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La présente invention est relative à un procédé pour produire l'acide citrique par fermentation. Elle concerne particulièrement un procédé pour produire l'acide citrique par fermentation, procédé contenant les dispositions qui consis- tent à sélecter une souche appropriée de champignons appartenant aux Trichoderma viride, à cultiver cette souche dans un milieu de culture contenant de la matière saccharique et de la matière amylacée, en vue de produire l'acide citrique ou son sel ; à récupérer cet acide ou sel.
L'acide citrique était jusqu'à présent employé principalement pour l'assaisonnement d'aliments, et continue à être utilisé en majeure partie dans ce but, par exemple, à conférer une acidité aux produits alimentaires tels que boissons rafraicliissantes, jus de fruits, confiture, gelée, pastilles, bonbons, etc..., au cours de leur fabrication. Récemment, l'acide citrique a trouvé une nouvelle application, en tant que produit à usage industriel, comme plastifiant par exemple. A ce titre, des esters tels que l'acétyl-triéthyl-citrate, le trié;.- thyl-citrate, l'acétyl-tributyl-citrate, le tributyl-citrate, l'acétyl-tri-2- éthyl-hexyl-citrate, et analogues, ont été utilisés pour la production de vernis, de tubes et d'emballages ou enveloppages pour aliments.
De plus, le sel barytique, le sel nickélique, le sel sodique et le sel ammonique (dibasique) de l'acide ci- trique sont utilisés respectivement pour la préparation des couleurs, le placage, la préparation de médicaments et la fabrication de produits antirouille pour le fer.
On sait depuis longtemps que l'acide citrique peut être produit à partir d'un grand nombre de champignons. Il a été déprit, par exemple, par Foster, J.A., "Chemical Activities of Fungi", 378, (1949), que les souches appartenant aux espèces Aspergillus, Penicillium (contenant des vieux Citromyces), Mucor, Botrytis, Coniofora, et analogues, peuvent produire l'acide citrique dans des conditions de culture appropriées. Parmi ces couches, celles appartenant aux genres Aspergillus et Penicillium possèdent une aptitude remarquable à produire l'acide citrique. Cependant, les souches employées actuellement pour la produc- tion de l'acide citrique sont celles qui appartiennent au genre Aspergillus niger.
Comme on l'a remarqué plus haut, l'acide citrique peut être produit à partir d'une grande variété de champignons; toutefois, du moins jusqu'à présent, il n'existe aucun compte-rendu ni aucune documentation spécifiant que les Trichoderma viride pourraient produire une quantité importante d'acide citrique.
Les auteurs de la présente ont découvert que certaines souches appar- tenant aux Trichoderma viride peuvent produire et accumuler une quantité impor- tanted'acide citrique dans des conditions de culture convenables.
Cette découverte est entièrement inédite en ce qui concerne la nature du micro-organisme employé, l'application du procédé suivant la présente invention offrant un grand avantage comparativement au procédé classique, c'est-à-dire, ce- lui qui emploie les Asp, niger.
Lorsque le Asp. niger est employé pour la fermentation visant à pro- duire l'acide citrique, les difficultés principales que l'on peut rencontrer sont les suivantes: a) Problème des sous-produitso b) On doit disposer d'un agent de fermentation inattaquable, par les acides. c) Il est nécessaire,. d'employer des matières de départ purifiées. d) L'aptitude de la culture à produire l'acide tend à dégénérer. e) Les matières amylacées doivent être hydrolysées avant l'emploi.
Aucun de ces inconvénients n'apparaît lorsqu'on emploie le Trichoder- ma viride. Grâce à l'intensité de son activité amylasique et cellulasique de ces
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bactéries, même l'amidon brut ou la dextrine brut peuvent être amenés à fermenter sans qu'ils soient soumis à un traitement préalable, leur fermentation pouvant être réalisée aussi aisément que celle des mono-'ou di-saccharides, tels que le glucose, le fructose, le saccharose, le maltose, et analogues.
Les milieux den culture peuvent contenir un quelconque des -hydrates de carbone énumérés ci-dessus, soit, ceux dont ôn dispose. Quant à la source d' azote, celle-ci peut être constituée par n'importe quélle matière organique, telle que les balles de froment, le tourteau de soya, les balles de riz, et analogues, ou n'importe quelles matières inorganiques, telles que le chlorure d'ammonium, le sulfate d'ammonium, le nitrate de sodium, le nitrate d'ammonium; de plus, l'urée; et analogues. De plus, on peut ajouter au milieu du phosphate de potas- sium et du carbonate de calcium.
La fermentation est conduite à des températures comprises entre 20 et 35 C et à un pH de 3,0 à 7,0, pendant trois à sept jours, dans des conditions aérobies. Lorsqu'onemploie un milieu liquide, on utilisera une méthode de cul- ture submergée ou anaérobie, continue ( en circuit fermé) ou discontinue; si @ on fait appel à un milieu solide, on appliquera une méthode de culture continue ou discontinue.
Divers procédés courants peuvent être appliqués à la récupération de l'acide citrique à partir du milieu de culture, après achèvement de la fermen- tation. Par exemple, là où le carbonate de calcium était employé comme consti- tuant du milieu, l'acide sulfurique était ajouté au bouillon fermenté, et l'on a séparé par filtration toutes les matières solides insolubles (qui consistaient principalement en mycellium et en sulfate de calcium), après quoi le filtrat était traité avec du charbon activé, en vue d'éliminer les impuretés, et a, été séché jusqu'à une température de 80 C environ ; on a obtenu de l'acide citrique brut.
A titre de variante, une quantité calculée d'hydroxyde de calcium a été ajoutée au filtrat (qui avait été traité avec le charbon activé) de manière à récupérer l'acide citrique sous la forme de citrate de calcium insoluble. On peut également ajouter de l'acide chlorhydrique au liquide de culture, en vue de séparer et dissoudre l'acide citrique, séparer les matières solides, telles que le mycellium et analogues, traiter le filtrat par un charbon activé, ajouter à ce filtrat de la solution aqueuse d'ammoniac concentrée,pour ajuster le pH à 7,5-8,5 et bouillir le filtrat dans le but de récupérer le citrate de calcium insoluble.
Le Trichoderma viride, tel que défini dans la présente invention, est basé sur la classification décrite dans "Transactions of the British Mycolo- gical Society", par Bisby O. B. 23, 149 (1939). Par conséquent, cette souche comprend le Trichoderma lignorum, le Trichoderma coningi, le Trichoderma album et le Verticillium glauoum. qui ont été identifiés comme tels, en se basant sur l'ancienne classification. Les exemples suivants sont donnés à titre démonstratff, mais ne sont pas censés limiter la portée de l'invention.
EXEMPLE 1
Des spores de Trichoderma viride Pers. ex Fr. No. K-O (ATCC No 13233) ont été inoculées à un milieu liquide consistant en 10 g de glucose et 0,5 g d' extrait de levure par 100 ml de milieu. Après avoir agité la culture à 25 C, pendant vingt-quatre heures, on a transféré 1 ml de liquide de culture vers le milieu de fermentation comprenant 10 g de pommes de terre, 0,5 g d'extrait de levure et 7 g de carbonate de calcium par 100 ml de milieu, la culture se pour- suivant, avec agitation, à 25 C, pendant 7 jours.
Le résultat était le suivant: pH 7,3 acide citrique 86,4 mg/ml amidon :résiduel 9,0 mg/ml
Rendement + basé sur l'amidon ajouté 74,9 %
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Rendement @@ basé sur l'amidon consommé 83,2% Rendement monohydrate d'acide citrique obtenu (g) x 100 amidon initial (g) x 210
162 @@ Rendement monohydrate d'acide citrique obtenu. (g) x 100 amidon consommé (g) x 210
162
On a ajouté de l'acide chlorhydrique à 100 ml de bouillon fermenté, de façon à obtenir un pH de 4,0-4,5, en vue de libérer l'acide citrique. On en a ensuite séparé les mycella par filtration, on a ajouté au filtrat 1,0 g de charbon activé et l'on a filtré à nouveau.
On a ensuite ajouté au filtrat une solution aqueuse concentrée d'ammoniac, pour ajuster le pH à 7,5-8,0, et l'on a soumis à ébullition pendant 30 minuteso Du citrate de calcium est précipité à la suite de ce traitement et peut être récupéré par filtration'.' Le résultat était le suivant:
Citrate de calcium brut 14e6 g (pureté 94,6%)
Rendement global calculé sur la base de l'amidon initial 68,8 % (en poids)
EXEMPLE 2
On a opéré comme dans l'exemple 1, en utilisant un milieu liquide consistant en 10 g de farine de patates douces, 0,1 g de KH2PO4, 0,3 g de (NH@)@SO1 et 7 g de CaCO@, par 100 ml de milieu. Le milieu contenait 7;75 g d'amidon disponible par 100 ml de milieu.
Apres fermentation, le bouillon con- tenait 71 g de monohydrate d'acide citrique par litre de bouillon.
EXEMPLE 3.
On a opéré comme dans l'exemple 1, en utilisant un milieu liquide consistant en 6,7 g de farine de mais (mais broyé), 0,1 g de KH2PO4, 0,3 g de NH4Cl et 5 g de CaC03' par 100 ml de milieu. Le milieu contenait 4,36 g d'amidon disponible par 100 ml de milieu. Après fermentation, le bouillon contenait 40,5 g de monohydrate d'acide citrique par litre de bouillono .EXEMPLE 4.
On a opéré comme dans l'Exemple 1, en utilisant un milieu liquide consistant en 10 g de glucose, 0,3 g de NH4NO3, 0,1 g de KH2PO2, 0,05 g de MgSO4, 0,05 g de KCl et 7 g de CaCO@, par ml de milieu. Après fermentation, le bouillon a produit 82,7 g de monohydrate d'acide citrique par litre de bouillon.
EXEMPLE 5.
On a opéré comme dans l'Exemple 1, en utilisant, comme souche, le Trichoderma viride Pers. ex Fr No K-18 (ATCC No 13234), ainsi qu'un milieu li- quide consistant en 100 g de fécule de pommes de terre, 0,3 g de NaNO@, 0,5 g de liqueur de "Corn steep" et 7 g de CaCO3, par 100 ml de milieu. Le milieu contenait 8,9 g d'amidon disponible par 100 ml de milieu. Après fermentation, le bouillon a produit 80 g de monohydrate d'acide citrique par litre de bouillon.
REVENDICATIONS.
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The present invention relates to a process for producing citric acid by fermentation. It relates particularly to a process for producing citric acid by fermentation, which process contains the provisions of selecting a suitable strain of fungi belonging to Trichoderma viride, cultivating this strain in a culture medium containing saccharic material and starchy material, to produce citric acid or its salt; in recovering this acid or salt.
Citric acid has hitherto been used mainly for seasoning foods, and continues to be used mainly for this purpose, for example, to impart acidity to food products such as soft drinks, fruit juices, jam, jelly, pastilles, candies, etc., during their manufacture. Recently, citric acid has found a new application, as a product for industrial use, as a plasticizer for example. As such, esters such as acetyl-triethyl-citrate, tri; .- thyl-citrate, acetyl-tributyl-citrate, tributyl-citrate, acetyl-tri-2-ethyl-hexyl- citrate, and the like, have been used for the production of varnishes, tubes, and food wrappers.
In addition, barite salt, nickel salt, sodium salt and ammonium (dibasic) salt of citric acid are used respectively for the preparation of colors, plating, the preparation of medicaments and the manufacture of rust inhibitors. for iron.
It has long been known that citric acid can be produced from a large number of fungi. It has been learned, for example, by Foster, JA, "Chemical Activities of Fungi", 378, (1949), that strains belonging to the species Aspergillus, Penicillium (containing old Citromyces), Mucor, Botrytis, Coniofora, and the like , can produce citric acid under suitable growing conditions. Among these layers, those belonging to the genera Aspergillus and Penicillium possess a remarkable ability to produce citric acid. However, the strains currently used for the production of citric acid are those belonging to the genus Aspergillus niger.
As noted above, citric acid can be produced from a wide variety of fungi; however, at least so far, there is no report or documentation specifying that Trichoderma viride could produce a significant amount of citric acid.
The authors hereof have discovered that certain strains belonging to Trichoderma viride can produce and accumulate a large amount of citric acid under suitable cultivation conditions.
This discovery is completely new as regards the nature of the microorganism employed, the application of the process according to the present invention offering a great advantage compared to the conventional process, that is to say, that which employs the Asp , niger.
When the Asp. niger is used for fermentation aimed at producing citric acid, the main difficulties that can be encountered are as follows: a) By-product problem b) An unassailable fermentation agent must be available, for example acids. c) It is necessary ,. to use purified starting materials. d) The ability of the culture to produce acid tends to degenerate. e) Starchy materials must be hydrolyzed before use.
None of these disadvantages occurs when using Trichoderma viride. Thanks to the intensity of its amylase and cellulase activity of these
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bacteria, even crude starch or crude dextrin can be fermented without being subjected to prior treatment, their fermentation being able to be carried out as easily as that of mono-or di-saccharides, such as glucose, fructose, sucrose, maltose, and the like.
Culture media can contain any of the carbohydrates listed above, ie, those available. As to the nitrogen source, this can be any organic material, such as wheat husks, soybean meal, rice husks, and the like, or any inorganic material, such as ammonium chloride, ammonium sulfate, sodium nitrate, ammonium nitrate; in addition, urea; and the like. In addition, potassium phosphate and calcium carbonate can be added to the medium.
Fermentation is carried out at temperatures between 20 and 35 C and at a pH of 3.0 to 7.0, for three to seven days, under aerobic conditions. When using a liquid medium, a submerged or anaerobic, continuous (closed circuit) or discontinuous culture method should be used; if @ one uses a solid medium, one will apply a method of continuous or discontinuous culture.
A variety of common methods can be applied to the recovery of citric acid from the culture medium after completion of fermentation. For example, where calcium carbonate was employed as a medium constituent, sulfuric acid was added to the fermented broth, and all insoluble solids (which consisted mainly of mycellium and sulphate) were filtered off. calcium), after which the filtrate was treated with activated charcoal, in order to remove impurities, and was dried to a temperature of about 80 C; crude citric acid was obtained.
Alternatively, a calculated amount of calcium hydroxide was added to the filtrate (which had been treated with activated charcoal) so as to recover the citric acid as insoluble calcium citrate. Hydrochloric acid can also be added to the culture liquid for the purpose of separating and dissolving citric acid, separating solids, such as mycellium and the like, treating the filtrate with activated carbon, adding to this filtrate of the concentrated aqueous ammonia solution, to adjust the pH to 7.5-8.5 and boil the filtrate in order to recover the insoluble calcium citrate.
Trichoderma viride, as defined in the present invention, is based on the classification described in "Transactions of the British Mycological Society", by Bisby O. B. 23, 149 (1939). Therefore, this strain includes Trichoderma lignorum, Trichoderma coningi, Trichoderma album and Verticillium glauoum. which have been identified as such, based on the old classification. The following examples are given by way of illustration, but are not intended to limit the scope of the invention.
EXAMPLE 1
Spores of Trichoderma viride Pers. ex Fr. No. K-O (ATCC No. 13233) were inoculated into a liquid medium consisting of 10 g of glucose and 0.5 g of yeast extract per 100 ml of medium. After stirring the culture at 25 ° C. for twenty-four hours, 1 ml of culture liquid was transferred to the fermentation medium comprising 10 g of potatoes, 0.5 g of yeast extract and 7 g of calcium carbonate per 100 ml of medium, cultivation is continued, with stirring, at 25 ° C. for 7 days.
The result was as follows: pH 7.3 citric acid 86.4 mg / ml starch: residual 9.0 mg / ml
Yield + based on added starch 74.9%
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Yield @@ based on starch consumed 83.2% Yield citric acid monohydrate obtained (g) x 100 initial starch (g) x 210
162 @@ Citric acid monohydrate yield obtained. (g) x 100 starch consumed (g) x 210
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Hydrochloric acid was added to 100 ml of fermented broth, so as to obtain a pH of 4.0-4.5, in order to liberate the citric acid. The mycella were then filtered off, 1.0 g of activated charcoal was added to the filtrate and filtered again.
A concentrated aqueous solution of ammonia was then added to the filtrate, to adjust the pH to 7.5-8.0, and the mixture was boiled for 30 minutes. Calcium citrate was precipitated as a result of this treatment. and can be recovered by filtration '.' The result was as follows:
Crude calcium citrate 14e6 g (purity 94.6%)
Overall yield calculated on the basis of the initial starch 68.8% (by weight)
EXAMPLE 2
The operation was carried out as in Example 1, using a liquid medium consisting of 10 g of sweet potato flour, 0.1 g of KH2PO4, 0.3 g of (NH @) @ SO1 and 7 g of CaCO @, per 100 ml of medium. The medium contained 7.75 g of available starch per 100 ml of medium.
After fermentation, the broth contained 71 g of citric acid monohydrate per liter of broth.
EXAMPLE 3.
The operation was carried out as in Example 1, using a liquid medium consisting of 6.7 g of corn flour (ground corn), 0.1 g of KH2PO4, 0.3 g of NH4Cl and 5 g of CaCO3 'per 100 ml of medium. The medium contained 4.36 g of available starch per 100 ml of medium. After fermentation, the broth contained 40.5 g of citric acid monohydrate per liter of broth. EXAMPLE 4.
The operation was carried out as in Example 1, using a liquid medium consisting of 10 g of glucose, 0.3 g of NH4NO3, 0.1 g of KH2PO2, 0.05 g of MgSO4, 0.05 g of KCl and 7 g of CaCO®, per ml of medium. After fermentation, the broth produced 82.7 g of citric acid monohydrate per liter of broth.
EXAMPLE 5.
The operation was carried out as in Example 1, using, as a strain, Trichoderma viride Pers. ex Fr No K-18 (ATCC No 13234), as well as a liquid medium consisting of 100 g of potato starch, 0.3 g of NaNO @, 0.5 g of "Corn steep" liqueur and 7 g of CaCO3, per 100 ml of medium. The medium contained 8.9 g of available starch per 100 ml of medium. After fermentation, the broth produced 80 g of citric acid monohydrate per liter of broth.
CLAIMS.
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