PHẦN 2: CÔNG NGHỆ LÊN MEN ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT pdf

1.1 Công nghệ lên men ethanol ứng dụng trong sản xuất đồ uống có cồn: Giống VSV:... Cơng nghệ Lên Men 3 1.1 Công nghệ lên men ethanol ứng dụng trong sản xuất đồ uống có cồn:... Cơng ngh

Trang 1

Phần 2: Công nghệ lên men

I CÔNG NGHỆ LÊN MEN ỨNG DỤNG TRONG SẢN

Trang 2

04/01/11 Mã MH: 603015 - Phần 2 Cơng nghệ Lên Men 2

-Nấm men nổi: thích nghi với điều kiện sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ cao, phân bố chủ yếu ở các lớp chất lỏng trên bề mặt của môi trường Khả năng kết lắng rất kém Chỉ hấp thu được 1/3 đường tam rafinose

- Nấm men chìm: thích nghi với điều kiện sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ thấp hơn, phân bố chủ yếu ở lớp tầng sâu của môi trường Khả năng kết lắng cao Hấp thu toàn bộ phân tử đường rafinose

1.1 Công nghệ lên men ethanol ứng dụng trong sản xuất đồ uống có cồn:

Giống VSV:

Trang 3

Nguyên liệu sản xuất ethanol bằng PP lên men:

-Nguyên liệu chứa tinh bột: các loại ngũ cốc (gạo, bắp, lúa mạch, luá mì, đại mạch, malt, ….), các loại củ (khoai tây, khoai mì, khoai lang,…)

→ Cần sử dụng các chế phẩm α -amylase, β -amylase

Trang 4

- Nguyên liệu chứa đường: mật rỉ

+ Hàm lượng chất khô khoảng 80 – 85%, trong đó 35 – 40% saccharose và 20 – 25% là đường khử, chất phi đường gồm 30 – 32% là hợp chất hữu cơ và 8 – 10% là chất vô cơ

+ Cần chú ý bổ sung nguồn nitơ (từ ure hoặc amoni sulfat) và nguồn phosphor (dạng superphotphat),

+ Lưu ý mức độ nhiễm khuẩn (xác định bằng sự tăng độ chua)

- Các nguyên liệu khác: lactoserum, nguyên liệu chứa cellulose, …

Trang 5

ATP ADP Hexokinase

Glucose-6-phosphate

Fructose-6-phosphate Phosphohexose isomerase

ATP ADP Fructose-1,6-biphosphate Phosphofructokinase-1

Aldolase Dihydroacetone phosphate + Glyceraldehyde-3-phosphate

Glyceraldehyde-3-phosphate (2)

Triophosphate isomerase

Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase

2NAD +

2NADH 1,3-Biphosphoglycerate (2)

2ATP

2ADP Phosphoglycerate kinase

3-Phosphoglycerate (2) Phosphoglycerate

mutase

2-Phosphoglycerate (2) Enolase

H 2 O

Phosphoenolpyruvate (2)

2ATP

2ADP Pyruvate kinase

Pyruvate (2) Chu trình đường phân

Cơ chế tạo cồn của nấm men:

Trang 6

04/01/11 Mã MH: 603015 - Phần 2 Công nghệ Lên Men 6

Trang 7

Trang 8

II CÔNG NGHỆ LÊN MEN SẢN XUẤT ACID HỮU CƠ:

-Các lĩnh vực ứng dụng: công nghệ thực phẩm, chế biến mủ cao su, y học, …

-Phương pháp sản xuất: chiết tách từ thực vật, tổng hợp hóa học, chuyển hóa nhờ enzyme, lên men, …

Trang 9

STT Acid hữu cơ VSV thông dụng Nguồn C

thông dụng

Hiệu suất (%)

1 Acid citric Aspergillus niger Saccharose 85 - 90

2 Acid lactic Lactobacillus delbrueckii

Rhizopus oryzae Glucose 85 – 9560 - 70

3 Acid acetic Acetobacter aceti Ethanol 90 - 98

4 Acid

propionic

Propionibacterium

5 Acid butyric Clostridium butyricum Glucose 50

6 Acid gluconic Aspergillus niger Glucose 95

7 Acid malic Schizophyllum commune

Candida hydrocarbofumarica Pichia membranaefaciens

Glucose Paraffins

70 - 100

8 Acid succinic Bacterium succinicum Acid malic 57

Trang 10

2.1 Sản xuất acid citric:

Giống sản xuất: có rất nhiều loại VSV thuộc nhóm eukaryote có khả năng lên men tạo acid citric như:

-Giống Aspergillus: Aspegillus niger, Aspergillus awamori, Aspergillus foetidus, Aspergillus clavatus, Aspergillus fumaricus, aspergillus fonsecaeus, Aspergillus usamii,…

-Giống Penicillium: P.chrysogenum, P.citrogenum, P.tuteum, …

-Giống Rhizopus: R.nigricans, …

-Loài Trichoderma viride

-Giống Candida: C brumptii (C.catenulata), C.lipolytica (Yarrowia lipotica), C intermedia, …

-Giống Rhodotorula

Trang 11

Aspergillus niger, đáp ứng được 3 yêu cầu cơ bản:

+ Có khả năng tạo acid citric mạnh

+ Có khả năng chịu được môi trường acid cao

+ Ít sinh những acid hữu cơ khác

Trang 12

•Nguồn N: NH4+

•Khoáng: quan trọng nhất là P, Mn, Fe

Trang 13

 Cơ chế sinh tổng hợp acid citric:

Trang 14

Trang 15

2.2 Sản xuất acid acetic:

-Khả năng di động: một số loài có thể, một số không

-Hình thức sinh sản: vô tính bằng cách nhân đôi

-Trao đổi chất hiếu khí bắt buộc, oxi hóa rượu (ethylic, propionic, butyric) hay đường không hoàn toàn và chịu được điều kiện acid tương đối cao (pH < 4)

Trang 16

Hiện nay, 6 giống (genera) với 34 loài (species) vi

khuẩn acetic đã được nhận dạng, gồm Acetobacter - Beijerinck 1898 (14 loài), Gluconobacter - Asai 1935 (3 loài), Acidomonas - Urakami et al 1989 (1 loài), Gluconacetobacter - Yamada et al 1997 (11 loài), Asaia - Yamada et al 2000 (4 loài), và Kozakia - Lisdiyanti et al

2002 (1 loài)

Giống sản xuất:

Trang 17

Acetobacter : quan trọng nhất là acetobacter aceti

-Kích thước khoảng 0.6 - 0.8 x 1.0 -3.0 µ m

-Có khả năng oxi hóa ethanol thành acid acetic, nhờ vào enzym nằm trên bề mặt màng tế bào chất: alcohol dehydorgenase (ADH) và acetaldehyde dehydrogenase (ALDH)

Acetobacter aceti (hình que, gram âm)

Trang 18

-Oxi hóa nhanh chóng và hoàn toàn các cơ chất như glucose hay ethyl alcohol → những giống Acetobacter được

đặt tên là “over – oxidizing” acetic acid bacteria

- Có khả năng phát triển trên môi trường chứa ethanol là nguồn cacbon duy nhất

Acetobacter :

Trang 19

Sinh lyù vi khuaån acetobacter:

Succinat (CHOCOOH)

Citrat

Aconitat Malat

Oxaloacetat

Glyoxylate Isocitrate

chu tr nh � TCA

CH3COOH

PQQ PQQH 2

+H2

PQQ PQQH 2

Acetyl CoA

Het Etanol � Thieu chat dinh d � � �� ng

Trang 21

Gluconobacter: quan trọng nhất là Gluconobacter

oxydans

-Kích thước 0.6-0.8 x 1.5-2.0µm

-Cũng có khả năng oxy hoá ethanol thành acid acetic

-Không oxi hóa tiếp acid acetic thành CO2 và H2O theo

chu trình TCA như Acetobacter, do có 2 enzym thuộc

chu trình này là ketoglutarate dehydrogenase và succinate dehydrogenase không hoạt động → được đặt tên là “under oxidizing” acetic acid bacterium

-Không thể phát triển trên môi trường chỉ chứa nguồn cacbon duy nhất là ethanol

Trang 22

Chúng là loại vi khuẩn có khả năng tạo polysaccharide ngoại bào (EPS – exopolysaccharides) EPS được ứng dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm như các tác nhân làm dầy (thickening), tạo gel hay chất ổn định

Trang 23

Nguyên liệu sản xuất acid acetic bằng PP lên men:

Có thể sử dụng các nguyên liệu chứa đường (nước ép trái cây, nước trái dừa, nước ép mía,…), nguyên liệu chứa tinh bột và cồn công nghiệp

Nếu sản xuất từ nguyên liệu chứa tinh bột, phải qua 3 giai đoạn chuyển hoá

Nếu sản xuất từ nguyên liệu chứa đường thì chỉ cần qua 2 giai đoạn

Nếu sản xuất từ nguyên liệu đã chứa cồn: chỉ cần tạo điều kiện thuận lợi để vi khuẩn acetic chuyển cồn thành acid acetic

Trang 24

2.3 Sản xuất acid lactic:

Giống vi sinh vật lên men lactic:

Đặc điểm chung của vi khuẩn lactic:

-Thuộc họ lactobacilliaceae (gồm streptococeae và lactobacileae, họ streptococeae lại chia ra streptococcus và leuconostoc, họ lactobacileae chỉ có một loài là lactobacillus)

-Thuộc loại vi khuẩn gram (+)

-Không di động

-Không tạo bào tử (hiện nay người ta tìm thấy một số giống trong họ vi khuẩn lactic có khả năng tạo bào tử)-Thuộc vi khuẩn hiếu khí tuỳ tiện

-Không chứa cytochrom va enzym catalase

-Có khả năng sinh tổng hợp enzym peroxydase rất mạnh, phân giải H2O2 để tạo ra H2O và O2 để phát triển

Trang 25

Một số loài thông dụng:

-L helveticus (sử dụng lactose, galactose).

-L bulgaricus (cũ) → L delbrueckii ssp bulgaricus (sử

dụng lactose, glucose, galactose)

-L lactis (cũ) → L delbrueckii ssp lactis (sử dụng

glucose, sucrose, lactose, một số chủng sử dụng maltose)

-Streptococcus thermophillus (cũ) → L thermophillus

(sử dụng lactose, sucrose)

Trang 26

Cơ chất:

- Nguồn C: thay đổi tuỳ theo chủng vi sinh vật (glucose, fructose, lactose, sucrose, maltose, tinh bột dịch hoá)

- Nguồn N: acid amin, peptid mạch ngắn

- Chất sinh trưởng: vitamin

Trang 27

Cơ chế lên men tạo acid lactic:

Gồm hai nhóm vi khuẩn hoàn toàn khác nhau:

-Vi khuẩn lactic dị hình

-Vi khuẩn lactic đồng hình

Vi khuẩn lactic dị hình:

- Một số giống: lactobacillus pasteurianus, lactobacillus brevis, lactobacillus lycopessici, streptococcus cumoris, streptolacticus lactic, streptococcus falcali.

- Đặc điểm: lên men đường cho lượng acid lactic không

lớn lắm, ngoài ra còn tạo hàng loạt các sản phẩm khác như acid acetic, acid propionic, ethanol, CO2

- Thường thiếu hai loại enzym quan trọng: enzym

aldolase và enzym triosophophatizomerase → trong giai đoạn đầu quá trình lên men thường tiến hành theo con đường pentose – phosphat

Trang 28

ADP ATP Glucose-6-phosphate

Ribose-5-phosphate 6-Phosphogluconic acid

Xylulose-5-phosphate

Acetyl phosphate Aldehyd phosphoglycerinic

2NAD + 2NADH

Trang 29

Vi khuẩn lactic đồng hình:

-Một số giống vi khuẩn lactic đồng hình: L acidophilus,

L bulgaricus, L bifdus, L.casei, L causaciccus, L delbruckii, L leichmanii,L helveticcus, L thermophillus,

Trang 30

Trang 31

Ứng dụng lên men lactic:

-Sản xuất sữa chua

-Sản xuất phomai

-Sản xuất bơ

-Sản xuất acid lactic

Trang 32

III Công nghệ lên men sản xuất acid amin:

Acid amin và ứng dụng:

Công nghệ thực phẩm:

- Sử dụng cho người bệnh trước và sau giải phẫu

- Nguyên liệu sản xuất một số thuốc điều trị

Trang 33

Vd: + L-cystein bảo vệ mô tránh quá trình oxyhóa, tổn thương do các tia bức xạ

+ Potassium-Magnesium-L-aspartate giúp phục hồi

cơ thể do mệt mỏi với các vấn đề về tim mạch, gan

+ L-arginin và các nuối của nó với L-aspartic acid hoặc L-glutamic acid cho hiệu quả cao trong điều trị rối loạn gan

Mỹ phẩm

Công nghệ hoá học:

- Sản xuất các chất bề mặt (N-acyl aminoacid)

- Chất ức chế ăn mòn

- Chất điều khiển sinh trưởng (pesticide)

Trang 34

Các phương pháp sản xuất amino acid:

Nguyên liệu:

-Thực vật: bã đậu nành

-Động vật: phụ phẩm của công nghệ chế biến thịt, cá, trứng, sữa như keratin – protein sừng móng tóc (85 – 95% protein), máu,

-Vi sinh vật: sinh khối vi sinh vật

Chất xúc tác: acid, base, protease

Trang 35

Lưu ý:

-Xúc tác acid

- Xúc tác kiềm

- Xúc tác enzym

Trang 36

Các vấn đề chung:

- Tinh sạch nhiều công đoạn, kỹ thuật và thiết bị phức tạp

- Không được ứng dụng để sản xuất từng acid amin riêng rẽ, chủ yếu sản xuất tổ hợp acid amin

- Hiệu quả kinh tế không cao, chủ yếu dùng cho thức ăn gia súc

-Vấn đề ô nhiễm môi trường

Trang 37

 Phương pháp tổng hợp hoá học:

 Các vấn đề chung:

-Quy trình sản xuất qua nhiều giai đoạn, nhiều phản ứng

- Điều kiện áp suất, nhiệt độ cao

- Sản phẩm thường là hỗn hợp D/L-amino acid, cần phải tách riêng rất tốn kém

Trang 38

Phương pháp chuyển hoá sinh học:

Thời gian chuyển hóa ngắn và kỹ thuật điều khiển phức tạp

Trang 39

Ưu điểm:

- Không sử dụng nguyên liệu protit

- Không cần sử dụng nhiều hóa chất và thiết bị chịu ăn mòn

- Hiệu suất cao, gía thành thấp

- Tạo ra axit amin dạng L

Hai giai đoạn chính: nuôi cấy vi sinh vật/ thu nhận và tinh sạch sản phẩm (hầu hết là các sản phẩm ngoại bào)

Giống vi sinh vật

Trang 40

 Phương pháp kết hợp:

Đây là phương pháp kết hợp giữa tổng hợp hóa học và lên men

Dùng các phản ứng tổng hợp tạo ra những chất có cấu tạo gần giống axit amin , sau đó vi sinh vật tiếp tục tạo ra axit amin

Phương pháp này tuy nhanh nhưng yêu cầu kỹ thuật cao, chỉ áp dụng và nghiên cứu chứ ít áp dụng vào công nghiệp sản xuất

Trang 41

Sơ đồ tổng quan tổng hợp các acid amin:

Glucose

Glucose-6-phosphate

3-Phosphoglycerate

phosphat HistidinSerine

Ribose-5-Glycine Cystein

Pyruvate

Phosphoenolpyruvate

Alanin Valine Leucine

phosphate

Tryptophan Phenylalanine Tyrosine

Asparagine Methionine Threonine Isoleucine

Sơ đồ tổng quan tổng hợp acid amin

Trang 42

3.1 Sản xuất L-glutamic acid và bột ngọt:

Trang 43

3.1 Sản xuất L-glutamic acid và bột ngọt:

Giống vi sinh vật: các vi sinh vật quan trọng có khả

năng lên men sinh L-glutamic acid:

- Corynebacterium glutamicum: loài này quan trọng

nhất, và hiện đang được ứng dụng sản xuất bột ngọt

Trang 44

Trang 45

IV Công nghệ lên men các chất kháng sinh:

Đại cương về chất kháng sinh:

Chất kháng sinh là sản phẩm trao đổi chất bậc 2 của sinh vật tạo ra, có khả năng đình chỉ hoặc chế ngự hoàn toàn sự sinh trưởng và phát triển của các vi sinh vật khác ở nồng độ rất thấp một cách có chọn lọc

Như vậy, chất hoá học nào được gọi là chất kháng sinh phải đảm bảo 2 yêu cầu cơ bản:

- Do sinh vật tạo ra

- Có khả năng ức chế và tiêu diệt vi sinh vật có tính chọn lọc ở nồng độ rất thấp

Trang 46

Cơ chế tác dụng: làm rối loạn cấu trúc thành tế bào, rối

loạn chức năng điều tiết quá trình vận chuyển vật chất của màng tế bào chất, làm rối loạn hay kiềm toả quá trình sinh tổng hợp protein, rối loạn quá trình tái bản ADN, hoặc tương tác đặc hiệu với những giai đoạn nhất định trong các chuyển hoá trao đổi chất

Đối tượng tác dụng của các chất kháng sinh: tuỳ mỗi

loại kháng sinh khác nhau màtác dụng lên những vi sinh vật khác nhau

Vd: Penicillin chỉ có tác dụng lên vi khuẩn gây mụn nhọt,

Gr (+) Streptomixin chỉ có hiệu quả trong việc điều trị bệnh thương hàn

IV Công nghệ lên men các chất kháng sinh:

Định dạng
Số trang	56
Dung lượng	1,31 MB