Технология получения лимонной кислоты

Биохимический способ производства лимонной кислоты заключается в сбражива­нии сахара в лимонную кислоту плесневыми грибами Aspergillus niger штаммов ЭУ-119, № 288/9 и др. Основным сырьем для получения лимонной кислоты служит меласса.

Решающим фактором в данном способе производства являются подходящий штамм гриба, правильное соотношение различных составных частей питательной среды (сахара и минеральных солей), величина рН, нормальная аэрация культуры, температура и достаточ­ная влажность.

Грибы рода Аспергиллус размножаются, преимущественно, спорами. Попав в бла­гоприятные условия, споры набухают, пробуждаются к жизни и прорастают тончайшими нитевидными ростками - гифами. Клетки прорастающих гифов делятся, разрастаются, раз­ветвляются и образуют войлокообразное сплетение, называемое мицелием. На определен­ной стадии развития мицелия происходит спорообразование.

Химизм образования лимонной кислоты. В результате гликолиза глюкозы обра­зуется пировиноградная кислота. Затем происходит ферментативное связывание пировиноградной кислоты с диоксидом углерода.

СН₃СОСООН + СО₂ = НООССН₂СОСООН

Образовавшаяся щавелевоуксусная кислота, вступая далее в реакцию с уксусной ки­слотой, дает лимонную кислоту:

НООССН₂СОСООН + СН₃СООН= СН₂СООНСОНСООНСН₂СООH

Таким образом, химизм образования лимонной кислоты включает реакции гликоли­за и ряд реакций, замкнутых в цикл Кребса. При каждом обороте этого цикла молекула щавелевоуксусной кислоты вступает во взаимодействие с молекулой уксусной кислоты, образуя лимонную кислоту.

Факторы, влияющие на лимоннокислое брожение. Первостепенное значение имеет состав питательной среды. Для активного синтеза лимонной кислоты в питательной среде кроме сахара должно быть 0,07% азота, 0,016 - 0,021% Р₂Оз, калий, магний, цинк к другие элементы в небольших количествах. Доказано, что количество азота, калия, магния, серы и железа в мелассных растворах достаточно велико. Поэтому, при использовании в качестве основного сырья мелассы, дополнительное введение в среду названных элементов излишне. Важнейшим элементом питания является фосфор, который вводится в питатель­ную среду в виде дегидроортофосфата калия (КН₂РО₄).

К среде всегда добавляют сульфат цинка, стимулирующий образование мицелия v биосинтез лимонной кислоты.

Важную роль для лимоннокислого брожения играет поддержание необходимой ве­личины рН сбраживаемого раствора. Для роста и формирования кислотообразующего ми­целия, питательный раствор подкисляют соляной кислотой до рН 3-4. В ходе брожения, вследствие непрерывного образования лимонной кислоты, рН бродильного раствора сни­жается до 2,4. Таким образом, питательный раствор имеет оптимальное значение рН толь­ко в период роста гриба.

Аэрация сбраживаемой среды также имеет важное значение, так как все мицелиальные грибы - типичные аэрофилы. Плесневые грибы потребляют во время своего разви­тия большое количество кислорода.

Оптимальная температура обусловливается как свойствами микроорганизма, так и стадией производственного цикла. Так, наиболее благоприятная температура для штамма 6/5 гриба Asp. niger, применяемого в качестве возбудителя брожения на наших заводах, находится в пределах 31-37ºС: при температуре 34-37ºС ускоряется рост гриба, быстрее нарастает живая масса активного к кислотообразованию мицелия, а при 31-32°С наиболее интенсивно протекает кислотообразование. При более низких температурах нарастание живой массы мицелия затормаживается, а процесс образования лимонной кислоты замед­ляется повышенным накоплением глюконовой кислоты. При более высоких температурах происходит быстрое нарастание живой массы мицелия, но угнетается процесс кислотообразования.

Нейтрализация кислоты (получение цитрата кальция). Сброженные растворы представляют собой смесь лимонной, глюконовой и щавелевой кислот, несброженного сахара и минеральных примесей. Лимонную кислоту из раствора выделяют путем связыва­ния ее катионами кальция с образованием слаборастворимой соли - цитрата кальция.

Нейтрализацию осуществляют в нейтрализаторах, где раствор нагревают до кипе­ния, после чего нейтрализуют известковым (или меловым) молоком. Полноту нейтрализа­ции определяют с помощью индикатора или потенциометра, и, в зависимости от кислот­ности раствора, нейтрализация считается законченной при рН 6,8-7,5.

При нейтрализации сброженного раствора образуются кальциевые соли лимонной, глюконовой и щавелевой кислот:

2С₆ Н₈0₇ + 3Са (ОН)₂ = Са₃ (С₅Н₅О₇)₂ + 6Н₂О;

Дата добавления: 2014-11-25