scan0115

168

12.2.2 Mikroorganizmy

Kwas cytrynowy, jako produkt pierwotnego metabolizmu, nie jest wydzielany przez mikroorganizmy w warunkach naturalnych w dużych ilościach. Wydzielanie tego metabolitu w ilościach o technologicznym znaczeniu jest wynikiem zakłóceń metabolizmu mikroorganizmów.

Jedynie kilka rodzajów mikroorganizmów jest odpowiednich do przemysłowej produkcji kwasu cytrynowego. Są to głównie grzyby mikroskopowe takie jak: Penicillium, Aspergillus (niger, awamori), Trichodemia viridae. Znane są prace nad zastosowaniem bakterii z rodzaju Arthrobacter oraz drożdży z gatunku Candida. Najczęściej używane są specjalnie selekcjonowane szczepy Aspergillus niger.

Istotne znaczenie dla procesu przemysłowego ma otrzymanie materiału posiewowego. W przypadku grzybów mikroskopowych inokulum stanowi zawiesina spor. W technologiach kwasu cytrynowego, podobnie jak i innych technologiach używających grzybów mikroskopowych, inokulum nie jest przygotowywane, tak jak w technologiach wykorzystujących bakterie, przez wielostopniowe hodowanie (propagację) komórek. Powszechne jest zaszczepianie fermentora przemysłowego inokulum w ilości 10ⁱ⁰-lOⁿ spor na 1 m³ fermentom.

Tak duże ilości spor mogą być otrzymywane w wyniku hodowli grzybów w odpowiednich mediach promujących sporulacje. Stosuje się również hodowle na odpowiednich stałych mediach agarowych. Niekiedy stosuje się myce-lium (grzybnie) jako inokulum.

12.2.3. Medium hodowlane

Medium hodowlane odgrywa niezwykle istotną rolę w produkcji kwasu cytrynowego. Jego skład musi stwarzać odpowiednie warunki dla wzrostu drobnoustrojów o niezrównoważonym metabolizmie. Źródłem węgla i energii są cukry. Ich stężenie wynosi zwykle 18-22%. Kwasowość pożywki musi być wysoka (pH 2-3). Bardzo istotne jest wyeliminowanie z podłoża hodowlanego soli metali (żelaza, manganu, cynku i inne) oraz utrzymanie niskiego stężenia soli fosforowych. Proces prowadzony jest w warunkach intensywnego napowietrzania.

Jako źródła węgla używa się melasy, syropów glukozowych lub fruktozo-wych. W przypadku stosowania surowców nieoczyszczonych, takich jak np. melasa, należy je uprzednio poddać procesowi oczyszczenia (usunięcie metali śladowych).

W celu utrzymania niskiego stężenia metali w roztworach dodaje się iela-zocjanku potasowego, który wytrąca jony metali, zaś w nadmiarze działa jako inhibitor wzrostu i promotor wytwarzania kwasu. Stężenie żelazocjanku w pożywce waha się od 10 do 200 g/m³.

Źródłem azotu są najczęściej sole amonowe (siarczan amonu). Utrzymywanie pH poniżej 3 jest bardzo istotne. W tych warunkach kwas cytrynowy jest głównym produktem fermentacji. Przy wyższych wartościach pH wytwarzane są znaczne ilości kwasu szczawiowego i glukonowego.

12.2.4. Metody produkcji

Do otrzymywania kwasu cytrynowego stosowane są trzy typy hodowli:

-    hodowla w podłożu stałym,

-    hodowla powierzchniowa,

-    hodowla wgłębna.

Hodowla w podłożach stałych

Hodowla drobnoustrojów w podłożach stałych jest bardzo popularna w krajach Dalekiego Wschodu i powszechnie stosowana do otrzymywania preparatów enzymatycznych oraz specyficznych przypraw. Kwas cytrynowy otrzymuje się w wyniku zaszczepienia stałej pożywki składającej się z odpadów z przemysłu ziemniaczanego i zbożowego. Wilgotność podłoża wynosi 65-70%. Temperatura inkubacji wynosi ok. 50°C. Hodowle prowadzi się w fcrmentorach tacowych (na tacach umieszczonych w napowietrzanych komorach). Hodowlę prowadzi sic ok. 90 godzin. Kwas cytrynowy wydzielany jest z przerośniętego podłoża przez ekstrakcję wodą. Metoda ta ma jednak marginalne znaczenie (w Japonii produkowano w roku 1985 ok. 500-600 t tą metodą wobec ogólnej ilości ok 2,5 tys. ton).

Hodowla powierzchniowa

Jest to klasyczna metoda produkcji kwasu cytrynowego. Polega ona na hodowli grzybów mikroskopowych na powierzchni ciekłej pożywki. Stosowane są tace o wymiarach od 2x2,5 m do 2x4 m i głębokości od 8 cm do 12 cm, chociaż bywają stosowane także tace o głębokości 25 cm. Tace umieszczane są w komorze hodowlanej, wyposażonej w system cyrkulacji powietrza.

Grzybnia wzrasta na powierzchni stałej pożywki, tworząc charakterystyczny „kożuch”. Średnia szybkość wytwarzania kwasu cytrynowego wynosi 0,9-1,1 kg/m²-h. Ilość wydzielanego ciepła wynosi 0,6-1,1 Kj/nr-h. Ciepło jest odbierane przez przepływające powietrze przy jednoczesnym odparowaniu znacznej ilości wody. Podczas wzrostu grzybni odparowuje 30-40% początkowej ilości wody, co powoduje dodatkowe zatężenie kwasu cytrynowego w roztworze. Końcowe stężenie kwasu cytrynowego wynosi 200-250 kg/m³. Czas trwania hodowli wynosi 6-8 dni.

Hodowla wgłębna

Metoda hodowli wgłębnej jest coraz bardziej popularną techniką produkcji kwasu cytrynowego. Stosuje się zarówno tradycyjne fermentory zbiornikowe 7. mieszadłem jak i nowe rozwiązania typu air-lift czy fermentory kolumnowe.