Мутанттарды алу 10 страница

Фугат

Ыстық су

46 сурет - Лимон қышқылы өндірісінің технологиялық сызба нұсқасы

Шикізатты дайындау. Лимон қышқылы өндірісі үшін субстрат ретінде қант өндірісіндегі қалдық меласса қолданылады. Меласса стандартты емес шикізат, сондықтан оның жарамдылығы лабораторияда лимон қышқылының шығымымен бақылау ферментациясында тексеріледі.

Меласса сапасының жақсы екенін 46 % қантты орта құрайды. Мелассаны бақылау ферментациясы (беттік культивирлеу әдісінде) 1,25кг/(м^2··тәу.) немесе (түптік культивирлеу әдісінде) 12 кг/( м ³·тәу.) болса онда өндіріске жарамды деп саналады.

Культивирлеудің беттік әдісімен ферментация процесі

Беттік культивирлеу әдісімен қоректік ортаны дайындау қайнату қазанында жүргізіледі. Мелассаны 1:1 қатынаста сумен араластырады, рН мәні 6,8-7,2 жеткенше күкірт қышқылын қосады. Ауыр металл және темір тұздарды тұндыру үшін қайнау кезінде белгілі мөлшерде сары қан сияқты тұздың ерітіндісін - (ГЦФК) гексацианоферроат калийді қосады. Меласса ерітіндісі 60-70ºС температурада жүреді, азот көзі, фосфор (фосфат калия), макро және микроэлементтер, тұздар, мырыш, магний, калий тізбектеле қосылады.

Дайын орта 45-50ºС температурада залалсыздалған ыдысқа жіберіледі айдайды. Ортадағы қанттың құрамы 12-16 % құрайды.

Негізгі ферментация процесі арнайы камерада кюветалар орналастырылған жабық бөлмеде жүргізіледі. Кюветаның формасы тік бұрышты, алюминиден немесе тот баспайтын болаттан жасалған болады, ұзындығы 7м, ені 1,8м (борт) қабырғасының биіктігі 20 см дейін болады. Кюветаны қоректік ортамен толтырады және культуральды сұйықтықты түбінде орнатылған штуцер арқылы ағызып шығарады. Камера ыстық ауа беретін жүйемен жабдықталған. Жаңа цикл басталар алдын ферментация камерасын және кюветаны мұқият жуады және пароформалинді қоспамен залалсыздайды, келесі пароаммиакты қоспамен дегазациялайды.

Залалсыздалғаннан және салқындатқаннан кейін кюветаға қоректік ортаны қалыңдығы 12-18 см етіп құяды. Арнайы қондырғының көмегімен қоректік ортаға егіс материалын Аспергиллус нигер конидий саңырауқұлағын себелейді. Егіс материалы егілгеннен кейін бір тәулік өткен соң, жұқа ақ – сұр мицелия қабаты пайда болады, ал үш тәулік өткеннен соң қабаты қалыңдайды және оның құрылысы қабатталған болып келеді. Саңырауқұлақ мицелиясының активті өсуі кезіндегі температура 34-36ºС, және аэрациялау процесі жүреді. Активті қышқыл пайда болғанда 32-34ºС температураға дейін төмендейді. Ауаны беру 3-4 есе ұлғаяды. Ерітіндіде 1-2 % қант қалдық қалғанда, культуральды сұйықтықта қышқыл құрамы 12-20% жеткенде, ферментация процесі тоқтайды.

Культуральды сұйықтықты кюветадан жинағышқа жібереді, сол жерден оны химиялық цехқа лимон қышқылын бөлуге жібереді. Культуральды сұйықтықта лимон қышқылы 12-20 % құрайды.

Мицелиді қышқылдан ыстық сумен жуып малға азық ретінде беруге қолдануға жібереді.

Культивирлеудің түптік әдісімен ферментация процесі

Лимон қышқылын алуда Аспергиллус нигер саңырауқұлағын түптік культивирлеуде көлемі 100м³ ферментерге салады. Егіс материалы ретінде көлемі 10м³ егіс аппаратында өсіріліп алынған өскен мицелий қолданылады.

Меласса ерітіндісі егіс материалына арналған және өндірістік ферментерге арналған беттік культивирлеуге арналған сияқты дайындалады, тек мұндағы бастапқы ерітінді меласса түптік культивирлеуде қант құрамы 4% аспауы керек. Ферментация процесін жүргізу барысында қанттың концентрациясы тез төмендейді, залалсыздалған құрамы 25-28% қантты құрайтын мелассалы ерітіндіні қосуға тура келеді. Бұл ерітіндіні ферментердегі қанттың концентрациясы 12-15% болу үшін осындай мөлшерде қосады.

Егіс аппаратына қоректік ортаны қосады, конидий суспензиясы егіледі, оны алдын ала термостатта 5-6 сағат бойы 32ºС температурада ұстайды. Культураны 34-35ºС температурада барлық уақыт бойы араластырумен және аэрациялаумен өсіреді. Культивирлеу процесінде ферментерге ауаны беру қатаң бақыланып отырады. Көбіктену процесінде ортаға азырақ мөлшерде химиялық көбік сөндіргіш (олейн қышқылы) қосылады. Мицелияны өсіру процесі 30-36 сағатта аяқталады. Содан соң культуральды сұйықтықтың қышқыл құрамы 1-2% жетеді. Өскен мицелия өндірістік ферментерге қоректік ортаға егуге беріледі. Ферментерде қышқылдың пайда болуы үздіксіз аэрациялауда және 31-32ºС температурада 5-7 тәулікке процесс созылады. Ауаның шығыны жәймен өседі, басында 400м³/сағ. ферментация соңында 2200 м³/сағатқа дейін болады. Қант концентрациясын ұстап тұру үшін 2-3 рет ерітіндіні бөліп қосады, ерітіндіде 12-15% болуы керек. Процесс соңында жалпы қышқылдығын және қант концентрациясын анықтайды. Ферментация процесі біткен соң культуральды сұйықтықты өткір бумен 60-65ºС температурада қыздырады және жинағышқа жібереді, одан әрмен қарай вакуум – фильтрге бөлуге жібереді және мицелия биомассасын жуады. Жуылған мицелияны мал азығына береді. Лимон қышқылының негізгі ерітіндісін жуылған сумен бірге лимон қышқылын бөлу үшін химиялық цехқа жібереді.

Лимон қышқылын бөліп алу және оны кристалл түрінде алу

Культуральды сұйықтықты мицелийден бөліп алғаннан кейін, онда лимон, глюкон және щавель қышқылдары, қант қалдығы және минералды қоспалар болады. Лимон қышқылын культуральды сұйықтықтан бөліп алу аз еритін тұз - үш кальций цитраты пайда болу қасиетімен негізделеді.

Нейтрализация арнайы аппараттарда нейтрализаторда жүзеге асырылады, олар араластырғыш пен бу барботермен қамтамасыз етілген. Культуральды сұйықтықты нейтрализаторда қыздырып, оған әк немесе бор сүтін қосып үздіксіз араластырады. Нейтрализация рН ортасы 6,8-7,5 болған кезде аяқталады.

Осы кезде үш қышқылдық кальций тұзы түзіледі:

2 С₆ Н₈ О₇ + 3 Са(ОН)₂= Са₃ (С₆ Н₅ О₇)₂ + 6Н₂О

лимон кальций цитраты

2 С₆ Н₁₂ О₇ + Са(ОН)₂ = Са (С₆ Н₁₁ О₇)₂ +2Н₂О

глюкон кальций глюконаты

С₂ Н₂ О₄ + Са(ОН)₂ = Са С₂ О₄ + 2Н₂О

щавель кальций оксалаты

Цитрат және кальций оксанаты тұнбаға түсіп, кальций глюконаты мен минералды қоспалар ерітіндіде қалады. Цитрат және кальций оксалаттың тұнбасын вакуум-фильтрде ерітіндіден бөліп алып, ыстық сумен жақсылап мұқият шаяды.

Цитрат қоспасы мен кальций оксалатын реакторда араластырып, оған активті көмірді қосады (түссіздендіру үшін). Қоспаны реакторда 60°С температураға қыздырып, оған есептеу өлшегішпен күкірт қышқылын қосып араластырып отырады. Қоспаны 10-20 минут қайнатады.

Кальций цитраты күкірт қышқылынан теңдеу бойынша ыдырайды:

Са₃ (С₆ Н₅ О₇)₂ + 3Н₂SO₄ = 2 C₆ H₈ O₇ + 3CaSO₄

Кальций оксалаты бұл жағдайда ыдырамайды. Толық бөлінгеннен кейін реактордағы кальций цитратқа түйіршік барий сульфитін ауыр металл тұну үшін қосады. Лимон қышқылының ерітіндісін вакуум-фильтрде гипс құрайтын тұнбадан, кальций оксалатынан, көмірден, ауыр металдың тұздарынан бөледі. Фильтрлеп алынған лимон қышқылын буландыруға жібереді.

Екі сатылы вакуум буландыру аппаратында жүреді. Бірінші аппаратта қалған гипс қалдықтарынан тазарту үшін ерітіндіні 1,24-1,26г/см³ буландырады. Бөліп алынған таза ерітінді екінші аппаратта тығыздығы 1,35-1,36г/см³ болғанша буландырады, алынған лимон қышқылының концентрациясы 80% сәйкес болуы керек.

Буландырылған ерітіндіні температурасы 70°С вакуум-аппаратқа кристаллизаторға келіп түседі. Кристаллизаторда ерітінді температурасы 35-37°С дейін салқындап және лимон қышқылын кристалл түзуге дайындайды. Кристаллизацияны барлық уақытта араластыра отырып, оны 8-10°С температураға дейін мұздатады. Пайда болған лимон қышқылының кристаллдарын центрифугада бөліп, суық суда шайып, кептіруге жібереді.

Лимон қышқылының кристаллдарын ауа температурасы 35°С аспайтындай етіп ленталы немесе пневматикалық барабанды кептіргіште кептіреді. Тауарлы өнім лимон қышқылы 99,5%-нен кем болмауы тиіс.

Сүт қышқылы өндірісі

Сүт қышқылы процесі ерекше, микроорганизмдер – сүт қышқылы бактерияларының көмегімен жүреді. Мұнда глюкоза қанты екі молекулалы сүт қышқылына айналады.

Оны мына реакциядан көруге болады.

С ₆Н ₁₂О₆ 2СН₃СН(ОН)СООН + 75,36 кДж.

Сүт қышқылының ашу процесі кезінде басқа да заттар түзілуі мүмкін. Оған сірке қышқылы, көмір қышқыл газы, ал кейде түзілетін спирт те жатады. Ортада түзілетін заттардың сапасына байланысты сүт қышқылы бактерияларын да бірнеше топқа ажыратады. Сүт қышқылының ашу процесінің ішкі табиғаты зерттелген. Мұнда ашу барысында қанттан бірден сүт қышқылы пайда болмайды, алдымен аралық өнім –пирожүзім қышқылы түзіледі. Ал ашытқыларда пирожүзім қышқылын сірке алдегидіне дейін ажырататын карбоксилаза ферменті болады. Ол сүт қышқылы бактерияларында кездеседі. Сонда пирожүзім қышқылы ажырамайды, қайта сутегінің әсерінен тотығып, сүт қышқылына айналады. Ашу процесінің сипатына қарай сүт қышқылы бактерияларын мынадай екі негізі топқа бөлуге болады:

1)гомоферментативті сүт қышқылы бактериялары.Олар қанттан тек қана сүт қышқылын түзеді.

2)гетероферментативті сүт қышқылы бактериялары. Қанттан сүт қышқылын, біраз мөлшерде сірке қышқылын, этил спиртін, глицерин және көмір қышқыл газын түзеді.

Сүт қышқылы бактерияларының жасушалары шар және таяқша тәрізді болады, спора түзбейді, қозғалмайды және аэробты немесе анаэробты тіршілік етуге бейімделген. Бірақ бұған қатысатын бактериялардың барлығы бірдей мөлшерде сүт қышқылын түзе бермейді. Ал таяқша тәрізділері ортада 1:5-2% сүт қышқылы болғанның өзінде тіршілік етугеқабілеті бар.

Сүт қышқылы бактериялары көбінесе моно және дисахаридтерді ашытады, крахмал және сол сияқты күрделі қанттар-полисахаридтерді ашыта алмайды. Кейбір сүт қышқылы бактериялары басқа әсіресе шіріту бактерияларына жойқын әсер ететін антибиотиктерді бөлетіні анықталды.

Сүт қышқылы бактериялары азот көзі ретінде оның органикалық қосылысын пайдаланады.Олардың көбісі ақуыздарды, амин қышқылдарын, пептидтерді және полипептидтерді сіңіре алады.

Сүт қышқылы бактериялары үшін басқа элементтерді: фосфорды, калийді, кальцийді қажет етеді. Бұлар табиғатта жеткілікті. Кейбір сүт қышқылы бактериялары өсуді қолдайтын заттарды, мәселен, рибофловинді қажет етеді. Мұндайда ол ортаға В₁ витаминін бөліп шығара алады.

Сүт қышқылы бактериялары температурасы 7-42⁰С жылулықта тіршілік етеді.

47 сурет - Клеткалары моншақ тәріздес тіркесе орналасқан

сүтқышқылды бактериялары

Бұлар спора түзбейтіндіктен жоғарғы температурада қырылып қалады. Тіршілік ету барысында олар қышқыл түзеді, соның арқасында басқа микроорганизмдер тіршілік етпейді. Реакциясы бейтарап орталарда өте жақсы тіршілік етеді.

Гомоферментативті ашу процесі шар тәрізді сүт қышқылы бактерияларының көмегімен жүреді.Бұлар стрептококкус және педиококкус туысына жатады.

Стрептококкус туысына жататын бактериялардың клеткалары дөңгелек, аздап сопақша, диаметрі 0,5-0,6, мкм дейін барады, клеткалары жеке күйінде, қос-қостан немесе моншақ тәрізді тізіле орналасқан. Олар табиғатта кең таралған. Бұл туысқа стрептококкус лактис, стептококкус креморис, стрептококкус диацетилатис, стрептококкус термофилус түрлері жатады.

Стрептококус лактис-клеткасы қос-қостан немесе моншақ тәрізді тізіле орналасқан шар тәрізді бактериялар 30-35 ⁰ С температурада өсіп дамиды. Ашу процесінде ортада 1 % дейін қышқыл түзеді. Сүт тағамдарын(айран, кефир, қаймақ,т.б.) дайындауда қолданылады.

Стрептококкус диацетилактис-сүтте және сүт тағамдарында едәуір мөлшерде ұшқыш қышқылдар мен қош иісті заттар түзіледі. Оның ішінде диацетил көбірек. Лимон қышқылын ашыта алады. Өсу температурасы 25-30 ⁰ С, сүт тағамдарын дайындауда қолданылады.

Стрептококкус термофилус- жоғары температурада (45 ⁰С) тіршілік етуге бейімделген. Сахарозаны жақсы ашытады. Сыр дайындауда маңызы зор.

Гомоферментативті сүт қышқылы таяқшалары екі топқа бөлінеді: термобактериялар және стрептобактериялар. Термобактерияларға лактобациллус лактис, лактобациллус хелбетикум, лактобациллус ацидофилус, лактобациллус бульгарикукс және лактобациллус дельбруки жатады. Бұл таяқша тәрізді бактериялар өсу температурасы 40-45⁰С болады.

Гетероферментативті сүт қышқылы бактерияларына леуконосток, лактобациллус, бифидобактериум туыстары жатады. Леуконосток туысына жұмыртқа тәрізді , ал кейде таяқша тәрізді бактериялар болады. Сахароза қанты бар жерде олардың қабықтары жуандап, айналасында шырын пайда болады.

Гетероферментативті лактобациллдер сүт қантын ашытады. Олар өсімдіктердің бойында кездеседі. Кейде нан ашытқысында да тіршілік етеді. Бұлардың ішінде бес мүшелі пентоза қантын (арабиноза, ксилоза) ашытатын, лактобациллус бревис деген түрі бар.

Бифидобактерияларға спора түзбейтін, грам-оң, грам-теріс таяқша тәрізді бактериялар жатады. Қанттарды ашытқанда сүт қышқылынан басқа, сірке қышқылы да түзіледі. Бұлардың көбісі адамдардың, жануардың ішек қарындарында тіршілік етеді. Сүт қышқылы бактерияларының тіршілік ету барысында антибиотиктер түзе алатындықтан ішек –қарындардағы шіріткіш және ауру қоздырғыш бактерияларды жоюға көмектеседі.

Сүт қышқылы бактерияларының практикалық маңызы зор. Көптеген сүт тағамдары, мал азығы осы бактериялардың қатысуымен алынады. Кейде сүт қышқылы бактерияларына басқа микроорганизмдерді, мысалы ашытқыларды қосып пайдаланып, сапалы сусын- қымыз дайындауға болады. Ірімшік дайындауда сүт қышқылы бактерияларының маңызы зор. Қышқыл сүт тағамдарының ішіндегі ертеден белгілісі шұбат.

Сүт қышқылын өндірісте өндіру

Түрлі қажеттерді өтеу мақсатында қазіргі кезде сүт қышқылын өндірістік тәсілмен алу іске асырылуда. Мұнда ашытуға арналған шикізаттың құрамындағы қанттан барынша мол сүт қышқылын өндіру қажет. Сүт қышқылын өндірістік жолмен алуда термобактериум церале бактериясы қолданылады. Бұл – гомоферментативті микроорганизм. Ашытуға арналған қанттың 98 % сүт қышқылына айналдырады. Ол үшін ең қолайлы темпертура 48-50ºС. Жоғары температурада басқа микроорганизмдер тіршілік ете алмайды.

Термобактериум церале қанттардан: декстрозаны, левулезаны, галактозаны, мальтозаны, сахарозаны жақсы ашыта алады. Ал сүт қышқылын өндірістік жолмен алу үшін әдетте қанттың орнына крахмал пайдаланады. Ол үшін крахмалды алдын ала солод ферментінің көмегімен жәй қантқа айналдыру қажет. Алынған ерітінді 50ºС температураға дейін жылытылады да, оған 2 % таза, дайын термобактериум церале қосады. Мұнда пайда болған сүт қышқылы, қоректік ортада бұрыннан болатын бормен байланысады, бірақ орта қышқылдылығы аса көбеймейді.

Сүт қышқылы бактериялары одан әрі тіршілік етіп, қоректік орта қантын тауысқанша процесті жүргізе береді. Технологиялық ережелерге сай болғанда, ашу процесі 5-6 күнде аяқталады. Ашу аяқталғаннан соң, ыдыстағы қоспаны 100ºС температураға дейін қыздырып, ондағы бактерияларды өлтіреді, ақуыздарды тұнбаға тұндырады. Сонда сұйық мөлдірленеді, оны арнаулы сүзгіден өткізіп, тез салқындатады. Салқын сұйық күкірт қышқылымен өңделеді. Сонда барып сүт қышқылы, күкірт қышқылды кальцийден арылып, жеке бөлінеді. Мұнда алынған сүт қышқылының мөлшері 10 % болады. Бұдан соң сүт қышқылын осы күйінде немесе тазартып тұтынуға жібереді. Әрине сүт қышқылын өндіруде ашу процесінің таза, яғни санитарлық талапқа сай болуын қадағалау керек.

Сүт қышқылы өндірісі. Сүт қышқылын бірінші рет ашыған сүттен тапты және содан барып оның атын сүт қышқылы деп атап кетті. Сүт қышқылы С₃Н ₆О₃ органикалық бір негіздік қышқыл болып келеді. Гидроксилді топ екі жағдайда болуы мүмкін (α және β),сондықтан сүт қышқылының екі изомері ажыратады:

α –оксипропион β- оксипропион

Сүт қышқылы өндірісінің технологиясы анаэробты жағдайда жүреді (ауаны дайындау қажет емес) және жоғарғы температурада жүргізіледі (ол бөгде микрофлорамен ластану қаупін төмендетеді). Демек, сүт қышқылды бактериясы анаэробты және термофилді.

Сүт қышқылы өндірісінің прцесі келесі негізгі сатыларды құрайды:

1. егіс материалын алу;

2. қоректік ортаны дайындау;

3. сүт қышқылының ашуы;

4. ашыған ерітіндіні өңдеу және фильтрлеу;

5. лактоза кальциінің ыдырауы;

6. сүт қышқылын булау.

Егіс материалын алу.Бастапқы культураны пробиркада жаңадан жасалған қоректік ортасы бар үш пробиркаға егеді. Культураны пробиркадан кейін көлемі 500 мл колбаға егеді, сосын көлемі 10 л бөтелкелерге және содан соң культиваторға жібереді. Егіс материалының көлемі ашу аппаратының 30% құрауы керек. Алғашқы екі сатысы солод суслосынан алынған қоректік ортада жүргізіледі, үшінші орта сусло қоспасынан алынған және өндірістік культивирлеуге арналған қоректік ортада (1:1) және соңғысы өндірістік культивирлеуге арналған қоректік ортада жүргізеді. Культивирлеу температурасы 48-50°С болады, культивирлеудің әр сатысы 20-24 сағатты құрайды. Орта залалсыздалған болуы керек және қоспа ретінде залалсыздалған бор қолданылады. Отандық зауыттарда алдымен тек таза культураны өндірісте дайындайды, әрмен қарай егіс материалы ретінде алдынғы ашытқы аппаратынан алынған культуральды сұйықтық қолданылады. Сүт қышқылының ашуы (чанда) аппаратта жүргізіледі, формасы цилиндр тәрізді, түбі дөңес, сыйымдылығы 25-45 м³, тот баспайтын болаттан жасалған немесе аллюминиден жасалған чанда жүргізіледі, ыстық суды циркуляциялаушы жыланша орнатылған.