Способ получения лимонной кислоты

 

Использование: изобретение относится к микробиологической промышленности и касается технологии получения пищевых органических кислот, а именно, лимонной кислоты. Сущность изобретения: способ предусматривает подготовку конидий продуцента, подращивание посевного мицелия - приготовление питательной среды для ферментации в условиях аэрации и выделения лимонной кислоты. В качестве сырья используют концентрированный сок сорго, подпитка культуры гриба осуществляется питательным раствором с концентрацией по сахару 100-200 г/дм ³ в течение 2-3 суток, культивирование гриба-продуцента 1-2 сутки осуществляют при температуре 32^oC, в последующие сутки при температуре 28-30^oC, а выделение целевого продукта осуществляют путем сгущения ферментированного раствора и кристаллизации. 1 табл.

Изобретение относится к микробиологической промышленности и касается технологии получения пищевых органических кислот, а именно, лимонной кислоты методом глубинной ферментации.

Известны способы получения лимонной кислоты на основе гидрола (отхода крахмалопаточного производства) и цитрусовых меласс [1,2] Однако сырьевые возможности отечественных производств крайне ограниченные.

Традиционные способы производства лимонной кислоты из меласс (отхода сахарного производства) заключаются в том, что мелассу разбавляют водой, производят корректировку pH в пределах 6,6-7,2 путем добавления соды или кислоты, нагревают раствор до кипения и добавляют строго определенное количество гексоцианоферрата калия, оксалата аммония или щавелевой кислоты, трилона (натриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты). Количественная и качественная сторона вводимых реагентов зависит от состава используемой мелассы. После тепловой стерилизации растворы охлаждают, разбавляют до требуемой концентрации по сахару (в зависимости от стадии процесса), добавляют в них питательные соли и засевают среду при температуре 40^oC конидиями гриба Асп.нигер [3, 4, 5, 6] После 5-6 суточной ферментации при температуре 32^oC, выделение лимонной кислоты производят традиционным способом осаждением цитрата кальция.

При использовании для осаждения из мелассы солей кальция, железа, тяжелых металлов токсичных реагентов, которые загрязняют сточные воды и воздушный бассейн, возникает проблема утилизации отходов (мицелия, гипсового шлама) из-за присутствия в них свободных ионов цианидов (CN)^-. Кроме того, полученный при ферментации мелассы ферментированный раствор характеризуется высоким содержанием зольных компонентов, щавелевой кислоты, что исключает возможность выделения лимонной кислоты более прогрессивным, упрощенным методом, минуя стадию получения цитрата кальция.

В качестве ближайшего аналога выбран способ производства лимонной кислоты [7] предусматривающий приготовление мелассного раствора, замачивание посевного материала гриба Aspergillus niger в питательной среде, подращивание кислотообразующего мицелия, засев приготовленного мелассного раствора подрощенным мицелием, проведение ферментации, при этом посевной материал перед замачиванием обрабатывают парами окиси этилена концентрацией 2 мл на 1 л воздуха в течение двух часов.

Интенсификация процесса биосинтеза лимонной кислоты осуществляется в данном способе путем предпосевной активации конидий гриба-продуцента выдерживанием в парах окиси этилена.

При подготовке питательной среды используется гексацианоферат калия, являющийся токсичным реагентом. Кроме того, выделение лимонной кислоты ведут достаточно дорогостоящим и трудоемким способом с выделением цитрата кальция.

Техническим результатом данного изобретения является упрощение технологии получения лимонной кислоты и создание экологически чистого производства.

Сущность изобретения состоит в том, что при получении лимонной кислоты, включающем подготовку конидий продуцента, подращивание посевного мицелия, приготовление питательной среды для ферментации и подпиток, засев подрощенным мицелием с последующей ферментацией в условиях аэрации и выделения лимонной кислоты, в качестве сырья используют концентрированный сок сорго, подготовку питательной среды осуществляют путем разбавления сока сорго до определенной концентрации по сахару, стерилизации и введения на всех стадиях нитрата аммония, сульфата магния. Подпитку культуры гриба проводят питательным раствором с концентрацией сахара 100-200 г/дм³ в течение 2-3 суток. Первые вторые сутки ферментации температуру поддерживают на уровне 32^oC, а остальной процесс ведут при температуре 28-30^oC. Качество полученного ферментированного раствора позволяет проводить выделение лимонной кислоты, минуя стадию получения цитрата кальция, путем концентрирования отфильтрованного раствора и кристаллизации.

Предлагаемый способ и используемое сырье упрощает технологию получения лимонной кислоты за счет подготовки питательной среды (снижение количества технологических операций, сокращение времени тепловой стерилизации на 30 мин. и в результате, экономия тепло- и энергоресурсов до 10,0%), изменения режима ферментации, упрощения процесса выделения лимонной кислоты.

Состав сока сорго (значение pH 4,5-5,5), низкое содержание зольных компонентов, в том числе солей кальция и железа не требует на стадии подготовки к ферментации корректировки pH, использования токсичных реагентов (гексоцианоферрата калия, оксалата аммония, щавелевой кислоты), как это имеет место при подготовке к ферментации мелассы (прототипа). Низкая буферность сока сорго способствует более быстрому развитию кислотообразующего мицелия, что исключает возможность инфицирования процесса ферментации.

Постоянство состава различных образцов сока сорго не требует специфических режимов подготовки сока сорго к ферментации.

Выбранный температурный режим ферментации на уровне 28-30^oC ограничивает рост биомассы, что является существенным преимуществом по сравнению с прототипом.

Качество ферментированного раствора с низкой массовой концентрацией зольных компонентов и содержанием лимонной кислоты на уровне 95-97% дает возможность применения более простого способа выделения лимонной кислоты из раствора.

Экологическая чистота процесса позволяет сократить образующийся при производстве лимонной кислоты промышленные стоки и отходы, сократить затраты на трудоемкую и дорогостоящую стадию очистки.

Кроме того, предлагаемый способ позволяет увеличить массовую долю лимонной кислоты в сумме органических кислот в среднем на 12% по сравнению с прототипом, конверсию сахаров в лимонную кислоту на 18% Несмотря на увеличение продолжительности ферментации на 1 сутки, предлагаемый способ позволяет увеличить объем лимонной кислоты с единицы оборудования в 1,7 раза.

Дополнительно данный способ позволяет сократить объем промышленных отходов и стоков в целом.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1 а) Подготовка конидий продуцента Конидии гриба-продуцента Асп.нигер взвешивают в стерильную пробирку из расчета 0,3 г Но 100 см³, помещают в среду для замачивания конидий следующего состава, г на 1 дм³: сахар-песок 50 дигидрофосфат калия 0,16 нитрат аммония 2,5 сульфат магния гептагидрат 0,25 Суспензию конидий в колбе ставят на качалку с числом оборотов 160 мин^-1 и выдерживают 5-6 часов при температуре 32^oC.

б) Приготовление питательной среды для выращивания посевного мицелия 36 г концентрированного сока сорго растворяют в 250 см³ горячей воды, автоклавируют при 0,75 атм 30 мин. охлаждают до 45-50^oC и стерильно вносят 7,5 см³ раствора нитрата аммония концентрации 10% 0,75 см³ раствора сульфата магния гептогидрат концентрации 10% и доводят объем до 300 см³ стерильной водой.

в) Приготовление питательной среды для ферментации
51 г концентрированного сока сорго растворяют в 250 см³ горячей воды, автоклавируют при 0,75 атм 30 мин. охлаждают до 45-50^oC и стерильно вносят 5 см³ раствора нитрата аммония концентрации 10% 0,75 см³ сульфата магния гептогидрат концентрации 10% и доводят объем до 300 см³ стерильной водой.

г) Приготовление питательной среды для подпитки культуры гриба
48 г концентрированного сока сорго растворяют в 150 см³ горячей воды, автоклавируют при 0,75 атм 30 мин. охлаждают до 45-50^oC и стерильно вносят 3,4 см³ раствора нитрата аммония концентрации 10% и доводят объем до 200 см³.

д) Выращивание посевного мицелия
В колбы емкостью 750 см³ помещают 50 см³ питательной среды и засевают ее 10 см³ суспензии конидий. Колбы ставят на качалку с числом оборотов 160 мин^-1 и выдерживают в течение 40 часов при температуре 32^oC.

е) Ферментация концентрированного сока сорго в лимонную кислоту
В колбы емкостью 750 см³ помещают 50 см³ питательной среды и засевают ее 5 см³ подрощенного мицелия. Колбы ставят на качалку с числом оборотов 160 мин^-1 и выдерживают первые-вторые сутки при температуре 32^oC, а третьи-пятые сутки при температуре 30^oC.

На вторые и третьи сутки ферментации проводят подпитку культуры гриба по 14 см³ питательной среды 1 раз в сутки.

После пятисуточной ферментации культуру гриба инактивируют кипячением и определяют состав ферментированного раствора, объем лимонной кислоты, выход от сахара.

Данные сведены в таблицу.

Выделение лимонной кислоты проводят путем фильтрации, минуя стадию получения цитрата кальция, концентрирования ферментированных растворов осуществляют выпариванием до плотности 1260-1280 кг/м³ при давлении не ниже 0,082 МПа, кристаллизацией сгущенного раствора лимонной кислоты по следующему режиму: охлаждение с 70 до 37^oC быстро, со скоростью до 20^oC в 1 ч; от 37 до 27^oC со скоростью 10^oC в 1 ч; с 27 до 22^oC со скоростью 5^oC в 1 ч и до конечной температуры кристаллизации 8^oC со скоростью 3^oC в 1 час.

Пример 2
а) Подготовку конидий продуцента, приготовление питательных сред для выращивания посевного мицелия, ферментации, подпитки культуры гриба, выращивание посевного мицелия, выделение лимонной кислоты, проводили аналогично примеру 1.

б) Ферментация концентрированного сока сорго в лимонную кислоту
Ферментация питательной среды, подпитка культуры гриба аналогична примеру 1. Отличие ферментацию на третьи-пятые сутки ведут при температуре 28^oC.

Данные сведены в таблицу.

Пример 3
а) Подготовку конидий продуцента, приготовление питательных сред для выращивания посевного мицелия и ферментации, выращивание посевного мицелия проводили аналогично примеру 1. Ферментацию и выделение лимонной кислоты также проводили аналогично примеру 1.

б) Приготовление питательной среды для подпитки культуры гриба
96 г концентрированного сока сорго растворяли в 150 см³ горячей воды, автоклавировали при 0,75 атм 30 мин. охлаждали до 45-50^oC и стерильно вносили 3,4 см³ раствора нитрата аммония концентрации 10% доводили объем до 200 см³.

Подпитка культуры гриба
На вторые-третьи сутки ферментации в колбы стерильно вводили по 7 см³ питательной среды.

Дальнейшие операции аналогичные примеру 1.

Данные сведены в таблицу.

Пример 4
Подготовку конидий продуцента, приготовление питательных сред для выращивания посевного мицелия, ферментации, выращивание посевного мицелия, выделение лимонной кислоты проводили аналогично примеру 1. Приготовление питательной среды для подпитки культуры гриба и подпитка аналогичны примеру 3. Ферментация сока сорго в лимонную кислоту аналогична примеру 2.

Данные сведены в таблицу.

Источники информации
1. Лесьнян В. Подгурски В. Петкевич Е. Возможности использования глюкозового гидрола для производства лимонной кислоты//
1986, т.ХХХ, N 6, с.22.

2. Цитрусовые мелассы. Использование цитрусовой мелассы для получения лимонной кислоты // 1979, 7, N 1-2, p.83/89.

3. А.с. N 242091 СССР, С 12 Р 7/48, опубл. 1969.

4. А.с. СССР N 455992, С 12 Р 7/48, опубл. 1975.

5. А.с. СССР N 798164, C 12 P 7/48, опубл. 1981 г.

6. А.с. СССР N 526659, C 12 P 7/48, опубл. 1976.

7. А.с. СССР N 1017733, C 12 P 7/48, опубл. 1983.

Формула изобретения

Способ получения лимонной кислоты глубинным методом, предусматривающий подготовку питательной среды, подготовку конидий гриба-продуцента, выращивание посевного мицелия, засев питательной среды подрощенным мицелием с последующей ферментацией в условиях аэрации и выделение целевого продукта, отличающийся тем, что подготовку питательной среды ведут на базе концентрированного сока сорго, подпитку культуры гриба осуществляют питательным раствором с концентрацией по сахару 100 200 г/дм³ в течение 2 3 суток, культивирование гриба-продуцента осуществляют 1 2 суток при 32^oС, в последующие сутки при 28 30^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 16.11.2007

Извещение опубликовано: 20.06.2009        БИ: 17/2009

---