Мотроненко В.В.

Національний технічний університет України «КПІ»

Виробництво лимонної кислоти з міцеліальних грибів виду Aspergillus niger

Всім відомо, що лимонна кислота має широкий спектр застосування, як в промисловості так і в побуті. Тому способи її отримання промисловими методами досліджуються впродовж декількох століть у багатьох країнах світу. Найбільш ефективним із них виявився мікробіологічний. [1]. Хімічний поступається йому по декількох причинах, а саме: економічна недоцільність – вартість сировини набагато перевищує вартість меляси, технологія складається з багатьох стадій і потребує використання токсичних речовин, досить низький вихід кінцевого продукту [2].

Можливість отримання лимонної кислоти шляхом культивування мікроскопічних грибів на цукрових поживних середовищах була відкрита німецьким вченим К. Вемером у 1893 році. На території колишнього СРСР його наступником був В.Л. Омелянський, а з часом В.С. Буткевич та С.П. Костичев. У розвиток і вдосконалення вітчизняного виробництва вагомий вклад зробили Г.І. Журавський, Є.Я. Щербакова, В.Ф. Федосєєв та інші [1].

У промисловості відомо декілька технологій отримання лимонної кислоти, використовуючи при цьому у якості продуцентів різні біологічні культури, зокрема дріжджі роду Candida. Найбільш ефективною виявилася технологія з використанням міцеліальних грибів виду Aspergillus niger, основним продуктом життєдіяльності яких є лимонна кислота [3].

Багато органічних речовин можуть зброджуватися міцеліальними грибами виду Aspergillus niger і можуть бути перетворені в лимонну кислоту, але максимальна продуктивність досягається при біосинтезі із сахарози чи фруктози. Саме тому у якості поживного середовища використовують цукрову мелясу (побічний продукт виробництва цурку з цукрового буряка чи цукрової тростини), а саме сахарозу, що в ній міститься [4]. Її використання знижує собівартість кінцевої продукції і забезпечує високу продуктивність [1]. Для виробництва лимонної кислоти застосовуються мелясні розчини двох концентрацій: 3…4% – для приготування посівного матеріалу і початкового заповнення основного ферментеру та 25…28% – для періодичного доливання в основний ферментер під час культивування [5].

Отримання лимонної кислоти мікробіологічним способом має назву ферментація. Розрізняють поверхневу та глибинну ферментацію. При поверхневому культивуванні – міцелій знаходиться на поверхні поживного середовища, у відкритих кюветах, розміщених на багатоярусних стелажах в спеціальних камерах. А у випадку глибинної ферментації міцелій грибів занурений у поживне середовище в апаратах, котрі називаються ферментерами [1].

В наш час віддають перевагу глибинному способу, так як на відміну від поверхневого він забезпечує практично повну стерильність процесу і можливість створення стійкого технологічного режиму, однакового для всієї маси кислото утворюючого міцелію. До його переваг можна також віднести такі переваги, як скорочення часу ферментації, та збільшення можливостей для автоматизації виробничого процесу і скорочення використання ручної сили до мінімуму. До недоліків глибинної ферментації можна віднести неможливість використання її в малотонажних виробництва [5].

Глибинну ферментацію можна проводити періодичним і безперервним способами. Використання безперервної ферментації є більш ефективним і економічно доцільнішим, відсутня стадія виходу на оптимальний режим роботи обладнання, що зменшує час ферментації, а також допомагає звисто до мінімуму участь людини в виробничому процесі й максимально автоматизувати останній [1].

Технологія отримання лимонної кислоти глибинним методом складається із наступних основних стадій: підготовки поживного середовища, підготовка посівного матеріалу, основна ферментація, виділення лимонної кислоти зі зброджених розчинів та подальша її кристалізація [6].

Ріст гриба і біосинтез лимонної кислоти (ферментація) при глибинному способі протікає в спеціальних апаратах ферментерах об’ємом 50 м³ [5]. Оскільки гриби Aspergillus niger є строгими аеробами, то в ферментери безперервно подають очищене повітря. Оскільки процес біосинтезу лимонної систоли є екзотермічним, то апарати для його проведення оснащені так званою «рубашкою» в яку подається холодна вода. Повний цикл ферментації триваєє від 5 до 9 діб. [1].

З кожним вченими багатьох країн відбувається вдосконалення технології отримання лимонної систоли, скорочення часу виробничого процесу та підвищення його ефективності, зниження собівартості кінцевої продукції та підвищення її якості. Також однією з основних задач вдосконалення виробничого процесу є створення максимально безвідходного виробництва та проблема очищення стічних вод [1, 2].

Література:

1. Смирнов В.А. Пищевые кислоты (лимонная, молочная, винная) / М.: «Легкая и пищевая промышленность», 1983 – 264с.

2. Карклиньш Р. Я., Пробок А. К. Биосинтез органических кислот / Рига: «Зинатне», 1972 – 244с.

3. Сидоров Ю.І., Влязко Р.Й., Новіков В.П. Мроцеси і апарати мікробіологічної промисловості // Навчальний посібник / Львів: «Інтелект-Захід», 2008 – 736с.

4. Авчиева П. В. Направленный биосинтез лимонной кислоты при периодической и непрерывной ферментации гриба Aspergillus niger / М.: «ГосНИИсинтезбелок», 2011 – 191с.

5. Мальцев П.М. Технология бродильных производствт / М.: «Пищевая промышленность», 1980 – 560с.

6. Фараджева Е.Д., Федоров В.А. Общая технология бродильных производств / М.: «Колос», 2002 – 408с.