ứng dụng của sản xuất lysine trong đời sống và trong nhiều lĩnh vực như trong sản xuất nông nghiệp, sản xuất vacxin, sản xuất probiotic, đặc biệt trong sản xuất sữa sản phẩm chuyên dùng của mọi người... của ngành công nghệ sinh học... thuộc các sản phẩm công nghệ sinh học
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & MÔI TRƯỜNG Công nghệ sản xuất lysine GVHD: Lê Phương Chung MỤC LỤC Page of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN GVHD: Lê Phương Chung DANH MỤC BẢNG BIỂU Page of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN GVHD: Lê Phương Chung DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Động thái sinh tổng hợp lysine Hình 2 Ảnh hưởng nhiệt độ lên men đến sản lượng L – lysine Hình Thiết bị trùng mỏng Hình Thiết bị lọc Hình Hệ thống cột trao đổi ion Hình Hệ thống sắc kí trao đổi ion công nghiệp Hình Máy cô đặc chân không lớp Hình Máy sấy phun tốc độ cao Page of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN GVHD: Lê Phương Chung TÊN CHỦ ĐỀ Tổng quan Cơ thể người động vật cần chất giúp thể tồn tại và hoạt động protein, lipid, glucid Bên cạnh đó có số chất hàm lượng cần bổ sung nhỏ thiếu thể khó hoạt động bình thường và khỏe mạnh vitamin, chất khoáng, acid amin Một acid amin chúng ta thường không quan tâm đến vô quan trọng mà thể người và động vật tự sản xuất được, phải cung cấp trình ăn uống là lysine, chỉ cần bổ sung đầy đủ lysine những acid amin còn lại tăng theo Lysine Cấu trúc tính chất lysine Cấu trúc Lysine là amino acid không thay tổng số 20 amino acid, tìm thấy cấu trúc những phân tử protein tự nhiên tất sinh vật sống Lysine có công thức phân tử C6H14N2O2 , có chứa nhóm (-NH2) và nhóm (-COOH) Trong cấu tạo phân tử lysine có cacbon bất đối xứng nên chúng có hai dạng đồng phân quang học: D-Lysine và L-Lysine Hai đồng phân quang học này có tính chất hóa lý giống nhau, chỉ khác khả làm quay mặt phẳng phân cực ánh sáng, sang phải và sang trái làm tính chất sinh học chúng hoàn toàn khác và thể sinh vật sống chỉ hấp thu lysine dạng L Lysine còn có tên gọi khác là acid α-e-diamoinocaproic và 2,6-diaminohexanoic acid (Vũ Đình Bính, 2010) Hình 1.1 Công thức cấu tạo Page of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN GVHD: Lê Phương Chung Hình 1.1 Các dạng đồng phân hóa học lysyne Hình 1.2 Cấu trúc không gian lysine Tính chất Lysine dễ tan nước, acid và kiềm, khó tan cồn và không tan ether Nó bị phân hủy nhiệt độ 224 – 2250C Lysine tinh thể có màu trắng đục, hình lục giác, có vị chát Page of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN GVHD: Lê Phương Chung Giống những acid amin không thay khác, lysine có thể tham gia phản ứng chuyển amin để tạo thành acid amin khác.Nhưng nó không có khả tự tái sinh, nghĩa là bị phân hủy không có khả tự tổng hợp trở lại Loại acid amin này cần phải cung cấp cho người và động vật dạng thức ăn (Quản Lê Hà, 2011) Lịch sử phát triển Việc sản xuất lysine qui mô lớn với nguyên liệu là thực vật, lên men nhờ vi khuẩn Corynebacterium glutamicum bắt đầuvào năm 1958 Kyowa Hakko Nhật Bản Những công ty khác tham gia việc thương mại và sau đó suốt thập kỉ sản xuất với Corynebacterium glutamicum, công nghệ sinh học chế tạo L – lysine cải thiện không ngừng và tiến kỹ thuật tạo số lượng lớn lysine đáp ứng nhu cầu ngày Sản lượng lysine sản xuất toàn giới tăng không ngừng Năm 1983, sản lượng lysine sản xuất toàn giới là 70000 /năm đến năm 2000 chỉ còn 55000 tấn/năm Nhiều nhà máy sản xuất L – lysine còn xây dựng Mỹ, Tây Ban Nha, nước Cộng hòa Liên Xô (cũ) và Nam Tư (cũ)… (Nguyễn Thùy Châu, 2006) Nhu cầu lysine tại Châu Á Thái Binh Dương tăng 8-10% ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi phát triển mạnh, nhu cầu lysine tại số quốc gia trì trệ giá hàng hóa tăng và cúm gia cầm bùng phát Các nước sử dụng nhiều lysine tại Châu Á Thái Binh Dương là Thái Lan, Hàn Quốc, Việt Nam Đặc biệt là nhu cầu tăng mạnh mẽ tại Việt Nam (A.M.Bezborodov, Nguyễn Văn Uyển và cáccộng sự, 1994) Việc gia tăng nhanh chóng sản lượng L – lysine giới đồng nghĩa với nhu cầu lớn sản phẩm này Vai trò Trong thể, lysine đóng vai trò acid amin không thay khác, ngoài việc góp phần xây dựng tế bào, còn đóng vai trò quan trọng trình chuyển hóa chất Không những chỉ có giá trị sinh học protein mà nó còn thực nhiều chức sinh hóa khác: có tác dụng làm cho enzyme dịch vị tiết ra, đồng thời góp phần vào việc vận chuyển calci tế bào, làm cân nito thể Thiếu lysine, thể người sẽ không hoạt động Page of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN GVHD: Lê Phương Chung bình thường, đặc biệt trẻ em, thiếu lysine sẽ dẫn đến hậu chậm lớn, còi cọc, trí tuệ phát triển Nhu cầu người lớn là 4g/ngày, tương đương với 1,5 kg gạo; kg ngô và 14 kg khoai lang tươi Hệ số đồng hóa protein động vật phụ thuộc vào thành phần lysine có thức ăn Chỉ thêm từ 0,1 đến 0,4% lysine làm giảm tỷ lệ tiêu hao thức ăn cách đáng kể Nhu cầu lysine gia súc, gia cầm cao Trung bình gà và lợn, cần 4,2 đến 4,5% tổng số protein khẩu phần ăn Nếu thiếu lysine, hiệu suất chuyển hóa protein thức ăn thành protein động vật sẽ thấp Ngoài ra, lợn có thể bị giảm khối lượng, lười ăn, da khô, rụng lông Lysine còn ảnh hưởng đến việc tổng hợp hemoglobin Khi khẩu phần ăn thiếu kali lysine tự càng quan trọng nó trở thành cation trì cân ion tế bào bắp thịt Lysine cần thiết để trì trạng thái bình thường hệ thần kinh Không đủ lysine chế độ dinh dưỡng sẽ gây hiên tượng buồn nôn, chóng mặt Khi thiếu lysine, lượng lớn acid hữu không có nhóm ceto sẽ bị bài tiết ngoài nước tiểu (Quản Lê Hà, 2011) Ứng dụng Trong công nghệ thực phẩm Lysine làm cải thiện chất lượng thực phẩm làm cân đối acidamin thực phẩm Nó sử dụng là chất tăng cường dinh dưỡng có thể nâng cao hiệu số sử dụng protein Ngoài có thể sử dụng để làm chất phụ gia Người bình thường ngày cần 1g lysine Tuy nhiên, thể không tự tổng hợp chất này mà phải cung cấp qua thực phẩm (như lòng đỏ trứng, cá, thịt, loại đậu và sữa tươi) bổ sung dạng thuốc Trong khẩu phần ăn người Việt Nam, lượng ngũ cốc chiếm đến 70-80% nên thường bị thiếu lysine, đặc biệt là những người ăn chay (chủ yếu dùng ngũ cốc và lượng nhỏ rau họ đậu), vận động viên, bệnh nhân bỏng, mụn rộp Để cung Page of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN GVHD: Lê Phương Chung cấp đủ vi chất này, cần cân đối lại khẩu phần, ăn đủ thực phẩm trứng, cá, sữa tươi Tuy nhiên, lysine thực phẩm dễ bị phá huỷ trình đun nấu Cung cấp lysine qua thuốc là không cần thiết người bình thường Hơn nữa, việc dùng thuốc phải có chỉ định, hướng dẫn bác sĩ và tuân thủ đúng hướng dẫn đó, loại dược phẩm dùng không đúng có thể gây hại Riêng với lysine, liều lượng cao có thể gây chứng căng bụng và bệnh tiêu chảy Theo chuyên gia dinh dưỡng, cách cung cấp lysine tiện lợi và hiệu là sử dụng loại thực phẩm chế biến sẵn có bổ sung chất này với lượng nhỏ, vừa đủ cho nhu cầu người bình thường, chẳng hạn sữa tươi Ở nước phương Tây, nơi có tốc độ phát triển chiều cao lý tưởng, loại sữa tươi chứa lysine phổ biến Hiện nay, tại Việt Nam bắt đầu xuất những sản phẩm sữa tươi chứa vi chất này Công ty nội địa cung cấp sữa tươi bổ sung lysine là Hanoimilk với nhãn hiệu IZZI Kể từ xuất đầu năm 2003, lượng lớn sữa IZZI chứa lysine thị trường tiêu thụ (Bùi Thanh Mai, 2004) Hình 1.3 Sản phẩm sữa IZZI chứa lysine 10 Trong chăn nuôi Lysine ứng dụng chăn nuôi và đem lại hiệu kinh tế lớn Nếu bổ sung 0,9% lysine vào khẩu phần thức ăn cho gà tăng khối lượng 28,9% Có thể giảm chi phí thức ăn cho lợn tới 18% Trong chăn nuôi sử dụng lysine thô có lợi so với lysine tinh khiết còn chứa vitamin B1, B2, PP (Quản Lê Hà, 2011) Page of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN GVHD: Lê Phương Chung Hình 1.4 Các sản phẩm lysine dùng bổ sung vào thức ăn chăn nuôi 11 Trong Y học, Y dược Lysine thường dùng làm thành phần thuốc chữa bệnh, hồi sức Một số nghiên cứu tìm thấy uống lysine sở thường xuyên có thể giúp ngăn ngừa bùng phát vết loét lạnh và herpes sinh dục Lysine có tác dụng kháng virus cách ngăn chặn hoạt động chép Herpes Simplex Virus (HSV) Lysine giúp thể hấp thụ canxi và làm giảm lượng canxi bị nước tiểu Bởi canxi quan trọng cho sức khỏe xương, nhà nghiên cứu nghĩ lysine có thể giúp ngăn ngừa xương liên quan đến loãng xương Phòng thí nghiệm nghiên cứu cho lysine kết hợp với L-arginine làm cho xương tế bào xây dựng tích cực và tăng cường sản xuất collagen.(http://duocanbinh.vn/) Page 10 of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN GVHD: Lê Phương Chung pH là yếu tố quan trọng ảnh hưởng mạnh mẽ đến trình lên men pH tối ưu cho trình sinh tổng hợp L-Lysine chủng C.glutamicum là từ 7,0-7,6 Trong trình lên men vi sinh vật lại tạo những sản phẩm trao đổi chất có tính acid hay kiềm, khiến pH môi trường không còn thích hợp cho hoạt động sống chúng Vì vậy, việc chủ động điều chỉnh pH môi trường giá trị thích hợp suốt trình lên men là điều cần thiết Bảng 2.8 Ảnh hưởng pH môi trường đến sản lượng L – lysine Kết cho thấy đột biến thể CM24 lên men môi trường có pH = cho sản lượng lysine cao Vì là pH tối ưu cho trình sinh tổng hợp L – lysine 38 Ảnh hưởng độ oxy hòa tan đến khả tổng hợp L – lysine Lên men Lysine là trình lên men hiếu khí, đòi hỏi lượng lớn oxy C.glutamicum có thể chịu oxy cung cấp hạn chế để trình sản xuất L-Lysine thuận lợi cần tránh thiếu khí oxy hoạt động vi sinh vật sẽ tăng cường chuyển hóa tạo phụ phẩm làm giảm tinh khiết và hiệu suất chuyển đổi Trong điều kiện thiếu oxy, pryruvat sẽ chuyển hóa thành sản pẩm phụ acetat, lactate, L-alanine Việc cung cấp oxy thực và sục khí hai cách: sục khí và khuấy đảo Trong điều kiện lên men hiếu khí, cánh khuấy làm tăng khả hòa tan oxy Tùy theo quy mô lên men và giống vi sinh vật sử dụng mà tốc độ khí và khuấy đảo sẽ khác Ngoài lượng oxy cao làm cho thùng fermenter có nhiều bọt dung dịch (Trần Thị Minh Tâm, 2009) trường hợp đó cần bổ sung chất phá bọt Page 29 of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN GVHD: Lê Phương Chung Bảng 2.9 Ảnh hưởng độ oxy hòa tan đến khả tổng hợp L – lysine Kết cho thấy điều khiển oxy hòa tan suốt trình lên men là 100%, sản lượng lysine đạt 32,2g/l Khi độ oxy hòa tan thay đổi trình lên men, giảm từ 100% từ thứ 12 đến thứ 24 xuống 90% thời gian còn lại trình lên men, sản lượng L – lysinegiảm cuống còn 28,2g/l Như vậy, có thể nói đột biến thể CM24 là chủng hiếu khí cao, cần oxi cho trình sinh tổng hợp L – lysine 39 Quy trình 40 Khử trùng thiết bị môi trường lên men Trước khử trùng, nồi lên men, ống dẫn khí, dẫn làm sạch sau đó đậy kín nắp, dẫn trực tiếp nóng vào nồi lên men Hơi dẫn vào nồi lên men phải đảm bảo sạch và trì áp suất là atm, đó luồng vào nồi lên men đạt 1,5 atm Khi đồng hồ đo nồi lên men đạtmức 1,5 atm bắt đầu tính giờ.Về phần khử trùng môi trường sử dụng thiết bị trùng mỏng Page 30 of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN GVHD: Lê Phương Chung Hình 2.3 Thiết bị trùng mỏng Bộ phận thiết bị này là hình chữ nhật có độ dày mỏng làm từ thép không gỉ.Mỗi sẽ có lỗ góc và hệ thống đường rãnh khắp bề mặt để tạo chảy rối, tăng diện tích truyền nhiệt.Khi ghép mỏng lại với khung thiết bị sẽ hình thành đường dẫn vào và môi trường cần trùng.Thực hiên khử trùng mồi trường và thiết bị vòng 1h (Phạm Văn Bôn, 1992) 41 Giai đoạn nhân giống Giai đoạn bình tam giác 500ml Trong bình tam giác chứa 150ml môi trường và bổ sung 10% giống Nuôi cấy thiết bị lắc (vậntốc 200v/ phút) 24h, giữ nhiệt độ 30oC, pH=7 Giai đoạn nhân giống hệ thống lên men cỡ nhỏ dung tích 150 lít kéo dài 24h Thiết bị có trang bị cánh khuấy và hệ thống sục khí oxy.Lượng oxy cung cấplà 100% chủng này khả hiếu khí cao.Vẫn giữ nhiệt độ 30oC và pH=7 42 Giai đoạn lên men Page 31 of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN GVHD: Lê Phương Chung Bản chất là nuôi cấy vi sinh vật để thu nhận sản phẩm trao đổi chất Lysine là sản phẩm trao đổi chất bậc Quá trình lên men trải qua hai pha điển hình: - Pha tạo thành sinh khối: tạo thành sinh khối diễn mạnh mẽ từ 12-18h đầu sau lên men Quá trình này vi sinh vật sử dụng hết 25% nguồn Carbon môi - trường và toàn nguồn Nitơ Pha tạo thành lysine: tốc độ tạo sinh khối chậm lại Lúc này lysine tích tụ dịch lên men ngày càng tăng dần Tốc độ tổng hợp trung bình là 0,8-1g/l.h Khi bắt đầu tổng hợp lysine nguồn threonine môi trường sử dụng gần hết Các điều kiện lên men: Tiến hành lên men nồi lên men có thể tích 1500l/ mẻ 72h.Luôn trì mức nhiệt độ 280C và giá trị pH đạt Cần theo dõi chặt chẽ trình lên men Thiết kế hệ thống làm lạnh dạng đường ống bao quanh nồi lên men phản ứng lên men xảy kèm với nhiệt độ nồi phản ứng tăng, đường ống nào sẽ giúp làm nguội và trì mức nhiệt độ.Trong trình lên men sinh lysine giá trị pH không biến động nhiều lysine sinh có tính kiềm nhẹ Theo khảo sát phòng thí nghiệm lên men sinh lysine sẽ tương đối cao hỗ trợ máy lắc 200v/ phút Vì sản xuất quy mô công nghiệp cần có hệ thống sục khí và khuẩy đảo nhờ cánh khuấy liên tục để tạo điều kiện thuận lợi cho chủng này phát triển, dẫn đến việc sinh lysine hiệu (Trần Thị Minh Tâm,2009) 43 Tách thu sản phẩm Có loại sản phẩm: loại dùng chăn nuôi và loại lysine tinh khiết: - Lysine đặc Lysine bột Lysine thô có chất độn Lysine tinh khiết 44 Sản phẩm lysine đặc Page 32 of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN GVHD: Lê Phương Chung Cần cô đặc dịch lên men có tế bào đến nồng độ 5- 6% Sau đó sấy phun không khí nóng 1300C Sản phẩm này có thành phần: 15 – 20% lysine, 15 – 17% protein, 14% acidamin khác, 24 – 25% chất tro Sản phẩm dễ hút ẩm 45 Sản phẩm lysine bột Để có loại sản phẩm này cần cô đặc đến 40 – 70% Điều kiện cô đặc chân không 0,8kG/cm2 Sản phẩm màu đen, có mùi thơm đặc trưng, bảo quản – tháng Thành phần: Lysine 15 – 20%, protein 22 – 25%, hydratcacbon – 2%, đạm amin 2,1 – 2,4% 46 Sản phẩm lysine thô có chất độn Sản phẩm loại này có sử dụng phụ gia là cám mì cám gạo với mục đích làm giảm hao hụt trình sấy và giảm tính hút ẩm sản phẩm.Sau cô đặc đến 40% trộn thêm chất phụ gia để độ ẩm đạt 30%, tạo hạt rồi sấy.Sấy không khí nóng nhiệt độ 110 – 1200C.Nhiệt độ không khí là 75 - 850C.Các hạt có nhiệt độ 70 – 800C.Sau sấy, làm nguội đến 400C phút.Sau đó nghiền để tạo sản phẩm.Hàm lượng lysine sản phẩm này đạt – 10% (Quản Lê Hà, 2011) 47 Sản phẩm lysine tinh khiết 47.1.1.1.1 Acid hóa dịch lên men Dùng HCl acid hoá dung dịch lên men và gia nhiệt dịch nuôi cấy lên 80oC trước đem lọc để giảm độ nhớt dung dịch Việc giảm độ nhớt dung dịch có ý nghĩa lớn đó là giúp cho trình lọc diễn nhanh chóng và dễ dàng Có thể lọc sơ trước để thuận tiện trình siêu lọc 47.1.1.1.2 Lọc Để sử dụng cho mục đích cao bổ sung thức ăn, sữa, thực phẩm chức năng… cần thực bước tinh chế Đầu tiên là là tách sinh khối khỏi dịch nuôi cấy.Sử dụng thiết bị siêu lọc để tách bỏ sinh khối và số chất có khối lượng phân tử lớn, chuẩn bị cho trình trao đổi ion để tăng độ tinh khiết cho sản phẩm Page 33 of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN GVHD: Lê Phương Chung Hình 2.4 Thiết bị lọc 47.1.1.1.3 Sắc kí trao đổi ion Sắc ký là phương pháp dùng cột trao đổi ion để phân tách thành phần khác dung dịch (sắc ký lỏng).Mỗi thành phần cấu trúc khác sẽ có độ tích điện khác nhau.Do lực hút tĩnh điện với cột trao đổi ion tích điện trái dấu sẽ khác Sự khác biệt này sử dụng để thành phần này sau gắn kết với cột phóng thích dần loại theo thời gian Các thành phần sau phân tách phóng thích phần theo thời gian sẽ máy phát - định lượng bước sóng đơn sắc thích hợp tạo thành biểu đồ ghi nhận theo thời gian thực Dùng phương pháp này có thể thu đến gần 99% lysine sau rửa giải Page 34 of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN GVHD: Lê Phương Chung Hình 2.5 Hệ thống cột trao đổi ion Hệ thống gồm cột trao đổi ion, làm từ vật liệu polymer: cột trao đổi anion, cột trao đổi cation và hệ thống đường ống dẫn dòng dung dịch vào, dòng hoàn lưu, dòng dẫn dung dịch rửa giải… Hình 2.6 Hệ thống sắc kí trao đổi ion công nghiệp Page 35 of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN GVHD: Lê Phương Chung Nguyên lý hoạt động: - Dòng dung dịch chứa lysine sau qua trình siêu lọc vào cột trao đổi anion - Các anion sẽ bị giữ lại Dòng dung dịch loại anion tiếp tục qua cột trao đổi cation Tại cation - và lysine bị giữ lại Phần còn lại dung dịch theo đường ống dẫn ngoài Tiến hành rửa giải để tách lysine khỏi cột.Các chất này làm yếu lực liên kết - lysine cột.Một số chất thường dùng là NH4OH, (NH4)2CO3, KOH Sau trình trao đổi ion cần phải tái sinh cột cách ngâm cột dung dịch thích hợp Một số lưu ý: - Thời gian rửa giải là 15 phút, tối ưu là 30-45 phút Lượng lysine thu nước rửa giải là 500-775g/l pH dung dịch rửa giải là 11 Khi lượng lysine bão hòa cột, ta tiến hành rửa giải cột và hồi lưu dòng dung dịch để thu nhận lysine cách triệt để Dịch lysine sau rửa giải đun nóng để đuổi NH3 47.1.1.1.4 Cô đặc chân không Mục đích bước cô đặc chân không là nâng cao nồng độ chất khô sản phẩm cách làm bay nước Áp suất buồng bay nước thấp nhờ có bơm chân không Nhiệt độ khoảng 60oC nên làm ảnh hưởng đến sản phẩm Quá trình này làm giảm đáng kể lượng nước để thuận lợi cho bước sấy phun Page 36 of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN GVHD: Lê Phương Chung Hình 2.7 Máy cô đặc chân không lớp Thiết bị hoạt động sau: - Dung dịch chứa lysine đưa vào thiết bị qua cửa nạp liệu Đóng chặt cửa Mở van cấp nhiệt cho thiết bị.Dưới tác dụng nước bão hòa, hỗn hợp dịch - làm nóng dần Khi dung dịch đạt 60-65oC, dẫn dịch vào buồng bốc nước Tại buồng bốc nước, bơm chân không hoạt động, hút ẩm ngoài tạo môi - trường chân không cho thiết bị Khi áp suất buồng làm việc đạt 720 mmHg điều chỉnh van để đạt thông số ổn định Lúc này dung dịch buồng sôi, ẩm tạo bơm chân - không hút liên tục ngoài Nồng độ chất tan dung dịch tăng dần, tiếp tục trình đạt nồng - độ yêu cầu Sản phẩm đua ngoài theo cửa tháo liệu Quá trình cô đặc thực khoảng 2-3h, nồng độ lysine sau cô đặc đạt 3050% 47.1.1.1.5 Sấy phun Để dễ dàng bổ sung vào dạng sản phẩm khác nhau, thực trình sấy phun để thu dạng bột mịn Ngoài ra, hạ thấp độ ẩm (5-6%) dễ dàng việc bảo quản Page 37 of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN GVHD: Lê Phương Chung Thời gian sấy nhanh nên nhiệt độ không tăng cao, đó không làm tính chất lysine Hình 2.8 Máy sấy phun tốc độ cao Nguyên lý hoạt động: - Bơm cao áp đưa nguyên liệu vào đầu phun, dòng nguyên liệu nào phun vào - buồng sấy.Đồng thời khí nóng đưa vào buồng sấy Bột ngoài đáy buồng sấy và thổi không khí lạnh tách ẩm để tránh - tượng vón cục Lưu ý: Nhiệt độ sấy 130o nên thời gian sấy chỉ 10s là thu sản phẩm đạt yêu cầu độ ẩm thấp và không ảnh hưởng đến tính chất (Võ Văn Bang, 2000) 48 Đề xuất Page 38 of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN GVHD: Lê Phương Chung - Lysine là acidamin không thay quan trọng, việc thiếu hụt lysine khẩu phần ăn gây ảnh hưởng tiêu cực sức khỏe người vật nuôi Tuy là quan trọng những tại Việt Nam chưa thể sản xuất lysine theo quy mô công nghiệp Acid glutamic là acidamin sản xuất quy mô công nghiệp nước ta Trước tình hình nhu cầu lysine ngày càng tăng cao, cần phải có những nghiên cứu sâu vấn đề tối ưu hóa quy trình công nghệ để nâng cao quy mô sản xuất,hoàn thiện nữa quy trình sản xuất L-lysine tiến tới sản xuất thử làm tiền đề - triển khai xây dựng nhà máy sản xuất L-lysine với chất lượng cao và giá thành hạ Một vấn đề nữa, cần có thêm nhiều nghiên cứu nữa việc ứng dụng kỹ thuật di truyền đại việc tạo giống sản xuất và ứng dụng những chủng này - sản xuất công nghiệp những chủng này có tiềm lớn Sản xuất lysine thường theo phương pháp lên men theo mẻ, suất thấp hơn, nên nghiên cứu sử dụng lên men liên tục cho suất và sản lượng lysine cao phải kiểm soát lượng vi sinh vật nhiễm và thông số công nghệ Page 39 of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN GVHD: Lê Phương Chung TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Thùy Châu, Nghiên cứu áp dụng công nghệ vi sinh đại để sản xuất chế phẩm acidamin và enzyme từ nguồn thứ phẩm nông nghiệp và hải sản quy mô bán công nghiệp, đề tài KHCN cấp nhà nước, Hà Nội 2006 Quản Lê Hà, Nguyễn Thị Hiền, Công nghệ sản xuất acidamin và ứng dụng, Nhà xuất giáo dục Việt Nam, 2011 Vũ Đình Bính, Phương pháp tổng hợp và nuôi cấy lysine, trường CĐ Kỹ thuật Công nghệ Đồng Nai, 2010 A.M Bezborodov, Nguyễn Văn Uyển và cộng sự, Công nghệ sinh học và số ứng dụng tại Việt Nam, Nhà xuất Nông nghiệp 1994) 49 5.Bùi Thanh Mai, Lysine – vi chất quan trọng dễ bị thiếu hụt, vietbao.vn, 2004 50 Nguyễn Lân Dũng và Nguyễn Đình Quyến Phạm Văn Ty, Vi Sinh Vật Học, NXB Giáo Dục, 2003 51 Phương pháp tổng hợp và nôi cấy lysine: Vũ Đình Bính, trường CĐ Kỹ Thuật Công Nghệ Đồng Nai, năm 2010 52 Nguyễn Đức Vịnh, Nguyễn Thị Hằng, Quy trình sản xuất lysine, trường đại học Nông Lâm Thái Nguyên, năm 2014 53 Lê Đan Huy, Công nghệ sản xuất lysine, Đại học quốc gia Tp HCM, năm 2013 54 Lê Minh Sơn, Khảo sát thủy phân protein từ đậu nành tác dụng enzyme protease nấm mốc aspergillusoryzae, Đại học Cần Thơ, 2009 55 Lê Thị Thùy Trang, Tìm hiểu mật rỉ phụ phẩm công nghệ sản xuất đường, Đại học công nghiệp Tp Hồ Chí Minh, 2011 56 Trần Thị Minh Tâm, Nguyễn Thúy Hương, Tối ưu trình lên men thu nhận amino acid l-lysine từ vi khuẩn Corynebacteriumglutamicum VTCC-B-656, Tạp chí Khoa học ĐHQG Hà Nội, 2009 57 Lê Văn Việt Mẫn, Công nghệ lên men lysine, trường ĐHQG Tp Hồ Chí Minh 58 Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh, Quá trình và thiết bị (tập 3), NXB ĐH Quốc gia HCM, 2000 59 Phạm Văn Bôn, Nguyễn Đình Thọ, Quá trình và thiết bị truyền nhiệt, NXB ĐH Quốc gia HCM, 1992 TRẢ LỜI THẮC MẮC Page 40 of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN GVHD: Lê Phương Chung Câu 1:Phương pháp xác định hàm lượng lysine? Hàm lượng lysine thường xác định phương pháp quang phổ: Đo mật độ quang dung dịch màu tạo nên kết hợp giữa lysine và thuốc thử, tìm mối quan hệ giữa mật độ quang và nồng độ lysine, từ đó có thể suy hàm lượng lysine dung dịch mẫu cần xác định Chuẩn bị dịch nghiên cứu: Dịch lên men sau ly tâm tốc độ 5000 vòng/ phút vòng 10 phút để loại bỏ xác tế bào Hút 0,3ml dịch lên men ly tâm vào ống nghiệm sạch, bổ sung 0,2ml HCl 3N và 0,5ml dung dịch nihydrin methoxyl ethanol Hỗn hợp mẫu đun sôi cách thủy 1000C 60 phút, sau đó làm lạnh tới nhiệt độ phòng, bổ sung 3ml H3PO4 đậm đặc, lắc Tiến hành làm mẫu đối chứng: làm mẫu đối chứng có đầy đủ thành phần chỉ thay dịch lên men nước cất Tiến hành đo độ hấp thụ màu bước sóng 515 nm Kết đo độ hấp thụ dựa vào đường cong chuẩn xây dựng với L- lysin chuẩn nồng độ khác nhau, từ đó xác định hàm lượng lysin Câu 2: Vi sinh vật sản xuất lysine cho mục đích gì? C glutamicum dùng để sản xuất lysine acid glutamic, ta dùng phương pháp điều chỉnh để chủng vi sinh vật chỉ sản xuất lysine? C.glutamicum có khả tổng hợp lysine gen chúng có chứa gen qui định cho tổng hợp lysine Lysine tổng hợp sẽ tham gia vào cấu trúc protein, cấu tạo tế bào Muốn định hướng C glutamicum sản xuất lysine, ta thay đổi nồng độ vitamin H (Biotin) nó ảnh hưởng đến tính thấm màng tế bào Khi lượng này cao sẽ cho acid amin có tính kiềm lysine từ nội bào ngoài tế bào Khi lượng này thấp sẽ làm cho acid amin có tính acid glutamic tiết ngoài Câu 3: Tạp nhiễm cách xử lý tạp nhiễm Bởi C glutamicum nuôi cấy pH khoảng 7, nhiệt độ ôn hòa, tạp nhiễm chẳng hạn nhiễm Bacillu sp là mối đe dọa cho trình sản xuất, chúng có mặt giống, môi trường khử trùng chuẩn bị lên men, môi trường khử trùng dự trữ Bacillus sp tạp nhiễm thường phát triển với tốc độ cao C glutamicum và thường lấn át chủng sản xuất, ảnh hưởng đến suất Sự tạp nhiễm phage Page 41 of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN GVHD: Lê Phương Chung là vấn đề đáng lo lắng công nghiệp lên men lysine C glutamicum nhạy cảm với phage Khi bị nhiễm toàn dịch lên men sẽ bị xả bỏ, gây thiệt hại lớn kinh tế Đặc biệt bị nhiễm Bacillu sp trình loại bỏ khó khăn nữa là vi khuẩn sinh bào tử không tiêu diệt hết bào tử, môi trường lần lên men sau có thể bị nhiễm lại - Theo dõi thông số mật độ, hàm lượng lysine… thường xuyên suốt trình lên men để phát tạp nhiễm, bị tạp nhiễm dừng trình lên men - Kỹ thuật khử trùng, trang bị máy móc dụng cụ, chất lượng mối hàn, thiết kế đường ống dẫn, thiết kế bình phản ứng, vận hành và trì môi trường nuôi cấy vô trùng là quan trọng Có nhiều vi sinh vật rỉ đường mía Có thể phân thành loại: vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, đó nguy hiểm là vi khuẩn Vì vậy, ta phải phân loại loại rỉ đường theo số lượng vi sinh vật và từ đó có biện pháp xử lý thích hợp Trong sản xuất, người ta hay dùng fluosilicat natri 2(0/000) so với trọng lượng mật rỉ để bảo quản Trong trình khử trùng môi trường, van và khóa bồn phải đóng, không để môi trường trào khỏi bình lên men, dễ gây tạp nhiễm - Xác định nguyên nhân nhiễm, giống sản xuất bị nhiễm, môi trường bị nhiễm hay nhiễm từ bên ngoài vào để khắc phục Ta lấy dịch nhân giống cấp 2, cấp trước tiếp giống và dịch lên men sau tiếp giống cấy môi trường nuôi cấy để phát tạp khuẩn Nếu môi trường dinh dưỡng nuôi cấy tạp khuẩn, dịch cấy thấy xuất khuẩn lạc chứng tỏ bị nhiễm và ta có thể xác định bị nhiễm khâu nào cách này Câu 4: Kích thước lỗ lọc tách sinh khối Gia nhiệt sấy có làm ảnh hưởng đến sản phẩm hay không? Page 42 of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN GVHD: Lê Phương Chung Với kích thước lỗ lọc 0,1-0,001µm, màng lọc UF (ultra filtration- siêu lọc) có thể lọc sạch tạp chất có kích thước nhỏ vi khuẩn, loại bỏ dầu, mỡ, hydroxit kim loại, chất keo, nhũ tương, chất rắn lơ lửng,và hầu hết phân tử lớn khoảng từ 1000-100000 Da Các phân tử có kích thước lớn loại tạp chất, virus, vi khuẩn sẽ bị giữ lại và thải xả ngoài Như chỉ còn lysine và ion hòa tan dịch lên men Lưu ý trước thực trình siêu lọc cần trải qua bước lọc sơ để tách hầu hết sinh khối vi khuẩn sẽ thuận lợi cho siêu lọc Vì lysine bị phân hủy 224-225oC nên bước acid hóa và gia nhiệt 800C để làm giảm độ nhớt không làm ảnh hưởng đến chất lượng lysine Câu 5: Thông thường, người ta tiến hành tuyển chọn chủng định danh sinh học phân tử lại định danh tuyển chọn ? Chủng Corynebacterium xác định trước đó là chủng có khả sinh lysine cao nên mục tiêu chúng ta là cần phải phân lập chủng đó rồi gây đột biến để tuyển chọn thể đột biến Một lý nữa đó là việc đột biến tốn và nhiều thời gian, chúng ta định danh trước sẽ loại bỏ chủng không có khả sinh lysine hay sinh lysine, giữ lại những chủng sinh lysine mạnh sẽ thuận lợi cho việc đột biến Page 43 of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN [...]... hiện lysine Sản phẩm ít tạp chất Phương pháp lên Nhờ khả năng men tổng hợp thừa của một số vi sinh vật, nuôi cấy thu nhận lysine Thu lysine dạng L Nguyên liệu sản xuất rẻ tiền Năng xuất cao do phản ứng đặc hiệu Không gây ô nhiễm môi trường, và có thể dùng nguyên liệu phế thải từ nhà máy Phương pháp kết Kết hợp giữa con hợp hóa học và đường hóa học và sinh học sinh học - Con đường hóa học. .. (theo khóa phân loại Bergey) và khảo sát khả năng sinh lysine của chúng Kết quả ta thu được 200 chủng Corynebacterium có khả năng sinh lysine Khảo sát khả năng sinh tổng hợp L – lysine của 200 chủng Corynebacterium có khả năng sinh lysine phân lập được trên môi trường thích hợp D2 Ta thu được kết quả sau: Bảng 2.1 Khả năng sinh tổng hợp L – lysine của 200 chủng Corynebacterium Kết quả ở bảng 2.1... alanine sẽ thay thế lysine (Lê Văn Việt Mẫn) 35 Động thái sinh tổng hợp lysine Hình 2.1 Động thái sinh tổng hợp lysine Từ kết quả ở đồ thị ta thấy, sinh khối phát triển cực đại ở 24h, pha cân bằng bắt đầu từ 24 – 78h Hàm lượng lysine tăng mạnh từ 18 – 72h Hàm lượng lysine cao nhất đạt 30g/l 36 Ảnh hưởng của nhiệt độ Page 27 of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN... ứng sinh hóa, sinh lý với 8 chủng vi khuẩn trên, kết quả như sau: Page 21 of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN GVHD: Lê Phương Chung Bảng 2.3 Đặc điểm sinh hóa, sinh lý của các chủng phân lập được Từ bảng trên, ta thấy cả 8 chủng đều có một số đặc tính sinh lý sinh hóa của C glutamicum C Glutamicum 3600 có sản lượng lysine. .. trình lên men sinh lysine thì giá trị pH không biến động nhiều do lysine sinh ra có tính kiềm nhẹ Theo khảo sát ở phòng thí nghiệm thì lên men sinh lysine sẽ tương đối cao nếu hỗ trợ máy lắc 200v/ phút Vì vậy khi sản xuất quy mô công nghiệp cần có hệ thống sục khí và khuẩy đảo nhờ các cánh khuấy liên tục để tạo điều kiện thuận lợi cho chủng này phát triển, dẫn đến việc sinh lysine hiệu quả... loại lysine tinh khiết: - Lysine đặc Lysine bột Lysine thô có chất độn Lysine tinh khiết 44 Sản phẩm lysine đặc Page 32 of 43 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤM ĂN GVHD: Lê Phương Chung Cần cô đặc dịch lên men có cả tế bào đến nồng độ 5- 6% Sau đó sấy phun bằng không khí nóng 1300C Sản phẩm này có thành phần: 15 – 20% lysine, ... hóa học và sinh học Bằng con đường hóa học, thu nhận hợp chất dạng L-Keto và các tiền chất của acid amin Sau đó sử dụng vi sinh vật để chuyển hóa những chất này thành acid amin Nhìn chung, phương pháp dùng vi sinh vật để chuyển các chất tiền thân của acid amin thành acid amin tương ứng là một phương pháp có nhiều triển vọng và thường được sử dụng trong sản xuất lysine Cơ sở khoa học của... pháp tổng hợp bằng công nghệ vi sinh vật Người ta lợi dụng khả năng sinh tổng hợp thừa một số loại acid amin của một số vi sinh vật, vì vậy mà người ta tiến hành nuôi cấy vi sinh vật để thu nhận các acid amin Ưu điểm: - Phương pháp này cho phép ta thu nhận acid amin dạng L Nguyên liệu để sản xuất rẻ, dễ kiếm Tốc độ trao đổi chất, tốc độ sinh sản và phát triển mạnh của vi sinh vật có năng suất... Corynebacterium Kết quả ở bảng 2.1 cho thấy, từ 200 chủng Corynebacterium có 160 chủng có khả năng sinh tổng hợp L – lysine ở mức 1 – 2g/l, 16 chủng có khả năng sinh tổng hợp L – lysine ở mức 3 – 9g/l, 16 chủng có khả năng sinh tổng hợp L – lysine ở mức 10 - 12g/l, 8 chủng có khả năng tổng hợp L – lysine ở mức cao nhất là từ 13 – 15g/l trong đó có 2 chủng đạt mức 15g/l Để định loại các chủng... nguyên thủy sinh acid glutamic, chịu được ở nồng độ đường lớn tới 20% hoặc cao hơn và đặc biệt là cần một số acidamin cho sinh trưởng, cũng như sinh tổng hợp L -lysine (Nguyễn Thùy Châu, 2006) Chủng vi khuẩn Corynebacterium glutamicum thường được chọn vì: - Sống được trên môi trường có hàm lượng methionine cao và threonine thấp Tương đối dễ nuôi và áp dụng vào công nghệ lên men ở quy mô công nghiệp