4. Получение органических растворителей (15 баллов).

Прежде чем рассмотреть конкретные биотехнологические процессы получения органических кислот, необходимо оговориться, что под рубрику "брожения" должно быть отнесено образование в анаэробных условиях только молочной и пропионовой кислот с помощью соответствующих бактерий, тогда как биосинтез лимонной, глюконовой, итаконовой и некоторых других органических кислот определенными микромицетами представляет собой разновидность того или иного окислительного (аэробного) процесса и поэтому отнесение их к брожениям является условным.

Бродильные процессы получения органических кислот. Получение молочной кислоты. Образование молочной кислоты (СН3СНОНСООН) лактобактриями происходит в естественных условиях при скисании молока и молочных продуктов, а также при ее целенаправленном получении в производственных условиях.

Молочнокислые бактерии относят к 4 родам: Lactobacillus, Leuconostoc, Streptococcus и Pedicoccus. Род Lactobacillus включает 3 подрода — Thermobacterium, Streptobacterium и Betabacterium. Представители первого из них не растут при 15^оС, но могут выдерживать температуры выше 50^оС. Стрептобактерии не являются термофилами. Бетабактерии образуют DL-молочную кислоту из глюкозы. Одни из них (термобактерии, стрептобактерии, стрептококки и педикокки) являются гомоферментативными, образующими при сбраживании гексоз преимущественно молочную кислоту, другие (бетабактерии и лейконостоки) — гетероферментативными, образующими молочную и уксусную кислоты, диоксид углерода, возможно — этанол; молочнокислые бактерии могут использовать мальтозу, глюкозу, лактозу, осахаренный крахмал и пр. В целом, лактобактерии — требовательны к питательным средам — многие из них нуждаются в ряде витаминов из группы

В, некоторых аминокислотах, пуринах и пиримидинах, отдельных органических кислотах алифатического ряда (уксусной, лимонной, олеиновой). Для сбраживания глюкозы и гидролизатов крахмала на практике применяют обычно Lactobacillus delbrueckii, L.bulgaricus, L. leichmanii (одни или в смеси между собой или со Streptococcus lactis), для сбраживания мальтозы иногда используют L. casei.

В промышленном производстве молочной кислоты обычно используют термофильные гомоферментативные виды, активно синтезирующие целевой продукт, например, при 50оС. Таким видом яляется L. delbrueckii штамм Л-3, отличающийся высокими стабильностью и активностью кислотообразования (выход молочной кислоты составляет 95—98% от потребленной сахарозы). Этот вид внедрен в промышленность еще в 1923 г. под руководством В. Н. Шапошникова.

Принципиальная технологическая схема получения L( + )-молочной кислоты состоит в следующем: мелассную среду, содержащую 5—20% сахара, вытяжку солодовых ростков, дрожжевой экстракт, витамины, аммония фосфат, засевают L. delbrueckii.

Брожение протекает при 49—50^оС при исходном рН 6,3—6,5. По мере образования молочной кислоты ее периодически нейтрализуют мелом. Весь цикл ферментации завершается за 5—10 дней; при этом в культуральной жидкости содержатся 11—14% лактата кальция и 0,1—0,5% сахарозы (80—90 г лактата образуются из 100 г сахарозы). Клетки бактерий и мел отделяют фильтрованием (отход), фильтрат упаривают до концентрации 30%, охлаждают до 25^оС и подают на кристаллизацию, которая длится 1,5—2 суток.

Кристаллы лактата кальция обрабатывают серной кислотой при 60—70^оС, гипс выпадает в осадок, а к надосадочной жидкости добавляют желтую кровяную соль при 65^оС для удаления ионов железа, затем натрия сульфат для освобождения от тяжелых металлов. Красящие вещества удаляют с помощью активированного угля. После этого раствор молочной кислоты подвергают вакуум-упариванию (при остаточном давлении 800—920 кПа) до 50% или 80%. Оставшийся не до конца очищенный раствор молочной кислоты используют для технических целей. Более очищенную кислоту можно получать при перегонке ее сложных метиловых эфиров, при экстракции простым изопропиловым эфиром в противоточных насадочных колоннах.

№ 11 ЕМТИХАН БИЛЕТІ / ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ