Cultivo de cepas
En la producción industrial de ácido cítrico se utiliza la fermentación microbiana, y solo unos pocos tipos de Aspergillus y levaduras son valiosos. Entre ellos, Aspergillus niger es una cepa competitiva en la industria, y Saccharomyces cerevisiae y la levadura Ji Yemeng, entre otras, son levaduras altamente competitivas en la lipólisis.
El Aspergillus niger se cultiva en agar, formando una colonia limitada. Se mantiene a temperatura ambiente durante 10 a 14 días, formando un tallo de esporas rico y denso. Las colonias son negras, a veces marrón oscuro y negras. Considerando que las bacterias productoras de ácido cítrico deben tener una alta capacidad de producción de ácido y una alta resistencia al mismo, se pueden utilizar el método del papel de filtro ácido, el método del círculo de cambio de color y el método de trasplante de esporas individuales para separar el Aspergillus niger y evitar la interferencia de otras bacterias, convirtiéndolo en un Aspergillus niger apto para la producción de ácido cítrico.
El cultivo de levadura se puede utilizar para la producción de ácido cítrico, especialmente de las levaduras Candida lipolytica y Candida gerbilii. La primera tiene una gran capacidad para descomponer grasas, y la mejor fuente de carbono son los n-alcanos. La segunda se puede producir mediante la fermentación de alcanos para producir ácido cítrico, o mediante la fermentación de azúcares para producir ácido cítrico. El pH de la fermentación de la levadura es de 3,5 a 4,0.
Fermentación
Desde que H. A. Krebs propuso la teoría del ciclo tricarboxílico en 1940, el mecanismo de fermentación del ácido cítrico ha sido gradualmente reconocido. Se ha demostrado que, en el proceso bioquímico de producción de ácido cítrico a partir de azúcares, el proceso de transformación del azúcar en piruvato es similar al de la fermentación alcohólica, es decir, se hidroliza mediante la vía EM (vía de la hexosa difosfato). Posteriormente, el piruvato sufre una descarboxilación oxidativa adicional para producir acetil-CoA, y el oxaloacetato producido por la carboxilación de acetil-CoA y piruvato se condensa en ácido cítrico y entra en el ciclo de tricarboxilación.
ciclo del ácido tricarboxílico
ciclo del ácido tricarboxílico
El ácido cítrico es un producto intermedio en el proceso metabólico. Durante la fermentación, cuando las actividades de la ácido aconítico hidratasa y la isocitrato deshidrogenasa en el microorganismo son muy bajas, y la actividad de la citrato sintetasa es alta, se favorece la acumulación de grandes cantidades de ácido cítrico.
El proceso de fermentación se divide en fermentación superficial y fermentación sólida, según diferentes procesos para preparar medios de diferentes materias primas y luego cocer al vapor. El propósito de la cocción al vapor es gelatinizar el almidón y esterilizarlo. Al cocer al vapor el material, este debe calentarse uniformemente, el vapor no debe obstruirse, agregue el material mientras se cocina al vapor, agregue el material al lugar de cocción al vapor y agréguelo capa por capa. El material cocido al vapor debe extenderse y enfriarse. Cuando la temperatura desciende por debajo de 37 ° C, puede inocular con agua, fermentar en una placa y el final de la fermentación se determina por la acidez. La acidez se mide regularmente para asegurar que el material se descargue cuando la acidez es más alta, para no ser afectado por el ácido cítrico. Las bacterias se descomponen.
extracto
Una vez completada la fermentación, el aldehído fermentado debe ser tratado. Para la fermentación superficial, separe inmediatamente la tapa y el caldo de fermentación, y luego lave la tapa y el plato poco profundo con una pequeña cantidad de agua. El caldo de fermentación y el agua de lavado se combinan; el ácido cítrico en el enfriador de fermentación sólida debe lixiviarse con agua, la temperatura del agua es de 80 ℃ y se lixivia de 2 a 3 veces, se fusiona en agua. El ácido fermentado se filtra con una prensa de filtro, y el filtrado y el agua de lavado se combinan en el tanque de filtrado. El ácido cítrico reacciona con sales de calcio y base de calcio para formar citrato de calcio que precipita de la fase líquida y se separa de las impurezas solubles. Si la solución ácida contiene mucho ácido oxálico, puede precipitarse en la solución de neutralización caliente por debajo de pH 3, de modo que la sal de oxalato se separa primero. El punto final de neutralización se prueba con papel de prueba de precisión, manteniendo el pH a 6.0~6.8. Agitar a aproximadamente 85 ° C durante 30 minutos para analizar y filtrar el sulfato de calcio. El citrato de calcio se hidroliza con ácido sulfúrico, y la cantidad de ácido sulfúrico se determina según el contenido de ácido cítrico en la solución. Generalmente, el exceso de ácido sulfúrico no supera el 0,2 %. Tras la hidrólisis ácida, la solución ácida se filtra. La purificación de la solución de ácido cítrico elimina pigmentos, coloides, iones de hierro, iones de calcio, iones de cobre, iones de magnesio y otros cationes metálicos e impurezas aniónicas, como iones de sulfato, mediante decoloración por adsorción e intercambio iónico.
La purificación se realiza principalmente en la columna cromatográfica, el carbón decolorante es carbón granular GH-15 y la resina iónica es resina aniónica y catiónica. La concentración de la solución de purificación de ácido cítrico es de solo 20% a 25%, y puede cristalizar solo después de ser concentrada a más del 70%. La temperatura no debe ser demasiado alta durante la concentración para evitar la descomposición del ácido cítrico. La concentración del líquido de purificación puede llevarse a cabo bajo presión negativa. Para ahorrar energía, se puede utilizar un evaporador de doble o triple efecto. La concentración se lleva a cabo en dos etapas. Después de la primera concentración, se coloca en un tanque de sedimentación para la conservación del calor y la sedimentación, y luego se elimina la mayor parte del yeso. La segunda solución concentrada contiene aproximadamente 80% de ácido cítrico y cristaliza con el tiempo. Para la segunda concentración, se puede utilizar un evaporador de elevación o de placa cerrada para reducir el tiempo de contacto entre el líquido de alimentación y el medio térmico, lo que puede mejorar la calidad del producto. Se pueden obtener diferentes productos mediante diferentes métodos de cristalización. La cristalización del ácido cítrico monohidratado es una solución al 80%, la temperatura es de 55 ℃ y se enfría naturalmente en el cristalizador con agitación. Cuando la temperatura baja a 40 ℃ , se añaden las semillas de cristal para iniciar la cristalización. Controlar la temperatura para que no supere los 36 ℃ y el producto es ácido cítrico monohidratado; si la solución se concentra al 83% a 60 ℃ , se enfría a 46 ℃ , se añaden las semillas de cristal, se mantiene la temperatura a 40-60 ℃ , se cristaliza lentamente y finalmente se reduce a 38 ℃ , el producto es ácido cítrico anhidro. La pasta de cristal se centrifuga densamente para obtener ácido cítrico comercial cristalino.
