Способ производства лимонной кислоты из мелассы

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК g y С 12 Р 7/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0,5-2,0

0,5-2,0

0,5-2,0

0,01-0,04 д (21) 3674045/28-13 (22) 13.12.83

{46) 30.12.85. Бюл. У 48

171) Львовский ордена Ленина государственный университет им. И. Франко (72) В. Ф. Федосеев, 10. Д. Бережной, И. С. Вилинская и Б. М, Борсукевич (53) 661.734.1(088,8) (56) Авторскбе свидетельство СССР

1 229413, кл. С 12 Р 7/45, 1969.

Авторское свидетельство СССР

У 554282, кл. С 12 Р 7/48, 1977, (54)(57) СПОСОБПРОИЗВОДСТВА ЛИМОННОЙ

КИСЛОТЫ ИЗ МЕЛАССЫ, предусматривающий приготовление питательной среды

„.,SU,» 201303 A с внесением в нее стерильного водного раствора, содержащего микроэле-, менты — медь, бор, молибден и кобальт, выращивание мицелия с последующим сбраживанием среды и выделение лимонной кислоты, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения выхода лимонной кислоты, используют водный раствор с рН не более 2 и следующпм содержанием микроэлеменз тов на 1 м среды, г:

Медь Бор

Молибден

Кобальт

1201303

Следует иметь в виду, что изменение соотношений отдельных элементов в комплексе влечет за собой изменение физиологической деятельности гриба

Э что отражается на росте и кислотообразовании. Избыток микроэлемента,,как и его недостаток, отрицательно сказывается на функционировании одного илн группы ферментов, а в итоге

55 и всей цепи биохимических превраще,ний в клетке. Выполненные в ходе раз-

Изобретение относится к производству лимонной кислоты путем сбраживання микроорганизмами питательных сред на основе углеводородсодержащего сырья. 5

Цель изобретения — повышение выхода лимонной кислоты, Установлено, что использование комплекса из четырЕх микроэлементов при значительном изменении соотноше- 1О ний масс и концентраций в среде отдельных элементов по сравнению с прототипом позволяет значительно повысить выход лимонной кислоты и делает предлагаемый способ универ- 15 сальным для используемых ныне технологий сбраживания, а также практически для всех образцов используемых меласс.

Так соотношение масс элементов (медь, кобальт, молибден, бор) в прототипе равно 0,25:1:1:50, а в предлагаемом способе 1 0,02:1:1 т.е. значительно. уменьшена в комплексе массовая доля кобапьта и бора, Со25 отношение и качественный состав микроэлементов s предлагаемом комплексе - результат многочисленных лабораторных опытов, которые были проведены на мелассах разных заводов, отличающихся по степени пригодности к использованию их в производстве лимонкой кислоты.

В ходе экспериментов, были установлены средние оптимальные количества 35 каждого из элементов комплекса, дающие максимальное увеличение выхода лимонной кислоты практически на всех, образцах исследуемых меласс. Объединяя микроэлементы в разных количественных и качественных соотношениях, установлено, что эффект их совместного действия проявляется не.как сумма действий отдельных составных комплекса, а как результат взаимодей- 45 ствия вводимых в среду микроэлементов. Микроэлементы в комплексе взаимодополняют друг друга, что, в частности, 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 кислотообразующую функцию гриба-продуцента лимонной кислоты на отдельных образцах меласс, а сбалансированным в количественном и качественном отношении комплексом, действующим целенаправленно и последо- вательно на сложную цепь биохимических превращений, приводящих к образованию нэ сахара мелассы лимонной кислоты»

Состав и соотношение микроэлементов комплекса установлены экспериментальным способом. Исключение иода и коренное изменение в количествен ном составе доли отдельных микроэлементов вызвано необходимостью получить более высокий стимулирующий эффект, который 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 фермеитной системы примерно одинакова, поскольку в цепи превращений при образовании фермент-субстратных комплексов участвует 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 В 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 элемен тов в комплексе. работки лабораторные исследования н их последующая производственная

1201303

10

20

35

55 проверка на ряде заводов показала, что оптимизация качественного и коли чественного содержания микроэлементов комплекса в средах для культивирования гриба-продуцента на всех стадиях ферментации путем введения их в предлагаемых концентрациях позво- . ляет повысить выход лимонной кислоты до 24Х по сравнению с контролем, против максимального увеличения выхода 12Х в прототипе.

Ценным свойством комплекса является его ощутимое стимулирующее дей™ ствие при культивировании гриба- продуцента на мелассах пониженного качества дефектных), которые все, еще получаются в значительных количествах при переработке Heкачественной свеклы, нарушении технологии производства, а также как результат неправильной транспортировки и хранения, Внесение предлагаемого комплекса 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 другими комплексообразователями, что приводит к практически полному переводу в осадок меди, кобальта и бора. При этом молибден, хотя и не осаждается, но содержание его в боль,шинстве меласс ниже оптимального в десятки раз, поэтому введение 0,52,0 мг молибдена на литр среды су- . щественно активизирует ферментную систему гриба, l

Установлено. также, что устойчивость комплексов сильно уменьшается, с понижением рН, тем самым повышает- ся доступность микроэлементов, находящихся в растворе для использования их грибом; появляется возможность приготовления более концентрированного раствора микроэлементов, поскольку со снижением рН резко возра.стает растворимость используемых солей, что создает определенные удобства при внесении их в го овые питательные среды.

Пример 1. Вариант 1. Раствор комплекса микроэлементов готовят следующим образом..Растворяют в 1 л дистиллированной воды навески солей микроэлементов в следующей последовагельности: борная кислота (бор 10 r), сернокислая медь (медь 10 r), хлористый кобальт (кобальт 0,2 г), молибденовокислый аммоний молибден 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, hocфорнокислого калия и сернокислого цинка приготавливаем известным способом. После охлаждения питательного мелассного раствора до 60 С вносим раствор микроэлементов из расчета, Iмг на 1 л среды: :медь 0,5, молибден 0,5, бор 0,5, кобальт 0,01.

Засев готового питательного мелассного раствора спорами гриба-продуцента, лабораторное сбраживание и анализ сброженных растворов проводят согласно известному способу. Ферментацию осуществляют грибом Aspergillus

niger штамм P-3, используемого в произ30 водстве для поверхностного сбраживания.

Вариант 2. Раствор микроэлементов готовят согласно примеру 1, вариан-. ту 1. Количество микроэлементов, . вносимых в охлажденный питательный мелассный раствор, составляет: медь

1,0,молибден 1,0,кобальт 0,02.

Вариант 3. Раствор микроэлемен- тов готовят согласно примеру 1, варианту 1. Количество микроэлементов, вносимых в питательный .мелассный 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 P-3 синтез лимонной кислоты увеличивается на 10-183 по отношению к известному способу (контролю), При этом снижается расход мелассы на

1 кг лимонной кислоты на 5-10Х.

П р и м ер 2. Вариант 1, При производстве лимонной кислоты глу-, бинным методом используют гриб А. пх03

Таблица 1

Результаты опытов.

Варианты о

Х к контролю

Съем лимонной кислоты с 1 м г за сутки

Расход мелассы .(46Х по сахару) на

1 кг кислоти, кг

Расход мелассы вХк

1 контроJllO

Известный способ (контроль) 1320

100 3,06

100

0 0

Предлагаемый способ

Вариант 1

0,5 0,5 0,5 0,01 1451

10 10 10 002 1558

2,0 2 ° 0 2эО Ов04 1552

110 2,90

118 2,72

115 2,76

91

5 12013

ger штамм Л-I. Способ опробован в лабораторных усповиях. Раствор микроэлементов, введение его в питательный мелассный раствор, а также дальнейший процесс получения лимонной кислоты осуществляли согласно примеру

1. При этом количество микроэлементов, вносимых из расчета мг на I л среды, составляет: медь 0,5; молибден

0,5, бор 0„5, кобальт 0,01. 10

Пример 2. Вариант 2, Раствор микроэлементов готовят согласно примеру 1.Количествомикроэлементов в 1 мг на 1 л питательного мелассного раствора составляет. медь 1,0, молибден 1,0, 15 бор 1,О, кобальт 0,02.

Пример 2. Вариант 3. Раствор микроэлементов, приготовленный согласно примеру 1, вносят из расчета 1 мг íà 1 л питательного мелассного раствора: медь 2,0, молибден

2,0, бор 2,0, кобапьт 0,04. Результаты примера 2, вариантов 1-3представлены в табл. 2.

Из приведенных в табл. 2 данных

25 видно, что при выращивании А. niger

Л-1 на питательной мелассной среде с внесением комплекса микроэлементов .получено на 13-24Х больше лимонной кислоты, чем при выращивании гриба известным способом. Снижение расхода мелассы при этом составило 12-20Х.

Пример 3. Для производственных условий раствор микроэлементов, введение его в питательный мелассный раствор осуществляют согласно примеру 1. Так как для производственных условий количество мелассноз

ro р аст вора увеличивается до 50 м соответственно увеличивают расход раствора микроэлементов в 5 раэ. В табл. 3 представлены средние резуль-. т аты произ вод ств енной про верки эффективности применения комплекса микроэлементов, полученные на 10 циклах, Как видно из табл. 3, при применении предлагаемого комплекса микроэлементов выход лимонной кислоты увеличивается на 15Х при этом достигнуто снижение удельного расхода мелассы íà I2X.

120!303

Таблица 2 !00 2,58 100

)645

О О

I 19 2 17 84

1957

124 2,07. 80

2033.

113 2 26 88

20 20 20 004

1865

Известный способ (контроль) О, 5,12 100 3,18

100

0 0

0 5,90 115 2,80

Предлагаемый способ

10 0,2

l0 10

Составитель Н, Афанасьевк .

Редактор М.Недолуженко Техред М.Пароцай .КорректоР И. Эрдейи

Заказ 7962/23 Тираж 524 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

l)3035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5

Филиал IIIIH "Патент .., г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Известный способ .(контроль) !

Ф

Предлагаемый способ

Вариант 1

0 ° 5 05 05 001

l 0 1 0 1,0 0,02