Способ получения лимонной кислоты

 

Изобретение относится к микробиологической промышленности и касается способа очистки растворов лимонной кислоты и сопутствующих ее биосинтезу кислотостабильных амилолитических ферментов, обладающих декстриногенной и сахарогенной активностями. Способ заключается в том, что при температуре 32°С от ферментированного раствора отделяют мицелий гриба-кислотообразователя Aspergillus niger, очищают полученную культуральную жидкость посредством последовательных процессов фильтрации или сорбции примесей, а затем разделяют ультрафильтрацией через мембрану, удерживающую молекулярную массу в пределах 1000-50000, на растворы целевых продуктов. Способ позволяет одновременно получить два целевых продукта: очищенный раствор лимонной кислоты и комплекс кислотостабильных амилолитических ферментов. 1 табл.

Изобретение относится к микробиологической промышленности и касается способа получения лимонной кислоты ферментацией среды на основе гидролизата крахмала грибом Aspergillus niger и выделением ее из ферментированного раствора.

Известный традиционный способ получения кристаллической лимонной кислоты включает много стадий: отделение мицелия фильтрованием культуральной жидкости, термообработка при температуре 80-100С ферментированного раствора, осаждение целевого продукта в виде цитрата кальция, разложение соли серной кислотой, фильтрацию гипсовой суспензии через активный уголь, кристаллизацию [1].

Использование экологически вредных реагентов значительно усложняет процесс и требует дополнительную очистку растворов лимонной кислоты, регенерацию сорбента, применение дополнительных реагентов, увеличение энерго- и материальных затрат. Кроме того, в способе не предусмотрена возможность выделения кислотостабильных ферментов.

Известен способ получения лимонной кислоты в жидком виде с использованием бентонита и цеолита для очистки раствора кислоты от остатков мицелия и с последующим концентрированием его [2]. Концентрат кислоты характеризуется определенной цветностью и присутствием до 0,5% белковых веществ. Последующее отделение примесей в способе отсутствует.

Известен способ выделения препарата гомогенной -амилазы из культуральной жидкости после ферментации питательной среды термофильным штаммом В. stearothermophilus. Фильтрат культуральной жидкости, содержащий 5,0 ед. АС/мг белка, концентрируют методом ультрафильтрации до выделения раствора с активностью 10,6 ед. АС/мг белка, затем проводят осаждение комплекса ферментов этиловым спиртом, высушивание осадка, последующую глубокую очистку препарата от сопутствующих ферментов - примесей. Выход чистого препарата -амилазы составляет 22,1% [3].

В способе выделения фермента метод ультрафильтрации позволяет провести концентрирование фильтрата культуральной жидкости без фазового превращения при комнатной температуре и при одновременном освобождении от балластных веществ (пигментов, азотистых и других низкомолекулярных соединений).

Однако известный способ не предусматривает получение и выделение из культуральной жидкости двух целевых продуктов: низкомолекулярного соединения и комплекса ферментов.

Известен способ получения лимонной кислоты, включающий ферментацию углеводсодержащего сырья, отделение мицелия гриба Aspergillus niger, очистку ферментированного раствора суспензий активированного бентонита с последующим отделением раствора и обработкой активированным углеволокнистым материалом марки АУТ-М, Бусофит-Т, Бусофит-ТМ либо Карбопон-актив, имеющим объем сорбционных пор в пределе 0,30-0,80 см3/г, взятом в количестве 2,0-12,0 г на 1 дм3 раствора.

В результате получают очищенный раствор лимонной кислоты, не содержащий белковые вещества, в том числе и ферменты, с титруемой кислотностью 14,6-14,7%, что на 3,3-4,0% ниже по сравнению с ферментированным раствором (15,2%) [4].

Возможность получения и выделения комплекса ферментов как целевого продукта в способе отсутствует, так как отделение мицелия проводят при температуре выше 70С, происходит инактивация ферментов и коагуляция белковых веществ, которые становятся нежелательной примесью.

Наиболее близким предлагаемому изобретению является способ получения кислой фосфатазы из культуральной жидкости, содержащей лимонную кислоту и имеющей активность фосфатазы, путем ультрафильтрации через мембрану, удерживающую молекулярную массу фосфатазы от 5000 до 50000, при температуре 5-50С, давлении 0,1-0,6 МПа, скорости потока через мембрану 4-60 кг/м2·ч. После разделения ультрафильтрацией получают раствор, имеющий активность фосфатазы 5-50 Kat·1-1 и концентрат, имеющий активность фосфатазы 1500-50000 Kаt·1-1 [5].

Таким образом, известным способом [5] получают из культуральной жидкости раствор лимонной кислоты, недостаточно очищенный от активных ферментов, и концентрат кислой фосфатазы. Раствор лимонной кислоты, имеющий активность 5-50 Kat·1-1 фосфатазы, требует дальнейшего выделения примесей для получения чистого раствора кислоты.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является выделение из ферментируемого раствора после ферментации среды на основе гидролизата крахмала грибом Aspergillus niger достаточно чистого раствора лимонной кислоты и раствора кислотостабильных амилолитических ферментов.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается способом получения лимонной кислоты из культуральной жидкости, включающим отделение мицелия гриба-кислотообразователя от ферментированного раствора, разделение ферментированного раствора ультрафильтрацией через мембрану, удерживающую молекулярную массу фермента, на раствор лимонной кислоты и раствор фермента, в котором согласно изобретению используют имеющую активность -амилазы и глюкоамилазы культуральную жидкость, отделяют мицелий гриба-кислотообразователя Aspergillus niger при температуре 32С, до разделения очищают ферментируемый раствор с температурой 32С с помощью фильтрирующего или сорбирующего средства, причем используют мембрану с диаметром пор 0,65 мкм или суспензию бентонита или углеволокнистый материал типа Карбопон-актив, затем разделяют очищенный ферментированный раствор через мембрану, удерживающую молекулярную массу 1000-50000, на раствор целевого продукта и раствор кислотостабильных амилолитических ферментов.

Сведения, подтверждающие возможность достижения технического результата предлагаемого изобретения, представлены в примерах.

В примерах используют ферментированный раствор, который получают ферментацией среды на основе гидролизата крахмала грибом Aspergillus niger и фильтрованием культуральной жидкости [6].

Ферментированный раствор представляет собой жидкость, концентрация лимонной кислоты в котором составляет 100-150 г/дм3, значение декстриногенной активности (ДАк) - (0,5-2,5) ед./см3, сахарогенной активности (САк) - (20,0-90,0) ед./см3, рН 1,3-2,8, оптическая плотность D при mах 400 нм 1,9-2,5, при maх 750 нм 2,0 - 3,0, характеризующая соответственно цветность и мутность раствора, содержание белка 1,5 - 5,0 г/дм3.

В примерах используют ферментированный раствор, имеющий концентрацию лимонной кислоты 125 г/дм3, ДАк 1,8 ед./см3, САк 58 ед./см3, D при mах 400 нм 2,4, D при mах 750 нм 2,34, содержащий 3,5 г/дм3 белка.

В качестве фильтрующего средства используют мембрану с диаметром пор 0,65 мкм, в качестве сорбирующего средства - активированную суспензию бентонита с содержанием бентонита 10 маc.%, или углеволокнистый материал Карбопон-актив.

Фильтрующие и сорбирующие средства выпускаются отечественной и зарубежной промышленностью. В примерах используют фильтрующую установку “Sartokan” фирмы Sartorius AG, Германия, оснащенную стандартными и минипатронами Sartopure РР 2559, в частности 559 15 05 Р7 с нормой удерживания 0,65 мкм. Для ультрафильтрации применен аппарат ВПУ НПК “Биотест”, г. Кириши, Россия, и набор мембран с различным удерживанием молекулярной массы (УММ): УМП-50 от 50·103, Мифил-20 ПА от 20·103, полые волокна - 15 ПС от 15·103, Мифил - 10 ПА от 10103, полые волокна - 5 ПС от 5103, полые волокна - 1 ПС от 1103. Характеристика аппарата: рабочее давление составляет 0,1-0,2 МПа, скорость потока - 20-37 дм32·ч.

В примерах используют известные способы анализа: определение содержания кислоты в растворах титриметрическим методом, определение оптической плотности растворов, декстриногенной и сахарогенной активностей с помощью колориметрического метода, белка - методом Лоури.

Пример 1.

В колбы объемом 750 см3 помещают 50 см3 питательной среды и засевают ее подращенным мицелием. Колбы ставят на качалку с числом оборотов 160 мин-1 и выдерживают в течение 6 сут при температуре 32С. После ферментации биомассу гриба отделяют на воронке Бюхнера и в ферментированном растворе определяют оптическую плотность раствора, активность кислотостабильных амилолитических ферментов и концентрацию лимонной кислоты.

Ферментированный раствор объемом 2,5 дм3, имеющий температуру 20С, пропускают через фильтрующую мембрану для удаления остатков мицелия, а затем раствор, содержащий кислоту и кислотостабильные амилолитические ферменты, разделяют ультрафильтрацией через мембрану марки УПМ-50 с пределом УММ 50,0103 на раствор кислоты и раствор кислотостабильных амилолитических ферментов.

Результат опыта представлен в таблице.

Пример 2.

Ферментацию и очистку ферментированного раствора от остатков мицелия проводят согласно примеру 1.

Разделение раствора с температурой 15С проводят ультрафильтрацией через мембрану Мифил - 20 ПА с пределом УММ 20,0103 мкм.

Результат опыта представлен в таблице.

Пример 3.

Ферментацию и отделение мицелия проводят аналогично примеру 1.

Ферментированный раствор объемом 0,5 дм3 с температурой 20С пропускают через фильтрующую мембрану для удаления остатков мицелия, а затем раствор, содержащий лимонную кислоту и кислотостабильные амилолитические ферменты, разделяют ультрафильтрацией через мембрану полые волокна - 15 ПС с пределом УММ 15103.

Данные опыта представлены в таблице.

Пример 4.

Ферментацию, отделение мицелия и очистку ферментированного раствора через фильтрующую мембрану проводят аналогично примеру 3.

Ферментированный раствор с температурой 32С, содержащий лимонную кислоту и кислотостабильные амилолитические ферменты, разделяют ультрафильтрацией через мембрану полые волокна - 5 ПС с пределом УММ 5103.

Данные опыта представлены в таблице.

Пример 5.

В условиях примера 1 к ферментированному раствору объемом 2,5 дм3 добавляют 2 г/дм3 предварительно подготовленной активированной суспензии с содержанием бентонита 10 маc.% и выдерживают смесь в течение 40 мин, после чего осадок отделяют, а раствор, содержащий два целевых продукта, подвергают ультрафильтрации, разделяя через мембрану Мифил - 10 ПА с пределом УММ 10,0103 на раствор кислоты и раствор комплекса ферментов.

Данные опыта представлены в таблице.

Пример 6.

Ферментацию, отделение мицелия проводят аналогично примеру 1.

Очистку ферментированного раствора объемом 0,5 дм3 с температурой 25С проводят пропусканием его через углеволокнистый сорбент, в качестве которого используют нетканое полотно материала марки Карбопон-актив, имеющего объем сорбционных пор 0,80 см3/г и взятого в количестве 2,0 г на 1 дм3 раствора. Очищенный раствор, объемом 0,5 дм3, содержащий кислоту и комплекс ферментов, разделяют ультрафильтрацией через мембрану полые волокна - 1 ПС с пределом УММ 1,0103 на раствор кислоты и раствор комплекса кислотостабильных амилолитических ферментов.

Данные опыта представлены в таблице.

Пример 7 (по прототипу).

Получение ферментированного раствора проводят аналогично примеру 1. Ферментированный раствор объемом 1000 см3, содержащий 125 г лимонной кислоты и имеющий активность -амилазы 1,8 ед./см3 и глюкоамилазы 58 ед./см3, подвергают ультрафильтрации при температуре 20С через мембрану Мифил - 20 ПА с удерживанием молекулярной массы 20000, при рабочем давлении установки 0,2 МПа, скорости потока 25 дм3·м-2·ч-1 и получают 940 см3 слабоокрашенного фильтрата, содержащего лимонную кислоту и примеси белка 1,9 г/дм3, и 60 см3 концентрированного раствора кислотостабильных ферментов с активностью, ед./см3, -амилазы 28,3, глюкоамилазы 570.

Данные опыта представлены в таблице.

Показатели качества ферментированного раствора, после очистки содержащего кислоту и ферменты, и растворов после разделения представлены в таблице в примерах 1-7.

Сравнение результатов, полученных в примерах 1-6 по предлагаемому способу и в примере 7 - по прототипу, показывает, что использование в примерах 1-6 ферментированного раствора с температурой 32С позволяет после очистки от остатков мицелия с помощью фильтрующего или сорбирующего средства получить раствор, содержащий лимонную кислоту и комплекс ферментов с декстриногенной и сахарогенной активностью, который затем с помощью ультрафильтрации через мембрану с удерживанием молекулярной массы в пределе значений (1,0-50,0)·103 разделяется на раствор кислоты и раствор кислотостабильных амилолитических ферментов в качестве целевых продуктов.

В примере 7 (по прототипу) ферментированный раствор разделяют ультрафильтрацией и получают раствор, содержащий лимонную кислоту и примеси белковых веществ, а также раствор амилолитических ферментов. Примеси белковых веществ - 1,9 г/дм3, повышают цветность (D400 0,58) и мутность (D750 0,120) раствора лимонной кислоты, снижают качество ее, вызывают необходимость дальнейшей очистки раствора кислоты.

Таким образом, предлагаемым способом из ферментированного раствора после ферментации среды на основе гидролизата крахмала плесневым грибом Aspergillus niger получают два целевых продукта - чистый раствор лимонной кислоты и раствор комплекса кислотостабильных амилолитических ферментов.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Технологическая инструкция по производству пищевой лимонной кислоты. -Л.: ЛНИИПП, 1981, 130 с.

2. Патент РФ №2129612, МПК 6 С 12 Р 7/48, 1999.

3. Грачева И.М. Технология ферментных препаратов. - М.: Агропромиздат, 1987, с.177.

4. Патент РФ №2159286, МПК 6 С 12 Р 7/48, 2000.

5. Патент №275986, МПК 5 С 12 Р 7/48, 1992.

6. Патент РФ №2132384, МПК 6 С 12 Р 7/48, С 12 N 1/14, 1999.

Способ получения лимонной кислоты из культуральной жидкости, включающий отделение мицелия гриба-кислотообразователя Aspergillus niger от ферментированного раствора, разделение ферментированного раствора ультрафильтрацией через мембрану, удерживающую молекулярную массу фермента, на раствор лимонной кислоты и раствор фермента, отличающийся тем, что используют имеющую активность -амилазы и глюкоамилазы культуральную жидкость, отделяют мицелий гриба при температуре <32C, до разделения очищают ферментированный раствор с температурой <32C с помощью фильтрующего или сорбирующего средства, причем используют мембрану с диаметром пор 0,65 мкм или суспензию бентонита, или углеволокнистый материал Карбопон-актив, а затем разделяют очищенный ферментированный раствор через мембрану, удерживающую молекулярную массу в пределах 1000-50000, на раствор целевого продукта и раствор кислотостабильных амилолитических ферментов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к микробиологической промышленности и касается способа получения из крахмалосодержащего сырья лимонной кислоты и кислотоустойчивых ферментов: -амилазы и глюкоамилазы

Изобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к отбору активных штаммов - продуцентов лимонной кислоты

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к способу выделения лимонной кислоты из растворов щелочных цитратов

Изобретение относится к микробиологической промышленности и касается способа получения из крахмалосодержащего сырья лимонной кислоты и кислотоустойчивых ферментов: -амилазы и глюкоамилазы

Изобретение относится к микробиологической промышленности и касается нового штамма гриба Aspergillus niger ВКПМ F-790

Изобретение относится к микробиологической промышленности и касается очистки и обесцвечивания ферментированных сред при направленном биосинтезе лимонной кислоты из углеводсодержащего сырья

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к способу получения солей глюконовой кислоты (глюконатов) и лимонной кислоты

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

Изобретение относится к очистке и обесцвечиванию ферментированных сред при направленном биосинтезе лимонной кислоты
Изобретение относится к микробиологической промышленности
Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к способу выделения витамина В12 из бактериальной биомассы
Изобретение относится к гидрометаллургии и может быть использовано для мембранного извлечения, концентрирования и очистки металлов как в технологии, так и аналитической практике
Изобретение относится к способу фильтрации трехфазной реакционной смеси, включающей жидкую фазу, твердую нерастворенную каталитическую фазу и газообразную фазу

Изобретение относится к способу и к устройству, основанным на фильтровании мембраной с перекрестными потоками и предназначенным для отделения отделяемых составных частей от жидкой среды
Изобретение относится к области химической технологии, конкретно к атомной экологии, и может быть использовано при очистке жидких радиоактивных отходов

Изобретение относится к области концентрирования растворов методом ультрафильтрации, обратного осмоса и может быть использовано в пищевой, химической, фармацевтической и других отраслях промышленности

Изобретение относится к очистке жидких радиоактивных отходов и может быть использовано на радиохимических предприятиях

Изобретение относится к аппаратам для разделения растворов обратным осмосом и ультрафильтрацией и может быть использовано в пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности

Изобретение относится к способу очистки масла от загрязнений в режиме перекрестноточной микрофильтрации

 

Наверх