Luận văn:Nghiên cứu quá trình lên men axit xitric từ bả dứa trên môi trường bán rắn sử dụng aspergillus niger

Chia sẻ: Nguyen Vang | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

91
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo luận văn - đề án 'luận văn:nghiên cứu quá trình lên men axit xitric từ bả dứa trên môi trường bán rắn sử dụng aspergillus niger', luận văn - báo cáo, thạc sĩ - tiến sĩ - cao học phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn:Nghiên cứu quá trình lên men axit xitric từ bả dứa trên môi trường bán rắn sử dụng aspergillus niger

B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Công trình ñư c hoàn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Đ I H C ĐÀ N NG PH M TH NG C THÙY Ngư i hư ng d n khoa h c: PGS.TS. TRƯƠNG TH MINH H NH NGHIÊN C U QUÁ TRÌNH LÊN MEN AXIT XITRIC Ph n bi n 1: .......................................................... T BÃ D A TRÊN MÔI TRƯ NG BÁN R N S D NG ASPERGILLUS NIGER Ph n bi n 2: .......................................................... Chuyên ngành: Công ngh Th c ph m và Đ u ng Mã s : 60 54 02 Lu n văn s ñư c b o v t i H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p th c sĩ k thu t h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày …... tháng …... năm 2012 TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Có th tìm hi u lu n văn t i: - Trung tâm Thông tin-H c li u, Đ i h c Đà N ng - Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng Đà N ng – Năm 2012
1 2 M Đ U Mucor piriformis và nh ng loài Mucor khác. Tuy nhiên, A.niger m t 1. TÍNH C P THI T C A Đ TÀI lo i n m s i v n là vi sinh v t ñư c l a ch n ñ s n xu t axit xitric Axit xitric ñư c s d ng r ng rãi trong nhi u ngành kinh t qu c do có kh năng lên men nhi u lo i nguyên li u r ti n và cho năng dân, ñ c bi t là trong công nghi p th c ph m chi m 70% s n lư ng su t cao [15]. axit xitric. Nhu c u axit xitric trên th gi i ngày càng tăng. Năm Nư c ta là nư c nhi t ñ i v i r t nhi u trái cây ch ñ o ñư c 1938, s n lư ng axit xitric là 10.400 t n/năm và 60 năm sau s n tr ng cho năng su t l n và ñem l i thu nh p cho qu c gia thông qua lư ng axit xitric tăng g n g p 60 l n [3]. Năm 2007, s n lư ng axit xu t kh u như chu i, cam, bư i, d a,… Trong ñó, d a là lo i trái cây xitric là kho ng 1.700.000 t n/năm [24]. Đi u này kh ng ñ nh vai trò ñư c tr ng khá d dàng và là m t trong nh ng s n ph m ñư c xu t và t m quan tr ng c a axit xitric trong ñ i s ng con ngư i. Nhu c u kh u khá nhi u, ñ c bi t ñư c ưa chu ng các nư c công nghi p axit xitric Vi t Nam h ng năm kho ng hơn 1000 t n [3]. M c dù phát tri n. Năm 2000, nư c ta xu t kh u kho ng 5000 t n d a h p. axit xitric có vai trò và t m quan tr ng trong ñ i s ng con ngư i, Năm 2001, xu t kh u kho ng 6000 t n d a h p và 1000 t n nư c nhưng nư c ta nó chưa ñư c quan tâm nhi u. Ph n l n lư ng axit d a cô ñ c. Năm 2002, xu t kh u kho ng 10.000 t n d a h p và xitric v n ñang ph i nh p kh u v i giá thành cao, ch có m t s nhà 2000 t n nư c d a cô ñ c. Trong khi ñó, qu d a ñưa vào ch bi n máy hóa ch t có dây chuy n s n xu t axit xitric v i quy mô nh và có 25% là chính ph m, còn l i 75% là ph ph m. Như v y, lư ng s n lư ng chưa cao. Như v y, v n ñ lên men axit xitric nư c ta ph ph m d a th i ra t các nhà máy ch bi n d a không ng ng c n ph i ñư c ñ u tư nghiên c u nhi u hơn. ñư c tăng lên. Hàng năm lư ng ph ph m các nông trư ng d a và Lên men axit xitric s d ng vi sinh v t có hai phương pháp là lên các cơ s ch bi n d a th i ra hàng trăm ngàn t n [6]. Ph ph m và men chìm, lên men n i (lên men b m t). Trong ñó, lên men b m t ph th i r n trong công nghi p ch bi n rau qu nói chung, ch bi n trên môi trư ng bán r n là phương pháp ñơn gi n ñ s n xu t axit d a nói riêng ñã góp ph n gây ô nhi m môi trư ng. Bã d a nư c ta xitric. Đ i v i nh ng nư c ñang phát tri n như nư c ta thì phương t trư c ñ n nay chưa ñư c s d ng r ng rãi và tri t ñ . Tuy nhiên, pháp này t ra h u hi u b i nó không ñòi h i trang thi t b hi n ñ i, lư ng bã d a còn ch a m t lư ng ñư ng, tinh b t, protein, vitamin chi phí năng lư ng, v n ñ u tư th p và t n d ng ñư c s c lao ñ ng và m t s ch t khoáng,… thích h p cho quá trình lên men axit xitric. dư th a. Lên men b m t trên môi trư ng bán r n th t s là phương Như v y, t n d ng bã d a làm ngu n nguyên li u lên men axit xitric pháp thích h p cho quá trình lên men axit xitric ñ t n d ng các ñó là m t gi i pháp ñ x lý ph th i r n gây ô nhi m môi trư ng và ngu n ph li u r n c a các ngành công-nông nghi p nư c ta hi n mang l i l i ích kinh t . nay. Xu t phát t tình hình nói trên chúng tôi ti n hành ñ tài: Nhi u lo i vi sinh v t có th lên men axit xitric như Aspergillus “Nghiên c u quá trình lên men axit xitric t bã d a trên (A.) niger, A.clavarus, Penicillium lutcum, Penicillium citrinum, môi trư ng bán r n s d ng Aspergillus niger”.
3 4 2. M C ĐÍCH NGHIÊN C U CHƯƠNG 1 Xây d ng m t quy trình công ngh lên men axit xitric b ng T NG QUAN phương pháp lên men trên môi trư ng bán r n t ngu n ph li u d a. 1.1. T NG QUAN V AXIT XITRIC 3. Đ I TƯ NG VÀ PH M VI NGHIÊN C U 1.1.1. Gi i thi u v axit xitric 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U 1.1.2. C u t o c a axit xitric Phương pháp v t lý 1.1.3. Tính ch t hóa lý c a axit xitric Phương pháp hóa h c 1.1.3.1. Tính ch t v t lý Phương pháp vi sinh 1.1.3.2. Tính ch t hóa h c Phương pháp lên men axit xitric 1.1.4. L ch s phát tri n axit xitric Phương pháp toán h c 1.1.5. ng d ng c a axit xitric 5. Ý NGHĨA KHOA H C C A Đ TÀI 1.1.5.1. Trong công nghi p th c ph m 6. Ý NGHĨA TH C TI N C A Đ TÀI 1.1.5.2. Trong công ngh sinh h c và công nghi p dư c ph m - Vi c t n d ng ngu n bã d a cho lên men xitric làm ña d ng hóa 1.1.5.3. Trong các ngành công nghi p khác ngu n nguyên li u s n xu t axit xitric, nâng cao hi u qu kinh t 1.1.6. Tính an toàn c a axit xitric trong s n xu t, h giá thành s n ph m axit xitric và gi m lư ng axit 1.2. CÔNG NGH LÊN MEN XITRIC xitric ngo i nh p. 1.2.1. Vi sinh v t s d ng trong công ngh lên men xitric - Góp ph n gi i quy t v n ñ môi trư ng, ti t ki m nguyên li u, 1.2.2. N m m c Aspergillus niger góp ph n nâng cao giá tr kinh t c a cây d a, tăng thu nh p cho nhà 1.2.2.1. V trí phân lo i máy ch bi n d a và tăng thu nh p cho ngư i tr ng d a. 1.2.2.2. Đ c ñi m cơ b n v hình thái, sinh lý, sinh hóa c a A. niger 7. C U TRÚC LU N VĂN 1.2.2.3. Kh năng ng d ng c a A. niger Ngoài ph n m ñ u, k t lu n, tài li u tham kh o và ph l c, 1.2.2.4. Tác h i c a A. niger trong ñ i s ng xã h i trong lu n văn g m có các chương như sau : 1.2.3. Cơ ch sinh t ng h p axit xitric Chương 1: T ng quan 1.2.4. Các phương pháp lên men axit xitric Chương 2: Đ i tư ng và phương pháp nghiên c u 1.2.4.1. Phương pháp lên men men n i (b m t) Chương 3: K t qu và th o lu n 1.2.4.2. Phương pháp lên men chìm 1.2.5. Các giai ño n c a quá trình lên men axit xitric và các y ut nh hư ng ñ n quá trình lên men b m t 1.2.5.1. Chu n b môi trư ng lên men
5 6 1.2.5.2. Lên men axit xitric CHƯƠNG 2 1.2.5.3. X lý môi trư ng ñã lên men thu axit xitric Đ I TƯ NG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U 1.3. T NG QUAN V NGUYÊN LI U D A 2.1. Đ I TƯ NG NGHIÊN C U 1.3.1. Ngu n g c qu d a 2.1.1. Bã d a 1.3.2. Đ c ñi m sinh h c c a qu d a 2.1.2. Ch ng vi sinh v t 1.3.3. Thành ph n hóa h c c a qu d a 2.1.3. Thi t b và hóa ch t 1.3.4. Các gi ng d a và vùng tr ng t i Vi t Nam 2.1.3.1. Thi t b 1.3.5. Th i v tr ng và thu ho ch d a 2.1.3.2. Hóa ch t 1.3.6. Di n tích tr ng và s n lư ng d a Vi t Nam 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U 1.3.7. Đánh giá ngu n ph ph m d a nhà máy ch bi n 2.2.1. Phương pháp v t lý d a xu t kh u Ngh An 2.2.1.1. Phương pháp xác ñ nh ñ m bã d a và môi trư ng lên men 1.4. TÌNH HÌNH NGHIÊN C U AXIT XITRIC VI T NAM 2.2.1.2. Phương pháp xác ñ nh pH c a bã d a và môi trư ng VÀ TRÊN TH GI I lên men 1.4.1. Tình hình nghiên c u axit xitric trên th gi i 2.2.2. Phương pháp hóa h c 1.4.2. Tình hình nghiên c u axit xitric Vi t Nam 2.2.2.1. Phương pháp xác ñ nh hàm lư ng ñư ng t ng 2.2.2.2. Phương pháp xác ñ nh hàm lư ng nitơ t ng 2.2.2.3. Phương pháp xác ñ nh hàm lư ng axit xitric trong bã d a và hàm lư ng axit xitric trong d ch lên men 2.2.3. Phương pháp vi sinh 2.2.3.1. Kh o sát th i gian nhân gi ng A. niger 2.2.3.2. Kh o sát m t ñ t bào A. niger 2.2.4. Phương pháp lên men axit xitric 2.2.4.1. Chu n b môi trư ng lên men axit xitric 2.2.4.2. Ti n hành lên men axit xitric 2.2.4.3. X lý thu d ch sau lên men axit xitric 2.2.5. Phương pháp toán h c
7 8 CHƯƠNG 3 ñã ñư c trình bày m c 2.2.1, chương 2, chúng tôi thu ñư c các k t K T QU VÀ TH O LU N qu ñư c trình bày B ng 3.1. 3.1. KH O SÁT M T S THÀNH PH N HÓA H C C A B ng 3.1. M t s thành ph n hóa h c c a bã d a BÃ D A Thành ph n Hàm lư ng (%) 3.1.1. Kh o sát hàm lư ng ñư ng t ng c a bã d a Đ xác ñ nh hàm lư ng ñư ng t ng, chúng tôi ti n hành xây Đ m 81,27 d ng ñư ng chu n ñư ng D-glucoza ñư c trình bày trong m c 2.1.1, pH 4,13 ph l c 2. K t qu xây d ng ñư ng chu n ñư ng D-glucoza ñư c Đư ng t ng 23,25 (% ch t khô) trình bày B ng 3.2, ph l c 3 và ñư c bi u di n Hình 3.1. Nitơ t ng 0,84 (% ch t khô) Ti n hành xác ñ nh hàm lư ng ñư ng t ng trong bã d a như ñã trình bày trong cách ti n hành ph n B, m c 2.2.2.1, chương 2. T Axit xitric 0,37 (% ch t khô) k t qu ño OD, chúng tôi tính ñư c hàm lư ng ñư ng t ng trong bã 3.2. CHU N B GI NG N M M C A. NIGER d a là 23,25 (% ch t khô), ñư c trình bày m c 3.3, ph l c 3. 3.2.1. Kh o sát th i gian nhân gi ng A. niger 3.1.2. Kh o sát hàm lư ng axit xitric c a bã d a Trong quá trình nhân gi ng, chúng tôi th y r ng sau 24 gi Chúng tôi ti n hành kh o sát hàm lư ng axit xitric trong bã d a nuôi A. niger th y trên b m t xu t hi n màng n m s i có màu tr ng. theo quy trình ñư c trình bày m c 2.2.2.3, chương 2. Sau 48 gi trên b m t th ch ñã b t ñ u hình thành bào t màu ñen. Đ xác ñ nh hàm lư ng axit xitric trong bã d a, chúng tôi ti n Sau 72 gi bào t hình thành dày ñ t trên b m t th ch. Sau 84 gi hành xây d ng ñư ng chu n axit xitric ñư c trình bày trong m c xu t hi n bào t hình thành ăn sâu vào bên trong th ch và sau 92 gi 2.3.1, ph l c 2. K t qu xây d ng ñư ng chu n axit xitric ñư c trình m t ph n bào t già ñi ñã rơi ra kh i m t th ch. Do ñó, chúng tôi ñã bày B ng 3.3, ph l c 3 và ñư c bi u di n Hình 3.2. ch n th i gian thích h p nh t cho quá trình nhân gi ng là 72 gi . V i Ti n hành xác ñ nh hàm lư ng axit xitric trong bã d a như ñã th i gian nhân gi ng là 72 gi , k t qu phù h p v i nghiên c u c a trình bày trong cách ti n hành ph n B, m c 2.2.2.3, chương 2. T S.Anwar và c ng s [16]. k t qu ño OD, chúng tôi tính ñư c hàm lư ng axit xitric trong bã ng gi ng ñư c gi 3-50C và c y chuy n ñ nh kỳ m i tháng d a là 0,37(% ch t khô), ñư c trình bày m c 3.6, ph l c 3. m t l n nh m ñ m b o tính ch t không b bi n ñ i ñ thu n l i cho 3.1.3. Đánh giá k t qu m t s thành ph n hóa h c c a bã d a các nghiên c u ti p theo. Bã d a thu t nhà máy ch bi n d a xu t kh u Ngh An sau quá trình x lý và ti n hành kh o sát m t s thành ph n hóa h c như ñư ng t ng, axit xitric và m t s ch tiêu khác theo các phương pháp
9 10 3.2.2. Kh o sát m t ñ t bào A. niger ñư c m t ñ t bào n m m c A. niger trong môi trư ng nuôi c y Đ ñáp ng yêu c u m t ñ t bào gi ng n m m c trong quá m c pha loãng 10-6 là I = 8,1x107 CFU/ml. K t qu này ñ m b o cho trình lên men, m t ñ gi ng ph i ñ t I ≥ 7,5x107 CFU/ml [15]. Chúng quá trình lên men ñ t hi u qu vì I ≥ 7,5x107 CFU/ml [15]. tôi ñã ti n hành kh o sát m t ñ t bào gi ng ñ b sung vào trong 3.2.3. Xác ñ nh m i tương quan gi a OD và m t ñ t bào quá trình lên men b ng phương pháp xác ñ nh gián ti p s lư ng t A. niger bào b ng cách ñ m các khu n l c phát tri n trên môi trư ng th ch Trong quá trình nghiên c u, chúng tôi ti n hành r t nhi u m u thí ñư c trình bày m c 2.4, ph l c 2. M t ñ khu n l c n m m c A. nghi m lên men axit xitric và c n c y A. niger v i t l là 2x107 t niger các m c pha loãng khác nhau th hi n Hình 3.5. bào/g bã d a khô [15]. Tuy nhiên, theo th i gian thì m t ñ t bào gi ng s thay ñ i, ñ ñ m b o ñ chính xác c a các m u thí nghi m chúng tôi ph i ki m tra l i m t ñ t bào gi ng b sung vào môi trư ng. Vi c ki m tra m t ñ t bào gi ng t n r t nhi u th i gian, vì th chúng tôi ñã ti n hành xác ñ nh m i tương quan gi a ñ ñ c (OD) và m t ñ t bào gi ng. Như v y, khi ti n hành các thí nghi m lên men chúng tôi không c n ñ m m t ñ t bào gi ng b sung mà ch c n xác ñ nh OD, t ñó suy ra m t ñ t bào gi ng. -4 -5 Pha loãng 10 Pha loãng 10 Sau khi ti n hành hút và c y canh trư ng vào môi trư ng th ch, chúng tôi ti n hành ño OD bư c sóng 620nm c a t ng m c ñ pha loãng khác nhau. K t qu c a vi c ño OD tương ng v i m t ñ t bào ñ m ñư c m i ñ pha loãng khác nhau ñư c trình bày m c 3.7, ph l c 3 và B ng 3.2. T k t qu B ng 3.2, chúng tôi ti n hành xây d ng ñư ng chu n m t ñ t bào gi ng v i tr c tung là ñ ñ c (OD620nm), tr c hoành là m t ñ t bào gi ng. Tìm phương trình bi u di n ñư ng Pha loãng 10-6 Pha loãng 10-7 chu n d ng: y = a.x + b v i y = OD620nm; x = m t ñ t bào gi ng Hình 3.5. Quá trình kh o sát m t ñ t bào A. niger (CFU/ml) và h s tương quan R2 b ng ph n m n Excel. Qua 72 gi k t thúc quá trình 300C, chúng tôi ñ m s lư ng K t qu xây d ng ñư ng chu n m t ñ t bào gi ng là: khu n l c m c trên ñĩa th ch m c pha loãng 10-6 trên 3 ñĩa petri s y = -0,0036x + 0,2575 (3.1) khu n l c theo th t t ng ñĩa là: 71; 83; 89. Chúng tôi xác ñ nh Đư ng chu n m t ñ t bào gi ng ñư c bi u di n Hình 3.6.
11 12 OD 0.3 70 y = -0.0036x + 0.2575 65 62.1 58.6 0.25 2 R = 0.994 60 54.3 0.2 49.2 50 42.5 m (%) 0.15 40 0.1 34.5 30 0.05 Đ 0 20 0 5 10 15 20 25 30 35 10 M t ñ t bào gi ng (CFU/ml ) 0 Hình 3.6. Đ th ñư ng chu n m t ñ t bào A. niger 0 1 2 3 4 5 6 7 Như v y, t phương trình (3.1) chúng ta có th xác ñ nh ñư c Th i gian lên men (ngày) m t ñ t bào gi ng trư c khi b sung vào quá trình lên men. Hình 3.7. S thay ñ m qua các ngày lên men 3.3. KH O SÁT S THAY Đ I M TRONG QUÁ TRÌNH Theo m c 2.2.1.1, chương 2, chúng tôi tính ñư c lư ng nư c m t LÊN MEN các m u qua các ngày lên men như B ng 3.3. Đ kh o sát s thoát m trong quá trình lên men, chúng tôi ti n B ng 3.3. K t qu ñ m và lư ng nư c m t qua các ngày lên men hành lên men 6 m u thí nghi m v i các ñi u ki n như nhau: cân 10g Trư c lên Lư ng Lư ng Sau lên men bã d a có b sung sacaroza 12%; NH4NO3 0,2%; KH2PO4 0,1%; men nư c nư c Th i MgSO4.7H2O 0,05%; MnSO4 0,01% và FeSO4.7H2O 0,001%; m t m t M u gian ethanol 2% (% so v i kh i lư ng bã d a). Đ m môi trư ng lên men m1 W1 m2 W2 các trong 7 (ngày) là 65%, pH ban ñ u b ng 5,5, c y A. niger v i t l 2x10 t bào/g bã (g) (%) (g) (%) m u, 1 ngày 0 d a khô[15], nhi t ñ lên men 30 C. Th i gian lên men tương ng m (g) (g) v i 6 m u thí nghi m là A1 (1 ngày), A2 (2 ngày), A3 (3 ngày), A4 A1 1 25 65 23,09 62,1 1,91 1,91 (4 ngày), A5 (5 ngày) và A6 (6 ngày). A2 2 25 65 21,14 58,6 3,86 1,93 C sau m i ngày lên men, chúng tôi l y m t m u tương ng v i A3 3 25 65 19,15 54,3 5,85 1,95 th i gian lên men ñem xác ñ nh ñ m b ng phương pháp s y ñ n A4 4 25 65 17,22 49,2 7,78 1,94 tr ng lư ng không ñ i như ñã trình bày m c 2.2.1.1, chương 2. K t qu tính toán ñ m thay ñ i (W2) ñư c trình bày B ng 3.1, ph l c A5 5 25 65 15,22 42,5 9,78 1,96 3 và th hi n Hình 3.7. A6 6 25 65 13,36 34,5 11,64 1,94
13 14 Theo s li u trình bày B ng 3.3 cho th y lư ng nư c m t ñi trong 1 ngày các m u thí nghi m là gi ng nhau, chúng xê d ch t 80 1,91 ñ n 1,96. Như v y, sau m i ngày lên men m t ñi m t lư ng 75 73.4 72.9 Hàm lư ng axit xitric (g/kg) nư c như nhau. Đ duy trì ñ m c a môi trư ng lên men như ñ 70 68.6 m ban ñ u 65% thì chúng ta c n b sung m t lư ng nư c chính 65 61.5 b ng lư ng nư c m t ñi và b sung m t lư ng nư c như nhau sau 60 54.9 m i ngày lên men, k t qu này phù h p v i báo cáo c a De Lima 55 [11]. 50 k t qu nghiên c u này, khi lên men 10g bã d a khô v i ñ 45 m ban ñ u là 65% thì sau m i ngày lên men c n thêm 1,91-1,96g 40 nư c ñ duy trì ñ m ban ñ u. Như v y, khi ti n hành các thí 3 4 5 6 7 8 9 nghi m lên men cũng ñ m 65% thì ch c n bi t kh i lư ng bã Th i gian lên men (ngày) d a cho lên men thì có th tính ñư c lư ng nư c c n b sung vào Hình 3.8. nh hư ng c a th i gian lên men ñ n hàm lư ng m i ngày trong su t quá trình lên men. axit xitric t o thành 3.4. NGHIÊN C U M T S Y U T NH HƯ NG Đ N K t qu nghiên c u cho th y, hàm lư ng axit xitric t o thành HÀM LƯ NG AXIT XITRIC T O THÀNH TRONG tăng d n t nh ng ngày ñ u c a quá trình lên men, t ngày th 4 ñ n QUÁ TRÌNH LÊN MEN ngày th 6 hàm lư ng axit xitric tăng lên rõ r t, tăng t 54,9 g/kg ñ n 3.4.1. nh hư ng c a th i gian lên men ñ n hàm lư ng axit xitric 72,9 g/kg. ngày th 6 và th 7 hàm lư ng axit xitric t o thành cao t o thành nh t và ñ t hàm lư ng tương ñương nhau là 72,9 g/kg và 73,4 g/kg. Các thí nghi m ñư c ti n hành v i các ñi u ki n như sau: c ñ nh Sang ngày th 8 hàm lư ng axit xitric t o thành l i gi m xu ng còn hàm lư ng bã d a 40g; sacazoza 12%; NH4NO3 0,2%; KH2PO4 68,6 g/kg. 0,1%; MgSO4.7H2O 0,05%; MnSO4 0,01% và FeSO4.7H2O 0,001%; Như v y, hàm lư ng axit xitric t o thành trong quá trình lên men ethanol 2% (% so v i kh i lư ng bã d a); ñ m môi trư ng lên men b i A. niger là ph thu c r t nhi u vào th i gian lên men. Hàm lư ng 7 là 65%; pH ban ñ u b ng 5,5; c y A. niger v i t l 2x10 t bào/g bã axit xitric ñ t k t qu cao nh t vào nh ng ngày lên men th 6 và th d a khô [15]; nhi t ñ lên men 30ºC. Kh o sát các m c th i gian lên 7. Tuy nhiên, ñ rút ng n th i gian lên men có hi u qu kinh t chúng men là 4; 5; 6; 7; 8 ngày ñ theo dõi quá trình lên men. K t qu thí tôi ch n th i gian lên men là 6 ngày v i hàm lư ng axit xitric t o nghi m ñư c th hi n B ng 3.4, ph l c 3 và bi u di n trên ñ th thành là 72,9g/kg. Hình 3.8.
15 16 3.4.2. nh hư ng c a lo i ñư ng và hàm lư ng ñư ng b sung sung 12% glucoza ñã cho 66,5g/kg và b sung 12% fructoza ñã cho ñ n hàm lư ng axit xitric t o thành 62,1g/kg. Ti p t c tăng hàm lư ng ñư ng lên 16% r i 20% thì k t Các thí nghi m ñư c ti n hành v i các ñi u ki n như sau: c ñ nh qu hàm lư ng axit xitric t o thành không nh ng không tăng mà hàm lư ng bã d a 40g; NH4NO3 0,2%; KH2PO4 0,1%; MgSO4.7H2O ngư c l i còn gi m ñi, ch ng h n như khi b sung 20% sacazoza, axit 0,05%; MnSO4 0,01% và FeSO4.7H2O 0,001%; ethanol 2% (% so xitric t o thành ch còn 61,5g/kg. v i kh i lư ng bã d a); ñ m môi trư ng lên men là 65%; pH ban So sánh gi a 3 lo i ñư ng nghiên c u thì ñư ng sacazoza cho k t 7 ñ u b ng 5,5; c y A. niger v i t l 2x10 t bào/g bã d a khô [15]; qu axit xitric cao nh t r i ñ n glucoza và cu i cùng là fructoza. Khi ti n hành lên men trong 6 ngày nhi t ñ 30ºC. Hàm lư ng ñư ng tăng hàm lư ng ñư ng b sung thì hàm lư ng axit xitric t o thành b sung các thí nghi m thay ñ i t 0; 4; 8; 12; 16 ñ n 20% (% so tăng lên ñáng k , ñ n khi hàm lư ng ñư ng b sung là 12 ñ n 16% v i kh i lư ng bã d a). K t qu thí nghi m ñư c th hi n B ng thì cho hàm lư ng axit xitric cao nh t và khi ti p t c tăng hàm lư ng 3.5, ph l c 3 và bi u di n trên ñ th Hình 3.9. ñư ng lên 20% thì axit xitric t o thành gi m. Đi u này có nghĩa, 80 lư ng ñư ng th p thì không ñ ngu n cacbon cung c p cho A. niger 70 phát tri n và khi h t ñư ng thì h s i n m b t ñ u s d ng ñ n axit Hàm lư ng axit xitric (g/kg) 60 xitric làm gi m hàm lư ng axit xitric t o thành. Còn khi n ng ñ 50 ñư ng quá cao, quá trình lên men b c ch . 40 Như v y, hàm lư ng axit xitric t o thành trong quá trình lên men 30 b i A. niger là ph thu c r t nhi u vào lo i và n ng ñ ban ñ u c a 20 Sacazoza ngu n ñư ng b sung. Hàm lư ng axit xitric ñ t k t qu cao nh t khi Glucoza 10 Fructoza b sung hàm lư ng sacazoza t 12 ñ n 16%. Tuy nhiên, tính ñ n hi u 0 0 4 8 12 16 20 24 qu kinh t , chúng tôi ch n hàm lư ng sacazoza b sung là 12% v i Hàm l ư ng ñư ng b sung (%) hàm lư ng axit xitric t o thành là 73g/kg sau 6 ngày lên men. Hình 3.9. nh hư ng c a lo i ñư ng và hàm lư ng ñư ng b sung 3.4.3. nh hư ng c a lo i nitơ và hàm lư ng nitơ b sung ñ n ñ n hàm lư ng axit xitric t o thành hàm lư ng axit xitric t o thành K t qu nghiên c u cho th y, khi không b sung ñư ng, A. niger T k t qu nghiên c u m c 3.4.1 và 3.4.2, chúng tôi ti n hành ch s d ng lư ng ñư ng có trong bã d a thì hàm lư ng axit xitric lên men v i các m u thí nghi m c ñ nh th i gian lên men 6 ngày, t o thành r t th p, ch 12,5g/kg. Khi có b sung hàm lư ng ñư ng t hàm lư ng ñư ng sacazoza b sung 12%; 40g bã d a; KH2PO4 0,1%; 4 ñ n 12% thì hàm lư ng axit xitric t o thành ñã tăng lên ñáng k . MgSO4.7H2O 0,05%; MnSO4 0,01% và FeSO4.7H2O 0,001%; Khi b sung 12% sacaroza ñã cho hàm lư ng axit xitric là 73g/kg; b ethanol 2% (% so v i kh i lư ng bã d a); ñ m môi trư ng lên men
17 18 là 65%; pH ban ñ u b ng 5,5; c y A. niger v i t l 2x107 t bào/g bã Như v y, qua nghiên c u nh hư ng c a lo i nitơ và hàm lư ng d a khô [15], nhi t ñ lên men 30ºC. Kh o sát các hàm lư ng nitơ b nitơ ñ n hàm lư ng axit xitric t o thành, chúng tôi nh n th y không sung vào môi trư ng lên men là 0; 0,2; 0,4; 0,6%. K t qu thí nghi m ch có hàm lư ng nitơ mà còn tùy thu c vào lo i nitơ ñư c b sung ñư c th hi n b ng 3.6, ph l c 3 và bi u di n trên ñ th Hình vào môi trư ng lên men ñã làm thay ñ i ñ n hàm lư ng axit xitric t o 3.10. thành. Gi a lo i nitơ vô cơ (NH4NO3, (NH4)3PO4) và nitơ h u cơ 80 (pepton) như chúng tôi kh o sát thì mu i nitơ vô cơ NH4NO3 cho k t Hàm lư ng axit xitric (g/kg) 70 qu hàm lư ng axit xitric t o thành cao hơn c . Và vi c thi u, th a 60 nitơ trong quá trình lên men ñ u h n ch s tăng trư ng c a A. niger. 50 Do ñó, vi c tăng, gi m khác hơn NH4NO3 0,2%; (NH4)3PO4 0,2% 40 ho c pepton 0,2%, d n ñ n s xáo tr n c a A. niger, làm gi m kh 30 năng tăng trư ng và d n ñ n gi m hàm lư ng axit xitric t o thành. 20 Amoni nitrat Amoni photphat Qua nghiên c u, chúng tôi ch n k t qu b sung hàm lư ng 10 Pepton NH4NO3 0,2% ñ t hàm lư ng axit xitric t o thành là 73,1g/kg. 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 3.5. NGHIÊN C U NH HƯ NG Đ NG TH I C A BA Hàm lư ng nitơ (%) Y UT Đ N QUÁ TRÌNH LÊN MEN AXIT XITRIC Hình 3.10. nh hư ng c a lo i nitơ và hàm lư ng nitơ b sung 3.5.1. Ch n ñi u ki n thí nghi m ñ n hàm lư ng axit xitric t o thành 3.5.2.Tính h s b K t qu nghiên c u cho th y, khi không b sung hàm lư ng nitơ 3.5.3. Ki m tra ý nghĩa c a h s b trong phương trình (3.2) vào môi trư ng lên men thì hàm lư ng axit xitric t o thành là Phương trình h i qui có d ng: 48,2g/kg. B sung NH4NO3 0,2% hàm lư ng axit xitric t o thành ñã = 74,225+ 1,0827x1 -0,761x2 – 1,071x3 (3.5) tăng ñ n 73,1g/kg. Nhưng ti p t c b sung hàm lư ng NH4NO3 lên 3.5.4. Ki m tra s tương thích c a phương trình (3.5) v i 0,4; 0,6 thì hàm lư ng axit xitric không nh ng không tăng mà ngư c th c nghi m l i càng gi m d n, khi b sung NH4NO3 0,6% thì hàm lư ng axit 3.5.5.T i ưu hóa th c nghi m xitric gi m xu ng ch còn 50,7g/kg. Khi b sung (NH4)3PO4 0,2% T k t qu các bư c chuy n ñ ng δ j B ng 3.9, chúng tôi t hàm lư ng axit xitric t o thành ñ t 70,2g/kg, b sung pepton 0,2% ch c thí nghi m leo d c, xu t phát t tâm th c nghi m theo hư ng ñã hàm lư ng axit xitric t o thành th p hơn, ñ t 67,4g/kg. Tương t như ch n. K t qu ñư c bi u di n B ng 3.10. b sung hàm lư ng NH4NO3, khi b sung hàm lư ng (NH4)3PO4 và pepton lên 0,4; 0,6 thì hàm lư ng axit xitric t o thành cũng gi m d n.
19 20 B ng 3.10. K t qu thí nghi m theo hư ng d c ñ ng bã nho ñ t 92g/kg; Shankaranand và Lonsane (1992) lên men cám lúa mì ñ t 72g/kg [17]. Võ Th H nh lên men bã mía ñ t 80g/kg và Hàm m c Các y u t nh hư ng bã khoai mì ñ t 98g/kg [3]. Thí nghi m tiêu 3.6. Đ XU T QUI TRÌNH CÔNG NGH LÊN MEN AXIT Z1 (ngày) Z2 ( %) Z3 ( %) Y XITRIC T BÃ D A TRÊN MÔI TRƯ NG BÁN R N S 1 (TN t i tâm) 6 12 0,2 73,065 D NG A. NIGER QUI MÔ PTN 2 5,5 13 0,25 76,303 3.6.1. Quy trình công ngh lên men axit xitric quy mô PTN 3 5 14 0,3 78,217 Bã d a 4 4,5 15 0,35 74,152 5 4 16 0,4 72,473 Qua các thí nghi m leo d c, k t qu nh n ñư c thí nghi m 3 là S y (600C) cao nh t v i hàm lư ng axit xitric t o thành là 78,217 (g/kg), ng v i hàm lư ng ñư ng b sung là 14% sacazoza, hàm lư ng nitơ b sung Nghi n là 0,3% NH4NO3 và th i gian lên men là 5 ngày. Theo nghiên c u c a tác gi Kareem và các c ng s , sau 5 ngày Sacaroza 14%, Chu n b môi trư ng lên men lên men v d a có b sung sacazoza 15%, NH4NO3 0,25% ñã cho NH4NO3 0,3%, khoáng (W=65%; pHbñ=5,5) hàm lư ng axit xitric là 60,6g/kg v d a khô [15]. So sánh k t qu nghiên c u c a chúng tôi và c a tác gi Kareem thì ñã có s chênh l ch, nghiên c u c a chúng tôi cho k t qu cao hơn. Nhưng so sánh Ti t trùng (1210C, 20 phút) A.niger v i k t qu nghiên c u c a Tran CT, Sly LI, Mitchel DA ñã s d ng Asper & illus foetidus ACM3996 v i s hi n di n c a 3% methanol, Nhân gi ng Lên men v iñ m 70% thu ñư c 161g/kg bã d a khô sau 4 ngày lên men (t= 30 C; τ=5 ngày) 0 [17] thì k t qu nghiên c u c a chúng tôi còn th p. Có th do nhi u y u t , trong ñó có ngu n nguyên li u khác nhau, vi c s d ng ch ng vi sinh v t khác nhau và các ñi u ki n lên men khác nhau ñã d n ñ n Nư c Tách bã Bã k t qu nghiên c u không gi ng nhau. K t qu nghiên c u này là tương ñ i khá so v i các k t qu nghiên c u c a Hang và Woodams (1984) lên men bã táo ñ t 65g/kg; Hang và Woodams (1985) lên men Thu d ch sau lên men Hình 3.11. Quy trình công ngh lên men axit
21 22 3.6.2. Thuy t minh quy trình Lên men: Bã d a: Thu t nhà máy ch bi n d a xu t kh u, nhà máy ch Môi trư ng lên men ñư c phân ph i trên các bình erlen, trên các bi n d a cô ñ c và các nhà máy ch bi n hoa qu trong nư c. khay,.. ñư c c y A. niger (v i t l 2x107 t bào/g bã d a) trong ñi u S y: S y nhi t ñ 60ºC cho ñ n khi bã d a ñ t ñ m kho ng ki n vô trùng. Nhi t ñ lên men 30ºC, th i gian lên men là 5 ngày. 14%, r i sau ñó ti n hành nghi n nh . Trong quá trình lên men có s th t thoát nư c nên c n b sung nư c Nghi n: Nghi n nh v i kích thư c h t kho ng 1-3 mm. M c ñ duy trì ñ m ban ñ u. ñích c a vi c nghi n là làm tăng ñ x p cho môi trư ng lên men, ñ Tách bã: Khi k t thúc quá trình lên men, tr n môi trư ng ñã lên thu n l i cho quá trình hô h p c a n m m c A. niger. men v i nư c, ti n hành khu y tr n, ép r i l c s ch bã thu d ch sau Lư ng bã d a này ñư c lưu tr nhi t ñ thư ng và s d ng lên men. làm nguyên li u cho c quá trình nghiên c u. Chu n b môi trư ng lên men: Bã d a b sung các ch t dinh dư ng: sacaroza 14%, NH4NO3 0,3%, ethanol 2%, KH2PO4 0,1%; MgSO4.7H2O 0,05%; MnSO4 0,01% và FeSO4.7H2O 0,001%. Đ m môi trư ng lên men là 65%, pH ban ñ u b ng 5,5. Ti t trùng: môi trư ng lên men ñư c ti t trùng 1210C trong 20 phút, nh m tiêu di t các vi sinh v t gây nh hư ng ñ n quá trình lên men. Nhân gi ng: Đ ñáp ng lư ng gi ng n m m c cho lên men axit xtric thì c n ph i ti n hành nhân gi ng. Đ u tiên ti n hành nhân gi ng trong phòng thí nghi m sau ñó ti n hành nhân gi ng trong s n xu t. Nhân gi ng trong phòng thí nghi m là nuôi c y A. niger thu n khi t trên môi trư ng ch a ñ y ñ ch t dinh dư ng và ñư c ti t trùng. N m m c A. niger thư ng nuôi trên môi trư ng th ch czapeck, raulin, sabouraud,... Nhân gi ng trong s n xu t, A. niger thư ng ñư c nuôi trên môi trư ng t các ngu n nguyên li u giàu ñư ng, r ti n như r ñư ng, malt ñ i m ch, cám g o,...
23 24 K T LU N VÀ KI N NGH 5) Khi t i ưu hóa th c nghi m b ng phương pháp leo d c thì k t 1. K T LU N qu thu ñư c là 78,217 g/kg v i các thông s lên men t i ưu là b 1) Đã xác ñ nh ñư c m t s thành ph n hóa h c c a bã d a nhà sung 14% sacazoza, 0,3% NH4NO3 và th i gian lên men là 5 ngày. máy ch bi n d a xu t kh u Ngh An như sau: 6) Đã ñ xu t qui trình công ngh lên men axit xitric t bã d a Đ m: 81,27% trên môi trư ng bán r n s d ng Asperillus niger qui mô PTN. pH: 4,13 2. KI N NGH Axit xitric: 3,7% (% ch t khô) - C n ti p t c nghiên c u quá trình lên men axit xitric t bã d a, Đư ng t ng: 23,25% (% ch t khô) ti p t c nghiên c u các y u t nh hư ng khác như t l gi ng, pH, Nitơ t ng: 0,84% (% ch t khô) ñ m, kích thư c h t, b dày môi trư ng, n ng ñ oxy,… ñ m nh 2) Trong quá trình lên men ñ m c a môi trư ng thay ñ i ñáng d n ñ xu t qui trình công ngh lên men axit xitric t bã d a trên môi k nên h ng ngày ph i b sung lư ng nư c tương ng ñ duy trì ñ trư ng bán r n s d ng Asperillus niger qui mô pilot. m không ñ i. Lư ng nư c b sung m i ngày ñ u b ng nhau trong - M r ng ph m vi nghiên c u c a ñ tài trên nhi u ngu n ph su t quá trình lên men. li u nông–công nghi p r ti n nhưng giàu ñư ng, tinh b t ho c 3) K t qu nghiên c u ñơn bi n c a m t s y u t nh hư ng ñ n xenluloza v i các ch ng A. niger b ñ t bi n ñ thu axit xitric cao quá trình lên men cho th y th i gian lên men, hàm lư ng ñư ng và nh t. hàm lư ng nitơ b sung có nh hư ng ñáng k ñ n quá trình lên men. - T axit xitric t o thành, tinh ch , k t tinh thu axit xitric tinh Trong ñó: khi t và có th ng d ng vào nhi u ngành công nghi p khác nhau. + Trong 3 lo i ñư ng sacazoza, glucoza và fructoza thì ñư ng - Nghiên c u t n d ng bã th i c a môi trư ng sau lên men ñ làm sacazoza b sung t t nh t cho quá trình lên men xitric. th c ăn gia súc. + Trong 3 lo i nitơ NH4NO3, (NH4)3PO4 và pepton thì NH4NO3 b sung t t nh t cho quá trình lên men xitric. 4) Khi nghiên c u nh hư ng ñ ng th i 3 y u t nh hư ng ñ n quá trình lên men th i gian lên men, hàm lư ng sacazoza b sung và hàm lư ng NH4NO3 b sung b ng phương pháp quy ho ch th c nghi m, TYT23 thì phương trình h i quy thu ñư c là: = 74,225+ 1,0827x1 -0,761x2 – 1,071x3