Giáo trình công nghệ sinh học thực phẩm II - Chương 4

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

375
lượt xem 161
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo Giáo trình công nghệ sinh học thực phẩm II - Chương 4 Sản xuất axit amin

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình công nghệ sinh học thực phẩm II - Chương 4

6. X lí n m men: Tuỳ theo yêu c u c a s n ph m (ư t ho c khô) mà quá trình x lí khác nhau. ð thu nh n n m men ư t thì ti n hành r a sinh kh i ñã thu ñư c r i ñem ép. N m men ư t khó b o qu n và th i gian b o qu n không lâu. ð b o qu n lâu thì c n ph i s y khô n m men. Khi s y n m men chú ý không ñ nhi t ñ s y vư t quá 300C. 3.2.3 S n xu t men nư c: 1. Nguyên li u: b t, malt ho c ch ph m amylaza c a n m m c. 2. Môi trư ng nhân gi ng: b t tr n nư c (t l 1:3) n u chin làm ngu i 48-50oC b sung ch ph m amylaza (3% malt ho c 0,8 ÷ 1% ch ph m enzym n m m c như Asp.awamori ho c Asp.oryzae và d ch gi ng vi khu n. Gi 8-14 gi , cho ñ n khi môi trư ng ñ t t i 11 ÷ 12o axít (1o=1ml NaOH 1N/100ml) thì ñưa vào c y n m men. 3. D ch gi ng vi khu n: l y nư c malt có n ng ñ 12oBx thêm 1 ít nhi t ñ 50 ÷ 52oC CaCO3. C y vi khu n Lactobacterium Delbruckii và gi trong 1÷2 ngày. Trư c khi ñưa vào s d ng ph i nhân gi ng ti p. 4. C y n m men: môi trư ng sau khi ñã axít hoá ñư c làm ngu i ñ n 28- o 30 C r i ti p gi ng n m men ñã nuôi c y trư c vào (t l 5÷10%), gi nhi t ñ này 14÷15 gi không s c khí ho c s c khí gián ño n. nhi t ñ này vi khu n lactic ng ng tích t axít. N m men s d ng ñư ng và axít ñ tăng trư ng sinh kh i. Trong môi trư ng có axít n m men s phát tri n t t và h n ch các vi sinh v tl . CHƯƠNG IV: S N XU T AXIT AMIN Axit amin thư ng b sung vào th c ăn cho ngư i và gia súc. V i m c ñích này ngư i ta c n ñ n các axit amin không thay th . Trong ñó, quan tr ng nh t là các axit amin L-lyzin, L-triptophan, L-methionin, L-treonin. Ph n l n các lo i protein ñư c khai thác t th c v t do ñó ho c thi u axit amin này ho c axit amin khác. Vì th , vi c b sung axit amin vào th c ph m s làm tăng giá tr c a protein. Ngoài ra, các axit amin còn có tính ch t làm tăng mùi v c a các s n ph m th c ph m. 4.1 Các phương pháp s n xu t axit amin: 4.1.1 Phương pháp t ng h p hoá h c: Phương pháp này dùng ñ s n xu t m t s axit amin như: glyxin, alanin, metyonin, triptophan. Phương pháp t ng h p hoá h c thư ng cho m t h n h p các d ng ñ ng phân L- và D-axit amin. Trong 2 d ng này ch có d ng L-là thích h p cho dinh dư ng. Do ñó vi c tách 2 d ng này r t khó khăn và tr nên t n kém.
4.1.2 Phương pháp trích ly t d ch thu phân: Phương pháp này thư ng dùng ñ thu nh n L-cystein, L-cystin, L-leuxyn, L-asparagin, L-tyrozin. ð s n xu t axit amin theo phương pháp này, ñ u tiên ph i ti n hành thu phân nguyên li u giàu protein và sau ñó dùng các phương pháp khác nhau ñ trích ly axit amin c n s n xu t ra kh i dung d ch thu phân. 4.1.3 Phương pháp t ng h p nh vi sinh v t: Phương pháp này có 2 phương án: 1. Lên men tr c ti p: các axit amin ñư c t o thành t các nguyên li u r ti n nh vi sinh v t. 2. Chuy n hoá các ti n ch t c a axit amin nh vi sinh v t. S lên men tr c ti p có ý nghĩa l n hơn và hi n nay ñã hoàn ch nh công ngh ñ s n xu t hàng lo t các axit amin. 4.2 S n xu t axit amin nh vi sinh v t: 4.2.1 S t ng h p axit amin t bào vi sinh v t: Hystidin Glucoza Sixtein Glucozo-6- P Ribozo-5- P 3-P-glyxerat Serin Eritrozo-4- P Glyxin Valin α-xetoizovalerat Triptophan Tirozin Semilalanin Pyruvat Lơxin CH3COCOOH Alanin +CO2 Oxalatxetat (HOOCCOCH2COOH) Xitrat Asparagin Aspartat Fumarat α -xetoglutarat Lyzin Treonin Methionin Glutamat Izolơxin Glutanin Prolin Arginin Sơ ñ 2: Sơ ñ t ng h p axit amin t bào vi sinh v t Các axit amin trong t bào vi sinh v t ñư c t o thành do quá trình trao ñ i cacbon và nitơ. Vi c t ng h p các axit amin tr i qua hàng lo t nh ng ph n ng ph c t p v i s xúc tác c a nhi u lo i enzym khác nhau, nhưng có th qui v 2 lo i ph n ng là amin hoá và chuy n amin:
1. Ph n ng amin hoá: g m 2 giai ño n: • Giai ño n 1: t o iminoaxit. Giai ño n này không có s tham gia c a enzym. NH R-CO-COOH + NH3 R-C-COOH + H2O • Giai ño n 2: chuy n iminoaxit thành aminoaxit nh enzym dehydrogenaza NH NH2 R-C-COOH + H2O dehydrogennaza → R-C-COOH    NADH2 NAD NADH2: nicotinamitadenin dinucleotit d ng kh 2. Ph n ng chuy n amin: ph n ng này x y ra nh s xúc tác c a enzym aminotransferaza NH2 R1 R2 R1-CO-COOH + R2-CH-COOH CH-NH2 + CO COOH COOH 4.2.2 Qui trình công ngh : Nguyên li u x lí chu n b môi trư ng dung d ch c y vi sinh v t nuôi vi sinh v t gi ng s n ph m  x lí s n ph m  lên men 1.Nguyên li u: b o ñ m cung c p ngu n cacbon, nitơ và các nguyên t khác ñ vi sinh v t phát tri n và t ng h p ñư c nhi u s n ph m. - Cung c p ngu n cacbon: dùng r ñư ng, nguyên li u giàu tinh b t ho c m t s lo i nguyên li u khác. - Ngu n nitơ: thư ng dùng là urê, cũng có th dùng các lo i mu i amoni. - Các h p ch t khoáng: KH2PO4, MgSO4, MnSO4… - Các ch t kích thích sinh trư ng: vitamin, axit amin. 2.X lí: - Làm s ch - Thu phân
3.Chu n b môi trư ng dinh dư ng: - Có n ng ñ và thành ph n thích h p ph thu c vào ch ng vi sinh v t và gi ng s n xu t. - ði u ch nh pH cho môi trư ng và thanh trùng môi trư ng. 4.Chu n b gi ng a.Ch ng vi sinh v t: ð s n xu t axit amin ngư i ta có th s d ng nhi u ch ng vi sinh v t khác nhau, tuy nhiên ñ s n xu t ngư i ta ph i t o các bi n ch ng ho c lo i b s c ch b ng s n ph m cu i cùng c a vi sinh v t. b.Nuôi gi ng: ð ñ lư ng gi ng cho s n xu t ngư i ta ph i ti n hành nuôi c y qua nhi u bư c. Các ch ng vi sinh v t dùng trong s n xu t axit amin ph n l n là các ñ t bi n cho nên n u c y chuy n nhi u l n s g p th h i bi n và nh hư ng ñ n s c s n xu t. Trong s n xu t axit amin không bao gi ñư c dùng sinh kh i c a m trư c làm gi ng cho m sau. 5.Lên men: Thư ng s d ng phương pháp lên men chìm. Trong quá trình lên men c n chú ý ñi u ch nh các thông s k thu t: nhi t ñ lên men, pH môi trư ng, s thông khí, b sung các ch t dinh dư ng, phá b t và m t s các y u t khác. 6.Thu nh n s n ph m: Tuỳ thu c vào lo i s n ph m và m c ñích s d ng mà quá trình thu nh n s n ph m không gi ng nhau: • Dùng ñ ch bi n th c ăn gia súc: - Thu nh n dư i d ng canh trư ng: H n h p sau khi lên men cô ñ c b t khô - Tách sinh kh i cô ñ c s n ph m • Dùng trong ch bi n th c ph m ho c y h c: Ph i tinh ch qua nhi u công ño n ñ thu nh n các ch ph m k thu t ho c tinh khi t. 4.3 K thu t s n xu t m t s axit amin: 4.3.1 S n xu t L-lyzin: 1. Ch ng vi sinh v t: Ch ng s n xu t là m t th ñ t bi n c n homoxerin c a Corynebacterium glutamicum (còn g i là Micrococus glutamicus). Dư i ñi u ki n lên men thích h p ch ng này có th s n xu t t i 50g lyzin/lit môi trư ng. Nguyên li u thư ng dùng là glucoza hay m t r v i n ng ñ 150g/lit. 2. Phương trình lên men t ng quát: 100C6H12O6+219O2+86NH3 Brevib.raffe→ 35C6H14N2O2 + 16C8H13O4 + 262CO2  22 + 380H2O + 1669KJ
3. Cơ ch : Glucoza Pyruvat Oxalaxetat Aspactat 1 β-Aspactyl-photphat Aspactat-β-semialdehyt 3 2 Lyzin Homoxerin Treonin Methionin Izoleuxin Sơ ñ 3: Cơ ch t ng h p lyzin c a Corynebacterium glutamicum 1 -Enzym aspactokinaza; 2 -Enzym homoxerindehydrogenaza;3 -Enzym dihydropicolinat-syntetaza. Lyzin là m t axit amin thu c h aspactat và ñư c t ng h p qua m t con ñư ng trao ñ i ch t phân nhánh mà qua ñó homoxerin, metionin, treonin, izolơxin cũng ñư c t o thành. Nh ng ñư ng ch m ch m bi u di n s c ch b i s n ph m cu i cùng. ch ng hoang d i lyzin và treonin cùng gây ra m t s c ch ph i h p (E) ñ i v i aspactokinaza(1). Do khuy t homoxerindehydrogenaza(2) mà không có s t o thành treonin. Dihydropicolinat-Syntetaza(3) không m n c m d l p th nên s c ch b i s n ph m cu i cùng b tri t tiêu và có s t ng h p th a lyzin (50g/l). 4. Lên men : Ngu n hydratcacbon thích h p cho t ng h p lyzin là glucose, fructose, maltose và saccarosse. Các ñư ng như lactose, rafinose, pentose các ch ng sinh lyzin không ñ ng hoá ñư c. Cho nên ngư i ta thư ng s d ng các lo i nguyên li u như r ñư ng, d ch thu phân t tinh b t (ngô, s n) ñ làm môi trư ng s n xu t lyzin. N ng ñ ñư ng trong môi trư ng lên men kho ng 10-12%. Trong quá trình lên men, nh m ñ tăng hi u su t thu h i lyzin có th b sung thêm ñư ng ñ nâng cao n ng ñ ñư ng lên t i 25% (nhưng cũng th n tr ng vì có khi hi u
su t sinh lyzin không tăng mà còn nh hư ng x u ñ n vi sinh v t do làm tăng áp su t th m th u c a môi trư ng). Ngu n nitơ hay dùng là urê, NH3 ho c các mu i amon. T l gi a C:N ñóng vai trò quan tr ng, nó nh hư ng ñ n hi u su t t ng h p lyzin. Thư ng b sung các mu i amon v i hàm lư ng kho ng 2%. Ngoài ra còn ph i b sung vào môi trư ng các ch t cung c p ngu n ph tpho như KH2PO4 và K2HPO4 (b o ñ m lư ng phôtpho ñ t 0,008- 0,02mg/lít; n u n ng ñ này lên ñ n 1,6-2mg/lít thì s t o thành lyzin b ng ng). Do ñó không nên dùng photphat amon ñ làm ngu n cung c p nitơ và photpho. Ph i b sung các mu i có ch a các nguyên t Mg, Fe, Cu, Mn (thư ng b sung MgSO4-0,03%; còn Fe, Cu, Mn có trong r ñư ng và cao ngô). Các ch t kích thích sinh trư ng: + Biotin: c n kho ng 8-15mg/lít, n u quá ít (1-2mg/l) thì s n ph m ch y u s là axit glutamic, (biotin và B1 có trong cao ngô, ñ c bi t trong r ñư ng mía có nhi u biotin) + Thiamin(B1): n u không có s t o thành alanin + Treonin: không có, ho c ít s kìm hãm s phát tri n c a vi sinh v t nhưng dư s d n t i s c ch b ng s n ph m cu i cùng. Hàm lư ng thích h p trong kho ng 200-800mg/l. + Methionin: nó nh hư ng t i sinh trư ng c a vi sinh v t, hàm lư ng thích h p: 150-250mg/l. Có th dùng homoxerin ñ thay cho treonin và methionin. B o ñ m môi trư ng có pH=7-7,6 và ph i thanh trùng. Lư ng gi ng cho vào ñ lên men là 5-10%. Nhi t ñ lên men là 30-32oC, cung c p O2 2-4g/1l.h; trong quá trình lên men dùng urê ho c nư c NH3 ñ ñi u ch nh pH. T ng th i gian lên men 50-72h. 5.Thu nh n s n ph m: Tuỳ vào d ng ch ph m (d ch nuôi c y, d ch cô ñ c, b t ho c tinh th ) mà quá trình thu nh n s n ph m có khác nhau. - D ch nuôi c y là ch ph m thu ñư c sau lên men và có th dùng tr c ti p pha vào th c ăn gia súc. - Dung d ch cô ñ c: ñ ch ng hư h ng thì d ch sau lên men ñư c axít hoá b ng HCl ñ n pH=5 và b sung dung d ch NaHSO3 25% (t l 0,4% so v i d ch lên men) r i ñem cô chân không cho ñ n khi ñ t n ng ñ ch t khô 35-40%. Ch ph m này dùng trong chăn nuôi. - B t: t d ch cô ñ c có th b sung thêm các ch t ñ n (b t xương, cám…) r i s y khô và nghi n nh . Ho c d ch cô ñ c ñem s y phun ñ thu ch ph m d ng b t.
- ð thu nh n các tinh th lyzin thì ph i s d ng nhi u phương pháp và ti n hành qua nhi u bư c: H n h p sau lên men l c (li tâm) sinh kh i dung d ch nh h p ph trao ñ i ion Dùng dung d ch NH4OH 2-3,5% ñ nh h p ph . Dùng HCl axit hoá ñ n làm l nh 10-12oC ñ tr tinh. pH=5 r i cô ñ c ñ n khi ñ t n ng ñ 30-50% ð có ch ph m tinh khi t thì ñem tinh th k t tinh l n 1 k t tinh l i nhi u l n (hoà tan vào c n). 4.3.2 S n xu t L-treonin: Cho ñ n nay treonin chưa ñư c s n xu t qui mô l n b ng con ñư ng vi sinh v t vì vi c gây t o các th ñ t bi n t ng h p th a L-treonin g p nhi u khó khăn so v i lyzin. Có th ñ t ñư c m t s s n xu t th a treonin nh 3 bư c ñ t bi n sau: - M t tính m n c m d l p th c a homoxerindehydrogenaza m n c m v i treonin. - Tr dư ng izolơxin. - Tr dư ng metionin. 4.3.3 S n xu t L-triptophan: Nh vào s t ng h p c a vi sinh v t, L-triptophan có th thu nh n b ng hai con ñư ng: chuy n ti n ch t c a triptophan thành triptophan nh s giúp ñ c a các h enzym vi sinh v t; ho c thu nh n triptophan nh s ñ t bi n do thi u tirozin và fenilalanin c a các ch ng vi sinh v t. 4.3.3.1 Phương pháp chuy n ti n ch t: 1. Ti n ch t: Nh vi sinh v t có th thu nh n ñư c triptophan t các ti n ch t khác nhau. Hi u su t thu h i s n ph m t các ti n ch t khác nhau là không gi ng nhau. M t s ti n ch t hay s d ng: Axit antranilic hi u su t thu h i 98,8% Indol 87,2% Indol + Cerin (1:2) 92,5% Indol + Cistein (1:2) 89,5% Indol + Alanin (1:4) 87,0% 2. Ch ng vi sinh v t: ð chuy n các ti n ch t ngư i ta có th s d ng nhi u ch ng vi sinh v t khác nhau. Riêng ñ i v i axit antranilic ngư i ta hay dùng nh t là n m men Candida utilis ho c Hansunella.
3. Cơ ch : Khi s d ng axit antranilic làm tièn ch t thì cơ ch c a quá trình như sau: COOH NH2 NH axit antranilic indol COOH piridoxalfotfat CH2─CH─COOH+H2O HOCH2─CHNH2+  NH2 serin NH NH Triptophan Sơ ñ 4: Cơ ch chuy n axit antranilic thành triptophan 4. K thu t lên men: Quá trình s n xu t chia làm hai giai ño n: thu nh n sinh kh i và chuy n hoá ti n ch t nh s giúp ñ c a sinh kh i ñã thu nh n ñư c. Giai ño n ñ u không khác m y so v i quá trình nuôi c y các lo i vi sinh v t gi ng khác. T c là quá trình cũng ñi t ng gi ng g c ng nghi m bình tam giác…lư ng sinh kh i thu ñư c ph thu c vào phương pháp nuôi c y gi ng. H th y r ng n u lư ng gi ng ñưa vào lên men càng l n thì m c ñ chuy n hoá c a axít antranilic càng l n. Ngu n cung c p cacbon cho gi ng phát tri n là sacaroza ho c m t r (v i hàm lư ng t 6,3-20%), ngu n cung c p nitơ là urê v i lư ng t 0,5-1%. Ngoài ra còn b sung thêm (%): K2HPO4-0,01, MgSO4-0,005,CaCl2-0,01. B o ñ m môi trư ng có pH=7,5÷8 và vô trùng. Ti n hành nuôi gi ng nhi t ñ 0 28÷30 C, th i gian nuôi c a m i c p không quá 24 gi . Yêu c u gi ng ñ t 3÷5 gam sinh kh i khô/1lít môi trư ng. Giai ño n hai ñư c th c hi n trong thi t b lên men. ð u tiên chu n b môi trư ng nuôi gi ng trong thi t b lên men và chuy n men gi ng ñã nuôi nhi t ñ 28÷300C và thông giai ño n 1 vào. Ti p t c nuôi gi ng trong 24 gi khí không ít hơn 7g O2/l.h. N u trong quá trình nuôi gi ng có xu t hi n b t thì ph i dùng d u phá b t. Sau 24 gi nuôi gi ng cho vào thi t b lên men dung d ch axít antranilic 5% trong rư u và dung d ch amoniac 50% ñ lên men. Lúc này thông khí b o ñ m cung c p 3÷4 gam O2/l.h.
Sau khi cho dung d ch axít vào ñư c 3-4 gi thì b sung thêm dung d ch r ñư ng 25%. Ti p theo, c sau 12 gi thì b sung dung d ch r ñư ng, sau 6 gi thì b sung dung d ch ammoniac và axit antranilic m t l n. T ng th i gian c a giai ño n 2 là 120÷140 gi . Quá trình lên men (giai ño n 2) th c hi n pH c a môi trư ng ≈ 8,0 và nhi t ñ lên men kho ng 300C. 3. Thu nh n s n ph m: Dung d ch sau lên men có ch a 7,8÷12,5% ch t khô, trong ñó có 0,3÷0,5% triptophan. Ph n l n triptophan (85÷88%) n m trong pha l ng. Do ñó ñ thu nh n ch ph m tinh khi t thì ph i tinh ch d ch l c. Còn n u dùng cho chăn nuôi thì s d ng d ng cô ñ c có c sinh kh i n m men. ð làm th c ăn gia súc thì d ch sau lên men ñem cô ñ c còn l i 1/3 th tích, sau ñó ñem s y trong thi t b s y phun (to=110÷120oC) ñ thu nh n b t dùng b sung cho th c ăn gia súc. Trong thành ph n c a b t này g m có: - Ch t khô 90% 48÷54% - Protein - Triptophan 1÷3% - Vitamin (mg/kg): + B1 : 15÷18,5 + B2 : 24,5÷32,5 + PP : 620÷680 - Axit amin khác 6%. Trong ñó có ch a nhi u các axit amin như: lyzin, histidin, treonin, xerin, glutamate, prolin, glyxin, valin, tirozin, phenilalanin, acparagin, acginin… ð thu nh n ch ph m triptophan tinh khi t thì phái qua các bư c sau: - Tách sinh kh i b ng li tâm - Dùng HCl axit hoá ñ n pH = 1 và tách các k t t a - Ti n hành trao ñ i ion - Nh h p ph nh dung d ch ammoniac 5% - Cô ñ c dung d ch nhi t ñ 60÷700C - Làm l nh ñ n 4÷60C ñ tr tinh - Tách tinh th triptophan - R a các tinh th b ng rư u etylic - S y các tinh th nhi t ñ 600C Các ph li u c a quá trình tinh ch này có th dùng cho chăn nuôi. 4.3.3.2 Thu nh n nh các ch ng ñ t bi n: S thu nh n triptophan cũng như tirozin và phenilalanin có th th c hi n trên các ch ng ñ t bi n c a E. coli ho c Bacillus subtilis. Quá trình t ng h p tirozin, triptophan và phenilalanin ñi theo sơ ñ sau:
Glucose Axit fotfoenol pyruvic Eritrozo-4- P Axit skimic Axit antranilic Axit corismic Triptophan Axit prephenic Axit phenylpyruvic Axit hydroxyphenylpyruvic Phenylalanine Tirozin Sơ ñ 5: Cơ ch t ng h p triptophan, phenilalanin, tirozin trong t bào vi sinh v t ð t ng h p th a triptophan ngư i ta dùng ch ng e. coli tr dư ng tirozin và phenylalanine. CHƯƠNG V: S N XU T CH PH M ENZYM 5.1 Nh ng tính ch t ưu vi t c a enzyme Enzym là m t ch t xúc tác sinh h c. Nó có ñ y ñ các tính ch t c a ch t xúc tác hoá h c, ngoài ra còn có nh ng ưu vi t sau: 1. Có tính chuyên hoá cao (tính ñ c hi u): m i enzyme ch tác d ng lên m t cơ ch t nh t ñ nh nào ñó theo ý mu n mà không gây nên m t bi n ñ i nào khác. Ví d : amylaza ch thu phân tinh b t, proteaza ch thu phân protein.v.v. 2. Cư ng l c xúc tác l n: v i m t lư ng nh enzyme có th làm xúc tác ñ chuy n hoá m t lư ng cơ ch t l n. Ví d : 1g pepxin có kh năng thu phân 50kg tr ng, 1g rennin có th làm ñông t 72 t n s a, 1mol catalaza có th làm chuy n hoá 5x106mol H2O2 trong 1 giây. 3. Tác d ng trong m t ñi u ki n êm d u: ph n l n các enzyme ho t ñ ng nhi t ñ không cao, pH thư ng là trung tính và áp su t thư ng. 4. Enzym không ñ c h i: t t c các lo i enzyme ñ u có ngu n g c t sinh v t nên không ñ c h i ñ i v i s c kh e con ngư i. Chính vì nh ng ưu vi t ñó mà trong nh ng năm g n ñây ch ph m enzyme ñư c s d ng r ng rãi và ngành công nghi p enzyme cũng ñư c phát tri n không ng ng. 5.2 Ngu n nguyên li u ñ thu nh n enzyme: Enzyme có th thu nh n t nhi u ngu n nguyên li u khác nhau như: ñ ng v t, th c v t và vi sinh v t.