công nghệ sản xuất vitamin 12 quá trình thiết bị


BÀI BÁO CÁO
Đề tài:
QUY TRÌNH SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ VI SINH VẬT
Tổng quan
Phần I: Giới thiệu chung
1.Giới thiệu chung
2.Tính chất của vitamin B12
Phần II: Nguyên liệu sản xuất
I.VI SINH VẬT
II.RỈ ĐƯỜNG
III.HÈM RƯỢU
IV.DỊCH WHEY


 !
"#$%&'$%
"()$*+,-&./01$%23$,4$
563$,4$
768.#,
5.Acid hóa
6.Hấp phụ
9&:&";<
=->?.
@AB.C$"
D68.#,
;8


1. Giới thiệu chung
Cyanocobalamin, được định nghĩa là vitamin B12, là một hợp chất cobalamin bền vững, được sản xuất ở quy mô

công nghiệp nhưng không tìm thấy trong tự nhiên. Vitamin B12 là một vitamin quan trọng dùng để chữa bệnh thiếu
máu nguy hiểm và bệnh viêm dây thần kinh ngoại biên, cần bổ sung trong khẩu phần ăn hằng ngày.
Tổng hợp vitamin B12 bằng phương pháp hóa học rất khó khăn và tốn kém nên người ta thường dùng đại trà phương
pháp lên men vi sinh vật gián đoạn hoặc kết hợp gián đoạn và liên tục.
Vitamin B12 thường có trong lòng đỏ trứng, sữa, các sản phẩm từ sữa, thịt, gia cầm và tôm cua…
Phần I: Giới thiệu chung


Tính chất của vitamin B12
•
Công thức hóa học:
C
63
H
90
N
14
O
14
PCo
•
Cấu trúc hóa học gồm: Một mặt
phẳng chứa các vòng pyrol và
nguyên tử coban chiếm vị trí trung
tâm của các vòng đó.
•
Phần thứ hai của phân tử là một
nhóm nucleotid thẳng góc với mặt
phẳng, trên phần nucleotid này bao
gồm thành phần bazơ nitơ là

dimethyl benzimidazol và thành
phần đường là α-D-ribofuranoza
Hình3: cấu trúc phân tử vitamin

 
!"#$%&
'()$*
+,-./0
E"F$!%(83$2&G(H:$I(;.
Sơ đồ 1. Biểu hiện nguyên liệu sản xuất vitamin B12
1.Ưu điểm của vi sinh vật
•
Chủ động về nguyên liệu nuôi cấy và giống
•
Chu kì sinh trưởng của vi sinh vật ngắn
•
Điều khiển cơ chế sinh tổng hợp theo hướng có lợi
•
Hệ enzyme vi sinh vật phong phú,hoạt tính cao
•
Hiệu quả kinh tế cao
I. VI SINH VẬT
2.Giống vi sinh vật
o
Yêu cầu của giống
•
Khả năng sinh tổng hợp mạnh
•
Khả năng sinh trưởng nhanh và phát triển mạnh
•

Giống phải ổn định trong quá trình nuôi cấy
•
Gia thành thấp
o
Phân lập giống
•
Phân lập giống trong điều kiện tự nhiên
•
Phân lập giống trong điều kiện sản xuất
o
Bảo quản giống
•
Bảo quản giống bằng phương pháp cấy truyền
•
Bảo quản giống bằng phương pháp khô
•
Bảo quản giống bằng phương pháp đông khô
•
Bảo quản giống bằng phương pháp lạnh đông trong nito lỏng
5
. Vi sinh vật tham gia tổng hợp vitamin B12
•
Qúa trình sinh tổng hợp vitamin B12 là một quá trình rất phức tạp trải qua nhiều giai đoạn
khác nhau nhờ sự tham gia của nhiều loại enzyme khac nhau
•
Quá trình sinh tổng hợp vitamin B12 bắt đầu bằng sự tạo thành các porphinin,sau đó gắn các
nucleotide và các thành phần khác vào
•
Porphinin của vitamin B12 khac với porphinin của xytocrom,clorophin ở chỗ nó chứa rất
nhiều nhóm -CH-CH2COOH và CH3

•
Có trong cấu tạo vitamin B12 được gắn vào bằng ba hóa trị thông thường và ba hóa trị
phụ.co tạo màu đỏ cho vitamin B12
•
Tham gia tổng hợp vitamin B12 có sự tham gia của nhiều vi sinh vật khac nhau như:
Agrobacterium radiobacter, Bacillus megaterium, Clostridium sticklandii…ngoài ra còn có
các giống thuộc xạ khuẩn actinomyces

a. Vi khuẩn propionic shermanii

Đặc điểm:
•
Là trực khuẩn,kích thước nhỏ
•
Trong thiên nhiên chúng từng xếp thành từng đôi
hoặc chuỗi ngắn
•
Hiếu khí tùy nghi
•
Chúng có khả năng lên men acid
lactic,glyceron,glucose,
•
pH hoạt động khoảng 4,5-7,5. pH tối ưu cho việc sinh tổng hợp B12 là 5,8-7,5
•
Nhiệt đọ thích hợp cho sinh tổng hợp vitamin B12 là 28-30
o
C
•
Các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự sinh trưởng bao gồm : muối amon, amoniac, CoCl2 hoặc Co(NO
3

)
2
.
Các kim loại Cu, Fe, Zn thường làm giảm quá trình sinh tổng hợp B12.
Hình 1. Vi khuẩn propionic shermanii

Đặc điểm:
•
Chúng phát triển mạnh và sinh nhiều vitamin B12 trong
môi trường chứa glucose, tinh bột, mật rỉ, bã rượu.
•
Trong thành phần môi trƣờng này cần cho thêm các muối
amon, muối coban và CaCO3.
•
Sinh tổng hợp vitamin B12 chỉ xảy ra mạnh sau 24 giờ
nuôi cấy.
•
Trong quá trình lên men, xạ khuẩn tạo ra hai pha rất rõ rệt:
–
Pha tạo thành sinh khối.
–
Pha tạo thành vitamin B12. Thường pha tạo thành
vitamin B12 chỉ mạnh khi kết thúc quá trình tăng sinh
khối.
b. Xạ khuẩn actinomyces
•
pH ban đầu môi trường nên điều chỉnh
vào khoảng 7. Ở pha thứ nhất, pH sẽ
giảm xuống khoảng 6,5 và bước sang
pha thứ hai pH sẽ tăng dần lên 8,2 - 8,7.

•
Thổi khí có ảnh hưởng rất lớn đến sự
tổng hợp vitamin B12, do đó trong quá
trình lên men bắt buộc phải có thổi khí
mạnh

Đặc điểm:
•
Chúng thuộc vi khuẩn Gram (-).
•
Chúng không chuyển động.
•
Chúng không tạo bào tử.
•
Chúng không thuộc loại kị khí bắt buộc
c. Vi khuẩn sinh metan
1. Ưu điểm khi sử dụng rỉ đường làm nguyên liệu:
•
Khối lượng lớn ,dồi dào
•
Sử dụng tiện lợi,nguồn cung phổ biến
•
Giá rẻ
2. Thành phần rỉ đường: thông thường chứa nhiều trong:
•
Mía 3-3,5 % trọng lượng mía
•
Củ cải đường
–
Nước: 15-20%

–
Chất khô: 80-85%
–
Trong đó có 60% là đường (40% là đường saccharose, 20% là fructose
và glucose) và 40% chất khô còn lại là chất phi đường (không phải là
đường).
–
Trong thành phần phi đường có khoảng 30 - 32% hợp chất hữu cơ và 6
- 10% hợp chất vô cơ. Trong hợp chất vô cơ gồm có: K2O 3,5%,
Fe2O3 0,2%, MgO 0,1%, sulfat 1,6%, CaO 1,5%, SiO2 0,5%, P2O5
0,2%, Cloride 0,4%
II.RỈ ĐƯỜNG
Hèm rượu là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất ethanol bằng phương pháp lên men
1. Ưu điểm
•
Rẻ tiền,dễ kiếm
•
Tận dụng được nguồn phế phụ liệu
2. Thành phần hóa học của hèm rượu:
Bảng 1. Thành phần hóa học của hèm rượu
III. HÈM RƯỢU!
"J$"<"F$ %(83$2&G(K"LM&.#8 %(83$2&G(K"LM&,N
"MM.H."- 1 232
E/L.4&$."- 4 535
";.*OL 34 36
";.IP 63 36
";.<"&$&.L 5737 453
./L 31 134
•
Trong dịch Whey, lactose có thể làm nguồn cacbon cho vi sinh vật sử dụng để phát triển. Trong dịch Whey và

men chiết có đầy đủ các chất dinh đường cho sự phát triền và hình thành vitamin B12 từ vi sinh vật.
•
Trên phương diện đó, với nhược điểm của dịch Whey nên việc sử dụng để sản xuất vitamin B12 thì nhỏ và rải
rác, riêng lẻ, không đủ cung cấp cho quá trình sản xuất có lợi của vitamin B12.
IV. DỊCH WHEY

Thành phần hóa học của dich whey
Bảng 2. Thành phần hóa học của dịch whey
Thành phần Sweet whey Sour whey
Tổng hàm lượng chất rắn 6,4 6,5
Nước 93,6 93,5
Chất béo 0,05 0,04
Protein 0,55 0,55
Nito phi protein 0,18 0,18
Lactose 4,8 4,9
Tro
Canxi
Photpho
Natri
Kali
Clo
Acid lactic
0.5
0.043
0.040
0.050
0.160
0.110
0.050
0.8

0.120
0.065
0.050
0.160
0.110
0.400
I. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ VI
SINH VẬT
1. Sơ đồ khối
E"F$!:$I(;.
2. Sơ đồ thiết bị thu nhận vitamin b12
Hình 2. Thiết bị thu nhận vitamin B12
89&-:;<=8>&?;<=289&-:;<#@-=589&-:-#$*-&?)&;<=A8BC0
?#D?-&?=18>#/=48>#E&E,-FF1'G=68HIJ/
/=78>#'F=K8>#E&E,-HG2=8BC0)>E,-J//=89&
:&#DL#,)&E,-J//=28>#M&#DL#,E,-J
/=58NO-P)QE,-J/=A8RM&E&E,-J/#<#$*-L#,=18S
T;,-U-VU&=48W&$&X=68Y-VU&=789&-:E&E,-J/
#<#$*--U#@-=K89&)&&-:E&E,-J/#<#$*--U#@-=8>#M&
E&E,-J/#<#$*--U#@-=8BC00=28Z0--[C00=58D-:
--UE?&U=A8BC0&M\#>&;=18T;,O-P#D?-PQC00=
48>T;,#SP#$*-C-)M#M&E,-J/=68W-:PJ
/=78BC0?#DC-$]-)^PJ/=2K8TYE9&-C00
FU&#? T;,-Y;_WO`
8H?;</8;0-Q9&-:;>&?N?-&? 8>&?3T;,?A
8H?-&??_AA8A4F`T;,J/NJ//0-
0TPJX-8a#,&-U&;b&-#$%&
0)>])c'F8RM&E,-J//0-#<
#$*-L#,)$]--U8FUE,-/0-8RM&-U#@--[
E&E,-J//0-)$]-080-U#@-8C-

U&P
89&J/_;JU&-Sd`6-MDe-5KK28HI:&
8FC-;>#M&A8T;,-U-VU&18FC-;>#M&8
BC008';f&Pg30-23T;,O-P1
1. Nhân giống

Mục đích công nghệ: để chuẩn bị cho quá trình lên men, làm tăng sinh khối, tích lũy đủ số
lượng tế bào cần thiết để cấy giống vào môi trường lên men.
Glucose 0,5 – 1%
Cao ngô 1 - 2%
Clorua 1,5 – 2 ppm
Pepton 0,1 %
Dầu đậu nành 0,1 % - 2 %
pH 6,9 – 7
Nhiệt độ tiệt trùng 1210C
Thời gian tiệt trùng 30 phút
II. GIẢI THÍCH CÁC GIAI ĐOẠN:
Bảng 3. Môi trường nhân giống

Cách biến đổi: sinh học
•
Vi khuẩn Prop.shermanii sử dụng cơ chất trong môi trường để tăng sinh khối.
•
Hàm cơ chất trong môi trường giảm theo thời gian, sinh khối vi khuẩn tăng

Thiết bị nhân giống:
Hình 4. Thiết bị nhân giống
1. Hệ thống điều nhiệt (nhân giống trong erlen)
2. Bình nhân giống trung gian
3. Thiết bị nhân giống

4. Hệ thống lọc tách bụi và vi sinh vật
5. Valve
6. Bộ phận lọc hơi
7. Bộ phận đo pH

Cấu tạo:
•
Có dạng hình trụ đứng, chế tạo bằng thép không rỉ. Bên trong
có hệ thống cánh khuấy. Xung quanh là lớp vỏ áo cho tác nhân
điều nhiệt để ổn định nhiệt độ canh trường trong quá trình nhân
giống.
•
Phần trên nắp có các cửa khác nhau: cửa thông cánh khuấy
gắn với motor, cửa nạp giống, cửa vào và ra cho không khí, cửa
nạp chất phá bọt, cửa nạp chất điều chỉnh pH… Cửa nạp môi
trường và tháo canh trường ra khỏi thiết bị được bố trí ở phần đáy.
Còn có đầu dò pH, nhiệt độ, oxy… để theo dõi các giá trị.

Thông số công nghệ:
•
Dung tích erlen: 1lits
•
Dung tích thiết bị nhân giống: 1m3
•
Nhiệt độ nuôi cấy: 28-320C
•
pH= 6.9-7
•
Thời gian nuôi cấy: 7-8 ngày
2. Chuẩn bị môi trường lên men:


Mục đích: chuẩn bị cho quá trình lên men

Thành phần môi trường:
Bảng 4. Thành phần môi trường
Mật rỉ 4%
Glucose 0,5-1%
CaCO3 0,1%
Clorua coban 1,5 – 10 ppm

Cách biến đổi: Về sinh học, các loại vi sinh vật không mong muốn nhiễm vào môi trường bị ức chế, tiêu diệt.