Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Окислительные процессы





Получение уксусной кислоты

Микробиологическое производство уксусной кислоты экономиче­ски выгодно лишь при получении пищевого уксуса, а не технической уксусной кислоты.

Получают уксусную кислоту методом глубинного культивирова­ния грамотрицательных штаммов бактерий Acetobacter aceti. (рис. 5.2) Так, при периодическом выращивании A. aceti в глубинных условиях при 25-30 оС на среде, содержащей 10-11 % этанола, 1 % уксусной кис­лоты и минеральные соли, выход уксусной кислоты составляет 18-23 кг/м3/сут.


 

Рис. 5.2. Схема ферментёра при периодическом глубинном способе производ­ства уксуса:

1 — корпус из нержавеющей стали; 2 — перемешивающее устройство; 3 — аэратор (барботёром); 4 — змеевик системы термостатирования.

Более производительным является непрерывный глубинный про­цесс, реализуемый в батарее ферментаторов (например, из пяти фермен­таторов, емкостью 6 м3 каждый, соединенных последовательно). (рис. 5.3) Исходная среда с 4 % этанола, 1,5 % уксусной кислоты и мине­ральными солями (моногидрофосфат аммония, дигидрофосфат калия, сульфат магния) непрерывно поступает в первый ферментатор, обога­щается спиртом в последующих ферментаторах. Таким образом проис­ходит обогащение среды уксусной кислотой при снижении концентра­ции этанола. Из последнего ферментатора непрерывно вытекает уксус. Выход уксусной кислоты достигает 30 кг/м /сут. и более.

Рис. 5.3. Схема установки для получения уксуса в непрерывном режиме. Пе­реток жидкости из аппарата в аппарат происходит из-за разницы давлений в «воздушной подушке», возникающей за счёт разного заглубления переточных труб h: h2 > h3 > h4 > h5.

 

Получение лимонной кислоты

oh

hooc-hoc-c—cho-cooh

2 i 2

cooh

Около 60 лет назад лимонную кислоту выделяли преимуществен­но из плодов цитрусовых растений. Теперь же основную массу ее про­изводят с помощью определенных штаммов плесневого гриба Aspergil­lus niger.

Поскольку основным сырьем для получения лимонной кислоты является меласса, в которой содержится много железа, то на стадии предферментации его осаждают при помощи желтой кровяной соли - K4[Fe(CN)6].

Известны два способа ферментации A. niger - поверхностный и глубинный. Первый из них реализуют на предприятиях малой и средней мощности в виде жидкофазной ферментации на жидкой среде (напри­мер, в ряде стран Европы и Америки) и в виде твердофазной фермента­ции (например, в Японии).

Технологическая схема жидкофазной ферментации представлена на рис. 5.4.

Поверхностный способ жидкофазной ферментации для промыш­ленного производства лимонной кислоты реализуют в «бродильных ка­мерах», где на стеллажах (одну над другой) размещают кюветы (8-10 штук на один стеллаж). На дне каждой кюветы расположен сливной штуцер. «Бродильные камеры» оборудованы приточно-вытяжной вен­тиляцией, обеспечивающей равномерный приток стерильного воздуха

3 2 1

заданной температуры и влажности (3-4- м /м мицелия час). Темпе­ратура в камерах поддерживается на уровне 34-36 оС, высота питающе­го слоя жидкой мелассной среды - 6-12 см. Максимальное тепловыде­ление (500-550 кДж/м ч) имеет место к пяти суткам; исходная концен­трация сахаров в питательной среде в среднем порядка 12 %, начальное значение рН 6,8-7 снижается до 4,5 в течение первых трех суток и до 3,0 к концу процесса (8-9 сутки). Максимальное кислотообразование в

таких условиях происходит на 5-6- сутки (100-105 г/м2 пленки гриба

1 2 __________________________________________________________________ 1

час), а затем стабильно удерживается на уровне 50-60 г/м час


 

Рис. 5.4. Технологическая схема получения лимонной кислоты из ме­лассы поверхностным способом (жидкофазная ферментация): 1 - цистерна для мелассы; 4; 2 - центробежные насосы; 3 - реактор для раз­бавления мелассы; 4 - стерилизационная камера; 5 - бродильная камера; 6 - сбор­ник сбраживаемых растворов; 7 - нейтрализатор; 8, 10 - нутч-фильтры; 9 - расще­питель; 11 - сборник-монтежю; 12 - вакуум-аппарат; 13 - дисолвер; 14 - фильтр- пресс; 15 - кристаллизатор; 16 - приемник; 17 - сушилка; 18 - готовая продукция;

19 - сборник фильтрата В собранной культуральной жидкости содержится смесь органи­ческих кислот - лимонная, глюконовая, щавелевая и неиспользованный сахар в примерном соотношении 45-50:3:1:7, т. е. лимонная кислота со­ставляет от 80 до 90 %. Ее выделяют химическим путем - добавляют к нагретой до 100 оС культуральной жидкости известковое молоко Са(ОН)2 или мел СаСО3, доводя рН до 6,8-7,0; это количество составля­ет примерно 2,5-3 %; трехзамещенный цитрат кальция, хуже раствори­мый в горячей воде, чем в холодной, выпадает в осадок вместе с оксала- том кальция (глюконат кальция остается в растворе); осадок отфильтро­вывают, промывают горячей водой и гидролизуют серной кислотой.

Свободная лимонная кислота остается в растворе, а негидролизованный оксалат кальция и образовавшийся гипс Са804 остаются в осадке. Рас­твор лимонной кислоты очищают, подвергают вакуум-упариванию и кристаллизуют. Кристаллы кислоты высушивают и фасуют. Мицелий продуцента либо используют для выделения фермента пектиназы, либо высушивают и поставляют на корм скоту и домашней птице.

Твердофазная ферментация на уплотненных средах для получения лимонной кислоты - наиболее простой способ из всех известных. Фер­ментацию определенного штамма A. niger проводят на увлажненных от­рубях риса или пшеницы, находящихся в кюветах. Условия биосинтеза кислот при этом аналогичны условиям на агаризированных или в жид­ких питательных средах. После окончания процесса отруби экстраги­руют водой, куда переходят кислоты, а затем выделяют цитрат кальция и чистую лимонную кислоту согласно схеме, изложенной выше.

Глубинный способ производства базируется на использовании специальных культур A. niger (В России применяют селекционирован­ный штамм № 288/9). Инокулят подращивают сначала в инокуляторе, затем - в посевном аппарате (примерно в 1/10 объема основного фер­ментатора) на среде с 3-4 % сахара. Спустя 1-1,5 суток инокулят пере­дают из посевного в основной ферментатор, где процесс ведут в течение 5-7-10 суток на аналогичной среде с трехразовым доливом 25-28 % (по сахару) раствора мелассы с целью доведения конечной концентрации сахара в культуральной жидкости до 12-15 %. После окончания фер­ментации (контроль - снижение кислотообразования) мицелий гриба отфильтровывают и культуральную жидкость подвергают обработке, как указано выше.

Общая технологическая схема получения лимонной кислоты при глубинной ферментации приведена на рис. 5.5.

й

 

Рис. 5.5. Технологическая схема получения лимонной кислоты при глубинной ферментации продуцента:

1 - емкость с мелассой; 2 - приемник мелассы; 3 - весы; 4 - варочный котел; 5 - центробежный насос; 6 - промежуточная емкость; 7 - стерилизующая колонка; 8 - выдерживатель; 9 - холодильник; 10 - посевной аппарат; 11 - головной фермента­тор; 12 - стерилизующие фильтры; 13 - емкость для хранения мелассы; 14 - проме­жуточный сборник; 15 - барабанный вакуум-фильтр; 16 - приемник для мицелия; 17 - вакуум-сборник для мицелия; 18 - вакуум-сборник фильтрата культуральной

жидкости

Лимонную кислоту широко используют в пищевой, медицинской, фармацевтической и лакокрасочной промышленности.

5.1.3. Получение витаминов

Витамины поставляются в организм с пищей или их назначают в форме лекарственных препаратов при определенных патологических процессах. Среди жиро- и водорастворимых витаминов биотехнологи­ческим путем производят витамины А1 и D, рибофлавин (витамин В6), аскорбиновую кислоты (витамина С) и цианкобаламин (витамин В12).

Получение витамина D

Витамин D - это группа родственных соединений, в основе кото­рых находится эргостерин, который обнаружен в клеточных мембранах эукариот. Поэтому, например, пекарские или пивные дрожжи применя­ют для получения эргостерина как провитамина, обладающего антира­хитическим действием. Содержание эргостерина в дрожжевых клетках колеблется в пределах 0,2-11 %.

При недостатке в организме гормона 1,25-дигидрокси- холекальциферола, предшественником которого является витамин D, у детей развивается рахит, а у взрослых - остеомаляция.

Трансформация эргостерина в витамин D2 (кальциферол) проис­ходит под влиянием ультрафиолетового света. При этом разрывается связь в кольце (позиции 9,10) и образуется двойная связь в боковой це­почке (позиции 22, 23). Эта последняя гидрирована в витамине D3. Фи­зиологическая активность этих витаминов равноценна.


 

Кроме дрожжей, продуцентами эргостерина могут быть мицели- альные грибы - аспергиллы и пенициллы, в которых содержится 1,2-2,2 % эргостерина.

Получение эргостерина в производственных условиях можно под­разделить на следующие этапы: размножение исходной культуры и накопление инокулята, ферментация, сепарирование клеток, облучение ультрафиолетовыми лучами, высушивание и упаковка целевого продук­та.

Так, применительно к дрожжам, инокулят получают на средах, обеспечивающих полноценное развитие клеток, после чего основную среду с ацетатом (активатором биосинтеза стеринов), обогащенную ис­точником углерода и содержащую пониженное количество азота, засе­вают сравнительно большим количеством инокулята.Ферментацию дрожжей проводят при максимальной для конкретного штамма темпе­ратуре и выраженной аэрации (2 % О2 в газовой фазе). Спустя трое- четверо суток клетки сепарируют и подвергают вакуум-высушиванию. Затем сухие дрожжи облучают ультрафиолетовыми лучами (длина вол­ны 280-300 нм). Облученные сухие дрожжи применяют в животновод­стве; в промышленности их выпускают под названием «кормовые гид­ролизные дрожжи, обогащенные витамином D2».

В случае получения кристаллического витамина D2 клетки проду­цента гидролизуют соляной кислотой при 110 оС, затем температуру снижают до 75-78 оС и добавляют этанол. Смесь фильтруют при 10-15 оС, оставшуюся после фильтрации массу промывают водой, высушива­ют, измельчают, нагревают до 78 оС и дважды обрабатывают тройным объемом этанола. Спиртовые экстракты объединяют и упаривают до 70 %-го содержания сухих веществ. Полученный «липидный концентрат» обрабатывают раствором едкого натра. Эргостерин кристаллизуют из неомыленной фракции концентрата при 0 оС. Его можно очистить по­вторными кристаллизациями. Кристаллы высушивают, растворяют в этиловом эфире, облучают УФЛ, эфир отгоняют, раствор витамина D2 концентрируют и кристаллизуют.

Получение витамина В2

Промышленными продуцентами витамина В12 являются различ­ные бактерии, например, Bacillus megatherium, Bacillus propionicum, а также штамм Propionibacterium Shermani, которые и в естественных условиях образуют этот витамин.

Учитывая важную функцию витамина в организме человека (он является противоанемическим фактором), его мировое производство достигло10 т в год, из которых 6,5 т расходуют на медицинские нужды, а 3,5 т - в животноводстве.

Отечественное производство цианкобаламина базируется на ис­пользовании культуры P. freudenreichii var.shermanii, культивируемой в периодическом режиме без доступа кислорода. Ферментационная среда обычно содержит в качестве источника углерода глюкозу, лактозу, мо­лочную кислоту, ацетонобутиловую и спиртовую барду; источником азота является кукурузный экстракт либо расщепленный белок (пептон, гидролизат казеина), соли аммония и кобальта, рН около 7,0 поддержи­вают добавлением NH4OH; продолжительность ферментации - 6 суток; через трое суток в среду добавляют 5,6-диметилбензимидазол - пред­шественник витамина В12 и продолжают ферментацию еще трое суток.

Цианкобаламин накапливается в клетках бактерий, поэтому опе­рации по выделению витамина заключаются в следующем:

а) сепарирование клеток;

б) экстрагирование водой при рН 4,5-5,0 и температуре 85-90 оС в присутствии стабилизатора (0,25 %-й раствор нитрита натрия). Экс­тракция протекает в течение часа, после чего водный раствор охлажда­ют, нейтрализуют раствором едкого натра и добавляют коагулянты бел­ка (хлорид железа (III) и сульфат алюминия);

в) фильтрование;

г) упаривание фильтрата;

д) дополнительная очистка. Для нее используют методы ионного обмена и хроматографии, после чего проводят кристаллизацию витами­на при 3-4 оС из водно-ацетонового раствора.

Все операции по выделению витамина проводят в затемненных условиях (или при красном свете) из-за высокой светочувствительности витамина В12.

Рис. 5.6. Технологическая схема производства концентрата витамина В12 из барды: 1 - теплообменник пластинчатый, 2 - метантенк, 3 - сборник промежуточный, 4 - сборник для соляной кислоты, 5 - нейтрализатор непрерывный, 6 - подогреватель метановой бражки, 7 - дегазатор, 8 - подогреватели, 9 - корпуса выпарной установ­ки, 10 - вакуум-сборник, 11 - конденсатор барометрический, 12 - сборник упарен­ной барды, 13 - бункер для наполнителя, 14 - питатель-дозатор, 15 - смеситель, 16 - сушилка, 17 - установка размольная, 18 - автомат расфасовочно-упаковочный.

 

Первоначальная стоимость витамина В12 составляла 12500 долла­ров/г, в настоящее время она составляет 200 долларов/г, однако, вита­мин В12 остается самым дорогим органическим соединением в мире.

5.2. ПРОИЗВОДСТВО ВТОРИЧНЫХ МЕТАБОЛИТОВ

Вторичные метаболиты (идиолиты) - это низкомолекулярные соединения, не требующиеся на стадии роста чистой культуры, однако они необходимы для функционирования зрелой популяции. Часто они выполняют защитную роль при конкуренции с другими микроорганиз­мами. К ним относятся антибиотики, алкалоиды, гормоны роста расте­ний, токсины.

Производство антибиотиков

Антибиотиками называют продукты жизнедеятельности орга­низмов, обладающие антибактериальным действием. Большинство из­вестных в настоящее время антибиотиков являются веществами, выде­ляемыми различного вида микроорганизмами - бактериями, дрожжами, плесенями, актиномицетами. Антибиотики получены также из живот­ных тканей и высших растений (фитонциды).

Идея использования антагонизма между микроорганизмами (так называемого «антибиоза») для подавления болезнетворных микробов принадлежит И. И. Мечникову, положившему в конце прошлого века начало современному учению о лекарственных веществах микробов.

Для того чтобы антибиотическое вещество могло быть применено в медицинской практике, необходима совокупность высокой антибакте­риальной активности и отсутствия токсического действия по отноше­нию к макроорганизму. Из большого числа выделенных и изученных ан­тибиотиков этому важнейшему требованию удовлетворяют очень не­многие соединения.

В химическом отношении антибиотики - вещества очень разно­образные, хотя некоторые из них представляют целые классы с подоб­ной структурой, например: пенициллины, тетрациклины и др. В насто­ящее время установлено, что вещества, сходные по химической струк­туре, сходны и по характеру действия. Так, пенициллины действуют на клеточную стенку бактерий и препятствуют ее синтезу. Некоторое вре­мя бактерии еще размножаются, но, лишенные клеточной стенки, скоро погибают.

Антибиотик стрептомицин, проникнув в клетку микроба, достига­ет рибосом (места синтеза белков) и блокирует их деятельность.

Актиномицин действует на молекулу ДНК, в результате становит­ся невозможным синтез информационной РНК, переносящей к рибосо­мам «приказы» ДНК о синтезе белков. Сходное действие проявляет и рифампицин, хотя и несколько иным способом: он снижает активность РНК-полимеразы и РНК не может образовываться.

На ДНК действуют и молекулы противоопухолевого антибиотика митомицина С: прочно связываясь с ней, он препятствует дальнейшему синтезу ДНК.

При повторных воздействиях молекул антибиотика клетка микро­ба погибает. Если же антибиотик вводится в недостаточном количестве, то клетки микроба восстанавливаются, и микроб выживает и дает потомство, устойчивое (резистентное) к действию данного антибиотика.

Приведенные примеры действия антибиотиков - это лишь от­дельные случаи их разнообразного биохимического воздействия на микроорганизмы.

Date: 2015-09-24; view: 1786; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...



mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.006 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию