Công nghệ sản xuất Glycerol bằng phương pháp lên men

GLYCEROL GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 5 PHẦN 1: TỔNG QUÁT VỀ GLYCEROL - Glycerol ( 1,2,3 – propane trial) là rượu gồm có hai nhóm rượu sơ cấp và một nhóm rượu thứ cấp. - Được phát hiện vào năm 1779 bởi Scheele khi đang xà phòng hóa dầu olive. Hình 1: Công thức phân tử của glycerol Hình 2: Cấu trúc không gian của glycerol - Tổng hợp trực tiếp từ CO 2 và H 2 nhưng không có giá trị thực tiễn. - Thu nhận từ quá trình thủy phân chất béo trong công nghiệp xà phòng, nhưng sản lượng rất thấp nên thường được tổng hợp từ các chủng vi sinh vật. - Đối với tất cả các quá trình sử dụng bisulfite thì các chủng S. cerevisiae được sử dụng để tạo glycerol. Ngoài ra, còn một số chủng khác để tổng hợp glycerol như : Bacillus subtilites, Candida, Torula, Lactobacillus, Aspergillus nige. Dunaliella tertiolecta. Hình 3: Bacillus subtilites Hình 4: Candida GLYCEROL GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 6 Hình 5 : Torula Hình 6 : Lactobacillus Hình 7: Aspergillus nige Hình 8: Dunaliella tertiolecta  Cơ chế sự tạo thành glycerol: - Nếu trong điều kiện bình thường, theo chu trình Embden – Meyerhof – Parnas, Acetandehyt sẽ bị khử thành ethanol theo phương trình sau: CH 3 -CHO + DPNH + H + CH 3 -CH 2 OH + DPN + - Khi có mặt của sunfit hoặc hyrazit, thiosemicabazit, acetandehyte sẽ không thể đóng vai trò nhận hydro. Trong trường hợp này, hydroxyaceton photphateđược hình thành trong giai đọan trên sẽ tiếp nhận hydro và tạo thành glycerol photphate. Glycerol photphate sẽ tiếp tục các phẻn ứng và tạo thành glycerol. GLYCEROL GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 7  Một số ứng dụng: - Mỹ phẩm: · Cung cấp các sản phẩm chăm sóc sức khỏe như thuốc làm mềm da, giữ ẩm và bôi trơn. · Glycerol có mùi dễ chịu và khả năng hòa tân tốt hơn sorbitol. · Làm kem đánh răng, nước súc miệng, sản phẩm chăm sóc da, kem dưỡng da, sản phẩm chăm sóc tóc và xà phòng. - Thức ăn và nước giải khát: · Cung cấp chất tạo độ ẩm, chất hòa tan và chất tạo độ ngọt,có thể giúp bảo quản thực phẩm. · Hòa tan các chất tạo hương (như vani) và phẩm màu · Tạo độ ẩm và độ mềm cho kẹo, bánh và trong nhiều trường hợp người ta còn sử dụng cho thịt và phô mai · Sản xuất ra các sảm phẩm tạo nhũ tương đơn và đa glyceride. · Dùng sản xuất polyglycerol ester và dùng trong sản xuất bánh và bơ thực vật · Dùng làm chất bổ sung vào các sản phẩm có ít độ béo nhằm mục đích tạo độ béo cho phù hợp. · Glycerol có độ ngọt bằng 60% độ ngọt của đường sucrose. · Glycerol không làm tăng đường huyết, và cũng không tạo điều kiện cho các vi khuẩn trong răng miệng phát triển gây sâu răng. · Glycerol khi sử dụng không cần phải pha loãng, và sẽ không gây hiện tượng rút nước mô, vì vậy mà không tạo ra hiện tượng phồng nước trong miệng và đau dạ dày. - Làm thuốc: · Được dùng trong điều chế thuốc và dược phẩm,công dụng chủ yếu là để tăng sự mềm mại, sự bôi trơn hay được sử dụng như một chất tạo độ ẩm.Và cũng có tác dụng làm giảm sự căng thẳng trí não. · Bào chế thuốc giúp nhuận tràng, sirô trị bệnh ho, rượu thuốc hay thuốc long đườm. · Được sử dụng thay thế rượu, và được sử dụng như một chất làm tăng khả năng hòa tan dịch chết thảo mộc dùng chữa bệnh. GLYCEROL GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 8 PHẦN 2: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT I. Gạo: 1) Khái quát: · Họ : Poaceae/Gramineae . · Phân họ : Oryzoideae. · Tộc : Oryzeae. · Chi : Oryza. · Loài : Oryza Sativar L. Hình 9: Sản phẩm gạo 2) : 10 GLYCEROL GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 9 11 h t - Vỏ trấu : · Lớp bao ngoài cùng của hạt. · Gồm các tế bào rỗng có thành cellulose. · Các tế bào vỏ trấu kết với nhau nhờ khoáng và lignin. Vỏ trấu có gân nổi rõ, xù xì và ráp nên dễ bám vi sinh vật. Màu sắc vỏ trấu khá đa dạng: màu nâu, vàng · Độ dày vỏ trấu phụ thuộc vào giống hạt, độ mẩy: trong khoảng 0,12 – 0,15 mm, chiếm khoảng 18 – 19,6% so với toàn hạt. - Vỏ hạt: · Liên kết chặt với lớp aleurone, nhưng liên kết lỏng lẻo với lớp vỏ quả. · Lớp vỏ hạt chứa ít cellulose hơn nhưng nhiều protid và glucid hơn vỏ quả. - Vỏ quả: · Thành phần gồm cellulose, pentosan, pectin, khoáng. · Chiều dày trong tế bào không giống nhau, ở gần phôi lớp vỏ quả mỏng nhất. GLYCEROL GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 10 - Lớp aleurone: · Bao bọc nội nhũ và phôi. · Chiếm khoảng 6 – 12% khối lượng hạt. · Chứa nhiều protid (chủ yếu là enzym), tinh bột, cellulose, pentosan, lipid, phần lớn vitamin và khoáng của hạt. · Khi xay xát hạt, lớp aleurone bị vụn thành cám. Do có chứa nhiều lipid không no nên cám dễ bị oxi hóa gây mùi hôi. - Nội nhũ: · Phần dự trữ chất dinh dưỡng của hạt. · Tế bào nội nhũ khá lớn, thành mỏng. · Chứa tinh bột, protid, lượng nhỏ lipid, khoáng, cellulose và một số sản phẩm phân giải của tinh bột như dextrin, đường - Phôi: · Chứa nhiều chất dinh dưỡng cần cho sự phát triển. · Gồm: protid, glucid hòa tan, nhiều lipid, khoáng, cellulose, vitamin. Phôi dễ bị hư hỏng, các chất dinh dưỡng trong phôi rất dễ bị biến đổi. 3) Thành phần hóa học: - Trong gạo, tinh bột chiếm từ 70 – 85%, phần còn lại là: protein, lipid, đường, cenlulose, vitamin và tro…. - Đặc điểm hạt tinh bột: kích thước hạt tinh bột nhỏ nhất trong hệ thống hạt tinh bột Bảng 1: Hạt tinh bột của một số loại gạo: Thành phần Loại gạo Tinh bột, % theo chất khô Hàm lượng Amiloza %theo tinh bột Nhiệt độ hồ hóa, C Kích thước hạt tinh bột (đường kính : d) Hình dạng Tám thơm 85.00 18.30 70-80 2-10 Đa giác Chiêm chanh 83.00 26.30 70-80 2-10 Mộc tuyền 82.40 21.00 70-80 2-10 GLYCEROL GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 11 Bảng 2: Thành phần hóa học của 100g gạo Các chỉ số Loại gạo Tám thơm Chiêm canh Mộc tuyền Nước (% theochất khô) 12 11.50 12.20 Nitơ (% theo chất khô) 1.13 1.34 1.25 Nitơ hoà tan (% theo chất khô) 0.15 0.10 0.10 Đường chung (% chất khô) 0.71 0.92 0.87 Đường khử (% theo chất khô) 0.19 0.13 0.16 Tinh bột (% theo chất khô) 85 83 82.40 Dextrin (% theo chất khô) 0.70 0.95 0.72 Cellulose (% theo chất khô) 0.46 0.53 0.45 Tro (% theo chất khô) 0.72 0.70 0.72 Vitamin B1 mg% - 0.05 0.068 Vitamin B2 mg% - 0.012 0.024 4). Các chỉ tiêu chất lượng: - Chỉ tiêu về cảm quan: · Đồng nhất về màu sắc, kích thước · Không có hạt bị mốc, mối mọt · Không có mùi hôi, không có cát sạn. - Chỉ tiêu vật lý: · Độ ẩm : 12% - 14% · Độ hòa tan : 80% - 85% GLYCEROL GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 12 - Chỉ tiêu hóa lí: Bảng 3: Các chỉ tiêu hóa lý đánh giá chất lượng gạo: TT Chỉ tiêu Hạng chất lượng 1 2 3 4 1 Độ ẩm (% khối lượng, không lớn hơn) 14 14 14 14 2 Tạp chất (% khối lượng, không lớn hơn) 2 2 2 2 3 Hạt bạc trắng (% khối lượng, không lớn hơn) 7 12 20 40 4 Hạt biến vàng (% khối lượng, không lớn hơn) 0.5 1 2 4 5 Hạt không hoàn thiện (% khối lượng, không lớn hơn) 3 4 6 8 6 Hạt bị hư hỏng (% khối lượng, không lớn hơn) 0,5 1 3 5 7 Hạt rạn nứt (% khối lượng, không lớn hơn) 10 15 25 40 8 Hạt lẫn loại (% khối lượng, không lớn hơn) 5 10 15 20 9 Hạt đỏ (% khối lượng, không lớn hơn) 1 3 8 15 10 Sâu mọt sống hại thóc (% khối lượng, không lớn hơn) 5 5 5 5 - Chỉ tiêu hóa học: Dư lượng hóa chất trừ sâu, tính bằng miligam trong 1kg gạo, không được vượt quá mức qui định trong bảng. 4: Định mức dư lượng thuốc trừ sâu Tên hóa chất Mức Linđan (666.NHC, HCH) Diazinon Diclovot ( Dichlovos) Malathion Wolfatoo Methylparathion Dimethoat ( B, 5B, Rogor) 0,5 0,1 0,3 2,0 0,7 1,0 GLYCEROL GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 13 II. Vi sinh vật: Giống vi sinh vật sử dụng trong sản xuất Glycerol là Saccharomyces cerevisiae. Hình 12: Sacharomyces cerevisiae.  Khái quát chung: - Là loại vi sinh vật đơn bào. - Thuộc bộ Endomycetales. - Họ Saccharomycetaceae - Giống Saccharomyces. - Có thể sống trong điều kiện hiếu khí hay kị khí. - Hình dạng: tế bào hình bầu dục nếu ở môi trường giàu chất dinh dưỡng. Trong điều kiện kị khí, tế bào có hình tròn; ngược lại, trong điều kiện hiếu khí tế bào kéo dài hơn. - Kích thước thay đổi trong khoảng 2,5 - 10 µm × 4,5 -21µm.  Một số tính chất sinh lí của nấm men: - Nhiệt độ tối ưu: 28 - 32 o C - pH tối ưu: 4.5 – 5.5 - Saccharomyces cerevisiae có thể lên men nhiều loại đường (glucose, fructose, saccharose, maltose, rafinose, các dextrin …) và nhiều loại nguyên liệu khác nhau ( như gạo, ngô, khoai, sắn… với lượng đường trong dung dịch là 12 – 14%, có khi là 16 – 18%) nhưng : · Không thể lên men lactose, xenlobiose… · Không đồng hóa D - glucozamin, D- ribose, D-xilose, L- arabinose, D- arabinose, L- ramnose, xenlobiose GLYCEROL GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 14 - Chịu được thuốc sát trùng Na 2 SiF 6 nồng độ 0,02 – 0,025% nên có thể lên men trong điều kiện bắt buộc phải dùng thuốc sát trùng.  Hệ enzym trong tế bào của nấm men: Hệ enzym của nấm men là hệ enzym nội bào, phức hệ enzym cần thiết cho quá trình sinh tổng hợp sinh khối nó thuộc các nhóm enzym sau: · Nhóm enzym kinaza : Glucokinaza, kinaza, pyruvatekinaza, phosphofructosekinaza, … nhóm enzym này chủ yếu là vận chuyển các gốc tới cho quá trình phản ứng · Nhóm enzym izomeraza : aldolaza, glucozaphosphatizomeraza, …nhóm enzym này chủ yếu là thay đổi đồng phân của cơ chất. · Nhóm enzym mutaza : phospholyxeratmutaza,…chủ yếu làm chức năng hoán vị các nhóm chức trong phân tử của cơ chất. · Nhóm enzym dehydrogenaza : NAD, NADP, FAD…chính là nhóm enzym oxy hoá khử tham gia trong quá trình chuyển hóa đường. · Nhóm enzym proteaze, lipaza tham gia trong quá trình thủy phân cũng có mặt trong tế bào nấm men.  Chỉ tiêu chọn giống: · . · Không sinh độc tố. · Ổn định hoạt tính và bền trước những điều kiện môi trường thay đổi. · Khả năng tổng hợp glycerol: càng mạnh càng tốt · Điều kiện nuôi cấy: đơn giản, môi trường dễ tìm, giá thành không quá cao. · Khả năng thích nghi của giống cao, tốc độ sinh trưởng mạnh. III. Nước : - Trong ngành công nghiệp sản xuất , nước được sử dụng với các mục đích khác nhau. - Trong quá trình công nghệ, nước được dùng để xử lý nguyên liệu, vận chuyển nguyên liệu, nấu nguyên liệu, pha lõang dung dịch, vệ sinh thiết bị, cấp nước cho lò hơi, …Ngòai ra, nước còn dùng cho nhu cầu sinh họat, chữa cháy trong khu vực sản xuất. - Lượng nước sử dụng trong quy trình sản xuất glycerol nhiều hơn so với những quy trình sản xuất khác, khỏang 50% lượng nước được sử dụng hòan tòan, hoặc nước thải của công đọan này có thể sử dụng cho mục đích khác. - Các muối cacbonate và sunfate của canxi và kali có trong nước tạo thành độ cứng cho nước.Người ta phân lọai độ cứng của nước như sau: độ cứng tạm thời ( muối CO 3 2- ), độ cứng [...]... dịch lên men vào thiết bị lên men - Tiến hành q trình lên men Lượng dịch chiếm khoảng 90% thể tích thiết bị, cung cấp hàm lượng O 2 khoảng 0.035g/l dung dịch trong thời gian đầu Trong q trình lên men, cần kiểm tra và điều chỉnh pH và nhiệt độ mơi trường - Trong q trình lên men, cần quan tâm đến một số sự cố thường xảy ra:  Lên men chậm: Ngun nhân: · Nhiệt độ dịch lên men qua thấp, men giống sinh sản. .. lượng glycerol là 1g/l được kiểm sốt III Sản xuất glyce rol bằng nấm men chịu áp suất thẩm thấu : • Đã có nhiều cố gắng để sản xuất glycerol bằng nấm men chịu được áp suất Với những nấm men này, sản lượng glycerol và các polyol khác đạt được khi ni thiếu sulfite và kiềm là cao • Hầu hết nấm men chịu áp suất thuộc chủng Saccharomyces rouxii và S.mellis Trang 37 GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN GLYCEROL IV Sản. .. MẪN GLYCEROL PHẦN 6: THÀNH TỰU CƠNG NGHỆ I Điều khiển mơi trường ni cấy và chủng vi sinh vật để cải thiện hiệu suất tạo glycerol: Chủng Điều kiện ni cấy S.ellipsoides S cerevisiae Sản phẩm và ưu điểm Hiệu suất tạo glycerol MT có 5% đường , pH 6.5 – 8.0 bằng cách thêm Hiệu suất cao 51% vào Na2 CO3 Nồng độ của bisulfite được S.cerevisae kiểm sốt liên tục nấm đột biến bằng men sẽ được thu lại bằng phương. .. được thu lại bằng phương pháp ly tâm và tia UV được cho trở lại vào bồn lên men, SO2 cũng được tái Lượng glycerol tạo ra rất cao 250% so với các chủng chưa đột 62.5% biến thu hồi và sử dụng II Sản xuất glycerol bằng những tế bào Saccharomyces cerevisiae cố định • Sử dụng kỹ thuật chưng cất chân khơng và thêm vào khí CO 2 ở nhiệt độ cao đã dẫn đến lượng glycerol tăng trong dịch men • Sử dụng một chất... Chất cặn khơng vượt q 1000mg/l - Trong cơng nghiệp sản xuất rượu nói chung, độ cứng trong nước q lớn sẽ ảnh hưởng đến q trình nấu ngun liệu, đường hóa và lên men - Đối với q trình lên men rượu, tổng hàm lượng các muối có trong nước là 2000mg/l có tác dụng kích thích q trình lên men, nhưng hàm lượng đạt tới 3000 mg/l lại có tác dụng xấu cho q tình lên men  Nhìn chung, u cầu về chất lượng nước như sau:... trong q trình lên men · Nấm men bị chết nhiều Khắc phục: · Tăng cường kiểm tra nhiệt độ lên men, dội nước kịp thời · Đề phòng vi khuẩn · Khống chế nồng độ đường cao - Cơ sở của q trình: Trang 30 GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN GLYCEROL 11 H2 SO3 acetaldehyte Acetaldehyte 12 sunlfunate Trang 31 GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN GLYCEROL NADH2 13 14 14 4 Thiết bị: - T : - Hình 20: Thiết bị lên men Trang 32 GVHD:... chỉnh pH : NaOH PHẦN 3: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ Trang 16 GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN GLYCEROL Gạo Làm sạch tạp chất Nghiền Nước Thủy phân Chuẩn bị mơi trường Thanh trùng S.cerevisia e Nhân giống Lên men Chưng cất Glycerol Trang 17 O2 GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN GLYCEROL PHẦN 4: THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ I Nhân giống: Mục đích: Chuẩn bị giống cho q trình lên men Q trình nhân giống giúp gia tăng số... GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN GLYCEROL VI Thanh trùng mơi trường: 1) Mục đích: Tiêu diệt vi sinh vật chuẩn bị cho q trình lên men 2) Các biến đổi : - Vật lý: · Nhiệt độ: tăng - Hóa học: · Các phản ứng hóa học: Maillard, caramen… · Độ ẩm: giảm - Hóa lý: · Sự đơng tụ protein · Sự bốc hơi các chất dễ bay hơi - Sinh học: · Tiêu diệt vi sinh vật 3) Phương pháp thực hiện: - Dịch lên men sẽ được bơm vào thiết... tế bào nấm men sống khơng đủ Khắc phục: · Tăng cường theo dõi nhiệt độ ổn định · Bổ sung chất dinh dưỡng: (NH4 )2 SO4 , Ca3 (PO4 )2 Trang 29 GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN GLYCEROL  Sinh màng: ( thường gặp hơn đối với trường hợp lên men rỉ đường) Ngun nhân: · Vi khuẩn sinh màng xâm nhập Khắc phục: · Giảm bớt lượng sulfate amon  Lên men q nhanh: Ngun nhân: · Đường sót tăng · Nhiệt độ lên men tăng cao... Trang 37 GVHD: PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN GLYCEROL IV Sản xuất glyce rol bằng tảo: • Lồi tảo xanh Dunaliella tertiolecta và D.bardavil sản xuất glycerol ở trong mơi trường có nồng độ muối cao • Nồng độ glycerol nội bào tương ứng với nồng độ muối mà Dunaliella phát triển : ở 5 mol/l NaCl thì nồng độ glycerol nội bào là 7 mol/l tương đương dung dịch 56% glycerol Trang 38 . phô mai · Sản xuất ra các sảm phẩm tạo nhũ tương đơn và đa glyceride. · Dùng sản xuất polyglycerol ester và dùng trong sản xuất bánh và bơ thực vật · Dùng làm chất bổ sung vào các sản phẩm có. khu vực sản xuất. - Lượng nước sử dụng trong quy trình sản xuất glycerol nhiều hơn so với những quy trình sản xuất khác, khỏang 50% lượng nước được sử dụng hòan tòan, hoặc nước thải của công đọan. 1000mg/l - Trong công nghiệp sản xuất rượu nói chung, độ cứng trong nước quá lớn sẽ ảnh hưởng đến quá trình nấu nguyên liệu, đường hóa và lên men. - Đối với quá trình lên men rượu, tổng hàm