Способ получения лимонной кислоты

 

ЗС СУЮЗН, Я.. - .ти -: .-ц.

О П И С А Н -И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ (61) Дополиительиое н авт. евий-ву— (22) ЗЖЯВЧЮНо 090377 (23) 2461713/28-13

С 1.2 I) 1/04

Государственный комитет ссср ио делам изобретений и открытий (щ ) уд (бб1..734. . 1 (088 . 8 ) Опубликовано 300479. Бвддетеиь pk l б

Дата Опубликоваиий описаний 3004,79

В.й. Ермакова, В.й. Смирнов, Е, И.Цербак она, В. Ф. Федосеев,, Л.ь.Новикова и Я.H.Качанов

Ленинградский межотраслевой научно-исследовательский институт пищевой промышленности (54 ) СГЮССВ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ

Изобретение относится к технике получения пищевых кислот, и частности лимонной кислоты, глубинным методом путем сбраживания углевод— содержащего сырья, например мелассы, ь погруженной культурой мик роорганизма— продуцента лимонной кислоты, и может быть использовано в пищевой промышленности.

Известен способ получения лимонной кислоты, предусматривающий подращивание посевного мицелия по отъемно-доливному методу Il) .B этом способе для засева бродильного ферментатора отбирают из посевного ферментера 1/2-2/3 объема культуры, а к оставшемуся объему без перезарядки ферментера приливают такой же объем свежего мелассного раствора.

Всю культуру, подросшую за 24 ч, используют для засева очередного большого ферментера.

Известен другой способ получения лимонной кислоты, согласно которому приток свежего субстрата для питаний б мицелия осуществляют совместно с необходимыми минеральными солями и дезин4 ицируктаими добавками непрерывно в течение всего процесса брожения, после 8-24 ч от момента засева основных @ ерме н те ров, и з ак а нчив акт за

18-30 ч до завершения цикла брожения (2j .

Однако известные способы получения лимонной кислоты не позволяют.сбраживать мелассные растворы с высокой исходной концентрацией и вызывают необходимость в процессе брожения проводить дополнительные доливы концентрированных мелассных сред, что связано с увеличением трудоемкости гграцесса и ин4.ицирования культуральной среды в бродильных Фермеитерах посторонними микроорганизмами.

Известен также способ получзния лимонной кислоты глубинным методом путем посева спор гриба — продуцента в условиях аэрации и перемешивания в посевной ферментер„ подращивания кислотообразующего мицелия, засева углеводсодержащего: раствора, например мелассы, нодрощенным мицелием с последующим сбрйживанием и выделением лимоннОй кислОты 3) в ч

Этот способ является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату. По указанному способу подращивание мицелия из замочекнь и питательной среде спор (конидий) бг чб08!

° P)IГ,! Оi-i !1!Е! „"ВЕЕЯЮ В Г;О<-ЕВ НЫХ ФЕР— м .!I Ге!

П1!с !есс подращивания ведут одностадийно В течение 18-36 ч В условияхх не!!рерьп» ного переме!!!ивания и аэраГl l>11 3 2 — 3 6 С . Затем Весь Объем 5

I< .IIIi 13а.!1ь !!Ой мсгссы с I

RMOI Î Р 1CTIIiiOPi.I р ПЕРЕВОДЯТ В !Г!ЕРМЕ тер брожения.

П ропеcc брОжеl! ия Ос уши. с тВляют f0 на 3-4 ii-нОм (пО саха1>у) мелассногл растворе, обработанногл ферроцианидом калия

Применение разбавленных растворов е!ызва!!о тем, что более концентрироВанные мелассные растворы обладают

Вь!ОокОЙ бyфеpнОсTью H пОэтОму пре—

IIHTcTВуют быстрому смещению рй до Величины,благоприятствующей образованию ми ei1IIeM лимонной кислоты„в результате чего в сброженном растворе нака11ливается большое количество щавелеВОй кислОты» При испОльзОВании раэ бавленных мелассных растворов через

24 ч после их ЭасЕВа начинаю- подкормку погруженной культуры: через каждые 1,5 ч В ферментере порциями

Ilo 500 л Вводят концентрированные мелассные растворы, содержащие 2025Ъ сахара„ доводя исходный раствор до 1.1,5-12„5Ъ (по сахару). Процесс брожения ведут В условиях непрерывного перемешивания и аэрации при

32 С в те гение 5-7 дней. о

Недостатком известного способа является то, что он позволяет сбра- 35 живать только разбавленные до 3-4Ъ (по сахару) мелассные растворы, что предусматривает дробные доливы концентрированных мелассных сред и тем самым увеличивает трудоемкость веде- 4!! ния процесса и возможность заражения культуральной среды в бродильных . ферментерах посторонними микроорганизмами, а в процессе брожения накапливается значительное количество побочных кислот, в основнол щавелевой и глюконовой, в результате чего съем лимонной кислоты не достигает максимальной величины. Кроме того, при образовании побочных кислот, дополнительно расходуется основное сырье — меласса, а на стадии химической очистки сброженныХ растворов на их выделение — вода, пар и известь и образующийся при этом оксалат кальция, являющийся отходом производства, загрязняющим окружающую среду.

Цель изобретения — повысить эффективность процесса брожения и увеличить тем самым выход лимонной 60 кислоты

Это достигается тем, что в предлагаемом способе получения лимонной кислоты подращивание кислотообразующего мицелия осуществляют постадийно с последовательным переводом подра!!!!ЕВ аемогО мицели я из ОднО! Ферме н» тера В другой, установленных по ходу технологического процесса, Hà 1è ная с посевного ферментера, при этом подращивание мицелия ведут так, что на каждой последующей стадии концентрация сахара возрастает на 1,5-2Ъ, а процесс брожения ОсущестВляют на мелассном растворе с начальной концентрацией сахара 8,5-10%.

При этом подращивание глицелия осуществляют в три стадии, на первой из которых используют питательный субстрат с исходной концентрацией сахара 2,5-3,5%, на Второй — 4,55,54,а на третьей б,5-7,5%, Кроме того, подращивание мицелия на каждой стадии ведут так, что объем культуральной среды в каждой предыдущей стадии составляет 10-15% от объема последующей стадии.

Способ осуществляют следующим образом.

Споры гриба — продуцента лимонной кислоты засевают в условиях аэрации и перемешивае!ия в посевной ферментер, затем засевной кислотообразующий мицелий подращивают в три стадии в ферментерах малой емкости с последовательным переводом подращенного мицелия иэ одного ферментера в другой, установленных по ходу технологического процесса, начиная с посевного Ферментера.

Подращивание мицелия ведут так, что обьем культуральной среды В каждой предыдущей стадии составляет

10-15% от объема последующей стадии.

Концентрация сахара на каждой последующей стадии возрастает на 1,52В, при этом на первой стадии используют питательный субстрат с исходной концентрацией сахара 2,5-3,5%, на

Второй - 4,5-5,5%, а на третьей

6,5-7„5Ъ.

Затем Осуществляют процесс сбраживания на мелассном растворе с начальной концентрацией сахара 8,510%.

На бродильной среде, начиная с перВых суток, гриб синтезирует лимонную кислоту, а образование побочных кислот снижается до минимума. В дальнейшем„ для продления процесса брожения, по мере утилизации сахара, через

2-4 суток, производят долив мелассного раствора, содержащего 20-25% сахара в количестве 10-30% к объему исходной бродильной среды, поддерживая концентрацию сахара в среде на уровне 8%. К этому времени мицелий гриба в бродильном ферментере полностью формируется и его устойчивость к заражению посторонними микроорганизмами повышается.

Пример 1. Выращивание кислотообразующего мицелия и синтез лимонной кислоты осуществляют в лабора- . торных условиях на качалке типа

659609

Да h ные та 0. l Ä nor<;! \ыл ают астр прн эедег.ии процесса по 1:реллагаемаг!у способу содержаггне лимонной кислоты в сумме кислот составляет

87,3-96,4Ъ, съем лимонной кислоты достигает 12 7-15,4 мг,/см э сутки, выхаг. лимонной кислоты от сахара 57,2-68,6з. B контрольном варианте сумма кислот содержит 79,7Ъ лимонной кислоты r ъем лимонной 1< ггслоты составляет 9,7 глг/см в сутки, выход ат сахара 56,8Ъ.

Пример 5, Культивигрование осуществляют в производственных условиях. Посевной мицелий выращивают последовательно э три стадии в 4råðментерах 50Л, 500 л, и 5000 л.

Иа первой стадии производят посев

50 мг конидий АGо,rl реп (замоченных

200 rim синтетической lHTBTeльнай среды за 6 ч да посева) э 50 л ФерментерГ В катОром пригОтавливают

30 л ЗЪ-ной (по сахару) мелассной среды, г1ицелий выращивают 20 ч.

Иа второй стадии ггицелием, выросшим На первой стадии, засевают 300 л

5Ъ-ной (по сахарч) мелассной среды, приготовленной в 500 л фермеггтере, при этом культивирование на зтай среде продолжают 24 ч.

Па третьей стадии глцелием,полученным на этарай стадии, засевают 2700 л

7Ъ-ной (по сахару) мелассной среды, приготовленной э ферменте объемом

5000 Л.Мицелий выращивают 30 ч, при зтам рН среды cl!Ижается до 3,4.

Мицелий, выращенный на третьей стадииr служит ПОсеэным материалОМ для засева 50 м бродильного eðментера, в катаром приготавливают

37 мз мелассной среды с концентрацией сахара 9Ъ.

Брожение осуществляют 5 суток.

Данные образования ор-.àíè÷åñêèõ кислот у штамма Asp.lliger Д-1 при культивировании в глубинных условиях по предлагаемому и известному способам, полученные в производственных условиях, приведены в табл.2.

Предлагаемьгй способ получения лимонной кислоты са стадийным выращиванием мицелия на средах возрастающей концентрации па сравнению с известным позволяет сбраживать мелассные среды повышенной концентрации с образованием приемущестэенно лимонной кислоты, при зтам умен"шается количества побочных щавелевой и глюконаэай кислот, съем лимонной кислоты возрастает„ снижается расход основного и вспомогательного сырья.

Эффективность биасинтеза лимонной кислоты в составе образуемых кислот составляет 94-98Ъ.

Расход конидий гриба-прадуцента уменьшается в 50 раз.

Сокращаются отходы производства, глюконата и аксалата кальция.

Данные образования органических кислот у штамма Азр.в бег Л-1 при культивировании в глубинных условиях приведены в табл.1. 65

АРУ-- .)Ор с числом качаний 160 B минуту э колбах 700 см" при 32 С. Мелассные среды llригОтаэлиэ ают cGF naс НО 1ехнологичгской инструкции по праИЗВОДСТЭУ ПИЩЕВОЙ ЛИМОННОЙ КИСЛОты (1970), Подращиэание мицелия проводят э три стадии на мелассных средах с постоянно увеличивающимся сод ржанием сахара от 2,5 до 6,5Ъ. Продолжительность подращивания на каждой стадии составляет 24 ч. Па первой 10 стадии 0,1 мг конидий Абр. nrper замачивают э 10 мл синтетической питательной среды при 32 С э течение 3 ч. Приготовленной суспензией засевают 50 мл 2,5o HQA (пО сахару) меласснай среды. Подращивание заканчивают при снижении рК культуральнай среды до 3,6. На второй стадии 5 мл падращеинога мицелия засеэают в

50 мл 4,5Ъ-ной (па сахару) мелассной среды, процесс подращивания закаччивают при рН 3,9. На третьей стадии

5 мл подращеннаго на второй стадии мицелия переводят в 50 мл 6,5Ъ-най (по caxapy) мелассной среды, процесс подращивания заканчивают при рН 3,9.

Бродильные мелассные среды с содержанием сахара 8,5о оразливают в колбы по 50 мл и засевают 5 мл мицелия, выращенного на третьей стадии.Процесс брожения протекает без дополнительных 30 доливов мелассных растворов 4,25суток.

Пример 2. Подращивание мицелия проводят в три стадии. Содержание сахара в среде составляет на первой стадии ЗЪ,на второй 5Ъ,на третьей 7Ъ.

Бродильная среда содержит ЭЪ сахара.

Далее процесс культивирования проводят согласно примеру 1.

П р и и е р Ç.Подращивание гвлцелия проводят в три стадии. Содержание саха40 ра в среде составляет на первой стадии

3,5Ъ,на второй 5,5Ъ,на третьей 7,5Ъ.

Бродильная среда содержит 10Ъ сахара. Остальные условия процесса,,как в примере 1.

П р е р 4. Испытания проводят, как описано в примере 1. На третьи сутки с целью повышения концентрации среды в нее доливают б мл 25Ъ-ного (па сахару) меласснаго раствора. Брожение проводят 5,25 суток.

Я)

Контролем служит, процесс,осуществляемый по технологии прототипа мицелий подращивают в одну стадию на ЗЪ-ной (по сахару) мелассной сре- де. На брожение приготавливают ЗЪ- 55 ный (по сахару) мелассный раствор.

Через 24 ч после засева бродильных растворов подращенным мицелием начинают даливы глелассного раствора, содержащего 25Ъ сахара.Даливы проводят 60 в пять приемов по 3,0 мл через 2 ч.

659609

«

Ig l м

« г

»

Ф 5 х

Ю

Ф ч г

Ю м м м

Ю

1-)

»О м

CQ

»О

Ю м о

О1

Р? о

СЧ

»О г1 13»

О1

+!

Ю оо оо о ?» м .Г) о

ОЪ

+I +i о о оо ао

rО ОО м м м»

+I

Ю о. о м со

+3 зо

QCf o о и х

3»?3

Фа ао

3» э и

e»3Р х А» о хо»

3» а

?3: O ??3

??3 Х

5Qu оФ.

Х

Q Ф

Ж И и1

СО. и

« м

??3

1 и эо

Ц Э

Ф 5

333 O

>1

?» х о а е х о и о

И Я

?) 1

Ф 1 о д 1

Х ? »?3 1 цхо ою 1 ооа 1 ! х е и е-l

Х Х О»?3

1- - --тР- — 1

1 ?-», Я

1 Х О D С-» 1 о ?,", е z?3. о.- о вход х*?

СЗ " XD X

3= о 1

1 Х 1

? Ф 1 1 х о 1 о ?: r»

1 ? „"„ Х О . Е 1 ! ОХОХТ? 1

1,Г г«х 1

Г- — 1= — — 1 ! l 1 i 3 и 1?о ? х I я х м 1

Х?Ц О<6 1

1 1 Т,» Х 3?3 1

»»

1 Х l х 1 е i

1 e»»?» 1 ??3 I ?3: 1

1 3 I r?3 е»»3 1

О " 1 8 ? ?33 1 х

? О 1 i

1 O 3 3 I X tL

o I woe

? z — 1 о 1

3 Х 2 ? ! Э 3-» й. хо 1

Ф Q 3.» 1

Н о о е х 1 ! ?" ox 1! 3

»?3 Q

O ?I?Ie М

ЦФ3»И Х

ot uо «ь ахоаФ

? y x v u u,!

I Ф 1 а V»?3. аоФФх3 и

?»хм?; ОО33

»?3Ф»?3Ф ЯаФЕ

Р) Р» У Я О И 1 — 3

I .Х 1 о х аэ

i I

1 1 1

1 i. 1 ж 1И

I Il

I" Ö 1 1

1 ОК?.

Х?

Х?

М»?31 . I

I Х 3??1 I

»-?

I Ф I I

&» и 1 !

М Ю С1

C) СО (1.О »О О) иилоионхэх

33о3 ?эел а33"?? э 633 .Л

< 4

lA о

21 г\О

Ch

Ж м cr!

О)

Г)

»):)

Г ) Г4 м

»Г)

Г 4

»

1

I

I

1 A

I fd

l X "1

-» г \

Г

I

I

@ cg а»))э

Г) ГЧ

1

О 1-»

1 и

X 2

Х 1-» м л

Ю м

G3

Ю

»О

< 4! !

I 1-» о

1 Ц и х

1

i I К

I 5 fd

I l)I В

I fd 5

Г 4

Г 4

Ю

Г 4

l 1 о

Ig X X

1 О @

1!» X 1)!

Ю

)Л

5 х»))о х

2 о

1 1-» о ! о

1и

I

l 1 х к хоа

4KX

C) м LO

Г»

1

I .I

1 к о

". О5Ц

qxgu -ы

О5)ОХ2 м

Ю

«» м

I I:i »О

ОЦ,»11 ! Х

I Ч5!» )II Х»)! Х

O t u Z I)I I)I X I ах о»х о х,"л

ZXXXIOХИ

C)

ГГ) о

1»

5 и !

»):)

» «)

ЬГ) м л

Г 1

1 Х о х

»dа5 хо 3

)О

Ю

Г \

Ц

О!5 !

» х х

8 X

)1) 5 fd х а1)!

Ч

С) М

C) С) л

+ о i 1

I rd 5

И5ПЦ! ДКХК

X I Ê O fd Õ X X Ê ицхааxzz

I о о

5 О

1-» Х

Ф 5

1-»

1 Я ! о

1 X 5

I I 7

I e

1).):)» Е»

lw а

fd

1» )Г с

1О < 2

1Х И И

Iu u

15 О М

I p4 х Ц

Г, о о

Kl 1= 5;

1 ! Я 1 !

5! X

1Л Х О

iu а Е

5 1 Х х о

1.» ) х х ооо

IIXZ

1

l »б ас

5 Х

Х и 2

tju I

ofai

Х !» 1. и

fd

1 1) !

1I» 1

i X о 2

Е х и».

IfdКаКО

1х ц х х ц

i х и 1

О Х О 2 1 5 ххцнои.» I

1 3 1 I

КИ! -! I

ОХОД»К1. ххцнuuxx

1 I

I 1 я

О» 5 о, х о, 1 Х Х L

1 о о о

И С.". ю

6596

Формула изобретения

1.Способ получения лимонной кислоты глубинным методом путем посева спор гриба-продуцента в условиях аэрации и перемешивания в посевной ферментер, подращивания кислотообразующего мице лия, засева углеводсодержащего раствора, например мелассы, подрощенным мицелием с последующим сбраживанием и выделением лимонной кислоты, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности про- щ цесса брожения и увеличения тем самым выхода лимонной кислоты, подращивание кнслотообразующего мицелия осуществляют постадийно с последовательным переводом подращиваемого мицелия из одного ферментера в другой,установленных по ходу технологического . процесса, начиная с посевного ферментера, при этом подращивание мицелия ведут так, что на каждой последующей стадии <онцентрация сахара возрастает на 1,5-2%, а процесс брожения

Осуществляют на мелассном растворе

09 1? с начальной концентрацией сахара 8, э104.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что подращивание мицелия осуществляют в три стадии, на первой из которых используют питательный субстрат с исходной концентрацией сахара 2,5-3,5%, на второй . — 4,5-5,5%, а на третьей — 6 57,5о °

3. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что подрашивание мицелия на каждой стадии ведут так, что объем культуральной среды в каждой предыдущей стадии составляет

10-15Ъ от объема последующей стадии °

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. лвторское свидетельство СССР

9 335278, кл. С 1233 1/04, 1970.

2. авторское свидетельство СССР

Р 351887, кл. С 12 13 1/04, 1970.

3. лвторское свидетельство СССР

Р 153707, кл. С 12 D 1/04, 1962.

Состав итель л . Бражникова

Редактор И.Дмитриева Техред М.Петко Корректор 0,Билак

Заказ 2120/6 Тираж 525 Подписное

UHHHHH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва Ж-35» Раушская наб.i д.4,/5

Филиал ППП Патент, r.Óæãoðaä, ул.Проектная,4