Đề tài Công nghệ sản xuất bột ngọt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC –— Công nghệ sản xuất bột ngọt GVHD: TS NGUYỄN HOÀI HƯƠNG NHÓM SVTH: 1.ĐẶNG XUÂN PHONG 2.NGUYỄN HOÀNG ÂN 3.TRẦN VĂN PHONG 4.NGUYỄN DUY ĐẠI 5. NGUYỄN THÁI LỘC 6. TRẦN TUẤN SƠN - 2008- Mục lục Công Nghệ Sản Xuất bột ngọt I. Sơ lược về mì chính và vai trò của mì chính trong xã hội hiện nay I.1 Vai trò của axit glutamic I.2 Vai trò của bột ngọt I.3 Tình hình sản xuất bột ngọt trên thế giới và VNQ5 II. Các phương pháp sản xuất bột ngọt II.1 Phương pháp tổng hợp hoá học II.2 Phương pháp tổng hợp protit II.3 Phương pháp lên men II.4 Phương pháp kết hợp III. Sản xuất bọt ngọt bằng phương pháp lên mẽn A. Qúa trình chuẩn bị 1. Nguyên liệu 1.1 Tinh bột sắn 1.2 Rỉ đường mía 2. Tuyển chọn giống vi sinh vật 3. Các yếu tố ảnh hưởng đến QTSX 3.a Nguồn cacbon 3.b Nguồn Nitơ 3.c Nguồn muối vô cơ khác 3.d Ảnh hưởng của pH 3.e Ảnh hưởng của nhiệt độ 3.f Anh hưởng của hệ thống gió và khuấy 3.g Anh hưởng của thực khuẩn thể 3.h Anh hưởng của dầu phá bọt 4. Các yếu tố điều hoà quá trình lên men 5. Cơ sở khoa học của việc hình thành L-AG 5.1 Vi sinh vật lên men phân giải glucose 5.2 Các sản phẩm của quá trình lên men B. Dây chuyền công nghệ sản xuất theo phương pháp lên men 1. Công đoạn thuỷ phân 2. Công đoạn lên men 2.1 Giống – chủng 2.2 Môi trường lên men 3. Qúa trình lên men công nghiệp ở nồi lên men cấp 3.1 Xử lý ure và dầu phá bọt 3.2 Xử lý không khí 3.3 Các giai đoạn xảy ra 4. Công đoạn trao đổi ion 5. Tinh chế và hoàn thành sản phẩm axit glutamic IV. Một số thiết bị lên men Một số sơ đồ và máy móc Tài liệu tham khảo CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT NGỌT Sơ lược về mì chính và vai trò của bột ngọt trong xã hội ngày nay: Lịch sử phát hiện bột ngọt: Cách đây hàng ngàn năm người nhật bắt đầu dùng rong biển làm thực phẩm, họ phát hiện ra loại rong lá( có tên khoa học là Laminaria japonica) còn là một loại gia vị hảo hạn. Vào thời ấy, hoạt chất của loại rong lá làm thức ăn có hương vị đậm đà (do acid glutamic) chưa được nhận diện. Vào năm 1980, nhà bác học Rittenhausen ở Đức đang tìm kiếm để xác định cơ cấu của các protein động vật, đặc biệt là acid amin kể cả acid glutamic. Tuy nhiên, việc phát hiện ra hoạt chất có trong rong biển làm cho thức ăn có mùi vị ngon là Ikeda. Ong đã khám phá ra thứ hoạt chất trích từ rong biển là monosodium glutamate, đây là một muối của acid glutamic. Vào 21/4/1909 ông đã đăng ký paten số 9440 với nhan đề là “ sản xuất chất liệu gây vị”. Năm 1909 ông kết hợp với nhà kinh doanh có tên là Saburosuke Suzuki (là một dược sĩ), họ đã chọn từ “ Aji nomoto “ làm tên cho sản phẩm của mình. “Aji” có nghĩa là nguồn gốc, “moto” có nghĩa là hương vị. Đến năm 1933 sản xuất bọt ngọt tại Nhật đạt 4,5 triệu kg hàng năm. Bột ngọt hay còn được gọi là Mì chính (tên tiếng anh là monosodium glutamate , seosoning glutamate) la một hợp chất muối natri của axit glutamic, là chất điều vị có giá trị trong công nghiệp thực phẩm , được sử dụng thường xuyên trong các món ăn hàng ngày của người dân ( đặc biệt là ở các nước phương đông : trong đó có VN). Công thức của mì chính : VAI TRÒ CỦA A.GLUTAMIC: Đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất của người và động vật, trong việc xây dựng Protit, xây dựng các cấu tử tế bào. Tổng hợp nên các aminoacid khac như alanin, losin, cytein, prolin,….tham gia vao phản ứng chuyển amin giúp cơ thể tiêu hoá nhóm amin và loại bỏ nhóm NH3 ra khỏi cơ thể. Nó chiếm phần lớn thành phần protid và chất xám của não, đóng vai trò quan trọng trong biến đổi sinh hoá của hệ thần kinh trung ương. Trong y học còn sử dụng a.glutamictrong trường hợp suy nhược thần kinh nặng , mỏi mệt mất trí nhớ , sự đầu độc NH3 vào cơ thể, một số bệnh về tim v.v… 1 hợp chất của a.glutamate là N-acetylglutamate là chất hoạt động bề mặt , VSV có thể phân giải được , ít ăn da ,được sử dụng trong công nghiệp mĩ phẩm, xà phòng và dầu gội đầu. Acetylglutamate dược dùng tròngxử lý nước biển ô nhiểm do dầu hoả và dầu thực vật gây nên….. L-AG phân bố rộng rãi trong tự nhiên dưới dạng hợp chất và dạng tự do, có trong thành phần cấu tạo của protein động thực vật Công thức acid glutamic: H VAI TRÒ CỦA MÌ CHÍNH: Khi trung hòa a.glutamic( NaOH, NAH2PO4, Na2HPO4) chuyển thành glutamatnatri (mì chính), kết tinh có vị ngọt dịu trong nuớc , gần giống với vị của thịt , có ý nghĩa lớn đối với đời sống con người - Mì chính là chất điều vị trong chế biến thực phẩm, làm gia vị cho các món ăn . Nhờ đó sản phẩm hấp dẫn hơn và L-AG được đưa vào cơ thể làm tăng khả năng lao động trí óc và chân tay của con người - Các nghiên cứu khoa học đã chỉ ra rằng glutamate đóng vai trò quan trọng trong cơ chế chuyển hóa chất bổ dưỡng trong cơ thể con người. - Glutamat tự nhiên có trong thực phẩm và glutamate có nguồn gốc từ mì chính đều giống nhau - Vào năm 1987 FAO và WHO đã xác nhận mì chính là an tòan . Tuy nhiên mì chính là một phụ gia làm tăng hương vị của thực phẩm và không thay thế cho thịt cá trứng . Do đó tùy vào lọai thực phẩm mà ta se sử dụng mì chính một cách thích hợp. 3) TÌNH HÌNH SẢN XUẤT MÌ CHÍNH TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM Ngày nay sản xuất mì chính hòan tòan theo phương pháp lên men Sản lượng mì chính của Nhật tăng lên nhanh chóng Năm 1961 15.000 tấn Năm 1966 67.000 tấn Năm 1967 72.000 tấn Sản lượng mì chính của thế giới cũng tăng Năm 1965 109.000 tấn Năm 1985 370.000 tấn Năm 1989 613.330 tấn Việt Nam 1980 tấn Các công ty sản xuất mì chính + Ajinomoto + Vedan + Miwon +A- One +Orgsan +Milliket Một số công trình nghiên cứu của các nhà khoa học: Lương Đức Phẩm (1972) : 30-35g/l L-AG sử dụng chủng Brevibacterium Flavum lên men đường Sacaroza hoặc rỉ đường trong bình lắc 1986 Nguyễn Thiện Luân và cộng sự : 37-45g/l L-AG với glucoza 12% trong II) CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT MÌ CHÍNH - Hiện nay trên thế giới có 4 phương pháp sản xuất cơ bản: Phương pháp tổng hợp hóa học Phương pháp thủy phân protit Phương pháp lên men Phương pháp kết hợp 1) Phương pháp tổng hợp hóa học Phương pháp này ứng dụng các phản ứng tổng hợp hóa học để tổng hợp nên các a.glutamic và các aminoaxit khác từ các khí thải của công nghiệp dầu hỏa hay các ngành khác Ưu điểm: Phương pháp này có thể sử dụng nguồn nguyên liệu không phải thực phẩm để sản xuất ra và tận dụng được các phế liệu của công nghiệp dầu hỏa Nhược điểm: Chỉ thực hiện được ở các nước có công nghiệp dầu hỏa phát triển và yêu cầu kĩ thuật cao. Tạo hỗn hợp không quay cực D,L-axit glutamic, Việc tách L-axit glutamic ra lại khó khăn làm tăng giá thành sản phẩm. 2) Phương pháp thủy phân protit: Phương pháp này sử dụng các tác nhân xúc tác là các hóa chất hoặc fecmen để thủy phân một nguồn nguyên liệu protit nào đó( khô đậu, khô lạc…) ra một hỗn hợp các aminoaxit, từ nay tách các axit glutamic ra và sản xuất mì chính Ưu điểm: dễ khống chế quy trình sản xuất và áp dụng được vào các cơ sở thủ công , bán cơ giới và cơ giới dễ dàng Nhược điểm: Cần sử dụng nguyên liệu giàu protit hiếm và đắt Cần nhiều hóa chất và các thiết bị chống ăn mòn Hiệu suất thấp đưa đến gía thành cao 3) Phương pháp lên men Phương pháp này lợi dụng một số vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp ra các axit amin từ các nguồn gluxit và đạm vô cơ . Sử dụng một số vi sinh vật để lên men như là Micrococcus glutamicus, Brevi bacterium Ưu điểm: Không sử dụng nguyên liệu protit Không cần sử dụng nhiều hóa chất và thiết bị chịu ăn mòn Hiệu suất cao, gía thành hạ Tạo ra axit glutamic dạng L, có họat tính sinh học cao 4) Phương pháp kết hợp: Đây là phương pháp tổng hợp hóa học và vi sinh vật học Phương pháp vi sinh vật học tổng hợp nên axit amin từ các nguồn đạm vô cơ và gluxit mất nhiều thời gian, do đó người ta lợi dụng các phản ứng tổng hợp tạo ra những chất có cấu tạo gần giống axit amin , từ nay lợi dụng vi sinh vật tiếp tục tạo ra axit amin Phương pháp này tuy nhanh nhưng yêu cầu kỹ thuật cao, chỉ áp dụng và nghiên cứu chứ ít áp dụng vào công nghiệp sản xuất. III) SẢN XUẤT BỘT NGỌT BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN: A) Các quá trình chuẩn bị 1) Nguyên liệu: Do vi sinh vật lên men sử dụng nguồn dinh dưỡng chủ yếu là các loại đường , nên nguyên liệu cho CN lên men phải giàu gluxit như: tinh bột sắn, rỉ đường, glucose, saccharose. Tinh bột sắn: Nguồn gốc: Tinh bột sắn được sản xuất trong quá trình chế biến củ sắn. Có hai lọai sắn: sắn đắng và sắn ngọt khác nhau về hàm lượng tinh bột và xyanua. Sắn đắng nhiều tinh bột hơn nhưng đồng thời cũng có nhiều acid xyanhydric, khoảng 200 -> 300 mg/kg. Xắn ngọt có ít axit xyanhdric hơn và được dùng làm lương thực thực phẩm. Sắn trông chủ yếu ở các tỉnh phía bắc chủ yếu là sắn ngọt và tinh bột thu được không có HCN. Thành phần hoá học sắn phụ thuộc vo trình độ và kỹ thuật chế biến sắn: Tinh bột: 83 -> 88% Nước : 10.6 ->14.4% Xenlulose: 0.1 -> 0.3% Đạm: 0.1 -> 0.4% Chất khoáng : 0.1 -> 0.6% Chất hoà tan : 0.1 -> 1.3% Trong thành phần của tinh bột sắn thường chứa tới 83 -> 88% tinh bột rất thích hợp cho sản xuất . Các phương pháp thu nhận tinh bột sắn: Thủy phân bằng dung dịch acid: dùng dung dịch HCl hoặc H2SO4, khi dùng với HCl thì thời gian thủy phân nhanh hơn nhưng không thể tách gốc Cl ra khỏi dung dịch được. Dùng dung dịch H2SO4 thì thời gian thủy phân chậm hơn nhưng có thể tách gốc acid ra khỏi dung dịch bằng CaCO3. Thủy phân bằng enzyme: dùng á- amylase cắt liên kết 1,4 – glucoside, và â – amylase cắt liên kết 1,6 – glucoside. 1.2) Rỉ dường mía: Rỉ đường mía là phần còn lại của dịch đường sau khi đã tách phần đường kính kết tinh, thông thường mía thu được chiếm 3 - 4 % trọng lượng mía đưa vào chế biến. Số lượng và chất lượng của rỉ đườngphụ thuộc giống mía , điều kiện trồng trọt , hoàn cảnh địa lý và trình độ chế biến của nhà máy đường. Thành phần chính của rỉ đường là: đường 62%, các chất phi đường 10%, nước 20% Đường trong rỉ đường bao gồm: 25 ->40% saccharose, 15 -> 25% đường khử (glucose và fructose) , 3 -> 5% là đường không lên men được. Các chất phi đường gồm có các chất vô cơ và hữu cơ . Chất hữu cơ chứa Nitơ của đường chủ yếu là axitamin cung với một lượng nhỏ protêin và sản phẩm phân giải của nó.Nitơ tổng số trong rỉ đường của Mỹ xê dịch trong khoảng0.4 ->1.5%. Các chất phi đường vô cơ là các lọai muối tìm thấy trong thành phần tro của rỉ đường. Độ tro của rỉ đường mía thấp hơn độ tro của rỉ đường củ cải Rỉ đường mía còn chứa nhiều các nguyên tố khác với lượng cực kì nhỏ như là Fe, Zn, Mn, Cu, B, Co, Mo Rỉ đường mía rất giàu các chất sinh trưởng như a.patotenic. nicotinic, folic, B1, B2, và đặc biệt là biotin Có rất nhiều lọai vi sinh vật trong rỉ đường mía. Có thể phân chúng làm 3 lọai : vi khuẩn, nấm men , nấm mốc. Trong đó vi khuẩn là nguy hiểm hơn cả vì gồm nhiều giống có khả năng sinh bào tử 2) Tuyển chọn giống VSV: Đây là quá trình then chốt của toàn bộ quá trình lên men, sản phẩm làm ra có được như ý muốn của các nhà sản xuất, có đảm bảo được các tiêu chuẩn khắt khe về thành phần , độ tinh sạch , giá trị cảm quan phụ thuộc rất lớn vào khâu tuyển giống. Kihoshita va các cộng sự đã thử 175 loài nấm mốc , 468 chủng nấm men, 372 chủng vi khuẩn và 650 chủng vi khuẩn chỉ có 22% trong số đó là có khả năng lên men được L-A.glutamic(L-AG) nhưng xét toàn diện thì đây là 1 con số rất lớn , cung cấp đa dạng cho quá trình lên men. Trong các chủng VSV kể trên thì xạ khuẩn là nhóm có khả năng lên men cao nhất với 30%, vi khuẩn 20% và nấm mốc 10%. Tuy nhiên nếu xét về quy mô , giá thành , cũng như khả năng ứng dụng vào sản xuất thì vi khuẩn vẫn là sự lưa chọn số 1 vì: Dễ nuôi cấy trên phòng thí nghiệm. Khả năng sinh sản nhanh hơn nhiều so với các VSV khác đáp ứng được các nhu cầu kỹ thuật, thời gian lên men đưiợc rút ngắn lại . Quá trình lên men được tiến hành dễ dàng Dễ gây đột biến tạo ra những tính năng có lợi cho sản xuất Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của KHKT hiện nay, càng lúc càng có nhiều chủng mới được tìm ra mang những tính năng vượt trội tạo ra nhiều sản phẩm hoặc là thích hợp nuôi cấy trên nhưng môi trường đặc biệt như brevibacteriumsp.No 6 (do yamamoto tìm ra )sinh ra 72g L-AG/1L môi trường với hiệu suất chuyển hoà là 85%(lý thuyết là 120%), hay chủng bacillus megatheriumsp6126 và pseudomonas alcaligen attcc 12815 lên men trong môi trường axit Dl-pyrolidoncaboxylic đạt hiệu suất 90%. Gần đây các nhà khoa học đã tạo ra được những giống VSV đột biến bằng tia cực tím,tia phóng xạ và hoá chất hay tái tô’hợp AND các tế bào đã tạo ra các chủng mới có nhiều đặc tính quý mà các chủng gốc không có được như tạo L-AG trong môi trường giàu biotin mà không cần thêm các chất kháng biotin,tạo L-AG với hiệu suất cao, có khả năng lên men cho hiệu suất tạo L-AG rất cao, chống chịu được với những điều kiện môi trường khắc nghiệt , dễ ứng dụng vào CN, kháng lại các chất kháng sinh… ví dụ như: kikuchi và các cộng sự , Nakao và cộng sự tạo được thể đột biến Corynebacterium No 314 đòi hỏi glyxerin cho sinh trưởng và tạo nhiều L-AG, hiệu suất lên men tăng từ 60g/L (chủng gốc ) lên 72g/L( thể đột biến) trong cùng điều kiện. Kobayashi và cộng sự tạo thể đột biến corymebacterium hydrocacboclastus UV PG-R10 từ C. hydrocacboclastus R-7 bền vững vơi penicilin tích luỷ 84 g/L L-AG từ x-hexadecan trong khi nguyên chủng chỉ có 26g/L Tính năng kháng lại các chất kháng sinh trong môi trừơng lên men là rất quan trọng trong quá trình tuyển giống , khi giống lên men mang những đặc tính này chúng ta không cần mất quá nhiều công sức , tiền của,…… vào việc thanh trùng , tiệt trùng hay ức chế sự hoạt động các loại VSV khác gây hại mà vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm không bị nhiễm các tạp chất khác ( do chỉ có vài hoăc một vài VSV tồn tại được trong môi trường khi thêm các chất kháng sinh vào) -> dễ kiễm soát sự tạo thành sản phẩm , mức độ tinh sạch của sản phẩm… Murakami và các cộng sự tạo thể đột biến từ Brevibacterium và Corynebacterium bền vững với các kháng sinh , ức chế phản ứng tạo màng tế bào , sinh trưởng trong môi trường áp suất thẩm thấu cao và tạo L-AG bình thường. Một tính năng nữa cần lưu ý đối với Vi khuẩn lên men là nó có khả năng chống chịu với các phage( thực khuẩn thể) . Những vi khuẩn nào bền với thực khuẩn thể , có biên độ pH dao động thích hợp cho quá trình lên men thì sẽ được ưu tiên sử dụng. Nói chung 1 chủng VSV có khả năng phát triển và tích luỹ lượng L-AG trong môi trường lên men từ 20 -> 40g/L là có thể đưa vào sản xuất được. Qua nghiên cứa cho thấy trong thiên nhiên có 2 chủng VK tổng hợp a.glutamic cao ( theo Kinoshita và Tanaka(1972) là Nhóm có khả năng tạo bào tử: chủ yếu là Bacillus Nhóm không có khả năng tạo bào tử: Trong quá trình lên men người ta hay sử dụng các giống của các chủng thứ 2: micrococcus glutamicum , Corynebacterium Glutamicus, Corynebacterium VN3969 và Brevibacterium Divaricatum(BD), brevibacterium, Arthrobacter và Microbacterium. Những giống này có khả năng tạo 30 -> 50g/l a.glutamic từ 100g glucose. Các loại vi khuẩn này có chung những đặc điểm sau: VK gram dương VK không sinh bào tử VK không thể chuyển động Tế bào có hình que hay hình cầu Có khả oxy hoá a.glutamic ra ketoglutarat thấp nhất Hoạt tính gluco hydrogenase cao Vk phát triển trên môi trường cần biotin Corynebacterium VN3969 và Brevibacterium Divaricatum(BD): Đây là hai vi khuẩn gram dương, hình que, ngắn, không chuyển động, xếp hình chữ V hay song song từng đôi một, chiều rộng 0.8 – 1.0 µm và chiều dài 1.0 – 3.0 µm( VN3969) và 1.0 – 3.0 (Brevibacterium Divaricatum). Phân lập và bảo quản giống: Giống được cấy chuyền 2 lần và phân lập trên môi trường thạch MT1(320C). sau đó chọn những khuẩn lạc to tròn. Khuẩn lạc VN3969 có màu vàng rơm và của Brevibacterium Divaricatum có màu vàng chanh, tất cà khuẩn lạc dày và nhô lên khỏi mặt thạch, do vậy ta có thể kết luận đây là vi khuẩn hiếu khí. Bảo quản giống trong tủ lạnh nhiệt độ khoảng 3 – 4 0C mỗi tháng cấy chuyển một lần. Nếu để bảo quản lâu thì phải phủ một lớp thạch nghiên một lớp parafin 6 tháng cấy chuyển một lần. VN3969Trong mơi trường MT1 ở 300C, 48h BD trong MTT2, ở 300C, 48h Quy trình nhân giống chọn ra những chủng sinh nhiều L-AG Giống sau khi được phân lập ta tiến hành nhân giống. Nhân giống trên 50ml môi trường MTG4 chứa trong bình tam giác 500ml lắc trên máy lắc với tốc độ 96 vòng/ phút ở nhiệt độ 30-320C trong 12h và lên men trong 20ml môi trường MLM5 có biotin trong bình 500ml tiếp thêm 2% giống và lắc trên máy như trong điều kiện nhân giống nhưng thời gian 44h. trong quá trình lên men duy trì pH ở 7.2-7.5. Nhưng đối với chủng B.divaricatum khi lên men trong môi trường nghèo biotin thì giống như C.VN3969 nhưng khác là dùng máy lắc ngang với tốc độ lắc 160 vòng/phút, lượng urê ban đầu là 0.6% và bổ sung nhiều lần mỗi lần là 0.4% cách nhau 4h. khi lên men trong môi trường giàu biotin thì áp dụng phương pháp lên men gián đoạn có thể bổ sung cơ chất, nhân giống và lên men thực hiện trên máy lắc 160 vòng/phút ở nhiệt độ 30-320C . Nuôi giống trong bình tam giác 500ml chứa 40ml môi trường, lên men trong bình tam giac chứa 17ml môi trường MLM10 lắc trung 44h, trong quá trình lên men bổ sung ure 7-8 lần, mỗi lần là 0.4%, khi pH < 7.2 bổ sung lần thứ nhất với lượng 4-5, sau khi lên men 3-4h có thể bổ sung lần 2, có thể bổ sung lần 3,5,4 mỗi lần bằng ½ lần 1, bổ sung dịch đường từ giờ 5-23 để cung cấp đường cho quá trình lên men. 3) Các thành phần hoá học của nguyên liệu ảnh hưởng đến quá trình sản xuất Nguồn cacbon: Đây là thành phần chính VSV sẽ hấp thu vào. Nguồn C cung cấp vật chất cho VSV sinh trưởng và hình thành bộ khung của L- AG . Có 4 dạng nguồn C dùng trong lên men là, cacbonhydrat, cacbuahydro, cồn và axit hữu cơ , trong đó cacbonhydrat được dùng rộng rãi nhất. Trong phòng thí nghiệm có thể dùng glucoza, fructoza,saccharoza, mantoza, riboza, và xyloza. Trong lên men công nghiệp người ta thường sử dụng các loại : Đường glucose thuỷ phân từ tinh bột. Xenlulose thuỷ phân bằng acid hoặc kiềm Rỉ đường mía. Rỉ dường củ cải. Khi lên men rỉ đường cần thêm một số chất kháng biotin như penicilin, acid béo no C14 – C18 với liều lượng và thời gian thích hợp. vì trong rỉ đường rất giàu biotin khi đó vi sinh vật sẽ phát triển rất mạnh làm cho màng thấm của vi khuẩn dày lên L- AG không thể thấm ra ngoài. Chất kháng biotin có vai trò làm cho việc tổng hợp màng không hoàn chỉnh giúp cho acid glutamic có thể thấm ra ngoài. Nếu dùng giống đột biến không giới hạn bởi biotin thì điều hịa lượng chất sinh trưởng thứ hai Nồng độ C ảnh hưởng rất nhiều đến hiệu suất sinh tổng hợp L-AG của giống. Kinato và cộng sự đã khảo sát và cho rằng nồng độ đường cho vào thích hợp từ 10 -> 21%. Nếu vượt giới hạn nồng độ đường cho vào càng cao thì hiệu suất lên men càng thấp, hàm lượng L – AG nội bào càng cao, hoạt lực các enzyme cần cho oxy hóa glucoza và á- xetoglutaric decacboxylaza càng cao. Đối với các cơ chất khác như n – parafin, cồn và acid hữu cơ là những chất ức chế vi sinh vật ở nồng độ cao. Người ta cho vào môi trường ban đầu là một lượng nhỏ sau đó bổ sung dần vào, do đó có thể đạt được hiệu suất lên men cao từ các nguồn này Ngoài ra người ta còn có thể sử dụng 1 lúc 2 nguồn C cho hiệu suất lên men cao. Bảng 1: sự tạo thành a.glutamic phụ thuộc vào nguồn C khác nhau: Nguồn cacbon Thời gian nuôi cấy (giờ) 72 144 240 Glucose 3.2 3.8 2.7 Fructose 1.5 1.7 1.3 Saccharose 1.4 1.6 1 Lactose 2.3 2.6 1.4 Galactose 0.3 1.4 1.2 Arabinose 0.3 0.4 Maltose 1.4 1.2 1 Mannit 2.7 6.3 0.2 Glyxerin 6 7 11 Tinh bột hoà tan 0 0.8 0.7 Dunxit 0 0 0 Inozit 0 0 0 Sacbit 0 0 0 Rafinose 0 0 0 Nguồn Nitơ: Cung cấp nguồn nitơ cho quá trình ln men l rất cần thiết, vì cần thiết cho việc tổng hợp protein tế bào và chiếm tới 9,5% trọng lượng phân tử axit glutamic. Chủ yếu là các loại muối chứa NH4+ như : NH4CL; (NH4)2SO4 ;NH4H2SO4 ; (NH4)2HPO4 ;NH4OH hay khí NH3 hoặc ure làm nguồn cung cấp nitơ. Tuy nhiên lượng lớn ion NH4+ trong môi trường không có lợi cho sự phát triển vi khuẩn và việc tích luỹ L-AG. Do đó người ta dùng lượng amoni ban đầu thấp và tăng dần về sau. Trong công nghiệp người ta thường dùng NH3 dưới dạng nước, khí hoặc urê. Chú ý khi dùng ure phải quan tâm đến nồng độ ban đầu và khả năng chịu đựng của mỗi giống. Bảng 2:sự tạo thành L-AG phụ thuộc nguồn Nitơ Nguồn Nitơ Thời gian nuôi cấy (giờ) 72 144 240 NH4OH 1 1.2 1.8 (NH4)2HPO4 0.8 0.2 - (NH4)3PO4 1.6 1.4 1.1 (NH4)2CO3 1.5 1.8 1.6 Citrate amoni 4.3 5.3 5.3 Axetat amoni 4.2 3.5 3.1 Tactrat amoni 2.7 3.4 3 Oxalat amoni 6 0.5 - urê 0.6 7 11 NH4NO3 0.7 0.6 Nguồn muối vô cơ khác: Các ion vô cơ cần cho sinh trưởng và tích lũy L-AG ,làm tăng hoạt lực photphoryl hóa hiếu khí,tăng sự đống hóa axit axetat ,tăng hiệu suất lên men Các ion cần thiết : K+ ; Mg+2 ; Fe+2 ; Mn+2 ; PO4-3 ; SO4-2 ; Cu+2 . K2HPO4: 0.05-0.2% KH2PO4: 0.05-0.2% MgSO4:0.025-0.1% FeSO4:0.0005-0.01% MnSO4: 0.0005-0.005% Trong môi trường vai trò Fe2+ có vai trò tối cần thiết và không thể thay thế , hỗ trợ tích cực cho VSV phát triển. Nhưng nồng độ Fe quá cao thì lượng L-AG sẽ bị vi khuẩn đồng hoá và tiêu hao dần. Ngoài ra Cu2+ cùng là nguyên tố quan trọng làm tăng hoạt lực photphoryl hóa hiếu khí,tăng sự đống hóa axit axetat ,tăng hiệu suất lên men. Anh hưởng của pH: pH tối ưu cho sinh trưởng và tạo L-AG của các vi khuẩn sinh L-AG là trung tính hay hơi kiềm , tốt nhất là từ 6 -> 8. Khi dùng môi trường saccharide , người ta phải điều chỉnh pH suốt quá trình lên men vì môi trường luôn có xu hướng trở nên acid do sự hình thành L-AG và các acid hữu cơ khác gây nên. Để tránh tình trạng tụt giảm pH do quá trình lên men gây ra , người ta thường bổ sung các loại hợp chất của NH+4 như urê dưới dạng khí hoặc nước vào lên men. Thêm vào ngoài mục đích điều chỉnh pH còn điều còn cung cấp nitơ cho tổng hợp nên L-AG . Thường thì quá trình bổ sung urê chia làm 2 lần. Lần 1: urê đầu bổ sung vào môi trường được thanh trùng và được làm nguội. Lần 2: khi pH của dung dich liên tục giảm do quá trình sản sinh ra L-AG đến 7 thì ta phải bổ sung urê để pH đạt 7.5 ->8. khi lượng đường trong dung dich lên men còn 1% khi đó quá trình lên men chấm dứt thì không cần bổ sung urê nữa. Anh hưởng của nhiệt độ: Đa số vi khuẩn sinh L-AG sinh trưởng và tạo L-AG tốt ở 30-350C,số ít ở 35-370C ,cá biệt ở 41-430C. Khi tiến hành quá trình nuôi dưỡng chính ở 37 o C và nuôi dưỡng phụ ở 30oC thì hiệu suất chuyển hoá là 15% và kéo theo sự chuyển hoá của a.lactic -> ảnh huởng đến lượng L-AG tạo ra. Khi quá trình nuôi dưỡng chính và phụ cùng nhiệt độ thì hiệu suất chuyển hóa gluocza thành L-AG là 45%. Ngoài ra trong khảo sát nếu thêm lượng xistin vào trong môi trường nuôi cấy thì có thể nuôi chủng B. divaricatum ở 370 ở giai đoạn chính và phụ cho kết quả cao, ở điều kiện bình thường thì chủng này chỉ nuôi ở 300C. Anh hưởng của hệ thống thông gió và khuấy. Thông gió và khuấy trong lên men công nghiệp có vai trò quan trọng. Do vi khuẩn lên men thuộc loại hiếu khí nên nếu không cung cấp đủ lượng oxy cho chúng, đồng thời CO2 sinh ra trong quá trình biến dưỡng quá nhiều thì tế bào vi khuẩn có khả năng chết làm cho sinh khối giảm kéo theo sự suy giảm cả về lượng L-AG sản xuất. Mục đích của việc thông gió và khuấy là: -Duy trì nồng độ oxy hòa tan ở mức trên giá trị tới hạn -Khống chế nồng độ CO2 ảnh hưởng tới sinh trưởng và tích lũy L-AG của các vi khuẩn. Theo Okada và Tsunoda cho rằng hệ số hấp thụ oxy tối ưu cho cho quá trình lên men L-AG của chủng B.lactofermentum No 2256 ở bình lắc 7.10-6 mol/ml/phút.atm Hirose và các cộng sự chứng minh rằng khi cung cấp đủ O2 với tốc độ chuyển dịch là rab=10,5.10-7mol/ml/phút thì quá trình lên men diễn ra trơn tru và , hoạt lực hô hấp của các tế bào cao ,tiêu thụ đường nhanh, thời gian tạo ra L-AG dài.Khi cung cấp thiếu oxy là rab=2.3.10-7mol/ml/phút nhu cầu O2 không được đảm bảo sau 10h lên men, tốc độ sinh trưởng chậm , thời gian sinh L-AG ngắn(4-16h), hiệu suất lên men kém đồng thời tạo ra một lượng lớn acid lactic, acid succinic…nhưng nếu cung cấp quá nhiều O2(rab=68,1.10-7mol/ml/phút )thì sự sinh trưởng và tiêu hao đường bị ức chế và chỉ một lượng nhỏ L-AG được tạo thành và thay vào đó là acid á-xetoglutaric. Các nhà khoa học còn chứng minh rằng khi cung cấp thiếu oxy ở pha sinh trưởng còn có thể cứu vãn được bằng cách cung cấp đủ hoặc thừa ở pha sản xuất, còn nếu cung cấp thừa oxy ở pha sinh trưởng thì không thể cứu vãn được. Hirose và các cộng sự chứng minh rằng mức oxy hòa tan trong dịch lên men ở hai điều kiện có và không có khống chế áp suất oxy hòa tan là cực kỳ thấp sắp xỉ bằng không và hiệu suất lên men là giống nhau. Nếu khống chế áp suất oxy hòa tan(PL) thì phải khống chế ở mức 0< PL<0.35atm , trong phạm vi này thì hiệu suất lên men đạt giá trị cực đại, nếu PL lớn hơn 0.35atm thì tốc độ tiêu h