Sản xuất acid citric

Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Mục lục Nhóm 15 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Lời mở đầu Công nghệ sinh vật có tác dụng to lớn đến dời sống người Với tác tính ưu việt tạo hoạt chất nồi lên men với thời gian ngắn mà không phụ thuộc vào thời vụ, đất đai, thời tiết trồng; tạo sản phẩm có chất lượng cao với giá trị rẻ Vì xu hướng sản xuất acid citric hữu phương pháp vi sinh vật thay phương pháp hóa học Acid hữu sử dụng rộng rãi công nghiệp, thực phẩm công nghệ đồ uống đặc tính: độ hòa tan cao, háo nước, khả trì PH, khả liên kết với ion hóa trị cao Về mặt sản lượng: acid citric acid acetic chiếm khoảng ¾ tổng số acid hữu sử dụng công nghệ thực phẩm Do chúng em xin giới thiệu” sản xuất acid citric theo đường lên men chìm sử dụng Aspergillus niger chất rỉ đường” với nội dung sau:    Vật liệu đối tượng Quy trình công nghệ sản xuất acid citric Xu hướng sản xuất acid citric tương lai I Nhóm 15 Tổng quan Sản xuất acid citric I.1 GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Giới thiệu Acid citric acid hữu phổ biến thực vật Nó có nhiều nước chanh (6%), cam, quýt, dứa, dâu tây…Acid citric dùng nhiều công nghiệp thực phẩm, nước giải khát, bánh kẹo, đồ hộp, y được, dệt, nhuộm… Acid citric axít hữu thuộc loại yếu thường tìm thấy loại trái thuộc họ cam quít Nó chất bảo quản thực phẩm tự nhiên thường thêm vào thức ăn đồ uống để làm vị chua Ở lĩnh vực hóa sinh axít citric đóng vai trò trung gian vô quan trọng trình trao đổi chất xảy vật thể sống Hình 1: Một số loại trái chứa acid citric Ngoài axít citric đóng vai trò chất tẩy rửa, an toàn môi trường đồng thời tác nhân chống oxy hóa Axít citric có mặt nhiều loại trái Nhóm 15 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang rau trái chanh hàm lượng tìm thấy nhiều nhất, theo ước tính axít citric chiếm khoảng 8% khối lượng khô trái chanh I.1.1 − Lịch sử tìm Vào kỷ thứ 8, nhà giả kim thuật JabirIbn Hayyan, người Iran phát acicd citric − Năm 1784, acid citric kết tinh Scheel( người Thủy Sĩ) Do kết tủa citrate canxi − − bổ xung hydroxit canxi vào nước chanh Năm 1893 C.wehmer phát nấm mốc tạo nên acid citric từ đường Năm 1917 James Currie( Mỹ ) phát nấm mốc hình sợi sản xuất acid citric hiệu − Trước 1920 acid citric sản xuất chủ yếu Sicily công ty Arenella( Palermo) − độc quyền sản xuất Năm 1923, New York, acid citric sản xuất từ vi sinh vật theo phương pháp lên men bề mặt − Năm 1930, phương pháp lên men chìm sử dụng để sản xuất acid citric − Hiện hai phương pháp lên men chìm lên men bề mặt sử dụng để sản xuất acid ctric  Công nghệ lên men chìm lựa chọn công ty sản xuất acid citric lớn giới: Bayer.ADM Jungbunzlauer Cargill  Công nghệ lên men bề mặt sử dụng công ty: Citrique Belge( Bỉ ) Ceresrar ( Italya ) I.1.2 Acid citric Nhóm 15   Công thức phân tử: C6H8O7 Công thức cấu tạo:  Cấu hình không gian Sản xuất acid citric        GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Tên theo IUPAC: 2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylic acid Tên thông thường: axit chanh Khối lượng riêng: 1665 kg/m3 Nhiệt độ nóng chảy: 1530C(307.40F; 426K) Nhiệt độ sôi: 1750C (phân hủy) Khối lượng phân tử: 192.13 g/mol Có dạng: tinh thể màu trắng pKa + pKa1= 3.15 + pKa2= 4.77 + pKa3= 6.4 I.1.3 Tính chất Tính axít axit citric ảnh hưởng nhóm carboxyl -COOH, nhóm carboxyl cho proton để tạo thành ion citrat Các muối citrat dùng làm dung dịch đệm tốt để hạn chế thay đổi pH dung dịch axít Các ion citrat kết hợp với ion kim loại để tạo thành muối, phổ biến muối canxi citrat dùng làm chất bảo quản giữ vị cho thực phẩm Bên cạnh ion citrat kết hợp với ion kim loại tạo thành phức dùng làm chất bảo quản làm mềm nước Ở nhiệt độ phòng axít citric tồn dạng tinh thể màu trắng dạng bột dạng khan dạng monohydrat có chứa phân tử nước phân tử axít citric Dạng khan thu axít citric kết tinh nước nóng, trái lại dạng monohydrat lại kết tinh nước lạnh Ở nhiệt độ 74 0C dạng monohydrat chuyển sang dạng khan Về mặt hóa học axít citric có tính chất tương tự axít carboxylic khác Khi nhiệt độ 1750C phân hủy tạo thành CO2 nước I.1.4 Sản xuất Kỹ thuật mà ngày người ta dùng công nghiệp sản xuất axít citric nuôi nấm sợi đường ăn, sau lọc nấm mốc khỏi dung dịch axít citric tách cách cho kết tủa với nước vôi tạo thành canxi citrat, sau kết tủa xử lý acid sulfuric Nhóm 15 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Ngoài acid citric tách từ sản phẩm lên men nước lèo cách dùng dung dịch hydrocacbon bazơ hữu Trilaurylamin để chiết Sau tách dung dịch hữu nước I.1.5 Ứng dụng Với vai trò chất phụ gia thực phẩm, acid citric dùng làm gia vị, chất bảo quản thực phẩm đồ uống, đặc biệt nước giải khát, mang mã số E330 Muối citrat nhiều kim loại dùng để vận chuyển khoáng chất thành phần chất ăn kiêng vào thể Tính chất đệm phức citrat dùng để hiệu chỉnh độ pH chất tẩy rửa dược phẩm Citric acid có khả tạo phức với nhiều kim loại có tác dụng tích cực xà phòng chất tẩy rửa Bằng cách phức hóa kim loại nước cứng, phức cho phép chất tẩy rửa tạo nhiều bọt tẩy mà không cần làm mềm nước trước Bên cạnh axít citric dùng để sản xuất chất trao đổi ion dùng để làm mềm nước cách tách ion kim loại khỏi phức citrat Acid citric dùng công nghệ sinh học công nghiệp dược phẩm để làm ống dẫn thay phải dùng axít nitric Acid citric hóa chất cần thiết cho trình tổng hợp Hexametylen triperoxit diamin (HMDT) chất dễ phát nổ giống Axeton peroxit, nhạy với nhiệt ma sát Ở số nước bạn mua số lượng lớn axít citric bạn bị liệt kê vào sổ đen âm mưu khủng bố Acid citric cho vào thành phần kem để giữ giọt chất béo tách biệt Ngoài thêm vào nước ép chanh tươi Trong dược phẩm muối acid citric sử dụng để sản xuất thuốc ho, vitamin, thuốc hạ sốt, xiro trị ho, trị tiêu chảy… Trong mỹ phẩm: Thuốc nhuộm thuốc uốn tóc, thuốc tẩy trắng da, có thành phần acid ctric Ngoài acid citric dùng ngành luyện kim, mạ điện, thuốc trừ sâu, thuốc diệt côn trùng hóa học, thuốc nhuộm vải, mực… Nhóm 15 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Trong lĩnh vực hoá sinh: acid citric có vai trò trung gian vô quan trọng chu trình Krebs trình trao đổi chất xảy tất vật thể sống Acid citric coi an toàn sử dụng cho thực phẩm quốc gia giới Nó thành phần tự nhiên có mặt hầu hết vật thể sống, lượng dư axít citric bị chuyển hóa đào thải khỏi thể Điều thú vị acid citric có mặt khắp nơi thể có vài trường hợp mẫn cảm với acid citric Tuy nhiên trường hợp người ta thường gọi phản ứng giả vờ thể Acid citric khô làm kích thích da mắt nên mặc áo bảo hộ tiếp xúc với acid II II.1 Nguyên liệu quy trình sản xuất Nguyên liệu II.1.1 Một số nguyên liệu glucide Mật rỉ Mật rỉ phụ phẩm ngành sản xuất đường, sản phẩm cuối trình sản xuất đường mà từ đường không kết tinh cách kinh tế công nghệ thông thường Thành phần mật rỉ đường, chủ yếu sucroza với glucoza fructoza Nói chung, sản lượng mật rỉ khoảng 1/3 sản lượng đường sản xuất Cứ khoảng 100 mía đem ép có 3-4 rỉ mật sản xuất Tinh bột Sắn: Nhóm 15 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Độc tố sắn có tên chung Phazeolunatin chứa nhiều sắn đắng, chủ yếu vỏ cùi, hàm lượng Phazeolunatin vào khoảng 0,001 – 0,04% Phazeolunatin không độc bị thủy phân glucozit giải phóng HCN, chất gây độc cho thể Tuy nhiên dễ bay dễ hòa tan nước lạnh hay nước vơi nên dễ loại bỏ Sắn thái lát, phơi khô giảm đáng kể số lượng HCN Ngô: Hạt ngô gồm hai phần chính: Phôi nội nhũ Phôi chiếm 10 – 13% trọng lượng hạt, nội nhũ chiếm 83 – 85%, vỏ chiếm – 5% II.1.2 Phân tích chọn nguyên liệu thích hợp cho việc sản xuất acid citric Hàm lượng gluxit có ngô cao (67,9%), tiếp đến mật rỉ, khoai lang, sắn, cuối khoai tây Tuy nhiên chất lên men citric trình oxy hóa đường thành acid citric tác dụng vi sinh vật mà nguyên liệu tinh bột ( ngô, sắn, khoai, ) muốn sản xuất acid citric cần phải trải qua giai đoạn thủy phân tinh bột thành đường, từ đường tác dụng vi sinh vật tạo thành acid citric nhiều thời gian chi phí, mật rỉ thành phần hóa học chủ yếu đường vi sinh vật trực tiếp sử dụng đường để tạo thành acid citric, mặt khác mật rỉ nguyên liệu rẻ tiền dễ kiếm mật rỉ nguyên liệu sử dụng nhiều việc sản xuất acid citric, nhiên cần xử lí mật rỉ trước sử dụng mật rỉ chứa chất màu, hệ keo, đặc biệt kim loại nặng ảnh hưởng đến trình lên men, ức chế vi sinh vật phát triển II.1.3 Vi sinh vật Acid citric tổng hợp chủ yếu từ loài nấm sợi (nấm men loại vi khuẩn khả này) Các loài nấm sợi có khả sinh tổng hợp acid citric bao gồm: Citromycesglader, Citromyces pfefferianu, Citromylces conidiophone, penicillium luteum, Penicillium glaucum, Aspergillus oryzae, Aspergillus niger, Aspergillus batae, Aspergillus awamari, Aspergillus welchi Nhóm 15 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Trong giống vi nấm kể trên, Aspergillus niger nấm sợi ứng dụng vào sản xuất acid citric nhiều đáp ứng yêu cầu giống dùng sản xuất acid citric là:    Có khả tạo acid citric mạnh Có khả chịu môi trường acid lượng acid citric tăng cao Ít tạo acid hữu khác acid oxalic, acid gluconic, acid fumalic… Aspergillus niger loại nấm sợi loài phổ biến chi Aspergillus có nhiều ứng dụng công nghệ sinh học, nhiệt độ tối ưu 3537°C, pH từ 1,4 đến 9,8 Nó gây bệnh gọi nấm mốc đen số loại trái rau nho, hành tây, đậu phộng, chất gây ô nhiễm phổ biến thực phẩm Aspergillus niger vi sinh vật hiếu khí phát triển chất hữu cơ, tìm thấy gần khắp nơi môi trường có chứa đất Ngoài ra, tìm thấy chất thải, nguyên liệu thực vật phân hủy phân hữu môi trường trời Môi trường ẩm nhà tạo môi trường sống tốt cho phát triển nấm mốc Chẳng hạn lĩnh vực hộ gia đình thông thường, tường phòng tắm khu vực khác có mositure Hình 2: Aspergillus niger II.1.4 Yêu cầu nguyên liệu lên men acid citric Nguyên liệu phải đảm bảo đủ lượng đường cho vi sinh vật phát triển Giống vi sinh vật dùng sản xuất acid citric phải đảm bảo yêu cầu sau: Nhóm 15 Sản xuất acid citric    II.2 GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Có khả tạo acid mạnh Có khả chịu môi trường acid lượng acid citric tăng cao Ít tạo acid hữu khác như: acid oxalic, acid gluconic, acid fumaric Cơ sở lý thuyết trình lên men acid citric Trong trình glucose chuyển hoá thành axit pyruvic theo đường EMP (Embden-Mayerhof-Parnas), sau axit pyruvic tiếp tục chuyển hoá thành axit citric Phương trình tổng quát trình sau: 2C6H12O6+ 3O2 → 6C6H8O7 + 4H2O Glucoseacid Citric Có nhiều loài nấm mốc có khả oxy hóa gluxit thành axit citric Rhizopus, Aspergillus, Penicillium Trong quan trọng Aspergillus niger Nhóm 15 10 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang 2.4.1 Chuẩn bị dịch lên men Cơ chất sử dụng rỉ đường siro glucose Rỉ đường 400 Brix với 52-57% đường, nguồn cacbon rẻ tiền, sử dụng phổ biến công nghệ vi sinh Cần phải xử lý rỉ đường trước sử dụng Có thể xử lý sau: Xử lý acid H2SO4:  pH (10% dung dịch đường) chỉnh cách cho acid H 2SO4 0,1N vào  Để 1,5 cho ly tâm dung dịch 3000 vòng/15 phút  Thu hồi dịch sử dụng Xử lý dung dịch Ca3(PO4)2:  pH (10% dung dịch đường) chỉnh tới việc cho dung dịch NaOH - 0,1N vào  Sau đó, cho Ca3(PO4)2 theo tỉ lệ 2% (w/v) đun 1050 phút  Hỗn hợp làm lạnh ly tâm 3000 vòng/ 15 phút  Thu hồi sử dụng dịch Trước hết phải sử dụng cao áp để tiệt trùng thiết bị đường ống Rỉ đường pha thành loại nồng độ: nồng độ 3-4% để nuôi cấy nấm mốc - giống lên men ban đầu Nồng độ 25-28% để bổ sung trình lên men Để pha chế dịch lên men, dùng nước vô trùng trộn với dung dịch muối dinh - dưỡng rỉ đường khuấy Môi trường 3-4% pha chế thiết bị nuôi cấy Môi trường tiệt trùng theo mẻ 1210 C 15-30 phút Nguyên liệu có sẳn đường mật rỉ, đường… đường hóa Cho thêm chất dinh dưỡng cần cho phát triển nấm mốc như: nguyên tố vi lượng, amon nitrat… Bào tử nấm mốc Aspergillus niger sản xuất phân xưởng riêng trước cho vào lên men, bào tử dạng huyền phù nước, bào tử phát triển môi trường thức ăn thích hợp để tạo màng nấm mốc tốt nhiệt độ 34 oC sau ngày màng mốc phủ kín bề mặt khây Cho toàn vào thùng chứa dung dịch nấm mốc đem lên men vào dịch môi trường lên men Nhóm 15 18 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang 2.4.2 Nuôi cấy nấm mốc ( nuôi cấy phòng thí nghiệm nhân giống sản xuất) - Việc tiếp giống thông thường thực điều kiện vô trùng cách chuyển bào tử từ giống gốc sang môi trường agar ( khay suông: 75mm, - đĩa petri, ống nghiệm) Sau 3-6 ngày nuôi cấy 30 0C bào tử thu hoạch nuôi cấy môi trường - tinh bột để tạo khoảng 1011 bào tử cho cm3 môi trường Sinh khối truyền trực tiếp vào nồi lên men dung tích 10-20m để tạo giống - hạt chứa - 5.105 hạt cho lít môi trường Mỗi hạt có đường kính 0,1 – 0,2 mm Giống tiếp sang môi trường lên men công nghiệp với nồng độ 5-10% (v/v) Sau đó, mở cánh khuấy cung cấp khí vô trùng ( nạp khí đảo trộn suốt trình nhân giống) 2.4.3 Lên men Trong giai đoạn lên men acid citric độ pH, nhiệt độ độ thoáng khí có ý nghĩa quan trọng Có thể lên men phương pháp nuôi cấy bề mặt phương pháp nuôi cấy chiều sâu Phương pháp chìm có nhiều ưu việt phương pháp cho phép tăng suất Hiện nuôi cấy chủ yếu phương pháp chìm công đoạn trùng, tạo chế độ công nghệ bền vững rút ngắn thời gian lên men, dễ tự động hóa, giảm lao động nặng nhọc Trong trình lên men, lượng đường giảm nhanh để bù lại dùng dung dịch rỉ có nồng độ: 25 – 28% để bổ sung gián đoạn vào thiết bị lên men − Quá trình lên men sản sinh nhiệt cần thiết phải đảm bảo nhiệt độ lên men 28 – 350C thiết bị làm lạnh Nếu hệ số truyền nhiệt chung vào khoảng 500 kJ/m 2/h chênh lệch nhiệt độ thực tế dịch lên men dung dịch làm lạnh 0C, diện tích trao đổi nhiệt cần để đảm bảo ổn định nhiệt độ 3,2 m cho 1m3 dịch lên men Do thiết bị làm lạnh vỏ có đường kính nồi lên men không 1m − Cung cấp oxi cách bơm 0,1 – 0,4 thể tích hỗn hợp khí cho đơn vị thể tích dịch phút ( v.v-1min-1) − Điều chỉnh pH áp suất phù hợp Nhóm 15 19 Sản xuất acid citric − − GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Quá trình tạo bọt khống chế cách bổ sung chất phá bọt phù hợp Gián đoạn thời việc cung cấp không khí không ảnh hưởng nhiều tới trình nồng độ O2 hòa tan lớn 20% nồng độ bão hòa Nếu lượng oxi hòa tan dừng mức gần 85 phút, sau việc cấp khí khôi phục lại bình thường, sinh trưởng tổng hợp acid citric không mà hẳn, nhiên sản lượng citric đạt giảm 20% − Thời gian lên men kéo dài từ – 10 ngày tùy vào hoạt lực nấm − Nếu kiểm tra mẫu cách – mà độ acid coi kết thúc trình lên men 2.4.4 - Thu hồi tinh chế acid citric Có phương pháp thu hồi acid citric:  Kết tinh trực tiếp cô đặc dịch lọc  Kết tủa dạng tetrahydrate citrat canxi  Phương pháp chiết pha lỏng Tuy nhiên, phổ biến kết tủa citric 2.4.4.1 Tách nấm mốc - Khi kết thúc trình lên men đun nóng dịch lên men 60 – 65 0C chuyển vào thùng trung gian để tách nấm mốc 2.4.4.2 Tạo canxi citrat - Dung dịch lên men hỗn hợp gồm: acid citric, acid gluconic, acid oxalic, đường không lên men hợp chất khoáng − Dịch lọc cho vào thiết bị trung hòa đun sôi Sau mở cánh khuấy cho Ca(OH)2 vào để trung hòa Quá trình trung hòa kết thúc pH = 6,8 – 7,5 C6H8O7 + 3Ca(OH)2 = Ca3(C6H5O7)2 ↓ + 6H2O Acid citric Canxi citrat 2C6H12O7 + Ca(OH)2 = Ca(C6H11O7)2 + 2H2O Acid glucomic Canxi gluconat C2H2O4 + Ca(OH)2 = CaC2O4↓ + 2H2O Acidoxalic Nhóm 15 Canxioxalat 20 Sản xuất acid citric − GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Dựa vào độ tan khác nhau, tách được: canxi citrat tan nước sôi không tan nước lạnh; oxalat canxi không tan nhiệt độ − Dùng thiết bị lọc chân không tách chất kết tủa canxi citrat canxi oxalat đem sấy khô Trước sấy cần rửa kết tủa để loại bỏ tạp chất bám theo: đường, protein thuỷ phân từ sinh khối nấm Tác riêng canxi citrat tạo acid citric 2.4.4.3 − Cho tinh thể acid sulfuric 98% chuyển ( riêng biệt ) vào thiết bị tách có cánh khuấy, ống phun thoát  Đầu tiên cho nước vào thiết bị 0,25 – 0,5 m 3/tấn acid citric chứa citrat, mở cách khuấy cho tinh thể vào  Sau đun nóng lên 600C vào cho H2SO4 98% vào với 0,425l H2SO4/1kg acid citric có citrat Khuấy đun sôi 10 – 15 phút Để làm acid citric dùng than hoạt tính với lượng 2% so với lượng acid citric citrat Ca3(C6H5O7)2 + 3H2SO4 = 2C6H8O7 + 3CaSO4 − Để tách canxi oxalat có mặt acid citric, ta sử dụng lượng dư acid sunfuric,  canxi oxalat kết tủa với CaSO4 tạo thành, dung dịch acid citric − Để tách riêng acid citric khỏi thạch cao ( CaSO ) hợp chất sunfua kim loại (loại khoáng) canxi oxalat sót lại, ta chuyển hỗn hợp vào lọc chân không Sấy dung dịch acid citric 2.4.4.4 − Dung dịch sau lọc chứa ( 250 – 280 kg/m3 acid citric khan ) cô đặc tới nồng độ 700 kg/m3    2.4.4.5 − Chuyển vào hệ thống sấy chân không Giai đoạn đầu sấy đến tỷ trọng 1,24 – 1,26 Giai đoạn sau sấy đến tỷ trọng 1,32 – 1,36 tương ứng nồng độ 80% Kết tinh, ly tâm sấy tinh thể acid citric Khi nhiệt độ dung dịch 35 – 370C cho kết tinh ( tinh thể acid citric ) vào để kết tinh tiếp tục làm nguội – 100C, cho khuấy liên tục 30 phút − Sau đó, cho qua thiết bị ly tâm để tách tinh thể − Tinh thể acid citric làm khô hệ thống sấy tầng sôi giai đoạn:  Giai đoạn đầu sử dụng khí nóng 900C  Giai đoạn sau sử dụng khí 20 0C với độ ẩm 30 – 40% tinh thể tạo háo nước Nhóm 15 21 Sản xuất acid citric − GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Khoảng 20% dịch gốc hòa loãng vào nước rửa thiết bị, loại màu chuyển ngược bước xử lý Ca(OH)2 − Phần lại dịch gốc loại màu, loại khoáng quay phận kết tinh − Tinh thể acid citric thu đem đóng gói Đóng gói, bảo quản 2.4.4.6 − − − Tinh thề khan acid citric dạng hạt, bột Sản phẩm bảo quản cáo thùng cứng, tránh nơi ẩm thấp Vật liệu để chứa, ống dẫn, máy bơm tay, acid citric thép không rỉ 316 stell, polyethylene,polypropylene, poly vinylchloride 2.5 Các thông số kỹ thuật − Để sản xuất acid citric từ nấm mốc Aspergillus niger rỉ đường theo phương pháp lên men chìm cần đảm bảo điều kiện kỹ thuật sau:  Nồng độ đường dịch nuôi cấy từ – 4%  Nồng độ sắt 200mg/m3 ức chế sinh tổng hợp acid citric  Nồng độ Mn2+ < 10mg/m3  Phosphate với nồng độ 0,016 – 0,021%  Nếu Zn không tổng hợp acid citric, nồng độ Zn cần thấp  Nồng độ nito 0,07% hiệu suất acid citric đạt cực đại  Tỷ lệ tiếp giống – 10% (v/v)  Tránh hình thành sợi nấm rời rạc không phân nhánh, khắc phục cách cho HCF, ZnSO4, CuSO4  pH môi trường    • Nấm phát triển tốt pH = • Lên men tốt giữ pH = 3,4 – 3,5 • Điều chỉnh pH thường dùng acid HCl Cung cấp oxi: bơm 0,1 – 0,4 (v/v/min) với áp suất < 0,3 – 0,4 Mpa Không khí vô trùng Ảnh hưởng nhiệt độ: 28 – 370C • Sinh khối nấm mốc phát triển mạnh 34 – 370C, áp suất 0,1 – 0,2 at • Tạo nhiều acid cần trì từ 31 – 32 0C Nhiệt độ thấp tạo nhiều acid glucomic v2 nhiệt độ cao kìm hãm tạo acid citric  Nhóm 15 Thời gian nuôi cấy nấm mốc – 10 ngày 22 Sản xuất acid citric  GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Độ ẩm: 40 – 60% acid citric tạo cần 3650 kg đường, – 10 kg chất dinh dưỡng, 650kg H2SO4 450kg Ca(OH)2 2.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men Vi sinh vật Vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trình lên men Do cần lựa chọn vi sinh vật phù hợp cho trình lên men citric, thông thường để trình tổng hợp acid citric xảy mạnh vi sinh vật phải có khả tạo acid cao, khả tạo acid vi sinh thấp sản xuất lượng lớn acid citric được; mặt khác vi sinh vật phải có khả chịu acid lượng acid tăng cao không trình lên men acid hình thành lớn vi sinh vật chết ức chế khả tạo acid citric, chủng vi sinh vật sử dụng cần phải tạo acid hữu khác như: acid oxalic, acid gluconic, acid fumaric acid hình thành nhiều gây ảnh hưởng đến chất lượng acid citric Nguyên liệu Nguyên liệu thích hợp cho sản xuất acid citric nguyên liệu chứa nhiều đường (ví dụ: mật rỉ, ) sinh vật oxi hóa đường để tạo thành acid citric, Nồng độ axit citric cao đạt phát triển môi trường có nồng độ đường ban đầu cao (15−20% w/v), không đủ lượng đường cho vi sinh vật sử dụng khả tổng hợp acid citric kém, nguyên liệu phải không lẫn nhiều tạp, chất kim loại nặng đặc biệt sắt hàm lương sắt giới hạn cần phải loại bỏ Môi trường dinh dưỡng Nấm mốc cần đường, tinh bột muối vô Trong điều kiện thường nấm mốc phát triển sinh khối tạo axit citric Trong trường hợp môi trường nhiều cabon nitơ (lượng đường ÷ 20%, nitơ 0.07%, bổ sung thêm nguyên tố khoáng P, Fe, Zn…) trình tổng hợp axit citric xảy mạnh pH môi trường pH thích hợp để tạo thành acid citric từ ÷ 4, tùy thuộc vào chủng nấm mốc sử dụng Ta axit hoá môi trường HCl, pH môi trường phụ thuộc vào nguồn nitơ Nhóm 15 23 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Nếu sử dụng NH4NO3 pH tối ưu xấp xỉ 3, sử dụng NH 4Cl pH tối ưu xấp xỉ Trong trình lên men tạo thành acid citric liên tục nên pH dung dịch lên men giảm xuống 2,4 cần phải điều chỉnh pH môi trường cho thích hợp Sự thoáng khí Quá trình oxi hoá cần lượng lớn oxy, cần phải cung cấp không khí cho trình lên men cách thông thoáng khí môi trường Ngoài thông thoáng khí giảm lượng khí cacbonic môi trường Trong thực tế sản xuất người ta thường thổi không khí vô trùng vào dịch lên men Sự tổng hợp lên sản phẩm oxy hóa khác nhờ sản phẩm phân ly mạch cacbon gluxit, thoáng khí thực cách thông gió buồng lên men Nhiệt độ Nhiệt độ thích hợp cho trình lên men tạo axit citric 31 – 37 oC Thấp tạo axit gluconic, cao việc tạo axit citric bị kìm hãm Thời gian lên men khoảng – 10 ngày Thời gian lên men Thời gian tối ưu để trình sản xuất axit citric đạt tối đa phụ thuộc vào chủng sử dụng, thành phần hóa học môi trường, hệ thống lên men, nói chung, điều kiện theo trình lên men diễn Trong trình lên men bề mặt, thời gian lên men thường hoàn thành 10-20 ngày, trình lên men chìm thời gian ủ ngắn nhiều khoảng từ (5-10 ngày) Trong trình lên men trạng thái rắn thời gian lên men phụ thuộc mạnh mẽ vào chất tiêm chủng sử dụng, độ ẩm bề mặt, độ pH ban đầu, nhiệt độ lượng mẫu môi trường (ví dụ, vỏ hạt carob sung) Trong trường hợp này, nồng độ tối đa acid citric đạt từ khoảng 10 đến 15 ngày Nhóm 15 24 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang III 3.1 Sản phẩm Phân loại sản phẩm Trên thị trường VN, nhà nhập giới thiệu sản phẩm acid citric Acid citric monohydrate Là loại thông dụng rẻ Rất phổ biến với tên gọi bột chua Dùng rộng rãi sản xuất chế biến Trong phân tử citric có mặt phân tử H2O Hình 5: Aicd citric monohydrate Nhóm 15 25 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang acid citric anhydrous Giá cao Phân tử citric mặt H 2O nên không làm cho sản phẩm trở nên ẩm sau chế biến Chúng nguyên liệu thiếu chế biến dược phẩm sản phẩm đóng gói hoà tan (trà hoà tan, nước giải khát, kẹo ) Hình 6: Acid citric Anhydrous 3.2 Mô tả sản phẩm Acid citric monohydrate Bảng 1: Bảng mô tả sản phẩm acid citric monohydrate Công thức Công dụng Ứng dụng Xuất xứ Bao gói Các đặc tính khác Bảo quản C6H8O7.H2O Tạo vị chua đặc trưng Tạo vị chua cho sản phẩm, bánh kẹo, nước giải khát, mì ăn liền… Dùng SX thực phẩm, dược phẩm, thuốc thú y, thức ăn gia súc… Trung Quốc Khối lượng tịnh 25kg/ bao giấy, bao dứa (có PE bên trong) Tinh thể trắng, không màu, suốt Bảo quản nơi khô ráo, thoáng mát, tránh ánh nắng mặt trời ẩm ướt Chỉ số chất lượng Bảng 2: Bảng số chất lượng Citric acid Monohydrate Nhóm 15 26 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang The quality conforms to BP / USP / FCC / E330 Standard Citric acid Monohydrate index Items Content Moisture Sulphated Ash Sulphate Oxalate Arsenic Heavy metal Lead Mercury Iron Chloride aluminum Bacterial endotoxin Barium Readily carbonisable substances Clarity and colour of solution Shelf life Acid citric anhydrous Index 99.5-101% 7.5-9.0% ≤0.05% ≤150 ppm ≤350 ppm ≤1 ppm ≤10 ppm ≤1 ppm ≤1 ppm ≤50 ppm ≤50 ppm ≤0.2 ppm ≤0.5 IU/mg Pass test Standard color 20% water solution clarity years Mô tả sản phẩm Bảng 3: Bảng mô tả sản phẩm acid citric anhydrous Công thức Công dụng Ứng dụng Xuất xứ Bao gói Các đặc tính khác Bảo quản C6H8O7 Tạo vị chua đặc trưng Tạo vị chua cho sản phẩm, bánh kẹo, nước giải khát, mì ăn liền… Dùng SX thực phẩm, dược phẩm, thuốc thú y, thức ăn gia súc… Trung Quốc Khối lượng tịnh 25 kg/ bao giấy, bao dứa (có bao PE bên trong) Bột màu trắng Nơi khô ráo, thoáng mát, tránh ánh nắng mặt trời ẩm ướt Chỉ số chất lượng Nhóm 15 27 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Bảng 4: Bảng số chất lượng acid citric anhydrous The quality conforms to BP / USP / FCC / E330 Standard Citric acid anhydrous index Items Content Moisture Sulphated Ash Sulphate Oxalate Arsenic Heavy metal Lead Mercury Iron Chloride aluminum Bacterial endotoxin Barium Readily carbonisable substances Clarity and colour of solution Shelf life 3.3 Index 99.5-101% ≤0.5% ≤0.05% ≤150 ppm ≤350 ppm ≤1 ppm ≤10 ppm ≤1 ppm ≤1 ppm ≤50 ppm ≤50 ppm ≤0.2 ppm ≤0.5 IU/mg Pass test Standard color 20% water solution clarity years Một số hình ảnh acid citric Nhóm 15 28 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Hình 7: Một số loại Citric acid monohydrate Hình 8: Citric acid anhydrous dạng bao Nhóm 15 29 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Hình 9: Citric acid anhydrous dạng lọ 3.4 − − Thông tin an toàn Citric acid coi an toàn sử dụng cho thực phẩm quốc qia giới Nó thành phần tự nhiên có mặt hầu hết vật thể sống, lượng dư citric acid dược chuyển hóa đào thải khỏi thể − Acid citric khô làm kích thích da mắt, nên mặt áo bảo hộ tiếp xúc trực tiếp với acid Nhóm 15 30 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Kết luận Nhận thấy tầm quan trọng nhiều ứng dụng acid citric đời sống sản xuất công nghiệp Sản xuất acid citric từ nấm mốc Aspergillus niger tận dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm lại thu hồi sinh khối cao Nhóm 15 31 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Tài liệu tham khảo  Sách : [1] Bùi Ái, Công nghệ lên men ứng dụng công nghệ thực phẩm, Tp.HCM, Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2005 [2] Bài giảng Ứng dụng công nghệ sinh học công nghệ thực phẩm,Trường Đại học Công Nghiệp thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2015 [3] GS.TS Nguyễn Văn Ty Ts Vũ Nguyên Thành tập : Công nghệ vi sinh vật môi trường [4] Nguyễn Đức Lượng Nguyễn Hữu Phúc: Công nghệ vi sinh vật tập [5] Lê Gia Huy Khuất Hữu Thành: Cơ sở công nghệ sinh học thực vật ứng dụng [6] Nguyễn Đức Lượng, Nguyễn Ánh Tuyết, Phan Thị Huyền: Thí nghiệm vi sinh vật  Internet : [1] http://giaoan.violet.vn/present/show/entry_id/9748232 [2].http://tailieu.vn/doc/de-tai-quy-trinh-len-men-acid-citric-tu-aspergillus-niger1575269.html [3].http://www.hoahocngaynay.com/vi/hoa-hoc-va-doi-song/hoa-thuc-pham/241-timhieu-ve-axit-citric.html [4].http://forum.foodnk.com/baiviet/cong-nghe-san-xuat-mot-so-acid-huu-co-bang-lenmen-126-1-1.html [5].http://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-cong-nghe-san-xuat-cac-san-pham-len-men-tu-phelieu-rau-trai-53087/ [6].http://www.hoangminhnhat.com/san-pham/acid-citric-monohydrate [7].http://www.21food.com/products/citric-acid-monohydrate-100275.html Nhóm 15 32 ... Quy trình công nghệ sản xuất acid citric Xu hướng sản xuất acid citric tương lai I Nhóm 15 Tổng quan Sản xuất acid citric I.1 GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Giới thiệu Acid citric acid hữu phổ biến... nấm mốc hình sợi sản xuất acid citric hiệu − Trước 1920 acid citric sản xuất chủ yếu Sicily công ty Arenella( Palermo) − độc quyền sản xuất Năm 1923, New York, acid citric sản xuất từ vi sinh... hình ảnh acid citric Nhóm 15 28 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Hình 7: Một số loại Citric acid monohydrate Hình 8: Citric acid anhydrous dạng bao Nhóm 15 29 Sản xuất acid citric