công nghệ sản xuất bột ngọt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT
NGỌT



GVHD: Cơ Nguyễn Thúy Hương
NHÓM SVTH: 1.Bùi Thanh Nhựt (60701738)
2.Nguyễn Thanh Qui (60701968)
3.Phùng Văn Phong (60701798)
4.Nguyễn Văn Phụng (60701855)
5.Nguyễn Thanh Lợi (60701390)
6.Nguyễn Lê Thành Minh (60701466)
Mục lục
Công Nghệ Sản Xuất bột ngọt
I. Sơ lược về mì chính và vai trò của mì chính trong xã hội hiện nay
1. Vai trò của axit glutamic
2. Vai trò của bột ngọt
II. Sản xuất bọt ngọt bằng phương pháp lên mẽn
A. Qúa trình chuẩn bò
1. Nguyên liệu
1.1 Tinh bột sắn
1.2 Rỉ đường mía
2. Tuyển chọn giống vi sinh vật
3. Các yếu tố ảnh hưởng đến QTSX
3.1 Nguồn cacbon
3.2 Nguồn Nitơ
3.3 Nguồn muối vô cơ khác

3.4 Ảnh hưởng của pH
3.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ
3.6 nh hưởng của hệ thống gió và khuấy
3.7 nh hưởng của thực khuẩn thể
3.8 nh hưởng của dầu phá bọt
4. Các yếu tố điều hoà quá trình lên men
5. Cơ sở khoa học của việc hình thành L-AG
5.1 Vi sinh vật lên men phân giải glucose
5.2 Các sản phẩm của quá trình lên men
B. Dây chuyền công nghệ sản xuất theo phương pháp lên men
1. Công đoạn thuỷ phân
2. Công đoạn lên men
2.1 Giống – chủng
2.2 Môi trường lên men
3. Qúa trình lên men công nghiệp ở nồi lên men cấp
3.1 Xử lý ure và dầu phá bọt
3.2 Xử lý không khí
3.3 Các giai đoạn xảy ra
4. Công đoạn trao đổi ion
5. Tinh chế và hoàn thành sản phẩm axit glutamic
III. Một số thiết bò lên men
Một số sơ đồ và máy móc
Tài liệu tham khảo
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT NGỌT
I) Sơ lược về mì chính và vai trò của bột ngọt trong xã hội ngày
nay:
Lòch sử phát hiện bột ngọt:
Cách đây hàng ngàn năm người nhật bắt đầu dùng rong biển làm thực phẩm, họ
phát hiện ra loại rong lá( có tên khoa học là Laminaria japonica) còn là một loại gia
vò hảo hạn. Vào thời ấy, hoạt chất của loại rong lá làm thức ăn có hương vò đậm đà

(do acid glutamic) chưa được nhận diện. Vào năm 1980, nhà bác học Rittenhausen ở
Đức đang tìm kiếm để xác đònh cơ cấu của các protein động vật, đặc biệt là acid amin
kể cả acid glutamic.
Tuy nhiên, việc phát hiện ra hoạt chất có trong rong biển làm cho thức ăn có mùi
vò ngon là Ikeda. Ôâng đã khám phá ra thứ hoạt chất trích từ rong biển là monosodium
glutamate, đây là một muối của acid glutamic. Vào 21/4/1909 ông đã đăng ký paten
số 9440 với nhan đề là “ sản xuất chất liệu gây vò”.
Năm 1909 ông kết hợp với nhà kinh doanh có tên là Saburosuke Suzuki (là một
dược só), họ đã chọn từ “ Aji nomoto “ làm tên cho sản phẩm của mình. “Aji” có nghóa
là nguồn gốc, “moto” có nghóa là hương vò. Đến năm 1933 sản xuất bọt ngọt tại Nhật
đạt 4,5 triệu kg hàng năm.
Bột ngọt hay còn được gọi là Mì chính ø (tên tiếng anh là monosodium
glutamate , seosoning glutamate) la một hợp chất muối natri của axit glutamic, là
chất điều vò có giá trò trong công nghiệp thực phẩm , được sử dụng thường xuyên
trong các món ăn hàng ngày của người dân ( đặc biệt là ở các nước phương đông :
trong đó có VN).
Công thức của mì chính :
1) VAI TRÒ CỦA A.GLUTAMIC:
- Đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất của người và động
vật, trong việc xây dựng Protit, xây dựng các cấu tử tế bào.
- Tổng hợp nên các aminoacid khac như alanin, losin, cytein, prolin,
….tham gia vao phản ứng chuyển amin giúp cơ thể tiêu hoá nhóm amin và loại
bỏ nhóm NH
3
ra khỏi cơ thể. Nó chiếm phần lớn thành phần protid và chất
xám của não, đóng vai trò quan trọng trong biến đổi sinh hoá của hệ thần kinh
trung ương. Trong y học còn sử dụng a.glutamictrong trường hợp suy nhược
thần kinh nặng , mỏi mệt mất trí nhớ , sự đầu độc NH
3
vào cơ thể, một số bệnh

về tim v.v…
- 1 hợp chất của a.glutamate là N-acetylglutamate là chất hoạt động bề
mặt , VSV có thể phân giải được , ít ăn da ,được sử dụng trong công nghiệp mó
phẩm, xà phòng và dầu gội đầu. Acetylglutamate dược dùng tròngxử lý nước
biển ô nhiểm do dầu hoả và dầu thực vật gây nên…
- L-AG phân bố rộng rãi trong tự nhiên dưới dạng hợp chất và dạng tự
do, có trong thành phần cấu tạo của protein động thực vật
Công thức acid glutamic:
2) VAI TRÒ CỦA MÌ CHÍNH:
- Khi trung hòa a.glutamic( NaOH, NAH
2
PO
4
, Na
2
HPO
4
) chuyển thành
glutamatnatri (mì chính), kết tinh có vò ngọt dòu trong nùc , gần giống với vò
của thòt , có ý nghóa lớn đối với đời sống con người
- Mì chính là chất điều vò trong chế biến thực phẩm, làm gia vò cho các món ăn .
Nhờ đó sản phẩm hấp dẫn hơn và L-AG được đưa vào cơ thể làm tăng khả năng
lao động trí óc và chân tay của con người
H
- Các nghiên cứu khoa học đã chỉ ra rằng glutamate đóng vai trò quan trọng
trong cơ chế chuyển hóa chất bổ dưỡng trong cơ thể con người.
- Glutamat tự nhiên có trong thực phẩm và glutamate có nguồn gốc từ mì chính
đều giống nhau
- Vào năm 1987 FAO và WHO đã xác nhận mì chính là an tòan . Tuy nhiên mì
chính là một phụ gia làm tăng hương vò của thực phẩm và không thay thế cho thòt

cá trứng . Do đó tùy vào lọai thực phẩm mà ta se sử dụng mì chính một cách thích
hợp.
II) SẢN XUẤT BỘT NGỌT BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN:
A) Các quá trình chuẩn bò
1) Nguyên liệu:
Do vi sinh vật lên men sử dụng nguồn dinh dưỡng chủ yếu là các loại đường ,
nên nguyên liệu cho CN lên men phải giàu gluxit như: tinh bột sắn, rỉ đường, glucose,
saccharose.
1.1) Tinh bột sắn:
a) Nguồn gốc:
Tinh bột sắn được sản xuất trong quá trình chế biến củ sắn. Có hai lọai sắn: sắn
đắng và sắn ngọt khác nhau về hàm lượng tinh bột và xyanua. Sắn đắng nhiều tinh
bột hơn nhưng đồng thời cũng có nhiều acid xyanhydric, khoảng 200 -> 300
mg/kg. Xắn ngọt có ít axit xyanhdric hơn và được dùng làm lương thực thực phẩm.
Sắn trồâng chủ yếu ở các tỉnh phía bắc chủ yếu là sắn ngọt và tinh bột thu được
không có HCN.
b) Thành phần hoá học sắn phụ thuộc vào trình độ và kỹ thuật chế biến sắn:
Tinh bột: 83 -> 88%
Nước : 10.6 ->14.4%
Xenlulose: 0.1 -> 0.3%
Đạm: 0.1 -> 0.4%
Chất khoáng : 0.1 -> 0.6%
Chất hoà tan : 0.1 -> 1.3%
Trong thành phần của tinh bột sắn thường chứa tới 83 -> 88% tinh bột rất thích hợp
cho sản xuất .
Các phương pháp thu nhận tinh bột sắn:
Thủy phân bằng dung dòch acid: dùng dung dòch HCl hoặc H
2
SO
4

, khi dùng với HCl
thì thời gian thủy phân nhanh hơn nhưng không thể tách gốc Cl ra khỏi dung dòch
được. Dùng dung dòch H
2
SO
4
thì thời gian thủy phân chậm hơn nhưng có thể tách gốc
acid ra khỏi dung dòch bằng CaCO
3
.
Thủy phân bằng enzyme: dùng α- amylase cắt liên kết 1,4 – glucoside, và β –
amylase cắt liên kết 1,6 – glucoside.
1.2) Rỉ dường mía:
Rỉ đường mía là phần còn lại của dòch đường sau khi đã tách phần đường kính
kết tinh, thông thường mía thu được chiếm 3 - 4 % trọng lượng mía đưa vào chế biến.
Số lượng và chất lượng của rỉ đườngphụ thuộc giống mía , điều kiện trồng trọt , hoàn
cảnh đòa lý và trình độ chế biến của nhà máy đường.
- Thành phần chính của rỉ đường là: đường 62%, các chất phi đường 10%, nước
20%
- Đường trong rỉ đường bao gồm: 25 ->40% saccharose, 15 -> 25% đường khử
(glucose và fructose) , 3 -> 5% là đường không lên men được.
- Các chất phi đường gồm có các chất vô cơ và hữu cơ . Chất hữu cơ chứa Nitơ
của đường chủ yếu là axitamin cung với một lượng nhỏ protêin và sản phẩm
phân giải của nó.Nitơ tổng số trong rỉ đường của Mỹ xê dòch trong khoảng0.4
->1.5%.
- Các chất phi đường vô cơ là các lọai muối tìm thấy trong thành phần tro của
rỉ đường. Độ tro của rỉ đường mía thấp hơn độ tro của rỉ đường củ cải
- Rỉ đường mía còn chứa nhiều các nguyên tố khác với lượng cực kì nhỏ như là
Fe, Zn, Mn, Cu, B, Co, Mo
- Rỉ đường mía rất giàu các chất sinh trưởng như a.patotenic. nicotinic, folic,

B
1
, B
2
, và đặc biệt là biotin
- Có rất nhiều lọai vi sinh vật trong rỉ đường mía. Có thể phân chúng làm 3
lọai : vi khuẩn, nấm men , nấm mốc. Trong đó vi khuẩn là nguy hiểm hơn cả
vì gồm nhiều giống có khả năng sinh bào tử
2) Tuyển chọn giống VSV:
Đây là quá trình then chốt của toàn bộ quá trình lên men, sản phẩm làm ra có
được như ý muốn của các nhà sản xuất, có đảm bảo được các tiêu chuẩn khắt khe về
thành phần , độ tinh sạch , giá trò cảm quan phụ thuộc rất lớn vào khâu tuyển giống.
Kihoshita va các cộng sự đã thử 175 loài nấm mốc , 468 chủng nấm men, 372
chủng vi khuẩn và 650 chủng vi khuẩn chỉ có 22% trong số đó là có khả năng lên men
được L-A.glutamic(L-AG) nhưng xét toàn diện thì đây là 1 con số rất lớn , cung cấp
đa dạng cho quá trình lên men. Trong các chủng VSV kể trên thì xạ khuẩn là nhóm có
khả năng lên men cao nhất với 30%, vi khuẩn 20% và nấm mốc 10%. Tuy nhiên nếu
xét về quy mô , giá thành , cũng như khả năng ứng dụng vào sản xuất thì vi khuẩn
vẫn là sự lưa chọn số 1 vì:
- Dễ nuôi cấy trên phòng thí nghiệm.
- Khả năng sinh sản nhanh hơn nhiều so với các VSV khác đáp ứng được các
nhu cầu kỹ thuật, thời gian lên men đưiợc rút ngắn lại .
- Quá trình lên men được tiến hành dễ dàng
- Dễ gây đột biến tạo ra những tính năng có lợi cho sản xuất
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của KHKT hiện nay, càng lúc càng có nhiều
chủng mới được tìm ra mang những tính năng vượt trội tạo ra nhiều sản phẩm hoặc là
thích hợp nuôi cấy trên nhưng môi trường đặc biệt như brevibacteriumsp.No 6 (do
yamamoto tìm ra )sinh ra 72g L-AG/1L môi trường với hiệu suất chuyển hoà là 85%
(lý thuyết là 120%), hay chủng bacillus megatheriumsp6126 và pseudomonas
alcaligen attcc 12815 lên men trong môi trường axit Dl-pyrolidoncaboxylic đạt hiệu

suất 90%.
Gần đây các nhà khoa học đã tạo ra được những giống VSV đột biến bằng tia
cực tím,tia phóng xạ và hoá chất hay tái tô’hợp AND các tế bào đã tạo ra các chủng
mới có nhiều đặc tính quý mà các chủng gốc không có được như tạo L-AG trong môi
trường giàu biotin mà không cần thêm các chất kháng biotin,tạo L-AG với hiệu suất
cao, có khả năng lên men cho hiệu suất tạo L-AG rất cao, chống chòu được với những
điều kiện môi trường khắc nghiệt , dễ ứng dụng vào CN, kháng lại các chất kháng
sinh… ví dụ như: kikuchi và các cộng sự , Nakao và cộng sự tạo được thể đột biến
Corynebacterium No 314 đòi hỏi glyxerin cho sinh trưởng và tạo nhiều L-AG, hiệu
suất lên men tăng từ 60g/L (chủng gốc ) lên 72g/L( thể đột biến) trong cùng điều
kiện.
Kobayashi và cộng sự tạo thể đột biến corymebacterium hydrocacboclastus
UV PG-R10 từ C. hydrocacboclastus R-7 bền vững vơiù penicilin tích luỷ 84 g/L L-AG
từ x-hexadecan trong khi nguyên chủng chỉ có 26g/L
Tính năng kháng lại các chất kháng sinh trong môi trừơng lên men là rất quan
trọng trong quá trình tuyển giống , khi giống lên men mang những đặc tính này chúng
ta không cần mất quá nhiều công sức , tiền của,…… vào việc thanh trùng , tiệt trùng
hay ức chế sự hoạt động các loại VSV khác gây hại mà vẫn đảm bảo chất lượng sản
phẩm không bò nhiễm các tạp chất khác ( do chỉ có vài hoăïc một vài VSV tồn tại được
trong môi trường khi thêm các chất kháng sinh vào) -> dễ kiễm soát sự tạo thành sản
phẩm , mức độ tinh sạch của sản phẩm…
Murakami và các cộng sự tạo thể đột biến từ Brevibacterium và
Corynebacterium bền vững với các kháng sinh , ức chế phản ứng tạo màng tế bào ,
sinh trưởng trong môi trường áp suất thẩm thấu cao và tạo L-AG bình thường.
Một tính năng nữa cần lưu ý đối với Vi khuẩn lên men là nó có khả năng
chống chòu với các phage( thực khuẩn thể) . Những vi khuẩn nào bền với thực khuẩn
thể , có biên độ pH dao động thích hợp cho quá trình lên men thì sẽ được ưu tiên sử
dụng. Nói chung 1 chủng VSV có khả năng phát triển và tích luỹ lượng L-AG trong
môi trường lên men từ 20 -> 40g/L là có thể đưa vào sản xuất được. Qua nghiên cứa
cho thấy trong thiên nhiên có 2 chủng VK tổng hợp a.glutamic cao ( theo Kinoshita và

Tanaka(1972) là
- Nhóm có khả năng tạo bào tử: chủ yếu là Bacillus
- Nhóm không có khả năng tạo bào tử:
Trong quá trình lên men người ta hay sử dụng các giống của các chủng thứ 2:
micrococcus glutamicum , Corynebacterium Glutamicus, Corynebacterium VN
3969
và
Brevibacterium Divaricatum(BD), brevibacterium, Arthrobacter và Microbacterium.
Những giống này có khả năng tạo 30 -> 50g/l a.glutamic từ 100g glucose. Các loại vi
khuẩn này có chung những đặc điểm sau:
VK gram dương
VK không sinh bào tử
VK không thể chuyển động
Tế bào có hình que hay hình cầu
Có khả oxy hoá a.glutamic ra ketoglutarat thấp nhất
Hoạt tính gluco hydrogenase cao
Vk phát triển trên môi trường cần biotin
Corynebacterium VN
3969
và Brevibacterium Divaricatum(BD):
Đây là hai vi khuẩn gram dương, hình que, ngắn, không chuyển động, xếp hình chữ V
hay song song từng đôi một, chiều rộng 0.8 – 1.0 µm và chiều dài
1.0 – 3.0 µm( VN
3969
) và 1.0 – 3.0 (Brevibacterium Divaricatum).
Phân lập và bảo quản giống:
Giống được cấy chuyền 2 lần và phân lập trên môi trường thạch MT
1
(32
0

C). sau đó
chọn những khuẩn lạc to tròn. Khuẩn lạc VN
3969
có màu vàng rơm và của
Brevibacterium Divaricatum có màu vàng chanh, tất cà khuẩn lạc dày và nhô lên khỏi
mặt thạch, do vậy ta có thể kết luận đây là vi khuẩn hiếu khí. Bảo quản giống trong tủ
lạnh nhiệt độ khoảng 3 – 4
0
C mỗi tháng cấy chuyển một lần. Nếu để bảo quản lâu
thì phải phủ một lớp thạch nghiên một lớp parafin 6 tháng cấy chuyển một lần.
VN3969Trong mơi trường MT1 ở 30
0
C, 48h BD trong MTT2, ở 30
0
C, 48h


Quy trình nhân giống chọn ra những chủng sinh nhiều L-AG
Giống sau khi được phân lập ta tiến hành nhân giống. Nhân giống trên 50ml môi
trường MTG4 chứa trong bình tam giác 500ml lắc trên máy lắc với tốc độ 96 vòng/
phút ở nhiệt độ 30-32
0
C trong 12h và lên men trong 20ml môi trường MLM5 có biotin
trong bình 500ml tiếp thêm 2% giống và lắc trên máy như trong điều kiện nhân giống
nhưng thời gian 44h. trong quá trình lên men duy trì pH ở 7.2-7.5. Nhưng đối với
chủng B.divaricatum khi lên men trong môi trường nghèo biotin thì giống như
C.VN3969 nhưng khác là dùng máy lắc ngang với tốc độ lắc 160 vòng/phút, lượng urê
ban đầu là 0.6% và bổ sung nhiều lần mỗi lần là 0.4% cách nhau 4h. khi lên men
trong môi trường giàu biotin thì áp dụng phương pháp lên men gián đoạn có thể bổ
sung cơ chất, nhân giống và lên men thực hiện trên máy lắc 160 vòng/phút ở nhiệt độ

30-32
0
C . Nuôi giống trong bình tam giác 500ml chứa 40ml môi trường, lên men trong
bình tam giac chứa 17ml môi trường MLM10 lắc trung 44h, trong quá trình lên men
bổ sung ure 7-8 lần, mỗi lần là 0.4%, khi pH < 7.2 bổ sung lần thứ nhất với lượng 4-5,
sau khi lên men 3-4h có thể bổ sung lần 2, có thể bổ sung lần 3,5,4 mỗi lần bằng ½
lần 1, bổ sung dòch đường từ giờ 5-23 để cung cấp đường cho quá trình lên men.
3) Các thành phần hoá học của nguyên liệu ảnh hưởng đến quá trình sản xuất
3.1Nguồn cacbon:
Đây là thành phần chính VSV sẽ hấp thu vào. Nguồn C cung cấp vật chất cho VSV
sinh trưởng và hình thành bộ khung của L- AG . Có 4 dạng nguồn C dùng trong lên
men là, cacbonhydrat, cacbuahydro, cồn và axit hữu cơ , trong đó cacbonhydrat được
dùng rộng rãi nhất. Trong phòng thí nghiệm có thể dùng glucoza, fructoza,saccharoza,
mantoza, riboza, và xyloza. Trong lên men công nghiệp người ta thường sử dụng các
loại :
 Đường glucose thuỷ phân từ tinh bột.
 Xenlulose thuỷ phân bằng acid hoặc kiềm
 Rỉ đường mía.
 Rỉ dường củ cải.
Khi lên men rỉ đường cần thêm một số chất kháng biotin như penicilin, acid béo no
C
14
– C
18
với liều lượng và thời gian thích hợp. vì trong rỉ đường rất giàu biotin khi đó vi
sinh vật sẽ phát triển rất mạnh làm cho màng thấm của vi khuẩn dày lên L- AG
không thể thấm ra ngoài. Chất kháng biotin có vai trò làm cho việc tổng hợp màng
không hoàn chỉnh giúp cho acid glutamic có thể thấm ra ngoài. Nếu dùng giống đột
biến khơng giới hạn bởi biotin thì điều hòa lượng chất sinh trưởng thứ hai
Nồng độ C ảnh hưởng rất nhiều đến hiệu suất sinh tổng hợp L-AG của giống.

Kinato và cộng sự đã khảo sát và cho rằng nồng độ đường cho vào thích hợp từ 10 ->
21%. Nếu vượt giới hạn nồng độ đường cho vào càng cao thì hiệu suất lên men càng
thấp, hàm lượng L – AG nội bào càng cao, hoạt lực các enzyme cần cho oxy hóa
glucoza và α- xetoglutaric decacboxylaza càng cao. Đối với các cơ chất khác như n –
parafin, cồn và acid hữu cơ là những chất ức chế vi sinh vật ở nồng độ cao. Người ta
cho vào môi trường ban đầu là một lượng nhỏ sau đó bổ sung dần vào, do đó có thể
đạt được hiệu suất lên men cao từ các nguồn này
Ngoài ra người ta còn có thể sử dụng 1 lúc 2 nguồn C cho hiệu suất lên men cao.
Bảng 1: sự tạo thành a.glutamic phụ thuộc vào nguồn C khác nhau:
Nguồn cacbon Thời gian nuôi cấy (giờ)
72 144 240
Glucose 3.2 3.8 2.7
Fructose 1.5 1.7 1.3
Saccharose 1.4 1.6 1
Lactose 2.3 2.6 1.4
Galactose 0.3 1.4 1.2
Arabinose 0.3 0.4
Maltose 1.4 1.2 1
Mannit 2.7 6.3 0.2
Glyxerin 6 7 11
Tinh bột hoà tan 0 0.8 0.7
Dunxit 0 0 0
Inozit 0 0 0
Sacbit 0 0 0
Rafinose 0 0 0
3.2Nguồn Nitơ:
Cung cấp nguồn nitơ cho q trình lên men là rất cần thiết, vì cần thiết cho việc tổng
hợp protein tế bào và chiếm tới 9,5% trọng lượng phân tử axit glutamic.
Chủ yếu là các loại muối chứa NH
4

+
như : NH
4
CL; (NH
4
)
2
SO
4
;NH
4
H
2
SO
4
;
(NH
4
)
2
HPO
4
;NH
4
OH hay khí NH
3
hoặc ure làm nguồn cung cấp nitơ. Tuy nhiên
lượng lớn ion NH
4
+

trong môi trường không có lợi cho sự phát triển vi khuẩn và việc
tích luỹ L-AG. Do đó người ta dùng lượng amoni ban đầu thấp và tăng dần về sau.
Trong công nghiệp người ta thường dùng NH
3
dưới dạng nước, khí hoặc urê. Chú ý khi
dùng ure phải quan tâm đến nồng độ ban đầu và khả năng chòu đựng của mỗi giống.
Bảng 2:sự tạo thành L-AG phụ thuộc nguồn Nitơ
Nguồn Nitơ Thời gian nuôi cấy (giờ)
72 144 240
NH
4
OH 1 1.2 1.8
(NH
4
)
2
HPO
4
0.8 0.2 -
(NH
4
)
3
PO
4
1.6 1.4 1.1
(NH
4
)
2

CO
3
1.5 1.8 1.6
Citrate amoni 4.3 5.3 5.3
Axetat amoni 4.2 3.5 3.1
Tactrat amoni 2.7 3.4 3
Oxalat amoni 6 0.5 -
urê
0.6 7 11
NH
4
NO
3
0.7 0.6
3.3Nguồn muối vô cơ khác:
Các ion vô cơ cần cho sinh trưởng và tích lũy L-AG ,làm tăng hoạt lực photphoryl
hóa hiếu khí,tăng sự đống hóa axit axetat ,tăng hiệu suất lên men
Các ion cần thiết : K
+
; Mg
+2
; Fe
+2
; Mn
+2
; PO
4
-3
; SO
4

-2
; Cu
+2
.
K
2
HPO
4
: 0.05-0.2%
KH
2
PO
4:
0.05-0.2%
MgSO
4
:0.025-0.1%
FeSO
4
:0.0005-0.01%
MnSO
4
: 0.0005-0.005%
Trong môi trường vai trò Fe
2+
có vai trò tối cần thiết và không thể thay thế , hỗ
trợ tích cực cho VSV phát triển. Nhưng nồng độ Fe quá cao thì lượng L-AG sẽ bò vi
khuẩn đồng hoá và tiêu hao dần. Ngoài ra Cu
2+
cùng là nguyên tố quan trọng làm tăng

hoạt lực photphoryl hóa hiếu khí,tăng sự đống hóa axit axetat ,tăng hiệu suất lên men.
3.4 ảnh hưởng của pH:
pH tối ưu cho sinh trưởng và tạo L-AG của các vi khuẩn sinh L-AG là trung tính
hay hơi kiềm , tốt nhất là từ 6 -> 8. Khi dùng môi trường saccharide , người ta phải
điều chỉnh pH suốt quá trình lên men vì môi trường luôn có xu hướng trở nên acid do
sự hình thành L-AG và các acid hữu cơ khác gây nên. Để tránh tình trạng tụt giảm pH
do quá trình lên men gây ra , người ta thường bổ sung các loại hợp chất của NH
+
4
như
urê dưới dạng khí hoặc nước vào lên men. Thêm vào ngoài mục đích điều chỉnh pH
còn điều còn cung cấp nitơ cho tổng hợp nên L-AG . Thường thì quá trình bổ sung urê
chia làm 2 lần.
Lần 1: urê đầu bổ sung vào môi trường được thanh trùng và được làm nguội.
Lần 2: khi pH của dung dich liên tục giảm do quá trình sản sinh ra L-AG đến 7 thì ta
phải bổ sung urê để pH đạt 7.5 ->8. khi lượng đường trong dung dich lên men còn 1%
khi đó quá trình lên men chấm dứt thì không cần bổ sung urê nữa.
3.5 nh hưởng của nhiệt độ:
Đa số vi khuẩn sinh L-AG sinh trưởng và tạo L-AG tốt ở 30-35
0
C,số ít ở 35-37
0
C
,cá biệt ở 41-43
0
C. Khi tiến hành quá trình nuôi dưỡng chính ở 37
o
C và nuôi dưỡng
phụ ở 30
o

C thì hiệu suất chuyển hoá là 15% và kéo theo sự chuyển hoá của a.lactic ->
ảnh hûng đến lượng L-AG tạo ra. Khi quá trình nuôi dưỡng chính và phụ cùng nhiệt
độ thì hiệu suất chuyển hóa gluocza thành L-AG là 45%. Ngoài ra trong khảo sát nếu
thêm lượng xistin vào trong môi trường nuôi cấy thì có thể nuôi chủng B. divaricatum
ở 37
0
ở giai đoạn chính và phụ cho kết quả cao, ở điều kiện bình thường thì chủng này
chỉ nuôi ở 30
0
C.
3.6 nh hưởng của hệ thống thông gió và khuấy.
Thông gió và khuấy trong lên men công nghiệp có vai trò quan trọng. Do vi khuẩn lên
men thuộc loại hiếu khí nên nếu không cung cấp đủ lượng oxy cho chúng, đồng thời
CO
2
sinh ra trong quá trình biến dưỡng quá nhiều thì tế bào vi khuẩn có khả năng chết
làm cho sinh khối giảm kéo theo sự suy giảm cả về lượng L-AG sản xuất. Mục đích
của việc thông gió và khuấy là:
-Duy trì nồng độ oxy hòa tan ở mức trên giá trò tới hạn
-Khống chế nồng độ CO
2
ảnh hưởng tới sinh trưởng và tích lũy L-AG của các vi
khuẩn.
Theo Okada và Tsunoda cho rằng hệ số hấp thụ oxy tối ưu cho cho quá trình lên
men L-AG của chủng B.lactofermentum No 2256 ở bình lắc 7.10
-6
mol/ml/phút.atm
Hirose và các cộng sự chứng minh rằng khi cung cấp đủ O
2
với tốc độ chuyển

dòch là r
ab
=10,5.10
-7
mol/ml/phút thì quá trình lên men diễn ra trơn tru và , hoạt lực
hô hấp của các tế bào cao ,tiêu thụ đường nhanh, thời gian tạo ra L-AG dài.Khi
cung cấp thiếu oxy là r
ab
=2.3.10
-7
mol/ml/phút nhu cầu O
2
không được đảm bảo sau
10h lên men, tốc độ sinh trưởng chậm , thời gian sinh L-AG ngắn(4-16h), hiệu suất
lên men kém đồng thời tạo ra một lượng lớn acid lactic, acid succinic…nhưng nếu
cung cấp quá nhiều O
2
(r
ab
=68,1.10
-7
mol/ml/phút )thì sự sinh trưởng và tiêu hao
đường bò ức chế và chỉ một lượng nhỏ L-AG được tạo thành và thay vào đó là acid
α-xetoglutaric. Các nhà khoa học còn chứng minh rằng khi cung cấp thiếu oxy ở
pha sinh trưởng còn có thể cứu vãn được bằng cách cung cấp đủ hoặc thừa ở pha
sản xuất, còn nếu cung cấp thừa oxy ở pha sinh trưởng thì không thể cứu vãn được.
Hirose và các cộng sự chứng minh rằng mức oxy hòa tan trong dòch lên men ở hai
điều kiện có và không có khống chế áp suất oxy hòa tan là cực kỳ thấp sắp xỉ
bằng không và hiệu suất lên men là giống nhau. Nếu khống chế áp suất oxy hòa
tan(P

L
) thì phải khống chế ở mức 0< P
L
<0.35atm , trong phạm vi này thì hiệu suất
lên men đạt giá trò cực đại, nếu P
L
lớn hơn 0.35atm thì tốc độ tiêu hao đường và
tạo L-AG điều giảm . Đồng thời ông cũng đưa ra nhận đònh rằng nồng độ CO
2

trong dòch lên men có ảnh hưởng đến khả năng sinh L-AG, sự ảnh hưởng này phụ
thuộc vào áp suất oxy hòa tan. Trong hệ thống lên men chìm P
L
tỷ lệ với áp suất
riêng của CO
2
trong pha khí thải và chỉ hơi phụ thuộc vào pH của dòch lên men.
Khi lên men trong bình lắc mà không khống chế P
L
thì hiệu suất lên men phụ
thuộc vào hệ số hấp oxy (Kd) và giảm rất mạnh khi nồng độ CO
2
tăng, nếu cố
đònh ở 0.21atm thì tốc độ tiêu hao đường và tạo L-AG chỉ giảm đôi chút và không
bò thay đổi theo Kd khi nồng độ CO
2
tăng lên.
3.7 nh hưởng của thực khuẩn thể
Thực khuẩn thể là yếu tố gây hại đối với các vi khuẩn.hầu hết các thực khuẩn
thể phân lập rất nhạy cảm với các tác nhân Vật lý và Hoá học , dễ bò bất hoạt ở 75

o
C
trong 5 -> 10 phút và khi bền ở pH 6 -> 9 ,sống hàng tháng với độ ẩm 10% và chết
nhanh chống với độ ẩm 90% tức là trùng với điều kiện sinh trưởng vi khuẩn lên men.
Người ta thấy rằng nếu sau 12h vi khuẩn mới bò tấn công thì dòch vi khuẩn đó vẫn bền
vững. Thời kỳ làm quen của thực khuẩn thể rất ngắn chỉ 30 ->50 phút. Để an toàn cho
sản xuất người ta cho vào các chất giống thực khuẩn thể để tạo khả năng thích nghi
cho vi khuẩn , đồng thời tiến hành luân canh giống 2 ->3tháng 1 lần.
3.8 nh hưởng của dầu phá bọt
- Do khuấy trộn, sục khí và lên men thải CO
2
ra nên tạo bọt khá nhiều, chúng làm
giảm trao đổi chất trong quá trình lên men và làm giảm hiệu suất sử dụng thiết bò.
Do đó, phá bọt có tác dụng tốt cho quá trình lên men. Song có nhiều dầu quá cũng
gây nên những ảnh hưởng có hại, dầu bám vào bề mặt tế bào do đó ngăn cản quá
trình trao đổi chất. Để phá bọt kòp thời và đúng lúc ta dựa vào các kinh nghiệm
 Khi bọt xốp, to dễ vỡ khi va chạm vào cái gạt bọt thì chưa cần cho
 Bọt nhỏ, mòn và dai thì cần cho dầu phá bọt , lượng dầu cho vào vừa đủ để
bọt tan, thông thường với thiết bò lên men 50m
3
thì cho vào chừng 3lit
 Các loại dầu phá bọt có thể dùng là: dầu lạc tinh chế, dầu đậu, dầu trẩu,
axit oleic, dầu oliu
 Để tránh cho môi trường lên men khỏi bò nhiễm trùng do dầu mang vào ,
dầu trước khi cho vào phá bọt phải được thanh trùng và làm nguội , thường
thanh trùng dầu ở nhiệt độ 120-140
o
c trong 120 phút
4) Các yếu tố điều hoà quá trình lên men:
 Biotin : hay còn gọi là vitamin H thuộc nhóm những vitamin tan trong nước.

Biotin có vai trò kích thích cho vi sinh vật phát triển sinh trưởng nhanh hơn từ
đó rút ngắn được thời gian nuôi cấy và chi phí sản xuất.
• Sự hấp thụ biotin của tế bào :
Nồng độ biotin trong tế bào phụ thuộc vào nồng độ biotin trong môi trường.
Có 3 lọai môi trường :nghèo biotin(0,3 μg/l) ,giàu biotin(20μg/l) ,dư thừa
biotin(300μg/l). Khi nuôi vi khuẩn trong môi trường giàu và nghèo biotin thì các tế
bào hấp thụ toàn bộ biotin ở giai đoạn tiềm phát và ở thời kỳ đầu của giai đoạn phát
triển logarit, lúc này nồng độ tế bào đạt mức cực đại, ở tế bào nghèo ở môi trường
biotin là 0.5 µg/g tế bào khô, ở môi trường giàu biotin là 1,5µg/g tế bào khô. Ở môi
trường thừa biotin các tế bào hấp thụ không hết biotin để lại một lượng thừa 50 µg/l,
mức biotin bão hòa của tế bào là 20 µg/g tế bào khô. Takinami và cộng sự đã đưa ra
nồng độ biotin là 3 µg/l là tối ưu tạo L-AG và 20 µg/l cần thiết cho sự sinh trưởng tối
đa và 300 µg/l cần thiết cho sự bão hòa vi khuẩn. Khi các tế bào được nuôi trong môi
trường bão hòa biotin vốn khả năng không sinh hoặc sinh rất ít L-AG vào môi trường
không có biotin thì tế bào vẫn sinh trưởng và tích lũy L-AG vì qua quá trình sinh
trưởng nồng độ biotin giảm dần và đạt đến mức 0.5 µg/g tế bào khô và tế bào bắt
đầu tích lũy L-AG. Nồng độ tế bào tối ưu cho tạo L-AG là 0.2 µg/l hoặc ít hơn
Nồng độ tế bào tối ưu cho việc tạo L-AG là 2 -> 5μg/l
• Tác dụng của biotin :
Biotin kích thích vi khuẩn sinh trưởng và tích lũy L-AG .
-khi đủ biotin vi khuẩn sinh trưởng vừa phải,diễn biến lên men êm dòu và L-AG tạo
được nhiều
-khi thừa biotin vi khuẩn sinh trưởng rất mạnh mẽ,tiêu hao đường nhanh,sinh rất ít
L-AG mà chủ yếu sinh axit lactc,sucxinic,aspatic va alanin
- khi sử dụng đường với nồng độ 10% làm cơ chất thì nồng độ biotin tối ưu là 3 µg/l
Bảng 3:
Biotin(
µ
g/l)
Aminoacid tạo thành trong dung dòch lên men(mg/ml)

Acid L-glutamic
Tổng lượng
VSV (g/l)
3 ngày đêm 6 ngày đêm 10 ngày đêm
(1) (2) (3) (4) (5)
Kiểm tra không có biotin 6.2 9.8 13.6 1.504
1 6.5 11.6 13.8 1.568
2 10.8 15.3 20.3 6.680
3 12 17.5 20.4 6.004
4 11.5 17.6 20.5 6.440
5 10.1 17.4 20.3 6.52
6 6.6 13.2 17.2 6.08
7 6.4 13.0 14.6 6.456
8 6.4 10 10.1 6.56
9 6.2 8.3 9.4 6.864
10 4 7 7.9 6.88
15 4 5.6 6.6 7
20 3.2 3.4 4.2 7.24
25 3 3.4 3.5 7.240
30 2.8 3 3.5 7.36
35 2 2.4 3.3 7.68
40 0.7 1 3 7.68
45 3.3 7.842
50 2.2 7.888
• Các chất thay thế biotin :
-Các chất thay thế biotin có vai trò rất quan trọng trong lên men L-AG :axit aspatic,
axit oleic.
-chất tương tự biotin hay tiền chất của biotin có thể thay thế hòan tòan biotin nhưng
họat lực thấp và đôi khi làm giảm hiệu suất sinh L-AG .

Bảng4: tác dụng các chất thay thế Biotin
Các chất thay thế biotin
Lượng dùng (
lg /
µ
)
Tỷ lệ hoạt lực
(%)
L-AG (g/l)
Các chất tương tự biotin
D-biotin 6 100 43,7
Biotin D-sulfoxyt 8 80,8 45,1
Bioxystin 10 91,5 43,1
Dl-destiobiotin 10 52,5 46,1
Các tiền chất của Biotin
Axit biotin diamino caboxylic
Axit 7,8 – diaminopelargonic
Axit 7-xeto-8 aminopelargonic
Axit 7-amino-8 xetopelargonic
1600
200
600
4000
0,34
3,10
0,92
0,14
39,4
48,1
51,3

44,5
Axit 7,8- dixetopelargonic
Axit 7-amino-8-hydroxy-pelargonic
Axit oleic
25000
400 000
500 000
0,018
0,001
0,0014
43,1
37,2
36,2
Các chất hoạt động bề mặt acid oleic như sorbitanmooleat hoặc sorbitantrioleat ở
400-600 mg/l có thể thay thế biotin khi lên men nhờ chủng M.ammoniaohilium, trong
đó chất thứ hai có tác dụng tốt nhất. Các chất khác như Tween 80, acid elaidic,
vaccenic, linoleic, và 12-hydroxyoleic cũng có thể thay thế biotin. Ngoài ra còn có
thể sử dụng một số hoocmon thực vật: acid indolacetic, 2,4-diclorophenolleic.
 Các Chất Kháng Biotin :
• Penicilin G(PG) : Vsv phát triển trên môi trường giàu biotin có khả
tăng tích luỹ L-AG ngoại bào. Chúng liên tục hấp thụ biotin, liên tục phân cắt và tăng
lên về khối lượng và chỉ dừng lại khi nao môi trường lên men không còn biotin nữa ->
gây sự lãng phí lớn về mặt nguyên liệu. Do đó trong công nghiệp, muốn cho các
giống sinh L-AG có khả năng tạo môi trường giàu biotin phải sử dụng các chất kháng
biotin. đây các nhà sản xuất hay sử dụng chất kháng biotin là 1 chất kháng sinh như
PG vì:
- chất kháng sinh có vai trò kiềm hãm sự phát triển của VSV
- Đặc tính của penicilin là : nó ức chế quá trình tổng hợp màng , làm cho màng
phát triển không tron vẹn, gây tổn thương cơ học cho màng và do vậy màng
phát triển không trọn vẹn -> l-AG dễ thấm ra môi trường ngoại bào hơn.

- Người ta thấy rằng khi thêm PG vào quá trình lên men,các vi khuẩn :
M.glutamicus, B.glavum No2247, B.amoniagenes ATCC 6871 và Microbacterrium
ammoniaphilum ATCC 15354 có khả năng tích lũy 1 lượng lớn L-AG ngay cả khi
môi trường dư thừa biotin.
• Các chất có tác dụng tương tự penicilin :
-Các chất kháng sinh như : cephalosporin, novobioxyn, tetracylin, clotetraxylin,
baxitraxin, cloramphenicol, streptomyxin, dextromyxin đều có tác dụng như PG
nhưng họat lực thấp hơn. Các chất kháng sinh trong sản xuất l-AG có vai trò loại trừ
sự ngăn cản của màng tế bào đối với sự thấm biotin
-Các chất họat động bề mặt mang ion dương,ion âm hay không ion hóa đều có tác
dụng tương tự PG .
-Nhiều lọai rượu ; isobutanol, resorcinol, na-propionat và pentachlorophenol cũng có
họat lực tương tự PG .
5) Cơ sở khoa học của việc hình thành l-AG:
Trong quá trình sản xuất công nghiệp ngày nay, các loại vi sinh vật lên men
khá phong phú và đa dạng. Tuỳ vào từng loài VSV sử dụng nguồn nguyên liệu để
đồng hoá khác nhau , có cơ chế tổng hợp L-AG theo những các thức khác nhau.
Chúng có thể sử dụng các hợp chất sau làm năng lượng khởi động cho quá trình lên
men:
 Từ glucose
 Từ axetat
 Từ benzoat
 Từ alkan: n-dodecan, n-tetradecan
Chúng ta sẽ khảo sát qua 1 số con đường lên men của VSV.
5.1) Vi sinh vật lên men phân giải Glucose.
Nhóm VSV này chiếm số lượng khá đông đảo, nguồn glucose sử dụng cho lên
men cũng tương đối dễ kiếm và rẻ tiền như : tinh bột, rỉ đường mía…
Theo nghiên cứu của các nhà khoa học cho thấy nhóm VSV sử dụng glucose để lên
men có thể chuyển hoá theo 2 con đường khác nhau là con đường HMP (hesose-
monophosphate) và EMP ( embden-Mayerhof-Partnas). Tuy nhiên con đường EMP

được chúng ưa chuộng hơn.
Hình 1:Sơ đồ chu trình EMP:
Hình 2:Sô ñoà chu trình HMP
Hình3:Chu trình TCA( chu trình Krebs) hoàn chỉnh , cơ chất là Acid pyruvic được
chuyển hoá đến CO
2
vàH
2
O
Hình 4:Sô ñoà taïo ra Acid glutamic
Acetyl-CoA
Acid citric acid oxaloacetic
a.cis-aconitic acid lactic
a.isocitric acid fumaric




Acid -cetoglutaric acid tactric

CO
2
acid L-glutamic
Hình 5: tạo L-AG trong môi trường thừa và thiếu O
2
Sơ đồ tạo acid glutamic từ glucose nhờ C.glutamicium VN3969 và B.divaricatum:
Ngoài ra còn có 1 số aa khác được tao ra từ quá trình lên men đường và là sản
phẩm phụ của quá trình lên men.
5.2) Các sản phẩm của quá trình lên men:

5.2.1) Sản phẩm chính:
oxaloaxetat
CO2
Acetyl CoA
α –xeto-
glutarat
fumarrat
sucxinat
NADP NADPH2
pyruvat
Xitrat
izoxitrat
malat
Axetyl -CoA
glyoxylat
CO2
glucose
Glucose – 6
photphate
Triose -3-p
Ctr pentose
gluconat
6-p-gluconat
Pentose-5-p
Axetyl CoA
NADP NADPH2
NADP NADPH2
CO2
HMP
TAC

L- AG
Phương trình tổng quát của quá trình tạo L-AG từ glucose hay axetat và NH
3

được diễn ra như sau:
Glucoza + NH
3
+ 1,5 O
2
L-AG + CO
2
+ 3 H
2
3 axetat + NH
3
+ 1,5 O
2
L-AG + CO
2
+ 3 H
2
Sản phẩm chính là : L-AG và CO
2
. Ở đây theo lý thuyết thì hiệu suất chuyển hoá
(HSCH) glucoza hay axetat thành L-AG đều là 81,66% nhưng ngày nay tuỳ theo
diều kiện sản xuất và phương tiện quá trình lên men HSCH chỉ là 45 -> 50% ,
còn trong phòng thí ngiệm là 55 -> 57% đối với giống tự nhiên và 61 -> 62% từ
giống đột biến.
5.2.2) Sản phẩm phụ
a) acid lactic:

Được sinh ra trong quá trình lên men nhưng chỉ chiếm tỉ lệ nhỏ, có 2 lý do
để lượng a.lactic sinh ra nhiều là : quá dư thừa biotin hoặc thiếu hụt O
2
. Đôi khi
nhiệt dộ tăng đột ngột từ 30 -> 37
O
C cũng dẫn tới việc biến quá trình lên men L-AG
thành quá trình lên men A.lactic như đã xãy ra với B.divaricum.
b) Acid Succinic : cũng được tạo ra nhiều khi môi trường thừa biotin hoạc thiếu O
2

hoà tan.
c) Acid
α
-xetoglutaric. Mọi quá trình sinh tổng hợp đều phải có phản ứng tạo L-
AG từ
α
-XG nhờ hệ enzyme transaminase và L-AG dehydrogenase. Phản ứng này
được thực hiện trong môi trường dư NH
4
+
và pH từ trung tính đến kiềm yếu. Nếu môi
trường thiếu NH
4
+
và pH ở phạm vi acid yếu thì phản ứng trên không thực hiện được
và
α
-XG bò tích luỹ ngày càng nhiều trong môi trường . Trường hợp lên men L-AG
từ n_alkan nhờ chủng Corynebacterium hydrocacbonlastus S10B1

α
-XG sinh ra
nhiều nhờ hạn chế nồng độ B
1
của môi trường gây hiếu hụt TPP cần cho hoạt động
của Enzyme(citrat-decarbonxylase) hạn chế isocytrat đi vào chu trình Glyoxylat ->
sản sinh nhiều
α
-XG.
d) Sản phẩm khác: glutamin, L-acetylglutamin, alanin và aspartic…
B) Dây chuyền công nghệ sản xúât theo phương pháp lên men