Способ биосинтеза лимонной кислоты

 

Изобретение относится к биотехнологическому производству пищевых кислот. Биосинтез лимонной кислоты проводят при условии циклической подачи источника углерода в питательную среду, содержащую источники азота и минеральных веществ в условиях аэрации. Объем подачи источника углерода в цикле зависит от скорости роста биомассы и/или скорости биосинтеза лимонной кислоты. Длительность одного цикла 0,5-2 ч. В первом цикле обычно вводят 10-15% источника углерода, далее - в зависимости от вышеуказанных параметров процесса. Технический результат заключается в уменьшении удельного расхода питательной среды при уменьшении ее себестоимости. 5 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области биотехнологического производства пищевых кислот, в частности лимонной кислоты, и может быть применено на биотехнологических предприятиях.

Лимонная кислота в настоящее время является одной из наиболее используемых оксикислот. Она широко используется в пищевой, легкой, электронной, радиотехнической и других видах промышленности. Лимонная кислота может быть получена как химическим, так и биохимическим путем. Общеизвестно, что химический синтез лимонной кислоты (как из органического, так и неорганического сырья) экономически не целесообразен как из-за высокой стоимости и сезонности сырья, так и из-за нетехнологичности способов синтеза. В настоящее время практически всю лимонную кислоту получают биотехнологическим способом, используя в качестве сырья отходы сахарного производства и продукты переработки нефти. Известен, в частности, способ синтеза лимонной кислоты (US, патент N 4389484, кл. C 12 P 7/48, 1983), согласно которому на питательной среде, содержащей источники углерода, азота и минеральных веществ, выращивают дрожжи Candida в условиях аэрации и перемешивания с последующим выделением лимонной кислоты традиционным путем. Недостатком известного способа следует признать излишний расход питательной среды, в частности источника углерода, и, следовательно, повышение себестоимости лимонной кислоты при уменьшении процента выхода лимонной кислоты.

Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в повышении удельного выхода лимонной кислоты.

Технический результат, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в уменьшении удельного расхода питательной среды при уменьшении ее себестоимости.

Способ биосинтеза лимонной кислоты согласно предлагаемому изобретению включает в себя выращивание микроорганизмов на питательной среде, содержащей источники углерода, азота и минеральных веществ в условиях аэрации и перемешивания с последующим выделением лимонной кислоты, причем источники азота и минеральных веществ вводят в зону реакции единовременно, а источник углерода вводят в зону реакции циклически, при этом количество источника углерода, подаваемое в течение одного цикла зависит от скорости образования биомассы и/или скорости синтеза лимонной кислоты. Предпочтительно биосинтез лимонной кислоты проводят при содержании репродуцирующих веществ примерно 1,0%. Время цикла зависит от используемой культуры микроорганизмов, вида источников углерода и обычно составляет 1 - 2 ч. Как следует из опыта работы на первых циклах предпочтительно при определении объема подаваемого источника углерода учитывать скорость роста биомассы, а для последующих циклов предпочтительно учитывать скорость синтеза лимонной кислоты. Преимущественно скорость роста биомассы следует учитывать на первых трех циклах. Предпочтительно в первом цикле ввести 5 - 10% от необходимого объема источника углерода.

Заявитель отмечает, что совокупность признаков, введенная им в независимый пункт формулы изобретения, необходима и достаточна для получения указанного технического результата. Признаки, введенные заявителем в зависимые пункты формулы изобретения, развивают и дополняют признаки, введенные в независимый пункт формулы, незначительно усиливая технический результат. Признаки, введенные заявителем в зависимые пункты формулы изобретения, характеризуют некоторые варианты реализации изобретения, не исчерпывая при этом всех возможных вариантов.

Пример 1. В посевном ферментере обычным образом выращивают культуру мицелия Aspergillus Niger. В основной ферментатор подают стерилизованный концентрат минеральных веществ в виде концентрированных растворов FeSO₄, ZnSO₄, (NH₄)₂SO₄, KH₂PO₄, MgSO₄ · 7H₂O. Концентрат разбавляют водой до содержания солей, г/л: (NH₄)₂SO₄ - 2,0, KH₂PO₄ - 2,0, MgSO₄ · 7H₂O - 0,5, FeSO₄ - 0,001. Затем в ферментатор вводят подготовленный раствор сахара в количестве 30% от необходимого количества. В ферментатор вводят посевной материал грибов Aspergillus niger ВКПМ F-722 и ведут выращивание при T = 30^oC, аэрации 0,6 м³/ч, перемешивании, далее сахар вводят циклически с длительностью цикла 1,5 ч, в течение первых 3-х циклов было подано 20% сахара от общего количества так, чтобы остаточное количество сахара не превышало 1%, далее сахар вносили циклически, амплитуда цикла зависела от скорости биосинтеза лимонной кислоты. В результате была синтезирована лимонная кислота с выходом 120% от поданного углеродного субстрата.

Пример 2. В посевном ферментере обычным образом выращивают культуру дрожжей Candida lipolytica ВКПМ - 2706 и при этом время цикла составляло 0,5 ч, остаточное количество сахара не превышало 0,5%. Выход лимонной кислоты составил 92%.

Приведенные примеры не ограничивают область применения способа.

Формула изобретения

1. Способ биосинтеза лимонной кислоты, включающий проведение ферментации на питательной среде, содержащей источники углерода, азота и питательных минеральных веществ, в условиях аэрации и перемешивания с последующим выделением лимонной кислоты, отличающийся тем, что источник углерода подают в процесс ферментации циклически, причем количество источника углерода, подаваемое за каждый цикл, меняют в зависимости от скорости образования биомассы и/или от скорости биосинтеза лимонной кислоты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс ведут при остаточной концентрации редуцирующих веществ в среде 0,5 - 1,0%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что длительность цикла составляет 0,5 - 2 ч.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что расход источника определяют в первых циклах по скорости образования биомассы.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что расход источника углерода по скорости образования биомассы определяют на первых трех циклах.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в первом цикле вводят 10 - 15% источника углерода.