CC BY
88
2. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения : учебник [для студ. ВУЗов] / Б.Н. Уголев. - Изд. 2-ое, [перераб. и доп.]. - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1986. - 368 с.
3. Полубояринов О.И. Плотность древесины / О.И. Полубояринов. - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1976. - 160 с.
4. Holger Militz, Professor Dr.. - Heat Treatment Technologies in Europe: Scientific Background and Technological State-of-Art. (In: Proceedings of Conference on "Enhancing the durability of lumber and engineered wood products" February 11-13, 2002, Orlando. Forest Products Society, Madison, US.).
5. Finnish Thermowood Association, 2003. Thermowood Handbook. Wood Focus Oy, Helsinki, Finland. - 246 p.
Андрашек И.В., Щупакивский Р.Б. Анализ изменения механических свойств термически модифицированной древесины клёна (Acer pseu-doplatanus L.) и ели обыкновенной (Picea abies K.) путем исследования ее пористой структуры
Приведена методика определения объема древесного вещества путем ртутной порозиметрии и гелиевой пикнометрии; проанализировано изменение пористой структуры древесины в процессе ее термической модификации.
Ключевые слова: термически модифицированная древесина, плотность древесного вещества, пористость, ртутная порозиметрия, гелиевая пикнометрия.
Andrashek Y. V., Shchupakivskyy R.B. Analysis of changes in mechanical properties of thermally modified wood maple (Acer pseudoplatanus L.) and spruce (Picea abies K.) by examining its porous structure
Performed method of determining the volume of wood substance by helium pycno-metry and mercury intrusion porosimetry; analyzed the changes of porous structure of wood due to thermal treatment.
Keywords: thermal treatment wood, wood density, porosity, helium pycnometry, mercury intrusion porosimetry.
УДК 604.2(045) Доц. О.А. Васильченко, канд. мед. наук;
маястрант О.О. П'янкова -НАУ, м. Кшв
Б1ОТЕХНОЛОГ1ЧН1 АСПЕКТИ ОТРИМАННЯ ЛИМОННО1 КИСЛОТИ
Розглянуто особливост бюсинтезу лимонно! кислоти культурою Aspergillus niger, вплив фiзичних i хiмiчних фактс^в на цей процес, вимоги до продуцента лимонно! кислоти. ОбГрунтовано поверхневий, глибинний та твердофазний методи отри-мання лимонно! кислоти в промислових умовах, !х переваги та недолжи.
Ключовг слова: лимонна кислота, бюсинтез, продуцент, Aspergillus niger, по-верхневий метод, глибинний метод, твердофазний метод.
До початку двадцятих роюв минулого столггтя лимонну кислоту отри-мували з соку лимошв, таким чином задовольнялося близько трьох чвертей свиово! потреби в нш (вихвд лимонно! кислоти з одше! тонни лимошв стано-вить 25 кг). Виробництво лимонно! кислоти методом ферментацп за участю грибiв - давно вщомий (з 1893 р.) бютехнолопчний процес. Як продукт ферментацп лимонна кислота займае друге мюце за об'емом виробництва у свт (400 тис. тонн на рж, що в грошовому е^валенп становить близько 325 млн евро), поступаючись лише промисловому спирту.
Незважаючи на значний прогрес у сферi оргашчного синтезу, на сьогодш лимонну кислоту отримують мжробюлопчним синтезом, а саме
шляхом лимоннокислого бродшня солодких вiдходiв цукрового виробниц-тва - патоки (меляси), спричиненого плюнявими грибами роду Aspergillus niger, тому виробництво часто розташовують спшьно з виробництвом цукру. Харчова промисловють традицiйно е основним споживачем вироблено! таким чином кислоти, оскшьки продукти природного бродiння мають переваги порiвняно з хiмiчно синтезованими та не мютять токсичних для оргашзму людини домiшок. Лимонна кислота е широковживаною нешкiдливою харчо-вою добавкою (Е330), ^м того, !! застосовують у медицин^ кондитерськш промисловосп, друкарськiй справi тощо.
Одним з головних завдань у виробницв лимонно! кислоти е досяг-нення 11 високого виходу.
Продуценти лимонно'1 кислоти. Технолопя виробництва кислоти застосовуе рiзнi джерела вуглецю та способи культивування мiкроорганiзмiв (поверхневий та глибинний, перюдичний та неперiодичний). Багато мжроор-ганiзмiв нагромаджуе лимонну кислоту, зокрема види Aspergillus awamori, A. fenicis, A. fonsecaeus, A. luchensis, A. fumaricus, A. wentii, A. saitoi, A. usami, A. phoenicus, A. lanosus, A. foetidus, A. flavus [2]. У промисловому виробницв лимонно! кислоти широко застосовують гриби A. niger, оскшьки цей вид дае високий вихвд цшьового продукту, з ним легко працювати, вш вщносно недо-рогий i цим самим робить виробничий процес економiчно випдним [5]. Про-те необхщно взяти до уваги, що до A. niger належить багато штамiв, що вщ-рiзняються один вщ одного за своею морфологiею та бiохiмiчними характеристиками: кольору спор та мщелто, розмiру та кшьюстю спор, розмiру мще-лiю, утилiзацil субстрату, ферментацiйному часу, здатностi продукувати лимонну кислоту на рiзних субстратах [2, 3].
Продуцент лимонно! кислоти мае мати певш характеристики, а саме:
• високу швидюсть кислотоутворення;
• високий стушнь трансформаци джерела вуглецю у лимонну кислоту;
• генетичну однорщшсть та стабшьшсть;
• толерантшсть до змши температури та контамiнантiв середовища, зокрема
до високих концентрацш вуглеводiв [2, 4].
Щд час культивування продуценту мае бути низький вихщ побiчних продукпв (щавлево!, глюконово! кислот, невикористаних вуглеводiв) [15]. Перерахованим критерiям, крiм Aspergillus niger, вщповщають гриби Triho-derma viride, Penicillium janthinellum, дрiжджi Candida tropicalis, C. olephila, C. citroformans, Yarrowia lipolytica, бактерп Corynebactreium, Arthrobacterium, Brevibacterium, Bacillus licheniformis [2, 6, 17].
Бюсинтез лимонно'! кислоти. Бюсинтез лимонно! кислоти - це ре-гульований процес, який значною мiрою залежить вщ складу поживного середовища та його фiзико-хiмiчних параметрiв [16]. Лимонна кислота е пер-винним метаболiтом A. niger. Зазвичай, первинш метаболiти необхiднi для росту та життедiяльностi продуценту [13].
Метаболiчним шляхом вироблення лимонно! кислоти в аеробних ор-ганiзмiв е цикл трикарбонових кислот (ЦТК). Внаслiдок глiколiзу з глюкози формуеться двi молекули тровиноградно! кислоти (пiрувату). Далi вщбу-
ваеться ферментативне зв'язування одше! молекули пiрувату з дюксидом вуг-лецю з утворенням оксалацетату (щавлевооцтово! кислоти):
шруват карбоксилаза
СН3С0С00Н + С02 + Н20 -оксалацетат + Р1
АТФ ' \АДФ
Внаслщок окисного декарбоксилювання шшо! молекули трувату ут-ворюеться ацетил-КоА:
СН3С0С00Н + КАЭ+ + ШК оА-► СН3С0~8К оА + КАЭН + Н+ + С02
ЦТК починаеться з реакцп конденсацп оксалацетату з ацетил-КоА, внас-лiдок яко! за участi ферменту цитратсинтази утворюеться лимонна кислота:
цитрат синтаза
СН3С0~Н8СоА + оксалатетат —-щ-^ > цитрат
Н2 О/ \ Н 8 ~КоА
Отже, бюсинтез лимонно! кислоти охоплюе реакцп глiколiзу та низку реакцiй, замкнених в ЦТК, що у еукарюпв, зокрема й А. niger, вщбуваеться в мiтохондрiях [7, 10, 18]. Пюля синтезу цитрат може бути видшений з кшти-ни, якщо перешкоджати наступному етапу ЦТК - утворенню iзолимонноl кислоти [7, 10].
Промислове виробництво лимонно! кислоти можна розглядати як про-цес, що складаеться з двох еташв - росту мiцелiю гриба та синтезу лимонно! кислоти. На кожному з еташв культура чутлива до рiзних фiзико-хiмiчних| факторiв, таких як склад та сшввщношення компоненпв середовища, аера-цiя, рН середовища, температура тощо. Ефективний вплив тих або шших факторiв, що стимулюють утворення лимонно! кислоти грибом А.niger, знач-ною мiрою визначаеться фiзiолого-бiохiмiчними особливостями само! куль-тури, а також технолопчними параметрами процесу культивування [2, 16].
Пригнiчення синтезу в повноцшних поживних середовищах, що мю-тять всi необхiднi для росту i розвитку культури компоненти мшерального живлення, та активування синтезу в умовах лiмiтацil середовища за певними компонентами свщчать про великi можливосп культури до саморегуляцп ме-таболiзму залежно вiд умов культивування [16].
Склад поживного середовища. Поживне середовище для бюсинтезу лимонно! кислоти мае мютити джерела вуглецю, азоту, фосфору та мжроеле-ментiв, що е необхщними для росту продуцента-мiкроорганiзму та для самого процесу нагромадження лимонно! кислоти [7].
Вид джерела вуглецю та його концентращя мають великий вплив на вихщ лимонно! кислоти. Зазвичай, лимонну кислоту виготовляють шляхом ферментацп з використанням дешево! та неочищено! природно! сировини, та-ко! як гiдролiзат крохмалю, бульйон цукрово! тростини, меляси, рослинних вiдходiв сiльського господарства i мехашчного перероблення деревини [2, 15]. Переважно як джерело вуглецю для мжробного виробництва лимонно! кислоти використовують мелясу завдяки !! низькш вартосп та високому вмю-ту цукру (40-55 %), достатньо! кiлькостi мiкроелементiв, амшокислот та вгга-мiнiв, необхiдних для нормально! життедiяльностi продуцента. Меляса - по-
бiчний продукт цукрового виробництва, що утворюеться внаслщок вщдшен-ня кристалiв сахарози на центрифугах тд час 11 кристалiзацiL
Меляса переважно (на 65-80 %) складаеться з сухих речовин, а 2025 % становить вода. Яюсний та кiлькiсний склад меляси значно вартое, тому не вш види меляси придатнi для виробництва лимонно! кислоти [7]. Склад меляси залежить вщ рiзновиду цукрових буряюв, технологи виробництва цукру, умов збер^ання та транспортування (виду транспорту, температури).
У меляш е мжроелементи, кiлькiсть яких сильно коливаеться, що мо-же впливати як на рют продуцента, так i на вихщ лимонно! кислоти [11]. У табл. 1 наведено вмют таких мжроелеменпв у мелясi, що залежить вщ рiзно-виду цукрових буряюв. Алюмiнiй, залiзо та стронцiй можуть мiститися як в макро-, так i мiкрокiлькостях.
Табл. 1. Нм'гст м'шроелементы у меляс'г
Мжроелементи Вм1ст (мг/100 г меляси)
Алюмшш 9,3-60,0
Стронцш 4,6-59,4
Хром 6,6-54,7
Затзо 8,3-26,6
Млдь 0,0-9,8
Магнш 5,7-8,6
Марганець 1,4-7,6
Цинк 2,0-3,3
Титан 0,21-0,70
Шкель 0,16-0,76
Кобальт 0,10-0,76
Мол1бден 0,10-0,12
Свинець 0,21-0,61
Бор 0,20-0,42
Вмют амшокислот у мелясi залежить вiд кшмату, типу rрунтiв, умов культивацп цукрового буряку (табл. 2).
Табл. 2. Илист амтокислот у ме. шс 'г
Амшокислоти Вмгст (% меляси)
Лейцин + 1золейцин 1,7-2,9
Феншаланш незначна кшьюсть
Валш + метюнш + триптофан 0,4-1,3
Тирозш 0,6-0,8
Пролш незначна кшьюсть
Аланш 1,2-2,3
Треонш + глщин 0,2-0,8
Глутамшова кислота 1,3-1,8
Серин 1,7-2,5
Аспарагшова кислота 0,3-0,5
Аргшш + пстидин + л1зин незначна кшьюсть
Цистеш незначна кшьюсть
Вггамши важливi для стимуляцп росту продуцента та бюсинтезу лимонно! кислоти. 1хнш склад представлено в табл. 3 [7].
Табл. 3. И.тст в'шшмиив у меляа
Вггамши Вм1ст (мг/100 г)
1нозитол 90,0-120,0
Н1котинова кислота 3,90-5,20
Пантотенова кислота 0,06-0,25
Фол1ева кислота 0,01-0,03
Ыотин 0,0035-0,0060
Т1амш 0,18-0,26
Рибофлав1н 0,02-0,08
П1ридоксин 0,30-0,45
У меляш е також iншi речовини, що мютяться в малих кшькостях, але достатнiх для того, щоб мати негативний вплив на синтез кислоти. Це пести-циди, фунгщиди та гербщиди, що використовуються у вирощуванш цукро-вих бурякiв, а також речовини, яю застосовуються як тногасник у процесi виробництва цукру. Цi речовини е токсичними, тому перед використанням меляси як сировини !! очищують хiмiчним шляхом [10].
Через високий вмют глюкози (40-45 %) як субстрат можливе застосу-вання пдролю. Це побiчний продукт, що утворюеться пiд час виробництва кристалiчноl глюкози з крохмалю [7]. Було дослщжено використання метанолу та етанолу як джерела вуглецю. За концентрацп метанолу 1,5 % та етанолу 1 % у середовищi продуцентом А. niger М-101 було отримано 49,33 г/л та 40,85 г/л лимонно! кислоти вщповщно. Метанол та етанол в оптимальних умовах збшьшують проникшсть клггинно! мембрани А. niger М-101, що призводить до нагромадження лимонно! кислоти в середовищi [9].
Використання вiдходiв сшьського господарства е економiчно випд-ним та дае змогу вирiшувати еколопчш проблеми. У табл. 4 наведено вихщ лимонно! кислоти рiзними штамами Aspergillus niger з використанням вщхо-дiв сiльського господарства та харчово! промисловосп [12].
Табл. 4. Бюсинтез лимонноТ кислоти з використанням вiдходiв стьського господарства та харчовоТ промисловостг
Субстрат Продуцент Вихвд лимонно! кислоти
Харчов1 вщходи А. niger иУ 60 45,5 г/л
Пшеничш вис1вки А. niger СПИ 30 85 г/кг
Меляса А. niger АТСС 942 35 г/л
Жом цукрово! тростини А. niger СЕТЫ 30 174 г/кг
Рисов1 вис1вки А. niger СЕТЫ 30 127 г/кг
Оскшьки число бюдизельних заводiв у свт, зокрема в Украlнi, росте, глщерин як вiдхiд виробництва бюпалива стае легко доступним у великому промисловому масштабi. Низька цiна неочищеного глщерину робить його привабливою сировиною для виробництва лимонно! кислоти [19]. Виключно важлива роль у процеш мiкробiологiчного синтезу лимонно! кислоти нале-жить азоту, що е важливим не тiльки для шдтримки певного рiвня метаболiз-му клiтини, а й входить до складу кттинних бiлкiв. Його дефщит е одним iз основних чинниюв, що зумовлюе нагромадження в середовищi лимонно! кислоти, оскiльки за цих умов затримуеться рiст мiцелiю i формування бiома-си [2, 4, 8].
У pa3i використання меляси, потреба в додаванш азоту до середовища вщпадае, оскшьки меляса мiстить достатню кiлькiсть оргашчних i неоргашч-них сполук азоту. Азот меляси юнуе у виглядi бета!ну (близько 60-70 % вщ загального азоту), амiнокислот (20-30 % азоту), бшюв (3-4 % азоту), а також у виглядi штрату амонiю та амщу. Оптимальна концентращя азоту в середо-вищi, необхщного для синтезу лимонно! кислоти, становить 0,1-0,4 г/л [10].
Доцшьшше використовувати солi амонiю у виглядi (NH4)2SO4. Його утилiзацiя супроводжуеться зниженням рН середовища нижче 2,0, що е необ-хiдним для продукування лимонно! кислоти [17]. Вплив рiзних концентрацш нiтрату амонiю (як джерела азоту для росту мщелш) на синтез лимонно! кислоти штамом Aspergillus niger GCBT7 показано на рис. 1. Високий вихщ лимонно! кислоти (89,64 г/л) було отримано за концентрацп NH4NO3 у середови-щi 0,2 %. У разi збiльшення або зменшення цiе! концентрацп вщбувалося пригнiчення росту гриба i, як наслiдок - низький вихщ лимонно! кислоти [11].
t "
.S -к-*--X-х-s;
>■ 0 -I-,-.-,---т-
0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35
Концентрацш штрату амон1ьо (%)
♦ Y„c (r/r) Q„ (г/л/год) о [i (на годину)-«-^ (r/r кжтин/r од)
Рис. Вплив разнил концентрацш штрату амошю (як джерела азоту для росту мiцелiю) на синтез лимонноi кислоти штамом Aspergillus niger GCBT 7. Процес ферментацп проводять за температури 30 °С та первинного вмкту цукру 150 г/л. Ферментацтний nерiод - 6 год. Ув/с = г emid лимонноi кислоти / г спожитого субстрату, Qo = г отриманог лимонно1 кислоти /л / год, ß (год'1) = питома швидкостi росту, qs= г спожитого субстрату / г клтин / год.
Фосфор, як i азот, - один i3 основних елеменлв харчування. Фосфор вдаграе важливу роль у метаболiзмi мжрооргашзму. Вш входить до складу нуклешових кислот, фосфопротешв, фосфолшдав та ряду коферменпв, що беруть участь у сит^ АДФ та АТФ, у розмноженш клггин i продукуванш первинних та вторинних метаболтв. Джерелом фосфору може бути орто-
фосфорна кислота, ïï солi та фосфоровмiснi сполуки. Пiд час виробництва ли-mohhoï кислоти до поживних середовищ зазвичай додають гiдрофосфат ка-лiю у концентрацп 0,06-0,32 г/л, що, своею чергою, слугуе ще й джерелом ка-лiю [17]. За нестачi фосфору в середовищi порушуеться засвоення грибом азоту та сповшьнюеться синтез вггашшв (тiамiну, рибофлавiну та шкотино-воï кислоти). Надлишок фосфору зумовлюе посилення газообм^ та знижен-ня активносп кислотоутворення. Оптимальна концентрацiя фосфору в сере-довищi для гриба становить вщ 0,5 до 5,0 г/л [13].
О^м фосфору необхщними елементами в мiкрокiлькостях е шрка, калiй, кальцiй. Певний вплив на процес синтезу лимонноï кислоти мають марганець, залiзо та фосфор, магнш та мщь. Марганець у концентрацп 3 мг/л сильно зменшуе вихщ лимонноï кислоти. Мiцелiй гриба, що росте на середо-вищi з цинком, продукуе бiльше лимонноï кислоти, шж у середовищi без цинку. Вмют цинку мае тдтримуватися на рiвнi 1,5-10-4 % (у розрахунку на ZnSO4).
Достатня для росту гриба та синтезу лимонноï кислоти концентращя залiза становить 2-10"6 %. За високого вмiсту залiза в середовищi вiдбуваеться гальмування бiосинтезу лимонноï кислоти [10]. Магнiй необхiдний як для росту гриба, так i для нагромадження лимонноï кислоти. Оптимальною кон-центрацiею сульфату магнiю е 0,02-0,025 % [15].
Вплив ф1зичиих фактор1в на б1осиитез лимоиноУ кислоти. Значний вплив на синтез лимонноï кислоти та самого продуцента мае рН. Початкове значення рН мае бути чико визначеним та оптимiзованим залежно вщ мжро-органiзму, середовища та технологiï виробництва. Процес ферментацп розпо-чинаеться з проростання спор гриба, тому оптимальним рН середовища на початку ферментацiï мае бути 5,0. Для продукування лимонноï кислоти рН мае бути низьким (рН<2), що знижуе ризик зараження продуцента та фермен-тацiйного середовища патогенними мжрооргашзмами, iнгiбуе виробництво небажаних оргашчних кислот (глюконовоï, щавлевоï) та значно полегшуе процес видiлення лимонноï кислоти з маточного розчину [1, 5, 7]. Оптималь-не рН для синтезу лимонноï кислоти становить 1,0-2,0 [19]. Збшьшення рН до 4,5 на стадп синтезу лимонноï кислоти знижуе вихщ кислоти на 80 %. рН мо-же змшюватися у вiдповiдь на метаболiчну активнють продуцента. Aspergillus niger, Penicillium sp., Rhizopus sp. швидко знижують рН (рН<3). Для iнших родiв грибiв (Trichoderma, Sporotrichum, Pleurotus) рН е стабшьним у межах 4,0-5,0.
Рiвень аерацiï може мати згубний вплив на вихщ продукту. Оскiльки виробництво лимонноï кислоти - це аеробний процес, тому постачання кис-ню мае значний вплив на виробничий процес. Аеращя мае вщбуватися протя-гом всього ферментацшного процесу з однаковою штенсивнютю. Високий рiвень аерацп призводить до утворення пiни, особливо у перюд росту мще-лж>, тому необхiдно застосовувати пiногасники [1, 5, 7]. СО2 е субстратом для ферменту труваткарбоксилази, який поповнюе пул оксалацетату в ЦТК. Шдвищений рiвень СО2 мае негативний вплив на кшцеву концентрацiю цитрату та бюмаси [1, 2, 7].
Протягом всього процесу ферментацп необхщно пiдтримувати опти-мальну температуру. Вища за оптимальну температура призводить до дена-турацп ферменпв, надмiрноl втрати вологи, пригшчуе рiст продуцента, тодi як низька температура призводить до зниження метаболiчноl активность Бшьшють гiфомiцетiв, до яких належить A. niger, е мезофшами, i тому оптимальною температурою для них е 25-35° С [1, 2, 5].
Час ферментацшного процесу залежить вщ штаму, що використо-вуеться, хiмiчного складу середовища, ферментацшно! системи i, зазвичай, вщ умов, за яких вiдбуваеться ферментащя. За поверхневого способу вироб-ництва процес ферментацп завершуеться через 10-20 дшв, тодi як за глибин-ного способу - через 5-10 дшв. Збшьшення перiоду ферментацп не тдвищуе виходу лимонно1 кислоти [15].
Методи отримання лимонно'1 кислоти. Бютехнолопя отримання ли-монно! кислоти за участю мiкроорганiзмiв охоплюе таю основш етапи:
1. Отримання пошвного матер1алу.
2. Пщготовка сировини до ферментацп.
3. Пщготовка та стерктзащя повпря.
4. Ферментащя.
5. Вщокремлення бюмаси продуцента вщ культурально! рщини.
6. Екстракщя лимонно! кислоти з культурально! рщини та отримання И у
вигляд1 кристал1в [7, 18].
Промислове виробництво лимонно! кислоти можна здшснювати трьо-ма рiзними способами: поверхневим культивуванням грибiв, глибинним куль-тивуванням, твердофазною ферментацiею, що мае назву "процес КоджГ' [6].
Поверхневий спошб культивування е найпростiшим [3, 7]. Вш перед-бачае застосування стерильного рщкого середовища. Приготування середовища вщбуваеться у спецiальних чанах. Пюля стерилiзацil та охолодження середовище подаеться насосами до кювет завтовшки 12-18 см. Кювети розта-шовуються на стiйках в асептичних ферментацшних камерах, де контролю-ються таю параметри: температура, початкове та юнцеве значення рН, час проростання спор, час ферментацп, волопсть повиря. За допомогою спещ-ального обладнання шляхом розпилювання до середовища додають пошвний матерiал - спори A. niger. Спори проростають i утворюють плiвку мiцелiю. Через добу тонка плiвка мiцелiю набувае сiро-бiлого кольору. За деюлька днiв вона стае товстшою. Початкова температура пiдтримуеться в дiапазонi 28-30 °С, вiдносна вологiсть становить 40-60 % [6, 7]. У перюд активного росту мщелт температура повинна бути в дiапазонi 34-35 °С за помiрноl аерацil. У перюд активного утворення лимонно! кислоти температура зни-жуеться до 32-34 °С, а подача кисню збшьшуеться в 3-4 рази [5]. Початкове значення рН середовища становить 5,0-6,0, а юнцеве - 1,0-2,0. Процес ферментацп становить 8-12 дшв, тсля чого культуральна рщина вщдшяеться вщ бiомаси гриба та використовуеться для екстракцп лимонно! кислоти [6, 7].
За глибинного культивування процес ферментацп вщбуваеться у спе-щальних бiореакторах з мiшалкою (ферментерах). Низьке значення рН тд час ферментацп та сама лимонна кислота спричинюють корозто, тому внут-рiшня частина бюреактора виготовляеться з матерiалу, стшкого до корозil.
Важливою умовою у виборi 6iopeaKTopa для виробництва лимонноï кислоти е забезпечення системою аерацп, що здатна пiдтримувати високий piBeHb роз-чинного кисню [5, 7].
Процес отримання лимонноï кислоти з використанням A. niger проводиться в ферментерах об'емом 100 м3. Як пошвний матерiал використовують конiдiï гриба в об'емi 10 м3 [5]. Попередньо до ферментера подають стериль-не та охолоджене поживне середовище [5, 6]. Пюля проростання спор пщси-люють аеращю. За оптимальних умов процес ферментацп становить 510 днiв за постшжо! аерацiï та температури 31-32 °С. Необхiдним е додавання шногасника, оскiльки пiд час перемiшування утворюеться пiна [5-7].
Твердофазну ферментащю, або процес Кодж^ було розроблено в Япо-нiï i вона е найпроспшим способом у виробництвi лимонноï кислоти порiвня-но з шшими методами. Як сировину використовують рисовi та пшеничнi ви-ивки, фруктовi та овочевi вiдходи. Зволожений субстрат стерилiзуеться, роз-ливаеться у кювети та iнокулюеться спорами гриба. На початку ферментацп рН становить 5,5. Ферментащя тривае 4-5 дшв [2, 4].
Переваги та вади метод1в ферментацп. Поверхневий та глибинний методи продовжують сшвюнувати, але на сьогодш значну увагу надають гли-бинному методу [5]. Глибинний метод дае змогу застосовувати широкий на-бiр вуглецевмiсноï сировини. До того ж ферментащя ведеться в стерильних умовах, що е важливою передумовою для переходу на безперервний, повшс-тю мехашзований процес [10].
За глибинного методу швидюсть ферментацп е високою - в одному апарат (бюреактор^ одразу утворюеться велика юльюсть культуральноï рь дини, а за поверхневого - вона збираеться по численних кюветах [5]. Поверхневий споиб мае таю переваги: висока концентращя лимонноï кислоти у культуральнш рщиш; значно менше утворюеться побiчних кислот, внаслщок чого зменшуються затрати меляси на ферментащю та легше видшити лимон-ну кислоту в чистому вигляд^ i як наслiдок - низька собiвартiсть лимонноï кислоти; низью затрати енергiï на виробничий процес.
Витрати на обслуговуючий персонал бiльшi за поверхневого способу, оскiльки пщготовка камер i зняття мiцелiю з кювет потребуе значних затрат ручноï пращ [7]. Перевагами твердофазноï ферментацп е низью затрати на утилiзацiю вiдходiв та низькi енергозатрати; високий вихщ продукту; низь-кий рiвень контамiнацiï через високий рiвень вологосп в бiореакторi; вико-ристання живильного середовища спрощеного складу.
Вадами такого методу ферментацп е труднощ^ що виникають пщ час контролю рН та складу поживного середовища; висою затрати на видшення кислоти в чистому виглядi через високий вмют домiшок у продуктi [8].
Висновки. З огляду на збiльшення попиту на лимонну кислоту, необ-хщно постiйно удосконалювати технологiчний процес ïï отримання: застосовувати рiзноманiтнi джерела вуглецю, проводити селекщю штамiв мжроорга-нiзмiв-продуцентiв, впроваджувати сучаснi способи культивування, розроб-ляти нову апаратуру. Потрiбно детально знати механiзм синтезу лимонноï кислоти, що е метаболiтом мiкроорганiзмiв-продуцентiв, одним з яких е As-
pergillus niger. Залежно вщ умов культивування (складу поживного середови-ща, рН, температури, аерацп, часу та методу ферментацп) змiнюeться вихiд лимонно! кислоти. Значний економiчний ефект можна отримати завдяки мо-дершзацп бiотехнологiчного процесу.
Л1тература
1. Barrington S. Optimization of citric acid production by Aspergillus niger NRRL 567 grown in a column bioreactor / S. Barrington, S.S. Kim, L. Wang // Korean Journal of Chemical Engineering. - 2009. - Vol. 26, № 2. - P. 422-427.
2. Carlos R.S. New perspectives for citric acid production and application / R.S. Carlos, P.S. Vandenberghe, C. Rodrigues // J. Food Technol. Biotechnol. - 2006. - Vol. 44, № 2. - P. 141-150.
3. Darouneh E. Citric acid production: surface culture versus submerged culture / E. Darou-neh, A. Alavi, M. Vosoughi // Microb. Resear. - 2009. - Vol. 3, № 9. - P. 541-545.
4. Jay J.M. Modern food microbiology / J.M. Jay, M.J. Loessner, D.A. Golden. - USA. -2005. - P. 61-91.
5. Kalidas S. Food biotechnology / S. Kalidas, G. Paliyath, A. Pometto, R.E. Levin. - Taylor & Francis Group. - 2006. - P. 1989.
6. Kavanagh K. Fungi: Biology and applications / K. Kavanagh. - England. - 2005. - P. 229.
7. Kristiansen B. Citric acid biotechnology / B. Kristiansen, M. Mattey, J. Linded. - Taylor & Francis. - 1999. - P. 189.
8. Kritiansen B. Production of citric acid in continuous culture / B. Kritiansen, C.G. Sinclair // Biotechnol. Bioeng. - 1997. - Vol. 21, № 2. - P. 297-315.
9. Nadeem A. Enhanced production of citric acid by Aspergillus niger M-101 using lower alcohols / A. Nadeem, Q. Syed, S. Baig // J. Bio. Chem. - 2010. - Vol. 35, № 1. - P. 7-13.
10. Papagianni M. Advances in citric acid fermentation by Aspergillus niger: biochemical aspects, membrane transport and modeling / M. Papagianni // Biotech. Advan. - 2007. - Vol. 25, № 3.
- P. 244-263.
11. Sikander A. Production of citric acid by Aspergillus niger using cane molasses in a stirred fermenter / A. Sikander, J. Iqbal // Electron. J. Biotechnol. - 2002. - Vol. 5, № 3. - P. 144-165.
12. Singh-Nee N.S. Biotechnology of agro-industrial residues utilization / N.S. Singh-Nee, A. Padney. - United Kingdom : Springer. - 2009. - P. 51-53.
13. Trehan K. Biotechnology / K. Trehan. - New Delhi : Purlishers. - 2002. - P. 38-41.
14. Ward E.P. Fermentation biotechnology / E.P. Ward // England: John Wiley & Sons. -1992. - P. 224 -250.
15. Yigitoglu M. Production of citric acid by fungi / M. Yigitoglu // Islamic Academy of Sciences. - 1992. - Vol. 5, № 2. - P. 100-106.
16. Биотехнология микробного синтеза / под ред. М.Е. Беккера. - Рига : Изд-во "Зинат-не", 1980. - 350 с.
17. Биотехнология. Принципы и применения / под ред. И. Хигинса, Д. Беста, Д. Джонса.
- М. : Изд-во "Мир", 1988. - 480 с.
18. Дирина Е.Д. Проблемы и перспективы разработки биотехнологии утилизации отходов производства биодизеля из растительного сырья / Е.Д. Дирина, Винаров А.Ю., В.А. Быков // Сельскохозяйственная биология. - 2008. - № 3. - С. 24-32.
19. Муратова Е.И. Биотехнология органических кислот и белковых препаратов : учебн. пособ. / Е.И. Муратова, О.В. Зюзина, О.Б. Шуняева. - Тамбов : Изд-во Тамб. гос. тех. ун-та, 2007. - С. 8-10.
Васильченко О.А., Пьянкова О.О. Биотехнологические аспекты получения лимонной кислоты
Рассмотрены особенности биосинтеза лимонной кислоты культурой Aspergillus niger, влияние физических и химических факторов на этот процесс, требования к продуценту лимонной кислоты. Основаны поверхностный, глубинный и твердофазный методы получения лимонной кислоты в промышленных условиях, их преимущества и недостатки.
Ключевые слова: лимонная кислота, биосинтез, продуцент, Aspergillus niger, поверхностный метод, глубинный метод, твердофазный метод.
Vasilchenko O.A., Piankova O.O. Biotechnological aspects of citric acid obtaining
Considered the features of citric acid biosynthesis by Aspergillus niger, influence of physical and chemical factors on this process, requirements for the producer of citric acid. Discussed the surface, submerged and solid-phase methods for citric acid industrial production, their advantages and disadvantages.
Keywords: lemon acid, biosynthesis, producent, Aspergillus niger, superficial method, deep method, solid-phase methods.
УДК 677.027.62 Доц. Л.1. Демкевич, канд. техн. наук; доц. М.Ю. Барна, канд. екон. наук; ст. викл. О.В. Сафронова; ст викл. А.М. Уська - Львгвська КА
ВИКОРИСТАННЯ Х1М1ЧНИХ РЕЧОВИН У ТЕКСТИЛЬНШ ПРОМИСЛОВОСТ1 ТА IX ТОКСИКОЛОГ1ЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА
Наведено токсиколопчш характеристики деяких хiмiчних барвниюв, замаслювачiв, емульгатс^в, вiдновлювачiв, просочувачiв для тканин, !х вплив на оргашзм людини.
Ключовг слова: барвники, текстильна промисловють, вплив, гранично допусти-мi концентраци.
У текстильнш промисловостi сьогодш досить широко використову-ють хiмiчнi речовини як барвники, замаслювачi, емульгатори, вiдновлювачi, просочувачi для тканин. 1з середнiх вiкiв е вiдомостi лiкарiв про захворюван-ня, якi виникали в процеш ткацтва, виготовлення шовку та килимiв, унасль док контакту зi шкiдливими речовинами, парами i пилом.
Результати дослiджень сучасних вчених свщчать, що текстильне ви-робництво супроводжуеться використанням та видiленням певно! кiлькостi шкiдливих речовин, що мають токсичний вплив на оргашзм людини. Незнач-не вдаилення вiд меж допустимих концентрацiй може призвести до серйоз-них, навiть незворотних наслщюв. Велику групу хiмiчних речовин, як вико-ристовують у текстильнiй промисловосп, становлять барвники. Барвники за рiвнем токсичностi i безпеки подiляють на класи i групи. У робггниюв внасль док контакту з штробарвниками може виникати екзема, дерматит, спостерь гаеться пофарбування шкiри у колiр барвника.
Потрiбно зазначити, що робггаики часто використовують для вида-лення залишюв барвникiв з рук шкiдливi сумiшi, якi складаються з абразива та лугу. Токсична дiя оргашчних розчинникiв пов'язана з !хньою здатшстю розчинятися в жирах, а також iз !х леткiстю. Вони легко всмоктуються через слизову оболонку дихальних шляхiв, травного тракту, подразнюють шюру, спричинюють запальнi процеси.
Барвники дисперсний мщний жовтий 2К, дисперсний червоний Ж, ку-бовий яскраво-зелений Ж, кубовий блакитний ДО можуть стати причиною бронхиу, пневмонп, гастриту, ентероколпу, дерматиту. У кровi спостерь гаеться зниження кiлькостi еритроцитiв, лейкоцитiв та гемоглобшу. Унасль док ди пилу шрчистих барвникiв, таких як шрчистий чорний, сiрчистий яс-краво-зелений Ж, у пращвниюв можуть виникати дерматити, паодерматити, кон'юнктивп', екзема, ангiна, фаринпт, невралгiя.
