QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT NGỌT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM


ỨNG DỤNG CNSH TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
Đề tài:

QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT NGỌT

Thành viên nhóm 7: Nguyễn Thu Anh
Huỳnh Thị Thúy Diễm
Trần Đăng Quân
Nguyễn Thành Đạt
Trần Thị Hà
Giảng viên hướng dẫn: Thầy Liêu Mỹ Đông

TP. HỒ CHÍ MINH – 09/2019


BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ
Tên sinh viên

MSSV

Lớp

Nhiệm vụ
Giới thiệu, phân

Nguyễn Thu Anh

2005160009

07DHTP2

loại và vai trò của
bột ngọt.
Các phương pháp

Trần Đăng Quân

2005160188

07DHTP2

sản xuất bột ngọt.
Ưu, nhược điểm.
Nguyên liệu.

Nguyễn Thành Đạt

2005160017

07DHTP2
Giống vi sinh vật.
Quy trình sản xuất
bột ngọt.

Huỳnh Thị Thúy Diễm

2005160020

07DHTP2
Giai

đoạn

thủy

phân  lên men.
Quy trình sản xuất
bột ngọt.
Giai đoạn trao đổi
Trần Thị Hà

2005160047

07DHTP2

ion

tách

acid

glutamic  trung
hòa, tinh chế tạo
MSG tinh khiết.


MỤC LỤC

MỤC LỤC..................................................................................................................... i
DANH MỤC HÌNH ẢNH...........................................................................................ii
QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT NGỌT (MÌ CHÍNH).....................1
1. Giới thiệu................................................................................................................... 1
1.1. Glutamate là gì?...................................................................................................1
1.2. Phân loại.............................................................................................................. 2
2. Các phương pháp sản xuất bột ngọt...........................................................................4
2.1. Phương pháp tổng hợp hoá học...........................................................................4
2.2. Phương pháp thủy phân protit..............................................................................4
2.3. Phương pháp lên men..........................................................................................5
2.4. Phương pháp kết hợp...........................................................................................6
3. Nguyên liệu – Vi sinh vật..........................................................................................7
3.1. Vi khuẩn Corynebacterium glutamicum..............................................................7
3.2. Rỉ đường mía.......................................................................................................9
3.3. Tinh bột sắn.......................................................................................................10
4. Quy trình sản xuất bột ngọt......................................................................................10
4.1. Công đoạn thủy phân.........................................................................................12
4.2. Lên men............................................................................................................. 15
4.3. Trao đổi ion tách acid glutamic ra khỏi dịch lên men........................................19
4.4. Trung hòa, tinh chế tạo glutamat natri tinh khiết...............................................21
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................26

i


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. Glutamate ở trạng thái tự nhiên có trong các loại thực phẩm............................3
Hình 2. Glutamate sản xuất............................................................................................3
Hình 3. Tế bào vi khuẩn Corynebacterium glutamicum................................................8

Hình 4. Cơ chế lên men axit glutamic..........................................................................17
Hình 5. Con đường amin hóa – khử.............................................................................17
Hình 6. Con đường chuyển amin.................................................................................18

ii


QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT NGỌT (MÌ CHÍNH)
1. Giới thiệu
1.1. Glutamate là gì?
Glutamate là dạng tồn tại khi axit glutamic liên kết với một gốc khoáng chất. Natri
và kali là các khoáng chất phổ biến nhất trong thực phẩm tự nhiên. Điều này có nghĩa
Glutamate trong thực phẩm tự nhiên chủ yếu tồn tại dưới dạng mononatri và monokali
Glutamate. Trên thực tế, axit glutamic được khám phá ra bởi nhà khoa học Ritthausen
vào năm 1866 và nhà khoa học Fischer, người sau đó đã cơng bố rằng khi nếm, đầu
tiên axit glutamic có vị chua, sau đó có vị khơng rõ rệt.
Fischer khơng nhận ra rằng Glutamate có vị đặc trưng. Tuy nhiên sau đó Giáo sư
Ikeda – Đại học Hoàng gia Tokyo, Nhật Bản đã khám phá ra rằng dạng muối
Glutamate, chứ không phải bản thân axit glutamic, có khả năng tạo ra vị Umami.
Glutamate hầu như chỉ tồn tại dưới dạng muối trong nhiều thực phẩm như cà chua,
phomat, thịt, cá v.v. Giáo sư Ikeda cũng xác nhận rằng các dạng muối khác nhau của
Glutamate – natri, kali hay canxi đều có vị Umami, và khám phá ra rằng các tinh thể
mononatri glutamate là thành phần lý tưởng nhất giúp bổ sung vị Umami vào món ăn
dưới dạng gia vị giống như đường hoặc muối, vì chất này dễ tan trong nước.
Ngày nay, mononatri glutamate còn được gọi là bột ngọt (mỳ chính) hay gia vị
Umami và được sử dụng phổ biến trong chế biến món ăn hàng ngày trên tồn cầu.

Axit glutamic có vị chua

QTCNSX bột ngọt

1


(Mono) natri glutamate có vị umami
Bột ngọt (hay mì chính) là tên thường gọi của Natri Glutamat, tên Tiếng Anh là
Monosodium Glutamate (MSG).
Cơng thức hóa học: C5H8NO4Na
Bột ngọt là muối của Natri với axit glutamic, một trong những axit amin dồi dào
nhất trong tự nhiên và là thành phần quan trọng của protein. Glutamate trong thực
phẩm có hương vị độc đáo (được gọi là umami). Glutamate là một thành phần của gia
vị tăng cường hương vị từ thời La Mã cổ đại như “Garum”, và ở Nhật Bản trong hơn
1200 năm. Glutamate làm tăng hương vị tự nhiên của nhiều loại thực phẩm, và hiệu
quả nhất khi được sử dụng với các thực phẩm mặn có chứa protein (như các món thịt
và rau).
1.2. Phân loại
Có hai dạng glutamate:
 Glutamate có thể ở trạng thái tự nhiên không bị ràng buộc với protein, hoặc liên
kết với các axit amin khác như là một phần của protein. Glutamate tự nhiên là một loại
có vị umami và đóng một vai trị trong sự ngon miệng của thực phẩm. Thực phẩm có
hàm lượng glutamate tự do cao, chẳng hạn như phô mai và cà chua chín, thường được
sử dụng trong nhà bếp vì hương vị đặc biệt của chúng.

QTCNSX bột ngọt

2


Hình 1. Glutamate ở trạng thái tự nhiên có trong các loại thực phẩm
 Glutamate sản xuất: Bằng quy trình lên men tương tự như quá trình sản xuất

giấm, bia hoặc nước tương, glutamate được sản xuất từ các nguồn tự nhiên như tinh
bột hoặc mật rỉ có nguồn gốc từ củ cải đường hoặc mía.

Hình 2. Glutamate

sản xuất

+ Danh pháp IUPAC: Sodium (2S)-2-amino-5-hydroxy-5-oxo-pentanoate.
QTCNSX bột ngọt

3


+ Bề ngồi: bột kết tinh màu trắng.
+ Độ hịa tan trong nước: hòa tan nhiều trong nước.
+ Khối lượng mol: 169,111 g/mol.
+ Điểm nóng chảy: 225℃.
2. Các phương pháp sản xuất bột ngọt
Bột ngọt dù được sản xuất bằng phương pháp nào cũng thường tuân theo một số
tiêu chuẩn sau:
 Tinh thể MSG chứa khơng ít hơn 99% MSG tinh khiết.
 Độ ẩm (trừ nước kết tinh) không được cao hơn 0,5%.
 Thành phần NaCl khơng được q 0,5%.
 Các tạp chất cịn lại khơng chứa Asen, kim loại và hợp chất Canxi.
Có nhiều phương pháp sản xuất bột ngọt khác nhau, từ các nguồn nguyên liệu
khác nhau. Hiện nay, trên thế giới có 4 phương pháp cơ bản:
2.1. Phương pháp tổng hợp hoá học
Nguyên tắc: Phương pháp này ứng dụng các phản ứng tổng hợp hoá học để tổng
hợp nên axit glutamic và các amino axit khác từ các khí thải của công nghiệp dầu hỏa
hay các ngành khác.

 Ưu điểm: Phương pháp này có thể sử dụng nguồn ngun liệu khơng phải thực
phẩm để sản xuất ra và tận dụng được các phế liệu của công nghiệp dầu hỏa.
 Nhược điểm: Chỉ thực hiện được ở những nước có cơng nghiệp dầu hỏa phát
triển và yêu cầu kỹ thuật cao. Mặt khác sản xuất bằng con đường này tạo ra một hỗn
hợp không quay cực D, L – axit glutamic, việc tách L – axit glutamic ra lại khó khăn
nên làm tăng giá thành sản phẩm. Do nhược điểm như vậy nên phương pháp này ít
được ứng dụng ở các nước.

QTCNSX bột ngọt

4


2.2. Phương pháp thủy phân protit
Nguyên tắc: Phương pháp này sử dụng các tác nhân xúc tác là các hoá chất hoặc
fermen để thủy phân một nguồn nguyên liệu protit nào đó (khơ đậu, khơ lạc…) ra một
hỗn hợp amino axit, từ đấy tách các axit glutamic ra và sản xuất bột ngọt.
Q trình này có thể tóm tắt như sau: gluten của bột mì được thủy phân bằng axit
HCl để giải phóng ra tất cả các axit amin ở 150 oC. Sau đó các chất cặn bã sẽ được lọc,
dịch lọc được cô đặc và giữ ở nhiệt độ thấp để làm giảm độ hòa tan của chất tan, từ đó
các hạt tinh thể kết tinh của hydroclorat glutamic natri quá bão hòa sẽ dần dần được
tạo thành.
Những hạt tinh thể này sẽ được lọc để tách riêng và sau đó được hịa tan trong
nước. Dung dịch này sẽ được trung hòa bằng Na 2CO3 cho tới pH = 3,2 (pH đẳng điện),
ở pH này tinh thể axit glutamic sẽ kết tinh ra khỏi dung dịch và được tách riêng bằng
phương pháp ly tâm. Sau đó pha lỗng và kết tinh lần 2 với dung dịch Na 2CO3 ở pH =
5,7 – 7. Than hoạt tính và Na 2CO3 được thêm vào để khử màu và kết tủa các tạp chất.
Tạp chất sẽ được lọc, dịch lọc được cô đặc bằng phương pháp bay hơi chân không thu
được dịch cô đặc MSG, dịch cô đặc được tách nước bằng phương pháp ly tâm, sản
phẩm thu được được sấy khô nên tinh thể cuối cùng là MSG tinh khiết. Hiệu suất thu

hồi MSG thay đổi trong khoảng 15 – 25% khi sử dụng bột mì. Đối với đậu nành thì
hiệu suất thu hồi MSG thấp hơn rất nhiều, chỉ khoảng 4 – 7%.
Hiện nay ở nước ta và nhiều nước trên thế giới chủ yếu vẫn sử dụng phương pháp
này.
 Ưu điểm: Dễ khống chế quy trình sản xuất và áp dụng được vào các cơ sở thủ
công, bán cơ giới, cơ giới dễ dàng.
 Nhược điểm: + Cần sử dụng nguyên liệu giàu protit hiếm và đắt.
+ Cần nhiều hóa chất và các thiết bị chống ăn mịn.
+ Hiệu suất thấp, đưa đến giá thành cao.

QTCNSX bột ngọt

5


2.3. Phương pháp lên men
Nguyên tắc: Phương pháp này lợi dụng một số vi sinh vật có khả năng sinh tổng
hợp ra các axit amin từ các nguồn glucid và đạm vơ cơ.
Phương pháp này đang có nhiều triển vọng phát triển ở khắp các nước, nó tạo ra
được nhiều loại amino axit như: axit glutamic, lizin, valin, alanin, phenylalanin,
tryptophan, methionin…
Nhiệt độ lên men giữ ở 28 oC và duy trì pH = 8,0 bằng cách thường xuyên bổ sung
ure. Điều kiện hiếu khí là rất quan trọng bởi vì nếu khơng được sục khí thì sản phẩm
tạo thành khơng phải là axit glutamic mà là lactate. Khi sử dụng nguyên liệu lên men
là rỉ đường thì cần phải bổ sung các chất kháng biotin để kiểm soát sự sinh trưởng của
vi sinh vật.
Phương pháp này có nhiều ưu điểm nên đang được nghiên cứu và ứng dụng ở
nước ta và các nước trên thế giới.
 Ưu điểm:
+ Không sử dụng ngun liệu protit.

+ Khơng cần sử dụng nhiều hóa chất và thiết bị chịu ăn mòn.
+ Hiệu suất cao, giá thành hạ.
+ Tạo ra axit glutamic dạng L, có hoạt tính sinh học cao.
 Nhược điểm:
+ Q trình địi hỏi yêu cầu kỹ thuật cao và nghiêm ngặt.
+ Đảm bảo vơ trùng mới tạo sản phẩm.
+ Khó điều khiển được quá trình.
2.4. Phương pháp kết hợp
Nguyên tắc: Phương pháp kết hợp giữa tổng hợp hóa học và vi sinh vật học.
Phương pháp vi sinh vật tổng hợp nên axit amin từ các nguồn đạm vô cơ và gluxit mất
QTCNSX bột ngọt

6


nhiều thời gian, do đó người ta lợi dụng các phản ứng tổng hợp tạo ra những chất có
cấu tạo gần giống axit amin, từ đấy lợi dụng vi sinh vật tiếp tục tạo ra axit amin.
Nhược điểm: Phương pháp này tuy nhanh nhưng phải qua nhiều giai đoạn và yêu
cầu kỹ thuật cao, chỉ áp dụng nghiên cứu chứ ít áp dụng vào công nghiệp sản xuất.
3. Nguyên liệu – Vi sinh vật
3.1. Vi khuẩn Corynebacterium glutamicum
Chủng vi sinh vật thường được sử dụng là: Corynebacterium glutamicum,
Brevibacterium lactormentus, Micrococcus glutamicus; chủ yếu nhất vẫn là
Corynebacterium glutamicum.
 Đặc điểm của các chủng VSV
+ Hình dạng tế bào từ hình cầu đến hình que ngắn.
+ Vi khuẩn Gram (+), hơ hấp hiếu khí và khơng tạo bào tử.
+ Khơng chuyển động được, khơng có tiên mao.
+ Biotin là yếu tố cần thiết cho sinh trưởng và phát triển.
+ Tích tụ một lượng lớn glutamic từ hydrat cacbon và NH 4+ trong mơi trường có

sục khơng khí.
Corynebacterium glutamicum được biết đến đầu tiên với vai trò là chủng nguyên
liệu sản xuất acid glutamic, được phát hiện bởi một nhóm các nhà nghiên cứu người
Nhật vào giữa những năm 1950. Nghiên cứu sâu hơn về Corynebacterium
glutamicum, các nhà khoa học đã khám phá ra rằng, ngồi khả năng tiết acid glutamic,
Corynebacterium glutamicum cịn tiết nhiều loại amino acid khác vào môi trường nuôi
cấy như: lysine, methion, arginine, threonine…
Ngày nay, Corynebacterium glutamicum là một trong những vi khuẩn quan trọng
trong công nghiệp, sản xuất 2 triệu tấn amino acid mỗi năm, trong đó có khoảng 0,6
triệu tấn L-lysine. Các nghiên cứu về Corynebacterium glutamicum vẫn đang được các
nhà khoa học trong và ngoài nước thực hiện với mục đích nâng cao năng suất thu nhận
amino acid, chủ yếu dựa trên kĩ thuật di truyền.
QTCNSX bột ngọt

7


 Ưu điểm:
+ Chủng C. Glutamicum có khả năng tạo nhiều axit glutamic nhất.
+ Tốc độ sinh trưởng phát triển nhanh, có tính ổn định cao trong thời gian dài.
+ Chịu được nồng độ acid cao, môi trường nuôi cấy đơn giản và dễ dàng áp dụng
trong thực tế sản xuất.
+ Đặc biệt, chủng này không bị giới hạn bởi nồng độ biotin vì giống này có khả
năng sinh tổng hợp acid glutamic cao và không bị khống chế bởi nồng độ biotin.
 Đặc điểm hình thái và vị trí phân loại
Dưới kính hiển vi phóng đại 400-1000 lần, tế bào Corynebacterium glutamicum có
dạng hình que ngắn điển hình, khơng đều. Tế bào sắp xếp dạng hình chữ V, một số
xếp song song, khơng di động, khơng hình thành bào tử.
Tế bào bắt màu tím khi nhuộm Gram và cho hiện tượng kéo sợi khi phản ứng với
dung dịch KOH 3%, chứng tỏ Corynebacterium glutamicum thuộc nhóm vi khuẩn

Gram (+).
Khuẩn lạc mọc trên mơi trường thạch có dạng trịn đầy, trơn bóng, màu vàng nhạt,
kích thước 1-1,5 mm (sau một ngày ni cấy).

(a)
(b)

Hình 3. Tế bào vi khuẩn Corynebacterium glutamicum
(a) Tế bào vi khuẩn Corynebacterium glutamicum sinh trưởng trên môi trường phức
hợp.
QTCNSX bột ngọt

8


(b) Tế bào quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét.
Cấu tạo tế bào vi khuẩn có một lớp peptidoglycan dày, vách tế bào chứa arabino
galactan và acid mycolic có 26-36 carbon. Hàm lượng G:G là 54,1%.
 Vị trí trong hệ thống phân loại của Corynebacterium glutamicum:
 Giới (kingdom): Bacteria
 Ngành (phylum): Actinobacteria
 Lớp (class): Actinobacteria
 Bộ (order): Actinomycetales
 Họ (family): Corynebacteriaceae
 Chi (genus): Corynebacterium
 Loài (species): Corynebacterium glutamicum
Do vi sinh vật lên men sử dụng nguồn dinh dưỡng chủ yếu là các loại đường, nên
nguyên liệu cho công nghệ lên men phải giàu gluxit như: tinh bột sắn, rỉ đường,
glucose, saccharose. Ngồi ra cịn có các nguồn dinh dưỡng bổ sung như muối amoni,
photphat, sulfat, biotin,...

Chọn nguyên liệu là rỉ đường mía vì nó phù hợp với u cầu, dễ kiếm, tận dụng
được bã mía từ các nhà máy đường. Đặc biệt, trong thành phần của rỉ đường có sẵn
biotin, chất điều hịa sinh trưởng cần thiết cho q trình lên men.
Rỉ đường thường pha lỗng đến 13 – 14% và thanh trùng trước khi lên men. Nếu
là nguyên liệu chứa tinh bột, thì tinh bột phải được thủy phân (q trình dịch hóa và
đuờng hóa) nhờ enzym α, β - amylaza rồi sau đó mới bổ sung thêm dinh dưỡng vào
mơi trường lên men.
3.2. Rỉ đường mía
Rỉ đường mía là phần cịn lại của dung dịch đường sau khi đã tách phần đường kết
tinh. Số lượng và chất lượng của rỉ đường phụ thuộc vào giống mía, điều kiện trồng
trọt, hồn cảnh địa lý và trình độ kỹ thuật chế biến của nhà máy đường.
 Thành phần chính:
QTCNSX bột ngọt

9


+ Đường 62%: 25 – 40% saccaroza; 15 – 25% đường khử (glucoza và fructoza); 3
– 5% đường không lên men được.
+ Các chất phi đường 10%.
+ Nước 20%: nước phần lớn ở trạng thái tự do và một số ít ở trạng thái liên kết
dưới dạng hydrat.
Rỉ đường mía rất giàu các chất sinh trưởng như axit pantotenic, nicotinic, folic,
B1, B2 và đặc biệt là biotin. Rỉ đường mía Mỹ không thua kém cao ngô là loại vẫn
thường dùng làm nguồn cung cấp chất sinh trưởng cho một số loại môi trường nuôi
cấy vi sinh vật.
3.3. Tinh bột sắn
 Thành phần chính:
+ Tinh bột: 83 – 88%
+ Nước: 10,6 – 14,4%

+ Xenlulozo: 0,1 – 0,3%
+ Đạm: 0,1 – 0,6%
+ Chất khống: 0,1 – 0,6%
+ Chất hịa tan: 0,1 – 1,3%
 Nhiệt độ hòa tan của tinh bột sắn nằm trong khoảng 60 – 80oC.
4. Quy trình sản xuất bột ngọt

QTCNSX bột ngọt

10


QTCNSX bột ngọt

11


Ngun liệu chính

Thủy phân

Chất dinh dưỡng

Pha chế mơi trường

Ngun liệu phụ

lên men

Thanh trùng, làm

nguội

Chuẩn bị men giống

Men giống

Lên men
Trao đổi ion
Nước nóng
và NaOH

Tách acid Glutamic
Acid hóa acid
Glutamic

Nước lạnh

Dịch
thải

Làm lạnh, kết tinh

Trung hịa
Sấy
mìkết
chính
Cơ
đặc,
tinh
Sàng mì chính

Sản phẩm
Bao gói
 Quy trình sản xuất
ngọt gồm 4 cơng đoạn
QTCNSX bột ngọt

bột
chính:
12


 Thủy phân tinh bột.
 Lên men.
 Trao đổi ion tách acid glutamic ra khỏi dịch lên men.
 Trung hòa, tinh chế tạo glutamat natri tinh khiết.
4.1. Công đoạn thủy phân
Mục đích: chuẩn bị.
Mục đích của cơng đoạn này là tạo điều kiện để thực hiện phản ứng thủy phân tinh
bột thành đường lên men được, chủ yếu là đường glucose.
Phản ứng xảy ra như sau:
(C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6
Để thực hiện phản ứng trên, người ta có thể tiến hành theo nhiều phương pháp
khác nhau và mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng, đáng chú ý nhất là
3 phương pháp sau:
 Phương pháp thủy phân bằng enzyme
Dùng α, β – amylase của các hạt nảy mầm hay của nấm mốc để thủy phân tinh bột
thành đường.
Ưu điểm: khơng sử dụng hóa chất hay thiết bị chịu acid, chịu áp lực…, không độc
hại cho người và thiết bị.

Nhược điểm: giai đoạn đường hóa khơng triệt để tinh bột thành đường glucose,
mà hình thành ở dạng trung gian là dextrin… làm cho vi khuẩn lên men mì chính
khơng có khả năng sử dụng. Thời gian đường hóa tương đối dài, hàm lượng đường sau
khi đường hóa thấp, do đó phải sử dụng thiết bị to, cồng kềnh.
 Phương pháp thủy phân bằng H2SO4
Ưu điểm: Phương pháp này có ưu nhược điểm cơ bản là sau khi thủy phân, việc
trung hịa acid dư sau này khơng phải dùng Na 2CO3 hay NaOH mà dùng CaO rẻ tiền
QTCNSX bột ngọt

13


hơn. Mặt khác, sản phẩm của phản ứng trung hòa lại kết tủa làm cho dịch đường trong
theo phản ứng dưới mà không tạo ra NaCl như dùng HCl.
CaO + H2SO4 → CaSO4 + H2O
Nhược điểm: hiệu suất thủy phân bằng H2SO4 thấp hơn dùng HCl.
 Phương pháp thủy phân bằng HCl
Quá trình thủy phân được tiến hành theo phản ứng sau:
(C6H10O5)n + nH2O HCl

nC6H12O6

Tinh bột → Hòa nước và HCl → Thủy phân → Trung hòa → Tẩy màu → Dung
dịch đường glucose.
Yêu cầu: Dung dịch ra có nồng độ: 100oBe.
pH = 1.5.
Thời gian: 1 giờ.
Tỉ lệ đường hóa ≥ 90%.
Hàm lượng đường: 16 – 18%.
Ưu điểm: hiệu suất cao, thời gian thủy phân ngắn hơn do cường lực xúc tác mạnh.

Nhược điểm: khi trung hòa acid dư phải dùng Na2CO3 có tạo ra một lượng muối
NaCl trong dung dịch làm tăng áp suất thẩm thấu đến tế bào vi sinh vật ảnh hưởng đến
q trình ni cấy vi khuẩn.
2HCldư + Na2CO3 → 2NaCl + CO2 + H2O
phải dùng thiết bị chịu acid ở nhiệt độ cao, áp suất cao và sau khi thủy phân xong ta
phải tiến hành tiếp các giai đoạn sau:
 Trung hịa
Mục đích: chuẩn bị, hoàn thiện.

QTCNSX bột ngọt

14


Thủy phân xong dung dịch đưa vào thiết bị trung hòa, cho NaOH 30% vào để đạt
pH = 4.8. Cho than hoạt tính vào để tẩy màu (khoảng 100kg tinh bột cho 0.45kg than),
than tẩy màu và giúp cho quá trình lọc dễ, dung dịch có màu trắng sáng.
 Ép lọc
Mục đích: khai thác.
Tách các phần bã và các chất khơng hịa tan, ta được dung dịch đường glucose có
hàm lượng đường 16 – 18%.
 Pha chế dịch lên men
Mục đích: chuẩn bị
Ngun liệu phụ

Hàm lượng

Cao ngơ

0.7%

K2HPO4

0.15%

MgSO4

0.075%

MnSO4

2%

Ure (khử trùng riêng)

Ure ban đầu khống chế 1.7 ÷ 1,8%.
Bổ sung giữa chừng 1.2%.

Nồng độ K2HPO4 khơng được > 0.25% vì nếu lớn hơn sẽ làm tổn hao đường
nhanh và acid glutamic sản sinh ra ít.
Đem đi phối chế để tạo mơi trường lên men với pH = 6.7 ÷ 6.9. Nếu pH < 6.2 hoặc
pH > 7.5, quá trình lên men sẽ diễn ra bất bình thường ảnh hưởng đến hiệu suất tạo ra
acid glutamic.
 Thanh trùng – Làm nguội
Mục đích: chuẩn bị.
Thanh trùng môi trường lên men nhằm tiêu diệt hết các loại vi sinh vật nhiễm tạp,
tạo điều kiện thuận lợi cho giống sinh trưởng và tích lũy nhiều L-AG.
QTCNSX bột ngọt

15

Việc thanh trùng môi trường cần được làm thận trọng, đúng nhiệt độ và thời gian
quy định. Thanh trùng ở nhiệt độ cao và thời gian kéo dài sẽ làm cho đường bị
caramen hóa, melanoit hóa, một số acid amin bị phân hủy làm thất thoát chất dinh
dưỡng, dẫn đến giảm chất lượng mơi trường kéo dài thời kì tiềm phát của giống, giảm
hiệu suất chuyển hóa đường ra L-AG ở giai đoạn sau.
Sau khi thanh trùng xong, cần phải làm nguội môi trường càng nhanh càng tốt.
Làm nguội môi trường quá chậm cũng sẽ làm giảm chất lượng môi trường.
Thanh trùng ở nhiệt độ 121oC trong 45 ÷ 60 phút. Nhiệt độ làm nguội 30 ÷ 35oC.
4.2. Lên men
Đây là cơng đoạn có tính quyết định nhất đối với tồn bộ dây chuyền sản xuất.
Trong cơng đoạn này có 3 giai đoạn nhỏ là: nuôi giống cấp I, nuôi giống cấp II và lên
men lớn. Trong suốt quá trình lên men cần bổ sung chất kích thích sinh trưởng biotin
với hàm lượng 2 ÷ 5 g/l. Khơng được để điều kiện lên men yếm khí vì sản phẩm tạo ra
sẽ là acid lactic, vì vậy trong suốt quá trình lên men cần bổ sung O2 liên tục.
 Chuẩn bị men giống
Sau khi chuẩn bị đầy đủ môi trường, dụng cụ… dùng que cấy cấy giống từ ống
gốc sang ống thạch nghiêng để vào tủ ấm 24 giờ cho khuẩn lạc phát triển → giống đời
I.
Cấy truyền giống sang ống thạch nghiêng 1 lần nữa để vào tủ ấm 12 giờ → giống
đời II.
Bảo quản giống trên môi trường thạch nghiêng: peptone 1%, cao thịt bò 1%, NaCl
tinh chế 0.5%, thạch 2%. Ống bảo quản trong tủ lạnh, 2 tháng cấy lại 1 lần, 6 tháng
phân lập và tuyển chọn lại nịi có hiệu lực cao.
Q trình ni giống được tiến hành theo các bước sau:
Giống gốc → cấy truyền ra ống thạch nghiêng đời 1 → cấy truyền ra ống thạch
nghiêng đời 2 → lên men bình lắc (giống cấp 1) → nuôi ở thùng tôn (giống cấp 2) →
lên men chính (nồi lên men cấp 3).
QTCNSX bột ngọt

16


 Nhân giống cấp I
Mục đích: tăng số lượng vi khuẩn cho nhân giống cấp II.
Môi trường nhân giống cấp I: đường glucoza tinh khiết 2.5%, rỉ đường 0.25%,
nước chấm 0.32%, MgSO4.7H2O 0.04%, Fe và Mn (đã pha 2000g/l) 0.002%, ure
0,5%, vitamin B1 (đã pha 150g/l) 0.00015%.
Tiến hành: Cho giống đời II một lượng vừa đủ cho vào bình tam giác 1 lít chứa
250ml mơi trường chuẩn bị sẵn đã được thanh trùng ở 121 oC, 1atm trong 20 phút rồi
làm nguội 30 – 35oC. Nuôi cấy trên máy lắc liên tục với tốc độ 100 vịng/phút. Thời
gian 16 ÷ 18 giờ.
→ Giống cấp I.
 Lên men cấp II
Mục đích: chuẩn bị số lượng giống cho thiết bị lên men.
Môi trường nhân giống cấp II (ứng với thể tích lên men 60 lít): đường glucoza
2000g, MgSO4 24g, H3PO4 60g, KOH pH = 9, nước chấm 300ml, rỉ đường 600g, ure
480g, dầu lạc 60ml, vitamin B1 20mg.
Tiến hành: dùng thùng tôn lên men có V = 50l, đựng 35 lít mơi trường đã thanh
trùng ở 120oC trong 30 phút. Thanh trùng thiết bị 130 oC trong 30 phút. Lượng giống
cấy là 2%, nhiệt độ ni cấy 31 ÷ 32oC. Thời gian 8 ÷ 9 giờ.
→ Giống cấp II.
 Lên men lớn (lên men cấp III)
Mục đích: chuyển hóa đường glucose và đạm vô cơ thành acid glutamic nhờ hoạt
động sống của vi khuẩn trong những điều kiện thích hợp.
Mơi trường dịch lên men đã chuẩn bị sẵn ở trên.
Tiến hành: dùng thùng lên men có V = 1200l, đựng 800 lít môi trường đã thanh
trùng ở 120oC trong 30 phút. Thanh trùng thiết bị 130 oC trong 30 phút. Lượng giống
cấy là 2%, nhiệt độ ni cấy 31 ÷ 32oC.

QTCNSX bột ngọt

17


Cơ chế lên men axit glutamic:
Nguồn cacbon là glucose được phân hủy thành các đoạn C3 và C2 bời các vi
khuẩn thơng qua con đường Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) và chu trình pentosophotphat và các đoạn đi vào chu trình Tricacboxylic acid (TCA).
Con đường EMP phổ biến hơn trong điều kiện sản xuất axit glutamic. Tiền chất
chính của acid glutamic là α-ketoglutaric được hình thành trong chu trình TCA thơng
qua citrate và isocitrate và sau đó chuyển hóa thành L-glutamic acid amin với các ion
NH4+ tự do.
Sự hình thành acid glutamic phụ thuộc vào sự tích tụ của acid α-ketoglutaric trong
tế bào vi khuẩn và sự có mặt của NH3 và enzyme xúc tác glutamate dehydrogenase.

Hình

4. Cơ
chế lên men axit glutamic

Con đường amin hóa – khử:

Hình 5.

Con
đường amin hóa – khử

Con đường chuyển amin:
QTCNSX bột ngọt

18


Hình 6. Con đường chuyển amin
Quá trình này xảy ra qua 3 giai đoạn:
 Giai đoạn đầu (8 ÷ 12 giờ): gọi là giai đoạn sinh khối.
Giai đoạn này các chất đạm vơ cơ và hữu cơ, muối khống, vitamin và các chất
sinh trưởng có trong mơi trường thẩm thấu vào tế bào vi khuẩn làm cho vi khuẩn lớn
lên. Đạt kích thước cực đại và bắt đầu sinh sản, phân chia. Quá trình này lặp lại cho
đến khi vi khuẩn đạt giá trị cực đại.
Các biểu hiện của giai đoạn này:
+ Nhiệt độ tăng vừa phải, càng về cuối giai đoạn, tốc độ tăng nhiệt độ càng nhanh.
+ pH tăng dần từ 6.5 ÷ 6.7 lên 7.5 ÷ 8.
+ Bọt tạo thành tăng dần (CO2 thải ra do hô hấp).
+ Lượng đường tiêu hao tăng dần, càng về sau tốc độ hao càng nhiều.
+ Lượng tế bào vi khuẩn tăng dần từ khoảng 0.13 ÷ 0.14 đến 1 (số đo OD trên máy
đo mẫu).
+ Hàm lượng acid glutamic chưa có hoặc có rất ít.
 Giai đoạn giữa (từ giờ thứ 10, 12 đến giờ 24, 26):
Giai đoạn này giữ cho tế bào không tăng thêm nữa hoặc tăng rất ít. Đường và đạm
vô cơ thẩm thấu qua màng tế bào vi khuẩn, các q trình chuyển hóa bởi các enzyme
và các phản ứng như trên để tạo ra acid glutamic trong tế bào.
Các biều hiện của giai đoạn này:
+ Lượng acid glutamic tạo thành lại hòa tan vào các môi trường làm cho pH giảm
dần, CO2 bay ra nhiều, bọt tăng ào ạt.
+ Lượng đường hao hụt nhanh từ 8.9% xuống còn 2.3%.
+ pH giảm xuống còn dưới 7 nên phải bổ sung ure để tăng pH lên 8 rồi lại giảm
xuống nhanh chóng.
QTCNSX bột ngọt

19


+ Lượng acid glutamic tăng nhanh từ 0 đến 30 ÷ 40 g/l.
 Giai đoạn cuối:
Những giờ cịn lại thì tất cả các biểu hiện đều giảm dần cho đến khi hàm lượng
đường chỉ cịn ≤ 1% thì q trình lên men kết thúc.
Yêu cầu:
+ Nhiệt độ: luôn luôn giữ ở 32oC.
+ Áp suất: 1kg/cm2
+ Lượng khơng khí: 30 ÷ 40 m3/1 giờ cho 1m3 môi trường.
+ Cánh khuấy 2 tầng 180 ÷ 200 vịng/phút.
+ pH giảm xuống cịn dưới 7 nên phải bổ sung ure ngay để tăng pH lên 8. Thường
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.
4.3. Trao đổi ion tách acid glutamic ra khỏi dịch lên men
 Trao đổi ion
Mục đích: Tách lấy acit glutamic ra khỏi dịch lên men. Đồng thời loại bỏ một số
ion khác tạo điều kiện thuận lợi cho q trình kết tinh, khơng nhiễm tạp bởi một số ion
lạ.
Cách tiến hành: Sử dụng hạt nhựa polyetylen sunfuric (rezin) sau khi bị cation hố
(được tái sinh) có khả năng giữ lại trên bề mặt của nó các anion (chủ yếu là acid
glutamic). Sau đó lại dùng NaOH để tách anion (acid glutamic) ra khỏi hạt nhựa.
Quá trình hấp thụ:
R-SO3H+ + NH3RCOO- → R'-SO3NH3RCOOH
Quá trình tách (nhả hấp phụ):
QTCNSX bột ngọt

20

R'-SO3NH3RCOOH + NaOH → R'-SO3Na + NH2RCOOH + H2O
Hạt nhựa rezin sau khi trao đổi ion với dịch lên men để cho rezin lắng xuống tự
nhiên, bỏ lớp dịch bẩn ở trên bề mặt, đảo trộn hạt nhựa rồi cho nước sạch vào rửa
ngược cho tới khi sạch thì thơi. Sau khi rửa sạch, ngừng cho nước lạnh vào và cho
nước nóng 60oC và để gia nhiệt hạt nhựa. Nước thải ra lúc đầu có chứa 1 lượng nhỏ
acid glutamic nên được thu hồi lại làm nước pha dịch men ở mẻ sau. Gia nhiệt cho đến
khi nước thải đạt 45oC thì ngưng và cho NaOH 5% vào để tách acid glutamic.
 Tách axit glutamic
Dung dịch NaOH 5% đã gia nhiệt đến 60 oC được đưa vào để tách acid glutamic.
Lúc này dịch thải ra vẫn được thu hồi để pha mẻ sau nhưng đồng thời phải liên tục
kiểm tra pH và độ Be vì acid glutamic theo dịch ra nhanh chóng. Khi độ Be đạt 0 0 thì
lập tức thu hồi acid glutamic. Chỉ 4 – 5 phút sau độ Be đạt cực đại (4,5 – 5 0Be), lúc
này ngừng cho NaOH. Sau khi đạt cực đại, độ Be giảm dần và chỉ 4 – 5 phút sau nó
giảm về 00Be thì kết thúc thu hồi acid glutamic, phần cịn lại được thu hồi làm nước
chấm.
 Axit hố axit glutamic
Toàn bộ dung dịch acid glutamic chuyển vào thùng kết tinh, cho cánh khuấy hoạt
động liên tục để ngăn ngừa acid glutamic kết tinh quá sớm. Cho HCl 31% vào tạo
điểm đẳng điện đến pH = 2.9 – 3.2 thì dừng và bắt đầu làm lạnh bằng cách cho nước
lạnh vào.
 Làm lạnh, kết tinh
Dịch acid glutamic sau khi đưa về điểm đẳng điện thì cho nước vào vỏ thùng và
làm lạnh nhằm tăng độ quá bão hòa của dung dịch làm kết tinh acid glutamic được tốt.
Để giảm dần nhiệt độ, cánh khuấy liên tục hoạt động để acid glutamic kết tinh to, tơi
và xốp. Sau 8h thì ngừng khuấy, còn nhiệt độ hạ từ từ đến nhiệt độ khơng khí. Sau ít
nhất 48h thì q trình làm lạnh, kết tinh kết thúc.
Ở đây, dung dịch acid glutamic chia làm 2 pha rõ rệt:
- Pha rắn: gồm axit glutamic đã kết tinh lắng xuống dưới.

QTCNSX bột ngọt

21