Transcript
5/14/2018 Projekt Do Druku - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/projekt-do-druku 1/20
PROJEKT
Olga Kalinowska
PRODUKCJA KWASU CYTRYNOWEGO PRZEZ ASPERGILLUS
NIGER SZCZEP C-12 METODĄ WGŁĘBNĄ OKRESOWĄ
Praca wykonana pod kierunkiem
dr inż. Jadwigi Farbiszewskiej – Kiczmy
UNIWERSYTET OPOLSKI
Wydział Przyrodniczo – Techniczny
Samodzielna Katedra Samodzielnej Katedry Biotechnologii i
Biologii Molekularnej
5/14/2018 Projekt Do Druku - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/projekt-do-druku 2/20
SPIS TREŚCI
WSTĘP...........................................................................................................................................3
WĘZEŁ I........................................................................................................................................4
WĘZEŁ II.......................................................................................................................................6
WĘZEŁ III.....................................................................................................................................8
OBLICZENIA PODSTAWOWYCH PARAMETRÓW BIOSYNTEZY KWASU
CYTRYNOWEGO......................................................................................................................11
WĘZEŁ IV...................................................................................................................................12
DYSKUSJA..................................................................................................................................15
WNIOSKI.....................................................................................................................................16
BIBLIOGRAFIA.........................................................................................................................17
SPIS RYSUNKÓW......................................................................................................................18
SPIS TABEL................................................................................................................................19
2
5/14/2018 Projekt Do Druku - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/projekt-do-druku 3/20
WSTĘP
Niniejszy projekt dotyczy produkcji kwasu cytrynowego metodą wgłębną okresową.
Metoda ta została przez nas wybrana spośród wszystkich metod stosowanych do produkcji
kwasu cytrynowego, gdyż pozwala na uzyskanie największej wydajności procesu
produkcyjnego. W celu wytworzenia produktu stosujemy fermentację w bioreaktorze z ciągłym
mieszaniem. Mikroorganizmem użytym do biosyntezy kwasu jest grzyb strzępkowy
Aspergillus niger szczep C12. Wybór szczepu C12 jest uargumentowany badaniami
laboratoryjnymi, w których tenże szczep uzyskał najwyższe wartości wydajności produkcji
kwasu cytrynowego. Wytwarzany w procesie fermentacji kwas zostanie wykorzystany w
przemyśle spożywczym jako:
• inhibitor enzymów, głównie oksydaz powodujących utlenianie polifenoli, co objawia się
ciemnieniem owoców i warzyw,• składnik do produkcji napojów, słodyczy, owoców kandyzowanych i win,
• środek zakwaszający i stabilizujący.
W wyniku przeprowadzania jednego cyklu produkcyjnego otrzymamy 100 kg kwasu
cytrynowego. Surowcem, który jest najczęściej używany w metodzie wgłębnej jest sacharoza,
mączki cukrowe, soki cukrownicze, hydrolizaty skrobiowe, melasa buraczana lub trzcinowa. W
tym projekcie kwas cytrynowy będzie wytwarzany przy użyciu odpadu cukrowniczego –
melasy. Taki wybór surowca uzasadniamy korzystnymi aspektami ekonomicznymi i dbałością o środowisko naturalne.
Poniżej przedstawiamy ideowy schemat produkcji kwasu z uwzględnieniem poszczególnych
węzłów technologicznych, które będą omówione szerzej w kolejnych częściach projektu.
Rys.1. Schemat produkcji kwasu cytrynowego metodą wgłębną okresową.
Fermentacja w
bioreaktorze
WĘZEŁ III
Przygotowanie podłoża
WĘZEŁ I
Przygotowanieinokulum
WĘZEŁ II
_ para wodna →
powietrze →
Wydzielanie kwasucytrynowego
WĘZEŁ IV
3
5/14/2018 Projekt Do Druku - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/projekt-do-druku 4/20
WĘZEŁ I
Węzeł I jest etapem, gdzie sporządzane jest podłoże do hodowli Aspergillus niger.
Głównym składnikiem pożywki jest melasa – produkt odpadowy w produkcji cukru Cukrowni
PUSTKÓW S.A. Wykorzystanie tego składnika podyktowane jest względami ekonomicznymi
– produktywność jest porównywalna z wykorzystaniem cukru białego jako substratu, natomiast
koszty są niższe. Dodatkowo użycie melasy jest spowodowane troską o stan środowiska, gdyż
melasa jako produkt uboczny jest substancją o wysokim CHZT (50000 – 60000 mg O2/dm3).
Przy przerobie buraków, melasa stanowi około 4% ich masy. W skład melasy wchodzą
cukry i wszystkie substancje niecukrowe nie usunięte wraz z wysłodkami i szlamem
defekacyjnym podczas produkcji cukru. Jest cieczą ciemno brunatną, bardzo gęstą (ρ = 1,35
g/cm3) o swoistym zapachu z wyczuwalnym aromatem karmelu, słodką o gorzkim posmaku.
Skład chemiczny melasy zależy od gatunku buraków, warunków gruntowych i klimatycznych
ich wegetacji a także rodzaju procesu technologicznego produkcji cukru [1].
Rys. 2 Schemat węzła I.
Tab. 1 Skład melasy wykorzystanej do produkcji kwasu cytrynowego:
składnik zawartość %Sucha substancja 80Cukry, w tym:SacharozaRafinozaCukier inwertowany
53511,01,0
Azot ogółem 1,7
Substancje redukujące 0,8kwasy lotne 2,31Sole Mg i Ca 1,2
pH 8,0Współczynnik czystości 61Kwasy organiczne 8,2Rafinoza 2,1Koloidy 3,8Popiół, w tym:K 2O
CaOMgOP2O5
Na2O
8,25,0
0,30,160,061,0
4
melasa
H2O
H2SO4
Pożywka melasowa
do węzła III
5/14/2018 Projekt Do Druku - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/projekt-do-druku 5/20
chlorki 1,6Karmel i melanoidy 1,6
Zawartość ogólnego azotu powinna wynosić nie niej niż 1,6 %. Z azotowych związków
organicznych melasa zawiera głównie betainę, kwas asparaginowy i glutaminowy.
Melasa zawiera składniki koloidowe, zarówno w postaci zawiesin, jak i cząstek rozpuszczonych. Mają one ładunek ujemny (wytrącają się przy odczynie kwaśnym, jaki jest
wymagany do hodowli Aspergillus niger ) jak i dodatni [2]. Zawartość składników koloidowych
waha się w granicach 0,2-6%. Wytrącają się głównie składniki barwne, humusowe, karmelowe
oraz melanoidy. Substancje barwne występujące w melasie to kompleksy pirokatechinowo –
żelazowe, pochodzące z buraków, melanoidy (nadające barwę melasie, powstają w procesie
kondensacji cukru, zwłaszcza inwertu z aminokwasami – głównie kwasem asparaginowym) i
melaniny (produkt utlenienia polifenoli buraków). Intensywność zabarwienia zależy od pH i
temperatury soku w cukrowni. Ogólna ilość składników mineralnych wyrażona jest jako popiół
węglanowy i waha się w granicach od 7 do 11,5%. W skład jego wchodzą K 2CO3, Na2CO3 i
CaCO3 . Melasy zawierają lotne i nie lotne kwasy organiczne. Głównym kwasem nielotnym jest
kwas mlekowy, a ponadto występują kwas cytrynowy, szczawiooctowy, szczawiowy oraz
kwasy huminowe. W melasie występują także związki biologicznie czynne, a wśród nich
witaminy [3].
Tab. 2 Skład witamin oraz czynników wzrostu [3]
składnik Zawartość [mg/100 g melasy]Witamina B1 130Witamina B2 41Witamina B6 540
niacyna 5100Kwas pantotenowy 130
Kwas foliowy 21
biotyna 5,3
Melasa stanowi 10% składu pożywki. Ponadto, dodaje się inne sole nieorganiczne oraz wodę.
Ogólna masa przygotowanego podłoża to 1,2 . 104 kg.
Tab. 3 Skład pożywki przygotowanej do hodowli Aspergillus niger:
składnik Zawartość [%] Masa [kg/104
kg pożywki]Melasa, w tym:sacharozaSole Mg i Ca
10511,2
100051012
5
5/14/2018 Projekt Do Druku - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/projekt-do-druku 6/20
Kwasy organiczneK 2OCaOMgOP2O5
Na2OWitamina B1
Witamina B6
NiacynaKwas pantotenowy
84,50,30,160,060,80,130,540,510,013
80453
1,60,68,01,35,45,10,13
K 4Fe(CN)6 6 600H3PO4 0,2 20Węgiel aktywny 2 200Woda 81,8% 8180
Otrzymaną pożywkę zakwasza się 1 M H2SO4(98%) do pH 2,6. Ilość potrzebna do osiągnięcia
wymaganego pH to 12,6 litra. Ilość ta może się nieznacznie zmienić ze względu na niestałość
pH pod wpływem czasu przechowywania melasy i temperatury [3]. Dlatego też, zarówno przed
rozpoczęciem procesu, jak i w trakcie, kwasowość jest ściśle kontrolowana. Grzyby Aspergillus
niger wykazują tolerancję pH 2,6 – 2,8. Niewskazane jest zbytnie podwyższenie kwasowości
ani doprowadzenie do pH powyżej 3. Skutkiem mogłoby być ograniczenie aktywności
Aspergillus, a zatem mniejsza wydajność.
Przygotowanie pożywki polega na zmieszaniu odpowiednich ilości podanych
składników. Istotnym etapem jest sterylizacja. Wykonuje się ją w temperaturze 121
o
C przez 30minut. Obecność innych mikroorganizmów, (szczególnie z rodzaju Saccharomyces) znacznie
obniża wydajność.
WĘZEŁ II
W drugim węźle, przygotowywanym równocześnie z węzłem I przygotowuje się
inokulum. Szczepem wykorzystywanym do produkcji jest szczep Aspergillus niger C12.Szczepy wyizolowane z naturalnego środowiska charakteryzują się najczęściej małą zdolnością
6
NH4 NO3, KH2PO4
MgSO4. 7 H2O
5/14/2018 Projekt Do Druku - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/projekt-do-druku 7/20
g 4 2
wytwarzania kwasu cytrynowego. Otrzymanie wysoko produktywnych szczepów jest możliwe
dzięki wieloetapowej mutacji, skriningu, a także metod inżynierii genetycznej. Szczepy
aktywnie syntetyzujące kwas cytrynowy w procesie hodowli wgłębnej, w pożywce
syntetycznej z sacharozą (cukrem białym, handlowym), nie mogą być stosowane w metodzie
powierzchniowej (LFS) na pożywce melasowej. Zbyt wysoka zawartość związków
mineralnych, aminokwasów i innych stymulatorów wzrostu w melasie powoduje nadmierna
produkcję biomasy grzybni, przy równocześnie osłabionej syntezie kwasu cytrynowego.
Szczepy przemysłowe wymagają właściwych metod przechowywania zapewniających
stabilność cech. Do powszechnie przyjętych dla Aspergillus niger należy liofilizacja bądź
przechowywanie suchych konidiów w temperaturze 4 oC, w mieszaninie ze sterylnym
piaskiem, węglem aktywnym bądź cytrynianem wapnia.
Rys. 3 Schemat węzła II
Szczepy do wgłębnego procesu biosyntezy kwasu cytrynowego w pożywkach syntetycznych
powinny być hodowane na agarze ziemniaczano-glukozowym o wartości pH 6,0-7,0, co
indukuje w konidiach aktywność podstawowych enzymów glikolizy.
Szczep zastosowany w technologii produkcji kwasu cytrynowego pochodzi z Kolekcji Czystych
Kultur Instytutu Biotechnologii Przemysłu Rolno- Spożywczego w Warszawie.
Jako podłoże do wytworzenia szczepionki stosuje się podstawowe podłoże hodowlane o
składzie podanym w tabeli 4. W celu przygotowania inokulum, do kolb płaskodennych o
pojemności 750 cm3 wprowadza się 100 cm3 podstawowego podłoża i sterylizuje się wtemperaturze 121oC przez 30 minut. Po ochłodzeniu, wprowadza się konidia Aspergillus niger .
Po godzinnym wstrząsaniu oznacza się stężenia konidiów. Tak przygotowane zawiesiny
inkubuje się w temperaturze pokojowej około 6 godzin. Wymagane jest wstrząsanie co pewien
czas. W tym czasie następuje pęcznienie konidiów, którymi następnie szczepi się hodowle [1].
Stężenie konidiów w hodowli to 105/cm3. Dlatego też, pożywkę inokulacyjną po ocenie ilości,
rozcieńcza się płynem fizjologicznym, albo dokonuje się przeszczepienia na skosy
ziemniaczane i namnożenia grzybów do wymaganego stężenia konidiów.
7
Konidia inokulum
do węzła IIIH2O
5/14/2018 Projekt Do Druku - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/projekt-do-druku 8/20
Tab. 4 Skład pożywki do namnażania Aspergillus niger:
składnik Ilość [g/dm3]Cukier biały 150 NH4 NO3 2
MgSO4 . 7 H2O 0,2
KH2PO4 0,2Woda 1 dm3
Do hodowli na wysterylizowanej pożywce melasowej przenosi się konidia w takiej ilości aby
stężenie w pożywce wyniosło 105. Nie jest możliwe jednoznaczne określenie stężenia konidiów
po hodowli inokulacyjnej, gdyż potencjał wzrostowy grzybów w dużej mierze zależy od
warunków, od ich kondycji i od ilości konidiów, które posiadają zdolność przeżycia po
liofilizacji. Szczepy otrzymane są bowiem w formie zliofilizowanej. Zakłada się, iż otrzymuje
się inokulum o stężeniu 108 kom/cm3. Do hodowli właściwej (12 t pożywki) dodaje się więc
1000 litrów inokulum.
Podsumowując; głównym składnikiem do namnażania grzybów jest sacharoza (cukier biały),
podłoże do produkcji kwasu cytrynowego oparte jest na melasie, ze względów ekonomicznych.
Stężenie konidiów w pożywce do produkcji kwasu cytrynowego to 105/cm3.
WĘZEŁ III
W III węźle zachodzi fermentacja w bioreaktorze. Do produkcji kwasu cytrynowego
stosowaną metodą jest hodowla wgłębna okresowa.
8
5/14/2018 Projekt Do Druku - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/projekt-do-druku 9/20
Rys. 4 Schemat węzła III
W produkcji kwasu cytrynowego zastosowane zostały tradycyjne fermentory
zbiornikowe z mieszadłem o poj. 12,5 m3. Bioreaktory te zostały wykonane ze stali
kwasoodpornej oraz zostały wyposażone w oprzyrządowanie pomiarowe
Rys. 5 Schemat bioreaktora z mieszadłem mechanicznym do hodowli wgłębnej, wykonanego
ze stali nierdzewnej
Proces hodowli okresowej wgłębnej przebiega następująco. Do czystego bioreaktora
wprowadzane jest 1,2∙104 kg podstawowego podłoża hodowlanego. Kolejno zamykane są
wszystkie otwory i króćce, tak aby powietrze nie dostawało się do środka. Na króćcach, które
doprowadzają powietrze i odprowadzają gazy pofermentacyjne umieszczone są filtrymembranowe, które służą do wyjaławiania powietrza. Jeśli bioreaktor jest szczelnie zamknięty,
to należy poddać go sterylizacji w temperaturze 121 ºC przez 30 minut. Jednocześnie poddany
sterylizacji zostaje środek przeciwpianowy, podłoża zasilające oraz węże do pomp i inny sprzęt.
Następnie po sterylizacji włączane jest mieszanie, napowietrzanie oraz chłodzenie. W wyniku
przeprowadzonych zabiegów dochodzi do obniżenia temperatury do około 32 ºC, kontrola
temperatury jest możliwa dzięki zamontowanej elektrodzie pomiarowej, która wcześniej została
wyjałowiona z użyciem 70% wodnego roztworu alkoholu etylowego. Później następujeuruchomienie i kalibrowanie aparatury pomiarowo-regulacyjnej, która służy do pomiarów oraz
kontroli przebiegu procesu hodowli.
9
pożywka melasowa
inokulum
H2SO4
Surowy produkt
do węzła VI
pożywka
inokulum
powietrze pH = 2,6T = 32oC Surowy produkt
5/14/2018 Projekt Do Druku - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/projekt-do-druku 10/20
Kolejnym krokiem jest umieszczenie danej objętości inokulum do podłoża w bioreaktorze, tak
aby dane inokulum zawierało 105/cm3 stężenia konidiów. Po tym pobierana jest próba zerowa i
właśnie ten moment traktowany jest jako początek hodowli.
Hodowla prowadzona w temperaturze 32 ºC, przy czym dochodzi do ciągłego mieszania oraz
napowietrzania. Jeżeli dojdzie do dużego spadku aktywności oddechowej grzybni oraz braku przyrostu kwasowości ogólnej to świadczy to o doprowadzeniu hodowli do końca. Czas trwania
procesu biosyntezy, który liczony jest do chwili wyczerpania źródła węgla trwa od 120 do 180
godzin w temperaturze 30-32ºC, stosując kontrolowane napowietrzanie.
Z hodowli okresowych zostały pobrane na początku próby zerowe, czyli nastąpiło to zaraz po
wprowadzeniu inokulum do podłoża. Kolejne próby zostały pobrane po każdej czwartej dobie
hodowli. Objętość pobranych prób wynosiła 5 cm3.
Następnie próbki zostały poddane analizie laboratoryjnej. W próbie zerowej zostało oznaczone
pH, stężenie konidiów, stężenie sacharozy (S0). W próbach, które zostały pobrane w czasie
hodowli oznaczone zostały: kwasowość ogólna (K 0), stężenie kwasu cytrynowego (P), stężenie
sacharozy (S), a także obserwacji poddana została morfologia grzybni. Gdy hodowla została
doprowadzona do końca zmierzona została końcowa objętość podłoża (Vk ), która znajdowała
się w kolbie, do której właśnie dodawano sumaryczną objętość prób pobranych w czasie
trwania hodowli (ΣV pr ). Dzięki temu uzyskano skorygowaną objętość końcową podłoża
hodowlanego (Vks), która posłuży w kolejnych obliczeniach końcowych wyników hodowli
okresowych. Dodatkowo produktem ubocznym była para wodna, która nie stanowi większych
problemów [1].
Tab. 5 Kształtowanie się podstawowych parametrów kinetycznych, które charakteryzują wzrost biomasy, zużywanie sacharozy i biosyntezę kwasu cytrynowego we wgłębnych hodowlach
okresowych Aspergillus niger C-12.
Ilość pożywki 1,2 . 104 kgIlość inokulum 1000 dm3
Początkowe stężeniesacharozy
612 kg/103 kg melasy
Końcowe stężenie
sacharozy
14,57 kg/103 kg melasy
Średnia szybkość objętościowazużywania sacharozy
4,27 kg/103 kg melasy h
1
5/14/2018 Projekt Do Druku - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/projekt-do-druku 11/20
Końcowe stężenie biomasy
61,2 g
Średnia szybkość objętościowawzrostu biomasy
0,44 g/103 kg melasy h
Końcowe stężenie kwasucytrynowego
413 kg/103 kg melasy
Średnia szybkość objętościowa
biosyntezy kwasu
2,96 kg/103 kg melasy h
Całkowita wydajność biomasy
10 %
Całkowita wydajność produkcjikwasu cytrynowego
67,6 %
Rys.6. Wykres ilustrujący zmiany stężenia substratu, produktu i biomasy w czasie procesu
OBLICZENIA PODSTAWOWYCH PARAMETRÓW BIOSYNTEZY KWASU
CYTRYNOWEGO
Tab. 6 Podstawowe parametry biosyntezy kwasu cytrynowego w hodowli okresowej wgłębnej
Parametr jednostka wzór obliczenia wynik czas h 140Masa pożywki kg m poż 12 000Początkowe stężeniesacharozy w podłożu
kg S0 =0,51% m poż 12 000 . 0,51% 612
Końcowe stężeniesacharozy w podłożu
kg Sk
Na podstawie proporcji,korzystając z wyników
laboratoryjnych14,57
Średnia szybkośćobjętościowa zużywaniasacharozy
kg/m3h R ts = 4,26
1
5/14/2018 Projekt Do Druku - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/projekt-do-druku 12/20
Średnia szybkośćwłaściwa zużywaniasacharozy
kg/kg h Qs = 0,03
Końcowe stężenie biomasy
kg/m3 Xk
Na podstawie proporcji,korzystając z wyników
laboratoryjnych61,2
Średnia szybkośćobjętościowa wzrostu
biomasy
kg/m3h R tX = 0,44
Końcowe stężenia kwasucytrynowego
kg/m3 Pk
Na podstawie proporcji,korzystając z wyników
laboratoryjnych413,8
Średnia szybkośćobjętościowa biosyntezykwasu cytrynowego
kg/m3h R tP = 2,96
Średnia szybkośćwłaściwa biosyntezykwasu
kg/kg h QP = 0,048
Całkowita wydajność
biomasy
% YtX/S = 10
Całkowita wydajnośćkwasu cytrynowego
% YtP/S = 67,6
WĘZEŁ IV
Węzeł IV obejmuje wszystkie procesy jednostkowe mające na celu wydzielenie kwasu
cytrynowego z płynu pohodowlanego i standaryzację jego parametrów do wartości, które
początkowo zostały przez nas określone. Metoda zastosowana przez nas do wydzielania kwasu
cytrynowego z cieczy pofermentacyjnej jest metodą klasyczną. Na początku następuje
odfiltrowanie grzybni, ciecz pofermentacyjna jest ogrzewana do 70-75°C i doprowadzana
wodorotlenkiem wapnia do pH = 2,7 - 2,9 w celu wytrącenia współsyntetyzowanego kwasu
szczawiowego w postaci szczawianu wapnia, który następnie jest usuwany metodą filtracji lub
wirowania. Tworzący się jednocześnie monocytrynian wapnia pozostaje w roztworze.
Ogrzanie roztworu z wydzielonym osadem szczawianu wapnia do 90°C zwiększa wielkość
jego kryształów i przyspiesza mechaniczną separację. Kwas cytrynowy jest wytrącany z cieczy
pofermentacyjnej w postaci trudno rozpuszczalnej soli cytrynianu trójwapnia po neutralizacji do
pH 7,0 (przy pH < 7,0 wzrasta rozpuszczalność soli, a przy pH > 7,0 pogarszają się warunki
filtracji oraz zwiększa się zawartość związków barwnych powstających w egzotermicznej
1
5/14/2018 Projekt Do Druku - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/projekt-do-druku 13/20
reakcji cytrynianu trójwapnia z kwasem siarkowym(VI)). Odfiltrowane kryształy soli są
przemywane wodą o temp. 90°C. Cytrynian trójwapnia w 32-33-procentowym. roztworze jest
rozkładany kwasem siarkowym(VI) do kwasu cytrynowego i trudno rozpuszczalnego
siarczanu(VI) wapnia (gipsu). Usunięcie metali ciężkich z roztworu kwasu osiąga się poprzez
odmineralizowaniem na jonitach. W tym celu roztwór odbarwiony węglem aktywnym jest
kierowany kolejno na kolumnę z kationitem o silnie kwaśnych grupach funkcyjnych i na
kolumnę z anionitem o słabo zasadowych grupach. Kryształy kwasu cytrynowego
otrzymane po krystalizacji w oczyszczonym roztworze zagęszczonym w wyparkach
próżniowych do zawartości 71-72% mas. w przeliczeniu na kwas bezwodny są
odwirowywane, a następnie suszone w suszarkach fluidyzacyjnych i pakowane w worki [4].
1
5/14/2018 Projekt Do Druku - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/projekt-do-druku 14/20
Oddzieleniegrzybni
Ciecz
pofermentacyjna
H2O Grzybnia
NeutralizacjaCa(OH)
2
Filtracjacytrynianutrójwapnia
H2O Odciek
Rozszczepianiecytrynianutrójwapnia
H2SO
4
Oddzielenie gipsuH2O Gips
Oczyszczanie na
jonitach
KationitAnionit
Węgiel aktywny
Zagęszczanie
Krystalizacja
H2O
Oddzieleniekryształów
Suszenie i pakowanie
Krystaliczny kwas
cytrynowy
1
5/14/2018 Projekt Do Druku - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/projekt-do-druku 15/20
Rys.7. Schemat wydzielania kwasu cytrynowego metodą klasyczną [4].
DYSKUSJA
Do przemysłowej produkcji kwasu cytrynowego, stosowana jest głównie metoda
wgłębnej hodowli okresowej Aspergillus niger , ponieważ występuje wówczas największa
wydajność produkcji oraz mniejsze zagrożenie zakażenia innymi mikroorganizmami.
Zastosowanie szczepu Aspergillus niger C-12 pozwoliło osiągnąć wydajność rzędu 68%.
Szczep charakteryzuje się także dużą szybkością produkcji kwasu cytrynowego (2,96 kg/1,2.
104
kg pożywki/h), wysokim stopniem homofermentatywności oraz stabilnością cech
biochemicznych w czasie hodowli i przechowywania.
Badania laboratoryjne, z zastosowaniem szczepu C-12 wykazały, że właśnie metoda wgłębna
charakteryzuje się dużą szybkością objętościową produkcji kwasu i wysoką wydajnością [1, 2].
Przewiduje się prace badawcze w celu zoptymalizowania warunków, aby poprawa
efektywności fermentacji zmierzała do uzyskania maksymalnej szybkości biosyntezy kwasu
przez jak najdłuższy okres.
1
5/14/2018 Projekt Do Druku - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/projekt-do-druku 16/20
Analiza wyników badań prezentowanych w wielu publikacjach [3] wykazała, że kwas
cytrynowy zaczyna się gromadzić w reaktorze w fazie intensywnego wzrostu grzybni
(trofofazie), kiedy w podłożu były obecne jony amonowe i azotanowe. Wyniki przekładają się
na produkcje kwasu w skali makro, opisaną w tym projekcie. Największa szybkość
objętościowa wzrostu biomasy uzyskuje się w drugiej dobie hodowli, wtedy też uzyskuje się
największą szybkość objętościową biosyntezy kwasu. Duże szybkości, zarówno wzrostu jak i
biosyntezy utrzymują się do czwartej doby. Wówczas, stężenie jonów azotanowych i
amonowych, jest na tyle małe, że hamuje procesy. Wzrost biomasy jest nadal widoczny, lecz
jego szybkość malej , aż do całkowitego ustania w 140 godzinie procesu. Szybkość biosyntezy
kwasu również się obniża. Spowodowane jest to ze stopniową zmianą składu chemicznego
podłoża hodowlanego. Związki wymagane do wzrostu występują w małych stężeniach,
natomiast nagromadzona jest duża ilość produktów metabolizmu. W celu podtrzymania
wysokiej szybkości produkcji kwasu cytrynowego wielu publikacjach stosuje się dodatkowe
zasilanie podłoża hodowlanego źródła azotu. Uzyskano nawet niemal dwukrotnie wyższe
końcowe stężenie kwasu cytrynowego, w porównaniu z hodowlą okresową. Hodowle ciągłe
zasilane , stwarzają jednak wiele problemów konstrukcyjnych oraz wyższe koszty (dodatkowy
zakup substratów) i trudniejszą izolację.
WNIOSKI
1. Do produkcji kwasu cytrynowego stosuje się metodę wgłębną okresową.
2. Zastosowany szczep Aspergillus niger C-12, wywodzący się ze szczepu B-64-5
może być z powodzeniem zastosowany do produkcji kwasu cytrynowego, gdyż pozwala to
na opłacalność produkcji.
3. Podczas hodowli nie można oddzielić od siebie fazy wzrostu grzybni i
nagromadzenia kwasu cytrynowego, ponieważ intensywnemu przyrostowi biomasy
towarzyszy proces biosyntezy kwasu. Największą szybkość produkcji kwasu uzyskuje się w
trzeciej dobie hodowli w okresie szybkiego przyrostu.
1
5/14/2018 Projekt Do Druku - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/projekt-do-druku 17/20
BIBLIOGRAFIA
[1] Pietkiewicz Jerzy, Biosynteza kwasu cytrynowego przez Aspergillus niger w warunkach
jedno- i wielostopniowych hodowli ciągłych, Wydawnictwo Akademii Ekonomicznej im.Oskara Langego, Wrocław 2002.
[2] Wierzba S., Instrukcja do ćwiczeń z biotechnologii. Produkcja biomasy cz.2 Wersja 1.2,
Opole 2010.
[3] Olbrich H., The molasses, Fermentation Technologist, Institut fur Zuckerindustrie, Berlin
1963.
[4] Bednarski W., Fiedurk J., Podstawy biotechnologii przemysłowej, Wydawnictwo Naukowo-
Techniczne, Warszawa 2007
1
5/14/2018 Projekt Do Druku - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/projekt-do-druku 18/20
SPIS RYSUNKÓW
Rys.1. Schemat produkcji kwasu cytrynowego metodą wgłębną okresową...........................3
Rys.2. Wykres ilustrujący zmiany stężenia substratu, produktu i biomasy w czasie
procesu………………………………………………………………………….……………11
Rys.3. Schemat wydzielania kwasu cytrynowego metodą klasyczną…...………………..14
1
5/14/2018 Projekt Do Druku - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/projekt-do-druku 19/20
SPIS TABEL
Tab.1. Skład melasy wykorzystanej do produkcji kwasu cytrynowego…………….……..4
Tab.2. Skład witamin oraz czynników wzrostu…………………………………….……….5
Tab.3. Skład pożywki przygotowanej do hodowli Aspergillus niger…………….………..5
Tab.5.Kształtowanie się podstawowych parametrów kinetycznych, które charakteryzują
wzrost biomasy, zużywanie sacharozy i biosyntezę kwasu cytrynowego we wgłębnych
hodowlach okresowych Aspergillus niger C-12……………………………………………10
Tab.6. Podstawowe parametry biosyntezy kwasu cytrynowego w hodowli okresowej
wgłębnej………………………………………………………………………………...……12
1
5/14/2018 Projekt Do Druku - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/projekt-do-druku 20/20
2
top related