مشخصات این فایل
عنوان: تولید اسید سیتریک از کاه گندم به روش تخمیر حالت جامد
فرمت فایل : word( قابل ویرایش)
تعداد صفحات: 95
این مقاله درمورد تولید اسید سیتریک از کاه گندم به روش تخمیر حالت جامد می باشد.
خلاصه آنچه در مقاله تولید اسید سیتریک از کاه گندم به روش تخمیر حالت جامد می خوانید :
-1) M.O های مولد اسید سیتریک
اسید سیتریک به میزان فراوانی توسط A.niger، برخی از مخمرها و باکتریها تولید میشود. این یک پدیدة طبیعی در این موجودات نیست، بلکه تحت برخی از فشارهای متابولیکی در طی رشد میکروب، این اسید بدست می‌آید و البته انتخاب سویه‌های مناسب و بدست آوردن موتانهایی که متابولیسم آنها مستعد برای تولید اسید سیتریک می باشد، به این مسأله کمک می‌کند. بیشتر آزمایشات و تحقیقات انجام شده در تولید اسید بر روی محیطهای مناسب رشد و نمو A.niger انجام شده است. این آزمایشات با استفاده از بررسی نیازهای غذایی M.O و روشهای مؤثر در بهبود فعالیتهای آنزیمهای حیاتی آن در مراحل متعدد تخمیر انجام گرفته است.
برای تولید صنعتی از موتانهای A.niger و سویه‌های نزدیک به آن مثل A.vantali استفاده میکنند. آسپرژیلوس‌ها در مقایسه با سویه‌های پنی سیلیوم در زمان یکسان مقادیر بیشتری اسید تولید می کند. در ضمن محصولات نامطلوب فرعی مثل اسید اگزالیک، ایزوسیتریک و گلوکونیک در این موتانها کمتر تولید می شوند. تریکودرماها از نقطه نظر کاربردی و به دلیل تجزیه مطلوب سلولزی پس از آسپرژیلوس‌ها و مخمرها قرار دارند. تولید اسید سیتریک با مخمرها نسبت به A.niger دارای تفاوتهای ذیل می باشد:
1- مخمرها به مقادیر Mn حساس نیستند. (برخلاف A.niger)
2- مخمرها به جای تولید اسید در PH پایین در PH=5 تولید اسید می کنند.
3- برای شروع کار، آنزیم سیترات سنتتاز مخمرها برخلاف A.niger به محدودیت نیتروژن نیاز ندارد.
4- مخمرها به فاکتورهای رشد مثل تیامین، بیوتین، اینوزیتول و . . . . احتیاج دارند.
3-1-1) مخمرها
این M.O ها قادرند از منابع قندی و آلکانی استفاده کرده و اسید سیتریک تولید نمایند. مخمرها علاوه بر تولید اسید سیتریک در PH=5 قادرند اسید ایزوسیتریک نیز تولید کنند که در PH=7-9.5 قادر به تبدیل آن به اسید ایزوسیتریک می‌باشند. همچنین افزودن موادی مثل فلوئوراستات، فلوئورو استامید و استات سرب به محیط کشت، تولید اسید سیتریک را زیاد می‌کند.
3-1-2) آسپرژیلوس نایجر:
این M.o از ردة آسکومیستها بوده، تولید مثل معمولاً غیرجنسی است و میسلیوم آن به مقدار زیادی منشعب شده و دیوارة عرضی بیرنگی را ایجاد می کند. سلولهای این M.o چند هسته‌ای می باشند. میسلیوم هوایی آن در انتهای خود برجسته بوده و منتهی به وزیکول با استریگماهای متعدد می شود و از انتهای این استریگماها، کنیدیها به صورت دانه‌های تسبیح به دنبال هم قرار گرفته‌اند. به این M.o کپک سیاه هم می گویند که به دلیل منظرة سیاه‌رنگی است که در محیط کشت مناسب بعد از اسپورزایی پدید می آورد. اصولاً رنگ کلونیهای این کپک ارتباط مستقیم با عناصر کمیاب محیط کشت دارد. حتی در بسیاری از موارد که به طریق شیمیایی یا فیزیکی نمی‌توانند وجود یا عدم بعضی از عناصر کمیاب را مشخص کنند، با کاربرد A.niger کمیت و کیفیت آنرا تعیین و اندازه‌گیری می کنند. در سال 1952 دو دانشمند به نامهای مارتین و واترز تأثیر مورفولوژیکی A.niger را در تولید اسید سیتریک از ملاس قند بررسی کردند. در سال 1982 B revic و Cimerman تجمع میسلیوم به شکل کروی پایدار منشعب و در هم پیچیدگی جزئی شبکة هیف را به نام Pellete مطرح کردند. سپس در سال 1986 Brevic ، پلت‌ها را با چند mlit قطر تعریف نمود و نشان داد که سوسپانسیون پلت‌ها نسبت به حالت شاخه دار و منشعب دارای ویسکوزیتة کمتری می باشد. این کپک را به صورت طبیعی می‌توان از خاک آبمیوه‌های کپک زده و . . . و با کمک محیطهای اختصاصی رشد کپک نظیر PDA و SAD جدا نمود.
3-1-2-1) روش جداسازی سویه آسپرژیلوس نایجر مولد اسید سیتریک
سویه‌ای که قادر به تولید اسید سیتریک باشد از محیطهایی که خود به طور طبیعی در این جهت غنی‌سازی شده‌اند، آزمایش و استفاده میشود. بدین منظور از خاک اطراف درختان مرکبات و . . . نمونه‌برداری انجام میشود. روش جداسازی عمومی A.niger از نمونه خاک بدین ترتیب است که ابتدا از خاک توسط آب مقطر سوسپانسیونی تهیه میشود که پس از رسوب ذرات خاک و مواد معلق آن از مایع رویی شفاف برای ادامه کشت استفاده می شود. سپس توسط پی پت ، 0.1 میلی لیتر از مایع رویی برداشته و به تدریج حدود 7 تا 8 قطره روی محیطهای انتخابی (MEA, PDA, SDA) کشت داده میشود. این سه محیط به دلیل دارا بودن PH اسیدی به عنوان محیط انتخابی برای رشد کپکها بکار می‌روند. پس از ریختن این محیطها در پلیت با کشت قطره‌ای یا زیگزاک M.oها را در سطح محیطها پخش می کنند و در دمای 30 ، به مدت 4 تا 6 روز گرمخانه گذاری می‌نمایند. در این شرایط M.o شروع به تولید اسپور می‌کند. نخست جداسازی A.niger به روش شناسایی مورفولوژیکی و تشخیص کنیدیهای قهوه‌ای یا سیاهرنگ انجام میشود. از این کنیدیها در شرایط استریل برداشته و برای کشت اختصاصی روی محیطهای کشت مذکور، کشت داده می‌شوند.
پس از سه بار تجدید کشت می‌توان اطمینان حاصل نمود که نمونه جدا شده A.niger است. این M.o را روی محیط شیبدار در دمای 4 نگهداری نموده و به ترتیب مورد آزمایش قرار می‌دهند.
3-1-2-2) شناسایی اختصاصی آسپرژیلوسی نایجر
برای تعیین اختصاصی گونه‌های آسپرژیلوس، کلونیهای آنرا روی محیط کشت Czapeck Agar بررسی می کنند. این محیط شامل: ساکارز، نیترات سدیم، فسفات دی پتاسیم، سولفات منیزیم با هفت مولکول آب، سولفات آهن با هفت مولکول آب، آگارو آب مقطر می‌باشد. چهار نکته اصلی در تشخیص سویه A.niger به ترتیب عبارتند از:
1- رنگ کلونی 2- شکل کلونی
3- نوع ستونک (کروی و صاف) 4- نوع استریگما
3-2) روش کشت سطحی
این روش اولین بار در سال 1919 توسط انجمن تولید محصولات آلی بلژیک معرفی شده و متعاقب آن در سال 1923 چاس فیرز کارخانه تولید اسید سیتریک به این روش را افتتاح کرد. در این روش محیط کشت به داخل سینی استیل ضد زنگ یا آلومینیومی که در داخل اتاقک های سترون تخمیر قرار گرفته هدایت میشود. در بیشتر اتاقکها درجه حرارت، رطوبت نسبی و سرعت هوا کنترل میشود محیط کشت با A.niger تلقیح می گردد و حدود 12-8 روز در دمای 30-28 در رطوبت نسبی %60-40 نگهداری می شود. پس از اتمام فرآیند، PH محیط کشت اندازه‌گیری شده و سپس اسید سیتریک آن جداسازی می شود. هر چند که این فرآیند قدیمی‌ترین روش است ولی هنوز هم در بسیاری از موارد به جای کشت غوطه‌ور استفاده می گردد.
3-3) روش کشت غوطه ور
کشت غوطه‌ور شامل تلقیح محیط کشت مایع و به دنبال آن همزدن و هوادهی کنترل شده در فرمانتورهای بزرگ است. مدت زمان تخمیر 5-3 روز در دمای 30-25 می‌باشد. بعد از پایان فرآیند تخمیر، اسید سیتریک تولید شده جداسازی می شود. روش اصلاح شدة کشت غوطه‌ور شامل یک فرآیند دو مرحله‌ای است که ابتدا محیط کشت رشد با اسپورها، تلقیح میشود و پس از 3 تا 4 وز میسلیوم جدا شده و به محیط کشت تولید اسید سیتریک اضافه میشود. بعد از 4-3 روز هوادهی در دمای 30-25 اسید سیتریک تولید شده، استخراج می شود.
3-4) تخمیر در بستر جامد
هر چند این روش قابلیت‌های زیادی دارد، به علت برخی از مشکلات، خیلی کمتر از روش غوطه‌ور مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش ماده خام جامد خیس شده‌ای که با M.o مناسب تلقیح شده است، روی فرمانتورهای سینی دار و یا بیوراکتورهای بستر ثابت قرار داده می شود. در حین تخمیر، هوا دهی ، رطوبت و دمای بیوراکتور کنترل میشود. پس از پایان عمل تخمیر با فروشویی، اسید ستریک استخراج میشود.
3-4-1) روش تخمیر کوجی
روش کار تقریباً مشابه روش فرآیند بستر جامد می‌باشد. در این نوع تخمیر در ابتدا از موادی که پس از گرفتن نشاستة سیب زمینی شیرین باقی می‌ماند، استفاده می‌شد. سپس سبوی گندم و سویا جانشین آنها شدند. از نظر عملی شرایط تخمیر اغلب با تولید پروتئازها و آمیلازهای آسپرژیلوس اوریزه‌ای یکسان می باشد. قبل از سترون کردن، PH سبوس بین 4-5 تنظیم میشود و حداکثر رطوبت نهایی به 80-70% می‌رسد. زمانی که سبوس تا دماهای 36-30 خنک شده، به آن محلول کوجی که سویه خاصی از A.niger می‌باشد، اضافه می کنند. این سویه احتمالاً نظیر سویه‌های دیگری که در این فرآیند بکار می‌روند، نسبت به آهن حساسیت دارد. دمای خیساندن طی تخمیر از 28 تجاوز نمی کند. نشاستة موجود در سبوس توسط آمیلاز A.niger هیدرولیز میشود. افزودن - آمیلاز به سبوس پس از سرد کردن نیز مفید است. سبوس تلقیح شده در ظروف یا سینی‌هایی به عمق cm 5-3 در اتاق مخصوص پخش میشود. پس از طی 8-5 روز کوجی جمع‌آوری شده به یک صافی منتقل شده و اسید سیتریک با آب استخراج میشود. در این روش به دلیل عدم کنترل فلزات کمیاب و عوامل دیگر، محصول تولیدی در مقایسه با دو روش قبلی کم است، لذا از درجه خلوص کمتری نیز برخوردار می‌باشد.
3-5) تأثیر شرایط محیطی بر تولید اسید سیتریک
3-5-1) شرایط تغذیه‌ای A.niger
این M.o برای رشد خود و تولید اسید سیتریک به منبع کربن همراه با منابع ازت، فسفر، پتاسیم، منیزیم و گوگرد محتاج است. در ضمن مقدار کمی روی، آهن، منگنز و مس نیز لازم است. و اگر نیترات را متابولیزه کند، به مولیبدن نیز نیازمند است. هنگامی که مقادیر کافی از این مواد و عناصر در دسترس A.niger نباشد، این میکروب در انتهای رشدش وارد فاز اسپورزایی میشود. افزودن مقادیر مناسب و مطلوب عناصر منگنز و آهن مشخص کرده است که برای تولید بهتر و بیشتر اسید سیتریک لازم می‌باشند. میزان کمی یون آزاد فرو سیانید در محیط پس از حذف فلزات، منجر به افزایش بازده تولید میشود. مقادیر خاصی از فروسیانید منجر به ساخت شکل مناسب هیف‌ها می شود و مقادیر باقیمانده باعث افزایش راندمان تولید اسید می شوند.
3-5-2) تأثیر فلزات trace در تولید اسید سیتریک
نقش آهن در بین عناصر مورد نیاز رشد میکروب، اهمیت بیشتری دارد، زیرا آهن برای آنزیم آکونیتاز نقش کوفاکتوری را ایفا می کند و از طرفی کمبود منگنز هیف‌های خشن منشعب جوانه دار و کوتاه را ایجاد می کند و افزایش آن باعث تحریک تولید اسپور شده که باعث کاهش قابل ملاحظه‌ای در بازده اسید سیتریک میشود. یونهای دو ظرفیتی Co ، Ca ، zn و آهن، مس، Mg و Ni و یون سه ظرفیتی Al مورفولوژی پلت‌ها را تغییر نمی دهند. ولی یونهای Al ، آهن و روی در غلظتی نسبتاً بالا راندمان اسید را کاهش می دهند.
3-5-3) تأثیر نیتروژن و فسفر در تولید اسید سیتریک
تجمع اسید سیتریک به محدودیت نیتروژن نیاز دارد. وقتی هیف‌ها به محیط کم ازت یا فاقد ازت اضافه شوند، A.niger به اندازة تولید اسید سیتریک، اسید اگزالیک تولید می کند. محدودیت فسفات در تولید اسید سیتریک به روش تخمیری غوطه‌ور توسط A.niger نقش بسیار مهمی را ایفا می‌کند.
طی تحقیقی در سال 1989 در اتریش و روی محیط مصنوعی ، تأثیر سولفات آمونیوم روی تولید اسید سیتریک بررسی شد و از بین مقادیر 0 تا 6 درصد وزنی در حجم محلول سولفات آمونیوم، بهترین میزان تولید اسید سیتریک 35 گرم در لیتر محلول در غلظت 5% آن بدست آمد.
3-5-4) تأثیر متانول در تولید اسید سیتریک
الکلهای سبک نظیر متانول به منظور حذف اثر عناصر نادر می‌توانند بکار برده شوند.
اثر متانول روی افزایش تولید اسید سیتریک یک پدیدة عمومی برای سویه های A.niger است. چنین به نظر می رسد، در محیطهایی که حاوی میزان زیادی فلزات نادر هستند، متانول دارای تأثیر بیشتری است و تحمل M.o به این فلزات را بیشتر می‌کند.
....
بخشی از فهرست مطالب مقاله تولید اسید سیتریک از کاه گندم به روش تخمیر حالت جامد
دیباچه 1
فصل اول: شناخت کلی اسید سیتریک 2
مقدمه 3
1-1) پیشینه 4
1-2) سوبستراهای استفاده شده بای تولید اسید سیتریک 6
1-3) خواص فیزیکی اسید سیتریک 7
1-4) خواص شیمیایی اسید سیتریک 11
1-5) منابع طبیعی اسید سیتریک 13
1-6) کاربرد اسید سیتریک 15
1-7) مشتقات اسید سیتریک 20
1-7-1) نمکها 20
1-7-2) استرها 21
فصل دوم: بیوشیمی تخمیر و متابولیسم تولید اسید سیتریک 23
2-1) بیوشیمی تخمیر 24
2-2) بیو شیمی تخمیر 24
2-2-1) تشکیل اسید سیتریک از پیرووات 27
فصل سوم: روشهای تولید اسید سیتریک 31
3-1) M.O های مولد اسید سیتریک 32
3-1-1) مخمرها 33
3-1-2) آسپرژیلوس نایجر 33
3-1-2-1) روش جداسازی سویه A.niger مولد اسید سیتریک 34
3-1-2-2) شناسایی اختصاصی A.niger 35
3-2) روش کشت سطحی 37
3-3) روش کشت غوطه‌ور 37
3-4) تخمیر در بستر جامد 38
3-4-1) روش تخمیر کوجی 38
3-5) تأثیر شرایط محیطی بر تولید اسید سیتریک 39
3-5-1) شرایط تغذیه‌ای A.niger 39
3-5-2) تأثیر فلزات trace در تولید اسید سیتریک 40
3-5-3) تأثیر نیتروژن و فسفر در تولید اسید سیتریک 40
3-5-4) تأثیر متانول در تولید اسید سیتریک 41
فصل چهارم: تخمیر در بستر جامد (SSF) 42
4-1) تعریف کشت حالت جامد 43
4-2) تفاوتهای اساسی بین کشت حالت جامد و کشت غوطه ور 44
4-3) مقایسة کشت حالت جامد با سایر فرآیندهای تخمیری 46
4-4) مزایایی سیستم کشت حالت جامد 48
4-5) معایب سیستم کشت حالت جامد 48
4-6) مراحل اصلی فرآیند کشت حالت جامد 49
4-7) پارامترهای مؤثر بر فرایند SSF در تولید اسید سیتریک 50
فصل پنجم: کاه گندم 52
5-1) تعریف کاه و ویژگیهای ساختاری 53
5-1-1) کربوهیدراتهای ساختمانی 54
5-1-1-1) سلولز 54
5-1-1-2) همی سلولز 55
5-1-1-2) لیگنین 55
5-2) ترکیب شیمیایی کاه گندم 59
5-3) پیش تیمار (Pretreatment) کاه گندم 59
5-3-1) روشهای فیزیکی پیش تیمار کاه گندم 60
5-3-1-1) پیش تیمار کاه گندم با بخار 60
5-3-2) روشهای شیمیایی پیش تیمار کاه گندم 61
5-3-2-1) پیش تیمار کاه با اوره 63
5-3-3) پیش تیمار بیولوژیکی کاه گندم 63
فصل ششم: جداسازی و خالص‌سازی اسید سیتریک 64
6-1) استخراج اسید سیتریک 65
6-1-1) فروشویی (Leaching) 65
6-1-2) روش رسوبگیری 66
6-1-3) روش استفاده از استخراج با حلال 68
6-1-4) روش استفاده از غشاء 69
6-1-5) مقایسه بین روشهای مختلف جداسازی اسید 70
6-2) خالص سازی اسید سیتریک 71
فصل هفتم: بررسی جنبة اقتصادی 73
7-1) کشورهای عمدة تولید کننده و مصرف کنندة محصول 74
7-2) اهمیت اقتصادی طرح 74
7-3) میزان واردات اسید سیتریک 75
7-4) واحدهای تولیدی و واحدهای در دست اجرای اسید سیتریک 78
منابع مورد استفاده 81
دانلود مقاله تولید اسید سیتریک از کاه گندم به روش تخمیر حالت جامد
