Chuyên đề 2 Quy trình sản xuât Lysine

L/O/G/O Chuyên đề 2 QUY TRÌNH SẢN XUÂT LYSINE GV: Phạm Thị Tuyết Mai SV: Nguyễn Đức Vịnh Nguyễn Thị Hằng Vi Thị Nhung Bùi Thị Thu Trang Lớp 42 CNSH Môn học: Công nghệ sinh học thực phẩm SẢN XUẤT LYSINE 1 2 3 4 PHẦN I MỞ ĐẦU PHẦN II NỘI DUNG PHẦN III KẾT LUẬN PHẦN IV TÀI LIỆU THAM KHẢO NỘI DUNG CHÍNH PHẦN I MỞ ĐẦU Lysine là một trong 12 axit amin thiết yếu cần có trong bữa ăn hằng ngày. Nó giúp tăng cường hấp thụ và duy trì canxi, ngăn cản sự bài tiết khoáng chất này ra ngoài cơ thể. Lysine được quan tâm hơn cả vì có nhu cầu khá cao nhưng lại thường bị thiếu hụt nhất trong các khẩu phần ăn chủ yếu dựa vào ngũ cốc (chiếm 70-80% năng lượng). Mặc khác, lysine dễ bị phá hủy trong quá trình chế biến nấu nướng thức ăn, và cơ thể tuyệt đối không thể tổng hợp được. Do đó, thiếu lysine rất phổ biến, đặc biệt ở trẻ nhỏ. Thiếu lysine dẫn đến giảm tổng hợp protein cơ thể, làm cho trẻ chậm lớn, còi cọc, biếng ăn, hay bệnh, thiếu men tiêu hoá, thiếu nội tiết tố... . Biện pháp tối ưu vẫn là bữa ăn đa dạng hợp lý, có đủ các chất dinh dưỡng trong đó có lysine. Thức ăn giàu lysine là trứng, sữa, thịt, cá, các loại đậu, nhất là đậu nành. Cũng có thể bổ sung lysine vào thực phẩm. Một cách dễ thực hiện khác là có thể bổ sung thêm bằng thuốc bổ có lysine. PHẦN II NỘI DUNG Text in hre 2.1. Giới thiệu chung về acid amin Acid amin được phân thành một số họ trên cơ sở các phản ứng mở đầu chung trong quá trình sinh tổng hợp. Các họ này là: Họ acid amin thơm : phenylalanin , triptophan , tirozin Họ aspactat : asparagin , acid aspactic , izoloxin , lisine , metionin , treonin Họ glutamat : alanin , loxin , valin Họ xerin : xixtein , glixin , xerin. Aicd amin thường chứa nhóm – NH2 ( nhóm amin ) và – COOH ( nhóm cacboxil ) Các axit amin có cấu trúc đặc trưng như sau : NH2 R – C – COOH H PHẦN II NỘI DUNG Text in hre 2.2. Giới thiệu chung về Lysine Lysine là một axit amin có chứa 2 nhóm (-NH2) và một nhóm (- COOH). Chúng có công thức hoá học như sau: CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH – COOH | | NH2 NH2 Tên quốc tế : 2,6-diaminohexanoic acid Công thức hóa học: C6H14N2O2 Khối lượng phân tử gam: 146.188 g/mol Lysine là một α-amino acid PHẦN II NỘI DUNG Text in hre 2.2. Giới thiệu chung về Lysine Lysine là một axit amin thuộc họ aspartat, được tổng hợp qua con đường trao đổi chất phân nhánh. Qua con đường này còn có metionin, treonin, izoloxin cũng được tạo thành. 2.2. Giới thiệu chung về Lysine 2.2.1. Đặc tính Lysine Lysine là một axit amin rất cần cho hoạt động sống của người và động vật. chúng thuộc loại axit amin không thay thế. Lysine giữ vai trò sống còn trong sự tổng hợp protein. Nó là chìa khoá trong việc sản xuất các enzyme, hoocmon và các kháng thể giúp cơ thể tăng cường sức đề kháng và chống trả với bệnh tật, đặc biệt ngăn cản sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh mụn rộp môi hay mụn rộp sinh dục. Lysine có nhiều trong trứng , thịt , sữa, cá, đậu nành… nhưng dễ bị phá huỷ trong quá trình chế biến, nấu nướng thức ăn. Lysine giúp trẻ ăn ngon miệng, gia tăng chuyển hoá hấp thu tối đa dinh dưỡng. Cơ thể người và động vật thiếu lysine cơ thể sẽ khó hoạt động bình thường, đặc biệt ở động vật còn non và trẻ em sẽ xảy ra hiện tượng chậm lớn , trí tuệ phát triển kém, dễ thiếu men tiêu hoá và nội tiết tố 2.2. Giới thiệu chung về Lysine 2.2.2. Ứng dụng của Lysine trong thực tế Lysine thường được sử dụng để bổ sung vào thức ăn cho gia súc, khẩu phần ăn và phổ biến hơn cả là bổ sung vào các thực phẩm chức năng. Theo các nước châu Âu, Mỹ, Nhật thì thực phẩm chức năng là một loại thực phẩm ngoài 2 chức năng truyền thống là : cung cấp các chất dinh dưỡng và thỏa mãn nhu cầu cảm quan, còn có chức năng thứ 3 được chứng minh bằng các công trình nghiên cứu khoa học như tác dụng giảm cholesterol, giảm huyết áp, chống táo bón, cải thiện hệ vi khuẩn đường ruột… Theo bộ Y tế Việt Nam: thực phẩm chức năng là thực phẩm dùng để hộ trợ chức năng của các bộ phận trong cơ thể người, có tác dụng dinh dưỡng, tạo cho cơ thể tình trạng thoải mái, tăng sức đề kháng và giảm bớt nguy cơ gây bệnh. 2.2. Giới thiệu chung về Lysine 2.2.2. Ứng dụng của Lysine trong thực tế Một số thực phẩm chức năng trên thị trường Siro unikids Sữa PediaPlus 2.3. Các phương pháp sản xuất Lysinne 2.3.1. Phương pháp thủy phân Người ta dùng acid hoặc kiềm để thủy phân các nguyên liệu chứa nhiều protein. Các phương pháp này hiện nay vẫn đang được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là: - Cần thiết bị chịu acid hoặc chịu kiềm. - Trong trường hợp sử dụng kiềm để thủy phân sẽ tạo ra nhiều acid amin dạng D . - Trong trường hợp sử sụng acid để thủy phân sẽ tạo ra ô nhiễm môi trường không khí do lượng acid dư bay hơi trong quá trình thủy phân. - Giá thành thường cao. 2.3. Các phương pháp sản xuất Lysinne 2.3.2. Phương pháp tổng hợp hóa học Đây cũng là phương pháp được áp dụng nhiều trong thực tế. Tuy nhiên, phương pháp này cũng lại cho ra những acid amin raxemic ( hỗn hợp acid amin dạng D và dạng L ). Việc tách 2 loại acid amin này ra rất tốn kém. 2.3.3. Phương pháp kết hợp Người ta kết hợp phương pháp hóa học và phương pháp sinh học. Bằng con đường hóa học, người ta thu nhận hợp chất dạng L – Keto và các tiền chất của acid amin. Sau đó người ta sử dụng vi sinh vật để chuyển hóa những chất này thành acid amin. 2.3. Các phương pháp sản xuất Lysinne 2.3.1. Phương pháp tổng hợp acid amin bằng công nghệ vi sinh vật Phương pháp này lợi dụng khả năng sinh tổng hợp thừa một số loại acid amin của một số vi sinh vật, người ta nuôi cấy vi sinh vật để thu nhận các acid amin. Phương pháp này có rất nhiều ưu điểm: - Phương pháp này cho phép ta thu nhận acid amin dạng L - Nguyên liệu sản xuất rẻ, dễ kiếm. - Tốc độ trao đổi chất, tốc độ sinh sản và phát triển mạnh của vi sinh vật cho phép ta được năng suất cao. - Giá thành sản phẩm thấp hơn giá thành sản phẩm từ những - phương pháp khác. 2.3. Các phương pháp sản xuất Lysinne 2.3.1. Phương pháp tổng hợp acid amin bằng công nghệ vi sinh vật Ø Cơ chế tổng hợp lysine Điểm quan trọng trong cơ chế sinh tổng hợp lysine của vi khuẩn là lysine tổng hợp cùng với methionin, treonin đều xuất phát từ một chất chung, đó là chất Aspactat – β – semialdehyd. Qúa trình tổng hợp xảy ra sơ đồ sau : 2.3. Các phương pháp sản xuất Lysinne 2.3. Các phương pháp sản xuất Lysinne 2.3.1. Phương pháp tổng hợp acid amin bằng công nghệ vi sinh vật Ø Cơ chế tổng hợp lysine Điểm quan trọng trong cơ chế sinh tổng hợp lysine của vi khuẩn là lysine tổng hợp cùng với methionin, treonin đều xuất phát từ một chất chung, đó là chất Aspactat – β – semialdehyd. Qúa trình tổng hợp xảy ra sơ đồ sau : 2.3. Các phương pháp sản xuất Lysinne 2.3.1. Phương pháp tổng hợp acid amin bằng công nghệ vi sinh vật Ø Cơ chế tổng hợp lysine Từ sơ đồ trên cho ta thấy rằng: muốn vi khuẩn tạo ra nhiều Lysine thì sự tiến hoá phải theo nhánh 3. Ở đây, các chủng đột biến mất enzyme homoserin dehydrogenase, do đó sẽ không tạo ra tronin và methionin. Mặt khác, enzyme dihydropicolinatsyntetase không mẫn cảm dị lập thể nên sự ức chế không còn. Kết quả là Lysine sẽ được tổng hợp thừa 2.3.1. Phương pháp tổng hợp acid amin bằng công nghệ vi sinh vật 2.3.1.1. Giống vi sinh vật Trong tự nhiên có nhiều vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp lysine, nhưng số chủng vi khuẩn có khả năng sinh tổng hợp thừa lysine có thể sử dụng để sản xuất theo qui mô công nghiệp không nhiều. Trong sản xuất công nghiệp, người ta thường sử dụng những chủng vi khuẩn đột biến để sản xuất lysine. Các chủng vi khuẩn được sử dụng nhiều trong công nghiệp như: - Corynebacterium glutamicum ( trước đây gọi là Micrococcus glutamicus ) - Brevibacterium flavum - Brevibacterium lactofermentum - Corynebacterium acetophilum - Gleocladium sp -Ustilago maydis - Trong đó, Corynebacterium glutamicum là vi khuẩn gram dương, hình dạng không đồng đều, không di động, không sinh bào tử, là vi khuẩn hiếu khí dạng que. 2.3.1. Phương pháp tổng hợp acid amin bằng công nghệ vi sinh vật 2.3.1.1. Sản xuất Lysine bằng công nghệ vi sinh vật Ø Nguyên liệu: -Nguồn cacbon Rỉ đường mía là phần còn lại của dung dịch đường sau khi đã tách phần đường kính kết tinh. Số lượng và chất lượng của rỉ đường phụ thuộc vào gióng mía, điều kiện trồng trọt, hoàn cảnh địa lý và trình độ kỹ thuật chế biến của nhà máy đường. -Nguồn nitơ Người ta thường dùng các loại muối chứa NH4+ như NH4Cl, ( NH4)2SO4, NH4H2PO4 , (NH4)2HPO4 , NH4OH hay khí NH3 hoặc ure làm nguồn cung cấp nito. Trong công nghiệp người ta thường dùng NH3, dưới dạng nước , khí hoặc ure. - Muối khoáng Được sử dụng nhiều nhất là các dạng muối photpho. Nồng độ photpho thích hợp là: 0,008 – 0,02mg/l. Ngoài muối photpho ra, trong sản xuất, người ta phải bổ sung thêm MgSO4.7H2O với hàm lượng 0,03 – 0,5%. 2.3.1. Phương pháp tổng hợp acid amin bằng công nghệ vi sinh vật 2.3.1.1. Sản xuất Lysine bằng công nghệ vi sinh vật Ø Nguyên liệu: - Chất kích thích sinh trưởng Sử dụng biotin với hàm lượng 0,3mg/l và thiamin với hàm lượng 0,1mg/l 2.3.1. Phương pháp tổng hợp acid amin bằng công nghệ vi sinh vật 2.3.1.1. Sản xuất Lysine bằng công nghệ vi sinh vật Ø Qui trình tổng hợp Lysine Qui trình tổng hợp lysine bằng phương pháp lên men cũng giống như một qui trình lên men cổ điển, được tiến hành theo các giai đoạn sau: 2.3.1. Phương pháp tổng hợp acid amin bằng công nghệ vi sinh vật 2.3.1.1. Sản xuất Lysine bằng công nghệ vi sinh vật Ø Chuẩn bị môi trường Trong sản xuất Lysine, thường sử dụng các môi trường (ứng với 1000 ml)có các thành phần sau: Rỉ đường (130g), đậu tương thủy phân (10g) , NH4Cl (20g) , ure (5g) , KH2PO4 (1g) , MgSO4.7H2O (0,4g) , FeSO4 .7H2O (10mg) , MnSO4.4H2O (8mg), biotin (0,3mg) , thiamin (0,1mg) ( duy trì pH = 7.0 bởi NaOH 2M). Sau khi pha chế xong môi trường , ta tiến hành hấp khử trùng môi trường ở áp suất 1atm trong 45 phút ØNhân giống Giống được mua ở cơ sở sản xuất giống có uy tín để đảm bảo chất lượng giống tốt là điều rất quan trong vì giống không tốt tức đáp ứng được yêu cầu của một giống VSV công nghiệp thì sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng sản phẩm . 2.3.1. Phương pháp tổng hợp acid amin bằng công nghệ vi sinh vật 2.3.1.1. Sản xuất Lysine bằng công nghệ vi sinh vật ØNhân giống Quá trình nhân giống Corynebacterium glutamicum trước khi tiến hành len men để tạo sản phẩm là L-lysin gồm 2 giai đoạn : + Giai đoạn 1 : Nhân giống trong Erlen dung tích 500ml . Dùng Erlen 500ml cho vào 150ml môi trường đã chuẩn bị sẵn trước đó , cấy giống với tỷ lệ giống là 10% vào . Nuôi cấy trên thiết bị lắc (vận tốc 200v/p ) trong 24h , giữ ở nhiệt độ 30oC và pH=7 + Giai đoạn 2 : Nhân giống trên hệ thống lên men 150 lít /mẻ trong 24h , thiết bị nhân giống này là một thiết bị lên men cỡ nhỏ , thiết bị có trang bị cánh khuấy (với vận tốc 200v/p) và hệ thống sục khí oxy . Ở giai đoạn này giống cũng được cấy vào với tỷ lệ 10% so với thể tích môi trường , lượng oxy cần cung cấp là 100% vì giống Corynebacterium glutamicum là VSV hiếu khí cao , vẫn phải duy trì nhiệt độ là 30oC và pH=7 . 2.3.1. Phương pháp tổng hợp acid amin bằng công nghệ vi sinh vật 2.3.1.1. Sản xuất Lysine bằng công nghệ vi sinh vật Ø Lên men Tiến hành lên men trên hệ thống lên men 1500 l/mẻ trong 72h ở 30oC và luôn giữ pH=7 . Thiết bị lên men cũng được trang bị cánh khuấy và hệ thống sục khí tự động ØThu nhận và tinh sạch lysine Sau khi lên men, nồng độ chất khô trong dung dịch lên men vào khoảng 10 – 13%. Dung dịch sau khi lên men rất dễ bị hỏng do quá trình tự phân của vi khuẩn và do quá trình dễ bị nhiễm bỡi các vi sinh vật khác. Do đó, người ta thường giải quyết theo hai cách sau: - Đem dịch sau lên men đi thu nhận và tinh chế lysine ngay Dùng HCl axit hoá dung dịch lên men ( đưa về pH=5). Đồng thời, người ta bổ sung metabisulfit natri với liều lượng 0,4% so với dịch lên men để bảo quản dung dịch lên men. Quá trình thu nhận lysine tiếp tục đựơc thực hiện như sau: Dung dịch lên men đựơc bơm vào nồi cô đặc chân không (RP2- do Anh sản xuất), tiến hành cô đặc cho đến khi nồng độ chất khô trong dịch đạt tới 35 – 40%. Ta thu chế phẩm thô đầu tiên. 2.3.1. Phương pháp tổng hợp acid amin bằng công nghệ vi sinh vật 2.3.1.1. Sản xuất Lysine bằng công nghệ vi sinh vật Ø Lên men Tiến hành lên men trên hệ thống lên men 1500 l/mẻ trong 72h ở 30oC và luôn giữ pH=7 . Thiết bị lên men cũng được trang bị cánh khuấy và hệ thống sục khí tự động ØThu nhận và tinh sạch lysine - Đưa dịch đã cô đặc đem sấy phun. Cách làm này cho ta hàm lượng lysin rất cao và độ ẩm giảm rất nhanh. Độ ẩm cuối cùng của loại sản phẩm này khoảng 5 – 6 %. 2.3.1. Phương pháp tổng hợp acid amin bằng công nghệ vi sinh vật 2.3.1.1. Sản xuất Lysine bằng công nghệ vi sinh vật ØCác yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lên men - Môi trường lên men Nhiệt độ trong quá trình lên men duy trì ở 28 – 300C. PH trong quá trình lên men duy trì ở 7,0 – 7,6. Lượng không khí đưa vào bằng dung dịch lên men/1 phút. Quá trình lên men là lên men chìm được thực hiện trong các thiết bị lên men có cánh khuấy và thổi khí liên tục. - PHẦN III KẾT LUẬN Lysine là một lượng axít amin rất cần thiết với cơ thể con người, nhất là đôí với trẻ em đang lớn, lysine có vai trò rất quan trọng vơí việc phát dục của trẻ. Ngày nay, thu nhập của con người ngày càng được nâng cao, sự tiếp thu protein động vật ngày một cao, đương nhiên lượng tiếp thu lysine ngày càng cao. Về mặt chăn nuôi, trong chăn nuôi gia cầm, gia súc, lysine dùng làm chất phụ gia đã làm cho vật nuôi trưởng thành nhanh chóng, mang hiệu quả kinh tế cao. Vì vậy đi đôi với việc gia tăng nhu cầu tiêu dùng thịt, thì với gia súc xưa này vẫn cung cấp thức ăn protein thực vật, sẽ có nhu cầu sử dụng lysine ngày càng lớn và trở nên quan trọng. Do đó, công nghiệp chế tạo lysine có một tiềm năng phát triển không nhỏ. PHẦN IV TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Đức Lượng, Vi Sinh Vật Học Công Nghiệp, NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2006 2. Nguyễn Đức Lượng, Công Nghệ Sinh Học, NXB ĐH Quốc Gia TP.HCM, 2001 3. Nguyễn Lân Dũng và Nguyễn Đình Quyến cùng Phạm Văn Ty, Vi Sinh Vật Học, NXB Giáo Dục, 2003 4. GS.TS.Nguyễn Thị Hiền, Công Nghệ Sản Xuất Mì Chính Và Các Sản Phẩm Lên Men Cổ Truyền, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, 2006 5. Trần Thị Thanh, Công Nghệ Vi Sinh, NXB Giáo Dục, 2007. L/O/G/O Thank You! w w w . t h e m e g a l l e r y . c o m