Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_4961
.pdf
266,414 --: Полная спецификация.
Усовершенствования в процессах производства лимонной кислоты и связанные с ними аспекты. Мы, Одюсте
Фернбах, проживающий по адресу: 3, Square duii Croisie, Paris XV, Франция, гражданин Французской
Республики, Жорн Льюис Юрлл, проживающий по адресу: 3, Häwthorn Place, New Earswick, Йорк, подданный
Великобритании, и компания ROWNTREE & COMPALY LIMITED, расположенная на Cocoa Works, Wigginton
Road, Йорк, компания, зарегистрированная в соответствии с законодательством Великобритании и Ирландии,
настоящим заявляем, что характер данного изобретения и способ его осуществления должны быть подробно
описаны и установлены в следующем заявлении:
Данное изобретение относится к способам производства лимонной кислоты из тростникового сахара с
помощью грибов. В настоящем описании термин «тростниковый сахар» следует понимать как сахарозу,
полученную из сахарного тростника или из любого другого источника.
Хорошо известно, что многие грибы, выращиваемые на растворах сахара, содержащих необходимые
неорганические питательные вещества, превращают часть сахара в лимонную кислоту, и к настоящему
времени предложен ряд процессов производства лимонной кислоты с помощью грибов. Описание
предыдущих работ, связанных с ферментацией лимонной кислоты с помощью грибов, можно найти в статье
Дж. Н. Карри, опубликованной в журнале «Journal of Biological Chemistry», том 1.
XXXI, 1917, стр. 15, в которой автор излагает результаты собственных экспериментов, а также ссылается на
работы других исследователей, в частности Вехмера и Захорского.
Однако при попытке осуществить ферментацию лимонной кислоты в промышленных масштабах возникли
различные трудности, одной из главных из которых является предотвращение заражения питательной среды
организмами, препятствующими ферментации лимонной кислоты. При работе в лабораторных условиях эту
трудность легко преодолеть, поскольку ферментируемый напиток можно стерилизовать в той же емкости, в
которой он будет ферментироваться, обычно это небольшой стеклянный сосуд. Таким образом, стерилизация
осуществляется без риска загрязнения раствора металлическими или другими примесями, и, кроме того,
существует минимальный риск последующего инфицирования чужеродными микроорганизмами. Однако при
работе в промышленных масштабах стерилизация жидкости с помощью нагрева создает серьезные
трудности, поскольку отобранные виды плесени очень чувствительны к следам металлических и других
примесей, которых трудно избежать при такой крупномасштабной стерилизации, и их ферментационная
активность может легко снизиться до незначительного уровня из-за присутствия таких примесей.
Более того, даже если этот этап можно было бы выполнить без существенного изменения состава среды, все
равно остается опасность заражения микроорганизмами после охлаждения или инокуляции. С другой
стороны, если пропустить 70% стерилизацию, рост желаемого организма почти наверняка будет подавлен
развитием чужеродных организмов, присутствовавших во время инокуляции или попавших в раствор
впоследствии; такими организмами могут быть бактерии, дрожжи или дрожжеподобные организмы, или другие
грибы.
Наличие вышеупомянутой трудности, конечно же, было признано, и в указанной статье автор предполагает,
что опасность заражения может быть значительно снижена, если добавить в раствор небольшое количество
соляной кислоты, что позволит добиться полной стерилизации при однократном нагревании паром при
атмосферном давлении в течение 30 минут. Однако в этой связи следует отметить, что автор работал лишь в
небольших масштабах, используя не более литра раствора на каждый эксперимент.
Ещё одним недостатком термической стерилизации является то, что она способствует гидролизу. 95 Целью
настоящего изобретения является разработка усовершенствованного процесса производства лимонной
кислоты из тростникового сахара с помощью грибов, который может эффективно осуществляться в
промышленных масштабах с хорошим выходом.
Следует понимать, что «промышленный процесс» или «работа в промышленных масштабах» означает, что
процесс может осуществляться в больших емкостях 105, содержащих несколько сотен литров или более
ферментируемого раствора, в отличие от «лабораторного масштаба», когда используются небольшие
емкости, содержащие всего один или несколько литров. Хотя настоящий процесс 110 предназначен, в
частности, для работы в промышленных масштабах, он, конечно же, может быть реализован и в меньших
масштабах или в лабораторных условиях.
Для обеспечения возможности коммерческого производства изобретатели основывали свои эксперименты на
предположении, что необходимо каким-либо иным способом защитить питательную среду от риска
заражения, помимо термической стерилизации, и обнаружили, что сравнительно больших количеств соляной
кислоты, добавленных в раствор, достаточно, чтобы сделать термическую стерилизацию ненужной.
Фактическое количество добавляемой кислоты в определенной степени зависит от других компонентов
раствора, но необходимо добавить достаточное количество кислоты, чтобы повысить концентрацию ионов
водорода в среде до определенного уровня, например, до p. HR=1,8, что означает, что подавляется не только
активность бактерий, но и дрожжей, а также подавляющего большинства других грибов, в то время как
активность выбранного организма не подавляется. Кроме того, для получения высоких урожаев изобретатели
обнаружили, что желательно отбирать определенные штаммы грибов, обладающие хорошей способностью к
производству лимонной кислоты, и культивировать их, предпочтительно, на нейтральной среде.
Таким образом, в процессе, предусмотренном настоящим изобретением, ферментируемые жидкости, вместо
стерилизации нагреванием, обрабатываются сравнительно большими количествами соляной кислоты,
предпочтительно до инокуляции, и инкубируются со спорами грибов, предпочтительно штаммов, отобранных
по их способности продуцировать лимонную кислоту и выращенных на нейтральной среде. Следует понимать,
что, хотя количество добавляемой кислоты достаточно велико для защиты ферментируемых растворов от
заражения без стерилизации их теплом, применение тепла в целях, отличных от стерилизации, например, для
быстрого доведения раствора до желаемой температуры инкубации, не исключается из сферы действия
данной спецификации. Очевидно, что если применяется нагрев, то его должно быть недостаточно для того,
чтобы жидкость загрязнилась примесями из емкости или, по причинам, изложенным ниже, чтобы вызвать
серьезный гидролиз сахара.
При проведении ферментации лимонной кислоты.
При осуществлении процессов каталитической обработки в промышленных масштабах возникает
дополнительная трудность, связанная с тем, что используемые грибы функционируют как производители
лимонной кислоты только при росте на поверхности раствора, а также из-за диффузии лимонной кислоты.
Образование плесени вблизи нижних слоев и свежего сахара снизу вверх происходит не быстро, более
глубокие слои остаются более или менее нетронутыми. При работе в лабораторных условиях с неглубокими
слоями жидкости такой сложности не возникает. Для преодоления этой трудности, в соответствии с
настоящим изобретением, весь раствор максимально плотно прижимается к форме.
Этого можно достичь различными способами, например, создав разницу температур на противоположных
сторонах сосуда и тем самым вызвав соответствующую конвекцию; или путем перекачивания жидкости; или
путем простого перемешивания под формой; или путем вращения сосуда, содержащего жидкость, или любым
другим удобным способом.
Новый процесс может быть непрерывным или частично непрерывным до тех пор, пока не будет
израсходована вся масса материала в форме. С этой целью, в соответствии с изобретением, в раствор в
процессе ферментации может добавляться свежий сахар, что фактически увеличивает вместимость сосудов.
Сахар можно добавлять непрерывно или периодически, с удалением или без удаления раствора лимонной
кислоты, и до определенного момента такое добавление способствует лучшему усвоению сахара для
получения лимонной кислоты. 95 свежих питательных веществ также можно добавлять аналогичным образом,
как отдельно, так и в сочетании со свежим сахаром.
Ниже приведено описание способа реализации изобретения на 100%, представленное в качестве примера.
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ВИДЫ ПЛЕСЕНИ или ГРИБОВ. Предпочтительно использовать некоторые из
темноокрашенных аспергиллов. Эти организмы, зрелые конидии которых могут быть коричневыми,
коричневато-черными, пурпурно-черными или мертвенно-черными, широко распространены в природе, и их
удобным источником являются плоды и т. д. растений, произрастающих в более теплых регионах Земли;
например, их часто можно найти на кофейных зернах и внутри некоторых галлов растений. Хотя эти грибы
обычно дают наилучший выход лимонной кислоты из тростникового сахара, они также производят
значительные количества из других веществ, таких как инвертный сахар, глюкоза, левулоза, мальтоза и
глицерин, но существенных количеств лимонной кислоты из лактозы пока не удалось получить.
Предпочтительные организмы можно распознать по тому факту, что это аспергиллы с тёмноокрашенными
конидиями, способные прорастать в растворах сахара, содержащих подходящие питательные вещества, а
также сравнительно высокие концентрации соляной кислоты, и способные производить лимонную кислоту из
тростникового сахара в количествах, составляющих до 65 % от используемого сахара (выраженных в виде
кристаллической лимонной кислоты).
При тех же условиях они производят незначительное количество других кислот.
- ВЫБОРЫ - КУЛЬТИВИРОВАНИЕ 'r SPOBES'.
Ряд аспергиллов, полученных вышеописанным способом, выделяют в чистую культуру и культивируют,
например, на среде, способствующей образованию густого спорового покрова, такой как среда, богатая
крахмалом. Затем небольшие количества раствора сахара, подкисленного соляной кислотой и содержащего
обычные питательные соли для грибов, инокулируют спорами и инкубируют при температуре, скажем, 30 °C,
до тех пор, пока не будет израсходована основная часть сахара. Затем из ряда таких культур отбираются те
штаммы, которые демонстрируют наибольшую способность к образованию лимонной кислоты и не
производят и не накапливают другие кислоты в данных условиях. Затем из исходных культур, из которых были
получены отобранные культуры, выращивают ряд субкультур, опять же на нейтральных средах,
благоприятствующих образованию спор, чтобы получить достаточное количество спор для инокуляции —
более крупных емкостей сахарного раствора — для производства лимонной кислоты. Затем эти культуры
инкубируют при подходящей температуре, которая может находиться в диапазоне от 10 до 40 °C.
Используемые аспергиллы дают хорошие результаты и без культивирования для получения семян на кислой
среде, но такая среда может быть использована.
ПОДГОТОВКА И ИНОКУЛЬГИРОВАНИЕ НА РАСТВОРЕ.
Готовят раствор тростникового сахара с исходной концентрацией 10-20%, к которому добавляют
необходимые питательные вещества, такие как нитрат аммония, фосфат калия и сульфат магния, а также
сравнительно большое количество соляной кислоты. Количество добавляемой кислоты может варьироваться
в зависимости от условий, описанных выше. Например, мы обнаружили, что можно добавить такое количество
вещества, которое обеспечит концентрацию ионов водорода, соответствующую p. H = 1,8 без подавления
роста выбранных аспергиллов и снижения выхода лимонной кислоты. В таком растворе могут процветать
лишь немногие другие организмы. Затем раствор инкубируют при температуре -40 °C до тех пор, пока не
будет достигнута стадия, при которой содержание лимонной кислоты в растворе перестанет увеличиваться. В
целом, требуемая продолжительность инкубации уменьшается с повышением температуры, но при более
высоких температурах выход продукта может снижаться. Когда производство лимонной кислоты завершено,
раствор можно отделить, нейтрализовать известью, мелом или другим соединением, а затем осадить
кальциевую или другую соль лимонной кислоты и извлечь кислоту путем ее разложения обычным способом;
или раствор можно использовать непосредственно в виде раствора лимонной кислоты, или раствор можно
концентрировать непосредственно путем выпаривания, получая кристаллы лимонной кислоты, которые могут
потребовать или не потребовать дальнейшей очистки.
Было установлено, что лучший выход лимонной кислоты (75%) достигается, когда инверсия тростникового
сахара происходит постепенно, главным образом за счет активности плесени, и не осуществляется
предварительно другими факторами. Таким образом, новый процесс 80 обладает тремя существенными
преимуществами: стерилизация нагреванием становится ненужной; риск последующего заражения другими
организмами сводится к минимуму; и получается более высокий выход продукта, чем если бы, как предложил
автор упомянутой выше статьи 85, раствор кипятили в присутствии небольшого количества соляной кислоты,
в ходе чего часть тростникового сахара гидролизовалась бы. 90 n-По завершении процесса обычно остается
небольшое количество остаточного сахара, а также в растворе образуется крахмал в условиях этого
процесса. Остаточный сахар и крахмал после гидролиза могут быть подвергнуты спиртовому брожению перед
выделением лимонной кислоты без существенной потери последней; полученный раствор становится
пригодным для спиртообразующих организмов 100 путем соответствующих модификаций, например,
разбавления или добавления свежих питательных веществ.
При необходимости летучие продукты, например спирты, могут быть удалены кипячением. Из гриба можно
извлечь значительное дополнительное количество лимонной кислоты, которое можно получить простым
растворением в воде или любым другим подходящим способом.
В настоящей спецификации в качестве исходного материала используются растворы сахарозы (110), к
которым добавляется соляная кислота для защиты от инфекции. В описании нашей заявки № 26,787/1925
(266,415), находящейся на рассмотрении, процесс 115 дополнительно разработан и распространен на другие
растворы и другие кислоты, и мы не заявляем никаких претензий на что-либо, заявленное в указанном
описании.
—Теперь, подробно описав и определив природу нашего изобретения и способ его осуществления, мы
заявляем, что то, что мы заявляем, — это —1. Способ (с учетом вышеизложенного оговорки 125)
производства цитрицеид - из - тростникового - сахара коровьего - ff 266,414 266,414, содержащего
необходимые питательные вещества, с помощью плесени или грибов, в частности, аспергиллов, при котором
раствор дополняется количеством соляной кислоты, достаточным для повышения концентрации ионов
водорода до точки, в которой выбранные организмы могут быть выращены практически без исключения
чужеродных организмов без стерилизации раствора с помощью нагрева.
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_266415.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=266415&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB266415A
[]
-Я,'
-.1ZZ2 [Scc:rl FLHtim] ПАТЕНТ
СПЕЦИФИКАЦИЯ
Дата подачи заявки: октябрь. 26, 1925. Нц. 26и 787/13.
Фотография слева: 14 июля 1926 года.
ComD1plete принят. Февраль). 203, 1927.
266,A15 ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствования в процессах производства лимонной кислоты и связанные с ними аспекты.
Мы, Огюст Фернбах, проживающий по адресу: 3, Square du Croisie, Paris XV, Франция, гражданин Французской
Республики, Жомн Льюис Юилл, проживающий по адресу: 3, Hawthorn Place, New Earswick, York, подданный
Великобритании, и компания Rowntree & Company Linmted, расположенная на Cocoa Works, Wigginton Road,
York, компания, зарегистрированная в соответствии с законодательством Великобритании и Ирландии,
настоящим заявляем, что данное изобретение имеет следующий характер: данное изобретение относится к
процессам производства лимонной кислоты из сахаров и подобных веществ с помощью грибов.
В данном описании термин «сахара и подобные вещества» следует понимать как включающий тростниковый
сахар, инвертный сахар, глюкозу, ифлавулозу, мальтозу, другие подходящие углеводы и глицерин, а также
смеси этих веществ.
Хорошо известно, что многие грибы, выращиваемые на растворах сахаров и подобных веществ, содержащих
необходимые неорганические питательные вещества, превращают часть сахара в лимонную кислоту, и к
настоящему времени предложен ряд процессов производства лимонной кислоты с помощью грибов. Для
ознакомления с предыдущими работами, связанными с ферментацией лимонной кислоты с помощью грибов,
можно обратиться к статье Дж. Н. Карри, опубликованной в журнале «Journal of Biological Chemistry», том 1.
XXXI, 1917, стр. 15, в которой автор излагает результаты собственных экспериментов, а также ссылается на
работы других исследователей, в частности Вехмера и Захорского. Однако при попытках осуществления
ферментации лимонной кислоты в промышленных масштабах возникали различные трудности, одной из
главных из которых было предотвращение заражения питательной среды организмами, препятствующими
ферментации лимонной кислоты.
[Цена 1 /-] При работе в лабораторных условиях эта трудность легко преодолевается, поскольку
ферментируемый напиток можно стерилизовать в том же сосуде, в котором он будет ферментироваться,
обычно это небольшой стеклянный сосуд. Таким образом, стерилизация осуществляется без риска
загрязнения раствора металлическими или другими примесями, а также практически исключается риск
последующего инфицирования чужеродными микроорганизмами.
Однако при работе в промышленных масштабах стерилизация жидкости с помощью нагрева создает
серьезные трудности, поскольку выбранные виды плесени очень чувствительны к следам металлических и
других примесей, которых трудно избежать при такой крупномасштабной стерилизации, и их
ферментационная способность может легко снизиться до незначительного уровня из-за присутствия таких
примесей. Более того, даже если этот этап можно провести без существенного изменения состава среды, всё
равно остаётся опасность заражения микроорганизмами после охлаждения или инокуляции. С другой
стороны, если стерилизация не проводится, рост желаемого организма почти наверняка будет подавлен
развитием чужеродных организмов, присутствовавших во время инокуляции или попавших в раствор
впоследствии; такими организмами могут быть бактерии, дрожжи или дрожжеподобные организмы, а также
другие грибы.
Наличие вышеупомянутой трудности, безусловно, было признано, и в указанной статье автор предполагает,
что опасность заражения может быть значительно снижена, если добавить в раствор небольшое количество
соляной кислоты, что позволит добиться полной стерилизации при однократном нагревании паром при
атмосферном давлении в течение 30 минут. Следует отметить, что 80.
7.7;L' iehic'! 45 69 Однако в этой связи следует отметить, что автор работал лишь в небольших масштабах,
используя не более литра раствора на каждый эксперимент.
Ещё одним недостатком термической стерилизации является то, что она способствует гидролизу некоторых
сахаров, в частности тростникового сахара.
Целью настоящего изобретения является разработка усовершенствованного процесса производства
лимонной кислоты из сахаров и подобных веществ с помощью грибов, который может эффективно
осуществляться в промышленных масштабах с хорошим выходом.
Следует понимать, что «промышленный процесс» или «работа в промышленных масштабах» означает, что
процесс может осуществляться в больших емкостях, содержащих несколько сотен литров или более
ферментируемого раствора, в отличие от «лабораторного масштаба», когда используются небольшие
емкости, содержащие всего один или несколько литров. Хотя данный процесс предназначен в первую очередь
для работы в промышленных масштабах, его, конечно же, можно применять и в меньших масштабах или в
лабораторных условиях.
Для обеспечения возможности коммерческого производства изобретатели основывали свои эксперименты на
предположении, что необходимо защищать питательные среды от риска заражения каким-либо иным
способом, помимо термической стерилизации, и обнаружили, что сравнительно больших количеств
минеральных или сильных органических кислот, добавленных в раствор, достаточно, чтобы сделать
термическую стерилизацию ненужной.
Под сильной органической кислотой следует понимать органическую кислоту, добавление которой позволяет
достичь необходимой концентрации ионов водорода, как указано ниже, без необходимости добавления такого
большого количества кислоты, которое оказало бы неблагоприятное влияние на производство лимонной
кислоты. Фактическое количество добавляемой кислоты в определенной степени зависит от других
компонентов раствора, но необходимо добавить достаточное количество кислоты, чтобы повысить
концентрацию ионов водорода в среде до определенного уровня, например, до p. H = 1,8, что означает, что
подавляется не только активность бактерий, но и дрожжей, а также подавляющего большинства других
грибов, в то время как выбранный организм не подавляется.
Кроме того, для получения хороших урожаев изобретатели обнаружили, что желательно отбирать
определенные штаммы грибов, которые демонстрируют хорошую способность к производству лимонной
кислоты, и культивировать их, предпочтительно, на нейтральной среде.
В процессе, согласно настоящему изобретению, ферментируемые жидкости, вместо стерилизации
нагреванием, обрабатываются сравнительно большими количествами соляной или других сильных кислот или
их смесей, предпочтительно до инокуляции, и инокулируются спорами грибов, предпочтительно штаммов,
отобранных по их способности продуцировать лимонную кислоту и культивируемых на нейтральной среде,
однако добавление одной только соляной кислоты исключается в случае ферментации растворов сахарозы,
полученных из сахарного тростника или из любого другого источника. Следует понимать, что, хотя количество
добавляемой кислоты достаточно велико, чтобы защитить ферментируемые жидкости от заражения без
стерилизации их теплом, применение тепла в целях, отличных от стерилизации, например, для быстрого
доведения раствора до желаемой температуры инкубации, не исключается из сферы действия данной
спецификации.
Очевидно, что если применяется нагрев, то его должно быть недостаточно для того, чтобы вызвать
загрязнение жидкости 90 примесями, поступающими из емкости cr, по причинам, изложенным ниже, и чтобы
вызвать серьезный гидролиз сахара. 95 Также следует понимать, что используемая кислота не оказывает
токсического воздействия на выбранные организмы и не ухудшает брожение в той концентрации, в которой
она используется. На практике мы обнаружили, что соляная кислота является подходящей кислотой для этой
цели.
При проведении процессов ферментации лимонной кислоты в промышленных масштабах возникает
дополнительная трудность, которая заключается в том, что используемые грибы продуцируют лимонную
кислоту только при росте на поверхности раствора, и, поскольку диффузия лимонной кислоты, образующейся
вблизи плесени, вниз и свежего сахара вверх естественным образом не происходит быстро, более глубокие
слои остаются более или менее незатронутыми. Эта трудность не возникает при работе в лабораторном
масштабе 115 с неглубокими слоями жидкости. Для преодоления этой трудности, в соответствии с настоящим
изобретением, весь раствор максимально контактирует с формой 120. Этого можно достичь различными
способами, например, создав разницу температур на противоположных сторонах сосуда и тем самым вызвав
соответствующую конвекцию; или путем перекачивания жидкости; или простым перемешиванием под
формой; или вращением сосуда, содержащего жидкость, или любым другим удобным способом.
Новый процесс может быть осуществлен с использованием con266,415 с наибольшей способностью к
образованию лимонной кислоты, и при этих условиях не образуют и не накапливают другие кислоты; затем из
ряда таких культур отбираются образцы. Затем из исходных чистых культур, из которых были получены
отобранные культуры, выращивают ряд субкультур, опять же на нейтральных средах, благоприятствующих
образованию спор, чтобы получить достаточное количество спор для инокуляции более крупных порций
сахарного раствора для производства лимонной кислоты.
Затем эти культуры инкубируют при подходящей температуре, которая может находиться в диапазоне от 10
до 40 °C. Используемые аспергиллы дают хорошие результаты и без культивирования для получения семян
на кислой среде, но такая среда может быть использована.
Непрерывный или частично непрерывный процесс до полного извлечения материала из формы. С этой
целью, в соответствии с изобретением, в процессе ферментации в раствор может добавляться свежий сахар,
что фактически увеличивает вместимость сосудов. Сахар может добавляться непрерывно или периодически,
с удалением или без удаления раствора лимонной кислоты, и до определенного момента такое добавление
способствует лучшему усвоению сахара для получения лимонной кислоты. Свежие питательные вещества
также можно добавлять таким же образом, как отдельно, так и вместе со свежим сахаром.
Ниже приведено описание способа реализации изобретения, представленное в качестве примера.
ВИДЫ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПЛЕСЕНИ ИЛИ ФУРГИ.
В качестве плесневых грибов предпочтительно использовать некоторые виды аспергиллов темной окраски.
Эти организмы, зрелые конидии которых могут быть коричневыми, коричневато-черными, пурпурно-черными
или совершенно черными, широко распространены в природе и являются удобным источником пищи,
например, в плодах.
Они встречаются на растениях, произрастающих в более теплых регионах Земли; например, их часто можно
обнаружить на кофейных зернах и внутри галлов некоторых растений. Хотя эти грибы обычно дают
наилучший выход лимонной кислоты из тростникового сахара, они также производят значительные
количества из других веществ, таких как инвертный сахар, глюкоза, ливулоза, мальтоза и глицерин, но
получить значимые количества лимонной кислоты из лактозы не удалось.
Предпочтительные организмы можно распознать по тому факту, что это аспергиллы с тёмными конидиями,
способные прорастать в сахарных растворах, содержащих подходящие питательные вещества, а также
сравнительно высокие концентрации минеральных кислот, и способные производить лимонную кислоту из
тростникового сахара в количествах, составляющих до 65% от используемого сахара, выраженных в виде
кристаллической лимонной кислоты.
При тех же условиях они образуют незначительные следы других кислот.
ОТБОР И ВЫРАЩИВАНИЕ СОРТОВ Toi - SroREs.
Ряд штаммов аспергиллов, полученных описанным выше способом, выделяют в чистую культуру и
культивируют, например, на среде, способствующей образованию плотного слоя спор, такой как среда,
богатая крахмалом. Затем небольшое количество раствора сахара, подкисленного минеральной кислотой и
содержащего распространенные питательные соли для грибов, инокулируют спорами и инкубируют,
например, при 30 °C, до тех пор, пока не будет израсходована основная часть сахара. Те конкретные штаммы,
которые дают показания к подготовке и инокуляции раствора.
Готовят раствор сахара или подобных веществ с исходной концентрацией 85% и содержанием сахара 10-20%,
к которому добавляют необходимые питательные вещества, такие как нитрат аммония, фосфат калия и
сульфат магния, а также сравнительно большое количество минеральной или другой кислой кислоты, но не
соляной кислоты, при этом используется раствор сахарозы, полученный из сахарного тростника или из любого
другого источника. Количество добавляемой кислоты 95 может варьироваться в зависимости от условий,
описанных выше. Например, мы обнаружили, что можно добавить такое количество, которое обеспечит
концентрацию ионов водорода, соответствующую p.1 = 1,8 100, без подавления роста выбранных видов
аспергиллов или снижения выхода лимонной кислоты. В таком растворе могут процветать лишь немногие
другие организмы. Затем раствор инкубируют при температуре 10–40 °C до тех пор, пока содержание
лимонной кислоты в растворе перестанет увеличиваться. В целом, продолжительность инкубации
уменьшается с повышением температуры, но при более высоких температурах урожайность может снизиться.
После завершения производства лимонной кислоты раствор можно разделить, нейтрализовать известью,
мелом или другим соединением, 115 осадить кальциевую или другую соль лимонной кислоты и извлечь
кислоту путем ее разложения обычным способом; или раствор можно использовать непосредственно в виде
раствора лимонной кислоты, или 120 раствор можно концентрировать непосредственно путем выпаривания,
получая кристаллы лимонной кислоты, которые могут потребовать или не потребовать дальнейшей очистки.
Было установлено, что лучший выход лимонной кислоты 125 достигается, когда инверсия тростникового
сахара происходит постепенно, главным образом благодаря активности плесени 266,415, и не
осуществляется ранее другими факторами. Таким образом, новый процесс обладает тремя существенными
преимуществами: исключается необходимость термической стерилизации; сводится к минимуму риск
последующего заражения другими организмами; и достигается более высокая урожайность, чем если бы, как
предлагал автор упомянутой выше статьи, раствор кипятили в присутствии небольшого количества соляной
кислоты, в ходе чего часть тростникового сахара подверглась бы гидролизу.
По завершении процесса обычно остается небольшое количество остаточного сахара, а также в растворе в
условиях этого процесса образуется крахмал. Остаточный сахар после соответствующей обработки раствора
может быть подвергнут ферментации с помощью дрожжей или дрожжеподобных организмов, а крахмал
сначала может быть упрощен или восстановлен путем гидролиза любым подходящим способом, а затем
подвергнут ферментации без существенной потери кислоты. При желании летучие продукты можно удалить
кипячением. Из гриба можно извлечь значительное дополнительное количество лимонной кислоты, которое
можно получить простым растворением в воде или любым другим подходящим способом.
Дата: 26 октября 1925 года.
Клемент Лин, бакалавр наук, дипломированный патентный поверенный, Танет Хаус, Стрэнд, 231, Западный
туалет 2.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствования в процессах производства лимонной кислоты и связанные с ними усовершенствования.
Мы, AUGuSTB FrRNBAC:, проживающий по адресу: 3, Square du Croisie, Paris XV, Франция, гражданин
Французской Республики, Жор-Н Лейсвс Юилл, проживающий по адресу: 3, Hawthorn Place, New Earswick,
York, подданный Великобритании, и ROWxTRED & CoMPXiAy -triiTEb, из Cocoa Works, Wigginton Road, York,
компания, зарегистрированная в соответствии с законодательством Великобритании и Ирландии, настоящим
заявляем о характере данного изобретения и о способе его осуществления, которые будут подробно описаны
и установлены в следующем заявлении: Данное изобретение относится к процессам производства лимонной
кислоты из сахаров и подобных веществ с помощью грибов.
В данном описании термин «сахара и подобные вещества» следует понимать как включающий тростниковый
сахар, инвертный сахар, глюкозу, левулозу, мальтозу, другие подходящие углеводы и глицерин, а также смеси
этих веществ.
Хорошо известно, что многие грибы, выращиваемые на растворах сахаров и подобных веществ, содержащих
необходимые неорганические питательные вещества, превращают часть сахара в лимонную кислоту, и к
настоящему времени предложен ряд процессов производства лимонной кислоты с помощью грибов. Для
ознакомления с предыдущими работами, связанными с ферментацией лимонной кислоты с помощью грибов,
можно обратиться к статье Дж. Н. Карри, опубликованной в журнале «Journal of Biological Chemistry», том 1.
XXXI, 1917, стр. 15, в которой автор излагает результаты собственных экспериментов, а также ссылается на
работы других исследователей, в частности Вехмера и Захорского. Однако при попытке осуществить
ферментацию лимонной кислоты в промышленных масштабах возникли различные трудности, одной из
главных из которых является предотвращение заражения среды организмами, препятствующими
ферментации лимонной кислоты. 80 При работе в лабораторных условиях эту трудность легко преодолеть,
поскольку ферментируемый раствор можно стерилизовать в том же сосуде, в котором он будет
ферментироваться, обычно это небольшой стеклянный сосуд.
Таким образом, стерилизация осуществляется без риска загрязнения раствора металлическими или другими
примесями, а также практически исключается риск последующего инфицирования чужеродными
микроорганизмами. 90 Однако при работе в промышленных масштабах стерилизация жидкости с помощью
нагрева создает серьезные трудности, поскольку выбранные виды плесени очень чувствительны к следам
металлических и других примесей, которых трудно избежать при такой крупномасштабной стерилизации, и их
ферментационная активность может легко снизиться до незначительного уровня из-за присутствия таких
примесей. Более того, даже если этот этап 100 можно провести без существенного изменения состава среды,
все равно остается опасность заражения микроорганизмами после охлаждения или инокуляции. С другой
стороны, если стерилизация будет пропущена, рост желаемого организма почти наверняка будет подавлен
развитием присутствующих чужеродных организмов. 15 266,415 В момент инокуляции или последующего
введения в раствор такие организмы могут быть бактериями, дрожжами или дрожжеподобными организмами,
а также другими грибами. Существование вышеупомянутой трудности, конечно же, было признано, и в
указанной статье автор предполагает, что опасность заражения может быть значительно снижена, если в
раствор добавить небольшое количество соляной кислоты, что позволит добиться полной стерилизации при
однократном нагревании паром при атмосферном давлении в течение 30 минут.
Однако в этой связи следует отметить, что автор работал лишь в небольших масштабах, используя не более
литра раствора на каждый эксперимент.
Помимо прочего, термическая стерилизация имеет еще один недостаток: она способствует гидролизу
некоторых сахаров, в частности тростникового сахара.
Целью настоящего изобретения является разработка усовершенствованного процесса производства
лимонной кислоты из сахаров и подобных веществ с помощью грибов, который может эффективно
осуществляться в промышленных масштабах с хорошим выходом.
Следует понимать, что «промышленный процесс» или «работа в промышленных масштабах» означает, что
процесс может осуществляться в больших емкостях, содержащих несколько сотен литров или более
ферментируемого раствора, в отличие от «лабораторного масштаба», когда используются небольшие
емкости, содержащие всего один или несколько литров. Хотя данный процесс предназначен в первую очередь
для работы в промышленных масштабах, его, конечно же, можно применять и в меньших масштабах или в
лабораторных условиях.
Для создания коммерчески успешного процесса изобретатели основывали свои эксперименты на
предположении, что необходимо защищать питательную среду от риска заражения каким-либо иным
способом, помимо термической стерилизации, и обнаружили, что сравнительно больших количеств
минеральных или сильных органических кислот, добавленных в раствор, достаточно, чтобы сделать
термическую стерилизацию ненужной.
Под сильной органической кислотой следует понимать органическую кислоту, добавление которой позволяет
достичь необходимой концентрации ионов водорода, как указано ниже, без необходимости добавления такого
большого количества кислоты, которое оказало бы неблагоприятное влияние на производство лимонной
кислоты. Фактическое количество добавляемой кислоты в определенной степени зависит от других
компонентов раствора, но следует добавить достаточное количество кислоты, чтобы повысить концентрацию
ионов водорода в среде до такого уровня, например, до pH = 1,8, чтобы подавить не только бактерии, но и
дрожжи и подавляющее большинство других грибов, в то время как выбранный организм не будет подавлен.
Кроме того, для получения хороших урожаев изобретатели обнаружили, что желательно отбирать
определенные штаммы грибов, которые демонстрируют хорошую способность к производству лимонной
кислоты 76, и культивировать их, предпочтительно, на нейтральной среде.
В процессе согласно настоящему изобретению, который является дальнейшим развитием процесса,
описанного и заявленного в заявке № 90,
26,786 /1925 (266,514), в котором в качестве исходного материала используется раствор сахарозы,
защищенный от заражения добавлением соляной кислоты, поэтому 85 ферментируемые жидкости вместо
стерилизации нагреванием обрабатываются сравнительно большими количествами соляной или других
сильных кислот или их смесей, предпочтительно 90, перед инокуляцией, и инкубируются со спорами грибов,
предпочтительно из штаммов, отобранных по их способности продуцировать лимонную кислоту и
культивируемых на нейтральной среде, но 95 добавление одной только соляной кислоты исключается в
случае, когда ферментируются растворы сахарозы, полученные из сахарного тростника или из любого другого
источника. Следует понимать, что, хотя количество добавляемой кислоты достаточно велико для защиты
ферментируемых жидкостей от заражения без стерилизации их теплом, применение тепла в целях, отличных
от стерилизации, например, для быстрого доведения раствора до желаемой температуры инкубации, не
исключается из сферы действия данной спецификации.
Очевидно, что если применяется нагрев, то его должно быть недостаточно, чтобы вызвать загрязнение
жидкости примесями из емкости или, по причинам, изложенным ниже, чтобы вызвать серьезный гидролиз
сахара.
Следует также понимать, что используемая кислота должна быть такой, которая не оказывает токсического
воздействия на выбранные организмы и не нарушает процесс ферментации при используемой концентрации.
На практике мы обнаружили, что соляная кислота является подходящей кислотой для этой цели.
При проведении процессов лимонной ферментации в промышленных масштабах возникает дополнительная
трудность, обусловленная тем, что используемые грибы продуцируют лимонную кислоту только при росте на
поверхности раствора, и, поскольку диффузия лимонной кислоты, образующейся вблизи плесени, вниз и
свежего сахара вверх естественным образом не происходит быстро, более глубокие слои остаются более или
менее незатронутыми. При работе в лабораторных условиях с неглубокими слоями жидкости такой сложности
не возникает. Для преодоления этой трудности, в соответствии с настоящим изобретением, весь раствор
максимально плотно прижимается к форме. Этого можно достичь различными способами, например, создав
разницу температур на противоположных сторонах сосуда и тем самым вызвав соответствующую конвекцию;
или путем перекачивания жидкости; или путем простого перемешивания под формой; или путем вращения
сосуда, или любым другим удобным способом.
Новый процесс может быть непрерывным или частично непрерывным до тех пор, пока не будет
израсходована вся масса материала в форме. С этой целью, в соответствии с изобретением, в процессе
ферментации в раствор может быть добавлен 25:.': --.-, что фактически увеличивает вместимость сосудов.
Сахар можно добавлять непрерывно или периодически, по желанию, без удаления раствора лимонной
кислоты, и до определенного момента такое добавление способствует лучшему усвоению сахара лимонной
кислотой.
Свежие питательные вещества также можно добавлять таким же образом, как отдельно, так и вместе со
свежим сахаром.
Ниже приведено описание способа реализации изобретения, представленное в качестве примера.
Соседние файлы в папке патенты