Quy trình tổng hợp Acid Lactic

Quy trình tổng hợp Acid Lactic.

Đề tài: Qui trình sản xuất acid lactic GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh Phần 1: Lý thuyết: I Giới thiệu acid lactic: Định nghĩa: Acid lactic hợp chất hữu thu phương pháp lên men tác nhân lên men chủ yếu vi sinh vật Axit lactic ( tên IUPAC: 2-hydroxypropanoic acid), gọi acid sữa, hợp chất hóa học có đóng vai trị số sinh hóa quy trình Nó lần phân lập năm 1780 nhà hóa học Thụy Điển Carl Wilhelm Scheele, axit cacboxylic với công thức công thức hóa học C3H 6O3 Nó có hydroxyl tiếp giáp với nhóm carboxyl, làm cho alpha hydroxy acid (AHA) Trong giải pháp, proton từ nhóm chua, sản xuất lactate ion CH3CH(OH)COO- Nó trộn lẫn với nước ethanol, hút ẩm Lactic acid chiral có hai đồng phân quang học Một gọi acid lactic L -(+)hoặc (S)-lactic acid khác, hình ảnh phản chiếu nó, lactic acid D -(-)- (Rlactic acid) -(+)- L Lactic acid đồng phân sinh học quan trọng Ở động vật, L-lactate không ngừng sản xuất từ pyruvate qua enzyme lactate dehydrogenase (LDH) trình lên men trình bình thường trao đổi chất tập thể dục Nó khơng làm tăng nồng độ tỷ lệ lactate sản xuất vượt tỷ lệ lactate loại bỏ mà quy định số yếu tố, bao gồm vận chuyển monocarboxylate, tập trung isoform LDH khả oxy hố mơ Nồng độ máu lactate thường 1-2 mmol/L phần cịn lại, tăng lên đến 20 mmol/L gắng sức dội Cơng nghiệp, q trình lên men acid lactic thực lactobacillus vi khuẩn, số người khác Những vi khuẩn hoạt động miệng; acid họ sản xuất chịu trách nhiệm cho phân rã gọi sâu Trong y học, lactate thành phần của Ringer lactate lactated giải pháp Ringer (Sodidum Lactate Compound giải pháp Hartmann Vương quốc Anh) Đây tĩnh mạch chất lỏng bao gồm natri kali cation, với lactate clorua anion, dung dịch với chưng cất nước tập trung để isotonic so với Trang Đề tài: Qui trình sản xuất acid lactic GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh người Nó thường sử dụng cho chất lỏng hồi sức sau máu chấn thương, phẫu thuật, chấn thương đốt Công thức cấu tạo: CH3 – CH – COOH OH Công thức tổng quát: C3H6O3 *Công thức phân tử: Acid lactic hỗn hợp dạng đồng phân D-acid lactic L-acid lactic: Nếu D-acid lactic L-acid lactic có hỗn hợp theo tỉ lệ 50:50 người ta gọi hỗn hợp raxemic Hỗn hợp kí hiệu DL-acid lactic Trong q trình lên men khơng có hỗn hợp lý tưởng mà có tiến hành tổng hợp hữu Tính chất: - DL acid lactic dịch lỏng dạng tinh thể, tan H2O, cồn, khơng tan CH3Cl, nhiệt độ nóng chảy 16,80C, nhiệt độ sơi 1220C - Acid lactic có khối lượng phân tử 98,08, chất hữu không màu, mùi nhẹ - Acid lactic chất có độ hút ẩm cao chất lỏng sánh đặc có sẵn thị trường dạng khác chất lượng; phụ thuộc vào độ tinh có nhiều tiêu chuẩn khác nhau: acid lactic kỹ thuật, thực phẩm, dược phẩm acid lactic plastic - Chú ý dạng đồng phần D-acid lactic L-acid lactic có nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi 28 103 (0C) - Một tiêu chuẩn chất lượng quan trọng acid lactic tinh cao bền nhiệt, ví dụ: khơng màu tạo thành làm nóng dung dịch 80% acid lactic đến 1800C Lịch sử phát triển trình lên men: - Năm 1780 nhà bác học Thuỵ Điển Shale lần tách acid lactic từ sữa bò lên men chua - Năm 1857 Pasteur chứng minh lên men sữa nhóm vi khuẩn lactic Trang Đề tài: Qui trình sản xuất acid lactic Năm 1878 (1827 – 1912) phân lập thành công vi khuẩn lactic đặt tên Bacterium lactic gọi Streptococcus lactic GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh Joseph Lister Ứng dụng sản phẩm trình lên men acid lactic: 5.1 Ứng dụng thực phẩm: 5.1.1 Lên men sữa chua: Lên men sữa chua làm tăng giá trị dinh dưỡng có tác dụng trị bệnh đường ruột giúp ăn ngon dễ tiêu hóa bảo quản sữa tươi lâu khỏi bị hư hỏng 5.1.2 Sản xuất dưa chua: - Trong rau vi khuẩn phát triển tạo acid lactic acid acetic với số chất hữu khác Các acid hữu làm giảm pH dịch chống lại tượng gây thối rau Bên cạnh làm tăng hương vị khối ủ chua rau - Vì sản xuất sữa chua muối chua rau trình vừa mang ý nghĩa chế biến vừa mang ý nghĩa bảo quản 5.1.3 Sản xuất tương: Trong sản xuất tương q trình lên men lactic tạo pH thích hợp cho sản phẩm tăng hương vị cho sản phẩm 5.1.4 Sản xuất sản phẩm lên men từ sữa: Các sản phẩm lên men từ sữa như: sữa chua, phomat, bơ, Các q trình chuyển hóa sản xuất làm cho sản phẩm thêm giàu dinh dưỡng tạo hương vị đặc trưng cho sản phẩm 5.1.5 Ứng dụng sản xuất loại sữa bột bột giàu canxi: Bổ sung Lactate calcium vào thành phần sữa bột dinh dưỡng, bánh ngọt, bánh nướng,… 5.1.6 Acid lactic ức chế sinh sản số vi khuẩn có hại tạo điều kiện phân hủy nhanh đại phân tử hữu mà không tạo sản phẩm độc hại cho vi sinh vật sống chung chế phẩm cho môi trường sống trồng 5.2 Ứng dụng y học – phẫu thuật chỉnh hình: - Trong phẫu thuật chỉnh hình người ta thường sử dụng loại vật liệu có tên Purasorb Trang Đề tài: Qui trình sản xuất acid lactic GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh - Purasorb hợp chất cao phân tử sản xuất từ acid lactic Nó giúp gắn phần xương lại với xương định hình Purasorb tự tiêu hủy 5.3 Các ứng dụng khác: Sản xuất chất dẻo tương lai: người ta nghiên cứu sản xuất chất dẻo thay chất dẻo cũ khó bị phân hủy Chất dẻo loại polymer gọi poly acid lactic( PLA) sản phẩm tạo từ phản ứng trùng hợp acid lactic Người ta hy vọng tương lai thay chất dẻo làm từ dầu mỏ tính chất dễ bị phân hủy Có ý nghĩa lớn việc bảo vệ môi trường II Giống vi sinh vật sản xuất acid lactic - Các vi khuẩn lactic đóng vai trị quan trọng nhiều loại thực phẩm cổ truyền sữa chua, nem chua, dưa rau quả… Sản lượng acid lactic không thay đổi lớn thập kỉ cuối kỉ 20 ước tính khoảng 50 ngàn năm, khoảng 2/3 sản xuất lên men - Vi khuẩn lactic thuộc họ Lactobacterium Nhóm vi khuẩn gồm nhiều loại khác hình dạng, sinh lí khả lên men - Do vi khuẩn khác tham gia chế khác tạo sản phẩm chính, phụ khác nên chúng chia làm loại: đồng hình dị hình * Đặc điểm chung nhóm vi khuẩn lên men lactic: - Thuộc nhóm đơn bào, kích thước nhỏ từ 0,3 – 1µm, hình cầu, que, bầu dục - Nhiệt độ từ 10 ÷ 500C - pH từ 4,5 ÷ 6,8 - Độ ẩm dễ tạo điều kiện kỵ khí cho vi khuẩn lactic làm cho acid lactic tích lũy nhanh chóng q trình lên men Trang Đề tài: Qui trình sản xuất acid lactic GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh - Vi khuẩn nhiệt trung chịu nhiệt: dãy nhiệt độ tối ưu cho phát triển vi khuẩn lactic nhiệt trung (Mesophilic) 28 ÷ 450C vi khuẩn lactic chịu nhiệt (Thermophilic) 45 ÷ 620C - Hoạt động phân giải protein - Vi khuẩn lactic sinh vật kỵ khí khơng bắt buộc Do đó, thực tế nồng độ oxygen thấp hoạt động sống trì bình thường, không bắt buộc phải - Vi khuẩn lactic có nhu cầu dinh dưỡng phức tạp: Các nhu cầu bao gồm vitamin, amino acid chí peptide ngắn - Trong mơi trường muối kháng khiết chứa glucose, NH4+ chúng phát triển Chỉ sử dụng đường monodisaccarit, không sử dụng dạng lactoflavin, thiamin, acid pantotenic, acid folic, biotin, amin - Nguồn carbon glucose, fructose, lactose, maltose sucrose Vài chủng vi khuẩn lactic sử dụng tinh bột L amylophilus L amylovorus Các chủng sản xuất chủ yếu: L.delbrueckii ssp, Bulgaricus, L Bulgaricus III Phương pháp lên men: Vi khuẩn len men lactic đồng hình: - Sản phẩm acid lactic 90 ÷ 98% - Sản phẩm phụ ethanol, acid acetic, CO2, acetone C6H12O6 → 2CH3CHOH-COOH - Giống vi khuẩn chủ yếu thuộc hai giống Lactobacterium (trực khuẩn) Streptococcus - Được dùng sản xuất lactic công nghiệp thực phẩm, đặc biệt công nghiệp chế biến sữa * Một số vi khuẩn điển hình: + Giống Lactobacterium: - Lactobacterium bungaricum - Lactobacterium planetarium Trang Đề tài: Qui trình sản xuất acid lactic GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh - Lactobacterium easein - Lactobacterium delbruecki + Giống Streptococcus: - Streptococcus lactic - Streptococcus cremorie Vi khuẩn len men lactic dị hình: - Ngồi acid lactic q trình lên men lactic dị hình cịn tạo acid succinic, acid acetic, ethanol - Có men decacboxylase để phân huỷ acid pyruvic, CO2, CH3CHO Tuy nhiên không phân huỷ hết acid pyruvic - Lên men dị hình cho độ tinh khiết không cao phức tạp C6H12O6 CH3CHOH – COOH + HOOC – (CH2)2 – COOH + CH3COOH + CO2 + H2… * Một số vi khuẩn điển hình: - Bacterium coli - Bacterium aeogenes - Bacterium pentoacetium - Lactobacillus brevis IV Nguồn nguyên liệu: Nguồn glucid: Để trì sống, điều hịa q trình chuyển hóa tế bào vi khuẩn cần sử dụng nguồn glucid có mơi trường dinh dưỡng làm nguồn cacbon Nguồn cung cấp glucid quan trọng cung cấp cho vi khuẩn đường lactoza Hầu hết vi khuẩn lactic có enzim lactose nên thủy phân lactose thành glucose galactose C12H22O11 Nước C6H12O6 + C6H12O6 Lactose Trang Đề tài: Qui trình sản xuất acid lactic Lactose GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh Glucose Galactose VK Glucose galactose Các hợp chất khác + sinh lượng Một số loại đường khác vi khuẩn lactic sử dụng chọn lọc: + Đisaccarit: Saccarose, maltose…… + Polysaccarit: dextrin, tinh bột,…… Đối với lên men lactic đồng hình vi khuẩn lactic chuyển hóa khoảng 98% glucid thành acid lactic Nguồn Azốt : Các nguồn Azốt có ý nghĩa quan trọng phát triển sinh vật khơng có nguồn khơng thể tổng hợp chất phức tạp cấu tạo nên nguyên chất tế bào vi sinh vật Vi sinh vật đòi hỏi nguồn Azốt cao đặc biệt là: + Protit: Sự tương tác Casein sữa với vi khuẩn lactic có diện ion H + mơi trường làm tăng khả lên men lactic Ngồi Casein cịn chất đệm có tính trung hịa lượng acid sinh trình lên men + Pepton: Trong mơi trường sữa có sẵn nguồn pepton nhu cầu pepton thể vi khuẩn cao cần bổ sung pepton từ bên ngồi vào mơi trường sữa để đảm bảo lượng pepton đủ để làm tăng tốc độ lên men + Acid amin: Vi khuẩn lactic hấp thụ dễ dàng Theo nghiên cứu, vi khuẩn lactic phát triển tốt mơi trường có đầy đủ 16 loại acid amin Đối với vi khuẩn sinh hương, acid amin việc cần thiết cho phát triển vi khuẩn mà cịn kích thích tạo hương thơm Trong acid amin, senin có tác dụng ức chế phát triển nhiều loài Streptococus Vitamin: Vi khuẩn lactic khơng có khả sinh tổng hợp vitamin mơi trường sữa bên ngồi có đầy đủ loại vitamin cần thiết cho phát triển vi khuẩn lactic nên không cần bổ sung từ bên ngồi Trang Đề tài: Qui trình sản xuất acid lactic GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh Vitamin Loại vi khuẩn Ribiflavin Piridoxin Lact.Jugurti + + Lact.Lulveticum + Lact.Bulgaricum Acid folic B12 Tianin - - - + - - - + - + - - Lact.Lactis + - - + - Lact.Acidphilus + - + + - - - Muối khoáng nguyên tố vi lượng : + Nhu cầu khơng lớn khơng cần bổ sung thêm từ vào mà cần sử dụng chất có sẵn mơi trường sữa + Trong loại muối khoáng Piridoxin chiếm tỉ lệ cao Chú ý: Nồng độ muối NaCl môi trường không 6,5% bị tiêu diệt hết loại vi khuẩn lactic Nhu cầu Oxy: + Vi khuẩn lactic vừa có khả sống mơi trường có oxy vừa sống mơi trường khơng có oxy + Theo nghiên cứu cho vi khuẩn lactic phát triển tốt mơi trường có nồng độ oxy thấp Nhiệt độ: + Tùy loại vi khuẩn khác mà nhiệt độ thích hợp cho khác nhau: Vi sinh vật ưa lạnh : tmin = 0oC tmax =20 – 30oC top = -10oC Vi sinh vật ưa ấm: tmin = 3oC tmax =45 – 50 oC top = 20 -35oC Vi sinh vật ưa nóng: tmin = 30oC tmax =80oC top = 50 -60oC Trang Đề tài: Qui trình sản xuất acid lactic GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh + Nhiệt độ không ảnh hưởng đến cường độ phát triển mà ảnh hưởng đến khả phát triển chúng + Điều chỉnh nhiệt độ thích hợp sẽ: * Rút ngắn thời gian lên men * Hạn chế nhiễm vi sinh vật lạ khác * Sản phẩm thu đạt kết mong muốn pH môi trường: pH môi trường ảnh hưởng đến hoạt động phát triển vi sinh vật, có mặt ion H+ tác động lên tế bào vi sinh vật theo nhiều cách: + Ảnh hưởng trực tiếp lên bề mặt tế bào làm thay đổi tích điện bề mặt màng từ dẫn đến hoạt động loại enzim bị giảm + Nồng độ ion H+ ảnh hưởng đến độ phân ly chất dinh dưỡng môi trường + pH mơi trường khác cịn làm độ phân tán chất keo độ xốp thành tế bào không đồng việc chống lại tác động bên khác dẫn đến làm thay đổi hình dạng tế bào Với vi khuẩn lactic loại cầu khuẩn chịu pH so với trực khuẩn Loại vi khuẩn Trực khuẩn ưa nhiệt Strep.Lactic Strep.Thermophilus Strep.Faccalis pHmin 3,5 ÷ 4,25 4,75 4,75 4,5 pHop 5,5 ÷ 6,5 ÷ 6,5 6÷7 6÷7 pHmax 7÷8 8,5 8,5 10 Đối với vi khuẩn lên men lactic đồng hình, pH mơi trường khơng ảnh hưởng đến sản phẩm đặc trưng q trình lên men cịn vi khuẩn lên men lactic dị hình, ngược lại + Khi pH mơi trường cao sản phẩm tạo thành chủ yếu acid lactic + Khi pH mơi trường thấp sản phẩm tạo thành ngồi acid cịn có thêm acid acetic, nhiều sản phẩm khác Qua nhiều nghiên cứu người ta nhận thấy lượng di-acetyl tạo nhiều pH= 4,6 ÷ 5,2, yếu tố làm tăng mùi hương cho sản phẩm Trang Đề tài: Qui trình sản xuất acid lactic GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh Tác dụng chất kháng sinh vi khuẩn lactic sinh ảnh hưởng pH môi trường Các chất kháng sinh: Các chất kháng sinh ảnh hưởng lớn đến vi khuẩn lactic + Penicilin: lượng nhỏ đủ để ức chế nhiều loại vi khuẩn lactic + Streotomycin: có tính kháng sinh mạnh, có khả tiêu diệt vi khuẩn gram (+) vi khuẩn gram(-) Trong qúa trình lên men, hàm lượng chất kháng sinh tạo môi đủ lớn làm giảm hiệu suất lên men V Cơ chế trình lên men vi khuẩn lactic: Lên men lactic đồng hình (điển hình): Lên men lactic đồng hình q trình lên men sản phẩm axit lactic tạo chiếm 90% tổng số sản phẩm lên men lượng nhỏ axit, aceton, di-acetyl, … Phương trình chung biểu diễn trình lên men: C6H12O6 CH3CHOHCOOH + 21,8.104 J Trong trình lên men lactic đồng hình, glucoza chuyển hóa theo chu trình Em bden-Mayerhoff, vi khuẩn dụng cho quy trình tất loại enzim aldolase hydro tách dehydro hóa triozophophat chuyển đến pyruvat Vì vi khuẩn lên men lactic đồng hình khơng có enzim cacboxylase axit pynivic không phân hủy mà tiếp tục khử thành axit lactic theo sơ đồ chuyển hóa đây: Sơ đồ 1: C6H12O6 NAD+ 2CH3COCOOH NADH(H+) CH3CHOHCOOH Sơ đồ 2: Trang 10 Đề tài: Qui trình sản xuất acid lactic GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh Glucose Glucose - – photphat Fructose – – photphat Fructose –1, – diphotphat Photpho dioxyaceton Photphoglyceraldehyde Axit – 1,3 – diphotphoglyceric Axit pyruvic Axit lactic Cũng có số tác giả cho lên men lactic đồng hình tiến hành theo hai giai đoạn : - Giai đoạn 1: thời kỳ sinh trưởng cấp số mũ vi khuẩn, từ hexoza nhờ oxi hóa photphoglyceraldehyde kèm theo việc khử pividinnucleotide (PN) để tạo axit photphoglyceriaic PCH2-CHOH + H2O + PN P.CH2CHOH-COOH + PNH2 - Giai đoạn 2: chất nhận hydro PN-H2 tăng mà oxy hóa khử mơi trường giảm xuống dẫn đến nhường hydro từ PN-H2 cho axit photphoglycerinic để khử thành axit lactic CH2OP-CHOH-COOH + H2O ( PN-H2 ) H2O CH3CHOHCOOH + H3PO4 + PN + Tùy thuộc vào tính đặc hiệu quang học enzim lactate-dehydrogenase có mặt lactataxemase mà loại axit lactic dạng tạo D(-), L(+) DL Lên men lactic dị hình: Lên men lactic dị hình q trình lên men ngồi sản phẩm axit lactic tạo lượng đáng kể sản phẩm phụ axit acetic, etanol, axit xucxinic, CO2, … Phương trình chung biểu diễn trình lên men: Trang 11 Đề tài: Qui trình sản xuất acid lactic C6H12O6 CO2 … GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh CH3CHOHCOOH + HOOC(CH2)COOH + CH3COOH + C2H5OH + Trong đó, axit lactic chiếm khoảng 40%, axit sucxinic khoảng 20%, rượu etylic axit acetic 10% loại khí 20% Đơi khơng có khí mà thay vào tích lũy lượng axit formic Như vậy, sản phẩm phụ khác đáng kể tạo thành trình lên men lactic dị hình chứng tỏ trình phức tạp so với lên men lactic đồng hình Trong vi khuẩn lên men lactic dị hình khơng có enzim sơ đồ embdenmarehoff aldolase triozophotphatizomerase bước đầu phân giải đường glucose vi khuẩn theo đường pentozophotphat, tức thông qua glucose-6photphat, 6photphogluconat ribulose-5-photphat chuyển thành xilulose-5-photphat, hợp chất tiếp tục biến đổi thành photphoglyceraldehyde acetylphotphat tác dụng enzim pentozophotpho xelolase Những vi khuẩn dị hình thành axit acetic kèm theo tổng hợp ATP Acetylphophat khử thành etanol thông qua acetyldehytphotphoglyceraldehyde thơng qua axit pynivic mà tạo thành axit lactic Có thể tóm tắt sau : C6H12O6 Ribuloza -5 –photphat Xilulosse – – photphat Photphoglycerraldehyt Acetyphotphat CH3COCOOOH +NADH(+H+) CH3CHOHCOOOH + CO2 HOOCCH2COCOOH + H2 +2H+ CH3CHO -2H +2H2O CH3CH2OH CH3COOOH Etanol Axit axetic HOOC(CH2)2COOH Axit sucxinic Trang 12 Đề tài: Qui trình sản xuất acid lactic GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh + Axit lactic tạo thành từ axit pynivic tiếp nhận trực tiếp hydrogen từ dehyrase theo phương trình: CH3COCOOH + dehydrase-H2 CH3CHOHCOOH +dehydrase + Axit sucxinic tạo thành từ axit pynivic tác dụng với CO2 tiếp nhận hydrogen từ dehydrase theo phương trình sau: CH3COCOOH + CO2 COOH-CH2-CO-COOH COOHCH2COCOOH + Dehydrase -H2 2Dehydrase COOH(CH2)2COOH + H2O + + Etanol axit acetic tạo thành nhờ men aldehydrase từ acetaldehyde theo phương trình: CH3CHO + H2O + aldehydrase C2H5OH + CH3COOH + aldehydrase + Việc sinh khí liên quan đến điều kiện yếm khí tỉ lệ hợp chất phụ sinh phụ môi trường dinh dưỡng loại vi khuẩn lactic  Theo quan điểm tiến hóa sinh lý vi sinh vật học người ta cho lên men lactic đồng hình hướng tiến hóa độc lập lên men dị hình Cơ chế q trình chuyển hóa đường sữa vi khuẩn lactic gây nên biểu diễn theo sơ đồ sau Trang 13 Đề tài: Qui trình sản xuất acid lactic GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh Lactose Glucose Galactose Các sản phẩm trung gian CH3COOH Acid pyruvic +H H2O +2H +O CH3CHOHCOOH CH3CHOHCOOH Acid lactic CH3COOH CH3CHO Axit acetic CO2 +O +O +CH3OH CH3CH2OH CH3COOH CH3CHOHOCCH3 Etanol Aceton -2H CH3COCOCH Di-acetyl Lên men đồng hình Lên men dị hình Trang 14 Đề tài: Qui trình sản xuất acid lactic GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh Acetadehyde, etanol, acid acetic, aceton, di-acetyl tổ hợp tạo mùi vị đặc trưng cho sữa chua, giúp sữa chua có mùi vị khác hẳn sản phẩm khác Phần 2: Quy trình: Khái niệm lên men lactic: Lên men lactic q trình chuyển hố kỵ khí tạo acid lactic tác dụng vi khuẩn lactic Công nghệ sản xuất acid lactic: * Giống vi sinh vật: Lactobaccillus delbrueckii: - Vi khuẩn thường gặp hạt đại mạch - Dạng trực khuẩn lớn, kích thước ữ 7; 0,4 ữ 0,8àm - Trong quỏ trỡnh phát triển chúng có khả tạo thành hỡnh si di 100 ữ 1000 àm - Chỳng khỏc với vi sinh vật khác chúng không lên men lactose khơng sử dụng chế biến sữa Trong mơi trường dịch thể chúng có khả 70% acid lactic so với đường - Nhiệt độ tối ưu cho chúng phát triển 45 ÷ 500C, tối thiểu 180C tối đa 550C Qui trình sản xuất acid lactic: Theo phương pháp truyền thống, công nghệ sản xuất acid lactic phải qua giai đoạn chính: * Giai đoạn 1: Chuẩn bị mơi trường lên men *Giai đoạn 2: Điều khiển trình lên men * Giai đoạn 3: Tạo lactate canxi thu nhận acid lactic Trang 15 Đề tài: Qui trình sản xuất acid lactic GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh Nguyên liệu ( Tinh bột) Pha lỗng Chuẩn bị mơi trường lên men Lên men Lọc Quá trình tạo kết tủa lần Cơ đặc Q trình tạo kết tủa lần Trộn Cô chân không Acid lactic 3.1 Chuẩn bị môi trường lên men: - Nguyên liệu thường sử dụng mật rỉ đường rẻ tiền dễ kiếm - Pha loãng theo tỉ lệ nước: rỉ = 3:1, sau cho dung dịch chảy qua than hoạt tính.Than hoạt tính hấp thụ chất màu tạo chất keo có mật rỉ, mật rĩ sáng mau - Người ta lại làm lỗng mật rỉ đến nồng độ chất khơ 15% acid hóa mơi trường acid sulfuric 0,5% so với lượng rỉ đường Acid sulfuric có ý nghĩa chất điều hòa pH, acid sulfuric chất phá vỡ hệ keo, acid sulfuric chất chuyển hóa đường saccaro thành đường nghịch đảo giúp trình lên men sau tốt Sau đó, đun dung dịch đến 90 ÷ 950C 6h - Tiếp tục pha lỗng dung dịch đường xuống cịn ÷ 10% điều chỉnh pH ngược lại đến 6,3 ÷ 6,5 Làm nguội dung dịch đường xuống 500C bơm chúng vào thùng lên men 3.2 Điều khiển trình lên men: Trang 16 Đề tài: Qui trình sản xuất acid lactic GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh - Vi khuẩn lactic ni cấy riêng lượng men giống chiếm ÷ 5% thể tích thùng lên men Thùng lên men trang bị cánh khuấy ruột rà để cấp nhiệt độ Trong sản xuất lactic người ta thường sử dụng lồi vi khuẩn lactic đồng hình vi khuẩn Lactobaccillus denbruckii sử dụng nhiều Đối với vi khuẩn này, lên men lactic tiến hành nhiệt độ 500C Ở nhiệt độ 46 ÷ 480C vi khuẩn Lactobaccillus denbruckii lên men đồng thời tạp khuẩn phát triển Ngược lại, nhiệt độ 53 ÷ 550C hoạt tính vi khuẩn giảm sút Do đó, lên men với vi khuẩn người ta thường trì nhiệt độ 500C suốt trình lên men - pH trì ÷ Thời gian lên men ÷ 10 ngày - Những điều kiện lên men thay đổi tùy theo giống vi khuẩn mà ta sử dụng - Quá trình lên men lactic tiến hành thuận lợi mơi trường có phản ứng acid Tuy nhiên phải vi khuẩn lactic không chịu nồng độ acid dịch lên men lớn Do đó, lượng acid lactic thừa khơng trung hịa lên men bị dừng lại trước đường bị chuyển hóa hồn tồn thành acid lactic Vì vậy, biện pháp kinh tế tương ứng sản xuất phải trung hòa lượng acid lactic thừa đến pH 6,3 ÷ 6,5 Trong trình lên men người ta sử dụng vơi mịn để trung hịa lượng acid tạo thành nhằm tránh tượng acid hóa dung dịch lên men tạo lactate canxi Hằng ngày người ta cho vơi mịn vào ÷ lần ngày Cách trung hòa giữ phản ứng acid môi trường lên men làm cho vi sinh vật ngoại rơi vào không phát triển Số lượng CaCO3 cho tùy thuộc vào lượng acid lactic tạo thành số lượng CaCO3 cho vào dung dịch lên men đủ đẻ trung hòa lượng acid lactic 3.3 Giai đoạn tạo lactate canxi thu nhận acid lactic: - Dung dịch sau lên men đun nóng đến 80 ÷ 900C Dùng CaCO3 điều chỉnh độ pH dung dịch lên men đến 10 ÷ 11 giữ yên pH ÷ Trong khoảng thời gian chất lắng sinh khối vi sinh vật lắng xuống đáy Loại bỏ chất lắng lấy dịch Đem lọc dịch máy lọc khung nhiệt độ 70 ÷ 800C - Lọc xong tồn dịch lên men chuyển qua thiết bị tạo tủa lactate canxi từ 10 ÷ 16 - Quá trình tạo kết tủa kết thúc đem lọc máy lọc khung Lọc xong để riêng kết tủa dịch lọc Dịch lọc đem cô dặc lại đem kết tủa lại lần để thu hồi tồn acid lactic có dịch lên men Phần kết tủa trộn chung với phần trước đem sang thiết bị thu nhận acid lactic Thu nhận acid lactic: - Cho acid sulfuric vào phần kết tủa phản ứng xảy tạo thành CaSO4 kết tủa, loại bỏ phần kết tủa thu acid lactic - Acid lactic tạo thành theo phương trình sau: Ca(C3H5O3) + H2SO4→ CaSO4↓+ C3H6O3 Trang 17 Đề tài: Qui trình sản xuất acid lactic GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh - Dung dịch acid lactic đệm khử màu than hoạt tính đem chân không để thu nhận acid lactic tinh khiết Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men lactic: Các trình lên men dù khác chế điều kiện bị ảnh hưởng nhân tố: - Nhiệt độ: Mỗi loài vi sinh vật có u cầu nhiệt độ thích hợp cho phát triển Ví dụ: Vi khuẩn lactic nhiệt độ từ 30 ÷ 32oC, nhiệt độ khơng thích hợp enzyme giảm đơi xảy tượng lên men phụ - pH môi trường: pH