Основные способы производства

Около 60 лет назад лимонную кислоту выделяли преимущественно из плодов цитрусовых растений. Производство лимонной кислоты химическими способами экономически нецелесообразно:

• — стоимость сырья значительно выше стоимости мелассы;
• — технология многостадийна, требует применения сильно токсичных реагентов и дает относительно низкий выход целевого продукта.

Поэтому несмотря на большой прогресс в области химического синтеза различных органических соединений, такие сравнительно простые вещества, как лимонная, молочная и некоторые другие кислоты, вырабатывают из сахара содержащегося сырья с помощью микроорганизмов.

Преимущества микробного способа в последовательном ферментативном осуществлении в клетке даже значительно большего числа химических реакций в одну производственную стадию — ферментацию. Это упрощает технологию, увеличивает выход кислот и снижает их себестоимость.

Рис. 2. — Лимонная кислота:

В настоящее время основную массу производят с помощью определенных штаммов плесневого гриба Aspergillus niger. Многие органические вещества сбраживаются микромицетами и могут быть трансформированы в лимонную кислоту, но максимальный выход получается при биосинтезе из сахарозы или фруктозы.

В качестве сырья для ферментативного получения лимонной кислоты в большинстве стран используют мелассу — побочный продукт производства сахара из сахарной свеклы или сахарного тростника. Ведущими производителями лимонной кислоты являются КНР, США, Франция, Россия и некоторые другие страны.

Ранее, начиная с 1917 г., производство лимонной кислоты было основано на поверхностном культивировании микроба-продуцента. В 1938;1942 гг. освоено также глубинное культивирование в герметичных ферментаторах.

Благодаря этому удалось механизировать и автоматизировать процесс, эффективнее использовать производственные площади и снизить себестоимость целевого продукта, сократить общую продолжительность технологического цикла, облегчить поддержание асептичности в производственных условиях.

Также в качестве сырья используются Н-парафины, а в качестве продуцента — дрожжи рода Candida.

В расчете на дешевую арабскую нефть в ряде стран большая надежда возлагалась на Н-парафины — один из продуктов ее переработки.

Однако ввиду истощения запасов и повышения цен на нефть, относительно небольшого выход парафинов и необходимости их использования в других направлениях они вскоре перестали быть перспективным сырьем.

Синтетические спирты, уксусную кислоту получают на основе переработки попутных газов нефти и собственно природных газов, источники их не безграничны, к тому же эти виды сырья, как Н-парафины, широко используются в отраслях народного хозяйства.

При ферментации парафинов, спиртов и уксусной кислоты дрожжами одновременно с лимонной кислотой в значительных количествах образуется изолимонная, чем снижается выход целевого продукта и возникает дополнительная проблема их разделения.

Как источник сырья гораздо надежнее и дешевле побочные продукты переработки растительного сырья, ежегодно возобновляемого в больших количествах.

Экономическое сравнение использования некоторых источников углерода в биосинтезе лимонной кислоты представлено на рис. 3.

Рис. 3. — Экономическая эффективность использования различных источников углерода в биосинтезе лимонной кислоты (за 100% принята стоимость сахара на единицу готового продукта):

Где:

• 1 — сахар (песок);
• 2 — гидролизаты древесины;
• 3 — меласса;
• 4 — жидкие парафины.

Это прежде всего относится к сахароносам (сахарная свекла и сахарный тростник), дающим сахарный сок, или, при переработки его на кристаллический сахар, мелассу, и в некоторой мере — к крахмалоносам (кукуруза, картофель), к растительным отходам сельского хозяйства и механической переработки древесины.