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PROCEDE DE PREPARATION D'ACIDE CITRIQUE A PARTIR DE MELASSE La présente invention concerne un procédé pour la préparation de l'acide citrique à partir de mélasse.
La mélasse est un déchet/sous-produit de l'industrie du sucre. Des procédés connus jusqu'à présent pour préparer de l'acide citrique consiste à fermenter de la mélasse avec la culture Aspergillus niger dans un milieu nutritif comprenant de l'urée et du phosphate de diammonium en présence de ferrocyanure de sodium, à une température de 30 à 40 C, dans une cuve de fermentation à grande échelle. On ajoute du ferrocyanure de sodium à la cuve de fermentation à grande échelle, en général en deux lots, un au début de la fermentation dans la cuve de fermentation à grande échelle et l'autre après un certain vieillissement de la cuve de fermentation, habituellement un vieillissement de 18 heures.
On n'effectue aucun réglage du pH de la cuve de fermentation à grande échelle. [Ding Bang Xu, Cynthia P Madrid, M Rohr & C P Kubicek, The influence of type
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and concentration of carbon source on production of Citric acid by Aspergillus niger, Appl. Microbio & Biotech.
(1989) 30 : 553-558 ; M W Dawson & I S Maddox, Application of fed batch culture to citric acid production by Aspergillis niger, The effect of dilution rate and dissolved oxygen tension, Biotechnology and Bioengineering, vol 32,220-226 (1988) ; C P KubicekRegulatory aspects of the tricarboxylic acid cycle in filamentous fungi, A review, Trans Br Mycol Soc 90 (3) 339-349 (1988) ; M Legisa & M Mattey-Citrate regulation of the change in carbohydrate degradation during the initial phase of citric acid production by Aspergillus niger, Enzyme Microb Technol 1988, vol 10 Jan ; Max Rohr, C P Kubicek & etal, Accumulation and partial reconsumption of polyols during citric acid fermentation by Aspergillus niger ; Prof Shoji Usami-Production of citric acid by submerged culture, Memories of the School of Science and engineering, Wascda Univ numéro 42, 1978].
La demanderesse a trouvé, en se livrant à des recherches et des expériences poussées, que l'on peut augmenter la productivité de l'acide citrique, ainsi que le rendement du procédé et que l'on peut rendre le procédé économique (i) en activant la culture par introduction dosée dans la cuve de fermentation à grande échelle avec une solution de sucrose contenant une concentration de sucrose de 600 à 650 gpl à un pH de 2,6 à 2,7 ;
(ii) en contrôlant la réaction biologique dans la cuve de fermentation à grande échelle par le fait de maintenir le pH de la cuve de fermentation à grande
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échelle à une valeur de 5,1 à 2,64 de manière progressive avec de la lessive de soude caustique ; et (iii) en contrôlant la réaction biologique dans la cuve de fermentation à grande échelle par addition de ferrocyanure de sodium à la cuve de fermentation à grande échelle en un nombre croissant de lots, tous ces lots étant ajoutés à des stades prédéterminés du vieillissement de la cuve de fermentation à grande échelle.
En conséquence, un objet de la présente invention est de procurer un procédé pour préparer de l'acide citrique à partir de mélasse, avec lequel on augmente le rendement en acide citrique.
Un autre objet de l'invention est de procurer un procédé pour préparer de l'acide citrique à partir de mélasse, qui est rentable et économique.
L'invention procure un procédé pour préparer de l'acide citrique à partir de mélasse, qui consiste à fermenter de la mélasse avec la culture Aspergillus niger dans un milieu nutritif comprenant de l'urée et du phosphate de diammonium en présence de ferrocyanure de sodium, à une température de 30 à 40 C, dans une cuve de fermentation à grande échelle, caractérisé en ce qu'on introduit dans la cuve de fermentation à grande échelle, de manière dosée, une solution de sucrose contenant une concentration de sucrose de 600 à 650 gpl à un pH de 2,6 à 2,7 et on maintient le pH de la cuve de fermentation à grande échelle à une valeur de 5, 1 à 2,64 de manière progressive et on ajoute du ferrocyanure de sodium à la cuve de fermentation à grande échelle sous la forme d'un nombre croissant de lots,
tous les lots étant ajoutés à
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des stades prédéterminés du vieillissement de la cuve de fermentation à grande échelle.
La solution de sucrose est une solution de sucre inverti que l'on obtient par hydrolyse acide de sucre pur.
Les exemples expérimentaux comparatifs ci-après illustrent l'invention sans limiter son cadre :
Exemple 1 Lot de l'agent d'inoculation en série
On transfère 7 tonnes de mélasse (contenant du sucre à concurrence d'environ 50% en poids/poids) à une cuve de préparation de milieu d'inoculation (IMPT) convenablement nettoyée, de manière conjointe avec 10 m3 d'eau. On dissout 65 kg d'urée dans de l'eau dans une cuve de dissolution de sel (SDT) et on les transfère au IMPT. On règle le pH du milieu d'inoculation dans le IMPT à une valeur de 5,8 à 6,2 par addition de lessive de soude caustique. On dissout 35 kg de phosphate de diammonium (DAP) dans 0,8 m3 d'eau dans le SDT et on les transfère à une cuve de conservation de sel (SHT).
On nettoie convenablement et on stérilise à la vapeur, à une température de 1300C pendant un laps de temps de 2 heures, une cuve de fermentation d'agent d'inoculation (IV). On stérilise également une unité de stérilisation à température élevée et à bref temps de séjour (HTST) à une température de 145 C pendant un laps de temps de 20 minutes. Dans l'unité de stérilisation HTST, on stérilise la solution DAP provenant du SHT, environ 5 m3 d'eau, ainsi que le milieu d'inoculation provenant du IMPT, on les refroidit à 350C et on les charge dans le
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IV. On aère la masse totale dans le IV avec de l'air stérile à un débit de 0,25 VVM (volume par minute par volume). On ensemence le IV avec une suspension de spores de la culture Aspergillus niger et on laisse croître.
On déclenche l'agitateur du IV après 8 heures et on maintient la température du IV à 35 C. On laisse la préparation du lot se dérouler pendant 36 heures pour garantir une croissance adéquate de la moisissure.
Lot de la cuve de fermentation à grande échelle
Dans une cuve de préparation d'un milieu de production (PMPT), on charge 45 tonnes de mélasse, de l'eau et 40 kg d'urée. Après réglage du pH du milieu à une valeur de 5,0 à 5,4 par addition de lessive de soude caustique, on le chauffe à 700C et on le traite avec 110 kg de ferrocyanure de sodium. On laisse le milieu de production précipiter après avoir réglé son volume final à 88 m3 par addition d'eau. On prépare un autre milieu de production identique dans un autre PMPT, comme décrit ci-dessus. La concentration de sucre dans les milieux de production dans les deux PMPT s'élève à 270-300 gpl. On nettoie convenablement une cuve de fermentation à grande échelle (PF) et on la stérilise à la vapeur à une température de 125 à 1300C pendant une heure.
Après précipitation appropriée, on stérilise 74 m3 du milieu surnageant provenant des deux PMPT à travers l'unité de stérilisation HTST et on le charge dans le PF. Après avoir chargé le milieu de production dans le PF, on charge de l'eau et un premier lot d'une solution de ferrocyanure de sodium (300 kg) après stérilisation dans l'unité de stérilisation HTST. On transfère alors le lot d'agent d'inoculation provenant du IV à des fins d'inoculation du lot du PF que l'on aère avec de l'air stérile en respectant le schéma ci-après :
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0 heure-36 heures : 0,25 vvm
37 heures-fin du lot : 0,30 vvm.
On déclenche l'agitateur après un vieillissement de 24 heures et on charge un deuxième lot d'une solution stérile de ferrocyanure de sodium (390 kg) après un vieillissement de 18 heures. Le volume dans le PF s'élève maintenant à 205 m3 (avec un taux de concentration de sucre de 225 gpl) et la quantité totale de ferrocyanure de sodium chargée à partir de deux lots s'élève à un taux de concentration de 3,3 gpl. On maintient la température du lot à une valeur de 35 à 370C et on laisse la préparation du lot se poursuivre pendant 136 heures, moment auquel on le récolte.
Exemple 2
On prépare une solution de sucre en une concentration de 600 gpl en dissolvant 12 tonnes de sucre dans 20 m3. d'eau dans une cuve d'alimentation de sucre (SFT). On règle le pH de la solution à une valeur de 2,6 à 2,7 par addition d'acide sulfurique et on stérilise la solution à une température de 1000C pendant 1 heure, puis on la maintient sous une pression d'air stérile pour maintenir sa stérilité.
On répète le procédé de l'exemple 1, à l'exception des différences ci-après : a) On utilise 37,5 tonnes de mélasse dans chaque PMPT. b) On utilise 85 kg de ferrocyanure de sodium dans chaque PMPT. c) Jusqu'à un vieillissement de la cuve de fermentation s'élevant à 18 heures, on maintient un taux de concentration de 3,0 gpl pour le
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ferrocyanure de sodium dans le PF en chargeant deux lots de 300 kg et de 330 kg de ferrocyanure de sodium à un vieillissement du PF de 0 heure et de
18 heures, respectivement. d) On maintient un volume de 185 m3 dans le PF à un vieillissement de 18 heures pour prendre en compte une addition ultérieure de 20 m3 d'une solution de sucre.
Lorsque le lot du PF a atteint un vieillissement de 60 heures, on charge la solution de sucre stérile provenant du SFT dans le PF à un débit de 0,75 m3/h et on poursuit l'addition jusqu'à ce que l'on atteigne un vieillissement d'environ 85 heures. On ajoute de manière dosée trois lots supplémentaires, chacun correspondant à 0,2 m3 d'une solution stérile de ferrocyanure de sodium (25 kg) au vieillissement respectif de 72 heures, 89 heures et 106 heures. Au cours de l'addition des lots, on laisse le pH chuter progressivement d'une valeur de 5,0-5, 2 à un vieillissement de 0 heure à une valeur de 2,65-2, 70 à un vieillissement d'environ 72 heures et on le maintient au niveau d'environ 2,65 jusqu'à ce que l'on atteigne un vieillissement de 96 heures par addition de lessive de soude caustique.
Le taux de concentration global du sucre et du ferrocyanure de sodium du lot s'élève à 270 gpl et à 3,4 gpl, respectivement. On récolte le lot à un vieillissement de 148 heures.
Exemple 3
On répète le procédé de l'exemple 1, à l'exception des différences ci-après :
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a) On utilise 50 tonnes de mélasse dans chaque PMPT. b) On utilise 120 kg de ferrocyanure de sodium dans chaque PMPT. c) Le volume final dans chaque PMPT s'élève à 96 m3 dont 82 m3 provenant de chaque PMPT sont chargés dans le PF. d) Le volume final dans le PF s'élève à 225 m3. e) On charge dans le PF deux lots de ferrocyanure de sodium, de 330 kg et de 430 kg.
Exemple 4
On répète le procédé de l'exemple 2, à l'exception des différences ci-après : a) On utilise 20 m3 d'une solution de sucre possédant une concentration de sucre s'élevant à 650 gpl (13 tonnes de sucre). b) On utilise 42 tonnes de mélasse dans chaque PMPT. c) On utilise 95 kg de ferrocyanure de sodium dans chaque PMPT. d) Dans chaque PMPT, on prépare un volume de milieu de production à grande échelle correspondant à 96 m3 dont 82 m3 sont chargés dans le PF. e) On charge deux lots de ferrocyanure de sodium, de
330 kg et de 360 kg, dans le PF jusqu'à un vieillissement de la cuve de fermentation s'élevant à 18 heures.
Les additions ultérieures de ferrocyanure de sodium correspondent à celles de l'exemple 2. f) On maintient un volume de 205 m3 dans le PF à un vieillissement de 18 heures pour prendre en compte l'addition ultérieure de 20 m3 d'une solution de sucre.
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Le rendement d'acide citrique obtenu dans les exemples ci-dessus est tel qu'indiqué ci-dessous :
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<tb>
<tb> Exemple <SEP> Rendement <SEP> (tonnes/heure)
<tb> 1 <SEP> 0,193
<tb> 2 <SEP> 0,212
<tb> 3 <SEP> 0,212
<tb> 4 <SEP> 0,233
<tb>
Le procédé de la présente invention permet d'augmenter le rendement de l'acide citrique d'environ 10% et est par conséquent rentable et économique.
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The present invention relates to a process for the preparation of citric acid from molasses.
Molasses is a waste / by-product from the sugar industry. Hitherto known methods for preparing citric acid consist in fermenting molasses with the Aspergillus niger culture in a nutritive medium comprising urea and diammonium phosphate in the presence of sodium ferrocyanide, at a temperature of 30 to 40 C, in a large-scale fermentation tank. Sodium ferrocyanide is added to the large-scale fermentation tank, usually in two batches, one at the start of fermentation in the large-scale fermentation tank and the other after some aging of the fermentation tank, usually 18 hours aging.
No adjustment of the pH of the fermentation tank is carried out on a large scale. [Ding Bang Xu, Cynthia P Madrid, M Rohr & C P Kubicek, The influence of type
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and concentration of carbon source on production of Citric acid by Aspergillus niger, Appl. Microbio & Biotech.
(1989) 30: 553-558; M W Dawson & I S Maddox, Application of fed batch culture to citric acid production by Aspergillis niger, The effect of dilution rate and dissolved oxygen tension, Biotechnology and Bioengineering, vol 32,220-226 (1988); C P Kubicek Regulatory aspects of the tricarboxylic acid cycle in filamentous fungi, A review, Trans Br Mycol Soc 90 (3) 339-349 (1988); M Legisa & M Mattey-Citrate regulation of the change in carbohydrate degradation during the initial phase of citric acid production by Aspergillus niger, Enzyme Microb Technol 1988, vol 10 Jan; Max Rohr, C P Kubicek & etal, Accumulation and partial reconsumption of polyols during citric acid fermentation by Aspergillus niger; Prof Shoji Usami-Production of citric acid by submerged culture, Memories of the School of Science and engineering, Wascda Univ number 42, 1978].
The Applicant has found, by carrying out extensive research and experiments, that the productivity of citric acid can be increased, as well as the yield of the process, and that the process can be made economical (i) by activating the culture by metered introduction into the fermentation tank on a large scale with a sucrose solution containing a sucrose concentration of 600 to 650 gpl at a pH of 2.6 to 2.7;
(ii) by controlling the biological reaction in the large-scale fermentation tank by maintaining the pH of the large-scale fermentation tank
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scale to a value of 5.1 to 2.64 gradually with caustic soda; and (iii) by controlling the biological reaction in the large-scale fermentation tank by adding sodium ferrocyanide to the large-scale fermentation tank in an increasing number of batches, all these batches being added at predetermined stages of aging. the large-scale fermentation tank.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a process for preparing citric acid from molasses, with which the yield of citric acid is increased.
Another object of the invention is to provide a process for preparing citric acid from molasses, which is cost effective and economical.
The invention provides a process for preparing citric acid from molasses, which comprises fermenting molasses with the Aspergillus niger culture in a nutrient medium comprising urea and diammonium phosphate in the presence of sodium ferrocyanide , at a temperature of 30 to 40 C, in a large-scale fermentation tank, characterized in that a sucrose solution containing a sucrose concentration of 600 is introduced into the large-scale fermentation tank, in a dosed manner at 650 gpl at a pH of 2.6 to 2.7 and the pH of the large-scale fermentation tank is maintained at a value of 5.1 to 2.64 gradually and sodium ferrocyanide is added to the large-scale fermentation tank in the form of an increasing number of batches,
all lots being added to
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predetermined stages of aging of the large-scale fermentation tank.
The sucrose solution is an invert sugar solution obtained by the acid hydrolysis of pure sugar.
The following comparative experimental examples illustrate the invention without limiting its scope:
Example 1 Lot of Serial Inoculation Agent
7 tonnes of molasses (containing about 50% w / w sugar) are transferred to a suitably cleaned inoculation medium preparation tank (IMPT), together with 10 m3 of water. 65 kg of urea are dissolved in water in a salt dissolving tank (SDT) and transferred to the IMPT. The pH of the inoculation medium in the IMPT is adjusted to a value of 5.8 to 6.2 by addition of caustic soda. 35 kg of diammonium phosphate (DAP) are dissolved in 0.8 m3 of water in the SDT and they are transferred to a salt storage tank (SHT).
An inoculation agent (IV) fermentation tank is properly cleaned and sterilized by steam at a temperature of 1300C for a period of 2 hours. A sterilization unit is also sterilized at high temperature and short residence time (HTST) at a temperature of 145 C for a period of 20 minutes. In the HTST sterilization unit, the DAP solution from the SHT is sterilized, approximately 5 m3 of water, as well as the inoculation medium from the IMPT, they are cooled to 350C and loaded into the
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IV. The total mass is aerated in the IV with sterile air at a rate of 0.25 VVM (volume per minute per volume). The IV is seeded with a spore suspension of the Aspergillus niger culture and allowed to grow.
The IV shaker is triggered after 8 hours and the temperature of the IV is maintained at 35 C. The batch preparation is allowed to proceed for 36 hours to guarantee adequate growth of the mold.
Lot of large-scale fermentation tank
45 tonnes of molasses, water and 40 kg of urea are loaded into a production medium preparation tank (PMPT). After adjusting the pH of the medium to a value of 5.0 to 5.4 by addition of caustic soda, it is heated to 700C and treated with 110 kg of sodium ferrocyanide. The production medium is allowed to precipitate after having adjusted its final volume to 88 m3 by adding water. Another identical production medium is prepared in another PMPT, as described above. The sugar concentration in the production media in the two PMPTs amounts to 270-300 gpl. A large scale fermentation tank (PF) is properly cleaned and sterilized by steam at a temperature of 125 to 1300C for one hour.
After appropriate precipitation, 74 m3 of the supernatant medium from the two PMPTs are sterilized through the HTST sterilization unit and loaded into the PF. After having loaded the production medium into the PF, water and a first batch of a sodium ferrocyanide solution (300 kg) are loaded after sterilization in the HTST sterilization unit. The batch of inoculation agent originating from the IV is then transferred for the purpose of inoculating the batch of PF which is aerated with sterile air, respecting the diagram below:
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0 hour-36 hours: 0.25 vvm
37 hours-end of the batch: 0.30 vvm.
The agitator is started after 24 hours of aging and a second batch of sterile sodium ferrocyanide solution (390 kg) is loaded after 18 hours of aging. The volume in the PF now amounts to 205 m3 (with a sugar concentration rate of 225 gpl) and the total amount of sodium ferrocyanide charged from two batches amounts to a concentration rate of 3.3 lpg. The temperature of the batch is maintained at a value of 35 to 370C and the preparation of the batch is allowed to continue for 136 hours, at which time it is harvested.
Example 2
A sugar solution in a concentration of 600 gpl is prepared by dissolving 12 tonnes of sugar in 20 m3. of water in a sugar supply tank (SFT). The pH of the solution is adjusted to a value of 2.6 to 2.7 by addition of sulfuric acid and the solution is sterilized at a temperature of 1000C for 1 hour, then it is maintained under a sterile air pressure to maintain sterility.
The process of Example 1 is repeated, with the exception of the following differences: a) 37.5 tonnes of molasses are used in each PMPT. b) 85 kg of sodium ferrocyanide are used in each PMPT. c) Until the fermentation tank ages 18 hours, a concentration rate of 3.0 gpl is maintained for the
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sodium ferrocyanide in the PF by loading two batches of 300 kg and 330 kg of sodium ferrocyanide at an aging of the PF of 0 hours and
6 p.m., respectively. d) A volume of 185 m3 in the PF is maintained at an aging of 18 hours to take into account a subsequent addition of 20 m3 of a sugar solution.
When the batch of the PF has reached an aging of 60 hours, the sterile sugar solution from the SFT is loaded into the PF at a rate of 0.75 m3 / h and the addition is continued until reaches an aging of around 85 hours. Three additional batches are added in batches, each corresponding to 0.2 m3 of a sterile solution of sodium ferrocyanide (25 kg) with respective aging of 72 hours, 89 hours and 106 hours. During the addition of the batches, the pH is allowed to drop progressively from a value of 5.0-5.2 at an aging of 0 hours to a value of 2.65-2.70 at an aging of approximately 72 hours and kept at about 2.65 until an aging of 96 hours is achieved by adding caustic soda.
The overall concentration of sugar and sodium ferrocyanide in the batch is 270 gpl and 3.4 gpl, respectively. The batch is harvested at an aging of 148 hours.
Example 3
The process of Example 1 is repeated, except for the following differences:
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a) 50 tonnes of molasses are used in each PMPT. b) 120 kg of sodium ferrocyanide are used in each PMPT. c) The final volume in each PMPT amounts to 96 m3 of which 82 m3 from each PMPT is loaded into the PF. d) The final volume in the PF is 225 m3. e) Two batches of sodium ferrocyanide, 330 kg and 430 kg, are loaded into the PF.
Example 4
The process of Example 2 is repeated, with the exception of the following differences: a) 20 m 3 of a sugar solution having a sugar concentration of 650 gpl (13 tonnes of sugar) is used. b) 42 tonnes of molasses are used in each PMPT. c) 95 kg of sodium ferrocyanide are used in each PMPT. d) In each PMPT, a volume of large-scale production medium is prepared corresponding to 96 m3, of which 82 m3 is loaded into the PF. e) Two batches of sodium ferrocyanide,
330 kg and 360 kg, in the PF until the fermentation tank ages 18 hours.
The subsequent additions of sodium ferrocyanide correspond to those of Example 2. f) A volume of 205 m3 in the PF is maintained at an aging of 18 hours to take into account the subsequent addition of 20 m3 of a solution of sugar.
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The yield of citric acid obtained in the above examples is as indicated below:
EMI9.1
<tb>
<tb> Example <SEP> Yield <SEP> (tonnes / hour)
<tb> 1 <SEP> 0.193
<tb> 2 <SEP> 0.212
<tb> 3 <SEP> 0.212
<tb> 4 <SEP> 0.233
<tb>
The process of the present invention makes it possible to increase the yield of citric acid by about 10% and is therefore profitable and economical.