Технологическая схема. 
Получение лимонной кислоты

Процесс производства лимонной кислоты включает все основные стадии микробиологической технологии (был представлении на рис. 6):

• — получение посевного материала;
• — подготовка сырья-мелассы к ферментации;
• — подготовка и стерилизация воздуха;
• — ферментация;
• — отделение биомассы продуцента — мицелия;
• — выделение из культурной жидкости лимонной кислоты и получение ее в кристаллическом виде.

В промышленном производстве лимонной кислоты применяется несколько вариантов процесса.

Рис. 7. — Технологическая схема производства лимонной кислоты:

Поверхностный способ ферментации

Приготовление питательной среды при поверхностном способе культивирования осуществляют в варочном котле. Мелассу разбавляют кипящей водой в соотношении 1:1 и, добавляя серную кислоту, доводят рН раствора до значения 6,7−7,2.

Для осаждения солей железа и тяжелых металлов водят при кипячении определенное количество раствора желтой кровяной соли. В раствор мелассы при температуре 60−70С последовательно добавляют источники азота, фосфора, макрои микроэлементов. Содержание сахаров в среде должно составлять 12−16%.

Основная ферментация осуществляется в специальных камерах, представляющих собой закрытые помещения, в которых на стеллажах расположены кюветы. Кюветы прямоугольной формы изготавливают из алюминия или нержавеющей стали.

Заполнение кювет питательной средой и слив из них культуральной жидкости осуществляется через штуцеры в дне кювет. Камеры оборудованы системой для подачи нагретого стерильного воздуха.

Перед началом нового цикла ферментации камеры и кюветы тщательно моют и стерилизуют пароформалиновой смесью с последующей дегазацией пароаммиачной смесью.

После стерилизации и охлаждения камер в кюветы наливают питательную среду слоем от 12 до 18 см. с помощью специального устройства для распыления в питательную среду вносят посевной материал — конидии гриба A. niger.

Через сутки после засева образуется тонкая серовато-белая пленка мицелия, которая по истечении трех суток сильно утолщается и приобретает складчатую структуру.

Температуру в период активного роста мицелия гриба поддерживают в предела 34−36С при умеренной аэрации. В период активного кислотообразования температуру снижают до 32−34С, а подачу воздуха увеличивают в 3−4 раза. По мере снижения интенсивности кислотообразования и уменьшения количества выделяемой теплоты подачу воздуха в камеру постепенно уменьшают. Процесс ферментации прекращают, когда в растворе остается 1−2% сахаров, а содержание кислот в культуральной жидкости достигает 12−20%.

Культуральную жидкость сливают из кювет в сборник, откуда ее подают в химический цех для выделения лимонной кислоты. Содержание лимонной кислоты в культуральной жидкости составляет 12−20%.

Мицелий отмывают от кислоты горячей водой и используют как корм для скота.

Способ называется бессменным. По сменному способу после сливания культуральной жидкости под пленку A. niger вводят немного воды температурой 30−32С, выдерживают 0,5 часов, промывную жидкость сливают, вводят свежую мелассную среду и ферментируют. По поливному способу ферментации на 4−5 сутки под пленку A. niger доливают свежую питательную среду в количестве, компенсирующем уменьшения объема вследствие испарения влаги. При работе этими способами экономится расход конидий, реже перезаряжаются камеры и появляется возможность ферментировать низкокачественные мелассы, не пригодные для выращивания грибной пленки.

Периодические способы имеют ряд недостатков:

• — ферментация происходит с небольшой скоростью;
• — мицелий по окончании цикла выбрасывают, хотя он еще активен, а получение нового мицелия связано с затратой конидий, мелассы и времени на его выращивание;
• — во всех кюветах трудно поддерживать заданную температуру, поэтому ферментация происходит неравномерно.

Предложенные непрерывные способы предусматривают протекание мелассной среды по каскаду кювет под предварительно выращенной пленкой мицелия A. niger или под секциями его, движущимися на транспортере в одном направлении со средой в плоском ферментаторе туннельного типа.

Наряду с поверхностным способом ферментации на жидких средах за рубежом известны способы ферментации на твердых средах. Твердофазная ферментация предусматривает использование импрегнированного средой пористого твердого материала, как багасса, картофель, пульпа сахарной свеклы др. в определенных пропорциях. Материал стерилизуют и инокулируют суспензией спор.

Инкубируют в лотках при 25−30С в течение 6−7 дней. После инкубирования содержимое экстрагируют водой, концентрируют, цитрат осаждают и очищают.

В Японии в процессе Коджи получают пятую часть выпускаемой в стране лимонной кислоты. Это твердофазное культивирование специальных штаммов A. niger на пшеничных отрубях. Перед стерилизацией значение рН отрубей доводят до 5,5, увлажняют отруби горячим паром так, чтобы их влажность составляла 70−80%. Далее субстрат охлаждают до 30−36С и инокулируют спорами штамма, малочувствительного к присутствию Fe3+. Температура не должна быть выше 28С.

Крахмал отрубей осахаривается ферментами гриба, но добавление готовых амилаз к субстрату увеличивает выход продукта.

Инокулированные отруби размещают в лотках на глубину 3−5 см. через 5−8 дней Коджи собирают и переносят в инокулятор для экстракции лимонной кислоты водой.

Загрязнение субстрата следовыми металлами является проблемой в процессе Коджи, так как их труднее удалять, чем в других вариантах процесса.

Поэтому проводят селекцию и используют штаммы, устойчивые к следовым металлам. К субстрату также добавляют HCF или Сu+2.

Рис. 8. — Технологическая схема получения лимонной кислоты из мелассы поверхностным способом (жидкофазная ферментация):

Где:

• 1 — цистерна для мелассы;
• 2 — центробежные насосы;
• 3 — реактор для разбавления мелассы;
• 4 — стерилизатор;
• 5 — бродильная камера;
• 6 — сборник сбраживаемых растворов;
• 7 — нейтрализатор;
• 8, 10 — фильтры;
• 9 — расщепитель;
• 11 — сборник;
• 12 — вакуумный аппарат;
• 13 — диссольвер;
• 14 — фильтр-пресс;
• 15 — кристаллизатор;
• 16 — приемник;
• 17 — сушилка;
• 18 — готовая продукция;
• 19 — сборник фильтрата.