Công nghệ sản xuất acid amin

 Quy trình  sản xuất acid amin

Acid amin là chất có vai trò vô cùng quan trong trong cơ thể sống. Trong cơ thể có tới 20 loại acid amin khác nhau, đó có thế là acid amin cần thiết, không cần thiết hay bán cần thiết.

Trong công nghệ sản xuất, chế biến thực phẩm hiện nay,  mì chính là chất
phụ gia thực phẩm được sử dụng, rộng rãi. Người ta áp dụng công nghệ sinh học để  tạo ra acid Glutamin, sau đó dùng NaOH ở nồng độ cao để sản xuất ra mì chính (muối
glutamat natri)

1 Nguyên liệu sản xuất:

Để lên men tạo acid glutamic, người ta dùng nguyên liệu chủ yếu là dịch có đường,( rỉ đường hoặc các nguồn nguyên liệu tinh bột đã qua giai đoạn đường hóa). Khoai mì là nguyên liệu chứa tinh bột được sử dụng nhiều nhất hiện nay. Còn có các nguồn dinh dưỡng bổ sung như  muối amôni, photphat, sulfat, biotin, vitamin B…
Thực tế sản xuất, người ta dung dịch rỉ đường làm môi trường lên men thay cho cao bắp. Rỉ đường thường pha loãng đến nồng độ 13 – 14% và thanh trùng trước khi lên men. Nếu là nguyên liệu chứa tinh bột, thì phải thủy phân tinh bột (quá trình dịch hóa và đường hóa) nhờ enzym a -b- amylase rồi sau đó bổ sung thêm dinh dưỡng vào môi trường lên men.

2. Chủng vi sinh để lên men:

Quá trình lên men sản xuất acid glutamic, chủng vi sinh thường sử dụng là: Corynebacterium Glutanicum, Brevibacterium Lactofermentus, Micrococus Glutamicus; nhưng chủ yếu nhất là chủng Glutamicum (loại vi khuẩn này đã được nhà vi sinh vật Nhật Bản Kinosita tìm thấy từ 1956, nó có khả năng lên men từ tinh bột, ngô, khoai, khoai mì để tạo ra acid glutamic).
Vi khuẩn này được lấy từ ống thạch nghiêng tại các cơ sở giữ giống, sau đó được cấy truyền, nhân sinh khối trong môi trường lỏng. Khối lượng sinh khối đuợc nhân lên  phù hợp cho quy trình sản xuất đại trà. Trước khi nuôi cấy,nhân lên, môi trường lỏng phải được vô trùng bằng phương pháp Pasteurs

Giống phải có khả năng tạo ra nhiều axit glutamic, tốc độ sinh trưởng phát triển nhanh, đảm bảo tính ổn định cao trong thời gian dài, chịu được nồng độ acid cao, môi trường nuôi cấy đơn giản, dễ áp dụng trong điều kiên thực tế sản xuất.

3. Kỹ thuật sản xuất acid glutamic và mì chính:

Mì chính là một trong 20 acid amin cấu tạo nên phân tử protein được sử dụng rất  nhiều trong thực tế cuộc sống vì tác dụng của nó. Acid glutamic sản xuất bằng phương pháp lên men vi sinh vật, với nguyên liệu phổ biến là đường. Quá trình này được xúc tác bởi hệ enzym có sẵn trong vi khuẩn, chuyển hóa qua nhiều giai đoạn trung gian với nhiều phản ứng xảy ra tạo ra nhiều sản phẩm phụ, và cuối cùng chính  là  acid glutamic.

Thực chất,quá trình này là quá trình mà đường được chuyển hóa, sau đó thông qua chu trình Krebs của quá trình hô hấp hiếu khí của vi khuẩn, sản phẩm acid glutamic được hình thành. Sự hình thành acid glutamic phụ thuộc vào sự tích tụ acid  a-cêtoglutaric trong tế bào vi khuẩn và sự có mặt của amoniac và enzym xúc tác là glutamat dehydrogenase
Phương pháp lên men vi khuẩn là phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay trên thế giới để sản xuất acid glutamic và mì chính. Hằng năm, sản lượng mì chính cả thế giới sản xuất theo phương pháp này khoảng 25 – 30 vạn tấn. Ở Việt Nam cũng có nhiều nhà máy sản xuất mì chính bằng phương pháp lên men như VeDan, Ajino Moto, Việt Trì, Thiên Hương…
Để sản xuất mì chính từ acid glutamic bằng phương pháp lên men, quy trình công nghệ được triển khai theo các giai đoạn sau:

Chuẩn bị dịch lên men vi sinh vật:

Môi trường lên men được chuẩn bị sẵn từ các nguyên liệu có chứa đường hoặc tinh bột, được vô trùng kỹ trước khi cấy vi khuẩn lên men glutamic vào.
Giai đoạn lên men để tạo glutamic
Môi trường nhân sinh khối vi khuẩn, dung dịch lên men được chuyển vào các dụng cụ, thiết bị lên men, sau đó cho corynebacterium glutamicum vào, cho lên men trong điều kiện thoáng khí, giữ ở nhiệt độ 32 – 37 độ C trong thời gian 38 – 40h.
Kết thúc quá trình lên men này, lượng acid glutamic có thể đạt 50 – 60g/ lít. Trong thời gian lên men , pH sẽ chuyển dần sang pH acid do sự hình thành acid glutamic do đó người ta thường bổ sung thêm dinh dưỡng vào môi trường nuôi amôni clorid (NH4Cl, (NH4)2SO4, urê) để giữ ổn định độ pH cho vi khuẩn hoạt động tốt. Không được lên men trong điều kiện yếm khí vì có thể tạo thành acid lactic. Để tạo thoáng khí, trong các thiết bị lên men bố trí bộ phận khuấy trộn dịch với vận tốc V = 450 vòng/ phút.

Tinh chế acid glutamic:

Kết thúc quá trình lên men, acid glutamic được tạo thành có lẫn một số tạp chất khác, do đó cần phải tinh chế, loại bỏ các tạp chất này ra khỏi dung dịch chứa acid glutamic. Phương pháp thường dùng là nhựa trao đổi. Nhựa trao đổi rezin có hai loại: rezin dương tính (mang tính acid) và rezin âm tính (mang tính base).
Dịch lên men có chứa acid glutamic cùng với tạp chất cho chảy qua cột nhựa (có chứa rezin) từ dưới lên với tốc độ 150 – 180 lít/ phút, thời gian  là 150 – 180 phút. Đồng thời, người ta cho dòng nước chảy qua cột cùng chiều với dung dịch lên men để rửa các vi khuẩn bám vào bề mặt cột nhựa. Giữ nhiệt độ trong cột trao đổi ion là 60độ – 65độ C. Sau khi kết thúc, dùng NaOH 4 – 5% để tách acid glutamic ra khỏi cột nhựa(tốc độ chảy NaOH là 5 – 6m/ giờ, lưu lượng  của nó là 100lít/ phút). Người ta sử dụng than hoạt tính để khử màu. Acid glutamic thu lấy  bằng cách điều chỉnh pH = 3,2 rồi cô đặc dung dịch và giảm nhiệt độ xuống 40 – 15 độC sẽ thu được tinh thể acid glutamic với lượng 77 – 88% hoặc cao hơn.
Sự tạo thành mì chínht:

Mì chính là muối natri của acid glutamic, gọi là glutamat natri. Dùng NaOH 40 – 50% để trung hòa dung dịch acid glutamic đến pH = 6,8, sau đó đem lọc, cô đặc, và kết tinh bằng phương pháp sấy chân không ở nhiệt độ thấp sẽ thu được tinh thể bột ngọt màu trắng. Độ tinh khiết của bột ngọt có thể đạt 99 – 99,6% monoglutamat natri.