Мотроненко В.В.

Національний технічний університет України «КПІ»

Отримання молочної кислоти мікробіологічним способом

Молочна кислота широко застосовується в харчовій, хімічній, фармацевтичній та інших галузях промисловості, як консервант та антиоксидант, харчову добавку Е 270. Використовується при виробництві косметики як зволожуючий, відбілюючий та протизапальний засіб.

Молочну кислоту в промислових умовах можна отримувати хімічним і мікробіологічним синтезом. Хімічний синтез заснований на реакції ацетальдегіду з ціаністим воднем, що призводить до отримання лактонітрилу в результаті гідролізу якого отримують молочну кислоту. При мікробіологічному синтезі молочна кислота утворюється в наслідок анаеробного зброджування цукрів молочнокислими бактеріями. У промисловості її отримують глибинним культивування бактерій виду Lactobacilus delbruckii.

До складу поживного середовища, зазвичай, входять вуглеводи, що містять глюкозу сахарозу і мальтозу (рафінадна патока, меляса, цукрова тростина, кукурудзяний і картопляний крохмаль та інші). Концентрація цукру в поживному середовищі може змінюватися від 5 до 18 %. Також для нормальної життєдіяльності молочнокислих бактерій необхідно щоб поживне середовище містило ряд амінокислот (аргінін, цистеїн, лізин, глютамінова кислота та інші), вітамінів (рибофлавін, нікотинова і фолієва кислота та інші) й мінералів (натрій, калій, фосфор, купрум, магній, манган та інші). Перед подачею поживного середовища в ферментер його стерилізують на установках безперервної стерилізації

При культивуванні L. delbruckii рН середовища підтримується на рівні 6,3 – 6,5 за рахунок крейди, що періодично подають у ферментер, а температура підтримується на рівні 48-50 ^оС, Ферментацію проводять в апаратах об’ємові 25-45 м³ обладнаних змійовиком для підтримання необхідної температури для культивування, та барботером який використовують для аерації та перемішування культуральної рідини. Апарати заповнюються культуральною рідиною на 2/3 від загального об’єму, а частка посівної культури L. delbruckii скдає 30% від неї. Процес ферментативного зброджування молочнокислих бактерій є періодичним і триває 20-24 години. З метою збільшення виходу молочної кислоти в результаті ферментації, здійснюють її нейтралізацію, періодично додаючи до культуральної рідини крейду.

Для виділення з культуральної рідини молочної кислоти, в якій знаходяться також тверді домішки – крейда та залишки поживного середовища, обробляють вапняним молоком, при цьому осідають іони заліза, коагулюють білки, руйнується незброджений цукор. Для відділення зважених часток культуральну рідину відстоюють протягом 6-12 годин при температурі вище 48 °С. Після відстоювання суміш фільтрують, і фільтрат направляють на кристалізацію лактату. При кристалізації лактату кальцію близько 2/3 солі залишається в маточному розчині, тому, поряд з очищенням молочної кислоти кристалізацією лактату, використовується очищення та іонообмінними смолами. Його початкова концентрація в розчині становить 14,5-15,5%. Після відділення кристалів фільтруванням або центрифугуванням і їх промивання вихід лактату становить 80 мас. % від маси кристалів, що містяться в утфелі, З маткового розчину після розкладання лактату, відділення гіпсу і освітлювання розчину активним вугіллям отримують молочну кислоту другого сорту.

Очищений розчин лакатату кальцію розкладається сірчаною кислотою. З'єднання заліза осаджують жовтою або червоною кров'яною сіллю. Сполуки важких металів і миш'яку осаджують сульфідом барію. Для освітлення розчину його обробляють активним вугіллям, осад відокремлюють фільтруванням.

Освітлення розчину молочної кислоти проводять за допомогою активного вугілля або до відділення гіпсу, або після відділення шламу. Освітлений розчин піддають концентруванню до масової частки молочної кислоти 40 мас. % На випарних вакуумних апаратах (80 кПа). Після випарювання розчин знову обробляють активним вугіллям (виправлення) і після фільтрування розливають у тару.