промышленная биотехнология. Коллоквиум 3 ПБ. Коллоквиум Использование микроорганизмов в биотехнологии

• Название: Коллоквиум Использование микроорганизмов в биотехнологии
• Анкор: промышленная биотехнология
• Дата: 03.06.2021
• Размер: 456.62 Kb.
• Имя файла: Коллоквиум 3 ПБ.docx
• Тип: Документы; #213335
• страница: 2 из 9

Окислительные процессы

Получение уксуса (сырьем служат вино, сидор, пивное сусло, соки, мед после спиртового брожения, либо водный раствор этилового спирта (получают спиртовой уксус белого увета), наряду с уксусной кислотой (6-9%) уксус содержит разные эфиры и другие компоненты, которые придают особый вкус и запах уксуса)

Превращение спирта в уксус:




Осуществляется под действием алкогольдегидрогеназы. При этом из 1 моля этанола образуется 1 моль уксусной кислоты.

ФЕРМЕНТЕР

Поверхностный способ осуществляется в аппаратах, которые представляют собой деревянные ёмкости, заполненные древесными стружками. Объем наполнения = 1-1,5 м3. Питательный раствор, содержащий 3-5% спирта, 5-6% уксусной кислоты и минеральные соли, разбрызгивают по поверхности стружек, на которых находятся бактерии.

Раствор протекает по стружкам, с помощью бактерий спирт окисляется. В результате выделяется тепловая энергия и температура повышается до 32-34 градусов (оптимум 30). По мере протекания среды по стружкам к нижней части аппарата собирается готовый уксус, который поступает в сборник.

При прохождении среды через стружки часть бактерий вымывается, при этом биомасса восстанавливается.

Кол-во образуемой уксусной кислоты в среднем составляет 1,4 кг на 1 м3 в сутки.

Глубинный способ – процесс проводят в специальных аэрационных аппаратах с термостабилизацией, с механической системой пеногашения, с высокой скоростью аэрации, мешалки вращаются быстро = 1,5тыс в мин, темп = 30 градусов. Для глубинной культуры используют так же специальные штаммы, которые будут размножаться с большой скоростью и очень быстро превращают спирт в уксусную кислоты в кислой среде.

Выход составляет от 18 до 23 кг в сут..

Процесс ведут в серии ферментёров (в основном 5 ферментёров). Исходная среда содержит около 5% спирта, и от 1,5 до 7% уксусной кислоты, содержание спирта и кислоты меняется в зависимости от ферментёра (в 1 находится минимальное количество уксусной кислоты и много спирта и постепенно становится наоборот). Бактерии будут очень хорошо размножаться в первом ферментёре. Выход составляет до 90%

При отъемно-доливном способе каждые 30-35 часов до 60% культуры заменяют на свежие сусла.

Дальше, когда получили уксус из последнего аппарата на постферментационной фазе – отделяют бактериальную биомассу, раствор уксуса фильтруют, подвергают пастеризации. Иногда могут концентрировать растворы – вымораживаением до 30% и дальнейшее концентрирование проводят методом перегонки

Лимонная кислота

Лимонная кислота – это кислота, кристаллизующаяся из водных растворов с одной молекулой воды в виде бесцветных кристаллов с температурой плавления 153 градуса.

Она хорошо растворима в воде, растворима в этиловом спирте, малорастворима в диэтиловом эфире. Слабая кислота, а ее соли и эфиры называют цитратами.

Лимонную кислоту производят путём микробного синтеза с помощью микроскопических грибов (аспергиллиус нигер – чёрный гриб плесневый для получения органических кислот, пенециллиум)

У микроорганизмов синтез лимонной кислоты реализуется в цикле дикарбоновых кислот и осуществляется в результате конденсации кислоты. Образуемая в результате гликолиза ПВК связывается с углекислой кислотой, синтезируется щавелевоуксусная, которая реагирует с уксусной кислотой и образуется лимонная кислота.

Применение лимонной кислоты:

• 
  В ряде отраслей промышленности: кондитерской, винодельческой, безалкогольных напитков, консервной
  
• 
  В фармацевтической промышленности
  
• 
  При переливании крови (лимонная кислота вызывает несворачиваемость крови)
  
• 
  При приготовлении косметических средств Продуценты лимоннойкислоты:
  

Требования к продуцентам:

• 
  Высокая скорость роста биомассы и высокий выход целевого продукта (накопление кислоты происходит при ограничении роста одни из минеральных компонентов – источники марганца, железа, цинка, фосфора, но в основном при высокой концентрации сахара и при дефиците фосфора, оптимум рН = 1,7-2 для кислотообразования)
  
• 
  Максимальное усвоение питательных веществ из дешевых и доступных питательных сред
  
• 
  Устойчивость к посторонней микрофлоре
  
• 
  Безвредность для людей и окружающей среды
  
• 
  В качестве основы среды могут использовать глюкозный сироп, гидролизаты крахмала или мелассу, которую обрабатывают с целью снижения содержания металлов. Источником азота служат аммонийные соли (0,2%). Концентрация фосфатов =
  

0,01-0,2%.

• 
  Так как идет интенсивная аэрация, то применяют пеногасители (природные масла с высоким содержанием жирных кислот)
  

Кроме плесневых грибов в качестве продуцента могут выступать бактерии (бациллус ликтниформис, ахромобактер), дрожжи (кандида).

ЖИДКОФАЗНЫЙ ПРОЦЕСС ВЫДЕЛЕНИЯ ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ

Он характеризуется тем, что на стадии ферментации – рост мицелия от 24 до 36 часов, в период активного кислотообразования увеличивают аэрацию, в результате интенсивного перемешивания выделяется тепло, температуру снижают.

Производство продуцента лимонной кислоты при поверхностном способе культивирования на жидкой среде – это достаточно простой способ, так как процесс идет при очень низком значении рН. Широко используется, он заключается в том, что в кюветы разливают питательный раствор, засевают конидиями гриба и размещают в бродильных камерах. Создают оптимальные условия:



Гриб развивается в виде пленки на поверхности питательной среды, в процессе жизнедеятельности лимонная кислота выходит из клеток в раствор, из которого ее осаждают в виде кальцевой соли, переводят в форму свободной кислоты и кристаллизуют.

Посевной материал получают в споровом цехе, путем выращивания спор музейной культуры на поверхности агаризованной питательной среды. Через 10 суток с образовавшейся мицеллиальной пленки споры собирают, просушивают при 30 градусах, смешивают, фасуют в стерильные колбы и хранят при комнатной температуре 6 мес.

Метод плёнок – через 7 суток после завершения кислотообразования сброженный раствор мелассы сливают, мицелий промывают стерильной водой и в кюветы наливают новую среду. Т.е. мицеллиальная плёнка остаётся

Бессменный способ с доливом – при этом способе в кювету дробными добавками (30-35% от исходного объёма) добавляют мелассу на стадии кислотообразования. При этом способе выход кислоты увеличивается на 15-20%. Сокращается затрата сахаров. Промытый мицелий используют в кормопроизводстве.

ТВЁРДОФАЗНЫЙ СПОСОБ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ПРОДУЦЕНТА ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ

Характеризуется тем, что в качестве среды используется пористый материал (картофель, сахарная свекла). Материал предварительно стерилизуют, охлаждают и засевают суспензией спор. Сам процесс ферментации проходит в лотках от 6 до 7 дней. После завершения процесса лимонную кислоту экстрагируют водой, и лимонная кислота осаждается также в виде соли кальция.


Наиболее экономически выгодно производить лимонную кислоту жидкофазным поверхностным способом, так как себестоимость лимонной кислоты несколько ниже. Этот способ имеет ряд преимуществ: высокая концентрация лимонной кислоты в культуральной жидкости, меньшее образование побочных кислот, меньшие затраты мелассы.

ГЛУБИННОЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЕ

Он позволяет повысить эффективность использования площадей, т.к. бродильные камеры занимают очень много места. Если сравнить его с другими, то тут предпочтение отдают жидкофазному, т.к. себестоимость продукта будет меньше за счет меньшего использования электроэнергии.

Подготовка спорового материала осуществляется также, как при поверхностном культивировании. Но тут используют другие штаммы (специальные мутанные штаммы), которые не пригодны для использования при поверхностном культивировании.

Этапы: выращивание мицелия в посевном аппарате, затем рост мицелия, кислотообразование в ферментёре. Т.е. сначала мы получаем инокулят, затем основной процесс ферментёра.

В качестве среды (источника углерода) используют мелассу, процесс осуществляется в посевных аппаратах, куда загружают питательную среду с 3-4% сахара, затем вносят инокулят в виде суспензии спор, при интенсивной аэрации происходит прорастание спор и формирование мицелия гриба. Через 20-36 часов мицелий гриба передается в основной ферментёр, где процесс продолжается 5-6 суток. В процессе ферментации проводят подлив конц.раствора мелассы

(25-28% по сахару)