Tài liệu Sản xuất acid citric

Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Mục lục Danh sách nhóm..........................................................................................................................................1 Lời mở đầu..................................................................................................................................................4 I.Tổng quan.................................................................................................................................................5 1.1.Giới thiệu...............................................................................................................................................5 1.1.1.Lịch sử tìm ra......................................................................................................................................6 1.1.2.Acid citric...........................................................................................................................................6 1.1.3.Tính chất.............................................................................................................................................7 1.1.4.Sản xuất..............................................................................................................................................8 1.1.5.Ứng dụng............................................................................................................................................8 II.Nguyên liệu và quy trình sản xuất..........................................................................................................10 2.1.Nguyên liệu.........................................................................................................................................10 2.1.1.Một số nguyên liệu glucide...............................................................................................................10 2.1.2.Phân tích chọn nguyên liệu thích hợp cho việc sản xuất acid citric..................................................10 2.1.3.Vi sinh vật.........................................................................................................................................11 2.1.4.Yêu cầu đối với nguyên liệu lên men acid citric...............................................................................12 2.2.Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men acid citric.................................................................................12 2.2.1.Sơ đồ chuyển hóa vật chất trong siêu tổng hợp acid citric................................................................13 2.2.2.Sự tổng hợp thừa acid citric..............................................................................................................14 2.2.3 Phương pháp chung của quá trình chuyển hóa.................................................................................15 2.3. Sơ đồ thiết bị......................................................................................................................................15 2.3.1. Sơ đồ thu nhận acid citric bằng phương pháp lên men chìm trong các dung dịch rỉ đường.............15 2.3.2. Thu nhận acid citric từ chất lọc........................................................................................................17 2.4.Quy trình sản xuấti acid citric .............................................................................................................19 2.4.1.Chuẩn bị dịch lên men......................................................................................................................20 2.4.2.Nuôi cấy nấm mốc ( nuôi cấy trong phòng thí nghiệm và nhân giống trong sản xuất).....................21 2.4.3.Lên men............................................................................................................................................21 2.4.4.Thu hồi và tinh chế acid citric...........................................................................................................22 2.4.4.1.Tách nấm mốc...............................................................................................................................22 2.4.4.2.Tạo canxi citrat..............................................................................................................................22 2.4.4.3.Tác riêng canxi citrat tạo acid citric...............................................................................................23 Nhóm 15 1 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang 2.4.4.4.Sấy dung dịch acid citric................................................................................................................24 2.4.4.5.Kết tinh, ly tâm và sấy tinh thể acid citric.....................................................................................24 2.4.4.6.Đóng gói, bảo quản........................................................................................................................24 2.5. Các thông số kỹ thuật.........................................................................................................................24 2.6.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men.......................................................................................25 III.Sản phẩm..............................................................................................................................................28 3.1.Phân loại sản phẩm..............................................................................................................................28 3.2.Mô tả sản phẩm...................................................................................................................................29 3.3.Một số hình ảnh về acid citric..............................................................................................................31 3.4.Thông tin an toàn.................................................................................................................................34 Kết luận.....................................................................................................................................................35 Tài liệu tham khảo.....................................................................................................................................36 Nhóm 15 2 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Lời mở đầu Công nghệ sinh vật có tác dụng to lớn đến dời sống của con người. Với tác tính ưu việt là có thể tạo ra hoạt chất trong nồi lên men với thời gian ngắn mà không phụ thuộc vào thời vụ, đất đai, thời tiết như ở cây trồng; tạo ra các sản phẩm có chất lượng cao với giá trị rẻ hơn. Vì thế xu hướng sản xuất acid citric hữu cơ bằng phương pháp vi sinh vật đã thay thế phương pháp hóa học. Acid hữu cơ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, thực phẩm và công nghệ đồ uống bởi các đặc tính: độ hòa tan cao, háo nước, khả năng duy trì PH, khả năng liên kết với các ion hóa trị cao. Về mặt sản lượng: acid citric và acid acetic chiếm khoảng ¾ tổng số acid hữu cơ được sử dụng trong công nghệ thực phẩm. Do đó chúng em xin giới thiệu” sản xuất acid citric theo con đường lên men chìm sử dụng Aspergillus. niger trên cơ chất rỉ đường” với những nội dung chính sau:  Vật liệu và đối tượng.  Quy trình công nghệ sản xuất acid citric  Xu hướng sản xuất acid citric trong tương lai. Nhóm 15 3 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang I. I.1. Tổng quan Giới thiệu Acid citric là một acid hữu cơ rất phổ biến trong thực vật. Nó có nhiều trong nước chanh (6%), trong quả cam, quýt, dứa, dâu tây…Acid citric được dùng nhiều trong công nghiệp thực phẩm, nước giải khát, bánh kẹo, đồ hộp, trong y được, dệt, nhuộm… Acid citric là một axít hữu cơ thuộc loại yếu và nó thường được tìm thấy trong các loại trái cây thuộc họ cam quít. Nó là chất bảo quản thực phẩm tự nhiên và thường được thêm vào thức ăn và đồ uống để làm vị chua. Ở lĩnh vực hóa sinh thì axít citric đóng một vai trò trung gian vô cùng quan trọng trong quá trình trao đổi chất xảy ra trong các vật thể sống. Hình 1: Một số loại trái cây chứa acid citric Ngoài ra axít citric còn đóng vai trò như là một chất tẩy rửa, an toàn đối với môi trường và đồng thời là tác nhân chống oxy hóa. Axít citric có mặt trong nhiều loại trái cây Nhóm 15 4 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang và rau quả nhưng trong trái chanh thì hàm lượng của nó được tìm thấy nhiều nhất, theo ước tính axít citric chiếm khoảng 8% khối lượng khô của trái chanh. I.1.1. Lịch sử tìm ra  Vào thế kỷ thứ 8, nhà giả kim thuật JabirIbn Hayyan, người Iran đã phát hiện ra acicd citric.  Năm 1784, acid citric được kết tinh bởi Scheel( người Thủy Sĩ). Do kết tủa citrate canxi khi bổ xung hydroxit canxi vào nước chanh.  Năm 1893 C.wehmer phát hiện ra nấm mốc có thể tạo nên acid citric từ đường.  Năm 1917 James Currie( Mỹ ) phát hiện ra nấm mốc hình sợi có thể sản xuất acid citric rất hiệu quả.  Trước 1920 acid citric được sản xuất chủ yếu ở Sicily và công ty Arenella( Palermo) và độc quyền sản xuất.  Năm 1923, tại New York, acid citric được sản xuất từ vi sinh vật theo phương pháp lên men bề mặt.  Năm 1930, phương pháp lên men chìm được sử dụng để sản xuất acid citric.  Hiện nay cả hai phương pháp lên men chìm và lên men bề mặt đều được sử dụng để sản xuất acid ctric.  Công nghệ lên men chìm được lựa chọn bởi công ty sản xuất acid citric lớn nhất thế giới: Bayer.ADM Jungbunzlauer và Cargill.  Công nghệ lên men bề mặt được sử dụng ở công ty: Citrique Belge( Bỉ ) và Ceresrar ( Italya ). I.1.2. Acid citric  Công thức phân tử: C6H8O7  Công thức cấu tạo:  Cấu hình không gian Nhóm 15 5 Sản xuất acid citric        GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Tên theo IUPAC: 2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylic acid Tên thông thường: axit chanh Khối lượng riêng: 1665 kg/m3 Nhiệt độ nóng chảy: 1530C(307.40F; 426K). Nhiệt độ sôi: 1750C (phân hủy) Khối lượng phân tử: 192.13 g/mol Có dạng: tinh thể màu trắng pKa + pKa1= 3.15. + pKa2= 4.77. + pKa3= 6.4. I.1.3. Tính chất Tính axít của axit citric là do ảnh hưởng của nhóm carboxyl -COOH, mỗi nhóm carboxyl có thể cho đi một proton để tạo thành ion citrat. Các muối citrat dùng làm dung dịch đệm rất tốt để hạn chế sự thay đổi pH của các dung dịch axít. Các ion citrat kết hợp với các ion kim loại để tạo thành muối, phổ biến nhất là muối canxi citrat dùng làm chất bảo quản và giữ vị cho thực phẩm. Bên cạnh đó ion citrat có thể kết hợp với các ion kim loại tạo thành các phức dùng làm chất bảo quản và làm mềm nước. Ở nhiệt độ phòng thì axít citric tồn tại ở dạng tinh thể màu trắng dạng bột hoặc ở dạng khan hay là dạng monohydrat có chứa một phân tử nước trong mỗi phân tử của axít citric. Dạng khan thu được khi axít citric kết tinh trong nước nóng, trái lại dạng monohydrat lại kết tinh trong nước lạnh. Ở nhiệt độ trên 74 0C dạng monohydrat sẽ chuyển sang dạng khan. Nhóm 15 6 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Về mặt hóa học thì axít citric cũng có tính chất tương tự như các axít carboxylic khác. Khi nhiệt độ trên 1750C thì nó phân hủy tạo thành CO2 và nước. I.1.4. Sản xuất Kỹ thuật mà ngày nay người ta vẫn dùng trong công nghiệp sản xuất axít citric là nuôi nấm sợi trên đường ăn, sau đó lọc nấm mốc ra khỏi dung dịch và axít citric được tách bằng cách cho kết tủa với nước vôi tạo thành canxi citrat, sau đó kết tủa được xử lý bằng acid sulfuric. Ngoài ra acid citric còn được tách từ sản phẩm lên men của nước lèo bằng cách dùng một dung dịch hydrocacbon của một bazơ hữu cơ Trilaurylamin để chiết. Sau đó tách dung dịch hữu cơ bằng nước. I.1.5. Ứng dụng Với vai trò là một chất phụ gia thực phẩm, acid citric được dùng làm gia vị, chất bảo quản thực phẩm và đồ uống, đặc biệt là nước giải khát, nó mang mã số E330. Muối citrat của nhiều kim loại được dùng để vận chuyển các khoáng chất trong các thành phần của chất ăn kiêng vào cơ thể. Tính chất đệm của các phức citrat được dùng để hiệu chỉnh độ pH của chất tẩy rửa và dược phẩm. Citric acid có khả năng tạo phức với nhiều kim loại có tác dụng tích cực trong xà phòng và chất tẩy rửa. Bằng cách phức hóa các kim loại trong nước cứng, các phức này cho phép các chất tẩy rửa tạo nhiều bọt hơn và tẩy sạch hơn mà không cần làm mềm nước trước. Bên cạnh đó axít citric còn dùng để sản xuất các chất trao đổi ion dùng để làm mềm nước bằng cách tách ion kim loại ra khỏi phức citrat. Acid citric được dùng trong công nghệ sinh học và công nghiệp dược phẩm để làm sạch ống dẫn thay vì phải dùng axít nitric. Acid citric là một trong những hóa chất cần thiết cho quá trình tổng hợp Hexametylen triperoxit diamin (HMDT) là một chất dễ phát nổ giống Axeton peroxit, nhạy với nhiệt và ma sát. Ở một số nước nếu bạn mua một số lượng lớn axít citric bạn sẽ bị liệt kê vào sổ đen của các âm mưu khủng bố. Acid citric cũng được cho vào thành phần của kem để giữ các giọt chất béo tách biệt. Ngoài ra nó cũng được thêm vào nước ép chanh tươi. Nhóm 15 7 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Trong dược phẩm muối của acid citric được sử dụng để sản xuất thuốc ho, vitamin, thuốc hạ sốt, xiro trị ho, trị tiêu chảy… Trong mỹ phẩm: Thuốc nhuộm và thuốc uốn tóc, thuốc tẩy trắng da, có thành phần acid ctric. Ngoài ra acid citric còn được dùng trong ngành luyện kim, mạ điện, thuốc trừ sâu, thuốc diệt côn trùng hóa học, thuốc nhuộm vải, mực… Trong lĩnh vực hoá sinh: acid citric có vai trò trung gian vô cùng quan trọng trong chu trình Krebs của các quá trình trao đổi chất xảy ra trong tất cả các vật thể sống. Acid citric được coi là an toàn sử dụng cho thực phẩm ở các quốc gia trên thế giới. Nó là một thành phần tự nhiên có mặt ở hầu hết các vật thể sống, lượng dư axít citric sẽ bị chuyển hóa và đào thải khỏi cơ thể. Điều thú vị là mặc dù acid citric có mặt khắp nơi trong cơ thể nhưng vẫn có một vài trường hợp mẫn cảm với acid citric. Tuy nhiên những trường hợp này rất hiếm và người ta thường gọi đó là phản ứng giả vờ của cơ thể. Acid citric khô có thể làm kích thích da và mắt do đó nên mặc áo bảo hộ khi tiếp xúc với acid này. II. Nguyên liệu và quy trình sản xuất II.1. Nguyên liệu II.1.1. Một số nguyên liệu glucide Mật rỉ Nhóm 15 8 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Mật rỉ là một phụ phẩm của ngành sản xuất đường, là sản phẩm cuối cùng của quá trình sản xuất đường mà từ đó đường không còn có thể kết tinh một cách kinh tế nữa bởi các công nghệ thông thường. Thành phần chính của mật rỉ là đường, chủ yếu là sucroza với một ít glucoza và fructoza. Nói chung, sản lượng mật rỉ bằng khoảng 1/3 sản lượng đường sản xuất. Cứ khoảng 100 tấn cây mía đem ép thì có 3-4 tấn rỉ mật được sản xuất. Tinh bột Sắn: Độc tố trong sắn có tên chung là Phazeolunatin chứa nhiều trong sắn đắng, chủ yếu ở vỏ và cùi, hàm lượng của Phazeolunatin vào khoảng 0,001 – 0,04%. Phazeolunatin không độc nhưng khi bị thủy phân thì các glucozit này sẽ giải phóng HCN, là một chất gây độc cho cơ thể. Tuy nhiên dễ bay hơi và dễ hòa tan trong nước lạnh hay nước vơi nên dễ loại bỏ. Sắn thái lát, phơi khô giảm đáng kể số lượng HCN. Ngô: Hạt ngô gồm hai phần chính: Phôi và nội nhũ. Phôi chiếm 10 – 13% trọng lượng hạt, nội nhũ chiếm 83 – 85%, vỏ chiếm 2 – 5%. II.1.2. Phân tích chọn nguyên liệu thích hợp cho việc sản xuất acid citric Hàm lượng gluxit có trong ngô là cao nhất (67,9%), tiếp đến là mật rỉ, khoai lang, sắn, và cuối cùng là khoai tây. Tuy nhiên bản chất của lên men citric là quá trình oxy hóa đường thành acid citric dưới tác dụng của vi sinh vật mà trong các nguyên liệu tinh bột ( ngô, sắn, khoai,..) muốn sản xuất ra acid citric cần phải trải qua giai đoạn thủy phân tinh bột thành đường, từ đường dưới tác dụng của vi sinh vật tạo thành acid citric rất mất nhiều thời gian và chi phí, trong khi đó mật rỉ thành phần hóa học chủ yếu là đường vi sinh vật sẽ trực tiếp sử dụng đường để tạo thành acid citric, mặt khác mật rỉ là nguyên liệu rẻ tiền dễ kiếm do đó mật rỉ là nguyên liệu được sử dụng nhiều hơn trong việc sản xuất acid citric, tuy nhiên cần xử lí mật rỉ trước khi sử dụng vì trong mật rỉ chứa chất màu, hệ keo, đặc biệt là kim loại nặng ảnh hưởng đến quá trình lên men, ức chế vi sinh vật phát triển. Nhóm 15 9 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang II.1.3. Vi sinh vật Acid citric được tổng hợp chủ yếu từ các loài nấm sợi (nấm men và các loại vi khuẩn không có khả năng này). Các loài nấm sợi có khả năng sinh tổng hợp acid citric bao gồm: Citromycesglader, Citromyces pfefferianu, Citromylces conidiophone, penicillium luteum, Penicillium glaucum, Aspergillus oryzae, Aspergillus niger, Aspergillus batae, Aspergillus awamari, Aspergillus welchi. Trong các giống vi nấm kể trên, Aspergillus niger là nấm sợi được ứng dụng vào sản xuất acid citric nhiều nhất đáp ứng được 3 yêu cầu cơ bản về giống dùng trong sản xuất acid citric là:  Có khả năng tạo acid citric rất mạnh  Có khả năng chịu được môi trường acid khi lượng acid citric tăng cao  Ít tạo ra những acid hữu cơ khác như acid oxalic, acid gluconic, acid fumalic… Aspergillus niger là một loại nấm sợi và là một trong những loài phổ biến nhất của các chi Aspergillus có nhiều ứng dụng trong công nghệ sinh học, nhiệt độ tối ưu ở 3537°C, pH từ 1,4 đến 9,8. Nó gây ra một căn bệnh được gọi là nấm mốc đen trên một số loại trái cây và rau quả như nho, hành tây, đậu phộng, và là một chất gây ô nhiễm phổ biến của thực phẩm. Aspergillus niger là vi sinh vật hiếu khí phát triển trên các chất hữu cơ, do đó nó có thể được tìm thấy gần như ở khắp mọi nơi trong môi trường có chứa đất. Ngoài ra, nó được tìm thấy trong chất thải, nguyên liệu thực vật phân hủy và phân hữu cơ trong môi trường ngoài trời. Môi trường ẩm trong nhà tạo ra một môi trường sống tốt cho sự phát triển của nấm mốc. Chẳng hạn như trong các lĩnh vực hộ gia đình thông thường, trên các bức tường trong phòng tắm hoặc các khu vực khác có mositure. Nhóm 15 10 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Hình 2: Aspergillus niger II.1.4. Yêu cầu đối với nguyên liệu lên men acid citric Nguyên liệu phải đảm bảo đủ lượng đường cho vi sinh vật phát triển. Giống vi sinh vật dùng trong sản xuất acid citric phải đảm bảo các yêu cầu sau:  Có khả năng tạo acid rất mạnh.  Có khả năng chịu được môi trường acid khi lượng acid citric tăng cao.  Ít tạo ra những acid hữu cơ khác như: acid oxalic, acid gluconic, acid fumaric. II.2. Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men acid citric Trong quá trình này glucose được chuyển hoá thành axit pyruvic theo con đường EMP (Embden-Mayerhof-Parnas), sau đó axit pyruvic tiếp tục chuyển hoá thành axit citric. Phương trình tổng quát của quá trình này như sau: 2C6H12O6+ 3O2 → 6C6H8O7 + 4H2O Glucoseacid Citric Có nhiều loài nấm mốc có khả năng oxy hóa gluxit thành axit citric như Rhizopus, Aspergillus, Penicillium. Trong đó quan trọng nhất là Aspergillus niger. Nhóm 15 11 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang II.2.1. Sơ đồ chuyển hóa vật chất trong siêu tổng hợp acid citric Nhóm 15 12 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang II.2.2. Sự tổng hợp thừa acid citric Các yếu tố quan trọng cho việc tổng hợp thừa acid citric là hạn chế chu trình Kresb phân hủy citric acid ở những phản ứng tiếp theo cung cấp oxalo acetate cho tổng hợp acid citric, tốc độ chuyển hóa cao của cơ chất quan quá trình đường phân. Đầu tiên, các enzyme quan trọng trong điều hòa sinh tổng hợp acid citric là: phosphofructokinase (PFK1); pyruvate carboxylase (PC); citrate synthase (CS) và hetoglutarate dehydrogenase (KDH).  PFK1 bị ức chế bởi citrate, nhưng quá trình này được hạn chế bởi nồng độ NH4+ cao và sự tích lũy fructose-2,6-biphosphate (FBP).  PFK2 chiụ trách nhiệm cho sinh tổng hợp FBP ít bị điều hòa và chỉ ảnh hưởng bởi nồng độ cơ chất.  PC là 1 enzyme nằm trong tế bào chất, được kích hoạt bởi nồng độ đường cao. Hoạt lực của CS bị ảnh hưởng bởi nồng độ OAA sản sinh trong phản ứng xúc tác bởi enzyme PC.  Malate được tạo ra từ OAA bởi enzyme malate dehydrogemas trong tế bào chất. Malate tham gia vận chuyển citrate qua màng ty thể, lúc này malate được oxi hóa thành OAA.  Nếu không có sự tích lũy của citrate thì citrate sẽ được chuyển hóa trong ty thể bởi aconitase (ACT), isocitratedehydrogenas (IDH) và KDH, citrate, OAA, NADH, KG có tác động ức chế lên ADH, IDH.  Việc điều hòa enzyme PK ít ảnh hưởng tới quá trình sinh tổng hợp acid citric. Mặc dù việc điều tiết hoạt động của enzyme là thiết yếu trong quá trình chuyển hóa dẫn tới siêu tổng hợp acid citric, để kiểm soát tốc độ chuyển hóa quan trọng nhất vẫn là điều tiết vận chuyển glucose và hoạt động của HK. Hệ cần chuyển glucose ái lực thấp (km=3,67 mol) được kích hoạt bởi nồng độ đường và hoạt động trong quá trình siêu tổng hợp acid citric. Vì vậy, việc nâng cao hoạt lực sinh acid citric chủ yếu được thực hiện thông qua đột biến và sàng lọc với luận điểm là khả năng thể hiện của HK và hệ vận chuyển glucose đóng vai trò chính trong siêu tổng hợp acid citric. Nhóm 15 13 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang 2.2.3 Phương pháp chung của quá trình chuyển hóa Năm 1924 Butkevich đưa ra sơ đồ, trong đó glucoza bị oxy hóa trực tiếp đến acid citric. C6H12O6 + 2/3O2  C6H8O7 + 2H2O Phương trình chung của quá trình chuyển hóa đường thành acid citric là: 2C6H12O6 + 3O2 → 2C6H8O7 + 4H2O Cơ chế của sự chuyển hóa này có thể được biểu diễn như sau: Đường glucoza thủy phân thành acid pyruvic với sự có mặt của cacbonic và acid acetic chuyển tiếp thành axit osaloaxetic và acid citric. CH3COCOOH + CO2 → HOOCCH2COCOOH acid pyruvic (acid osaloacetic) HOOCCH2COCOOH + CH3COOH → CH2COOHCOHCOOHCH2COOH (acid osaloacetic) (acid acetic) (acid citric) 2.3. Sơ đồ thiết bị 2.3.1. Sơ đồ thu nhận acid citric bằng phương pháp lên men chìm trong các dung dịch rỉ đường Công đoạn cơ bản Chuẩn bị môi trường dinh dưỡng rỉ Thiết bị nấu số 4. đường đẻ làm canh trường. Thanh trùng môi trường. Tháp thanh trùng số 6, bộ giữ nhiệt số 7, bộ trao đổi nhiệt số 8. Nuôi cấy ( sục khí liên tục và đảo trộn ) Nồi nuôi cấy số 10. Chuẩn bị và thanh trùng môi trường để Thiết bị nấu, thiết bị thanh trùng. sản xuất lớn dạng công nghiệp. Lên men công nghiệp. Nồi lên men công nghiệp số 11. Lọc và rửa mixen. Lọc chân không số 15, thùng chân khong sồ 17. Nhóm 15 14 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Hình 3: Sơ đồ thu nhận acid citric bằng phương pháp lên men chìm trong các dung dịch rỉ đường Nhóm 15 15 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang 2.3.2. Thu nhận acid citric từ chất lọc Công đoạn cơ bản - Lắng cặn acid citric bằng vôi Thiết bị tương ứng - Nồi trung hòa số 3. - Tách cặn acid citric - Máy lọc số 4. - Chuyển acid citric vào trạng thái tự - Nồi phản ứng số 5. do, bổ sung than hoạt tính, H2SO4. - Tách acid citric khỏi cặn. - Lọc băng tải chân không số 8. - Cô dung dịch acid citric. - Nồi chân không 13. - Tách cặn thạch cao (CaSO4) khỏi - Bơm 17, lọc ép 18. dung dịch acid citric. - Cô lần 2 dung dịch acid citric. - Nồi cô chân không 20. - Tinh thể hóa acid citric bằng cách - Nồi tinh thể 19. đảo và làm lạnh liên tục. - Phân ly các tinh thể acid citric. - Ly tâm 20. - Sấy tinh thể acid citric. - Sấy thùng quay 24. - Gói acid citric. - Máy đóng bì tự động 26. Nhóm 15 16 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Hình 4: Sơ đồ tách acid citric khỏi dung dịch lên men 2.4. Quy trình sản xuấti acid citric Nhóm 15 17 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Rỉ đường Xử lý rỉ đường Giôống VSV Pha loãng Các loại muôối dinh dưỡng và thành phâần khác Môi trường dinh dưỡng Nhân giôống Lên men Lọc chân không Tách nâốm môốc +Ca(OH)2 Tạo canxi citrat +H2SO4 Tách canxi citrat Lọc chân không Sâốy dung dịch acid citric Kêốt tinh Ly tâm Sâốy tinh thể acid citric Đóng gói Nhóm 15 18 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang 2.4.1. Chuẩn bị dịch lên men Cơ chất được sử dụng ở đây là rỉ đường hoặc siro glucose. Rỉ đường 400 Brix với 52-57% là đường, là 1 nguồn cacbon rẻ tiền, được sử dụng phổ biến trong công nghệ vi sinh. Cần phải xử lý rỉ đường trước khi sử dụng. Có thể xử lý như sau: Xử lý bằng acid H2SO4:  pH (10% dung dịch đường) được chỉnh về 3 bằng cách cho acid H 2SO4 0,1N vào.  Để trong 1,5 giờ rồi cho ly tâm dung dịch ở 3000 vòng/15 phút.  Thu hồi dịch nổi và sử dụng. Xử lý bằng dung dịch Ca3(PO4)2:  pH (10% dung dịch đường) được chỉnh tới 7 bằng việc cho dung dịch NaOH - 0,1N vào.  Sau đó, cho Ca3(PO4)2 theo tỉ lệ 2% (w/v) đun ở 1050 trong 5 phút.  Hỗn hợp được làm lạnh và ly tâm trong 3000 vòng/ 15 phút.  Thu hồi và sử dụng dịch nổi. Trước hết phải sử dụng hơi cao áp để tiệt trùng thiết bị và đường ống. Rỉ đường được pha thành 2 loại nồng độ: nồng độ 3-4% để nuôi cấy nấm mốc - giống và lên men ban đầu. Nồng độ 25-28% để bổ sung trong quá trình lên men. Để pha chế dịch lên men, dùng nước vô trùng trộn với dung dịch các muối dinh - dưỡng và rỉ đường rồi khuấy. Môi trường 3-4% được pha chế trong thiết bị nuôi cấy. Môi trường được tiệt trùng theo mẻ ở 1210 C trong 15-30 phút. Nguyên liệu có sẳn đường như mật rỉ, đường… đã được đường hóa. Cho thêm những chất dinh dưỡng cần cho sự phát triển của nấm mốc như: nguyên tố vi lượng, amon nitrat… Bào tử nấm mốc Aspergillus niger được sản xuất ở phân xưởng riêng trước khi cho vào lên men, bào tử ở dạng huyền phù trong nước, bào tử được phát triển trên môi trường thức ăn thích hợp để tạo màng nấm mốc tốt ở nhiệt độ 34 oC sau 2 ngày màng mốc phủ kín bề mặt khây. Cho toàn bộ vào thùng chứa dung dịch nấm mốc đem lên men vào dịch môi trường lên men. Nhóm 15 19 Sản xuất acid citric GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang 2.4.2. Nuôi cấy nấm mốc ( nuôi cấy trong phòng thí nghiệm và nhân giống trong sản xuất) - Việc tiếp giống thông thường được thực hiện trong điều kiện vô trùng bằng cách chuyển bào tử từ giống gốc sang môi trường agar ( trong các khay suông: 75mm, - đĩa petri, ống nghiệm). Sau 3-6 ngày nuôi cấy ở 30 0C bào tử được thu hoạch và nuôi cấy trên môi trường - tinh bột để tạo khoảng 1011 bào tử cho 1 cm3 môi trường. Sinh khối được truyền trực tiếp vào nồi lên men dung tích 10-20m 3 để tạo giống - hạt chứa 1 - 5.105 hạt cho 1 lít môi trường. Mỗi hạt có đường kính 0,1 – 0,2 mm. Giống được tiếp sang môi trường lên men công nghiệp với nồng độ 5-10% (v/v). Sau đó, mở cánh khuấy và cung cấp khí vô trùng ( nạp khí và đảo trộn suốt quá trình nhân giống). 2.4.3. Lên men Trong giai đoạn lên men acid citric thì độ pH, nhiệt độ và độ thoáng khí có ý nghĩa rất quan trọng. Có thể lên men bằng phương pháp nuôi cấy bề mặt hoặc bằng phương pháp nuôi cấy chiều sâu. Phương pháp chìm có nhiều ưu việt hơn phương pháp nổi cho phép tăng năng suất. Hiện nay nuôi cấy chủ yếu bằng phương pháp chìm vì các công đoạn đều được thanh trùng, tạo được chế độ công nghệ bền vững rút ngắn được thời gian lên men, dễ tự động hóa, giảm được lao động nặng nhọc. Trong quá trình lên men, lượng đường giảm nhanh để bù lại dùng dung dịch rỉ có nồng độ: 25 – 28% để bổ sung gián đoạn vào thiết bị lên men.  Quá trình lên men sản sinh nhiệt và cần thiết phải đảm bảo nhiệt độ lên men trong 28 – 350C bằng các thiết bị làm lạnh. Nếu hệ số truyền nhiệt chung vào khoảng 500 kJ/m2/h và chênh lệch nhiệt độ thực tế giữa dịch lên men và dung dịch làm lạnh là 5 0C, diện tích trao đổi nhiệt cần để đảm bảo sự ổn định nhiệt độ là 3,2 m 2 cho 1m3 dịch lên men. Do đó thiết bị làm lạnh bằng vỏ ngoài sẽ có đường kính trong của nồi lên men không quá 1m. Nhóm 15 20