Quy trình lên men acid citric từ aspergillus niger

TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG
KHOA6NÔNG NGHIỆP & TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN
NHÓM
LỚP DH11SH

QUY TRÌNH LÊN MEN ACID CITRIC TỪ
Aspergillus niger
SEMINAR MÔN CÔNG NGHỆ LÊN MEN

Khóa học: 2010 - 2014


NHÓM 6
LỚP DH11SH

QUY TRÌNH LÊN MEN ACID CITRIC TỪ
Aspergillus niger
SEMINAR MÔN CÔNG NGHỆ LÊN MEN

Khóa học: 2010 - 2014

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
ThS. Nguyễn Phú Thọ

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

DANH SÁCH NHÓM
Nguyễn Hoàng Nhựt Lynh
Bung San Ny Thanh Hồng Anh
Hoàng Nguyễn Trung Nghĩa
Nguyễn Viết Thanh
Lê Hoàng Yên
Nguyễn Ngọc Hồ
Nguyễn Phạm Toại Nguyện


Mục lục
Nội dung

Trang


Nội dung

Trang

Nội dung
Trang
Bảng 1: Thành phần môi trường sử dụng trong phòng
thí
nghiệm
và
trong
Danh s ách hình
sản xuất acid citric bằng nấm mốc Aspergillus niger.

11


Chương 1
Đặt vấn đề
Được xem là một chất bảo quản tự nhiên và cũng như được sử dụng để bổ sung vị
chua cho thực phẩm hay các loại nước ngọt. Acid citric là một trong những loại acid
hữu cơ có nhiều ứng dụng gần gủi trong đời sống và bên đó là ứng dụng khá nhiều
của acid citric trong công nghiệp.
Trong sinh hoá, là tác nhân trung gian quan trọng trong chu trình acid citric và vì thế
xuất hiện trong trao đổi chất của gần như mọi sinh vật, được coi là tác nhân làm
sạch tốt về mặt môi trường và đóng vai trò của chất chống ôxi hóa, các lượng acid
citric dư thừa dễ dàng trao đổi và bài tiết ra khỏi cơ thể.
Chính vì tầm quan trọng và có nhiều ứng dụng của acid citric như thế nên chúng ta
tiến hành tìm hiểu quá trình lên men acid citric từ nấm mốc Aspergillus niger từ các
nguồn nguyên liệu rẻ tiền như mật rỉ, tinh bột sắn, ngô,... thu hồi acid citric nhiều hơn
và hạn chế sử dụng các loại hoá chất tổng hợp hoá học gây hại trong thực phẩm cho
con người.


2
7 __ Chương
rpẠ_
____Ạ
A _ _• 1 _•>_ • _
Tông quan vê acid citric

1.1.

Khá i qu át

Acid citric là một acid hữu cơ phổ biến trong thực vật nó có nhiều trong nước chanh
(6%) , nước lựu (9%), trong quả cam, quýt, dứa, dâu tây,... Acid citric được dùng
nhiều trong công nghiệp thực phẩm làm nước giải khát, bánh kẹo, đồ hộp, trong y
dược, dệt, nhuộm, nghề ảnh, nghề in...
Nước lựu
Nước d a
Nước cam Hình 1: Một số sản phẩm chứa
Nước
acidchanh
citric
Acid citric có công thức chung là C6H8O7. Acid citric là sản ph ẩm kết tinh trong
suốt, không màu hoặc ở thể rắn dạng viên màu trắng; điểm nóng chảy 1530C, tỷ trọng
1.542; ở 1000C bị dung giải; ở trong 1500C bị bay hơi thành acid citric khan.


1.2.

Tên gọi
Tên theo IUPAC: Axit 2-hydroxypropan-1,2,3-tricacboxylic
Tên thông thường: Axit chanh Công
thức phân tử: C6H8O7 Khối lượng
phân tử: 192.13 g/mol Có dạng:
Tinh thể mà u t rắng Nhiệt độ nóng
chảy: 1530C Nhiệt độ sôi: 175oC
(phân hủy)

Hình 2: Công thức cấu tạo của acid citric
(Nguồn: />
1.3.

Tính Chất
Tính acid của axit citric là do ảnh hưởng của nhóm carboxyl - COOH, mỗi nhóm
carboxyl có thể cho đi một proton để tạo thành ion citrat Các muối citrat dùng làm
dung dịch đệm rất tốt để hạn chế sự thay đổi pH của các dung dịch acid.
Các ion citrat kết hợp với các ion kim loại để tạo thành muối, phổ biến nhất là muối
canxi citrat dùng làm chất bảo quản và giữ vị cho thực phẩm. Bên cạnh đó ion citrat
có thể kết hợp với các ion kim loại tạo thành các phức dùng làm chất bảo quản và làm
mềm nước.
Ở nhiệt độ phòng thì acid citric tồn tại ở dạng tinh thể màu trắng dạng bột hoặc ở
dạng khan hay là dạng monohydrat có chứa một phân tử nước trong mỗi phân tử của
acid citric. Dạng khan thu được khi acid citric kết tinh trong nước nóng, trái lại dạng
monohydrat lại kết tinh trong nước lạnh. Ở nhiệt độ trên 74°C dạng monohydrat sẽ
chuyển sang dạng khan.
Về mặt hóa học thì acid citric cũng có tính chất tương tự như các acid carboxylic
khác. Khi nhiệt độ trên 1750C thì nó phân hủy tạo thành CO2 và nước.
Chương 3
Tổng quan về công nghệ sản xuất acid citric
Trước kia acid citric chỉ được sản xuất từ chanh, nhưng giá thành cao, hiệu suất thu
hồi thấp. Hiện nay người ta dùng phương pháp oxy hoá gluxit để tạo thành acid citric
nhờ nấm mốc, hơn 90% acid citric được sản xuất theo phương pháp lên men.


Hình 3: Một số loạ i t rá i cây rất gi à u hàm lượng acid citric cần d ùng cho lên
men
.1. Yêu cầ u đối vớ nguyên l i ệu lên men aci d cit ri c
Nguyên liệu phải đảm bảo đủ lượng đường cho vi sinh vật phát triển.
Giống vi sinh vật dùng trong sản xuất acid citric phải đảm bảo các yêu cầu sau:
• Có khả năng tạo acid citric rất mạnh.
• Có khả năng chịu được môi trường acid khi lượng acid citric tăng cao.
• Ít tạo ra những acid hữu cơ khác như: acid oxalic, acid gluconic, acid fumaric.

3.2.
Một số nguyên l i ệu gluxit
3.2.1.
Mật rỉ
Mật rỉ là một phụ phẩm của ngành sản xuất đường, là sản phẩm cuối cùng của quá
trình sản xuất đường mà từ đó đường không c òn có thể kết tinh một cách kinh tế nữa
bởi các công nghệ thông thường. Thành phần chính của mật rỉ là đường, chủ yếu là
sucroza với một ít glucoza và fructoza. Nói chung, sản lượng mật rỉ bằng khoảng 1/3
sản lượng đường sản xuất.
Cứ khoảng 100 tấn cây mía đem ép thì có 3 - 4 tấn rỉ mật được sản xuất.
3.2.2.
Tinh bột sắn
Độc tố trong sắn có tên chung là Phazeolunatin chứa nhiều trong sắn đắng, chủ yếu ở
vỏ và cùi, hàm lượng của Phazeolunatin vào khoảng 0,001 - 0,04%. Phazeolunatin
không độc nhưng khi bị thủy phân thì các glucozit này sẽ giải phóng HCN, là một
chất gây độc cho cơ thể. Tuy nhiên dễ bay hơi và dễ hò a tan trong nước lạnh hay
nước vơi nên dễ loại bỏ.
Sắn thái lát, phơi khô giảm đáng kể số lượng HCN.
3.2.3.
Ngô
Hạt ngô gồm hai phần chính: Phôi và nội nhũ. Phôi chiếm 10 - 13% trọng lượng hạt,
nội nhũ chiếm 83 - 85%, vỏ chiếm 2 - 5%.
3.3.3.
Phân tích chọn nguyên l í ệu thích hợp cho việc sản xuất acid citric
Hàm lượng gluxit có trong ngô là cao nhất (67,9%), tiếp đến là mật rỉ, khoai lang, sắn,
và cuối cùng là khoai tây. Tuy nhiên bản chất của lên men citric là quá trình oxy hóa
đường thành acid citric dưới tác dụng của vi sinh vật mà trong các nguyên liệu tinh


bột (ngô, sắn, khoai,...) muốn sản xuất ra acid citric cần phải trải qua giai đoạn thủy

phân tinh bột thành đường, từ đường dưới tác dụng của vi sinh vật tạo thành acid
citric rất mất nhiều thời gian và chi phí, trong khi đó mật rỉ thành phần hóa học chủ
yếu là đường vi sinh vật sẽ trực tiếp sử dụng đường để tạo thành acid citric.
Mặt khác mật rỉ là nguyên liệu rẻ tiền dễ kiếm do đó mật rỉ là nguyên liệu được sử
dụng nhiều hơn trong việc sản xuất acid citric, tuy nhiên cần xử lí mật rỉ trước khi sử
dụng vì trong mật rỉ chứa chất màu, hệ keo, đặc biệt là kim loại nặng ảnh hưởng đến
quá trình lên men, ức chế vi sinh vật phát triển.
3.3.
Vi sinh vật
Aspergillus niger là một loại nấm sợi và là một trong những loài phổ biến nhất của
các chi Aspergillus có nhiều ứng dụng trong công nghệ sinh học, nhiệt độ tối ưu ở 35 370C, pH từ 1,4 - 9,8. Nó gây ra một c ăn bệnh được gọi là nấm mốc đen trên một số
loại trái cây và rau quả như nho, hành tây, đậu phộng, và là một chất gây ô nhiễm phổ
biến của thực phẩm.
Aspergillus niger là vi sinh vật hiếu khí phát triển trên các chất hữu cơ, do đó nó có
thể được tìm thấy gần như ở khắp mọi nơi trong môi trường có chứa đất. Ngoài ra, nó
được tìm thấy trong chất thải, nguyên liệu thực vật phân hủy và phân hữu cơ trong
môi trường ngoài trời. Môi trường ẩm trong nhà tạo ra một môi trường sống tốt cho
sự phát triển của nấm mốc. Chẳng hạn như trong các lĩnh vực hộ gia đình thông
thường, trên các bức tường trong phòng tắm hoặc các khu vực khu vực khác có
mositure.
3.4.
Cơ sở lý thuyết và cơ chế hình thành aci d nít rit
3.4.1.
Cơ s ở lý thuyết của quy t rình lêm men aci d cit ri t
Trong quá trình này glucose được chuyển hoá thành axit pyruvic theo con đường
EMP (Embden-Mayerhof-Parnas) , sau đó axit pyruvic tiếp tục chuyển hoá thành axit
citric. Phương trình tổng quát của quá trình này như sau: 2C6HÌ2Ơ6 + 302 ^
6C6H8O7 + 4H2O Glucose
Acid citric
Các loại vi sinh vật để sản xuất acid citric: Aspergillus niger, Aspergillus clavarus,

Penicillium citrinum, Mucor piriformis và những loài Mucor khác. Những chủng
Aspergillus cho kết quả cao nhất.
3.4.2.
Cơ chế hình hành ac c c
Phương trình chung của quá trình chuyển hoá đường thành acid citric là: 2C6H12O6
+ 3O2 ^ 2C6H8O7 + 4H2O Cơ chế của sự chuyển hoá này có thể được biểu diễn
như sau:
Đường C H O thuỷ phần thành acid pyruvic (CH3COCOOH)
CH3COCOOH + CO2 ^ HOOCCH2COCOOH
Acid oxaloacetic
6

12

6


HOOCCH COCOOH + CH COOH ^ CH COOHCOHCOOHCH COOH
Acid citric
3.5.
Các yếu tố ảnh hưởng đến qu á t rình s ản xuất acid citric
3.5.1.
Vi sinh vật
Vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong quá trình lên men. Do đó cần lựa chọn vi
sinh vật phù hợp cho quá trình lên men citric, thông thường để quá trình tổng hợp acid
citric xảy ra mạnh thì vi sinh vật phải có khả năng tạo ra acid cao, nếu khả năng tạo ra
acid của vi sinh thấp thì không thể sản xuất ra một lượng lớn acid citric được; mặt
khác vi sinh vật phải có khả n ăng chịu được acid khi lượng acid tăng cao nếu không
trong quá trình lên men acid hình thành lớn vi sinh vật sẽ chết và sẽ ức chế khả năng
tạo acid citric, ngoài ra chủng vi sinh vật sử dụng cần phải ít tạo ra những acid hữu cơ

khác như: acid oxalic, acid gluconic, acid fumaric vì nếu các acid này hình thành
nhiều sẽ gây ảnh hưởng đến chất lượng của acid citric.
3.5.2.
Nguyên l i ệu
Nguyên liệu thích hợp cho sản xuất acid citric là nguyên liệu chứa nhiều đường (ví
dụ: mật rỉ,...) vì sinh vật sẽ oxi hóa đường để tạo thành acid citric, Nồng độ axit citric
cao nhất đạt được nếu phát triển ở môi trường có nồng độ đường ban đầu cao (15 20% w/v), nếu không đủ lượng đường cho vi sinh vật sử dụng thì khả năng tổng hợp
acid citric kém, ngoài ra nguyên liệu phải không lẫn nhiều tạp, chất kim loại nặng đặc
biệt là sắt nếu hàm lương sắt quá giới hạn thì cần phải loại bỏ.
3.5.3.
Môi trường d i nh d ưỡng
Nấm mốc cần đường, tinh bột và các muối vô cơ. Trong điều kiện thường nấm mốc
chỉ phát triển sinh khối tạo ra rất ít axit citric. Trong trường hợp môi trường nhiều
cabon và ít nitơ (lượng đường 4 - 20%, nitơ 0,0 7 %, ngoài ra c òn bổ sung thêm
nguyên tố khoáng như P, Fe, Zn...) thì quá trình tổng hợp axit citric xảy ra mạnh.
3.5.4.
pH môi t rường
pH thích hợp để tạo thành axit citric từ 3 - 4, tùy thuộc vào chủng nấm mốc sử dụng.
Ta có thể axit hoá môi trường bằng HCl, pH môi trường phụ thuộc vào nguồn nitơ.
Nếu sử dụng NH4NO3 thì pH thích hợp là 3, nếu sử dụng NH Cl thì pH thích hợp là
4. Trong quá trình lên men do sự tạo thành axit citric nên pH giảm mạnh, vì vậy cần
phải điều chỉnh pH của môi trường cho thích hợp.
3.5.5.
Sự thoáng khí
Quá trình oxi hoá cần một lượng lớn oxy, vì vậy cần phải cung cấp không khí cho quá
trình lên men bằng cách thông thoáng khí môi trường. Ngoài ra sự thông thoáng khí
còn giảm lượng khí cacbonic trong môi trường.
2

3

2

2

4


3.6. Các yếu tố quyết định đến qu á t rình s ản xuất acid citric
3.6.1.
Môi t rường thức ă n
Bao gồm đường, các hợp chất hữu cơ, vô cơ. Để nuôi cấy Aspergillus niger sử dụng
môi trường có thành phần (g/l ): s accaroza - 140; NH NO - 2,23; KH2PO4 - 1;
MgSO4.7H2O - 0,23.
3.6.2.
Môi t rường lên men
Nước 1000 ml + đường 150 g + NH Cl 1,9 g và bổ sung Zn s O làm tăng khả năng
tích lũy acid citric. pH của môi trường:
• Để nấm mốc phát triển tốt giữ pH = 6.
• Để lên men tốt giữ pH = 3,4 - 3,5.
• Để điều chỉnh pH thường dùng HCl.
ì điều kiện môi trường để nấm phát triển và để thu acid citric là khác nhau nên trong
sản xuất phải chuẩn bị môi trường cho nấm phát triển đầy đủ, sau đó điều chỉnh môi
4

4

3

4

trường thích hợp để lên men citric.
3.6.3.
Sự thoáng khí
Tất cả mixen của nấm mốc là loại hiếu khí điên hình, rất cần oxy tự do. Trong sản uất
có thể thực hiện được bằng quạt gió vô trùng vào ph ng lên men hoặc thổi khí vô
trùng vào dịch lên men.
3.6.4.
Ánh hưởng của nhi ệt độ
Nhiệt độ thích hợp khoảng 31 - 370C. s inh khối nấm mốc phát triển mạnh ở 34 370C. Để tạo ra nhiều acid cần duy trì nhiệt độ 31 - 320C. Nhiệt độ thấp hơn thì tích
lũy nhiều acid gluconic. Nhiệt độ cao hơn thì việc tạo acid citric bị kìm h m.
Thời gian nuôi cấy từ 7 đến 10 ngày.
Trong thực tế sản xuất người ta thường thổi không khí vô trùng vào dịch lên men.
Nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men tạo axit citric là 31 - 370C. Thấp hơn thì tạo
axit gluconic, cao hơn thì việc tạo axit citric bị kìm hãm. Thời gian lên men khoảng 7
- 10 ngày.
3.6.5.
Thờ gi an lên men
Thời gian tối ưu để quá trình sản xuất axit citric đạt tối đa phụ thuộc vào
chủng được sử dụng, thành phần hóa học của môi trường, hệ thống lên men,
và nói chung, các điều kiện theo đó quá trình lên men diễn ra. Trong quá trình
lên men bề mặt, thời gian lên men thường được hoàn thành trong 10-20
ngày, trong khi ở quá trình lên men chìm thời gian ủ ngắn hơn nhiều khoảng
từ (510 ngày). Trong quá trình lên men trạng thái rắn thời gian lên men phụ
thuộc mạnh mẽ vào chất tiêm chủng được sử dụng, độ ẩm bề mặt, độ pH ban
đầu, nhiệt độ và lượng mẫu trong môi trường (ví dụ, vỏ hạt carob hoặc sung).
Trong trường hợp này, nồng độ tối đa acid citric đạt được từ trong khoảng 10
đến 15 ngày.

Chương 4
Công nghệ s ản xuất acid citric
s ản xuất acid citric có thể thực hiện theo phương pháp bề mặt hoặc cấy chìm. Trong
phương pháp nổi (bề mặt) mốc tạo thành màng nổi trên môi trường thức ăn; Trong
phương pháp chìm (cấy sâu) mốc tạo thành sợi nằm trong toàn bộ môi trường lỏng.
Phương pháp chìm có nhiều ưu việc hơn phương pháp nổi, cho phép tăng năng suất.
Hiện nay nuôi cấy chủ yếu bằng phương pháp chìm vì các công đoạn đều được thanh
trùng, tạo được chế độ công nghệ bền vững, rút ngắn được thời gian lên men, dễ tự động
hóa, giảm được lao động nặng nhọc.
4.1.
Công nghệ s ản X u ất acid citric
.1.1. Nu ôi cấy nấm mốc (nu ôi cấy t rong phò ng thí nghi ệm và nhân gi ong ong
ản ấ
Chuẩn bị dung dịch rỉ đường 3 - 4% trong thùng nuôi cấy ở nhiệt độ 35 - 380C. Bổ sung
dung dịch các chất dinh dưỡng vào thùng nuôi cấy. Chuyển men giống từ phòng thí
nghiệm vào theo tỷ lệ 3 gam bào tử khô/2 - 3 lít dung dịch rỉ đường. s au đó mở cánh
khuấy và cung cấp không khí vô trùng (nạp không khí và đảo trộn suốt quá trình nhân
giống). Duy trì áp suất trong thùng 0,1 - 0,2 at, t0 = 34 - 350C và thời gian 28 - 36 h.
Thời kỳ đầu cho oxy vào với lượng 9 - 10 m3/h, thời kỳ cuối (24 - 30 h) là 90 - 100
m3/h.
4.1.2.
Chu ẩn bị d ịch lên men
Trước hết phải dùng hơi cao áp để tiệt trùng thiết bị và đường ống.
Rỉ đường được pha thành hai loại nồng độ: nồng độ 3 - 4% để nuôi cấy mốc giống và
lên men ban đầu. Nồng độ 25 - 28% để bổ sung trong quá trình lên men.
Để pha chế dịch lên men, dùng nước vô trùng trộn với dung dịch các muối dinh dưỡng
và rỉ đường rồi khuấy đều.
Môi trường 3 - 4% được pha chế trong thiết bị lên men. s au đó cho mốc giống từ thiết bị
nuôi cấy vào và tiếp tục khuấy trộn trong 30 phút.
4.1.3.

Lên men
Trong quá trình lên men, lượng đường giảm nhanh, để bù lại dùng dung dịch rỉ có nồng
độ 25 - 28% để bổ sung gián đoạn vào thiết bị lên men.
Thời kỳ đầu giữ ở 33 - 340C, khi tạo acid mạnh thì giữ ở nhiệt độ 31 - 320C. Thời kỳ
đầu cung cấp 100 m3 /h (thể tích thiết bị 50 m3).
Thời kỳ cuối 800 - 1000 m3/h.
4.1.4.
Tách nấm mốc
Kết thúc quá trình lên men bằng cách kiểm tra mẫu. Nếu hai mẫu kiểm tra cách nhau 4 6 h mà có độ acid như nhau thì coi như kết thúc quá trình lên men.
Thời gian lên men có thể kéo dài 5 - 10 ngày, phụ thuộc vào hoạt lực của nấm mốc. Khi


kết thúc quá trình lên men thì đun nóng dịch lên men 60 - 65 C và chuyển vào thùng
trung gian để tách nấm mốc. Nấm mốc được tách trên máy lọc chân không.
4.1.5.
Tạo canxi citrat
Dung dịch đã lên men là hỗn hợp gồm: acid citric, acid gluconic, acid oxalic, đường
không lên men và các hợp chất khoáng.
Tách acid citric bằng cách cho liên kết với cation canxi để tạo muối ít tan canxi citrat.
Dung dịch đã lên men cho vào thiết bị trung hò a và đun sôi. s au đó mở cánh khuấy và
cho sữa vôi vào để trung hò a. Quá trình trung hò a được kết thúc khi pH = 6,8 - 7,5.
Khi trung hoà tạo thành:
C6H O7 + 3Ca(OH)2 ^ Ca3(C6^O7M + 6H2O Acid
citric
Canxi citrat
2C6H12O7 + Ca(OH)2 ^ Ca(C6H„O7)2 + 2H2O Acid
gluconic
Canxi gluconat
C2H2O4 + Ca(OH)2 ^ CaCOịị + 2H2O Acid
oxalic

Canxi oxalat
Dùng thiết bị lọc chân không tách các chất kết tủa can i citrat và can i o alat rồi đem sấy
khô.
4.1.6.
Tách canxi citrat
Dùng H SO để tách canxi citrat (trong thiết bị tách có cánh khuấy, ống phun hơi và thoát
hơi). Đầu tiên cho nước vào thiết bị 0,25 - 0,5 m3/1 tấn acid citric chứa trong citrat, mở
cánh khuấy và cho chất kết tủa vào. Để làm trong acid citric dùng than hoạt tính với
lượng 2% so với lượng acid citric trong citrat. s au đó đem đun nóng lên 60 C và cho
H SO có tỷ trọng 1,8 - 1,8 4 vào (0,425 lít H SO /1kg acid citric có trong citrat). Khuấy
đều rồi đun sôi 10 - 15 phút.
Ca3(C6H5O7)2 + 3H2SO4 ^ 2C6H8O7 + 3CaSO4 Để tách canxi
oxalat khi có mặt acid citric, sử dụng 1 lượng dư acid sunfuric, khi đó canxi oxalat sẽ kết
tủa cùng với thạch cao được tạo thành và lúc đó trong dung dịch chỉ c ò n acid citric. Để
tách dung dịch acid citric khỏi kết tủa có chứa thạch cao, canxi oxalat, than, các hợp chất
sunfua của kim loại nặng. Chuyển hỗn hợp vào lọc chân không, dung dịch sau khi lọc
đem sấy.
0

8

2

4

0

2

4

2

4


4.1.7.

Sấy d u ng d ịch acid cit ri c t rong thiết bị s ấy chân không
Giai đoạn đầu sấy đến tỷ trọng 1,24 - 1,26
Giai đoạn hai sấy đến tỷ trọng 1,32 - 1,36 tương ứng với nồng độ 8 0%.
4.1.8 . Kết ti nh và s ấy khô acid citric
Khi nhiệt độ của dung dịch 35 - 370C thì cho mầm kết tinh (tinh thể acid citric) vào
để kết tinh và tiếp tục làm nguội 8 - 100C và cho khuấy liên tục trong 30 phút. s au
đó cho qua thiết bị ly tâm để tách tinh thể rồi đưa đi sấy khô (dùng thiết bị sấy kiểu b
ăng tải, tác nhân sấy là không khí với nhiệt độ không quá 35 0C).
4.2.
Sản xuất acid citric bằng nấm mốc Aspergillus niger
4.2.1. Môi trường lên men
Hìnhphần
4: Aspergilus
Bảng 1: Thành
môi trườngniger
sử dụng trong phòng thí nghiệm và trong sản xuất acid
citric bằng nấm mốc Aspergillus niger.______________________________________
Thành phần
Khoảng gi á t rị
Gi á t rị chung
Sucrose hoặc glucose

125-225 kgm-3

180 kgm-3

NH4NO3 (hoặc muối NH4+khác)

0.5 - 3.5 kgm-3

1.5 kgm-3

KH2PO4
MgSo4.7H2O
Fe<2+

0.5 - 2 kgm-3
0.1 - 2.0 kgm-3
2 - 1300 mgm-3

0.5 kgm-3
0.25 kgm-3
< 200 mgm-3

Zn2+

0-2900 mgm-3

200-1500 mgm-3

Cu2+
Mn2+

1-10200 mgm-3
0-46 mgm-3

200-1500 mgm-3
<2 mgm-3


4.2.3.

Q u á t rình lên men
Thực hiện trong điều kiện vô trùng, chuyển bào tử từ giống gốc sang môi trường Agar.
Sau 3 - 6 ngày nuôi cấy ở nhiệt độ 30 C, bào tử được thu hoạch và nuôi cấy trên môi
trường tinh bột để khoảng 10 bào tử cho 1cm môi trường.
Sinh khối có thể được truyền trực tiếp từ nồi lên men dung tích 10 - 20 cm để tạo giống
dạng hạt chứa 1 - 5.10 hạt cho 1 lít môi trường. Giống dạng hạt được được tiếp sang
môi trường sang môi trường công nghiệp với nồng độ 5 - 10% (v/v).
Nhiệt độ lên men trong khoảng 28 - 35 C
pH môi trường cần được khống chế ở giá trị 2,2 - 2,6 bằng việc bổ sung kiềm
NH3
Với tốc độ sinh acid citric trong lên men công nghiệp nấm mốc sẽ có nhu cầu oxy là 0,3
- 0,5 kgm h
pH thấp và nồng độ oxy hoà tan cao đóng vai trò quyết định
pH quá thấp sẽ hạn chế sinh tổng hợp acid citric
Quá trình bọt được khống chế bằng việc bổ sung các chất phá bọt
4.2.4.
Thu hồi và ti nh chế acid citric
Thu hồi acid citric có thể được thực hiện 1 trong 3 phương pháp:
• Kết tinh trực tiếp khi cô đặc dịch lọc
• Kết tủa ở dạng tetrahydrate citrat canxi

• Chiết pha lỏng
Phương pháp phổ biến nhất là kết tủa citrat
Sinh khối nấm và các chất không tan được lọc dùng hệ thống lọc b ăng liên tục. Canxi
citrat được kết tủa từ dịch lọc bằng cách bổ sung canxi hydroxit
• Ở nhiệt độ 70 C, sản phẩm chủ yếu là tricancium citrate tetrahydrat vô định hình.
• Ở nhiệt độ 90 C, sản phẩm chủ yếu lại là dicancium hydro citrate tetrahydrat tinh
thể
Lượng acid citric c òn sót lại trong dịch lọc có thể được kết tủa một lần nửa bằng cách
bổ sung thêm vôi cho tới khi pH đạt giá trị 5,8 Phần kết tủa được lọc tiếp bằng một b ng
lọc khác và phần dịch lọc loại bỏ. Kết tủa ở dạng dicancium hydro citrate sử dụng ít
cancihydroxit hơn và tương tự như vậy cũng cần ít acid sunfuric hơn trong quá trình
chuyển hoá tiếp theo. Việc rửa phần kết tủa nhằn loại bỏ các tạp chất bàm theo như
đường, protein thuỷ phân từ sinh khối nấm.
Các tinh thể sau khi rửa và acid sulfuric 9 8 % được đồng thời vào hổn hợp chứa 40%
acid citric và tủa dihydrat sulphate canxi.
Dịch lọc được xử lí loại màu bằng than hoạt tính. s au đó các ion kim loại, sulfat canci c
òn sót được loại bỏ bởi cột trao đổi cation mạnh và anion yếu. Dung dịch sau đó được cô
tới nồng độ 700 kgm-3 và chuyển vào hệ thống kết tinh chân không hoạt động ở nhiệt độ
0

11

3

3

5

0

-3

-1

0

0


350C hoặc 620C.
Tinh thể acid citric được tách bằng ly tâm và làm khô trong hệ thống sấy tầng sôi 2 giai
đoạn
Giai đoạn đầu sử dụng khí nóng 900C và giai đoạn 2 sử dụng khí ở nhiệt độ 200C với độ
ẩm tương đối là 30 - 40%.
Khoảng 20% dịch gốc được hoà lo ãng với nước rửa thiết bị, loại màu, và chuyển ngược
về bước xử lí bằng canci hydroxit. Phần c òn lại của dịch gốc được loại kháng, loại màu
và quay về bộ phận kết tinh

Hình 5: Tinh thể acid citric
Trong quy trình tách chiết pha lỏng, acid citric được tách từ dịch lên men sử dụng hổn
hợp trilauryl amine, n-octan và C10 hoặc C11 isoparafin.
Dịch chiết được gia nhiệt và rửa bằng nước theo chiều ngược và tạo sản phẩm là acid
citric. Dịch thu acid sau đó được xử lí bằng cột than hoạt tính, cô đặc và kết tinh như
trong quy trình.


Rỉ

Hình 6: Sơ đồ qu y t rình s ản xuất acid citric bằng nấm Aspergillus niger

Chương 5
Ứng dụng của acid citric trong thực phẩm và công nghiệp

5.1.

Trong thực phẩm
Với vai trò là một chất phụ gia thực phẩm, acid citric được dùng làm gia vị, chất bảo
quản thực phẩm và đồ uống, đặc biệt là nước giải khát, nó mang mã số E3305.
Muối Citrat của nhiều kim loại được dùng để vận chuyển các khoáng chất trong các
thành phần của chất ăn kiêng vào cơ thể.
Acid citric được sử dụng trong sirô, chất làm se, loại viên sủi và loại thuốc bột. Nó cũng
được sử dụng trong truyền máu.
Acid citric cũng được cho vào thành phần của kem để giữ các giọt chất béo tách biệt.
Ngoài ra nó cũng được thêm vào nước ép chanh tươi.
5.2.
Trong công nghiệp
Tính chất đệm của các phức Citrat được dùng để hiệu chỉnh độ pH của chất tẩy rửa và
dược phẩm. Citric acid có khả năng tạo phức với nhiều kim loại có tác dụng tích cực
trong xà phòng và chất tẩy rửa. Bằng cách phức hóa các kim loại trong nước cứng, các
phức này cho phép các chất tẩy rửa tạo nhiều bọt hơn và tẩy sạch hơn mà không cần làm
mềm nước trước.
Bên cạnh đó acid citric c òn dùng để sản xuất các chất trao đổi ion dùng để là mềm nước
bằng cách tách ion kim loại ra khỏi phức Citrat. Acid citric được dùng trong công nghệ
sinh học và công nghiệp dược phẩm để làm sạch ống dẫn thay vì phải dùng acid nitric.
Acid citric là một trong những hóa chất cần thiết cho quá trình tổng hợp Hexametylen
triperoxit diamin (HMDT) là một chất dễ phát nổ giống Axeton peroxit, nhạy với nhiệt
và ma sát. Ở một số nước nếu bạn mua một số lượng lớn acid citric bạn sẽ bị liệt kê vào
sổ đen của các âm mưu khủng bố.
Ngoài ra, ở Anh, acid citric được dùng làm chất đệm để cho heroin nâu dễ hò a tan hơn.

Một túi acid citric loại nhỏ được dùng để ép người nghiện thay kim tiêm b ẩn bằng một
cái sạch hơn nhằm hạn chế sự lây nhiễm của AID s và bệnh viêm gan. Các acid khác
dùng để hò a tan heroin nâu là ascobbic, axetic và acid lactic, trong trường hợp thiếu
thuốc con nghiện sẽ tiêm nước chanh vắt thay giấm.
Chương 6
Kết luận và kiến nghị

5.1.

Kết luận
Nhận thấy được tầm quan trọng và nhiều ứng dụng của acid citric trong đời sống và
trong sản xuất công nghiệp.
Sản xuất acid citric từ nấm mốc Aspergillus niger tận dụng được nguồn nguyên liệu, rẻ
tiền, dễ kiếm lại thu hồi sinh khối cao.


5.2.

Kiến nghị
Cần có nhiều đề tài, công trình nghiên cứu và tài liệu về acid citric cũng như mở rộng
nghiên cứu nguồn vi sinh vật trong sản xuất acid citric.
Quá trình lên men sản xuất acid citric có thể thực hiện và sản xuất tại Trường Đại học
An Giang.


Tà i l iệu tham khảo
Nguyễn Đức Lượng (2002), Vi sinh vật trong công nghiệp (Công nghệ vi sinh tập 2),
Thành phố Hồ Chí Minh: Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí
Minh.
Bùi Ái (2005), Công nghệ lên men ứng dụng trong công nghệ thực phẩm, Thành phố

Hồ Chí Minh: Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh.
Nguyễn Thị Kim Ngân (2009), Nghiên cứu khả năng sinh Aspergillus niger
pectinmethylesterase trên cơ chất bã táo, Luận văn tốt nghiệp Kỹ sư ngành
Công nghệ Thực phẩm, Khoa Nông nghiệp và s inh học ứng dụng, Trường Đại
học Cần Thơ.
Bảng dữ liệu an toàn acid citric (2012), Khoa xét nghiệm, Viện Vệ sinh y tế Công
cộng thành phố Hồ Chí Minh.