CHƯƠNG 2: SẢN XUẤT CHẤT TẠO NGỌT
2.4.4.Thành tựu công nghệ
Mỗi năm, một số lượng lớn sinh khối phế thải được tích lũy trong tự nhiên, là nguyên căn các vấn đề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Đốt 1 tấn chất thải này sẽ cho ra 1.7 tấn CO, NO, methyl clorua và các khí độc khác. Chất thải xuất ra tăng dần đến một điểm nơi mà các phương cách khôi phục tự nhiên chưa thích đáng. Vì thế cần tìm ra những công nghệ mới để
tiết kiệm sử dụng các sản phẩm có thể phục hồi này cốt đễ giảm giá việc xử lý ô nhiễm. Trong những năm gần đây, sự chú ý tập trung vào các quá trình công nghệ sinh học cho việc sản xuất vài nguồn thức ăn hữu ích và các sản phẩm thực phẩm khác. Một trong những sản phẩm này là xylitol được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm và công nghiệp dược phẩm. Sản xuất xylitol bằng sự lên men có thể là một sự hấp dẫn khác cho quá trình truyền thống theo kiểu làm việc tổng hợp hóa học. Người ta sử dụng giống nấm men Candida tropicalis làm tác nhân chuyển hóa xylose từ rơm thành xylitol.
Rơm chứa 1 lượng lớn hemixenlulose (29.4%), trong đó hàm lượng đường tổng chứa đến 10.3%, 69% trong các loại đường này là xylose.
Thí nghiệm đầu tiên là thủy phân rơm bằng nước nóng. Rơm khô xay nhuyễn được thủy phân chỉ bằng nước nóng 100oC, sau đó tiến hành lên men trong môi trường không bổ sung nguồn cacbon (xylose là nguồn cacbon duy nhất) và được nuôi dưới điều kiện tối thích cho mỗi chủng. Kết quả cho thấy sự phát triễn của cả hai chủng tương đối thấp và lượng xylitol bắt đầu được tích lũy sau 3 ngày ở chủng Candida và sau 4 ngày ở chủng Candida
Tropocalis thì nhỏ.
Sau 4 ngày nuôi, hàm lượng xylose ban đầu là 7gam/lit được tiêu thụ hoàn toàn và xylitol được sản xuất bởi 2 chủng đạt 0.8gam/lit và 0.45gam/lit trong trường hợp Candida
guilliermondii và Candida Tropocalis tương ứng.
Trong khi đó năng suất của XR thì rất thấp chỉ đạt 0.04u/gh ở chủng Candida guilleirmondii và 0.01u/gh ở chủng Candida Tropocalis.Một trong những nguyên nhân chính liên quan đến sự tiêu thụ môi trường được sản xuất từ vật liệu hemixenlulose là khả năng lên men kém, đặc biệt ở nồng độ cao. Điều này giải thích tỷ lệ sản phẩm xylitol thấp ở nồng độ của xylose từ sản phẩm thủy phân hemixenlulose.
Bảng 4: Xylitol được sản xuất từ trấu thủy phân nước nóng bằng cách lựa chọn phân lập Yeast isolates T (h) R (g/l) C (g/l) X (g/l) V.P (g/l.h) S.P (U/g.h) E (U/ml) C.guilliermondii 72 2.00 5.00 0.87 0.007 0.013 0.032 96 0.00 7.00 0.80 0.008 0.014 0.049 C.tropicalis 72 3.00 4.00 0.00 0.004 0.000 0.019 96 0.00 7.00 0.45 0.004 0.010 0.043
Thuỷ phân bằng hơi ở 1000C Initial xylose = 7 g/l
R = Residual xylose C = Consumed xylose
X = Produced xylitol
S.P = Specific productivity of XR (U/g of cell .h) V.P = Năng suất xylitol về thể tích (g/l.h)
E = Hoạt tính enzyme
Kết quả này khẳng định sự cần thiết phải xử lý rơm trước khi cấy nấm men. Có nhiều phương pháp xử lý được dùng đễ cải thiện kết quả của phản ứng thủy phân cho việc chuyển đổi hemixelulose thành đường.
Rơm được xử lý bằng nhiều phương pháp sẽ tạo thành sản phẩm thủy phân chứa 1 lượng đường như glucose, ara binose và xilytol. Trong đó hàm lượng đường xylitol hiện diện lên đến hơn 90% trong tổng hàm lượng đường có trong hemixenlulose của rơm, có thể được sử dụng như môi trường lên men đễ sản xuất xylitol.
Tuy nhiên bên cạnh đó, quá trình đường phân cũng sinh ra một lượng lớn sản phẩm phụ như acid acetic furfural, hydroxyl furfural (HMF) là chất độc đối với trao đổi chất ở VSV. Đễ giải quyết vấn đề này, ta cần chọn điều kiện phản ứng thỏa mãn đễ giữ sản phẩm phụ phụ thuộc vào điều kiện của phản ứng thủy phân.
Bảng 5: ảnh hưởng của phương pháp xử lý vật lý và hóa học khác nhau trên thành phần trấu gạo
Dữ liệu trong bảng trên cho thấy, quá trình hấp (121oC, 30 phút) thì sản phẩm sau thủy phân có hàm lượng xylose và đường tăng nhẹ nhưng không hình thành độc chất. Còn nếu rơm được xử lý bằng kiềm sẽ tăng tổng lượng đường từ 10.3 g/kg lên 20.8g/ kg và xylose tăng từ 6.9g/kg lên 14.3 g/kg độc chất sinh ra trong quá trình thủy phân bằng kiềm thì tương đối thấp: 5.6g/kg acid acetic, 0.52g/kg furfural, 0.08g/kg HMF, 1g/kg phenolic. Kiềm sử dụng có thể dùng ammonium, phân tích HPLC khẳng định sự hiện diện của acid acetic và thành phần ligin giảm từ 0.08g/g xuống còn 0.01g/g vật liệu khô trong quá trình xử lý ammonium.
CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN