- Bão hòa CO2: trong quá trình lên men, bia được carbonic hóa ở nhiều thời điểm
3. CÁC SẢN PHẨM ACID HỮU CƠ 1 Lên men lactic acid
3.1.3. Công nghệ lên men sản xuất lactic acid
Nguyên liệu để sản xuất lactic acid là nguyên liệu có chứa đường hoặc rỉ đường được pha lỗng đến nồng độ thích hợp. Nếu nguyên liệu là tinh bột như khoai, sắn, ngơ, khoai tây... thì trước hết phải được thuỷ phân thành dung dịch đường. Trước khi lên men, dung dịch được pha loãng đến nồng độ 10 – 20 % và thanh trùng ở nhiệt độ 1200C. Có thể dùng nguyên liệu là huyết thanh sữa để sản xuất.
Nguyên liệu nên đáp ứng vài nhu cầu về độ tinh sạch vì các nhu cầu này là nhân tố quyết định cho các quy trình tinh sạch cần thiết của lactic acid được sản xuất. Sự lựa chọn của nguyên liệu phụ thuộc mạnh mẽ vào các ứng dụng dự định và giá trị riêng của sự tinh sạch sản phẩm.
Trong sản xuất lactic acid người ta thường dùng rỉ đường, vì đây là nguồn liệu rẻ tiền và dễ kiếm. Trước tiên, rỉ đường cần phải được xử lý để tẩy màu và tách các chất keo có trong mật rỉ. Để xử lý màu, người ta thường dùng than hoạt tính, đầu tiên, rỉ đường được làm loãng theo tỷ lệ 1: 3, sau đó cho chảy qua cột than hoạt tính. Than hoạt tính sẽ hấp phụ các chất màu, khi đó dung dịch rỉ đường sẽ sáng màu hơn. Sau đó, làm lỗng rỉ đường đến nồng độ chất khô 15% và dùng H2SO4 5% theo khối lượng dịch để acid hóa mơi trường. H2SO4 như một chất điều hòa pH, phá vỡ hệ keo và chuyển hóa đường saccharose thành đường nghịch đảo giúp quá trình lên men sau này tốt hơn. Tiếp tục pha lỗng dung dịch xuống cịn 5 – 10% đường và điều chỉnh pH ngược lại đến 6,3 – 6,5. Sau đó, làm nguội dung dịch đường xuống 500
C và bơm chúng vào thùng lên men để tiến hành quá trình lên men.
* Phương pháp lên men và thu nhận sản phẩm: + Phương pháp truyền thống:
Vi khuẩn lactic đã được nuôi cấy riêng ở phân xưởng nhân giống. Khi lượng giống đảm bảo về số lượng tế bào, người ta chuyển vào thùng lên men với tỷ lệ giống là 2,5 – 3%. Trong sản xuất lactic acid, người ta thường sử dụng vi khuẩn lactic đồng hình, trong đó vi khuẩn Lactobacillus delbruckii được sử dụng hơn cả. Đối với vi khuẩn này, thường duy trì nhiệt độ trong suốt quá trình lên men là 500
C, pH 5 – 6, thời gian lên men 7 – 10 ngày. Tuy nhiên, điều kiện lên men có thể thay đổi tuỳ theo giống vi khuẩn lactic mà ta sử dụng trong sản xuất.
Trong quá trình lên men, người ta thường sử dụng vơi mịn để trung hồ lượng acid được tạo thành nhằm tránh hiện tượng acid hoá dung dịch lên men và tạo ra calcium lactat. Lượng vôi mịn sử dụng khoảng 3 – 4 lần/1 ngày. Số lượng CaCO3 cho vào tuỳ thuộc vào lượng acid lactic tạo thành.
Sau khi lên men xong, dung dịch lên men được đun nóng đến 80 – 900C. Người ta dùng CaCO3 điều chỉnh pH của dịch lên men đến 10 – 11. Giữ yên pH này trong khoảng thời gian 3 – 5 giờ. Trong thời gian này, các chất lắng và sinh khối vi khuẩn sẽ lắng xuống đáy. Người ta loại chất lắng này. Sau đó dịch trong được lọc bằng máy lọc khung bản ở nhiệt độ 70 – 800C. Sau khi lọc xong, toàn bộ dịch lên men được chuyển qua thiết bị tạo kết tủa calcium lactate. Quá trình tạo kết tủa này khoảng từ 10 – 16 giờ. Kết thúc quá trình kết tủa, người ta cũng đem lọc bằng máy lọc khung bản. Để riêng kết tủa và dịch lọc. Dịch lọc được đem đi cô đặc lại và tiến hành kết tủa lại một lần nữa để thu hồi tồn bộ lượng lactic acid có trong dịch lên men. Phần kết tủa này được trộn chung với phần trước và đem sang thiết bị thu nhận lactic acid. Để thu nhận lactic acid, cho H2SO4 vào phần kết tủa. Khi đó phản ứng xảy ra và tạo thành CaSO4 kết tủa và dung dịch chứa lactic acid (C3H6O3). Dung dịch lactic acid được đem đi khử màu bằng than hoạt tính và đem cơ đặc chân khơng để thu nhận lactic acid tinh khiết.
+ Phương pháp hiện đại:
Nhu cầu sử dụng lactic acid ngày càng tăng, do đó nhiều cơng ty sinh học trên thế giới đã cố gắng tìm ra những cơng nghệ mới, tạo ra những chủng giống thuần chủng có hoạt lực cao nhằm nâng cao hiệu suất và năng suất sản xuất đồng thời giảm giá thành sản phẩm. Trong phương pháp này, người ta đã thay đổi giống và môi trường lên men và thay đổi phương pháp thu nhận sản phẩm.
Trong môi trường lên men sử dụng dung dịch chứa đường 40 – 100g đường trong 1000ml, ngồi ra cịn bổ sung 1% dầu ngơ, 1 – 4 % nước chiết ngô, nhiều loại nguyên tố khoáng vi lượng.
Điều kiện lên men ở nhiệt độ 40 – 500C, điều chỉnh pH trong suốt quá trình lên men là 4,8 – 5,7 bằng NaOH. Giống dùng trong quá trình lên men là Lactobacillus acidophilus. Lượng giống cho vào để lên men là 5% so với dung dịch lên men.
Sau khi lên men xong, người ta dùng Na2CO3 đưa pH dung dịch lên men đến 6,5 và thực hiện các điều kiện cho việc tạo thành sodium lactate như phương pháp truyền thống. Toàn bộ dung dịch, cả phần muối lactate và sinh khối được đưa vào thiết bị
sinh vật có khả năng lên men sẽ được chuyển ngược lại để lên men kế tiếp. Sodium lactate được cô đặc chân khơng và được chuyển sang máy thẩm tích trích ly để thu nhận lactic acid tinh khiết. Dung dịch lactic acid sẽ được đưa qua hai cột trao đổi ion để tách các cation Na+
và các cation khác. Ở cột trao đổi ion thứ hai sẽ tách anion SO42−. Lactic acid sau khi qua hai cột lọc này sẽ có độ tinh khiết rất cao khoảng 99%.