THIẾT KẾ QUY TRÌNH SẢN XUẤT GLUTAMATE VỚI CÔNG SUẤT 12000 TẤN MỘT NĂM

B 
I HC CÔNG NGHIP THC PHM TP.HCM
KHOA CNSH & KTMT
MÔN  ÁN K THUT CÁC QUÁ TRÌNH SINH HC




 ÁN K THUT CÁC QUÁ TRÌNH SINH HC
 tài
THIT K QUY TRÌNH SN XUT
GLUTAMATE VI CÔNG SUT
12000 T


GVHD:
TS. PHẠM MINH TUẤN SVTH:
1. Phạm Thị Thúy An 2008110015
2. Lê Nguyễn Ngân Đình 2008110004
3. Huỳnh Huy Hoàng 2008110108
4. Lƣu Thúy Huê 2008110111
5. Châu Thanh Xuân 2008110368



TP.HCM, tháng 1 năm 2015

Thiết kế quy trình sản xuất Glutamate với công suất 12.000 tấn/năm

ii

NHN XÉT CNG DN

Thiết kế quy trình sản xuất Glutamate với công suất 12.000 tấn/năm

iii


LI C
Đƣợc sự chấp thuận và tạo điều kiện thuận lợi của khoa Công nghệ sinh học và kĩ

thuật môi trƣờng, nhóm chúng em đến nay đã hoàn thành đồ án Kĩ thuật các quá trình
sinh học, với đề tài “Thiết kế quy trình sản xuất Glutamate với công suất 12.000
tấn/năm”. Để có đƣợc kết quả nhƣ hôm nay, chúng em xin chân thành cảm ơn:
Ban giám hiệu nhà trƣờng ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM, quý Thầy Cô
khoa Công nghệ sinh học và Kĩ thuật môi trƣờng đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng
em.
Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy TS. Phạm Minh Tuấn, đã định
hƣớng nghiên cứu, nhiệt tình hƣớng dẫn và chỉ bảo chúng em trong suốt quá trình thực
hiện đề tài.
Cảm ơn tất cả các bạn 02DHSH đã cùng san sẻ, hỗ trợ, giúp đỡ nhóm trong suốt
thời gian qua.
Cuối cùng, chúng em xin cảm ơn gia đình, ngƣời thân đã luôn là hậu phƣơng vững
chắc, luôn động viên và tạo điều kiện cho chúng em vƣợt qua mọi khó khăn trong quá
trình học tập!
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
TP. Hồ Chí Minh, ngày… tháng … năm …
Nhóm sinh viên thc hin









Mc lc
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH ẢNH
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU [3] 2
1.1. Acid glutamic 2
1.2. Chủng vi sinh 2
1.3. Các phƣơng pháp sản xuất acid glutamic 3
1.3.1. Phƣơng pháp tổng hợp hóa học 3
1.3.2. Phƣơng pháp thủy phân protit 3
1.3.3. Phƣơng pháp lên men 3
1.3.4. Phƣơng pháp kết hợp 4
1.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình sản xuất 4
1.4.1. Ảnh hƣởng của pH 4
1.4.2. Sự cung cấp O
2
và khuấy trộn 4
1.4.3. Nhiệt độ 4
1.4.4. Chất kích thích sinh trƣởng biotin 4
1.4.5. Sử dụng penicillin 5
1.4.6. Các chất khác 5
CHƢƠNG 2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT GLUTAMATE 6
2.1. Nguyên liệu 6
2.2. Phƣơng pháp tiến hành 7
2.3. Quy trình lên men sản xuất axit glutamic 9
2.3.1. Sơ đồ 9
2.3.2. Thuyết minh quy trình 11
2.3.2.1. Nguyên liệu 11
2.3.2.2. Pha loãng, lọc 11
2.3.2.3. Dịch hoá 11
2.3.2.4. Làm nguội 11
2.3.2.5. Đƣờng hoá 12

Thiết kế quy trình sản xuất Glutamate với công suất 12.000 tấn/năm

ii

2.3.2.6. Phối chế dịch lên men 12
2.3.2.7. Thanh trùng và làm nguội 12
2.3.2.8. Giống vi sinh vật 12
2.3.2.9. Lên men 12
2.3.2.10. Tách sinh khối 14
a) Pha chế dịch men 15
b) Xử lý hạt nhựa resin 15
c) Trao đổi ion 15
2.3.2.11. Cô đặc 16
2.3.2.12. Tẩy màu 16
2.3.2.13. Acid hoá và kết tinh 16
2.3.2.14. Ly tâm 16
2.3.2.15. Lọc 17
2.3.2.16. Sấy 17
2.3.2.17. Làm nguội 17
2.3.2.18. Phân loại 17
2.3.2.19. Bao gói 17
2.4. Một số hiện tƣợng bất thƣờng trong lên men axit glutamic và biện pháp xử lý
17
2.4.1. Thời kỳ tiềm phát kéo dài có hai nguyên nhân chính 17
2.4.2. Quá trình lên men chậm chạp do môi trƣờng chứa nhiều sắt 18
2.4.3. Sử dụng ure không đúng mức 18
2.4.4. Môi trƣờng thiếu biotin 18
2.4.5. pH ban đầu thấp 19
2.4.6. Thiếu oxi hoà tan 19

2.4.7. Nhiều dầu phá bọt 19
2.4.8. Giống chết hoặc kém phát triển 19
2.4.9. Một số tạp khuẩn 20
2.5. Một số biện pháp phòng, chống nhiễm trùng 20
2.5.1. Biện pháp thiết bị 20
2.5.2. Phƣơng pháp công nghệ 20
2.5.3. Sử dụng hoá chất 20
2.6. Các yếu tố ảnh hƣởng tới tác dụng của hoá chất 21
CHƢƠNG 3. CÂN BẰNG VẬT CHẤT 22
3.1. Kế hoạch sản xuất của nhà máy 22

Thiết kế quy trình sản xuất Glutamate với công suất 12.000 tấn/năm

iii

3.2. Cân bằng vật chất 22
3.2.1. Bao gói 22
3.2.2. Phân loại 22
3.2.3. Làm nguội 22
3.2.4. Sấy 22
3.2.5. Lọc rửa 23
3.2.6. Ly tâm 23
3.2.7. Acid hóa và kết tinh 23
3.2.8. Tẩy màu 23
3.2.9. Cô đặc 23
3.2.10. Tách sinh khối 23
3.2.11. Lên men 24
3.2.12. Thanh trùng và làm nguội 24
3.2.13. Pha chế dịch lên men 24
3.2.14. Đƣờng hóa 25

3.2.15. Làm nguội 25
3.2.16. Dịch hóa 25
3.2.17. Lọc 25
3.2.18. Pha loãng 25
CHƢƠNG 4. CÁC THIẾT BỊ DÙNG TRONG SẢN XUẤT GLUTAMATE 26
Thời gian nuôi cấy gián đoạn và nuôi cấy gián đoạn bổ sung cơ chất 26
Tốc độ sử dụng oxy riêng 26
4.1. Cyclon định lƣợng tinh bột 26
4.2. Thiết bị hòa tan tinh bột 27
4.3. Thiết bị lọc 28
4.4. Thiết bị dịch hóa tinh bột 29
Thiết kế cánh khuấy 30
4.5. Thiết bị làm nguội 30
4.6. Thiết bị đƣờng hóa tinh bột (OO) 31
Thiết kế cánh khuấy 31
4.7. Thiết bị pha chế 32
4. 8. Thiết bị thanh trùng và làm nguội 32
4. 9. Thiết bị lên men 33
4.9.1. Thiết kế cánh khuấy 34
4.9.2. Tính chiều dày thân 34

Thiết kế quy trình sản xuất Glutamate với công suất 12.000 tấn/năm

iv

4.9.3. Tính chiều dày đáy nắp 36
4.9.4. Chiều dày lớp cách nhiệt. 36
4.10. Thiết bị nhân giống 37
4.10.1. Thiết bị nhân giống thạch nghiêng 37
4.10.2. Thiết bị nhân giống cấp 1 37

4.10.3. Thiết bị nhân giống cấp 2 37
4.11. Thùng chứa dịch đã lên men 38
4.12. Thiết bị lọc tách sinh khối 38
4.13. Thùng chứa dịch sau khi lọc 39
4.14. Thiết bị cô đặc 39
4.15. Tẩy màu 40
4.16. Axit hóa, kết tinh 40
Thiết kế cánh khuấy 41
4.17. Thùng chứa dịch sau khi kết tinh 41
4.18. Thiết bị ly tâm 42
4.19. Thiết bị lọc rửa 43
4.20. Thiết bị sấy 43
4.21. Sàng rung phân loại 44
4.22. Thiết bị đóng gói 45
CHƢƠNG 5. CÁC THIẾT BỊ DÙNG TRONG SẢN XUẤT GLUTAMATE 46
5.1. Cyclon định lƣợng tinh bột 46
5.2. Thiết bị hòa tan tinh bột 46
5.2. Thiết bị lọc 47
5.3. Thiết bị dịch hóa tinh bột 47
5.4. Thiết bị làm nguội 48
5.5. Thiết bị đƣờng hóa tinh bột 48
5.6. Thiết bị pha chế 49
5.7. Thiết bị thanh trùng, làm nguội 49
5.8. Thiết bị lên men 50
5.9. Thùng chứa dịch đã lên men 50
5.10. Thiết bị lọc tách sinh khối 51
5.11. Thùng chƣa dịch sau khi lọc 51
5.12. Thiết bị cô đặc 52
5.13. Thiết bị tẩy màu 52
5.14. Thiết bị acid hóa, kết tinh 53

Thiết kế quy trình sản xuất Glutamate với công suất 12.000 tấn/năm

v

5.15. Thùng chứa dịch sau kết tinh 53
5.16. Thiết bị ly tâm 54
5.17. Thiết bị lọc rửa 54
5.18. Thiết bị sấy 55
5.19. Thiết bị sang rung phân loại 55
5.20. Thiết bị đóng gói 56
5.21. Gàu tải 56
5.22. Băng tải 57
5.23. Bơm 57
CHƢƠNG 6. TÍNH TOÁN KINH TẾ 58
6.1. Vốn cố định 58
6.1.1. Chi phí nhà đất, xây dựng 58
6.1.2. Chi phí thiết bị 59
6.2. Chi phí sản xuất trực tiếp 61
6.2.1. Chi phí nhân công 61
6.2.2. Chi phí cho 1 mẻ sản xuất (1 ngày) 63
6.2.3. Bảng chi phí nhiên liệu, năng lƣợng (1 năm) 64
6.3. Chi phí sản xuất gián tiếp 64
6.3.1. Phí bảo trì 64
6.3.2. Phí quảng cáo, chiết khấu 64
6.4. Vốn lƣu động 65
6.5. Tổng vốn đầu tƣ 65
6.6. Giá thành 65
6.7. Thời gian hoàn vốn của dự án 65
6.8. Khấu hao 65

TÍNH TOÁN RỦI RO 66
Tài liệu tham khảo 68




Thiết kế quy trình sản xuất Glutamate với công suất 12.000 tấn/năm

vi

DANH MC BNG
Bảng 1. Phân loại vi sinh vật tạp nhiễm 7
Bảng 3.1. Tỉ lệ hao hụt của các công đoạn 22
Bảng 3.2. Khối lƣợng các chất dinh dƣỡng bổ sung vào môi trƣờng 24
Bảng 4.1. Các thông số kỹ thuật của thiết bị lọc 29
Bảng 4.2. Đặc tính kỹ thuật của YHC - 5 30
Bảng 4.3. Đặc tính kỹ thuật của thiết bị lên men dạng đứng 33
Bảng 4.4. Thông số kỹ thuật của thiết bị cô đặc 39
Bảng 4.5. Đặc tính kỹ thuật của máy SGZ1250 42
Bảng 4.6. Các thông số kỹ thuật của máy lọc ép Anyang 6LB-350 43
Bảng 4.7. Các đặc tính kỹ thuật của thiết bị sấy băng tải 44
Bảng 4.8. Các thông số kỹ thuật của sàng rung 44
Bảng 4.9. Các thông số kỹ thuật của máy đóng gói 45
Bảng 6.1. Tiền xây dựng các công trình 58
Bảng 6.2. Tiền thiết bị 59
Bảng 6.3. Tiền lƣơng giờ hành chính 61
Bảng 6.4. Lƣơng sản xuất trực tiếp 62
Bảng 6.5. Chi phí cho 1 mẻ sản xuất 63
Bảng 6.5. Chi phí nhiên liệu 64

Thiết kế quy trình sản xuất Glutamate với công suất 12.000 tấn/năm

vii

DANH MC HÌNH NH
Hình 1. Công thức cấu tạo của L-glutamic acid 2
Hình 2. Tinh bột sắn 6
Hình 3. Rỉ đƣờng mía 6
Hình 4. Sơ đồ con đƣờng sinh tổng hợp acid glutamic trong tế bào vi sinh vật 8
Hình 5. Sơ đồ cơ chế hóa sinh của quá trình tạo acid glutamic 8
Hình 6. Sơ đồ quy trình lên men sản xuất axit glutamic 11
Hình 4.1. Cyclon chứa 26
Hình 4.2. Thiết bị chứa tinh bột 27
Hình 4.3. Thiết bị lọc khung bảng 29
Hình 4.4.Thiết bị dịch hóa tinh bột 29
Hình 4.5. Thiết bị trao đổi nhiệt 31
Hình 4.6. Thiết bị thanh trùng bản mỏng 33
Hình 4.7. Thiết bị lên men dạng xylanh 34
Hình 4.8. Thiết bị cô đặc 39
Hình 4.9. Thiết bị tẩy màu 40
Hình 4.10. Thiết bị kết tinh 40
Hình 4.11. Thiết bị ly tâm 42
Hình 4.12. Thiết bị lọc ép 43
Hình 4.13. Thiết bị sấy băng tải 43
Hình 4.14. Sàng rung phân loại 44
Hình 4.15. Sơ đồ máy đóng gói 45
Hình 5.1. Cyclone định lƣợng tinh bột 46
Hình 5.2. Thiết bị hòa tan TAIZY 46
Hình 5.3 . Thiết bị lọc khung bản 47

Hình 5.4.Thiết bị dịch hóa ZJ-77 DF 47
Hình 5.5. Thiết bị làm nguội 48
Hình 5.6. Thiết bị đƣờng hóa ZJ-77 DF 48
Hình 5.7. Thiết bị pha chế JBJ 49
Hình 5.8. Thiết bị thanh trùng làm nguội PUT- 10000 49
Hình 5.9. Thiết bị lên men KUNBO 50
Hình 5.10. Thùng chứa dịch đã lên men FUBANG 50
Hình 5.11. Thiết bị lọc tách sinh khối BLS
K
B
A
M
UYB 1000/120
51
Hình 5.12. Thùng chứa dịch sau khi lọc FUBANG 51
Hình 5.13. Thiết bị cô đặc ZN-200 52

Thiết kế quy trình sản xuất Glutamate với công suất 12.000 tấn/năm

viii

Hình 5.14. Thiết bị tẩy màu DL- 998 52
Hình 5.15. Thiết bị kết tinh KY WF- 40 53
Hình 5.16. Thùng chứa dịch sau kết tinh FUBANG 53
Hình 5.17. Thiết bị ly tâm HENGCHAN 54
Hình 5.18. Thiết bị lọc ép Anyang 6LB-350 54
Hình 5.19. Thiết bị sấy CHANGJING 55
Hình 5.20. Thiết bị sàng rung phân loại – XZS 800 55
Hình 5.21. Thiết bị đóng gói JT-520W 56
Hình 5.22. Gào tải CE ISO 56

Hình 5.23. Băng tải B-800 57
Hình 5.24. máy bơm ly tâm XBSY-SB4×8J-12 57







Thiết kế quy trình sản xuất Glutamate với công suất 12.000 tấn/năm

1

LI M U
Acid amin là một thành phần rất cần thiết cho cơ thể. Thiếu một số acid amin là
nguyên nhân gây nên bệnh tật hay suy giảm sức khoẻ. Trong đó phải kể đến Acid
glutamic là một loại acid amin quan trọng đối với cơ thể, nó là một loại acid amin
tham gia vào việc cấu tạo nên protein của cơ thể. Trong 20 loại acid amin trong cơ thể
thì acid glutamic thuộc loại acid amin thay thế nghĩa là cơ thể có thể tổng hợp đƣợc và
có công thức C
5
H
9
NO
4
.
Trong công nghiệp thực phẩm, muối của acid glutamic là monoglutamat natri làm
chất điều vị rất quan trọng và đƣợc sản xuất nhiều trên thế giới nhất là ở Nhật Bản năm
1961 sản lƣợng là 15000 tấn đến năm 1967 là 67000 tấn.
Axit glutamic tham gia cấu tạo nên chất xám và chất trắng của não, kích thích các

phản ứng oxy hoá của não. Trong y học, L-AG dùng làm thuốc chữa các bệnh thần
kinh và tâm thần, bệnh chậm phát triển về trí óc ở trẻ em, bệnh về tim mạch, các bệnh
về cơ bắp thịt. Trong công nghiệp hóa chất, L-AG đƣợc dùng làm nguyên liệu khởi
đầu cho việc tổng hợp một số hóa chất quan trọng dùng trong công nghiệp mỹ phẩm…
Trên cơ sở ứng dụng công nghệ sinh học vào sản xuất, quá trình lên men để thu nhận
L-AG nhờ vào sự tổng hợp của vi sinh vật không những có ý nghĩa về mặt kinh tế mà
còn có ý nghĩa lớn lao về xử lý môi trƣờng vì tận dụng đƣợc các phế thải của các
ngành công nghiệp khác. Vì vậy, với tầm quan trọng của axit glutamic, để đáp ứng nhu
cầu trong nƣớc và tiến tới xuất khẩu nên nhóm chúng em thực hiện đề tài Thiết kế
nhà máy sản xuất acid glutamic với năng suất 12.000 tấn/năm từ tinh bột ”.

Thiết kế quy trình sản xuất Glutamate với công suất 12.000 tấn/năm

2

Hình 1. Công thức cấu tạo của L-
glutamic acid

NG QUAN TÀI LIU [3]
1.1. Acid glutamic
Axit glutamic thuộc loại amino acid có nhóm
amin và 2 nhóm cacboxyl. Điều chế bằng cách
tổng hợp hoặc lên men gluxit. Công thức hóa học
là: C
5
H
9
O
4
N.

Acid L-glutamic là những tinh thể không màu,
t
0
nc
= 274 – 249
0
C, thăng hoa ở 200
0
C, điểm
đẳng điện pI = 3,22. Ít tan trong nƣớc, etanol,
không tan trong ete, axeton. Đóng vai trò quan
trọng trong việc trao đổi đạm và có vị ngọt của
thịt.
Chúng có vai trò quan trọng trong việc trao
đổi chất trong cơ thể động vật, cấu tạo nên chất
xám, chất trắng trong não bộ, kích thích các phản
ứng oxi hóa. Axit glutamic tham gia quá trình loại
thải ammoniac, chất độc cho hệ thần kinh. Trong
y học axit glutamic chữa bệnh thần kinh phân lập,
bệnh chậm phát triển trí não, tim mạch…
Acid glutamic phân bổ rộng rãi trong tự nhiên dƣới dạng hợp chất và dƣới dạng
tự do. Trong sinh vật, đặc biệt là vi sinh vật, acid glutamic đƣợc tổng hợp theo con
đƣờng lên men từ nhiều nguồn cacbon.
1.2. Chng vi sinh
Tham gia vào quá trình lên men sản xuất acid glutamic, các chủng vi sinh thƣờng
sử dụng là: Corynebacterium glutanicum, Brevibacterium gactofermentus, Micrococus
glutamicus, nhƣng chủ yếu nhất vẫn là chủng Corynebacterium glutamicum (loại vi
khuẩn này đã đƣợc nhà vi sinh vật Nhật Bản Kinosita phát hiện từ 1956, có khả năng
lên men từ tinh bột, ngô, khoai, khoai mì để tạo ra axit glutamic).
Đặc điểm:

o Có khả năng tạo ra nhiều axit glutamic
o Tốc độ sinh trƣởng phát triển nhanh
o Ổn định cao trong thời gian dài
o Chịu đƣợc nồng độ axit cao
o Môi trƣờng nuôi cấy đơn giản
o Dễ áp dụng trong thực tế sản xuất.
Giống vi khuẩn thuần khiết này đƣợc lấy từ ống thạch nghiêng tại các cơ sở giữ
giống, sau đó đƣợc cấy chuyền, nhân sinh khối trong môi trƣờng lỏng. Khối lƣợng
sinh khối đƣợc nhân lên đến yêu cầu phù hợp cho quy trình sản xuất đại trà. Trƣớc khi
nhân, cấy, môi trƣờng lỏng phải đƣợc thanh trùng bằng phƣơng pháp Pasteur.
Sử dụng chủng đột biến
Đột biến trong gen ltsA của C. glutamicum ltsA, gen này gây cảm ứng tới
Lysozyme, nhiệt độ phát triển của VSV này và sản xuất Glutamate. Để kiểm tra sự ảnh
hƣởng của thể đột biến gen ltsA tới sự sản xuất L - glutamate bởi C. glutamicum,
chúng tôi kiểm tra sản phẩm L - glutamate của C. glutamicum ltsA trong nhiều nhiệt
độ nuôi cấy khác nhau.
Thiết kế quy trình sản xuất Glutamate với công suất 12.000 tấn/năm

3

Chủng hoang dại, ATCC 13032 và KY9611, tạo ra rất ít L - glutamic acid. Mặc
khác, chủng đột biến ltsA nhạy nhiệt độ nhƣ KY9706 và KY9704, KY9714 và
KY9611 ltsA::kan, tạo ra một lƣợng đáng kễ L - glutamate ở nhiệt độ cao hơn.
KY9706 mang đột biến sai nghĩa vào domain GAT của protein LtsA và cho thấy nhiệt
độ tối ƣu để sản xuất glutamate là 35
0
C. KY9704 mang đột biến vô nghĩa cho nhiệt độ
tối ƣu là 37
o
C có thể so sánh với KY9611 ltsA::kan.

KY9713 chịu nhiệt, mang đột biến gây chết không tạo ra đƣợc L - glutamate tại
tất cả nhiệt độ khảo sát. KY9713 có chuổi ltsA bị đứt đoạn cũng không tạo L -
glutamate. Mặc khác, KY11939 cũng chịu nhiệt tạo ra đƣợc L-glutamate trong nhiệt
độ cao hơn và tạo nhiều L - glutamate hơn bởi mang gen tăng cƣờng ltsA::kan  đột
biến gây chết ở KY9713 giảm khả năng tạo L-glutamate bởi gen ltsA::kan nhƣng
KY11939 thì không.
1.3. Các pn xut acid glutamic
Hiện nay trên thế giới có 4 phƣơng pháp sản xuất cơ bản:
o Phƣơng pháp tổng hợp hóa học
o Phƣơng pháp thủy phân protit
o Phƣơng pháp lên men
o Phƣơng pháp kết hợp
1.3.1. Phương pháp tổng hợp hóa học
Phƣơng pháp này ứng dụng các phản ứng tổng hợp hóa học để tổng hợp nên các
axit glutamic và các aminoaxit khác từ các khí thải của công nghiệp dầu hỏa hay các
ngành khác.
Ƣu điểm: Phƣơng pháp này có thể sử dụng nguồn nguyên liệu không phải thực
phẩm để sản xuất ra và tận dụng đƣợc các phế liệu của công nghiệp dầu hỏa.
Nhƣợc điểm:
Chỉ thực hiện đƣợc ở các nƣớc có công nghiệp dầu hỏa phát triển và yêu
cầu kĩ thuật cao.
Tạo hỗn hợp không quay cực D, L-axit glutamic. Việc tách L-axit
glutamic ra lại khó khăn làm tăng giá thành sản phẩm.
1.3.2. Phương pháp thủy phân protit
Phƣơng pháp này sử dụng các tác nhân xúc tác là các hóa chất hoặc fecmen để
thủy phân một nguồn nguyên liệu protit nào đó (khô đậu, khô lạc…) ra một hỗn hợp
các aminoaxit, từ đó tách các axit glutamic ra và sản xuất mì chính.
Nguyên tắc: Sử dụng acid hoặc enzyme để thuỷ phân các nguyên liệu có hàm
lƣợng protein cao, thu đƣợc các acid amin trong đó có acid glutamic. Sau đó bằng
phƣơng pháp hoá lý tách riêng acid glutamic

Ƣu điểm: dễ khống chế quy trình sản xuất và áp dụng đƣợc vào các cơ sở thủ
công, bán cơ giới và cơ giới dễ dàng, ổn định chất lƣợng sản phẩm từng mẻ.
Nhƣợc điểm:
 Cần sử dụng nguyên liệu giàu protit hiếm và đắt.
 Cần nhiều hóa chất và các thiết bị chống ăn mòn.
 Hiệu suất thấp đƣa đến giá thành cao.
1.3.3. Phương pháp lên men
Phƣơng pháp này lợi dụng một số vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp ra các
axit amin từ các nguồn gluxit và đạm vô cơ.
Thiết kế quy trình sản xuất Glutamate với công suất 12.000 tấn/năm

4

Nguyên tắc: Dùng chủng vi sinh vật có khả năng tổng hợp ra acid glutamic để
sản xuất.
Sử dụng một số vi sinh vật để lên men nhƣ là Micrococcus glutamicus, Brevi
bacterium.
Ƣu điểm:
 Không sử dụng nguyên liệu protit.
 Không cần sử dụng nhiều hóa chất và thiết bị chịu ăn mòn.
 Hiệu suất cao, gía thành hạ.
 Tạo ra axit glutamic dạng L, có họat tính sinh học cao.
Nhƣợc điểm:
 Quá trình đòi hỏi yêu cầu kĩ thuật cao và nghiêm ngặt.
 Đảm bảo vô trùng mới tạo sản phẩm.
 Khó điều khiển đƣợc quá trình.
1.3.4. Phương pháp kết hợp
Đây là phƣơng pháp tổng hợp hóa học và vi sinh vật học.
Phƣơng pháp vi sinh vật học tổng hợp nên axit amin từ các nguồn đạm vô cơ và
gluxit mất nhiều thời gian, do đó ngƣời ta lợi dụng các phản ứng tổng hợp tạo ra

những chất có cấu tạo gần giống axit amin, từ nay lợi dụng vi sinh vật tiếp tục tạo ra
axit amin.
Phƣơng pháp này tuy nhanh nhƣng yêu cầu kỹ thuật cao, chỉ áp dụng và nghiên
cứu chứ ít áp dụng vào công nghiệp sản xuất.
1.4. Các yu t n quá trình sn xut
1.4.1. Ảnh hưởng của pH
Các chủng sinh vật sinh tổng hợp axit glutamic thích hợp điều kiện pH trung
tính hay kiềm yếu pH = 6,7 – 8. Trong quá trình lên men độ pH giảm do sinh ra axit
glutamic và các axit vô cơ khác. Vì vậy cần bổ sung lƣợng NH
4
+
để điều chỉnh. Nguồn
NH
4
+
sử dụng phổ biến ure, NH
3
, NH
4
Cl.
Cần điều chỉnh lƣợng ure thích hợp, nếu thừa dẫn đến pH > 8, đƣờng hao chậm,
còn bổ sung thiếu thì pH dịch lên men không tăng hoặc tăng chậm rồi giảm rất nhanh,
OD tăng chậm, thời kỳ tiềm phát kéo dài.
1.4.2. Sự cung cấp O
2
và khuấy trộn
Lên men axit glutamic là quá trình hiếu khí bắt buộc. Nếu bổ sung dƣ lƣợng O
2

thì sản phẩm tạo ra chủ yếu là -xetoglutaric, còn lƣợng O

2
không đủ cho quá trình thì
sản phẩm là axit lactic. Oxi cung cấp từ môi trƣờng không khí vô trùng kết hợp với
khuấy trộn liên tục.
Cung cấp oxy và khuấy trộn nhằm hai mục đích:
 Duy trì nồng độ oxy hoà tan ở mức trên giá trị tới hạn.
 Khống chế nồng độ CO
2
ảnh hƣởng rất lớn tới sinh trƣởng và tích lũy acid
glutamic của vi khuẩn.
1.4.3. Nhiệt độ
Nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men là 26 – 37
0
C. Trong thực tế giai đoạn
đầu nhiệt độ ở 30 – 32
0
C, giai đoạn cuối là 36 – 37
0
C.
1.4.4. Chất kích thích sinh trưởng biotin
Các chủng vi sinh sinh tổng hợp axit glutamic cần biotin cho sự sinh trƣởng là
tích lũy axit glutamic. Biotin còn giúp xác định thành phần và sản phẩm lên men.
Lƣợng axit glutamic tạo ra nhiều nhất khi trong môi trƣờng hàm lƣợng biotin thấp hơn
Thiết kế quy trình sản xuất Glutamate với công suất 12.000 tấn/năm

5

nhiều lƣợng biotin so với nhu cầu cần thiết cho sự phát triển tối đa sinh khối vì bản
thân của tế bào đã có biotin. Biotin không ảnh hƣởng đến hoạt lực của enzyme mà tác
động đến tính thẩm thấu của tế bào, làm axit glutamic khuếch tán từ bên trong tế bào

ra nhoài môi trƣờng lên men. Nồng độ thích hợp cho sinh tổng hợp axit glutamic là 2 –
5 g/l.
Trong quá trình lên men nếu thừa biotin thì sẽ không có lợi, tạo ra ít axit
glutamic, nếu sục khí kém thì sẽ tạo ra alanin và axit lactic. Vì vậy cần bổ sung
penicillin để kìm chế sự phát triển của vi khuẩn đồng thời tăng khả năng tổng hợp axit
glutamic.
1.4.5. Sử dụng penicillin
Penicillin đƣợc sử dụng để làm tăng tính thấm của màng vi sinh vật, giúp đƣa
glutamate ra ngoài.
1.4.6. Các chất khác
Nguồn cacbon.
Nguồn cacbon cung cấp các đơn vị bộ khung cacbon của acid glutamic, cung cấp
năng lƣợng cần thiết cho quá trình sinh tổng hợp của chúng.
Nồng độ cơ chất ảnh hƣởng rất lớn đến hiệu suất sinh tổng hợp acid
glutamic.Nồng độ glucoza càng cao, hiệu suất lên men acid glutamic càng thấp, hàm
lƣợng acid glutamic nội bào càng cao, hoạt lực các enzym cần cho oxy hoá glucoza và
α-xetoglutaric decacboxylaza càng cao.
Nguồn nitơ.
Cung cấp nitơ cho quá trình lên men acid glutamic là rất quan trọng bởi vì nitơ
cần cho việc tổng hợp protein tế bào và chiếm tới 9,5% trọng lƣợng phân tử acid
glutamic. Ngƣời ta thƣờng dùng các loại muối chứa NH
4
+
nhƣ NH
4
Cl, (NH
4
)
2
SO

4
,
(NH
4
)
2
HPO
4
, NH
4
H
2
PO
4
, NH
4
OH hay khí NH
3
hoặc urê làm nguồn cung cấp cacbon.
Nguồn muối vô cơ khác.
Các ion vô cơ cần cho sinh trƣởng và tích luỹ acid glutamic. Sự có mặt của các
ion sau đây là cần thiết: K
+
,
Mg
+2
,
Fe
+2
,

Mn
2+
,
SO
4
+2
,
PO
4
+3
.
Liều lƣợng thƣờng đƣợc
dùng nhƣ sau:
K
2
HPO
4
: 0,05 ÷ 0,2% FeSO
4
: 0,0005 ÷ 0,01%
KH
2
PO
4
:0,05 ÷ 0,2% MnSO
4
: 0,0005 ÷ 0,005%
MgSO
4
: 0,025 ÷ 0,1%

Trong đó K
+
,
Fe
+2
và đặc biệtMn
2+
là quan trọng để thu lƣợng lớn acid glutamic.
Ion K
+
cần cho tích lũy acid glutamic nhiều hơn là cho sinh trƣởng.

Thiết kế quy trình sản xuất Glutamate với công suất 12.000 tấn/năm

6

Hình 3. Rỉ đường mía

2.1. Nguyên liu
Để lên men sản xuất acid glutamic, ngƣời ta dùng nguyên liệu chủ yếu là dịch
có đƣờng nhƣ glucoza, sacaroza, hoặc rỉ đƣờng, hoặc các nguồn nguyên liệu tinh bột
đã qua giai đoạn đƣờng hóa. Khoai mì là nguyên liệu tinh bột đƣợc sử dụng nhiều nhất
hiện nay. Các nguồn dinh dƣỡng bổ sung nhƣ muối amôni, photphat, sulfat, biotin, vitamin
B, … Ngoài ra còn một số nguyên liệu khác nhƣ: Axit HCl, Na
2
CO
3
, than hoạt tính:
tạo than từ gỗ, vỏ dừa, bã lạc, bã mía, xƣơng…
Trong thực tế sản xuất, ngƣời ta thƣờng dùng rỉ đƣờng làm môi trƣờng lên men

thay cho cao bắp. Rỉ đƣờng thƣờng pha loãng đến 13 – 14% và thanh trùng trƣớc khi
lên men. Nếu là nguyên liệu chứa tinh bột, thì tinh bột phải đƣợc thủy phân (quá trình
dịch hóa và đuờng hóa) nhờ enzym - amylaza rồi sau đó mới bổ sung thêm dinh
dƣỡng vào môi trƣờng lên men.
Tinh bột sắn
Tinh bột sắn đƣợc sản xuất trong quá trình
chế biến củ sắn. Có hai loại sắn: sắn đắng và sắn
ngọt khác nhau về hàm lƣợng tinh bột và xyanua.
Sắn đắng có nhiều tinh bột hơn nhƣng đồng thời
cũng có nhiều axit xyanhydric (HCN), khoảng 200
÷ 300 mg/kg. Sắn ngọt đƣợc dùng làm lƣơng thực,
thực phẩm.
Thành phần hóa học của tinh bột sắn phụ
thuộc vào trình độ kỹ thuật chế biến sắn. Trong
tinh bột thƣờng có các thành phần:
Tinh bột: 83 ÷ 88%
Nƣớc: 10,6 ÷ 14,4%
Xenluloza: 0,1 ÷ 0,3%
Đạm: 0,1 ÷ 0,4%
Chất khoáng: 0,1 ÷ 0,6%
Chất hòa tan: 0,1 ÷ 1,3%
Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột sắn nằm trong khoảng 60 ÷ 80
0
C.
Rỉ đường mía
Rỉ đƣờng mía là phần còn lại của dung dịch
đƣờng sau khi đã tách phần đƣờng kính kết tinh.
Số lƣợng và chất lƣợng của rỉ đƣờng phụ thuộc
vào giống mía, điều kiện trồng trọt, hoàn cảnh địa
lý và trình độ kỹ thuật chế biến của nhà máy

đƣờng.
Thành phần chính của rỉ đƣờng: Đƣờng
62%, các chất phi đƣờng 10%, nƣớc 20%. Đƣờng
trong rỉ đƣờng bao gồm: 25 ÷ 40% sacaroza, 15 ÷
25% đƣờng khử (glucoza và frutoza), 3 ÷ 5%
đƣờng không lên men đƣợc.
Các chất phi đƣờng trong rỉ đƣờng
gồm có các chất hữu cơ và vô cơ. Các chất
hữu cơ chứa nitơ của rỉ đƣờng mía chủ yếu
Hình 2. Tinh bột sắn
Thiết kế quy trình sản xuất Glutamate với công suất 12.000 tấn/năm

7

là các aminoacid cùng với một lƣợng rất nhỏ protein và sản phẩm phân giải của nó.
Hàm lƣợng nitơ tổng trong rỉ đƣờng mía chiếm 0,4-1,5%. Hợp chất phi đƣờng không
chứa nitơ bao gồm pectin, araban, galactan hoặc các sản phẩm thủy phân của chúng là
arabinoza và galactoza, chất nhầy, chất màu và chất thơm. Ngoài ra, trong thành phần
rỉ đƣờng mía còn chứa:
 Muối kali có nhiều trong rỉ đƣờng, tiếp đến là canxi và dƣ lƣợng SO
2
.
 Các chất màu của rỉ đƣờng bao gồm các chất caramen, melanoic, melanin, phức
phenol-Fe
2+
.
 Thành phần các chất sinh trƣởng: chứa nhiều nguyên tố với lƣợng cực kỳ nhỏ,
chỉ có thể tính bằng mg/kg rỉ đƣờng nhƣ Fe 115 (mg/kg); Zn 34; Mn 18; Cu
4,9; B 3,0; Co 0,59; Mo 0,2.
 Rỉ đƣờng rất giàu các chất sinh trƣởng nhƣ axit pamotenic, nicotiric, folic, B1,

B2 và đặc biệt là biotin.
 Vi sinh vật trong rỉ đƣờng: có rất nhiều, đa số chúng từ nguyên liệu, một số nhỏ
từ không khí, H
2
O và đất vào dịch đƣờng. Có thể phân thành 3 loại : vi khuẩn,
nấm men, nấm mốc, trong đó vi khuẩn là nguy hiểm hơn cả vì nó gồm nhiều
giống có khả năng sinh bào tử. Ngƣời ta phân rỉ đƣờng thành 3 loại tùy thuộc
theo số lƣợng vi sinh vật tạp nhiễm.
Bảng 1. Phân loại vi sinh vật tạp nhiễm

Loi
S ng vi sinh vt trong
1g r ng
 lý
I
100.000
Rất tốt , không cần xử lý
II
100000-1000000
Trung bình , cần thanh trùng
III
1000000-5000000
Nhiễm nặng , cần xử lý nghiêm
ngặt bằng hóa chất và tác dụng
nhiệt

Lực đệm là loại lực có sức tự ngăn cản sự biến đổi phản ứng của rỉ đƣờng khi
bổ sung kiềm hoặc axit. Lực đệm của rỉ đƣờng biểu hiện mạnh nhất ở pH = 3,0 ÷ 5,0;
trung bình ở pH = 5,0 ÷ 6,0; rất ít ở pH = 6,0 ÷ 7,07.
2.2. n hành

 Cơ chế sinh tổng hợp axit glutamic
Đầu tiên, vi khuẩn phân giải đuờng theo con đƣờng EMP, rồi sau đó thông qua
acid xitric và axit α –ketoglutaric theo con đƣờng của chu trình Krebs.
Sau đó, sản phẩm acid glutamic đƣợc hình thành. Acid glutamic đƣợc tổng hợp
thừa trong tế bào và đƣợc tiết ra ngoài môi trƣờng nhờ tính thấm của màng tế bào bị
thay đổi. Tính thấm bị thay đổi vì thiếu biotin, do tác dụng penicilin hay do dẫn xuất
của axit béo.
Có thể biểu diễn bằng sơ đồ sau:

Thiết kế quy trình sản xuất Glutamate với công suất 12.000 tấn/năm

8

 Cơ chế hóa sinh của quá trình tạo axit glutamic
Phƣơng trình tổng quát:

C
6
H
12
O
6
+ NH
3
+ 3/2 O
2
= C
5
H
9
NO
4
+ CO
2
+ 3 H
2
O

Glucoza

Axit pyruvic


Axit α – xetoglutavic


Con đƣờng amin hóa – khử Con đƣờng chuyển amin


Axit glutamic

Hình 5. Sơ đồ cơ chế hóa sinh của quá trình tạo acid glutamic




Hình 4. Sơ đồ con đường sinh tổng hợp acid glutamic trong tế bào vi sinh vật
Glutamat dehydrogenaza
Glucoza
Acid xitric
Axetyl-coA
Acid Pyruvic
Acid izoxitric
α -ketoglutaric
Acidglutamic
NH
4
+

Con đƣờng EMP
NADPH
2

NADP
Izoxitrat dehydrogenaza
CO
2

Thiết kế quy trình sản xuất Glutamate với công suất 12.000 tấn/năm

9

Con đƣờng amin hóa – khử
NH
3
HOOC-CO-(CH
2
)
2
-COOH + NADPH
2
HOOC-CH-(CH
2
)
2
-COOH
׀
NH

2

+ H
2
O + NADP

Con đƣờng chuyển amin

HOOC-CO-(CH
2
)
2
-COOH + R-CH-COOH HOOC-CH-(CH
2
)
2
-COOH
׀ ׀
NH
2
NH
2

+R-CO-COOH
 Cơ chế tổng hợp thừa axit glutamic
Tính thấm của màng tế bào bị thay đổi vì thiếu biotin, do tác dụng của penicillin
hay dẫn xuất của chất béo. Nếu tính thấm không bị thay đổi thì chỉ diễn ra sự tổng hợp
axit gutamic trong tế bào và không có sự tiết axit này ra môi trƣờng. Nhƣ vậy, axit
glutamic nồng độ cao sẽ ức chế phản ứng của glutamate-dehydrogenaza tạo thành axit
glutamic. Do biến đổi về tính thẩm thấu, tế bào chỉ cho axit glutamic ra ngoài và trong

nội bào nồng độ axit amin này thấp nên không có sự ức chế ngƣợc bởi sản phẩm cuối
cùng. Sự thay đổi tính thấm xuất hiện khi nồng độ biotin tối ƣu là 2 – 5g/l. Còn nồng
độ bioin tối thích cho sự sinh trƣởng của chủng sinh sản ở khoảng 14g/l. Cũng có thể
tạo ra sự thay đổi này bằng cách bổ sung các chất hoạt động bề mặt nhƣ Tween 60-
polyoxyetylen- socbitanmonostearat, Tween-40poyoxyetylen-sobitan-monopalmitat
nhƣ penicillin. Các tác nhân bề mặt này đƣợc bổ sung vào giữa hay cuối pha sinh
trƣởng. Việc penicillin gây thay đổi tính thấm có ý nghĩa thực tiễn đặc biệt vì nhờ đó
có thể sử dụng các nguyên liệu phức tạp nhƣ rỉ đƣờng.
Ở đây, nhóm em chọn cách dùng penicillin để đƣa acid glutamic ra ngoài, khi bổ
sung penicillin vào để thay đổi tính thấm của màng tế bào, thì không cần quá quan tâm
đến hàm lƣợng biotin.
2.3. Quy trình lên men sn xut axit glutamic
2.3.1. 

Thiết kế quy trình sản xuất Glutamate với công suất 12.000 tấn/năm

10






K
2
HPO
4
, MgSO
4
,

MnSO
4
, FeSO
4
, Urê…

Giống gốc
Bã lọc
Bã sinh khối
Chất phá bọt 0,1%
Urê 1,8%
Nƣớc
Giống cấp
I
Giống cấp
II
Tinh bột sắn
Pha loãng
Lọc
Dịch hóa
Termamyl

Hạ nhiệt độ

Đƣờng hoá

_amylaza
Pha chế dịch lên men
Thanh trùng
Làm nguội

Lên men

Tách sinh khối
Thiết kế quy trình sản xuất Glutamate với công suất 12.000 tấn/năm

11


Hình 6. Sơ đồ quy trình lên men sản xuất axit glutamic
2.3.2. Thuyt minh quy trình
2.3.2.1. Nguyên liệu
Nguyên lệu chính để sản xuất acid glutamic là hydrat cacbon, có thể dùng
glucoza, fructoza, maltoza, saccaroza, rỉ đƣờng, tinh bột,…Ở Việt Nam và nhiều nƣớc
trên thế giới hiện nay sản xuất acid glutamic từ tinh bột là nguồn nguyên liệu chủ yếu.
Các chất khoáng thƣờng đƣợc sử dụng trong quá trình sản xuất bao gồm:
K
2
HPO
4
, MnSO
4
, MgSO
4.,
FeSO
4

Urê…
Nhóm em sử dụng tinh bột sắn cho sản xuất Glutamate.
2.3.2.2. Pha loãng, lọc

Pha loãng nhằm làm trƣơng nở các hạt tinh bột và sau đó tiến hành lọc nhằm loại
bỏ những chất cặn bã trong dịch tinh bột trƣớc khi thủy phân.
Sử dụng nƣớc sạch để pha loãng ở nhiệt độ 40-45
0
C.
2.3.2.3. Dịch hoá
Mục đích của dịch hóa là chuyển hệ huyền phù các hạt tinh bột thành dạng dung dịch
hòa tan chứa các dextrin có chiều dài mạch ngắn hơn.
(C
6
H
10
O
5
)
n
+ nH
2
O nC
6
H
12
O
6


Quá trình dịch hóa bằng enzym

- amylaza đƣợc tiến hành ở t
0

=

90-95, pH= 5,5

Tên chế phẩm enzym

- amylaza đƣợc sử dụng là Termamyl .
2.3.2.4. Làm nguội
- amylaza
Cô đặc
HCl
31%
pH =3,2

Than hoạt
tính
Dịch sau khi ly
tâm
Sản phẩm
Sấy

Tẩy màu
Axít hóa và kết
tinh
Ly tâm
Lọc rửa
Làm nguội, phân loại
Bao gói
Thiết kế quy trình sản xuất Glutamate với công suất 12.000 tấn/năm

12

Dịch tinh bột sau khi dịch hóa có nhiệt độ khoảng 90-95
0
C. Do đó, phải làm nguội để
nhiệt độ dịch tinh bột giảm xuống khoảng 60-65
0
C để tiến hành quá trình đƣờng hóa.
2.3.2.5. Đường hoá
Mục đích của đƣờng hóa là nhằm chuyển dịch dextrose thành đƣờng glucoza – nguồn
dinh dƣỡng mà vi sinh vật lên men có thể sử dụng đƣợc.
Dùng emzym

_amylaza để thực hiện quá trình này.
Các thông số kỹ thuật của quá trình đƣờng hóa là: pH = 4,2 – 4,5
Nhiệt độ 60 –65
o
C
Thời gian 70h.
2.3.2.6. Phối chế dịch lên men
Mục đích: Tạo ra môi trƣờng cho VSV sử dụng trong quá trình lên men tạo sinh
khối.
Tiến hành: Phối trộn giữa dịch thuỷ phân tinh bột và các chất khoáng vào môi
trƣờng lên men với các thành phần sau:
Dịch đƣờng hoá, K
2
HPO
4,
MgSO
4

, MnSO
4
, FeSO
4

Urê
Điều chỉnh pH đến :6,7 ÷ 6,9
2.3.2.7. Thanh trùng và làm nguội
Mục đích: Nhằm vô trùng môi trƣờng dinh dƣỡng trƣớc khi lên men tránh sự
xâm nhiễm của vi sinh vật gây hại và sau đó hạ nhiệt độ của môi trƣờng dinh dƣỡng
xuống nhiệt độ lên men thích hợp với vi sinh vật.
Tiến hành: dịch đƣợc bơm ngựơc chiều với hơi nƣớc, để tạo ra quá trình trao
đổi nhiệt.
Thanh trùng ở 110
o
C
Thời gian: 15 phút.
Sau khi thanh trùng dịch phải đƣợc hạ nhiệt độ 30 ÷32
0
C để bổ sung giống vi
sinh vật vào.
Yêu cầu dịch lên men phải vô trùng tuyệt đối.
2.3.2.8. Giống vi sinh vật
Giống sử dụng cho quá trình lên men để sản xuất acid glutamic ta chọn vi sinh
vật thƣờng dùng là:
Corynebacterium glutamicum
Brevibacterium lactofermentus
Micrococus glutamicus
Nhƣng chủ yếu nhất vẫn là chủng Corynebacterrium glutamicum, loại vi khuẩn
này có khả năng lên men từ tinh bột, ngô, khoai, khoai mì để tạo acid glutamic.

Giống phải có khả năng tạo ra nhiều acid glutamic, tốc độ sinh trƣởng phát triển
nhanh, có tính ổn định cao trong thời gian dài, chịu đƣợc nồng độ acid cao, môi trƣờng
nuôi cấy đơn giản, dễ áp dụng trong thực tế sản xuất
Mục đích là tạo ra đủ số lƣợng giống cần thiết cho quá trình lên men
Quá trình nhân giống đƣợc tiến hành qua các bƣớc sau:
Giống gốc Nhân giống PTN Nhân giống cấp I Nhân giống
cấp II Nhân giống sản xuất.
2.3.2.9. Lên men
Mục đích: Thông qua các hoạt động sống của vi khuẩn trong những điều kiện
thích hợp để chuyển hoá đƣờng và đạm thành acid glutamic.
Tiến hành: Môi trƣờng sau khi chuẩn bị và thanh trùng xong đƣợc làm nguội đến
nhiệt độ lên men và cấy men giống vào với tỉ lệ 1% để lên men. Thời gian lên men 38-
Thiết kế quy trình sản xuất Glutamate với công suất 12.000 tấn/năm

13

Hình 11. Thiết bị lên men
40 nhiệt độ lên men 30-37
o
C. Trong quá trình lên men phải khuấy trộn, cung cấp
không khí vô trùng liên tục, bổ sung thêm urê để điều chỉnh pH của môi trƣờng lên
men tỉ lệ bổ sung: 1,8%. Do môi trƣờng lên men tạo nên acid glutamic cùng với thành
phần của môi trƣờng có xu hƣớng làm tăng sức căng bề mặt. Vì vậy, trong quá trình
lên men tạo thành nhiều bọt ảnh hƣởng đến quá trình sinh tổng hợp nên phải sử dụng
chất phá bọt với tỉ lệ: 0,1%.
Cần bổ sung lƣợng đƣờng nồng độ 38–45%
khi oxi hòa tan hoặc pH giảm. Trong công đoạn này
xảy ra 3 giai đoạn chính:
  u: 8÷12 giờ gọi là giai
đoạn sinh khối. Giai đoạn này các chất đƣờng đạm

vô cơ và hữu cơ, các muối khoáng, vitamin và các
chất sinh trƣởng có trong môi trƣờng thẩm thấu vào
tế bào vi khuẩn làm cho vi khuẩn lớn lên, đạt kích
thƣớc cực đại và bắt đầu sinh sản, phân chia. Quá
trình lặp lại cho đến khi lƣợng vi khuẩn đạt đến giá
trị cực đại.
Những biểu hiện của giai đoạn này là:
- Nhiệt độ tăng vừa phải, càng về cuối giai
đoạn tốc độ tăng nhiệt độ càng nhanh, nếu nhiệt độ
ngoài trời 35 ÷ 36
0
C, không mở nƣớc làm lạnh thì lúc
đầu 1 giờ đến 1 giờ 30 phút môi trƣờng tăng 1
0
C, về
cuối 30 ÷ 40 phút tăng 1
0
C, về mùa đông nhiệt độ tăng chậm hơn.
- pH tăng dần từ 6,5 ÷ 6,7 lên 7,5 ÷ 8.
- Bọt tạo thành tăng dần (do lƣợng thải CO
2
).
- Lƣợng đƣờng tiêu hao tăng dần, thƣờng 2 ÷ 3 giờ đầu hao rất ít, càng về sau
tốc độ hao càng nhanh.
- Lƣợng tế bào vi khuẩn tăng dần từ khoảng 0,13 ÷ 0,14 đến 1 (số đo OD trên
máy so mầu).
- Hàm lƣợng axit glutamic chƣa có hoặc rất ít.
n gia: từ giờ thứ 10, 12 đến giờ thứ 24, 26. Giai đoạn này giữ
cho số tế bào không tăng thêm nữa hoặc tăng rất ít. Quá trình chủ yếu trong giai đoạn
này là: đƣờng và đạm vô cơ thẩm thấu qua màng tế bào vi khuẩn và các quá trình

chuyển hóa bởi các men và các phản ứng nhƣ trên để tạo ra axit glutamic trong tế bào.
Lƣợng axit glutamic tạo thành lại hòa tan vào các môi trƣờng làm cho pH môi trƣờng
giảm dần, CO
2
bay ra nhiều, bọt tăng ào ạt.
Trong giai đoạn này nhiệt độ tăng nhanh nếu không làm lạnh trong 1 giờ có thể
tăng 1 ÷ 2
0
C. Lƣợng đƣờng hao nhanh từ 8,9% xuống còn 2,3%, pH giảm xuống còn
dƣới 7 nên phải tiếp ure để pH tăng lên 8 rồi lại giảm xuống nhanh chóng, axit
glutamic tăng nhanh từ 0 đến 30 ÷ 40g/l.
n cui: những giờ còn lại tất cả các biểu hiện đều giảm dần cho
đến khi làm lƣợng đƣờng chỉ còn ≤ 1% thì lên men kết thúc.
Thƣờng thƣờng để đảm bảo quá trình lên men đạt hiệu quả cao phải chú ý
khống chế các điều kiện kĩ thuật nhƣ:
+ Nhiệt độ: luôn luôn giữ ở 32
0
C.
+ Áp suất: 1kg/cm
2
.
+ Lƣợng không khí: 30 ÷ 40 m
3
/l giờ cho 1m
3
môi trƣờng.
Thiết kế quy trình sản xuất Glutamate với công suất 12.000 tấn/năm

14

+ Cách khuấy 2 tầng 180 ÷ 200 v/ph.
+ Khi pH giảm đến 7 phải bổ sung ure ngay cho pH lên đến 8, thƣờng bổ sung
1 nồi lên men gián đoạn 2 ÷ 3 lần.
+ Khi bọt nhiều phải tiếp giống để phá bọt tạo điều kiện cho CO
2
thoát ra ngoài
dễ dàng.
Các chế độ kiểm tra cần thiết trong giai đoạn này
 Nhiệt độ lƣợng không khí, áp suất phải kiểm tra thƣờng xuyên, có chiều hƣớng
thay đổi phải điều chỉnh ngay.
 pH mỗi giờ kiểm tra một lần.
 OD (độ đục trên máy so mầu): thƣờng đo vào giờ thứ 0; 12; 16; 18.
 Độ đƣờng: phân tích xác định hàm lƣợng đƣờng vào các giờ thứ 0; 6; 12; 18; 20;
24 đến khi kết thúc.
 Ure bổ sung vào các giờ thứ 0; 6; 12.
 Axit glutamic đo vào các giờ thứ 6; 12; 16; 20; 24; 28; 30 và kết thúc quá trình.
Qua số liệu theo dõi và phân tích, biểu diễn thông thƣờng là hàm lƣợng đƣờng
giảm dần, hàm lƣợng axit tăng dần. Nhƣng cá biệt có trƣờng hợp lên men đến nữa
chừng thì đƣờng vẫn hao đều nhƣng axit glutamic thì không tăng, thậm chí có khi còn
giảm.Trong trƣờng hợp đó cần phải xác định nguyên nhân cho chính xác và quyết định
xử lí ngay, nếu để chậm đƣờng sẽ hao hết và số glutamic tạo đƣợc trong những giờ
trƣớc cũng hao hết.
Nguyên nhân thông thƣờng gây ra các hiện tƣợng đó là dịch thải đã bị nhiễm
trùng do không khí, ure hoặc dầu mang vào, loại tạp khuẩn này sống bằng axit
glutamic và cùng tồn tại với vi khuẩn lên men tạo axit glutamic, hai loại này không
tiêu diệt lẫn nhau. Khi quyết định biện pháp xử lý phải căn cứ theo tình hình cụ thể,
nếu hàm lƣợng axit glutamic đã tƣơng đối cao, đƣờng còn rất ít thì kết thúc sớm quá
trình lên men. Nếu lƣợng axit glutamic chƣa đáng kể mà đƣờng còn cao thì gia nhiệt
thanh trùng lại và tiếp giống mới, lên men lại từ đầu.
2.3.2.10. Tách sinh khối

 Tách sinh khi
Mục đích của công đoạn này là tách lấy axit glutamic ra khỏi dịch lên men.
Ngƣời ta lợi dụng tính chất hạt nhựa polyetylen sunfuric (ta quen gọi là refin) sau khi
đã đƣợc cation hóa (tức tái sinh) có khả năng giữ lại trên bề mặt của nó anion, ở đây
chủ yếu là axit glutamic. Sau đó lại dùng NaOH để tách anion ra khỏi hạt nhựa.
Quá trình hấp thụ:
R-SO
3
H
+
+ NH
3
ROO
-
 R
’
SO
3
NH
3
RCOOH
Điều kiện của quá trình hấp thụ:
+ Dung dịch axit glutamic: 0,45 ÷ 0,5 kg/m
3

+ 3,2<pH<5, nhiệt độ 65 ÷ 70
0
C
+ Tốc độ chảy: 150ml/phút ÷ 300ml/phút.
Quá trình tách:

R
’
SO
3
NH
3
RCOOH + NaOH  R
’
SO
3
Na + NH
2
RCOOH + H
2
O
Điều kiện của quá trình tách:
+ NaOH: 4 ÷ 5%
+ Nhiệt độ: 65
0
C
+ Tốc độ chảy: 150ml/phút.
Quá trình trao đổi ion gồm các giai đoạn sau: