bài giảng công nghệ sinh học trong hóa học

CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG HÓA HỌC
Biên soạn: Ts. Đặng Thu Thủy
Vũng Tàu – 2015
Trường Đại học Bà Rịa - Vũng Tàu
Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
TRONG SẢN XUẤT SẢN PHẨM HÓA HỌC
Dạng bột màu từ trắng đến vàng, tan
trong nước và cồn, có mùi nhẹ
Chất lỏng không màu
3.1.1. Acid lactic
a) Khái niệm chung: C3H6O5
3.1. Sản xuất acid hữu cơ
Là quá
trình
chuyển
hóa
đường
Nhờ vi
sinh vật
Thành acid lactic
3.1.1. Acid lactic
b) Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men lactic
3.1. Sản xuất acid hữu cơ
Lên men đồng hình Lên men dị hình
3.1.1. Acid lactic
b) Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men lactic
3.1. Sản xuất acid hữu cơ
3.1.1. Acid lactic
b) Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men lactic
Lên men đồng hình

3.1. Sản xuất acid hữu cơ
Glucose
Acid Piruvic
Acid lactic (90 %), sản
phẩm phụ (acid acetic,
etanol, CO2, acetone)
3.1.1. Acid lactic
b) Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men lactic
Lên men đồng hình
3.1. Sản xuất acid hữu cơ
Glucose
Xilulose -5- phosphate
Acid lactic (50 %), sản
phẩm phụ (acid acetic,
etanol, CO2 )
3.1.1. Acid lactic
b) Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men lactic
Lên men dị hình
3.1. Sản xuất acid hữu cơ
Chuẩn bị giống
và môi trường
lên men
Điều khiển quá
trình lên men
Tạo Calci lactate
và thu nhận acid
lactic
3.1.1. Acid lactic
c) Quy trình công nghệ sản xuất
Công nghệ sản xuất acid lactic truyền thống

3.1. Sản xuất acid hữu cơ
•
Trực khuẩn dài 0,5-0,8 µm, 2-9 µm, không di động, G+
•
Lên men đường: xylose, arabinose, rhamnose, raffinose, trehalose,
inunil, mannital, không lên men lactose
•
Nhiệt độ: 18-55 oC, t (opt) = 45-50 oC
•
pH 5,0- 6,5
•
Hiệu suất chuyển hóa đường: 70 %
3.1.1. Acid lactic
c) Quy trình công nghệ sản xuất
Công nghệ sản xuất acid lactic truyền thống
Vi sinh vật: Lactobacillus delbruckii
3.1. Sản xuất acid hữu cơ
3.1.1. Acid lactic
c) Quy trình công nghệ sản xuất
Công nghệ sản xuất acid lactic truyền thống
Chuẩn bị môi trường lên men: mật rỉ
Bảng. Thành phần hóa học của mật rỉ
(xem lại chương 2)
3.1. Sản xuất acid hữu cơ
Mật rỷ hydrol: thu được sau khi kết
tinh glucose trong quá trình thủy phân
bột bằng acid để SX glucose, chứa 40-
50 % glucose, và NaCl
Rỉ đường: Nước cốt tách ra sau khi kết
tinh đường

3.1.1. Acid lactic
c) Quy trình công nghệ sản xuất
Công nghệ sản xuất acid lactic truyền thống
Chuẩn bị môi trường lên men: xử lý mật rỉ
Phân loại mật rỉ
3.1. Sản xuất acid hữu cơ
Tẩy màu
•
Pha loãng tỷ lệ
1:3
•
Chạy qua cột
than hoạt tính
Xử lý hệ keo
•
Pha loãng nồng độ
chất khô 15 %
•
Acid hóa MT
H2SO4 5%
•
Đun nóng trong
6h, pha loãng 5-10
đường, pH 6,3-
6,5, làm nguội
xuống 50 oC
Ly tâm
•
Thu dung dịch
trong

•
Cho lên bồn lên
men
3.1.1. Acid lactic
c) Quy trình công nghệ sản xuất
Công nghệ sản xuất acid lactic truyền thống
Chuẩn bị môi trường lên men: mật rỉ
Xử lý mật rỉ
3.1. Sản xuất acid hữu cơ
3.1.1. Acid lactic
c) Quy trình công nghệ sản xuất
Công nghệ sản xuất acid lactic truyền thống
Điều khiển quá trình lên men
3.1. Sản xuất acid hữu cơ
Thông số quá trình Giá trị
Vi sinh vật Chiếm 2,5-3 %
Thành phần môi trường nuôi cấy Rỉ đường
pH môi trường nuôi cấy 5,0 6,0
Nhiệt độ nuôi cấy
50 °C
Thời gian nuôi cấy 7 10 ngày đêm
Thêm vôi bột 3-4 lần/ngày
Thông khí Khuấy trộn hoặc thổi khí
Lượng acid trong canh trường 18 20 %
3.1.1. Acid lactic
c) Quy trình công nghệ sản xuất
Công nghệ sản xuất acid lactic truyền thống
Tạo calci lactate và thu nhận acid lactic
3.1. Sản xuất acid hữu cơ
Đun nóng (80…90 °C)

Xử lý dung dịch bằngCa(OH)2 Điều chỉnh pH 10-11, 3-5 h
Lọc (80…90 °C), loại bỏ chất lắng
Tinh thể hóa Calci lactat (10-16 h)
Thu kết tủa
Thêm H2SO4
Lọc thu acid lactic
Tẩy màu (than hoạt tính)
Sấy chân không lần 1 đến 50 %
Lọc
Sấy chân không lần 2 đến 80 %
Lọc
3.1.1. Acid lactic
c) Quy trình công nghệ sản xuất
Công nghệ sản xuất acid lactic hiện đại
(tự nghiên cứu)
3.1. Sản xuất acid hữu cơ
Acid
lactic
Sản xuất
sản phẩm
rau quả
chua
Sản xuất
sản phẩm
lên men
từ sữa
Sản xuất
đậu hũ
3.1.1. Acid lactic
e) Ứng dụng: trong công nghiệp thực phẩm

3.1. Sản xuất acid hữu cơ
3.1.1. Acid citric
a) Khái niệm chung:

3.1. Sản xuất acid hữu cơ
3.1. Sản xuất acid hữu cơ
3.1.2. Acid citric С6Н8О7
С12Н22О11 + 3О2  2С6Н8О7 + 3Н2О
Sau khi lên men thu được dung dịch 3 acid: acid citric, axit
oxalic và gluconic.
2С6Н8О7 + 3Са(ОН)2 = Са3(C6H5O7)2↓+ 6Н2О
2С6Н12О7 + Са(ОН)2 = Са(С6Н11О7)2 + 2Н2О
С2Н2О4 + Са(ОН)2 = CaС2O4↓+ 2Н2О
20
Lên men
Lọc loại bỏ sợi ty thể
Trung hòa môi trường Ca(OH)2
Lọc
Rửa tinh thể citrate và oxalate calci (nước nóng)
Tách citrate calci (H2SO4)
Lọc (than hoạt tính)
Sấy lần 1 dung dịch C6H7O8
Lọc
Sấy lần 2 dung dịch C6H7O8
Tinh thể hóa (nước lạnh)
Ly tâm
Rửa tinh thể (nước lạnh)
Sấy tinh thể (<35 oC)
Acid citric

3.1. Sản xuất acid hữu cơ
3.1.2. Acid citric С6Н8О7
21
3.1. Sản xuất acid hữu cơ
3.2.3. Acid citric С6Н8О7
22
Thông số quá trình Giá trị
Vi sinh vật Aspergillus niger,
Varrowia lipolytica
Thành phần môi trường
nuôi cấy
Rỉ đường, NH4Cl,
MgSO4, K2HPO4
pH môi trường nuôi cấy 7,0 7,2
Nhiệt độ nuôi cấy
34 3632 34 °C
Thời gian nuôi cấy 5 7 ngày đêm
Lượng acid trong canh
trường
5 12 %
3.1. Sản xuất acid hữu cơ
3.1.3. Acid propionic СН3СН2СООН
23
Thông số quá trình Giá trị
Vi sinh vật
Propionibacterium
Thành phần môi trường
nuôi cấy
Đường (Lactose hoặc
glucose, maltose,

sacharose) acid hữu cơ
(acid citric, acid lactic)
pH môi trường nuôi cấy 6,8 7,2
Nhiệt độ nuôi cấy
30 °C
Chế độ thông khí Hiếu khí
Thời gian nuôi cấy 12 ngày đêm
Lượng acid trong canh
trường
70 % đường chuyển
thành acid
3.1. Sản xuất acid hữu cơ
3.1.3. Acid propionic СН3СН2СООН
Ứng dụng: trong hóa dược, mỹ phẩm, bảo quản các loại hạt
24
3.1. Sản xuất acid hữu cơ
3.1.4. Acid itaconic С5HO4
25
Thông số quá trình Giá trị
Vi sinh vật
Aspergillus itaconicus,
Asp. terreus
Thành phần môi trường
nuôi cấy
Đường (mật rỉ), Muối Zn,
Mg, Cu
Phương pháp lên men Lên men bề mặt
Thời gian nuôi cấy 10-12 ngày đêm
Lượng acid trong canh
trường

60 % đường chuyển
thành acid, 15-20 % acid
itaconic