Projekt Do Druku

5/14/2018 Projekt Do Druku - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/projekt-do-druku 1/20

PROJEKT

Olga Kalinowska

PRODUKCJA KWASU CYTRYNOWEGO PRZEZ ASPERGILLUS

NIGER SZCZEP C-12 METODĄ WGŁĘBNĄ OKRESOWĄ

Praca wykonana pod kierunkiem

dr inż. Jadwigi Farbiszewskiej – Kiczmy

UNIWERSYTET OPOLSKI

Wydział Przyrodniczo – Techniczny

Samodzielna Katedra Samodzielnej Katedry Biotechnologii i

Biologii Molekularnej



SPIS TREŚCI

WSTĘP...........................................................................................................................................3

WĘZEŁ I........................................................................................................................................4

WĘZEŁ II.......................................................................................................................................6

WĘZEŁ III.....................................................................................................................................8

OBLICZENIA PODSTAWOWYCH PARAMETRÓW BIOSYNTEZY KWASU

CYTRYNOWEGO......................................................................................................................11

WĘZEŁ IV...................................................................................................................................12

DYSKUSJA..................................................................................................................................15

WNIOSKI.....................................................................................................................................16

BIBLIOGRAFIA.........................................................................................................................17

SPIS RYSUNKÓW......................................................................................................................18

SPIS TABEL................................................................................................................................19

2



WSTĘP

Niniejszy projekt dotyczy produkcji kwasu cytrynowego metodą wgłębną okresową.

Metoda ta została przez nas wybrana spośród wszystkich metod stosowanych do produkcji

kwasu cytrynowego, gdyż pozwala na uzyskanie największej wydajności procesu

produkcyjnego. W celu wytworzenia produktu stosujemy fermentację w bioreaktorze z ciągłym

mieszaniem. Mikroorganizmem użytym do biosyntezy kwasu jest grzyb strzępkowy

Aspergillus niger szczep C12. Wybór szczepu C12 jest uargumentowany badaniami

laboratoryjnymi, w których tenże szczep uzyskał najwyższe wartości wydajności produkcji

kwasu cytrynowego. Wytwarzany w procesie fermentacji kwas zostanie wykorzystany w

przemyśle spożywczym jako:

• inhibitor enzymów, głównie oksydaz powodujących utlenianie polifenoli, co objawia się

ciemnieniem owoców i warzyw,• składnik do produkcji napojów, słodyczy, owoców kandyzowanych i win,

• środek zakwaszający i stabilizujący.

W wyniku przeprowadzania jednego cyklu produkcyjnego otrzymamy 100 kg kwasu

cytrynowego. Surowcem, który jest najczęściej używany w metodzie wgłębnej jest sacharoza,

mączki cukrowe, soki cukrownicze, hydrolizaty skrobiowe, melasa buraczana lub trzcinowa. W

tym projekcie kwas cytrynowy będzie wytwarzany przy użyciu odpadu cukrowniczego –

melasy. Taki wybór surowca uzasadniamy korzystnymi aspektami ekonomicznymi i dbałością o środowisko naturalne.

Poniżej przedstawiamy ideowy schemat produkcji kwasu z uwzględnieniem poszczególnych

węzłów technologicznych, które będą omówione szerzej w kolejnych częściach projektu.

Rys.1. Schemat produkcji kwasu cytrynowego metodą wgłębną okresową.

Fermentacja w

bioreaktorze

WĘZEŁ III

Przygotowanie podłoża

WĘZEŁ I

Przygotowanieinokulum

WĘZEŁ II

_ para wodna →

powietrze →

Wydzielanie kwasucytrynowego

WĘZEŁ IV

3



WĘZEŁ I

Węzeł I jest etapem, gdzie sporządzane jest podłoże do hodowli Aspergillus niger.

Głównym składnikiem pożywki jest melasa – produkt odpadowy w produkcji cukru Cukrowni

PUSTKÓW S.A. Wykorzystanie tego składnika podyktowane jest względami ekonomicznymi

– produktywność jest porównywalna z wykorzystaniem cukru białego jako substratu, natomiast

koszty są niższe. Dodatkowo użycie melasy jest spowodowane troską o stan środowiska, gdyż

melasa jako produkt uboczny jest substancją o wysokim CHZT (50000 – 60000 mg O2/dm3).

Przy przerobie buraków, melasa stanowi około 4% ich masy. W skład melasy wchodzą

cukry i wszystkie substancje niecukrowe nie usunięte wraz z wysłodkami i szlamem

defekacyjnym podczas produkcji cukru. Jest cieczą ciemno brunatną, bardzo gęstą (ρ = 1,35

g/cm3) o swoistym zapachu z wyczuwalnym aromatem karmelu, słodką o gorzkim posmaku.

Skład chemiczny melasy zależy od gatunku buraków, warunków gruntowych i klimatycznych

ich wegetacji a także rodzaju procesu technologicznego produkcji cukru [1].

Rys. 2 Schemat węzła I.

Tab. 1 Skład melasy wykorzystanej do produkcji kwasu cytrynowego:

składnik zawartość %Sucha substancja 80Cukry, w tym:SacharozaRafinozaCukier inwertowany

53511,01,0

Azot ogółem 1,7

Substancje redukujące 0,8kwasy lotne 2,31Sole Mg i Ca 1,2

pH 8,0Współczynnik czystości 61Kwasy organiczne 8,2Rafinoza 2,1Koloidy 3,8Popiół, w tym:K 2O

CaOMgOP2O5

Na2O

8,25,0

0,30,160,061,0

4

melasa

H2O

H2SO4

Pożywka melasowa

do węzła III



chlorki 1,6Karmel i melanoidy 1,6

Zawartość ogólnego azotu powinna wynosić nie niej niż 1,6 %. Z azotowych związków

organicznych melasa zawiera głównie betainę, kwas asparaginowy i glutaminowy.

Melasa zawiera składniki koloidowe, zarówno w postaci zawiesin, jak i cząstek rozpuszczonych. Mają one ładunek ujemny (wytrącają się przy odczynie kwaśnym, jaki jest

wymagany do hodowli Aspergillus niger ) jak i dodatni [2]. Zawartość składników koloidowych

waha się w granicach 0,2-6%. Wytrącają się głównie składniki barwne, humusowe, karmelowe

oraz melanoidy. Substancje barwne występujące w melasie to kompleksy pirokatechinowo –

żelazowe, pochodzące z buraków, melanoidy (nadające barwę melasie, powstają w procesie

kondensacji cukru, zwłaszcza inwertu z aminokwasami – głównie kwasem asparaginowym) i

melaniny (produkt utlenienia polifenoli buraków). Intensywność zabarwienia zależy od pH i

temperatury soku w cukrowni. Ogólna ilość składników mineralnych wyrażona jest jako popiół

węglanowy i waha się w granicach od 7 do 11,5%. W skład jego wchodzą K 2CO3, Na2CO3 i

CaCO3 . Melasy zawierają lotne i nie lotne kwasy organiczne. Głównym kwasem nielotnym jest

kwas mlekowy, a ponadto występują kwas cytrynowy, szczawiooctowy, szczawiowy oraz

kwasy huminowe. W melasie występują także związki biologicznie czynne, a wśród nich

witaminy [3].

Tab. 2 Skład witamin oraz czynników wzrostu [3]

składnik Zawartość [mg/100 g melasy]Witamina B1 130Witamina B2 41Witamina B6 540

niacyna 5100Kwas pantotenowy 130

Kwas foliowy 21

biotyna 5,3

Melasa stanowi 10% składu pożywki. Ponadto, dodaje się inne sole nieorganiczne oraz wodę.

Ogólna masa przygotowanego podłoża to 1,2 . 104 kg.

Tab. 3 Skład pożywki przygotowanej do hodowli Aspergillus niger:

składnik Zawartość [%] Masa [kg/104

kg pożywki]Melasa, w tym:sacharozaSole Mg i Ca

10511,2

100051012

5



Kwasy organiczneK 2OCaOMgOP2O5

Na2OWitamina B1

Witamina B6

NiacynaKwas pantotenowy

84,50,30,160,060,80,130,540,510,013

80453

1,60,68,01,35,45,10,13

K 4Fe(CN)6 6 600H3PO4 0,2 20Węgiel aktywny 2 200Woda 81,8% 8180

Otrzymaną pożywkę zakwasza się 1 M H2SO4(98%) do pH 2,6. Ilość potrzebna do osiągnięcia

wymaganego pH to 12,6 litra. Ilość ta może się nieznacznie zmienić ze względu na niestałość

pH pod wpływem czasu przechowywania melasy i temperatury [3]. Dlatego też, zarówno przed

rozpoczęciem procesu, jak i w trakcie, kwasowość jest ściśle kontrolowana. Grzyby Aspergillus

niger wykazują tolerancję pH 2,6 – 2,8. Niewskazane jest zbytnie podwyższenie kwasowości

ani doprowadzenie do pH powyżej 3. Skutkiem mogłoby być ograniczenie aktywności

Aspergillus, a zatem mniejsza wydajność.

Przygotowanie pożywki polega na zmieszaniu odpowiednich ilości podanych

składników. Istotnym etapem jest sterylizacja. Wykonuje się ją w temperaturze 121

o

C przez 30minut. Obecność innych mikroorganizmów, (szczególnie z rodzaju Saccharomyces) znacznie

obniża wydajność.

WĘZEŁ II

W drugim węźle, przygotowywanym równocześnie z węzłem I przygotowuje się

inokulum. Szczepem wykorzystywanym do produkcji jest szczep Aspergillus niger C12.Szczepy wyizolowane z naturalnego środowiska charakteryzują się najczęściej małą zdolnością

6

NH4 NO3, KH2PO4

MgSO4. 7 H2O



g 4 2

wytwarzania kwasu cytrynowego. Otrzymanie wysoko produktywnych szczepów jest możliwe

dzięki wieloetapowej mutacji, skriningu, a także metod inżynierii genetycznej. Szczepy

aktywnie syntetyzujące kwas cytrynowy w procesie hodowli wgłębnej, w pożywce

syntetycznej z sacharozą (cukrem białym, handlowym), nie mogą być stosowane w metodzie

powierzchniowej (LFS) na pożywce melasowej. Zbyt wysoka zawartość związków

mineralnych, aminokwasów i innych stymulatorów wzrostu w melasie powoduje nadmierna

produkcję biomasy grzybni, przy równocześnie osłabionej syntezie kwasu cytrynowego.

Szczepy przemysłowe wymagają właściwych metod przechowywania zapewniających

stabilność cech. Do powszechnie przyjętych dla Aspergillus niger należy liofilizacja bądź

przechowywanie suchych konidiów w temperaturze 4 oC, w mieszaninie ze sterylnym

piaskiem, węglem aktywnym bądź cytrynianem wapnia.

Rys. 3 Schemat węzła II

Szczepy do wgłębnego procesu biosyntezy kwasu cytrynowego w pożywkach syntetycznych

powinny być hodowane na agarze ziemniaczano-glukozowym o wartości pH 6,0-7,0, co

indukuje w konidiach aktywność podstawowych enzymów glikolizy.

Szczep zastosowany w technologii produkcji kwasu cytrynowego pochodzi z Kolekcji Czystych

Kultur Instytutu Biotechnologii Przemysłu Rolno- Spożywczego w Warszawie.

Jako podłoże do wytworzenia szczepionki stosuje się podstawowe podłoże hodowlane o

składzie podanym w tabeli 4. W celu przygotowania inokulum, do kolb płaskodennych o

pojemności 750 cm3 wprowadza się 100 cm3 podstawowego podłoża i sterylizuje się wtemperaturze 121oC przez 30 minut. Po ochłodzeniu, wprowadza się konidia Aspergillus niger .

Po godzinnym wstrząsaniu oznacza się stężenia konidiów. Tak przygotowane zawiesiny

inkubuje się w temperaturze pokojowej około 6 godzin. Wymagane jest wstrząsanie co pewien

czas. W tym czasie następuje pęcznienie konidiów, którymi następnie szczepi się hodowle [1].

Stężenie konidiów w hodowli to 105/cm3. Dlatego też, pożywkę inokulacyjną po ocenie ilości,

rozcieńcza się płynem fizjologicznym, albo dokonuje się przeszczepienia na skosy

ziemniaczane i namnożenia grzybów do wymaganego stężenia konidiów.

7

Konidia inokulum

do węzła IIIH2O



Tab. 4 Skład pożywki do namnażania Aspergillus niger:

składnik Ilość [g/dm3]Cukier biały 150 NH4 NO3 2

MgSO4 . 7 H2O 0,2

KH2PO4 0,2Woda 1 dm3

Do hodowli na wysterylizowanej pożywce melasowej przenosi się konidia w takiej ilości aby

stężenie w pożywce wyniosło 105. Nie jest możliwe jednoznaczne określenie stężenia konidiów

po hodowli inokulacyjnej, gdyż potencjał wzrostowy grzybów w dużej mierze zależy od

warunków, od ich kondycji i od ilości konidiów, które posiadają zdolność przeżycia po

liofilizacji. Szczepy otrzymane są bowiem w formie zliofilizowanej. Zakłada się, iż otrzymuje

się inokulum o stężeniu 108 kom/cm3. Do hodowli właściwej (12 t pożywki) dodaje się więc

1000 litrów inokulum.

Podsumowując; głównym składnikiem do namnażania grzybów jest sacharoza (cukier biały),

podłoże do produkcji kwasu cytrynowego oparte jest na melasie, ze względów ekonomicznych.

Stężenie konidiów w pożywce do produkcji kwasu cytrynowego to 105/cm3.

WĘZEŁ III

W III węźle zachodzi fermentacja w bioreaktorze. Do produkcji kwasu cytrynowego

stosowaną metodą jest hodowla wgłębna okresowa.

8



Rys. 4 Schemat węzła III

W produkcji kwasu cytrynowego zastosowane zostały tradycyjne fermentory

zbiornikowe z mieszadłem o poj. 12,5 m3. Bioreaktory te zostały wykonane ze stali

kwasoodpornej oraz zostały wyposażone w oprzyrządowanie pomiarowe

Rys. 5 Schemat bioreaktora z mieszadłem mechanicznym do hodowli wgłębnej, wykonanego

ze stali nierdzewnej

Proces hodowli okresowej wgłębnej przebiega następująco. Do czystego bioreaktora

wprowadzane jest 1,2∙104 kg podstawowego podłoża hodowlanego. Kolejno zamykane są

wszystkie otwory i króćce, tak aby powietrze nie dostawało się do środka. Na króćcach, które

doprowadzają powietrze i odprowadzają gazy pofermentacyjne umieszczone są filtrymembranowe, które służą do wyjaławiania powietrza. Jeśli bioreaktor jest szczelnie zamknięty,

to należy poddać go sterylizacji w temperaturze 121 ºC przez 30 minut. Jednocześnie poddany

sterylizacji zostaje środek przeciwpianowy, podłoża zasilające oraz węże do pomp i inny sprzęt.

Następnie po sterylizacji włączane jest mieszanie, napowietrzanie oraz chłodzenie. W wyniku

przeprowadzonych zabiegów dochodzi do obniżenia temperatury do około 32 ºC, kontrola

temperatury jest możliwa dzięki zamontowanej elektrodzie pomiarowej, która wcześniej została

wyjałowiona z użyciem 70% wodnego roztworu alkoholu etylowego. Później następujeuruchomienie i kalibrowanie aparatury pomiarowo-regulacyjnej, która służy do pomiarów oraz

kontroli przebiegu procesu hodowli.

9

pożywka melasowa

inokulum

H2SO4

Surowy produkt

do węzła VI

pożywka

inokulum

powietrze pH = 2,6T = 32oC Surowy produkt



Kolejnym krokiem jest umieszczenie danej objętości inokulum do podłoża w bioreaktorze, tak

aby dane inokulum zawierało 105/cm3 stężenia konidiów. Po tym pobierana jest próba zerowa i

właśnie ten moment traktowany jest jako początek hodowli.

Hodowla prowadzona w temperaturze 32 ºC, przy czym dochodzi do ciągłego mieszania oraz

napowietrzania. Jeżeli dojdzie do dużego spadku aktywności oddechowej grzybni oraz braku przyrostu kwasowości ogólnej to świadczy to o doprowadzeniu hodowli do końca. Czas trwania

procesu biosyntezy, który liczony jest do chwili wyczerpania źródła węgla trwa od 120 do 180

godzin w temperaturze 30-32ºC, stosując kontrolowane napowietrzanie.

Z hodowli okresowych zostały pobrane na początku próby zerowe, czyli nastąpiło to zaraz po

wprowadzeniu inokulum do podłoża. Kolejne próby zostały pobrane po każdej czwartej dobie

hodowli. Objętość pobranych prób wynosiła 5 cm3.

Następnie próbki zostały poddane analizie laboratoryjnej. W próbie zerowej zostało oznaczone

pH, stężenie konidiów, stężenie sacharozy (S0). W próbach, które zostały pobrane w czasie

hodowli oznaczone zostały: kwasowość ogólna (K 0), stężenie kwasu cytrynowego (P), stężenie

sacharozy (S), a także obserwacji poddana została morfologia grzybni. Gdy hodowla została

doprowadzona do końca zmierzona została końcowa objętość podłoża (Vk ), która znajdowała

się w kolbie, do której właśnie dodawano sumaryczną objętość prób pobranych w czasie

trwania hodowli (ΣV pr ). Dzięki temu uzyskano skorygowaną objętość końcową podłoża

hodowlanego (Vks), która posłuży w kolejnych obliczeniach końcowych wyników hodowli

okresowych. Dodatkowo produktem ubocznym była para wodna, która nie stanowi większych

problemów [1].

Tab. 5 Kształtowanie się podstawowych parametrów kinetycznych, które charakteryzują wzrost biomasy, zużywanie sacharozy i biosyntezę kwasu cytrynowego we wgłębnych hodowlach

okresowych Aspergillus niger C-12.

Ilość pożywki 1,2 . 104 kgIlość inokulum 1000 dm3

Początkowe stężeniesacharozy

612 kg/103 kg melasy

Końcowe stężenie

sacharozy

14,57 kg/103 kg melasy

Średnia szybkość objętościowazużywania sacharozy

4,27 kg/103 kg melasy h

1



Końcowe stężenie biomasy

61,2 g

Średnia szybkość objętościowawzrostu biomasy

0,44 g/103 kg melasy h

Końcowe stężenie kwasucytrynowego

413 kg/103 kg melasy

Średnia szybkość objętościowa

biosyntezy kwasu

2,96 kg/103 kg melasy h

Całkowita wydajność biomasy

10 %

Całkowita wydajność produkcjikwasu cytrynowego

67,6 %

Rys.6. Wykres ilustrujący zmiany stężenia substratu, produktu i biomasy w czasie procesu

OBLICZENIA PODSTAWOWYCH PARAMETRÓW BIOSYNTEZY KWASU

CYTRYNOWEGO

Tab. 6 Podstawowe parametry biosyntezy kwasu cytrynowego w hodowli okresowej wgłębnej

Parametr jednostka wzór obliczenia wynik czas h 140Masa pożywki kg m poż 12 000Początkowe stężeniesacharozy w podłożu

kg S0 =0,51% m poż 12 000 . 0,51% 612

Końcowe stężeniesacharozy w podłożu

kg Sk

Na podstawie proporcji,korzystając z wyników

laboratoryjnych14,57

Średnia szybkośćobjętościowa zużywaniasacharozy

kg/m3h R ts = 4,26

1



Średnia szybkośćwłaściwa zużywaniasacharozy

kg/kg h Qs = 0,03

Końcowe stężenie biomasy

kg/m3 Xk


laboratoryjnych61,2

Średnia szybkośćobjętościowa wzrostu

biomasy

kg/m3h R tX = 0,44

Końcowe stężenia kwasucytrynowego

kg/m3 Pk


laboratoryjnych413,8

Średnia szybkośćobjętościowa biosyntezykwasu cytrynowego

kg/m3h R tP = 2,96

Średnia szybkośćwłaściwa biosyntezykwasu

kg/kg h QP = 0,048

Całkowita wydajność

biomasy

% YtX/S = 10

Całkowita wydajnośćkwasu cytrynowego

% YtP/S = 67,6

WĘZEŁ IV

Węzeł IV obejmuje wszystkie procesy jednostkowe mające na celu wydzielenie kwasu

cytrynowego z płynu pohodowlanego i standaryzację jego parametrów do wartości, które

początkowo zostały przez nas określone. Metoda zastosowana przez nas do wydzielania kwasu

cytrynowego z cieczy pofermentacyjnej jest metodą klasyczną. Na początku następuje

odfiltrowanie grzybni, ciecz pofermentacyjna jest ogrzewana do 70-75°C i doprowadzana

wodorotlenkiem wapnia do pH = 2,7 - 2,9 w celu wytrącenia współsyntetyzowanego kwasu

szczawiowego w postaci szczawianu wapnia, który następnie jest usuwany metodą filtracji lub

wirowania. Tworzący się jednocześnie monocytrynian wapnia pozostaje w roztworze.

Ogrzanie roztworu z wydzielonym osadem szczawianu wapnia do 90°C zwiększa wielkość

jego kryształów i przyspiesza mechaniczną separację. Kwas cytrynowy jest wytrącany z cieczy

pofermentacyjnej w postaci trudno rozpuszczalnej soli cytrynianu trójwapnia po neutralizacji do

pH 7,0 (przy pH < 7,0 wzrasta rozpuszczalność soli, a przy pH > 7,0 pogarszają się warunki

filtracji oraz zwiększa się zawartość związków barwnych powstających w egzotermicznej

1



reakcji cytrynianu trójwapnia z kwasem siarkowym(VI)). Odfiltrowane kryształy soli są

przemywane wodą o temp. 90°C. Cytrynian trójwapnia w 32-33-procentowym. roztworze jest

rozkładany kwasem siarkowym(VI) do kwasu cytrynowego i trudno rozpuszczalnego

siarczanu(VI) wapnia (gipsu). Usunięcie metali ciężkich z roztworu kwasu osiąga się poprzez

odmineralizowaniem na jonitach. W tym celu roztwór odbarwiony węglem aktywnym jest

kierowany kolejno na kolumnę z kationitem o silnie kwaśnych grupach funkcyjnych i na

kolumnę z anionitem o słabo zasadowych grupach. Kryształy kwasu cytrynowego

otrzymane po krystalizacji w oczyszczonym roztworze zagęszczonym w wyparkach

próżniowych do zawartości 71-72% mas. w przeliczeniu na kwas bezwodny są

odwirowywane, a następnie suszone w suszarkach fluidyzacyjnych i pakowane w worki [4].

1



Oddzieleniegrzybni

Ciecz

pofermentacyjna

H2O Grzybnia

NeutralizacjaCa(OH)

2

Filtracjacytrynianutrójwapnia

H2O Odciek

Rozszczepianiecytrynianutrójwapnia

H2SO

4

Oddzielenie gipsuH2O Gips

Oczyszczanie na

jonitach

KationitAnionit

Węgiel aktywny

Zagęszczanie

Krystalizacja

H2O

Oddzieleniekryształów

Suszenie i pakowanie

Krystaliczny kwas

cytrynowy

1



Rys.7. Schemat wydzielania kwasu cytrynowego metodą klasyczną [4].

DYSKUSJA

Do przemysłowej produkcji kwasu cytrynowego, stosowana jest głównie metoda

wgłębnej hodowli okresowej Aspergillus niger , ponieważ występuje wówczas największa

wydajność produkcji oraz mniejsze zagrożenie zakażenia innymi mikroorganizmami.

Zastosowanie szczepu Aspergillus niger C-12 pozwoliło osiągnąć wydajność rzędu 68%.

Szczep charakteryzuje się także dużą szybkością produkcji kwasu cytrynowego (2,96 kg/1,2.

104

kg pożywki/h), wysokim stopniem homofermentatywności oraz stabilnością cech

biochemicznych w czasie hodowli i przechowywania.

Badania laboratoryjne, z zastosowaniem szczepu C-12 wykazały, że właśnie metoda wgłębna

charakteryzuje się dużą szybkością objętościową produkcji kwasu i wysoką wydajnością [1, 2].

Przewiduje się prace badawcze w celu zoptymalizowania warunków, aby poprawa

efektywności fermentacji zmierzała do uzyskania maksymalnej szybkości biosyntezy kwasu

przez jak najdłuższy okres.

1



Analiza wyników badań prezentowanych w wielu publikacjach [3] wykazała, że kwas

cytrynowy zaczyna się gromadzić w reaktorze w fazie intensywnego wzrostu grzybni

(trofofazie), kiedy w podłożu były obecne jony amonowe i azotanowe. Wyniki przekładają się

na produkcje kwasu w skali makro, opisaną w tym projekcie. Największa szybkość

objętościowa wzrostu biomasy uzyskuje się w drugiej dobie hodowli, wtedy też uzyskuje się

największą szybkość objętościową biosyntezy kwasu. Duże szybkości, zarówno wzrostu jak i

biosyntezy utrzymują się do czwartej doby. Wówczas, stężenie jonów azotanowych i

amonowych, jest na tyle małe, że hamuje procesy. Wzrost biomasy jest nadal widoczny, lecz

jego szybkość malej , aż do całkowitego ustania w 140 godzinie procesu. Szybkość biosyntezy

kwasu również się obniża. Spowodowane jest to ze stopniową zmianą składu chemicznego

podłoża hodowlanego. Związki wymagane do wzrostu występują w małych stężeniach,

natomiast nagromadzona jest duża ilość produktów metabolizmu. W celu podtrzymania

wysokiej szybkości produkcji kwasu cytrynowego wielu publikacjach stosuje się dodatkowe

zasilanie podłoża hodowlanego źródła azotu. Uzyskano nawet niemal dwukrotnie wyższe

końcowe stężenie kwasu cytrynowego, w porównaniu z hodowlą okresową. Hodowle ciągłe

zasilane , stwarzają jednak wiele problemów konstrukcyjnych oraz wyższe koszty (dodatkowy

zakup substratów) i trudniejszą izolację.

WNIOSKI

1. Do produkcji kwasu cytrynowego stosuje się metodę wgłębną okresową.

2. Zastosowany szczep Aspergillus niger C-12, wywodzący się ze szczepu B-64-5

może być z powodzeniem zastosowany do produkcji kwasu cytrynowego, gdyż pozwala to

na opłacalność produkcji.

3. Podczas hodowli nie można oddzielić od siebie fazy wzrostu grzybni i

nagromadzenia kwasu cytrynowego, ponieważ intensywnemu przyrostowi biomasy

towarzyszy proces biosyntezy kwasu. Największą szybkość produkcji kwasu uzyskuje się w

trzeciej dobie hodowli w okresie szybkiego przyrostu.

1



BIBLIOGRAFIA

[1] Pietkiewicz Jerzy, Biosynteza kwasu cytrynowego przez Aspergillus niger w warunkach

jedno- i wielostopniowych hodowli ciągłych, Wydawnictwo Akademii Ekonomicznej im.Oskara Langego, Wrocław 2002.

[2] Wierzba S., Instrukcja do ćwiczeń z biotechnologii. Produkcja biomasy cz.2 Wersja 1.2,

Opole 2010.

[3] Olbrich H., The molasses, Fermentation Technologist, Institut fur Zuckerindustrie, Berlin

1963.

[4] Bednarski W., Fiedurk J., Podstawy biotechnologii przemysłowej, Wydawnictwo Naukowo-

Techniczne, Warszawa 2007

1



SPIS RYSUNKÓW

Rys.1. Schemat produkcji kwasu cytrynowego metodą wgłębną okresową...........................3

Rys.2. Wykres ilustrujący zmiany stężenia substratu, produktu i biomasy w czasie

procesu………………………………………………………………………….……………11

Rys.3. Schemat wydzielania kwasu cytrynowego metodą klasyczną…...………………..14

1



SPIS TABEL

Tab.1. Skład melasy wykorzystanej do produkcji kwasu cytrynowego…………….……..4

Tab.2. Skład witamin oraz czynników wzrostu…………………………………….……….5

Tab.3. Skład pożywki przygotowanej do hodowli Aspergillus niger…………….………..5

Tab.5.Kształtowanie się podstawowych parametrów kinetycznych, które charakteryzują

wzrost biomasy, zużywanie sacharozy i biosyntezę kwasu cytrynowego we wgłębnych

hodowlach okresowych Aspergillus niger C-12……………………………………………10

Tab.6. Podstawowe parametry biosyntezy kwasu cytrynowego w hodowli okresowej

wgłębnej………………………………………………………………………………...……12

1



2

Documents

Projekt Do Druku