Описание технологических стадий и режимов производства молочной кислоты.
В промышленных условиях молочную кислоту получают глубинным способом с помощью культуры L. Delbrueckii. В качестве основного сырья используют мелассу, сахарозу, гидролизаты крахмала, кукурузный сироп. Концентрация сахара в среде составляет 5-20%, рН 6,3-6,5.
1.Культуру высевают в 500-мл колбу, затем в бутыль вместимостью 10 л. и, наконец, в культиватор. Объем засевной культуры должен быть до 30% к рабочей вместимости бродильного аппарата. Температура культивирования 48-50°C.
2.Во время ферментации рН среды поддерживают при помощи CaCO3, который добавляют 3-4 раза в сутки. Молочнокислое брожение проводят при строго постоянной температуре 50°C. Снижение температуры до 46…48°C вызывает резкое ослабление биохимической активности культуры и способствует развитию посторонней микрофлоры. Повышение температуры, например до 53…55°C, также вызывает инактивацию культуры и замедление брожения. При нормальном брожении бактерии сбраживают за сутки 1-1.5% сахара, и весь цикл брожения заканчивается за 7-11 сут. При этом количество несброженного сахара составляет 0,5-0,7%, а концентрация лактата кальция – 10 - 15%.
Гомоферментативное молочнокислое брожение выражается следующей суммарной химической реакцией:
C6H12O6 CH3CH(OH)COOH+94,2 кДж.
180 180
В действительности оно происходит сложнее. В начале в результате гликолиза из одной молекулы моносахарида образуются две молекулы пировиноградной кислоты и две молекулы НАД. H
2 . Пировиноградная кислота в анаэробных условиях не превращается в уксусный альдегид, как при спиртовом брожении, так как молочнокислые бактерии лишены фермента пируваткарбоксилазы. Поэтому не уксусный альдегид, а сама пировиноградная кислота принимает водород от восстановленной формы НАД. H
2 и превращается в молочную кислоту
CH3 CH3
C= O НАД H2 CНOH+НАД
COOH COOH
Реакция катализируется ферментом лактатдегидрогеназой.
Гомоферментативное молочнокислое брожение может вызываться микроорганизмами различных таксомических групп, но главным образом бактериями и микроскопическими грибами. Среди последних известны некоторые виды ризопуса и мукора. Оптическая активность образующейся молочной кислоты зависит от стереоспецифичности лактатдегидрогеназы, а также от того, обладает ли микроорганизм лактатрацемазой.
Чаще принимают гомоферментативные бактерии, образующие до 98% молочной кислоты. Наилучшим источником углерода для них является глюкоза. Молочнокислые бактерии характеризуются ярко выраженной спецефичностью по отношению к сахарам: бактерии, развивающиеся на растительных объектах (Lactobacillus), предпочитают мальтозу; развивающиеся на молоке и молочных продуктах (Streptococcus), - лактозу. L. delbrueckii ассимилирует также фруктозу, галактозу и сахарозу, не ассимилирует лактозу, раффинозу и полисахариды. Для конструктивного и энергетического обмена может использовать лимонную, яблочную, пировиноградную и другие кислоты. Лимонная и уксусная кислота стимулирует рост бактерий. Молочнокислые бактерии мало чувствительны к содержанию в среде меланоидинов. Палочковые формы дают больший выход молочной кислоты.
3.Для отделения CaCO3 и коллоидов сброженный раствор нагревают до 80…90°C, а затем обрабатывают гашеной известью до слабощелочной реакции и отстаивают в течение 3-5 ч.
Посевной Питательная
материал среда
| Чистая культура L, delbrueckii
|
| 1. Размножение чистой культуры (48…50°C)
|
| 2. Молочнокислое брожение при (49…50°C)
|
| Сахаросодержа- щий раствор CaCO3
|
| 3.Обработка сброженного раствора га- шеной известью( 80…90°C)
|
| Мел и коллоидные вещества
|
| 5.Кристаллизация лактата кальция
|
| 6.Расщепление лактата кальция серной кислотой (60…70)
|
| 7.Обработка молочной кислоты желтой кровяной солью и активированным углем
|
| K3[Fe(CN)6] Активированный уголь
|
| 9.I упаривание до 50%-й концентрации
|
| 11.II упаривание до 80%-й концентрации
|
Рисунок 4. Схема производства молочной кислоты.
4. Фильтрация – это процесс разделения суспензий от взвешенных частиц (в данном случае мел и коллоидные вещества). Фильтрацию проводят при температуре раствора лактата кальция 70…80°C.
5.Полученный фильтрат упаривают до концентрации 27-30%, затем охлаждают до температуры 25…30°C и выдерживают 36-48 ч. в кристаллизаторе. Кристаллизация считается законченной, если в маточном растворе остается не более 5-6% растворенного лактата кальция.
6. Промытый холодной водой лактата кальция отделяют на центрефуге и расплавляют. С целью предохранения лактата от обугливания расщепление лактата кальция серной кислотой с выделением свободной молочной кислоты проводят при 60…70°C.
7.Для отделения ионов железа полученную сырую молочную кислоту при температуре 65 °C обрабатывают K
3[Fe(CN)
6] (желтой кровяной солью). В осадок выпадает берлинская лазурь. Тяжелые металлы и мышьяк осаждают Na
2SO
4 и Ba
2S. Для освобождения молочной кислоты от красящих веществ используют активированный уголь.
8. После обработки полученную смесь фильтруют, а осадок гипса промывают для извлечения оставшейся молочной кислоты.
9. После расщепления кристаллического лактата кальция и последующей обработки получают 18-20%-ю молочную кислоту, которую упаривают до 50%-й осветляют активированным углем, затем обрабатывают желтой кровяной солью.
10.Затем 50%-ю молочную кислоту фильтруют, сливают в сборник полученной продукции, а из него подают на фасовку.
11. Для получения 80%-й молочной кислоты 50%-ю молочную кислоту вторично упаривают при большем разрежении в вакуум-аппаратах.
12. Затем 80%-ю молочную кислоту фильтруют на фильтре-пресс.
13. Полученный фильтрат подают на розлив или на приготовление 80%-й пастообразной кислоты, которую получают внесением в нее небольших количеств мела (4% массы кислоты).