Production of Important Organic Aci

Production of Important Organic Acids by Fermentation

Advertisements:



Some details on the production of important organic acids by fermentation are given below:

1. Citric Acid:

Citric acid was first discovered as a constituent of lemon. Today, we know citric acid as an intermediate of ubiquitous Krebs cycle (citric acid cycle), and therefore, it is present in every living organism. In the early days, citric acid was isolated from lemons (that contain 7-9% citric acid), and today about 99% of the world’s citric acid comes from microbial fermentation.

Applications of Citric Acid:

1. Citric acid, due to its pleasant taste and palatability, is used as a flavoring agent in foods and beverages e.g., jams, jellies, candies, desserts, frozen fruits, soft drinks, wine. Besides brightening the colour, citric acid acts as an antioxidant and preserves the flavors of foods.

2. It is used in the chemical industry as an antifoam agent, and for the treatment of textiles. In metal industry, pure metals are complexed with citrate and produced as metal citrates.

3. In pharmaceutical industry, as trisodium citrate, it is used as a blood preservative. Citric acid is also used for preservation of ointments and cosmetic preparations. As iron citrate, it serve as a good source of iron.

4. Citric acid can be utilized as an agent for stabilization of fats, oils or ascorbic acid. It forms a complex with metal ions (iron, copper) and prevents metal catalysed reactions. Citric acid is also used as a stabilizer of emulsions in the preparation of cheese.

5. In detergent/cleaning industry, citric acid has slowly replaced polyphosphates.

Microbial Strains for Citric Acid Production:

Many microorganisms can produce citric acid. The fungus Aspergillus Niger is most commonly used for industrial production of citric acid. The other organisms (although less important) include A. clavatus, A. wentii, Penicillium luteum, Candida catenula, C. guilliermondii and Corynebacterium sp.

For improved industrial production of citric acid, mutant strains of A. Niger have been developed. The strains that can tolerate high sugar concentration and low pH with reduced synthesis of undesirable byproducts (oxalic acid, isocitric acid and gluconic acid) are industrially important.

Microbial Biosynthesis of Citric Acid:

Citric acid is a primary metabolic product (of primary metabolism) formed in the tricarboxylic acid (Krebs) cycle. Glucose is the predominant carbon source for citric acid production. The biosynthetic pathway for citric acid production involves glycolysis wherein glucose is converted to two molecules of pyruvate. Pyruvate in turn forms acetyl CoA and oxaloacetate which condense to finally give citrate. The major steps in the biosynthesis of citric acid are depicted in Fig. 24.1.

Metabolic Pathway for the Biosynthesis of Citric Acid

Enzymatic regulation of citric acid production:

During the synthesis of citric acid, there is a tenfold increase in the activity of the enzyme citrate synthase while the activities of other enzymes (aconitase, isocitrate dehydrogenase) that degrade citric acid are reduced. However, recent evidence does not support the theory that reduction in the operation of tricarboxylic acid (i.e. degradation of citric acid) contributes to accumulation of citric acid.

Increased citric acid is more likely due to enhanced biosynthesis rather than inhibited degradation. Further, there are anaplerotic reactions that replenish the TCA cycle intermediates to keep the cycle continuously in operation. Pyruvate carboxylase that converts pyruvate to oxaloacetate is also a key enzyme in citric acid production.

Yield of citric acid:

Theoretically, the yield of citric acid for the most commonly used substrate sucrose has been calculated. It is worked out that from 100 g sucrose, 112 g of anhydrous citric acid or 123 g of citric acid — 1 hydrate can be formed. However, due to oxidation of sugar to CO2 during trophophase, the yield of citric acid is lower than the calculated.

Factors in the Regulation of Citric Acid Production:

Strict maintenance of controlled nutrient conditions is very crucial for maximal production of citric acid. The optimal conditions that have been worked out for A. Niger for the production of citric acid are briefly described (Table 24.1).

Optimal Parameters/ Conditions for Citric Acid Production

Carbohydrate source:

A wide range of raw materials can be used for the supply of carbohydrates. These include molasses (sugar cane or sugar beet), starch (from potatoes), date syrup, cotton wastes, banana extract, sweet potato pulp, and brewery waste and pineapple waste water.

A high yield of citric acid production occurs if the sugars that are rapidly metabolised are used e.g. sucrose, glucose, maltose. At present, cane molasses and beet molasses are commonly used. The variations in the composition of molasses (seasonal and production level), have to be carefully considered for optimising citric acid production.

The concentration of carbohydrate significantly influences citric acid production. Ideally, the sugar concentration should be 12-25%. At a concentration less than 5% sucrose, citric acid formation is negligible, and increases as the concentration is raised to 10% and then stabilizes (Fig. 24.2). It is believed that a high sugar concentration induces increased glucose uptake and consequently enhanced citric acid production.

Effect of Sugar Concentration on Citric Acid Production

Trace metals:

Certain trace elements (Fe, Cu, Zn, Mn, Mg, Co) are essential for the growth of A. Niger. Some of the trace metals particularly Mn2+, Fe3+ and Zn2+ increase the yield of citric acid. The effect of manganese ions has been investigated to some extent. These ions promote glycolysis and reduce respiration; both these processes promote citric acid production.

As regards iron, it is a cofactor for the enzyme aconitase (of TCA cycle). It is estimated that an Fe concentration of 0.05-0.5 ppm is ideal for optimal citric acid production. At higher Fe concentration, the yield is lower which can be reversed to some extent by adding copper.

pH:

The pH of the medium influences the yield of citric acid, and it is maximal when pH is below 2.5. At this pH, the production of oxalic acid and gluconic acid is suppressed. Further, at low pH, transport of citric acid is much higher. If the pH is above 4, gluconic acid accumulates at the expense of citric acid. And when the pH goes beyond 6, oxalic acid accumulates. Another advantage with low pH is that the risk of contamination is very minimal, since many organisms cannot grow at this pH.

Dissolved O2:

The yield of citric acid production substantially increases when the dissolved O2 tension is higher. This can be achieved by strong aeration or by sparging with pure O2. It has been observed that sudden interruptions in O2 supply (as occurs during power breakdowns) cause drastic reduction in citric acid production without harming the growth of the organism.

Nitrogen source:

Ammonium salts, nitrates and urea are the nitrogen sources used in the media for citric acid production. All the three compounds are equally good sources, as long as they do not adversely affect the pH of the medium. If molasses are used for nutrient supply, addition of extra nitrogen source is not required. However, some workers have shown that exogenous addition of ammonium ions stimulates citric acid production.



Production Processes for Citric Acid:

There are two processes by which citric acid can be industrially produced — the surface process and submerged process (Fig. 24.3).

Industrial Processes for the Production of Citric Acid

The surface process:

This is characterized by growing the microorganisms as a layer or a film on a surface in contact with the nutrient medium, which may be solid or liquid in nature. Thus, the surface process has supported-growth systems.

The submerged process:

In this case, the organisms are immersed in or dispersed throughout the nutrient medium. There are two types of submerged fermenters (bioreactors) stirred bioreactors and airlift bioreactors.

Surface Processes:

Solid surface fermentation:

Surface processes using solid substrates are particularly carried out in less developed areas of some Asian countries. The solid substrates such as wheat bran or pulp from sweet potato starch are used, as culture media. The pH of the medium is adjusted to 4-5, and then sterilized. Now the inoculum in the form of spores of A. niger is spread as layers (3-6 cm thickness) and incubated at 28°C.

The growth of the organisms can be accelerated by the addition of α-amylase. Solid-state fermentation takes about 80 to 100 hours for maximal production of citric acid. At the end of the process, citric acid can be extracted into hot water and isolated.

Liquid surface fermentation:

Surface fermentation using liquid as nutrient medium is the oldest method for citric acid production. It is still in use due to a simple technology, low energy costs and higher reproducibility. Further, the interference of trace metals and dissolved O2 tension are minimal. The labour costs are however, higher since the manpower requirements are more for cleaning the systems. About 20% of the citric acid in the world is produced by surface processes.

The nutrient supply for surface fermentation normally comes from beet molasses. The fermentation is usually carried out in aluminium trays filled with sterile nutrient medium. The inoculum in the form of spores is sprayed over the medium. A sterile air is passed for supplying O2 as well as cooling. The temperature is maintained around 30°C during fermentation.

As the spores germinate (that occurs within 24 hours of inoculation), a layer of mycelium is formed over the medium. The pH of the nutrient medium falls to less than 2, as the mycelium grows in size and forms a thick layer on the surface of the nutrient solution. The fermentation is stopped a

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

กรดอินทรีย์ที่สำคัญผลิต โดยการหมักโฆษณา: รายละเอียดบางอย่างในการผลิตกรดอินทรีย์สำคัญโดยหมักจะได้รับด้านล่าง: 1. กรดซิตริก:กรดซิตริกถูกค้นพบครั้งแรกเป็นวิภาคของมะนาว วันนี้ เรารู้ว่ากรดซิตริกเป็นกลางของเครบส์แพร่หลายรอบ (วัฏจักรกรดซิตริก), และดังนั้น มันมีอยู่ในทุกชีวิต ในยุคแรก กรดซิตริกถูกแยกต่างหากจากมะนาว (ที่ประกอบด้วย 7-9% กรดซิตริก), และวันนี้ประมาณ 99% ของกรดซิตริกในโลกมาจากการหมักจุลินทรีย์แอพลิเคชันของกรดซิตริก:1. กรดซิตริก รสชาติดีและ palatability การใช้เป็นตัวแทน flavoring ในอาหาร และเครื่องดื่มเช่น แยม jellies ลูกอม ขนม แช่ไวน์ เครื่องดื่ม ผลไม้ นอกจากดูสีสดใส กรดซิตริกทำหน้าที่เป็นสารต้าน และรักษารสชาติของอาหาร2. มันถูกใช้ในอุตสาหกรรมเคมี เป็นตัวแทน antifoam และการรักษาของสิ่งทอ ในอุตสาหกรรมโลหะ โลหะบริสุทธิ์เป็น complexed กับซิเตรต และผลิตเป็นโลหะ citrates3. ในอุตสาหกรรมยา เป็น trisodium ซิเตรต ใช้เป็น preservative เลือด ยังมีใช้กรดซิตริกสำหรับอนุรักษ์ ointments และเตรียมเครื่องสำอาง เป็นเหล็กซิเตรต มันทำหน้าที่เป็นแหล่งที่ดีของเหล็ก4. กรดซิตริกสามารถนำไปใช้เป็นตัวแทนสำหรับเสถียรภาพของไขมัน น้ำมัน หรือกรดแอสคอร์บิค รูปแบบที่ซับซ้อน ด้วยประจุโลหะ (เหล็ก ทองแดง) และป้องกันปฏิกิริยาโลหะ catalysed ยังมีใช้กรดซิตริกเป็นโคลงของ emulsions ในชี5. ในอุตสาหกรรมผงซักฟอก/ทำความสะอาด กรดซิตริกมีช้าแทน polyphosphatesหากต้องการสายพันธุ์จุลินทรีย์สำหรับผลิตกรดซิตริก:จุลินทรีย์จำนวนมากสามารถผลิตกรดซิตริก มักใช้ในเชื้อรา Aspergillus ไนเจอร์สำหรับผลิตกรดซิตริก สิ่งมีชีวิตอื่น ๆ (แม้ว่าไม่สำคัญ) A. clavatus, A. wentii, Penicillium luteum แคน catenula, C. guilliermondii และ Corynebacterium spสำหรับการปรับปรุงอุตสาหกรรมผลิตของกรดซิตริก สายพันธุ์กลายพันธุ์ของ A. ไนเจอร์ได้รับการพัฒนา สายพันธุ์ที่สามารถทนต่อความเข้มข้นของน้ำตาลสูงและ pH ต่ำกับสังเคราะห์ลดลงของสารที่ไม่พึงปรารถนา (กรดออกซาลิก กรด isocitric และกรด gluconic) มีความสำคัญ industriallyจุลินทรีย์ชีวสังเคราะห์ของกรดซิตริก:กรดซิตริกเป็นการเผาผลาญผลิตภัณฑ์หลัก (ของหลัก) เกิดขึ้นในวงจร tricarboxylic กรด (เครบส์) กลูโคสเป็นแหล่งคาร์บอนกันสำหรับผลิตกรดซิตริก ทางเดิน biosynthetic กรดซิตริกผลิตเกี่ยวข้องกับการ glycolysis นั้นน้ำตาลกลูโคสจะถูกแปลงเป็นสองโมเลกุลของ pyruvate Pyruvate จะใช้ acetyl CoA และ oxaloacetate ซึ่งบีบให้สุด ซิเตรต ขั้นตอนสำคัญในชีวสังเคราะห์ของกรดซิตริกมีแสดงใน Fig. 24.1เมแทบอลิซึมการชีวสังเคราะห์ของกรดซิตริกกฎระเบียบที่เอนไซม์ในระบบการผลิตกรดซิตริก:ในระหว่างการสังเคราะห์กรดซิตริก ได้เพิ่ม tenfold ในการ synthase ซิเตรตเอนไซม์ในขณะที่กิจกรรมเอนไซม์อื่น ๆ (aconitase, isocitrate dehydrogenase) ที่ลดกรดซิตริกจะลดลง อย่างไรก็ตาม หลักฐานล่าสุดไม่สนับสนุนทฤษฎีที่ว่าลดเวลาในการทำงานของกรด tricarboxylic (เช่นลดประสิทธิภาพของกรดซิตริก) สนับสนุนการสะสมของกรดซิตริกกรดซิตริกเพิ่มขึ้นเป็นโอกาสเนื่องจากการสังเคราะห์เพิ่มขึ้นแทนที่ห้ามสลายตัว เพิ่มเติม มีปฏิกิริยา anaplerotic ที่เติม intermediates วัฏจักร TCA เพื่อให้วงจรอย่างต่อเนื่องในการดำเนินงาน Pyruvate carboxylase ที่แปลง pyruvate oxaloacetate เป็นเอนไซม์สำคัญในการผลิตกรดซิตริกผลตอบแทนของกรดซิตริก:ตามหลักวิชา ผลตอบแทนของกรดซิตริกสำหรับซูโครสพื้นผิวที่ใช้บ่อยที่สุดมีการคำนวณ มันทำงานเห็นว่าจาก 100 กรัมซูโครส 112 กรัมกรดซิตริกได หรือ g 123 ของกรดซิตริก — 1 ผับ/เลาจน์ที่สามารถเกิดขึ้นได้ อย่างไรก็ตาม ออกซิเดชันของน้ำตาลกับ CO2 ในระหว่าง trophophase ผลตอบแทนของกรดซิตริกเป็นต่ำกว่าที่คำนวณปัจจัยในการควบคุมการผลิตกรดซิตริก:บำรุงรักษาเข้มงวดเงื่อนไขควบคุมธาตุอาหารเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับการผลิตสูงสุดของกรดซิตริก สภาวะที่มีการทำงานออกสำหรับอ.ผลิตของกรดซิตริกจะสั้นๆ อธิบาย (24.1 ตาราง)พารามิเตอร์ที่เหมาะสม / เงื่อนไขการผลิตกรดซิตริกแหล่งคาร์โบไฮเดรต:สามารถใช้วัตถุดิบที่หลากหลายสำหรับอุปทานของคาร์โบไฮเดรต ซึ่งรวมถึงกากน้ำตาล (น้ำตาลหรือนทาน), แป้ง (จากมัน), วันน้ำ กากฝ้าย สารสกัดจากกล้วย มันฝรั่งหวานเยื่อ และเสียและสับปะรดน้ำเสียโรงผลตอบแทนสูงผลิตกรดซิตริกเกิดขึ้นถ้ามีใช้น้ำตาลที่มี metabolised อย่างรวดเร็วเช่นซูโครส กลูโคส maltose ปัจจุบัน เท้ากากน้ำตาลและกากน้ำตาลผักชนิดหนึ่งโดยทั่วไปใช้ ความแตกต่างในองค์ประกอบของกากน้ำตาล (ตามฤดูกาล และระดับการผลิต), มีการพิจารณาอย่างรอบคอบสำหรับ optimising กรดซิตริกผลิตความเข้มข้นของคาร์โบไฮเดรตมีผลต่อการผลิตกรดซิตริกอย่างมีนัยสำคัญ ดาว น้ำตาลความเข้มข้นควรมี 12-25% ที่มีความเข้มข้นน้อยกว่า 5% ซูโครส กำเนิดกรดซิตริกเป็นระยะ และเพิ่มความเข้มข้นขึ้น 10% แล้ว แรง (Fig. 24.2) เชื่อกันว่าที่มีความเข้มข้นของน้ำตาลสูงแท้จริงดูดซับกลูโคสเพิ่มขึ้นและเพิ่มผลผลิตกรดแอซิด ซิทริกผลของความเข้มข้นของน้ำตาลในการผลิตกรดซิตริกโลหะการสืบค้นกลับ:องค์ประกอบบางอย่างติดตาม (Fe, Cu, Zn, Mn, Mg, Co) จะจำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของ A. ไนเจอร์ ของการตรวจสอบโลหะโดยเฉพาะอย่างยิ่ง Mn2 + Fe3 + และ Zn2 + เพิ่มผลผลิตของกรดซิตริก ผลของประจุแมงกานีสมีการตรวจสอบบ้าง ประจุเหล่านี้ส่งเสริม glycolysis และลดหายใจ ทั้งนี้กระบวนการส่งเสริมการผลิตกรดซิตริกสำหรับเหล็ก เป็น cofactor ใน aconitase เอนไซม์ (ของวัฏจักร TCA) มีประเมินที่มีความเข้มข้นของ Fe 0.05-0.5 ppm เหมาะสำหรับการผลิตกรดซิตริกที่ดีที่สุด ที่ความเข้มข้นของ Fe สูง ผลตอบแทนได้ต่ำกว่าที่คุณสามารถกลับรายการบ้าง โดยการเพิ่มทองแดงpH:PH ของตัวกลางมีผลต่อผลผลิตของกรดซิตริก และจะสูงสุดเมื่อ pH ต่ำกว่า 2.5 ที่ pH นี้ จะถูกระงับการผลิตกรดออกซาลิกและกรด gluconic เพิ่มเติม ที่ pH ต่ำ ขนส่งกรดซิตริกได้สูง ถ้า pH สูงกว่า 4, gluconic กรดสะสมค่าใช้จ่ายของกรดซิตริก และเมื่อ pH เกินกว่า 6 กรดออกซาลิกสะสม ประโยชน์อื่น มีค่า pH ต่ำคือความเสี่ยงจากการปนเปื้อนน้อยมาก เนื่องจากสิ่งมีชีวิตจำนวนมากไม่สามารถปลูกที่ pH นี้O2 ละลาย:ผลผลิตของการผลิตกรดซิตริกมากเพิ่มขึ้นเมื่อความตึงเครียดของ O2 ละลายอยู่สูง นี้สามารถทำได้ โดย aeration แข็ง หรือ sparging กับ O2 บริสุทธิ์ มันได้ถูกตรวจสอบว่า ขัดจังหวะฉับพลันในอุปทาน O2 (เกิดขึ้นในระหว่างการแบ่งอำนาจ) ทำให้ลดรุนแรงในการผลิตกรดซิตริกโดยไม่เป็นอันตรายต่อการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตที่แหล่งธาตุไนโตรเจน:เกลือแอมโมเนีย nitrates และยูเรียเป็นแหล่งไนโตรเจนที่ใช้ในสื่อการผลิตกรดซิตริก สารที่สามทั้งหมดเท่า ๆ กันเป็นแหล่งดี ตราบเท่าที่พวกเขาไม่กระทบ pH ของสื่อ ถ้าใช้กากน้ำตาลสำหรับการจัดหาธาตุอาหาร เพิ่มเติมแหล่งไนโตรเจนเสริมไม่จำเป็น อย่างไรก็ตาม บางคนได้แสดงว่า ประจุแอมโมเนียเพิ่มบ่อยช่วยกระตุ้นการผลิตกรดซิตริกกระบวนการผลิตสำหรับกรดซิตริก:มีกระบวนการที่กรดซิตริกสามารถ industrially ผลิตสอง — ผิวกระบวนการและขั้นตอนน้ำท่วม (24.3 รัฐ Fig.)กระบวนการอุตสาหกรรมการผลิตของกรดซิตริกกระบวนการพื้นผิว:นี้มีลักษณะเติบโตจุลินทรีย์ที่เป็นชั้นหรือฟิล์มบนพื้นผิวกับกลางธาตุอาหาร ซึ่งอาจเป็นของแข็ง หรือของเหลวในธรรมชาติ ดังนั้น การที่ผิวมีระบบเติบโตได้รับการสนับสนุนการน้ำท่วม:ในกรณีนี้ สิ่งมีชีวิตที่ได้สัมผัส หรือกระจายทั่วกลางธาตุอาหาร มีสองชนิดคือ bioreactors คนน้ำท่วม fermenters (bioreactors) และ airlift bioreactorsกระบวนการพื้นผิว:หมักผิวทึบ:กระบวนการใช้พื้นผิวทึบพื้นผิวโดยเฉพาะอย่างยิ่งดำเนินการในพื้นที่น้อยพัฒนาของบางประเทศในเอเชีย พื้นผิวแข็งเช่นรำข้าวสาลีหรือเยื่อจากแป้งมันเทศใช้ เป็นสื่อวัฒนธรรมการ PH ของตัวกลางที่ปรับ 4-5 แล้ว sterilized ตอนนี้ inoculum ในเพาะเฟิร์นของไนเจอร์ A. แผ่เป็นชั้น (3-6 ซม.ความหนา) และ incubated ที่ 28 องศาเซลเซียสสามารถสามารถเร่งการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตที่ด้านนอกด้วยกองทัพ-amylase โซลิดสเตตหมักใช้เวลาประมาณ 80-100 ชั่วโมงสำหรับการผลิตสูงสุดของกรดซิตริก ในตอนท้ายของกระบวนการ กรดซิตริกสามารถแยกน้ำร้อน และแยกต่างหากของเหลวหมักผิว:หมักผิวที่ใช้ของเหลวเป็นสื่อธาตุอาหารเป็นวิธีเก่าแก่ที่สุดสำหรับการผลิตกรดซิตริก ได้ใช้เทคโนโลยีอย่างง่าย ต้นทุนพลังงานต่ำ และ reproducibility สูง เพิ่มเติม รบกวนติดตามโลหะและความตึงเครียดของ O2 ละลายอยู่น้อย ต้นทุนแรงงานเป็นอย่างไรก็ตาม สูงเนื่องจากความต้องการกำลังคนเป็นระบบการทำความสะอาด ประมาณ 20% ของกรดซิตริกในโลกผลิต ด้วยกระบวนการพื้นผิวจัดหาธาตุอาหารการหมักผิวปกติมาจากกากน้ำตาลผักชนิดหนึ่ง โดยปกติดำเนินการหมักออกในถาดอะลูมิเนียมที่เต็มไป ด้วยธาตุอาหารปานกลางกอซ Inoculum ในเพาะเฟิร์นจะพ่นออกมาผ่านสื่อ อากาศกระบอกถูกส่งผ่านไปสำหรับขาย O2 ตลอดจนการทำความเย็น อุณหภูมิไว้ประมาณ 30° C ในระหว่างการหมักเป็นเพาะเฟิร์น germinate (ที่เกิดขึ้นภายใน 24 ชั่วโมงของ inoculation), ชั้นของ mycelium มีรูปแบบผ่านสื่อ PH ของตัวกลางธาตุอาหารอยู่น้อยกว่า 2, mycelium การขยายขนาด และฟอร์มชั้นหนาของพื้นผิวของโซลูชันธาตุอาหาร หยุดการหมักการ

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

การผลิตกรดอินทรีย์ที่สำคัญโดยการหมักโฆษณา: รายละเอียดบางอย่างในการผลิตกรดอินทรีย์ที่สำคัญโดยการหมักจะได้รับดังนี้1 กรดซิตริก: กรดซิตริกที่ถูกค้นพบครั้งแรกในฐานะที่เป็นส่วนประกอบของมะนาว วันนี้เรารู้ว่ากรดซิตริกเป็นตัวกลางของวงจร Krebs แพร่หลาย (รอบกรดซิตริก) และดังนั้นจึงมีอยู่ในทุกสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ ในวันแรก, กรดซิตริกที่แยกได้จากมะนาว (ที่มีกรดซิตริก 7-9%) และในวันนี้เกี่ยวกับ 99% ของกรดซิตริกของโลกที่มาจากการหมักจุลินทรีย์. การประยุกต์ใช้กรดซิตริก: 1 กรดซิตริกเนื่องจากรสชาติที่ถูกใจและความอร่อยของมันจะถูกใช้เป็นตัวแทนเครื่องปรุงในอาหารและเครื่องดื่มเช่นแยมเยลลี่ลูกอมขนมหวาน, ผลไม้แช่แข็งเครื่องดื่มไวน์ นอกจากนี้สีสดใสทำหน้าที่กรดซิตริกเป็นสารต้านอนุมูลอิสระและรักษารสชาติของอาหารที่. 2 มันถูกใช้ในอุตสาหกรรมเคมีเป็นตัวแทน Antifoam และสำหรับการรักษาของสิ่งทอ ในอุตสาหกรรมโลหะโลหะบริสุทธิ์ complexed กับซิเตรตและผลิตเป็น citrates โลหะ. 3 ในอุตสาหกรรมยาเป็นไตรโซเดียมซิเตรตมันถูกใช้เป็นสารกันบูดในเลือด กรดซิตริกที่ใช้สำหรับการเก็บรักษาของขี้ผึ้งและการเตรียมเครื่องสำอาง ในฐานะที่เป็นเหล็กซิเตรตก็ทำหน้าที่เป็นแหล่งที่ดีของธาตุเหล็ก. 4 กรดซิตริกสามารถนำไปใช้เป็นตัวแทนเพื่อรักษาเสถียรภาพของไขมัน, น้ำมันหรือวิตามินซี มันเป็นที่ซับซ้อนที่มีไอออนของโลหะ (เหล็ก, ทองแดง) และป้องกันการเกิดปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ กรดซิตริกนอกจากนี้ยังใช้เป็นโคลงของอิมัลชันในการเตรียมการของชีสที่. 5 ในผงซักฟอก / ทำความสะอาดอุตสาหกรรมกรดซิตริกได้เข้ามาแทนที่อย่างช้าๆ polyphosphates. จุลินทรีย์สายพันธุ์สำหรับการผลิตกรดซิตริก: จุลินทรีย์จำนวนมากสามารถผลิตกรดซิตริก Aspergillus เชื้อราไนเจอร์มากที่สุดที่ใช้สำหรับการผลิตภาคอุตสาหกรรมของกรดซิตริก สิ่งมีชีวิตอื่น ๆ (ถึงแม้จะมีความสำคัญน้อยกว่า) รวมถึง clavatus เอเอ wentii, Penicillium luteum, catenula Candida ซี guilliermondii และ Corynebacterium Sp. สำหรับอุตสาหกรรมการผลิตที่ดีขึ้นของกรดซิตริก, สายพันธุ์ที่กลายพันธุ์ของเอไนเจอร์ได้รับการพัฒนา สายพันธุ์ที่สามารถทนต่อความเข้มข้นของน้ำตาลสูงและมีค่า pH ต่ำที่มีการสังเคราะห์ที่ลดลงของสารที่ไม่พึงประสงค์ (กรดออกซาลิกกรด isocitric และกรด Gluconic) ที่สำคัญคืออุตสาหกรรม. จุลินทรีย์สังเคราะห์ของกรดซิตริก: กรดซิตริกเป็นสินค้าที่มีการเผาผลาญอาหารหลัก (จากการเผาผลาญอาหารหลัก) ที่เกิดขึ้น ในกรด tricarboxylic (มะเร็ง) วงจร กลูโคสเป็นแหล่งคาร์บอนที่โดดเด่นสำหรับการผลิตกรดซิตริก วิถีชีวสังเคราะห์สำหรับการผลิตกรดซิตริกที่เกี่ยวข้องกับการ glycolysis นั้นกลูโคสจะถูกแปลงเป็นสองโมเลกุลของไพรู ไพรูในรูปแบบการเปิด acetyl CoA และ oxaloacetate ซึ่งรวมตัวไปจนให้ซิเตรต ขั้นตอนที่สำคัญในการสังเคราะห์ของกรดซิตริกเป็นภาพในรูป 24.1. การเผาผลาญเส้นทางสำหรับการสังเคราะห์ของกรดซิตริกระเบียบเอนไซม์ของการผลิตกรดซิตริก: ในระหว่างการสังเคราะห์กรดซิตริกที่มีเป็นสิบเท่าเพิ่มขึ้นในการทำงานของเทสซิเตรตเอนไซม์ในขณะที่กิจกรรมของเอนไซม์อื่น ๆ (aconitase, dehydrogenase isocitrate) ที่ ลดกรดซิตริกจะลดลง อย่างไรก็ตามหลักฐานที่ผ่านมาไม่สนับสนุนทฤษฎีที่ว่าในการลดการทำงานของกรด tricarboxylic (เช่นการสลายตัวของกรดซิตริก) ก่อให้เกิดการสะสมของกรดซิตริก. กรดซิตริกที่เพิ่มขึ้นอาจเป็นไปได้มากขึ้นเนื่องจากการสังเคราะห์เพิ่มขึ้นมากกว่าการย่อยสลายยับยั้ง นอกจากนี้ยังมีปฏิกิริยา anaplerotic ที่เติมเต็มตัวกลางวงจร TCA เพื่อให้วงจรอย่างต่อเนื่องในการดำเนินงาน คาร์บอกซิไพรูที่แปลงไพรู oxaloacetate จะยังเป็นเอนไซม์สำคัญในการผลิตกรดซิตริก. ผลผลิตของกรดซิตริก: ทฤษฎีผลผลิตของกรดซิตริกสำหรับใช้กันมากที่สุดพื้นผิวน้ำตาลซูโครสได้รับการคำนวณ มันเป็นไปได้ว่าจาก 100 กรัมน้ำตาลทราย 112 กรัมของกรดซิตริกไม่มีน้ำหรือ 123 กรัมของกรดซิตริก - 1 ไฮเดรตสามารถเกิดขึ้น แต่เนื่องจากการเกิดออกซิเดชันของน้ำตาล CO2 ในช่วง trophophase ผลผลิตของกรดซิตริกที่ต่ำกว่าการคำนวณ. ปัจจัยในกฎระเบียบของกรดซิตริกผลิต: การบำรุงรักษาของเงื่อนไขที่เข้มงวดควบคุมสารอาหารที่เป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับการผลิตสูงสุดของกรดซิตริก เงื่อนไขที่ดีที่สุดที่ได้รับการทำงานออกสำหรับเอไนเจอร์สำหรับการผลิตกรดซิตริกจะมีคำอธิบายสั้น ๆ (ตารางที่ 24.1). พารามิเตอร์ที่เหมาะสม / เงื่อนไขในการผลิตกรดซิตริกแหล่งคาร์โบไฮเดรต: หลากหลายของวัตถุดิบที่สามารถนำมาใช้สำหรับการจัดหา คาร์โบไฮเดรต เหล่านี้รวมถึงกากน้ำตาล (อ้อยหรือหัวบีทน้ำตาล), แป้ง (จากมันฝรั่ง) น้ำเชื่อมวันที่เสียฝ้ายสารสกัดจากกล้วยอ้อยมันฝรั่งหวานและของเสียโรงเบียร์และน้ำเสียสับปะรด. ผลผลิตสูงในการผลิตกรดซิตริกเกิดขึ้นถ้าน้ำตาลที่ metabolised จะถูกนำมาใช้อย่างรวดเร็วเช่นซูโครสกลูโคสมอลโตส ปัจจุบันกากน้ำตาลอ้อยและกากน้ำตาลบีทรูทเป็นที่นิยมใช้ รูปแบบในองค์ประกอบของกากน้ำตาล (ตามฤดูกาลและระดับการผลิต) จะต้องมีการพิจารณาอย่างรอบคอบในการเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตกรดซิตริก. ความเข้มข้นของคาร์โบไฮเดรตอย่างมีนัยสำคัญที่มีอิทธิพลต่อการผลิตกรดซิตริก จะเป็นการดีที่ความเข้มข้นของน้ำตาลที่ควรจะเป็น 12-25% ที่มีความเข้มข้นน้อยกว่า 5% ซูโครสที่ก่อกรดซิตริกเป็นเล็กน้อยและเพิ่มความเข้มข้นจะเพิ่มขึ้นถึง 10% และจากนั้นการรักษา (รูปที่. 24.2) เป็นที่เชื่อว่ามีความเข้มข้นน้ำตาลสูงเจือจางเพิ่มขึ้นการดูดซึมกลูโคสและเพิ่มขึ้นส่งผลให้ซิตริกผลิตกรด. ผลของความเข้มข้นของน้ำตาลในกรดซิตริกผลิตโลหะ Trace: ธาตุบางอย่าง (เฟ, Cu, Zn, Mn, Mg ร่วม) มีความจำเป็นสำหรับ การเจริญเติบโตของเอไนเจอร์ บางส่วนของโลหะร่องรอยโดยเฉพาะอย่างยิ่ง MN2 + Fe3 + และ Zn2 + เพิ่มผลผลิตของกรดซิตริก ผลของไอออนแมงกานีสได้รับการตรวจสอบที่มีขอบเขต ไอออนเหล่านี้ส่งเสริม glycolysis และลดการหายใจ; ทั้งกระบวนการเหล่านี้ส่งเสริมการผลิตกรดซิตริก. ที่เกี่ยวกับเหล็กมันเป็นปัจจัยเอนไซม์ aconitase ที่ (ของวงจร TCA) มันเป็นที่คาดว่ามีความเข้มข้นเฟ 0.05-0.5 ppm เหมาะสำหรับการผลิตกรดซิตริกที่ดีที่สุด ที่มีความเข้มข้นสูงขึ้นเฟผลผลิตต่ำที่สามารถกลับไปบ้างโดยการเพิ่มทองแดง. ค่า pH: ค่า pH ของกลางอิทธิพลผลผลิตของกรดซิตริกและมันเป็นสิ่งที่สูงสุดเมื่อค่า pH ต่ำกว่า 2.5 ที่ pH นี้การผลิตกรดออกซาลิคและกรด Gluconic ถูกระงับ นอกจากนี้ที่ pH ต่ำการขนส่งของกรดซิตริกสูงขึ้นมาก ถ้าค่า pH อยู่เหนือ 4 กรด Gluconic สะสมที่ค่าใช้จ่ายของกรดซิตริก และเมื่อค่า pH ไปเกิน 6 กรดออกซาลิสะสม ประโยชน์ที่มีค่า pH ต่ำก็คือว่าความเสี่ยงของการปนเปื้อนมีน้อยมากเนื่องจากหลายคนมีชีวิตไม่สามารถเจริญเติบโตที่ pH นี้. ละลาย O2: ผลผลิตของการผลิตกรดซิตริกอย่างมีนัยสำคัญเพิ่มขึ้นเมื่อละลายความตึงเครียด O2 เป็นที่สูงขึ้น นี้สามารถทำได้โดยการเติมอากาศที่แข็งแกร่งหรือ sparging กับ O2 บริสุทธิ์ มันได้รับการตั้งข้อสังเกตว่าการหยุดชะงักอย่างฉับพลันในการจัดหา O2 (ตามที่เกิดขึ้นในช่วงผันผวนอำนาจ) ทำให้เกิดการลดลงอย่างมากในการผลิตกรดซิตริกโดยไม่ทำร้ายการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิต. แหล่งไนโตรเจน: เกลือแอมโมเนียมไนเตรตและยูเรียเป็นแหล่งไนโตรเจนที่ใช้ในสื่อสำหรับ การผลิตกรดซิตริก ทั้งสามสารเป็นแหล่งที่ดีอย่างเท่าเทียมกันตราบใดที่พวกเขาไม่ได้ส่งผลกระทบต่อค่า pH ของกลาง ถ้ากากน้ำตาลที่ใช้สำหรับการจัดหาสารอาหารที่นอกเหนือจากแหล่งไนโตรเจนพิเศษไม่จำเป็นต้องใช้ อย่างไรก็ตามคนงานบางคนได้แสดงให้เห็นว่านอกจากภายนอกของแอมโมเนียมไอออนช่วยกระตุ้นการผลิตกรดซิตริก. กระบวนการผลิตกรดซิตริก: มีสองกระบวนการโดยที่กรดซิตริกสามารถผลิตอุตสาหกรรมมี - กระบวนการพื้นผิวและกระบวนการจมอยู่ใต้น้ำ (รูปที่ 24.3.). กระบวนการอุตสาหกรรม สำหรับการผลิตกรดซิตริกกระบวนการพื้นผิว: นี้เป็นลักษณะการเจริญเติบโตของเชื้อจุลินทรีย์เป็นชั้นหรือภาพยนตร์บนพื้นผิวในการติดต่อกับสื่อสารอาหารซึ่งอาจจะเป็นของแข็งหรือของเหลวในธรรมชาติ ดังนั้นกระบวนการพื้นผิวที่มีระบบสนับสนุนการเจริญเติบโต. กระบวนการจมอยู่ใต้น้ำ: ในกรณีนี้สิ่งมีชีวิตที่มีการแช่อยู่ในหรือแพร่ระบาดไปทั่วสื่อสารอาหาร มีสองประเภทของหมักจมอยู่ใต้น้ำเป็น (bioreactors) ขยับถังหมักและถังหมักขนส่ง. กระบวนการพื้นผิว: หมักพื้นผิวแข็ง: กระบวนการพื้นผิวโดยใช้พื้นผิวที่เป็นของแข็งจะดำเนินการโดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ออกที่พัฒนาน้อยกว่าของบางประเทศในเอเชีย พื้นผิวที่เป็นของแข็งเช่นรำข้าวสาลีหรือเยื่อกระดาษจากแป้งมันฝรั่งหวานมีการใช้เป็นสื่อวัฒนธรรม ค่า pH ของกลางจะถูกปรับไป 4-5 และผ่านการฆ่าเชื้อแล้ว ตอนนี้หัวเชื้อในรูปแบบของสปอร์ของไนเจอร์เอที่มีการแพร่กระจายเป็นชั้น (3-6 ซม. ความหนา) และบ่มที่ 28 องศาเซลเซียส. การเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตที่สามารถเร่งโดยนอกเหนือจากαอะไมเลส การหมักแบบ solid-state จะใช้เวลาประมาณ 80 ถึง 100 ชั่วโมงสำหรับการผลิตสูงสุดของกรดซิตริก ในตอนท้ายของกระบวนการกรดซิตริกสามารถสกัดลงไปในน้ำร้อนและแยก. หมักพื้นผิวของเหลว: หมักพื้นผิวโดยใช้ของเหลวเป็นสื่อกลางในสารอาหารที่เป็นวิธีการที่เก่าแก่ที่สุดในการผลิตกรดซิตริก มันยังคงเป็นในการใช้งานเนื่องจากมีเทคโนโลยีที่ง่ายและต้นทุนด้านพลังงานที่ต่ำที่สูงขึ้นและการทำสำเนา นอกจากนี้การรบกวนของโลหะร่องรอยและความตึงเครียด O2 ละลายน้อย ต้นทุนค่าแรงงานที่มี แต่ความต้องการที่สูงขึ้นเนื่องจากกำลังคนที่มีมากขึ้นสำหรับการทำความสะอาดระบบ เกี่ยวกับ 20% ของกรดซิตริกในโลกที่ผลิตโดยกระบวนการพื้นผิว. อุปทานสารอาหารสำหรับการหมักผิวปกติมาจากกากน้ำตาลบีทรูท หมักจะดำเนินการมักจะออกมาในถาดอลูมิเนียมที่เต็มไปด้วยสารอาหารที่ผ่านการฆ่าเชื้อกลาง หัวเชื้อในรูปแบบของสปอร์ที่มีการฉีดพ่นในช่วงกลาง อากาศที่ผ่านการฆ่าเชื้อจะถูกส่งสำหรับการจัดหา O2 เช่นเดียวกับการระบายความร้อน อุณหภูมิจะยังคงอยู่ประมาณ 30 องศาเซลเซียสระหว่างการหมัก. ในฐานะที่เป็นสปอร์งอก (ที่เกิดขึ้นภายใน 24 ชั่วโมงของการฉีดวัคซีน) ชั้นของเส้นใยจะเกิดขึ้นในช่วงกลาง ค่า pH ของกลางสารอาหารที่ตกน้อยกว่า 2 ในขณะที่เส้นใยเติบโตในขนาดและรูปแบบเป็นชั้นหนาบนพื้นผิวของสารละลายธาตุอาหาร การหมักจะหยุด

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

การผลิตกรดอินทรีย์จากการหมักมาก

โฆษณา :



รายละเอียดบางอย่างในการผลิตกรดอินทรีย์ที่สำคัญโดยการหมักมีให้ด้านล่าง :

1 กรดซิตริกกรดมะนาว :

เป็นครั้งแรกที่พบเป็นส่วนประกอบของมะนาว วันนี้เรารู้กรดซิตริกเป็นตัวกลางของ Ubiquitous วัฏจักรเครปส์ ( วงจรกรดซิตริก ) , และดังนั้นจึงอยู่ในชีวิตทุก .ในวันแรก , กรดซิตริกที่แยกได้จากมะนาว ( ที่ประกอบด้วย 7-9 % กรดซิตริก ) และในวันนี้เกี่ยวกับ 99% ของกรดซิตริกของโลกมาจากการหมักของจุลินทรีย์ การใช้กรดซิตริก :



1 กรดซิตริก , เนื่องจากความรื่นรมย์รสชาติและความอร่อย ใช้เป็นกลิ่นรสในอาหารและเครื่องดื่ม เช่น แยม เยลลี่ ลูกอม ขนมหวาน ผลไม้แช่แข็ง เครื่องดื่ม ไวน์ อ่อนนอกจากสี brightening ทำท่าซิตริก แอซิด เป็นสารต้านอนุมูลอิสระ และรักษารสชาติของอาหาร

2 มันถูกใช้ในอุตสาหกรรมเคมีเป็น antifoam แทน และสำหรับการรักษาของสิ่งทอ ในอุตสาหกรรมโลหะบริสุทธิ์ complexed กับซิเตรต และผลิตเป็นโลหะบริสุทธิ์ .

3 ในอุตสาหกรรมยา เช่น ไตรโซเดียมซิเตรท ใช้เป็นเลือดสารกันบูด .กรดซิตริกเป็นยังใช้เพื่อรักษาของครีมและเครื่องสำอาง เป็นซิเตรตเหล็ก มันเป็นแหล่งที่ดีของธาตุเหล็ก

4 . กรดซิตริกสามารถใช้เป็นตัวแทนสำหรับการรักษาเสถียรภาพของไขมัน น้ำมัน หรือ กรดแอสคอร์บิค มันเป็นสารประกอบเชิงซ้อนกับไอออนโลหะ ( ทองแดง เหล็ก โลหะ catalysed ) และป้องกันปฏิกิริยากรดซิตริก นอกจากนี้ยังใช้เป็นสารให้ความคงตัวของอิมัลชันในการเตรียมการของชีส

5 ในอุตสาหกรรมผงซักฟอก / ซักแห้ง , กรดซิตริกค่อยๆแทนที่ polyphosphates

จุลินทรีย์สายพันธุ์ที่ผลิตกรดซิตริก :

จุลินทรีย์หลายชนิดสามารถผลิตกรดซิตริก เชื้อรา Aspergillus niger มักใช้สำหรับการผลิตภาคอุตสาหกรรมของกรดซิตริกสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ( แม้ว่าจะสำคัญน้อยกว่า ) รวมถึง อ. clavatus อ. wentii , Penicillium ตกไข่ Candida sp . และ catenula , C . guilliermondii โคโรนีแบคทีเรียม

สำหรับการปรับปรุงอุตสาหกรรมผลิตกรดซิตริก , สายพันธุ์ที่กลายพันธุ์ของ A . niger ได้ถูกพัฒนาขึ้น สายพันธุ์ที่สามารถทนต่อปริมาณน้ำตาลสูงและต่ำ pH ลดการสังเคราะห์สารไม่พึงประสงค์ ( กรดออกซาลิ ,isocitric กรด และกรดกลูโคนิก ) ทางอุตสาหกรรมที่สำคัญ

ของการสังเคราะห์กรดซิตริก :

กรดซิตริกเป็นหลักเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ ( การเผาผลาญอาหารหลัก ) ที่เกิดขึ้นในกรด tricarboxylic ( ปู ) รอบ กลูโคสเป็นแหล่งคาร์บอนที่เหนือกว่าสำหรับการผลิตกรดซิตริก .เส้นทางการผลิตเพื่อผลิตกรดมะนาวไกลโคไลซิสนั้นเกี่ยวข้องกับกลูโคสจะถูกแปลงเป็นสองโมเลกุลของไพรูเวท . ไพรูเวทในรูปแบบเปิดอะ COA และซาโลอะซิเตตซึ่งกลั่นตัวในที่สุดให้ซิ . ขั้นตอนที่สำคัญในการสังเคราะห์กรดซิตริกจะปรากฎในรูปรายงาน

เมตาโบลิกพาทเวย์สำหรับการสังเคราะห์กรดซิตริก

การควบคุมเอนไซม์ การผลิตกรดซิตริก :

ในการสังเคราะห์กรดซิตริก มีเป็นสิบเท่า เพิ่มกิจกรรมของเอนไซม์ citrate synthase ในขณะที่กิจกรรมของเอนไซม์อื่น ๆ ( โคนิเทสไอโซซิเตรต , เนส ) ที่ย่อยสลายกรดซิตริกจะลดลง แต่หลักฐานล่าสุดไม่สนับสนุนทฤษฎีการดำเนินงานของ tricarboxylic กรด ( เช่น