WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 12 | 13 || 15 | 16 |   ...   | 49 |

«Т. Г. Волова БИОТЕХНОЛОГИЯ Ответственный редактор академик И. И. Гительзон Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации в ...»

-- [ Страница 14 ] --

Для технических нужд органические кислоты получают химическим путем; применяемые в пищевой и фармацевтической промышленности – в различных биотехнологических процессах. Это производства лимонной, молочной, уксусуной, итаконовой, пропионовой и глюконовой органических кислот; (молочная и уксусные кислоты производятся также и химическим путем).

Органические кислоты в системе микробного метаболизма являются продуктами деградации источника энергии и углерода. Так, лимонная, изолимонная, кетоглутаровая, янтарная, фумаровая и яблочная кислоты – интермедиаты цикла трикарбоновых кислот у большинства аэробных микроорганизмов. Глюконовая, кетоглюконовая и винная кислоты – промежуточные продукты прямого окисления глюкозы (без фосфорилирования) некоторых аэробных бактерий и грибов. Молочная, масляная и пропионовая кислоты являются конечными продуктами метаболизма углеводов у анаэробных бактерий. Уксусная кислота – продукт окисления этанола; а алифатические моно- и дикарбоновые кислоты – промежуточные продукты окисления нормальных алканов. Таким образом, возможности микроорганизмов для получения на основе их метаболизма органических кислот велики.

Для сверхсинтеза отдельных кислот нужны селективные, строго определенные условия. При сбалансированном росте микроорганизмов на полноценной среде накопления органических кислот не происходит, так как являясь промежуточными продуктами в системе микробного метаболизма, органические кислоты – исходный материал для синтеза других макромолекул. Время максимальной скорости образования в клетке органических кислот, как и многих других метаболитов, не совпадает во времени со скоростью размножения клеток и накоплением биомассы. Сверхсинтез органических кислот наблюдается при торможении скорости роста продуцента и блокировании процессов биосинтеза, требующих участия кислот в качестве субстрата, то есть при нарушении процессов диссимиляции имеющегося эндогенного субстрата и процессов синтеза основных (азотсодержащих) компонентов клетки. Такими условиями, как правило, является полное или избыточное содержание в среде источника углерода и энергии и дефицит биогенных элементов, ограничивающих рост клеток.

Большинство органических кислот получают, лимитируя рост клетокпродуцентов дефицитом азота или фосфора при избытке углеродсодержащего субстрата. Поэтому микробиологические процессы получения органических кислот – двухфазные (рис. 2.4): на первом этапе происходит так называемый сбалансированный рост при максимальном накоплении биомассы и потреблении углеродного и энергетического субстрата, а также лимитирующего биогена; на втором – происходит замедление скорости роста клеток. В результате этого прирост биомассы прекращается и начинается интенсивное кислотообразование. Длительность фазы интенсивного кислотообразования определяется наличием углеродсодержащего субстрата в среде. Важным условием кислотообразование большинства органических кислот (за исключением молочной) является хороший режим аэрации, а также величина рН среды.

Способность продуцировать ту или иную кислоту – широко распространенное среди микроорганизмов свойство. В качестве производственных культур используют специально подобранные штаммы, продуцирующие целевую кислоту в виде монопродукта с высокими выходами и эффективным усвоением углеродного субстрата. При многих производствах органических кислот экономический коэффициент по углероду достигает 90 % и выше. В качестве продуцентов используют бактериальные, дрожжевые и грибные культуры (Lactobacillus, Arthrobacter, Alcaligenes, Candida, Aspergillus, Penicillium, Trichoderma). Способы ферментации в микробиологических процессах производства органических кислот – разнообразны. Среди них – поверхностные жидко- и твердофазные процессы, а также глубинные, включая проточные культуры. В последние годы разработаны принципиально новые и эффективные биотехнологии с использованием иммобилизованных целых клеток и ферментов. Также разнообразны и субстраты, используемые в производстве органических кислот.

Применяемые в начале века глюкоза и сахароза со временем стали заменять более доступными комплексными средами (мелассой, гидролизным масса мицелия, г/200 мл Рис. 2.4. Рост Aspergillus niger и образование лимонной кислоты (по Прескот и Дэн, 1952).

1 – титруемая кислотность среды (в пересчете на лимонную кислоту), 2 – лимонная кислота, крахмалом); в 60-е годы были разработаны новые процессы получения органических кислот на жидких парафинах нефти.

Получение лимонной кислоты Лимонная кислота (СН2 – СООН – СОНСООН – СН2СООН) – трехосновная оксикислота, широко распространенная в плодах и ягодах. Она широко применяется в пищевой промышленности при производстве кондитерских изделий и напитков, в фармацевтической, химической и текстильной промышленности. Лимонная кислота была идентифицирована в качестве продукта метаболизма плесневых грибов в 1893 г. Вемером. В настоящее время это кислота по объемам производства (свыше 350 тыс.

т/г) занимает первое место среди всех органических кислот.

У микроорганизмов синтез лимонной кислоты реализуется в цикле дикарбоновых кислот и осуществляется в результате конденсации кислоты с четырьмя атомами углерода и двумя карбоксильными группами и кислоты с одной карбоксильной группой. Образуемая в результате гликолиза пировиноградная кислота связывается с углекислотой; синтезируемая при этом щавелевоуксусная кислота реагирует с уксусной кислотой с образованием лимонной кислоты, то есть образование лимонной кислоты включает реакции гликолиза и ряд реакций цикла Кребса. При каждом обороте цикла молекула щавелевоуксусной кислоты взаимодействует с уксусной, образуя лимонную кислоту:



Производство лимонной кислоты методом ферментации плесневых грибов принадлежит к числу давних биотехнологических процессов. Первое производство было реализовано в конце XIX века. Совершенствование процесса получения лимонной кислоты тесно связано с разработкой многих фундаментальных аспектов микробиологии (борьбой с микробным загрязнением производственной культуры, оптимизацией состава питательных сред, селекцией высокопродуктивных штаммов и др.).

В промышленном производстве лимонной кислоты в качестве продуцента в основном используют Aspergillus niger, но также применяют и A.

wentii. Процесс ферментации достаточно сложен, так как лимонная кислота, является продуктом первичного метаболизма грибов, и даже незначительное выделение данного продукта в окружающую среду свидетельствует о выраженном дисбалансе клеточного метаболизма. Рост продуцента и синтез кислоты обычно регулируют составом среды (сахара, P, Mn, Fe, Zn). Сверхсинтез лимонной кислоты реализуется при больших концентрациях сахаров в среде (14–24 %) и является ответной реакцией продуцента на дефицит фосфора, а также других металлов, хотя их роль до конца не ясна. Это, видимо, и подавление анаболизма, и влияние на свойства поверхности и морфологию гиф. Оптимум рН на стадии кислотообразования составляет 1.7–2.0. В более щелочной среде процесс сдвигается в сторону накопления щавелевой и глюконовой кислот. В качестве основы среды обычно используют глюкозный сироп, гидролизаты крахмала или мелассу. Последнюю предварительно разбавляют до требуемого уровня сахаров и обрабатывают с целью снижения содержания металлов. Источником азота служат соли аммония (0.2 %); концентрация фосфатов (0.01–0.-2 %).

В качестве пеногасителей используют природные масла с высоким содержанием жирных кислот. Очень существенное значение имеет уровень аэрации культуры.

В производстве лимонной кислоты применяют несколько вариантов процесса. Поверхностный способ реализуется на твердой сыпучей среде и в жидкой фазе. При жидкофазной поверхностной ферментации питательную среду разливают в кюветы слоем от 8 до 18 см. Кюветы размещают на стеллажах в предварительно простерилизованной парами формалина бродильной камере. Через специальные воздуховоды с током стерильного воздуха поверхность среды засевают исходной музейной культурой. В качестве посевного материала используют предварительно полученные также в условиях поверхностной культуры и высушенные споры (конидии) из расчета 50–75 мг конидий на 1 м2 площади кювет. Известно несколько вариантов процесса: бессменный, бессменный с доливами и метод пленок. При бессменном режиме процесс осуществляется на одной среде от момента засева спор до завершения стадии кислотообразования. При использовании метода пленок через 7 суток после завершения кислотообразования сброженный раствор мелассы сливают из кювет, мицелий промывают стерильной водой; и в кюветы заливают новую среду. Бессменный способ с доливом характеризуется дробными добавками мелассы под пленку гриба на стадии кислотообразования (30–35 % от исходного объема), так называемый режим с подпиткой субстратом. Это позволяет повысить выход лимонной кислоты на 15–20 % с единицы поверхности при сокращении затрат сахаров на 10–15 % по сравнению с другими методами. В ходе стадии ферментации на первом этапе (первые 24–36 ч) происходит интенсивный рост мицелия. Температура среды в этот период стабилизируется на уровне 32–34°C, интенсивность аэрации составляет 3– м3 воздуха в ч/м мицелия. В период активного кислотообразования подачу воздуха увеличивают в 5–6 раз. В результате более интенсивного термогенеза температуру снижают до 30–32°. По мере снижения процесса кислотообразования режим аэрации становится менее интенсивным. Контроль процесса ведут по показателям титруемой кислотности среды. Процесс считают завершенным при остаточной концентрации сахаров около 1– 2 % и уровне титруемой кислотности 12–20 %. Содержание лимонной кислоты от уровня всех кислот достигает 94–98 %. Сброженный раствор сливают в сборник и направляют на обработку; промытый мицелий используют в кормопроизводстве.

Твердофазная ферментация имеет много общего с поверхностножидкофазным процессом. Разработанный в Японии процесс Коджи предусматривает использование в качестве среды пористого материла (багасса, картофель, пульпа сахарной свеклы, пшеничные отруби). Материал предварительно стерилизуют, после охлаждения инокулируют суспензией спор. Ферментация происходит в лотках при 25–30°C в течение 6–7 дней.

Образованную лимонную кислоту экстрагируют водой. В Японии 20 % общего объема производства лимонной кислоты получают методом Коджи.

Начиная с 1950 г., промышленные процессы получения лимонной кислоты стали переводить в условия глубинной культуры. Стабильный процесс возможен при его организации в две стадии: рост мицелия на полной среде в ходе первой стадии и на второй (при отсутствии фосфора в среде) – образование лимонной кислоты. Глубинная ферментация проводится в аппаратах емкостью 50 м3 с заполнением на 70–75 %. В качестве посевного материала используют мицелий, подрощенный также в условиях глубинной культуры. В производственном аппарате, куда подрощенный мицелий передается по стерильной посевной линии, питательная среда содержит 12–15 % сахаров. Ферментацию проводят при 31–32° при непрерывном перемешивании. В ходе процесса кислотообразования (5–7 суток) реализуют интенсивный режим аэрации (до 800–1000 м3/ч) с дробным добавлением сахаров, 2–3 подкормки. Выход лимонной кислоты составляет от 5 до 12 %, остаточная концентрация сахаров – 0.2–1.5 %, доля цитрата – 80–98 % от суммы всех органических кислот.

В 60-е годы начали разрабатывать процессы получения лимонной кислоты на основе жидких углеводородов (С9–С30) с использованием в качестве продуцентов дрожжей (Candida) и бактерий (Brevibacterium, Corynebacterium, Arthrobacter), а также с применением метода проточных культур. Эти технологии, пока не реализованные в промышленных масштабах, обещают в будущем определенные технологические перспективы.



Pages:     | 1 |   ...   | 12 | 13 || 15 | 16 |   ...   | 49 |
 



Похожие работы:

«1 МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ ПРАВИЛА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОЗАПРАВОЧНЫХ СТАНЦИЙ РД 153-39.2-080-01 (в ред. Изменений и дополнений, утв. Приказом Минэнерго РФ от 17.06.2003 N 226) Предисловие 1. РАЗРАБОТАН ЗАО Научно-производственное предприятие по разработке и освоению автозаправочной техники, ОАО Специальное конструкторское бюро Транснефтеавтоматика и Северо-западным информационно-аналитическим центром ХимМотоАудит. 2. ВНЕСЕН Департаментом...»

«Москва Эксмо 2007 От АВТОРА В каждом из нас от рождения живет неизбывная тяга к земле, ибо она не только дает нам пищу, но и дарит великую радость, позволяя пожинать плоды своего труда. Счастливчик, обладающий хотя бы небольшим приуса­ дебным участком, стремится облагородить его своим трудом. Но мало просто тщательно ухаживать за землей — нужно иметь солидный объем знаний. Только в этом случае огородник получает и удовольствие, и ощутимую при­ бавку к своему столу! Впрочем, не для всех...»

«Информационное письмо о VI Международной (Всесоюзной) антиядерной конференции, посвященной 25-летию Чернобыльской катастрофы. На путях к духовно-экологической цивилизации: уроки Чернобыльской катастрофы и экологическая безопасность, радиация и человек. Конференция состоит из двух частей дистанционной и очной. Дистанционная часть конференции состоится с 13 по 15 апреля 2011 с использованием технологий 3D миров. Очная часть конференции, для желающих и кто сможет участвовать, пройдет с 25 по 26...»

«ГЛОБАЛЬНАЯ ЭНЕРГОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ СТРАТЕГИЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ В XXI ВЕКЕ ЭКОНОМИКА Астана - Москва - 2011 УДК 338.620 ББК 65.305.14 Н 20 Назарбаев Нурсултан Н 20 Глобальная энергоэкологическая стратегия устойчивого развития в XXI веке / Нурсултан Назарбаев. - Москва: Экономика, 2011. - 194 с. ISBN 978-5-282-03159-1 Книга Президента Республики Казахстан Нурсултана Абишевича Назарбаева является завершением цикла теоретических и методологических исследований проблем п о с т р о е н и я глобального...»

«Перевод Белоусова В.И. Вулканическая и Геотермальная энергия Вохленц Preferred Citation: Wohletz, Kenneth, and Grant Heiken. Volcanology and Geothermal Energy. Berkeley: University of California Press, 1992. http://ark.cdlib.org/ark:/13030/ft6v19p151/ Volcanology and Geothermal Energy Kenneth Wohletz Grant Heiken UNIVERSITY OF CALIFORNIA PRESS Berkeley · Los Angeles · Oxford © 1992 The Regents of the University of California Введение. 2 Геотермальная энергия является важным и перспективным...»

«Энергосбережение НОРМАТИВНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ Основные положения Energy conservation. Norm-method securing. Basic concept ОКС 01.110 ОКСТУ 3103, 3104, 3403 Дата введения 2000—07—01 Предисловие 1 РАЗРАБОТАН ФГУ Российское агентство энергоэффективности Минтопэнерго России совместно с ВНИЦ СМВ и ВНИИстандарт Госстандарта России ВНЕСЕН ФГУ Российское агентство энергоэффективности Минтопэнерго России 2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 30 ноября 1999 г. № 485ст...»

«Sectoral Integration of Biodiversity in Belarus Contents Introduction Spatial planning and urban development. Transport and road construction Agriculture and land use Forestry and hunting Fisheries Water resources and irrigation Industry and energy Defense Tourism and recreation Education Integration or mainstreaming of biodiversity in other conventions, agreements and processes.. 27 Introduction Belarus reported 1 that Национальной стратегией и планом действий по сохранению и устойчивому...»

«Введение...................................................................... 4 История документа............................................................ 4 Почему важны общая позиция неправительственных организаций и переговорный процесс?..................................................... 4 Практическое...»

«Санкт-Петербург 2005 ЕВРОПЕЙСКАЯ ПРАКТИКА ОБРАЩЕНИЯ С ОТХОДАМИ: ПРОБЛЕМЫ, РЕШЕНИЯ, ПЕРСПЕКТИВЫ Санкт-Петербург 1 2005 В книге раскрыты нормативно-правовые основы деятельности стран Европейского Союза в сфере охраны окружающей среды, предложены основные виды классификации отходов и схемы обращения с ними в ЕС; представлены примеры практических действий по повышению эффективности систем управления отходами в странах Европы и взгляд на перспективы развития. Материал предназначен для сотрудников...»

«ВЕДУЩИЙ: Добрый день, коллеги. Вы знаете, завтра в Газпроме собрание акционеров. Как обычно, по традиции, перед собранием мы проводим целую серию пресс-конференций, которую сегодня завершаем, также по традиции, разговором о финансово-экономической политике компании. В пресс-конференции участвуют: — заместитель Председателя Правления — начальник Финансово-экономического департамента Газпрома Андрей Вячеславович Круглов; — заместитель Председателя Правления — главный бухгалтер Елена Александровна...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.