Способ получения лимонной кислоты Советский патент 1979 года по МПК C21D1/04 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЯЧОННОЙ КИСЛОТЫ

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

Известен способ получения лимонной кислоты, предусматривакндий подращивание посевного мицелия по отъемно-долнвному методу l .В 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 мицелия осуществляют совместно с Необходимыми минеральными солями и дезинфицирующими дoбaвкa ш непрерыв но в течение всего процесса брожения после 8-24 ч от момента засева основных ферментеров, и заканчивают за 18-30 ч до завершения цикла брожения

Известен также способ получения лимонной кислоты глубинным методом путем посева спор гриба - продуцента в условиях аэрации и перемешивания в посевной ферментер, подращивания кислотообразующего мицелия, засева углеводсодержащегр; раствора, например мелассы, подрощенным мицелием с последу ощш« сбраживанием и выделением лимонной кислоты з .

Этот способ является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату По указанному способу подрашиааяие мицелия из замоченных в питательной среде спор (конидий) .л (;су1«естлляют в чосевных ферМбМ ге ах на моласском растворе, содержпщем 3-4г. сахара. Процесс подращивания ведут одностадийно в течение 18-36 ч в условиях мем1рерывно1о перемешивагшя и аэра ции при 32-36-с, Затем весь объем ку.г..тура.пьпой массы,который составля ет 3 О, по отношению к объему сбражив емого раствора, переводят в Ферментер .брожения. Процесс брожения осуществляют на 3 4%-ном (по сахару) мелассном растворе, обработанном ферроп.ианидом калия. Применение разбавленнЕлК растворов вызва о тем, что более концентриров :1ннне мелассные растворы обладают высокой буферностью и поэтому препятствуют быстрому смещению рй до в личины, благоприятствующей образован мицелием лимонной кислоты,в результате чего в сброженном растворе накапливается большое количество щаве левой кислоты. При использовании ра бавленных мелассных раст.воров через 24 ч после их Засева начинают подкормку погруженной культуры: через каждые 1,5 ч в ферментере порциями по 500 л .вводят концентрированные мелассные растворы, содержащие 2025% сахара, доводя исходный раствор до 11,5-12,5% (по сахару). Процесс брожения ведут в условиях непрерывного перемешивания и аэрации при 32°С в течение 5-7 дней. Недостатком известного способа является то, что он позволяет сбраживать только р)азбавленные до 3-4% (по сахару) мелассные растворы, что предусматривает дробные доливы концентрированных мелассных сред и тем самым увеличивает трудоемкость веде ния процесса и возможность заражени культуральной среды в бродильнЕ-лх . ферментерах посторонними микроорганизмами, а в процессе брожения накапливается значительное количест йо побочных кислот, в основном щаве левой и глюконовой, в результате чего съем лимонной кислоты не дости гает максимальной величины. Кроме того, при образовании побочных кисл дополнительно расходуется основное сырье - меласса, а на стадии химической очистки сброженны { 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 уве личить тем самым выход лимонной кислоты. Это достигается Тем, что в предл гаемом способе получения ли1монной кислоты подращивание кислотообразую щего мицелия осуществляют постадийн с последовательным переводом подра1Ц1ваемо1-о мицелия из одног. Ферментера в другой, установленных по ходу технологического процесса, начиная с посевного ферментера, при этом подрапшвание мицелия ведут так, что на каждой последующей стадии концентрация сахара возрастает на 1,5-2%, а процесс брожения осуществляют на мелассном растворе с начальной концентрацией сахара 8,5-10%. При этом подращивание мицелия осуществляют в три стадии, на первой из которых используют питательный субстрат с исходной концентрацией сахара 2,5-3,5%, на второй - 4,55,5%,а на третьей 6,5-7,5%. 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 перемешивания в посевной ферментер, затем засевной кислотообразующий мицелий подращивают в три стадии в ферментерах малой емкости с последовательньом переводом подращенного м.ицелия из одного ферментера в другой, установленных по ходу технологического процесса, начиная с посевного ферментера . Подращивание мицелия ведут так, что объем культуральной среды в каждой предыдущей стадии составляет 10-15% от объема последующей стадии, Концентрация сахара на каждой последующей стадии возрастает на 1,52%, при этом на первой стадии используют питательный субстрат с исходной концентрацией сахара 2,5-3,5%, Ъа ВТОРОЙ - 4,5-5,5%, а на третьей 6,5-7,5%. 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, прддерживая концентрацию сахара в среде на уровне 8%, К этому времени мицелий гриба в бродильном ферментере полностью формируется и его устойчивость к заражению посторонними микроорганиз-. мами повышается. Пример. Выращивание кислотообразующего мицелия и синтез лимонной кислоты осуществляют в лабора- . торны,х условиях на качалке типа АВУ-иОр с числом качаний 160 в мину ту в колбах 700 см при 32°С. Мелас сные cpeHfcj приготавливают согласно Технологическоп инструкции по про изводству |- ищевой лимонной кислоты (1970) , Подращивание мицелия проводят в три стадии на мелассных средах с постоянно увеличивающимся содержани ем сахара от 2,5 до 6,5%. Продолжительность подращивания на каждой стадии составляет 24 ч. На первой стадии 0,1 мг конидий Asp. nider замачивают в 10 мл синтетической питательной среды при З2с в течение 3 ч. Приготовленной суспензией засевают 50 мл 2,5%-ной {по сахару) мелассной среды. Подращивание закан чивают при снижении рК культурально среды до 3,6. На второй стадии 5 мл подращенного мицелия засевают Б 50 мл 4,5%-ной (по сахару) меласско среды, процесс подращивания заканчи вают при рН 3,9. На третьей стадии 5 мл подращенного на второй стадии мицелия переводят в 50 мл 6,5%-ной (по сахару) мелассной среды, процес подращивания заканчивают при рН 3,9 Бродильные мелассные среды с содержанием сахара 8,5% разливают в колб по 50 мл и засевают 5 мл мицелия, выращенного на третьей стадии.Процес брожения протекает без дополнительны доливов мешассных растворов 4,25суто П р и м е р 2. Подращивание мицели проводят в три стадии. Содержание сахара в среде составляет на первой стадии 3%,на второй 5%,на треть-ей 7% Бродильная среда содержит 9% сахара Далее процесс культивирования проводят согласно примеру 1. Пример 3. Подранивай и е мицели проводят в три стадии.Содержание сах ра в среде составляет на первой стад 3,5%,на второй 5,5%,на третьей 7,5%. Бродильная среда содержит 10% сахара. Остальные условия процесса, .как в примере 1. П р и м е р 4. Испытания проводят как описано в примере 1. На третьи сутки с целью повышения концентрации среды в нее доливают 6 мл 25%-ноге (по сахару) мелассного раствора. Бро жение проводят 5,25 суток. Контролем служит.процесс,осуществляемый по технологии прототипа мицелий подращивают в одну стадию на (по сахару) мелассной среде. На брожение приготавливают 3%ньай (по сахару) мелассный раствор. Через 24 ч после засева бродильных растворов подращенным мицелием начинают долины мелассного раствора, содержащего 25% сахара.Доливы провод В пять Ьриемов по 3,0 мл через 2ч. Данные образования органических кислот у щтаммаAsp.nigerЛ-1 при культи вировании в Г71убинных условиях приведены в табл.1. Данные табл.1 показывают, что при веден.ии процесса по предла.гаемому способу содержание лимонной кислоты в кислот составляет 87 , 3-9 6,4%, съем лимон {ой к ислоты достигает 12,7-15,4 мг/см в сутки, выход лимонной кислоты от сахара 57,2--б8,6%. В контрольКО.М варианте сумма кислот содержит 79,7% лимонной кислоты, съем лимонной кислоты составляет 9,7 в сутки, выход от сахара 56,8%, Примерз. Культивирование осуществляют в производственных условиях. Посевной мицелий выращивают последовательно в три стадии в ферментерах 50л,- 500 л, и 5000 л. На первой стадии производят посев 50 мг конидяй Asp. nigen (замоченных в 200 мг сянтетической питательной среды за 6 ч до посева) в 5D л Ферментер, в котором приготавливают 30 л (по сахару) мелассной среды. Мицелий выращивают 20 ч. На второй стадии мицелием, вьзросшйм на первой стадии, засевают 300 л 5%-ной (по сакару) меласской среды, приготовлеяясй в 500 л ферментере, при этом культивирование на этой среде продолжают 24 ч. На третьей стадии №1целием,полученным на второй стадии,засевают 2700 л 7%-ной (по сахару) мелассной среды, приготовленной в ферменте объемом 5000 л,Мицелий выращивают 30 ч, при этом рК среды снижается до 3,4. Мицелий, выращенный на третьей стадии, служит посевным материалом для засева 50 м бродильного ферментера , в котором приготавливают 37 м мелассвой среды с концентрацией сахара 9%, Брожение осуществляют 5 суток. Данные образования органических кислот у uiTat-evia Asp.niger Л-l при культивировании в глубинных условиях по предлагаемому и известному способам, полученные в производственных условияхf приведены в табл.2. Предлагаемый способ получения лимонной кислоты со стадийным выращиванием мицелия на средах возрастающей концентрации по сравнению с известным позволяет сбраживать мелассные среды повышенной концентрации с образованием приемущественно лимонной кислоты, при этом уменьщается количество побочных щавелевой и глюконовой кислот, съем лнмонной кислоты возрастает, снижается расход основного и вспомогательного сырья. Эффективность биосинтеза лимонной кислоты в составе образуемых кислот составляет 94-98%. Расход конидий гриба-продуцента меньшается в SO раз. Сркращаются отходы производства, глюконата и оксалата кальция.

(TJ

д s с

ID

го в

(N

го 1Л

гм

г--)

Г-Г-исо

fN N

n

-Л

о п

о

со

kD

Я

J3

СО

гCTN

СТ1

о in 1Л

ID Ul

ч-Л1Л

о п

го

п

ю

,-1о

+м

СГ1(М

+ о . Л . Формула изобретения 1.Способ получения лимонной кислоты глубинным методом путем посева спо гриба-продуцента в условиях аэрации и перемешивания в посевной ферментер подращивания кислотообразующего мнце ЛИЯ, засева углеводсодерхсащего раствора, например мелассы, подрощен™ ньам мицелием с последующим сбраживанием и выделением лимонной кислоты, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса брожения и увеличения тем самым выхода лимонной кислоты, подращивание кислотообразующего мицелия осуществляют постадийно с последовательнь5м переводом подращиваемого мицелия из одного ферментера в другой,установ ленных по ходу технологического . процесса, начиная с посевного ферментера, при этом подращивание мицелия ведут так, что на каждой последующей стадии концентрация сахара возрастает на 1,, а процесс брожени осуществляют на мелассном растворе 9 с начальной концентрацией сахара 8,510%. 2.Способ по п.1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что подращивание мицелия осуществляют в три стадии, на первой из которых используют питательный субстрат с исходной концентрацией сахара 2,,5%, на второй .- 4,5-5,5%, а на третьей - 6,57,5%, 3.Способ по П.1, отличающийся тем, что подращивание мицелия на каждой стадии ведут так, что объем культуральной среды в каждой предыдущей стадии составляет 10-15% от объема последующей стадии. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР 335278, кл.С 12D1/04, 1970. 2,Авторское свидетельство СССР 351887, кл.С 12D1/04,. 1970. 3,Авторское свидетельство СССР 153707, кл. С 12 D 1/04, 1962.