2.5.1. Sản xuất aicd lactic
Đây là quá trình chuyển hoá yếm khí Gluxit thành acid lactic nhờ hoạt động sống của vi sinh vật, điển hình là vi khuẩn lactic. Mật rỉ được dùng làm nguồn nguyên liệu Cacbon chủ yếu trong phương pháp sinh hoá acid lactic.
2.5.1.1. Quy trình sản xuất
Thuỷ phân Pha loãng
GVHD: ThS. Hồ Xuân Hương Trang 24
Rỉ đường
Nguyên liệu khác
Dịch lên men
Lên men
Muối Lactat canxi
Cô đặc Tách kết tủa CaSO4 Kết tinh Trung hoà Tinh chế VK Lactic Ca(OH)2,CaCO3 10% Tinh bột
2.5.1.2. Thuyết minh quy trình
Các phân đoạn chính trong quy trình:
Chuẩn bị dịch lên men
Với nguyên liệu là mật rỉ. Đầu tiên pha loãng mật rỉ theo tỷ lệ nước/rỉ = 3/1, sau đó dùng than hoạt tính để khử màu và làm sạch. Tiếp theo pha thêm nước để dịch pha loãng đạt nồng độ 10-12%. Sau đó acid hóa bằng acid sunfuric với lượng acid bằng 5% so với lượng
đường trong dịch, đun tới 90-95oC, giữ trong 60 phút để thanh trùng và chuyể hoá đường
saccharose. Làm nguội dịch đến 500C rồi cấy giống thuần khiết với lượng 2-2,5% theo thể
tích và cho lên men trong thùng lên men ở nhiệt độ ổn định là 50oC.
Để trung hoà acid tạo ra trong thùng lên men tới pH 6,3-6,5. Quá trình lên men được khuấy liên tục, sau 7-8 ngày thì kết thúc, dịch lên men lúc này chúa 11-14% lactat canxi.
Lượng men giống chiếm khoảng 3-5% thể tích thùng lên men. Thùng có cánh khuấy
và ruột gà để cung cấp nhiệt. Lên men lactic được tiến hành ở nhiệt độ 500C. Ở nhiệt độ 46-
48oC, vi khuẩn lactic Penbriuki lên men kém, đồng thời các tạp khuẩn sẽ phát triển. Ngược
lại ở nhiệt độ 53-55oC hoạt tính của vi khuẩn sẽ giảm sút. Để giữ pH người ta dùng vôi bột
hoặc bột phấn để trung hoà acid tạo thành. Mặt khác bổ sung dịch đường trong dịch lên men khoảng 10-12%. Lượng đường lên men trung bình trong ngày vào khoảng 1-1,5 % và kéo dài khoảng 7-10 ngày. Đường sót lại có thể đạt 0,1-0,2%, đôi khi tăng lên 0,5-0,7%. Cuối lên men dung dịch có thể chứa 12-14% lactat canxi.
Xử lý dịch lên men và thu acid lactic
Dịch đã lên men được đun nóng đến 80-90oC, rồi được xử lý bằng nước vôi tới pH
10-11. Để yên trong 3-5 giờ để lắng và tách các chất keo, protit và cacbonat canxi dư. Dịch
trong sau khi lắng được lọc qua máy lọc ép khung bản ở nhiệt độ 70-80oC, nước lọc cho chảy
vào trong thùng để kết tinh lactat canxi ở nhiệt độ phòng. Khối tinh thể được lọc qua máy lọc ép khung bản, rồi được chuyển vào thùng để phân giải bằng acid sunfuric ở nhiệt độ 60- 70oC. Ở đây xảy ra phản ứng:
Ca(C3H5O3)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2C3H6O3
Dung dịchnhận được gọi là acid lactic thô. Acid lactic thô được xử lý bằng Kali
feroxyanua 20% và than hoạt tính để khử màu, hóa chất thích hợp khác để loại bỏ các kim loại, cuối cùng đem cô đặc đến nồng độ 25%.
Để điều chế acid lactic tinh khiết làm dược phẩm., acid lactic thô được cất trong môi trường chân không nhờ hơi nuớc. Acid lactic thô nồng độ 25% được cho vào nồi cất bằng đồng rồi đun nhẹ. Hơi đi vào nồi theo ống ruột gà và được ngưng tụ trong 2 máy làm lạnh.
Máy thứ nhất có nhiệt độ 95-98oC, acid lactic ngưng tụ có nồng độ 40-45%, acid này được
lấy riêng và đem đi cô đặc đên 80-90% trên tháp cất. Máy lạnh thứ hai thu được nước cất có chứa 0,2-0,5% acid lactic.
Với cách trên sẽ thu được acid lactic sạch với hiệu suất đạt 75-90%.
2.5.1.3. Ứng dụng trong đời sống
Acid lactic có nhiều trong rau quả muối chua và các sản phẩm lên men chua như sữa chua, bánh bao, bánh mì, bún, nước giải khát lên men,…do quá trình chuyển hóa đường thành acid lactic dưới tác dụng của vi khuẩn. Acid này tham gia vào quá trình tạo vị, có tác dụng ức chế vi sinh vật gây thối làm tăng khả năng bảo quản sản phẩm. Đối với các sản phẩm lên men từ thịt như thịt thính, nem chua,…do tác dụng của các enzyme có trong tế bào thịt chuyển hóa glycozen thành acid lactic. Trong công nghiệp acid lactic được sản xuất bằng con đường lên men lactic.
Acid lactic có vị chua dịu nên được dùng trong công nghiệp bánh kẹo, ứng dụng trong lên men rau quả và bảo quản rau quả.
2.5.2. Sản xuất acid citric
Nguyên liệu chính để sản xuất acid citric là rỉ đường. Vi sinh vật biến đường thành
acid là nấm mốc Asp. Niger. Chúng sinh ra chủ yếu bằng con đường tạo ra bào tử. Quá trình
phân huỷ đường thành acid cũng giống như đối với sản xuất acid lactic.
2.5.2.1. Quy trình sản xuất Thủy phân Pha loãng Ca(OH) 2,CaCO 3 10% Tinh bột Rỉ đường H2SO4 Nguyên liệu khác Dịch lên men
Muối Citrat canxi Lên men Tách kết tủa Cô đặc Trung hoà Tinh chế Kết tinh Nấm mốc
2.5.2.2. Thuyết minh quy trình
Chuẩn bị dịch lên men
Ngoài rỉ đường để cho vi khuẩn phát triển và tạo acid thì môi trường cần có: 0,07%
Nitơ, 0,016-0,021% P2O5. Các Ion K, Mg, Zn và các nguyên tố khác chỉ cần rất ít. Người ta
đã coi rằng K, Mg, S, F và Nitơ có đầy đủ trong rỉ đường do đó không cần phải bổ sung vào
môi trường, chỉ cần thêm KH2PO4và một lượng nhỏ ZnSO4- Chất kích thích tạo thành mixen
và tổng hợp acid lactic.
Để chuẩn bị dịch lên men, trước hết rỉ đường cần được xử lý, làm sạch, lọc trong và tiệt trùng, được chứa trong thùng cao vị có nồng độ 25-28%, được acid hoá bằng HCl.
Thùng chứa các chất dinh dưỡng cần bổ sung cũng cần được đặt ở vị trí cao, tất cả đều phải đựợc tiệt trùng.
Chuẩn bị dịch nấm giống và lên men
Chuẩn bị dịch nấm giống từ các dịch vô trùng, chuẩn bị dịch lên mem chứa 3-4% đường. Sau đó hoạt hoá giống trong 5 giờ bằng cách cho vào dung dịch một lượng bào tử theo tỷ lệ 1g/lít canh trường.
Tuỳ theo thùng gây giống mà ta cho dịch bào tử vào, cánh khuấy làm việc liên tụcvà
sục khí vô trùng liên tục trong khoảng 28-36 giờ, nhiệt độ 34-35oC. Lượng không khí sục
trong giai đoạn đầu là 9-10m3/ giờ với thùng dung tích 50m3.
Chất lượng nấm giống cần được thường xuyên kiểm tra qua thời gian là: 12, 24, 36 giờ kể từ khi cấy. Sau 36 giờ dùng áp suất không khí vô trùng đẩy nấm vào thùng lên men. Lượng nấm giống chiếm khoảng 10-12% thể tích thùng lên men. Dịch lên men cũng được chuẩn bị tương tự và chứa 3-4%. Theo thời gian phát triển, nồng độ đường sẽ giảm, do đố cần bổ sung dịch đường đặc với tốc độ 0,5-0,8m3/giờ.
Để sản xuất acid cần khống chế nhiệt độ ở 31-32oC. Lượng không khí trong những
giờ đầu vào khoảng 100 m3, tăng dần sau 2 giờ tới 800-1000 m3/giờ và giữ ở mức độ trên
trong thời gian lên men đối với thùng có dung tích 50 m3. Áp suất trong thùng vào khoảng
0,1-0,2 kg/cm2.
Lên men được coi là kết thúc khi độ chua không thay đổi trong khoảng 4-6 giờ lên men cuối. Tuỳ thuộc vào hoạt độ và khả năng lên men của nấm mốc, thời gian lên men có thể kéo dài từ 5-10 ngày. Lượng acid thu được trong 1m3 canh trường phải đạt 7,5 kg trở lên, pH sẽ giảm từ 3-4 xuống còn 2,2.
Lên men xong, ta tăng nhiệt độ dịch lên men tới 60-65oC, lọc để bỏ mixen, rửa nước
và tập trung vào thùng chứa.
Xử lý dịch lên men
Lên men xong trong dịch chứa hỗn hợp các acid: citric, oxalic, gluanic và đuờng sót lại .
Đầu tiên cần tách acid ra khỏi dịch lên men bằng cách trung hoà với nước vôi dến pH đạt 6,8-7,5. Các phản ứng xảy ra khi trung hòa:
2C6H8O7 + 3Ca(OH)2 = Ca3(C6H5O7)2 ↓ + 6H2O (Citrate canxi) 2C6H12O7 + Ca(OH)2 = Ca3(C6H11O7)2 ↓ + 2H2O (Gluconat canxi) C2H2O4 + Ca(OH)2 = CaC2O4 ↓ + 6H2O (Oxalate canxi)
Citrat canxi và Oxalate canxi kết tủa còn Gluconat canxi cùng với các acid khác cũng như muối khoáng sẽ nằm lại trong dung dịch. Lọc và rửa bã ta sẽ thu được các muối canxi kết tủa.
Ca3(C6H5O7)2 + 3H2SO4 = 3C6H8O7 + 3CaSO4
Trong điều kiện kiện dư acid sunfuric thì Oxalat canxi sẽ hoà tan, khi đó nó sẽ bị loại bỏ khi lọc.
Tiếp theo ta dùng hoá chất thích hợp để loại bỏ sắt và các kim loại khác, đồng thời cũng dùng than hoạt tính để khử màu, tiếp đó lọc để loại bỏ kết tủa và rửa để thu vào thùng cô đặc. Nồng độ acid trong dung dịch khoảng 16%.
Cô đặc được thực hiện trong hai thiết bị : Thiết bị thứ nhất cô tới tỷ trọng 1,24-1,26, sau đó lọc để loại bỏ tiếp CaSO4. Ở thiết bị thứ hai sẽ cô tiếp đến tỷ trọng 1,35-1,36 tương đương 80% acid citric.
Giai đoạn cuối của xử lý là kết tinh acid. Kết tinh được tiến hành ở nhiệt độ 8-10oC
trong 12-48 giờ. Kết tinh xong đem đi ly tâm dể tách nước và cái. Tinh thể nhận được đem sấy khô ở nhiệt độ 35oC, sau đó đóng vào bao bì.
Nước cái còn lại chứa nhiều acid, được xử lý, cô đặc và kết tinh lại. Acid citric phải có độ kết tinh 99,5% trở lên.
2.5.2.3. Ứng dụng trong đời sống
Acid citric có nhiều trong các loại họ citrus. Trong nguyên liệu thực vật acid citric và acid malic thường đi kèm với nhau, có vị ngọt dịu nên thường được dùng để điều vị trong các sản phẩm rau quả và bánh kẹo. Trong công nghiệp, trước kia acid citric được sản xuất từ chanh, ngày nay được sản xuất từ rỉ đường bằng phương pháp lên men acid citric.
Acid citric được ứng dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm (Nước giải khát, bánh, kẹo, mứt, sữa,…), trong công nghiệp hóa chất, trong công nghiệp nhuộm, công nghiệp luyện kim,..
2.6. ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT BỘT NGỌT 2.6.1. Lịch sử của bột ngọt
Lịch sử của bột ngọt đã có hơn 100 năm. Vào năm 1860 nhà khoa học Ritthaussen ở Hamburg (Đức) xác định thành phần các protein động vật, đặc biệt là thành phần các acid amin, trong đó có một acid amin với tên gọi là acid glutamic và muối Natri của nó gọi là glutamat Natri, tiếp theo Ritthaussen là Woff, nhà hóa học thuần túy, xác định sự khác nhau của các acid amin về trọng lượng phân tử và cấu trúc cùng những hằng số về lý hóa tính của chúng.
Lịch sử bột ngọt có thể cắm mốc đầu tiên là ngày chàng thanh niên ở Tokyo có tên là Ikeda theo học tại Viện đại học Tokyo tốt nghiệp cử nhân hóa học năm 1889. Tốt
nghiệp xong Ikeda đi dạy tại trường trung học, rồi sang Đức tu nghiệp. May mắn sao Ikeda được làm việc với Woff, tham gia nghiên cứu hóa học protein. Chính thời gian này Ikeda đã học được cách nhận biết và tách từng axit amin riêng rẽ. Trở lại Nhật Bản, Ikeda làm việc tại khoa hóa Viện đại học Hoàng gia ở Tokyo. Trong bữa ăn gia đình, vợ ông khi chế biến thức ăn thường cho loại rong biển mà các đầu bếp Nhật Bản vẫn thường dùng. Quả là khi cho thêm rong biển thì vị của thức ăn đặc sắc hẳn lên, ngọt hơn, có vị thịt hấp dẫn. Tại phòng thí nghiệm riêng của mình, Kikunae Ikeda tìm hiểu rong biển có chất nào mà làm cho thức ăn thêm đậm đà vị thịt. Ông không ngờ công trình nhận biết hoạt chất trong rong biển của ông lại mở đường cho một ngành công nghiệp hùng mạnh ở thế kỷ 20.
Từ nghiên cứu cơ bản Ikeda tánh được acid glutamic từ rong biển Laminaria Japonica rồi chuyển thành Natri glutamat. Ikeda đã gọi bạn hùn vốn lập một công ty sản xuất glutamat Natri mà ông đặt tên cho thương phẩm này là Ajinomoto theo nghĩa tiếng Nhật là “tinh chất của vị ngon”.
Ngày 21 tháng 4 năm 1909, Ikeda đã đăng ký bản quyền sáng chế số 9440 tại Anh quốc với nhan đề: sản xuất chất tạo vị. Thực ra người ta biết acid glutamic trước khi biết muối Natri glutamate là một chất điều vị. Tên acid glutamic xuất phát từ thuật ngữ Gluten của bột mì. Tách gluten, thủy phân nó bằng acid và cuối cùng thu được một lượng lớn acid amin, trong đó acid glutamic chiếm 80 lượng các acid amin. Năm 1920, bí mật về công nghệ sản xuất mononatri glutamat (MSG) cũng được khám phá. Người cạnh tranh với Ajinomoto lại chính là người láng giềng châu á khổng lồ, đó là các doanh nghiệp Trung Quốc. Bắt đầu từ năm 1920 đến năm 1930, hãng Vị Tinh (ViTsin) mà dân miền Bắc gọi chệch đi là “mì chính” sản xuất hằng năm 200 tấn, còn Nhật lúc đó sản xuất hằng năm được 4000 tấn. Khi Nhật mở cuộc chiến tranh xâm lược Trung Quốc, các nhà sản xuất bột ngọt của Trung Quốc bị dẹp bỏ.
Mãi đến năm 1968 công ty Ajinomoto của Nhật Bản mới hoàn thiện quá trình sản xuất bột ngọt thương phẩm bằng phương pháp tổng hợp dựa vào chất chủ yếu là acrylonitrile (CH2=CH - CN). Khi đó, công ty này mới chỉ sản xuất bột ngọt bằng phương pháp tổng hợp. Tại thành phố Thượng Hải trong suốt những năm đầu của thế kỷ 20 ngành công nghiệp sản xuất bột ngọt đã phát triển khá nhanh và nó đã trở thành một sản phẩm thông dụng với hầu hết người dân Châu Á. Mặc dù vậy lúc này bột ngọt là một sản phẩm khá đắt, năm 1952: 1kg bột ngọt giá khoảng 3,5 đôla.
Năm 1956 các quy trình lên men dùng tinh bột làm nguyên liệu ban đầu đã phát triển mạnh làm giảm giá thành bột ngọt, sau đó năm 1964 người ta sử dụng rỉ đường mía làm nguyên liệu để sản xuất bột ngọt làm cho giá bột ngọt tiếp tục giảm, điều này tạo tiền đề cho
việc sản xuất bột ngọt trên qui mô thương mại, cho dến năm 1968 giá bột ngọt khoảng 0,9 đôla/1 kg.
HOOC- CH2 - CH2- CH- COOH
NH2
Ngày nay, việc sản xuất acid glutamic rồi chuyển thành MSG (monosodium glutamate – bột ngọt) không như buổi ban đầu. Người ta không tách acid glutamic có sẵn trong tự nhiên như từ gluten của bột mì, hoặc từ rong biển mà dùng công nghệ vi sinh. Từ tinh bột (chủ yếu là tinh bột sắn - để cung cấp hydratcacbon) với giống vi sinh vật và nguồn Nitơ tạo thành acid glutamic rồi chuyển mononatri glutamat.
Theo các nhà kinh tế mỗi năm Việt Nam tiêu thụ lượng bột ngọt khoảng 50 triệu USD. Theo tờ China Post (10/3/993 - Đài Loan) hầu như các hãng bột ngọt Đài Loan chuyển ra nước ngoài sản xuất, nếu sản xuất ở Đài Loan thì giá 1 tấn phải chi từ 1200 ÷ 1300 USD, còn sản xuất ở nước ngoài thì chi phí thấp hơn, khoảng 800 ÷ 900 USD.
2.6.2. Giới thiệu về bột ngọt
Bột ngọt (hay mì chính) là muối natri của acid glutamic, một trong hơn 20 loại acid amin để kiến tạo nên protein cơ thể, cần thiết cho sự tăng trưởng, chuyển hóa thần kinh và chức năng của não bộ con người.
Tên hóa học
Theo tiếng Việt là Natri glutamat.
Theo tiếng Anh là Monosodium glutamate monohydrate, viết tắt là MSG.
Các tên IUPAC: 2-aminopentanedioic acid, 2-aminoglutaric acid, 1-aminopropane- 1,3-dicarboxylic acid.
Tên quốc tế và cộng đồng châu Âu
INS 621, EEC 621 (thường gọi là chất điều vị 621). Bột ngọt chính là chất điều vị
621.
- Công thức phân tử là: C5H8NO4Na. - Trọng lượng phân tử: 187,13.
- Công thức cấu tạo của axit glutamic là:
Bột ngọt có các tinh chất
Tinh thể rắn dạng que, không màu, không mùi, không dính vào nhau, rời rạc, tan dễ dàng trong nước, tan vừa phải trong cồn.
Vừa có ngọt hoặc hơi mặn. Nhiệt độ nóng chảy 232°C Độ tan trong nước 74 g/ml
2.6.3. Quy trình sản xuất bột ngọt
Bột ngọt được sản xuất theo hai phương pháp thủy phân và lên men. Với phương