лимоночка провер

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ



В природе это вещество встречается довольно часто, главным образом в незрелых плодах цитрусовых, ананасов, груш, инжира, брусники, клюквы и др. Лимоны и апельсины были главными источниками естественной (растительной) лимонной кислоты, которую производили преимущественно в Италии, где в середине XIX в. начали действовать первые заводы по производству кристаллической лимонной кислоты. Затем аналогичные заводы начали действовать в Калифорнии (США), на Гавайских островах и в Вест-Индии.
Для получения лимонной кислоты путем микробного синтеза в лабораторных условиях использовали микромицеты (Aspergillus clavatus, Penicillium luteum, P. citricum, Mucor piriformis, Ustina vulgaris и др.), но для промышленного биосинтеза наиболее подходящим оказался Aspergillus niger. Впоследствии из него было селекционировано множество производственных штаммов для биосинтеза лимонной кислоты из сахарозы.
Многие органические вещества сбраживаются микромицетами и могут быть трансформированы в лимонную кислоту, но максимальный выход получается при биосинтезе из сахарозы или фруктозы. В последнее время успешно завершены эксперименты по биосинтезу лимонной кислоты дрожжами (Candida lipolytica и др.) из парафинов и низших спиртов (этанола) с высоким выходом (80140%).
Лимонная кислота по объему производства является одним из главных продуктов микробного синтеза. Ее общий выпуск в различных странах достигает 400 тыс. т в год (по данным В. А. Смирнова, 1983). Лимонную кислоту получают в основном из мелассы. Заводы небольшой или средней мощности производят лимонную кислоту поверхностным методом культивирования. Глубинный метод экономически выгоден тогда, когда мощность завода превышает 2500 т лимонной кислоты в год.
Лимонную кислоту широко используют в кулинарии и в пищевой промышленности для приготовления безалкогольных напитков, мармелада, вафель, пастилы и др. Лимонная кислота включена в рецептуры некоторых сортов колбас и сыра, ее применяют в виноделии, для рафинирования растительных масел, для производства сгущенного молока. С помощью лимонной кислоты сохраняются естественные вкус и аромат при длительном хранении в замороженном состоянии мяса и рыбы.
При умеренном употреблении лимонная кислота стимулирует деятельность поджелудочной железы, возбуждает аппетит, способствует усвоению пищи.
Натриевые соли лимонной кислоты стимулируют вспенивание и механическую устойчивость пен, поэтому лимонную кислоту ценят кулинары, ее также применяют для изготовления шампуней и моющих средств. Последнее имеет важное экологическое значение, так как лимонная кислота и ее соли легко поддаются микробиологической деградации при очистке канализационных вод.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

2.1. Физические свойства

В табл.2.1 дана характеристика некоторых физических свойств лимонной кислоты
Молекулярная Масса
Температура Плавления,0С
Плотность, d420
Удельное вращение,[
·]*D
Растворимость при 20 0С, безводного вещества на 100 г воды

192,12
153
1,6650
0
147


2.2.Теплофизические свойства

Теплота сгорания лимонной кислоты равна (в кДж/(г-моль)): лимонной безводной 1985,3 и гидратной 1972,3.
Растворение лимонной кислоты в воде сопровождается поглощением тепла и соответственно понижением температуры раствора. За теплоту растворения обычно принимают изменение энтальпии (теплового эффекта), связанное с растворением единицы количества растворяемого вещества в избыточном количестве чистого растворителя, т.е. при бесконечном разбавлении. Под последним практически понимают концентрацию вещества в растворе 0,01 моля и меньше.
При кристаллизации лимонной кислоты теплота выделяется и температура раствора повышается. Экспериментальное определение теплоты кристаллизации встречает затруднение, поэтому за абсолютное ее значение принимают теплоту растворения (изменение энтальпии), но с обратным знаком.

2.3. Растворимость в воде и органических растворителях

Благодаря наличию спиртового гидроксила лимонная кислота хорошо растворяется в воде, причем растворимость возрастает с повышением температуры. Для удобства производственных расчетов растворимость обычно выражают в массовых процентах или в килограммах безводной кислоты на 1 кг воды.
Как видно из рис.2, кривая растворимости имеет перелом при температуре 36,6 0С, соответствующей точке перехода кристаллогидрата в ангидрид (безводную форму).
Моногидратная лимонная кислота растворяется в органических растворителях несколько лучше, чем безводная. Моногидратная лимонная кислота растворяется (в г/100г): метилового спирта 66,3, дихлорэтана 0,005 (150С), амилового спирта – 15,43, пропилового спирта – 38,6, этилового эфира – 2,17, этилацетата – 5,28, амилацетата – 5,98, хлороформа – 0,007 (190С). В бензоле, толуоле и сероуглероде лимонная кислота не растворяется.
Практический интерес представляют некоторые органические растворители и их смеси, селективно экстрагирующие оксикислоты из нечистых растворов.

Рис. 2. Растворимость лимонной кислоты в воде в зависимости от температуры


ОСНОВАННЫЕ СПОСОБЫ ПРОИЗВОДСТВА И СЫРЬЕ

Общепризнано, сто производство лимонной кислоты химическими способами экономически нецелесообразно: стоимость сырья значительно выше стоимости мелассы; технология многостадийна, требует применения сильно токсичных реагентов и дает относительно низкий выход целевого продукта. Поэтому не удивительно, что, несмотря на большой прогресс в области химического синтеза различных органических соединений, такие сравнительно простые вещества, как лимонная, молочная и некоторые другие кислоты, до сих пор вырабатывают из сахаросодержащегося сырья с помощью микроорганизмов. Преимущества микробного способа в последовательном ферментативном осуществлении в клетке даже значительно большего числа химических реакций в одну производственную стадию – ферментацию. Это упрощает технологию, увеличивает выход кислот и снижает их себестоимость.
В качестве сырья для ферментативного получения лимонной кислоты в большинстве стран используют мелассу – побочный продукт производства сахара из сахарной свеклы или сахарного тростника.
В США «Miles Laboratories, Inc.» перерабатывает глюкозные сиропы, получаемые ферменативным гидролизом кукурузного крахмала, во Франции завод фирмы «Melle – Bezons» - кристаллический сахар (сахарозу). Исследована возможность применения и других видов сырья. Еще в начале ХХ века В.С. Буткевич показал, сто лимонная кислота может образовываться при культивировании Aspergillus niger на растворах уксусной кислоты, ацетатов, метилового и этилового спирта как единственных источников углерода. Позднее другими исследователями предложены н-парафины, а в качестве продуцента – дрожжи рода Candida.
В расчете на дешевую арабскую нефть в ряде стран большая надежда возлагалась на н-парафины – один из продуктов ее переработки. Однако ввиду истощения запасов и повышения цен на нефть, относительно небольшого выход парафинов и необходимости их использования в других направлениях они вскоре перестали быть перспективным сырьем. Синтетические спирты уксусную кислоту получают на основе переработки попутных газов нефти и собственно природных газов; источники их не безграничны, к тому же эти виды сырья, как н-парафины, широко используются в отраслях народного хозяйства. При ферментации парафинов, спиртов и уксусной кислоты дрожжами одновременно с лимонной кислотой в значительных количествах образуется изолимонная, чем снижается выход целевого продукта и возникает дополнительная проблема их разделения.
Экономическое сравнение использования некоторых источников углерода в биосинтезе лимонной кислоты дано на рис. 3. Ясно видно преимущество использования в качестве источника углерода жидких парафинов (цена 80 руб/т, расхода на 1 т целевого продукта в стадии ферментации 0,9 т. Для сравнения: меласса – 125 руб/т при расходе 4,6 т на 1 т готового продукта.).
Как источник сырья гораздо надежнее и дешевле побочные продукты переработки растительного сырья, ежегодно возобновляемого в больших количествах. Это прежде всего относится к сахароносам (сахарная свекла и сахарный тростник), дающим сахарный сок, или, при переработки его на кристаллический сахар, мелассу, и в некоторой мере – к крахмалоносам (кукуруза, картофель), к растительным отходам сельского хозяйства и механической переработки древесины.

МЕЛАССА КАК ИСХОДНОЕ СЫРЬЕ

Для промышленного производства лимонной кислоты в качестве субстрата применяют мелассу – отход сахарного произваодства.
Меласса оттек (маточный раствор), получающийся при отделении кристаллов сахарозы на центрифугах от последней кристаллизации. В мелассе содержатся несахара сока сахарной свеклы или сахарного тростника, не удаляемые при его химической очистке, и сахароза, которую методом кристаллизации выделять уже экономически невыгодно. При выработке сахара выход мелассы в расчете на безводную колеблется от 3 до 6% к массе сахарной свеклы. С мелассой отходит от 10 до 15% всего сахара, содержащегося в перерабатываемой свекле.
В соответствии с видом исходного сырья для производства сахара различают свекловичную и тростниковую мелассу. В России сахарный тростник не произрастает, но на свеклосахарных и сахарорафинадных заводах перерабатывают импортный тростниковый сахар-сырец на белый сахар-песок и сахар-рафинад. В первом случае получаемую мелассу называют сырцовой; во втором случае, независимо от исходного сырья, рафинадной патокой. Производство мелассы в России составляет около 4,5 млн. т в год.

4.1. Химический состав свекловичной мелассы

По внешнему виду свекловичная меласса представляет собой густую вязкую жидкость темно-коричневого цвета со специфическим запахом, обусловленным в основном присутствием триметиламина и диметилсульфида. Это лучшее сырье для производства. Ценность его заключается в том, что наряду с высоким содержанием сахара в мелассе содержатся все вещества, необходимые для нормальной жизнедеятельности гриба. Выход лимонной кислоты при использовании ее наибольший.
Меласса имеет сложный и непостоянный химический состав, зависящий от почвенно-климатических условий вегетации свеклы, вносимых удобрений, способов уборки, условий и продолжительности хранения, технологии сахароварения и др. Например, механизированная уборка свеклы, транспортировка, доочистка и складирование травмируют корни, способствуя их загниванию при хранении. Корни с не полностью обрезанными головками склонны к прорастанию. Все это ухудшает качество свеклы и мелассы.
В мелассе содержится в среднем 80% сухих веществ и 20% воды. Учитывая состав мелассы, можно предполагать, что значительная часть воды находится в связанном состоянии вследствие гидратации в растворе коллоидов, молекул сахарозы и ионов минеральных веществ.
Сухие вещества. Общее содержание сухих веществ в мелассе непосредственно после фуговки утфеля на сахарном заводе составляет около 85% - реализуемая (товарная) меласса имеет несколько меньшую концентрацию, так как разбавляется водой и конденсатом при промывании и пропаривании трубопроводов, по которым она транспортируется в баки-хранилища. Снижение концентрации препятствует образованию кристаллов сахара при хранении, уменьшает вязкость, что облегчает отгрузку мелассы, особенно в холодное время года, и зачистку баков.
Сухие вещества мелассы слагаются из следующих компонентов (в среднем, % масс.): сахарозы 60,0, безазотистых органических веществ 16,7, азотистых веществ 14,8, и минеральных веществ (золы) 8,5. В свеклосахарном производстве учет ведут по сахарозе – основному продукту, в соответствии с чем другие сахара, полностью или частично используемые грибом, и сумму их называют «ферментируемые сахара».
В качестве минеральных веществ в мелассе содержится около 40% К2О, от 1,5 до 4,5 % MgO и 7,3 – 13,8% СаО к массе золы.
Около 97% содержащегося в свекле фосфора теряется в процессе сахарного производства (осаждается в основанном на дефекации). При переработке здоровой сахарной свеклы с нормальной натуральной щелочностью в чистой золе содержится 0,2 – 0,6% Р2О5, или 0,02 – 0,06% к массе мелассы.
В мелассе присутствуют микроэлементы, количество которых сильно колеблется, что может отражаться как на росте гриба, так и на выходе лимонной кислоты. Элементы – алюминий, железо, кремний и стронций – могут содержаться как в макро-, так и в микроколичествах.
Меласса, пригодная для производства лимонной кислоты, должна удовлетворять следующим требованиям: содержать сухих веществ не менее 75%; сахара по прямой поляризации не менее 46%; инвертного сахара не более 1%; окиси кальция не более 0,7%; диоксида серы не более 0,03%; Р2О5не более 0,05%; жироподобных веществ не более 0,5%. Величина рН должна быть на ниже 6,5. Перечисленные показатели технологического качества мелассы, однако, еще не могут служить надежным критерием ее пригодности для производства лимонной кислоты, и окончательное заключение об этом может быть сделано только по результатам биохимического испытания (опытной ферментации).

4.2. Заготовка мелассных сред

Мелассу заготавливают на сахарных заводах на основании предварительных испытаний по ферментации, в конце сентября – ноябре. Меласса, заготовленная в более поздние сроки, обычно характеризуется пониженным выходом лимонной кислоты. Заготавливают мелассу исходя из 15-месячного запаса.
Меласса считается пригодной для производства лимонной кислоты, если в оптимальных условиях подготовки и ферментации в поверхностных условиях (в стаканах с площадью дна 0,42 дм2, концентрации сахара 15%, высоте слоя 9см, продолжительности ферментации 7сут и соответствующем штамме – поверхностном или глубинном) будет получен съем: на мелассе для глубинной ферментации не менее 1800г/(м2, сут), для подливов – не менее 1500; на мелассе для поверхностной ферментации – не менее 1400г/(м2, сут).
Так как процесс биохимической оценки качества меласс очень длителен, то для поверхностного способа производства лимонной кислоты предложены ускоренные методы: по накоплению инвертного сахара в среде на вторые сутки ферментации и по величине съема на третьи сутки для штаммов Р-l и Р-3.
При наличии на вторые сутки ферментации в культуральной жидкости не менее 90г инвертного сахара в 1л возможен съем, удовлетворяющий требованиям к мелассе.
Второй метод дал также хорошие результаты. Съем лимонной кислоты на седьмые у и на третьи сутки х ферментации выражается уравнением:
у = 526 + 1,03х.
Достаточно высокий коэффициент корреляции (0,885) свидетельствует о тесной связи между у и х. Точность прогнозирования по первому и последнему методам ±10%.

4.3. Стерилизация мелассных сред

При возникновения производства лимонной кислоты предполагали, что благодаря сильному подкислению среды во время ферментации не следует бояться инфекции. Однако, вскоре выяснилось, что это не так и обсеменение посторонними микроорганизмами наносит вред производству.
Наиболее надежным и экономичным способом стерилизации является тепловая – насыщенным водяным паром. Температура должна быть выше летальной для наиболее стойких споровых форм. При преобладании спороносящих бактерий выдерживают температуру 125-1300С и экспозицию не меньше 30мин. Нужно добиваться уничтожения всех микроорганизмов (стерильности) среды, но так как в производстве это очень трудно, то для оставшегося пренебрежимо малого (технически допустимого) количества микрофлоры, а также для посторонних микроорганизмов, случайно попавших со сжатым воздухом и другими путями, создают неблагоприятные для развития условия добавлением в среду антимикробных веществ, т.е. проводят защищенную ферментацию.
Формалина, обычно применяемого с этой целью при поверхностной ферментации, достаточно 0,006-0,01% к массе мелассы, большая доза отрицательно действует на кислотообразующую способность А. пigег. Эффективен фурациллин в концентрации 10-15мг/л (добавляют при температуре 500С ), 5-нитрофурилроданид и другие производные фурана.
Испытаны также муравьиная кислота, кремнефтористый натрий, пентахлорфенолят натрия, но они одновременно снижают выход лимонной кислоты. Сульфамидные препараты не подавляют бактерий. Бактерицидные концентрации антибиотиков (млн. ед./м3): стрептомицин 40, биомицин 4, тетрамицин 2, полимиксин 1. Известны рекомендации по применению неомицина, низина, левомицетина, полимиксина, а при вспышке дрожжевой инфекции – леворина. Однако, обладая эффективным антимикробным действием и отсутствием отрицательного влияния на А. niger, антибиотики имеют тот недостаток, что они очень дороги.
Тепловая стерилизация мелассных сред при указанной выше температуре снижает качество их для биохимической переработки. С целью «смягчения» теплового режима целесообразно тепловую обработку проводить в присутствии антимикробных веществ. Снижение температуры без существенного изменения состава питательной среды может быть достигнуто также предварительной обработкой ферментным препаратом, расщепляющим стенки бактерий и спор. Во всех случаях, когда требуется сохранить термолабильные компоненты среды, стерилизацию ведут при более высокой температуре и соответственно меньшем времени, так как с повышением температуры скорость гибели микроорганизмов возрастает быстрее скорости разрушения этих компонентов.
Предложено применение и других методов стерилизации мелассы: различными видами лучистой энергии (УФ-лучи,
·-лучи, лазерное излучение), ультразвуком, импульсными электрическими разрядами, наложением электромагнитных полей сверхвысокой частоты, фильтрацией через антимикробные волокна и т.д., но они пока не нашли применения в производстве.


КУЛЬТУРА ASPERGILLUS NIGER – ПРОДУЦЕНТ ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ

В настоящее время для ферментации сахарсодержащих сред используют специальные штаммы A. niger. Имеются патенты на применение других видов Aspergillus и других родов, принадлежащих к различным классам микроскопических грибов.
С производственной точки зрения A. niger и другие мицелиальные грибы имеют существенные недостатки: медленно растут, вследствие чего процесс накопления необходимого количества биомассы продолжителен; большая вязкость культуральной жидкости, переходящая в неньютоновскую область, затрудняет массообмен, в частности снабжение гриба кислородом воздуха, увеличивает расход энергии на перемешивание. Перспективным является поиск и селекция немицелиальных микроорганизмов дрожжей, бактерий, которые не имеют отмеченных недостатков. Это особенно желательно для перевода процесса ферментации на непрерывно-проточный.

Выбор способа ферментации
Процесс производства лимонной кислоты включает все основные стадии микробиологической технологии (рис. 6):
получение посевного материала;
подготовка сырья-мелассы к ферментации;
подготовка и стерилизация воздуха;
ферментация;
отделение биомассы продуцента мицелия;
выделение из культурной жидкости лимонной кислоты и получение ее в кристаллическом виде.


ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА


13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Рис. 6 Технологическая схема производства лимонной кислоты

Общую схему производства лимонной кислоты можно представить следующей схемой:


1 - , 2- , 3-

Рисунок – Назв

В промышленном производстве лимонной кислоты применяется несколько вариантов процесса.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

6.1. Поверхностный способ
Жидкофазной ферментации A.niger. Приготовление питательной среды при поверхностном способе культивирования осуществляют в варочном котле. Мелассу разбавляют кипящей водой в соотношении 1:1 и, добавляя серную кислоту, доводят рН раствора до значения 6,7 – 7,2. Для осаждения солей железа и тяжелых металлов водят при кипячении определенное количество раствора желтой кровяной соли. В раствор мелассы при температуре 60 – 70 С последовательно добавляют источники азота, фосфора, макро- и микроэлементов. Содержание сахаров в среде должно составлять 12 – 16%.
Основная ферментация осуществляется в специальных камерах, представляющих собой закрытые помещения, в которых на стеллажах расположены кюветы. Кюветы прямоугольной формы изготавливают из алюминия или нержавеющей стали. Заполнение кювет питательной средой и слив из них культуральной жидкости осуществляется через штуцеры в дне кювет. Камеры оборудованы системой для подачи нагретого стерильного воздуха.
Перед началом нового цикла ферментации камеры и кюветы тщательно моют и стерилизуют параформалиновой смесью с последующей дегазацией пароаммиачной смесью. После стерилизации и охлаждения камер в кюветы наливают питательную среду слоем от 12 до 18 см. с помощью специального устройства для распыления в питательную среду вносят посевной материал – конидии гриба A.niger.
Через сутки после засева образуется тонкая серовато-белая пленка мицелия, которая по истечении трех суток сильно утолщается и приобретает складчатую структуру. Температуру в период активного роста мицелия гриба поддерживают в предела 34 – 36 С при умеренной аэрации. В период активного кислотообразования температуру снижают до 32 – 34 С, а подачу воздуха увеличивают в 3 – 4 раза. По мере снижения интенсивности кислотообразования и уменьшения количества выделяемой теплоты подачу воздуха в камеру постепенно уменьшают. Процесс ферментации прекращают, когда в растворе остается 1 – 2% сахаров, а содержание кислот в культуральной жидкости достигает 12 – 20%.
Культуральную жидкость сливают из кювет в сборник, откуда ее подают в химический цех для выделения лимонной кислоты. Содержание лимонной кислоты в культуральной жидкости составляет 12 – 20%.
Мицелий отмывают от кислоты горячей водой и используют как корм для скота.
Способ называется бессменным. По сменному способу после сливания культуральной жидкости под пленку A.niger вводят немного воды температурой 30 – 32 0С, выдерживают 0,5 часов, промывную жидкость сливают, вводят свежую мелассную среду и ферментируют. По доливному способу ферментации на 4-5 сутки под пленку A.niger доливают свежую питательную среду в количестве, компенсирующем уменьшения объема вследствие испарения влаги. При работе этими способами экономится расход конидий, реже перезаряжаются камеры и появляется возможность ферментировать низкокачественные мелассы, не пригодные для выращивания грибной пленки.
Периодические способы имеют ряд недостатков: ферментация происходит с небольшой скоростью; мицелий по окончании цикла выбрасывают, хотя он еще активен, а получение нового мицелия связано с затратой конидий, мелассы и времени на его выращивание; во всех кюветах трудно поддерживать заданную температуру, поэтому ферментация происходит неравномерно.
Предложенные непрерывные способы предусматривают протекание мелассной среды по каскаду кювет под предварительно выращенной пленкой мицелия A.niger или под секциями его, движущимися на транспортере в одном направлении со средой в плоском ферментаторе туннельного типа.
Наряду с поверхностным способом ферментации на жидких средах за рубежом известны способы ферментации на твердых средах. Твердофазная ферментация предусматривает использование импрегнированного средой пористого твердого материала, как багасса, картофель, пульпа сахарной свеклы др. в определенных пропорциях. Материал стерилизуют и инокулируют суспензией спор. Инкубируют в лотках при 25 – 30 0С в течение 6 – 7 дней. После инкубирования содержимое экстрагируют водой, концентрируют, цитрат осаждают и очищают.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
1 - цистерна для мелассы, 2 - центробежные насосы, 3 - реактор для разбавления мелассы, 4 - стерилизатор, 5 - бродильная камера, 6 - сборник сбраживаемых растворов, 7 - нейтрализатор, 8, 10 - нутч-фильтры, 9 - расщепитель, 11 - сбор-ник-монтежю, 12 - вакуум-аппарат, 13-дисольвер, 14 - фильтр-пресс, 15 - кристаллизатор, 16 - приемник, 17 - сушилка, 18 - готовая продукция, 19 - сборник фильтрата
Рис. 6.1 Технологическая схема получения лимонной кислоты из мелассы поверхностным способом (жидкофазная ферментация)

Мицелий продуцента либо используют для выделения фермента пектиназы, либо высушивают и поставляют на корм скоту и домашней птице (желательно - в обезвреженном - убитом виде); наконец, он может быть использован, как источник флавинов.

6.2.Глубинный способ производства
На современных заводах принято глубинное культивирование гриба, характеризующее более высокой продуктивностью, чем первый процесс. При этом инокулированная среда наливается хорошо аэрируемые ферментеры с перемешиванием и контролем аэрации. Глубинная ферментация возможна в разных вариантах: периодическом с подпиткой и непрерывном.
Процесс получения лимонной кислоты при глубинном культивировании гриба A.niger проводят в ферментаторах объемом 100 м3. В качестве посевного материала используют подросший мицелий, полученный в посевных аппаратах объемом 10 м3.
Раствор мелассы и для посевного, и для производственного ферментаторов готовят также, как и при поверхностном культивировании, только исходный раствор мелассы для глубиной ферментации должен содержать не более 4% сахаров. По ходу ферментации, когда концентрация сахара резко снижается, проводят дробное добавление стерильного мелассного раствора, содержащего 25 – 28% сахаров. Добавляют этот раствор в таком количестве, чтобы концентрация сахаров в ферментаторе составляла 12 – 15%.
В посевной аппарат, заполненный питательной средой, засевают суспензию конидий, которую предварительно выдерживают 5 – 6 часов в термостате при 32 С. Культуру выращивают при 34 – 35 С при постоянном перемешивании и аэрации. В процессе культивирования строго контролируют режим подачи воздуха в ферментатор, расход которого увеличивают к концу ферментации почти в 10 раз. О2 должен находиться как минимум в концентрации 20 – 25% от насыщения. В период интенсивного вспенивания среды небольшими порциями вводят химический пеногаситель (олеиновую кислоту). Процесс подращивания мицелия заканчивают через 3036 ч, когда содержание кислот в культуральной жидкости достигает 12%. Подросший мицелий передают для засева питательной среды в производственный ферментатор.
Процесс кислотообразования в ферментаторе продолжается 57 сут при непрерывной аэрации и температуре 3132 0С. Расход воздуха постепенно увеличивают с 400 м3/ч в начале процесса до 2200 м3/ч к концу ферментации. Дробную добавку подливного раствора проводят 23 раза, поддерживая концентрацию Сахаров, в растворе в пределах 1215%. Конец процесса определяют по общей кислотности и концентрации сахаров. (Поменять тире)
После окончания процесса ферментации культуральную жидкость нагревают острым паром до 6065 0С и сливают в сборник, а оттуда подают на вакуум-фильтр для отделения и промывки биомассы мицелия. Промытый мицелий используется как корм для скота. Основной раствор лимонной кислоты вместе с промывными водами передается в химический цех для выделения лимонной кислоты.
Общая технологическая схема получения лимонной кислоты при глубинной ферментации A.niger приведена на рис. 6.3
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
1 - емкость с мелассой, 2 - приемник мелассы, 3 - весы, 4 - варочный котел, 5 - центробежный насос, 6 - промежуточная емкость, 7 - стерилизующая колонка, 8 - выдерживатель, 9-холодильник, 10 - посевной аппарат, 11 - головной ферментатор, 12 - стерилизующие фильтры, 13 - емкость для хранения мелассы, 14 - промежуточный сборник, 15 - барабанный вакуум-фильтр, 16 - приемник для мицелия, 17 - вакуум-сборник для мицелия, 18 - вакуум-сборник фильтрата культуральной жидкости

Рис. 6.2. Технологическая схема получения лимонной кислоты при глубинной ферментации продуцента

Согласно подсчетам глубинный метод экономически выгоден в тех случаях, когда мощность завода превышает 2,5 тыс. тонн лимонной кислоты в год, в противном случае поверхностный метод оказывается предпочтительнее из-за меньших энергозатрат и себестоимости продукции
Отделение мицелия и отмывку от него лимонной кислоты проводят на барабанных вакуум-фильтрах 15 непрерывного действия. Культуральную жидкость из приемного сборника 14 центробежным насосом 5 передают в корыто вакуум-фильтра, где мицелий отделяют. Культуральный раствор собирают в сборнике 18, а мицелий – в сборнике 17. Фильтрат из сборника 14 подают на химическую обработку, а промытый мицелий удаляют. Содержание кислоты в отмытом мицелии не должно превышать 0,2.
В собранной культуральной жидкости содержится смесь органических кислот – лимонная, глюконовая, щавелевая и неиспользованный сахар в примерном соотношении 45-50:3:1:7, то есть лимонная кислота составляет от 80 до 90%. Ее выделяют химическим путем – добавляют к нагретой до 100 0С культуральной жидкости известковое молоко – Са(ОН)2 или мел – СаСО3, доводя рН до 6,8-7,0; это количество составляет примерно 2,5-3%; трехзамещённый кальция цитрат, хуже растворимый в горячей воде, чем в холодной, выпадает в осадок вместе с оксалатом кальция (кальция глюконат остается в растворе); осадок отфильтровывают, промывают горячей водой и гидролизуют серной кислотой. Свободная лимонная кислота остается в растворе, а негидролизованный оксалат кальция и образовавшийся гипс – CaSO4 остаются в осадке. Раствор лимонной кислоты очищают, подвергают вакуум-упариванию и кристаллизуют. Кристаллы кислоты высушивают и фасуют.


Выпуск

Выше было описано получение лимонной кислоты из углеводосодержащего сырья в результате микробиологического синтеза (ферментации) с использованием нетоксикогенных штаммов гриба Aspergillus niger, предназначенную для применения в пищевой промышленности при производстве пищевых продуктов в качестве пищевой добавки Е 330.
Лимонная кислота должна соответствовать показателям, предусмотренным ГОСТ 908 – 2004 (взамен ГОСТ 908 – 79). Это должны быть бесцветные кристаллы или белый порошок, без комков, для кислоты I сорта допускается желтоватый оттенок, вкус кислый, без постороннего привкуса, 2%-ный раствор кислоты в дистиллированной воде должен не иметь запаха, быть прозрачным и не содержать механических примесей, структура – сыпучая, сухая, на ощупь не липкая, без посторонних примесей.
Лимонная кислота выпускается только в упакованном виде: реализуемая через розничную сеть – в мелкой фасовке массой нетто 10 – 100 г; предназначенная для предприятий пищевой и других отраслей промышленности – в крупной фасовке массой нетто 10 – 40 кг. При фасовке допускаются отклонения по массе нетто, не превышающие при массе до 50 г ± 4%, от 50 до 110 г ± 3%. При упаковки кислоты в ящики и мешки допускаются отклонения, не превышающие ± 0,5%.





















СОДЕРЖАНИЕ

Общие сведения и технологические свойства лимонной кислоты
Физико-химические свойства
Физические свойства
Теплофизические свойства
Растворимость в воде и органических растворителях
Основанные способы производства и сырье
Меласса как исходное сырье
Химический состав свекловичной мелассы
Заготовка мелассных сред
Стерилизация мелассных сред
Культура Aspergillus niger – продуцент лимонной кислоты
Технологическая схема
6.1. Поверхностный способ
6.2. Глубинный способ
Выпуск
Список используемой литературы







СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ





Реферат
по дисциплине: общая химическая технология на тему: «Технология получения лимонной кислоты»






Выполнила: студентка 341 класса
Ткачивская А.С.
Проверила: преподаватель
Храброва Е.А.





Севастополь
2012
Список используемой литературы:
В.А. Смирнов “Пищевые кислоты (Лимонная, молочная, уксусная)” Москва “Лёгкая  пищевая промышленность” 1983
Г.К. Лиепиньш,М.Э. Дунце «Сырье и питательные субстраты для промышленной биотехнологии», Рига «ЗИНАТНЕ»1986
Р.Я. Карклиньш, Г.К. Лиепиньш «Микробиологический синтерз лимонной кислоты», Рига «ЗИНАТНЕ» 1993
К.П.Гапонов «Процессы и аппараты микробиологических производств». Москва, «Легкая и пищевая промышленность», 1981

Лимонная кислота [ОРисунок 2Описание: Лимонная кислота [О.В.Мосин]Рисунок 1Описание: http://www.citricacid.ru/images/dissolution.gif

Приложенные файлы

  • doc 7201538
    Размер файла: 604 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий