Công nghệ sản xuất acid lactic

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM GVHD: Ngô Lâm Tuấn Anh Mục Lục: Chương 1: Mở đầu trang 1.1.Giới thiệu acid lactic trang1 1.2 Tình hình sản xuất acid lactic trang 1.3 Ứng dụng acid lactic CNTP trang Chương 2:Công nghệ sản xuất acid lactic trang8 2.1 Nguyên liệu trang 2.1.1 Giống vi sinh vật trang 2.1.2 Cơ chế lên men trang 12 2.1.3 Chuẩn bị nguồn chất trang 17 2.1.4 Chuẩn bị môi trường nuôi cấy trang 22 2.1.5 Giữ giống trang 23 2.2 Quy trình sản xuất trang 26 2.2.1 Sơ đồ quy trình trang 26 2.2.2 Thuyết minh quy trình trang 28 2.3 Sản phẩm trang 41 2.4 Các vấn đề tồn trang 42 2.5 Thành tựu công nghệ trang 43 2.6 Hướng phát triển trang 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO trang 49 Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM GVHD: Ngô Lâm Tuấn Anh Chương MỞ ĐẦU 1.1 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 ™ Công thức cấu tạo: Công thức phân tử: C3H6O3 Công thức tổng qt: CH3-CHOH-COOH Acid lactic cịn có tên gọi khác 1- hydroxyethanol cacbonxylic hay acid 2- hydroxypropanoic Trong cấu tạo phân tử chúng có cacbon bất đối xứng nên chúng có hai đồng phân quang học: D –acid lactic L- acid lactic Hai đồng phân quang học có tính chất hóa lý giống nhau, khác khả làm quay mặt phẳng phân cực ánh sáng, sang phải sang trái Do tính chất sinh học chúng hồn tồn khác Cấu hình khơng gian: Acid lactic hỗn hợp dạng đồng phân D-acid lactic L-acid lactic: D-acid lactic Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic L-acid lactic http://www.ebook.edu.vn Trang Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM GVHD: Ngô Lâm Tuấn Anh 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, không tan CHCl3, nhiệt độ nóng chảy 16,8oC, nhiệt độ sơi 122oC 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 Ở dạng đồng phần D-acid lactic L-acid lactic có nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sơi 28 103 (oC) 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 180oC 1.2 Tình hình sản xuất acid latic: Hiện công nghệ sản xuất acid lactic phổ biến rộng rãi việc chế biến sữa thành loại sản phẩm sữa chua, yaourt, fomai… vừa tăng giá trị dinh dưỡng, vừa có tính chất chữa bệnh đường ruột giúp ta ăn ngon miệng, dễ tiêu hóa mà cịn có tác dụng bảo quản lâu sữa tươi Lên men lactic trình chuyển hóa đường thành acid lactic nhờ vi sinh vật điều kiện yếm khí Sự lên men lactic biết ứng dụng từ lâu đời dân gian lên men chua rau quả, làm sữa chua, sữa đơng Với quy mơ gia đình: Sự lên men sữa chua tiến hành theo kiểu dân gian (lên men tự nhiên – nhờ hệ vi khuẩn lactic có sẵn sữa), nhiên kiểu có tính chất gia đình quy mơ nhỏ giai đoạn đầu có vi khuẩn gây thối rữa hoạt động nên làm giảm phẩm chất sản phẩm, dẫn đến hư hỏng sản phẩm Với quy mô công nghiệp: sản xuất acid lactic với quy mô lớn đại, phát triển nhiều sản phẩm đạt độ ổn định chất lượng sản phẩm cao, công nghiệp người ta phải Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM GVHD: Ngô Lâm Tuấn Anh trùng Pasteur sữa (thanh trùng nhiệt 80 ÷ 900C) để nguội đến nhiệt độ phù hợp lên men, lúc cấy vi khuẩn lactic khiết vào Các sản phẩm sữa có sử dụng q trình lên men lactic thơng thường là: sữa chua đặc axidophilin, yaourt, fomat, bơ… sử dụng lên men hỗn hợp gồm lên men lactic lên men rượu kephia, kumi… 1.3 Ứng dụng acid lactic công nghệ thực phẩm: ™ Sản xuất sản phẩm lên men từ sữa: Các sản phẩm lên men từ sữa như: sữa chua, phomat, bơ, Các trình chuyển hóa sản xuất làm cho sản phẩm thêm giàu dinh dưỡng tạo hương vị đặc trưng cho sản phẩm ™ 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 Sữa tươi sữa chua sau lên men Nguyên tắc làm sữa chua phát triển vi khuẩn lactic làm pH giảm mạnh, cazein sữa bị đông tụ Sữa từ dạng lỏng chuyển sang dạng keo sệt có mùi vị thơm ngon Q trình làm sữa chua người ta phải sử dụng hai chủng vi khuẩn lactic đồng hình dị hình Vi khuẩn lactic đồng hình lên men nhanh làm giảm pH, vi khuẩn lactic dị hình lên men chậm tạo thành mùi thơm đặc trưng sữa chua Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM GVHD: Ngô Lâm Tuấn Anh Sản xuất phomat: để sản xuất phomat người ta dùng enzyme đơng kết thu cazein sữa, sau tiếp tục cho lên men với nồng độ muối loãng Tuỳ loại phomat mà q trình ủ chín người ta sử dụng loài vi sinh vật khác Các loại vi sinh vật thường sử dụng để làm chín phomat là: vi khuẩn propionic, nấm mốc… ™ 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 Rau muối chua Vì sản xuất sữa chua muối chua rau trình vừa mang ý nghĩa chế biến vừa mang ý nghĩa bảo quản ™ Sản xuất tương: Trong sản xuất tương trình lên men lactic tạo pH thích hợp cho sản phẩm tăng hương vị cho sản phẩm Hình: loại nước tương sản xuất thị trường Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM GVHD: Ngô Lâm Tuấn Anh ™ Muối chua rau Muối chua rau nhằm hai mục đích sau đây: bảo quản nguyên liệu làm tăng giá trị dinh dưỡng, giá trị cảm quan rau Nguyên tắc để muối chua rau tạo điều kiện để phát triển vi khuẩn lactic đồng thời hạn chế tác dụng vi khuẩn gây thối rữa Hiện có nhiều sản phẩm rau muối chua sử dụng rộng rãi Việt Nam giới Quá trình muối chua rau tiến hành sau: - Lựa chọn rau - Xử lý sơ - Phơi nắng - Cho thêm đường, muối, nước - Lên men - Muối chua Thông thường muối chua rau người ta sử dụng 3% lượng muối so với rau Nếu nồng độ muối thấp rau dễ bị thối Nếu nồng độ muối cao trình lên men chậm, tạo thành axit lactic giảm Tác dụng số trình muối chua rau - Q trình phơi nắng: làm giảm lượng nước có nguyên liệu - Cho thêm muối, đường: tạo áp suất thẩm thấu, làm nguyên liệu dễ nén chặt, không bị nát trở nên giòn Làm tăng nhanh trình lên men Nhiệt độ thích hợp cho q trình lên men 26 ÷ 35oC Tuy nhiên, nhiệt độ vi khuẩn butyric phát triển mạnh nên thực tế người ta khống chế nhiệt độ khoảng 20 ÷ 25oC Thơng thường vi khuẩn lactic chịu nhiệt độ thấp so với vi khuẩn khác, muối chua cần tăng nhanh độ axit để loại trừ khả nhiễm số lồi vi sinh vật khác Cơng Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM GVHD: Ngô Lâm Tuấn Anh ™ 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,… Các loại sữa bột giàu canxi Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM GVHD: Ngơ Lâm Tuấn Anh Chương CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT ACID LACTIC 2.1 Nguyên liệu Để sản xuất acid lactic cần phải có hai thành phần yếu nguồn chất tác nhân lên men vi khuẩn lactic 2.1.1 Giống ™ Giới thiệu vi khuẩn lactic Năm 1872, nhà Hoá học Thụy Điển Karl W Scheele lần tách acid lactic từ sữa bò lên men chua Năm 1857, Louis Pasteur chứng minh hình thành acid lactic trình lên men sữa chua có liên quan đến nhóm vi sinh vật đặc biệt gọi vi khuẩn lactic Năm 1878, Joseph Lister phân lập thành công vi khuẩn lactic đặt tên Bacterium lactis (hiện gọi Streptococcus lactis) Từ đến nhà hoá học liên tiếp phân lập loại vi khuẩn khác 2.1.1.1 Đặc điểm Vi khuẩn lên men lactic thuộc họ lactobacterium Đây trực khuẩn, cầu khuẩn không tạo bào tử hầu hết không di động, hơ hấp tùy tiện Chúng có khả lên men nhiều loại đường đơn đường đôi khơng có khả lên men loại glucid tạp tinh bột Sự phát triển cần có mặt pepton, axit amin, hay muối amon Chúng có yêu cầu đặc biệt chất dinh dưỡng giàu vitamin, axit amin khoáng chất Vi khuẩn lactic tên gọi chung vi khuẩn có khả sinh acid lactic, sản phẩm q trình chuyển hố carbonhydrate Chúng xếp vào họ Lactobacteriaccae , cầu khuẩn (lưỡng cầu, tứ cầu, liên cầu…), trực khuẩn ngắn dài đứng đơn độc thành chuỗi vi khuẩn gram dương, không tạo bào tử (tuy nhiên người ta tìm thấy số giống họ vi khuẩn lactic có khả tạo bào tử) hầu hết khơng chuyển động Chúng không chứa cytochrom enzyme catalase có khả sinh tổng hợp enzyme peroxydase mạnh enzyme phân giải H2O2 tạo thảnh H2O O2 nên chúng sống điều kiện có oxy khơng khí Vì vi khuẩn lactic gọi vi khuẩn hiếu khí tuỳ tiện Vi khuẩn lactic thu nhận lượng nhờ chuyển hoá đường thành acid lactic, ngồi sản phẩm acid lactic, q trình lên men đường cịn cho nhiều sản phẩm đường khác Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM GVHD: Ngô Lâm Tuấn Anh như: etanol, acid axetic, CO2 …Chính nhóm vi khuẩn lactic nhóm vi sinh vật có ý nghĩa quan trọng, ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực như: thực phẩm, y học, sản xuất acid lactic lactate - Vi khuẩn lactic có tế bào dạng hình que hình cầu, kích thước chúng phụ thuộc vào môi trường điều kiện nuôi cấy + Dạng hình que ngắn gần hình cầu, chiều dài khoảng 0.5 – 0.7µm mọc thành sợi dài, đơi tới 8µm Chúng đứng riêng rẽ, kết đơi kết thành chuỗi + Dạng hình cầu cịn cú dng ovan, ng kớnh 0.5 ữ 0.6 ti 1àm, đứng riêng lẻ kết đôi hay kết chuỗi Chuỗi có chiều dài khác ƒ Thành phần mơi trường có ảnh hưởng đến hình dạng tế bào Trong mơi trường có hàm lượng rượu cao làm cho tế bào dài Rượu etylic cịn có tác dụng kìm hãm phân chia tế bào mạnh so với sinh trưởng vi khuẩn - Các tế bào vi khuẩn lactic không chuyển động, không tạo thành bào tử, gram (+), không tạo thành sắc tố, không khử nitrate thành nitrite, khơng xó hoạt tính catalaza - Vi khuẩn lactic thể kị khí, vi hiếu khí Trong điều kiện kị khí chúng sinh trưởng hoạt động mạnh, điều kiện hiếu khí chúng sống hoạt động - Vi khuẩn lactic sinh sản cách phân chia tế bào Với điều kiện thuận lợi thời gian hệ chúng 15 phút, không thuận lợi kéo dài đến 24 2.1.1.2 Sinh lý vi khuẩn lactic Các vi khuẩn lactic xếp chung vào họ Lactobacteriaceae Mặc dù nhóm vi khuẩn khơng đồng mặt hình thái, gồm vi khuẩn dạng que ngắn, que dài lẫn vi khuẩn hình cầu, song mặt sinh lý chúng lại tương đối đồng - Là vi khuẩn Gram dương - Là vi sinh vật vi hiếu khí - Khơng tạo bào tử (tuy nhiên người ta tìm thấy số giống họ lactic có khả tạo bào tử) - Hầu hết không di động - Thu nhận lượng nhờ phân giải hydratcacbon tiết acid lactic Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM GVHD: Ngô Lâm Tuấn Anh - Khác với vi khuẩn đường ruột sinh acid lactic, vi khuẩn lactic lên men bắt buộc, chúng không chứa cytochrom enzyme catalase - Có khả sinh tổng hợp enzyme peroxydase mạnh Chúng phân giải H2O2 oxy để phát triển 2.1.1.3 Phân bố: Vi khuẩn lactic thường gặp đất nước, chúng thường phát triển mơi trường có chứa nhiều chất hữu phức tạp : - Trong sữa sản phẩm từ sữa thường gặp Lactobacillus lactis, Lactobacillus bulgarius, Lactobacillus helviticus, Lactobacillus casei, Lactobacillus ferment, Lactobacillus brevis, Streptococcus diacetyllactis Để tồn môi trường sữa vi khuẩn lactic tổng hợp ATP từ chất lactose - Trên bề mặt thực vật xác thực vật bị phân giải hay có Lactobacillus plantanium, Lactobacillus delnikii, Lactobacillus ferment, Lactobacillus brevis, Streptococcus lactis…Chúng cịn tìm thấy loại rau quả, trái - Trong ruột niêm dịch người động vật có Lactobacillus acidophilus, Streptococcus faecalis, Streptococcus bovis, Streptococcus salivanius, Streptococcus pyogenes, Bifidobacterium, Pneumococcus - Hoạt tính catalaza: vi khuẩn lactic sống điều kiện kị khí nên chúng khơng có hoạt tính catalaza Song, năm gần số thơng báo tìm thấy hoạt tính enzyme số chủng vi khuẩn lactic dạng Pseudocatalaza Pseudocatalaza thấy số loài thuộc giống Leuconostoc lactobacillus - Hoạt tính proteas: thấy cầu khuẩn, trực khuẩn liên khuẩn (Streptobacterium), trực khuẩn thường có hoạt lực cao hơn, chủng phân lập từ ruột non bê nghé Protease vi khuẩn lactic gồm proteinase, peptinase - Hoạt tính lipase vi khuẩn lactic có nhiều chủng thuộc cầu khuẩn, trực khuẩn Chế phẩm lipase thu nhận từ dịch chiết khơng có tế bào vi khuẩn dễ dàng phân hủy triglycerit đơn giản Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang 10 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM GVHD: Ngô Lâm Tuấn Anh Acid lactic sản phẩm trình lên men lactic hoạt động sống vi khuẩn lactic tạo nên Các vi khuẩn chịu acid, nhiên với lượng acid tích lũy mơi trường ngày nhiều làm ức chế phát triển chúng Điều giải thích thay đổi hình thái vi khuẩn lactic ủ chua thức ăn hay ủ chua rau Để giúp vi khuẩn lactic phát triển bình thường, khơng bị sản phẩm thân chúng tạo ức chế, người ta cho vào môi trường chất đệm thích hợp với lượng vừa đủ để trung hồ lượng acid sinh ra.Điều ứng dụng sản xuất acid lactic Người ta dùng chất đệm CaCO3 để chuyển acid lactic sang dạng lactate calcium, sau trình xử lý lactate calcium để thu hồi acid lactic 2.2.6 Tạo lactate canxium ¾ Mục đích: thu nhận lactate canxium chuẩn bị cho phản ứng thu acid lactic ¾ Phương pháp thực Khi lên men xong, đun nóng dung dich lên men đến 80-900C để hịa tan lượng lactate caxium tạo thành trước Dùng CaCO3 để điều chỉnh pH dịch lên men đến 10-11, giữ yên 3-5 để loại sinh khối vi khuẩn chất lắng Tiến hành lọc máy lọc khung nhiệt độ 70-800C Giữ lại sinh khối vi khuẩn để lên men mẻ tiếp theo, lọai hoàn toàn tạp chất Biến đổi: Vật lý: nhiệt độ tăng Hóa học: tăng nồng độ lactate calcium Hóa lý: tăng độ tan lactate calcium ¾ Thiết bị thông số công nghệ: Thiết bị lọc khung Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang 35 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM GVHD: Ngơ Lâm Tuấn Anh ¾ Các yếu tố ảnh hưởng Ảnh hưởng pH môi trường Mỗi loại vi sinh vật thích hợp với giá trị pH định môi trường nuôi cấy pH tối ưu cho phát triển vi khuẩn Lactobacillus delbruekii nằm khoảng 5-6 , trình lên men bị ức chế mạnh pH 4.5 Ảnh hưởng nhiệt độ Nhiệt độ mơi trường có ảnh hưởng sâu sắc đến hoạt động sống tế bào vi khuẩn Nếu nhiệt độ thấp gây ức chế đến sinh trưởng tế bào, thời gian lên men chậm, hiệu suất lên men thấp Nếu nhiệt độ cao việc gây ức chế cịn gây chết tế bào Ảnh hưởng oxy khơng khí Cơng Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang 36 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM GVHD: Ngô Lâm Tuấn Anh Vi khuẩn lactic thuộc nhóm đặc biệt Khi tế bào tiếp xúc với oxy khơng khí sinh H2O2, chất độc tế bào Chất loại bỏ H2O2 hữu hiệu enzyme catalase Tuy nhiên, lồi vi khuẩn có khả tạo enzyme này, chúng thường có enzyme peroxydase hiệu Do chúng phát triển tốt nồng độ oxy có mặt mơi trường thấp hồn tồn khơng có O2 Trong q trình lên men lactic ta cần thực trình lên men yếm khí để thu nhận sản phẩm đạt hiệu cao Ảnh hưởng nồng độ acid Acid lactic sản phẩm q trình lên men lactic hoạt động sống vi khuẩn lactic tạo nên Các vi khuẩn chịu acid, nhiên với lượng acid tích lũy mơi trường ngày nhiều làm ức chế phát triển chúng Điều giải thích thay đổi hình thái vi khuẩn lactic ủ chua thức ăn hay ủ chua rau Để giúp vi khuẩn lactic phát triển bình thường, khơng bị sản phẩm thân chúng tạo ức chế, người ta cho vào mơi trường chất đệm thích hợp với lượng vừa đủ để trung hoà lượng acid sinh ra.Điều ứng dụng sản xuất acid lactic Người ta dùng chất đệm CaCO3 để chuyển acid lactic sang dạng lactate calcium, sau q trình xử lý lactate calcium để thu hồi acid lactic Ảnh hưởng thiết bị lên men: Trong trình sản xuất ta cần ý đến vật liệu làm thiết bị lên men, acid lactic có tính ăn mịn kim loại Do đó, ta phải dự tốn trước để ngăn chặng tượng nhằm tránh tượng nhiễm kim loại nặng vào trình lên men kim loại tạo phức chất bước tinh làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Để khắc phục tượng trên, lên men truyền thống thiết bị phản ứng thường làm từ vật liệu gỗ bê tông Ngày nay, đáp ứng mục đích cơng nghệ người ta thường tráng lớp mạ phù hợp lên thiết bị phản ứng cần thiếthơn sử dụng vật liệu thép khơng gỉ Nồng độ lactate canxium tạo thành 2.2.7 Phản ứng với H2SO4 ¾ Mục đích: khai thác; chuẩn bị cho q trình tách sulfat calcium ¾ Thực hiện: Cơng Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang 37 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM GVHD: Ngô Lâm Tuấn Anh Ta cho H2SO4 lượng dư vào phần kết tủa Calcium lactate phản ứng với H2SO4, tạo thành CaSO4 dung dịch chứa acid lactic theo phương trình sau: ¾ Các biến đổi: Hóa lý: calcium sulfat tạo thành dạng kết tủa ¾ Thiết bị thơng số cơng nghệ: Thùng chứa thơng thường 2.2.8 Tách sunfat canxium: ¾ Mục đích:hồn thiện, khai thác tăng hàm lượng acid lactic ¾ Biến đổi: Hóa lý: thu dung dịch pha đồng loại bỏ pha rắn ¾ Thiết bị thông số công nghệ: Sử dụng thiết bị lọc thùng 2.2.9 Tinh sản phẩm Sản phẩm sau tách calcium ta thu acid lactic thô đưa qua cơng đoạn tinh Có ba cách tinh sản phẩm thường dùng lọc than hoạt tính, trao đổi ion sử dụng dung mơi hữu methylic ™ Xử lý than hoạt tính: ¾ Mục đích: Hấp phụ chất màu, chất mùi, tạp chất ¾ Phương pháp thực Cho than hoạt tính trực tiếp vào dung dịch, khuấy để lắng cho than hấp phụ chất Lượng than cho vào: khoảng 1g/l Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang 38 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM GVHD: Ngô Lâm Tuấn Anh Thời gian xử lý: khoảng 15-20 phút ¾ Các biến đổi: Hóa lý: q trình hấp phụ chất màu, mùi, tạp chất lên hệ thống mao quản than hoạt tính Hóa học: giảm nồng độ chất màu, chất mùi, tạp chất dung dịch ¾ Thiết bị thơng số cơng nghệ Than hoạt tính (Activated Carbon): loại than xử lý từ nhiều nguồn vật liệu tro vỏ lạc (đậu phộng), gáo dừa than đá Những ngun liệu nung nóng từ từ Cơng Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang 39 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM GVHD: Ngô Lâm Tuấn Anh mơi trường chân khơng, sau hoạt tính hóa khí có tính ơxi hóa nhiệt độ cực cao Quá trình tạo nên lỗ nhỏ li ti có tác dụng hấp thụ giữ tạp chất Than hoạt tính lọc nước qua hai q trình song song: • Lọc học, giữ lại hạt cặn lỗ nhỏ • Hấp thụ tạp chất hòa tan nước chế hấp thụ bề mặt trao đổi ion Than hoạt tính chất liệu xốp, có nhiều lỗ lớn nhỏ Dưới kính hiển vi điện tử, hạt than trơng giống tổ kiến Vì thế, diện tích tiếp xúc bề mặt rộng để hấp thụ tạp chất (Tùy theo nguyên liệu gốc, tổng diện tích bề mặt 1/2kg than hoạt tính cịn rộng sân bóng đá) ¾ Các yếu tố ảnh hưởng: Tính chất vật lý Than hoạt tính kết cấu, kích thước, mật độ lỗ, diện tích tiếp xúc Tính chất lý hóa loại tạp chất cần loại bỏ Thời gian tiếp xúc nước với than hoạt tính lâu, việc hấp thụ tốt Ngồi than hoạt tính, sử dụng : iso propyl ether, iso butanol, màng lọc membranes… ™ Trao đổi ion ¾ Mục đích: hồn thiện sản phẩm, giữ lại acid lactic cột tạp chất khỏi cột, tách tạp chất khỏi dung dịch acid lactic ¾ Phương pháp thực hiện: Do acid lactic tích điện âm nên ta dùng thiết bị trao đổi anionit Ion lactate bi giữ lại cột, ion ion âm chất không mang điện dung dịch khỏi cột Sau ta sử dụng dung dịch rửa giải dung dịch đệm có lực ion lớn để lơi ion lactate khỏi cột ¾ Các biến đổi: Vật lý: lực hút tĩnh điện hạt tích điện cột ion lactate 2.2.10 Cô đặc chân không: Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang 40 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM GVHD: Ngơ Lâm Tuấn Anh ¾ Mục đích: hồn thiện sản phẩm, tăng nồng độ acid lactic để dễ dàng bảo quản, vận chuyển ¾ Phương pháp thực hiện: Tiến hành cô đặc nhiệt độ < 40oC đến nồng độ dung dịch khoảng 60% ¾ Biến đổi: Vật lý: nhiệt độ tăng, khối lượng dung dịch giảm Hóa học: tăng nồng độ acid lactic dung dịch Hóa lý: nước bốc 2.3 Sản phẩm ™ Tính chất vật lý acid lactic Số CAS [79-33-4] Công thức phân tử C3H6O3 Tên khoa học 2-hydroxy-propanoic acid Khối lượng phân tử 90.08 g/mol Vị Có vị acid nhẹ Nhiệt độ nóng chảy 53oC/127oF Nhiệt độ sơi >200oC/390oF Tính tan Tan dung mơi phân Cơng Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang 41 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM GVHD: Ngô Lâm Tuấn Anh cực Hằng số điện ly, Ka 1.38*10-4 CAS:là số đăng kí cho hợp chất hóa học, polyme, hợp chất vi sinh, hỗn hợp hợp kim, số đăng ký giúp máy tính truy xuất từ sở liệu nhanh chóng ™ Chỉ tiêu acid lactic Chỉ tiêu hóa học acid lactic dạng tinh thể: Hàm lượng acid lactic kiểm nghiệm không thấp 95% Yêu cầu hàm lượng chất khác thể bảng sau: Chất Hàm lượng giới hạn Chloride Không vượt 0.1% Cyanide Không vượt q mg/kg Chì Khơng vượt q 10 mg/kg Sắt Không vượt 10 mg/kg Sulfate Không vượt 0.25% Phần cặn Không vượt 0.1% 2.4 Các vấn đề tồn Tác hại lên men lactic: • Tuy có nhiều ứng dụng quan trọng trên, lên men lactic gây nhiều tác hại như: tạo nhớt mơi trường, tạo gas có hại cho sản phẩm, làm chua đục bia, nước ngọt, nước giải khát Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang 42 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM • GVHD: Ngơ Lâm Tuấn Anh Vi khuẩn lactic thường dễ xâm nhập vào thiết bị lên men rượu, từ lên men lactic làm hư hại giai đoạn lên men rượu, làm rượu bị phẩm chất tạo acid lactic, acetic, manit Lên men gây hỏng, làm chua số sản phẩm có đường bảo quản Đây nguyên nhân gây tổn thất nặng nề, tốn chi phí sản xuất Ngồi cịn có số vi khuẩn lactic gây bệnh tiếp nhận gen gây bệnh khác vi khuẩn • Lên men acid lactic từ mật rỉ đường tiện lợi đòi hỏi kỹ thuật, số kỹ thuật phải đảm bảo không chất lượng sản phẩm bị giảm sút Đòi hỏi yêu cầu kĩ thuật cao, xác • Mật rỉ đường coi ngun liệu tốt mà rẻ tiền loại đường để lên men vấn đề nguồn nguyên liệu gây nhiều khó khăn cho nhà sản xuất Hiện người ta đa phần tập trung vào trồng cao su nên mía khơng cịn trồng nhiều, trọng Chính mà khơng đủ nguồn nguyên liệu cung cấp cho sản xuất đường để lấy mật rỉ 2.5 Thành tựu công nghệ ™ Sản xuất acid lactic từ cám gạo Sản xuất D-acid lactic từ cám gạo Loài Lactobacillus delbrueckii IFO 3202 với vi khuẩn có sẵn cám gạo sản xuất lượng 28 kg/m3 acid lactic từ 100 kg/m3 36 37oC Hiệu suất trình 78% Độ tinh khiết D-acid lactic sản suất 95% ☺Phương pháp thực : • Nguyên liệu : Vi khuẩn L delbrueckii IFO 3202 +Cám gạo tách dầu với thành phần tinh bột dextrin (46.7%), cellulose hemicellulose (11.3%), protein (18.4%), lipid (1.4%), tro (10.4%) thành phần khác (11.8%) • Q trình đường hóa polysaccharides cám gạo enzyme -Sử dụng enzyme amylase thủy phân tinh bột với hoạt tính 20000AUN/g (Một đơn vị AUN tính cho amylase tương ứng với lượng enzyme thủy phân mg glucose từ 1% tinh bột pH=4.5 40oC, sau 10 phút), pH tối ưu nhiệt độ tối ưu cho amylase pH=4.5 60-65oC Sử dụng enzyme cellulase thủy phân cellulose với hoạt tính 30000U/g Cơng Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang 43 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM - GVHD: Ngô Lâm Tuấn Anh Lượng cám gạo sử dụng 100 kg/m3 dung dịch đệm McIlvaine Hỗn hợp đảo trộn với tốc độ 140 vịng/phút 37oC 48 bình có cánh khuấy ™ Quá trình lên men lactic: Chủng vi khuẩn L delbrueckii IFO 3202 cấy vào môi trường chứa 10 kg pepton, 10 kg dịch chiết từ thịt, kg dịch chiết nấm men, kg K2HPO4, kg diammonium hydrogencitrate , 0.2 kg MgSO4.7H2O, 0.05 kg MnSO4.4H2O kg Tween 80 ứng với m3 pH đầu điều chỉnh tương ứng với dd NaOH 4N hay HCl N trước hấp tiệt trùng 121oC 15 phút Sau đó, bổ sung 100 kg/m3 cám gạo Chủng vi khuẩn cấy vào 10cm3 môi trường bổ sung glucose Môi trường giữ 12 đạt đến pha sinh trưởng log Nhiệt độ giữ 37oC pH môi trường giữ giá trị xác định cách bổ sung dung dịch NaOH 4N.Tiếp theo, dd chứa enzyme amylase cellulase thêm sau lọc màng lọc membrane kích thước 0.2 μm ☺Kết : -Thủy phân : Sau trình thủy phân tinh bột cellulose cám gạo, ta thu glucose disaccharides maltose, cellobiose… Vi khuẩn lactic sử dụng đường để thực trình lên men Lượng enzyme dùng để thủy phân cám gạo thay đổi khoảng 10 g/m3 đến 100 g/m3 Khi dùng hỗn hợp enzyme kết cao so với sử dụng riêng amylase hay cellulose, với hỗn hợp 6.7 g/m3 amylase 3.3 g/m3 cellulase lượng đường khử thu 28.5 kg/m3.pH=5 pH tối ưu cho trình đường hóa - Sự chuyển đồng phân acid lactic vi sinh vật nhiễm vào cám gạo: Vi sinh vật có sẵn cám gạo sinh tổng hợp acid lactic với tỉ lệ gần so với chủng vi khuẩn L delbrueckii IFO 3202 Ở pH 4.5-5.0 chủng sinh tổng hợp acid nhiều chủng L delbrueckii IFO 3202, pH=5.5 ngược lại Do ,cấy chủng vi khuẩn L delbrueckii IFO 3202 với lồi vi khuẩn có sẳn cám gạo tách dầu pH=5 kèm theo hỗn hợp enzyme amylase cellulase Acid lactic bắt đầu thu sau sau 12 hàm lượng 26 kg/m3 Sau 36 thu 28 kg/m3 acid lactic với độ tinh khiết 95% Hiệu suất trình 78%, hiệu suất dựa hàm lượng đường hòa tan sau 36 thủy phân cám gạo enzyme amylase cellulase Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang 44 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM ™ GVHD: Ngô Lâm Tuấn Anh Tác động mối quan hệ cộng sinh Lactobacillus bulgaricus 77 Streptococcus thermophilus 95/2 đến enzyme beta-galactosidase trình sản xuất acid lactic S.thermophilus Lactobacillus bulgaricus vi sinh vật đầy triển vọng cho trình sản xuất enzyme beta-galactosidase acid lactic Đây chất đóng vai trị thương mại quan trọng lĩnh vực công nghiệp thực phẩm dược phẩm Enzyme betagalactosidase có khả sử dụng để giải vấn đề liên quan đến việc loại bỏ dịch whey, kết tinh đường lactose đặc biệt trường hợp người khơng có khả tiếp nhận đường lactose Với viễn cảnh đó, mẫu yoghurt truyền thống thu thập từ vùng núi Toros Thổ Nhĩ Kỳ sử dụng để phân lập giống S.thermophilus Lactobacillus bulgaricus Trong tiến trình nghiên cứu này, mục đích phát mối quan hệ cộng sinh S.thermophilus 95/2 (St 95/2) Lactobacillus bulgaricus 77 (Lb77) acid lactic, sinh khối trình sản xuất beta-galactosidase hệ phương pháp bề mặt phản ứng Do ảnh hưởng tỉ số (Lb77 : St95) lồi cơng thức môi trường nghiên cứu tỉ mỉ Kết tỉ số (Lb77 : St95) loài cơng thức mơi trường có ảnh hưởng quan trọng đến tất phản ứng (p < 0.01) Hoạt độ enzyme dự đoán (2.1348 U/mL), lượng acid lactic (22.47 g/L) sinh khối (52.15 g/L) điều kiện tối ưu gần với giá trị thực có thí nghiệm (lần lượt 2.1265 U/mL, 22.18 g/L 49.15 g/L) Điều kiện tối ưu xác định kết hợp môi trường với với tỉ lệ : 2.6 (Lb77 : St95/2) môi trường chứa dịch whey (5%), nước ngâm ngũ cốc (4%), photphat kali (2%) peptone (2%) 43°C 8h Mối quan hệ cộng sinh môi trường cung cấp thêm 60% hoạt tính enzyme beta-galactosidase thêm 72% acid lactic so với kết đạt sử dụng Lb77 Cũng tương tự vậy, mối quan hệ cộng sinh cung cấp thêm 10% hoạt độ enzyme beta-galactosidase 74% acid lactic sử dụng St95/2 Kết nghiên cứu đem lại triển vọng việc sản xuất sản phẩm từ giống nhờ vào mối quan hệ cộng sinh thay sử dụng giống vi sinh vật đơn theo cách làm truyền thống ™ Một số qui trình sản xuất thực phẩm ứng dụng lên men lactic ¾ Sản xuất sữa chua Được tiến hành theo quy trình cơng nghệ với giai đoạn sau: Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang 45 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM GVHD: Ngô Lâm Tuấn Anh Phối trộn:Trước tiên cho nước nhiệt độ 40 ÷ 45oC vào nồi nấu, sau cho bột sữa gầy, chất ổn định vào khuấy cho tan, tạo dung dịch đồng nhất, bột không bị vón cục Gia nhiệt:Nâng nhiệt độ dịch sữa nồi nấu lên 550C giữ nhiệt 60 phút tạo điều kiện thuận lợi để casein bột sữa thủy phân, tăng khả giữ nước tốt, hạn chế tách nước, quện sữa mịn, Sau tiếp tục nâng nhiệt lên 600C cho bơ, đường vào Tiếp tục nâng nhiệt độ lên 90oC phút để trùng dịch sữa nhằm tiêu diệt vi sinh vật gây hại có sữa Ngồi ra, trùng cịn có ý nghĩa làm tăng khả hydrat hóa casein tạo cho sản phẩm có độ quện tốt, bền khơng bị tách nước Đồng hóa:Sau trùng sữa làm nguội đến nhiệt độ thích hợp cho đồng hóa bơm qua máy đồng hóa Tại với áp suất đồng hóa 200 bar giảm kích thước cầu mỡ, phân bố chúng đồng dịch sữa, tránh tượng lên cầu mỡ đồng thời tăng độ nhớt, tăng chất lượng sữa sản phẩm sữa Tăng độ quánh, sữa mịn đồng Làm nguội: Dịch sữa sau đồng hóa làm nguội đến nhiệt độ cấy men (44 ÷ 46)oC, tạo điều kiện nhiệt độ thích hợp cho vi khuẩn lên men lactic hoạt động Cấy men: Men chứa vi khuẩn lactic cấy vào bồn ủ với tỷ lệ ÷ 5% khuấy 10 phút Sau để yên tạo điều kiện cho trình lên men lactic Quá trình ủ men kết thúc PH dịch sữa đạt 4,65 ÷ 4,75 kết hợp với khuấy nhẹ để phá vỡ thể đơng tụ sữa Sau giảm nhiệt độ dịch sữa xuống 250C chuyển đến bồn rót Từ nhiệt độ lên men 42 ÷ 460C giảm đột ngột xuống 250C kìm hãm trình lên men tiếp tục vi sinh vật ¾ Sữa chua Kefir: Là sản phẩm sữa lên men có lâu đời nhất, phổ biến châu Âu Nguyên liệu dùng để làm sữa chua Kefir sữa dê, sữa cừu sữa bị Quy trình sản xuất sữa chua Kefir đơn giản, trước tiên sữa đồng hóa áp suất 175_ 200 bar, trùng 90- 950C phút, sau làm nguội đến 260C cho hạt Kefir vào Hạt có chứa sẵn số loại vi khuẩn lactic như: ·Streptococcus lactic .Lactobacillus caucasicus ·Streptococcus Cremoris Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang 46 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM GVHD: Ngô Lâm Tuấn Anh ·Nấm men · Vi khuẩn khác Aerobacter, klebsiella… Sau cho hạt Kefir vào, giữ nhiệt độ 260C cho lên men từ 12 - 14 giờ, pH đạt 4.5 - 4.6 làm lạnh nhanh xuống 14 - 160C, giữ thời gian nhiệt độ thấp gọi thời gian ủ chín Trong giai đoạn vi khuẩn lactic không hoạt động nấm men Kefir lại hoạt động mạnh tạo thành sản phẩm độc đáo có chứa 0.6 - 0.8% rượu, 0.6 - 0.9% acid lactic, 50% khí CO2 Sản phẩm sữa chua Kefir có trạng thái đồng nhất, độ đặc vừa phải, có vị chua có mùi thơm tự nhiên men Kefir Ngồi ra, sản phẩm cịn có tính chất bổ dưỡng chữa bệnh, loại sản phẩm tiêu biểu cho dạng lên men hỗn hợp ¾ Sản xuất Bơ: Là sản phẩm chế biến từ chất béo sữa có sử dụng lên men lactic Chất béo tách khỏi sữa sở khác tỷ trọng sữa chất béo phương pháp ly tâm dchất béo = 0, 93 , dsữa = 1, 036 Chất béo sau tách acid khử trùng Pasteur, để nguội cấy vi khuẩn lactic khiết để lên men lactic Sau lên men ta thu bơ chín có vị chua, mùi thơm dễ chịu Bơ chín đánh nhuyễn, nhào cho đồng nhất, tách nước khỏi bơ thành phẩm Tùy theo vị nước thêm muối ăn vào bơ với tỷ lệ khác tối đa 10% Sản phẩm bảo quản nhiệt độ lạnh ¾ Sản xuất Phomai: Phomai sản phẩm chế biến từ sữa có sử dụng trình lên men lactic Đây mơt thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, bảo quản lâu, phổ biến thích hợp vị người châu Âu, châu Mỹ Quá trình chế biến phomai gồm giai đoạn sau: Giai đoạn lên men sữa, kết tủa casein: Sữa sau trùng Pasteur 85 950C từ 15 - 20 phút, dùng chế phẩm men Renin vi khuẩn lactic để kết tủa sữa Vi khuẩn lactic lên men sinh acid lactic, làm giảm pH môi trường tạo điều kiện thuận lợi để casein kết tủa emzym Renin giúp cho giúp cho kết tủa cazein tốt hơn, cazein lắng xuống thu Phomai Ngồi tác dụng kết tủa, Renin cịn thủy phân phần cazein thành pepton, acid amin… Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang 47 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM GVHD: Ngô Lâm Tuấn Anh Giai đoạn ép nén tách huyết thanh: Phần casein kết tủa ép từ 20 ÷ 24 giờ, nhiệt độ 35 ÷ 500C tiếp tục lên men Sau ép huyết khỏi cục sữa kết tủa, số lượng tế bào vi khuẩn lactic 1g Phomai tăng lên Phomai lúc có thành phần chủ yếu casein lipid Huyết sữa bị loại chứa lactoza, lactalbumin, lactoglobulin… Giai đoạn muối Phomai: Khối Phomai sau tách huyết cho vào bể nước muối nồng độ 24% ngâm vài ngày để tăng vị mặn, tạo đồng thành phần cho khối phomai kìm hãm vi sinh vật có hại phát triển chủ yếu trực khuẩn đường ruột Giai đoạn ủ chín: Sau muối xong, khối Phomai chuyển vào hầm lên men nhiệt độ 50 ÷ 570C, độ ẩm 80 ÷ 90% Q trình lên men chậm dần đường lactoza bị tách hầu hết giai đoạn ép nén Trong khối phomai, vi khuẩn Propionic hoạt động mạnh, lên men lactic thành acid propionic, acid axetic CO2 Cả hai acid làm cho Phomai có vị chua, hăng đặc biệt Sự lên men propionic kết thúc sau ÷ 2,5 tháng Giai đoạn gọi q trình ủ chín.Tuy vậy, q trình ủ chín Phomai tiếp tục thời gian cho Phomai hồn tồn chín Trong thời gian cazein tiếp tục phân giải thành đạm tác dụng enzym Renin vi khuẩn lactic Khi Phomai chín 2/3 cazein phân giải thành pepton, acid amin NH3 Phomai bảo quản lạnh, bao gói số vật liệu thích hợp, cách ẩm chống oxy hóa tốt để sử dụng lâu dài cận chuyển xa 2.6 Hướng phát triển Tập trung mở rộng cơng nghệ máy móc để tự động hoá số kỹ thuật để nâng cao chất lượng sản phẩm Tuy nhiên vấn đề lớn, thuộc trình độ kĩ thuật cần có lượng vốn lớn tập trung Ví dụ: Q trình sản xuất thu lượng Acid lactic với độ tinh cao, rút ngắn quy tình sản xuất thời gian lên men lactic, nâng cao hiệu sản xuất Công nghệ sản xuất acid lactic vào ứng dụng từ lâu mảnh đất đầy tiềm cho nhà khoa học nhà sản xuất Đây ngành ứng dụng rộng rãi, có nhiều hướng phát triển có triển vọng có việc tạo sản phẩm So với nguyên liệu khác mật rỉ đường xem tối ưu, cần giải nguồn nguyên liệu, đồng thời nên có xử lý phương pháp gen để cải thiện tác vi khuẩn lên men lactic chất lượng sản phẩm Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang 48 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic GVHD: Ngô Lâm Tuấn Anh http://www.ebook.edu.vn Trang 49 ... canxi Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM GVHD: Ngô Lâm Tuấn Anh Chương CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ACID LACTIC 2.1 Nguyên liệu Để sản xuất acid. .. ý nghĩa mặt cơng nghệ nhóm tạo nhiều acid lactic trình lên men 2.1.2.4 Vi khuẩn sản xuất acid lactic: Sản xuất công nghiệp acid lactic cuối kỉ 19 Avery người tìm cách sản xuất acid lactic quy... Tuấn Anh 2.2 qui trình sản xuất 2.2.1 sơ đồ qui trình Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang 26 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic GVHD: Ngô