Công nghệ sinh học của acid citric sản xuất

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VI SINH VẬT  Giảng viên: TS Nguyễn Thị Bạch Huệ  Đề tài: Công nghệ sinh học acid citric sản xuất  Thành viên_Nhóm 4: Nguyễn Thị Xuân Diệu 1118061 Võ Đồng Phương Lan 1118217 Hoàng Thị Ca Ly 1118247 Võ Thị Khánh Ngân 1118280 Nguyễn Tấn Anh Nhi 1118314 20/10/2014 Mục lục ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH I Axit citric 1) Giới thiệu 2) Thông tin tổng quát - Tên theo IUPAC: 2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylic acid 3) Tính chất 4) Lịch sử tìm 5) Sản xuất 6) Ứng dụng II Aspergillus niger 1) Giới thiệu A niger 2) Cơ sở lý thuyết trình lên men acid citric 3) Môi trường Sản xuất acid citric III Các phương pháp sản xuất acid citric 1) a Phương pháp lên men bề mặt b Phương pháp lên men chìm 11 2) Công nghệ sản xuất acid citric phương pháp lên men chìm sử dụng nấm mốc Aspergillus niger 12 3) IV V Các yếu tố định đến trình sản xuất acid citric 14 Tình hình sản xuất acid citric 15 Hướng tương lai sản xuất acid citric 15 I Axit citric 1) Giới thiệu • • Axít 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 trị trung gian vơ quan trọng trình trao đổi chất xảy vật thể sống Ngồi axít citric cịn đóng vai trị chất tẩy rửa, an tồn môi trường đồng thời tác nhân chống oxy hóa Axít citric có mặt nhiều loại trái rau trái chanh hàm lượng tìm thấy nhiều nhất, theo ước tính axít citric chiếm khoảng 8% khối lượng khơ trái chanh 2) Thông tin tổng quát - Tên theo IUPAC: 2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylic acid - Tên thông thường: axit chanh Công thức phân tử: C6H8O7 Công thức cấu tạo: - Khối lượng phân tử: 192.13 g/mol Có dạng: tinh thể màu trắng 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 74oC dạng monohydrat chuyển sang dạng khan • Về mặt hóa học axít citric có tính chất tương tự axít carboxylic khác Khi nhiệt độ 175oC phân hủy tạo thành CO2 nước 4) Lịch sử tìm • • Vào kỷ thứ nhà giả kim thuật Jabir Ibn Hayyan người Iran phát axít citric Các học giả châu Âu thời trung cổ biết axít tự nhiên chanh, kiến thức sơ axít ghi nhận vào kỷ XIII Axít Citric nhà hóa học người Thụy Sĩ tách vào năm 1784, ông kết tinh axít citric từ nước chanh ép Năm 1860 ngành công nghiệp nước ép trái Ý đưa cơng trình sản xuất axít citric vào hoạt động Năm 1893 C Wehmer phát nấm mốc (Penicillium) tạo nên axít citric từ đường Sản xuất axít citric theo kiểu vi sinh không đưa vào sản xuất công nghiệp chiến thứ I, cục xuất nước hoa Ý bác bỏ Vào năm 1917 nhà hóa học thực phẩm James Currie người Mỹ phát nấm mốc hình sợi (Aspergillus niger) dùng để sản xuất axít citric hiệu Hai năm sau tập đoàn dược phẩm Pfizer ứng dụng kỹ thuật vào sản xuất axít citric theo qui mơ cơng nghiệp 5) Sản xuất • • Kỹ thuật mà ngày người ta dùng công nghiệp sản xuất axít citric ni nấm sợi đường ăn, sau lọc nấm mốc khỏi dung dịch axít citric tách cách cho kết tủa với nước vơi tạo thành canxi citrat, sau kết tủa xử lý axít sulfuric Ngồi axít 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 6) Ứng dụng • Với vai trò chất phụ gia thực phẩm, axít 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 axít có khả tạo phức với nhiều kim loại có tác dụng tích cực xà phịng 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 cịn dùng để sản xuất chất trao đổi ion dùng để làm mềm nước cách tách ion kim loại khỏi phức citrat • Axít citric dùng cơng nghệ sinh học công nghiệp dược phẩm để làm ống dẫn thay phải dùng axít nitric • Citric axít hóa chất cần thiết cho q 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 • Axít citric cho vào thành phần kem để giữ giọt chất béo tách biệt Ngồi thêm vào nước ép chanh tươi • Citric axit 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 axít citric có mặt khắp nơi thể có vài trường hợp mẫn cảm với axít citric Tuy nhiên trường hợp người ta thường gọi phản ứng giả vờ thể Axít citric khơ làm kích thích da mắt nên mặc áo bảo hộ tiếp xúc với axít II Aspergillus niger 1) Giới thiệu A niger • Có nhiều lồi nấm mốc có khả oxy hóa gluxit thành axit citric Rhizopus, Aspergillus, Penicillium Trong quan trọng Aspergillus niger • Aspergillus niger loại nấm sợi loài phổ biến chi Aspergillus có nhiều cơng dụng công nghệ sinh học, nhiệt độ tối ưu 35 – 370C, pH từ 1,4 - 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 mơi trường có chứa đất Ngồi ra, tìm thấy chất thải, nguyên liệu thực vật phân hủy phân hữu mơi trường ngồi trời Mơi trường nhà tạo môi trường sống tốt cho phát triển nấm mốc Chẳng hạn lĩnh vực hộ gia đình thơng thường, tường phòng tắm khu vực khu vực khác có độ ẩm cao A.niger ni để sản xuất nhiều chất cơng nghiệp, có axit citric 2) Cơ sở lý thuyết trình lên men acid citric • Trong q trình glucose chuyển hoá thành axit pyruvic theo đường EMP (Embden-Mayerhof-Parnas), sau axit pyruvic tiếp tục chuyển hố thành axit citric Phương trình tổng quát trình sau: 2C6H12O6 + O2 → 6C6H8O7 + 4H2O Cơ chế chuyển hố biểu diễn sau: Đường C6H12O6 thuỷ phần thành acid pyruvic (CH3COCOOH) CH3COCOOH + CO2 → HOOCCH2COCOOH (Acid oxaloacetic) HOOCCH2COCOOH + CH3COOH → CH2COOHCOHCOOHCH2COOH (Acid citric) 3) Môi trường Đa số quy trình cơng nghiệp hiên sử dụng nguồn chất rỉ đường Nhưng dù có sử dụng nguồn chất người ta cần phải y đến hai yếu tố quan trọng giá thành yếu tố cần chuẩn bị để cung cấp điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật lên men Nguồn chất dùng quy trình lên men mật rỉ đường mía mật rỉ củ cải đường Cịn quy trình lên men nguồn chất sử dụng khơng mật rỉ đường mà cịn chất có độ tinh khiết cao glucose tinh khiết, đường thô đường tinh, nước ép mía củ cải đường cô đặc Sử dụng nguồn chất tinh khiết giúp làm năng suất giúp giảm thời gian nuôi cấy Dưới nồng độ chất nuôi cấy Aspergillus niger nhằm lên men acid citric: Thành phần Khoảng giá trị Giá trị chung Sucrose/Glucose 125-225 kg/m3 180 kg/m3 NH4NO3 (hoặc muối NH4+ khác) 0.5-3.5 kg/m3 1.5 kg/m3 KH2PO4 0.5-2.0 kg/m3 0.5 kg/m3 MgSO4.7H2O 0.1-2.0 kg/m3 0.25 kg/m3 Fe++ 2-1300 mg/m3 hạn chế lượng chất thải rắn tạo => giảm thiểu chi phí xử lý Tài liệu tham khảo http://www.authorstream.com/Presentation/chweetpia-1395191-citric-acid/ http://baigiang.violet.vn/present/show/entry_id/8212525 http://luanvan.net.vn/luan-van/quy-trinh-len-men-acid-citric-tu-aspergillus-niger-58815/ Công nghệ sinh học tập – “Công nghệ vi sinh môi trường” – GS.TS Phạm Văn Ty – TS Vũ Nguyên Thành Cơ sở công nghệ sinh học tập – Công nghệ vi sinh – Lê Văn Hương, Nguyễn Văn Cách Citric acid production - Marin Berovic, Matic Legisa ... máy sản xuất Sản xuất acid citric công nghệ lên men gồm giai đoạn: (1) chuẩn bị cấy nguyên liệu thô (inoculation) (2) lên men (3) thu hồi sản phẩm Trong sản xuất acid citric theo quy mô công. .. gian ni cấy 7-10 ngày IV Tình hình sản xuất acid citric 65% lượng acid citric sản xuất sử dụng vào công nghệ thực phẩm nước giải khát Lượng acid citric sản xuất: - Năm 2004 1.4 triệu - Năm 2005... tạo acid citric. Dầu chất béo thay alkan vài quy trình, nhiên giá thành chưa hẳn vẩn cịn mức thấp III Sản xuất acid citric 1) Các phương pháp sản xuất acid citric: Quá trình tổng hợp sản xuất acid