Tổng quan về axit gluconic

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
KHOA: KHOA HỌC ỨNG DỤNG
GVHD: TS. Lê Ngọc Chí Minh
Lớp: 10060301
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 3 năm 2013
SV thực hiện:
1) Nguyễn Triết Lãm - MSSV: 61003212
Tóm tắc
I. Tổng quan về axit gluconic
II. Giới thiệu về axit gluconic
III. Cấu tạo axit gluconic
IV. Ứng dụng của axit gluconic
V. Sản xuất axit glconic
VI. Sản xuất axit gluconic từ rỉ đường
VII. Tài liệu tham khảo
I. Tổng quan về axit gluconic
• Axit gluconic được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1870 bởi Hasiwetz
và Habermann.
• Axit gluconic và các muối gluconat có trong tự nhiên khá phổ biến do
nó được hình thành từ quá trình oxy hóa glucose.
• Vào thế kỷ thứ 18, axit này ít được biết đến, tuy nhiên ngày nay axit
gluconic đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công
nghệ hóa học, thực phẩm, dược phẩm, dệt, luyện kim, thuộc da, vật liệu
xây dựng và nhiều ngành công nghiệp khác.
• Hằng năm trên thế giới sản xuất khoảng 50.000-100.000 tấn axit
gluconic và tổng tất cả các loại muối gluconat khoảng 65.000-100.000
tấn, trong đó gồm các loại muối như natri gluconat, kali gluconat, canxi
gluconat hay este glucono-δ-lacton cũng là những phụ gia thực phẩm
được chứng nhận an toàn khi sử dụng ở Mỹ và Châu Âu được sử dụng
làm chất điều vị, phụ gia trong sản xuất bánh nướng, sữa đậu nành,

sữa chua, phomat, bánh mỳ.
I. Tổng quan về axit gluconic
II. Giới thiệu về axit gluconic
Axit
gluconic
Axit hữu cơ yếu
Có tính sát khuẩn, không độc
Không bay hơi
Không có tính ăn mòn
Có nguồn gốc từ β-D-glucose
Tạo bởi phản ứng oxy hóa dưới xúc tác glucose oxidase
II. Giới thiệu về axit gluconic
Trái cây
Rượu vang
Mật ong
Trà kombucha (nấm hồng trà)
II. Giới thiệu về axit gluconic
Trong công nghiệp thực phẩm axit gluconic được sử dụng như
một chất điều vị.
Axit gluconic có khả năng tạo ra hương vị chua dịu nhẹ và
được sử dụng như một phụ gia điều chỉnh vị chua (E574).
Dùng cho các sản phẩm như rượu vang, nước ép trái cây,
sữa chua,.…
Tên khoa học: (2R,3S,4R,5R)-2,3,4,5,6-
pentahydroxyhexanoic axit
III. Cấu tạo axit gluconic
Axit gluconic là một hợp chất hữu cơ có công thức phân tử C
6
H
12

O
7
và công
thức cấu tạo HOCH
2
(CHOH)
4
COOH. Cấu trúc hóa học của axit gluconic bao
gồm một chuỗi sáu cacbon với năm nhóm hydroxyl kết thúc bằng một nhóm
axit cacboxylic
Cấu trúc không gian
Đồng phân cis-tran
Công thức cấu tạo
III. Cấu tạo axit gluconic
Trong dung dịch nước nồng độ 1/1000 axit cacboxylic ở pH
gần trung tính, axit cacboxylic tạo ra các ion gluconat và các
muối của axit gluconic gọi chung là các gluconat
Khi hòa tan trong nước axit nhanh chóng sang trạng thái cân
bằng động với vòng glucono-δ-lacton, làm cchuyển cho dung
dịch trở thành hỗn hợp của axit với glucono-δ-lacton.
IV. Ứng dụng của axit gluconic
Lĩnh vực Ứng dụng
Y học
Một
số loại thuốc được tiêm dưới dạng gluconat
Sử
dụng để điều trị bỏng từ axit HF
Quinin
gluconat là muối giữa acid gluconic và quinine, được sử dụng điều
trị

sốt rét
Tiêm
canxi gluconate có thể được sử dụng cho các trường hợp nghiêm trọng
hơn
để tránh hoại tử mô sâu
Thực phẩm
Chất
tạo ra hương vị chua dịu nhẹ và được sử dụng như một phụ gia điều
chỉnh vị chua (E574)
.
Khai khoáng
Làm
sạch các sản phẩm mà nó hòa tan, đặc biệt là trong dung dịch kiềm,
các
anion
Ca
2 +,
Fe
2 +,
Al
3 +,
Khoa học
Calcium
gluconate tồn tại như một chất gel
IV. Ứng dụng của axit gluconic
Hỗ trợ receptor glycine ở hệ
thần kinh trung ương, và
duy trì cân bằng acid amin
trong hệ thần kinh trung
ương,vận chuyển oxy vào tế

bào, cung cấp Methyl, hỗ
trợ chức năng tim mạch
Axit gluconic tạo độ
chua cho các loại thức
uống như nước có
gas, rượu vang,
bánh,…
Ngoài khai khoáng,
người dân còn sủ dụng
trong việc kết tủa các
kim loại nặng để làm
sạch nguồn nước sinh
hoạt
V. Sản xuất axit glconic
• Như đã đề cập ở trên axit gluconic là sản phẩm quá trình oxy hóa glucose
• D-gluconic acid và muối của nó đã được tạo ra bởi quá trình oxy hóa glucose. Do có nhiều chất oxi
hóa trong nguyên liệu nên phương pháp lên men ít tốn kém hơn hóa học. Trong số các quá trình
lên men vi sinh vật khác nhau, phương pháp sử dụng nấm Aspergillus niger là một trong những
loài được sử dụng rộng rãi nhất
• Tuy nhiên, việc sử dụng Gluconobacter oxydans cũng đã đạt được tầm quan trọng đáng kể.
• Không phân biệt việc sử dụng nấm hay vi khuẩn, tầm quan trọng nằm trên các sản phẩm, được
sản xuất, ví dụ, natri gluconate calcium gluconate,… Như phản ứng dẫn đến một sản phẩm có
tính axit, nó cần phải trung hòa bằng việc bổ sung các tác nhân trung hòa, nếu không độ axít bất
hoạt glucose oxidase, dẫn đến lượng glucocid không được cao.
V. Sản xuất axit gluconic
Sơ đồ chuyển hóa glucose thành axit gluconic bằng len men A.ninger
V. Sản xuất axit glconic
• Các điều kiện cho quá trình lên men trong sản xuất calcium gluconate
và gluconat natri khác nhau ở nhiều khía cạnh như nồng độ và kiểm
soát độ pH. Trong quá trình sản xuất calcium gluconate , kiểm soát kết

quả pH từ việc bổ sung của bùn canxi cacbonat.
• Một điểm quan trọng lưu ý là về độ tan của canxi gluconate trong nước
(4% ở 30 ° C). Ở nồng độ glucose cao, trên 15%, supersaturation xảy
ra, và nếu nó vượt quá giới hạn, muối canxi kết tủa các sợi nấm và ức
chế sự chuyển oxy. Các quá trình trung hòa cũng nên được khử trùng
một cách riêng biệt từ các dung dịch glucose để tránh thay đổi cấu tạo
của glucose, kết quả giảm năng suất khoảng 30%.
• Ngược lại, quá trình cho natri gluconat là rất thích hợp hơn như nồng
độ glucose lên đến 350 g / L có thể được sử dụng mà không cần khử
trùng. pH được điều khiển tự động bằng cách thêm dung dịch NaOH.
V. Sản xuất axit glconic
• Phản ứng chuyển đổi glucose thành axit gluconic do nấm sợi A. niger
sản xuất ra enzyme glucose oxidase.
Tùy thuộc vào ứng dụng, nước canh lên men có chứa gluconat natri
hoặc calcium gluconate được sản xuất bằng cách bổ sung hydroxit natri
hoặc canxi cacbonat tương ứng, để trung hòa. Điều kiện tối ưu chung
cho sản xuất acid gluconic là như sau:
- Glucose ở nồng độ giữa 110 - 2 50 g / L.
- Nguồn nitơ và phốt pho ở nồng độ rất thấp (20 mM).
- Giá trị pH của môi trường (khoảng 4,5 đến 6,5).
- Sục khí tỷ lệ rất cao bởi các ứng dụng của áp suất không khí cao (4
bar).
V. Sản xuất axit glconic
• Có hai thông số ảnh hưởng đến sự sản xuất acid gluconic là oxy sẵn có
và độ pH của môi trường nuôi cấy.
• Oxygen là một trong các chất nền quan trọng trong quá trình oxy hóa
glucose như glucose oxidase sử dụng oxy phân tử trong bioconversion
glucose. Nồng độ của gradient oxy và hệ số truyền oxy thể tích là những
yếu tố quan trọng, theo dõi sự sẵn có của oxy trong môi trường.
• Hai yếu tố này ảnh hưởng đến tỷ lệ chuyển oxy từ khí pha nước. Tỷ lệ

thông khí và tốc độ thông khí làm ảnh hưởng đến sự sẵn có của oxy
trong môi trường. Sản xuất acid gluconic là một quá trình cực kỳ tốn
oxy với một nhu cầu oxy cho phản ứng bioconversion, được ảnh hưởng
mạnh mẽ bởi nồng độ oxy hòa tan cao. Oxy được thường được cung
cấp theo hình thức không khí trong khí quyển, tuy nhiên, trong một số
nghiên cứu oxy tinh khiết cao áp cũng đã được cung cấp. Immobilised
sợi nấm Aspergillus niger phát triển bằng cách sử dụng oxy tinh khiết,
sản xuất hiệu giá cao của axit gluconic so với sợi nấm phát triển trong
không khí.
V. Sản xuất axit gluconic
Trong quá trình chuyển đổi glucose, glucose oxidase trong A. niger qua tự giảm bởi việc
loại bỏ hai hydrogens. Các hình thức giảm của enzim là tiếp tục bị ôxi hóa bởi ôxy phân
tử, mà kết quả trong sự hình thành của hydrogen peroxide, một sản phẩm phụ trong
phản ứng. A. niger catalase sản xuất hoạt động trên hydrogen peroxide do đó tạo nước và
khí oxy.
Glucose thường được sử dụng như nguồn carbon để sản xuất vi khuẩn axit gluconic. Tuy
nhiên, thủy phân của các nguyên vật liệu khác nhau (ví dụ: tinh bột ngô thủy phân, ví dụ
như chất thải công nông nghiệp. Mật mía Ấn Độ) cũng đã được sử dụng như là chất
nền. Lactose được sử dụng như một chất nền và 92 g axit gluconic được sản xuất từ 1 L
của sữa có chứa glucose 0,5% và 9,5% lactose của A. niger cố định trên bọt
polyurethane.Saccharified giải pháp các giấy thải với nồng độ glucose được điều chỉnh
đến 50-100 g / L có thể được sử dụng cho bioconversion với A. niger. Sản lượng 92%
trong bình Erlenmeyer và 60% trong các nền văn hóa hàng loạt lặp đi lặp lại trong lò
phản ứng lưỡi tuabin với 800 mL khối lượng làm việc.
Nho và chuối ứng dụng quan trọng của sản xuất acid gluconic, cho 63 và 55 g / L tương
ứng. Thanh lọc của nho và chuối tăng 20-21% năng suất axit gluconic.
VI. Sản xuất axit gluconic từ rỉ đường
VI. Sản xuất axit gluconic từ rỉ đường
Như vậy, trong điều kiện có cố
định nấm mốc lên men axit

gluconic trên máy lắc, do sự cản
trở của chất mang oxy khó hòa
tan, quá trình lên men diễn ra
chậm, thời gian lên men kéo dài
tạo sản
phẩm phụ. Lên men trong
môi trường lỏng trên máy lắc tạo
điều kiện cho oxy tiếp xúc cơ chất,
quá trình lên men diễn ra trong
toàn bộ khối dịch lên men, thời
gian lên men ngắn, hiệu suất lên
men cao. Từ kết quả trên, chúng
tôi lựa chọn phương pháp lên men
trong môi trường
lỏng trên máy lắc làm phương
pháp nghiên cứu của mình.
VI. Sản xuất axit gluconic từ rỉ đường
• Dịch sau lên men gồm axit gluconic tự do, canxi gluconat, nấm mốc, khoáng dư, các sản
phẩm phụ khác. Kết thúc quá trình lên men, nâng nhiệt độ đến 90 độ C trong nồi cách thủy.
Sau đó tiến hành lọc, loại bỏ bã, các tế bào chết thu hồi dịch. Dịch sau lọc kết tủa canxi
gluconat bằng cồn 96 độ, sau đó lọc để thu kết tủa canxi gluconat, hòa tan kết tủa trên giấy
lọc bằng H2SO4 0.2 M, lọc tách bỏ CaSO4, dung dịch axit gluconic thu được định lượng
bằng máy HPLC.
• Nghiên cứu kết tủa canxi gluconat bằng cồn 96 độ
• Như vậy, kết tủa canxi gluconat bằng cồn 96o cho kết quả tốt nhất với tỷ lệ 5:6 (dịch sau lên
men:cồn v/v), trong 10 giờ
• Sau 10 giờ kết tủa canxi gluconat bằng cồn 96o, chúng tôi thu được kết quả tối ưu 40,5 (g/l).
VI. Sản xuất axit gluconic từ rỉ đường
1. Ảnh hưởng của tỉ lệ giống đến hàm lượng axit gluconic
Đồ thị cho thấy ban đầu khi tỷ lệ giống tăng dần, hàm lượng

axit gluconic sinh ra tăng. Tuy nhiên, khi tỉ lệ giống quá cao
thì hàm lượng axit gluconic giảm. Khi tỷ lệ giống quá ít so
với cơ chất thì enzyme sinh ra ít. Do đó, thời gian lên men
kéo dài, tốn năng lượng, hiệu quả kinh tế không cao hoặc
tạo ra sản phẩm thụ không mong muốn rượu, andehyt,….
Ban đầu bổ sung một lượng giống quá cao, xảy ra sự cạnh
tranh dinh dưỡng, làm tiêu hao một lượng lớn cơ chất cho
quá trình tăng sinh khối. Do đó, hiệu quảchuyển hóa cơ chất
thành axit gluconic không cao. Đồng thời, nguồn dinh
dưỡng nghèo đi cũng dẫn đến lượng axit gluconic tạo thành
giảm. Kết quả tỷ lệ giống bổ sung là 10% với mật độ bào tử
10^6-107^bào tử/ml thu được kết quả tốt nhất là 30.24
g/100g mật rỉ
VI. Sản xuất axit gluconic từ rỉ đường
2. . Ảnh hưởng của thời gian lên men đến hàm lượng
axit gluconic
Qua đồ thị cho thấy ban đầu khi thời gian lên men tăng,
hàm lượng axit gluconic sinh ra tăng, khi thời gian lên
men kéo dài hàm lượng axit gluconic giảm. Thời gian
đầu nấm mốc sử dụng cơ chất để tăng sinh khối, đồng
thời tiết enzyme để chuyển hóa các chất. Khi lượng tế
bào càng lớn thì lượng enzyme tiết ra càng nhiều, lượng
axit gluconic sinh ra càng tăng theo thời gian. Ở thời
điểm 96 giờ quần thể vi sinh vật bước vào pha cân bằng
hàm lượng axit gluconic sinh ra lớn nhất. Nếu tiếp tục
kéo dài thời gian lên men, khi nguồn dinh dưỡng cạn
kiệt cùng với sản phẩm axit gluconic tạo ra nhiều sẽ ức
chế sự phát triển của vi sinh vật. Nấm mốc bắt đầu
sửdụng sản phẩm sinh ra làm cơ chất, tạo ra các sản
phẩm phụ gây tổn thất sản phẩm chính đồng thời gây

khó khăn cho quá trình tinh sạch sản phẩm. Kết quả
sau 96 giờ hàm lượng axit gluconic lớn nhất là 30.81
g/100g mật rỉ
VI. Sản xuất axit gluconic từ rỉ đường
3. . Ảnh hưởng của hàm lượng nitơ bổ sung đến hàm
lượngaxit gluconic
Qua nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nitơ bổ sung
đến hàm lượng axit gluconic tạo thành, dựa vào đồ thị
cho thấy nguồn nitơ có sẵn trong nguyên liệu không
đảm bảo cho quá trình sinh trưởng phát triển của vi
sinh vật. Trong giai đoạn đầu khi hàmlượng nitơ bổ
sung tăng hàm lượng axit tăng lên rõ rệt, đạt giá trị cao
nhất 29.18 g/100g mật rỉ với hàm lượng (NH4)2HPO4 3
g/l. Tiếp tục tăng hàm lượng (NH4)2HPO4, khi hàm
lượng nitơ quá cao dẫn đến lượng sinh khối tạo ra ngày
càng nhiều, xảy ra hiện tượng cạnh tranh dinh dưỡng
ảnh hưởng đến hiệu suất lên men. Hàm lượng axit
gluconic sinh ra giảm dần và thấp nhất 23.97 g/100g
mật rỉ khi hàm lượng (NH4)2HPO4 5 g/l. Kết quả hàm
lượng axit gluconic tạo thành lớn nhất là 29.18 g/100g
mật rỉ khi hàm lượng (NH4)2HPO4 bổ sung là 3 g/l
VII. Tài liệu tham khảo
1. Phạm Thị Thùy Trang, luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu quá trình lên men axit
gluconic từ rỉ đường bằng Aspergillus ninger”, ĐH Đà Nẵng - 2012.
2. N.V. Sankpal, A.P. Joshi, I.I. Sutar, B.D. Kulkarni, Continuous production of
gluconic acid by Aspergillus niger immobilized on cellulosic support:
Study of low pH fermentative behaviour of A. niger, Process Biochem. 35
(1999) 317–325.
3. M. Röhr, C.P. Kubicek, J. Kominek: Gluconic Acid. In: Biotechnology, Vol. 3,
H.J. Rehm, G. Reed (Eds.), Verlag Chemie, Weinheim, Germany (1983) pp.

455–465.
4. S. Velizarov, V. Beschkov, Production of free gluconic acidby cells of
Gluconobacter oxydans, Biotechnol. Lett. 16 (1994) 715–720.