Методи отримання лимонної, оцтової та ітаконової кислот

Аерація ПС забезпечує життєдіяльність ОКБ у глибинних шарах. При циркуляції ці ОКБ разом  з рідиною знову повертаються у верхню частину апарату і повторно беруть участь в окислювальному процесі. У даному способі застосовується типове лабораторне обладнання циркуляційної схеми, а в збірнику кожного окислювача розміщується кільцевий барботажний аератор. Одночасно працюють 4 окислювачі, об’єднані  в батарею переточними трубами, по яких ПС переміщається з апарата в апарат.

Сусло має наступний склад (%): этанол - 10,2-10,6, гідроортофосфат амонію - 0,1, карбонат калію - 0,01, сульфат амонію - 0,05, витяжка солодових паростків - 0,8, сульфат магнію - 0,01, хлорид магнію - 0,003 [20, c. 85].

Технологічний процес підтримують при температурі 30-32°С, витраті повітря на аерацію 3-5 м3/год на 1 м3 букової стружки та інтенсивності циркуляції ПС  в окислювачах 0,4-0,5 м3/год на 1 м3 букової стружки. Батарея окислювачів працює в режимі, наведеному  в табл. 4.

 

Таблиця 4

Режим роботи апаратів батареї окислювачів 

при безперервному комбінованому режимі

Апарати Коефіцієнт розведення сусла, ч-1 Концентрація кислоти, 

мас. %   Концентрація етанолу,

% 

I 0,008-0,010 7,6-7,8 1,5-1,75

II 0,007-0,008 8,4-8,5 1,10-1,20

III 0,005-0,007 8,6-8,7 0,65-0,68

IV - 9,0-9,2 0,15-0,20

У I окислювач батареї безупинно подають сусло зі швидкістю 60 л/год. Зі збірника I окислювача частина культуральної рідини передається в II окислювач у кількості, рівній припливу в I окислювач. Додатково в цей окислювач подають 50 л/год сусла. Зі збірника II окислювача ПС зі швидкістю 110 л/год надходить на циркуляцію у всмоктувальний трубопровід відцентрового насоса III окислювача. З останнього апарата періодично (через 18-19 год.) відкачують сирий оцет для фільтрації, купажу і розливу [20, c. 86].

Технологічні показники роботи комбінованої схеми: знімання безводної оцтової кислоти з 1 м3 букової стружки - 13 кг на добу, витрати етанолу - 103 дал/1000 дал оцту з концентрацією 9,0 мас. %, вихід сирого оцту - 87-88 мас. %.

 

 

Ітаконова (метиленянтарна) кислота - ненасичена двоосновна кислота, яка може бути отримана хімічним (з лимонної або аконітової кислоти) або мікробіологічним способом. 

Ітаконова кислота є продуктом метаболізму вуглеводів грибами роду Aspergillus. Продуцентами кислоти у промисловості є спеціально селекціоно-вані штами A. terreus, які, на відміну від A. itaconicus, не розкладають ітаконову кислоту [16, c. 8]. 

Ітаконова кислота, на відміну від лимонної, є токсичним для мікроорганізмів продуктом. При концентрації її в середовищі близько 70 г/л спостерігається пригнічення росту продуцента і синтезу продукту. Уникнути токсичної дії при накопиченні кислоти можна нейтралізацією її за допомогою NH4OH. Періодичне введення NH4OH і підтримка значення рН середовища на рівні 3,8 забезпечує нагромадження до 150-200 г/л ітаконової кислоти.

Характерна особливість процесу синтезу ітаконової кислоти за допомогою A. terreus - необхідність внесення в середовище високих концентрацій іонів таких металів, як Zn2+, Mg2+ і Cu2+ [25, c. 479].

Для приготування інокуляту спори грибів пророщують  у рідкому або щільному середовищі, яке містить мелясу з кінцевою концентрацією 15%, ZnSO4 - 1,5 моль, MgSO4 • 7H2ПРО - 5,0 моль, CuSO4 • 5H2O - 0,02 моль, соєве масло - 0,25 моль, воду - до 1 л. Інкубацію проводять з аерацією (0,25 об’єму повітря на 1 об’єм рідини) і сильним перемішуванням. У таких умовах спори проростають, утворюється міцелій, рН знижується з 7,5 до 4,0.

В Україні розроблена технологія виробництва ітаконової кислоти методами поверхневого  і глибинного культивування. У результаті багатоступінчатої обробки природного штаму мутагенами  і наступним відбором селекціоновано ряд високоактивних мутантів A. terreus, один з них (ЕУУ-417) використовується для виробництва ітаконової кислоти на підприємствах [8, c. 90].

Для одержання високого виходу ітаконової кислоти необхідним є лімітування середовища за фосфат-іонами. 

Процес синтезу ітаконової кислоти аналогічний процесу одержання лимонної кислоти. Найкращими субстратами для культивування є глюкоза і сахароза, однак у промисловості використовують, в основному, мелясу, попередньо оброблену іонітами або фероціанідом, а також гідролізований крохмаль. Процес проводять в умовах обмеження росту гриба мінеральними компонентами середовища (залізом і фосфором) при низькому рН середовища і достатньому забезпеченні киснем. Оптимальна температура культивування складає 37°С. Найчастіше використовується глибинний метод.

У якості посівного матеріалу при поверхневому і глибинному методах ферментації у промисловості використовують сухі конідії гриба, відокремлені від міцелію і змішані з активним вугіллям або стерильним грунтом.

При поверхневому способі процес ферментації здійснюється у кюветах за беззмінним варіантом без долива або з доливом. Як джерело вуглецю використовують бурячну мелясу або гідролізат деревини - подвійне з’єднання глюкози з NaCl. Раціональна концентрація цукру становить 8%. Крім того, середовище містить NH4NO3, MgSO4 • 7H20, ZnSO4 • 7H2O, K4Fе(СN)6 і кукурудзяний екстракт. Початкове значення рН середовища - 5,0. Важливим фактором є повітряний режим в «бродильній камері» [80, c. 91].

При глибинному способі процес здійснюється послідовно у двох ферментаторах. Середовище в посівному ферментаторі засівається спорами гриба. Наприкінці  експонентної фази росту міцелій передається з посівного в основний апарат. Ферментаційне середовище містить 15% цукру меляси (склад солей