L-glutamate, còn được gọi là axit L-glutamic, là một trong 9 axit amin không thiết yếu- lần đầu tiên được phát hiện và xác định bởi nhà hóa học người Đức Rotthausen vào năm 1860. Tuy nhiên, cho tới khi nhà khoa học người Nhật Kikunae Ikeda phát hiện ra L-glutamate trong cặn nâu còn lại khi bay hơi dung dịch canh tảo biển, và đó là chất tạo vị ngon của món ăn này, thì người ta mới bắt đầu cố gắng để sản xuất thương mại loại axit amin này.
Quy trình
Nguyên liệu thô
Trong một quá trình xử lý sinh học, có 2 yếu tố quan trọng là tế bào và môi trường.
Quá trình sản xuất L-glumate có thể sử dụng nhiều giống và loài vi khuẩn khác nhau. Trước đây, vi khuẩn thuộc các loài Brevibacterium, Arthrobacter, Microbacterium, và Corynebacterium được dùng để sản xuất L-gluatmate. Tuy nhiên, hiện nay loại vi khuẩn được sử dụng phổ biến nhất là Corynebacterium glutamicum, trước đây được biết đến là Micrococcus glutamicum. C.glutamicum là loài vi khuẩn không gây bênh, còn được ứng dụng phổ biến để sản xuất nhiều loại amino acid khác.
Với môi trường sinh trưởng, có rất nhiều lựa chọn. Mối quan tâm lớn của các nhà sản xuất có quy mô lớn là giá thành của các môi trường này và vì vậy họ thường sử dụng nguồn đường từ mía hoặc củ cải đường, thủy phân tinh bột từ ngô, củ sắn, thậm chí là bột sắn. Sự lựa chọn nguyên liệu đường chủ yếu là do sự sẵn có của nó. Nói chung, các nhà sản xuất thường lựa chọn nguồn thực vật có sẵn ở địa phương. Cùng với đường, muối amon và amoni cũng là một cung cấp nguồn nitơ.
Quá trình upstream
Nguyên tắc
Quá trình sản xuất L-glutamat tuân theo quy trình sản xuất sinh học. Phương pháp lên men bổ sung thường được sử dụng phổ biến hơn lên men theo mẻ. Điều này chủ yếu là do trong quá trình lên men theo mẻ, các nguyên liệu cần thiết cần được chuẩn bị đầy đủ. khi đó nồng độ đường có thể đạt hơn 20% [w/v]. Nồng độ này ảnh hưởng không tốt đến quá trình sinh học, đường sẽ không được oxy hóa hoàn toàn, sản sinh ra nhiều acid lactic và acid acetic không mong muốn. Ngoài ra, với nồng độ đường cao như vậy có thể dẫn tới các thay đổi điện thế nước giữa môi trường và các tế bào chất của vi khuẩn. Do đó, đường được thêm vào không liên tục trong suốt quá trình lên men nhằm tránh những tác động bất lợi do nồng độ đường cao.
Nhân rộng quytrình
Bắt đầu quá trình, C.glutamicum sẽ được cấy vào trong bình lắc. Sau một thời gian tăng trưởng, nguồn giống sẽ được chuyển sang hàng loạt các bể nuôi cấy giống trung gian có thể tích tăng dần. Các bể trung gian này thường có thể tích từ 200 đến 1000 lít. Cuối cùng, nguồn giống của các bể sản xuất chính sẽ được chủng từ bể trung gian. Các bể này có thể tích dao dộng từ 50 000 đến 500 000 lít.
Lên men
Khi bắt đầu của quá trình lên men, axit oleic 0,00065% [v/v] được thêm vào để kích thích tiết L-glutamate. Nhiệt độ được thiết đặt ở 33° C. Ban đầu quá trình lên men bắt đầu tại pH 8.5, nhưng sau hạ xuống và duy trì ở pH 7.8 trong quá trình này.
Sau 14 giờ lên men, nhiệt độ được nâng lên đến 38° C. Đường bắt đầu được thêm vào môi trường nuôi cấy ở nồng độ 16% [w/v]. C. glutamicum sử dụng glucose và sản sinh ra nhiều L-glutamate, tiết vào dịch môi trường. Quá trình này tiếp tục cho đến khi nồng độ của L-glutamate đáp ứng các yêu cầu của nhà sản xuất.
Quá trình downstream [tinh sạch và tái chế]
Chiết suất sơ cấp
Các mẻ sau lên men sẽ được xử lý nhằm loại bỏ các sản phẩm không mong muốn. Đầu tiên sử dụng phương pháp lọc chân không, dùng bộ vi lọc có đường kính màng lọc 50 mm với kích thướclỗ là45 µm. Sau đó dung dịch được ly tâm ở tốc độ 10,000 vòng/ phút trong 10 phút để thu được dịch nổi, trong đó có sản phẩm mong muốn.
Tách chiết L-glutamate bằng phương pháp sắc ký trao đổi ion
pH dung dịch sau lên men sẽ được điều chỉnh tới pH 2.0 bằng dung dịch HCl. Từ đó thay đổi điện tích toàn phần của L-glutamate giúp chúng có thể liên kết với chất nền của cột sắc ký. Dung dịch được liên tục chảy qua cột cho đến khi L-glutamate được liên kết với chất nền.
Sau đó, pH của dung dịch được điều chỉnh lên 4.0 bằng cách thêm vào urea và NaOH. Sự thay đổi điện tích toàn phần giúp L-glutamate được phóng thích khỏi chất nền. Dung môi rửa được thu hồi lại.
Kết tinh
Sau khi tách chiết, dung môi rửa giải được cô đặc lại. pH được điều chỉnh đến 3.2 bằngacid HCl, điểm đẳng điện của L-glutamate. Sản phẩm được bảo quản ở 20°C trong 2 ngày, khi đó các L-glutamate tinh thể sẽ được hình thành. Dung môi rửa giải bay hơi và các tinh thể rắn khô được thu nhận.
Tinh sạch
Các tinh thể L-glutamate đang lơ lửng trong nước, sau đó hòa tan và chuyển sang dạng muối mono-natri bằng cách cho thêm NaOH. Sản phẩm được tẩy màu bằng than hoạt tính nếu cần, và sau đó sản phẩm sẽ được cô chân không ở 60°C trước khi làm mát để tái kết tinh. Sau đó, các tinh thể mono- natri glutamate được tách ra riêng biệt bằng ly tâm và sau đó sấy khô, thành phẩm sẵn sàng để sử dụng.
Ứng dụng
Phần lớn, L-glutamate được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm, được sử dụng phổ biến để tăng hương vị. L-glutamate cũng được sử dụng trong ngành nông nghiệp như là một thành phần của một số chất hỗ trợ tăng trưởng thực vật.
Nguồn bài: //glutamicacid.wikispaces.com/
Dịch giả: Bùi Thị Ngọc Hân
Biên tập: BioMedia Việt Nam