3 Metody stosowane do produkcji komercyjnej kwasu cytrynowego
Niektóre z metod stosowanych do produkcji komercyjnej kwasu cytrynowego są następujące:
Kwas cytrynowy (kwas 2-hydroksypropan-l, 2, 3, trikarboksylowy) jest głównym produktem przemiany materii i powstaje w cyklu kwasu trójkarboksylowego.
Chemicznie kwas cytrynowy zsyntetyzowano z glicerolu. To Wehmer (1893) opisał szerokie występowanie kwasu cytrynowego w metabolitach mikrobiologicznych. Molliard (1922) potwierdził akumulację kwasu cytrynowego w kulturach Aspergillus niger w warunkach niedoboru składników pokarmowych.
(i) Proces fermentacji koji: Istnieją trzy metody komercyjnej produkcji kwasu cytrynowego:
Ta metoda stosowana jest w Japonii, co stanowi około jednej piątej wyprodukowanego kwasu cytrynowego rocznie. W tej metodzie wykorzystuje się szczepy A. niger.
(ii) Proces fermentacji na powierzchni ciekłej kultury:
W tym sposobie, ciekłe kultury inokuluje się zarodnikami A. niger, które kiełkują w ciągu 24 godzin. Grzybnia pokrywa i unosi się na powierzchni roztworu.
(iii) Proces fermentacji zzianej kultury:
W tym przypadku grzybnia A. japonicum rośnie w roztworze o głębokości około 15 cm w zbiornikach. Kwas cytrynowy wytwarzany w ten sposób jest gorszy od kwasu wytwarzanego przez fermentację w płynnej kulturze powierzchni.
W przypadku produkcji komercyjnej szczepy A. niger są wybrane spośród mieszańców lub mutantów wytworzonych za pomocą określonej procedury. Szczepy powinny być takie, aby wytworzyć nie mniej niż 80 g kwasu cytrynowego na 100 g glukozy. W przypadku produkcji na dużą skalę, hodowla ciągła nie jest odpowiednia. W związku z tym system wielopłatowy jest wymagany do ciągłej fermentacji w dowolnym procesie, w którym wzrost komórek i produkty przemiany materii występują w różnym czasie.
Pożywka hodowlana zawiera węglowodany, KH2PO4 (0, 01-0, 3%), MgSO4, 7H 2O (0, 25%) i kilka pierwiastków śladowych. Roztworami węglowodanów są skoncentrowany sok z trzciny cukrowej, glukoza lub sacharoza. Jeśli substratem jest melasa, żelazocyjanek (20-150 mg / litr) można dodać do pożywki hodowlanej, przed sterylizacją, w celu strącenia nadmiaru żelaza. Zamiast żelaza klarowane melasy można przepuszczać przez żywicę jonowymienną. W warunkach laboratoryjnych najwyższe wydajności uzyskuje się, stosując sacharozę przepuszczaną przez żywicę jonowymienną.
Na tym etapie konieczne jest dodanie miedzi (0, 1-0, 50 ppm) do pożywki hodowlanej tylko wtedy, gdy fermentor jest zrobiony ze stali lub nałożona jest nieprzepuszczalna powłoka (do zwykłych fermentorów) pH pożywki hodowlanej utrzymuje się na poziomie około 3, 5. przez dodanie azotanu amonu (0, 25), który unika tworzenia kwasów szczawiowych i glukonowych.
Pożywkę hodowlaną sterylizuje się przepuszczając przez rurki wymiennika ciepła z płaszczem parowym i schładzając do około 30 ° C w innym wymienniku.
Zaszczepienie szczepu A. niger do pożywki hodowlanej następuje napowietrzanie przez barbotowanie powietrza, aby umożliwić maksymalny wzrost grzyba. Proces fermentacji jest zakończony w ciągu około 5-14 dni w temperaturze 27-33 ° C. Fermentacja bulionu działa jako źródło kwasu cytrynowego. Dodaje się wapno (Ca (OH) 2 ), aby umożliwić strącanie kwasu cytrynowego w postaci cytrynianu wapnia. Ponownie osad traktuje się kwasem siarkowym w celu wytrącenia nierozpuszczalnego siarczanu wapnia. Następnie jest filtrowany.
Przesącz zawierający kwas cytrynowy oczyszcza się przepuszczając przez kolumnę granulek węgla wstępnie traktowanych ciepłem lub przemywanych kwasem chlorowodorowym. Przechodząc przez roztwory z wymieniaczy jonowych poddaje się demineralizacji, którą następnie zatęża się pod próżnią z wytworzeniem kryształów. Kryształy odzyskuje się przez odwirowanie i ług macierzysty zawraca się do wyparki, aby uzyskać pozostałe kryształy.
Kwas cytrynowy jest dostępny na rynku w postaci bezwodnej krystalicznej substancji chemicznej w postaci proszku.
Biochemia fermentacji:
Kwas cytrynowy jest produkowany podczas trofofazy w wyniku przerwania cyklu kwasu trójkarboksylowego. W A. niger około 78% cukru przechodzi przez szlak EMP i prowadzi do produkcji acetylo-CoA, który skrapla się kwasem szczawiooctowym z wytworzeniem kwasu cytrynowego.
Kolejny cykl kwasu cytrynowego jest przerywany przez hamowanie akonitazy i dehydrogenazy izocytrycznej za pomocą miedzi lub nadtlenku wodoru. Jednak żelazo jest niezbędnym kofaktorem tych enzymów. Cu i Fe w stosunku 0.3: 2 (mg / litr) przerywają aktywność tych enzymów przy pH 2, 0.
