518

ДОДАТОК 8

Приклад 2.

“Проект відділення біосинтезу лимонної кислоти з глюкози безперервним методом”.

Завдання на проектування

Потужність виробництва  500 тонн лимонної кислоти в нативному розчині /рік.

Ресурс робочого часу – 330 діб/рік.

Концепція проектування.

Відомо декілька технологій одержання лимонної кислоти безперервним методом, в тому числі при застосуванні дріжджів роду Candida. Авічева і спів. (див. літературу), знайшли, що кращі результати досягаються при використанні гриба Aspergillus niger, який має високу питому швидкість росту, при двоступеневій ферментації з застосуванням диметилсульфоксиду як агента екскреції на другому етапі біосинтезу.

Відповідно робочу ферментацію ведуть теж у двоступеневій установці безперервної дії. В період пуску використовують систему інокуляторів.

Коротка технологія.

1. Пуск установки.

В інокуляторі першого ступеню вирощують міцелій, використовуючи живильне середовище наступного складу, кг/м³:

Глюкоза – 50; хлорид амонію – 4; КН₂РО₄ – 1; хлорид натрію – 0,2; сульфат магнію семиводний – 0,2; сульфат цинку семиводний – 0,1; сульфат міді п’ятиводний – 0,05; - вода – до 1000.

Після завантаження ЖС проводять його стерилізацію періодичним способом. Стерильне середовище охолоджують до 34С. Додають лабораторний посівний матеріал з розрахунку 10 кг ПМ на 100 кг ЖС. Прийняти, що ПМ містить 7 кг АСБ в 1 м³, решта – вода. Показник рН встановлюють на рівні 4,5 і підтримують протягом інокуляції 10%-ми розчинами їдкого натру або сірчаної кислоти (в матеріальному балансі не враховувати). Культивування ведуть протягом 25 годин при 34С. Лимонна кислота не утворюється.

Одержаний інокулят І-го ступеню передають в інокулятор ІІ-го ступеню, робочий об’єм якого в 10 разів більше першого. Умови інокуляції такі ж.

Аналогічно проводять інокуляцію в ІІІ-му ступеню (якщо це потрібно). Об’єм 3-го інокулятора в 10 разів більше 2-го.

У робочий ферментер (першій ферментер установки безперервної дії) без стерилізації завантажують ЖС, склад якого такий самий, як для інокуляції. Додають ПМ з останнього ступеню інокуляції (10 мас.% від маси ЖС). Подають повітря на аерацію, проводять ферментацію протягом 30 годин (5 годин – додатковий час) при 34С і рН 4,5-5, підтримуючи його розчинами лугу або кислоти. Кінцевий продукт містить АСБ в концентрації 10 кг/м³ та лимонну кислоту концентрацією 10 кг/м³.

2. Безперервна ферментація.

У підготований за вищенаведеною технологією робочий ферментер 1-го ступеню безперервно подають ЖС вказаного складу з коефіцієнтом розбавлення D = 0,1 год^-1. З першого ферментера, в якому починається і закінчується синтез біомаси, потік КР надходить в рівний за об’ємом другий ферментер, в якому закінчується біосинтез лимонної кислоти. Реакція утворення лимонної кислоти:

С₆Н₁₂О₆ + 2О₂ = С₆Н₆О₇ + 3Н₂О

Для індукції екскреції лимонної кислоти в другий ферментер безперервно подають, змішуючи з вхідним потоком КР, диметилсульфоксид в такій кількості, щоб концентрація його в потоці становила 0,5%. В процесі біосинтезу диметилсульфоксид асимілюється з утворенням сірчаної кислоти, води та СО₂.

На виході з другого ферментера одержують потік з концентрацією АСБ на рівні 10 кг/м³, а лимонної кислоти – 25 кг/м³.

Для розрахунку матеріальних балансів прийняти емпіричну формулу АСБ:

C_3,9 H₇ N_0,7 O_1,9 K_0,05 P_0,05 Mg_0,01 S_0,005

Клітинна маса містить 75% води.

Температура ферментації в першому ступеню ферментації 34С, а в другому – 30С.

3. Відділення біомаси.

З другого ступеню ферментації КР надходить у змішувач, в якому вона змішуються з гострою парою (3 атм) і нагрівається від 30 до 65С, далі її спрямовують у витримувач, в якому протягом 0,5 годин відбувається коагулювання білків, що полегшує подальше фільтрування. Потім гарячу суспензію спрямовують в холодильник, в якому її охолоджують до 30С, а з холодильника – на безперервно діючий фільтр. Дані для розрахунку фільтру: r₀ = 10¹² м/кг, Р = 8^.10⁴ Па, _с = 1^.10³ Па^.с. Осад на фільтрі промивають водою в кількості ¼ від об’єму суспензії. Прийняти, що в кінці промивання осад не забруднений нативним розчином і складається з клітинної маси (80%) і міжклітинної води (20%).

Фільтрат надходить в збірник, з якого його перекачують у відділення одержання товарної лимонної кислоти.

Промитий вологий осад шнеком завантажують на безперервно діючу сушарку. Сушіння ведуть до вмісту вологи 12-13%. Суха маса надходить на подрібнювач, з якого його спрямовують на фасувальну машину. Затарений по 20 кг міцелій, який не містить токсичних важких металів (на відміну від міцелію, одержаного з меляси), реалізують як цінну, збагачену білком кормову добавку до раціону худоби.

Література.

Авичева П.Б. и др. / Биосинтез лимонной кислоты из глюкозы при непрерывной ферментации Aspergillus niger.// Прикладная биохимия и микробиология. – 1993. – 29, №4. – С.567-573.