Способ стерилизации питательных сред и ферментатора для производства лимонной кислоты
Владельцы патента RU 2555521:
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт пищевых добавок" (ФГБНУ ВНИИПД) (RU)
Изобретение относится к способу стерилизации питательной среды и ферментатора для производства лимонной кислоты. Способ предусматривает очистку ферментатора, загрузку в ферментатор питательной среды и дальнейшую стерилизацию питательной среды и ферментатора антисептиком под избыточным давлением 0,08-0,10 МПа в течение 10-30 мин и при температуре 20-25°С. Изобретение обеспечивает сокращение времени стерилизации при сохранении абсолютной стерильности питательных сред. 2 табл., 5 пр.
Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к способам стерилизации питательных сред и ферментатора для производства лимонной кислоты.
В биотехнологическом производстве лимонной кислоты основными источниками инфицирующей микрофлоры, попадающей в ферментатор, являются воздух, сырье и питательные среды. Воздух очищают от микроорганизмов с помощью фильтров, сырье и питательные среды перед ферментацией предварительно подвергают термообработке под избыточным давлением.
Сырье, питательные среды и ферментатор в производстве лимонной кислоты стерилизуют раздельно.
В производстве лимонной кислоты известен способ стерилизации ферментационной камеры пароформалиновой смесью, нагретой перед подачей до 45°С, а затем с помощью водяного пара - до 65°С, с последующим выдерживанием в течение (2-3) ч (расход смеси на 1 м3 объема камеры составляет (10-20) г формальдегида), дегазацией в течение 0,5 ч пароаммиачной смесью из расчета 0,57 кг на 1 кг формальдегида, промывкой горячей водой и пропариванием в течение (15-20) мин (Смирнов В.А. Пищевые кислоты (лимонная, молочная, винная). - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983; с.141). Недостатком использования пара является необходимость значительных энергозатрат, а формалин и аммиак относятся к экологически опасным средствам.
Наиболее близким техническим решением является способ стерилизации питательных сред и ферментатора, включающий стерилизацию питательной среды, очистку и стерилизацию ферментатора (Смирнов В.А. Пищевые кислоты (лимонная, молочная, винная). - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983; с.114, с.125. Стерилизацию питательной среды на основе мелассы - традиционного сырья в производстве лимонной кислоты проводят термообработкой насыщенным водяным паром при температуре (125-130)°С в течение 30 мин. По справочным данным давление насыщенного водяного пара при температуре (125-130)°С соответствует значению (0,23-0,27) МПа (Гороновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. Краткий справочник по химии. - Киев: Наукова Думка. - 1972, с.778). Стерилизацию ферментатора осуществляют насыщенным сухим водяным паром под избыточным давлением (0,12-0,15) МПа в течение (2-3) ч).
Однако известный способ имеет следующие недостатки. Под действием повышенных температур и давления ухудшается качество мелассных сред для ферментации, а именно происходит карамелизация сахаров и быстрое течение меланоидиновой реакции взаимодействия моносахаридов и азотсодержащих соединений, в результате чего снижается содержание сахаров и азота, необходимых для жизнедеятельности продуцентов. Также могут образовываться ингибиторы роста продуцентов. Кроме того, использование высоких температур в процессе стерилизации (125-130)°С требует значительных энергозатрат. Процесс также является длительным по времени.
Задачей предлагаемого решения является разработка способа, дающего возможность снизить температуру тепловой обработки питательных сред и обеспечивающего абсолютную стерильность сред.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности процесса стерилизации за счет снижения энергозатрат и сокращения времени стерилизации при сохранении абсолютной стерильности сред.
Технический результат достигается тем, что в известном способе стерилизации питательных сред и ферментатора для производства лимонной кислоты, включающем стерилизацию питательной среды, очистку и стерилизацию ферментатора, согласно изобретению после очистки в ферментатор загружают питательную среду и далее проводят стерилизацию ферментатора и питательной среды антисептиком под избыточным давлением 0,08-0,10 МПа в течение 10-30 мин и при температуре 20-25°С.
Проведение стерилизации питательной среды и ферментатора антисептиком, а также подбор режима процесса стерилизации обеспечивает абсолютную стерильность питательных сред и повышение эффективности процесса.
Сведения, подтверждающие возможность достижения технического результата предлагаемого изобретения, представлены в примерах.
В примерах использовали ферментатор вместимостью 30 дм3, предназначенный для ферментации питательных сред в лимонную кислоту. Ферментатор и питательные среды инфицированы воздушной микрофлорой (бактерии, грибы) и дрожжами рода Candida, представляющими наибольшую опасность для биотехнологического производства пищевых кислот. Количество микроорганизмов на 1 дм3 объема питательной среды находилось в пределах от 104 до 106 колониеобразующих единиц (КОЕ), существенно превышающими нормативный уровень, установленный для сырья в производстве лимонной кислоты. Согласно требованиям, предъявляемым к мелассам для производства лимонной кислоты, они не должны содержать споровые термоустойчивые формы микроорганизмов; обсемененность меласс не должна превышать 2500 КОЕ/г (Никифорова Т.А., Мушникова Л.Н., Львова Е.Б. Основы микробного синтеза лимонной кислоты. - СПб, 2005, 180 с., с.57, табл.18).
ПРИМЕР 1
В очищенный с помощью моющего средства инфицированный ферментатор с нестерильной мелассной средой через дозирующее распределительное устройство типа форсунка подают 500 см3 3%-ного водного раствора антисептика Виркон на основе моноперсульфата калия (изготовитель фирма KRKA, Словения), из расчета 0,5 г антисептика на 1 дм3 объема ферментатора, перемешивают с помощью мешалки в течение 10 мин при скорости вращения 200 оборотов в минуту. С помощью сжатого воздуха, подаваемого в ферментатор компрессором через фильтрующее устройство, создают избыточное давление 0,08 МПА и выдерживают в течение 30 мин при температуре 20°С. По окончании процесса стравливают давление в ферментаторе и проводят микробиологический контроль качества стерилизации путем высева из мелассной среды на агаризованные среды по ГОСТ 10444.12-88, ГОСТ 10444.15-94, ГОСТ Р 52304-2005. Затем ферментатор с мелассной средой используют для ферментации.
ПРИМЕР 2
В качестве антисептика используют 0,001% водный раствор МСХ-07 на основе сульфаминовой кислоты (ООО «СпецЛитКемистри», Россия) в количестве 1 дм3 с содержанием МСХ-07 0,01 г, которым с помощью гидропульта орошают стенки ферментатора с нестерильной мелассной средой в течение 10 мин при температуре 25°С из расчета 0,1 г средства МСХ-07 на 1 дм3 объема ферментатора под избыточным давлением 0,09 МПа.
ПРИМЕР 3
Стерилизацию ферментатора с ферментационной средой проводят аналогично примеру 1, но используют нестерильную сахарозо-минеральную среду. В качестве антисептика применяют 3% водный раствор перекисьсодержащего средства Абсолюцид-окси (ЗАО «Химический завод «АЛДЕ3-Иннова», Россия), который используют в количестве 500 см3 с содержанием антисептика 15 г и выдерживают при перемешивании в течение 30 мин при температуре 20°С.
ПРИМЕР 4
Стерилизацию ферментатора с нестерильной сахарозо-минеральной средой проводят аналогично примеру 2, но используют раствор Оксилизина в количестве 500 см3 с содержанием антисептика 12 г в течение 20 мин под избыточным давлением 0,1 МПа.
ПРИМЕР 5 (по прототипу)
Инфицированный ферментатор с нестерильной мелассной средой стерилизуют в течение 3 ч насыщенным сухим водяным паром под избыточным давлением 0,15 МПа.
Показатели микробиологической чистоты ферментатора с питательной средой представлены в таблице 1. Физико-химические свойства мелассной и сахарозо-минеральной сред представлены в таблице 2.
Результаты, полученные в примерах 1-4 по предлагаемому способу, и в примере 5 - по прототипу, показывают, что предлагаемый способ позволяет проводить одновременную стерилизацию ферментатора и питательной среды. По сравнению с прототипом новый способ позволяет полностью инактивировать инфицирующую микрофлору, присутствующую в количествах, значительно превышающих требования к сырью для производства лимонной кислоты, и отрицательно влияющей на биотехнологический процесс. Использование безвредных антисептиков обеспечивает сохранение состава питательной среды, позволяет снизить экологическую нагрузку на процесс. За счет отсутствия затрат на создание пара новый способ позволяет сократить энергозатраты и длительность стерилизации.
| Таблица 2 | ||
| Содержание основных компонентов питательных сред | ||
| Наименование показателя, ед. изм. | Величина показателя в ферментационной среде: | |
| мелассной | сахарозо-минеральной | |
| Исходная среда | ||
| Массовая доля суммы ферментируемых сахаров, % | 13,1±0,1 | 14,1±0,1 |
| Азотсодержащие вещества, % | 0,62±0,02 | 0,085±0,002 |
| рН, ед. | 6,1±0,1 | 2,4±0,1 |
| Среда после стерилизации по примерам 1-4 | ||
| Массовая доля суммы ферментируемых сахаров, % | 13,1±0,1 | 14,2±0,2 |
| Азотсодержащие вещества, % | 0,60±0,02 | 0,083±0,001 |
| рН, ед. | 6,1±0,1 | 2,3±0,1 |
| Среда после стерилизации по примеру 5 | ||
| Массовая доля суммы ферментируемых сахаров, % | 7,6±0,1 | 11,7±0,3 |
| Азотсодержащие вещества, % | 1,56±0,1 | 0,22±0,02 |
| рН, ед. | 6,4±0,1 | 2,2±0,1 |
Способ стерилизации питательной среды и ферментатора для производства лимонной кислоты, включающий очистку ферментатора, загрузку в ферментатор питательной среды и дальнейшую стерилизацию питательной среды и ферментатора антисептиком под избыточным давлением 0,08-0,10 МПа в течение 10-30 мин и при температуре 20-25°С.
