PL43794B1 - - Google Patents

Description

Wynalazek dotyczy otrzymywania kwasu cy¬ trynowego sposobem fermentacji dolnej, a w szczególnosci zastosowania ulepszonego zródla pozywki zawierajacej azot, niezbednej dla wlasciwego rozwoju szczepu plesniaków wytwarzajacych kwas cytrynowy, takich jak kropidlak czarny (Aspergillus niger).W róznych metodach technicznych wytwarza¬ nia kwasu cytrynowego przez fermentacje do¬ biera sie srodowisko, które wplywa korzystnie na silny wzrost organizmów z grupy plesnia¬ ków, zdolnych do przemiany cukrów na kwas cytrynowy. Wiadomo, ze oprócz cukru i mine¬ ralnych srodków odzywczych, srodowisko to powinno zawierac zródlo azotu. Azot ten zaz¬ wyczaj wprowadza sie w postaci soli nieorga¬ nicznych, z których najbardziej wydajna jest, zgodnie z patentem Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2492667, weglan amonowy.Przyczyny wyzszosci weglanu amonowego nad innymi solami, zawierajacymi azot, nie zostaly dotychczas ostatecznie wyjasnione. Jest on stosowany, poniewaz wywiera wplyw na pod¬ wyzszanie wydajnosci kwasu cytrynowego i po¬ za tym powoduje zmniejszenie lub zahamowa¬ nie wytwarzania kwasu szczawiowego i innych niepozadanych kwasów. Jednakze stosowanie weglanu amonowego jako glównej pozywki po¬ laczone jest z pewnymi niedogodnosciami. We¬ glan amonowy, nawet w postaci proszku, two¬ rzy podczas skladowania twarde trudne do rozbicia bryly, powstajace prawdopodobnie na skutek stapiania sie krysztalów: W celu roz¬ drobnienia tych bryl na male kawalki, które dostatecznie szybko rozpuscilyby sie po wpro¬ wadzeniu ich do srodowiska fermentacji, trzeba stosowac mlot powietrzny. Ta praca przy przy¬ gotowywaniu weglanu amonowego odbywa sie w niekorzystnych warunkach na skutek wy-dzielania sie gazowego amoniaku i jezeli nie ma silnej wentylacji, robotnicy musza praco¬ wac w maskach gazowych. Poza tym powstaja w'\tym przypadku straty spowodowane ulat¬ nianiem sie amoniaku do atmosfery. Równiez trudnosc oznaczenia szybkosci rozpuszczania sie poszczególnych partii weglanu amonowego unie¬ mozliwia dokladna kontrole ilosci pozywki.Powyzsze fakty dowodza, ze jest szereg powaz¬ nych niedogodnosci, zwiazanych ze stosowaniem weglanu amonowego przy metodach dolnej fer¬ mentacji.Jednym z celów wynalazku jest zastosowa¬ nie takiego zródla azotu, które pozwoliloby na dokladna kontrole zarówno ilosci dodanego azotu w postaci pozywki, jak i pH srodowiska fermentacji.Celem wynalazku jest równiez dobranie po¬ zywki azotowej w takiej postaci, która elimi¬ nowalaby trudnosci zwiazane z przygotowy¬ waniem i wprowadzaniem jej do srodowiska fermentacji, jak to ma miejsce w przypadku weglanu amonowego.Dalszym celem wynalazku jest zastosowanie takiego zródla azotu, które nie hamowaloby przemiany weglowodanów na kwas cytrynowy i nie powodowalo powstawania podczas fer¬ mentacji innych niepozadanych kwasów, jak szczawiowego i glukonowego.Wymienione cele osiaga sie wedlug wyna¬ lazku przez stosowanie gazowego amoniaku ja¬ ko zródla azotu przy wytwarzaniu kwasu cy¬ trynowego metoda dolnej fermentacji z su¬ rowców zawierajacych weglowodany.Zastapienie weglanu amonowego amoniakiem nie wywoluje zadnych zmian morfologicznych, hodowlanych i fizjologicznych u organizmów grupy plesniaków. Porównanie wyników obu tych metod przedstawione jest szczególowo w ponizszych przykladach.Przyklad I. Przy wytwarzaniu kwasu cytrynowego z grukozy sposobem dolnej fer¬ mentacji porównywano dzialanie gazowego amoniaku (o czystosci odpowiadajacej wymaga¬ niom chlodnictwa) jako zródla azotu z dzia¬ laniem weglanu amonowego (odpowiadajacego wymaganiom Farmakopei Stanów Zjednoczo¬ nych Ameryki). Srodowiska zawierajace: 0,065°/o NHZ lub 0,2°/o (NHt)2COs, *0,14°/o KK^PO^ 0,l°/o M0SO4, 500 czesci na milion morfiliny, — 6 czesci na milion CaCh (jako Ca), 18 czesci na milion M0O3, 18 czesci na milion H^Ot, 0,5 do 5,0 czesci na milion Zan oraz okolo 13?/o zdekationizowanego weglowodanu, doprowadzo¬ no za pomoca chemicznie czystego HCl do pH = 2,6. Calosc sterylizowano w autoklawie pod cisnieniem 775,7 mm Hg przez 10 minut i nastepnie odprowadzono po 4000 ml do wy- sterylizowanych kolumnowych kadzi fermenta^ cyjnych ze szkla, opisanych w patencie Sta¬ nów Zjednoczonych Ameryki nr 2492667. Pod¬ czas przygotowywania srodowiska fermentacyj¬ nego wprowadzono O.OSS10/© gazowego amoniaku do roztworu cukru, zawierajacego wszystkie konieczne dodatki wraz z technicznym kwa¬ sem solnym w ilosci dostatecznej do osiagnie¬ cia koncowego pH = 2,6. Fermentacje prze¬ prowadzano za pomoca kropidlaku czarnego w temperaturze 30 — 32°C. Warunki fermen¬ tacji i metody analizy byly takie, jakie podano w patentach Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2476159 i nr 2492667. Tabela I podaje wy¬ dajnosci kwasu cytrynowego otrzymanego w srodowisku zawierajacym amoniak gazowy oraz w srodowisku zawierajacym weglan amo¬ nowy.Tabela I.Zródlo azotu % N Z.n++ czesci na milion Czas fermentacji w dniach Kwaso¬ wosc w °/e Poczatkowa zawartosc cukru (jako dekstrozy) Przemiana cukru po¬ czatkowego w •/• NHS 0,054 (NH4)2C03 0,054 5,0 .0,5 5,0 0,5 5,0 10 10 10 10 10,12 10,68 10,15 10,20 12,8 12,8 13,5 13,5 7fc06 83,44 75,19 75,56 Poza nieco wyzsza wydajnoscia kwasu przy zastosowaniu gazowego amoniaku, nie stwier¬ dzono róznicy w cechach morfologicznych i fi¬ zjologicznych plesniaków przy stosowaniu obu zródel azotu.Przyklad II. Przeprowadzono dwie fer¬ mentacje w zbiornikach zawierajacych takie skladniki, jak podano w przykladzie 1. Do srodowisk fermentacyjnych wprowadzono 0,065°/e amoniaku gazowego z taka iloscia powietrza — 2 —aby wystarczylo ono do dokladnego wymie¬ szania roztworu i amoniaku. Nastepnie za po¬ moca technicznego kwasu solnego -doprowadzo¬ no srodowisko do pH = 2,6, wysterylizowano pare w kadziach fermentacyjnych a po ochlo¬ dzeniu zaszczepiono 15 g zarodników kropidla- ka czarnego. Roztwory fermentacyjne dotle¬ niano i mieszano za pomoca suchego powietrza, doprowadzonego w ilosciach 5,2 1/sek. Wszyst¬ kie inne warunki fermentacji byly takie, jakie opisano w patencie Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2476159. Pod koniec 9 r- 10 dnia fermentacji ustalono analitycznie wyniki za¬ warte w tabeli II.Tabela U.Zródlo azotu °/o N Zn+ + czesci na milion Czas fermentacji w dniach Kwaso¬ wosc w °/o Poczatkowa zawartosc cukru (jako dekstrozy) w °/o Przemiana cukru po¬ czatkowego w °/o NH3 0,054 0,5 (NH4)2C03 0,054 0,5 9 10 10,5 10,35 13,00 12,45 80,77 83,13 Morfologia komórek plesniaków i wydajnosc kwasu byly podobne do zaobserwowanych w przykladzie 1.Przyklad III. Przeprowadzono dwie fer¬ mentacje w takim srodowisku, jako podano w przykladzie t i II, z ta róznica, ze uzyto 22 czesci Zn++ na milion, zamiast 0,5 albo 5,0 czesci na milion. Odwazone ilosci gazowego amoniaku dodawano do zdemineralizowanego roztworu cukru uzytego do przygotowania sro¬ dowisk. Nastepnie srodowisko doprowadzono za pomoca kwasu solnego do pH = 2,6 steryli¬ zowano przez godzine w kadziach fermenta¬ cyjnych w temperaturze 71°C a po ochlodze¬ niu do okolo 33°C zaszczepiono zarodnikami kropidlaka czarnego. Roztwory fermentacyjne dotleniano i mieszano suchym powietrzem.Przez caly czas trwania fermentacji utrzymy¬ wano temperature stala 33°C. Otrzymano wy¬ niki podane w tabeli III.Tabela III.Zródlo azotu % Zn++ czesci na milion Czas fermentacji w dniach Kwaso¬ wosc w Poczatkowa zawartosc cukru (jako dekstrozy) w °/o Przemiana cukru po¬ czatkowego w °/o NH3 0,054 22 (NH4)2C03 0,054 22 11 11 12,06 12,40 14,26 114,67 64,45 84,53 Fermentacja przebiegala jak w przykladzie Ii II i nie stwierdzono zadnych róznic mor¬ fologicznych czy fizjologicznych w plesniakach przy zastapieniu Weglanu amonowego gazowym amoniakiem.Sposób wedlug wnalazku nadaje sie szcze¬ gólnie do prowadzenia dolnej fermentacji na skale techniczna, w przypadku gdy srodowisko stanowia niezupelnie oczyszczone przez rafi¬ nacje weglowodany, jak inwertowana melasa, krochmal kukurydziany, produkty hydrolizy, melasa buraczana, melasa cytrusowa itp. Zaz¬ wyczaj srodowiska te wykazuja zmniejszona zawartosc skladników mineralnych co osiaga sie przez zetkniecie sie ich z wymieniaczem kationów, pracujacym w cyklu wodorowym, co opisano np. w patentach Stanów Zjedno¬ czonych Ameryki Pólnocnej nr 2492667 i nr 249673.Sposób wedlug wynalazku umozliwia zarów¬ no doprowadzenie pH do wlasciwej wielkosci, jak i dodawanie w sposób prosty najodpo¬ wiedniejszej ilosci pozywki azotowej, przy wykorzystaniu gazowego amoniaku.Ponizsze przyklady ilustruja tok procesów fermentacji sposobem wedlug wynalazku, przy zastosowaniu weglowodanu w postaci syropu kubanskiego o nastepujacych wlasciwosciach: :calkowita zawartosc czesci stalych calkowita zawartosc popiolu (jako siarczany) równowaznik dekstrozy (stalej) pH zelazo Syrop ten oczyszczony w sposób zwykle przy jety, polegajacy na dodawaniu do niego ste- chiometrycznych ilosci wodorotlenku wapnio¬ wego i kwasu fosforowego, mieszaniu w tem¬ peraturze 82°C przez wymagany okres czasu i nastepnie odsaczeniu wytraconego osadu.W kazdym z procesów, podanych nizej w przykladach IV — IX, syrop oczyszczony rozcienczano woda (1:3 do 1:4) i nastawiano * na pH = 7,0 — 7,5. Nastepnie przepuszczano roztwór przez wymieniacz jonów pracujacy w cyklu wodorowym, np. sulfonowana zywice polistyrenowa, znana w handlu pod nazwa Dowex — 50. Po tej operacji pH roztworu wynosilo okolo 1,5 — 1,7.We wszystkich przypadkach fermentacje prze¬ prowadzano w kadziach fermentacyjnych, przy czym srodowisko fermentacyjne zawieralo: KH2P04 ' 0,014°/o MgS04 0,10«/o CuSÓ4 0,1 — 0,5 FeS04 0,1 — 0,5»/o (AsFe++) CaCl2 150 czesci na milion (AsCa) Po napelnieniu kadzi mieszano jej zawar¬ tosc w celu calkowitego rozprowadzenia chemi- kalii i wprowadzano gazowy amoniak az do osiagniecia koncowego pH = 2,81 — 2,89. Za¬ wartosc azotu wynosila 0,040 do 0,070% wago¬ wych. Nastepnie przeprowadzano fermentacje za pomoca kropidlaka czarnego w warunkach opisanych w patentach Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2476159 i nr 2492667 w temperatu¬ rze 30 — 32°C.Otrzymano nastepujace wyniki: 80,9 — 82,l«/o 1,5 — 2,2°/o 90,5 — 93,9°/o 5,3 — 5,6^0 4,6 — 45,0 czesci na milion. zwvkle nrzv- °/o cukru w srodowis¬ ku fermen¬ tacyjnym Przyklad IV Przyklad V Przyklad VI Przyklad VII Przyklad VIII Przyklad IX 17,14 20,02 15,36 16,16 18,00 19,53 Wartosc pH Wydajnosc nastawlo- kwasu ne na cytrynowego 2,83 2,87 2,81 2,81 2,85 2,89 80,4 74,3 79,3 77,1 77,4 73,1 Najwazniejsza zaleta wynikajaca ze stosowa¬ nia gazowego amoniaku jest to, ze gazowy amoniak jest trwalszy od weglanu amonowego.Jak wyzej wspomniano weglan amonowy roz¬ klada sie podczas skladowania z wydzielaniem amoniaku, co powoduje znaczne róznice, za¬ wartosci azotu w poszczególnych partiach. Od¬ wazone ilosci stalego weglanu amonowego nie daja dokladnych danych o ilosci pozywki azo¬ towej, która wprowadza sie do naczynia fer¬ mentacyjnego, podczas gdy przy stosowaniu aparatury zamknietej, przy uzyciu gazu, mozna wprowadzic do srodowiska scisle odwazone ilosci gazowego amoniaku. Poza tym w przy¬ padku stosowania gazowego amoniaku unika sie zwloki, jaka Wystepuje podczas rozpuszcza¬ nia stalego weglanu amonowego. Wymienione okolicznosci sprawiaja, ze ilosci amoniaku moz¬ na dokladnie regulowac, co ma zasadnicze zna¬ czenie dla reakcji, a poza tym pozwala na proste i dokladne regulowania wlasciwego pH, co z kolei przyczynia sie do otrzymania bardzo wysokiej wydajnosci kwasu cytrynowego. Sto¬ sujac do czesciowego zobojetniania kwasnego srodowiska gazowy amoniak, unika sie rów¬ niez niepozadanego pienienia sie srodowiska, co ma miejsce w przypadku stosowania we¬ glanu amonowego na skutek wydzielenia sie dwutlenku wegla. Dalsza zaleta wystepujaca przy stosowaniu gazowego amoniaku jest jego nizsza cena (obecna cena rynkowa amoniaku wynosi tylko 13°/o ceny weglanu amonowego). PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób otrzymywania kwasu cytrynowego droga dolnej fermentacji wegetatywnej wzbogaconego srodowiska weglowodanowego, w którym roztwór niezupelnie czystego we¬ glowodanu poddaje sie najpierw dzialaniu wymieniacza kationowego, pracujacego w cy¬ klu wodorowym, a nastepnie po dodaniusoli odzywczych fermentacji, za pomoca szczepu kropidlaka czarnego (Aspergillus niger) wytwarzajacego kwas cytrynowy, zna¬ mienny tym, ze do srodowiska weglowoda¬ nowego, po jego przejsciu przez wymiennik kationów, a przed fermentacja, dodaje sie gazowego amoniaku.
2. 2. Sposób" wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze gazowy amoniak wprowadza sie w ilosci dostatecznej dla potrzeb kropidlaka czarne¬ go oraz dla podwyzszenia wartosci pH sro¬ dowiska przed fermentacja.
3. 3. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze gazowy amoniak przed wprowadzeniem do srodowiska rozciencza sie powietrzem. Miles Laboratories, INC Zastepca: inz. Józef Felkner rzecznik patentowy PL