Содержание
Вступ
1. Літературний огляд по темі
1.1 Опис об’єкту дослідження
1.1.1 Хімічні і фізичні властивості лимонної кислоти
1.1.2 Продуценти лимонноїкислоти
1.2 Властивості сировини длябіосинтезу лимонної кислоти
1.3 Спосіб культивування
2. Характеристика готовоїпродукції
2.1 Характеристика готовоїлимонної кислоти
3. Апаратурна схемавиробництва та експлікація
4. Технологічний процес виробництва
4.1 Характеристика сировини і матеріалів
Список використаної літератури
Вступ
Лимонна кислота єосновним з підкислювачів. Її частка становить близько 75% обсягу з всіхвироблених підкислювачів. Особливо широко вона використовується у виробництвібезалкогольних напоїв, яким надає фруктові і ягідні запахи і смак.
Розширюється сферазастосування лимонної кислоти в технічних цілях — в хімічній, текстильній,шкіряній, металургійній та інших галузях промисловості. Попит на лимоннукислоту безперервно зростає, але в колишніх соціалістичних країнах вінзадовольняється вкрай слабко, тому в даний час організовуються нові виробничіпотужності з випуску цього цінного продукту.
Лимонну кислотувиробляють головним чином шляхом мікробного синтезу, який є важливою галуззюбіотехнології. Цей реферат присвячений мікроорганізмам продуцентам лимонноїкислоти і сучасним досягненням біотехнології в області біосинтезу органічнихкислот. Описані теоретичні основи мікробного синтезу і механізми регуляціїбіосинтезу органічних кислот, їх зв'язок із загальною фізіологією мікробнихклітин. У роботі висвітлено багаторічний досвід авторів у промисловомубіосинтезі органічних кислот.
1. Літературний огляд по темі1.1 Опис об’єкту дослідження1.1.1 Хімічні і фізичні властивостілимонної кислоти
Лимонна кислотаНООС-СН2С (ОН) — СООН-СН2-СООН ємонооксітрикарбоновою кислотою, яка кристалізується з водних розчинів з однієюмолекулою води (моногідрат лимонної кислоти) у виглядібезбарвних прозорих ромбоподібних кристалів. Моногідратнаялимонна кислота має молекулярну масу 210, щільність 1,540 г/см3 ітемпературу плавлення 70-750С. Кристалізаційнавода втрачається при зберіганні та інтенсивно виділяється при температурах, щоперевищують 40-50°С. При 100°С вода втрачається повністю.
При температурікристалізації 36,6°С і вище виділяється безводна лимонна кислота з молекулярноїмасою 192 і температурою плавлення 153°С. При нагріваннідо 175°С лимонна кислота розкладається.
Лимонна кислотадобре розчиняється у воді (1460 г/л при 20°С) і помірно- в етанолі (620 г/л при 25°С).
СН2СООН
|
НО—С—СООН
I
СНзСООН
Солі лимонноїкислоти — цитрати — мають низькуводорозчинність.
Лимонна кислоташироко поширена в природі. Особливо багато її в незрілихфруктах і ягодах (лимони, журавлина, яблука, виноград, та ін), де лимонна кислота є природним консервуючим агентом.
1.1.2 Продуценти лимонної кислоти
Після першихпублікацій К. Вемера про здібності мікроміцетівсинтезувати органічні кислоти, у тому числі лимонну, багато мікробіологів сталиретельно вивчати фізіологію грибів та їх біосинтетичні здібності. Численні досліди вказали на явно виражений потенціал гіперсинтезулимонної 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 широкихмасштабах використовують мікроміцети, що належать до родів Aspergillus,Penicillium, Trichoderma і Botrytis, дріжджові гриби родів Candida,Delaromyces і Torulopsis, а також бактерії родів Arthrobacterium,Pseudomonas таMicrococcus.
Детально вивченічисленні представники аспергилів, особливо Aspergillus awamori, A.aureus, A. clavatus, A.glaucus, A. niger.
Самим широкопоширеним продуцентом лимонної кислоти є мікроміцети Aspergillus niger,фізіологія і механізм біосинтезу лимонної кислоти якого найбільш вивчені.1.2 Властивості сировини длябіосинтезу лимонної кислоти
В даний час длябіосинтезу лимонної кислоти в якості основної сировини широко використовуютьмелясу — відходи цукрової промисловості. У залежності від вихідного матеріалу розрізняють бурякову, очеретяну,цитрусову та інші види меляси. На міжнародному ринкущорічно продається 30-35 млн. тонн цієї сировини. Хоча меляса в основному використовується для кормових цілей, її широкозастосовують також у мікробіологічній промисловості.
Бурякова мелясахарактеризується високим вмістом цукрів (46-55%), з якихпереважає сахароза. Меляса має складний та непостійнийхімічний 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 зброджуванамеляса повинна містити не більше 1% інвертного цукру і не більше 1% СаО і0,06,% сірчистого газу (додається в мелясу в якості консервуючого агента)при загальному вмісті сухих речовин не менше 75% і цукрів неменше 46,% при невисокому вмісті живих мікроорганізмів.
У золі буряковоїмеляси багато калію, магнію, заліза, але відносно мало фосфору.
Хімічний складмеляси залежить від кліматичних і грунтових умов вирощування цукрових буряків,застосовуваних мінеральних добрив, часу збирання врожаю (пізні терміни збираннянегативно впливають на якість меляси), технологічнихнюансів переробки цукрових буряків, умов транспортування та зберігання меляси.
Виробництво мелясипов'язано з сезонними доставками сировини. У виробництвілимонної кислоти найкращі результати дає зріла, витримана меляса. Важливе значення мають тривалість зберігання меляси та наявністьгерметично закритих ємностей — мелясосховищ з пневматичнимперемішуванням (для запобігання розшарування), насосами,пристроями для подачі і забору меляси з різних горизонтальних сховищ.
В останнєдесятиліття якість меляси погіршується під впливом ряду додаткових чинників,пов'язаних з технічним прогресом. Широко застосовувані всільському господарстві отрутохімікати і мінеральні добрива можуть залишатипевні негативні сліди в сільськогосподарській продукції, зокрема в мелясі, девиявлені інсектициди, наприклад фосфорорганічний інсектицид малатілон (до 90 мгна 1 кг меляси), який надає інгібуючий вплив на біосинтезлимонної кислоти.
У мелясі виявленоприсутність деяких фунгіцидів (трилон, мертрілан та ін) Даніпро вплив фунгіцидів на біосинтез лимонної кислоти неоднозначні. Деякі автори стверждують, що ряд фунгіцидів пригнічує активністьферментів ізоцітрат-і сукцинатдегідрогенази і тим самим сприяє біосинтезулимонної кислоти, в усякому разі у диких культур Aspergillus niger.За даними інших авторів, фунгціди негативно впливають наацидогенез.
Виявленопригнічення синтезу білка в клітинах Aspergillus niger під дієюртутьорганічного фунгіциду мертрілана. У результаті йоговпливу на ферменти циклу трикарбонових кислот (зокрема на малат-, ізоцітрат-ісукцинатдегідрогенази) різко знижуються інтенсивністьдихання клітин та активність термінальних оксидоредуктаз, особливоцитохромоксидази. Фунгіцид трілан (4,5,6-тріхлорбензоксазолідон)також негативно впливає на метаболізм мікроміцета Aspergillusniger, але механізм його впливу інший.
Всі дослідженіфунгіциди пригнічують інтенсивність дихання, гальмують синтез білка, порушуютьпроникність цитоплазматичних мембран.
У мелясі нерідковиявляється присутність детергентов. Їх вплив намікроорганізми не досить добре вивчено. Встановлено змінупроникності клітинної мембрани Aspergillus niger і як наслідок — підвищена гідроксилазна активність культури.1.3 Спосіб культивування
Успіхи глибинноїферментації у виробництві антибіотиків спонукали виробників лимонної кислотишукати шляхи глибинного культивування її продуцентів. УСРСР першою глибинне культивування продуцентів лимонної кислоти освоїла групадослідників під керівництвом Г.І. Журавського в 50-і рр., застосовуючи синтетичні сахарозні середовища і спеціально селекційновиведений для глибинного культивування штам Aspergillus niger. В якості ж сировини для глибинної ферментації лимонної кислоти можебути використаний широкий набір природних субстратів: меляса,глюкоза, сахароза, рідкі парафіни та інші джерела вуглецю.
Технологіяглибинного культивування продуцентів лимонної кислоти представляє собою явновиражений двоступінчастий процес. Перший ступінь включає вирощуванняпосівного матеріалу з конідіоспор в посівному середовищі (на гойдалці і впосівному апараті) при 32-33°С в умовах інтенсивноїаерації (0,8-1,0 об'єму повітря на 1 об'єм середовища в хвилину) і при безперервному перемешуванні середовища. Тривалістькультивування на стадії вирощування посівного матеріалу — 2доби (1 добу — на качалка, 1 — напосівному апараті).
Сказане принциповоне виключає безпосереднього застосування конідіоспор як посівний матеріал дляосновної ферментації, проте це суттєво подовжує цикл ферментації: з 7-8 до 12-13 діб.
Основнуферментацію в глибинних умовах здійснюють у виробничому біореакторі прикоефіцієнті його заповнення 0,75-0,80 і кількості посівного матеріалу 5-8% відоб'єму ферментного середовища. Початкова концентраціяцукрів — 10-14%, часто застосовують підживлення свіжимсередовищем, особливо в разі застосування мелясних середовищ. Регуляція рН середовища не потрібна, але оскільки лимонна кислота дужекорозійна і для ферментаційного обладнання необхідна стійка до корозії сталь,то для пом'якшення практикуютьпідлужнення ферментного субстрату до рН 3,8-4,2. Процесферментації має риси двох фаз, або стадій: формуваннябіомаси та кислотоутворення.
Для фазинакопичення біомаси характерно об'єднання молодого міцелію в кулястіагломерати, формування яких продовжуються до 70-80 год ферментації. Деяка частина гіфів залишається у вільному вигляді.
Під часінтенсивного росту потреба продуцента в молекулярному кисні складає до 1 кг накожен кубометр ферментного субстрату на годину. У фазібіосинтезу лимонної кислоти потреба в кисні в деякій мірі знижується і складає0,5-0,6 кг 02/м3-год. Длязабезпечення масопередачі кисню в ферментний субстрат вводиться стерильнеповітря в кількості 0,8-1,0 об'єму на 1 об'єм середовища в хвилину, одночасноза допомогою мішалки створюється циркуляція середовища зі швидкістю 1,2-1,5 м/свздовж стінки ферментної установки. Насичення середовищакиснем у початковій фазі ферментації має складати 20-25% від повного насичення,у фазі біосинтезу лимонної кислоти — 10-15%.
Температурнірежими в ферментних субстратах диференційовані: у фазіросту біомаси — 32-33°С, у фазі кислотоутворення — 30-31°С.
Залежно відособливостей використовуваного мутанта Aspergillus niger застосовуютьрізні варіанти технологічних режимів глибинної технології.
2. Характеристика готовоїпродукції2.1 Характеристика готовоїлимонної кислоти
Технічненайменування продукту — лимонна кислота (чистота 99,9%). Лимонна кислотаповинна випускатися у відповідності до вимог ГОСТ 908: 2006. Лимонну кислотуотримують з культуральної рідини при глибинному культивуванні мікроскопічногогриба Aspergillus niger з наступним відділенням біомаси. Хімічні показники лимонної кислоти Показники Норми для сортів екстра вищий перший Масовая частка лимонної кислоти в перерахунку на моногідрат,% не менше 99,5 99,5 99,5 99,5 не більше 101,0 Не нормується Одиниці кольоровості за йодною шкалою /> /> /> /> />
Лимонна кислота заякістю має відповідати показниками, передбаченими ГОСТ 908: 2006. Це повиннібути безбарвні кристали або білий порошок, без грудок, для кислоти I сортудопускається жовтуватий відтінок, смак кислий, без стороннього присмаку, 2% -нийрозчин кислоти в дистильованій воді повинен не мати запаху, бути прозорим і немістити механічних домішок, структура — сипка, суха, на дотик не липка, безсторонніх домішок.
За кордономлимонну кислоту класифікують за величиною кристалів на ситових апаратах. Великуувагу звертають на легкообуглювані речовини, що дають забарвлення принагріванні протягом певного часу з концентрованою сірчаною кислотою притемпературі 90°С. Вони викликаються слідами органічних сполук — цукру,оксиметилфурфурола, інших альдегідів і спиртів, за винятком цис-ітрансаконітової, ізолимонної, щавлевої, янтарної і олеїнової кислот, ерітріту,ксиліту і сорбіту.
Для видаленнялегкообуглюваних речовин запропоновано багато способів: виділення цитратукальцію в присутності 10% пероксиду водню до кількості лимонної кислоти; нагріваннядо кипіння розчинів лимонної кислоти після відділення гіпсу в поєднанні зобробкою пероксидом водню; додавання до розчину лимонної кислоти передкристалізацією борної кислоти в кількості 0,1-0,3% за масою розчину, екстракціяфреоном та ін
Найбільшефективним способом очищення кристалів лимонної кислоти від всіх домішок єперекристалізація. Лимонна кислота сорту екстра за всіма показниками і нормамвідповідає даним Британської фармакопеї 1968 Лимонна кислота випускаєтьсятільки в упакованому вигляді: реалізована через роздрібну мережу у дрібнійфасовці масою нетто 10-100 г; призначена для підприємств харчової та іншихгалузей промисловості — у великій фасовці масою нетто 10-40 кг.
Дрібна фасовкаповинна проводитися в пакети з «харчової» нестабілізованоїполіетиленової плівки марки Н, товщиною не менше 0,08 мм; з етикетировочногопаперу односторонньої гладкості, ламінованої з внутрішньої сторони поліетиленомвисокого тиску або пачки з паперу марки Е по ГОСТ 7247-73 з внутрішнімвкладишем з підпергаменту марки П-3. Пакети і пачки оформляють барвистимималюнками і написами (товарний знак, найменування продукції і її сорти, датавиготовлення, маса нетто, ціна, позначення цього стандарту). Пакети і пачки зкислотою повинні упаковуватися в ящики з гофрованого картону № 13 масою неттоне більше 10 кг.
Велика фасовкапроводиться в лляно-джут-кенафні тканинні мішки або лляні продуктові масоюнетто не більше 40 кг, у ящики з гофрованого картону. Всередину мішків абоящиків повинні вставлятися мішки-вкладки з поліетиленової плівки, які післязаповнення кислотою герметично закривають шляхом зварювання. Верхні швитканинних зовнішніх мішків зашивають машинним способом лляними нитками абовручну — ув'язувальним шпагатом з лубянних волокон.
Привнутрішньоміських перевезеннях допускається упакування кислоти в паперовінепросочені відкриті тришарові мішки з внутрішнім мішком-вкладкою зполіетиленової плівки масою нетто не більше 25 кг, у ящики з гофрованогокартону, вистелені підпергаментом марки П-3, повністю покривають всю внутрішнюповерхню тари.
Транспортну тарумаркують з нанесенням маніпуляційного знаку «Боїться вологості».
На ряді заводіввелика фасовка лимонної кислоти механізована: установлені напівавтоматичніваги, зашивочні машини і транспортне обладнання.
Фірма AmericanAssociation of Cereal Chemist Inc. випускає лимонну кислоту в капсулах, якізахищають інші інгредієнти їжі від кислоти. Капсули виготовляють трьох типів: зчастково гідрогенізованого рослинної олії, мальтодекстрину і емульгатора. Першийтип руйнується при температурі плавлення оболонки, другий — при розчиненні уводі, третій — при нагріванні у воді.
Перевагою такоїформи упаковки лимонної (та іших харчових кислот) є контрольована швидкістьзвільнення кислоти з капсули, рівномірний розподіл кислоти по всьому об'єму безутворення грудок Харчові кислоти в капсулах застосовують в кулінарії — длязбільшення терміну зберігання пудингів і начинок для пирогів, запобігаючиреакцію між кислотою і крохмалем під час зберігання, для збільшення термінузберігання тіста і т.д.
Лимонна кислота увеликій фасовці повинна зберігатися у закритому приміщенні на дерев'янихстелажах чи піддонах при відносній вологості повітря не вище 70%. Гарантійнийтермін зберігання лимонної кислоти — 6 місяців з дня виготовлення; при упаковців ящики з гофрованого картону з внутрішнім вкладишем з підпергаменту — 3 міс.
Для зберіганнякристалічної кислоти велике значення має гігроскопічність. Під гігроскопічністюрозуміють властивість речовин поглинати водяну пару з повітря незалежно відхарактеру зв'язування ними вологи.
3. Апаратурна схема виробництвата експлікація
/>