Sản xuất glutamat

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Bộ môn: Kĩ thuật thực phẩm 3 Đề tài: SẢN XUẤT GLUTAMATE(MSG) Nhóm sinh viên thực hiện: Giáo viên giảng dạy: Phạm Minh Tuấn Đặng Hoàng Bân Trần Quang Huy Nguyễn Nhật Linh Triệu Quốc Tài SẢN XUẤT GLUTAMATE Nội dung cần trình bày: I. Khái quát về Glutamate (Mì chính) II. Tính chất của Glutamate III. Lịch sử và tình hình phát triển của sản xuất Glutamate IV. Các phương pháp sản xuất Glutamate V. Kết luận Khái niệm Vai trò Tính chất vật lý Tính chất hoá học Phương pháp tổng hợp hoá học Phương pháp thuỷ phân protit Phương pháp kết hợp Phương pháp lên men I. Khái quát về Glutamate (Mì chính) 1. Khái niệm Mì chính(monosodium-glutamate) là muối mono natri của axit L-glutamic(còn gọi là glutamate natri), thường gặp dưới dạng bột hoặc tinh thể màu trắng ngậm một phân tử nước, là chất điều vị có giá trị dinh dưỡng trong công nghiệp thực phẩm, trong nấu nướng thức ăn hàng ngày(đặc biệt là ở các nước phương đông). 2. Vai trò của mì chính Mì chính là chất điều vị trong chế biến thực phẩm, làm gia vị cho các món ăn, cháo, mì ăn liền, thịt nhân tạo, các loại thịt cá đóng hộp…,nhờ đó sản phẩm hấp dẫn hơn. Glutamat đóng vai trò quan trọng trong cơ chế chuyển hoá chất bổ dưỡng trong cơ thể con người. 2. Vai trò của mì chính Lượng glutamate tự do có trong cơ thể người là 10g, trong đó: Cơ bắp: 6g Não: 2,3g Gan: 0,7g Thận: 0,7g Máu: 0,04g Cơ thể mỗi người có khoảng 2kg glutamat được tìm thấy trong các cơ bắp, não, thận, gan và các cơ quan khác. II. Tính chất của Glutamate 1. Tính chất vật lý Mì chính là loại bột trắng hoặc tinh thể kim óng ánh, kích thướt tuỳ theo điều kiện khống chế khi kết tinh. Mì chính thuần độ khoảng 99%, tinh thể hình khối 1-2 mm màu trong suốt, dễ tan trong nước, không tan trong cồn, thơm ngon, kích thích vị giác. Nhiệt độ nóng chảy 195oC. Tan nhiều trong nước, nhiệt độ tăng độ hoà tan tăng. 2. Tính chất hoá học Công thức hoá học: C5H8NO4Na Công thức cấu tạo: Phản ứng mất nước. Phản ứng phân huỷ ở nhiệt độ cao. Tác dụng của pH. Tác dụng của các yếu tố khác Khi nhiệt độ lớn hơn 80oC Glutamat natri bị mất nước: Phản ứng mất nước. Nung glutamate natri trong chén sứ ở nhiệt độ cao > 350oC: Ở nhiệt độ cao trên dưới 100oC, axit glutamic trong dung dịch nguyên chất bị mất nước và chuyển thành axit hydroglutamic. Sự mất mát axit glutamic trong dung dịch nguyên chất khi đun nóng là rất nhanh: sau 8 giờ đun sôi axit glutamic bị mất đến 50%. Phản ứng phân huỷ ở nhiệt độ cao. Tác dụng của pH. Tác dụng của pH. pH có ảnh hưởng rất lớn đến sự phân huỷ axit glutamic. Ở pH= 4,5 axit glutamic tổn hao nhiều nhất: sau 1 giờ là 8,75%; sau 5 giờ tăng lên 24,1%. Trong khi đó nếu môi trường là trung tính hay các điểm lân cận(pH= 6,5-7) thì sự mất mát giảm được rất nhiều. Sự biến đổi của axit glutamic trong quá trình chế biến còn phụ thuộc vào các yếu tố khác như: chịu ảnh hưởng của các axit amin khác, các sản phẩm phân huỷ của đường, các hợp chất có 2 nhóm cacbonyl,… Các nhân tố ảnh hưởng chủ yếu dẫn đến sự biến đổi axit glutamic là nồng độ, nhiệt độ, pH, sự chiếu sáng các hợp chất hữu cơ, các peroxit và các ion kim loại. Các phản ứng thường xảy ra là: sự khử cacboxyl, sự khử amin, sự oxy hoá, sự mất nước, phản ứng ngưng tụ ở nhóm amin và các phản ứng trùng hợp hình thành nên các hợp chất cao phân tử. Tác dụng của các yếu tố khác III. Lịch sử và tình hình sản xuất mì chính. 1. Lịch sử mì chính Lịch sử mì chính có thể cắm mốc đầu tiên là ngày chàng thanh niên ở Tokyo có tên là Ikeda tốt nghiệp cử nhân hoá học năm 1889 tại viện đại học Tokyo. Sau khi tốt nghiệp Ikeda sang Đức tu nghiệp, anh tham gia nghiên cứu hoá học protein. Tại đây anh đã học được cách nhận biết và tách từng acid amin riêng rẽ. 1. Lịch sử mì chính Trở về Nhật Bản ông làm việc tại viện đại học hoàng gia. Trong bữa ăn gia đình, vợ ông khi chế biến thức ăn đã cho loại rong biển mà các đầu bếp Nhật Bản hay dùng. Quả nhiên vị của thức ăn trở nên ngọt hơn, có vị thịt hấp dẫn. Tại phòng thí nghiệm của mình, Kikunae Ikeda đã nghiên cứu và tách được acid glutamic từ rong biển Laminaria Japonica rồi chuyển thành Natri glutamate. (địa chỉ tham khảo thêm) 2. Tình hình sản xuất mì chính trên thế giới và Việt Nam. Tình hình sản xuất mì chính trên thế giới: Các nước sản xuất mì chính với sản lượng lớn nhất thế giới: Nhật, Mỹ, Đài loan, Trung Quốc, Indonexia,… Việc sử dụng mì chính ở một số quốc gia hành đầu về công nghiệp mì chính: Tình hình sản xuất mì chính ở Việt Nam Trong năm 1968 và 1970, Lê Văn Nhương và cộng sự đã thu thập được nhiều chủng vi sinh vật có khả năng sinh lizin và L-AG từ nước và đất vùng Hà Tây và Hà Nội, đây là nguồn Gen thiên nhiên quý của Việt Nam. Năm 1972, Lương Đức Phẩm đạt được hiệu suất lên men 30-35g/lit L-AG khi dùng vi khuẩn Brevibacterium Flavum lên men sacaroza hay rỉ đường ở phạm vi bình lắc. Năm 1986, Nguyễn Thiện Luân và cộng sự đạt được hiệu suất lên men 37-45g/lit L-AG khi lên men trong môi trường glucoza 12% ở trong bình lắc. IV. Các phương pháp sản xuất mì chính. Mì chính dù được sản xuất bằng phương pháp nào cũng thường tuân theo một số tiêu chuẩn sau: Tinh thể MSG chứa không ít hơn 99% MSG tinh khiết; Độ ẩm (trừ nước kết tinh) không được cao hơn 0,5%; Thành phần NaCl không được quá 0,5%; Các tạp chất còn lại không chứa Asen, kim loại và hợp chất Canxi. Phương pháp tổng hợp hoá học. Phương pháp này ứng dụng các phản ứng tổng hợp hoá học để tổng hợp nên acid glutamic và các amino acid khác từ các khí thải của công nghiệp dầu hoả hay các ngành khác. Ưu điểm: Phương pháp này có thể sử dụng nguồn nguyên liệu không phải thực phẩm để sản xuất ra và tận dụng được các phế liệu của công nghiệp dầu hoả. Phương pháp tổng hợp hoá học. Nhược điểm: Chỉ thực hiện được ở những nước có công nghiệp dầu hoả 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-acid glutamic, việc tách L-acid glutamic ra lại khó khăn nên làm tăng giá thành sản phẩm. Do nhược điểm như vậy nên phương pháp này ít được sử dụng ở các nước. Phương pháp này sử dụng các tác nhân xúc tác là các hoá chất hoặc fecmen để thuỷ phân một nguồn nguyên liệu protit nào đó(khô đậu, khô lạc,…) ra một hỗn hợp aminoaxit từ đấy tách các acid glutamic ra và sản xuất mì chính. 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 hoá chất và các thiết bị chống ăn mòn. Hiệu suất thấp đưa đến giá thành cao. Phương pháp thuỷ phân protit. Đây là phương pháp kết hợp giữa tổng hợp hoá học và vi sinh vật học. Phương pháp vi sinh vật tổng hợp nên acid amin từ các nguồn đạm vô cơ và glucid mất nhiều thời gian, do đó người ta lợi dụng các phản ứng tổng hợp tạo ra những chất có cấu tạo gần giống acid amin, từ đấy lợi dụng vi sinh vật tiếp tục tạo ra acid amin. Phương pháp kết hợp. Phương pháp lên men. Phương pháp này lợi dụng một số vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp ra các acid amin từ các nguồn glucid và đạm vô cơ. Phương pháp này có nhiều triển vọng phát triển ở khắp các nước, nó tạo ra được nhiều loại amino acid như: acid glutamic, lizin, valin, alanin, phenylalanine, triptophan, methionin,… Phương pháp lên men có nguồn gốc từ Nhật Bản, năm 1956 khi mà Shukuo và Kinoshita sử dụng chủng Micrococcus glutamicus sản xuất glutamate từ môi trường có chứa glucoza và ammoniac. Sau đó một số loài vi sinh vật cũng được sử dụng như Brevi Bacterium và Microbacterium. Phương pháp lên men. Nguyên liệu Rỉ đường Khoai mì Chủng vi sinh: Corynebacterium Glutanicum Corynebacterium Glutamicum Tất cả các loài vi sinh vật này đều có một số đặc điểm sau: Hình dạng tế bào từ hình cầu đến hình que ngắn; Vi khuẩn Gram(+); Hô hấp hiếu khí; Không tạo bào tử; Không chuyển động được, không 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 NH4+ trong môi trường có sục không khí. Chủng vi sinh: Kỹ thuật sản xuất axit glutamic: Axit glutamic sản xuất bằng phương pháp lên men vi khuẩn, với nguyên liệu là đường, mật rỉ. Quá trình này được xúc tác nhờ hệ enzym có sẵn trong vi khuẩn, chuyển hóa qua nhiều giai đoạn trung gian với nhiều phản ứng khác nhau tạo ra nhiều sản phẩm phụ, và cuối cùng là sản phẩm axit glutamic. α - cetoglutarat Chu trình crep axit glutamic Glutamate natri(mì chính) Bản chất của quá trình hình thành glutamate natri từ quá trình lên men Đi vào Sản sinh Minh hoạ Để sản xuất mì chính từ axit glutamic bằng phương pháp lên men, quy trình công nghệ được triển khai theo các giai đoạn sau: Chuẩn bị dịch lên men: Môi trường lên men được chuẩn bị sẵn từ các nguyên liệu đường hoặc tinh bột được thanh trùng kỹ trước khi cấy vi khuẩn lên men glutamic vào. Giai đoạn lên men: Dung dịch nhân sinh khối vi khuẩn, dung dịch lên men được chuyển vào các dụng cụ, thiết bị lên men, sau đó cho corynebacterium glutamicum vào, cho lên men trong điều kiện thoáng khí, giữ ở nhiệt độ 32 – 370C trong thời gian 38 – 40 giờ. Dây chuyền công nghệ sản xuất mì chính theo phương pháp lên men Tinh sạch acid glutamic: Kết thúc quá trình lên men, acid glutamic được tạo thành cùng với một số tạp chất khác, do đó cần phải tinh chế các tạp chất này ra khỏi dung dịch chứa acid glutamic. Phương pháp thường dùng là nhựa trao đổi rezin. Nhựa trao đổi rezin có hai loại: rezin dương tính (mang tính acid) và rezin âm tính (mang tính kiềm). Quá trình: Dịch lên men có chứa acid glutamic và tạp chất cho chảy qua cột nhựa (có chứa rezin) từ dưới lên với tốc độ 150 – 180 lít/ phút, thời gian chảy qua cột là 150 – 180 phút. Song song, người ta cho dòng nước chảy qua cột cùng chiều với dung dịch lên men để rửa các vi khuẩn bám vào bề mặt rezin. Giữ nhiệt độ trong cột trao đổi ion là 60 – 650C. Sau khi kết thúc quá trình trao đổi ion, dùng NaOH 4 – 5% để tách acid glutamic ra khỏi cột (tốc độ chảy NaOH là 5 – 6m/ giờ, lưu lượng 100lít/ phút). Người ta có thể sử dụng than hoạt tính để khử màu. Acid glutamic được thu bằng cách điều chỉnh pH=3,2 rồi cô đặc dung dịch và giảm nhiệt độ xuống 40 – 150C sẽ thu được tinh thể acid glutamic với lượng 77 – 88% hoặc cao hơn. Quá trình: Mì chính là muối natri của axit glutamic, gọi là glutamat natri. Dùng NaOH 40 – 50% để trung hòa dung dịch axit glutamic đến pH = 6,8, sau đó đem lọc, cô đặc, và kết tinh bằng phương pháp sấy chân không ở nhiệt độ thấp sẽ thu được tinh thể mì chính màu trắng. Độ tinh khiết của mì chính có thể đạt 99 – 99,6% monoglutamat natri. Sự tạo thành mì chính: Ưu điểm chính của phương pháp lên men: Không sử dụng nguyên liệu protit; Không cần sử dụng nhiều hoá chất và thiết bị chịu ăn mòn; Hiệu suất cao, giá thành hạ; Tạo ra acid glutamic dạng L, có hoạt tính sinh học cao. Nguồn tài liệu tham khảo: 1. Công nghệ sản xuất mì chính và các sản phẩm lên men truyền thống. Chủ biên: Nguyễn Thị Hiền và cộng sự