IMG 15

6> Podstawy technologii wybranych bioproduktów

steroli, witamin A i D). W drugim etapie wolne kwasy tłuszczowe poddaje się działaniu etanolowego lub metanolowego roztworu mocznika przy stosunku masowym 1:3. Nasycone i monoenowe kwasy łatwo tworzą związki kompleksowe z mocznikiem, które po wykrystalizowaniu w niskiej temperaturze są od-filtrowywane.

6.6.

Otrzymywanie kwasów organicznych

Zapotrzebowanie na kwasy organiczne otrzymywane metodami biologicznymi będzie systematycznie wzrastało, chociaż są one droższe niż otrzymywane metodami chemicznymi. Jednakże, biorąc pod uwagę dążenie społeczeństwa do ograniczenia udziału „chemii” w żywności, mogłyby one znaleźć nabywcę gotowego płacić wyższą cenę za produkty naturalne.

6.6.1.

Otrzymywanie kwasu cytrynowego

Kwas cytrynowy (2-hydroksypropanotrikarboksylowy) syntezują grzyby strzępkowe Aspergillus (zwłaszcza A. niger), Penicillium, Mucor, Trichoderma, drożdże Candida, Rhodotorula, Torulopsis oraz bakterie Bacillus liohehifonnis i Arthrobacter terregens. Drożdże Candida, np. C. tropicalis, C. oleophila, Yar-rowia lipolytica (C. lipolytica) i C. zeylanoides, syntetyzujące duże ilości kwasu cytrynowego z n-alkanów, są również przydatne do biosyntezy w pożywkach z sacharozą lub melasą po wstępnej hydrolizie disacharydu do monosacharydów. ■W porównaniu do klasycznej syntezy prowadzonej przez grzyby strzępkowe biosynteza kwasu cytrynowego przez drożdże charakteryzujące się wyższą produktywnością, przy podobnej wydajności, jest łatwiejsza do prowadzenia metodą ciągłą, lecz jej wadą jest duży udział (do 20%) kwasu izocytrynowego. Mutanty Y. lipolytica wytwarzają niewielkie ilości kwasu izocytrynowego i syntetyzują kwas cytrynowy bezpośrednio z cukru białego, dzięki czemu jest możliwa półciągła lub ciągła synteza kwasu z sacharozy lub z melasy przy użyciu wolnych lub immobilizowanych komórek. Podstawowymi substratami do biosyntezy kwasu są: melasa buraczana i trzcinowa, hydrolizaty skrobi ziemniaczanej i kukurydzianej, glukoza techniczna i czysta, cukier biały i surowy, koncentraty soków z buraków i trzciny cukrowej. Skład pożywki jest uzupełniany organicznymi źródłami azotu i nieorganicznymi źródłami fosforu oraz mikroelementami (magnez, siarka, cynk, żelazo, miedź, mangan).

Biosynteza kwasu cytrynowego jest prowadzona metodą: 1) powierzchniową w ciekłej pożywce w komorach fermentacyjnych z tacami lub w stałym

idlożu w perforowanych fermentorach tacowych (tzw bioreaktorach Koji), ^nowych, komorowych lub wieżowych, 2) wgłębną w ciekłej pożywce L klasycznych fermentorach o poj. 50-500 m' z mieszaniem i napowietrzaniem L_ub w fermentorach bczwimikowych (typu airlift) o poj. IOO 500 m¹, jako proces półciągły lub ciągły.

W metodzie klasycznej po odfiltrowaniu 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. Kwai 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 reakcji cytrynianu trójwapnia z kwasem siarkowymiVI)). Odfiltrowane kryształy soli są przemywane wodą o temp. 90°C. Cytrynian trójwapnia w 32- 33-proc roztworze jest rozkładany kwasem siarkowym(VI) do kwasu cytrynowego i trudno rozpuszczalnego siarczanu(VI) wapnia (gipsu). Po wytąceniu metali ciężkich, głównie żelaza, 10-proc. roztworem żelazocyjanku (sześciocyjanożelazianuifllj) | wapnia lub potasu i odbarwieniu węglem aktywnym roztwór kwasu jest oddzielany od gipsu metodą filtracji lub wirowania. W nowoczesnych rozwiązaniach zastąpiono wytrącanie metali ciężkich z roztworu kwasu jego odmineralizowa-niem 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 amonitem o słabo zasadowych grapach. Kryształy H 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 bębnowych lub fluidyzacyjnych i pakowane w worki (rys. 6.6).

Kwas cytrynowy uwolniony z cytrynianu trójwapnia może być oczyszczany metodą przeciwprądowej lub wielokrotnej ekstrakcji rozpuszczalnikiem organicznym (dekan, metyloketon, cykloheksanom alkohole: n-amylowy, /r-butylowy. izobutylowy, trój-/r-butylofosfat, trójizobutylofosfat) w ekstraktorach kolumnowych, a następnie wodą o temp. 70-90°C oraz krystalizacji. Można również oczyszczać kwas cytrynowy uproszczoną metodą „bezcytrynianową" (rys. 6.7), pomijając wydzielanie cytrynianu trójwapnia, ale wówczas ok. 20% otrzymanego kwasu wymaga klasycznego oczyszczenia z wydzieleniem cytrynianu trój-wapnia ze względu na koncentrację zanieczyszczeń, lub produkować tą metodą 50-proc. roztwór kwasu, dzięki czemu technologię - prawie bezodpadową i bez-ściekową - zalicza się do „czystych”.

411