Cơ chế sinh tổng hợp glutamic acid

- Sự tạo thành ester: Cùng với việc tạo ra acid và alcol, dưới tác dụng của enzyme esterase của nấm men, các acid và alcol tác dụng với nhau tạo ra các ester

4.3.1.Cơ chế sinh tổng hợp glutamic acid

4. CÁC SẢN PHẨM VITAMIN VÀ ACID AMIN 1 Riboflavin (Vitamin B2)

4.3.1.Cơ chế sinh tổng hợp glutamic acid

Glutamic acid sản xuất bằng phương pháp lên men vi khuẩn. Quá trình này được xúc tác nhờ hệ enzyme có sẵn trong vi khuẩn, chuyển hoá qua nhiều giai đoạn trung gian với nhiều phản ứng khác nhau tạo ra nhiều sản phẩm phụ, và cuối cùng là sản phẩm glutamic acid. Thực chất của quá trình này là chuyển hoá đường (quá trình đường phân theo Embden-Meyerhoff), rồi sau đó thông qua chu trình Krebs của quá trình hô hấp hiếu khí của vi khuẩn, sản phẩm acid glutamic được tạo thành.

Glucose Acid α-Cetoglutaric COOH-C-(CH2)2-COOH O

Amine hoá trực tiếp Chuyển amine

Acid L-glutamic COOH-(CH2)2-CH-COOH NH

4.3.2. Tác nhân vi sinh vật

Chủng vi sinh thường sử dụng là: Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium lactofermentus, Micrococcus glutamicus. Chủ yếu dùng chủng Corynebacterium glutamicum (loại vi khuẩn này được nhà vi sinh vật Nhật Bản là Kinosita phát hiện từ năm 1956 có khả năng lên men từ tinh bột, ngô, khoai, khoai mì để tạo ra glutamic acid).

Giống vi khuẩn thuần khiết này được lấy từ ống thạch nghiêng tại các cơ sở giữ giống, sau đó được cấy truyền, nhân sinh khối trong môi trường lỏng đã thanh trùng và đưa vào thiết bị lên men. Khi tuyển chọn chủng vi khuẩn phải có khả năng tạo ra nhiều glutamic acid, tốc độ sinh trưởng phát triển nhanh, có tính ổn định cao trong thời gian dài, chịu được nồng độ acid cao, môi trường nuôi cấy đơn giản, dễ áp dụng trong thực tế.

4.3.3. Quá trình lên men

Thành phần môi trường lên men phụ thuộc vào đặc điểm của chủng sản xuất. Nguồn carbon thường dùng là glucose, saccharose, dịch thủy phân tinh bột, rỉ đường, dịch thủy phân cellulose, các acid hữu cơ. Nồng độ đường trong môi trường tính theo sacchose là 8 – 25%. Nguồn nitrogen thường bổ sung với tỷ lệ 1,5 – 2%, có thể dùng urea, muối urea. Ngoài ra còn bổ sung các muối khoáng, chất kích thích sinh trưởng như biotine, vitamin B...

Thời gian lên men phụ thuộc vào hàm lượng đường có trong môi trường, phương pháp bổ sung đường vào môi trường một lần hay nhiều lần, mức độ thông khí phụ thuộc vào đặc tính sinh lý, sinh hóa của chủng giống sản xuất.

Lên men sản xuất glutamic acid là nuôi cấy theo mẻ và yêu cầu vô trùng. Giống sau khi hoạt hóa thông qua bình tam giác nuôi trên máy lắc hay trong nồi lên men. Mỗi

một cấp độ nuôi cấy thường kéo dài từ 18 – 24 giờ, giống cấy vào môi trường mỗi cấp khoảng 5 – 6% thể tích môi trường và thời gian lên men kéo dài 2 - 3 ngày.

Sơ đồ quá trình lên men sản xuất acid glutamic tuân thủ theo quá trình lên men chung: nhân giống, chuẩn bị môi trường, thanh trùng, làm lạnh, cấy giống, lên men, tách và tinh chế glutamic acid, chuyển sang mono – glutamate, sấy khô và đóng gói.

Các phương pháp tinh sạch, kết tinh glutamic acid từ dịch lên men như sau: - Phương pháp sử dụng điểm đẳng điện.

- Phương pháp tạo hydrochlorite của glutamic acid.

- Phương pháp dùng dung môi hữu cơ để hoà tan glutamic acid rồi tách. - Phương pháp trao đổi ion.

- Phương pháp chuyển glutamic acid thành các muối kim loại khó tan rồi tách. - Phương pháp điện thẩm tích chuyển glutamic acid về phía cực dương.

Trong đó, phương pháp sử dụng điểm đẳng điện là đơn giản được ứng dụng nhiều ở các nhà máy sản xuất mì chính, phương pháp này chia làm 5 bước:

+ Cô đặc dung dịch lên men ở nhiệt độ 50 – 600C, đến 1/3 – 1/2 dung tích ban đầu.

+ Tẩy màu

+ Dùng HCl đưa pH đến điểm đẳng điện là 3,2 + Kết tinh trong điều kiện lạnh

+ Ly tâm để tách glutamic acid.

Nhược điểm của phương pháp này là hiệu suất thu hồi thấp, thường chỉ đạt 50 – 60% glutamic acid có trong dịch lên men.

Triển vọng nhất và được nhiều nơi ứng dụng là phương pháp dùng nhựa trao đổi rezin. Nhựa trao đổi rezin có hai loại: rezin dương tính (mang tính acid) và rezin âm tính (mang tính kiềm). Dịch lên men có chứa glutamic acid và tạp chất cho chảy qua cột nhựa (có chưa rezin) từ dưới lên với tốc độ 150 – 180 lít/phút, thời gian chảy qua cột là 150 – 180 phút. Song song, người ta cho dòng nước chảy qua cột cùng chiều với dung dịch lên men để rửa các vi khuẩn bám vào bề mặt rezin. Giữ nhiệt độ trong cột trao đổi ion là 60 – 650C. Sau khi kết thúc quá trình trao đổi ion, dùng NaOH 4 – 5% để tách glutamic acid ra khỏi cột (tốc độ chảy NaOH là 5 – 6 m/giờ, lưu lượng 100 lít/phút.

4.4. Lysine

L-lysine là một amino acid không thay thế, rất cần cho hoạt động sống của người và động vật. Công thức hóa học như sau:

CH2 − CH2 − CH2 − CH2 − CH − COOH

| |