công nghệ sản xuất vitamin b12 từ vi khuẩn propionibacterium shermanii

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC Tiểu luận: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ VI KHUẨN Propionibacterium shermanii Nguyễn Thụy Hai MSHV : 12310729 Thi Phối Phối MSHV : 12310746 TPHCM 04 - 2013 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii Lời mở đầu Vitamin B12 loại vitamin cần thiết cho thể người Trong thể, tồn dạng bốn dẫn xuất mà người ta gọi cobalamin hoạt động yếu tố enzyme Đã có nhiều nghiên cứu chứng minh tác dụng viatmin B12 việc chữa trị bệnh thiếu máu ác tính bệnh viêm dây thần kinh Vitamin B12 có nhiều thực phẩm từ nguyên liệu động vật, thực vật chứa vitamin B12 Vì nhu cầu tổng hợp viatmin B12 quy mô công nghiệp thiết yếu, để bổ sung vitamin B12 cho người ăn chay trường chữa loại bệnh thiếu vitamin B12 Trong công nghiệp, vitamin B12 hoàn toàn tổng hợp vi sinh vật GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii PHẦN I: TỒNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu chung Vitamin phân tử hữu cần thiết lượng nhỏ cho hoạt động chuyển hoá bình thường thể sinh vật Có nhiều loại vitamin chúng khác chất hoá học lẫn tác dụng sinh lý Vitamin thúc đẩy qúa trình trao đổi chất thành phần thiếu cấu tạo nhiều loại enzym Do việc nghiên cứu, sản xuất vitamin trở nên cần thiết Vitamin sử dụng chủ yếu ba lĩnh vực: - Y học - Thực phẩm cho người - Thức ăn cho gia súc Các nhà khoa học áp dụng nhiều phương pháp khác công nghệ sản xuất vitamin Bao gồm phương pháp sau: - Chiết rút từ nguồn nguyên liệu thực vật v| động vật - Tổng hợp hóa học - Tổng hợp sinh học Cả ba phương pháp có ưu nhược điểm riêng, với phương pháp cho vitamin riêng Do để sản xuất vitamin từ nguồn nguyên liệu phương pháp khác nhau, người ta thường nhắm vào hiệu phương pháp, giá thành đóng vai trò quan trọng cho việc định phương pháp sản xuất Công nghệ sản xuất vitamin theo phương pháp sinh học tập trung vào số vitamin đặc bao gồm vitamin B12, vitamin B2, hỗn hợp vitamin D2 vitamin nhóm B khác 1.2 Vitamin B12 1.2.1 Giới thiệu chung Thuật ngữ vitamin B12 rộng, dùng để hợp chất có chứa cobalamin phân tử có chứa kim loại Coban Tại hội nghị quốc GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii tế hóa sinh năm 1961, nhà bác học đề nghị gọi tên nhóm vitamin B12 corinoit Hiện người ta biết khoảng 100 loại chất tương tự vitamin B12 số có chất quan trọng thường gặp cyancobalamin (B12), hydroxycobalamin (B12a), nitritocobalamin Hợp chất corinoit bị loại coban gọi corin, acid corinic corin có nhánh bên Dạng tự nhiên hợp chất cobalamin adenosylcobalamin, methylcobalamin hydroxocobalamin Cyanocobalamin, định nghĩa vitamin B12, hợp chất cobalamin bền vững, sản xuất quy mô công nghiệp không tìm thấy tự nhiên Vitamin B12 vitamin quan trọng để chữa bệnh thiếu máu nguy hiểm bệnh viêm dây thần kinh ngoại biên, đồng thời vitamin quan trọng cần bổ sung phần ăn động vật người Bởi tổng hợp vitamin B12 phương pháp hóa học khó khăn tốn nên người ta thường sản xuất vitamin B12 đại trà phương pháp lên men vi sinh vật gián đoạn kết hợp gián đoạn liên tục 1.2.2 Cấu tạo hóa học tính chất vitamin B12 - Tên quốc tế: cyanocobalamin hydroxo-cobanamin - Công thức hóa học: C63H90N14O14PCo - Cấu trúc hóa học vitamin B12 bao gồm phần: + Phần cobamid gồm nhân pyrol hydrogen hóa, nhân nguyên tử coban hóa trị 3; nhân bị nhóm methyl, acetamid propionamid + Phần nucleotid gồm 5,6-dimethylbenzimidazol este hóa acid phosphoric phần nối với qua cầu isopropanol Nguyên tử coban liên kết cộng hóa trị với nitơ nhân pyrol, liên kết phối trí với nitơ nhân pyrol lại nitơ nhân benzimidazol; liên kết ion với acid phosphoric Hóa trị cuối coban liên kết với nhóm chức khác tạo vitamin B12 khác Hai chế phẩm vững GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii bền bảo quản chế phẩm dược dụng cyanocobalamin có công thức cấu tạo hydroxocobalamin thay CN nhóm OH Hình 1: Cấu trúc phân tử vitamin - Vitamin B12 thường dạng kết tinh, có kích thước nhỏ, màu đỏ sẫm, mùi vị - Tan nước, dung dịch trung tính, cồn; không tan eter, acetol, benzen, clorofoc - Chúng bền nhiệt dạng cyamit, tiếp xúc với kim loại nặng dễ hoạt tính, vitamin B12 không bền môi trƣờng pH kiềm - Vitamin B12 có gan phận khác động vật, lại không thấy có mặt tổ chức thực vật bậc cao Có thể nói vitamin B12 có ý nghĩa quan trọng trình trao đổi chất: thiếu không đủ vitamin B12 thể người động vật gây tượng rối loạn trao đổi chất hydratcacbon axit béo Cụ thể: vitamin B12 tham gia vào việc sinh tổng hợp enzym metylmalomye – CoA mutase nhiều enzym quan trọng khác Các enzym tham gia vào phản ứng chuyển metyl trình tổng hợp methionin, cholin, thimin 1.3 Sản xuất vitamin B12 quy mô công nghiệp Khi vitamin B12 sản xuất theo quy mô công nghiệp ta phải quan tâm, kiểm soát đến yếu tố giống vi sinh vật, chất sử dụng, trình GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii phản ứng trình thu nhận, tinh chế sản phẩm Bản chất trình sản xuất theo quy mô công nghiệp sản phẩm trình có định hướng rõ ràng, qui trình sản xuất kiểm soát từ khâu sản xuất giống đến trình lên men cuối trình thu nhận sản phẩm Như trình lên men công nghiệp thực chất thực kiểm soát công việc sau:  Tạo giống nâng cao chất lượng giống  Tính toán, thiết kế, chế tạo thết bị lên men phù hợp với công nghiệp sản phẩm  Thực kĩ thuật lên men  Tách, thu nhận tinh chế sản phẩm Ta cần phải giải hai vấn đề sau: a) Kỹ thuật lên men: nghiên cứu điều kiện tối ƣu trình lên men thiết bị, công nghệ…nhằm đạt hiệu suất cao cho sản phẩm mong muốn b) Kỹ thuật thu hồi sản phẩm sau lên men chế biến thành dạng thương phẩm, nghiên cứu điều kiện trích ly, tinh chế nhằm thu chất có hoạt tính sinh học dạng tinh khiết Nhiều kỹ thuật công nghiệp hóa học như: lọc, kết tủa, ly tâm, kết tinh, hấp phụ, chưng cất, sấy… sử dụng Điều kiện khác cần lưu ý tới chất có hoạt tính sinh học thường không bền vững với điều kiện nhiệt độ, pH yếu tố vật lý khác Điều kiện phương pháp nuôi cấy vi sinh vật có ảnh hưởng đến hình thành thành phần tính chất chất lỏng canh trường Các chế độ sinh tổng hợp cần hướng tới kết thu nhận môi trường có chất tạp chất khác lại tồi thiểu có nồng độ sản phẩm mong muốn cực đại GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii PHẦN II: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT Sản xuất vitamin B12 công nghiệp từ nguyên liệu vi sinh vật rỉ đường hay hèm rượu, dịch whey 2.1 Vi sinh vật 2.1.1 Yêu cầu nguyên liệu Trong công nghệ lên men, giống vi sinh vật đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng đến suất, chất lượng giá thành sản phẩm Như vậy, giống vi sinh vật sử dụng công nghệ lên men vitamin B12 phải thỏa mãn yêu cầu sau:  Giống vi sinh vật phải cho vitamin B12 có chất lượng số lượng cao hẳn sản phẩm phụ khác  Năng suất cao  Phải có khả đồng hóa nguyên liệu rẻ tiền dễ kiếm  Sản phẩm trình phải dễ dàng tách khỏi tạp chất môi trường sinh khối vi sinh vật giống  Vi sinh vật phải khiết  Vi sinh vật phải có tính thích nghi cao, đặc biệt phải thích nghi với điều kiện sản xuất công nghiệp, ổn định nhiệt độ, áp suất thẩm thấu, pH  Giống phải có tốc độ sinh sản phát triển mạnh điều kiện môi trường công nghiệp  Tốc độ trao đổi chất mạnh để nhanh tạo sản phẩm mong muốn  Giống phải ổn định bảo quản điều kiện bảo quản dễ dàng 2.1.2 Vi sinh vật sản xuất vitamin B12 Có nhiều vi sinh vật tham gia trình sinh tổng hợp vitamin B12 Một số quy trình sản xuất vitamin biết đến quy trình sản xuất vitamin từ vi khuẩn Propionicbacterium, từ xạ khuẩn Actinomyces olivacens, vi khuẩn sinh khí metan GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii Một số vi khuẩn có khả sản xuất vitamin: Agrobacterium tumefaciens, Agrobacterium radiobacter, Bacillus megaterium, Clostridium sticklandii, Clostridium tetanomorphum, Clostridium thermoaceticum, Corynebacterium XG, Eubacterium limosum, Methanobacterium arbophilicum, Methanobacterium ivanovii, Methanobacterium Methanobacterium thermoautotrophicum, Propionibacterium freudenreichii, ruminantium, Methanosarcina Propionobacterium barkeri, shermanii, Protaminobacter ruber, Pseudomonas denitrificans, Pseudomonas putida, Rhizobium meliloti, Rhodopseudomonas sphaeroides, Salmonella typhimurium, Spirulina platensis, Streptomyces antibioticus, Streptomyces aureofaciens, Streptomyces griseus, Streptomyces olivaceus , có giống thuộc xạ khuẩn Actinomyces Trước người ta thường sử dụng chủ yếu chủng Streptomyces griseus để sản xuất quy mô công nghiệp ngày người ta chuyển sang sử dụng vi khuẩn Propionibacterium shermanii Pseudomonas denitrificans thay cho vi khuẩn Streptomyces Nguyên nhân vitamin B12 sản phẩm phụ sản phẩm Streptomicin lên men Streptomyces griseus sản phẩm phụ trình sản xuất Clotetracyclin lên men Streptomyces aureofaciens.Lượng vitamin tạo trình thấp (2mg/lít) nên khó chiết tách Việc sản xuất Propionibacterium shermanii hay P freudenreichii cho hiệu suất vitamin cao Tế bào vi khuẩn chứa lượng vitamin khoảng 20 mg/l 2.1.3 Vi khuẩn Propionibacterium - Trực khuẩn Gram dương, không sinh bào tử, không di động Kích thước nhỏ - Trong tự nhiên chúng xếp thành đôi chuỗi ngắn - Hiếu khí tùy ý Phân loại: vi khuẩn Propionibacterium phân loại thành nhóm: - Nhóm vi khuẩn Propionibacterium sống sản phẩm sữa Chúng phát triển môi trường phômai sữa Trên sở tính tương đồng GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii DNA thành phần cấu tạo thành tế bào, nhóm vi khuẩn Propionibacterium sống sản phẩm sữa phân loại thành loài: Propionibacterium freudenreichii, P jensenii, P.theonii, P.acidipropionici, P.coccoides P.cyclohexanicum - Nhóm vi khuẩn propionic sống da Môi trường sống giống Propionibacterium sống da da người.Nhóm vi khuẩn sống da phân loại thành loài: P.acnes, P.avidium, P.granulosum, P.lymphophilums, P.propionicum Propioniferax innocua Nhóm vi khuẩn sống da có dạng que, kị khí - Trái ngược với vi khuẩn propionibacteria sống da, nhóm vi khuẩn Propionibacteria sống sản phẩm sữa không sản sinh indole hóa lỏng gelatin Hơn nữa, hai nhóm phân biệt rõ dựa vào đặc điểm sinh lý học Do đó, hai nhóm vi khuẩn Propionibacterium khác chủ yếu dựa môi trƣờng sống tự nhiên chúng 2.1.4 Đặc điểm vi khuẩn Propionibacterium shermanii Trong chủng giống vi sinh vật tham gia tổng hợp vitamin B12 có giống Propionibacterium shermanii có nhiều ưu điểm để đưa vào sản xuất qui mô công nghiệp Vi khuẩn có số đặc điểm sau: - Lên men acid lactic, glycerol, glucose, fructo, manit, lactose - pH hoạt động 4.5 – 7.5 pH tối ưu cho tổng hợp vitamin B12 5.8 – 7.5 - Nhiệt độ thích hợp cho sản xuất vitamin B12 28 – 300C - Các chất dinh dưỡng cần cho phát triển bao gồm: muối amon, amoniac, CoCl2 Co(NO3)2; kim loại: Cu, Fe, Zn, Mn thường làm giảm trình tổng hợp B12 - Các vitamin làm tăng hiệu suất tổng hợp vitamin B12 bao gồm: tiamin, biotin, acid nicotinic, acid tolic GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii Hình 2: vi khuẩn Propionibacterium shermanii 2.2 Rỉ đường Rỉ đường phế liệu chứa nhiều đường không kết tinh sản xuất đường từ mía củ cải đường Thông thường tỉ lệ rỉ đường sản xuất đường mía chiếm khoảng - 3.5% trọng lường mía Tùy thuộc vào giống mía, điều kiện trồng trọt, công nghệ sản xuất đường,… thành phần rỉ đường dao động sau: oNước: 15-20% o Chất khô: 80-85% o Trong có 60% đường (40% đường saccharose, 20% fructose glucose) 40% chất khô lại chất phi đường (không phải đường) o Trong thành phần phi đường có khoảng 30 - 32% hợp chất hữu - 10% hợp chất vô Trong hợp chất vô gồm có: K2O3 5%, Fe2O3 0,2%, MgO 0,1%, sulfat 1,6%, CaO 1,5%, SiO2 0,5%, P2O5 0,2%, Cloride 0,4% o Trong hợp chất hữu gồm có hợp chất có chứa nitơ không chứa nitơ dạng amin như: acid aspactic, acid glutamic, leucin, isoleucin Nitơ tổng chiếm khỏang 0,3 – 0,5% (ít so với lượng nitơ có rỉ đường củ cải) o Ngoài rỉ đường có số vitamin sau: Bảng Thành phần vitamin rỉ đường (tính theo µg/1g rỉ đường) GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii 2.4 Dịch Whey Sự phát triển sinh vật sản phẩm vitamin B12 từ dịch Whey dường khác với mô hình sản xuất loại cấu trúc khác Sinh vật gần phát triển tối đa trước vitamin B12 tích lũy Trong dịch Whey, lactose làm nguồn cacbon cho vi sinh vật sử dụng để phát triển Trong dịch Whey men chiết có đầy đủ chất dinh dưỡng cho phát triền hình thành vitamin B12 từ vi sinh vật Trên phương diện đó, với nhược điểm dịch Whey nên việc sử dụng để sản xuất vitamin B12 nhỏ rải rác, riêng lẻ, không đủ cung cấp cho trình sản xuất có lợi vitamin B12 Việc sản xuất vitamin B12 từ dịch Whey có ý nghĩa quy mô công nghiệp việc chuyên chở dịch Whey thực gần nơi sản xuất lượng Whey tương đối nhiều để kết hợp sản xuất Chi phí vận chuyển tăng lượng dịch Whey thô chứa khoảng 93,1% nước Chi phí chuyên chở giảm cô đặc dịch thô thành dạng rắn trước chuyên chở Một lý khác dịch Whey sản xuất giá trị sản phẩm tăng trình lên men trình lên men vitamin B12 Ngay trình thải lượng thừa dịch Whey mà không tăng giá sản phẩm sữa, có giá trị giúp giải vấn đề chất thải trình sản xuất phô mai Bảng Thành phần whey protein GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 11 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii PHẦN III: SẢN XUẤT 3.1 Quy trình công nghệ sản xuất vitamin B12 từ vi sinh 3.1.1 Sơ đồ khối 3.1.2 Sơ đồ thiết bị GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 12 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii 3.2 Giải thích giai đoạn 3.2.1 Nhân giống Chuẩn bị: trình nhân giống giúp gia tăng số lượng tế bào vi sinh vật, tích lũy đủ số lượng tế bào cần thiết để cấy giống vào môi trường lên men Cách thực hiện: giống Propionibacterium shermanii cấy môi trường thạch nghiêng với glucose, KH2PO4, (NH4)2PO4, cao ngô nước chiết trái Nuôi vi khuẩn nhiệt độ t0 = 28 – 320C – ngày Sau bảo quản lạnh, cấy truyền tháng lần Nhân giống cho sản xuất thường thực điều kiện kị khí Môi trường nhân giống cho lượng đường môi trường lên men, thành phần khác giống môi trường lên men Trong môi trường,người ta cho thêm muối amon, nước amoniac, CoCl2 Co(NO3)2 Vi khuẩn Propionibacterium shermanii sử dụng chất môi trường để tăng sinh khối Hàm lượng chất môi trường giảm theo thời gian, sinh khối tăng dần Bảng 4: Môi trường nhân giống Glucose 0,5 – % Cao ngô 1–2% Clorua coban Pepton Dầu đậu nành 1,5 – ppm 0,1 % 0,1 – % pH 6,9 - Nhiệt độ tiệt trùng 1210C Thời gian tiệt trùng 30 phút Thiết bị nhân giống: thiết bị nhân giống có dạng hình trụ thép không rỉ, bên có cánh khuấy Xung quanh thiết bị lớp vỏ áo điều nhiệt để ổn định nhiệt độ xung quanh trình nhân giống GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 13 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii Phía nắp thiết bị có cửa với nhiều chức khác nhau: + cửa thông cánh khuấy gắn với motor + cửa nạp giống + cửa vào cho không khí + cửa nạp chất phá bọt + cửa nạp chất điều chỉnh pH Cửa nạp môi trường vào thiết bị tháo canh trường khỏi thiết bị thường bố trí phần đáy Thiết bị có gắn đầu dò pH, nhiệt độ, oxy,… để nhà sản xuất theo dõi giá trị thay đổi trình nhân giống Hệ thống điều nhiệt ( nhân giống erlen) Bình nhân giống trung gian Thiết bị nhân giống Hệ thống lọc tách bụi vi sinh vật Van Bộ phận lọc Bộ phận đo pH Hình 4: thiết bị nhân giống 3.2.2 Chuẩn bị môi trường lên men Thành phần môi trường lên men bao gồm: Nguồn carbon, nguồn nitơ, yếu tố tăng trưởng, muối dinh dưỡng, coban, glycine sodium cyanide - Nguồn carbon carbohydrate (dextrose, maltosse, xylose, syrup bắp, sucrose, mật rỉ), acid hữu acid lactic Chiếm 0.5 – 10% khối lượng môi trường nuôi cấy - Nguồn Nitơ protein đậu nành, yến mạch, bắp, bột mì, dịch chiết nấm men, nước Whey … Khối lượng chiếm – 5% khối lượng môi trường nuôi cấy GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 14 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii - Yếu tố tăng trưởng cho vi sinh vật dịch chiết nấm men, dịch khoai tây, bắp - Muối: ammonium sulfat, magnesium sulfat, potasseum photphate dibasic, potassium photphate monbasic Hợp chất coban: cobalt chloride, sulfate, nitrate Bảng 5: Thành phần môi trường lên men Mật rỉ 4% Glucose 0.5 - 1% CaCO3 0.1% Clorua coban 1.5 - 10 ppm Thêm glycine vào môi trường lên men giúp hàm lượng vitamin B12 tăng lên Trong sản xuất người ta bổ sung thêm 5,6 – dimetylbenzinaldazol làm tăng tổng hợp vitamin B12 Ngoài ra, muối coban thêm vào với nồng độ -5 µg/lít Thiết bị sử dụng thiết bị tiệt trùng liên tục YHC-20 Cấu tạo: thùng chứa môi trường, bơm ly tâm, đun nóng, giữ nhiệt, thu hồi nhiệt, trao đổi nhiệt, hệ thống điều chỉnh tự động thông số GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 15 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii Nguyên tắc hoạt động: trước bắt đầu hoạt động thiết bị, đường ống dẫn phụ tùng YHC trùng nhiệt Hơi nước đưa vào đun nóng theo đường viền van điều chỉnh tiêu hao hơi, sau vào giữ nhiệt, thu hồi nhiệt theo đường viền van giảm áp suất vào thiết bị làm mát Cùng lúc mở van xả nước nhiệt độ đạt lớn 1400C bắt đầu tiệt trùng Khi nhiệt độ áp suất nồi phản ứng đạt trị số ổn định khuấy đảo cấu tử môi trường dinh dưỡng, môi trường lại cho vào thùng chứa để bơm đẩy qua khe đứng nhỏ vào phận đun nóng Thông số công nghệ: - Nhiệt độ: 1210C - Thời gian tiệt trùng: 30 phút - pH = 6.5 – - Tốc độ bơm môi trường: 3.5 m3/s 3.2.3 Lên men Làm tăng hàm lượng vitamin tế bào vi sinh vật Quá trình lên men gồm giai đoạn: + Giai đoạn đầu kị khí + Giai đoạn sau hiếu khí Thời gian cho giai đoạn 72 – 88 Nồng độ vitamin B12 làm tăng nhanh giai đoạn hiếu khí, khoảng 35 – 40 mg vitamin B12 /lít pH môi trường thay đổi Điều chỉnh pH cách thêm dextrose, succrose thêm ammonium hydroxide, potassium photphate dibasic, ure, calcium carbonate pH tối ưu = - 7.5 pH kiềm làm phân hủy sản phẩm cuối ngăn cản trình tạo vitamin B12 pH acid kiềm hãm tốc độ sinh trưởng vi sinh vật, dẫn đến làm giảm hàm lượng vitamin B12 Nhiệt độ tối ưu = 28 – 320C GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 16 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii Vi sinh vật sinh tổng hợp vitamin B12 tế bào Trải qua nhiều giai đoạn khác nhờ tham gia enzyme Quá trình bắt đầu tạo thành porhinin, sau gắn nucleotat thành phần khác vào Coban cấu tạo vitamin B12 gắn vào ba hóa trị thông thường ba hóa trị phụ Chính coban tạo màu đỏ cho vitamin B12 Sự tạo thành porphinin succinat (đây sản phẩm trung gian chu trình Krebs) Dẫn xuất acid succinic succinyl – CoA kết hợp với glycin tạo thành succinic – glycin Từ porphinin tạo thành sở acid amino cetoadipic sinh khử carboxyl thành monopyrol porphobilinogen Coenzyme B12 hợp chất có – dezoxyadenozyl vị trí nguyên tử carbon trung tâm thay cho nhóm xianit Coenzyme corinoid tham gia vào phản ứng methylmalonyl – CoA lên men propionic Dưới tác dụng thông khí, carbinamit-5-dezoxyadenozin chuyển thành 5,6 – dimetyl – benzinmidazol cobanit – – dezoxyadenozin tức phần quan trọng tạo thành vitamin B12 Bên cạnh acid propionic, acid acetic sản xuất điều kiện yếm khí, với tỉ lệ 2:1 Acid propinic hàm lượng thấp ức chế vi sinh vật nhiễm vào môi trường lên men Hàm lượng acid propionic yếu tố hạn chế tăng sinh khối sản xuất vitamin B12 Thiết bị lên men gồm nhiều bình lên men nối tiếp Cấu tạo giống thiết bị nhân giống vi sinh vật GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 17 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii Thông số thiết bị lên men: - Thông khí cách khuấy đảo liên tục - Tốc độ thông khí: 0.5 lít/ phút - Lên men 6-8 ngày - Nhiệt độ lên men: 28 -300 C Sau ta tách sinh khối khỏi canh trường lên men chuẩn bị trình acid hóa thu vitamin B12 GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 18 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii Chất lỏng chứa vitamin B12 tạp chất tiếp xúc với chất hấp phụ divinylbenzene hay styrene copolymer resin nhiệt độ 10 – 300 C, vitamin B12 hấp phụ resin ( 1gram resin hấp phụ 1,5gram vitamin B12) Tiếp theo rửa resin dung dịch đệm (nước, dung dịch cồn có độ cồn thấp 20% hay dung dịch acid yếu) để thu vitamin B12 thu hồi resin để tái sử dụng Chất rửa dung dịch chứa nước có hợp chất chọn lọc từ keton mạch ngắn, ester mạch ngắn, ether mạch ngắn Thu dung dịch rửa Tiến hành cô đặc vitamin B12 Dung dịch rửa cho vào buồng đốt đun sôi để tạo thành hỗn hợp lỏng vào buồng đốt, nước lên phía Dung dịch quay buồng đốt theo ống tuần hoàn Hỗn hợp lỏng – buồng đốt phân ly nhờ yếu tố: chiều cao buồng bốc thay đổi quán tính hỗn hợp vào phận tách bọt Hơi thứ vào thiết bị Baromet làm nguội GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 19 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii Kết tinh: Nước bị bốc làm độ hòa tan vật liệu giảm, dung dịch dần đạt đến trạng thái bão hòa bão hòa Có tạo mầm tinh thể, sau tinh thể vitamin lớn lên theo yêu cầu Một phần dung môi bay Hơi bay theo đường bơm chân không Nhiệt độ dung dịch trạng thái bão hòa giảm đến nhiệt độ sôi tương ứng với áp suất chân không thiết bị Dung dịch đạt bão hòa kết tinh Dung môi bay không nhiệt độ vật lý dung dịch mà tỏa nhiệt kết tinh Kết tinh tiến hành đồng thời bay hút chân không làm lạnh làm trình diễn nhanh hơn, tinh thể hạn chế dính vào bề mặt thiết bị thời gian rửa thiết bị rút ngắn GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 20 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii Tiếp theo ly tâm để chuẩn bị sấy giai đoạn Công đoạn sấy trình cuối tạo sản phẩm vitamin B12 GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 21 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii PHẦN IV: SẢN PHẨM Tinh thể vitamin B12 tạo thành có màu đỏ có chứa kim loại coban, có kích thước khác Sau người ta dùng nguyên liệu để tạo thành sản phẩm dược phẩm chứa vitamin B12 thị trường Bảng 6: Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm Cyanocobalamin 93% khối lượng Độ ẩm ≤ 8% Vi sinh Không có Màu sắc màu đỏ nhạt, bột rời, không kết dính Hình 5: Sản phẩm bột vitamin B12 GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 22 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii PHẦN V: THÀNH TỰU CÔNG NGHỆ Nghiên cứu khám phá bí ẩn cuối trình sinh tổng hợp vitamin B12: nhà nghiên cứu MIT cho thấy enzyme BluB xúc tác tạo thành DMB, đoạn vitamin B12 Kỹ thuật đột biến gen vi sinh vật sản xuất vitamin B12 :Kỹ thuật di truyền đại kỹ thuật tái tổ hợp gen Có hai xu hướng thực tái tổ hợp: - Xu hướng chuyển gen vi sinh vật sang động vật hay thực vật nhằm cải tiến tính trang làm tăng thêm tính trạng mà ta cần cho thể động vật hay thực vật - Xu hướng chuyển gen vi sinh vật khác sang cho vi sinh vật biến tế bào vi sinh vật nhà máy sản xuất chất cần thiết cho người Phương pháp sử dụng thể vi sinh vật thể đơn bào có chu kỳ sinh trưởng ngắn, chúng có trình trao đổi chất mạnh, dễ dùng cho trình nghiên cứu, dễ thu nhận lượng sản lượng lớn sản phẩm thời gian ngắn Nghiên cứu việc ổn định thuốc viên nén vitamin B1 + B6 + B12: Do thuốc vitamin B1 + B6 + B12 ưa chuộng, sử dụng nhiều nên nhu cầu đặt cần cải thiện việc sản xuất thuốc loại để ổn định thuốc, giúp đạt chất lượng suốt thời hạn sử dụng Phương pháp: nghiên cứu cải tiến bào chế vitamin B1+B6+B12 cách dùng tá dược Kollidon CL-M để ổn định thuốc kết hợp với phân tán vitamin B12 trạng thái khô thay hòa tan cồn quy trình sản xuất trước làm Sản xuất vitamin B12 trình lên men Tempeh quy mô công nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 23 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 24 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii TÀI LIỆU THAM KHẢO Taylor & FrancisGroup“ Vitamins In Foods Analysis, Bioavailability, a nd Stability”, , LLC, 2006 Lê Bạch Tuyết‚Các trình công nghệ sản xuất thực phẩ m”, NXB GD, 1996 Nguyễn Đức Lượng‚Công nghệ vi sinh tập 2: Vi sinh vật học công nghiệ p”, Nhà xuất ĐHQG TP.HCM, 2002 Ronald R Eitenmiller and W.O.Landen, Jr, ‚Vitamin analysis for the he alth and the food sciences”, CRC Press LLC, 1999 http://www.doko.vn/luan-van/San-xuat-Vitamin-B12-tu-vi-sinh-vat282847 http://s4.zetaboards.com/BioFood_Tech/topic/8470128/1/ GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 25 [...]... tan trong cồn như một quy trình sản xuất trước đây đã làm 4 Sản xuất vitamin B12 trong quá trình lên men Tempeh trên quy mô công nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 23 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 24 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Taylor & FrancisGroup“ Vitamins In Foods Analysis, Bioavailability,... được rút ngắn GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 20 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii Tiếp theo ly tâm để chuẩn bị sấy ở giai đoạn tiếp theo Công đoạn sấy là quá trình cuối cùng tạo ra sản phẩm vitamin B12 GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 21 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii PHẦN IV: SẢN PHẨM Tinh thể vitamin B12 tạo thành có màu đỏ do có chứa kim loại... diện đó, với nhược điểm của dịch Whey nên vi c sử dụng để sản xuất vitamin B12 thì nhỏ và rải rác, riêng lẻ, không đủ cung cấp cho quá trình sản xuất có lợi của vitamin B12 Vi c sản xuất vitamin B12 từ dịch Whey chỉ có ý nghĩa trên quy mô công nghiệp khi vi c chuyên chở dịch Whey thực hiện gần nơi sản xuất và lượng Whey tương đối nhiều để có thể kết hợp và sản xuất Chi phí vận chuyển tăng vì lượng dịch... VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii PHẦN III: SẢN XUẤT 3.1 Quy trình công nghệ sản xuất vitamin B12 từ vi sinh 3.1.1 Sơ đồ khối 3.1.2 Sơ đồ thiết bị GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 12 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii 3.2 Giải thích các giai đoạn 3.2.1 Nhân giống Chuẩn bị: quá trình nhân giống giúp gia tăng số lượng tế bào vi sinh vật, tích lũy đủ số lượng tế bào cần thiết... nguyên liệu này để tạo thành các sản phẩm dược phẩm chứa vitamin B12 trên thị trường Bảng 6: Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm Cyanocobalamin 93% khối lượng Độ ẩm ≤ 8% Vi sinh Không có Màu sắc màu đỏ nhạt, bột rời, không kết dính Hình 5: Sản phẩm bột vitamin B12 GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 22 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii PHẦN V: THÀNH TỰU CÔNG NGHỆ 1 Nghiên cứu khám phá ra... carbonate pH tối ưu = 7 - 7.5 pH kiềm sẽ làm phân hủy sản phẩm cuối hoặc ngăn cản quá trình tạo vitamin B12 pH acid sẽ kiềm hãm tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật, dẫn đến làm giảm hàm lượng vitamin B12 Nhiệt độ tối ưu = 28 – 320C GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 16 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii Vi sinh vật sinh tổng hợp vitamin B12 trong tế bào Trải qua nhiều giai đoạn khác... có thể sản xuất nếu như giá trị sản phẩm của nó tăng bởi quá trình lên men như quá trình lên men vitamin B12 Ngay cả khi quá trình chỉ thải ra lượng thừa dịch Whey mà không tăng giá sản phẩm sữa, nó sẽ có giá trị vì giúp giải quyết vấn đề chất thải trong quá trình sản xuất phô mai Bảng 3 Thành phần whey protein GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 11 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii. .. cũng được sản xuất trong điều kiện yếm khí, với tỉ lệ 2:1 Acid propinic ở hàm lượng thấp có thể ức chế các vi sinh vật nhiễm vào môi trường lên men Hàm lượng acid propionic là yếu tố hạn chế sự tăng sinh khối và sản xuất vitamin B12 Thiết bị lên men gồm nhiều bình lên men nối tiếp Cấu tạo giống thiết bị nhân giống vi sinh vật GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 17 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium. .. rượu là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất ethanol bằng phương pháp lên men Bảng 2 Thành phần hóa học của hèm rượu: Ứng dụng: hèm rượu là một nguyên liệu để sản xuất vitamin, phân bón, thức ăn gia súc… - Ưu điểm: rẻ tiền , dễ kiếm, tận dụng được nguồn phế liệu GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 10 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii 2.4 Dịch Whey Sự phát triển của sinh vật và sản. .. Propionibacterium Shermanii Thông số thiết bị lên men: - Thông khí bằng cách khuấy đảo liên tục - Tốc độ thông khí: 0.5 lít/ phút - Lên men trong 6-8 ngày - Nhiệt độ lên men: 28 -300 C Sau đó ta tách sinh khối ra khỏi canh trường lên men chuẩn bị quá trình acid hóa thu vitamin B12 GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 18 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii Chất lỏng chứa vitamin B12 và tạp ... cho vi c định phương pháp sản xuất Công nghệ sản xuất vitamin theo phương pháp sinh học tập trung vào số vitamin đặc bao gồm vitamin B12, vitamin B2, hỗn hợp vitamin D2 vitamin nhóm B khác 1.2 Vitamin. .. dàng 2.1.2 Vi sinh vật sản xuất vitamin B12 Có nhiều vi sinh vật tham gia trình sinh tổng hợp vitamin B12 Một số quy trình sản xuất vitamin biết đến quy trình sản xuất vitamin từ vi khuẩn Propionicbacterium,... GVHD: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng 11 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ Propionibacterium Shermanii PHẦN III: SẢN XUẤT 3.1 Quy trình công nghệ sản xuất vitamin B12 từ vi sinh 3.1.1 Sơ đồ khối 3.1.2