Công nghệ sản xuất một số axit amin pot

Bài Tiểu luận
Công nghệ sản xuất một số axit amin
Nhóm thực hiện :
Trần Đức Tài
Đào Duy Sơn
Cấn Văn Hùng
I Định nghĩa và phân loại
1. Định nghĩa
Aminoacid là một axit hữu cơ chứa đồng thời nhóm cacboxil - COOH và
nhóm amin - NH2
*Công thức tổng quát
(H
2
N)
n
R(COOH)
n’
n, n’ ≥ 1
R: gốc hiđrocacbon hóa trị (n + n’)
(H
2
N)
n
C
x
H
y
(COOH)
n’
n, n’ ≥ 1
x ≥ 1

y + n + n’ ≤ 2x + 2
Amino axit chứa một nhóm amino,
một nhóm chức axit, no mạch hở : H
2
N-C
n
H
2n
-COOH ( n ≥ 1)
2.Phân loại
Có 20 loại acid amin tham gia vào cấu trúc của mô bào căn cứ vào nhóm
quan và nhóm carboxyl trong phân tử .
Có nhiều cách để phân loại acid amin. Các acid amin có thể phân loại theo
hai quan điểm: Quan điểm hoá học và quan điểm sinh vật học
* Quan điểm hoá học (tức là xét về mặt cấu tạo phân tử và các hoá tính),
người ta thường chia acid amin ra:
- Acid amin mạch thẳng: Trong acid amin mạch thẳng phụ thuộc vào số
lượng
nhóm quan (NH2) và nhóm carboxyl (COOH) mà lại chia ra:
+ Acid monoamin- monocarboxylic (chứa 1 nhóm NH2 và 1 nhóm COOH)
+ Acid monoamin- dicarboxylic (chứa 1 nhóm NH2 và 2 nhóm COOH)
+ Acid diamin- monocarboxylic (chứa 2 nhóm NH2 và 1 nhóm COOH)
- Acid amin mạch vòng: gồm loại vòng đồng nhất và loại dị vòng.
* Quan điểm sinh vật học (tức là xét tầmquan trọng đối với sự dinh dưỡng
của động vật). Theo quan điểm này, acid amin gồm hai loại:
- Loại không thay thế được (indispensable amino acid) hay còn gọi là acid
amin thiết yếu (essential amino acid - EAA): Đây là loại acid amin rất cần
thiết cho cơ thể động vật để cho quá trình sinh trưởng và phát triển. Cơ thể
động vật không thể tự tổng hợp được để thoả mãn nhu cầu của bản thân mà
phải thường xuyên đưa từ bên ngoài vào với thức ăn

Đối với động vật nói chung có 9 acid amin không thay thế được: Vanlise,
leucin, isoleucin, treo nin, methionin, phenylalanin, tryptophan, ly sin,
histidin.
Loại thay thế được (dispensable aminoacid) hay còn gọi là acid amin không
thiết yếu (nonessential amino acid -NEAA): tức là loại acid amin mà cơ thể
động vật có thể tự tổng hợp được từ các nguyên liệu sẵn có (các acid béo,
amiac,amid ). Nhóm này gồm các acid amin còn lại. Cần phải chú ý thêm
rằng không phải mọi acid amin đều có tác dụng vì ảnh hưởng như nhau đối
với các loại động vật mà mỗi gia súc, gia cầm có những nhu cầu đặc trưng
của mình đối với từng loại acid amin. Có loại động vật cần tới 10 acid amin
không thay thế (ví dụ như đối với gà con thì arginin là acid tin không thay
thế), nhưng có loại động vật lại chỉ cần 8 acid amin không thay thế (ví dụ
như người thì histidin được xếp vào nhóm acid amin thay thế). Một số acid
amin không được xếp vào nhóm không thể thay thế hay nhóm thay thế mà
chúng được xếp vào nhóm bán thay thế (sâm- dispensable) hay còn gọi là
bán thiết yếu (semi-essential). Thuộc nhóm này có arginin, cystein, tyrosin.
Arginin được coi là bán thay thế đối với lợn vì arginin có thể được tổng hợp
từ glutamin. Tuy vậy, sự tổng hợp này không đủ đáp ứng nhu cầu dinh
dưỡng trong giai đoạn đầu của quá trình phát triển cơ thể. Do đó khẩu phần
cho lợn sinh trưởng phải chứa một lương arginin nhất định. Nhiều nghiên
cứu cho thấy ở giai đoạn sau khi thành thục về tính và giai đoạn mang thai
lợn có thể ứng hợp arginin với số lượng đủ đáp ứng nhu cầu của chúng,
nhưng không đủ để
đáp ứng nhu cấu tiết sữa của lợn nái. Cystein có thể được tổng hợp từ
methionin. Tuy vậy, cystein và dạng oxy hoá của nó là cystin có thể đáp ứng
khoảng 50% nhu cầu của tổng lượng acid amin chứa lưu huỳnh (methionin,
cystein). Tyrosin được tổng hợp từ phenylalanin và có thể đáp ứng tối thiểu
50% tổng nhu cầu của tyrosin và phenylalanin, nhưng nó không thể là nguồn
duy nhất và không thể thay thế cho phenylalanin vì nó không thể chuyển
được thành phenylalanin.

II. ứng dụng của một số axit amin
1. Histidine
Histidine giúp cơ thể phát triển và liên kết mô cơ bắp với nhau.
Nó còn có tác dụng hình thành màng chắn myelin, một chất bảo
vệ bao quanh dây thần kinh và giúp tạo ra dịch vị, kích thích tiêu
hóa.
Histidine có nhiều trong các dạng thực phẩm như thịt, sữa, cá,
gạo, bột mì
2. Phenylalanine
Phenylalanine là một axít amin có chức năng bồi bổ não, tăng
cường trí nhớ, và tác động trực tiếp đến mọi hoạt động của não bộ.
Ngoài ra, nó có thể làm tăng lượng chất dẫn truyền xung động
thần kinh, và tăng tỷ lệ hấp thụ tia UV từ ánh sáng mặt trời, giúp
tạo ra vitamin D nuôi dưỡng làn da.
Tuy nhiên, nếu dùng phenylalanine nhiều, có thể dẫn đến độc hại,
nên cần hạn chế.
Phenylalanine có trong sữa, hạnh nhân, bơ, lạc, các hạt vừng
3. Lysine
Nhiệm vụ quan trọng nhất của loại axít amin này là khả năng hấp
thụ canxi, giúp cho xương chắc khỏe, chống lão hóa cột sống, duy
trì trạng thái cân bằng nitơ có trong cơ thể, do đó tránh được hiện
tượng giãn cơ và mệt mỏi. Ngoài ra, lynsine còn có tác dụng giúp
cơ thể tạo ra chất kháng thể và điều tiết hormone truyền tải thông
tin.
Nguồn thực phẩm chứa lynsine: Phô mai, khoai tây, sữa, trứng,
thịt đỏ, các sản phẩm men.
4. Leucine
Leucine tương đối quan trọng trong quá trình điều chỉnh hàm
lượng đường trong máu; nên sẽ tốt cho bệnh nhân mắc chứng
“hyperglycemica”, hoặc những người mong muốn đốt cháy chất

béo nhanh chóng. Hơn nữa, loại axít amin này còn có chức năng
duy trì lượng hormone tăng trưởng để thúc đẩy quá trình phát triển
mô cơ.
Nguồn thực phẩm chứa leucine: Đậu tương, đậu lăng, lòng đỏ
trứng, hạnh nhân, cá, lạc, tôm
5. Methionine
Axít amin này đặc biệt cần thiết cho nam giới nếu muốn phát triển
cơ bắp cuồn cuồn vì nó nhanh chóng phân hủy và đốt cháy chất
béo, đồng thời tăng thêm lượng testosterone sinh dục nam. Ngoài
ra, menthinine hỗ trợ chống chữa kiệt sức, viêm khớp và bệnh
gan
Nguồn thực phẩm chứa methinnine: Thịt, cá, đậu đỗ tươi, trứng,
đậu lăng, hành, sữa chua, các loại hạt
6. Isoleucine
Loại axít này đóng vai trò sống còn trong quá trình phục hồi sức
khỏe sau quãng thời gian luyện tập thể dục thể thao. Đồng thời nó
giúp điều tiết lượng đường trong máu, hỗ trợ quá trình hình thành
hemoglobin và đông máu.
Nguồn thực phẩm chứa isoleucine: Thịt gà, cá, hạnh nhân, hạt
điều, trứng, gan, đậu lăng và thịt bò.
7. Threonine
Chức năng chính của threonine là hỗ trợ hình thành collagen và
elastin - hai chất liên kết tế bào trong cơ thể. Ngoài ra, nó rất tốt
cho hoạt động gan, tăng cường hệ miễn dịch và thúc đẩy cơ thể
hấp thụ mạnh các dưỡng chất.
Tuy nhiên, những người ăn chay cần phải cân nhắc loại axít amin
này vì nó tồn tại chủ yếu trong thịt. Và để bổ sung threonine, bạn
có thể ăn phó mát làm từ sữa đã gặn kem, gạo tấm, đậu tươi, lạc,
hạt điều. Thế nhưng hàm lượng amin này trong các nguồn trên lại
rất thấp, nên buộc phải dùng sinh tố bổ sung.

Nguồn thực phẩm chứa nhiều threonine nhất: Thịt, cá, trứng
8. Valine
Loại axít amin này chữa lành tế bào cơ và hình thành tế bào mới,
đồng thời giúp cân bằng nitơ cần thiết. Ngoài ra, nó còn phân hủy
đường glucozơ có trong cơ thể.
Nguồn thực phẩm chứa valine: Sữa, thịt, ngũ cốc, nấm, đậu tương
và lạc
Axít amin có tác dụng điều hòa protein hỗ trợ bạn trong quá trình
ăn kiêng và luyện tập thể dục thể thao. Do đó, bạn cần hấp thụ 8
loại đã liệt kê ở trên.
III.công nghệ sản xuất một số axit amin
1. Quy trình axit Glutamic - sản xuất mì chính
Trong công nghệ sản xuất và chế biến thực phẩm hiện nay, bột ngọt (mì chính) là chất phụ gia thực phẩm
được sử dụng khá rộngrãi.Để hiểu biết rõ hơn về bột ngọt, chúng ta cùng tìm hiểu nhữngthông tin cơ bản
về qui trình công nghệ đang được sử dụng rộng rãi hiện nay (như tại các công ty bột ngọt VeDan, Ajino
Moto…). Người ta áp dụng công nghệ vi sinh để trước hết tạo ra axit Glutamic, sau đó dùng NaOH ở nồng
độ cao sản xuất ra bột ngọt (muối glutamat natri). Corynebacterium Glutanicum
1.1 Nguyên liệu:
Để lên men sản xuất axit glutamic, người ta dùng nguyên liệu chủ yếu là
dịch có đường, hoặc rỉ đường, hoặc các nguồn nguyên liệu tinh bột đã qua
giai đoạn đường hóa. Khoai mì là nguyên liệu tinh bột được sử dụng nhiều
nhất hiện nay. Ngoài ra còn có các nguồn dinh dưỡng bổ sung như muối
amôn, photphat, sulfat,
biotin, vitamin B…
Trong thực tế sản xuất, người ta dùng rỉ đường làm môi trường lên men thay
cho cao bắp. Rỉ đường thường pha loãng đến 13 – 14% và thanh trùng trước
khi lên men. Nếu là nguyên liệu chứa tinh bột, thì tinh bột phải được thủy
phân (quá trình dịch hóa và đuờng hóa) nhờ enzym a -b- amylaza rồi sau đó
mới bổ sung thêm dinh dưỡng vào môi trường lên men.
2. Chủng vi sinh:

Tham gia vào quá trình lên men sản xuất axit glutamic, chủng vi sinh thường
sử dụng là: Corynebacterium Glutanicum, Brevibacterium Lactofermentus,
Micrococus Glutamicus; nhưng chủ yếu nhất vẫn là chủng Corynebacterium
Glutamicum (loại vi khuẩn này đã được nhà vi sinh vật Nhật Bản Kinosita
phát hiện từ 1956, có khả năng lên men từ tinh bột, ngô, khoai, khoai mì để
tạo ra axit glutamic).
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
(như đã nói ở phần trên). Khối lượng sinh khối đuợc nhân lên đến yêu cầu
phù hợp cho quy trình sản xuất đại trà. Trước khi nhân, cấy, môi trường lỏng
phải được thanh trùng bằng phương pháp Pasteur.
Chủng vi khuẩn giống phải có khả năng tạo ra nhiều axit glutamic, tốc độ
sinh trưởng phát triển nhanh, có tính ổn định cao trong thời gian dài, chịu
được nồng độ axit cao, môi trường nuôi cấy đơn giản, dễ áp dụng trong thực
tế sản xuất.
3. Kỹ thuật sản xuất axit glutamic và bột ngọt:
Bột ngọt (còn gọi là mì chính) là một trong 20 axit amin cấu tạo nên phân tử
protein được sử dụng nhiều trong thực tế cuộc sống vì công dụng của nó.
Axit glutamic sản xuất bằng phương pháp lên men vi khuẩn, với nguyên liệu
là đường. Quá trình này được xúc tác nhờ hệ enzym có sẵn trong vi khuẩn,
chuyển hóa qua nhiều giai đoạn trung gian với nhiều phản ứng khác nhau tạo
ra nhiều sản phẩm phụ, và cuối cùng là sản phẩm axit glutamic.
Thực chất của quá trình này là đuờng đuợc chuyển hóa (quá trình đường
phân theo Enbden – Meyerhoff), rồi sau đó thông qua chu trình Krebs của
quá trình hô hấp hiếu khí của vi khuẩn, sản phẩm axit glutamic được hình
thành. Sự hình thành axit glutamic phụ thuộc vào sự tích tụ axit
a-xêtoglutaric trong tế bào vi khuẩn và sự có mặt của NH3 và enzym xúc tác
là glutamat dehydrogenaza.
Phương pháp lên men vi khuẩn là phương pháp được sử dụng rộng rãi hiện
nay trên thế giới để sản xuất axit glutamic và bột ngọt. Hằng năm, sản lượng

bột ngọt cả thế giới sản xuất theo phương pháp này khoảng 25 – 30 vạn tấn.
Ở Việt Nam cũng có nhiều nhà máy sản xuất bột ngọt bằng phương pháp lên
men như VeDan, Ajino Moto, Việt Trì, Thiên Hương…
Để sản xuất bột ngọt từ axit glutamic bằng phương pháp lên men, quy trình
công nghệ được triển khai theo các giai đoạn sau:
Chuẩn bị dịch lên men: Môi trường lên men được chuẩn bị sẵn từ
các nguyên liệu đường hoặc tinh bột (như đã nêu ở phần trên) được thanh
trùng kỹ trước khi cấy vi khuẩn lên men glutamic vào.
Giai đoạn lên men: dung dịch nhân sinh khối vi khuẩn, dung dịch
lên men được chuyển vào các dụng cụ, thiết bị lên men, sau
corynebacterium glutamicum vào, cho lên men trong điều kiện thoáng khí,
giữ ở nhiệt độ 32 – 370C trong thời gian 38 – 40 giờ.
Kết thúc quá trình lên men, lượng acid glutamic có thể đạt 50 – 60g/ lít.
Trong thời gian lên men, pH sẽ chuyển dần sang acid do sự hình thành acid
glutamic do đó người ta thường bổ sung thêm dinh dưỡng vào môi trường
nguồn amôn (NH4Cl, (NH4)2SO4, urê)
để giữ ổn định độ pH cho vi khuẩn hoạt động tốt. Không được để điều kiện
lên men là yếm khí vì sản phẩm tạo ra sẽ là acid lactic. Để tạo thoáng khí,
trong các thiết bị lên men bố trí bộ phận khuấy trộn dịch với tốc độ V = 450
vòng/ phút.
Tinh sạch acid glutamic: Kết thúc quá trình lên men, acid glutamic
được tạo thành cùng với một số tạp chất khác, do đó cần phải tinh chế các
tạp chất này ra khỏi dung dịch chứa acid glutamic. Phương pháp thường
dùng là 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 acid glutamic và tạp chất cho chảy qua cột nhựa (có
chứa 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 600 – 650C. Sau khi kết thúc quá trình trao

đổi ion, dùng NaOH 4 – 5% để tách acid glutamic ra khỏi cột (tốc độ chảy
NaOH là 5 – 6m/ giờ, lưu lượng 100lít/ phút). Người ta có thể sử dụng than
hoạt tính để khử màu. Acid glutamic được thu bằng cách điều chỉnh pH =
3,2 rồi cô đặc dung dịch và giảm nhiệt độ xuống 40 – 150C sẽ thu được tinh
thể acid glutamic với lượng 77 – 88% hoặc cao hơn.
Sự tạo thành bột ngọt: Bột ngọt là muối natri của axit glutamic, gọi
là glutamat natri.
Dùng NaOH 40 – 50% để trung hòa dung dịch axit glutamic đến pH = 6,8,
sau đó đem lọc, cô đặc, và kết tinh bằng phương pháp sấy chân không ở
nhiệt độ thấp sẽ thu được tinh thể bột ngọt màu trắng. Độ tinh khiết của bột
ngọt có thể đạt 99 – 99,6% monoglutamat natri.
2.sản xuất lysinysine