TIỂU LUẬN đề tài CÔNG NGHỆ sản XUẤT CITRIC BẰNG kỹ THUẬT lên MEN bề sâu

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA SINH HỌC VÀ MƠI TRƯỜNG


TIỂU LUẬN
ĐỀ TÀI:

CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT CITRIC
BẰNG KỸ THUẬT LÊN MEN BỀ SÂU

NGÀNH: CƠNG NGHỆ SINH HỌC CƠNG NGHIỆP
KHĨA: 2019 – 2023
SINH VIÊN THỰC HIỆN: LÊ THỊ HẰNG
TRẦN THỊ KIỀU VĨ
LÊ THỊ THÙY DUNG
TRẦN NGUYỄN HỒNG LAN

TIEU LUAN MOI download :


TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 8 NĂM 2022
BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HỒ CHÍ
MINH KHOA SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG 

ĐỀ TÀI:

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CITRIC
BẰNG KỸ THUẬT LÊN MEN BỀ SÂU

LÊ THỊ HẰNG

MSSV: 2008190334

TRẦN THỊ KIỀU VĨ

MSSV: 2008190496

LÊ THỊ THÙY DUNG

MSSV: 2008190316

TRẦN NGUYỄN HỒNG LAN

MSSV: 2008190364

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN:
Ths. TRẦN QUỐC HUY

TIEU LUAN MOI download :


TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 8 NĂM 2022

TIEU LUAN MOI download :


MỤC

ĐẶT VẤN ĐỀ...............................................................................................................

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN..........................................................................................
1.1.
Tổng quan về acid citric................................................
1.1.1. Giới thiệu về acid citric.................................................................................
1.1.2. Đặc điểm.......................................................................................................
1.1.3. Ứng dụng......................................................................................................
1.1.4. Nguồn nguyên liệu thu nhận.........................................................................
1.2.
Tổng quan về nấm mốc Aspergillus..............................
1.2.1.
Giới th
1.2.2.

Phân lo

1.2.3. Đặc điểm sinh học.....................................................................................
1.2.4. Đặc điểm sinh hóa.....................................................................................

1.3.
Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men acid citric..........
1.4.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất................
1.4.1. Nguyên liệu...................................................................................................
1.4.2. Mơi trường dinh dưỡng.................................................................................
1.4.3. Ảnh hưởng của pH........................................................................................
1.4.4. Q trình sục khí...........................................................................................
1.4.5. Ảnh hưởng nhiệt độ.......................................................................................
1.5.
Tình hình sản xuất trong và ngồi nước........................
2.1.

Sơ đồ quy trình sản xuất...............................................
2.2.
Thuyết minh quy trình sản xuất acid citric...................
2.2.1. Chuẩn bị dịch lên men.............................................................................
2.2.2.

Lên me

2.2.3.

Lọc thu

2.2.4. Tạo tủa canxi citrate.................................................................................
2.2.5. Tách tủa canxi citrate...............................................................................
2.2.6.

Cô đặc

2.2.7.

Kết tin

2.2.8.

Sấy.....

KẾT LUẬN.................................................................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................

TIEU LUAN MOI download :

TIEU LUAN MOI download :


DANH MỤC HÌNH
Hình 1. Acid citric......................................................................................................... 2
Hình 2. Sản xuất acid citric bằng A. niger..................................................................... 4
Hình 3. Nấm Aspergillus niger...................................................................................... 6
Hình 4. Bào tử của Aspergillus niger............................................................................. 7
Hình 5. Thiết bị fermentor dùng trong lên men........................................................... 14
Hình 6. Mơ hình thiết bị lọc khung bản....................................................................... 15
Hình 7. Nồi trung hịa.................................................................................................. 16
Hình 8. Thiết bị lọc băng tải chân khơng..................................................................... 17
Hình 9. Thiết bị cơ đặc chân khơng............................................................................. 17
Hình 10. Thiết bị kết tinh cơng nghiệp........................................................................ 18
Hình 11. Thiết bị sấy tầng sôi...................................................................................... 18

TIEU LUAN MOI download :


ĐẶT VẤN ĐỀ
Acid citric là một loại acid hữu cơ với nhiều ứng dụng được sử dụng rộng rãi
trong nhiều ngành cơng nghiệp. Tổng sản lượng acid citric tồn cầu vượt 2.000.000
tấn, phần lớn 70% sản lượng được dùng trong công nghiệp thực phẩm như trong sản
xuất đồ uống, bánh, kẹo, chất bảo vệ thực phẩm,…. ngồi ra cịn được sử dụng trong
một số ngành công nghiệp khác như chất tẩy rửa, dược phẩm mĩ phẩm,…. Ngày nay
với nhu cầu sử dụng acid citric ngày càng tăng cao không chỉ trong nước mà cả trên
thế giới, qua đó thấy được vai trò quan trọng của acid citric.
Lên men là một lựa chọn được áp dụng nhiều nhất cho việc sản xuất acid citric từ

vi sinh vật với nhiều nguồn nguyên liệu phong phú hiện nay trong qui mô công

nghiệp. Aspergillus niger là chủng nấm mốc có nhiều khả năng phù hợp được sử dụng
trong quá trình lên men cho năng suất cao và nguồn nguyên liệu đa dạng từ chế phẩm
nơng nghiệp hay cơng nghiệp như bã mía, mật rỉ đường,… đây là những nguyên liệu
sẵn có và rẻ tiền tạo nên một qui quy trình sản xuất thân thiện với mơi trường, duy trì
năng suất sản xuất cao. Từ đó giúp giảm đáng kể giá thành sản xuất, đồng thời giải
quyết được một lượng lớn các phụ phẩm nông nghiệp tránh ô nhiễm môi trường. Đối
với các cơ sở sản xuất việc thiết kế, kiểm tra ,vận hành và tối ưu hóa q trình sản xuất
sẽ có ảnh hưởng lớn đối với nền kinh tế của doanh nghiệp. Nếu biết chọn lựa qui trình,
thiết bị hay nguyên liệu sản xuất hợp lý thì sẽ đạt được hiệu quả sản xuất cao.

1

TIEU LUAN MOI download :


CHƯƠNG 1. TỔNG
QUAN 1.1. Tổng quan về acid citric
1.1.1. Giới thiệu về acid citric
Acid citric là một trong số ít các chất hóa học được tạo ra từ q trình lên men và
là sản phẩm sinh hóa được khai thác nhiều nhất. Acid citric được sử dụng rộng rãi
trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và hóa chất
và như một chất tẩy rửa. Ngành công nghiệp thực phẩm tiêu thụ lượng acid citric lớn
nhất chiếm khoảng 70% tổng sản lượng, ngành dược khoảng 18% và 12% còn lại cho
các ứng dụng khác. Nguồn cung cấp acid citric tự nhiên bị hạn chế và nhu cầu chỉ có
thể được đáp ứng bằng các quy trình lên men công nghệ sinh học.
Acid citric tồn tại trong các loại rau quả, chủ yếu là các loại quả thuộc chi Citrus.
Chanh có hàm lượng acid citric cao đạt tới 8% khối lượng trong quả. Hàm lượng của
acid citric nằm trong khoảng từ 0,005 mol/L đối với các loài cam, riêng bưởi chiếm tới

0,030 mol/L. Các giá trị này cũng phụ thuộc vào các điều kiện môi trường gieo trồng.
1.1.2. Đặc điểm

Hình 1. Acid citric
 Tính chất vật lí:

Acid citric có cơng thức hóa học là C 6H8O7 (dạng khan) với khối lượng mol là
192,123 g/mol và C6H8O7.H2O (monohydrat) là 210,14 g/mol. Khối lượng riêng: 1,665
g/cm³. Điểm nóng chảy và điểm sôi lần lượt là: 153°C và 175°C. Độ hòa tan trong
nước đạt 133 g/100 ml (20°C). Acid citric có vị chua đặc trưng. Co kha năng tan manh
trong nước, ngồi ra acid citric có thể hịa tan trong nước, alcohol, axeton, dimethyl
sulfoxide và ethyl acetat.
Ở nhiệt độ phòng, acid citric là chất bột kết tinh màu trắng. Có thể tồn tại ở dạng

khan hay dưới dạng ngậm một phân tử nước. Dạng khan kết tinh từ nước nóng, trong
2

TIEU LUAN MOI download :


khi dạng monohydrat hình thành khi acid citric kết tinh từ nước lạnh. Dạng
monohydrat có thể chuyển hóa thành dạng khan khi nung nóng tới trên 74°C. Khi bị
nung nóng trên 17°C, nó bị phân hủy để giải phóng dioxide cacbon và nước.
 Tính chất hóa học:

Acid citric là một chất co tinh acid đăc trưng bơi nhom COOH. Theo đo, mỗi nhom
COOH co thê dê dang cho đi môt proton va tao thanh ion citrat. Cac muôi citrat tao
thanh đong vai tro la dung dich đêm, han chê sư thay đôi đô pH cua cac dung dich
acid. Cac ion citrat co kha năng kêt hơp vơi cac ion kim loai cho ra san phâm la muôi,
đăc biêt va phô biên nhât hiên nay chinh la canxi citrat. Canxi citrat la thanh phân chu

chôt trong cac tac bao quan va lưu giư hương vi cho thưc phâm. Ion citrat con co kha
năng kêt hơp vơi ion kim loai đê cho ra san phâm la cac muôi phưc, đươc ưng dung
manh me vơi muc đich lam mêm nươc.
1.1.3. Ứng dụng
Acid citric có tác dụng quan trọng trong việc tăng cường hương vị, đặc biệt là
trong ngành cơng nghiệp đồ uống, vì nó cung cấp một hương vị chua. Ngồi ra, acid
citric có tác dụng ức chế sự phát triển của vi khuẩn và ngăn ngừa q trình oxy hóa
trái cây và rau quả tươi nên được ứng dụng chính trong lĩnh vực thực phẩm. Ngồi ra
acid citric cịn có mặt trong nhiều hoạt động sản xuất mỹ phẩm hay sản xuất và xử lý
nước,...
- Ứng dụng của acid citric dùng trong thực phẩm: Chất bảo quản thực phẩm tự nhiên,

chất ổn định, chất chống oxy hóa, phụ gia thực phẩm.
- Ứng dụng của acid citric trong mỹ phẩm: Sử dụng trong điều trị da không đều màu,

xử lý cháy nắng, cải thiện nếp nhăn, làm thơng thống lỡỗ̃ chân lơng.
- Ứng dụng trong công nghiệp chât tẩy rửa, lam sach, khư trung.
- Ứng dụng trong dược phẩm.

1.1.4. Nguồn nguyên liệu thu nhận
Nguyên liệu glucid: bản chất của quá trình lên men là oxy hóa đường thành acid
citric dưới tác dụng của vi sinh vật, một số nguyên liệu glucid như:
Mật rỉ: là một phụ phẩm của ngành sản xuất đường. Thành phần chính chủ yếu là
sucroza cùng một lượng nhỏ glucoza và fructoza. Sản lượng mật rỉ đạt 1/3 sản lượng
đường sản xuất; Tinh bột sắn; Ngơ: hàm lượng glucid có trong ngô là cao nhất chiếm
67.9%
3

TIEU LUAN MOI download :

Nguyên liệu vi sinh vật: Acid citric được tổng hợp chủ yếu từ các lồi nấm sợi vì
chúng có khả năng sinh tổng hơp acid citric bao gồm: Citromycesglader; Citromyces
pfefferianu; Citromylces condiophone; Penicillium luteum; Penicillium glaucum;
Aspergillus oryzae; Aspergillus niger; Aspergillus batae; Aspergillus awamari;
Aspergillus welchi.
Trong các giống vi nấm kể trên Aspergillus niger là nấm sợi được ứng dụng vào
sản xuất acid citric nhiều nhất và đáp ứng được ba yêu cầu cơ bản về giống bao gồm:
có khả năng tạo acid citric rất mạnh, chịu được môi trường acid khi lượng acid citric
tăng cao và ít tạo ra những acid hữu cơ khác như: acid oxalic, acid gluconic, acid
fumalic,…
Aspergillus niger là sinh vật hiếu khí phát triển trên các chất hữu cơ, do đó nó có
thể được tìm thấy gần như ở khắp mọi nơi trong mơi trường có chứa đất. Ngồi ra, nó
cịn được tìm thấy trong chất thải, nguyên liệu thực vật phân hủy và phân hữu cơ trong
mơi trường ngồi trời.

Hình 2. Sản xuất acid citric bằng A. niger
 Phương pháp sơ bộ về sản xuất acid citric

Q trình tổng hợp sản xuất acid citric bằng cơng nghệ lên men là phương pháp có
giá trị kinh tế nhất và được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Hơn 90% lượng acid
citric trên thế giới được sản xuất bằng cơng nghệ lên men, vì chúng có các ưu điểm
như: quy trình đơn giản và ổn định; nhà máy thường ít phức tạp và các hệ thống điều
khiển đơn giản; không yêu cầu kỹ thuật cao và tiêu thụ năng lương ít hơn nên những
sự cố như mất điện không xảy ra gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của nhà
máy sản xuất.
4

TIEU LUAN MOI download :

Sản xuất acid citric bằng công nghệ lên men gồm 3 giai đoạn: Chuẩn bị và cấy
nguyên liệu thô (inoculation)  Lên men  Thu hồi sản phẩm.
Trong quy mô công nghiệp thường sử dụng 3 phương pháp lên men sau:
Phương pháp lên men bề mặt: được ứng dụng nhiều vào những năm đầu của thế
kỷ XX, phương pháp này các vi sinh vật phát triển hẳn trên bề mặt mơi trường nằm
giữa pha rắn và pha khí hoặc giữa pha lỏng và pha khí. Vì vậy có thể sử dụng 2 loại
môi trường là môi trường bán rắn và mơi trường lỏng. Q trình lên men được hồn
thành trong 8 – 12 ngày.
Phương pháp lên men chìm: là phương pháp cho sản lượng acid citric cao. Môi
trường lỏng được sử dụng, quá trình được thực hiện trong các thiết bị lên men có cánh
khuấy và có hệ thống thổi khí liên tục. Tiến hành lên men ở 28 – 32 oC trong 6 – 7
ngày. Quá trình lên men cần sử dụng CaCO 3 để điều chỉnh pH vì acid citric tạo thành
sẽ làm giảm pH xuống còn 1 – 1.5, điều chỉnh pH còn giúp canxi citrate lắng xuống.
Kết thúc quá trình lên men, dùng H 2SO4 để tách acid citric, sau đó tiến hành cơ đặc và
kết tinh acid citric.
Phương pháp lên men bán rắn (phương pháp Koji): Độ pH tối ưu cần cho quá
trình này là 4,5 – 6,0 và nhiệt độ đạt từ 28 – 30 oC. Phương pháp này đem lại năng suất
cao hơn, sử dụng ngun liệu có giá thành rẻ, dễ tìm kiếm, tiêu thụ năng lượng thấp, ít
tạo nước thải và chi phí vận hành thấp.
1.2. Tổng quan về nấm mốc Aspergillus
1.2.1. Giới thiệu
Aspergillus niger là một trong những loài vi sinh vật quan trọng được sử dụng
trong công nghệ sinh học. Là loài phổ biến nhất trong chi Aspergillus, phân bố rộng rãi
trên các cơ chất tự nhiên, trong các sản phẩm nông công nghiệp và ở nhiều vùng địa lí
khác nhau trên thế giới. Hiên nay, Aspergillus niger được sử dụng chủ yếu trong công
nghiệp sản xuất enzyme (điển hình như α – amylase, glucoamylase, pectinase,
protease, cenlluase...) trong cơng nghiệp chế biến thực phẩm, công nghiệp sản xuất
một số acid hữu cơ như acid citric, acid gluconic,...
1.2.2. Phân loại

Giới (Kingdom): Fungi
Ngành (Phylum): Ascomycota
Lớp (Class): Eurotionmycetes
5

TIEU LUAN MOI download :
Hình 3. Nấm Aspergillus niger


Bộ (Order): Eurotiales
Họ (family): Trichocomaceae
Chi (Genus): Aspergillus
Loài (Species): Aspergillus niger
1.2.3. Đặc điểm sinh học
Cấu trúc vi thể: bào tử dính dài trơn khơng màu hay nâu, thể bình hai đáy, túi nấm
trịn đầu xịe. Aspergillus niger sinh sản bằng hình thức bào tử dính khơng túi bao bọc.
Cơ thể dạng sợi, gọi là khuẩn ty hay sợi nấm (hypha), nhiều sợi (lypha), hợp lại thành
hệ sợi nấm (mycelium). Khuẩn ty của nấm chỉ tăng trưởng ở ngọn và có vách ngăn,
gồm hai loại:
Khuẩn ty dinh dưỡng: khuẩn ty phát triển trong cơ chất, có kích thước nhỏ, màu
trắng. Các khuẩn ty bện chặt thành một khối rất dai, ăn sâu vào môi trường nuôi cấy để
hút dưỡng chất. Khi già hệ sợi ngã sang màu vàng.
Khuẩn ty sinh sản: khuẩn ty phát triển trong khơng khí, có kích thước lớn hơn
khuẩn ty dinh dưỡng rất nhiều, trong suốt. Khuẩn ty sinh sản hướng vào khơng khí để
lấy oxy, có khả năng tạo bào tử khi già.
Tóm lại, khi già hệ sợi có nhiều biến đổi: một số khuẩn ty dinh dưỡng tạo thành
các hạch nấm làm hệ sợi ngã sang màu vàng. Trong khi đó, khuẩn ty sinh sản hình
thành các bào tử đính làm cho bề mặt khuẩn lạc có màu đen. Thành của khuẩn ty nấm
có cấu tạo sợi, thành phần hóa học chính là chitin và glucan.
Cơ quan sinh sản có dạng như hoa cúc. Cuống bào tử trơn nhẵn, trong suốt hoặc

nâu nhạt, cuống bào tử có phần phình to ở đầu tạo thành bọng lớn dạng hình cầu được
gọi là bọng đỉnh giá hình cầu (vesicle), trên có mọc lên những thể bình lad cơ quan tạo
bào tử đính (conidi) và ngọn thể bình sinh ra các ch̃ỗ̃i bào tử đính (conidia). Lồi
Aspergillus niger được phân biệt với các loài khác trong chi Aspergillus bởi khối bào
tử đính màu đen.

6

TIEU LUAN MOI download :


Hình 4. Bào tử của Aspergillus
niger 1.2.4. Đặc điểm sinh hóa
Khả năng đồng hóa các loại đường khác nhau
Aspergillus niger đồng hóa tốt các loại đường như glucose, fructose, saccharose,
mannose. Đối với đường sorbose, galactose, Aspergillus niger đồng hóa ở mức khá tốt,
cịn đường lactose thì đồng hóa ở mức trung bình.
Nguồn dinh dưỡng nito
Aspergillus niger có khả năng sử dụng ure làm nguồn N và chất điều chỉnh pH,
dưới tác dụng của enzyme urease, ure phân hủy thành CO 2 và NH3. Aspergillus niger
đồng hoá các muối amon. Việc sử dụng nguồn N hữu cơ, uresae và các muối amon đều
gắn liền với việc tách NH3 ra rồi hấp thu vào cơ thể. Như vậy NH 3 là trung tâm con
đường dinh dưỡng nito của vi sinh vật.
Nguồn dinh dưỡng khống phospho
Sự có mặt của cá hợp chất phospho và nồng độ của chúng trong mơi trường có ảnh
hưởng rất lớn đến quá trình trao đổi chất trong tế bào vi sinh vật. Thay đổi nồng độ các
hợp chất phospho trong môi trường sẽ dẫn đến thay đổi các quá trình tổng hợp hàng
loạt các chất hợp phần của tế bào có chứa phospho, tế bào. Ngồi ra, phospho có trong
mơi trường cịn có tác dụng điều chỉnh hoạt tính hệ enzyme đồng hóa các loại thức ăn
cacbon.

Khả năng sinh tổng hợp enzyme
Aspergillus niger có khả năng sinh các enzyme như amylase, protease, pectinase, α–
amylase, glucoamylase...
1.3. Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men acid citric
Trong quá trình này glucose được chuyển hoá thành acid pyruvic theo con đường
EMP (Embden-Mayerhof- Parnas), sau đó acid pyruvic tiếp tục chuyển hố thành acid
citric. Phương trình tổng qt của q trình này như sau:
7

TIEU LUAN MOI download :


2C6H12O6 + 3O2→ 66H8O7+ 4H2O
Cơ chế của sự chuyển hoá này có thể được biểu diễn như sau: Đường C 6H12O6
thuỷ phân thành acid pyruvic (CH3COCOOH):
CH3COCOOH + CO2 → HOOCCH2COCOOH
HOOCCH2COCOOH + CH3COOH → Acid citric
1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất
Trong quá trình thực hiện lên men có rất nhiều các thành phần cần phải chú ý kiểm
sốt, vì chúng sẽ là những tác nhân ảnh hưởng tới năng suất tạo acid citric từ đó liên
quan đến năng suất sản xuất
1.4.1. Nguyên liệu
Nguồn nguyên liệu chính trong sản xuất acid citric cần phải chứa lượng đường lớn
để đảm bảo cung cấp đủ trong quá trình lên men. Vì sinh vật sẽ tiến hành oxy hóa
lượng đường đó để tạo thành acid citric. Mật rỉ đường là ngun liệu được nhấm tới vì
có nguồn đường lớn và đặc biệt chi phí thu mua rẻ rất phù hợp trong q trình sản
xuất. Nếu nồng độ trong mơi trường lên men ban đầu cao khoảng 15 20% w/v thì có
thể nồng độ aicd citric được tạo ra có năng xuất cao nhất, ngược lại lượng đường
không đáp ứng đủ cho vi sinh vật chuyển đổi thì năng suất tạo acid citric kém. Quan
trọng hơn là nguyên liệu phải đươc xử lý khơng cịn nhiều tập chất và kim loại nặng

như sắt trước khi đưa vào sử dụng.
1.4.2. Môi trường dinh dưỡng
Trong điều kiện mơi trường bình thường, nấm mốc khơng tạo ra được nhiều acid
citric, để có thể tạo nhiều acid citric nấm mốc cần được bổ sung đường, tinh bột và các
muối vô cơ. Với điều kiện môi trường có chứa nhiều carbon (4-20%) và ít nitơ
(0,07%) và cịn bổ sung một số ngun tố khống như P, Zn,… thì quá trình sinh tổng
hợp acid citric sẽ thu được năng suất cao.
1.4.3. Ảnh hưởng của pH
Tất cả các quá trình lên men đều bắt đầu từ bào tử và nảy mầm yêu cầu pH > 5
(thích hợp nhất từ 3 4). Trong giai đoạn nảy mầm, các bào tử nảy mầm hấp thụ
amoniac và giải phóng proton, do đó giảm pH của mơi trường và tạo điều kiện thuận
lợi cho việc sản xuất acid citric. pH môi trường phụ thuộc vào nguồn nitơ, nếu dùng
nguồn nitơ là NH4NO3 thì pH thích hợp là 3, nếu dùng NH4Cl thì pH thích hợp là 4.
Trong q trình lên men pH giảm mạnh tới 1.5, hình thành các sản phẩm khơng mong
8

TIEU LUAN MOI download :


muốn như axit oxalic và gluconic bị hạn chế, và khả năng bị ô nhiễm bởi vi sinh vật
cũng giảm làm cho acid citric thu hồi dễ dàng hơn.
1.4.4. Quá trình sục khí
Q trình lên men sản xuất acid citric là lên men hiếu khí nên việc sục khí để cung
cấp oxy là rất quan trọng. cung cấp oxy bằng cách thổi khí vơ trùng vào dịch lên men.
Thời kỳ đầu cho oxy vào với lượng 9 10 m3/h, thời kỳ cuối là 90 100 m3/h. Tuy nhiên,
tốc độ sục khí cao dẫn đến tạo bọt trong mơi trường, chủ yếu là trong giai đoạn tăng
trưởng, đòi hỏi phải sử dụng chất chống tạo bọt hoặc chất khử bọt cơ học. Về mặt kinh
tế, tốt hơn là tăng dần tốc độ sục khí để tránh sự thiếu hụt hay dư thừa khí trong q
trình lên men.
1.4.5. Ảnh hưởng nhiệt độ

Trong quá trình lên men thì A.niger cần nhiệt độ tối ưu là 25 37 oC (Corolla &
Kennedy, 2001). Nấm mốc phát triển mạnh ở 34 37 oC. Cần duy trìn nhiệt độ ở mức
31 32 oC để có thể tạo ra nhiều acid citric. Nhiệt độ thấp hơn có thể tạo ra sản phẩm
không mong muốn, ở nhiệt độ cao hơn sẽ kiềm hảm quá trình tạo acid citric.
1.5. Tình hình sản xuất trong và ngồi nước
Đối với tình hình chung trên thới giới, từ nhiều thập kỉ trước ngành sản xuất acid
citric ở qui mô công nghiệp đã được thực hiện và được mở rộng đến ngày này. Với sự
phát triển của nhiều nền công nghệ sản xuất tiên tiến đã tạo ra được nhiều qui trình sản
xuất với năng suất vượt bậc. Với những ứng dụng nổi bật trong nhiều ngành công
nghiệp lớn như thực phẩm, chất tẩy rửa, mỹ phẩm, dược phẩm,… thì nhu cầu tiêu thụ
ngày càng cao dẫn đến việc sản xuất acid citric trên tồn cầu ngày càng phát triển.
Hiện nay tình hình nhập khẩu acid citric ở một số nước hầu như là hồn tồn vì khơng
đủ khả năng sản xuất.
Đối với Việt Nam, việc sản xuất acid citric vẫn chưa được phổ biến, mà nhu cầu
tiêu thụ acid citric cũng tương đối cao, sản lượng tiêu thụ hằng nghìn tấn mỡỗ̃i năm. Ở
Việt Nam có một số nhà máy sản xuất acid citric chỉ ở qui mô vừa và nhỏ không cung
cấp đủ nhu cầu tiêu dùng trong nước. Vì thế phần lớn lượng acid citric được nhập khẩu
từ nước ngoài với giá thành cao. Nhưng với trình độ phát triển và dần hồn thiện việc
nghiên cứu và cải tiến qui trình sản xuất acid citric thì trong tương lai Việt Nam cũng
có thể tăng khả năng sản xuất acid citric với nhiều lợi thế về nguồn nguyên liệu sản
xuất sẵn có, rẻ tiền từ ngành nghiệp hay công nghiệp. đây cũng được xem là một thế
9

TIEU LUAN MOI download :


mạnh để tăng quá trính sản xuất acid citric tại Việt Nam.

10

TIEU LUAN MOI download :


CHƯƠNG 2. QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT
2.1. Sơ đồ quy trình sản xuất
Mật rỉ đường

Tinh bột

Dịch lên men

Nguyên liệu
khác

Thanh trùng

Aspergillus
niger

Lên men

Lọc thu dịch

Ca(OH)2

Tạo tủa citrate canxi

Tách tủa

CaSO4

Lọc

Cô đặc

Kết tinh

Sấy

Bao gói

Acid citric

11

TIEU LUAN MOI download :


2.2. Thuyết minh quy trình sản xuất acid citric
2.2.1. Chuẩn bị dịch lên men
Việc chuẩn bị dịch môi trường cần phải đảm bảo cung cấp đủ chất dinh dưỡng
cũng như thành phần cơ chất là rất quan trọng trong quá trình sản xuất acid citric.
 Xử lý mật rỉ đường:

Mật rỉ đường thường có màu sẫm khó phân hủy trong quá trình lên men, sau khi
lên men sẽ bám vào sinh khối và sản phẩn. Ngồi ra, điểm gây khó khăn lớn nhất cho
quá trình lên men là hệ keo trong mật rỉ. Keo càng nhiều, khả năng hoà tan oxy càng
kém và khả năng trao đổi chất của oxy càng kém. Vì thế cần phải tiến hành xử lý bằng
sử dụng axit sunfuric đậm đặc với lượng 3,5 kg cho một tấn mật rỉ.
Cách thực hiện quá trình xử lý mật rỉ đường: khi cho 3,5 kg H 2SO4 vào một tấn

mật rỉ, người ta khuấy đều ở nhiệt độ thường trong thời gian 24h, sau đó ly tâm dịch
trong. Xử lý xong ta thu được dịch mật rỉ đã loại thể keo và màu.
 Nuôi cấy nấm mốc:

Nuôi cấy nấm mốc (nhân giống trong phịng thí nghiệm và sản xuất) chuẩn bị
dung dịch rỉ đường 3 4% trong bể nuôi ở 35 38 oC. Cho dung dịch dinh dưỡng vào
thùng ni cấy. Chuyển nấm từ phịng thí nghiệm với tỷ lệ 3 g bào tử khô / 2 3 lít dịch
chiết. Sau đó bật máy khuấy và cung cấp khơng khí vơ trùng (nạp khơng khí vào và
khuấy trong quá trình nhân giống). Giữ áp suất trong thùng 0,1 0,2 at, nhiệt độ bằng 34
35oC, thời gian 28 36h.
 Chuẩn bị dịch lên men:

Trước tiên, thiết bị và đường ống phải được khử trùng bằng hơi nước áp suất cao.
Mật rỉ được phối trộn theo hai nồng độ: nồng độ 3 4% để cấy mốc giống và lên men
ban đầu. Trong quá trình lên men, nồng độ 25 28% được bổ sung.
Dịch lên men được chuẩn bị bằng cách trộn muối dinh dưỡng và dung dịch rỉ
đường với nước vô trùng, và khuấy đều, môi trường được tiệt trùng theo mẻ ở 121 oC
trong 15 phút. Chuẩn bị 3 4% môi trường trong thiết bị lên men. Sau đó cho nấm mốc
giống vào thiết bị và tiếp tục khuấy trong 30 phút.
2.2.2. Lên men
Thực hiện quá trình sản xuất axit xitric bằng lên men chìm gián đoạn. Vì có
thời gian lên men ngắn, đảm bảo mức độ vơ trùng cao, có thể kiểm sốt các thơng số
q trình và thông số động học đơn giản, yêu cầu không gian nhỏ và cho năng suất
12

TIEU LUAN MOI download :


cao. Quá trình được thực hiện trong máy lên men với bể phản ứng có cánh khuấy và hệ
thống thổi khí liên tục. Tiến hành lên men ở 28 32oC trong 6 7 ngày. Trong quá trình

lên men, thường sử dụng CaCO3 để điều chỉnh pH do acid citric. Độ pH thu được sẽ
giảm xuống còn 1 1,5. Điều chỉnh này cũng đồng nghĩa với việc chuyển đổi acid citric
thành citrate canxi kết tủa. Kết thúc quá trình lên men, sử dụng H2SO4 tách acid citric.
Tỉ lệ giống được đưa vào quá trình lên men là 10% (v/v), đồng độ đường cấp ban
đầu là 3 4%. Hàm lượng đường giảm nhanh chống trong quá trình lên men trong giai
đoạn đầu, vì thế tiếp tục bổ sung gián đoạn dịch rỉ đưởng nồng độ 25 28% vào dịch lên
men. Giai đoạn đầu giữ ở 33 34oC, khi tạo ra axit mạnh thì giữ ở 31 32 oC. Tiến hành
cung cấp oxi trong quá trình lên men thời kỳ đầu cho oxy vào với lượng 9 10 m 3/h,
thời kỳ cuối là 90 100 m3/h. Tuy nhiên, tốc độ sục khí cao dẫn đến tạo bọt trong môi
trường, chủ yếu là trong giai đoạn tăng trưởng, phải sử dụng chất chống tạo bọt hoặc
chất khử bọt cơ học. pH ban đầu ở 6 để giúp nấm mốc phát triển tốt, giữ pH trong quá
trình lên men tốt nhất ở 3.4 3.5, điều chỉnh pH bằng cách sử dụng HCl và áp suất phù
hợp là 0.1 0.2 at.
Với quy mô công nghiệp sử dụng thiết bị fermentor: thiết bị này được làm từ thủy
tinh và thép khơng gỉ do đó rất dễ vệ sinh và hạn chế được vi sinh vật bám vào gây tạp
nhiễm. Trong thiết bị này có bộ phận khuấy trộn, hệ phân tán khí vơ trùng, hệ thống áo
nước bên ngồi (duy trì nhiệt độ thích hợp cho vi sinh vật phát triển), hơi nước để tiệt
trùng… nên rất thuận tiện cho q trình ni cấy và kiểm sốt trong quy trình.

13

TIEU LUAN MOI download :


Hình 5. Thiết bị fermentor dùng trong lên
men 2.2.3. Lọc thu dịch
Thu dịch lên men: quá trình lên men được kết thúc khi kiểm tra được nộng độ acid
không đổi cách nhau 4 6 giờ. Sau khi lên men xong thực hiện tách loại bỏ nấm mốc,
sinh khối sợi nấm được làm nóng lên đến 70°C trong 15 phút, dẫn đến sự đông tụ một
phần của protein thực hiện lọc loại bỏ tối đa môi trường, sinh khối và thu dịch lên

men.
Dùng thiết bị lọc khung bản vì tính hiệu quả và lợi ích về kinh tế của thiết bị. Khi lọc
sinh khối sẽ được giữ lại trên khung và thu được canh trường. Lợi ích khác khi sử
dụng lọc khung bản là tiết kiệm thời gian vệ sinh thiết bị.
Nguyên lý hoạt động: Thiết bị lọc áp lực làm việc gián đoạn nghĩa là nhập liệu vào
liêu tục, nước lọc tháo ra liên tục nhưng bã được tháo ra theo chu kì. Nó được cấu tạo
chủ yếu là khung và bản. Khung giữ vai trò chứa bã lọc và là nơi nhập huyền phù vào.
Bản tạo ra bề mặt lọc với các rãnh dẫn nước lọc hoặc là các lỡỗ̃ lọc. Khung và bản
thường được chế tạo dạng hình vng và phải có sự bịt kín tốt khi ghép khung và bản.
Khung và bản được xếp xen kẻ nhau và vải lọc được lắp giữ khung và bản. Ép chặt
khung và bản nhờ cơ cấu đai vít xoắn nhờ tay quay. Lỗỗ̃ dẫn huyền phù nhập liệu của
khung và bản được nối liền tạo thành ống dẫn nhô ra để ghép với hệ thống cấp liệu.
Huyền phù được bơm vào đường ống phía dưới vào các khoảng khơng gian giữa
khung và bản, dung dịch lọc thấm qua các vải lọc và theo đường ống phía trên ra
14

TIEU LUAN MOI download :


ngoài, bã lọc được giữ trên bề mặt vải lọc, sau khi lọc xong vệ sinh thiết bị, giặt vải
lọc.

Hình 6. Mơ hình thiết bị lọc khung
bản 2.2.4. Tạo tủa canxi citrate
Dung dịch lên men là hỗỗ̃n hợp của axit gluconic, axit oxalic, đường và khoáng
chất chưa lên men. Tách acid citric bằng cách kết hợp với cation Ca 2+ để tạo thành
muối là canxi citrat ít hịa tan. Cho dung dịch lên men vào một thiết bị trung hòa và
đun sơi. Sau đó, bật máy trộn và thêm sữa vơi để trung hịa. Kết thúc q trình trung
hịa khi pH = 6,8 7,5. Kết tủa được lắng xuống và sử dụng cho cơng đoạn tiếp theo
Khi trung hịa tạo thành

C6H8O7 + 3Ca(OH)2 → Ca3(C6H5O7)2 + 6H2O
Acid citric

Canxi citrate

2C6H12O7 + Ca (OH)2 → Ca(C6H11O7)2 + 2H2O
Acid gluconic

Canxi gluconat

C2H2O4+ Ca(OH)2 → CaC2O4 + 2H2O
Acid oxalic

Canxi oxalate

15

TIEU LUAN MOI download :


Hình 7. Nồi trung hịa
2.2.5. Tách tủa canxi citrate
Tách canxi citrate bằng cách sử dụng H2SO4 (trong thiết bị có máy khuấy, vịi
phun và lỡỗ̃ thơng hơi). Đầu tiên, nước có chứa 0,25 0,5 m 3/ tấn acid citric trong citrate
được thêm vào thiết bị, bật máy khuấy và thêm kết tủa. Để tạo acid citric, sử dụng than
hoạt tính với 2% acid citric trong citrate. Sau đó đun nóng đến 60 oC và thêm H2SO4 có
khối lượng riêng 1,8 1,84 (0,425 l H2SO4 /1kg axit xitric). Khuấy đều và đun sôi trong
10 15 phút.
Ca3(C6H5O7)2 + 3H2SO4 → 2C6H8O7 + 3CaSO4
Để cơ lập canxi oxalate có mặt trong acid citric, dùng acid sunfuric dư, khi đó

canxi oxalate sẽ kết tủa với thạch cao tạo thành, khi đó trong dung dịch chỉ còn lại acid
citric. Để tách dung dịch acid ctric ra khỏi kết tủa có chứa thạch cao, canxi oxalate,
than đá và các hợp chất lưu huỳnh kim loại nặng, các hợp chất này được chuyển sang
bộ phận lọc để lọc lấy dung dịch acid citric. Dùng thiết bị lọc băng tải chân không.

16

TIEU LUAN MOI download :


Hình 8. Thiết bị lọc băng tải chân khơng
2.2.6. Cơ đặc
Sau khi lọc, dung dịch chứa 250 – 280 kg/m 3 acid citric khan được cô đặc tới
nồng độ 700 kg/m3. Chuyển sang hệ thống sấy chân không để sấy acid citric vừa cô
đặc. Giai đoạn đầu được sấy khô đến mật độ 1,24 1,26 và giai đoạn sau sấy đạt tỷ
trọng 1,32 1,36 (tương ứng với nồng độ 80%).

Hình 9. Thiết bị cô đặc chân không
2.2.7. Kết tinh
Khi nhiệt độ dung dịch là 35 37oC, cho các mầm kết tinh (tinh thể acid citric)
vào để kết tinh và để nguội 8 10oC, khuấy liên tục trong 30 phút.

17

TIEU LUAN MOI download :


Hình 10. Thiết bị kết tinh cơng nghiệp
2.2.8. Sấy
Các tinh thể sau khi được tách ra, đem đi sấy khô trong hệ thống sấy tầng sôi

chất lỏng 2 giai đoạn: Giai đoạn đầu tiên sử dụng khơng khí nóng 90 oC. Giai đoạn sau
sử dụng khí ở 20°C với độ ẩm 4% và được tạo ra từ các tinh thể thu được. và đóng gói.

Hình 11. Thiết bị sấy tầng sôi

18

TIEU LUAN MOI download :


KẾT LUẬN
Acid citric là acid hữu cơ quan trọng nhất được tạo ra bởi sự lên men. Sản lượng
hàng năm ước tính khoảng 400.000 tấn được sản xuất chủ yếu bởi nấm mốc
Aspergillus niger. Sản xuất acid citric từ nấm mốc Aspergillus niger tận dụng được
nguồn nguyên liệu, rẻ tiền, dễ kiếm lại thu hồi sinh khối cao. Lên men chìm là một
phương pháp phổ biến được sử dụng rộng rãi trong sản xuất acid citric bằng nấm mốc
Aspergillus niger cho năng xuất cao và ổn định.
Ngày nay acid citric đã trở thành là một trong những phụ gia thực phẩm được sản
xuất phổ biến nhất trên thế giới. Nó có tầm quan trọng và được ứng dụng nhiều trong
đời sống, trong công nghiệp sản xuất.

19

TIEU LUAN MOI download :