Đề tài sản xuất vitamin b12 trên quy mô công nghiệp

Công nghệ lên men thực phẩm

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

MỤC LỤC
PHẦN I: TỔNG QUAN .......................................................................................................... 4
I. GIỚI THIỆU CHUNG...................................................................................................... 4
II.

VITAMIN B12 ............................................................................................................. 5
1. Giới thiệu chung .......................................................................................................... 5
2. Tính chất của vitamin B12 ............................................................................................ 5
3. Sản xuất vitamin B12 trên quy mô công nghiệp ....................................................... 7

PHẦN II: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT ................................................................................ 9
I.

VI SINH VẬT ................................................................................................................ 9
1. Yêu cầu về nguyên liệu ............................................................................................... 9
2. Vi sinh vật sản xuất vitamin B12 ............................................................................... 9

II. RỈ ĐƢỜNG .................................................................................................................... 14
III. HÈM RƢỢU ................................................................................................................. 15
IV. DỊCH WHEY ................................................................................................................ 16
PHẦN III: SẢN XUẤT .......................................................................................................... 19
I.

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ VI SINH VẬT .... 19
1. SƠ ĐỒ KHỐI .............................................................................................................. 19
2. SƠ ĐỔ THIẾT BỊ ........................................................................................................ 20

II. GIẢI THÍCH C[C GIAI ĐOẠN ................................................................................. 21
1. NHÂN GIỐNG ......................................................................................................... 21
2. CHUẨN BỊ MÔI TRƢỜNG LÊN MEN ................................................................ 24
3. LÊN MEN .................................................................................................................. 26
4. LY TÂM ..................................................................................................................... 30
5. ACID HÓA ................................................................................................................ 31
6. HẤP PHỤ .................................................................................................................. 32
7. GIẢI HẤP .................................................................................................................. 34
8. CÔ ĐẶC..................................................................................................................... 35
9. KẾT TINH ................................................................................................................. 36
10. LY TÂM ..................................................................................................................... 38
11. SẤY ............................................................................................................................. 39

1


Công nghệ lên men thực phẩm

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

Phần IV: SẢN PHẨM ............................................................................................................ 41
Phần V: THÀNH TỰU CÔNG NGHỆ ............................................................................... 45
I. Nghiên cứu kh{m ph{ ra bí ẩn cuối cùng của qu{ trình sinh tổng hợp ............... 45
II. Kỹ thuật đột biến gen vi sinh vật sản xuất vitamin B12 ......................................... 46
III. Nghiên cứu việc ổn định thuốc viên nén vitamin B1+B6+B12: ............................ 51
IV. Sản phẩm Tempeh ....................................................................................................... 53
PHẦN VI: PHỤ LỤC ............................................................................................................ 60
I. Folic acid & vitamin B12 injection .............................................................................. 60
II. Vitamin B12 1000µg/1ml-Thuốc tiêm ........................................................................ 60
III. Viên nén vitamin B12 .................................................................................................. 61

PHẦN VII: TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 62

2


Công nghệ lên men thực phẩm

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

Lời mở đầu
Vitamin B12 là một loại vitamin rất cần thiết cho cơ thể con ngƣời. Trong
cơ thể, nó tồn tại dƣới dạng bốn dẫn xuất m| ngƣời ta gọi là cobalamin và hoạt
động nhƣ c{c yếu tố enzyme. Đã có nhiều nghiên cứu chứng minh tác dụng
của viatmin B12 trong việc chữa trị bệnh thiếu máu ác tính và các bệnh về viêm
dây thần kinh.
Vitamin B12 chỉ có nhiều trong các thực phẩm đi từ nguyên liệu động
vật, thực vật chứa rất ít vitamin B12. Vì thế nhu cầu tổng hợp viatmin B12 trên
quy mô công nghiệp là thiết yếu, để bổ sung vitamin B12 cho những ngƣời ăn
chay trƣờng và chữa các loại bệnh do thiếu vitamin B12. Trong công nghiệp,
vitamin B12 hoàn toàn đƣợc tổng hợp bởi các vi sinh vật.
Chúng em xin c{m ơn thầy Lê Văn Việt Mẫn đã tạo điều kiện cho chúng
em có dịp tìm hiểu và thực hiện đề tài tiểu luận Sản xuất vitamin B12 trên quy
mô công nghiệp, để chúng em đ{p ứng yêu cầu và nắm vững hơn những kiến
thức của môn học Công nghệ lên men. Trong quá trình thực hiện mặc dù
chúng em đã cố gắng hết sức nhƣng cũng không thể tránh khỏi sai sót, c{m ơn
thầy đã tận tình giúp đỡ và sửa chữa để bài làm của chúng em đƣợc hoàn
chỉnh hơn.
Nhóm thực hiện

3

Công nghệ lên men thực phẩm

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

PHẦN I: TỔNG QUAN

I. GIỚI THIỆU CHUNG
Vitamin l| chất hữu cơ không cung cấp năng lƣợng cho tế b|o trong qu{
trình ph{t triển. Tuy nhiên, vai trò của vitamin lại vô cùng quan trọng cho
hoạt động sống của tế b|o: vitamin thúc đẩy c{c qu{ trình trao đổi chất v| l|
th|nh phần không thể thiếu đƣợc trong cấu tạo của nhiều loại enzym. Do đó
việc nghiên cứu, sản xuất vitamin trở nên rất cần thiết. Vitamin đƣợc sử dụng
chủ yếu ở ba lĩnh vực:
 Y học.
 Thực phẩm cho ngƣời.
 Thức ăn gia súc.
C{c nh| khoa học đã {p dụng nhiều phƣơng ph{p kh{c nhau trong công
nghệ sản xuất vitamin. Bao gồm c{c phƣơng ph{p sau:
 Chiết rút từ nguồn nguyên liệu thực vật v| động vật.
 Tổng hợp hóa học.
 Tổng hợp sinh học.
Cả ba phƣơng ph{p đều có những ƣu v| nhƣợc điểm riêng, v| mỗi
phƣơng ph{p cho ra những vitamin riêng. Do đó để sản xuất vitamin từ c{c
nguồn nguyên liệu v| phƣơng ph{p kh{c nhau, ngƣời ta thƣờng nhắm v|o
hiệu quả của phƣơng ph{p, trong đó gi{ th|nh đóng vai trò quan trọng cho
việc quyết định phƣơng ph{p sản xuất.
Công nghệ sản xuất vitamin theo phƣơng ph{p sinh học chỉ tập trung
v|o một số vitamin đặc trƣng v| có hiệu quả nhất, bao gồm vitamin B12,

vitamin B2, hỗn hợp vitamin D2 và các vitamin nhóm B khác.

4


Công nghệ lên men thực phẩm

II.

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

VITAMIN B12
1. Giới thiệu chung


Thuật ngữ vitamin B12 rất rộng, dùng để chỉ những hợp chất có chứa

cobalamin vì trong ph}n tử của nó có chứa kim loại Coban. Tại hội nghị
quốc tế về hóa sinh năm 1961, c{c nh| b{c học đã đề nghị gọi tên nhóm
vitamin B12 là corinoit. Hiện nay ngƣời ta biết khoảng 100 loại chất tƣơng tự
vitamin B12 trong số đó có c{c chất quan trọng thƣờng gặp nhƣ
cyancobalamin (B12), hydroxycobalamin (B12 ‚b‛), nitritocobalamin (B12 ‚c‛).
Hợp chất corinoit bị loại mất coban đƣợc gọi l| corin, còn acid corinic là
corin có cả c{c nh{nh bên. Dạng tự nhiên của những hợp chất cobalamin l|
adenosylcobalamin, methylcobalamin và hydroxocobalamin.


Cyanocobalamin, đƣợc định nghĩa l| vitamin B12, l| một hợp chất

cobalamin bền vững, đƣợc sản xuất ở quy mô công nghiệp nhƣng không

tìm thấy trong tự nhiên. Vitamin B12 l| một vitamin quan trọng để chữa
bệnh thiếu m{u nguy hiểm v| bệnh viêm d}y thần kinh ngoại biên, đồng
thời nó cũng l| một vitamin quan trọng cần bổ sung trong khẩu phần ăn
động vật v| cả con ngƣời.


Bởi vì tổng hợp vitamin B12 bằng phƣơng ph{p hóa học khó khăn v|

tốn kém nên ngƣời ta thƣờng sản xuất vitamin B12 đại trà bằng phƣơng
pháp lên men vi sinh vật gi{n đoạn hoặc kết hợp gi{n đoạn và liên tục.
2. Tính chất của vitamin B12
 Vitamin B12 có công thức hóa học là C63H90N14O14PCo.
 Cấu trúc hóa học của vitamin B12 bao gồm:
- Một mặt phẳng chứa các vòng pyrol và nguyên tử coban chiếm vị
trí trung tâm của c{c 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 l| dimetyl
benzimidazol và thành phần đƣờng là -D-ribofuranoza.

5


Công nghệ lên men thực phẩm

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

Hình 1: Cấu trúc phân tử vitamin
 Vitamin B12 thƣờng ở dạng kết tinh, có kích thƣớc rất nhỏ, m|u đỏ
sẫm, không có mùi và vị.
 Tan trong nƣớc, trong các dung dịch trung tính, cồn; không tan trong

eter, acetol, benzen, clorofoc.
 Chúng bền nhiệt khi ở dạng cyamit, nhƣng khi tiếp xúc với kim loại
nặng thì rất dễ mất hoạt tính, vitamin B12 không bền trong môi trƣờng pH
kiềm.
Có thể nói vitamin B12 có ý nghĩa rất quan trọng trong qu{ trình trao đổi
chất: nếu thiếu hoặc không đủ vitamin B12 trong cơ thể con ngƣời v| động vật
sẽ g}y ra hiện tƣợng rối loạn trao đổi chất hydratcacbon v| axit béo. Cụ thể:
 Vitamin B12 tham gia v|o việc sinh tổng hợp enzym metyl
malomye – CoA - mutase v| rất nhiều enzym quan trọng kh{c. C{c enzym
n|y tham gia v|o c{c phản ứng chuyển metyl v| qu{ trình tổng hợp
methionin, cholin, thimin.

6


Công nghệ lên men thực phẩm

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

 Vitamin B12 tham gia v|o việc đảm bảo hoạt động của c{c cơ quan
tạo ra m{u v| l|m tăng cƣờng c{c phản ứng bảo vệ cơ thể. Thiếu vitamin sẽ
dẫn tới sự tho{i hóa mỡ ở gan.
 Cùng với methionin, vitamin B12 tham gia v|o qu{ trình trao đổi
nhóm methyl. Vitamin B12 giúp cơ thể tổng hợp methionin từ homosistein.

Hình 2. Phân tử vitamin B12
3. Sản xuất vitamin B12 trên quy mô công nghiệp
 Khi vitamin B12 đƣợc sản xuất theo quy mô công nghiệp thì ta phải
quan tâm, kiểm so{t đến c{c yếu tố nhƣ giống vi sinh vật, cơ chất sử dụng,
qu{ trình phản ứng v| qu{ trình thu nhận, tinh chế sản phẩm. Bản chất của

qu{ trình sản xuất theo quy mô công nghiệp l| sản phẩm của qu{ trình có
định hƣớng rõ r|ng, qui trình sản xuất đƣợc kiểm so{t từ kh}u sản xuất
giống đến qu{ trình lên men v| cuối cùng l| qu{ trình thu nhận sản phẩm.
 Nhƣ vậy qu{ trình lên men công nghiệp thực chất l| thực hiện v|
kiểm so{t những công việc sau:
 Tạo giống v| n}ng cao chất lƣợng giống.

7


Công nghệ lên men thực phẩm

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

 Tính to{n, thiết kế, chế tạo c{c thết bị lên men phù hợp với công
nghiệp v| sản phẩm.
 Thực hiện c{c kĩ thuật trong lên men.
 T{ch, thu nhận v| tinh chế sản phẩm.
- Để l|m đƣợc việc đó cần phải giải quyết hai vấn đề sau:
a) Kỹ thuật lên men: nghiên cứu điều kiện tối ƣu trong qu{ trình lên men
nhƣ thiết bị, công nghệ…nhằm đạt đƣợc hiệu suất cao cho c{c sản phẩm mong
muốn.
b) Kỹ thuật thu hồi sản phẩm sau lên men v| chế biến th|nh c{c dạng
thƣơng phẩm, nghiên cứu c{c điều kiện trích ly, tinh chế nhằm thu đƣợc c{c
chất có hoạt tính sinh học dạng tinh khiết. Nhiều kỹ thuật trong công nghiệp
hóa học nhƣ: lọc, kết tủa, ly t}m, kết tinh, hấp phụ, chƣng cất, sấy… đều đƣợc
sử dụng ở đ}y. Điều kiện kh{c nhau cần lƣu ý tới l| c{c chất có hoạt tính sinh
học thƣờng không bền vững với c{c điều kiện nhiệt độ, pH v| c{c yếu tố vật lý
khác.
- Điều kiện v| phƣơng ph{p nuôi cấy vi sinh vật có ảnh hƣởng đến sự hình

thành thành phần và tính chất của chất lỏng canh trƣờng. Các chế độ sinh tổng
hợp cần hƣớng tới kết quả thu nhận môi trƣờng có chất nền và những tạp chất
khác còn lại là tồi thiểu và có nồng độ các sản phẩm mong muốn là cực đại.

8


Công nghệ lên men thực phẩm

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

PHẦN II: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT
Sản xuất vitamin B12 trong công nghiệp đi từ nguyên liệu vi sinh vật v|
rỉ đƣờng hay hèm rƣợu, dịch whey.
I.

VI SINH VẬT

1. Yêu cầu về nguyên liệu
Trong công nghệ lên men, giống vi sinh vật đóng vai trò hết sức quan
trọng, ảnh hƣởng đến năng suất, chất lƣợng v| gi{ th|nh của sản phẩm. Nhƣ
vậy, giống vi sinh vật sử dụng trong công nghệ lên men vitamin B12 phải thỏa
mãn những yêu cầu sau:
 Giống vi sinh vật đó phải cho ra vitamin B12 có chất lƣợng v| số
lƣợng cao hơn hẳn c{c sản phẩm phụ kh{c.
 Năng suất cao.
 Phải có khả năng đồng hóa c{c nguyên liệu rẻ tiền v| dễ kiếm.
 Sản phẩm của qu{ trình phải dễ d|ng t{ch ra khỏi c{c tạp chất môi
trƣờng v| sinh khối vi sinh vật giống.
 Vi sinh vật phải thuần khiết.

 Vi sinh vật phải có tính thích nghi cao, đặc biệt phải thích nghi với
điều kiện sản xuất công nghiệp, sự ổn định nhiệt độ, {p suất thẩm thấu, pH...
 Giống phải có tốc độ sinh sản v| ph{t triển mạnh trong điều kiện
môi trƣờng công nghiệp.
 Tốc độ trao đổi chất mạnh để nhanh tạo ra sản phẩm mong muốn.
 Giống phải ổn định trong bảo quản v| điều kiện bảo quản dễ d|ng.
2. Vi sinh vật sản xuất vitamin B12
- Hiện nay, khoa học đã kh{m kh{ ra rất nhiều vi sinh vật có thể tham
gia qu{ trình sinh tổng hợp vitamin B12 . Một số quy trình sản xuất vitamin
đƣợc biết đến l| quy trình sản xuất vitamin từ vi khuẩn Propionic, từ xạ khuẩn
Actinomyces olivacens, v| vi khuẩn sinh khí metan.
9


Công nghệ lên men thực phẩm

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

- Một số vi khuẩn có khả năng sản xuất vitamin: Agrobacterium
tumefaciens,

Agrobacterium

sticklandii,

Clostridium

radiobacter,

Bacillus

tetanomorphum,

megaterium,

Clostridium

Clostridium

thermoaceticum,

Corynebacterium XG, Eubacterium limosum, Methanobacterium arbophilicum,
Methanobacterium ivanovii, Methanobacterium ruminantium, Methanobacterium
thermoautotrophicum, Methanosarcina barkeri, Propionibacterium freudenreichii,
Propionobacterium shermanii, Protaminobacter ruber, Pseudomonas denitrificans,
Pseudomonas putida, Rhizobium meliloti, Rhodopseudomonas sphaeroides, Salmonella
typhimurium,

Spirulina

platensis,

Streptomyces

antibioticus,

Streptomyces

aureofaciens, Streptomyces griseus, Streptomyces olivaceus..., ngoài ra còn có các
giống thuộc xạ khuẩn Actinomyces

Hình 3: Vi khuẩn Propionibacterium freudenreichii
- Trƣớc đ}y, ngƣời ta sử dụng chủ yếu Streptomyces griseus để sản xuất
vitamin trên quy mô công nghiệp nhƣng hiện nay vi khuẩn Propionibacterium
shermanii và Pseudomonas denitrificans đã thay thế ho|n to|n vi khuẩn
Streptomyces.
- Nguyên nhân:
Vitamin B12 l| sản phẩm phụ trong sản phẩm Streptomixin nhờ
Streptomyces griseus hay l| sản phẩm phụ của qu{ trình sản xuất Clotetracyclin
nhờ Str. Aureofaciens. C{c qu{ trình n|y thƣờng tạo đƣợc lƣợng vitamin B12 là 2
mg/l dịch nuôi cấy nên rất khó t{ch.

10


Công nghệ lên men thực phẩm

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

Việc sản xuất dựa v|o Propionibacterium shermanii hay P.
freudenreichii cho hiệu suất vitamin cao hơn. Tế b|o của c{c vi khuẩn n|y chứa
một lƣợng vitamin khoảng 20 mg/l.
2.1. Vi khuẩn propionic
a. Phân loại vi khuẩn propionic
- Đặc điểm chung:
 Vi khuẩn propionic là loại vi khuẩn Gram dƣơng, không di
động, không sinh bào tử, kị khí không bắt buộc.
 Chúng có hình cầu, xếp th|nh đôi hoặc chuỗi.
 Nhiệt độ sinh trƣởng tối ƣu của vi khuẩn là 300C.Lƣợng
G+C trong DNA của chúng nằm trong khoảng 53-67 mol%.

Phân loại: vi khuẩn Propionic đƣợc phân loại thành 2 nhóm:

-

 Nhóm vi khuẩn propionic sống trong sản phẩm sữa. Chúng phát
triển trong môi trƣờng phômai và sữa. Trên cơ sở tính tƣơng đồng của DNA
trong thành phần cấu tạo của thành tế bào, nhóm vi khuẩn propionic sống
trong sản phẩm sữa đƣợc phân loại thành 6 loài: Propionibacterium
freudenreichii,

P.

jensenii,

P.theonii,

P.acidipropionici,

P.coccoides

và

P.cyclohexanicum.
 Nhóm vi khuẩn propionic sống trên da. Môi trƣờng sống chính của
giống propionic sống trên da l| da ngƣời.Nhóm vi khuẩn sống trên da đƣợc
phân loại thành 6 loài: P.acnes, P.avidium, P.granulosum, P.lymphophilums,
P.propionicum và Propioniferax innocua. Nhóm vi khuẩn sống trên da có dạng
que, kị khí.


Tr{i ngƣợc với vi khuẩn propionic sống trên da, nhóm vi khuẩn

propionic sống trong sản phẩm sữa không sản sinh indole và không thể hóa
lỏng gelatin. Hơn thế nữa, hai nhóm này có thể đƣợc phân biệt rõ dựa vào các
đặc điểm sinh lý học của nó. Do đó, hai nhóm vi khuẩn propionic này khác
nhau chủ yếu dựa trên môi trƣờng sống tự nhiên của chúng.

11


Công nghệ lên men thực phẩm

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

b. Đặc điểm của vi khuẩn Propionibacterium shermanii

Hình 4. Vi khuẩn Propionibacterium shermanii
Trong các giống vi khuẩn tham gia tổng hợp vitamin B12 có giống
Propionibacterium shermanii là giống có nhiều ƣu điểm nhất và có thể đƣa v|o
sản xuất công nghiệp. Vi khuẩn này có một số đặc điểm quan trọng đƣợc tóm
tắt nhƣ sau:
 Chúng có khả năng lên men acid lactic, glycerol, glucose,
fructose, manit, lactose.
 Khoảng pH hoạt động 4,5 - 7,5, pH tối ƣu cho việc sinh tổng hợp
vitamin B12 là 5,8-7,5.
 Nhiệt độ thích hợp cho sinh tổng hợp vitamin B12 là 28 - 300C.
 Các chất dinh dƣỡng cho sự phát triển bao gồm muối amon,
nƣớc amoniac, CoCl2 hoặc Co(NO3)2; các kim loại nhƣ Fe, Cu, Zn, Mn thƣờng
làm giảm quá trình sinh tổng hợp vitamin B12.
 C{c vitamin l|m tăng hiệu suất tổng hợp B12 bao gồm thiamin,

biotin, acid nicotinic, acid tolic.
2.2 Xạ khuẩn Actinomyces
Trong tất cả các giống thuộc Actinomyces có giống Actinomyces
olivaceus có khả năng tổng hợp vitamin B12 cao hơn cả v| chúng đƣợc sử dụng
để sản xuất vitamin B12 theo quy mô công nghiệp. Một số đặc điểm quan trọng
của giống xạ khuẩn n|y đƣợc tóm tắt nhƣ sau:
 Xạ khuẩn Act. Olivacens thuộc loại hiếu khí.

12


Công nghệ lên men thực phẩm

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

 Chúng phát triển mạnh và sinh nhiều vitamin B12 trong môi
trƣờng chứa glucose, tinh bột, mật rỉ, bã rƣợu. 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:
o Pha tạo thành sinh khối.
o Pha tạo thành vitamin B12.
 Thƣờng pha tạo thành vitamin B12 chỉ mạnh khi kết thúc quá trình
tăng sinh khối.
 pH ban đầu môi trƣờng nên điều chỉnh vào khoảng 7. Ở pha thứ
nhất, pH sẽ giảm xuống khoảng 6,5 v| bƣớc sang pha thứ hai pH sẽ tăng dần
lên 8,2 - 8,7.
 Thổi khí có ảnh hƣởng rất lớn đến sự tổng hợp vitamin B12, do đó
trong quá trình lên men bắt buộc phải có thổi khí mạnh.
 Nhiệt độ cho sự phát triển và sinh tổng hợp vitamin B12 là 28-300C.

 Thời gian lên men là 60 - 120 giờ (trung bình là 60 - 96 giờ).
2.3 Vi khuẩn sinh metan
Trong thiên nhiên có rất nhiều vi sinh vật tham gia lần lƣợt nhiều
phản ứng tạo ra khí metan. Khí metan là loại khí có thể đốt đƣợc, đồng thời nó
là loại khí tạo ra hiện tƣợng hiệu ứng nhà kính lớn nhất. Cùng với sự tạo
thành khí metan, vi sinh vật còn tổng hợp đƣợc số lƣợng vitamin B12 lớn.
Đặc điểm chung của vi khuẩn sinh khí metan đƣơc tóm tắt nhƣ sau:
 Chúng thuộc vi khuẩn Gram (-).
 Chúng không chuyển động.
 Chúng không tạo bào tử.
 Chúng không thuộc loại kị khí bắt buộc.

13


Công nghệ lên men thực phẩm

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

Hình 5: Vi khuẩn Bacillus megatherium
II. RỈ ĐƢỜNG

- Rỉ đƣờng là phế liệu chứa nhiều đƣờng không kết tinh trong sản
xuất đƣờng từ mía hoặc củ cải đƣờng. Thông thƣờng tỉ lệ rỉ đƣờng trong sản
xuất đƣờng mía chiếm khoảng 3 - 3.5% trọng lƣợng mía. Tùy thuộc vào giống
mía, điều kiện trồng trọt , công nghệ sản xuất đƣờng…, th|nh phần rỉ đƣờng
dao động nhƣ sau:
o Nƣớc: 15-20%
o Chất khô: 80-85%
o Trong đó có 60% l| đƣờng (40% l| đƣờng saccharose, 20% là fructose

và glucose) và 40% chất khô còn lại là chất phi đƣờng (không phải l| đƣờng).
o Trong thành phần phi đƣờng có khoảng 30 - 32% hợp chất hữu cơ v| 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%
o Trong những hợp chất hữu cơ gồm có hợp chất có chứa nitơ v| không
chứa nitơ ở dạng amin nhƣ: acid aspactic, acid glutamic, leucin, isoleucin. Nitơ
tổng chiếm khỏang 0,3 – 0,5% (ít hơn so với lƣợng nitơ có trong rỉ đƣờng củ
cải).
o Ngoài ra trong rỉ đƣờng có một số vitamin sau:
Bảng 1.
phần các
trong rỉ
(tính
µg/1g rỉ

Thành
Thiamin

8.3

Riboflavin

2.5

Nicotimic acid

21

Pantothenic acid

21.4

14

vitamin
đường
theo
đường)


Công nghệ lên men thực phẩm

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

Folic acid

0.038

Pyridoxin

6.5

Biotin

12

- Mặt khác, trong rỉ đƣờng luôn có mặt vi sinh vật với mật độ rất lớn,
thƣờng gặp nhất là những vi sinh vật gây màng và gây chua, dẫn tới làm giảm
chất lƣợng của rỉ đƣờng. Vì vậy trong sản xuất ta hay dùng fluosilicate natri
20/000 so với trọng lƣợng mật rỉ để bảo quản.

 Ƣu điểm của việc sử dụng rỉ đƣờng để sản xuất so với những
nguyên liệu khác là:
 Gi{ rẻ.
 Khối lƣợng lớn, dồi d|o.
 Sử dụng tiện lợi.
 Nguồn cung cấp kh{ phổ biến.
 Đặc biệt ở nƣớc ta, không phạm đến chính s{ch lƣơng thực.
III. HÈM RƢỢU
Hèm rƣợu là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất ethanol bằng phƣơng
pháp lên men.
Bảng 2. Thành phần hóa học của hèm rượu:
Th|nh phần

Nguyên liệu khoai t}y

Nguyên liệu khoai mì

Chất khô (%)

6

3,3

Protein thô (% tổng chất khô)

27

14,4

Chất béo

2,7

1,8

Chất xơ

8,1

2,8

Chất chiết phi nitơ

49,9

74,2

15


Công nghệ lên men thực phẩm

Tro

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn
12,6

6,7

- Ứng dụng: hèm rƣợu là một nguyên liệu để sản xuất vitamin, phân

bón, thức ăn gia súc…
- Ƣu điểm: rẻ tiền , dễ kiếm, tận dụng đƣợc nguồn phế liệu.

IV. DỊCH WHEY
-

Sự phát triển của sinh vật và sản phẩm vitamin B12 từ dịch Whey

dƣờng nhƣ kh{c với mô hình sản xuất đối với các loại cấu trúc khác. Sinh vật
gần nhƣ ph{t triển tối đa trƣớc khi vitamin B12 đƣợc tích lũy.
-

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
dƣỡng cho sự phát triền và hình thành vitamin B12 từ vi sinh vật.
-

Trên phƣơng diện đó, với nhƣợc 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.
-

Việc sản xuất vitamin B12 từ dịch Whey chỉ có ý nghĩa trên quy mô

công nghiệp khi việc chuyên chở dịch Whey thực hiện gần nơi sản xuất và
lƣợng Whey tƣơng đối nhiều để có thể kết hợp và sản xuất. Chi phí vận
chuyển tăng vì lƣợng dịch Whey thô chứa khoảng 93,1% l| nƣớc. Chi phí
chuyên chở có thể giảm khi cô đặc dịch thô thành dạng rắn trƣớc khi chuyên

chở. Một lý do khác là dịch Whey có thể sản xuất nếu nhƣ gi{ trị sản phẩm của
nó tăng bởi qu{ trình lên men nhƣ qu{ trình lên men vitamin B12. Ngay cả khi
quá trình chỉ thải ra lƣợng thừa dịch Whey m| không tăng gi{ sản phẩm sữa,
nó sẽ có giá trị vì giúp giải quyết vấn đề chất thải trong quá trình sản xuất phô
mai.
Bảng 3. Thành phần whey protein

Milk protein

(%)

Casein

82.2

16


Công nghệ lên men thực phẩm

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

Whey protein
-lactoglobulin

9.6

-lactalbumin

3.8

bovine serum albumin

1.4

minor ‘proteins’

3.0

17


Công nghệ lên men thực phẩm

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

Bảng 4. Thành phần hoá học của dịch whey
Th|nh phần

Sweet whey (%)

Sour whey(%)

Tổng h|m lƣợng chất rắn

6.40

6.50

Nƣớc

93.60

93.50

Chất béo

0.05

0.04

Protein

0.55

0.55

Nitơ phi protein

0.18

0.18

Lactose

4.80

4.90

Tro

0.5

0.8

Canxi

0.043

0.120

Photpho

0.040

0.065

Natri

0.050

0.050

Kali

0.160

0.160

Clo

0.110

0.110

Acid lactic

0.050

0.400

18


Công nghệ lên men thực phẩm

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

PHẦN III: SẢN XUẤT
I.

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN B12 TỪ VI SINH
VẬT
1. SƠ ĐỒ KHỐI
Mật rỉ

Chuẩn bị môi trường

Vi sinh vật

Nhân giống

Lên men

Xác tế
bào

Ly tâm

Cô đặc

Acid hóa

Kết tinh

Hấp phụ

Ly tâm

Giải hấp

Sấy

Vitamin B12

19


Công nghệ lên men thực phẩm

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

2. SƠ ĐỔ THIẾT BỊ

Hình 6. Sơ đồ thu nhận chất cô của vitamin B12

20


Công nghệ lên men thực phẩm

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

II. GIẢI THÍCH CÁC GIAI ĐOẠN
1. NHÂN GIỐNG
 Mục đích công nghệ:
- Chuẩn bị: chuẩn bị cho quá trình lên men. Quá trình nhân giống
giúp gia tăng số lƣợng tế b|o( tăng sinh khối), tích lũy đủ số lƣợng tế bào cần
thiết để cấy giống v|o môi trƣờng lên men.
 Cách thực hiện:
- Nhân giống l| qu{ trình tăng dung tích, dịch chứa sinh khối qua
nhiều cấp. Mỗi cấp nhân giống thƣờng tăng dung khối từ 10-15 lần. Cứ làm
nhƣ vậy cho đến khi toàn bộ dung tích đủ để tiến hành quá trình lên men.
- Khi nhân giống giai đoạn phòng thí nghiệm, ngƣời ta sử dụng các
dụng cụ thủy tinh nhƣ ống nghiệm, erlenmeyer với các dung tích 750 ml, 1l, 2l
kết hợp với tủ ấm, tủ lắc điều nhiệt. Do thể tích môi trƣờng nhỏ nên việc sử
dụng máy lắc có thể đảm bảo đƣợc sự đồng nhất trong canh trƣờng nuôi và
cung cấp đầy đủ oxy cho sự sinh trƣởng, phát triển của nhóm vi sinh vật hiếu
khí.
- Khi nhân giống ở giai đoạn ph}n xƣởng, ngƣời ta sử dụng những

thiết bị với dung tích khác nhau: 100l, 500l, 1m3, 3 m3, 5 m3, 10 m3…hoặc lớn
hơn tùy theo dung tích của thiết bị lên men đang sử dụng tại nhà máy.
Hiện nay ngƣời ta sản xuất vitamin B12 theo qui mô công nghiệp
thƣờng sử dụng loài Prop.shermanii. Lo|i n|y thƣờng đƣợc giữ giống trong
môi trƣờng thạch nghiêng với glucose, KH2PO4, (NH4)2PO4. Trong môi trƣờng,
ngƣời ta cho thêm cao ngô hoặc nƣớc chiết trái cây, nuôi vi khuẩn ở điều kiện
nhiệt độ 28 - 320C trong thời gian 7-8 ng|y v| sau đó bảo quản lạnh, cấy
chuyền định kì mỗi tháng 1 lần.
- Nhân giống cho sản xuất thƣờng đƣợc thực hiện trong điều kiện kị
khí bắt buộc.
- Môi trƣờng cho nhân giống có lƣợng đƣờng ít hơn môi trƣờng lên
men, còn các thành phần khác của môi trƣờng giống nhƣ môi trƣờng lên men.
-

Trong môi trƣờng, ngoài thành phần đƣờng ra, ngƣời ta còn cho

thêm các muối amon, nƣớc amoniac, CoCl2 hoặc Co(NO3)2
21


Công nghệ lên men thực phẩm

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

- Lƣu ý l| trong trƣờng hợp không dùng loài Prop.shermanii để sản
xuất vitamin B12, ta dùng xạ khuẩn hoặc các vi khuẩn sinh metan thì phải thay
đổi thành phần môi trƣờng v| điều kiện nuôi cấy. Ví dụ: xạ khuẩn phải nuôi
trong điều kiện hiếu khí bắt buộc, còn vi khuẩn sinh metan lại nuôi trong điều
kiện yếm khí bắt buộc.
Bảng 5. Môi trường nhân giống

Glucose

0,5 – 1 %

Cao ngô

1–2%

Clorua coban

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

 Các biến đổi
 Sinh học:
- Vi khuẩn Prop.shermanii sử dụng cơ chất trong môi trƣờng để tăng
sinh khối.
- H|m lƣợng cơ chất trong môi trƣờng giảm theo thời gian, sinh
khối vi khuẩn tăng.
 Thiết bị nhân giống
- Thiết bị có dạng hình trụ đứng v| đƣợc chế tạo bằng thép không rỉ.
Bên trong thiết bị có hệ thống cánh khuấy. Xung quanh thiết bị là lớp vỏ áo
cho t{c nh}n điều nhiệt để ổn định nhiệt độ canh trƣờng trong quá trình nhân
giống.
- Phần trên nắp thiết bị có các cửa với nhiều chức năng kh{c 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 trƣờng
v| th{o canh trƣờng ra khỏi thiết bị thƣờng đƣợc bố trí ở phần đ{y. Ngo|i ra
trong thiết bị còn có những đầu dò pH, nhiệt độ, oxy… để nhà sản xuất có thể
theo dõi các giá trị này trong quá trình nhân giống.

22


Công nghệ lên men thực phẩm

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

Hình 7. Thiết bị nhân giống
1. Hệ thống điều nhiệt(nh}n giống trong erlen).
2. Bình nh}n giống trung gian.

3. Thiết bị nh}n giống.
4. Hệ thống lọc t{ch bụi v| vi sinh vật.
5. Valve.
6. Bộ phận lọc hơi.
7. Bộ phận đo pH.

 Thông số công nghệ
-

Dung tích erlen: 1 lít

-

Dung tích thiết bị nhân giống: 1m3

-

Nhiệt độ nuôi cấy: 28-320C

-

pH=6.9-7

-

Thời gian nuôi cấy: 7-8 ngày

23

Công nghệ lên men thực phẩm

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

2. CHUẨN BỊ MÔI TRƢỜNG LÊN MEN
 Mục đích:
Chuẩn bị cho quá trình lên men.
 Thành phần môi trƣờng
Môi trƣờng lên men bao gồm: Nguồn cacbon, nguồn Nitơ, yếu tố tăng
trƣởng, muối dinh dƣỡng, cobalt, glycine và có thể thêm sodium cyanide.
- Nguồn cacbon là carbohydrate (dextrose, maltose, xylose, syrup
bắp, sucrose, mật rỉ), acid hữu cơ nhƣ l| acid lactic. Khối lƣợng các hợp chất
này chiếm từ 0,5% - 10% khối lƣợng môi trƣờng nuôi cấy.
- Nguồn Nitơ l| c{c protein trong soybean, yến mạch, bắp, bột mì,
dịch chiết nấm men, nƣớc Whey...Khối lƣợng chiếm 1% - 5% khối lƣợng môi
trƣờng nuôi cấy.
- Yếu tố tăng trƣởng cho vi sinh vật nhƣ l| dịch chiết nấm men,
dịch khoai tây, bắp.
- Muối:

ammonium

sulfate,

magnesium

sulfate,

potasseum

phosphate dibasic, potassium phosphate monbasic. Hợp chất cobalt: cobalt
chloride, sulfate, nitrate.
Bảng 6. Thành phần môi trường lên men
Mật rỉ

4%

Glucose

0,5 - 1%

CaCO3

0,1%

Clorua coban

1,5 - 10 ppm

- Khi thêm glycine v|o môi trƣờng lên men nhƣ l| 1 chất bổ sung
dinh dƣỡng thì h|m lƣợng vitamin B12 sẽ tăng lên. Trong khi một số loại acid
amin nhƣ analine, leucine, isoleucine, tyrosine, methionine, acid glutamic
không l|m tăng m| ngƣợc lại có thể làm giảm h|m lƣợng vitamin B12.
- Trong sản xuất ngƣời ta bổ sung thêm 5,6 - dimetylbenzinaldazol
l|m tăng sự tổng hợp vitamin B12. Ngoài ra, muối cobalt cũng đƣợc bổ sung
v|o môi trƣờng với nồng độ 3 - 5µg/l.

24

Công nghệ lên men thực phẩm

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

 Các biến đổi:
- Sinh học: Các loại vi sinh vật không mong muốn nhiễm vào môi
trƣờng bị ức chế, tiêu diệt.
 Thiết bị sử dụng:
Thiết bị tiệt trùng liên tục YHC-20
 Cấu tạo: gồm thùng chứa môi trƣờng dinh dƣỡng, bơm ly t}m, bộ
đun nóng, bộ giữ nhiệt, bộ thu hồi nhiệt, bộ trao đổi nhiệt, hệ thống điều chỉnh
tự động các thông số của quá trình.
 Nguyên tắc hoạt động:
Trƣớc khi bắt đầu hoạt động tất cả các thiết bị, đƣờng ống dẫn và phụ
tùng YHC đƣợc thanh trùng bằng hơi qu{ nhiệt.
Hơi nƣớc đƣợc đƣa v|o bộ đun nóng theo đƣờng viền của van điều
chỉnh tiêu hao hơi, sau đó v|o bộ giữ nhiệt, thu hồi nhiệt v| theo đƣờng viền
của van giảm áp suất vào thiết bị làm mát.
Cùng lúc mở các van xả nƣớc ngƣng v| khi đạt đƣợc nhiệt độ lớn hơn
1400C thì bắt đầu tiệt trùng.
Khi nhiệt độ và áp suất trong nồi phản ứng đạt trị số ổn định thì
khuấy đảo các cấu tử của môi trƣờng dinh dƣỡng, môi trƣờng mới lại cho vào
thùng chứa để bơm đẩy qua khe đứng nhỏ vào bộ phận đun nóng.
 Thông số công nghệ:
- Nhiệt độ: 1210C.
- Thời gian tiệt trùng: 30 phút.
- pH=6.5-7.
- Tốc độ bơm môi trƣờng: 3.5 m3/s.

25