intTypePromotion=3

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

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

0
296
lượt xem
157
download

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

Mô tả tài liệu
  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:
Lưu

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

  1. 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.
  2. 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:
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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.
  7. - 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.
  8. 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.
  9. 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:
  10. 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.

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản