SU659609A1 - Способ получени лимонной кислоты - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЯЧОННОЙ КИСЛОТЫ

Изобретение относитс  к технике получени  пищевых кислот, в частности лимонной кислоты, глубинным методом путем сбраживани  углевод содержащего сырь , например мелассы, погруженной культурой микроорганизмапродуцента лимонной кислоты, и может быть использовано в пищевой промышленности .

Известен способ получени  лимонной кислоты, предусматривакндий подращивание посевного мицели  по отъемно-долнвному методу l .В этом способе дл  засева бродильного ферментатора отбирают из посевного ферментера 1/2-2/3 объема культуры, а к оставшемус  объему без перезар дки ферментера приливают такой же объем свежего мелассного раствора. Всю культуру, подросшую за 24 ч, используют дл  засева очередного большого ферментера.

Известен другой способ получени  лимонной кислоты, согласно которому приток свежего субстрата дл  питаний мицели  осуществл ют совместно с Необходимыми минеральными сол ми и дезинфицирующими дoбaвкa ш непрерыв но в течение всего процесса брожени  после 8-24 ч от момента засева основных ферментеров, и заканчивают за 18-30 ч до завершени  цикла брожени 

2. Однако известные способы получени  лимонной Кислоты не позвол ют.сбраживать мелассные ра-створы с высокой исходной концентрацией и вызывают необходимость в процессе брожени  проводить дополнительные доливы концентрированных меласснык сред, чтосв зано с 5гаеличением тpyдoe 5кocтн процесса и инфицировани  культуральной среды в бродильных ферментерах посторонними микроорганизмами.

Известен также способ получени  лимонной кислоты глубинным методом путем посева спор гриба - продуцента в услови х аэрации и перемешивани  в посевной ферментер, подращивани  кислотообразующего мицели , засева углеводсодержащегр; раствора, например мелассы, подрощенным мицелием с последу ощш« сбраживанием и выделением лимонной кислоты з .

Этот способ  вл етс  наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату По указанному способу подрашиаа ие мицели  из замоченных в питательной среде спор (конидий) .л (;су1«естлл ют в чосевных ферМбМ ге ах на моласском растворе, содержпщем 3-4г. сахара. Процесс подращивани  ведут одностадийно в течение 18-36 ч в услови х мем1рерывно1о перемешивагш  и аэра ции при 32-36-с, Затем весь объем ку.г..тура.пьпой массы,который составл  ет 3 О, по отношению к объему сбражив емого раствора, перевод т в Ферментер .брожени . Процесс брожени  осуществл ют на 3 4%-ном (по сахару) мелассном растворе, обработанном ферроп.ианидом кали . Применение разбавленнЕлК растворов вызва о тем, что более концентриров :1ннне мелассные растворы обладают высокой буферностью и поэтому преп тствуют быстрому смещению рй до в личины, благопри тствующей образован мицелием лимонной кислоты,в результате чего в сброженном растворе накапливаетс  большое количество щаве левой кислоты. При использовании ра бавленных мелассных раст.воров через 24 ч после их Засева начинают подкормку погруженной культуры: через каждые 1,5 ч в ферментере порци ми по 500 л .ввод т концентрированные мелассные растворы, содержащие 2025% сахара, довод  исходный раствор до 11,5-12,5% (по сахару). Процесс брожени  ведут в услови х непрерывного перемешивани  и аэрации при 32°С в течение 5-7 дней. Недостатком известного способа  вл етс  то, что он позвол ет сбраживать только р)азбавленные до 3-4% (по сахару) мелассные растворы, что предусматривает дробные доливы концентрированных мелассных сред и тем самым увеличивает трудоемкость веде ни  процесса и возможность заражени культуральной среды в бродильнЕ-лх . ферментерах посторонними микроорганизмами , а в процессе брожени  накапливаетс  значительное количест йо побочных кислот, в основном щаве левой и глюконовой, в результате чего съем лимонной кислоты не дости гает максимальной величины. Кроме того, при образовании побочных кисл дополнительно расходуетс  основное сырье - меласса, а на стадии химической очистки сброженны { растворов на их выделение - вода, пар и известь и образующийс  при этом оксалат кальци ,  вл ющийс  отходом производства, загр зн ющим окружающую среду. Цель изобретени  - повысить эффективность процесса брожени  и уве личить тем самым выход лимонной кислоты. Это достигаетс  Тем, что в предл гаемом способе получени  ли1монной кислоты подращивание кислотообразую щего мицели  осуществл ют постадийн с последовательным переводом подра1Ц1ваемо1-о мицели  из одног. Ферментера в другой, установленных по ходу технологического процесса, начина  с посевного ферментера, при этом подрапшвание мицели  ведут так, что на каждой последующей стадии концентраци  сахара возрастает на 1,5-2%, а процесс брожени  осуществл ют на мелассном растворе с начальной концентрацией сахара 8,5-10%. При этом подращивание мицели  осуществл ют в три стадии, на первой из которых используют питательный субстрат с исходной концентрацией сахара 2,5-3,5%, на второй - 4,55 ,5%,а на третьей 6,5-7,5%. Кроме того, подращивание мицели  На каждой стадии ведут так, что объем культуральной среды в каждой предыдущей стадии составл ет 10-15% от объема последующей стадии. Способ осуществл ют следующим образом. Споры гриба - продуцента лимонной кислоты засевают в услови х аэрации и перемешивани  в посевной ферментер, затем засевной кислотообразующий мицелий подращивают в три стадии в ферментерах малой емкости с последовательньом переводом подращенного м.ицели  из одного ферментера в другой, установленных по ходу технологического процесса, начина  с посевного ферментера . Подращивание мицели  ведут так, что объем культуральной среды в каждой предыдущей стадии составл ет 10-15% от объема последующей стадии, Концентраци  сахара на каждой последующей стадии возрастает на 1,52% , при этом на первой стадии используют питательный субстрат с исходной концентрацией сахара 2,5-3,5%, Ъа ВТОРОЙ - 4,5-5,5%, а на третьей 6 ,5-7,5%. Затем осуществл ют процесс сбраживани  на мелассном растворе с начальной концентрацией сахара 8,510% . На бродильной среде, начина  с первых суток, гриб синтезирует лимонную кислоту, а образование побочных кислот снижаетс  до минимума. В дальнейшем , дл  продлени  процесса брожени , по мере утилизации сахара, через 2-4 суток, производ т долив мелассного раствора, содержащего 20-25% сахара в количестве 10-30% к объему исходной бродильной среды, прддержива  концентрацию сахара в среде на уровне 8%, К этому времени мицелий гриба в бродильном ферментере полностью формируетс  и его устойчивость к заражению посторонними микроорганиз-. мами повышаетс . Пример. Выращивание кислотообразующего мицели  и синтез лимонной кислоты осуществл ют в лабора- . торны,х услови х на качалке типа АВУ-иОр с числом качаний 160 в мину ту в колбах 700 см при 32°С. Мелас сные cpeHfcj приготавливают согласно Технологическоп инструкции по про изводству |- ищевой лимонной кислоты (1970) , Подращивание мицели  провод т в три стадии на мелассных средах с посто нно увеличивающимс  содержани ем сахара от 2,5 до 6,5%. Продолжительность подращивани  на каждой стадии составл ет 24 ч. На первой стадии 0,1 мг конидий Asp. nider замачивают в 10 мл синтетической питательной среды при З2с в течение 3 ч. Приготовленной суспензией засевают 50 мл 2,5%-ной {по сахару) мелассной среды. Подращивание закан чивают при снижении рК культурально среды до 3,6. На второй стадии 5 мл подращенного мицели  засевают Б 50 мл 4,5%-ной (по сахару) меласско среды, процесс подращивани  заканчи вают при рН 3,9. На третьей стадии 5 мл подращенного на второй стадии мицели  перевод т в 50 мл 6,5%-ной (по сахару) мелассной среды, процес подращивани  заканчивают при рН 3,9 Бродильные мелассные среды с содержанием сахара 8,5% разливают в колб по 50 мл и засевают 5 мл мицели , выращенного на третьей стадии.Процес брожени  протекает без дополнительны доливов мешассных растворов 4,25суто П р и м е р 2. Подращивание мицели провод т в три стадии. Содержание сахара в среде составл ет на первой стадии 3%,на второй 5%,на треть-ей 7% Бродильна  среда содержит 9% сахара Далее процесс культивировани  провод т согласно примеру 1. Пример 3. Подранивай и е мицели провод т в три стадии.Содержание сах ра в среде составл ет на первой стад 3,5%,на второй 5,5%,на третьей 7,5%. Бродильна  среда содержит 10% сахара. Остальные услови  процесса, .как в примере 1. П р и м е р 4. Испытани  провод т как описано в примере 1. На третьи сутки с целью повышени  концентрации среды в нее доливают 6 мл 25%-ноге (по сахару) мелассного раствора. Бро жение провод т 5,25 суток. Контролем служит.процесс,осуществл емый по технологии прототипа мицелий подращивают в одну стадию на (по сахару) мелассной среде . На брожение приготавливают 3%ньай (по сахару) мелассный раствор. Через 24 ч после засева бродильных растворов подращенным мицелием начинают долины мелассного раствора, содержащего 25% сахара.Доливы провод В п ть Ьриемов по 3,0 мл через 2ч. Данные образовани  органических кислот у щтаммаAsp.nigerЛ-1 при культи вировании в Г71убинных услови х приведены в табл.1. Данные табл.1 показывают, что при веден.ии процесса по предла.гаемому способу содержание лимонной кислоты в кислот составл ет 87 , 3-9 6,4%, съем лимон {ой к ислоты достигает 12,7-15,4 мг/см в сутки , выход лимонной кислоты от сахара 57,2--б8,6%. В контрольКО.М варианте сумма кислот содержит 79,7% лимонной кислоты, съем лимонной кислоты составл ет 9,7 в сутки, выход от сахара 56,8%, Примерз. Культивирование осуществл ют в производственных услови х . Посевной мицелий выращивают последовательно в три стадии в ферментерах 50л,- 500 л, и 5000 л. На первой стадии производ т посев 50 мг конид й Asp. nigen (замоченных в 200 мг с нтетической питательной среды за 6 ч до посева) в 5D л Ферментер , в котором приготавливают 30 л (по сахару) мелассной среды. Мицелий выращивают 20 ч. На второй стадии мицелием, вьзросшйм на первой стадии, засевают 300 л 5%-ной (по сакару) меласской среды, приготовле  сй в 500 л ферментере, при этом культивирование на этой среде продолжают 24 ч. На третьей стадии №1целием,полученным на второй стадии,засевают 2700 л 7%-ной (по сахару) мелассной среды, приготовленной в ферменте объемом 5000 л,Мицелий выращивают 30 ч, при этом рК среды снижаетс  до 3,4. Мицелий, выращенный на третьей стадии, служит посевным материалом дл  засева 50 м бродильного ферментера , в котором приготавливают 37 м мелассвой среды с концентрацией сахара 9%, Брожение осуществл ют 5 суток. Данные образовани  органических кислот у uiTat-evia Asp.niger Л-l при культивировании в глубинных услови х по предлагаемому и известному способам, полученные в производственных услови хf приведены в табл.2. Предлагаемый способ получени  лимонной кислоты со стадийным выращиванием мицели  на средах возрастающей концентрации по сравнению с известным позвол ет сбраживать мелассные среды повышенной концентрации с образованием приемущественно лимонной кислоты, при этом уменьщаетс  количество побочных щавелевой и глюконовой кислот, съем лнмонной кислоты возрастает, снижаетс  расход основного и вспомогательного сырь . Эффективность биосинтеза лимонной кислоты в составе образуемых кислот составл ет 94-98%. Расход конидий гриба-продуцента меньшаетс  в SO раз. Сркращаютс  отходы производства, глюконата и оксалата кальци .

(TJ

д s с

ID

го в

(N

го 1Л

гм

г--)

Г-Г-и со

fN N

n

-Л

о п

о

со

kD

Я

J3

СО

гCTN

СТ1

о in 1Л

ID Ul

ч-Л 1Л

о п

го

п

ю

,-1о

+м

СГ1(М

+ о . Л . Формула изобретени  1.Способ получени  лимонной кислоты глубинным методом путем посева спо гриба-продуцента в услови х аэрации и перемешивани  в посевной ферментер подращивани  кислотообразующего мнце ЛИЯ, засева углеводсодерхсащего раствора , например мелассы, подрощен™ ньам мицелием с последующим сбраживанием и выделением лимонной кислоты, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности процесса брожени  и увеличени  тем самым выхода лимонной кислоты, подращивание кислотообразующего мицели  осуществл ют постадийно с последовательнь5м переводом подращиваемого мицели  из одного ферментера в другой,установ ленных по ходу технологического . процесса, начина  с посевного ферментера , при этом подращивание мицели  ведут так, что на каждой последующей стадии концентраци  сахара возрастает на 1,, а процесс брожени осуществл ют на мелассном растворе 9 с начальной концентрацией сахара 8,510% . 2.Способ по п.1, о т л и ч а ющ и и с   тем, что подращивание мицели  осуществл ют в три стадии, на первой из которых используют питательный субстрат с исходной концентрацией сахара 2,,5%, на второй .- 4,5-5,5%, а на третьей - 6,57 ,5%, 3.Способ по П.1, отличающийс  тем, что подращивание мицели  на каждой стадии ведут так, что объем культуральной среды в каждой предыдущей стадии составл ет 10-15% от объема последующей стадии . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР 335278, кл.С 12D1/04, 1970. 2,Авторское свидетельство СССР 351887, кл.С 12D1/04,. 1970. 3,Авторское свидетельство СССР 153707, кл. С 12 D 1/04, 1962.