Способ получения цитрата кальция
Владельцы патента RU 2261915:
Государственное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт пищевых ароматизаторов, кислот и красителей Российской академии сельскохозяйственных наук (ГУ ВНИИПАКК) (RU)
Изобретение относится к получению органических кислот, в частности лимонной кислоты. Способ включает выделение цитрата кальция и кислотостабильных амилолитических ферментов из культурального раствора после ферментации грибом Aspergillus niger. Процесс выделения ведут при рН 3,2-5,9 и температуре 10-50°С. Способ позволяет увеличить выход цитрата кальция и комплекса кислотостабильных амилолитических ферментов: α-амилазы и глюкоамилазы. 1 табл.
Изобретение относится к микробиологической промышленности и касается способа выделения лимонной кислоты из культурального раствора после ферментации грибом Aspergillus niger питательных сред на основе гидролизата крахмала, в частности способа выделения лимонной кислоты в виде соли, а также касается получения ферментов.
Известный способ выделения соли лимонной кислоты - цитрата кальция заключается в том, что после процесса ферментации грибом Aspergillus niger культуральную жидкость фильтруют от биомассы на нутч-фильтре. Осветляют фильтрат активированным углем. Уголь отфильтровывают и промывают обессоленной водой. Промывные воды и фильтрат нейтрализуют 2 ч при 80°С, фильтруют на нутч-фильтре. Промывают горячей обессоленной водой осадок цитрата кальция на фильтрате до отрицательной реакции промывных вод на сульфаты и хлориды. Осадок сушат при 60°С. Получают 16820 г цитрата кальция тетрагидрата реактивной чистоты /1/. Выход соли от теоретического по реакции составляет 62,3%. После отделения цитрата кальция получают цитратсодержащий фильтрат, который является отходом производства и подвергается различным видам утилизации. Способом /1/ не предусмотрена возможность получения из цитратсодержащего фильтрата кислотостабильных амилолитических ферментов.
Известен способ выделения препарата гомогенной α-амилазы из культуральной жидкости после ферментации питательной среды термофильным штаммом В.stearothermophilus. Фильтрат культуральной жидкости, содержащий 5,0 ед АС/мг белка, концентрируют методом ультрафильтрации до выделения раствора с активностью 10,6 ед АС/мг белка, затем проводят осаждение комплекса ферментов этиловым спиртом, высушивание осадка, последующую глубокую очистку препарата от сопутствующих ферментов - примесей. Выход чистого препарата α-амилазы составляет 22,1% /2/.
В способе выделения фермента метод ультрафильтрации позволяет провести концентрирование фильтрата культуральной жидкости без фазового превращения при комнатной температуре и при одновременном освобождении от балластных веществ (пигментов, азотистых и других соединений).
Однако известный способ не предусматривает получение и выделение из культуральной жидкости двух продуктов: низкомолекулярного соединения и комплекса ферментов.
Наиболее близким предлагаемому изобретению является способ получения цитрата кальция из растворов после ферментации, содержащих 117 г/дм3 лимонной кислоты, включающий смешивание раствора лимонной кислоты и раствора одного из соединений кальция: гидроксида кальция, оксида кальция, карбоната кальция, содержащего в расчете на оксид кальция 182 г/дм3 в течение не более 1 сек в смесителе, затем реакцию обмена с образованием пересыщенного раствора цитрата кальция при температуре 20-50°С в течение 20 минут и рН 4,5-5,9 в аэродинамической трубе, осаждение цитрата кальция при температуре 60-90°С и рН 5,4-6,5 в течение до 2 ч в одном или последовательно в двух котлах /3/.
В результате непрерывного процесса получают цитрат кальция, чистота которого подтверждена тестами:
а) по оптической плотности раствора, полученного после разложения цитрата кальция серной кислотой;
б) по поведению относительно концентрированной серной кислоты /3/.
Возможность получения и выделения кислотостабильных амилолитических ферментов в способе отсутствует.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является выделение из культурального раствора после ферментации грибом Aspergillus niger среды на основе гидролизата крахмала дополнительного продукта: комплекса кислотостабильных амилолитических ферментов.
Технический результат предлагаемого изобретения достигается способом получения цитрата кальция из содержащего лимонную кислоту культурального раствора после ферментации грибом Aspergillus niger, включающим добавление соединения кальция к культуральному раствору, осаждение цитрата кальция в кислой среде и отделение цитрата кальция от раствора, в котором согласно изобретению используют обладающий α-амилазной и глюкоамилазной активностями культуральный раствор, к которому добавляют суспензию соединения кальция, содержащую в расчете на оксид кальция 0,22-0,28 кг/дм3 до рН среды в пределах 3,2-5,9 и при температуре в пределах 10-50°С, осаждают цитрат при этих условиях в течение 30-60 минут, затем после отделения целевого продукта получают раствор комплекса кислотостабильных амилолитических ферментов.
Сведения, подтверждающие возможность достижения технического результата предлагаемого изобретения, представлены в примерах.
В примерах используют культуральный раствор, который получают ферментацией среды на основе гидролизата крахмала грибом Aspergillus niger и фильтрованием культуральной жидкости /4/.
Культуральный раствор представляет собой жидкость, концентрация лимонной кислоты в котором составляет 100-150 г/дм3, значение α-амилазной активности (АС) - (0,5-2,5) ед/см3, глюкоамилазной активности (ГлС) - (20,0-90,0) ед/см3, рН 1,3-2,8. В примерах используют культуральный раствор, имеющий концентрацию лимонной кислоты 127 г/дм3, АС 2,5 ед/см3, ГлС 90 ед/см3, pH 2,0.
Для выделения цитрата кальция используют известковое молоко, которое приготавливают в виде суспензии с плотностью 1,16-1,20 г/дм3 и содержащее в расчете на оксид кальция 0,22-0,28 кг/дм3 суспензии.
Кроме известкового молока для осаждения цитрата кальция можно использовать такие соединения, как мел, оксид кальция.
В примерах используют известные методы анализа: колориметрический метод для определения АС и ГлС растворов, титриметрический метод для определения кислотности растворов, тесты на чистоту цитрата кальция, комплексонометрический метод для определения массовой доли цитрата кальция.
Пример 1.
К культуральному раствору после ферментации грибом Aspergillus niger объемом 1 дм3, содержащему 127 г лимонной кислоты и имеющему рН 2,0, α-амилазную активность 2,5 ед/см3 и глюкоамилазную активность 90 ед/см3, прибавляют суспензию известкового молока плотностью ρ 1,16 г/см3 при температуре +10°С до рН среды 3,2, выдерживают реакционную смесь при температуре +10°С и рН среды 3,2 в течение 60 минут. Осадок цитрата кальция отделяют на воронке Бюхнера.
В отделенном растворе определяют кислотность (%) титриметрическим методом, ферментативную активность АС и ГлС колориметрическим методом.
Осадок цитрата кальция промывают водой с температурой 50-60°С до рН промывных вод, равного 5,8-6,0. Сушат при температуре 105°С, получают цитрат кальция, массовая доля которого составляет 99,29% в расчете на абсолютно сухое вещество.
Результаты представлены в таблице.
Пример 2.
К культуральному раствору объемом 1 дм3, с содержанием лимонной кислоты 127 г, АС 2,5 ед/см3, ГлС 90 ед/см3, рН 2,0 прибавляют суспензию известкового молока с плотностью ρ 1,16 г/см3 при температуре +50°С до рН среды 3,2, выдерживают смесь при рН 3,2 и температуре +50°С в течение 30 минут, затем отделяют осадок на воронке Бюхнера.
В отделенном растворе определяют кислотность и активность кислотостабильных амилолитических ферментов.
Осадок цитрата кальция промывают водой при температуре 50-60°С, сушат при 105°С, как в примере 1.
Результаты представлены в таблице.
Пример 3.
К культуральному раствору объемом 1 дм3, с содержанием лимонной кислоты 127 г, АС 2,5 ед/см3, ГлС 90 ед/см3, рН 2,0 прибавляют суспензию мела с плотностью ρ 1,17 г/см3 при температуре +20°С до рН среды 4,5, выдерживают реакционную смесь при рН 4,5 и температуре +20°С в течение 45 минут, затем отделяют осадок на воронке Бюхнера.
В отделенном растворе определяют кислотность и активность кислотостабильных амилолитических ферментов.
Осадок цитрата кальция промывают водой при температуре 50°С, сушат при 105°С, как в примере 1.
Результаты представлены в таблице.
Пример 4.
К культуральному раствору объемом 1 дм3, с содержанием лимонной кислоты 127 г, АС 2,5 ед/см3, ГлС 90 ед/см3, рН 2,0 прибавляют суспензию известкового молока с плотностью ρ 1,19 г/см3 при температуре +10°С до рН среды 5,9, затем выдерживают реакционную смесь при этих условиях в течение 30 минут, после чего отделяют осадок фильтрованием.
В отделенном растворе комплекса ферментов определяют кислотность и активность АС, ГлС.
Осадок цитрата кальция промывают водой при температуре 50-60°С, сушат при 105°С, как в примере 1.
Результаты опыта представлены в таблице.
Пример 5.
К культуральному раствору объемом 1 дм3, с содержанием лимонной кислоты 127 г, АС 2,5 ед/см3, ГлС 90 ед/см3, рН 2,0 прибавляют суспензию известкового молока с плотностью ρ 1,19 г/см3 при температуре +50°С до рН среды 5,9, выдерживают при этих условиях реакционную смесь в течение 60 минут, после чего отделяют осадок фильтрованием.
В отделенном растворе комплекса ферментов определяют кислотность и активность АС, ГлС.
Осадок цитрата кальция промывают водой при температуре 50-60°С, сушат при 105°С, как в примере 1.
Результаты опыта представлены в таблице.
Пример 6 (по прототипу).
К культуральному раствору, как в примере 1, прибавляют известковое молоко, содержащее в расчете на оксид кальция 0,182 кг/дм3 (ρ 1,184 г/см3), при температуре +50°С до рН среды 5,9, затем выдерживают смесь при температуре 70°С и рН 5,9 в течение 120 минут, после чего осадок цитрата кальция отделяют фильтрованием.
В отделенном растворе определяют кислотность и ферментативную активность.
Осадок цитрата кальция сушат при 105°С, как в примере 1.
Результаты опыта представлены в таблице.
| Таблица | |||||||||
| № п/п | Условия осаждения цитрата кальция из культурального раствора при АС 2,5 ед/см3, ГлС 90 ед/см3 | Выход цитрата кальция от теоретического, % | Характеристика раствора комплекса ферментов | ||||||
| Кислотность, % | Ферментативная активность | ||||||||
| рН | Температура, °С | Время, мин | |||||||
| АС | ГлС | ||||||||
| ед/см3 | % | ед/см3 | % | ||||||
| 1 | 3,2 | 10 | 60 | 44,3 | 1,30 | 2,14 | 85,6 | 75,87 | 84,3 |
| 2 | 3,2 | 50 | 30 | 50,1 | 0,49 | 1,89 | 75,6 | 66,80 | 74,0 |
| 3 | 4,5 | 20 | 45 | 47,6 | 0,49 | 2,39 | 95,6 | 84,70 | 94,1 |
| 4 | 5,9 | 10 | 30 | 51,0 | 0,17 | 2,42 | 97,0 | 87,30 | 97,0 |
| 5 | 5,9 | 50 | 60 | 57,2 | 0,07 | 2,28 | 91,2 | 80,70 | 89,6 |
| 6 | (по прототипу) | ||||||||
| 5,9 | 70 | 120 | 61,2 | 0,05 | Отсутствует | Отсутствует |
Сравнение представленных в таблице результатов примеров 1-5 по предлагаемому изобретению и примера 6 по прототипу показывает то, что из культурального раствора после ферментации грибом Aspergillus niger, содержащего лимонную кислоту и имеющего ферментативную активность АС и ГлС, способом по предлагаемому изобретению получают цитрат кальция с выходом от теоретического 44,0-57,2% и комплекс кислотостабильных амилолитических ферментов: α-амилазы и глюкоамилазы с выходом 74-97%.
В условиях примера 6 (по прототипу) получен цитрат кальция (выход 61,2%), но из культурального раствора, как в примерах 1-5, в условиях примера 6 не получены ферменты, так как при температуре выше 70°С и длительности выдержки 120 минут раствор теряет ферментативную активность.
Таким образом, способом по предлагаемому изобретению получены два продукта: цитрат кальция и раствор комплекса кислотостабильных амилолитических ферментов. Оба продукта могут быть использованы в пищевой промышленности.
Источники информации
1. Патент РФ №2132878, МПК7 С 12 Р 7/40, С 12 Р 7/48, 1999.
2. Грачева И.М. Технология ферментных препаратов. М.: Агропромиздат, 1987. С.177.
3. Заявка ФРГ 3014503, МКИ3 С 07 С 59/265, 1981.
4. Патент РФ №2132384, МПК6 С 12 Р 7/48, C 12 N 1/44, 1999.
Способ получения цитрата кальция из содержащего лимонную кислоту культурального раствора после ферментации грибом Aspergillus niger, включающий добавление соединения кальция к культуральному раствору, осаждение цитрата кальция в кислой среде и отделение цитрата кальция от раствора, отличающийся тем, что используют обладающий α-амилазной активностью в пределах 0,5-2,5 ед./см3 и глюкоамилазной активностью в пределах 20-90 ед./см3 культуральный раствор, к которому добавляют суспензию соединения кальция, содержащую в расчете на оксид кальция 0,22-0,28 кг/дм3, до рН среды в пределах 3,2-5,9 и при температуре в пределах 10-50°С, осаждают цитрат при этих условиях в течение 30-60 мин, затем после отделения целевого продукта получают раствор комплекса кислотостабильных амилолитических ферментов.
