|
Hãy ghé mắt vào và đặt câu hỏi ^_^ .; Bài tiểu luận hoàn chỉnh.
|
|
Topic Started: Feb 16 2011, 06:47 PM (8,735 Views)
|
|
huynhthingochoa08111331
|
Feb 16 2011, 06:47 PM
Post #1
|
|
- Posts:
- 11
- Group:
- Members
- Member
- #68
- Joined:
- Feb 7, 2011
|
Mở đầu
click here to view Axit citric là chất bảo quản thực phẩm tự nhiên và thường được thêm vào thức ăn và đồ uống để tạo vị chua. Ở lĩnh vực hóa sinh thì axít citric đóng một vai trò trung gian vô cùng quan trọng trong chu trình axít citric của quá trình trao đổi chất xảy ra trong tất cả các vật thể sống. Ngoài ra acid citric được ứng dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm (nước giải khát, bánh, kẹo, mứt, sữa…), trong công nghiệp hóa chất, trong công nghiệp nhuộm, công nghiệp luyện kim…). Trước kia, acid citric được sản xuất từ chanh. Nhưng hiện nay, với sự phát triển vượt trội của ngành công nghệ sinh học, hầu hết citric acid được sử dụng trong thực phẩm và ngành công nghiệp khác được sản xuất bằng cách lên men vi sinh vật. Hai phương pháp thường được sử dụng để sản xuất axít citric bằng cách lên men bề mặt và lên men chìm với chủng Aspergillus niger. Tiểu luận “Axit citric và phương pháp sản xuất axit citric” giới thiệu cho các bạn những kiến thức cơ bản về axit citric (lịch sử, tính chất vật lý, tính chất hóa học), và phương pháp sản xuất axit citric (những vi sinh vật, nguyên liệu, các yếu tố ảnh hưởng, sinh tổng hợp axit citric, kỷ thuật di truyền của vi sinh vật, quá trình lên men: chìm, bề mặt, liên tục, cố định tế bào…). Tiểu luận này được làm dựa trên các tài liệu tham khảo, sự góp ý của giảng viên và đóng góp của các thành viên trong nhóm, tuy nhiên vẫn còn nhiều hạn chế, rất mong có nhận xét của thầy cô cũng như của các bạn để bài tiểu luận đươc hoàn chỉnh hơn. Nhóm sinh viên
Nội dung 1. Axit citric 1.1. Lịch sử ra đời axit citricclick here to view Vào thế kỷ thứ 8 nhà giả kim thuật Jabir Ibn Hayyan người Iran đã phát hiện ra axít citric. Các học giả châu Âu thời trung cổ cũng đã biết về axít tự nhiên trong chanh, những kiến thức sơ bộ về axít này cũng đã được ghi nhận vào thế kỷ XIII. Axít Citric được nhà hóa học người Thụy Sĩ tách được vào năm 1784, ông đã kết tinh được axít citric từ nước chanh ép. Chanh, cam và các dạng quả khác thuộc chi Citrus chứa nhiều axít citric Năm 1860 ngành công nghiệp nước ép trái cây của Ý đã đưa công trình sản xuất axít citric vào hoạt động.Năm 1893 C. Wehmer đã phát hiện ra rằng nấm mốc cũng có thể tạo nên axít citric từ đường. Sản xuất axít citric theo kiểu vi sinh này đã không được đưa vào sản xuất công nghiệp cho đến thế chiến thứ I, do cục xuất khẩu nước hoa quả của Ý bác bỏ. Vào năm 1917 nhà hóa học thực phẩm James Currie người Mỹ đã phát hiện ra rằng nấm mốc hình sợi có thể dùng để sản xuất axít citric rất hiệu quả. Hai năm sau tập đoàn dược phẩm Pfizer đã ứng dụng kỹ thuật này vào sản xuất axít citric theo qui mô công nghiệp. Tài liệu tham khảo: http://vi.wikipedia.org/wiki/Ax%C3%ADt_citric Sinh viên thực hiện: Hùynh Thị Ngọc Hoa _ 08111331 1.2. Tính chất 1.2.1. Tính chất vật lý
click here to view Thông tin tổng quát Công thức hóa học: Tên chuẩn: 2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylic acid Tên thường: Axít chanh CTPT:C 6H 8O 7 Khối lượng PT: 192.13 g/mol Có dạng: Tinh thể màu trắng Tính chất KL riêng1665 kg/m 3 Nhiệt độ nóng chảy153ºC (307.4ºF, 426) Nhiệt độ sôi Phân hủy ở 175ºC pKa pKa 1=3.15 pKa 2=4.77 pKa 3=6.40 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 74ºC dạng monohydrat sẽ chuyển sang dạng khan. Tài liệu tham khảo: http://vi.wikipedia.org/wiki/Ax%C3%ADt_citric Sinh viên thực hiện: Hùynh Thị Ngọc Hoa _ 08111331 1.2.2. Tính chất hóa học
click here to view Về mặt hóa học thì axít citric cũng có tính chất tương tự như các axít carboxylic khác. Khi nhiệt độ trên 175oC thì nó phân hủy tạo thành CO2 và nước. Tính axít của nó là do ảnh hưởng của nhóm carboxyl -COOH, mà 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. Tài liệu tham khảo: http://vi.wikipedia.org/wiki/Ax%C3%ADt_citric Sinh viên thực hiện: Hùynh Thị Ngọc Hoa _ 08111331 1.3. Ứng dụngclick here to view Trong thực phẩm với vai trò là một chất phụ gia thực phẩm, axít citric được dùng làm gia vị, chất bảo quản thực phẩm và đồ uống, tạo ra hương vị chua trong nước giải khát. Trong đó nó sẽ ngăn chặn sự suy giảm về màu sắc và hương vị, ức chế quá trình oxy hóa, bảo vệ Vitamin C không bị oxy hóa, bất hoạt enzyme gây oxy hóa , hoạt động như một chất chống oxy hóa, và là một chất nhũ hóa trong các sản phẩm sữa, đặc biệt là nước giải khát, nó mang mã số E330. Ngoài ra Axít citric cũng được cho vào thành phần của kem để giữ các giọt chất béo tách biệt. Axít citric còn được sử dụng trong các loại món tráng miệng, mứt, thạch, kẹo, rượu, và trái cây đông lạnh. 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. Trong ngành hóa học Tính chất đệm của các phức citrat được dùng để hiệu chỉnh độ pH của chất tẩy rửa và dược phẩm Citric axít 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. Trong ngành công nghiệp dược phẩm; nó được sử dụng trong xi-rô, chất làm se, loại viên sủi và loại thuốc bột. Nó cũng được sử dụng trong truyền máu. Trong công nghiệp hóa chất, nó được ứng dụng để điều hòa nước, tẩy gỉ kim loại... Acid citric có thể được sử dụng để điều chỉnh mức pH lên trung tính hoặc cao hơn , do đó cho phép ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp trong các lĩnh vực như mạ điện, thuộc da, và kích hoạt lại các giếng dầu nơi bề mặt đã bị tắc giữa cát với sắt. Ở Anh, axít citric được dùng làm chất đệm để cho heroin nâu dễ hòa tan hơn. Một túi axít citric loại nhỏ được dùng để ép người nghiện thay kim tiêm bẩn bằng một cái sạch hơn nhằm hạn chế sự lây nhiễm của AIDS và bệnh viêm gan. Các axít khác dùng để hòa tan heroin nâu là ascobbic, axetic và axít lactic, trong trường hợp thiếu thuốc con nghiện sẽ tiêm nước chanh vắt hay dấm. Ngoài ra citric axít 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. Citric axit 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 axít citric có mặt khắp nơi trong cơ thể nhưng vẫn có một vài trường hợp mẫn cảm với axít citric. Tuy nhiên những trường hợp này rất hiếm và người ta thường gọi đó là phản ứng giả vờ của cơ thể. Axít citric khô có thể làm kích thích da và mắt do đó nên mặc áo bảo hộ khi tiếp xúc với axít này. Cuối cùng, axít citric được sử dụng trong ngành công nghiệp chất tẩy rửa để thay thế cho phốt phát và trong việc loại bỏ các chất khí lưu huỳnh trong khói và các cơ sở công nghiệp khác. Sinh viên thực hiện: Hùynh Thị Ngọc Hoa - 08111331
|
|
|
| |
|
nguyenthikimchi08104341
|
Feb 16 2011, 07:05 PM
Post #2
|
|
- Posts:
- 40
- Group:
- Members
- Member
- #66
- Joined:
- Feb 7, 2011
|
2. Phương pháp sản xuất axit citric 2.1. Những vi sinh vật sử dụng cho sản xuất axit citric 2.1.1. Nấmclick here to view Trong những năm qua, nhiều vi sinh vật đã được sử dụng để sản xuất axit citric. Tuy nhiên, A. niger vẫn là vi sinh vật được lựa chọn cho sản xuất quy mô công nghiệp. Những vi sinh vật khác, chẳng hạn như nấm men và vi khuẩn, rất có tiềm năng cho việc sản xuất lượng lớn axit citric (50,0-70,0 g / L), nhưng cho đến thời gian gần đây nó vẫn không được sử dụng cho sản xuất quy mô lớn. Có sự nhận định chung rằng chỉ chủng A. niger được lựa chọn và chỉ có ích cho viêc sản xuất acid citric bởi vì chúng có thể được xử lý dễ dàng, không đắt, và cho kết quả cao và phù hợp, do đó giúp cho quá trình sản xuất axit citric trở nên kinh tế. Các loài Aspergillus đã được phát hiện có thể tích lũy acid citric bao gồm các chủng A. awamori, A. fenicis, A. fonsecaeus, A. luchensis, A. fumaricus, A. wentii, A. saitoi, A. usami, A. phoenicus, A. lanosus, A. foetidus và A. flavus cũng như một số chủng Penicillium như P. janthinellum, simplicissimum P và P.restrictum. Nấm sản xuất acid citric bao gồm các chủng Trichodermaviride, Mucor piriformis, Ustulina vulgaris, và loài Botrytis, Ascochyta, Absidia, Talaromyces, Acremonium, và Eupenicillium. Sản lượng của axit citric được tạo ra do các chủng kia đều thấp hơn so với các chủng A. niger. Rõ ràng A. niger bao gồm một nhóm lớn các chủng và giữa chúng có sự khác nhau về hình thái học và đặc tính sinh hóa. Sự khác biệt được thể hiện như sau : màu sắc của các bào tử và sợi nấm, kích thước và số lượng bào tử, kích thước sợi nấm, môi trường đem sử dụng, thời gian của quá trình lên men và khả năng sản xuất acid citric từ các chất nền khác nhau. Ngày nay, hầu như tất cả các acid citric đều được sản xuất bởi quá trình lên men nhờ chủng A. niger trong môi trường lên mem chìm. Tài liệu tham khảo: Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto, Robert E. Levin – Food Biotechnology second edition - CRC Press, 2006, page 351-352. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Kim Chi _ 08104341 2.1.2. Menclick here to view Mặc dù A. niger là nguồn vi sinh vật truyền thống trong sản xuất acid citric, nhưng trong 30 năm qua các nhà nghiên cứu cũng đã bị thu hút vào việc sử dụng nấm men khác như là nguồn vi sinh vật sản xuất axít citric. Nấm men có một số lợi thế hơn so với các chủng A. niger. Thời gian lên men ngắn (một nửa thời gian của A. niger lên men) và do đó, năng suất cao hơn. Các chủng nấm không nhạy cảm với mật đường bị biến đổi và có thể được sử dụng để phát triển trong một quá trình liên tục. Ngoài ra, nấm men còn có khả năng chuyển hóa đường hoặc n-ankan nồng độ ban đầu cao (100,0-150,0 hoặc 40,0-60,0 g / L), và với sự tăng trưởng nhanh sẽ cho mức năng suất cao. Hơn nữa, chúng có khả năng không bị ảnh hưởng bởi các ion kim loại, do đó cho phép việc sử dụng chất nền ít tinh khiết. Những tính chất này có thể giúp giảm bớt lượng chất nền sử dụng và giảm bớt các chi phí phục hồi sản phẩm sau đó. Các lợi thế của việc sử dụng n-ankan có vai trò như nguồn carbon để giảm bớt chi phí chất nền và thu được nồng độ acid citric cao hơn. Nấm men dùng sản xuất axit citric rất đa dạng thuộc các giống Candida, Saccharomycopsis, Hansenula, Pichia, Debaryomyces, Torulopsis, Kloeckera, Trichosporon, Torula, Rhodotorula, Sporobolomyces, Endomyces, Nocardia, Nematospora, Saccharomyces, và Zygosaccharomyces. Trong số này, các chủng Candida được sử dụng rộng rãi hơn cho sản xuất axit citric. Các chủng này bao gồm C. lipolytica, C. tropicalis, C. zeylanoides, C. fibrae, C. intermedia, C. parapsilosis, C. petrophilum, C. subtropicalis, C. oleophila, C. hitachinica, C. citrica, C. guilliermondii, và sucrosa C. Đặc điểm sử dụng: Việc sử dụng nấm men cho sản xuất axit citric có thể thực hiện trong môi trường lên men hiếu khí và được khuấy ở nhiệt độ 25-35 ° C, nó phụ thuộc vào chủng nấm men và trang thiết bị được sử dụng. Môi trường thông thường bao gồm đường, mật đường, n-ankan, n-parafin, methanol, butanol, ethanol, axit béo acetate, và các loại dầu tự nhiên, hoặc chất béo có bổ sung đạm các nguồn như (NH4)2SO4, NH4NO3, hoặc NH4Cl, KH2PO4, MgSO4 • 7H2O, CaCO3, thiamin hydrochloride, vitamin B phức tạp, và các nguyên tố vi lượng như Fe2+, Zn2+, Mn2+ và Cu2+. Môi trường được cho vào khoảng 10-12% C. lipolytica (v / v) (giữ trong 48h). Crolla và Kennedy cho rằng nồng độ vượt quá dẫn đến lượng vi sinh vật tập trung cao và giảm việc sản sinh ra acid citric, trong khi chỉ cần tiêm một lượng nhỏ VSV thì đã đủ cho quá trình lên men khá dài. Citric acid sản xuất trong phòng thí nghiệm thì sẽ sử dụng nấm men trải qua hai giai đoạn: (1) giai đoạn đầu tăng trưởng trên toàn bộ môi trường, tiếp theo là (2) giai đoạn sản xuất mà không cần nguồn đạm. Trong một số trường hợp môi trường được bổ sung với số lượng hạn chế của nitơ (1.0g/l) để giữ cho hoạt động của tế bào ở mức độ chấp nhận được. Trong sản xuất quy mô công nghiệp với chủng Y. lipolytica, ba bước đã được xác định quá trình tăng tổng hợp acid citric: (1) giai đoạn tăng trưởng theo cấp số nhân, (2) giai đoạn muối citrate tạo ra chậm và (3) giai đoạn sản xuất một cách tuyến tính. Giai đoạn sản xuất được tính từ khi lượng nito giảm từ giai đoạn đầu trong tế bào. Quá trình lên men kéo dài từ 3-6 ngày, với pH kiểm soát ở mức 4,5-6,5, nồng độ acid citric thu được khác nhau từ 20 đến 60 g / L, tùy theo chủng được sử dụng, bề (tổng hợp hoặc các phụ phẩm), hình thức lên men (lên men nổi hoặc lên men chìm), và các điều kiện chung giúp quá trình lên men diễn ra (nồng độ đường ban đầu, độ pH, nhiệt độ). Những bất lợi chính của việc sử dụng nấm men là việc tao ra axit isocitric trong suốt quá trình lên men. Lượng tổng acid isocitric được sản xuất phụ thuộc vào chủng nấm men được sử dụng, các thành phần hóa học của chất nền, hệ thống của quá trình lên men, và các điều kiện giúp cho quá trình lên men diễn ra. Để khắc phục vấn đề này, một số phương pháp đã được phát triển để giảm số lượng của axit isocitric được tạo ra trong sản xuất. Các men được sử dụng trong các quá trình cơ bản nhằm sản xuất axit citric được duy trì ở độ pH trung tính. Như vậy, các muối citrate được tạo ra là muối natri hay canxi. Để sản xuất citric acid bằng cách sử dụng nấm men ở quy mô công nghiệp, việc nghiên cứu thêm là cần thiết như trong việc lựa chọn chủng nấm có thể sinh lượng muối citrate cao và tối ưu hóa mức thấp nhất các quá trình trao đổi chất của nó cũng như trong sự hiểu biết tốt nhất để giảm thiểu việc tạo thành acid isocitric. Tài liệu tham khảo: Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto, Robert E. Levin – Food Biotechnology second edition - CRC Press, 2006, page 352-353. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Kim Chi - 08104341 2.1.3.Vi khuẩnclick here to view Có rất ít thông tin về việc sản xuất citrate bằng cách sử dụng vi khuẩn. Vi khuẩn thông thường bao gồm Bacillus, Brevibacterium, Arthrobacter, chế phẩm Corynebacterium, Klebsiella, Aerobacter, Pseudomonas, và Micrococcus. Trong số này, B. subtilis, B. licheniformis, B.flavum, và A. paraffinens là những vi khuẩn có tiềm năng nhất. Nghiên cứu của Kapoor cho thấy rằng B. icheniformis nuôi trong môi trường có glucose, urê, cacbonat canxi, và ammonium sulfate hoặc glutamate (pH 7.0) sẽ sản xuất lượng axit citric có nồng độ 42,0 g / L. Ngoài ra, các chủng A.paraffinens, Corynebacterium, và Bacillus cũng tạo nồng độ acid citric tối đa là 28-40 g / L khi chúng phát triển trong môi trường chứa dodecane hoặc hỗn hợp các parafin C12 –C14. Trong mọi trường hợp lên men hiếu khí ở 30-37 ° C trong 2-5 ngày, thì quá trình lên men sẽ tùy thuộc vào loại vi khuẩn và thành phần của môi trường sử dụng. Nói chung, citric acid do vi khuẩn sản xuất được 50-100% thấp hơn so với nấm hoặc nấm men. Tuy nhiên, các báo cáo này đã mở ra một con đường mới cho sản xuất acid citric bởi vi khuẩn. Tài liệu tham khảo: Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto, Robert E. Levin – Food Biotechnology second edition - CRC Press, 2006, page 353. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Kim Chi - 08104341 2.2. Sinh tổng hợp axit citricclick here to view Những con đường chuyển hóa do A. niger biến đổi glucose hay sucrose thành axit citric theo sơ đồ dưới đây. Sinh tổng hợp axit citric bao gồm cả hai chu trình: Embden–Meyerhof–Parnas (EMP) và the tricarboxylic acid (TCA). Axit citric được tạo thành do sự ngưng của acetyl-coenzyme A với axit oxaloacetic. Sơ đồ sinh tổng hợp axit citric từ sucrose do A. nger. (a) Invertase; (b) hexokinase; (c) phosphofructokinase; (d) pyruvate carboxylase; (e) citrate synthase; (f) aconitase; (g) isocitrate dehydrogenase; (h) -ketoglutarate dehydrogenase; (i) succinicdehydrogenase; (j) malate dehydro-genase. ( Từ Milsom, P.E., Food Biotechnology: 1, King, R.D., P.S.J. Cheetham, eds., London:Elsevier Applied Science, 1987, pp 273–308). Sơ đồ: Sinh tổng hợp axit citric từ n-alkanes do nấm men ( Từ Kapoor, K.K., K.Chaudhary, P. Tauro, Prescott and Dunn`s Industrial Microbiology, Reed, G., ed.. UK: MacMillan Publishers Ltd, 1983, pp 709–747). Tài liệu tham khảo: Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto, Robert E. Levin – Food Biotechnology second edition - CRC Press, 2006, page 353-354, 361 Sinh viên thực hiện: Huỳnh Thị Ngọc Hoa - 08111331
|
|
|
| |
|
truongcamtien08099991
|
Feb 16 2011, 07:38 PM
Post #3
|
|
- Posts:
- 9
- Group:
- Members
- Member
- #63
- Joined:
- Feb 7, 2011
|
2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sản xuất axit citric 2.3.1. Dinh dưỡngclick here to view Thành phần của môi trường được sử dụng trong sản xuất axit citric nhờ A. niger phụ thuộc vào chủng vi sinh vật sử dụng và phương pháp sản xuất. Thông thường, những chủng chỉ có thể sử dụng một nguồn cacbon thì biểu hiện không mấy hiệu quả trong quá trình sản sản xuất khi được nuôi trong môi trường chứa các nguồn khác. Aspergillus niger phát triển tốt trong môi trường chứa các hyđat-cacbon (sucrose, glucose, fructose, maltose, mannose, và tinh bột), nitơ ( như những ion amoni hay nitrat), phốt-phát, một lượng nhỏ kali, magiê, sunfat, một lượng rất nhỏ kim loại như Fe, Mn, Zn, Cu. Điều đó cho thấy lượng axit citric nhiều hơn khi những chủng A. niger được phát triển trong môi trường tổng hợp đơn giản hơn là phát triển trong môi trường phức tạp.Nồng độ đường ban đầu giữ một vai trò quan trọng. Nồng độ axit citric cao nhất đạt được nếu phát triển ở môi trường có nồng độ đường ban đầu cao (15−20% w/v). Hơn nữa khi nồng độ đường tăng (vd: 250 g/L) dẫn đến nồng độ axit giảm đến 15%. Nồng độ acid bị giảm xuống so với nồng độ xử lí cao nhất đạt được có thể là do ảnh hưởng của quá trình thẩm thấu. Nó được thể hiện ở chỗ trên nồng độ cơ chất tới hạn (150 g/L), hoạt độ nước giảm kết hợp với quá trình co nguyên sinh bắt đầu diễn ra mạnh mẽ là nguyên nhân dẫn đến giảm tốc độ và nồng độ của sản phẩm trong quá trình lên men. Ngoài ra, nồng độ đường ban đầu ( >20%) dẫn đến việc sử dụng đường ít, làm cho quá trình sản xuất không có hiệu quả, trong khi nồng độ đường thấp ( <5%) dẫn đến lượng axit citric tạo thành thấp và sự tích tụ axit oxalic cao. Quá trình nuôi cấy A. niger ở nồng độ đường sucrôza 1% (w/v) và sự chuyển sucrose thành 14% các loại đường khác ở nồng độ khác nhau (sucrose, maltose, glucose, mannose, và fructose) gây ra sự tích tụ axit citric. Sự tích tụ này có thể ngăn chặn bằng cách bổ sung cyclohexamide, một chất ức chế của của quá trình tổng hợp protein de novo. Tuy nhiên, quá trình tiền nuôi cấy A. niger ở nồng độ sucrose cao (14%) và tiếp theo đó là sự chuyển sucrose thành các loại hydrocacbon khác nhau ở cùng nồng độ dẫn đến sự tạo thành muối citrate. Những kết quả này cho thấy rằng nồng độ của nguồn cacbon cao sẽ tạo ra hiệu suất axit lớn (60-70%) bởi vì chúng rất thích hợp để gây ra sự mất cân bằng trong quá trình trao chất của các chất mang tính acid. Bên cạnh đó nồng độ đường là nguồn hydratcacbon có một ảnh hưởng nhất định trong quá trình sản xuất axit citric nhờ A.niger. Xu và cộng sự phát hiện ra sucrose và maltose là nguồn cacbon tốt hơn glucose và fructose cho quá trình sản xuất axit citric nhờ A.niger. Hossain và cộng sự đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của nguồn đường lên quá trình sản xuất axit citric nhờ A.niger thấy rằng sucrose là nguồn thuận lợi nhất, kế đến là glucose, fructose, và sau đó là lactose. Họ cũng thấy rằng nếu nấm phát triển trong môi trường có nguồn cacbon là galactose thì axit citric không được tổng hợp. Những mối liên hệ chặt chẽ giữa quá trình sản xuất axit citric và hoạt độ enzyme là yếu tố đ ảm nhận quá trình sinh tổng hợp axit citric. Khi sucrose, glucose, hay fructose là nguồn đường thì hoạt độ pyruvate carboxylase rất cao tương ứng (1050, 600, and 500 μmole/min/mg protein) trong khi hoạt độ của 2-oxoglutarate. Dehydrogenase không hề được tìm thấy.Tuy nhiên, khi galactose là nguồn đường, hoạt độ pyruvate carboxylase thấp (20 µmole/min/mg protein), nhưng hoạt độ 2-oxoglutarate dehy-drogenase cao (45 µmole/min/mg protein). Hoạt độ của ACH ảnh hưởng mạnh mẽ đến tốc độ của quá trình sản xuất axit citric trong suốt quá trình lên men. Hoạt độ cao nhất (2200 µmole/min/mg protein) khi sucrose là nguồn đường và hoạt độ thấp nhất (150 µmole/min/mg protein) với galactose là nguồn đường. Hoạt độ enzyme giảm suốt trong quá trình lên men bất kể sự có mặt của galactose, nguồn làm tăng hoạt độ enzyme. Tương tự những ảnh hưởng được tìm thấy với cả NAD-ICDH và NADP-ICDH. Cuối cùng có thể kết luận rằng những kết quả chứng minh bản chất của nguồn đường ảnh hưởng nhiều đến quá trình sản xuất axit citric. Và tất nhiên cũng có liên quan tới hoạt độ của enzyme. Phức enzyme 2-oxoglutarate dehydrogenase xuất hiện coi là enzyme chủ yếu dến sự tích tụ axit citric, và nó bị kiềm hãm sự hoạt động nếu phát triển trong môi trường có glucose và fructose nhưng galactose thì không. Bên cạnh đó nồng độ cacbonhydrat, Nitơ, Phốt phát có ảnh hưởng nhiều đến sản phẩm axit citric. Thông thường, nồng độ Nitơ hay phốt phát tồn tại trong môi trường thấp hơn 0.2% (w/v) là thích hợp. Nồng độ của nitơ cao (0.8 g/L) dẫn đến sự khử hoàn toàn100% trong quá trình sản xuất axit citric. Kristiansen and Sinclair đã nghiên cứu việc sản xuất axit citric trong môi trường nuôi cấy chìm liên tục và thấy rằng axit citric được sản xuất do những tế bào tích tụ carbon với lượng nitơ nhất định. Trong quá trình nuôi, nitơ được coi là nguồn chủ yếu cần thiết cho sự phát triển sợi nấm ở những tế bào mới. Những tế bào già chứa một lượng nitơ nhất định và do vậy chúng dự trữ carbon, và tổng hợp axit citric. Thông thường, ảnh hưởng của nitơ lên quá trình sản xuất axit citric nhờ A.niger có thể được mô tả như vậy . Lượng tế bào được tạo thành tăng theo nồng độ tăng lên của nitơ và dòng tế bào chất. Nhự vậy, với nồng độ nitơ thấp thì một vài tế bào được hình thành và với mốt ít hay không có dòng tế bào chất thì sự sản xuất axit citric rất ít. Khi nồng độ nitơ tăng, thì tốc độ hình thành các tế bào dự trữ tăng và có nhiều hơn lượng axit citric được tạo thành. Những kết quả từ thiết bị nuôi cấy vi khuẩn xác nhận một mối liên hệ không như mong muốn giữa quá trình sản xuất axit citric với cả tốc độ phát triển nhất định và tốc độ sử dụng nitơ. Dawson và Maddox kết luận rằng nếu quá trình sản xuất acid citric nhờ chủng A. niger được thực hiện dưới điều kiện phốt phát giới hạn thì quá trình sản xuất có thể phụ thuộc vào sự ức chế chất dị hóa nitơ. Các nhà nghiên cứu khác cho rằng không chỉ thời gian cho việc bổ sung những ion amoni là quan trọng, mà còn nồng độ của nitơ cũng phải được cân nhắc. Thời gian tốt nhất cho việc bổ sung (NH4)2SO4 nằm trong khỏang 40 đến 75h, và nồng độ cho nguồn nitơ nằm ở giữa khoảng 0.25-0.5g/l sẽ làm tăng nồng độ axit citric lên tối đa 12% trong quá trình lên men tiêu chuẩn. Nồng độ của phốt phát trong môi trường rất quan trọng cho sự phát triển của A. niger và cho quá trình sinh tổng hợp axit citric. Nồng độ phốt phát cao (2.0 g/l) sẽ đẩy nhanh sự phát triển của vi sinh vật nhưng lại làm quá trình sản xuất axit giảm đi. Cũng như với nitơ, quá trình sản xuất axit citric bắt đầu sau sự hút hết các hợp chất phốt pho .Cuối cùng, việc duy trì nồng độ photpho thấp (1.0 g/l) trở thành yếu tố then chốt, ít nhất phát triển trong trong môi trường có nguồn carbohydrate, một ảnh hưởng mà có liên quan tới sự có mặt một lượng nhỏ kim loại trong môi trường. Bên cạnh các chất dinh dưỡng ở trên, A. niger cần có amino acid và vitamin cho sự phát triển và cho sự tổng hợp axit citric. Lal và Srivastava đã nghiên cứu ảnh hưởng của amino acids đến quá trình sản xuất axit axit citric nhờ chủng A. niger. Họ tìm thấy sự có mặt của axit glutamic và axit aspartic cũng làm cho quá trình sản xuất axit citric tương ứng trong khoảng 79.6% và 76.7% . Lysine rất hiệu quả và làm tăng nồng độ đến 62%. Tuy nhiên, Hamissa và cộng sự đã tìm thấy ở nồng độ (50.4%) tới mức độ cao hơn serine cũng không ảnh hưởng đến quá trình, trong khi những ảnh hưởng của cysteine rất bất lợi. Khi môi trường được cung cấp với những vitamin như thiamine, axit nicotinic, và nicotinamide, nồng độ của axit citric tăng. Nồng độ thiamine tốt nhất là 6.0 mg/l. Một số nguyên tố vi lượng giữ vai trò quan trọng. Nồng độ của một số kim loại nặng (5.0 mg/l) làm giảm nồng độ của axit citric trong khi những nồng độ thấp (1.0 mg/l) cải thiện quá trình sản xuất của axit .Clark và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của kali feroxyanua có trong thành phần hóa học của mật đường được sử dụng cho quá trình sản xuất axit citric. Họ thấy rằng nếu loại bỏ một số kim loại ( Fe2+, Mn2+, Zn2+, Cu2+, Ca2+, Mg2+) từ mật đường sẽ làm tăng đáng kể quá trình sản xuất axit citric. Banik đã nghiên cứu ảnh hưởng của những chất khoáng lên quá trình sản xuất axit citric nhờ chủng A.niger và tiến hành với K2HPO4 và MgSO4.H2O lần lượt với nồng độ 0.1% và 0.02%. Nồng độ tốt nhất của một số nguyên tố vi lượng Fe2+, Mn2+ và Zn2+ là 1.0 mg/l, trong khi NaCl và CaCl2 ở nồng độ thấp thì không có sự ảnh hưởng. Một lượng nhỏ kim loại khác như Cu2+, Co2+, và Mo2+ có ảnh hưởng bất lợi, trong khi đó Ni và V không hề ảnh hưởng. Kubicek and Rohr thấy rằng nếu có sự so sánh quá trình lên men của axit citric trong môi trường thiếu hụt Mn và môi trường có chứa Mn thì thấy rằng Mn ảnh hưởng đặc biệt mạnh mẽ đến giai đoạn trao đổi chất của VSV. Với sự có mặt của Mn, sự phát triển tế bào gia tăng, thành phần của đường bị giảm đi, và acidogenesis (phản ứng tạo phân tử axit béo) giảm mạnh. Một nghiên cứu về enzyme chính trong quá trình thủy phân glycogen, các chuỗi phản ứng hóa sinh PP, chu trình TCA, sự chuyển hóa của Nitơ, và sự hình thành glucoza trong cơ thể động vật cho thấy lượng Mn thiếu hụt được thêm vào để ngăn chặn các enzyme đồng hóa và enzyme chu trình TCA cụ thể là loại bỏ quá trình tổng hợp citrate. Thông thường, phần lớn sự thiếu hụt Mn ảnh hưởng đến hoạt động của các phản ứng sinh tổng hợp của chủng A.niger, như vậy dẫn đến axit citric chảy ra(tạo thành). Quá trình sản xuất axit citric từ mật đường nhờ chủng A.niger trong quá trình lên men bề mặt và lên men chìm chịu ảnh hưởng của một lượng nồng độ rất thấp kim loại có trong mật rỉ. Tuy nhiên, nghiên cứu quá trình sản xuất axit citric từ bột mì trong quá trình lên men trạng thái rắn cho thấy ảnh hưởng không như vậy mặc dù nồng độ của những chất vô cơ trong lúa mì cao. Ngược lại, khi môi trường được bổ sung thêm với Fe, Mn, Cu, Zn, Mg và P thì nồng độ của axit citric tăng đến 100% . Khi những ion vô cơ được sử dụng riêng ở điều kiện thích hợp làm cho nồng độ của axit citric tăng gấp 1.4-1.9 lần. Tuy nhiên, chỉ Fe, Cu, và Zn rất hiệu quả nếu được kết hợp với nhau. Những kết quả này cho thấy những thuận lợi của quá trình lên men dạng trạng thái rắn có chứa nồng độ cao các nguyên tố trong quá trình sàn xuất axit citric có thể là do độ tăng nồng độ và sự giảm khả năng vận chuyển của các ion kim loại trong những điều kiện là lượng nước bị hạn chế . Việc thêm vào 0.5 g/l CaCl2 vào môi trường lên men sẽ làm giảm 35% khối lượng sinh khối khô trong khi tốc độ hấp thu Phốt phát , sucrose và của nồng độ của axit citric tăng lần lượt là 15, 35, và 50%.Tsekova và cộng sự của ông cho biết Cu và cadimi ngăn chặn sự phát triển của A.niger và quá trình sản xuất axit citric. Hoạt độ của ACH và cả hai NAD-ICDH và NADP-ICDH bị ức chế nhiều do Cu. Hàm lượng DNA và proteins trong những tế bào giảm, nhưng hàm lượng của lipids và polysaccharides tăng đáng kể nếu có mặt của những kim loại mạnh. Tuy nhiên, Haq và cộng sự cho rằng thêm 2.0 -10-5 M CuSO4 vào sẽ làm dung dịch mật rỉ tăng nồng độ của axit citric (92.0 g/l) nhờ chủng A.niger GCB-47. Nghĩa là ảnh hưởng của những kim loại nặng trong quá trình sản xuất axit citric phụ thuộc vào chủng VSV sử dụng và thành phần của môi trường. Cuối cùng, Hamissa và cộng sự đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của những chất dinh dưỡng vi lượng như FeSO4.7H2O, PbSO4, CuSO4.5H2O, MnSO4.4H2 O, ZnSO4.7H2 O, CoCl2.H2 O, và (NH4)6.Mo7 O24.4H2 O lên quá trình sản xuất axit citric do chủng C. lipolytica Y 1095. Họ thấy FeSO4.7H2 O và MnSO4.4H2 O là những chất phù hợp nhất cho quá trình sản xuất axit citric. Thông thường, các chủng khác nhau sẽ phù hợp nguyên tố vi lượng khác nhau vì vậy rất phải xác định nồng độ thích hợp nhất của các ion để tránh được những ảnh hưởng ức chế có thể xảy ra khi những cation này tồn tại ở nồng độ gây độc.
Tài liệu tham khảo: Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto, Robert E. Levin – Food Biotechnology second edition - CRC Press, 2006, page 361-364. Sinh viên thực hiện: Trương Cẩm Tiên _ 08099991 2.3.2. Chất ức chế và chất kích thíchclick here to view Chất ức chế được bổ sung vào trong môi trường, để làm tăng nồng độ sản phẩm mong muốn. Những chất ức chế này sẽ làm ảnh hưởng đến cấu trúc vách tế bào và tăng tính thấm của nó dẫn đến quá trình trao đổi chất giảm. Chất kích thích là chất hóa học làm tăng nồng độ của sản phẩm khi bổ sung vào môi trường. Hầu hết các chất kích thích chủ yếu sử dụng cho việc cải thiện hàm lượng axit citric nhờ A. niger là methanol và ethanol. Những chất hóa học này được tìm thấy làm chậm sự phát triển, làm chậm sự hình thành bào tử, và tăng (30%-50%) quá trình sản xuất axit citric. Roukas và Liakopoulou-Kyriakides, Roukas, và Roukas và Kotzekidou cho rằng ảnh hưởng của methanol lên quá trình sản xuất axit citric từ phần chiết quả sung, phần chiết từ vỏ cây carob, những chất thải từ quá trình ủ rượu bia, xi-rô từ trái chà là trong quá trình lên men bề mặt do chủng A.niger và phát hiện việc bổ sung thêm methanol 4% (v/v) trong môi trường trên làm tăng nồng độ axit citric lần lượt là 50%, 41%, 17%, và 60%. Hơn nữa, Roukas đã nghiên cứu quá trình sản xuất axit citric từ vỏ carob và quả sung do A.niger trong quá trình lên men trạng thái rắn và phát hiện nếu bổ sung methanol 6% (w/w) vào môi trường thì làm tăng nồng độ của axit citric lần lượt là 62% và 50%. Hầu hết các trường hợp methanol được bổ sung vào ngày thứ 3 của quá trình lên men. Sự tăng nồng độ axit citric lên, cho biết methanol ảnh hưởng sâu sắc đến sự chuyển hóa đường do A.niger. Báo cáo cho thấy ảnh hưởng của methanol là mức độ thẩm thấu của tế bào; nó cho phép citrate tiết ra ngoài từ tế bào. Sau đó tế bào phản ứng do sự tăng quá trình sản xuất citrate của nó qua sự ngăn chặn của 2-oxoglutarate dehydrogenase trong việc cố gắng duy trì mức độ trao đổi chất thích hợp trong tế bào. Bên cạnh đó ảnh hưởng lớn do chất kích thích methanol là do sự ức chế của sự hình thành bào tử và sự tăng tính chịu đựng của vi sinh vật đối với những khoáng chất chứa trong môi trường. Các nhà ngiên cứu khác cho rằng việc bổ sung methanol vào môi trường làm quá trình tổng hợp của các tế bào Protein yếu đi mà không có sự ức chế các nitơ hấp thụ vào, do vậy làm tăng các acid amin, peptide, và các protein phân tử lượng nhỏ nằm trong các sợi nấm, đặc biệt là ở giai đoạn đầu của quá trình nuôi cấy. Nó cũng được tìm thấy khi thêm methanol vào môi trường cũng ảnh hưởng đến hoạt động một số enzyme của chu trình TCA. Saha và cộng sự đã nghiên cứu tác động của methanol và ethanol trong quá trình sản xuất acid citric nhờ A. niger sử dụng một từ trường quay của thùng tiếp xúc sinh học. Họ thấy rằng ethanol thúc đẩy quá trình sản xuất citric acid cũng như năng suất đạt được. Jianlong và Ping báo cáo rằng việc thêm ethanol dẫn đến một kết quả là sự gia tăng hoạt độ CS lên gấp đôi, và giảm 75% hoạt độ của ACH. Các hoạt động của các enzym chu trình TCA khác tăng nhẹ (5-10%). Tăng tích lũy acid citric với việc bổ sung ethanol có thể chậm sự suy thoái của acid citric dẫn đến việc giảm hoạt động E. aconitase. Trong quá trình lên men liên tục, methanol và ethanol làm tăng nồng độ acid citric tương ứng 82% và 85%, so với 49% khi không được sử dụng ethanol. Nồng độ và năng suất cao nhất của acid citric sẽ đạt được trong môi trường nuôi cấy liên tục khi mà ethanol được thêm vào trong suốt quá trình lên men. Những chất kích thích khác như chất béo và dầu làm tăng đáng kể quá trình sản xuất citric axit. Điều đó đã được chứng minh rằng hoạt động của chất béo và dầu như là nguồn cacbon và được phân nhỏ thành glycerol và axit béo. Sau đó đi vào chu trình TCA thông qua con đường thuỷ phân glucoza, trong khi những chất kích thích ở trên được đưa vào trực tiếp do sự hình thành acetyl-CoA. Roukas và Kotzekidou thấy rằng việc bổ sung các mono fluoroacetate natri vào chất thải nhà máy bia làm giảm sản lượng citric axit. Các hóa chất này là độc hại với nấm mốc và không kích thích việc tạo nên acid citric. Bổ sung một số chất ức chế như florua canxi, florua natri, kali florua, hydrogen peroxide, naphthaquinone, xanh methylene, natri malonate, kali ferricyanide, iodoacetate, sodium azide, và muối asenat vào các môi trường khác nhau làm tăng nồng độ acid citric (30-40%). Hossain và các cộng sự. (thấy rằng sự hiện diện của galactose gây ra sự ức chế sản xuất acid citric và cũng giảm tốc độ sử dụng đường. phân tích các Enzyme được sử dụng để chiết sợi nấm tự do cho thấy rằng galactose tác động lên glucose thông qua việc ức chế chủ yếu Enzyme 2-oxoglutarate dehydrogenase. Legisa và Mattey đã nghiên cứu sự sản xuất acid citric nhờ A. niger thấy rằng việc tạo ra glycerol 1% ở giai đoạn đầu của quá trình lên men gây ra sự ức chế lên các NADP cụ thể là ICDH, dẫn tới sự tích tụ của acid citric. Ngoài ra, nồng độ acid citric tăng lên khi vừa được bổ sung nồng độ AMP là 106 M. Adenosine, ATP, hoặc cGMP kích thích quá trình sản xuất acid citric ở nồng độ 103 M, trong khi ADP ức chế một cách mạnh mẽ sự tích tụ axit citric. Bổ sung thiophylline cùng với cAMP làm tăng sự ảnh hưởng của cAMP lên quá trình sản xuất. Điều đó cho thấy rằng quá trình sản xuất acid citric nhờ nấm có thể là kết quả từ một sự trao đổi chất cAMP bất thường. Gần đây, Jianlong và Ping cho biết mộtchất kích thích mới có khả năng làm tăng quá trình sản xuất acid citric nhờ A. niger lên khoảng 1,1-đến 1,7 lần. Họ thấy rằng việc bổ sung natri phytate vào môi trường lên men ở nồng độ 1% sẽ tăng quá trình sản xuất acid citric và việc sử dụng chất nền làm ức chế nhẹ lên sự phát triển của vi sinh vật. Một số enzyme quan trọng tham gia trong chu trình TCA đã bị ảnh hưởng do việc bổ sung hàm lượng acid phytic vào môi trường (ví dụ, natri phytate làm giảm hoạt động của NADP-ICDH và kích hoạt pyruvate cacboxylaza, vì thế thích hợp cho sự tích tụ của acid citric). Tài liệu tham khảo: Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto, Robert E. Levin – Food Biotechnology second edition - CRC Press, 2006, page 364-366. Sinh viên thực hiện: Trương Cẩm Tiên - 08099991 2.3.3. Chất để tiêm chủngclick here to view Để chuẩn bị chất tiêm chủng, A. niger được phát triển trong các môi trường tiêu chuẩn của nấm mốc. Nó thường được cấy trên môi trường đường dextrose agar khoai tây (PDA) nghiêng hoặc trong đĩa petri ở 28-30 °C trong 3-5 ngày. Các bào tử thu được lơ lửng trong nước vô trùng có chứa 0,1% Tween 80. Việc tiêm chủng được thực hiện bằng cách sử dụng các bào tử của A. niger hoặc sợi nấm đã phát triển trước đó. Khi những viên sợi nấm được sử dụng, chúng sẽ phát triển trong môi trường lên men chìm trong 2-3 ngày và có thành phần môi trường như trong môi trường sản xuất acid citric thực tế. Các môi trường sản xuất sau đó được tiêm vào ở nồng độ 5-10% (V / v). Khi bào tử được sử dụng như chất tiêm chủng, môi trường được tiêm vào ở nồng độ chất tiêm chủng là 0,5-1,0% (v / v) để cho nồng độ cuối cùng môi trường đạt được gần 1.0 - 106 bào tử / ml. Ở trạng thái rắn lên men, môi trường được tiêm vào 5% (v / w) chất tiêm chủng và sau đó chứa khoảng 1,0 – 108 bào tử / ml để cho nồng độ đạt được 0,5 – 107 bào tử / g bề mặt chất nền. Tài liệu tham khảo: Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto, Robert E. Levin – Food Biotechnology second edition - CRC Press, 2006, page 366. Sinh viên thực hiện: Trương Cẩm Tiên - 08099991 2.3.4. Thời gian lên menclick here to view Thời gian tối ưu để quá trình sản xuất axit citric đạt tối đa phụ thuộc vào chủng được sử dụng, thành phần hóa học của môi trường, hệ thống lên men, và nói chung, các điều kiện theo đó quá trình lên men diễn ra. Trong quá trình lên men bề mặt, thời gian lên men thường được hoàn thành trong 10-20 ngày, trong khi ở quá trình lên men chìm thời gian ủ ngắn hơn nhiều khoảng từ (5-10 ngày). Trong quá trình lên men trạng thái rắn thời gian lên men phụ thuộc mạnh mẽ vào chất tiêm chủng được sử dụng, độ ẩm bề mặt, độ pH ban đầu, nhiệt độ và lượng mẫu trong môi trường (ví dụ, vỏ hạt carob hoặc sung). Trong trường hợp này, nồng độ tối đa acid citric đạt được từ trong khoảng 10 đến 15 ngày. Tài liệu tham khảo: Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto, Robert E. Levin – Food Biotechnology second edition - CRC Press, 2006, page 366. Sinh viên thực hiện: Trương Cẩm Tiên - 08099991 2.3.5. Nhiệt độclick here to view Asperillus niger và các loại nấm khác được sử dụng đường trong quá trình lên men chìm để tổng hợp axit citric trong các môi trường tổng hợp hoặc mật có nhiệt độ tối ưu từ 25 đến 30 ° C. Tuy nhiên, Roukas đã nghiên cứu tác động của nhiệt độ lên quá trình sản xuất acid citric nhờ A. niger và thấy không có sự khác biệt đáng kể giữa các môi trường phát triển ở 25 và 40 ° C tại đây nồng độ acid citric đạt được tương ứng (67,7 và 70,0 g / L) và năng suất acid citric đạt được tương ứng (3,22 và 3,33 g / L / h). Ngoài ra, không có sự khác biệt đáng kể về năng suất sinh khối, cụ thể là tốc độ tạo sinh khối, và tốc độ hấp thu đường trong các môi trường phát triển ở 25 và 30 ° C. Tăng nhiệt độ lên men từ 25 đến 40 ° C làm ảnh hưởng đáng kể lên tốc độ sản xuất axít citric (0,157-0,111 g acid citric / g trọng lượng khô sinh khối / ngày) và trọng lượng sinh khối khô (20,5-30,0 g / L). Các thông số động khác, đó là, trọng lượng sinh khối khô, năng suất sinh khối, tốc độ sản sinh sinh khối, và hiệu quả lên men, tất cả đạt được tối đa ở 40 ° C. Ngoài ra, tác giả còn nghiên cứu sự tác động của nhiệt độ lên quá trình sản xuất acid citric từ vỏ hạt quả carob và quả sung trong quá trình lên men ở trạng thái rắn và quan sát thấy rằng nồng độ acid citric tối đa đạt được tương ứng (176 và 64 g / kg vỏ hạt quả carob hoặc quả sung) đã đạt được ở 30 ° C. zewczyk và Myszka cũng thu được nhiều kết quả tương tự và họ thấy rằng nhiệt độ tăng trưởng tối ưu của A. niger lên men ở trạng thái rắn là 26-34 ° C. Trạng thái phát triển ổn định bị phá vỡ khi nhiệt độ tăng cao. Điều này chứng tỏ ảnh hưởng ức chế của nhiệt độ vào quá trình trao đổi chất bên trong VSV. Perlman và Sih cho rằng một quá trình bao gồm hai giai đoạn khi mà A. niger đã được lên men ở 28-30 ° C trong 2-3 ngày, và sau đó trong một tuần ở 20 ° C thì kết quả thu được là năng suất cao hơn khi nhiệt độ duy trì nhiệt độ ở mức 28-30 °C. Tài liệu tham khảo: Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto, Robert E. Levin – Food Biotechnology second edition - CRC Press, 2006, page 366. Sinh viên thực hiện: Trương Cẩm Tiên - 08099991 2.3.6. pHclick here to view Một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sinh tổng hợp các acid citric là pH ban đầu của môi trường. Khi A. niger được sử dụng để sản xuất axit citric, độ pH ban đầu là phụ thuộc trên môi trường được sử dụng. Trong môi trường tổng hợp pH ban đầu của môi trường thường điều chỉnh từ 2,5-3,5, trong khi trường hợp môi trường mật rỉ độ pH ban đầu phải trung tính hoặc hơi có tính axit cần cho việc nảy mầm và phát triển của các vi sinh vật xảy ra. Độ pH của môi trường được điều chỉnh nhờ sử dụng HCl, H2SO4, hoặc dung dịch NaOH. Độ pH của môi trường giảm trong suốt quá trình lên men khoảng 7,0 xuống còn 2,0 do quá trình sản xuất tạo ra acid citric và các axit trong chu trình TCA. Roukas và Alichanidis đã nghiên cứu tác động của pH ban đầu lên quá trình sản xuất axit citric từ rỉ đường bằng cách sử dụng lên men bề mặt. Họ thấy rằng kết quả tốt nhất thu được bằng cách sử dụng một pH ban đầu là 6,5 mà không cần kiểm soát trong quá trình lên men. Sự điều chỉnh độ pH của môi trường lên men vào các thời điểm thích hợp cũng đã được thực hiện làm ảnh hưởng và để tạo ra sự thay đổi từ giai đoạn phát triển đến giai đoạn tổng hợp . Trong quá trình này độ pH ban đầu của môi trường trong khoảng 4-6. Sau đó muốn tổng lượng các sợi nấm phát triển được, độ pH phải hạ xuống để kích thích quá trình sản xuất acid citric. Khi nấm men được sử dụng để sản xuất axit citric, độ pH thường được điều chỉnh từ 6,0-7,0 bằng vôi canxi cacbonat, hoặc hydroxide natri. Tài liệu tham khảo: Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto, Robert E. Levin – Food Biotechnology second edition - CRC Press, 2006, page 367. Sinh viên thực hiện: Trương Cẩm Tiên - 08099991 2.3.7. Sự thông gió và sự khuấyclick here to view Aspergillus niger là một vi sinh vật hiếu khí và do đó đòi hỏi phải có oxy. Việc thông gió và khuấy các môi trường lên men bình thường đáp ứng các nhu cầu oxy cho quá trình lên men. Hiệu quả của việc khuấy và thông khí trong quá trình sản xuất acid citric bằng hình thức lên men chìm là vô cùng quan trọng đối với sự thành công của quá trình lên men. Việc khuấy là không thể thiếu trong quá trình xáo trộn , sự chuyển pha, và truyền nhiệt. Nó không chỉ giúp cho sự chuyển pha giữa các giai đoạn khác nhau trong môi trường, mà còn duy trì tính đồng đều của hóa chất và các điều kiện vật lý trong môi trường bằng cách khuấy liên tục. Quá trình khuấy tạo ra lực đẩy, làm ảnh hưởng đến các vi sinh vật theo nhiều cách, gây ra sự thay đổi hình thái học của VSV, sự phát triển và sản phẩm hình thành cũng thay đổi, và cũng phá vỡ cấu trúc tế bào. Sục khí có thể có lợi cho việc tăng trưởng và biểu hiện của các tế bào vi khuẩn bằng cách cải thiện đặc điểm chuyển pha đối với môi trường, sản phẩm và sản phẩm phụ, và oxy. Các hình thái học của vi sinh vật ảnh hưởng mạnh mẽ đến việc hình thành sản phẩm, bởi vì nó ảnh hưởng đến tính lưu biến môi trường do đó nó cũng ảnh hưởng đến khối lượng và khả năng truyền nhiệt của các môi trường lên men. Ba kỹ thuật được sử dụng để thông khí bề mặt trong quá trình sản xuất axit citric: (1) lắc bình đựng môi trường, nơi bình Erlenmeyer được đặt trên máy lắc quay (200-250 vòng / phút), (2) môi trường bề mặt, nơi oxy khuếch tán qua bề mặt, được duy trì trong một điều kiện tĩnh, và (3) môi trường lên men chìm, trong đó không khí hoặc ôxy được bộ lọc bơm vô trùng vào môi trường từ đáy các thùng phản ứng. Sản xuất trong công nghiệp của sự trao đổi chất khác nhau của sợi nấm dễ bị điều chỉnh bởi sự áp lực của oxy hòa tan (DOT) của môi trường . Trong trường hợp này,DOT quan trọng cho sự tăng trưởng và cho sự hình thành sản phẩm có thông số riêng biệt, nói chung, vai trò thứ hai là cao hơn từ 25-30%. Kubicek kết luận rằng sự tích lũy acid citric được dễ dàng bằng cách tăng DOT trong môi trường lên men (40-150 mbar). Hơn nữa, điều này chứng tỏ rằng hoạt động của oxy như một bộ điều chỉnh trực tiếp lên sự tích lũy acid citric bởi vì sự tích tụ có thể đạt được trong vòng vài phút sau khi thay đổi việc cung cấp oxy. Những thay đổi trong sản xuất axít citric kèm theo những thay đổi trong tốc độ hấp thu oxy, trong khi đó sự hình thành carbon dioxide vẫn không bị ảnh hưởng, trong đó cho thấy rằng có là một sự liên quan giữa hô hấp và sự tích tụ axit citric. Tuy nhiên, việc thiếu sự phối hợp trong các hoạt động của các nucleotide adenine và sự tổng hợp axit citric làm cho ảnh hưởng của oxy không tác động qua các nucleotide adenine . Ngoài ra, các tác giả cho rằng DOT giới hạn nằm vào 9-10% lượng không khí bão hòa và 12-13% không khí bão hòa tương ứng cho giai đoạn tăng trưởng và sản xuất, trong sản xuất axít citric nhờ A. niger. Hơn nữa, họ thấy rằng nồng độ acid citric tăng đều đặn khi giá trị DOT bão hòa thuộc khoảng giữa 20% và 75%. Dawson và cộng sự đã nghiên cứu tác động của việc cung cấp môi trường gián đoạn của vào sản xuất axít citric nhờ chủng A. niger. Sự gián đoạn được thực hiện bằng cách xử lí các môi trường với khí nitơ hoặc bằng cách ngăn chặn việc cung cấp không khí và tốc độ cánh khuấy. Điều kiện DOT bão hòa cung cấp cho môi trường được đo không được giảm xuống dưới 20%, không có ảnh hưởng đến toàn bộ biểu hiện của môi trường đạt được. Ngược lại, khi các DOT giảm xuống bằng không, cả sự tăng trưởng của sợi nấm và quá trình sản xuất acid citric sẽ bị ức chế. Roukas nghiên cứu sự ảnh hưởng của tốc độ cánh khuấy lên quá trình sản xuất axit citric và thấy rằng nồng độ acid citric cao nhất (28,0 g / L) thu được trong môi trường được khuấy với tốc độ chậm (300 vòng / phút). Nồng độ oxy hòa tan tăng cùng với việc tăng tốc độ của khuấy. Trong các môi trường được khuấy ở tốc dộ 300, 400, 500, và 600 vòng / phút thì nồng độ oxy hòa tan từ ngày thứ hai đến ngày thứ 12 vẫn tương ứng mức độ bão hòa ban đầu gần 22%, 30%, 40%, và 50%. Nó đã giảm nhanh chóng trong 2 ngày lên men đầu tiên sau đó nó tăng chậm hơn do sự gia tăng nhanh chóng nồng độ sinh khối (6,0-9,0 g / L) được quan sát ở cùng một một thời điểm. Do yêu cầu lượng ôxy đáng kể trong sản xuất axit citric và liên quan đến độ hòa tan thấp của ôxy trong nước, Jianlong đã nghiên cứu quá trình sản xuất citric acid nhờ A. niger bằng cách sử dụng n-dodecane như là một oxy vector. Lợi thế của việc sử dụng oxy vector trong quá trình lên men là nó làm tăng tốc độ truyền tải oxy từ các pha khí sang các tế bào của vi sinh vật mà không cần một nguồn cung cấp thêm năng lượng. Ngoài ra, oxy vector có thể hoạt động như một tác nhân hoạt động bề mặt nhằm giảm sức căng bề mặt của nước và tăng diện tích tiếp xúc bề mặt với chất khí. Jianlong phát hiện ra rằng việc bổ sung 5% n-dodecane (V / v) vào môi trường làm tăng sự tích lũy acid citric khoảng 40%, làm tăng hệ số truyền oxy một cách đáng kể (130 h/1), hạn chế nồng độ đường từ 15 đến 100%, kích thích sự tăng trưởng sợi nấm (25-90%), và không ảnh hưởng đến hoạt động của các enzym tổng hợp citrate. Nói chung, việc sử dụng n-dodecane như là một vector oxy đem lại nhiều thuận lợi cho một số quá trình lên men, đặc biệt là việc phụ thuộc nhiều vào nồng độ oxy. Vector oxy trơ về mặt sinh học, không có độc tính, có thể dễ dàng thực hiện, là không tốn kém, và có thể được tái sử dụng. Tài liệu tham khảo: Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto, Robert E. Levin – Food Biotechnology second edition - CRC Press, 2006, page 367- 369. Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hồng - 08103521
|
|
|
| |
|
lethihong08103521
|
Feb 16 2011, 07:57 PM
Post #4
|
|
- Posts:
- 47
- Group:
- Members
- Member
- #65
- Joined:
- Feb 7, 2011
|
2.4. Hình thái học của nấm click here to view Mối quan hệ giữa hình thái nấm và quy trình sản xuất acid citric trong quá trình lên men chìm có đã được thiết lập từ lâu. Mặc dù sự tranh cãi là có hay không hình thái ở dạng viên hay dạng sợi là tốt cho quá trình sản xuất axít citric, trong mọi trường hợp, sợi nấm A. niger của sự hình thành acid đã được tìm thấy phù hợp với các loại hình thái mô tả của Snell và Schweiger (1951), có nghĩa là, ngắn, nhánh của sợi nấm phình ra nên đầu sợi nấm có thể cũng có thể căng ra. Trong môi trường ngập nước, các hình thái của sợ inấm khác nhau giữa các viên và sợi tự do, tùy thuộc về điều kiện môi trường và kiểu di truyền của chủng này. Thảo luận về các yếu tố ảnh hưởng đến hình thái A. niger trong môi trường ngập nước cần phải phân biệt giữa hình thái học vĩ mô và vi hình thái học mặc dù một số điểm tương đồng tồn tại cho cả hai liên quan đến sản xuất acid citric và phản ứng với môi trường. Snell và Schweiger (1951)cho rằng việc hình thành các khối đặc hoặc dạng viên (B0.5 mm đường kính) trở nên cần thiết cho quá trình sản xuất acid citric. Takahashi et al. (1958) cũng tìm thấy sự tăng trưởng ở dạng viên khuếch tán vượt trội hơn cho việc tích tụ acid citric so với các hình thức dạng sợi. Ngược lại, Moyer (1953) cho rằng đặc thù dạng viên không được thuận lợi đối với việc sản xuất acid citric. Papagianni và cộng sự. (1994, 1998, 1999a, c) nghiên cứu việc phân tích hình ảnh, và kết luận rằng có một mối quan hệ mạnh mẽ giữa hình thái và khả năng sản xuất trong các thùng vi sinh là khác nhau trong khi chủng sử dụng phát triển thành dạng “ đám”. Các đám sợi nấm là các hạt ổn định của các sợi tơ quấn vào nhau xung quanh một lõi nhỏ. Chúng thiếu các đặc trưng cấu trúc nhỏ gọn của dạng viên, nhưng chúng là hình thái chính cho rất nhiều loại sợi nấm lên men. Trong điều kiện thích hợp, sản lượng citric acid vượt quá 85% cụ thể với hình thái dạng vĩ mô trong khi vi hình thái học-được đặc trưng bởi hình dạng là ngắn, nhánh phình ra và đầu sợi nấm căng ra. Tài liệu tham khảo: Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto, Robert E. Levin – Food Biotechnology second edition - CRC Press, 2006, page 369-373. Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hồng - 08103521 2.5. Quá trình lên men 2.5.1. Lên men bề mặtclick here to view Lên men bề mặt là hệ thống lên men đầu tiên được sử dụng để sản xuất axít citric với quy mô công nghiệp. Ngày nay lên men trong thùng sâu, như vậy gọi là quá trình ngập nước, cũng được sử dụng. Chỉ có 20% sản lượng acid citric của thế giới là thông qua việc sử dụng quá trình lên men bề mặt bằng cách sử dụng mật đường làm nguyên liệu thô. Trong quá trình này, A. niger hình thành một lớp sợi nấm trên bề mặt chất lỏng trên các khay nhôm hoặc thép không gỉ. Những khay được xếp chồng lên nhau trong phòng lên men được cung cấp cả không khí đã được lọc và điều khiển nhiệt độ của quá trình lên men. Việc cung cấp không khí cho các phòng được khử trùng bằng cách đi qua một bông lọc đã ngâm tẩm với acid salicylic dày 2 in, sau đó đi thông qua qua một ống phun nước và lò sưởi để đạt đến độ ẩm 40% ở 30 ° C. Việc cung cấp không khí là 0,25 VVM. Các khay có kích thước 2 - 2,5 m và sâu 12 cm. Chúng được khử trùng và đổ đầy đến độ sâu 8 cm môi trường, tiêm vào đó bào tử của A. niger, và ủ 9-12 ngày 28-30 ° C. Sau khi nồng độ tối đa của axít citric đạt được thì các sợi nấm được tách ra từ quá trình lên men bằng cách lọc dịch môi trường. Sinh khối được rửa sạch bằng nước để loại bỏ acid citric và acid citric đó rửa được cho vào dịch lên men chính. Các acid citric chứa trong dung dịch là muối kết tủa canxi citrate. Các phòng lên men được khử trùng bằng cách rửa với 1 %, NaOH, tiếp theo với nước, sau đó với formaldehyde 6%. Cuối cùng, thổi luồng khí lưu huỳnh dioxit vào phòng. Trong những năm gần đây, một số phương pháp để sản xuất axít citric đã được đề xuất và quá trình khác nhau liên tục hoặc theo từng giai đoạn đã được nghiên cứu cho kết quả. Mặc dù có nhiều tiến bộ trong quá trình phát triển nhưng kĩ thuật lên men khối bề mặt và lên men khối chìm vẫn tiếp tục được sử dụng. Tuy nhiên, trong kỹ thuật khối có một số lượng đáng kể sinh khối sản sinh vẫn bị loại bỏ. Những kỹ thuật tái chế tế bào có lợi thế hơn hàng loạt các kỹ thuật lên men khối trên bởi vì sinh khối được bảo toàn, thời gian vô ích hầu như là được loại bỏ, và năng suất thường tăng. Trên thực tế những kỹ thuật này được sử dụng cho việc sản xuất acid citric thì quá trình sẽ xảy ra trong các tế bào không phải xảy ra trong giai đoạn tăng trưởng mãnh mẽ. Roukas và Alichanidis đã nghiên cứu sản xuất acid citric từ mật đường củ cải ở mức pH khác nhau bằng cách tái chế sử dụng tế bào của chủng A. niger. Lên men được thực hiện trong những bình nón có chứa 100 ml dung dịch mật đường (ban đầu nồng độ đường 14%). Đối với các chu kỳ đầu tiên, độ pH của môi trường đã được điều chỉnh lên 6,5. Các bình được ủ ở 30 ° C, như trong quá trình lên men bề mặt. Khi nồng độ tối đa của axit citric (65,0 g / L) đã đạt được thì các môi trường ban đầu của mỗi bình được thu hồi vô trùng và các bình vô trùng được thay thế với 100 ml môi trường vô trùng nhanh, với một pH ban đầu là 6,5, 4,5, hoặc 3 . Chu trình được lặp đi lặp lại cho đến khi lượng acid citric tăng lên (sáu chu trình). Các thí nghiệm cho thấy kết quả tốt nhất trong để đạt nồng độ axit citric (75,0 g / L), kết quả (0,62 g acid citric / g đường sử dụng), năng suất (0,3 g / L / h), và cụ thể năng suất citric acid đạt (0,0071 g acid citric / g trọng lượng sinh khối khô / h) đạt được với pH môi trường là 3.0. Trong một nghiên cứu, Roukas (140) đã nghiên cứu sản xuất acid citric từ vỏ hạt carob (được dùng thay cho sôcôla) trích ra từ việc tái chế vỏ tế bào của A. niger. Có thể thấy rằng nồng độ acid citric (85,5 g / L) và năng suất (0,16 g / L / h) không hề thay đổi tương ứng trong 42 và 60 ngày. Tài liệu tham khảo: Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto, Robert E. Levin – Food Biotechnology second edition - CRC Press, 2006, page 373-374. Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hồng - 08103521 2.5.2. Lên men chìmclick here to view Trong quá trình lên men chìm, vi sinh vật được phát triển ở các dịch lên men. Lên men được thực hiện trong bình lắc, thùng làm bằng thép không gỉ được thông khí, các thiết bị lên men có thể khuấy trộn, các tháp kiểu phun nước, một thùng vi sinh dạng vòng, một cột khí, một tháp lên men, một đĩa lên men, và một đĩa quay hoặc lên men dòng chảy nhỏ giọt. Trong đó tháp lên men là kinh tế nhất. tháp lên men này, có một tỷ lệ từ 1:04 đến 01:06 (đường kính: chiều cao), đã được chứng minh là đặc biệt thích hợp. Không khí được cung cấp từ phía dưới của cột thông qua một hệ thống phân phối. việc chuyển oxy làm tăng bọt khí cũng đảm bảo pha trộn kỹ lưỡng trong bình lên men. Như vậy, một máy khuấy cần được cung cấp năng lượng và làm cho hệ thống lên men rất phức tạp hơn, là không cần thiết. Việc sử dụng oxy thay cho không khí để cải thiện quá trình vận chuyển oxy áp dụng trong các bình không lắc. Sự sủi bọt dung dịch được hạn chế bởi các thiết bị phá bọt hoặc phá bọt bằng hóa chất .Một số thiết bị lên men có khả năng tái sử dụng lại tế bào có một thiết bị phân tách các tế bào từ chất lỏng, chuyển các tế bào quay trở lại thùng lên men. Một dụng cụ lọc sợi nấm được nối với thùng lên men bằng hệ thống ống silicon và một bơm nhu động. Thiết bị lên men này chứa dịch lên men và sinh khối tế bào được bảo toàn. Chúng cho phép hoạt động liên tục và năng suất tăng bằng cách loại bỏ hoàn toàn thời gian chết và cho phép mật độ tế bào dày đặc. Tongwen và Weihua nghiên cứu ảnh hưởng hình dạng của tế bào trong việc tiêu thụ năng lượng và các thông số sự axit háo các vật mạ điện trong sản xuất axít citric bằng màng tách ion lưỡng cực. Sự sắp xếp 3 tế bào cơ bản, loại I: A (màng anion)-C (màng cation )-BP ( màng lưỡng cực )-AC, loại II: C-BP-C, và loại III: BP-AC-BP, đã được sử dụng. Loại I được tạo ra bởi quá trình axit hóa acid citrate với việc acid sulfate được sản xuất từ việc phân ly của natri sunfat, và loại II acid citrate được sản xuất bằng cách thay thế citrate acid Na với H tạo ra tại màng thấm lưỡng cực. Loại III citrate acid được tạo ra bằng cách tách trực tiếp muối natri citrate. Từ năng lượng tiêu thụ, hiệu suất dòng điện, và nồng độ acid citric tạo thành, có ý kiến cho rằng loại II có vẻ là một cấu hình dạng tế bào thuận lợi để sản xuất axit citric. Các nhà ngiên cứu khác đã nghiên cứu việc sản xuất axit citric từ tổng hợp môi trường của S. lipolytica và A. niger bằng cách sử dụng một bể phản ứng khuấy và một đĩa lên men. Họ thấy rằng nồng độ acid citric tối đa tạo thành tương ứng là 95,0 và 80,0 g/ L. Tài liệu tham khảo: Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto, Robert E. Levin – Food Biotechnology second edition - CRC Press, 2006, page 374-375. Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hồng - 08103521 2.5.3. So sánh lên men bề mặt và lên men chìmclick here to view Lên men bề mặt dễ dàng kiểm soát và thực hiện. Nó không cần thông khí, khuấy dung dịch lên men, do đó, nó không cần thiết bị để thông khí và thiết bị khuấy. Việc tách acid citric từ sợi nấm là dễ dàng bởi vì các vi sinh vật không phải là phân tán vào môi trường. Chỉ có nhiệt độ và độ ẩm của quá trình lên men cần kiểm soát. Nó có thể được sáp dụng sản xuất dễ dàng trong các nhà máy nhỏ cũng như trong quốc gia đang phát triển trên thế giới. Với quá trình lên men bề mặt, dịch lên men bị cô đặc là do tốc độ bay hơi nhanh trong quá trình lên men. Như vậy, chi phí, tổn thất trong quá trình phục hồi và thanh lọc thấp . Tuy nhiên, quá trình lên men bề mặt có những nhược điểm sau đây: Chi phí đầu tư cho sản xuất cao. Phải chi trả mức lương rất cao cho các cán bộ trong các nước công nghiệp phát triển. Lên men thời gian dài và do đó năng suất thấp. Lên men chìm được sử dụng nhiều hơn lên men bề mặt vì những lý do sau đây: Tổng chi phí đầu tư cho sản xuất thấp hơn, lượng acid citric cao hơn, cải tiến quy trình sản xuất, giảm thời gian lên men; yêu cầu khoảng không cho sản suất ít, chi phí lao động thấp; vận hành đơn giản và dễ dàng đảm bảo các điều kiện vô khuẩn trên quy mô công nghiệp. Tuy nhiên, lên men chìm có một số nhược điểm so với lên men bề mặt: chi phí mua trang thiết bị cao; tiêu thụ điện năng cao hơn, và quá trình này là rất nhạy cảm nếu có sự cố gián đoạn nhỏ hoặc gây hư hỏng trong điều kiện thông khí và dễ bị nhiễm khuẩn, mà kết quả không chỉ thiệt hại về năng suất, mà còn gây ảnh hưởng đến hàng loạt quá trình khác. Shierholt kết luận rằng quá trình lên men bề mặt về mặt lý thuyết là rất tốt so với quá trình lên men chìm. Một số tiêu chí cần thiết để quản lý quy mô công nghiệp của hai quy trình đã được đặt ra chẳng hạn như số lượng nhân công cùng với chi phí chi trả cho họ. Tài liệu tham khảo: Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto, Robert E. Levin – Food Biotechnology second edition - CRC Press, 2006, page 375-376. Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hồng - 08103521 2.5.4. Lên men liên tụcclick here to view Trong quá trình lên men liên tục môi trường được cho vào thùng lên men với tốc độ không đổi, và môi trường được lấy ra ở tốc độ tương tự, vì vậy mà lượng môi trường vẫn không đổi. quá trình lên men liên tục có những ưu điểm hơn quá trình lên men gián đoạn về năng suất, tính đồng nhất của các hoạt động lên men, và dễ dàng tự động hóa nhưng dễ bị ô nhiễm. Rất ít thông tin về việc sản xuất axit citric nhờ các tế bào tự do của A. niger trong môi trường liên tục. Kristiansen và Sinclair đã tiến hành nghiên cứu việc sản xuất các axit citric trong môi trường tổng hợp nhờ chủng A. niger dưới các điều kiện hạn chế lượng nitơ và vận tốc pha loãng ở mức từ 0,04-0,21 h-1. Nồng độ Acid citric tăng nhanh tương ứng với tốc độ pha loãng giảm nên bắt đầu khiến sự thuộc vào pH của dung dịch lên men rất rõ và nồng độ đạm. Trọng lượng các sinh khối khô độc lập với độ pH trong phạm vi này, không tăng đáng kể cho đến khi tốc độ pha loãng giảm xuống dưới 0,1 h-1. Khoảng pH tối ưu để đạt năng suất tối đa acid citric gần 3.4. Tốc độ tăng trưởng không bị ảnh hưởng bởi nồng độ oxy hòa tan ở giữa mức độ pha loãng 0,07 và 0,3 h-1. Việc sản xuất axit citric phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện môi trường, đặc biệt là độ pH. Có vẻ là pH ảnh hưởng đến tính hoạt hóa của các men này hoặc làm giảm tính thấm của màng tế bào đối với môi trường và sản phẩm. Độ pH không ảnh hưởng trực tiếp sự sinh tổng hợp các acid citric. Dawson và cộng sự đã nghiên cứu việc sản xuất citric axit từ môi trường tổng hợp trong quá trình lên men liên tục và thấy rằng lượng acid citric đạt tối đa và tốc độ sản xuất tối đa đạt được ở mức pha loãng thấp (0,017 h-1) và giá trị oxy hòa tan cao (90% độ bão hòa). Roukas và Harvey nghiên cứu sự ảnh hưởng của pH đến việc sản xuất của acid citric và gluconic từ mật đường củ cải bằng cách sử dụng quá trinh nuôi cấy liên tục và thấy rằng ở giá trị pH 2,5 sản phẩm chính tạo thành là gluconic acid, trong khi ở giá trị pH thấp (1,8-2,0), citric acid là sản phẩm chủ yếu. Các hoạt đông riêng của CS, ACH, NAD-ICDH, và NADP-ICDH xảy ra rõ ràng ở pH 4.0 và của glucose oxidase ở pH 5.0. Tài liệu tham khảo: Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto, Robert E. Levin – Food Biotechnology second edition - CRC Press, 2006, page 376. Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hồng - 08103521 2.5.5. Lên men gián đoạnclick here to view Lên men gián đoạn là kiểu lên men với cơ chất môi trường hàng loạt môi trường được cho chất nền (chất dinh dưỡng) một cách liên tục hoặc thường xuyên mà không cần phải loại bỏ môi trường lên men. So với môi trường lên men thông thường lên men gián đoạn có một số thuận lợi như nồng độ các loại đường còn lại rất thấp, lượng oxy hòa tan trong môi trường cao hơn, giảm thời gian lên men, năng suất cao hơn, và giảm tính độc hại của các thành phần tồn tại ở nồng độ cao. Dawson và cộng sự đã nghiên cứu việc sản xuất acid citric nhờ chủng A. niger lên men gián đoạn, trong các thiết bị nuôi cấy vi sinh vật. Họ thấy rằng trong quá trình lên mem gián đoạn, việc duy trì hoạt động tăng nhằm năng suất acid citric đã được cải thiện và tốc độ sản xuất khi so sánh với hàng loạt các quá trình lên men khác. Tuy nhiên, tốc độ cụ thể của quá trình sản xuất axit citric trong môi trường lên men gián đoạn thì vẫn thấp hơn tốc độ quan sát thấy trong môi trường thiết bị nuôi cấy vi sinh vật. Điều này có lẽ là do lượng oxy hòa tan hoặc tốc độ pha loãng cao hơn đã được sử dụng trong các thiết bị nuôi cấy vi sinh vật. Để đạt được lượng oxy hòa tan trong các môi trường lên men liên tục có nồng độ sinh khối là cao, có thể là cần thiết để sử dụng oxy tinh khiết hơn là không khí hoặc cung cấp lượng oxy hòa tan lớn hơn vào một cách đáng kể. Cuối cùng, các tác giả thấy rằng quá trình lên men gián đoạn, năng suất acid citric đạt được cao hơn hai lần so với trong các môi trường thông thường. Ngoài ra, Dawson và cộng sự của ông thấy rằng một loạt quá trình lên men gián đoạn hoạt động với điều kiện là lượng nitơ và phốt phát hạn chế là một quá trình hiệu quả và kinh tế để sản xuất axit citric. Tài liệu tham khảo: Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto, Robert E. Levin – Food Biotechnology second edition - CRC Press, 2006, page 376-377. Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hồng - 08103521 2.5.6. Sự lên men trạng thái rắnclick here to view Lên men trạng thái rắn (SSF) thường được định nghĩa bởi sự tăng trưởng của vi sinh vật trong một môi trường có hoạt độ nước thấp có lượng chất không hòa tan hoạt động như là một chất hỗ trợ vật lý và là một nguồn dinh dưỡng . Tuy nhiên, nó không cần thiết phải kết hợp vai trò hỗ trợ và vai trò là môi trường, nhưng hơn nữa là có thể tái sử dụng dưới các điều kiện hoạt độ nước thấp và sự dịch chuyển oxy cao bằng cách sử dụng nguồn dinh dưỡng thô đã được tẩm một dung dịch dinh dưỡng. Trong những năm gần đây, kỹ thuật lên men trạng thái rắn (SSF) đã được sự chú ý nhiều hơn. SSF có rất nhiều lợi thế trong việc sản xuất các sản phẩm vi sinh. Nó đòi hỏi ít chi phí đầu tư, quan trọng là khi các phương pháp xử lý chất thải đang được khuyến khích phát triển. Nó có yêu cầu về năng lượng thấp hơn và thải ra lượng nước thải nhỏ hơn ngập lên men chìm. Nói chung, quá trình SSF để sản xuất citrate là tốt hoặc tốt hơn hình thức lên men bề mặt hoặc lên men chìm. Với những ưu điểm trên của kỹ thuật này nên việc sử dụng hệ thống lên men này sẽ tăng lên .Tuy nhiên nó cũng đòi hỏi một phạm vi sản xuất lớn và do đó vấn đề đặt ra là xử lý những vấn đề nghiêm trọng ở quy mô công nghiệp. Hơn nữa, trong những nâm thiết bị lên men sự vận chuyển của nhiệt và khối chất rắn bị giới hạn bởi sự đối lưu, tính dẫn nhiệt, và sự khuyếch tán, và các gradient nhanh chóng trở nên quá mức, đưa ra một giới hạn thấp về độ dày của lớp chất rắn . Các thông số quan trọng nhất ảnh hưởng đến quá trình lên men sản xuất acid citric bởi A. niger trong SSF như lượng chất chuyển vào, độ ẩm, độ pH, nhiệt độ, kích thước mẫu, tốc độ thông khí, và chiều dày lớp chất rắn. Gàsao và cộng sự đã nghiên cứu sản xuất axít citric từ nước thải nhờ các chủng khác nhau của A. niger trong SSF sử dụng mẫu môi trường nuôi cấy đươc tẩy bọt của một loại nhựa tổng hợp. Những chủng có yêu cầu thấp thì thích hợp phát triển và có thể chịu được môi trường dư cả chất dinh dưỡng. Nồng độ acid citric tối đạt (46,5 g / L) trong môi trường ở trạng thái rắn. Một đồ thị có liên quan đã xem xét khả năng sinh acid citric nhờ A. niger trong SSF trên bã mía. Nghiên cứu này được thực hiện bằng cách đo nồng độ CO2 và O2 trong khí thải bằng cách sử dụng một mẫu tự động kết nối với một hệ thống sắc ký khí và một hệ thống thu thập dữ liệu. Một mối quan hệ giữa sự tích tụ acid citric và sự sụt giảm trong sản xuất CO2 đã được trình bày. Một số nghiên cứu khác kiểm tra khả năng sản xuất acid citric ở nồng độ glucose cao (400 g / L) nhờ chủng A. niger trong SSF trên Amberlite như là nguồn hỗ trợ ban đầu. Họ thấy rằng lượng axit citric tạo thành tối đa là 94.5g/l và sản lượng tối đa là 1.3g/l/h đạt được mà không cần sự ức chế liên quan đến sự có mặt của các kim loại nặng với nồng độ cao. Tài liệu tham khảo: Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto, Robert E. Levin – Food Biotechnology second edition - CRC Press, 2006, page 377-378. Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hồng - 08103521 2.5.7. Cố định tế bàoclick here to view Trong vài năm qua, việc cố định của các tế bào vi sinh vật đã được nghiên cứu và đã thu hút rất nhiều sự quan tâm và các tế bào cố định đã được sử dụng để sản xuất axit hữu cơ, axit amin, thuốc kháng sinh, enzyme, và các hợp chất khác. Việc sản xuất acid citric bằng cách cố định A. niger hoặc tế bào nấm men so với hệ thống những tế bào tự do thì có một vài thuận lợi. Các tế bào có thể được tái sử dụng trong thời gian dài và chuyển thành dạng đơn giản bằng cách tháo các gạn nổi trên mặt nước và thay thế bằng một môi trường mới. Quá trình lên men có thể được kiểm soát dễ dàng hơn. Chi phí thiết kế thùng lên men đạt yêu cầu ít tốn kém. Lên men liên tục diễn ra ngay cả khi tốc độ pha loãng lớn mà không có sự rửa trôi và có năng suất, sản phẩm cao hơn. Lên men ở mức pha loãng cao hơn tốc độ tăng trưởng của vi sinh vật gây ô nhiễm cũng có thể kiểm soát được để tránh những vấn đề nhiễm trùng. tế bào vi sinh vật cố định thì vững chắc hơn so với các tế bào tự do. Trong trường hợp của A. niger, thông thường quá trình cố định chắc chắn làm giảm độ nhớt của môi trường. do đó việc tăng cường dinh dưỡng và tăng khả năng vận chuyển oxy có thể làm cho hàng loạt quá trình lặp đi lặp lại và liên tục . Tuy nhiên, các hệ thống tế bào cố định có một số vấn đề có thể thay đổi như quá trình trao đổi chất, một nhu cầu để đảm bảo sự khuếch tán của môi trường và sản phẩm, sự nhiễm khuẩn của môi trường với các tế bào tự do. Quá trình Lên men thường được thực hiện trong một thiết bị cột, nơi nồng độ tế bào cao. Hơn nữa, chi phí xây dựng thùng nuôi vsv thấp, và các chất phản ứng có thể dễ dàng sử dụng trong chế độ dòng chảy liên tục. Do đó, chúng có thể được duy trì trong thời gian dài. Trong những năm gần đây, citric acid đã được sản xuất trên quy mô phòng thí nghiệm nhờ chủng A. niger hoặc tế bào nấm men được cố định trong hạt calcium alginate, k-carrageenan, polyacrylamide gel, cellulose microfibrils, và mùn cưa. Khi môi trường có chứa một lượng lớn các hợp chất nitơ, việc sản xuất citric acid nhờ cố định tế bào A. niger trong gel calcium alginate được thực hiện trong hai giai đoạn. Trong giai đoạn đầu, gel hạt cố định bào tử hoặc sợi nấm được nuôi cấy trước đó trong môi trường chứa 200 mg / L NH4NO3. Trong trường hợp này, các sợi nấm được phát triển trên gel hạt. Trong giai đoạn thứ hai, môi trường tăng trưởng được thay thế bằng các môi trường sản xuất, mà được bổ sung một nồng độ giới hạn của NH4NO3 (150 mg / L). sự hạn chế nguồn nitơ này gây ra một sự tăng trưởng sợi nấm mãnh liệt hơn ở bên trong hạt. Eikmeier và Rehm báo cáo rằng trong trường hợp của các tế bào A. niger được cố định thì sự phát triển của lớp sợi nấm gần bề mặt hạt gel sẽ phát triển nhiều khi nồng độ NH4NO33 cao (400,0 mg / L), và các tế bào tự do tồn tại trong môi trường. Trong các hệ thống lên men với sự hạn chế nitơ, các cố định tế bào A. niger sản xuất nhiều acid citric hơn các tế bào tự do, có lẽ do thực tế rằng các vi sinh vật được cố định phát triển từ một lượng lớn bào tử, theo đó hình thành khối tự do phụ thuộc vào giới hạn của bào tử tiêm vào. Các hệ thống cố định với nồng độ nitơ thấp và nấm phát triển bên trong các hạt có vẻ là thuận lợi cho quá trình lên men của chất ưa nước như mật đường và sucrose, không có sự nhiễm khuẩn của các môi trường do các tế bào tự do gây nên. Honecker nghiên cứu sự ảnh hưởng của nồng độ sucrose và phosphate sự hạn chế lượng acid citric bởi các tế bào cố định của A. niger. Ông thấy rằng những tế bào A. niger được cố định của cần một nồng độ sucrose ban đầu thấp hơn (120,0 g / L) các tế bào tự do để có được sản lượng axit citric tối đa (50,0 g / L). Tuy nhiên, nồng độ sucrose cao (240,0 g / L) dẫn đến sản lượng giảm (40,0 g / L) và tăng sự hình thành polyol (Glycerol, Erythritol, arabitol). Những kết quả này được Bisping, et al kết luận người nghiên cứu sự hình thành của acid citric và các polyol bởi các tế bào A. niger cố định. Môi trường nuôi cấy liên tục là môi trường có chứa nồng độ đường thấp ngăn ngừa sự hình thành của polyol. Tài liệu tham khảo: Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto, Robert E. Levin – Food Biotechnology second edition - CRC Press, 2006, page 378-383. Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hồng - 08103521 2.6. Nguyên liệu sản xuất axit citric 2.6.1. Mật rỉclick here to view Mật rỉ là một sản phẩm phụ của ngành công nghiệp đường và luôn sẵn có với chi phí tương đối thấp. Nó chứa nước, đường (sucrose, đường khử…), các hợp chất nitơ (betain, glutamine, asparagin, leucine, isoleucine, alanine, valine, glycine, và nitơ như nitrat và nitrit), axit hữu cơ, và kim loại nặng như sắt, kẽm, đồng, mangan và canxi. Lượng lớn kim loại nặng trong dung dịch mật đường là một vấn đề quan trọng trong quá trình lên men cần lưu ý tới. Chẳng hạn như : khả năng ức chế sự phát triển của vi sinh vật, ảnh hưởng đến nồng độ pH, và bất hoạt các enzym xúc tác các cho các phản ứng sinh tổng hợp. Để khắc phục vấn đề này, dung dịch mật đường chứa 14% (w / w) đường ban đầu sẽ được xử lý bằng nhựa trao đổi cation, acid sulfuric, tricalcium phosphate, hợp kim sắt-cyanide-kali, hoặc EDTA. Trong các phương pháp hóa học, chất xử lý kali ferrocyanide là chất phổ biến nhất được sử dụng. Nồng độ tối đa của axit citric sản xuất từ mật rỉ với chủng nấm A. niger bằng phương pháp lên men bề mặt và lên men chìm nằm trong khoảng 60g/L đến 110 g/L. Hamissa và Radwan và Qazi cùng với cộng sự đã nghiên cứu việc sản xuất acid citric từ mật mía với chủng nấm A. niger trong một nghiên cứu thí điểm sử dụng phương pháp lên men bề mặt hoặc lên men chìm và thu được một nồng độ tối đa của axit citric tương ứng là 60,8g/L và 67,0 g / L. Garg và Sharma đã nghiên cứu việc sản xuất acid citric từ mật mía cùng với những tế bào tái sử dụng của chủng nấm A. niger trong quá trình lên men bề mặt. Phương pháp này cho thấy tốc độ sản xuất acid citric đã tăng gấp đôi, giảm một nửa thời gian lên men so với quá trình lên men bề mặt và lên men chìm bình thường. Khoảng 80% lượng đường được tạo thành acid citric trong 5 ngày kể từ ngày lên men, và 3 phương pháp lên men này được thực hiện với cùng một chủng nấm mà không làm giảm đáng kể năng suất. Jianlong phát triển một phương pháp mới sản xuất acid citric từ mật đường của củ cải đường, trong đó một nhựa trao đổi anion nối thành hàng để tách acid citric từ nước dùng lên men. Kết quả cho thấy, so với một phương pháp thông thường, quá trình lên men công nghệ mới sẽ tăng năng suất tạo axit citic từ 82,2% lên 94,8% và tăng tốc độ chuyển đổi đường từ 0,338 g / L / h lên 0,543 g / L /h. Jianlong cải thiện việc sản xuất acid citric từ mật đường củ cải với nấm A. niger bằng việc bổ sung hàm lượng phytate (muối hoặc este của axit phytic, có trong thực vật, đặc biệt là hạt ngũ cốc, có khả năng tạo thành phức hợp không hòa tan với canxi, kẽm, sắt, và các chất dinh dưỡng khác, cản trở sự hấp thụ của cơ thể)vào môi trường. Hiệu quả của việc bổ sung hàm lượng phytate thì phụ thuộc vào nồng độ và giai đoạn lên men mà tại đó hàm lượng phytate sẽ được bổ sung vào. Khi thêm vào ở giai đoạn đầu , nồng độ tối ưu của phytate trong môi trường sản xuất axít citric là 10,0 g / L, lượng acid citric tạo ra tăng lên gần 3,1 lần. Bổ sung phytate nồng độ 16,0 g / L vào môi trường, sau 3 ngày lên men, sẽ cho nồng độ acid citric tối đa, cao gần 2,4 lần so với những thí nghiệm có kiểm soát. Adham thấy rằng các loại dầu tự nhiên (hạnh nhân, ngô, ô liu, lạc, đậu tương, hoa hướng dương) khi thêm vào môi trường mật đường củ cải ở nồng độ từ 2 đến 4% (v / v) sẽ làm gia tăng lượng acid citric tạo ra bởi nấm A. niger. Trong số các loại dầu tự nhiên, lượng acid citric thu được nhiều nhất đối với hoa hướng dương, dầu ô liu, và ngô ở nồng độ 4%. Nồng độ acid citric tối đa (72,8 g / L) đạt được khi trong môi trường có bổ sung dầu ô liu 4% sau 12 ngày kể từ ngày lên men bằng cách sử dụng phương pháp lên men bề mặt. Tài liệu tham khảo: Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto, Robert E. Levin – Food Biotechnology second edition - CRC Press, 2006, page 383-384. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Kim Chi - 08104341 2.6.2. Các loại ngũ cốcclick here to view Tinh bột là thành phần chính của ngũ cốc. Acid citric được sản xuất từ những loại tinh bột khác nhau như tinh bột của ngô, khoai tây, sắn, đậu. Thông thường, trong môi trường tinh bột, các yếu tố quan trọng trong sản xuất axít citric chính là hiệu quả thông khí của môi trường và sự hình thành các amylase của chủng. Mourya và Jauhri đã thử nghiệm khả năng tạo ra axít citric của 17 dòng nấm A. niger bằng cách sử dụng sản phẩm thủy phân tinh bột như một chất nền. Chủng nấm A. niger ITCC-605 bị đột biến, là chủng hiệu quả nhất đã được chọn lựa để cải tiến lượng acid citric nhiều hơn nữa. Trong trường hợp này, nồng độ acid citric sẽ đạt tối đa là 64,7 g / kg glucose đã sử dụng. Bolach cho rằng sản phẩm tinh bột bị thủy phân (DE 25) là một chất nền tốt nhất cho việc sản xuất axít citric hơn cả những tinh bột đã bị đường hóa (DE 80). Bolach và cộng sự thấy rằng tinh bột được hóa lỏng (DE _25) là một chất nền tốt cho việc sản xuất acid citric so với hơn loại tinh bột bị đường hóa (DE _80). Tân và cộng sự cho rằng một môi trường điển hình phải chứa 2% tinh bột sắn với nồng độ 5,4 g trọng lượng khô / L sinh khối và 74,8 g / L axít hữu cơ (citric, malic, gluconic, succinic, fumaric). Sarangbin và Watanapokasin đã nghiên cứu việc sản xuất axit citric từ tinh bôt củ đậu (củ sắn) bằng cách gây đột biến protease của A. niger . Họ thu được nồng độ acid citric đạt tối đa đến 106,0 g / L, trong khi chủng gốc (chủng A. niger) chỉ sản xuất được axit citric có nồng độ 58,0 g / L từ 140,0 g / L lượng tinh bột đem thủy phân trong môi trường bán rắn sau 5 ngày kể từ ngày lên men. Esuoso và cộng sự đã nghiên cứu việc sản xuất axit citric từ loại ngô Zea mays và một loại cây ăn được Imumu Cyperus esculentus nhờ nấm A. niger. Imumu Cyperus esculentus mặc dù là một loại cỏ dại nhưng than củ của nó chứa rất giàu carbohydrate. Khi đem ra phân tích thì loại cỏ này chứa hàm lượng cao hàm lượng tinh bột, đường, Protein và lipid. Nồng độ acid citric đạt tối đa là (14.3 g/L) trong môi trường không được khuấy và khử lipid so với môi trường được khuấy và chứa lipid một cách tương ứng. Hang and Woodams nghiên cứu việc sản xuất acid citric từ lõi ngô và lá bao ngoài ở ngô nhờ A. niger. lõi ngô và lá bao ở ngô là sản phẩm phụ quan trọng của ngành công nghiệp chế biến đường mía được sử dụng để làm thức ăn chăn nuôi hoặc được bỏ lại ở những cánh đồng sau khi thu hoạch. Methanol có trong lõi ngô cũng có những ảnh hưởng đáng kể đến việc sản xuất acid citric. Trong những nguyên liệu nghiên cứu ở trên thì nấm A. niger NRRL 2001 sẽ tạo ra lượng axit citric cao nhất với lõi mía khô(250g/kg lõi ngô khô) sau 72 giờ ủ ở 30 ° C với sự có mặt của methanol 3%. Sản lượng của axit citric thu được hơn 50% trên tổng lượng đường cung cấp. Lá bao ngoài ở ngô được xử lý kết hợp với dung dich NaOH loãng và Rapidase Pomaliq (một loại enzyme chiết xuất từ quả táo) sẽ làm tăng năng suất tạo axit citric. Trong điều kiện thuận lợi (với NaOH 0,5 M, thời gian lên men là 120 h ở 30 ° C với sự có mặt của enzyme Rapidase Pomaliq và methanol 3%), năng suất của axit citric là 260,0 g chất khô / kg vỏ bao ngoài của ngô. Yuguo và cộng sự của ông đã nghiên cứu quá trình sản xuất acid citric từ những phần bỏ đi của khoai lang nghiền khô nghiền nhờ nấm A. niger trong một lò phản ứng sinh học lớp bên ngoài được bao bọc bởi hệ thống khí và trong một thùng lên men khuấy. Họ thấy rằng từ các lò phản ứng sinh học trên lưu lượng khí khoảng 1,3 VVM và khối lượng chất lỏng là 8,5 L thì họ sẽ thu được 10,6 g / L axit citric so với thùng lên men 10 L được khuấy với một tốc độ từ 200 vòng / phút, tốc độ dòng không khí ở 1,0 VVM, và khối lượng chất lỏng là 6,5 L họ chỉ thu được 9,6 g / L axit citric. Khare báo cáo việc sản xuất acid citric từ đậu nành okara (phần cặn của đậu nành) trong SSF sử dụng một A. terreus có khả năng thủy phân xelulo và acid citric được sản xuất nhờ A. niger. Đậu nành Okara hoặc cặn đậu nành là phụ phẩm được tạo ra từ quá trình sản xuất sữa đậu nành và đậu phụ. Việc bổ sung muối amoni sulfat (0,1% N) khi lên men bằng nấm A. niger cùng xảy ra quá trình đường hóa sử dụng A. terreus ở pH 8,3 và nhiệt độ ở 30 ° C sẽ tạo được 5,1 g citric acid/100 g chất rắn khô. Người ta đã sản xuất axit citric từ khoai lang (kumara hay khoai lang Úc, Tân Tây Lan), khoai sọ, và khoai tây nhờ chủng nấm A. niger. Những loại nguyên liệu này sẽ để nguyên củ và gọt vỏ, đun nóng ở 121 ° C trong 30 phút, và pha trộn thành bột nhão. Sự lên men được thực hiện trong bình nón 250 mL có chứa 40 g bột nhão, cấy 108 bào tử vào mỗi bình và ủ ở 30 ° C tiến hành lên men bề mặt. Kết quả cho thấy khoai lang và khoai môn là hai loại nguyên liệu rất tốt cho sản xuất acid citric, trong khi khoai tây thì không tốt bằng, mặc dù nó hỗ trợ cho sự tăng trưởng nấm. Sau 6 ngày lên men, nồng độ axit citric tối đa thu được từ khoai lang, khoai sọ và khoai tây tương ứng là 69.0, 66.0, và 3.0 g/kg trọng lượng. Độ ẩm tối ưu của khoai lang (kumara) cho sản xuất citrate là ≥ 65% (w / w), bên cạnh đó các ion kim loại thì không gây cản trở quá trình. Tài liệu tham khảo: Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto, Robert E. Levin – Food Biotechnology second edition - CRC Press, 2006, page 384-385. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Kim Chi - 08104341
|
|
|
| |
|
nguyenthikimchi08104341
|
Feb 16 2011, 08:14 PM
Post #5
|
|
- Posts:
- 40
- Group:
- Members
- Member
- #66
- Joined:
- Feb 7, 2011
|
2.6.3. Chất chiết xuất trái cây click here to view Trong những năm qua, người ta rất quan tâm đến việc sử dụng các sản phẩm của ngành nông nghiệp như quả chà là, quả carob( một loại quả thay thế cho socola), và quả sung để sản xuất axít citric nhờ chủng nấm A. niger. Xi rô chà là được sản xuất từ quả chà là bằng cách đun sôi quả chà là trong nước sôi, lọc dung dịch, và cô đặc phần dung dịch lọc này trong điều kiện chân không. Phần dịch chiết của xi rô chà là này có chứa một lượng lớn kim loại nặng cần phải loại bỏ bằng cách xử lý xi rô với nhựa trao đổi cation, acid sulfuric, muối calcium (III) phosphate, kali ferrocyanide, và EDTA. Al-Obaidi và Berry áp dụng một kỹ thuật lọc để tạo ra axít citric từ xi-rô chà là. Trong quá trình này vừa được trao đổi bằng cách sử dụng một vòng lặp lọc bên ngoài, trong đó chỉ một phần trăm nhỏ môi trường đi thông qua phần phía trên buồng máy lọc sau đó sẽ được lấy ra qua một số đường dẫn. Bằng cách này các tế bào tồn tại ở dạng huyền phù trong môi trường tăng trưởng trong suốt quá trình lọc. Sử dụng kỹ thuật này, nồng độ mol và hiệu suất tối đa của axit citric đạt được tương ứng là 102g/L và 72.2% . Roukas và Kotzekidou (105) đã nghiên cứu sản xuất axit citric từ xi-rô chà là và thu được nồng độ acid citric tối đa (55,0 g / L), hiệu suất của axit citric (50,0%), với lượng đường sử dụng (73,0%) đã được xử lý nhờ phosphate tricalcium 2% cho vào môi trường. pH tối ưu cho sản xuất axít citric là 6,5. Việc bổ sung 4% (v / v) methanol vào trong dung dịch xi rô chà là sẽ làm tăng nồng độ phần trăm axit citric lên 63,5% khi sản xuất. Roukas đã nghiên cứu việc sản xuất acid citric từ phần dịch chiết của quả carob theo phương pháp lên men bề mặt và SSF. Sau khi loại bỏ hạt, phần còn lại của quả carob sẽ được nghiền thô hoặc băm thành từng mảnh nhỏ và pha trộn với nước theo tỷ lệ 1:4. Hỗn hợp này sẽ được trộn đều trong thiết bị lắc quay với vận tốc 250 vòng / phút trong khoảng 2 giờ ở 70 ° C để tách chiết đường từ phần carob nghiền thô. Phần dịch chiết được ly tâm trong 15 phút, và phần nổi trên bề mặt (sự sản xuất môi trường) được sử dụng để sản xuất axit citric. Đối với phương pháp SSF, phần carob nghiền thô sẽ được cắt nhỏ và nghiền thành bột trong bộ phận Blendor Waring với tốc độ cao. Các hạt nghiền thành bột sẽ được sấy khô qua đêm ở 70 ° C và đi qua sàng có kích thước lỗ 0.5, 1.2, 2.5, và 5.0 mm. Sau đó lượng bột này sẽ được làm ẩm với lượng nước cất thích hợp tạo các độ ẩm tương ứng là 55, 60, 65, và 70%. Kết quả cho thấy nồng độ acid citric tối đa (85,5 g / L) đã đạt được ở một nồng độ đường ban đầu là 200 g / L, pH 6,5, và nhiệt độ 30°C. Trong lên men trạng thái rắn, nồng độ acid citric cao nhất (176,0 g / kg quả khô) đã thu được tại những hạt có kích thước 0,5 mm, độ ẩm độ 65%, pH 6,5, và nhiệt độ 30 ° C. Việc bổ sung lượng methanol 6% (w / w)từ bên ngoài vào bề mặt làm tăng nồng độ acid citric lên tới 50%. Trong các nghiên cứu khác có liên quan, Roukas (27107) đã báo cáo việc sản xuất acid citric từ quả sung với nấm A. niger bằng phương pháp bề mặt và SSF. Sung sẽ được cắt thành các mẫu nhỏ rồi trộn với nước cất (rắn / lỏng tỷ lệ 1:2), và sự pha trộn được duy trì ở nhiệt độ phòng trong vòng 24 giờ để tách chiết đường từ quả sung. Trong SSF, các mẫu nhỏ này của quả sung sẽ được làm ẩm với một lượng nước cất thích hợp để tạo thành các độ ẩm tương ứng là 60, 65, 70, 75, hoặc 80%. Trong lên men bề mặt, nồng độ tối đa của acid citric thu được là 20,5 g / L, trong khi ở SSF thì nồng độ acid citric cao nhất (64,0 g / kg quả sung khô) ở độ ẩm là 75%, pH ban đầu 7.0, nhiệt độ 30 ° C , và lên men với thời gian là 15 ngày. Tài liệu tham khảo: Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto, Robert E. Levin – Food Biotechnology second edition - CRC Press, 2006, page 385-386. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Kim Chi - 08104341 2.6.4. Hydrocarbonsclick here to view Việc sản xuất acid citric từ hydrocarbon (n-parafin, n-ankan, một olefin-) nhờ men Y. lipolytica. Parafin được sử dụng để sản xuất axít citric thường gồm 12-19 nguyên tử carbon. Môi trường có chứa n-parafin (50,0 g / L) đã được bổ sung thêm các chất (g / L) như sau: NH4NO3 5.0; KH2PO4 4,0; MgSO • 7H2O 2.0; FeSO4 • 7H2O 0,4; MnSO4 • 7H2O 0,05; và thiamine • HCl 0,0005. Hỗn hợp n-parafin được trộn theo các thành phần sau đây (theo%) C12 0.10; C13 3.50; C141.50; C15 28.70; C16 25.30; C1718.20; C18 2.30; C19 0.15; isoparaffins 0,25; và chất thơm 0.01. Những bất lợi của sản xuất acid citric từ hydrocacbon của nấm men là sự hình thành các acid isocitric trong quá trình lên men. Aiba và Matsuoka cho rằng việc tạo ra các axit ở trên được kiểm soát bởi các enzyme lyase isocitrate (ICL). Treton và cộng sự đã đưa ra một số lời giải thích cho các chất không thể hấp thụ của axit isocitric quan sát thấy sự hiện diện của acid citric: Nếu cùng một chất trung hòa pemeaza (chất vận chuyển qua màng) thì cả hai loại axit citric và isocitric đều hấp thu, người ta có thể hy vọng rằng hiện tượng ức chế cạnh tranh sẽ xảy ra để làm giảm đến sự hấp thu của acid isocitric. Trên thực tế, citric acid là luôn luôn hấp thu tốt hơn acid isocitric. Điều đó cũng có thể là sản phẩm trung hòa tạo thành là khác nhau được thể hiện với các vi sinh vật khác nhau. A cid Citric có thể hoạt động như một chất kìm hãm hoặc chất ức chế cụ thể lên hệ thống vân chuyển của acid isocitric. Nồng độ tối đa của acid citric và isocitric được tạo thành từ n-parafin nhờ Y. lipolytica dao động tương ứng trong khoảng 55,0 và 65,0 và 30,0 và 35,0 g / L. Terasawa và cộng sự đã nghiên cứu sản xuất acid citric từ l- tetradecane và n- tetradecane (một chất lỏng hydrocarbon không màu thuộc đồng phân ankan, có trong trong dầu khí dễ bay hơi )và thấy rằng tổng số lượng muối citrat (citrate và isocitrate) tương ứng là 40,0 và 48,0 g / L, Crolla và Kennedy đã nghiên cứu việc tối ưu hóa quá trình sản xuất acid citric từ n-parafin nhờ C. lipolytica. Họ đưa đến kết luận rằng nồng độ ban đầu tối ưu của chất tiêm chủng , n-parafin, và sắt nitrate tương ứng cho việc tạo thành axít citric được tối đa là 10-12%, 10-15%, và 10 mg / L, , ở nhiệt độ 26-30°C. Furukawa và Ogino khảo sát quá trình sản xuất axit citric từ n-parafin nhờ S. lipolytica bằng cách sử dụng một hệ thống phục hồi tế bào bán liên tục để kéo dài giai đoạn hiệu quả trong sản xuất, để giảm thiểu sự ức chế sản phẩm, và để rút ngắn pha lag (quá trình thích nghi của VSV trong môi trường mới) trước giai đoạn sản xuất (pha log). Họ thấy rằng pha lag được rút ngắn và năng suất tổng thể của acid citric được duy trì ở tốc độ cao hơn (0.92g/L/h) hơn so với môi trường nuôi cấy gián đoạn (0,58 g / L / h), mặc dù năng suất trong giai đoạn hiệu quả giảm dần. Tài liệu tham khảo: Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto, Robert E. Levin – Food Biotechnology second edition - CRC Press, 2006, page 386-387. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Kim Chi - 08104341 2.6.5. Chất thải nông nghiệpclick here to view Gần đây, nhiều nghiên cứu đã thấy có rất nhiều cách sử dụng chất thải nông nghiệp để sản xuất axit citric. Hang và Woodams nghiên cứu việc sản xuất axit citric từ dịch táo và dịch nho nhão nhờ A. niger theo phương pháp SSF. Dịch táo nhão là lượng dư còn lại từ quá trình trích nước ép táo và chiếm khoảng 25% trọng lượng của trái cây tươi. Những chất thải bỏ được vận chuyển tới các trang trại để chôn xuống đất. Cách xử lí này là rất tốn kém và ảnh hưởng nghiêm trọng đối với môi trường. Dịch nho giàu carbohydrates, nhưng lượng nitơ và phốt pho thấp. Nó được thải ra môi trường một cách bừa bãi mặc cho việc ô nhiễm càng gia tăng và có rất nhiều nỗ lực sử dụng những sản phẩm phụ này. Có thể thấy rằng nồng độ acid citric tối đa là 300 g / kg bột táo khô ở độ ẩm 65-75% và 90 g / kg dịch nho nếu có mặt của methanol 3%. Trong một nghiên cứu khác, Hang và cộng sự của ông đã mô tả việc sản xuất acid citric từ vỏ quả Kiwi nhờ A. niger. Vỏ Kiwi là một sản phẩm phụ từ việc sản xuất mật quả Kiwi và chiếm gần 10-16% trọng lượng của quả ban đầu, tùy thuộc vào phương pháp gọt vỏ được sử dụng. Những phụ phẩm hiên tại được xem là rất kinh tế nhưng cũng rất ảnh hưởng đến môi trường.xử lý hiện tại của nó đặt ra vấn đề đáng kể về kinh tế và môi trường. Nồng độ cao nhất của acid citric đã đạt được là 100 g / kg vỏ Kiwi kho khi có mặt methanol 2% ở 30 ° C trong 4 ngày. Potvin và các cộng sự. đã nghiên cứu sản xuất acid citric từ dung dịch màu đen nhờ C.tropicalis. Dịch màu đen là dịch còn sót lại từ quá trình nghiền nhào bột gỗ làm giấy. Nó cũng chứa một lượng đáng kể acetic, formic, lactic, và các axit cacboxylic. Nồng độ tối đa của axit citric là 8,0 g / L. Việc sử dụng các tế bào được cố định cải thiện được các thông số quá trình lên men và nâng cao khả năng lên men. Kumagai và cộng sự đã sản xuất acid citric từ chất thải cam quýt trong SSF. Có thể thấy rằng nồng độ acid citric tối đa được thu được trong môi trường có chứa 6% (w / v) của vỏ cam quýt và 11 ml mật mía cây ( hàm lượng đường 14%). Năng suất trung bình của axit citric sau 3 ngày kể từ ngày lên men là 55-65%. Tran và Mitchell và Usami và Fukutomi đã nghiên cứu sản xuất acid citric từ chất thải dứa nhờ A. niger sử dụng SSF. Có thể thấy rằng nồng độ cao nhất của axit citric đạt được là 160,0 g / kg chất thải dứa khô có độ ẩm 70% và sự có mặt của methanol 3%. Điều này cho thấy năng suất là 62,4% phải dựa trên đường sử dụng.Kiel và cộng sự đã kiểm tra quá trình sản xuất acid citric trong hai giai đoạn lên men. Tuy nhiên, sợi nấm được lấy từ các quá trình lên men bề mặt trên môi trường chất thải là bông tao ra nhiều acid citric khi các sợi nấm được chuyển vào sucrose hơn là khi tiêm trực tiếp vào sucrose có chứa trong môi trường. Đó là kết luận rằng chất thải bông có thể được sử dụng cho sự phát triển của vi sinh vật và cho tăng hiệu suất của quá trình lên men acid citric nhờ A. niger. Hossain và Brooks đã nghiên cứu việc sản xuất acid citric nhờ quá trình thẩm thấu nước sữa của chủng A. Niger bị đột biến. Trong trường hợp này, nồng độ acid citric tối đa đạt được là 8,3 g / L. Việc bổ sung lượng đường lactosecó thể thẩm thấu vào giai đoạn cuối với một nồng độ là 140 g / L sẽ làm tăng nồng độ citric acid lên 14,8 g / L. Việc bổ sung methanol ở nồng độ 3% (v / v) sẽ làm tăng quá trình sản xuất acid citric đến 25 g / L. Độ pH tự nhiên của sữa thẩm thấu (pH 4.5) rất thích hợp nhất cho quá trình này, và việc kiểm soát độ pH trong quá trình lên men là không cần thiết. Hang và cộng sự và Roukas và Kotzekidou đã nghiên cứu việc sản xuất acid citric từ chất thải nhà máy bia nhờ A. niger. Dịch ngũ cốc là dich lấy được từ việc sử dụng các hạt ngũ cốc trong quá trình tái sử dụng các hạt đó trong nhà máy sản xuất bia. Nó chứa chủ yếu các loại đường khử như glucose 25,7 g / L, và có độ pH là 6.0.Thùng chứa các chất cặn là bùn thải thu được sau khi lên men dịch nha và lên men bia. Đó là ly tâm ở 4500 Xg trong vòng 15 phút và gạn nôi bên trên được sử dụng như là môi trường lên men. Dung dịch có chứa các loại đường khử như glucose 31,5 g / L, và có độ pH là 4,4. Nồng độ cao nhất của acid citric thu được khi sản xuất từ dịch ngũ cốc và cặn chứa trong thùng lớn tương ứng là 19,0 và 11,5 g / L, Vandenberghe và cộng sự cho rằng việc sản xuất acid citric từ ba chất thải khác nhau từ công nghiệp chế biến như bã đường mía, vỏ cà phê, bã sắn nhờ A. niger trong SSF. Kết quả cho thấy bã sắn cho axit citric đạt năng suất cao nhất trong số các chất thử nghiệm. Quá trình sản xuất Citric acid đạt tối đa (88,0 g / kg chất khô) khi lên men được thực hiện với bã sắn có độ ẩm ban đầu 62% tại 26 ° C trong 120 h. Tài liệu tham khảo: Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto, Robert E. Levin – Food Biotechnology second edition - CRC Press, 2006, page 387-388. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Kim Chi - 08104341 2.7. Kỷ thuật di truyền của vi sinh vậtclick here to view Một ít thông tin về kỷ thuật gây đột biến được ứng dụng trong việc cải thiện những vi sinh vật dùng trong quá trình sản xuất axit citric. Những kỷ thuật chính thì cũ và bao gồm cách xử lý những vi sinh vật với tia UV, grama, nitrogen mustard, UV HNO2, UV C2H4(NH2)2, UV CH4N4O và UV C2H5N3O2 (3,197,200,218–232). Những đột biến được thực hiện ở một vài giống A. niger và Y. lipolytica. Điều kiện thuận lợi cho chiếu xạ là thuốc nhuộm Cô ban 60, buồng gamma 4000A. Những thể vẩn bào tử không được bảo vệ cho đến 2.0–3.0 KGy ở nhiệt độ xung quanh. Trong trường hợp chiếu xạ UV, những bào tử đính mới của A. niger được chiếu xạ UV sóng ngắn trong 15 phút. Những thể vẩn bào tử đính được cấy vào chất nền có chứa 30.0 g /L glucose và 5.0 g/L 2-deoxyglucose (môi trường MMG5DG) và được nuôi dưỡng hiếu khí bằng cách lắc. Sau 48h, chất lỏng được lọc trong máy lọc thủy tinh với kích cỡ là 20–30 µm để tách những bào tử đính không nảy mầm. Những nấm đã làm sạch thì trở lại trạng thái lơ lửng trong nước được trích ra, sau đó tản ra trên môi trường agar MMG5DG. Sau 2 ngày nuôi dưỡng, những cụm nấm phát triển sẽ chuyển sang môi trường agar Koji-extract (KEA). Bào tử đính được cấy vào mảng agar MMG5DG và những cụm phát triển được chọn ra và duy trì trên thạch nghiêng KEA. Bào tử đính của giống này được cấy vào môi trường chứa 30 g/L glucose và 30 g/L cellobiose ( môi trường MMC) và được nuôi dưỡng trong 9 ngày. Những cụm phát triển tốt trên môi trường MMG5DG và MMC được chọn ra và được đánh giá cho quá trình sản xuất axit citric. Những chủng đột biến của A. niger có vài thuận lợi hơn so với những chủng gốc. (1) Chúng sản xuất ra axit citric có nồng độ cao. (2) Thời gian lên men ngắn hơn. (3) Chúng làm tăng quá trình chuyển hóa liên tục trong suốt quá trình trao đổi chất dẫn đến sự hình thành axit citric. (4) Làm cho quá trình chuyển hóa liên tục gia tăng có hứơng trong suốt quá trình trao đổi chất chính (ví dụ: sự sản xuất thừa của enzyme có liên quan đến sự sản xuất axit citric). (5) Cuối cùng, chúng chịu được những kim loại mạnh có nồng độ cao, và sản xuất ra một lượng axit lớn khi chúng phát triển trong dung dịch mật rỉ. Những chủng đột biến của A. Niger cũng có một vài bất lợi. Trong suốt quá trình tạo ra những giống đột biến cho những công ty sản xuất axit citric nồng độ cao, thì nó là phương pháp thiếu chính xác và không nhanh trong việc chọn những giống sản sinh ra citrate. Tính hay biến đổi của những chủng bị giảm xuống nếu quá trình xử lý các tác nhân gây đột biến lặp đi lặp lại. Mourya và Jauhri đã nghiên cứu quá trình sản xuất axit citric từ sản phẩm thủy phân tinh bột do một chủng đột biến của A.niger. Điều đó cho thấy rằng chủng đột biến sản xuất ra axit citric nhiều gấp 130 lần so với ở chủng gốc. Với mục đích làm cho quá trình sản xuất axit citric tăng hơn nữa, môi trường chứa 15% (glucose tương tự), được bổ sung thêm với NH4NO3 0.25%; KH2PO4 0.15%; axit nicotinic 0.0001%, có pH ban đầu là 2.0. Trong trường hợp này những chủng đột biến sản xuất ra 490 g axit citric/ kg glucose đã dùng, ở 30oC trong 8 ngày của quá trình lên men. Sarangbin and Watanapokasin thuật lại quá trình sản xuất axit citric từ tinh bột đậu khoai thì dùng một chủng đột biến không protease của A. niger. Những chủng này thu được từ việc chiếu xạ UV của những chủng gốc ban đầu. Việc dùng một môi trường chọn lọc, những tác giả đã chọn một trong những đột biến làm giảm hoạt động protease của ngoại bào. Ngoài ra, khi 17g cho mỗi mảng vi khuẩn hình que sẽ làm ảnh hưởng đến đậu khoai thay vì dùng tinh bột hòa tan, những chủng đột biến không chứa protease sản xuất ra 490 g/l axit citric, nhiều hơn 1,5 lần so với chủng gốc ban đầu và trình bày sự sản xuất glucoamilase ngoại bào tăng. Nhiều chủng nấm men của giống Yarrowia, được sử dụng cho quá trình sản xuất citric từ những chất nền khác nhau. Trong quá trình lên men này, hỗn hợp của axit citric và isocitric được sản xuất. Sự phát triển của những giống đột biến chỉ tích lũy axit citric thì không thành công. Good và cộng sự đã nghiên cứu quá trình sản xuất axit citric từ dầu cải do chủng đột biến S. lipolytica. Nó thì khác biệt sau khi quá trình đột biến của chủng gốc với NTG và có tỉ lệ giữa axit citric và isocitric được tốt hơn. Nồng độ tối đa của axit citric và isocitric lần lượt là 152.3 và 38.5 g/L. Ermakov, Finogenova và cộng sự nghiên cứu đặc tính của những đột biến C.lipolytica làm giảm chu trình glyoxylate và khả năng sản xuất axit citric và isocitric của chúng. Họ thấy rằng enzyme cốt lỗi synthase xitrat có hoạt độ cao nhất ở chủng gốc và chủng đột biến, phát triển trong glucose và hexadecane (xêtanbua lỏng). Chủng đột biến có chứa những enzyme tham gia rất tốt vào cả những chuổi phản ứng sinh hóa như pyruvate carboxylase, isocitrate lyase, và malate synthase trong chủng nấm này, điều này cho thấy rằng chủng này có thêm một chuỗi phản ứng của quá trình sinh tổng hợp của acid oxalacetic trong suốt quá trình đồng hóa của n-alkane. Chủng có hoạt tính enzyme isocitrate lyase cao và aconitate hydratase thấp đã thể hiện rõ hầu hết aicd citric được sinh tổng hợp khi chủng nấm phát triển trong môi trường có chứa glucose, glycerol, hexadecane, acetate, or ethanol. Tuy nhiên chủng có hoạt tính enzyme isocitrate lyase thấp và aconitate hydratase activities cao chủ yếu tổng hợp ra isocitric acid trong quá trình đồng hóa của n-alkane. Tani và cộng sự ngiên cứu việc tạo ra acid citric từ methanol nhờ một chủng có khả năng kháng fluoroacetate rất cao Candida sp. Y-1. Chủng bị biến đổi này có hoạt tính aconitase thấp hơn chủng ban đầu (nguyên thủy ) và tạo ra 4.6g/l acid citric từ methanol sau 4 ngày lên men. 4 chủng có có tính thương mại và hai chủng nấn men Y. lipolytica đã được ngiên cứu và sử dụng cho quá trình lên men gián đoạn. Chủng bị biên đổi bằng tia UV phù hợp nhất cho quá trình sản xuất acid citric từ glucose hydrol ((39.9% glucose và 2.1% các loại đường khác), quá trình sản xuất có một phụ phẩm từ glucose bột khoai tây được tạo ra. Trong trường hợp này, nồng độ acid citric đạt cao nhất (100.0 g/L) sau 80 giờ lên men. Finogenova và cộng sự nghiên cứu quá trình sinh tổng hợp acid citric và acid isocitric từ những chủng tự nhiên và những chủng bị đột biến của C. lipolytica. Họ thấy rằng khi những chủng bị đột biến phát triển trong môi trường có chứa acetate, ethanol, glycerol, glucose, or hexadecane, thì quá trình sinh tổng hợp của acid bắt đầu diễn ra mạnh mẽ sau khi hấp thu nguồn nitơ và sẫn đến sự phát triển trong môi trường bị chậm lại. Một nghiên cứu khác có liên quan khi có sự so sánh những hoạt tính enzyme của các chủng tự nhiên và chủng bị đột biến thấy rằng hoạt tính của citrate synthase cao hơn và hoạt tính cuả aconitate hydratase thấp hơn so với chủng tự nhiên, điều đó cho thấy sự thay đổi hoạt tính của các chủng bị đột biến có thể ảnh hưởng tốt cho quá trình sản xuất acid citric. Các nhà ngiên cứu khác cho rằng quá trình sản xuất acid citric nhờ nhị bội thể của chủng A. niger. Chủng nguyên thủy A. niger được xử lí nhờ tia UV bị biến đổi thành chủng hấp thu dinh dưởng thụ động. Những chủng này có khả năng sản xuất kém hơn chủng ban đầu. Sự kết hợp với nhau (lai tạo) được thực hiện giữa 3 thể dinh dưỡng thụ dộng và 3 thể khác nhân. Cuối cùng một nhị bội thể khác nhân độc lập với nhau. Các thể khác nhân và nhị bội thể có thể cải thiện được năng suất khi đem so sanh với thể tụ nhiên tương ứng, ngoại trừ một nhị bội thể. Nồng độ acid citric đạt được của chủng nhị bội thể là 1.2 – 1.5 lần cao hơn so với thể ban đầu. Martinkova và cộng sự đã nghiên cứu những bất lợi của quá trình đột biến và sự lai giống (tần số hình thành của việc lai giống và tính xung khắc của các chủng) có thể được loại bỏ khi hợp nhất các thể nguyên sinh. Chủng A. niger dung trong quá trình sản xuất acid citric có kiểu dinh dưỡng thụ động có được sau khi chiếu tia UV. Những thể nguyên sinh được phân lập từ những sọi nấm đang phát triển của các chủng dinh dưỡng thụ động sau khi xử lí chậm nhờ các enzyme và sau đó được sử lí với polyethylene glycol (30%, w/v) trong dung dịch Ca2+ (10 mmol/L) ở PH là 9. Tần số có mặt của các thể khác nhân là 0.67%. Bào tử khác nhân nguyên dưỡng được phân lập từ thể khác nhân khoảng 1.2-106. Quá trình sản xuất acid citric của chủng có thể khác nhân là 15% cao hơn so với thể của chủng ban đầu. Quá trình sản xuất acid citric nhờ chủng A. niger phụ thuộc nhiều vào dòng thủy phân glucoza. Arisan-Atac và cộng sự đã ngiên cứu khả năng điều khiển dòng này bằng trehalose 6-phosphate synthase A (T6PSA), một chất ức chế của hexokinase. Nghiên cứu khả năng ức chế thích hợp dòng thủy phân của T6PSA và sự tích tụ acid citric. Họ sử dụng thể tái tổ hợp AND của A. niger đang thực hiện quá trình nhân bản theo cấp số nhân của ggsA bằng quá trình biến đổi phụ. Kết quả cho thấy rằng những chủng này có khả năng tao ra acid citric có năng suất như nhau ở vào khoảng 1.0 or 2.5% (w/v) sucrose. Ở mức 5–14% sucrose, ggsA cắt ngang làm cho các chủng tạo ra acid citric sớm hơn trong khi các nhân bản cho ảnh hưởng ngược lại. Điều này có nghĩa là khi sự cát ngang của gene ggsA không làm tăng năng suất sản phẩm, nó làm giảm thời gian yêu cầu để tạo ra nồng độ acid citric cao nhât. Những kết quả này chứng minh cho lần dầu tiên về khả năng cản thiên quá trình lên men acid citric bằng phương pháp kết hợp thể tái tổ hợp AND. Những cố gắng trước đó nhằm cung cấp thêm những thông tin về kĩ thuật di truyền của enzyme thủy phân glucoza đã không thành công. Điều này có thể giải thích trên thực tế dòng thủy phân glucoza là một chủ đề nhằm điều khiển tốt các quá trình trao đổi chất trái ngược với những thông tin được cung cấp. Verdoes và cộng sự cho rằng quá trình nhân bản gene nicB của A. niger. Họ mô tả những chiến lược nhân bản cải tiến bằng cách bổ sung thêm các alen bị đột biến của A. niger. Chiến lược này là nền tảng cho việc sử dụng vector sao chép độc lập của nấm, pAB4-ARp1. Vector này được xây dựng bằng sự giới thiệu của các chuỗi liên quan đến sự sao chép độc lập của đỉnh màng kháng nguyên 1 (AMA1) vào trong pyrG tạo một vector thống nhất pAB4-1. Với vector pAB4-ARpl việc biến đổi tăng từ 10- 100 lần so với pAB4-1. Việc sử dụng gene nhân bản pAB4-ARp1 đã chứ ng minh bằng sự bổ sung gen đột biến lysF tạo nên sự biến đổi thay thế của 2 nhóm liên kết VII - A. niger bị đột biến. sự bổ sung gen đột biến lysF tạo nên sự biến đổi thay thế của pAB4-ARp1 với tất cả gene DNA của A.niger. Việc bổ sung DNA được tách ra từ Nic chất thay thế bằng việc thay thế E. coli với tổng DNA của chất thay thế này. AND bổ khuyết (cDNA) cung cấp những thông tin về ti thể có thể thay thế oxidase, enzyme có khả năng không chịu tác động của cyanua và dễ dàng hô hấp với acid salicylhydroxamic, từ vệc sản xuất acid citric nhờ nấm A. niger đã nhân bản vô tính và dựa vào đặc tính phát triển nhanh chóng của E. coli. Tài liệu tham khảo: Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto, Robert E. Levin – Food Biotechnology second edition - CRC Press, 2006, page 388-392. Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hồng - 08103521 + Trương Cẩm Tiên - 08099991 2.8. Quá trình thu hồi axit citricclick here to view Nước xuýt của quá trình lên men thu được từ lên men bề mặt hay lên men chìm được lọc ra để tách những nấm hay tế bào và các tạp chất lơ lửng. Từ dung dịch đã lọc, axit citric được tách bằng cách cho kết tủa với nước vôi ( ở 95 oC trong 1h hay 50 oC trong 30 phút) tạo thành canxi citrate. Chất kết tủa được rửa sạch để tách các tạp chất có thể hòa tan, sau đó được xử lý với dung dịch axit sulfuric để tạo kết tủa CaSO 4 và phục hồi axit citric. Tiếp theo dung dịch được lọc lại để tách CaSO 4 ra. Chất lỏng được làm phai màu với than và các ion trao đổi. Dung dịch đã lọc được cô đặc lại nhờ sự bay hơi và việc điều khiển đến nhiệt độ kết tinh thấp. Cuối cùng, những tinh thể này được tách ra nhờ vào quá trình ly tâm. Axit citric được tung ra thị trường như một chất kết tinh khan, như một monohydrate hay như một muối natri kết tinh. Ngoài ra axít citric còn được tách từ sản phẩm lên men của nước xuýt bằng cách dùng một dung dịch hydrocacbon của một bazơ hữu cơ Trilaurylamin để chiết. Sau đó tách dung dịch hữu cơ bằng nước. Sơ đồ: quá trình sản xuất và tinh chế axit citric từ mật rỉ do A.niger (from Atkinson, B., F. Mavituna. Biochemical Engineering and Biotechnology Handbook.Hong Kong: The Nature Press, 1985, pp 1033–1036). Tài liệu tham khảo: Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto, Robert E. Levin – Food Biotechnology second edition - CRC Press, 2006, page 392-394. Sinh viên thực hiện: Trương Cẩm Tiên - 08099991 Kết luậnclick here to view Acid citric, một acid tricarboxylic, được sử dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống, dược phẩm, và trong các ứng dụng công nghiệp khác. Nó được sản xuất bởi nấm, nấm men và vi khuẩn. Aspergillus niger thống trị các chủng vi sinh vật khác sản xuất axít citric quy mô công nghiệp. Chúng có thể được xử lý dễ dàng, có khả năng chịu được các điều kiện lên men, phát triển trong vật liệu khác nhau ngay cả ở chất thải nông nghiệp, và cho năng suất cao và phù hợp của axit citric bởi sử dụng các chất nền( môi trường ban đầu) không tốn kém, do đó làm cho quá trình lên men khá là kinh tế. Sản xuất axít citric diễn ra trong quá trình tăng trưởng theo cấp số nhân và dừng pha tăng trưởng. Các chủng được sử dụng để sản xuất axít citric cần yếu tố chính như cacbon, nitơ, phốt pho, lưu huỳnh và ngoài các nguyên tố vi lượng và các chất kích thích. Ngoài ra, các thông số quá trình lên men như thời gian lên men, nồng độ đường ban đầu, độ pH, nhiệt độ, cách khuấy và thông khí đóng một vai trò sâu sắc trong việc tạo năng suất cao.Các hệ thống lên men được sử dụng để sản xuất axít citric là bề mặt lên men, lên men chìm, môi trường liên tục, môi trường gián đoạn, lên men trạng thái rắn, và cố định tế bào vi khuẩn.Trong số các hệ thống này chỉ có bề mặt và lên men ngập nước được sử dụng trên quy mô công nghiệp. Các chất hóa học được sử dụng bao gồm quy định môi trường, mật đường, chất thải nông nghiệp từ ngành công nghiệp thực phẩm và nước giải khát, hydrocarbon, và các loại dầu. Hiện nay, mật đường là phương tiện tốt hơn để sản xuất axít citric trên quy mô nhà máy thí điểm. Sự hiểu biết của con đường sinh hóa cơ bản và cơ chế di truyền ở vi sinh vật có ích cho việc cải thiện các sinh vật được sử dụng để sản xuất axit citric. Vì vậy, nghiên cứu gần đây đã được tập trung vào các tế bào vi sinh vật cố định và cải thiện di truyền vi sinh vật. Những phương pháp mới nhằm cải thiện sản xuất acid citric bằng cách lấy thời gian lên men ngắn hơn, bằng cách sử dụng nguyên vật liệu mà không có tiền xử lý bất kỳ, và do chủng thấy rằng sẽ sản xuất, acid citric năng suất cao. Việc phát hiện ra nấm men sản xuất lượng acid citric cao hơn so với nấm trong thời gian lên men ngắn hơn đã được đi kèm với những bất lợi của việc tạo ra cả acid isocitric. Mutant của các chủng nấm men sản lượng thấp của axít isocitric đã được đánh giá trong các nghiên cứu băng ghế dự bị và thí điểm. Nói chung, trong khi các phương pháp mới đầy hứa hẹn, đầy đủ, và các nghiên cứu được yêu cầu trước khi một quá trình thương mại có thể được dự kiến. Sinh viên thực hiện: Hùynh Thị Ngọc Hoa - 08111331 Tài liệu tham khảoclick here to view |
|
|
| |
|
lethiphuong08105781
|
Feb 16 2011, 08:24 PM
Post #6
|
- Posts:
- 6
- Group:
- Members
- Member
- #79
- Joined:
- Feb 9, 2011
|
cho mình hỏi có phải nhũng trái cây có vị chua đều chứa nhiều axit citric hay không vậy
|
|
|
| |
|
lethiphuong08105781
|
Feb 16 2011, 08:58 PM
Post #7
|
- Posts:
- 6
- Group:
- Members
- Member
- #79
- Joined:
- Feb 9, 2011
|
Việc sản xuất acid citric từ hydrocarbon mình chưa hiểu lắm bạn có thể viết phương trình cụ thể đươc không. có quy trình càng tốt heng
|
|
|
| |
|
huynhthingochoa08111331
|
Feb 16 2011, 09:13 PM
Post #8
|
|
- Posts:
- 11
- Group:
- Members
- Member
- #68
- Joined:
- Feb 7, 2011
|
- vothihongcuc08111201
- Feb 11 2011. 05:51 PM
- huynhthingochoa08111331
- Feb 9 2011, 08:12 PM
Thành phần của môi trường được sử dụng trong sản xuất axit citric nhờ A. niger phụ thuộc vào chủng vi sinh vật sử dụng và phương pháp sản xuất. Thông thường, những chủng chỉ có thể sử dụng một nguồn cacbon thì biểu hiện không mấy hiệu quả trong quá trình sản sản xuất khi được nuôi trong môi trường chứa các nguồn khác
Nhóm có thể giải thích cho mình rõ chỗ này không? -Những chủng chỉ có thể sử dụng một nguồn Cacbon là những chủng nào - Và nguyên nhân nào khiến nó biểu hiện không hiệu quả trong quá trình sản xuất khi môi trường nuôi nó có chứa các nguồn khác.
^_^ reply Cảm ơn câu hỏi của Cúc nhe ! Năng lực đồng hoá các nguồn C ở các vi sinh vật khác nhau là không giống nhau. Có loài có khả năng sử dụng rộng rãi nhiều nguồn C khác nhau, nhưng có loài khả năng này rất chọn lọc. Chẳng hạn vi khuẩn Pseudomonas có thể đồng hoá được tới trên 90 loại hợp chất C, nhưng các vi khuẩn thuộc nhóm dinh dưỡng methyl (methylotrophs) thì chỉ đồng hoá được các hợp chất 1C như methanol, methane...và cũng có những loài khác cũng chỉ đồng hóa được 1C như Methylococcus capsulatus, Rhodepseudomonas acidophila, Pseudomonas, Methylococus capsulatas, Trichosporium. Nguyên nhân khiến nó biểu hiện không hiệu quả trong quá trình sản xuất khi môi trường nuôi nó có chứa các nguồn khác là: vì nó chỉ sử dụng được 1 nguồn cacbon đặc trưng nên khi ở trong môi trường cho dù có nhiều nguồn cacbon khác mà nếu không có nguồn nào đặc trưng của nó hết thì nó sẽ không sử dụng được như vậy sẽ lãng phí nguồn cacbon và ảnh hưởng đến cả sự sinh trưởng của vi sinh vật.
|
|
|
| |
|
truongcamtien08099991
|
Feb 16 2011, 09:21 PM
Post #9
|
|
- Posts:
- 9
- Group:
- Members
- Member
- #63
- Joined:
- Feb 7, 2011
|
- luongminhphong08110161
- Feb 11 2011. 08:15 PM
"Citric acid sản xuất trong phòng thí nghiệm thì sẽ sử dụng nấm men trải qua hai giai đoạn: (1) giai đoạn đầu tăng trưởng trên toàn bộ môi trường, tiếp theo là (2) giai đoạn sản xuất mà không cần nguồn đạm. " Tại sao giai đoạn 2 ko cần sử dụng nguồn đạm vậy?
^_^ reply Thường người ta sẽ cung cấp nguồn nito là các muối ammonium nitrat hay muối ammonium sufat và sử dụng những muối này làm giảm pH môi trường. Mức pH thấp thích hợp cho quá trình lên men acid citric. (Mattey, 1992).
- luongminhphong08110161
- Feb 11 2011. 08:15 PM
Nếu có sử dụng thì có ảnh hưởng j đến lượng acid citric hay ko?
^_^ reply Mình cũng có thể sử dụng hay không sử dụng hoàn toàn được. Không sử dụng vì: Ngay cả khi không có nito và lượng photphat bị giới hạn thì sinh khối của nấm men vẫn được tạo thành. (Papagianni et al., 1999a,b,c). Kubicek and Röhr (1977) Có thể sử dụng vì : theo Kristiansen and Sinclair (1979) lại cho rằng quá trình sản xuất acid citric trong môi trường liên tục cung cấp nito là cần thiết. + Ảnh hưởng của nó: (Papagianni et al., 2005) sự có mặt của các ammonium ion trong giai đoạn đầu của quá trình lên men lâu sẽ làm cho trong mỗi tế bào VSV đều tích tụ (pool) có chứa dòng “ammonium”. Lượng tích tụ này là nguyên nhân của sự ức chế các emzyme phosphofructokinase, kết quả là dòng này sẽ đi qua glycolysis và hình thành lên acid. Rõ ràng mối quan hê giữa nồng độ glucose and ammonium đã tác động lên mối quan hệ khác trong các enzyme trao đổi chất (phosphofructokinase, 2-oxoglutarate dehydrogenase, glucosamine synthase).
|
|
|
| |
|
lethihong08103521
|
Feb 16 2011, 09:25 PM
Post #10
|
|
- Posts:
- 47
- Group:
- Members
- Member
- #65
- Joined:
- Feb 7, 2011
|
- luongminhphong08110161
- Feb 11 2011. 08:23 PM
Bạn có thể giải thích tai sao "Nồng độ phốt phát cao (2.0 g/l) sẽ đẩy nhanh sự phát triển của vi sinh vật nhưng lại làm quá trình sản xuất axit giảm đi" được không?
^_^ reply Cám ơn câu hỏi của Phong nha! Tại sao Phong không đọc thêm một chút nữa phía sau ta???. Có giải thích đó! Nhưng thôi mình xin giải thích lại ha. Nồng độ phốt phát cao (2.0 g/l) sẽ đẩy nhanh sự phát triển của vi sinh vật nhưng lại làm quá trình sản xuất axit giảm đi. Cũng như với nitơ, quá trình sản xuất axit citric sẽ bắt đầu sau khi các hợp chất phốt pho được sử dụng hết. Cuối cùng, việc duy trì nồng độ photpho thấp (1.0 g/l) trở thành yếu tố then chốt (thích hợp nhất), đó là lượng photpho ít nhất mà VSV phát triển trong trong môi trường có nguồn carbohydrate. Như vậy rõ ràng nếu nồng độ photpho quá cao thì sẽ làm tăng thời gian quá trình lên men và tốn hóa chất mà bản thân nó chỉ cần một lượng vừa đủ để phát triển lúc đầu.
|
|
|
| |
| 1 user reading this topic (1 Guest and 0 Anonymous)
|