 |
 |
 |
|
|||||||||
|
 | |||||||||||
|
 |
||||||||
|
МЕНЮ
|
БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Виробництво лимонної кислотиВиробництво лимонної кислоти6 Содержание
Вступ Лимонна кислота є основним з підкислювачів. Її частка становить близько 75% обсягу з всіх вироблених підкислювачів. Особливо широко вона використовується у виробництві безалкогольних напоїв, яким надає фруктові і ягідні запахи і смак. Розширюється сфера застосування лимонної кислоти в технічних цілях - в хімічній, текстильній, шкіряній, металургійній та інших галузях промисловості. Попит на лимонну кислоту безперервно зростає, але в колишніх соціалістичних країнах він задовольняється вкрай слабко, тому в даний час організовуються нові виробничі потужності з випуску цього цінного продукту. Лимонну кислоту виробляють головним чином шляхом мікробного синтезу, який є важливою галуззю біотехнології. Цей реферат присвячений мікроорганізмам продуцентам лимонної кислоти і сучасним досягненням біотехнології в області біосинтезу органічних кислот. Описані теоретичні основи мікробного синтезу і механізми регуляції біосинтезу органічних кислот, їх зв'язок із загальною фізіологією мікробних клітин. У роботі висвітлено багаторічний досвід авторів у промисловому біосинтезі органічних кислот. 1. Літературний огляд по темі1.1 Опис об'єкту дослідження1.1.1 Хімічні і фізичні властивості лимонної кислотиЛимонна кислота НООС-СН2С (ОН) - СООН-СН2-СООН є монооксітрикарбоновою кислотою, яка кристалізується з водних розчинів з однією молекулою води (моногідрат лимонної кислоти) у вигляді безбарвних прозорих ромбоподібних кристалів. Моногідратная лимонна кислота має молекулярну масу 210, щільність 1,540 г/см3 і температуру плавлення 70-750С. Кристалізаційна вода втрачається при зберіганні та інтенсивно виділяється при температурах, що перевищують 40-50°С. При 100°С вода втрачається повністю.При температурі кристалізації 36,6°С і вище виділяється безводна лимонна кислота з молекулярної масою 192 і температурою плавлення 153°С. При нагріванні до 175°С лимонна кислота розкладається.Лимонна кислота добре розчиняється у воді (1460 г/л при 20°С) і помірно - в етанолі (620 г/л при 25°С). СН2СООН | НО--С--СООН I СНзСООНСолі лимонної кислоти - цитрати - мають низьку водорозчинність.Лимонна кислота широко поширена в природі. Особливо багато її в незрілих фруктах і ягодах (лимони, журавлина, яблука, виноград, та ін), де лимонна кислота є природним консервуючим агентом. 1.1.2 Продуценти лимонної кислотиПісля перших публікацій К. Вемера про здібності мікроміцетів синтезувати органічні кислоти, у тому числі лимонну, багато мікробіологів стали ретельно вивчати фізіологію грибів та їх біосинтетичні здібності. Численні досліди вказали на явно виражений потенціал гіперсинтезу лимонної кислоти у цілого ряду мікроміцетів, дріжджових грибів і бактерій. Залежно від хімічної природи окислюваного субстрату (бурякова, очеретяна, цитрусова або фінікова меляса, сік цукрового очерету, гідрол, гідролізати крохмалю, вижимки, сахароза, глюкоза, парафіни і багато інших субстратів) в якості продуцентів лимонної кислоти у більш-менш широких масштабах використовують мікроміцети, що належать до родів Aspergillus, Penicillium, Trichoderma і Botrytis, дріжджові гриби родів Candida, Delaromyces і Torulopsis, а також бактерії родів Arthrobacterium, Pseudomonas та Micrococcus.Детально вивчені численні представники аспергилів, особливо Aspergillus awamori, A. aureus, A. clavatus, A. glaucus, A. niger.Самим широко поширеним продуцентом лимонної кислоти є мікроміцети Aspergillus niger, фізіологія і механізм біосинтезу лимонної кислоти якого найбільш вивчені.1.2 Властивості сировини для біосинтезу лимонної кислотиВ даний час для біосинтезу лимонної кислоти в якості основної сировини широко використовують мелясу - відходи цукрової промисловості. У залежності від вихідного матеріалу розрізняють бурякову, очеретяну, цитрусову та інші види меляси. На міжнародному ринку щорічно продається 30-35 млн. тонн цієї сировини. Хоча меляса в основному використовується для кормових цілей, її широко застосовують також у мікробіологічній промисловості.Бурякова меляса характеризується високим вмістом цукрів (46-55%), з яких переважає сахароза. Меляса має складний та непостійний хімічний склад. Вона містить колоїди, органічні кислоти, вітаміни, білки і вільні амінокислоти, складний спектр мінеральних речовин. З нелетких органічних кислот в мелясі можуть присутні,%: лимонна - 0,01-0,5; глюконова - 0,5-1,0; яблучна - 0,1-0,5; бурштинова - 0,1-0,7.Добре зброджувана меляса повинна містити не більше 1% інвертного цукру і не більше 1% СаО і 0,06,% сірчистого газу (додається в мелясу в якості консервуючого агента) при загальному вмісті сухих речовин не менше 75% і цукрів не менше 46,% при невисокому вмісті живих мікроорганізмів.У золі бурякової меляси багато калію, магнію, заліза, але відносно мало фосфору.Хімічний склад меляси залежить від кліматичних і грунтових умов вирощування цукрових буряків, застосовуваних мінеральних добрив, часу збирання врожаю (пізні терміни збирання негативно впливають на якість меляси), технологічних нюансів переробки цукрових буряків, умов транспортування та зберігання меляси.Виробництво меляси пов'язано з сезонними доставками сировини. У виробництві лимонної кислоти найкращі результати дає зріла, витримана меляса. Важливе значення мають тривалість зберігання меляси та наявність герметично закритих ємностей - мелясосховищ з пневматичним перемішуванням (для запобігання розшарування), насосами, пристроями для подачі і забору меляси з різних горизонтальних сховищ.В останнє десятиліття якість меляси погіршується під впливом ряду додаткових чинників, пов'язаних з технічним прогресом. Широко застосовувані в сільському господарстві отрутохімікати і мінеральні добрива можуть залишати певні негативні сліди в сільськогосподарській продукції, зокрема в мелясі, де виявлені інсектициди, наприклад фосфорорганічний інсектицид малатілон (до 90 мг на 1 кг меляси), який надає інгібуючий вплив на біосинтез лимонної кислоти.У мелясі виявлено присутність деяких фунгіцидів (трилон, мертрілан та ін) Дані про вплив фунгіцидів на біосинтез лимонної кислоти неоднозначні. Деякі автори стверждують, що ряд фунгіцидів пригнічує активність ферментів ізоцітрат-і сукцинатдегідрогенази і тим самим сприяє біосинтезу лимонної кислоти, в усякому разі у диких культур Aspergillus niger. За даними інших авторів, фунгціди негативно впливають на ацидогенез.Виявлено пригнічення синтезу білка в клітинах Aspergillus niger під дією ртутьорганічного фунгіциду мертрілана. У результаті його впливу на ферменти циклу трикарбонових кислот (зокрема на малат-, ізоцітрат-і сукцинатдегідрогенази) різко знижуються інтенсивність дихання клітин та активність термінальних оксидоредуктаз, особливо цитохромоксидази. Фунгіцид трілан (4,5,6-тріхлорбензоксазолідон) також негативно впливає на метаболізм мікроміцета Aspergillus niger, але механізм його впливу інший.Всі досліджені фунгіциди пригнічують інтенсивність дихання, гальмують синтез білка, порушують проникність цитоплазматичних мембран.У мелясі нерідко виявляється присутність детергентов. Їх вплив на мікроорганізми не досить добре вивчено. Встановлено зміну проникності клітинної мембрани Aspergillus niger і як наслідок - підвищена гідроксилазна активність культури.1.3 Спосіб культивуванняУспіхи глибинної ферментації у виробництві антибіотиків спонукали виробників лимонної кислоти шукати шляхи глибинного культивування її продуцентів. У СРСР першою глибинне культивування продуцентів лимонної кислоти освоїла група дослідників під керівництвом Г.І. Журавського в 50-і рр., застосовуючи синтетичні сахарозні середовища і спеціально селекційно виведений для глибинного культивування штам Aspergillus niger. В якості ж сировини для глибинної ферментації лимонної кислоти може бути використаний широкий набір природних субстратів: меляса, глюкоза, сахароза, рідкі парафіни та інші джерела вуглецю.Технологія глибинного культивування продуцентів лимонної кислоти представляє собою явно виражений двоступінчастий процес. Перший ступінь включає вирощування посівного матеріалу з конідіоспор в посівному середовищі (на гойдалці і в посівному апараті) при 32-33°С в умовах інтенсивної аерації (0,8-1,0 об'єму повітря на 1 об'єм середовища в хвилину) і при безперервному перемешуванні середовища. Тривалість культивування на стадії вирощування посівного матеріалу - 2 доби (1 добу - на качалка, 1 - на посівному апараті).Сказане принципово не виключає безпосереднього застосування конідіоспор як посівний матеріал для основної ферментації, проте це суттєво подовжує цикл ферментації: з 7-8 до 12-13 діб.Основну ферментацію в глибинних умовах здійснюють у виробничому біореакторі при коефіцієнті його заповнення 0,75-0,80 і кількості посівного матеріалу 5-8% від об'єму ферментного середовища. Початкова концентрація цукрів - 10-14%, часто застосовують підживлення свіжим середовищем, особливо в разі застосування мелясних середовищ. Регуляція рН середовища не потрібна, але оскільки лимонна кислота дуже корозійна і для ферментаційного обладнання необхідна стійка до корозії сталь, то для пом'якшення практикують підлужнення ферментного субстрату до рН 3,8-4,2. Процес ферментації має риси двох фаз, або стадій: формування біомаси та кислотоутворення.Для фази накопичення біомаси характерно об'єднання молодого міцелію в кулясті агломерати, формування яких продовжуються до 70-80 год ферментації. Деяка частина гіфів залишається у вільному вигляді.Під час інтенсивного росту потреба продуцента в молекулярному кисні складає до 1 кг на кожен кубометр ферментного субстрату на годину. У фазі біосинтезу лимонної кислоти потреба в кисні в деякій мірі знижується і складає 0,5-0,6 кг 02/м3-год. Для забезпечення масопередачі кисню в ферментний субстрат вводиться стерильне повітря в кількості 0,8-1,0 об'єму на 1 об'єм середовища в хвилину, одночасно за допомогою мішалки створюється циркуляція середовища зі швидкістю 1,2-1,5 м/с вздовж стінки ферментної установки. Насичення середовища киснем у початковій фазі ферментації має складати 20-25% від повного насичення, у фазі біосинтезу лимонної кислоти - 10-15%.Температурні режими в ферментних субстратах диференційовані: у фазі росту біомаси - 32-33°С, у фазі кислотоутворення - 30-31°С.Залежно від особливостей використовуваного мутанта Aspergillus niger застосовують різні варіанти технологічних режимів глибинної технології. 2. Характеристика готової продукції2.1 Характеристика готової лимонної кислотиТехнічне найменування продукту - лимонна кислота (чистота 99,9%). Лимонна кислота повинна випускатися у відповідності до вимог ГОСТ 908: 2006. Лимонну кислоту отримують з культуральної рідини при глибинному культивуванні мікроскопічного гриба Aspergillus niger з наступним відділенням біомаси.
Лимонна кислота за якістю має відповідати показниками, передбаченими ГОСТ 908: 2006. Це повинні бути безбарвні кристали або білий порошок, без грудок, для кислоти I сорту допускається жовтуватий відтінок, смак кислий, без стороннього присмаку, 2% -ний розчин кислоти в дистильованій воді повинен не мати запаху, бути прозорим і не містити механічних домішок, структура - сипка, суха, на дотик не липка, без сторонніх домішок. За кордоном лимонну кислоту класифікують за величиною кристалів на ситових апаратах. Велику увагу звертають на легкообуглювані речовини, що дають забарвлення при нагріванні протягом певного часу з концентрованою сірчаною кислотою при температурі 90°С. Вони викликаються слідами органічних сполук - цукру, оксиметилфурфурола, інших альдегідів і спиртів, за винятком цис-і трансаконітової, ізолимонної, щавлевої, янтарної і олеїнової кислот, ерітріту, ксиліту і сорбіту. Для видалення легкообуглюваних речовин запропоновано багато способів: виділення цитрату кальцію в присутності 10% пероксиду водню до кількості лимонної кислоти; нагрівання до кипіння розчинів лимонної кислоти після відділення гіпсу в поєднанні з обробкою пероксидом водню; додавання до розчину лимонної кислоти перед кристалізацією борної кислоти в кількості 0,1-0,3% за масою розчину, екстракція фреоном та ін Найбільш ефективним способом очищення кристалів лимонної кислоти від всіх домішок є перекристалізація. Лимонна кислота сорту екстра за всіма показниками і нормам відповідає даним Британської фармакопеї 1968 Лимонна кислота випускається тільки в упакованому вигляді: реалізована через роздрібну мережу у дрібній фасовці масою нетто 10-100 г; призначена для підприємств харчової та інших галузей промисловості - у великій фасовці масою нетто 10-40 кг. Дрібна фасовка повинна проводитися в пакети з "харчової" нестабілізованої поліетиленової плівки марки Н, товщиною не менше 0,08 мм; з етикетировочного паперу односторонньої гладкості, ламінованої з внутрішньої сторони поліетиленом високого тиску або пачки з паперу марки Е по ГОСТ 7247-73 з внутрішнім вкладишем з підпергаменту марки П-3. Пакети і пачки оформляють барвистими малюнками і написами (товарний знак, найменування продукції і її сорти, дата виготовлення, маса нетто, ціна, позначення цього стандарту). Пакети і пачки з кислотою повинні упаковуватися в ящики з гофрованого картону № 13 масою нетто не більше 10 кг. Велика фасовка проводиться в лляно-джут-кенафні тканинні мішки або лляні продуктові масою нетто не більше 40 кг, у ящики з гофрованого картону. Всередину мішків або ящиків повинні вставлятися мішки-вкладки з поліетиленової плівки, які після заповнення кислотою герметично закривають шляхом зварювання. Верхні шви тканинних зовнішніх мішків зашивають машинним способом лляними нитками або вручну - ув'язувальним шпагатом з лубянних волокон. При внутрішньоміських перевезеннях допускається упакування кислоти в паперові непросочені відкриті тришарові мішки з внутрішнім мішком-вкладкою з поліетиленової плівки масою нетто не більше 25 кг, у ящики з гофрованого картону, вистелені підпергаментом марки П-3, повністю покривають всю внутрішню поверхню тари. Транспортну тару маркують з нанесенням маніпуляційного знаку "Боїться вологості". На ряді заводів велика фасовка лимонної кислоти механізована: установлені напівавтоматичні ваги, зашивочні машини і транспортне обладнання. Фірма American Association of Cereal Chemist Inc. випускає лимонну кислоту в капсулах, які захищають інші інгредієнти їжі від кислоти. Капсули виготовляють трьох типів: з частково гідрогенізованого рослинної олії, мальтодекстрину і емульгатора. Перший тип руйнується при температурі плавлення оболонки, другий - при розчиненні у воді, третій - при нагріванні у воді. Перевагою такої форми упаковки лимонної (та іших харчових кислот) є контрольована швидкість звільнення кислоти з капсули, рівномірний розподіл кислоти по всьому об'єму без утворення грудок Харчові кислоти в капсулах застосовують в кулінарії - для збільшення терміну зберігання пудингів і начинок для пирогів, запобігаючи реакцію між кислотою і крохмалем під час зберігання, для збільшення терміну зберігання тіста і т.д. Лимонна кислота у великій фасовці повинна зберігатися у закритому приміщенні на дерев'яних стелажах чи піддонах при відносній вологості повітря не вище 70%. Гарантійний термін зберігання лимонної кислоти - 6 місяців з дня виготовлення; при упаковці в ящики з гофрованого картону з внутрішнім вкладишем з підпергаменту - 3 міс. Для зберігання кристалічної кислоти велике значення має гігроскопічність. Під гігроскопічністю розуміють властивість речовин поглинати водяну пару з повітря незалежно від характеру зв'язування ними вологи. 3. Апаратурна схема виробництва та експлікація
1. В.А. Смирнов “Пищевые кислоты (Лимонная, молочная, уксусная)" Москва “Лёгкая пищевая промышленность” 1983. - 362 с. 2. Р.Я. Карклиньш, Г.К. Лиепиньш “Микробиологический синтез лимонной кислоты”, рига “ЗИНАТНЕ” 1993. - 254 с. 3. “Промышленная микробиология" под редакцией проф.Н.С. Егорова Москва “Высшая школа" 1989. - 378 с. 4. К.П. Гапонов "Процессы и аппараты микробиологических производств". Москва, "Легкая и пищевая промышленность", 1981. - 452с. 5. Л.А. Иванова, И.С. Иванова "Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине "Процессы и аппараты биотехнологии" (ч.1, ч.2). - М.: 2002. 6. К.А. Калунянц, Л.И. Голгер Балашов В.Е. "Оборудование микробиологических производств" - М.: Агропромиздат, 1987. - 398с. |
РЕКЛАМА
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА | ||
 |
© 2010 | |