Способ производства лимонной кислоты из мелассы Советский патент 1985 года по МПК C12C1/67 

со

о с Изобретение относится к производ ву лимонной кислоты путем сбраживания микроорганизмами питательных сред на основе углеводородсодержаще сырья, Цель изобретения - повьшение выхода лимонной кислоты. Установлено, что использование комплекса из четырёх микроэлементов при значительном изменении соотноше ний масс и концентраций в среде отдельных элементов по сравнению с прототипом позволяет значительно повысить выход лимонной кислоты и делает предлагаемый способ универсальным для используемых ньгае техно логий сбраживания, а также практиче ки для всех образцов используемых меласс. Так соотношение масс элементов (медь, кобальт, молибден, бор) в пр тотипе равно 0,25:1:1:50, а в предлагаемом способе 1:0,02:1:1 т.е. значительно уменьшена в комплексе массовая доля кобальта и бора. Соотношение и качественный состав мик роэлементов в предлагаемом комплексе - результат многочисленных лабор торных опытов, которые, были проведе ны на мелассах разных заводов, отличающихся по степени пригодности к использованию их в производстве лимонной кислоты, в ходе экспериментов.были устано лены средние оптимальные количества каждого из элементов комплекса, даю щие максимальное увеличение выхода лимонной кислоты практически на все образцах исследуемых меласс. Объеди няя микроэлементы в разных количест венных и качественных соотношениях, установлено, что эффект их совместного действия проявляется не как сумма действий отдельных составных комплекса, а как результат взаимоде ствия вводимых в среду микроэлементов. Микроэлементы в комплексе взаимодополняют друг друга, что, в част ности, проявляется в изменении оптимальных концентраций отдельных микроэлементов при внесении их порознь и в комплексе. Предлагаемый комплекс из четырех микроэлементов является не простым набором солей этих элементов, стимулирующих кислотообразуняцую функцию гриба-продуцента лимонной кислоты на отдельных образцах меласс, а сба лансированным в количественном и качественном отношении комплексом, действующим целенаправленно и последовательно на сложную цепь биохимичес- ких превращений, приводящих к образованию из сахара мелассы лимонной кислоты. Состав и соотношение микроэлементов комплекса установлены экспериментальным способом. Исключение иода и коренное изменение в количественном составе доли отдельных микроэлементов вызвано необходимостью получить более высокий стимулирующий эффект, которьй и получен в ходе работ. Поэтому созданный комплекс является совершенно новым, наиболее эффективным с точки зрения использования вносимых элементов, исходя из их роли как кофакторов в цепи действия ферментов. Равное количество меди, молибдена и бора в комплексе обуслов лено тем, что потребность в каждом из этих элементов ферментной системы примерно одинакова, поскольку в цепи превращений при образовании фермент-субстратных комплексов участву- ет одинаковое количество ферментов, нуждающихся в этих элементах, Относительно небольшая массовая доля кобальта в комплексе объясняется той особой ролью, которую он играет в живой клетке прежде всего как центральный атом витамина Bjg и его аналогов, являющихся кофакторами целого ряда ферментов, участвующих в процессах роста и деления клетки. Внесение иода в среды при сохранении предлагаемых соотношений четырех остальных микроэлементов отрицательно сказывается на интенсивности кислотообразования гриба, что связано с нарушением баланса других элементов в комплексе, Следует иметь в виду, что изменение соотношений отдельных элементов в комплексе влечет за собой изменение физиологической деятельности гриба, что отражается на росте и кислотообразовании. Избыток микроэлемента, как и его недостаток, отрицательно сказывается на функционировании одного или группы ферментов, а в итоге и всей цепи биохимических превращений в клетке. Выполненные в ходе раз- работки лабораторные исследования и их последующая производственная 3 проверка на ряде заводов показала, что оптимизация качественного и кол чествённого содержания ьшкроэлемен- тов комплекса в средах для культивнг рования гриба-продуцента на всех ст диях ферментации путем введения их в предлагаемых концентрациях позво- ляет повысить выход лимонной кислоты до 24% по сравнению с контролем против максимального увеличения выхода 12% в прототипе. Ценным свойством комплекса является его ощутимое стимулируклцее дейст%ие при культивировании гриба-продуцеита на мелассах пониженного качества (дефектных) , которые все еще получаются в значительных количествах при переработке некачествен ной свеклы, нарушении технологии производства, а также как результат неправильной транспортировки и хран ния. Внесение предлагаемого комплек при использовании таких меласс дает увеличение выхода лимонной кислоты вдвое и больше, что значительно рас ширяет сырьевую базу отрасли. Среды на основе мелассы в процессе подготовки для ферментации обрабатываются гексациаиоферроатом и ApypHtm комплексообразователями, что приводит к практически полному переводу в осадок меди, кобальта и бора. При этом молибден, хотя и не о.саждается, но содержание его в бол , шинстве меласс ииже оптимального в десйтки раз, поэтому введение 0,52,0 мг молибдена на литр среды су- щественио активизирует ферментную систему гриба. Установлено, также, что устойчивость комплексов сильно уменьшается с понижением рН, тем самым повьшгается доступность микроэлементов, находящихся в растворе для использования их грибом; появляется возможность приготовления более концентрированного раствора микроэлементов, поскольку со снижением рН резко возрастает растворимость используемых солей, что создает определенные удоб ства при внесении их в готовые питательные среды. Пример 1. Вариант 1. Раствор комплекса микроэлементов готовят следующим образом.-Растворяют в 1 л дистиллированной воды навески солей NiHKpo3neMeHTOB в следукщей последовательности: борная кислота (бор 10 г) 03 сернокислая медь (медь 10 гК хлористый кобальт (кобальт 0,2 г), молибденовокислый аммоний fмолибден 10 г) :Во избежание выпадения в осадок солей и для стерилизации раствора микроэлементов при хранении в раствор солей перед растворением молибденовокислого аммония вносят концентрированную серную кислоту до рН 2. При использовании раствора микроэлементов для лабораторных сбраживаний концентрированный раствор микроэлементов разводят водой в 10 раз. Питательный мелассный раствор с внесением ферроцианида калия, фосфорнокислого калия и сернокислого цинка приготавливаем известным способом. После охлаждения питательного мелассного раствора до вносим раствор микроэлементов из расчета, 1 мг на 1 л среды: медь 0,5, молибден 0,5, бор 0,5, кобальт 0,01. Засев готового питательного мелассно- го раствора спорами гриба-продуцента, лабораторное сбраживание и анализ сброженных растворов проводят согласно известному способу. Ферментацию осуществляют грибом Aspergillus niger штамм Р-3,используемого в произ Водстве для поверхностного сбраживания. Вариант 2. Раствор микроэлементов готовят согласно примеру 1, варианту 1. Количество микроэлементов, .i вносимых в охлажденный питательньй мелассный .раствор, составляет: медь .1,0,молибден 1,0,кобальт 0,02. Вариант 3. Раствор микроэлемён тов готовят согласно примеру 1, варианту 1. Количество микроэлеменTOBj вносимьк в питательный .мелас- сный раствор, составляет: медь 2,0, молибден 2,.0, бор 2,0, кобальт 0,04. Результаты примера 1 вариантов 1-3 представлены в табл. 1, .Приведенные, в табл. 1 данные показывают, что при использовании предлагаемого раствора комплекса микроэлементов в качестве добавки в питательный .мелассный раствор для культивирования гриба-продуцента А. niger Р-3 синтез лимонной кислоты увеличивается на 10-18% по отношению к известноbQT способу (контролю), При этом снижается расход мелассы на 1 кг лимонной кислоты на 5-10%. П р и м е, р 2. Вариант 1, При производстве лимонной кислоты глу-, бинным методом используют гриб А. ni1ger штамм Л-1, Способ опробован в лабораторных условиях. Раствор микро элементов, введение его в питательный мелассный раствор, а также дальнейший процесс получения лимонной кислоты осуществляли согласно пример 1. При этом количество микроэлементо вносимых из расчета мг на 1 л , соста.вляет: медь 0,5| молибден 0,5, бор 0,5, кобальт 0,01. Пример 2. Вариант 2, Раствор микроэлементов готовят согласно пр меру 1 .Количество микроэлементов в 1 м на 1 л питательного мелассного раствор .составляет :: медь 1,0, молибден 1,0, бор 1,0, кобальт 0,02. Пример 2. Вариант 3. Раствор микроэлементов, приготовленный согласно примеру 1, вносят из расчета 1 мг на 1 л питательного мелассно го раствора: медь 2,0, молибден 2,0, бор 2,0, кобальт 0,04. Результаты примера 2, вариантов 1-3представлены в табл. 2. Из приведенных в табл. 2 данных видно, что при выращивании А. nigger

Т а б л и

Ц а 1 36 Л-1 на питательной мелассной среде с внесением комплекса микроэлементов -получено на 13-24% больше лимонной кислоты, чем при выращивании гриба известным способом. Снижение расхода мелассы при этом составило 12-20%. Пример 3. Для производственных условий раствор микроэлементов, введение его в питательный мелассный раствор осуществляют согласно примеру 1. Так как для производственных УСЛОВИЙ количество мелассного раствора увеличивается до 50 м,/ соответственно увеличивают расход раствора микроэлементов в 5 раз. В табл. 3 представлены средние результаты производственной проверки эфгфективности применения комплекса микроэлементов, полученные на 10 циклах. Как видно из табл. 3, при применении предлагаемого комплекса микроэлементов выход лимонной кислоты увеличивается на 15%, при этом достигнуто снижение удельного расхода мелассы на 12%.

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЛШОННОЙ КИСЛОТЫ из МЕЛАССЫ, предусматривающий приготовление питательной среды с внесением в нее стерильного водного раствора, содержащего микроэле-. менты - медь, бор, молибден и кобальт, выращивание мицелия с последу кхцим сбраживанием среды и вьоделение лимонной кислоты, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода лимонной кислЬты, используют водный раствор с рН не более 2 и следукицпм содержанием микроэлементов на 1 среды, г: м 0,5-2,0 Медь 0,5-2,0 Бор 0,5-2,0 Молибден 0,01-0,04 Кобальт

Известный способ Гконтроль)О ОО Предлагаемый способ 0,50,01 Вариант 1 1,00,02 2,00,04 13201003,06100 1451ПО2,90. 95 1558. 1182,7289 15521152,7691

Известный способ ,(контроль)

;

Пре дпаг способ

Известный способ

fконтроль) О О

Предлагаемый

10 10 способ

Таблица

2,58 100

100

1645

Таблица

100

0. 5il2 100 3,18 0,2 5,90 115 2,80