Sản xuất acid lactic

Sản xuất acid lactic

I Giới thiệu

pK = 386INS 270 ADI khocircng giới hạn Matilde số CAS 50-21-5Cocircng thức phacircn tử C3H6O3

Cảm quan acid lactic lagrave hợp chất dạng lỏng khocircng magraveu hoặc dạng bột magraveu trắng đến vagraveng nhạt mugravei nhẹ tan trong nước vagrave trong cồn

II Taacutec nhacircn vi sinh vậta Caacutec vi khuẩn thuộc lactic

- Thuộc họ Latobacilliaceaeo Vi khuẩn gram dương khocircng di động khocircng tạo bagraveo tửo Lagrave loại vi khuẩn kị khiacute tugravey nghi vi hiếu khiacuteo Khocircng coacute enzyme catalase oxydase vagrave nitratoreductase

- Được chia lagravem 2 họo Streptococeae

Streptococcus Leuconostoc

o Lactobacileae

III Lecircn men lactic

Lecircn men lactic lagrave quaacute trigravenh chuyển hoacutea đường thagravenh axit lactic nhờ vi sinh vật điển higravenh lagrave vi khuẩn lactic Lecircn men lactic lagrave một trong những loại higravenh lecircn men phaacutet triển nhất trong thiecircn nhiecircn coacute hai kiểu lecircn men lactic chiacutenh lagrave lecircn men đồng higravenh vagrave lecircn men dị higravenha Lecircn men lactic đồng higravenh (điển higravenh)

Trong trường hợp nagravey axit pyruvic được tạo thagravenh theo sơ đồ Embden-Mayerhorf-Parnas (EMP) Sau đoacute axit pyruvic sẽ tạo thagravenh axit lactic dưới taacutec dụng của enzyme lactatdehydrogenase

Lượng axit lactic tạo thagravenh chiếm hơn 90 Chỉ một lượng nhỏ pyruvat bị khử cacbon để tạo thagravenh axit axetic etanol CO2 vagrave axeton Lượng sản phẩm phụ tạo thagravenh phụ thuộc vagraveo sự coacute mặt của oxy

b Lecircn men lactic dị higravenh (khocircng điển higravenh)Xảy ra trong trường hợp vi khuẩn lactic khocircng coacute caacutec enzyme cơ

bản của sơ đồ Embden ndash Mayerhorf ndash Parnas (aldolase vagrave triozophotphatizomerase) vigrave vậy xilulose 5-photphat sẽ được tạo thagravenh theo con đường pento-photphat (PP)

Trong trường hợp nagravey chỉ coacute 50 lượng đường tạo thagravenh axit lactic ngoagravei ra cograven coacute caacutec sản phẩm phụ khaacutec như axic axetic etanol CO2 Caacutec sản phẩm phụ tương taacutec với nhau tạo thagravenh ester coacute mugravei thơm

Phương trigravenh tổng quaacutetC6H12O6 CH3CHOHCOOH+CH3COOH

+C2H5OH+COOH(CH2)2COOH+CO2Glucose axit lactic (40) axit acetic etanol axit sucxinic

Lượng sản phẩm phụ tạo thagravenh hoagraven toagraven phụ thuộc vagraveo giống vi sinh vật vagraveo mocirci trường dinh dưỡng vagrave điều kiện ngoại cảnh noacutei chung thigrave axit lactic thường chiếm 40 lượng đường đatilde được phacircn hủy axit sucxinic 20 rượu etylic chiếm 10 axit axetic 10 vagrave caacutec loại khiacute gần 20

IV Cocircng nghệ sản xuất acid lactic

a Cocircng nghệ sản xuất acid lactic truyền thống1 Taacutec nhacircn vi sinh vật Lactobacillus delbruckii- Trực khuẩn dagravei kiacutech thuốc 05 ndash 08 microm 2-9 microm khocircng di động vi khuẩn gram dương- Coacute khả năng lecircn men được caacutec loại đường glucose maltose fructose galactose vagrave

dextrin- Khocircng coacute khả năng lecircn men xylose arabinose rhamnose lactose raffinose trehalose

inulin mannital- Điều khaacutec nhau cơ bản của Lactobacillus delbruckii với caacutec vi khuẩn khaacutec lagrave noacute

khocircng lecircn men được lactose vigrave vậy khocircng được dugraveng trong cocircng nghiệp sữa Nhưng noacute lại lecircnmen mạnh caacutec đường glucose maltose saccharose necircn được dugraveng trong sản xuất acid lacticTiacutech tụ được 22 acid lactic trong mocirci trường

- Khoảng nhiệt độ phaacutet triển của noacute lagrave tmax=55oC tmin=18oC vagrave topt=45-50oC- Trong dịch nuocirci cấy trực khuẩn nagravey coacute thể tạo thagravenh acid lactic với hiệu suất chuyển

hoaacute so với đường lagrave 70- Trực khuẩn nagravey thường gặp ở caacutec loại hạt cốc đặc biệt lagrave đại mạch- pH từ 50-65

2 Caacutec giai đoạn chiacutenh- Chuẩn bị mocirci trường lecircn men

o Nguyecircn liệu mật rỉ đường Trong cocircng nghiệp đường thường thu được mật rỉ lagrave dịch đường sau khi đatilde kết tinh Caacutec loại mật rỉ gồm coacute

- Mật rỉ hydrol dịch thu được sau khi kết tinh glucose ở caacutec xiacute nghiệp thủy phacircn bột bằngacid để sản xuất glucose Trong hydrol coacute tới 40 - 50 glucose vagrave coacute một hagravem lượng đaacuteng kểNaCl- Rỉ đường ở caacutec nhagrave maacutey đường sản xuất saccharose coacute một phụ phẩm với tỉ lệ khaacute lớnđoacute lagrave rỉ đường Đacircy lagrave một loại nước cốt được taacutech ra sau khi kết tinh đường Coacute hai loại rỉđường lagrave rỉ đường củ cải vagrave rỉ đường miacutea (tugravey thuộc vagraveo nguồn nguyecircn liệu của nhagrave maacuteyđường)

o coacute tiacutenh chất đặc trưng Magraveu nacircu sẫm khoacute taacutech trong quaacute trigravenh lecircn men thu nhận acid lactic ( do bị cocirc đặc nhiều lần necircn tạo ra nhiều caramen melanoid) Hệ keo của mật rỉ lagravem giảm khả năng hogravea tan Oxy tăng aacutep suất thẩm thấu dẫn đến lagravem giảm hiệu suất trao đổi chất của vi khuẩn lactic Ngoagravei ra keo lagrave nguyecircn nhacircn chiacutenh tạo ra một lượng bọt lớn trong mocirci trường nuocirci cấy vi sinh vật giảm hiệu suất sử dụng thiết bị

Caacutec chất thagravenh phần Hagravem lượng ()

Saccharose 32

Chất hữu cơ phi đường 10

Chất tro 8

K2O 35

CaO 15

MgO 01

SiO2 05

SO3 16

Cl2 04

Na2O+Fe2O3+Al2O3 02

P2O5 02

N tổng 05-22

N amin 02-05

Bảng 1 thagravenh phần dinh dưỡng của mật rỉ đường

Vitamin Hagravem lượng (mg)Thiamin 05

Pyridoxin 09Acid pantotenic 70

Biotin 015Riboflavin 012Nicotinamit 15Acid foleic 002

Inozit 500

Bảng 2 thagravenh phần vitamin trong mật rỉ đường

o Xử lyacute Tẩy magraveu thường dugraveng than hoạt tiacutenh Đầu tiecircn mật rỉ được pha loatildeng với

tỉ lệ 13 sau đoacute cho chảy qua cột than hoạt tiacutenh than hoạt tiacutenh sẽ hấp phụ bớt caacutec chất magraveu mật rỉ sẽ saacuteng hơn

Hệ keo mật rỉ sau khi được tẩy magraveu sẽ tiếp tục được pha loatildeng sao cho nồng độ chất khocirc cograven 15 Dugraveng H2SO4 5 để acid hoacutea mocirci trường Đun dung dịch ở 90 ndash 95 oC trong 6 giờ Sau đoacute người ta tiếp tục pha loatildeng dung dịch từ 5-10 đường điều chỉnh pH 63 -65 vagrave lagravem nguội dung dịch xuống 50oC

Ly tacircm thu dịch trong

Higravenh maacutey lọc ly tacircm thu dịch

Dung dịch mật rỉ sau khi được xử lyacute qua caacutec bước trecircn mới được cho lecircn bồn lecircn men

o Vai trograve của H2SO4 Điều hogravea pH Phaacute vỡ hệ keo Chuyển hoacutea đường saccharose thagravenh đường nghịch đảo giuacutep cho quaacute trigravenh

lecircn men cho hiệu suất cao Vi sinh vật bị tiecircu diệt do pH giảm xuống thấp

- Điều khiển quaacute trigravenh lecircn meno Vi khuẩn lactic được nuocirci cấy riecircng sau khi đảm bảo về số lượng ( khoảng 106 tế

bagraveoml) thigrave người ta chuyển giống vagraveo thugraveng lecircn men với tỉ lệ 25 ndash 3o Duy trigrave nhiệt độ lecircn men lagrave 50oC pH 5 ndash 6 thời gian lecircn men từ 7 ndash 10 ngagraveyo Trong quaacute trigravenh lecircn men người ta thường dugraveng vocirci mịn với mục điacutech vừa trung

hogravea acid traacutenh hiện tượng acid hoacutea dung dịch lecircn men vừa tạo ra calci lactate Mỗi ngagravey coacute thể cho 3 ndash 4 lần với lượng tugravey thuộc vagraveo lượng acid lactic tạo thagravenh

o Trong quaacute trigravenh lecircn men tiến hagravenh khuất trộn liecircn tục mocirci trường nhiều trường hợp coacute tiến hagravenh thổi khiacute thigrave lượng acid lactic tạo ra cao hơn nhiều so với khocircng thổi khiacute

- Tạo calci lactate vagrave thu nhận acid lactico Sau khi lecircn men đun noacuteng đến 80 ndash 90oC (để hogravea tan lượng calci lactate đatilde tạo

thagravenh trước đoacute ) dugraveng CaCO3 để điều chỉnh pH của dịch lecircn men đến 10 ndash 11 trong 3 ndash 5 giờ Caacutec chất lắng vagrave sinh khối vi sinh vật sẽ lắng xuống đaacutey loại chất lắng lọc ở nhiệt độ 70 ndash 80oC

o Đưa dịch lecircn men qua thiết bị tạo kết tủa calci lactate trong 10 ndash 16 giờo Thu dịch lọc kết tủa Dịch lọc được cocirc đặc vagrave tạo tủa 1 lần nữa để thu hết acid

lactico Thu nhận acid lactic bằng caacutech cho H2SO4 vagraveo phần kết tủa Dịch acid lactic được

đem đi tẩy magraveu bằng than hoạt tiacutenh vagrave được cocirc đặc chacircn khocircng để thu acid lactic tinh khiết

Caacutec yếu tố ảnh hưởng Ảnh hưởng của pH mocirci trường

Mỗi loại vi sinh vật thiacutech hợp với một giaacute trị pH nhất định của mocirci trường nuocirci cấy pHtối ưu cho sự phaacutet triển của vi khuẩn Lactobacillus delbruekii nằm trong khoảng 5-6 quaacute trigravenhlecircn men bị ức chế mạnh ở pH dưới 45

Ảnh hưởng của nhiệt độNhiệt độ của mocirci trường coacute ảnh hưởng sacircu sắc đến hoạt động sống của tế bagraveo vi khuẩn1048729 Nếu nhiệt độ quaacute thấp sẽ gacircy ức chế đến sự sinh trưởng của tế bagraveo thời gian lecircnmen chậm hiệu suất lecircn men thấp

1048729 Nếu nhiệt độ quaacute cao ngoagravei việc gacircy ức chế cograven coacute thể gacircy chết tế bagraveo Ảnh hưởng của oxy khocircng khiacute

Vi khuẩn lactic thuộc nhoacutem đặc biệt Khi tế bagraveo tiếp xuacutec với oxy khocircng khiacute noacute sẽ sinh raH2O2 một chất độc đối với tế bagraveo Chất loại bỏ H2O2 hữu hiệu nhất lagrave enzyme catalase Tuynhiecircn rất iacutet loagravei vi khuẩn coacute khả năng tạo ra enzyme nagravey chuacuteng thường chỉ coacute enzymeperoxydase nhưng hiệu quả keacutem hơn Do đoacute chuacuteng phaacutet triển tốt nhất khi nồng độ oxy coacute mặttrong mocirci trường thấp hoặc hoagraven toagraven khocircng coacute O2 Trong quaacute trigravenh lecircn men lactic ta cần thựchiện quaacute trigravenh lecircn men yếm khiacute để thu nhận sản phẩm đạt hiệu quả cao nhất

Ảnh hưởng của nồng độ acidAcid lactic lagrave sản phẩm chiacutenh của quaacute trigravenh lecircn men lactic do hoạt động sống của vikhuẩn lactic tạo necircn Caacutec vi khuẩn nagravey chịu được acid tuy nhiecircn với lượng acid tiacutech lũy trongmocirci trường ngagravey cagraveng nhiều sẽ lagravem ức chế sự phaacutet triển của chuacuteng Điều nagravey giải thiacutech được sựthay đổi higravenh thaacutei của vi khuẩn lactic khi ủ chua thức ăn hay ủ chua rau quảĐể giuacutep vi khuẩn lactic phaacutet triển bigravenh thường khocircng bị chiacutenh caacutec sản phẩm do chiacutenhbản thacircn chuacuteng tạo ra ức chế người ta cho vagraveo mocirci trường caacutec chất đệm thiacutech hợp với mộtlượng vừa đủ để trung hoagrave lượng acid sinh raĐiều nagravey được ứng dụng trong sản xuất acidlactic Người ta dugraveng chất đệm lagrave CaCO3 để chuyển acid lactic sang dạng lactate calcium sauđoacute lagrave quaacute trigravenh xử lyacute lactate calcium để thu hồi acid lactic

b Cocircng nghệ sản xuất acid lactic hiện đại1 Taacutec nhacircn vi sinh vật Lactobacillus acidophilus- Trực khuẩn kiacutech thước 06 ndash 09microm 15 ndash 6 microm gram dương coacute khả năng chuyển động

coacute thể nối với nhau thagravenh 1 chuỗi ngắn- Coacute khả năng lecircn men Glucose fructose galactose mannose maltose lactose saccharose- Khocircng coacute khả năng lecircn men xylose arabinose rahamnose glycerol mannitol sorbitol

dulcitol inositol- Trong quaacute trigravenh lecircn men tạo ra cả 2 đồng phacircn quang học acid lactic- Nhiệt độ tối ưu 45 ndash 50 oC

Tecircn vi sinh vật pHcực tiểu pHtối thiacutech pHcực đại

Thiobaccillus thiooxidant 05 20 ndash 28 40 ndash 60Bacillus acidocaldarius 20 40 60Lactobacilus acidophilus 40 52 68Staphylococcus aureus 42 70 ndash 75 93Echerichia coli 44 60 ndash 70 90Clostridium sporogenes 50 ndash 58 60 ndash 76 85 ndash 90Erwinia caratovora 56 71 93Pseudomonas aeruginosa 56 66 ndash 70 80Nấm mốc 12 17 ndash 77 92 ndash 111Saccharomyces cerevisiae 4 58 68


o Dung dịch chứa đường 40 ndash 100g đường trong 1000ml o 1 dầu bắp thocirco 1 ndash 4 nước chiết bắpo Bổ sung caacutec loại khoaacuteng vi lượng vagraveo mocirci trường lecircn men

- Điều khiển quaacute trigravenh lecircn meno Giống cho vagraveo để lecircn men lagrave 5 so với dịch lecircn meno Nhiệt độ luocircn giữ 40 ndash 50oCo Điều chỉnh pH trong suốt quaacute trigravenh 48-5 bằng NaOH

- Thu nhận acid lactico Dugraveng NaCO3 đưa pH dịch lecircn men đến 65 vagrave thực hiện caacutec bước tạo calci lactate

như phương phaacutep truyền thốngo Toagraven bộ dịch lecircn men gồm calci lactate sinh khối được đưa vagraveo thiết bị thẩm tiacutech

điện để thu nhận calci lactate dạng lỏng vagrave sinh khối Sinh khối cograven khả năng lecircn men sẽ được chuyển ngược lại để lecircn men tiếp

o Calci lactate được cocirc đặc chacircn khocircng chuyển vagraveo maacutey thẩm tiacutech điện triacutech ly để thu nhận acid lactic tinh khiết

o Dung dịch acid lactic được đưa qua cột trao đổi ion thứ nhất để taacutech Na+ vagrave caacutec cation khaacutec sau đoacute được đưa qua cột trao đổi ion thứ 2 để taacutech SO4

2- vagrave những hợp chất chứa nitơ

o Độ tinh khiết coacute thể đạt đến 99

V Ứng dụng của acid lactic trong cocircng nghiệp thực phẩmAcid lactic được dugraveng nhiều trong thực phẩm như lagrave 1 chất điều chỉnh pH Acid lactic coacute thể lagravem tăng khả năng tạo bọt của lograveng trắng trứng ( pH thiacutech hợp nhất từ 48 ndash 51) tăng mugravei vị của đồ uống dưa chua ngăn cản sự đổi magraveu của traacutei cacircy rau quả vagrave tạo muối calcium lactate ( 1 chất phụ gia trong bột sữa )

1 Sản xuất dưa chua quả chuaAcid lactic được đưa vagraveo caacutec sản phẩm dưa chua quả chua nhằm mục điacutech giảm pH của dịch chống lại hiện tượng thối rau quả lagravem tăng hương vị của khối ủ chua rau quả Acid lactic được dugraveng để thay thế acid acetic vigrave noacute tỏ ra hiệu quả hơn trong việc giữ được magraveu tự nhiecircn của rau quả magrave vẫn đảm bảo chất lượng rau quả ngacircm chua

2 Sản xuất đậu phụDugraveng trong giai đoạn kết tủa protein của đậu Ta dugraveng dung dịch acid lactic để đưa pH của dung dịch về pI của protein đậu nagravenh lagravem cho protein kết tủa Trong phương phaacutep sản xuất đậu phụ truyền thống người ta thường dugraveng nước chua coacute chứa vi khuẩn lactic

3 Sản xuất caacutec sản phẩm sữa vagrave sản phẩm lecircn men từ sữa- Acid lactic thường được dugraveng bổ sung vagraveo sữa dưới dạng calci lactate nhằm lagravem tăng

lượng khoaacuteng calci vagrave tăng hấp thu calci cho người dugraveng- Nhờ acid lactic magrave casein được kết tủa tạo necircn sự đa dạng cho sản phẩm chế biến từ sữa

Bảng 13 Giới hạn tối đa trong thực phẩm của acid lactic của bộ Y tế Việt Nam Nhoacutem thực phẩm ML (mgkg)

Sữa lecircn men (nguyecircn kem) GMPDầu vagrave mỡ khocircng chứa nước GMPBơ vagrave bơ cocirc đặc(chỉ sử dụng đối với bơ)

GMP

Dầu trộn gia vị (bao gồm caacutec chất tương tự muối)(chỉ sử dụng đối với caacutec chất thay thế cho dược thảo vagrave muối )

GMP

Thức ăn cho trẻ em dưới 1 tuổi GMPThức ăn bổ sung cho trẻ đang tăng trưởng 15000Rượu vang GMP

CAacuteC CHỈ TIEcircU VI SINH VẬT THỰC PHẨM

Do acid lactic được bổ sung vagraveo thực phẩm dưới dạng chất phụ gia necircn tugravey loại thực phẩm được bổ sung vagraveo magrave coacute 1 bảng chỉ tiecircu vi sinh vật riecircng cho từng đối tượng thực phẩm

III Lecircn men lactic

Lecircn men lactic lagrave quaacute trigravenh chuyển hoacutea đường thagravenh axit lactic nhờ vi sinh vật điển higravenh lagrave vi khuẩn lactic Lecircn men lactic lagrave một trong những loại higravenh lecircn men phaacutet triển nhất trong thiecircn nhiecircn coacute hai kiểu lecircn men lactic chiacutenh lagrave lecircn men đồng higravenh vagrave lecircn men dị higravenha Lecircn men lactic đồng higravenh (điển higravenh)

Trong trường hợp nagravey axit pyruvic được tạo thagravenh theo sơ đồ Embden-Mayerhorf-Parnas (EMP) Sau đoacute axit pyruvic sẽ tạo thagravenh axit lactic dưới taacutec dụng của enzyme lactatdehydrogenase




















Saccharose 32


Chất tro 8

K2O 35

CaO 15

MgO 01

SiO2 05

SO3 16

Cl2 04

Na2O+Fe2O3+Al2O3 02

P2O5 02

N tổng 05-22

N amin 02-05





Inozit 500















































GMP


GMP























Saccharose 32


Chất tro 8

K2O 35

CaO 15

MgO 01

SiO2 05

SO3 16

Cl2 04

Na2O+Fe2O3+Al2O3 02

P2O5 02

N tổng 05-22

N amin 02-05





Inozit 500















































GMP


GMP







Saccharose 32


Chất tro 8

K2O 35

CaO 15

MgO 01

SiO2 05

SO3 16

Cl2 04

Na2O+Fe2O3+Al2O3 02

P2O5 02

N tổng 05-22

N amin 02-05





Inozit 500















































GMP


GMP







Inozit 500















































GMP


GMP












































GMP


GMP





























GMP


GMP




















GMP


GMP






GMP


GMP




Documents

Sản xuất acid lactic