lên men D-sorbitol ra L-sorbose (San xuat vitamin C) docx

Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học
Ngành Công Nghệ Sinh Học
Tiểu Luận
Sản xuất VitaminC
Thành viên:
60900026 Nguyễn Văn An
60900217 Nguyễn Lê Minh Châu
60900832 Trần Trung Hiếu
60901001 Huỳnh Hoàng Huy
60901787 Nguyễn Lê Nhã
60902697 Phạm Thị Thanh Thủy
60902979 Nguyễn Đức Trung







 ! "#$%

 !"#$
% && "'()
*+, *
PHẦN I: VITAMIN C
 &'()*+
,-./01((2, thường được biết đến rộng rãi là (+34() là một thành phần
quan trọng có trong dinh dưỡng của con người, là một chất chống oxy hoá và là
enzyme quan trọng cho hệ thống tiêu hoá; mà thiếu nó thì sẽ gây ra bệnh scorbut cho
con người.


Acid ascorbic (Dạng khử) Acid dehydroascorbic (Dạng oxi hóa)
Tính chất
Tên UIAP 2-oxo-L-threo-hexono-1,4-
lactone-2,3-enediol or
(R)-3,4-dihydroxy-5-((S)- 1,2-
dihydroxyethyl)furan-2(5H)-
one
Công thức hóa học C
6
H
8
O
6
Phân tử gram 176.14 g/mol
Nhiệt đô nóng chảy 190-192
0
C
Bán rã 16 ngày
Bài tiết thận
Vitamin C kết tinh không màu hoặc hơi vàng, rất dễ tan trong nước
(300g/lít). Dung dịch nước 5% có pH=3. Có khi dùng dạng muối natri dễ tan
trong nước hơn (900g/lít).
Sự hiện diện của ascorbat là cần thiết trong một loạt các phản ứng trao đổi
chất trong tất cả các động vật và cây cối và được được tạo ra trong cơ thể bởi
hầu như tất cả các cơ thể sinh vật, /5(+06/7()89:(.
;
Nguồn gốc
<
Vitamin C có nhiều trong các loại rau quả tươi như nước cam, chanh, quít, và có

hàm lượng cao trong rau xanh, đặc biệt là bông cải xanh, tiêu, khoai tây, cải
brussel,rau cải, cà chua, xoong cam, quýt, chanh, bưởi …
Vitamin C là vi chất thiết yếu cho cơ thể người đặc biệt là cho phụ nữ mang thai và
trẻ nhỏ.
Một người thường trung bình cần 45mg/ngày, riêng phụ nữ đang mang thai là
55mg/ngày và cho con bú thì cần nhiều hơn 90mg/ngày,trẻ em từ sơ sinh đến 3 tuổi
cần 20-30mg/ngày,từ 4-18 tuổi cần 30-40 mg/ngày (theo nguồn của Tổ chức Y tế thế
giới và Tổ chức Nông lương Liên hiệp quốc, 2002).
=/02>.?3+@(?.+A//2.03)B?23.CD3(+E./D0?./F
G(+34()
A//2
H?0G()8
H(I? 3.
4/D)+
J48K
,
JLK
D+0(?)+
,?).(+E
=/02>.
?3+@(?.+
A//2.3+()8
Bell peppers, red, raw,
slices
1 cup 24.8 174.80 291.3 211.1 Excellent
Parsley, fresh 2 tbs 2.7 9.97 16.6 110.8 Excellent
Broccoli, steamed 1 cup 43.7 123.40 205.7 84.8 Excellent
Cauliflower, boiled 1 cup 28.5 54.93 91.5 57.8 Excellent
Strawberries 1 cup 43.2 81.65 136.1 56.7 Excellent
Lemon juice, fresh 0.25 cup 15.2 28.06 46.8 55.2 Excellent

Romaine lettuce 2 cup 15.7 26.88 44.8 51.4 Excellent
Mustard greens, boiled 1 cup 21.0 35.42 59.0 50.6 Excellent
Brussel sprouts, boiled 1 cup 60.8 96.72 161.2 47.7 excellent
Papaya 1 each 118.6 187.87 313.1 47.5 excellent
Turnip greens, cooked 1 cup 28.8 39.46 65.8 41.1 excellent
Grapefruit 0.50 each 36.9 46.86 78.1 38.1 excellent
Kiwifruit 1 each 46.4 57.00 95.0 36.9 excellent
Cantaloupe, cubes 1 cup 56.0 67.52 112.5 36.2 excellent
Oranges 1 each 61.6 69.69 116.2 34.0 excellent
M
Cabbage, shredded, boiled 1 cup 33.0 30.15 50.2 27.4 excellent
Tomato, ripe 1 cup 37.8 34.38 57.3 27.3 excellent
Raspberries 1 cup 60.3 30.76 51.3 15.3 excellent
Asparagus, boiled 1 cup 43.2 19.44 32.4 13.5 excellent
Spinach, boiled 1 cup 41.4 17.64 29.4 12.8 excellent
Cucumbers, slices, with
peel
1 cup 13.5 5.51 9.2 12.2 very good
Pineapple 1 cup 76.0 23.87 39.8 9.4 excellent
=/02>.?3+@(?.+
A//2.3+()8 D?
excellent DV>=75% OR Density>=7.6 AND DV>=10%
very good DV>=50% OR Density>=3.4 AND DV>=5%
good DV>=25% OR Density>=1.5 AND DV>=2.5%
 7()*+N@.O
Vào năm 1928 Albert Szent Gyorgyi chiếc xuất thành ông vitamin C bắt đầu cho
hàng loạt các phát hiện khác liên quan đến vitamin C trong y học
và sản xuất như:
/ 1932 Haworth và King lập nên cấu trúc vitamin C
/ 1932 mối quan hệ giữa vitamin C và các yếu tố chống bịnh

hoại huyết được phát hiện bởi Szent-Györgyi và cùng một
lúc bởi King và Waugh.
/ 1933 Basle, Reichstein tổng hợp acid ascorbic trong tự
nhiên vitamin C. Đây là bước đầu tiên hướng tới sản xuất
công nghiệp vitamin c vào năm 1936.
P
 #Q(R@S3G(+34()
3 @TUVE.W@X)@+@7)@/38?)

Khi thiếu vitamin C, quá trình tổng hợp collagen gặp trở ngại, khiến các vết thương
lâu lành dẫn đến xuất huyết ở nhiều mức độ khác nhau (vỡ mao mạch, chảy máu
dưới da, chảy máu lợi), thành mạch yếu… là các hiện tượng thường thấy ở bệnh
scobat.

1 @Y+BR@@/5+?)IE4?

Vitamin C có thể bảo vệ vitamin A, vitamin E, và các axit béo thiết yếu khỏi bị tiêu
huỷ; làm cho sắt có trong thức ăn được duy trì trong trạng thái hoàn nguyên, thúc
đẩy sự hấp thụ và chuyển dịch tồn trữ sắt trong cơ thể. Làm cho can-xi trong thành
ruột không bị kết tủa, giúp cải thiện tỷ lệ hấp thụ can-xi vào cơ thể. Tham gia phản
ứng hydroxyt của cholesterol thành axit cholic, có hiệu quả nhất định trong điều trị
thiếu hồng cầu.

 @348(3CDZ+0X)@@DE[)@\3@/?.+?0/

Giúp 80% cholesterol chuyển hóa thành sulfat tan trong nước để bài tiết khỏi cơ thể,
giảm hàm lượng cholesterol trong máu; loại bỏ cholesterol tích tụ trong động mạch;
gia tăng các thành phần có ích của máu như lipoprotein, có ý nghĩa quan trọng trong
phòng chống xơ vữa động mạch.
]

2 @348(3CDZ+0X)@17(+(^+@Y+U_B@`(a+@[

Tiếp tục ô-xy hóa thành glutathione (diketo golunat) cùng với chất độc trong cơ thể
bị bài tiết ra ngoài.

? @b)8@c)8D)8+@9

Việc giảm vitamin C trong đường tiêu hóa ngăn chặn sự hình thành nitrosamines, có
hiệu quả ngăn ngừa sự xuất hiện của các khối u đường tiêu hóa; ngoài ra vitamin C
còn tham gia trong tổng hợp collagen, giúp các tế bào kẽ duy trì cấu trúc bình
thường, làm giảm quá trình phát triển của tế bào ung thư.

F @c)8d45)@

Vitamin C có thể cải thiện khả năng kháng bệnh của các tế bào miễn dịch và tăng
cường miễn dịch của cơ thể và miễn dịch humoral, loại bỏ các yếu tố gây bệnh, giữ
hệ hô hấp được bảo toàn. Khi thiếu nó, biểu mô tế bào kháng bệnh ở khí quản và phế
quản bị giảm xuống. Các thí nghiệm cho thấy, uống 1.000 mg vitamin C mỗi ngày
có thể giảm 50% nguy cơ bị cảm lạnh và giảm 23% các triệu chứng cảm cúm.

8 "d/Ge23f@c)8)^g)@h)

Vitamin C là chất kích hoạt enzyme, có thể gia tăng sự hoạt động của một số kim
loại, giúp da chống lại các gốc tự do sinh ra bởi tia cực tím, tránh sự xuất hiện của
tàn nhang, thúc đẩy sự trao đổi chất, góp phần ngăn ngừa lão hóa da.
; Z.d)g@V4G(+34()+0i)+@N+09:)8
j
Vitamin thô (acid ascorbic) thường không bền vững trong điều kiện bị ảnh
hưởng bởi nhiệt độ, acid hay các hợp chất alkan. Để hạn chế sự phân hủy

trong sử dụng, vitamin thô được phối trộn với các thành phần khác hay cũng
có thể các vitamin được cải tiến đa dạng hơn để đưa vào sản xuất.
Vitamin C trên thị trường rất đa dạng về mẫu mã. Bao gồm các dạng bột, dạng
viên; độ tinh khiết khác nhau và cải tiến hóa học như Sodium ascorbate và
Calcium ascorbate

k


Chú ý:
 Nếu chế độ ăn uống không đủ đáp ứng nhu cầu vitamin C của cơ thể, thì có thể
thay thế bằng dạng viên bổ sung (2-3 viên mỗi ngày). Vitamin C là chất hòa tan
trong nước. Nếu lượng Vitamin C trong cơ thể dư thừa, chúng sẽ tự động bài tiết
khỏi cơ thể, không mang độc tính. Ngoài ra, người hút thuốc lá, aspirin, thuốc tránh
thai, thường xuyên căng thẳng tâm lý và làm việc trong môi trường nóng bức có thể
tăng cường bổ sung lượng vitamin C cho cơ thể.

Các sản phẩm mỹ phẩm thường chứa nhiều vitamin C, dùng không đúng cách sẽ
gây ra tác dụng phụ. Vitamin C có tính thẩm thấu mạnh, sử dụng quá nhiều khiến da
bị mất nước, khô da và thậm chí đỏ rát da. Vitamin C có trong mỹ phẩm có thể được
điều chế qua nhiều hình thức. Vì vậy, phụ nữ muốn làm đẹp, hãy dùng rau quả tươi
và hoa quả để sự hấp thụ vitamin C được tốt hơn.


 (l(+@(eDg@9a)8g@Zg.d)mDY+
Kỹ thuật của công nghệ sản xuất acid ascorbic được dựa trên sự+n)8@Qg
?(@.+?()cổ điển. Đây là quy trình thường được áp dụng ở các nhà máy sản xuất
tuy nhiên nó đã được phát triển hơn bằng cách sử dụng cộng nghệ mới nhất, đặc biết
là giảm thiểu tiêu tốn năng lượng, hạ giá thành sản phẩm và cải thiện điều kiện môi
trường.

“Hiện nay tại Việt Nam, quá trình sản
xuất acid ascorbic đang được chính phủ
đầu tư kinh phí theo Quyết đinh của thủ
tướng chính phủ số 61/2007/QĐ –TTG
ngày 07 tháng 05 năm 2007 về việc phê
duyệt “chương trình nghiên cứu khoa học
công nghệ trọng điểm quốc gia phát triển
công nghiệp hóa dược đến năm 2020’’ ở
hạng mục :
Nội dung 1: Nghiên cứu công nghệ mới tạo nguyên liệu để sản xuất vitamin C:
+ Khảo sát các chủng vi sinh vật acetobacter và pseudomonas dùng để chuyển
đổi sorbitol thành acid 2-ketogulonic;
+ Khảo sát phản ứng ester hoá acid 2-ketogulonic;
+ Khảo sát phản ứng enol hoá và lacton hoá, tinh chế thành vitamin C.
Dự kiến kết quả:
+ Quy trình công nghệ sản xuất nguyên liệu để bào chế vitamin C đạt tiêu
chuẩn Dược điển Anh năm 2003.
Nội dung 2: Nghiên cứu hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất sorbitol từ
glucose:
+ Nghiên cứu lựa chọn nguyên liệu, điều kiện xử lý và hoàn thiện quy trình công
nghệ sản xuất;
+ Nghiên cứu phương pháp thu hồi và bảo quản sản phẩm;
+ Ứng dụng vào chế biến một số sản phẩm bánh kẹo, kem.

Dự kiến kết quả:
+ Quy trình công nghệ sản xuất sorbitol từ đường glucose;
+ Dây chuyền thiết bị pilot sản xuất sorbitol công suất 100 tấn/năm. “
Vitamin C đã được sản xuất thương mại bằng cách chiết xuất từ thực vật, bằng
cách tổng hợp hóa học, bằng con đường lên men và phương pháp hỗn hợp lên
men / tổng hợp hóa học.

;
Sản xuất vitamin C được thực hiện theo nhiều phương pháp khác nhau
Trong đó, có thể kể đến 2 phương pháp sau:
Trong bước đầu tiên của cả CDZ+0X)@?(@.+?() truyền thống và CDZ+0X)@i)
4?)@3(8(3(U/5) mới, ./01(+/l bị oxy hóa thành ./01/.?bằng cách lên men.
(Sorbitol có thể được tạo thành bằng cách giảm Glucose ở nhiệt độ cao)
<

 DE+0X)@?(@.+?()
M
Được phát minh bởi Tadeus Reichstein và đồng nghiệp của ông vào năm 1933,
quy trình này được sử dụng trong tổng hợp acid ascorbic từ Glucose và sau đó
được bán cho Hofmann La Roche vào năm 1935.
 Quá trình Reichstein là một phương pháp hỗn hợp giữa lên men và tổng hợp hóa
học, lần đầu tiên được sử dụng trong năm 1933 và vẫn còn được sử dụng bởi Roche,
BASF và Takeda.
 Trong đó, sorbose được chuyển hóa thành acid diacetone ketogulonic (DAKS)
trong một quá trình hóa học 2 giai đoạn.
Bước đầu tiên liên quan đến một phản ứng với acetone, tạo ra diacetone sorbose, mà
sau đó bị oxy hóa bởi clo và sodium hydroxide tạo DAKS.
 Tiếp theo, DAKS được hòa tan trong 1 hỗn hợp các dung môi hữu cơ. Và bằng
cách sử dụng một chất xúc tác axit, cấu trúc của nó được sắp xếp lại để hình
thành vitamin C. (Giai đoạn này tương tự như trong quá trình lên men hai giai đoạn)
 Cuối cùng, các vitamin C thô được tinh chế qua sự tái kết tinh.Nhiều thay đổi kỹ
thuật và hóa học đã được thực hiện để tối ưu hóa và rút ngắn các con đường phản
ứng khác nhau.
Do đó, mỗi bước có một năng suất trên 90%.
Tổng sản lượng vitamin C từ đường là khoảng 60%
 Các giai đoạn khác nhau của quá trình Reichstein sử dụng số lượng đáng kể của
các dung môi hữu cơ cơ và vô cơ và hóa chất. Chúng bao gồm acetone, acid sulfuric

và hydroxit natri. Mặc dù một số các hợp chất này có thể được tái chế, việc kiểm
soát nghiêm ngặt môi trường là cần thiết, do đó chi phí xử lý chất thải là đáng kể.
HaUnCDE+0X)@?(@.+?()
P
]
Fermentaon
Acid Di –acetone
Ketogulonic
Quy trình Reichstein
Sorbitol
0/
1 
1 &
2 -"3
Sorbose
Diacetone
sorbose
45
+67
8
Vitamin
C thô
Vitamin
C tinh
khiết
Các dung môi
hữu cơ
Tinh chế
 DE+0X)@i)4?)@3(8(3(U/5)
Phương pháp mới hơn được phát triển tại Trung Quốc đã được triển khai tới

một số công ty châu Âu. Với chi phí sửa chửa và vốn ban đầu thấp hơn dẫn
đến việc tiết kiệm chi phí chỉ còn bằng một phần ba so với phương pháp
Reichstein
 Trong quy trình này, giai đoạn lên men thứ 2 được thay thế bởi phản ứng hóa học
dùng để tổng hợp DASK trong phương pháp Reichstein. Việc lên men tạo ra sản
phẩm trung gian là KGA. Tất cả các nhà sản xuất đều sử dụng chỉ một loài Vi sinh
vật để lên men.
 Hai phản ứng hóa học tiếp theo giống với giai đoạn cuối của quá trình Reichstein,
hoàn tất việc tổng hợp vitamin C
 So sánh với phương pháp Reichstein, phương pháp lên men 2 giai đoạn cần sử
dụng ít hơn các dung môi và tác nhân độc hại, vì thế giảm được chi phí cho quá trình
xử lý thải.
Dưới đây là bảng giới thiệu phương pháp sản xuất Vitamin C của một số hãng:
j
 Monitoring and controlling parts of fermenter are:
H / 30+.?
1 Pt100 temperature sensor (platinum resistance electrode)
2 Foam probe kept above the medium level to sense foamformation
3 pH electrode senses pH
4 O2 sensor Monitors dissolved oxygen level
5 Heater pad directly heats the medium
k
6 Cold finger after direct heating – used to cool the vessel contents
(closed coil/pipe to pass cool water)
7 Rotameter variable air flow meter – indicates rate of air flow into
vessel –attached to air sparger
8 Pressure valve attached to rotameter for safer operation
9 Air pump supply of air
10 Peristaltic pump to pump in medium, acids, bases, antifoam
; (.()@Go+i)4?)D/)/13+?0/mE23).

D/)/13+?0/mE23). : là một loại vi khuẩn Gram âm, hiếu khí bắt buộc thuộc họ
Acetobacteraceae. G. oxydans. Quá trình hô hấp của nó sử dụng Oxy như chất nhận
electron cuối cùng. Chủng vi khuẩn này phát triển mạnh trong dịch đường như nho
chín, táo, hạt điều, mật ong, trái cây, bia, rượu, đất vườn… Đây là chủng vi khuẩn
không gây bệnh cho con người và động vật nhưng nó có thể táo, lê hư thối và
chuyển màu. Nó có dạng que tròn, 0.5-0.8 X 0.9-4.2 μm, đơn lẻ hoặc bắt cặp, hiếm
khi tạo thành chuỗi dài. Gluconobacter có đóng góp quan trọng trong việc sản xuất
L-sorbose từ sorbitol, D-gluconic acid, 5-keto và 2-ketogluconic acid từ D-glucose
và dihydroxyl acetone từ glycerol trong công nghiệp.
L-sorbose là chất trung gian có ích trong công nghiệp sản xuất acid ascorbic. L-
sorbose là sản phẩm của quá trình oxy hóa sorbitol bởi SDH bám trên màng tế bào vi
khuẩn

 ! "#$%.

pq "r#$%

 R)@+/Z)Z+@')8.cU_)8@sS31X)@i)4?)
 Quá trình lên men D-Sorbitol thành L-Sorbose bằng vi khuẩn
Gluconobacter suboxydans S-22
 Quá trình được biểu diễn như sau:

D-Sorbitol
22Glucnobacter suboxydans S
− − −
→

L-sorbose + Gluconobacter
suboxydans S-22
 Có thể biểu diễn ngắn gọn như sau:

C
A R C
→ +
 Trong đó: A là D-sorbitol
C là vi khuẩn Gluconobacter suboxydans S-22
R là L-sorbose.

 Điều kiện ban đầu :

0
200 /
A
C g L
=

0 0
30t C
=

6pH =
 !@d/.Z+UN)@+R)@CDZ+0X)@i)4?)+0/)84'(+09:)8B@')8Un(
Giả sử: Tốc độ phát triển của tế bào chỉ phụ thuộc vào cơ chất ban đầu A
(ở đây bỏ qua ảnh hưởng của một số yếu tố như nồng độ khối lượng Oxy hòa
tan, nồng độ khối lượng nước tự do trong bình phản ứng…) để đơn giản trong
quá trình tính toán.
 Phương trình Monod như sau:
-
A C
C
A M

kC C
r
C C
=
+
Với C
M
là nồng độ của A tại đó tế bào sinh ra với tốc độ bằng ½ tốc độ cực
đại.
;
 Tính toán giá trị k và C
M
@?/!(@3t?G(G7"/.)t3B, Defining of the Kinetics of Microbial
Oxidation Process Events with Reference to L-sorbose Formation in a Large
Range of Culture Conditions.
Hai ông đã làm thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc nồng độ cơ chất ban đầu A
với thời gian và thu được kết quả như sau:
Từ biểu thức Monod :
max A
A M
k C
k
C C
=
+
Hay:
ax ax
1 1 1
M
m A m

C
k k C k
= +
<
( /
A
C g
L)
1
( )k h
−
50 0,262
100 0,279
200 0,289
300 0,292
400 0,293
450 0,294