Способ получения лимонной кислоты

Способ получения лимонной кислоты

Реферат

 

Изобретение относится к пищевой промышленности. Цель изобретения: заключается в повышении чистоты при сохранении выхода целевого продукта. Цель достигается тем, что в способе получения лимонной кислоты, включающем выращивание посевной культуры гриба-продуцента, ферментацию в питательной среде с получением культуральной жидкости и выделением из нее целевого продукта, культуральную жидкость или фильтрат культуральной жидкости подвергают электролизу перед выделением целевого продукта. Цель достигается тем, что электролиз ведут в электролизере с сепаратором или бездиафрагменном электролизере при плотности тока 0,01-0,1 А/см² и удельном расходе электроэнергии 0,017-0,24 А/л, в качестве катода электролизера используют нержавеющую сталь, а в качестве анода окисно-рутениевый анод. 3 з. п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к способам получения лимонной кислоты путем совмещения электрохимического синтеза и культивирования гриба-продуцента на мелассных средах, в том числе и при воздействии биологических стимуляторов.

Ближайшим к изобретению техническим решением является способ получения лимонной кислоты, предусматривающий выращивание посевной культуры, гриба-продуцента, ферментацию в питательной среде, содержащей источник углерода, источник азота, минеральные соли при аэрации перемешивании, введение в среду стимулятора процесса и выделение целевого продукта, причем в качестве стимулятора используют комплекс горьких веществ хмеля в количестве 0,003-0,001% который вводят в среду либо при выращивании посевной культуры, либо через 24-48 ч от начала ферментизации (авт. св. СССР N 1011684, кл. С 12 Р 7/48). При этом в качестве источника углерода используют мелассу, в качестве источника азота аммонийсодержащие вещества, в качестве минеральных солей калий-, цинк-, оксалат- и гексацианоферратсодержащие вещества.

Недостатком такого способа является невысокое качество получаемого целевого продукта, выражающееся в повышенном содержании в продуктах микробиологического синтеза органических полупродуктов, осаждаемых совместно с лимонной кислотой, причем удаление их в процессе очистки целевого продукта крайне затруднено и сопряжено с большими потерями лимонной кислоты.

Целью изобретения является повышение частоты при сохранении выхода целевого продукта.

Это достигается тем, что в способе получения лимонной кислоты, включающем выращивание посевной культуры гриба-продуцента, ферментацию в растворе мелассы с добавкой аммоний-, калий-, цинк-, фосфат-, оксалат- и гексацианоферратсодержащих веществ при аэрации, перемешивании с получением культурной жидкости и выделением из нее целевого продукта, перед выделением целевого продукта культуральную жидкость подвергают электролизу или культуральную жидкость предварительно фильтруют и полученный фильтрат подвергают электролизу.

Другим отличием является то, что электролиз ведут в электролизере с сепаратором или в бездиафрагменном электролизере.

Кроме того, электролиз ведут при плотности тока 0,01-0,1 А/см² и удельном расходе электроэнергии 0,017-0,24 А/л. Причем в качестве катода электролизера используют нержавеющую сталь, а в качестве анода окисно-рутениевый анод.

Предлагаемый способ получения лимонной кислоты заключается в следующем.

Предварительно готовят посевную культуру. Для этого мелассу разбавляют водой до содержания сахара 5% вносят в раствор необходимое количество гексацианоферрата калия, оксалата аммония, хлористого магния. Полученную суспензию нейтрализуют содой, добавляют однозамещенный фосфат калия и сульфат цинка. Полученную смесь стерилизуют, охлаждают до 36^оС, вносят споры штамма Л-4, при необходимости добавляют биологические стимуляторы и термостатируют при перемешивании в течение 24 ч.

Параллельно готовят культуральную жидкость. Для этого мелассу разбавляют водой 1: 1, вносят те же реагенты (кроме сульфата магния), что и для приготовления посевной культуры, нейтрализуют, стерилизуют, охлаждают до 32^оС и вносят 1/10 от объема ранее приготовленного посевного материала. Ферментизацию проводят в течение 5-7 сут. при подкормке стерильной мелассой и поддержании стабильного общего объема среды. Электролиз культуральной жидкости осуществляют по окончании культивирования без отделения биомассы либо предварительно отфильтровывают биомассу образовавшихся хлопьев гриба-продуцента и полученный маточник подают в электролизер.

Электролизер может быть выполнен в виде стакана, в котором плоскопараллельно расположены нерастворимые электроды. Причем катод предпочтительно нержавеющая сталь, никель, платинированный титан, графит или стеклографит; анод графит, стеклографит, платина, но предпочтительно ОРТА. Электролизер может быть бездиафрагменным или с диафрагмой-сепаратором, в качестве которой используются фильтровальная ткань и другие известные, в том числе модифицированные материалы. В случае наличия диафрагмы культуральная жидкость последовательно проходит через обе электродные камеры. При этом плотность тока при электролизе составляет 0,01-0,1 А/см², а удельный расход электроэнергии 0,017-0,24 А/л.

После завершения культивирования и электролиза лимонную кислоту выделяют из культуральной жидкости традиционным образом через осаждение цитрата кальция и экстракцией из осадка разбавленной серной кислотой целевого продукта.

П р и м е р 1. Навеску мелассы 100 г растворяют в 800 мл горячей водопроводной воды. В полученный раствор вносят 2,4 г оксалата калия и 0,2 г гексацианоферрата калия. После перемешивания раствор корректируют рН 10%-ным раствором соды, добавляют 2 г хлористого аммония, 120 мг однозамещенного фосфата калия, 250 мг сульфата магния и 5 мг сернокислого цинка. Все реактивы вносят предварительно растворенными в минимальном объеме воды. После введения всех реагентов раствор доводят до 1 л, стерилизуют, охлаждают до 36^оС и засевают конидиями.

После этого колбы оставляют на 24 ч в термостате при перемешивании.

Через 24 ч подрощенным мицелием засевают мелассную среду, приготовленную так же, как и для выращивания посевной культуры, с тем отличием, что в нее не добавляют соли магния, а количество добавляемого хлористого аммония соответствует 1,7 г/л. Исходная концентрация сахара в приготовленных мелассных средах 14,5 г/л. Соотношение объема мелассной среды и посевного материала 10:1.

Полученную культуральную жидкость помещают в термостат, где при аэрации и перемешивании осуществляют культивирование при 32^оС, продолжительность которого 5 сут. По окончании культивирования, о котором судят по темпам прироста кислотности среды, культуральную жидкость разделяют на две части: первая подвергается грубому фильтрованию с целью отделения биомассы и выпавших солей кальция; вторая остается необработанной. Кроме того, из второй части отбирают 1 л культуральной жидкости и формируют контрольный раствор. После этого маточник от фильтрования и нефильтрованную культуральную жидкость разделяют на порции по 1 л и направляют на электролиз.

Электролизер представляет собой стакан с прямоугольным дном, в боковых стенках которого имеются пазы для установки электродов на фиксированном расстоянии и мембранной рамки (рамки с диафрагмой). Кроме того, электролизер имеет набор штуцеров, позволяющий использовать его в проточном режиме и в режиме перемещения дополнительных емкостей и насосов. Материал электродов: катод нержавеющая сталь, анод ОРТА. Электрообработка проводится по вариантам 1 контроль, 2-4 без отделения биомассы, 5-7 обработка маточника после фильтрования. Съем лимонной кислоты и показатели качества целевого продукта приведены в табл. 1.

Выход лимонной кислоты определяли титрованием аликвоты пробы, прошедшей через электролизер. Выделение целевого продукта осуществляли нейтрализацией предварительно фильтрованного раствора известью (до рН 7,5-8,0) и экстракцией из полученного осадка лимонной кислоты с помощью 5%-ной серной кислоты.

Полученный экстракт далее выпаривали до начала кристаллизации целевого продукта, который отфильтровывали, сушили и определяли параметры качества.

П р и м е р 2. Подращивание посевного материала, формирование культуральной жидкости, ферментация и выделение целевого продукта осуществляются также, как и в примере 1. Отличием является наличие в электролизере сепаратора (хлориновый бельтинг). Кроме того, катод никелированная сталь; анод графит. Плотность тока 0,04 А/см². Удельный расход электроэнергии 0,041 А/л, при этом обрабатываемый маточник последовательно проходит через катодную и анодную камеры электролизера. Выход лимонной кислоты 6,96 кг/м³ сут. при массовой доле 99,51% содержании альдегидов 0,012% проба на легко обугливающиеся вещества "выдерживает".

П р и м е р 3. Все основные технологические операции осуществляются также, как и в примерах 1 и 2. Электролизер проточный, параметры электролиза по примеру 2. Варьируется только материал электродов. Контроль ведется по выходу лимонной кислоты (табл. 2).

Как видно из примеров 1-3, предложенные параметры электролиза являются оптимальными, при отклонении от которых либо происходит снижение выхода целевого продукта (пример 3), либо ухудшение его качества (пример 1). Варианты конструкции электролиза на процессы значительного влияния не оказывают (пример 2).

Таким образом, преимущества предлагаемого способа по сравнению с известным заключаются в улучшении качества целевого продукта при сохранении выхода. Улучшаемыми показателями качества при этом являются содержание легко окисляемых веществ и гранулометрический состав лимонной кислоты, что важно при получении международного сертификата качества.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ, включающий выращивание посевной культуры гриба-продуцента, ферментацию в растворе мелассы с добавкой аммоний-, и калий-, и цинк-, и форсфат-, и оксолат-, и гексацианоферратсодержащих веществ при аэрации, перемешивания с получением культуральной жидкости и выделением из нее целевого продукта, отличающийся тем, что перед выделением целевого продукта культуральную жидкость подвергают электролизу или культуральную жидкость предварительно фильтруют и фильтрат подвергают электролизу.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электролиз ведут в электролизере с сепаратором или в бездиафрагменном электролизере.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что электролиз ведут при плотности тока 0,01 0,1 А/см² и удельном расходе электроэнергии 0,017 0,24 А/л.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что в качестве катода электролизера используют нержавеющую сталь, а в качестве анода - оксинорутениевый анод.

РИСУНКИ

Рисунок 1