Công nghệ chế biến acid hữu cơ từ phế liệu rau quả

CHÖÔNG I: MÔÛ ÑAÀU Acid höõu cô taïo cho rau quaû coù muøi vaø vò noåi hôn baát cöù thaønh phaàn naøo khaùc. Acid höõu cô cuøng tham gia vaøo quaù trình oxi hoùa khöû trong rau quaû nhö gluxit vaø trong quaù trình hoâ haáp (chu trình di – tricacboxylic hay coøn goïi laø chu trình Krebs). Vì vaäy sau thôøi gian toàn tröõ laâu daøi, giaù trò caûm quan veà muøi vò cuûa moät soá rau quûa giaûm ñi roõ reät. Acid höõu cô coù trong rau quaû döôùi daïng töï do, daïng muoái vaø este. Moät soá acid höõu cô bay hôi vaø lieân keát vôùi ete taïo ra muøi thôm. Trong rau quaû, acid höõu cô ôû daïng töï do laø chính, nhöng trong laù chuùt chít (moät loaïi laù chua laøm gia vò) thì 3,77% laø acid töï do vaø 7,98% ôû daïng lieân keát. Ñoä acid chung cuûa rau quaû (haøm löôïng phaàn traêm cuûa caùc acid vaø muoái acid tính theo acid chính cuûa nguyeân lieäu) thöôøng khoâng quaù 1%. Tuy nhieân, coù moät soá traùi caây coù ñoä acid cao: böôûi chua 1,2%, maän chua 1,5%, mô 1,3%, chanh 6 - 8%. Ñoä acid khoâng chæ phuï thuoäc vaøo töøng loaïi rau quaû maø coøn theo gioáng, ñoä chín vaø nôi troàng. Phaàn lôùn caùc thöù rau thuoäc loaïi nguyeân lieäu khoâng chua vôùi pH 5,5 - 6,5, coøn haàu heát caùc loaïi quaû vaø moät soá raát ít rau (caø chua) thuoäc loaïi chua coù pH 2,5 - 4,5. pH 4,6 ñöôïc choïn laøm ranh giôùi giöõa thöïc phaåm acid cao (chua) vaø thöïc phaåm acid thaáp (ít hoaêïc khoâng chua). Trong rau quaû coù nhieàu loaïi acid nhöng moãi loaïi rau quaû chæ coù 1 - 2 acid chính. Ví duï: acid chuû yeáu cuûa citrus, döùa laø acid citric, cuûa nho laø acid tartric, cuûa taùo laø acid malic, cuûa chuoái bom laø acid oxalic. Ñoâï chua cuûa rau quaû khoâng chæ phuï thuoäc vaøo toång löôïng acid maø coøn phuï thuoäc vaøo khaû naêng phaân li. Vò chua cuûa rau quaû coøn phuï thuoäc vaøo haøm löôïng ñöôøng, töùc laø vaøo chæ soá ñöôøng/acid. Ví duï, haøm löôïng ñöôøng cuûa döùa hoa Vónh Phuù laø 15,8%, haøm löôïng acid laø 0,51% thì chæ soá naøy laø 15,8 : 0,51 = 31. Söï haøi hoøa chua - ngoït coù theå tính toaùn treân cô sôû noàng ñoä toái thieåu cuûa ñöôøng vaø acid baét ñaàu gaây caûm giaùc veà vò (ngöôõng caûm thuï). Noàng ñoä cuûa Sacharose laø 0,38%, cuûa acid citric 0,015%, vò chua ngoït haøi hoøa laø 0,38 : 0,015 = 23,5. Nhöng vì ñoä ngoït vaø ñoä chua coøn phuï thuoäc vaøo thaønh phaàn ñöôøng vaø acid coù trong rau quaû neân khoâng theå laáy moät chæ soá chung coá ñònh ñöôïc. Chæ soá ñöôøng/acid Vò 25 – 35 khoâng thaáy chua (chuoái, ñu ñuû) 10 – 20 chua nheï (cam) 5 – 10 chua dòu (böôûi chua) Döôùi 5 chua gaét (chanh, kheá) Trong cheá bieán rau quaû, löôïng nguyeân lieäu loïai ra chieám tôùi 50% khoái löôïng nguyeân lieäu rau quaû ñöa vaøo cheá bieán. Pheá lieäu rau quaû bao goàm: Caùc caù theå rau quaû hay boä phaän cuûa noù khoâng ñaït quy caùch cheá bieán saûn phaåm nhö xanh quaù, chín quaù, baàm daäp, saâu beänh, khoâng ñaït kích thöôùc yeâu caàu. Caùc boä phaän khoâng aên ñöôïc hoaëc aên ñöôïc nhöng coù giaù trò dinh döôõng thaáp nhö voû, haït, loõi, baõ… Caùc pheá thaûi naøy chöùa caùc chaát dinh döôõng nhö tinh boät, ñöôøng, protein, lipit, vitamin, tinh daàu…vôùi haøm löôïng khaùc nhau, tuøy thuoäc nguoàn goác, ñoä chín, boä phaän vaø phöông phaùp cheá bieán. Döôùi taùc duïng cuûa vi sinh vaät toàn taïi trong thieân nhieân, pheá lieäu rau quaû bò phaân huûy laøm oâ nhieãm nhaø maùy, baõi ñoå, ruoäng ñoàng, nguoàn nöôùc neáu khoâng ñöôïc söû duïng thích ñaùng. Töø caùc pheá thaûi cuûa coâng nghieäp cheá bieán rau quûa (ñoà hoäp, saáy, laïnh ñoâng) coù theå saûn xuaát coàn, röôïu vang, giaám, tinh daàu, pectin, daàu beùo, baùnh keïo, thöùc aên gia suùc vaø phaân boùn. Vì vaäy taän duïng pheá lieäu khoâng chæ ñem laïi lôïi nhuaän cho xí nghieäp, cuûa caûi cho xaõ hoäi maø coøn goùp phaàn baûo veä sinh quyeån ñöôïc trong saïch vaø caân baèng laø höôùng quan taâm ngaøy caøng nhieàu cuûa caùc nhaø kinh teá, kyõ thuaät. Trong nhöõng naêm gaàn ñaây ñaõ coù nhieàu thaønh töïu kyõ thuaät môùi trong laõnh vöïc taän duïng pheá lieäu coâng nghieäp noùi chung, pheá lieäu rau quaû noùi rieâng. CHÖÔNG II: COÂNG NGHEÄ SAÛN XUAÁT ACID CITRIC I. ACID CITRIC: Acid citric hay coøn goïi laø acid limonic coù coâng thöùc hoùa hoïc laø C6H8O7 , Laø acid raát phoå bieán trong thöïc vaät, ñaêïc bieät coù nhieàu trong hoï citrus nhö cam, chanh… Coâng thöùc caáu taïo cuûa acid citric : Acid citric coù nhieàu öùng duïng trong coâng ngheä thöïc phaåm: nöôùc giaûi khaùt, baùnh keïo, trong nhieáp aûnh, trong y hoïc, trong ngheà in, trong coâng nghieäp saûn xuaát sôn vaø chaát deûo…. Trong coâng nghieäp acid citric chuû yeáu ñöôïc saûn xuaát baèng phöông phaùp leân men. II. COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN SAÛN XUAÁT ACID CITRIC: Vi sinh vaät söû duïng trong coâng ngheä saûn xuaát acid citric: Acid citric chuû yeáu ñöôïc toång hôïp nhôø loaøi naám sôïi. Hình nhö caùc loaøi naám men vaø caùc loaøi vi khuaån khoâng coù khaû naêng naøy. Caùc loaøi naám sôïi coù khaû naêng toång hôïp acid citric bao goàm: Citromycesglader, citromyees fferianus, chitromyees Conidiophone, Penicillium lutcum, Penicillium glaucum, Aspergillus niger, Aspergillus Oryzae, Aspergillus batatac, Aspergillus awamari Aspergillus welchii. Trong caùc gioáng vi naám keå treân. Aspergillusniger laø naám sôïi ñöôïc öùng duïng nhieàu vaøo saûn xuaát acid citric, ñeå ñaùp öùng ñöôïc 3 yeâu caàu cô baûn veà gioáng duøng trong saûn xuaát acid citric laø: Coù khaû naêng taïo acid raát maïnh. Coù khaû naêng chòu ñöôïc moâi tröôøng acid khi löôïng acid citric taêng cao. Ít taïo ra nhöõng acid höõu cô khaùc nhö acid oxalic, acid gluconic, acid fumaric. Cô cheá sinh toång hôïp acid citric: Cô cheá sinh toång hôïp acid vaãn coøn nhieàu vaãn ñeà chöa laøm saùng toû. Tuy nhieân, caùc nhaø khoa hoïc cuõng ñaõ thoáng nhaát moät cô cheá ñôn giaûn nhaát cuûa cô cheá taïo acid citric töø ñöôøng. Caùc giai ñoaïn cuûa quaù trình leân men: Quaù trình saûn xuaát acid citric baèng phöông phaùp leân men coù theå chia ra ba giai ñoaïn sau: Chuaån bò dung dòch leân men; Leân men; Xöû lyù dòch ñaõ leân men ñeå thu acid citric. Chuaån bò dòch leân men: Nguyeân lieäu chuû yeáu ñeå leân men citric laø ñöôøng. Ngoaøi ra N2, P, S, Zn, Fe vaø Mg cuõng laø nhöõng thaønh phaàn raát quan troïng cuûa moâi tröôøng leân men. Ngöôøi ta ñaõ chöùng toû raèng hieäu suaát cuûa acid citric seõ cao khi maøng naám moûng vaø khi coù hình thaønh baøo töû nhöng raát yeáu. Vaø ñieàu ñoù thöôøng xaûy ra khi haøm löôïng muoái trong moâi tröôøng laø cöïc tieåu. Nitô laø thaønh phaàn quan troïng nhaát thöôøng ñöôïc ñöa vaøo moâi tröôøng leân men döôùi daïng NH4Cl, NH4NO3. Hieäu suaát cuûa quaù trình leân men laø cöïc ñaïi neáu haøm löôïng nitô coù trong dòch leân men laø 0,07%. Phospho cuõng laø nguyeân toá raát quan troïng. Thieáu P, heä sôïi naám taïo thaønh yeáu vaø seõ thieân veà toång hôïp ra acid gluconic. Coøn khi khoâng coù P thì heä sôïi naám laïi khoâng phaùt trieån. Thöôøng haøm löôïng P2O5 khoaûng 0,016 – 0,021% laø thích hôïp ñeå cho hieäu suaát cao. Löu huyønh thöôøng ñöôïc ñöa vaøo moâi tröôøng leân men döôùi daïng muoái magie sulfat, keõm sulfat vaø saét sulfat. Löôïng S thích hôïp laø 71,1ml/l. taêng löôïng S cao hôn seõ giaûm khaû naêng toång hôïp acid citric cuûa heä sôïi. Caùc nguyeân toá khaùc nhö Mg, Zn, vaø Fe cuõng khoâng keùm quan troïng. Loaïi tröø Zn ra khoûi moâi tröôøng thì haàu nhö khoâng toång hôïp ra ñöôïc acid citric. Hieäu suaát cuûa acid citric seõ raát cao neáu nhö Zn, Fe, Mg coù maët vôùi haøm löôïng giôùi haïn. Nhö vaäy caùc nguyeân toá voâ cô laø nhaân toá ñieàu chænh söï taân taïo acid citric raát quan troïng. Trong caùc ñöôøng laøm nguyeân lieäu thì saccharose (chöùa trong ræ ñöôøng) vaø glucoza kyõ thuaät laø toát hôn caû. Ñöôøng cuû caûi taïo ñieàu kieän cho heä sôïi naám sinh tröôûng toát vaø hieäu suaát acid cao. Hieäu suaát acid cöïc ñaïi khi noàng ñoä ñöôøng trong dòch leân men töông ñoái lôùn (25%). Noàng ñoä ñöôøng cao hôn, quaù trình leân men bò öùc cheá. Khi heát glucid thì heä sôïi naám baét ñaàu söû duïng ñeán acid citric. Khi ñoù phaàn lôùn (85%) acid ñöôïc heä sôïi duøng cho hoâ haáp: C6H8O7 + 4,5O2 = 6CO2 + 4H2O. Leân men Trong giai ñoaïn leân men acid citric thì ñoä pH, nhieät ñoä vaø ñoä thoaùng khí coù yù nghóa raát quan troïng. Ñeå cho heä sôïi naám taïo acid sinh tröôûng vaø hình thaønh dung dòch phaûi ñöôïc acid hoùa baèng HCl ñeán pH 3 - 4, pH toái öu coøn phuï thuoäc vaøo daïng nitô coù trong dung dòch. Neáu nitô ôû daïng NH4NO3 thì pH toái öu xaáp xæ 3, coøn neáu ôû daïng NH4Cl thì pH toái öu gaàn 4. Trong quaù trình leân men do söï taïo haønh lieân tuïc acid citric neân pH cuûa dung dòch leân men giaûm xuoáng 2,4. Nhö vaäy, dung dòch coù pH toái öu chæ trong thôøi kì sinh tröôûng cuûa naám. Söï thoaùng khí cuûa moâi tröôøng leân men coù yù nghóa quan troïng trong saûn xuaát, vì taát caû naám moác coù heä sôïi ñeàu laø cô theå hieáu khí ñieån hình. Söï toång hôïp neân caùc saûn phaåm oxy hoùa khaùc nhau laø nhôø caùc saûn phaåm cuûa söï phaân ly maïch carbon cuûa glucid. Caùc phaûn öùng phaân giaûi ñaàu tieân khoâng phuï thuoäc vaøo söï coù maët cuûa oxy khoâng khí. Coøn caùc phaûn öùng phaân giaûi thöù ñeán laø nhöõng phaûn öùng oxy hoùa coù oxy phaân töû tham gia. Naám moác caàn moät löôïng oxy lôùn trong thôøi gian phaùt trieån cuûa mình. Söï thoaùng khí ñöôïc thöïc hieän baèng caùch thoâng gioù cho buoàng leân men. Oxy khi coù noàng ñoä vuôït quaù haøm löôïng bình thöôøng cuûa noù trong khoâng khí (21%) seõ laøm chaäm söï sinh tröôûng cuûa naám moác nhöng laïi kích thích söï sinh toång hôïp acid citric. Coøn khi khoâng khí coù oxy keùo daøi, heä sôïi seõ naám seõ bò cheát. Nhö vaäy löôïng khoâng khí nhieàu hay ít ñeàu khoâng thuaän lôïi cho söï leân men citric. Oxy caàn cho söï hoâ haáp vaø cho söï toång hôïp acid citric. Nhieät ñoä coù aûnh höôûng ñeán cöôøng ñoä sinh tröôûng vaø taïo acid cuûa naám moác. Nhieät ñoä toái öu do tính chaát cuûa vi sinh vaät cuõng nhö do yeâu caàu trong caùc giai ñoaïn cuûa chu trình saûn xuaát quyeát ñònh. Nhieät ñoä thaáp hôn seõ taïo ra acid gluconic, nhieät ñoä cao hôn seõ ngöøng quaù trình taïo ra acid citric. Coù theå leân men baèng phöông phaùp nuoâi caáy beà maët hoaëc baèng phöông phaùp nuoâi caáy chieàu saâu. Xöû lyù dòch ñaõ leân men Dung dòch ñaõ leân men laø moät hoãn hôïp caùc acid limonic, acid gluconic, acid oxalic, ñöôøng chöa bò leân men vaø caùc taïp chaát voâ cô (trong ñoù acid citric 40 – 50g/l, acid gluconic 3g/l, acid oxalic 1g/l, ñöôøng chöa leân men 70g/l). Trung hoøa dung dòch baèng phaán. Döïa vaøo ñoä hoøa tan khaùc nhau cuûa caùc muoái taïo thaønh ñeå taùch muoái canxi citrat. Citrat hoøa tan ít trong nöôùc soâi, nhöng hoøa tan trong nöôùc laïnh, canxi oxalat khoâng hoøa tan, coøn canxi gluconat thì hoøa tan ôû baát kì nhieät ñoä naøo. Loïc ñeå taùch keát tuûa canxi citrat ra. Phaân ly canxi citrat baèng acid sulfuric ñeå taïo ra acid citric. Coâ ñaëc vaø keát tinh acid citric . Caùc phöông phaùp leân men saûn xuaát acid citric: Hieän nay vaãn toàn taïi hai phöông phaùp saûn xuaát acid citric töø naám sôïi Aspergillus niger: phöông phaùp leân men beà maët vaø phöông phaùp leân men chìm. Phöông phaùp leân men beà maët: Phöông phaùp leân men beà maët öùng duïng nhieàu vaøo nhöõng naêm ñaàu cuûa theá kyû XX, theo ñoù caùc vi sinh vaät phaùt trieån haún treân beà maët moâi tröôøng naèm giöõa pha raén vaø pha khí hoaëc naèm giöõu pha loûng vaø pha khí. Nhö vaäy, phöông phaùp leân men beà maët coù theå söû duïng hai loaïi moâi tröôøng: moâi tröôøng baùn raén, coøn goïi laø moâi tröôøng xoáp vaø moâi tröôøng loûng. ( Leân men beà maët vôùi moâi tröôøng baùn raén: Phöông phaùp naøy ít ñöôïc aùp duïng vì hieäu suaát thu khoâng cao vaø khaù phöùc taïp ôû khaâu chieát, taùch acid citric. Tröôùc kia ngöôøi ta duøng moâi tröôøng caùm mì, caùm gaïo coù troän khoaûng 15 - 25% traáu ñeå taêng ñoä xoáp cuûa moâi tröôøng. Ngoaøi ra, trong moät soá cô sôû ngöôøi ta coøn duøng moâi tröôøng khaùc töø saén, khoai taây, baép… Moâi tröôøng laøm nguyeân lieäu phaûi ñöôïc nghieàn nhoû ñeán kích thöôùc vöøa phaûi. Sau khi nghieàn xong moâi tröôøng phaûi ñöôïc laøm aám ñeán ñoä aåm khoaûng 60 - 65% vaø ñem haáp thanh truøng baèng hôi noùng. Moâi tröôøng laøm xong phaûi ñöôïc laøm nguoäi vaø chuaån bò cho quaù trình nuoâi caáy. Tröôùc ñoù ta phaûi chuaån bò gioáng. Quaù trình naøy coøn goïi laø giai ñoaïn thu nhaän baøo töû gioáng. Coù 2 phöông phaùp thu nhaän: Phöông phaùp thöù nhaát Chuaån bò 3 - 4 bình tam giaùc dung tích 150 ml, cho vaøo ñoù khoaûng 50g caùm ñeå coù ñoä aåm 60%. Haáp thanh truøng vaø ñeå nguoäi. Töø oáng gioáng Aspergillus niger goác, ta chuyeån toaøn boä khuaån laïc baèng caùch cho vaøo moãi oáng nghieäm 10ml nöôùc voâ truøng, khuaáy ñeàu cho baøo töû gioáng trong oáng nghieäm hoøa troän trong nöôùc. Baèng phöông phaùp voâ truøng chuyeån toaøn boä sang caùc bình tam giaùc ñaõ chuaån bò moâi tröôøng saün. Laéc ñeàu cho moâi tröôøng troän ñeàu baøo töû. Nuoâi chuùng trong tuû aám coù nhieät ñoä 30 - 37oC, trong thôøi gian 3 ngaøy. Khi thaáy trong bình tam giaùc toaøn laø baøo töû maøu ñen laø keát thuùc giai ñoaïn nuoâi caáy. Tieáp ñoù, cuõng moâi tröôøng nhö treân nhöng ñöôïc chuaån bò vaøo khay nhoâm hoaëc inox. Taûi ñeàu khi cho 10% moâi tröôøng gioáng töø bình tam giaùc ñaõ nuoâi ôû treân vaøo. Chieàu daøy khoái troän khoaûng töû 3 - 5cm. Ñeå trong phoøng coù nhieät ñoä oån ñònh laø 32oC. Nuoâi trong khoaûng 3 - 4 ngaøy khi baøo töû maøu ñen xuaát hieän kín beà maët moâi tröôøng, ñem saáy ôû nhieät ñoä < 40oC ta thu ñöôïc gioáng baøo töû saün saøng cho quaù trình saûn xuaát ñaïi traø. Phöông phaùp thöù 2 Ngöôøi ta nuoâi trong moâi tröôøng loûng gioáng Aspergillus niger. Moâi tröôøng ñeå thu nhaän baøo töû coù thaønh phaàn nhö sau: Dung dòch nöôùc malt coù noàng ñoä chaát khoâ 3 - 5%. NH4Cl 0,25g KH2PO4 1,25g MgSO4 0,25g FeSO4 0,0125g Moâi tröôøng ñaõ chuaån bò xong ñöôïc ñöa vaøo bình coù dung tích 2 - 3lít vôùi chieàu cao cuûa dung dòch trong caùc bình laø 1cm, ñem haáp thanh truøng ôû 1 at trong 30phuùt. Sau ñoù chuyeån gioáng töø oáng nghieäm gioáng vaøo. Tieán haønh nuoâi ôû nhieät ñoä 32oC trong thôøi gian 4 ngaøy hoaëc laâu hôn cho ñeán khi treân beà maët xuaát hieän vaùng naám sôïi, luùc ñaàu laø maøu traéng sau ñoù laø ñen chöùa toaøn baøo töû. Ngöôøi ta thu baøo töû naøy ñem saáy ôû nhieät ñoä < 40oC vaø duøng noù nhö baøo töû gioáng caáp 1. Ñeå saûn xuaát baøo töû gioáng caáp 2,3, ngöôøi ta thöïc hieän nhö quaù trình nuoâi naám sôïi treân khay ñaõ trình baøy ôû treân. Quaù trình leân men beà maët ñöôïc thöïc hieän nhö sau: Troän caùm vôùi nöôùc theo tyû leä 1:1. Haáp thanh truøng ôû 1at trong 30 phuùt vaø taõi ñeàu ra khay, sau khi laøm nguoäi seõ ñöôïc troän gioáng vôùi tyû leä 0,3 - 0,5%. Chieàu daøy cuûa khoái caùm + baøo töû gioáng khoaûng 3 - 5cm. Tieán haønh nuoâi ôû nhieät ñoä oån ñònh laø 30 - 32oC trong 4 - 5 ngaøy. Thôøi gian leân men keát thuùc khi baøo töû naám sôïi môùi baét ñaàu xuaát hieän nhieàu nhöng chöa hoaøn toaøn chuyeån qua maøu ñen. Phöông phaùp nuoâi caáy beà maët ñeå thu nhaän acid citric treân moâi tröôøng baùn raén hieän nay khoâng coøn aùp duïng ôû caùc nöôùc chaâu Aâu nöõa. Tuy nhieân, ôû nhieàu nöôùc vaãn phöông phaùp naøy vaãn coøn ñöôïc aùp duïng vaø thay caùm baèng boät khoai mì. Cöù 3 – 4kg boät khoai mì ngöôøi ta thu ñöôïc 1kg acid citric. ( Leân men theo phöông phaùp beà maët treân moâi tröôøng loûng: Trong phöông phaùp nuoâi caáy naøy ngöôøi ta söû duïng moät trong nhöõng coâng thöùc moâi tröôøng sau ñaây: Moâi tröôøng 1: Saccharose 150g(15%) MgSO4 0,25g(0,025%) KH2PO4 0,5g(0,05%) Nöôùc 1000ml( theâm vaøo vöøa ñuû 100%) Moâi tröôøng 2: (moâi tröôøng Curie) Saccharose 12-15% MgSO4 0,15% KH2PO4 0,1% NH4NO3 0,2% pH = 3-3,6 Moâi tröôøng 3: (moâi tröôøng Deolger) Saccharose 14% MgSO4 0,023% K2HPO4 0,1% NH4NO3 0,223% pH = 2,2 Moâi tröôøng 4 Saccharose 10% NH4NO3 0,25% KH2PO4 0,01% MgSO4.7H2O 0,03% ZnSO4.7H2O 0,0008% pH = 5,5-6. Ngöôøi ta thay ñöôøng baèng maät ræ. Maät ræ söû duïng tröôùc khi laøm moâi tröôøng. Xöû lyù maät ræ goàm 3 vaán ñeà caàn giaûi quyeát: Xöû lyù maøu Xöû lyù heä keo coù trong maät ræ Xöû lyù saét neáu maät ræ chöùa saét. Maät ræ ñöôøng caàn phaûi ñöôïc xöû lyù maøu vaø heä keo baèng caùch cho dòch qua than hoïat tính ñeå haáp phuï vaø pha loaõng ñeå ñieàu chænh heä keo cuûa dòch maät ræ. Neáu trong maät ræ coù Fe3+ ngöôøi ta cho vaøo maät ræ sau pha loaõng K4{Fe(CN)6} Tieáp theo ta hieäu chænh haøm löôïng ñöôøng vaø pH ñeå thuaän lôïi cho quaù trình leân men. Haøm löôïng ñöôøng ñöôïc hieäu chænh ôû haøm löôïng töø 14 - 15% veà khoái löôïng. Ngoaøi ra ñeå quaù trình leân men thuaän lôïi cho vi sinh vaät ngöôøi ta boå sung MgSO4, NH4NO3, KH2PO4 vaø ñieàu chænh pH töø 2,2 - 6 tuøy thuoäc vaøo thaønh phaàn caùc chaát boå sung maø ñieàu chænh pH cho hôïp lyù. Quaù trình chuaån bò gioáng ñaõ ñöôïc trình baøy ôû muïc treân. Moâi tröôøng leân men phaûi ñöôïc loïc ky õvaø thanh truøng, laøm nguoäi, phaân phoái vaøo caùc khay, nuoâi ôû nhieät ñoä 28 - 32oC trong thôøi gian töø 48 - 72 giôø. Quaù trình leân men treân beà maët cuûa dòch loûng nhôø lôùp vaùng daøy ôû treân ñoù laø khuaån laïc cuûa naám Aspergillus niger. Acid citric seõ ñöôïc thaåm thaáu qua maøng teá baøo vaøo moâi tröôøng. Keát thuùc quaù trình leân men, ngöôøi ta laáy phaàn dòch leân men ñem ñi loïc ñeå thu acid citric vaø tieáp tuïc leân men meû môùi. Leân men theo phöông phaùp chìm: Trong coâng ngheä saûn xuaát acid citric theo phöông phaùp chìm, ngöôøi ta söû duïng moâi tröôøng gioáng nhö moâi tröôøng loûng duøng trong phöông phaùp leân men beà maët. Quaù trình ñöôïc thöïc hieän trong caùc thieát bò leân men coù caùnh khuaáy vaø coù heä thoáng thoåi khí lieân tuïc. Ngöôøi ta tieán haønh leân men ôû 28 – 320C trong thôøi gian 6 – 7 ngaøy. Trong quùa trình leân men, ngöôøi ta thöôøng phaûi söû duïng CaCO3 ñeå ñieàu chænh pH vì acid citric ñöôïc taïo thaønh seõ laøm giaûm pH xuoáng 1 – 1,5. Vieäc ñieàu chænh naøy coøn coù yù nghóa laø ngöôøi ta chuyeån acid citric thanh xitrat canxi laéng xuoáng. Keát thuùc quaù trình leân men, ngöôøi ta söû duïng H2SO4 ñeå taùch acid citric ra. Tieán haønh coâ ñaëc vaø keát tinh acid citric. III. COÂNG NGHEÄ SAÛN XUAÁT ACID CITRIC TÖØ PHEÁ LIEÄU: Acid citric laø acid chuû yeáu trong caùc loaïi quaû hoï citrus vaø döùa. Trong saûn xuaát rau quaû vaø nhaát laø cheá bieán döùa, pheá thaûi trong quaù trình xöû lyù nguyeân lieäu chieám moät tæ leä khaù lôùn. Do ñoù vieäc taän duïng pheá lieäu trong nhaø maùy cheá bieán döùa laø moät vaán ñeà raát ñaùng quan taâm nhaèm giaûm thieåu oâ nhieãm moâi tröôøng vaø mang laïi lôïi nhuaän cao cho nhaø saûn xuaát. Ngaøy nay ôû Hawaii, ngöôøi ta ñaõ coù theå saûn xuaát löôïng lôùn acid citric töø pheá lieäu döùa. Pheá lieäu trong cheá bieán ñoà hoäp döùa goàm coù: Hai ñaàu quaû döùa: 15 – 20% khoái löôïng quaû. Voû, loõi, maét, mieáng vuïn trong quaù trình goït: 40 – 50%. Baõ döùa: 40 – 50% khoái löôïng döùa ñem eùp. Hieäu suaát dòch quaû khi eùp voû khoaûng 40%, eùp loõi 45%, eùp maét, döùa vuïn 55%. Baûng 1: Thaønh phaàn trong nöôùc eùp pheá lieäu Chæ soá Loaïi nöôùc döùa  Haøm löôïng chaát khoâ (%)  Haøm löôïng ñöôøng chung (%)  Haøm löôïng acid chung (%)   Töø thòt quaû Töø voû Töø loõi  10 – 15 7 – 10 6 -9  8 – 13 5.5 – 8.5 4 - 8  0.5 – 0.7 0.6 – 0.7 0.2 – 0.3   Quy trình saûn xuaát acid citric töø pheá lieäu döùa (töông töï vôùi chanh): Ñem pheá lieäu döùa eùp laáy nöôùc hoaëc trích ly chaát hoøa tan roài môùi eùp. Thöôøng trích ly vaø eùp 3 laàn ñeå laáy dòch quaû ñöôïc trieät ñeå. Cho leân men nöôùc eùp trong 4 – 5 ngaøy ñeå phaân huûy ñöôøng vaø pectin coù trong nöôùc eùp. Loïc trong roài ñoå dung dòch voâi toâi noùng vaøo. Ñun soâi trong vaøi phuùt ñeå canxi citrat keát tuûa vaø laéng xuoáng. Gaïn nöôùc trong röûa saïch phaàn caën (muoái xitrat) baèng nöôùc soâi. Sau ñoù cho H2SO4 (360 Be) vaøo, ñun soâi trong 30phuùt vaø ñeå yeân trong 3 giôø ñeå hoaøn thaønh quaù trình phaân giaûi canxi citrat thaønh acid citric. Ñem loïc, loaïi boû phaàn caën laø canxi sunfat sau khi ñaõ röûa saïch caën. Coâ ñaëc dung dòch acid citric thu ñöôïc trong chaân khoâng ñeán 400 Be, roài ñeå keát tinh trong 3 – 5 ngaøy. Phaân li baèng maùy li taâm, ñöôïc acid citric keát tinh. Ñem tinh cheá acid baèng nöôùc saïch vaø than hoaït tính, ñöôïc acid citric töông ñoái tinh khieát.  Quy trình trích ly acid citric töø pheá lieäu döùa, chanh…: CHÖÔNG III: COÂNG NGHEÄ SAÛN XUAÁT ACID LACTIC ACID LACTIC: Coâng thöùc hoùa hoïc acid lactic: CH3CHOHCOOH. Khoái löôïng phaân töû cuûa acid lactic laø: 98,08, nhieät ñoä soâi laø 122oC, ñieåm tan 17oC. Acid lactic laø chaát höõu cô khoâng maøu, muøi nheï, tan trong nöôùc vaø trong coàn. Acid lactic coøn coù teân goïi khaùc laø 1-hydroxyethanol cacbonxylic hay acid 2-hydroxypropanoic. Trong caáu taïo phaân töû cuûa chuùng coù moät C baát ñoái xöùng neân chuùng coù 2 ñoàng phaân quang hoïc laø:

Loaïi L - acid lactic ôû daïng tinh theå. Chuùng coù khaû naêng tan trong nöôùc, tan trong coàn etylic, tan trong ester, khoâng tan trong CHCl3. Nhieät ñoä noùng chaûy 28oC, goùc quay cöïc ôû 15oC laø 2,67o. Loaïi D - acid lactic laø daïng tinh theå, tan trong nöôùc, tan trong coàn. Nhieät ñoä noùng chaûy laø 28oC, nhieät ñoä soâi 103oC, goùc quay cöïc ôû 15oC laø -2,26o. Neáu trong hoãn hôïp coù tyû leä L - acid lactic vaø D – acid lactic laø 1:1 thì ngöôøi ta goïi laø hoãn hôïp Raxemic. Hoãn hôïp naøy ñöôïc kyù hieäu laø D1 acid lactic. VI SINH VAÄT THAM GIA QUAÙ TRÌNH LEÂN MEN LACTIC: Ñaëc ñieåm chung cuûa vi khuaån lactic nhö sau: Vi khuaån lactic thuoäc hoï lactobacilliaceae Vi khuaån lactic thuoäc vi khuaån gram (+) Vi khuaån lactic khoâng di ñoäng Vi khuaån lactic khoâng taïo baøo töû (hieän nay ñaõ tìm thaáy moät soá gioáng trong hoï vi khuaån lactic coù khaû naêng taïo baøo töû) Vi khuaån lactic thuoäc hoï hieáu khí tuøy tieän Vi khuaån lactic khoâng chöùa cytochrom vaø enzym catalase Vi khuaån lactic coù khaû naêng sinh toång hôïp enzym peroxydase raát maïnh. Chuùng phaân giaûi H2O2 deã taïo ra H2O vaø oxy ñeå phaùt trieån. Vi khuaån lactic coù nhieàu trong thieân nhieân. Chuùng toàn taïi ôû coû, nhaát laø coû khoâ. Chuùng toàn taïi trong ñöôøng ruoät, trong mieäng cuûa cô theå ngöôøi vaø ñoäng vaät. Coù moät soá loaøi trong hoï vi khuaån lactic nhö Streptococcus coù khaû naêng gaây beänh Khi nghieân cöùu veà khaû naêng leân men lactic töø caùc nguyeân lieäu chöùa ñöôøng, ngöôøi ta thaáy coù hai nhoùm vi khuaån lactic chuyeån hoùa ñöôøng hoaøn toaøn khaùc nhau: vi khuaån lactic dò hình Vi khuaån lactic ñoàng hình Vi khuaån lactic dò hình Khi tieán haønh leân men caùc dung dòch ñöôøng. Caùc vi khuaån lactic dò hình thöôøng taïo ra löôïng acid lactic khoâng lôùn laém. Ngoaøi ra chuùng coøn taïo ra moät soá saûn phaåm khaùc nhö acid acetic, acid propionic, ethanol, CO2. Moät soá gioáng vi khuaån lactic dò hình Lactobacillus pasteurianus: Ñaëc ñieåm chung cuûa vi khuaån nhö sau: Thuoäc tröïc khuaån gram(+) Kích thöôùc: roäng 0,5 -1 (m, daøi 7,0 - 35(m Trong thieân nhieân chuùng toàn taïi daïng rieâng leû, khoâng di ñoäng. Coù khaû naêng leân men leân men ñöôïc arabinose, glucose, fructose, galactose… Trong quaù trình leân men taïo moät loaït saûn phaåm nhö CO2, alcobol, acid lactic, acid acetic, acid formic. Nhieät ñoä thích hôïp laø 29-33oC pH thích hôïp 8,0 Lactobacillus brevis Ñaëc ñieåm chung cuûa vi khuaån naøy nhö sau: Thuoäc loaïi tröïc khuaån gram (+) Kích thöôùc roäng 0,7 - 10m, daøi 2,0 - 4,0m Trong thieân nhieân chuùng lieân keát thaønh chuoãi, khoâng di ñoäng. Trong quaù trình phaùt trieån, chuùng coù theå söû duïng lactat canxi nhö nguoàn cung caáp cacbon. Chuùng coù khaû naêng leân men caùc loaïi ñöôøng nhö arbinose, xylose, glucoso, fructose, galactose, maltose. Nhieät ñoä phaùt trieån toái ña laø 30oC. Vi khuaån coù nhieàu trong söõa, trong kefin. Trong döa chua. Lactobacillus lycopessici Ñaëc ñieåm chung cuûa vi khuaån naøy nhö sau: Thuoäc tröïc khuaån gram(+) Trong thieân nhieân chuùng toàn taïi töøng ñoâi moät Chuùng coù khaû naêng taïo baøo töû Trong quaù trình leân men ñöôøng, chuùng taïo ra coàn, acid lactic, acid acetic vaø CO2. Streptococcus cumoris Ñaëc ñieåm chung cuûa vi khuaån naøy nhö sau: Thuoäc loaøi caàu khuaån, trong thieân nhieân chuùng toàn taïi thaønh daïng chuoãi daøi. Thuoäc gram (+) Nhieät ñoä cho chuùng thích hôïp phaùt trieån laø 30oC Chuùng khoâng phaùt trieån ñöôïc ôû noàng ñoä NaCl 4% Khi leân men ñöôøng taïo acid acetic, diacetyl, CO2 Chuùng coù khaû naêng taïo ra nhöõng chaát khaùng khuaån. Streptococcus falcalis Chuùng taïo thaønh chuoãi teá baøo hình caàu, gram (+) Nhieät ñoä sinh tröôûng 10 – 450C Coù khaû naêng chòu ñöôïc noàng ñoä NaCl 5% Coù khaû naêng leân men ñöôøng glucose, maltose, lactose, trehalose, sihicin, manritol vaø rorbitol Taát caû caùc vi khuaån lactic dò hình thöôøng thieáu 2 loaïi enzym quan troïng: enzym aldolase vaø enzym trisophophatizomerase. Do ñoù trong giai ñaàu cuûa quaù trình leân men, chuùng ñöôïc tieán haønh theo con ñöôøng pentose - photphat Vi khuaån lactic ñoàng hình Laø vi khuaån trong teá baøo cuûa chuùng coù chöùa enzym aldolase vaø enzym triosophotphatizomerase. Khi tieán haønh leân men caùc loaïi ñöôøng chuùng chuû yeáu taïo ra acid lactic. Moät soá gioáng vi khuaån ñieån hình sau: Lactobacillus acidophilus Ñaëc ñieåm chung cuûa vi khuaån naøy ñöôïc toùm taét nhö sau: Chuùng thuoäc tröïc khuaån, coù kích thöôùc: roäng 0,6 - 0,9m, daøi 1,5 - 6,0m. Trong thieân nhieân chuùng toàn taïi rieâng leû. Ñoâi khi chuùng taïo thaønh nhöõng chuoãi ngaén. Chuùng thuoäc nhoùm vi khuaån gram (+) vaø coù khaû naêng chuyeån ñoäng. Chuùng coù khaû naêng leân men caùc loaïi ñöôøng nhö glucose, fructose, galactose, mannose, maltose, saccharose ñeå taïo ra acid lactic. Chuùng hoaøn toaøn khoâng coù khaû naêng leân men xylose, arabinose, rahamnose, glycerol, sorbitol, dulcitol, enositol. Trong quaù trình leân men chuùng taïo ra caû hai loaïi ñoàng phaân quang hoïc cuûa acid lactic. Nhieät ñoä phaùt trieån toái öu laø 45 - 50oC. Lactobacillus bulgaricus Thuoäc loaøi tröïc khuaån coù kích thöôùc raát daøi, lieân keát vôùi nhau taïo thaønh chuoãi, gram (+). Chuùng khoâng coù khaû naêng di chuyeån. Coù khaû naêng leân men ñöôïc caùc loaïi ñöôøng glucose, lactose, galactose. Khoâng coù khaû naêng leân men xylose, arabinose, sorbose, dulcitol, mannitiol, dectrin, inulin. Chuùng khoâng coù khaû naêng taïo ra initrit töø nitrate. Nhieät ñoä phaùt trieån 45 - 50oC. Lactobacillus bifdus Tröïc khuaån raát nhoû, kích thöôùc trung bình khoaûng 4m. Khoâng coù khaû naêng di ñoäng, thuoäc gram(+). Nhieät ñoä phaùt trieån toát nhaát cuûa vi khuaån naøy laø 37oC. Chuùng coù khaû naêng leân men caùc loaïi ñöôøng glucose, fructose, galactose, saccharose, inulin, dextrin. Lactobacillus casei Tröïc khuaån nhoû, kích thöôùc raát ngaén. Chuùng coù theå taïo thaønh chuoãi, khoâng chuyeån ñoäng, gram (+). Chuùng coù khaû naêng leân men ñöôïc caùc loaïi ñöôøng glucose, fructose, mannose, galactose, maltose, lactose, salicin. Trong quaù trình leân men chuùng taïo ra D - acid lactic. Nhieät ñoä phaùt trieån toái öu laø 38 - 40oC. Ngoaøi ra coøn moät soá vi khuaån khaùc nhö: Lactobacillus causaciccus, Lactobacillus leichmannii, Lactobacillus helveticcus, Lactobacillus helveticcus, Lactobacillus thermophillus… COÂNG NGHEÄ SAÛN XUAÁT ACID LACTIC: Hieän nay, ngöôøi ta saûn xuaát acid lactic theo 2 phöông phaùp: Phöông phaùp truyeàn thoáng Phöông phaùp hieän ñaïi Coâng ngheä truyeàn thoáng saûn xuaát acid lactic Theo phöông phaùp truyeàn thoáng, coâng ngheä saûn xuaát acid lactic phaûi qua 3 giai ñoaïn chính: Chuaån bò moâi tröôøng leân men. Ñieàu khieån quaù trình leân men. Taïo lactat canxi vaø thu nhaän acid lactic. Chuaån bò moâi tröôøng leân men Tröôùc tieân, maät ræ caàn phaûi ñöôïc xöû lyù ñeå taåy maøu vaø taùch caùc chaát keo coù trong maät ræ. Ñeå xöû lyù maøu, ngöôøi ta duøng than hoaït tính. Tröôùc tieân, maät ræ caàn ñöôïc laøm loaõng theo tyû leä 1:3, sau ñoù cho chaûy qua coät than hoaït tính. Than hoaït tính seõ haáp phuï chaát maøu, khi ñoù dung dòch maät ræ seõ saùng maøu hôn. Sau ñoù, ngöôøi ta laøm loaõng maät ræ ñeán noàng ñoä chaát khoâ 15% vaø duøng H2SO4 5% theo khoái löôïng dung dòch ñeå acid hoùa moâi tröôøng. H2SO4 coù yù nghóa raát quan troïng trong quaù trình xöû lyù maät ræ: H2SO4 nhö moät chaát ñieàu hoøa pH, H2SO4 nhö moät chaát phaù vôõ heä keo vaø H2SO4 nhö moät chaát chuyeån hoùa ñöôøng saccharose thaønh ñöôøng nghòch ñaûo giuùp quaù trình leân men sau naøy toát hôn. Trong giai ñoaïn naøy, ngöôøi ta ñun dung dòch ñeán 90 - 95oC trong 6 giôø. Tieáp tuïc ngöôøi ta pha loaõng dung dòch ñöôøng xuoáng coøn 5 - 10% ñöôøng vaø ñieàu chænh pH ngöôïc laïi ñeán 6,3 - 6,5. Ngöôøi ta laøm nguoäi dung dòch ñöôøng xuoáng 50oC vaø bôm chuùng vaøo thuøng leân men ñeå tieán haønh quaù trình leân men. Giai ñoaïn leân men lactic Vi khuaån lactic ñaõ ñöôïc nuoâi caáy rieâng ôû phaân xöôûng nhaân gioáng. Khi löôïng gioáng ñaûm baûo veà soá löôïng teá baøo (khoaûng x.106 teá baøo/1 ml), ngöôøi ta chuyeån gioáng vaøo thuøng leân men vôùi tyû leä gioáng 2,5 - 3%. Trong saûn xuaát lactic, ngöôøi ta thöôøng söû duïng caùc loaøi vi khuaån lactic ñoàng hình, trong ñoù vi khuaån Lactobacillus delbruckii ñöôïc söû duïng nhieàu hôn caû. Ñoái vôùi vi khuaån naøy, ngöôøi ta thöôøng duy trì nhieät ñoä trong suoát quaù trình leân men laø 50oC, pH duy trì ôû 5 - 6, thôøi gian leân men 7 - 10 ngaøy. Tuy nhieân, nhöõng ñieàu kieän leân men treân coù theå thay ñoåi tuøy theo gioáng vi khuaån lactic maø ta söû duïng trong saûn xuaát. Trong quaù trình leân men, ngöôøi ta thöôøng söû duïng voâi mòn ñeå trung hoøa löôïng acid ñöôïc taïo thaønh nhaèm traùnh hieän töôïng acid hoùa dung dòch leân men vaø taïo ra lactat canxi. Haøng ngaøy, ngöôøi ta thöôøng cho voâi mòn vaøo 3 - 4 laàn moät ngaøy. Soá löôïng CaCO3 cho vaøo tuøy thuoäc vaø löôïng acid lactic ñöôïc taïo thaønh. Soá löôïng naøy cho vaøo dòch leân men ñuû ñeå trung hoøa löôïng acid lactic, duy trì pH trong dòch leân men ôû möùc ñoä 5 - 6. Trong quaù trình leân men ngöôøi ta tieán haønh khuaáy troän lieân tuïc moâi tröøông. Nhieàu tröôøng hôïp, ngöôøi ta tieán haønh thoåi khí. Khi thoåi khí löôïng acid lactic taïo ra cao hôn nhieàu so vôùi khoâng thoåi khí. Giai ñoaïn taïo lactat caxi vaø thu nhaän acid lactic Sau khi leân men xong, dung dòch leân men ñöôïc ñun noùng ñeán 80 - 90oC. Ngöôøi ta duøng CaCO3 ñieàu chænh pH cuûa dòch leân men ñeán 10 - 11. Giöõ yeân pH naøy trong khoaûng thôøi gian 3 - 5 giôø. Trong thôøi gian naøy, caùc chaát laéng vaø sinh khoái vi khuaån seõ laéng xuoáng ñaùy. Ngöôøi ta loaïi chaát laéng naøy. Sau ñoù dòch trong ñöôïc loïc baèng maùy loïc khung baûn ôû nhieät ñoä 70 - 80oC. Sau khi loïc xong, toaøn boä dòch leân men ñöôïc chuyeån qua thieát bò taïo keát tuûa lactat canxi. Quaù trình taïo keát tuûa lactat canxi phaûi maát töø 10 - 16 giôø. Keát thuùc quaù trình keát tuûa ngöôøi ta cuõng ñem loïc baèng maùy loïc khung baûn. Ngöôùi ta ñeå rieâng keát tuûa vaø dòch loïc. Dòch loïc ñöôïc ñem ñi coâ ñaëc laïi vaø tieán haønh keát tuûa laïi moät laàn nöõa ñeå thu hoài toaøn boä löôïng canxi lactat coù trong dòch leân men. Phaàn keát tuûa naøy ñöôïc troän chung vôùi phaàn tröôùc vaø ñem sang thieát bò thu nhaän acid lactic. Ñeå thu nhaän acid lactic, ngöôøi ta cho H2SO4 vaøo phaàn tuûa. Khi ñoù phaûn öùng seõ xaûy ra taïo CaSO4 keát tuûa vaø dung dòch chöùa acid lactic (C3H6O3) theo phöông trình phaûn öùng sau: Dung dòch acid lactic ñöôïc ñem ñi khöû maøu baèng thanh hoaït tính vaø ñem coâ ñaëc chaân khoâng ñeå thu nhaän acid lactic tinh khieát. Coâng ngheä hieän ñaïi saûn xuaát acid lactic Do nhu caàu veà acid lactic ngaøy caøng taêng neân nhieàu coâng ty sinh hoïc treân theá giôùi ñaõ coá gaéng tìm ra nhöõng coâng ngheä môùi nhaèm naâng cao hieäu suaát vaø naêng suaát, ñoàng thôøi giaûm giaù thaønh saûn phaåm. Ñaõ xuaát hieän moät soá coâng ngheä môùi saûn xuaát acid lactic, caùc coâng ngheä naøy döïa vaøo nhöõng thaønh töïu cuûa vaät lyù vaø hoùa hoïc. Phöông phaùp thaåm tích ñieän vaø trao ñoåi ion Phöông phaùp naøy khaùc vôùi phöông phaùp truyeàn thoáng ôû 2 noäi dung: Thay ñoåi gioáng vaø moâi tröôøng leân men Thay ñoåi phöông phaùp thu nhaän acid lactic Gioáng vaø moâi tröôøng leân men Moâi tröôøng leân men trong phöông phaùp naøy bao goàm: Dung dòch chöùa ñöôøng: 40 – 100 ñöôøng trong 1000 ml 1% daàu baép thoâ 1 – 4% nöôùc chieát baép Ngöôøi ta coøn boå sung khaù nhieàu loaïi khoaùng vi löôïng vaøo moâi tröôøng leân men Ñieàu kieän leân men: Nhieät ñoä leân men: 40 – 500C Ñieàu chænh pH trong suoát quaù trình leân men laø 4,8 – 5,7 baèng NaOH Gioáng duøng trong quaù trình leân men laø gioáng Lactobacillus acidophilus. Löôïng gioáng cho vaøo ñeå leân men laø 5% so vôùi dung dòch leân men. Phöông phaùp thu nhaän acid lactic Sau khi leân men, ngöôøi ta duøng Na2CO3 ñöa dung dòch leân men ñeán pH = 6,5 vaø thöïc hieän caùc ñieàu kieän cho vieäc taïo thaønh lactat canxi nhö phöông phaùp truyeàn thoáng. Toaøn boä dung dòch, caû phaàn lactat vaø sinh khoái ñöôïc ñöa vaøo thieát bò thaåm tích ñieän (electro dialysis) ñeå thu nhaän lactat canxi ôû daïng loûng vaø sinh khoái vi sinh vaät. Sinh khoái vi sinh vaät coù khaû naêng leân men seõ ñöôïc chuyeån ngöôïc laïi ñeå leân men meû keá tieáp. Lactat canxi ñöôïc coâ ñaëc chaân khoâng vaø ñöôïc chuyeån sang maùy thaåm tích ñieän trích ly (water splitting alactrodialysis) ñeå thu nhaän acid lactic tinh khieát. Dung dòch acid lactic seõ ñöôïc ñöa qua coät trao ñoåi ion ñeå taùch caùc cation Na+ vaø caùc cation khaùc (coät trao ñoåi ion thöù nhaát coù nhaõn hieäu Amberlite IR-120 pkus cuûa haõng Rohm and Hass). Ôû coät trao ñoåi ion thöù hai (coät naøy coù nhaõn hieäu Amberlite IR-94 cuõng cuûa haõng treân) seõ taùch caùc anion
vaø nhöõng hôïp chaát chöùa nitô Acid lactic sau khi qua 2 coät loïc naøy coù ñoä tinh khieát ñaït 99% Phöông phaùp thu nhaän acid lactic ôû pH > pKa Ñaàu tieân, ngöôøi ta cho dung dòch leân men tieáp xuùc vôùi chaát haáp thuï alamin 336 (tricaprylylamin hoøa tan trong methyl isobutylketone). Tieáp ñeán, chaát haáp thuï seõ tieáp xuùc vôùi amoniac vaø trialkylamin phaân töû thaáp laø trimethylamin (TMA). TMA seõ taïo thaønh trimethylamonium (TMA)m, sau ñoù TMA vaø hôi nöôùc seõ ñöôïc taùi söû duïng, coøn acid lactic seõ ñöôïc thu nhaän theo phöông trình sau: CH3CHOHCOOHN(CH3)3 ( CH3CHOHCOOH + N(CH3)3 + H2O Phöông phaùp taùch pha Acid lactic ñöôïc chuyeån thaønh lactat canxi ôû dung dòch leân men. Dung dòch naøy ñöôïc chuyeån qua thieát bò loïc. Phaàn sinh khoái ñöôïc taùi söû duïng. Phaàn lactat hoøa tan ñöôïc coâ ñaëc ñeán khoaûng 40 – 70% khoái löôïng ban ñaàu. (Ngöôøi ta ñieàu chænh pH baèng NaCO3 ñeán pH = 6,0 – 6,5 ñeå taïo ra lactat natri) Lactat natri ñöôïc ñöa vaøo thieát bò chöùa trialkylamin vaø khí CO2 ôû aùp suaát 75 PSI. Luùc naøy dung dòch seõ taïo thaønh 2 pha: Pha höõu cô goàm chaát haáp thuï acid lactic. Pha hoøa tan goàm muoái cacbonate natri vaø acid cacbonic. Ngöôøi ta thu hoài acid lactic töø pha höõu cô baèng phöông phaùp chöng caát chaân khoâng vôùi aùp suaát 2 – 10 mmHg, ôû nhieät ñoä 80 – 2400C. Quy trình saûn xuaát acid lactic töø baõ nho : ÖÙNG DUÏNG ACID LACTIC: Acid lactic ngaøy caøng ñöôïc söû duïng nhieàu trong coâng ngheä thöïc phaåm, trong y hoïc vaø trong noâng nghieäp.Nhöõng höôùng öùng duïng cô baûn goàm: Uùng duïng acid lactic trong coâng ngheä thöïc phaåm: Vi khuaån lactic la nhoùm vi khuaån coù raát nhieàu trong thieân nhieân, vì theá chuùng tham gia vaøo taát caû hoaït ñoäng soáng cuûa con ngöôøi, trong ñoù ñaëc bieät quan troïng laø cheá bieán thöïc phaåm. Uùng duïng ñeå saûn xuaát döa chua: Quaù trình muoái chua rau, quaû chính laø quaù trình hoaït ñoäng soáng cuûa vi khuaån lactic vaø vi khuaån acetic. Trong quaù trình phaùt trieån cuûa chuùng,trong rau quaû , khi leân men seõ taïo ra acid lactic vaø acid acetic cuøng moät soá loaïi acid höõu cô khaùc. Caùc acid höõu cô naøy laøm giaûm pH cuûa dòch, choáng laïi hieän töôïng gaây thoái rau, quaû. Maët khaùc, nhôø coù löôïng acid höõu cô ñöôïc taïo thaønh seõ laøm taêng höông vò cuûa khoái uû chua rau, quaû. Chính vì theá, ngöôøi ta cho raèng muoái chua rau, quaû vöøa mang yù nghóa cheá bieán, vöøa mang yù nghóa baûo quaûn. Öùng duïng ñeå laøm chua quaû: Tröôùc ñaây, ngöôøi ta thöôøng söû duïng acid acetic ñeå ngaâm chua quaû. Sau naøy ngöôøi ta söû duïng acid lactic ñeå ngaâm chua quaû. Phöông phaùp thay theá naøy toû ra raát hieäu quaû vì chuùng ít laøm thay ñoåi maøu töï nhieân cuûa quaû vaø vaãn ñaûm baûo chaát löôïng cuûa quaû ngaâm chua. Öùng duïng trong saûn xuaát töông: Saûn xuaát töông theo phöông phaùp cuûa ngöôøi mieàn Baéc (Vieät Nam) coù giai ñoaïn ngaû nöôùc ñaäu sau khi rang . Quaù trình ngaû nöôùc ñaäu xaûy ra nhieàu phaûn öùng sinh hoùa khaùc nhau, trong ñoù coù quaù trình leân men lactic taïo pH thích hôïp cho saûn xuaát vaø laøm taêng höông vò cho saûn phaåm. Öùng duïng trong saûn xuaát ñaäu phuï: Trong saûn xuaát ñaäu phuï coù giai ñoaïn keát tuûa protein cuûa ñaäu. Phöông phaùp truyeàn thoáng thöôøng duøng laøm laø nöôùc chua (chöùa vi khuaån lactic) ñeå taïi keát tuûa (nhôø pH giaûm ñeán pH ñaúng ñieän cuûa protein ñaäu naønh). Öùng duïng ñeå saûn xuaát caùc saûn phaåm leân men töø söõa Trong saûn xuaát caùc loaïi söõa chua ñeàu coù söû duïng quaù trình leân men lactic. Nhôø coù quaù trình chuyeån hoùa ñöôøng thaønh acid lactic maø casein ñöôïc keát tuûa vaø taïo cho saûn phaåm coù höông vò ñaëc tröng. Öùng duïng ñeå uû thöùc aên gia suùc Veà nguyeân taéc, uû caùc loaïi coû vaø laù caây laøm thöïc phaåm gia suùc cuõng gioáng nhö coâng ngheä saûn xuaát döa chua. Quaù trình leân men lactic xaåy ra laøm taêng giaù trò dinh döôõng vaø khaû naêng baûo quaûn coû, laù caây cho gia suùc. Öùng duïng trong y hoïc: Quaù trình leân men lactic vaø acid lactic ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong y hoïc. Öùng duïng vi khuaån lactic ñeå chöõa beänh ñöôøng ruoät; Thöïc ra vieäc öùng duïng naøy ñaõ ñöôïc Vieät Nam öùng duïng töø laâu. Khi ngöôøi ta bò tieâu chaûy, thaày thuoác khuyeân haøng ngaøy uoáng 1-2 cheùn nöôùc döa chua. Phöông phaùp naøy toû ra raát hieäu nghieäm trong ñieàu kieän ngaønh döôïc chöa phaùt trieån. Döïa vaøo hieäu quaû söû duïng vi khuaån lactic trong vieäc chöõa trò tieâu chaûy, Phaùp ñaõ saûn xuaát vaø ñöa ra thò tröôøng töø haøng chuïc naêm nay moät saûn phaåm mang teân laø Biolactyl. Saûn phaåm naøy chuyeân trò tieâu chaûy nhôø nhieàu vi khuaån lactic. Öùng duïng acid lactic theo pheùp chöõa vi löôïng ñoàng caân (homeopathy). Trong quaù trình vaän ñoäng cuûa cô theå, moâ cô hoaït ñoäng maïnh vaø trong moät thôøi gian daøi seõ gaây ra hieän töôïng meät moûi. Hieän töôïng meät moûi naøy xuaát hieän do caùc phaûn öùng sinh hoùa xaûy ra trong moâ cô, taïo ra acid lactic. Caùc thaày thuoác ñaõ taïo ra moät vò thuoác bao goàm acid lactic keát hôïp vôùi caây kim sa coù khaû naêng giuùp cô theå khoâng coøn meät moûi vaø coù khaû naêng laøm vieäc, hoaït ñoäng lieân tuïc trong thôøi gian daøi. Öùng duïng acid lactic trong phaãu thuaät chænh hình: Trong phaãu thuaät chænh hình, ngöôøi ta thöôøng söû duïng loaïi vaät lieäu coù teân laø purasorb. Purasorb laø moät hôïp chaát cao phaân töû ñöôïc saûn xuaát töø acid lactic. Thaønh phaàn cuûa purasorb bao goàm: lactides, glycolide, polylactides, polyglycolide, lactide/glycolie copolyme. Purasorb ñöôïc söû duïng nhö nhöõng ñònh ghim, gaén phaàn xöông laïi vôùi nhau; khi xöông ñònh hình, purasorb seõ töï tieâu huûy. Öùng duïng acid lactic trong nha khoa: Trong nha khoa coù 2 cheá phaåm ñöôïc söû duïng nhieàu laø Puramex vaø Puracal. Puramex bao goàm caùc thaønh phaàn sau: amulinium lactat, Fe-lactat, Mg-lactat, Mn-lactat, Zn-lactat. Coøn Puracal chæ coù lactat canxi. Caùc cheá phaåm naøy thöôøng laøm raêng khoûe hôn. Öùng duïng ñeå saûn xuaát vaät lieäu sinh hoïc (Biomaterials). Caùc nhaø khoa hoïc ñang nghieân cöùu taïo ra nhöõng vaät lieäu sinh hoïc duøng trong y hoïc baèng caùc copolyme cuûa acid lactic. Caùc copolyme naøy coù tính naêng raát gioáng nhöõng boä khung xöông ñoäng vaät. Höôùng naøy ñang ñöôïc nghieân cöùu vaø ngöôøi ta hi voïng trong töông lai noù seõ ñöôïc öùng duïng nhieàu. Öùng duïng trong saûn xuaát caùc loaïi söõa vaø boät giaøu canxi: Ngöôøi ta thöôøng boå sung lactat canxi vaøo thaønh phaàn söõa boät dinh döôõng, baùnh ngoït, baùnh nöôùng ñeå taêng löôïng canxi cho cô theå. Moät soá öùng duïng khaùc cuûa acid lactic: Chaát deûo trong töông lai: Caùc phoøng thí nghieäm ñang nghieân cöùu loaïi chaát deûo môí thay theá cho chaát deûo cuõ khoù phaân huûy. Chaát deûo môùi naøy laø moät loaïi polyme ñöôïc goïi laø poly acid lactic (PLA). Ñoù laø saûn phaåm ñöôïc taïo ra töø phaûn öùng truøng hôïp acid lactic. Ngöôøi ta hi voïng trong töông lai, noù seõ thay chaát deûo ñöôïc saûn xuaát töø daàu moû vì tính chaát deã phaân huûy cuûa noù coù yù nghóa raát lôùn trong baûo veä moâi tröôøng. Öùng duïng trong myõ phaåm: Caùc loaïi lactat kim loaïi ñöôïc söû duïng trong thaønh phaàn cuûa moät soá myõ phaåm chaêm soùc da nhö Punosal vaø cuûa haõng myõ phaåm Punac. Myõ phaåm naøy coù tacù duïng choáng laïi caùc vi sinh vaät coù treân beà maët da, laøm aåm vaø laøm saùng da. CHÖÔNG IV: COÂNG NGHEÄ SAÛN XUAÁT ACID ACETIC ACID ACETIC: Coâng thöùc hoùa hoïc: CH3COOH. Coâng thöùc caáu taïo : Khoái löông phaân töû cuûa acid acetic laø 60,05. Acid acetic hoaøn toaøn tan trong nöôùc, coàn, ester, benzen, axeton, vaø trong cloroform. Acid acetic raát beàn vôùi chaát oxy hoùa nhö acid chromic, permanganate. Chuùng coù khaû naêng hoøa tan celulose, caùc hôïp chaát töông töï cellulose. Chuùng coø khaû naêng phaân huûy da, gaây boûng da, aên moøn nhieàu kim loaïi. CAÙC PHÖÔNG PHAÙP SAÛN XUAÁT ACID ACETIC: Acid acetic laø moät loaïi acid höõu cô ñöôïc öùng duïng raát roäng raõi vaø töø raát laâu. Do ñoù, loaøi ngöôøi ñaõ phaùt minh ra nhieàu phöông phaùp khaùc nhau ñeå saûn xuaát acid acetic. Nhöõng phöông phaùp saûn xuaát acid acetic bao goàm: Phöông phaùp hoùa goã. Phöông phaùp hoùa hoïc. Phuông phaùp sinh hoïc. Phöông phaùp keát hôïp. Phöông phaùp hoùa goã Cuøng vôùi söï phaùt trieån cuûa ngaønh khai thaùc goã vaø cheá bieán goã, loaøi ngöôøi ñaõ bieát caùch saûn xuaát acid acetic töø daïng nguyeân lieäu naøy. Baèng phöông phaùp chöng caát goã ñaõ leân men, ngöôøi ta thu ñöôïc moät hoãn hôïp nhieàu chaát khaùc nhau, trong ñoù coù acid acetic vôùi haøm löôïng raát lôn. Hieän nay phöông phaùp naøy khoâng coøn söû duïng. Phöông phaùp hoùa hoïc Phöông phaùp naøy döïa treân quaù trình oxy hoùa acetaldehyt thaønh acid acetic, coù xuùc taùc mangan roài sau ñoù chöng caát phaân ñoaïn ôû nhieät ñoä 50-80oC. Phaûn öùng: Hieän nay ngöôøi ta toång hôïp acid acetic töø methanol vaø CO baèng phöông phaûn öùng carbonyl hoùa. Phöông phaùp hoãn hôïp Tröôùc tieân, ngöôøi ta tieán haønh quaù trình oxy hoùa hydrat cacbon coù maïch cacbon ngaén nhö propan hay butan ñeå taïo thaønh acid acetal dehyd, formaldehyde methanol vaø aceton. Sau ñoù acetaldehyd ñöôïc oxy hoùa ñeå taïo thaønh acid acetic. Phöông phaùp hoãn hôïp ñöôïc söû duïng nhieàu hôn caû laø phöông phaùp thuûy phaân tinh boät goã baèng acid ( phöông phaùp hoùa hoïc). Sau ñoù ngöôøi ta trung hoøa khoái thuûy phaân naøy vaø tieán haønh leân men ñeå thu nhaän dung dòch chöùa acid acetic. Phöông phaùp sinh hoïc: Hieân nay ngöôøi ta chuû yeáu saûn xuaát acid acetic baèng phöông phaùp leân men. So vôùi nhöõng phöông phaùp khaùc, phöông phaùp leân men coù nhieàu öu ñieåm. Nguyeân lieäu saûn xuaát baèng phöông phaùp leân men raát reû tieàn. Coù theå söû duïng nguyeân lieäu chöùa ñöôøng ( nöôùc eùp traùi caây, nöôùc traùi döøa, nöôùc eùp mía..), coù theå söû duïng nguyeân lieäu chöùa tinh boät vaø coù theå söû duïng coàn coâng nghieäp. Neáu saûn xuaát töø nguyeân lieäu chöùa tinh boät, phaûi traûi qua ba giai ñoaïn chuyeån hoùa. Giai ñoaïn chuyeån hoùa tinh boät thaønh ñöôøng. Giai ñoaïn chuyeån hoùa ñöôøng thaønh coàn. Giai ñoaïn chuyeån hoùa coàn thaønh acid acetic. Neáu saûn xuaát töø nguyeân lieäu chöùa ñöôøng thì qua hai giai ñoaïn chuyeån hoùa: Giai ñoaïn chuyeån hoùa ñöôøng thaønh coàn. Giai ñoaïn chuyeån hoùa coàn thaønh acid acetic. Neáu saûn xuaát töø nguyeân lieäu ñaõ chöùa coàn thì chæ caàn taïo ñieàu kieän thuaän lôïi ñeå vi khuaån acetic chuyeån coàn thaønh acid. Quaù trình chuyeån hoùa (hay quaù trình leân men) ñöôïc thöïc hieän ôû ñieàu kieän raát oân hoøa, khoâng caàn nhieät ñoä cao, aùp suaát cao hay maùy moùc, thieát bò phöùc taïp. Coâng ngheä saûn xuaát acid acetic hoaøn toaøn khoâng gaây oâ nhieãm moâi tröôøng. VI SINH VAÄT LEÂN MEN ACID ACETIC: Coù raát nhieàu loaøi vi sinh vaät coù khaû naêng leân men ñeå taïo ra acid acetic. Taát caû caùc vi khuaån coù khaû naêng leân men taïo ra acid acetic ñöôïc goïi chung laø vi khuaån acetic. Caùc loaøi vi sinh vaät acetic khoâng chæ coù khaû naêng leân men coàn ñeå taïo thaønh acid acetic, maø coøn coù khaû naêng chuyeån hoùa ñöôïc röôïu propionic thaønh acid propionic vaø chuyeån hoùa röôïu butyric thaønh acid butylic. Caùc loaøi vi sinh vaät acetic khoâng theå oxy hoùa ñöôïc röôïu baäc cao vaø röôïu metylic. Caùc loaïi vi sinh vaät acetic laø nhöõng loaøi hieáu khí maïnh. Trong ñieàu kieän moâi tröôøng ñaày ñuû vaø löôïng oxy ñöôïc cung caáp lieân tuïc, chuùng coù theå taêng sinh khoái sau 12 giôø gaáp 17 trieäu laàn so vôùi sinh khoâi ban ñaàu. Trong soá 20 loaøi hieän ñaõ ñöôïc nghieân cöùu kyõ, cho thaáy khaû naêng coù theå aùp duïng vaøo thöïc teá saûn xuaát, caùc gioáng vi sinh vaät sau ñaây ñöôïc xem nhö coù nhieàu öu ñieåm hôn caû. Acetobacter aceti Vi khuaån naøy coù hình daïng gioáng nhö vi khuaån hình que khaùc, nhöng kích thöôùc raát ngaén. Chuùng khoâng theå taïo ñöôïc baøo töû vaø caùc teá baøo thöôøng taïo thaønh hình chuoãi coù kích thöôùc r aát daøi. Khi nhuoäm iod teá baøo chuyeån hoùa thaønh maøu vaøng. Chuùng chòu ñöôïc noàng ñoä röôïu 11% V vaø trong ñieàu kieän moâi tröôøng thuïaân lôïi, chuùng coù khaû naêng taïo ra ñöôïc 6% acid acetic. Nhieät ñoä thích hôïp nhaát ñeå Acetobacter phaùt trieån laø 34oC. Acetobacter pasteurianum Hình thaùi Acetobacter pasteurianum gioáng Acetobacter aceti, nhöng khi ta nhuoäm chuùng vôùi iod, teá baøo seõ cho maøu xanh. Khaû naêng chòu noâng ñoä coàn cuûa chuùng thaáp hôn cuûa Acetorbacter aceti. Trong ñieàu kieän thuaän lôïi, chuùng coù khaûn naêng taïo ñöôïc 5-6% acid acetic. Acetobacter orlcancuse Hình thaùi vi khuaån naøy gioáng hai vi khuaån treân nhöng laïi coù kích thöôùc nhoû hôn nhieàu. Ñaëc bieät hai ñaàu cuûa teá baøo thöôøng nhoû laïi. Nhieàu tröôøng hôïp ngöôøi ta laãn loän vi khuaån naøy vôùi vi khuaån kî khí Clostridium. Trong dòch nöôùc caáy, chuùng thöôøng taïo ra moät vaùng raát moûng treân beà maët. Vaùng vi khuaån thöôøng raát chaéc; khi nhuoäm vôùi iod, teá baøo seõ chuyeån sang maøu vaøng. Vi khuaån naøy chòu ñöïng ñöôïc löôïng coàn ñeán 12%V, vaø trong ñieàu kieän leân men thích hôïp, chuùng coù theå taïo ra ñöôïc 9,5% acid acetic. Acetobacter xylinum Vi khuaån naøy khi phaùt trieån trong moâi tröôøng thuaän lôïi coù theå taïo ra 4,5% acid acetic vaø taïo ra moät maøng raát daøy treân beà maët moâi tröôøng. Ôû nhieàu nöôùc nhö Trung Quoác, Trieàu Tieân vaø Nhaät Baûn, ngöôøi ta thöôøng söû duïng vi khuaån naøy cuøng vôùi naám men ñeå saûn xuaát ra loaïi nöôùc uoáng raát ñaëc bieät. Acetobacter Schiitzenbachii Vi khuaån naøy thuoäc vi khuaån hình que, nhöng kích thöôùc cuûa chuùng daøi hôn caùc gioáng ñaõ trình baøy ôû treân. Chuùng khoâng taïo ra baøo töû, khoâng coù khaû naêng chuyeån ñoäng vaø thuoäc vi khuaån gram (-). Khi phaùt trieån ôû moâi tröôøng loûng, chuùng taïo ra lôùp maøng daøy nhöng khoâng chaéc. Ôû caùc nöôùc treân theá giôùi, ngöôøi ta thöôøng söû duïng chuùng ñeå saûn xuaát giaám theo phöông phaùp chìm. Trong ñieàu kieän moâi tröôøng thuaän lôïi, chuùng coù khaû naêng taïo ñöôïc 11-12% acid acetic. Acetobecter curvum Veà cô baûn vi khuaån naøy gioáng Acetobecter schiitzenbachii. Trong moâi tröôøng leân men thuaän lôïi, vi khuaån naøy coù theå taïo ra ñöôïc 10-11% acid acetic. Vi khuaån Acetobacter curvum taïo vaùng raát chaéc treân beà maët moâi tröôøng. Nhieät ñoä leân men toái öu cuûa vi khuaån naøy laø 35-37oC. Acetobacter suboxydans Vi khuaån Acetobacter suboxydans ñöôïc söû duïng nhieàu trong coâng nghieäp saûn xuaát vitamin C. Chuùng coù khaû naêng chòu ñöïng ñöôïc noàng ñoä coàn raát cao. Neáu trong moâi tröôøng ta cho theâm moät löôïng nhoû caùc chaát dinh döôõng caàn thieát, ví duï nhö glucose, vi khuaån naøy coù theå chuyeån hoùa hoaøn toaøn coàn thaønh acid acetic. Löôïng acid acetic taïo ñöôïc töø quaù trình leân men coù theå leân ñeán 13%.