Axit gluconic

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM

ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNGKHOA: KHOA HỌC ỨNG DỤNG

GVHD: TS. Lê Ngọc Chí MinhLớp: 10060301Tp. Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 3 năm 2013

SV thực hiện:1) Nguyễn Triết Lãm - MSSV: 61003212

Tóm tắc

I. Tổng quan về axit gluconic

II. Giới thiệu về axit gluconic

III. Cấu tạo axit gluconic

IV. Ứng dụng của axit gluconic

V. Sản xuất axit glconic

VI. Sản xuất axit gluconic từ rỉ đường

VII. Tài liệu tham khảo


• Axit gluconic được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1870 bởi Hasiwetz và Habermann.

• Axit gluconic và các muối gluconat có trong tự nhiên khá phổ biến do nó được hình thành từ quá trình oxy hóa glucose.

• Vào thế kỷ thứ 18, axit này ít được biết đến, tuy nhiên ngày nay axit gluconic đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công nghệ hóa học, thực phẩm, dược phẩm, dệt, luyện kim, thuộc da, vật liệu xây dựng và nhiều ngành công nghiệp khác.

• Hằng năm trên thế giới sản xuất khoảng 50.000-100.000 tấn axit gluconic và tổng tất cả các loại muối gluconat khoảng 65.000-100.000 tấn, trong đó gồm các loại muối như natri gluconat, kali gluconat, canxi gluconat hay este glucono-δ-lacton cũng là những phụ gia thực phẩm được chứng nhận an toàn khi sử dụng ở Mỹ và Châu Âu được sử dụng làm chất điều vị, phụ gia trong sản xuất bánh nướng, sữa đậu nành, sữa chua, phomat, bánh mỳ.



Axitgluconic

Axit hữu cơ yếu

Có tính sát khuẩn, không độc

Không bay hơi

Không có tính ăn mòn

Có nguồn gốc từ β-D-glucose

Tạo bởi phản ứng oxy hóa dưới xúc tác glucose oxidase


Trái cây Rượu vang Mật ong

Trà kombucha (nấm hồng trà)


Trong công nghiệp thực phẩm axit gluconic được sử dụng như một chất điều vị.

Axit gluconic có khả năng tạo ra hương vị chua dịu nhẹ và được sử dụng như một phụ gia điều chỉnh vị chua (E574).

Dùng cho các sản phẩm như rượu vang, nước ép trái cây, sữa chua,.…

Tên khoa học: (2R,3S,4R,5R)-2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanoic axit


Axit gluconic là một hợp chất hữu cơ có công thức phân tử C 6 H 12 O 7 và côngthức cấu tạo HOCH2 (CHOH)4 COOH. Cấu trúc hóa học của axit gluconic baogồm một chuỗi sáu cacbon với năm nhóm hydroxyl kết thúc bằng một nhómaxit cacboxylic

Cấu trúc không gian Đồng phân cis-tran Công thức cấu tạo


Trong dung dịch nước nồng độ 1/1000 axit cacboxylic ở pH gần trung tính, axit cacboxylic tạo ra các ion gluconat và các muối của axit gluconic gọi chung là các gluconat

Khi hòa tan trong nước axit nhanh chóng sang trạng thái cân bằng động với vòng glucono-δ-lacton, làm cchuyển cho dung dịch trở thành hỗn hợp của axit với glucono-δ-lacton.


Lĩnh vực Ứng dụng

Y học Một số loại thuốc được tiêm dưới dạng gluconat

Sử dụng để điều trị bỏng từ axit HF

Quinin gluconat là muối giữa acid gluconic và quinine, được sử dụng điều

trị sốt rét

Tiêm canxi gluconate có thể được sử dụng cho các trường hợp nghiêm trọng

hơn để tránh hoại tử mô sâu

Thực phẩm Chất tạo ra hương vị chua dịu nhẹ và được sử dụng như một phụ gia điều

chỉnh vị chua (E574).

Khai khoáng Làm sạch các sản phẩm mà nó hòa tan, đặc biệt là trong dung dịch kiềm, các

anionCa 2 +, Fe 2 +, Al 3 +,

Khoa học Calcium gluconate tồn tại như một chất gel


Hỗ trợ receptor glycine ở hệ thần kinh trung ương, và duy trì cân bằng acid amin trong hệ thần kinh trung ương,vận chuyển oxy vào tếbào, cung cấp Methyl, hỗtrợ chức năng tim mạch

Axit gluconic tạo độchua cho các loại thứcuống như nước cógas, rượu vang, bánh,…

Ngoài khai khoáng, người dân còn sủ dụngtrong việc kết tủa cáckim loại nặng để làmsạch nguồn nước sinhhoạt


• Như đã đề cập ở trên axit gluconic là sản phẩm quá trình oxy hóa glucose

• D-gluconic acid và muối của nó đã được tạo ra bởi quá trình oxy hóa glucose. Do có nhiều chất oxihóa trong nguyên liệu nên phương pháp lên men ít tốn kém hơn hóa học. Trong số các quá trìnhlên men vi sinh vật khác nhau, phương pháp sử dụng nấm Aspergillus niger là một trong nhữngloài được sử dụng rộng rãi nhất

• Tuy nhiên, việc sử dụng Gluconobacter oxydans cũng đã đạt được tầm quan trọng đáng kể.

• Không phân biệt việc sử dụng nấm hay vi khuẩn, tầm quan trọng nằm trên các sản phẩm, đượcsản xuất, ví dụ, natri gluconate calcium gluconate,… Như phản ứng dẫn đến một sản phẩm cótính axit, nó cần phải trung hòa bằng việc bổ sung các tác nhân trung hòa, nếu không độ axít bấthoạt glucose oxidase, dẫn đến lượng glucocid không được cao.

V. Sản xuất axit gluconic

Sơ đồ chuyển hóa glucose thành axit gluconic bằng len men A.ninger


• Các điều kiện cho quá trình lên men trong sản xuất calcium gluconatevà gluconat natri khác nhau ở nhiều khía cạnh như nồng độ và kiểmsoát độ pH. Trong quá trình sản xuất calcium gluconate , kiểm soát kếtquả pH từ việc bổ sung của bùn canxi cacbonat.

• Một điểm quan trọng lưu ý là về độ tan của canxi gluconate trong nước(4% ở 30 ° C). Ở nồng độ glucose cao, trên 15%, supersaturation xảyra, và nếu nó vượt quá giới hạn, muối canxi kết tủa các sợi nấm và ứcchế sự chuyển oxy. Các quá trình trung hòa cũng nên được khử trùngmột cách riêng biệt từ các dung dịch glucose để tránh thay đổi cấu tạocủa glucose, kết quả giảm năng suất khoảng 30%.

• Ngược lại, quá trình cho natri gluconat là rất thích hợp hơn như nồngđộ glucose lên đến 350 g / L có thể được sử dụng mà không cần khửtrùng. pH được điều khiển tự động bằng cách thêm dung dịch NaOH.


• Phản ứng chuyển đổi glucose thành axit gluconic do nấm sợi A. nigersản xuất ra enzyme glucose oxidase.

Tùy thuộc vào ứng dụng, nước canh lên men có chứa gluconat natrihoặc calcium gluconate được sản xuất bằng cách bổ sung hydroxit natrihoặc canxi cacbonat tương ứng, để trung hòa. Điều kiện tối ưu chungcho sản xuất acid gluconic là như sau:

- Glucose ở nồng độ giữa 110 - 2 50 g / L.

- Nguồn nitơ và phốt pho ở nồng độ rất thấp (20 mM).

- Giá trị pH của môi trường (khoảng 4,5 đến 6,5).

- Sục khí tỷ lệ rất cao bởi các ứng dụng của áp suất không khí cao (4 bar).

V. Sản xuất axit glconic• Có hai thông số ảnh hưởng đến sự sản xuất acid gluconic là oxy sẵn có

và độ pH của môi trường nuôi cấy.

• Oxygen là một trong các chất nền quan trọng trong quá trình oxy hóaglucose như glucose oxidase sử dụng oxy phân tử trong bioconversion glucose. Nồng độ của gradient oxy và hệ số truyền oxy thể tích là nhữngyếu tố quan trọng, theo dõi sự sẵn có của oxy trong môi trường.

• Hai yếu tố này ảnh hưởng đến tỷ lệ chuyển oxy từ khí pha nước. Tỷ lệthông khí và tốc độ thông khí làm ảnh hưởng đến sự sẵn có của oxy trong môi trường. Sản xuất acid gluconic là một quá trình cực kỳ tốnoxy với một nhu cầu oxy cho phản ứng bioconversion, được ảnh hưởngmạnh mẽ bởi nồng độ oxy hòa tan cao. Oxy được thường được cungcấp theo hình thức không khí trong khí quyển, tuy nhiên, trong một sốnghiên cứu oxy tinh khiết cao áp cũng đã được cung cấp. Immobilisedsợi nấm Aspergillus niger phát triển bằng cách sử dụng oxy tinh khiết, sản xuất hiệu giá cao của axit gluconic so với sợi nấm phát triển trongkhông khí.

V. Sản xuất axit gluconicTrong quá trình chuyển đổi glucose, glucose oxidase trong A. niger qua tự giảm bởi việcloại bỏ hai hydrogens. Các hình thức giảm của enzim là tiếp tục bị ôxi hóa bởi ôxy phântử, mà kết quả trong sự hình thành của hydrogen peroxide, một sản phẩm phụ trongphản ứng. A. niger catalase sản xuất hoạt động trên hydrogen peroxide do đó tạo nước vàkhí oxy.

Glucose thường được sử dụng như nguồn carbon để sản xuất vi khuẩn axit gluconic. Tuynhiên, thủy phân của các nguyên vật liệu khác nhau (ví dụ: tinh bột ngô thủy phân, ví dụnhư chất thải công nông nghiệp. Mật mía Ấn Độ) cũng đã được sử dụng như là chấtnền. Lactose được sử dụng như một chất nền và 92 g axit gluconic được sản xuất từ 1 L của sữa có chứa glucose 0,5% và 9,5% lactose của A. niger cố định trên bọtpolyurethane.Saccharified giải pháp các giấy thải với nồng độ glucose được điều chỉnhđến 50-100 g / L có thể được sử dụng cho bioconversion với A. niger. Sản lượng 92% trong bình Erlenmeyer và 60% trong các nền văn hóa hàng loạt lặp đi lặp lại trong lòphản ứng lưỡi tuabin với 800 mL khối lượng làm việc.

Nho và chuối ứng dụng quan trọng của sản xuất acid gluconic, cho 63 và 55 g / L tươngứng. Thanh lọc của nho và chuối tăng 20-21% năng suất axit gluconic.



Như vậy, trong điều kiện có cố

định nấm mốc lên men axit

gluconic trên máy lắc, do sự cản

trở của chất mang oxy khó hòa

tan, quá trình lên men diễn ra

chậm, thời gian lên men kéo dài

tạo sản phẩm phụ. Lên men trong

môi trường lỏng trên máy lắc tạo

điều kiện cho oxy tiếp xúc cơ chất,

quá trình lên men diễn ra trong

toàn bộ khối dịch lên men, thời

gian lên men ngắn, hiệu suất lên

men cao. Từ kết quả trên, chúng

tôi lựa chọn phương pháp lên men

trong môi trường

lỏng trên máy lắc làm phương

pháp nghiên cứu của mình.

VI. Sản xuất axit gluconic từ rỉ đường• Dịch sau lên men gồm axit gluconic tự do, canxi gluconat, nấm mốc, khoáng dư, các sản

phẩm phụ khác. Kết thúc quá trình lên men, nâng nhiệt độ đến 90 độ C trong nồi cách thủy. Sau đó tiến hành lọc, loại bỏ bã, các tế bào chết thu hồi dịch. Dịch sau lọc kết tủa canxi gluconat bằng cồn 96 độ, sau đó lọc để thu kết tủa canxi gluconat, hòa tan kết tủa trên giấy lọc bằng H2SO4 0.2 M, lọc tách bỏ CaSO4, dung dịch axit gluconic thu được định lượng bằng máy HPLC.

• Nghiên cứu kết tủa canxi gluconat bằng cồn 96 độ

• Như vậy, kết tủa canxi gluconat bằng cồn 96o cho kết quả tốt nhất với tỷ lệ 5:6 (dịch sau lên men:cồn v/v), trong 10 giờ

• Sau 10 giờ kết tủa canxi gluconat bằng cồn 96o, chúng tôi thu được kết quả tối ưu 40,5 (g/l).


1. Ảnh hưởng của tỉ lệ giống đến hàm lượng axit gluconic

Đồ thị cho thấy ban đầu khi tỷ lệ giống tăng dần, hàm lượng axit gluconic sinh ra tăng. Tuy nhiên, khi tỉ lệ giống quá cao thì hàm lượng axit gluconic giảm. Khi tỷ lệ giống quá ít so với cơ chất thì enzyme sinh ra ít. Do đó, thời gian lên men kéo dài, tốn năng lượng, hiệu quả kinh tế không cao hoặc tạo ra sản phẩm thụ không mong muốn rượu, andehyt,…. Ban đầu bổ sung một lượng giống quá cao, xảy ra sự cạnh tranh dinh dưỡng, làm tiêu hao một lượng lớn cơ chất cho quá trình tăng sinh khối. Do đó, hiệu quảchuyển hóa cơ chất thành axit gluconic không cao. Đồng thời, nguồn dinh dưỡng nghèo đi cũng dẫn đến lượng axit gluconic tạo thànhgiảm. Kết quả tỷ lệ giống bổ sung là 10% với mật độ bào tử 10^6-107^bào tử/ml thu được kết quả tốt nhất là 30.24 g/100g mật rỉ

VI. Sản xuất axit gluconic từ rỉ đường2. . Ảnh hưởng của thời gian lên men đến hàm lượng axit gluconic

Qua đồ thị cho thấy ban đầu khi thời gian lên men tăng, hàm lượng axit gluconic sinh ra tăng, khi thời gian lên men kéo dài hàm lượng axit gluconic giảm. Thời gian đầu nấm mốc sử dụng cơ chất để tăng sinh khối, đồng thời tiết enzyme để chuyển hóa các chất. Khi lượng tế bào càng lớn thì lượng enzyme tiết ra càng nhiều, lượng axit gluconic sinh ra càng tăng theo thời gian. Ở thời điểm 96 giờ quần thể vi sinh vật bước vào pha cân bằng hàm lượng axit gluconic sinh ra lớn nhất. Nếu tiếp tục kéo dài thời gian lên men, khi nguồn dinh dưỡng cạn kiệt cùng với sản phẩm axit gluconic tạo ra nhiều sẽ ức chế sự phát triển của vi sinh vật. Nấm mốc bắt đầu sửdụng sản phẩm sinh ra làm cơ chất, tạo ra các sản phẩm phụ gây tổn thất sản phẩm chính đồng thời gây khó khăn cho quá trình tinh sạch sản phẩm. Kết quả sau 96 giờ hàm lượng axit gluconic lớn nhất là 30.81 g/100g mật rỉ


3. . Ảnh hưởng của hàm lượng nitơ bổ sung đến hàm lượngaxit gluconic

Qua nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nitơ bổ sung đến hàm lượng axit gluconic tạo thành, dựa vào đồ thị cho thấy nguồn nitơ có sẵn trong nguyên liệu không đảm bảo cho quá trình sinh trưởng phát triển của vi sinh vật. Trong giai đoạn đầu khi hàmlượng nitơ bổ sung tăng hàm lượng axit tăng lên rõ rệt, đạt giá trị cao nhất 29.18 g/100g mật rỉ với hàm lượng (NH4)2HPO4 3 g/l. Tiếp tục tăng hàm lượng (NH4)2HPO4, khi hàm lượng nitơ quá cao dẫn đến lượng sinh khối tạo ra ngày càng nhiều, xảy ra hiện tượng cạnh tranh dinh dưỡng ảnh hưởng đến hiệu suất lên men. Hàm lượng axit gluconic sinh ra giảm dần và thấp nhất 23.97 g/100g mật rỉ khi hàm lượng (NH4)2HPO4 5 g/l. Kết quả hàm lượng axit gluconic tạo thành lớn nhất là 29.18 g/100g mật rỉ khi hàm lượng (NH4)2HPO4 bổ sung là 3 g/l

VII. Tài liệu tham khảo

1. Phạm Thị Thùy Trang, luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu quá trình lên men axitgluconic từ rỉ đường bằng Aspergillus ninger”, ĐH Đà Nẵng - 2012.

2. N.V. Sankpal, A.P. Joshi, I.I. Sutar, B.D. Kulkarni, Continuous production of gluconic acid by Aspergillus niger immobilized on cellulosic support: Study of low pH fermentative behaviour of A. niger, Process Biochem. 35 (1999) 317–325.

3. M. Röhr, C.P. Kubicek, J. Kominek: Gluconic Acid. In: Biotechnology, Vol. 3, H.J. Rehm, G. Reed (Eds.), Verlag Chemie, Weinheim, Germany (1983) pp. 455–465.

4. S. Velizarov, V. Beschkov, Production of free gluconic acidby cells of Gluconobacter oxydans, Biotechnol. Lett. 16 (1994) 715–720.

Documents

Axit gluconic