Методи отримання лимонної, оцтової та ітаконової кислот

Акрилові полімери з додаванням ітаконової кислоти використовуються при виробництві нетканих матеріалів. 

Невеликі кількості (<2%) ітаконової кислоти, які додають до покриттів на основі вініліденхлориду, надають поліпшену адгезію паперу, целофану і поліетилентерефталатним плівкам, які використовуються як пакувальні матеріали і в фотографії. 

Сополімери поліакрилонітрилу, які мають низький вміст ітаконової кислоти, поліпшують сприйнятливість до фарбування, що важливо при використанні їх у текстильній промисловості [15, c. 164].

Ітаконова кислота може також використовуватися як зміцнюючий агент в органосилоксанових полімерах, які застосовуються у виробництві контактних лінз. 

Сполуки на основі моноефірів ітаконової кислоти мають дуже високу твердість, стійкі щодо стискання і довговічні, тому вони є гарним матеріалом у стоматології.

Деякі моно- і диефіри ітаконової кислоти мають істотні антизапальні або болезаспокійливі властивості. Ряд моноефірів впливають на ріст рослин. 

Важливою є реакція ітаконової кислоти з амінами, яка приводить до утворення N-заміщених піролідонів, що можуть використовуватися як загущувачі в мастилах і мийних засобах, фармацевтичних препаратах і гербіцидах. 

 

 

Продуцент лимонної кислоти повинен мати певні характеристики, а саме:

− високу швидкість кислотоутворення;

− високий ступінь трансформації джерела вуглецю у лимонну кислоту;

− генетичну однорідність та стабільність;

− толерантність до зміни температури та контамінантів середовища, зокрема до високих концентрацій вуглеводів [14, c. 74].

Під час культивування продуценту має бути низький вихід побічних продуктів (щавлевої, глюконової кислот, невикористаних вуглеводів). Перерахованим критеріям, крім Aspergillus niger, відповідають гриби Triho-derma viride, Penicillium janthinellum, дріжджі Candida tropicalis, C. olephila, C. citroformans, Yarrowia lipolytica, бактерії Corynebactreium, Arthrobacterium, Brevibacterium, Bacillus licheniformis [1, c. 94].

Біосинтез лимонної кислоти – це регульований процес, який значною мірою залежить від складу поживного середовища та його фізико-хімічних параметрів. Лимонна кислота є первинним метаболітом A. niger. Зазвичай, первинні метаболіти необхідні для росту та життєдіяльності продуценту.

Метаболічним шляхом вироблення лимонної кислоти в аеробних організмів є цикл трикарбонових кислот (ЦТК). Внаслідок гліколізу з глюкози формується дві молекули піровиноградної кислоти (пірувату). Далі відбувається ферментативне зв’язування однієї молекули пірувату з діоксидом вуглецю з утворенням оксалацетату (щавлевооцтової кислоти):

 

Внаслідок окисного декарбоксилювання іншої молекули пірувату утворюється ацетил-КоА:

CH3COCOOH + NAD+ + HSКoA CH3CO~SКoA + NADH + H+ + CO2

ЦТК починається з реакції конденсації оксалацетату з ацетил-КоА, внас¬лідок якої за участі ферменту цитратсинтази утворюється лимонна кислота:

 

Вплив різних концентрацій нітрату амонію (як джерела азоту для росту міцелію) на синтез лимонної кислоти штамом Aspergillus niger GCBT7 показано на рис. 1.

 

Рис. 1. Вплив різних концентрацій нітрату амонію на синтез лимонної кислоти штамом Aspergillus niger GCBT 7

(процес ферментації проводять за температури 30 °С та первинного вмісту цукру 150 г/л. Ферментаційний період – 6 год. Yв/с = г вихід лимонної кислоти / г спожитого субстрату, Qo = г отриманої лимонної кислоти / л / год, µ (год-1) =

питома швидкості росту, qs= г спожитого субстрату / г клітин / год.

 

Окрім фосфору необхідними елементами в мікрокількостях є сірка, калій, кальцій. Певний вплив на процес синтезу лимонної кислоти мають марганець, залізо та фосфор, магній та мідь. Марганець у концентрації 3 мг/л сильно зменшує вихід лимонної кислоти. Міцелій гриба, що росте на середовищі з цинком, продукує більше лимонної кислоти, ніж у середовищі без цинку. Вміст цинку має підтримуватися на рівні 1,5•10-4% (у розрахунку на ZnSO4).

Достатня для росту гриба та синтезу лимонної кислоти концентрація заліза становить 2•10-6%. За високого вмісту заліза в середовищі відбувається гальмування біосинтезу лимонної кислоти. Магній необхідний як для росту гриба, так і для нагромадження лимонної кислоти. Оптимальною концентрацією сульфату магнію є 0,02-0,025% [6, c. 106].

Значний вплив на синтез лимонної кислоти та самого продуцента має рН. Початкове значення рН має бути чітко визначеним та оптимізованим залежно від мікроорганізму, середовища та технології виробництва. Процес ферментації розпочинається з проростання спор гриба, тому оптимальним рН середовища на початку ферментації має бути 5,0. Для продукування лимонної кислоти рН має бути низьким (рН≤2), що знижує ризик зараження продуцента та фермен-таційного середовища патогенними мікроорганізмами, інгібує виробництво небажаних органічних кислот (глюконової, щавлевої) та значно полегшує процес виділення лимонної кислоти з маточного розчину. Оптимальне рН для синтезу лимонної кислоти становить 1,0-2,0. Збільшення рН до 4,5 на стадії синтезу лимонної кислоти знижує вихід кислоти на 80%. рН мо-же змінюватися у відповідь на метаболічну активність продуцента. Aspergillus niger, Penicillium sp., Rhizopus sp. швидко знижують рН (рН<3). Для інших родів грибів (Trichoderma, Sporotrichum, Pleurotus) рН є стабільним у межах 4,0-5,0 [6, c. 107].

Рівень аерації може мати згубний вплив на вихід продукту. Оскільки виробництво лимонної кислоти – це аеробний процес, тому постачання кисню має значний вплив на виробничий процес. Аерація має відбуватися протягом всього ферментаційного процесу з однаковою інтенсивністю. Високий рівень аерації призводить до утворення піни, особливо у період росту міцелію, тому необхідно застосовувати піногасники. СО2 є субстратом для ферменту піруваткарбоксилази, який поповнює пул оксалацетату в ЦТК. Підвищений