Получение лимонной кислоты
Лимонная кислота усиливает деятельность поджелудочной железы, возбуждает аппетит и стимулирует усвоение пищи. Ее используют в кулинарии, в виноделии, для рафинирования растительных масел, при производстве безалкогольных напитков, мармелада, вафель, пастилы, некоторых сортов колбас и сыра, сгущенного молока, шампуней и моющих средств. Мицелий продуцента лимонной кислоты используют для выделения фермента пектиназы, флавинов или высушивают скармливают скоту и домашней птице.
Раньше лимонную кислоту получали из цитрусовых растений. В настоящее время разработаны поверхностные и глубинные методы культивирования микробов-продуцентов (Aspergillus niger и Candida lipolytica). Сырье для производства лимонной кислоты – меласса и н-алканы.
Споры (конидии) гриба Aspergillus niger получают в отдельном цехе. Сначала продуцент выращивают на скошенной агаризованной среде в пробирках. Затем его размножают на плотной или жидкой среде в колбах Эрленмейера или в алюминиевых кюветах площадью 8,5-12 дм2 и с высотой бортиков от 7-20 см. Продолжительность каждой стадии 2-4 суток при 32ºС. При образовании и созревании конидий бесцветный мицелий становится черным. Конидии собирают аспирацией вакуумным насосом, подсушивают в термокамере при 28-30ºС, смешивают со стерильным активированным углем (1:2), фасуют в стерильные флаконы и хранят 1,5-2 года.
Способы производства лимонной кислоты:
Поверхностный способ жидкофазной ферментации. Осуществляют в «бродильных камерах», в которых на стеллажи помещают 8-10 кювет одну над другой. На дне каждой кюветы имеется сливной штуцер. Камеры оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией, температура в них 34-36ºС, высота питающего слоя жидкой мелассной среды 6-12 см, исходная концентрация сахара – в среднем 12%. В течение первых суток рН от 6,8-7,0 снижается до 4,5, а к 8-9 суткам – до 3,0. В таких условиях максимальное кислотообразование происходит на 5-6 сутки. Обычно через 6-7 суток от начала ферментации доливают стерильный раствор мелассы без питательных солей. Таким образом ферментацию продлевается до 12 суток.
В культуральной жидкости содержится лимонная (80-90%), глюконовая, щавелевая кислоты и неиспользованный сахар. Для выделения лимонной кислоты культуральную жидкость нагревают до 100ºС, затем добавляют известковое молоко (Са(ОН)2) или мел (СаСО3), рН доводят до 6,8-7,0. Трехзамещенный кальция цитрат в горячей воде хуже растворяется, чем в холодной, и выпадает в осадок вместе с оксалатом кальция. Осадок отфильтровывают, промывают горячей водой и гидролизуют серной кислотой. При этом свободная лимонная кислота остается в растворе. Этот раствор очищают, подвергают вакуум-упариванию и кристаллизуют. Кристаллы кислоты высушивают и фасуют.
Твердофазная ферментация. Ферментацию штамма A. niger проводят на увлажненных отрубях риса или пшеницы, находящихся в кюветах. Условия такие же, как и в предыдущем способе. После завершения культивирования отруби экстрагируют водой, в которую переходят кислоты. Выделение цитрата кальция и чистой лимонной кислоты, как и в предыдущем способе.
Глубинный способ. Экономически выгоден при производственной мощности завода свыше 2,5 тыс. т кислоты в год. Используют специальные культуры A. niger. Сначала выращивают конидии. Затем инокулят подращивают в инокуляторе и в посевном аппарате на среде с 3-4 % сахара. Через 24-36 часов инокулюм передают в основной ферментатор. Процесс ведут 5-7-10 суток с трехразовым доливом раствора мелассы, до конечной концентрации сахара 12-15%. После окончания ферментации мицелий гриба отфильтровывают, а культуральную жидкость подвергают дальнейшей обработе.