hiệu quả Trong tương lai, với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, axit citric sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực của đời sống

và sản xuất.

V TÀI LIỆU THAM KHẢO

PRODUCTION, AND APPLICATIONS IN INDUSTRIES

29-00022

HTTPS://WWW.NCBI.NLM.NIH.GOV/PMC/ARTICLES/PMC10779990/#B122-MOLECULES-[2] NHÓM SEMINAR TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG; 2013; QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ LÊN

MEN TỪ ASPERGILLUS NIGER

HTTPS://LUANVAN.CO/LUAN-VAN/QUY-TRINH-LEN-MEN-ACID-CITRIC-TU-ASPERGILLUS-NIGER-51990/

[3] M MORESI, E PARENTE; 2014; FERMENTATION (INDUSTRIAL) PRODUCTION OF

SOME ORGANIC ACIDS

HTTPS://DRIVE.GOOGLE.COM/DRIVE/FOLDERS/1ZK2XGSXQR7G88PPL3GVRMWTSDKTXGDVY

[4] CÔNG TY SUNSHINE BIOTECH INTERNATION CO; THE BRIEF DESCRIPTION OF

CITRIC ACID FLOW CHART AND CCP

HTTPS://INGREDI.COM/CONTENT/PDFS/SUNSHINE_CITRIC_ACID_HACCP_PLAN.PDF