Производство уксусной кислоты биотехнологическим способом

14. Получение уксусной кислоты биотехнологическим способом.

Продуцентами уксусной кислоты являются уксуснокислые бактерии рода Acetobacter. Эти бактерии приспособлены к сахаристым и спиртовым субстратам, растут при сильно кислых условиях (рН = 4,0). К быстроокисляющим бактериям относят высокопроизводственный штамм Acetobacter curvum (курвум).

В качестве сырья для получения пищевого уксуса используют виноградное вино, пивное сусло, мед, соки различных фруктов и ягод после спиртового брожения или водный раствор этилового спирта для получения белого уксуса. Кроме спирта среда содержит уксусную кислоту и минеральные соли N, P, S, Mn, K. Иногда добавляют источники витаминов в виде различных экстрактов. Уксусная кислота служит источником углерода и энергии для бактерий.

Этот способ может быть непрерывным и периодическим. В течение длительного времени применяется адсорбирование уксуснокислых бактерий на древесной стружке, древесном угле, коксе и других субстратах. Пропуская раствор этанола через генераторы с иммобилизованными бактериями, получают 10-15 %-ный раствор уксусной кислоты. Из 100 л безводного спирта теоретически должно быть получено 103 л уксусной кислоты. На практике выход уксуса из 100 л этанола редко превышает 90 л, что связано с переокислением и неполным окислением этанола бактериями, а также с его испарением.

В столовом уксусе содержится 5-9 % уксусной кислоты. Уксус с концентрацией кислоты 20-30 % получают путем вымораживания исходного раствора. Путем перегонки получают 70-80 %-ную уксусную кислоту, называемую уксусной эссенцией. Ледяная уксусная кислота содержит 98,0-99,8 % кислоты.

Уксусную кислоту или уксус широко используют в пищевой промышленности. Уксус, полученный микробиологическим путем (пищевая уксусная кислота, столовый уксус), различается по сортам в зависимости от характера сбраживаемого субстрата. Известен яблочный, виноградный, грушевый и другие сорта уксуса.

15. Получение и использование аминокислот.

Существует несколько способов получения аминокислот. При производстве аминокислот могут быть использованы отходы мясоперерабатывающей промышленности (отходы обработки животного сырья, кровь и т.д.), яичный белок, казеин молока, клейковина пшеницы, соевый шрот и т.д. При переработке этого сырья все аминокислоты переходят в гидролизат, и для выделения отдельных аминокислот необходима сложная многостадийная очистка. Кроме того, само сырье считается дефицитным и дорогим, поэтому аминокислоты имеют высокую себестоимость.

Химический синтез аминокислот достаточно эффективен, однако его недостатком является то, что в процессе синтеза образуется смесь из биологически активной L-формы и D-изомера аминокислоты. D-форма является балластом, так как не усваивается животными и человеком, а некоторые D-формы аминокислот обладают токсическими свойствами. Разделение изомеров – дорогая и трудоемкая процедура. Синтетически производится незаменимая аминокислота метионин.

В настоящее время большую часть аминокислот производят с помощью микробного синтеза, причем микроорганизмы синтезируют только L-форму. Это значительно облегчает выделение и очистку аминокислот и позволяет получать препараты с низкой себестоимостью. Микроорганизмы, образующие аминокислоты, не накапливают их в клетке, а постоянно выделяют в питательную среду. Поэтому аминокислоты выделяют из фильтрата культуральной жидкости.

Глутаминовая кислота – первая аминокислота, полученная микробным синтезом. В промышленном производстве используют бактерии Corinebacterium glutamicum и Brevibacterium flavum и др. Условия сверхсинтеза глутамата натрия следующие.

Лизин образуют многие микроорганизмы: бактерии, актиномицеты, сине-зеленые водоросли, некоторые виды микроскопических грибов.

Триптофан образуют микроорганизмы бактериального и грибного происхождения: Aerobacter, Bacillus, Escherichia (E. coli), Sacсharomyces (S. сerevisiae), Candida и другие.

Некоторые аминокислоты используют в качестве приправ, так как они обладают определенными вкусовыми свойствами и могут сообщать продукту приятные аромат и вкус. Большое распространение имеет глутаминовая кислота и ее натриевая соль (глутамат натрия), которая является эффективным усилителем вкуса мясных и овощных блюд. Данную аминокислоту добавляют во многие продукты при консервировании, замораживании и длительном хранении. Растет спрос на глицин и аланин, которые также применяют в качестве приправ.

Источник

Биотехнологические процессы получения органических кислот.

Органические кислоты и их соли широко используются в пищевой, фармацевтической, кожевенной, текстильной, химической, металлургической и других отраслях промышленности. Большинство кислот, используемых для технических нужд, производится химическим путем на основе нефтехимического сырья и продуктов сухой перегонки древесины. В тех случаях, когда химический синтез кислот является сложным и экономически невыгодным, или если они имеют пищевое или медицинское назначение, кислоты производят микробиологическим путем. С помощью микроорганизмов может быть получено более 50 различных органических кислот, методы получения их разработаны достаточно подробно. В настоящее время только 6 органических кислот производится биотехнологическим путем в промышленном масштабе. Причем лимонную, глюконовую, кетоглюконовую и итаконовую кислоты производят только микробиологическим путем, а молочную и уксусную — как химическим, так и микробиологическим методами.

Уксусная кислота имеет наибольшее значение среди органических кислот. Ее используют при выработке многих химических веществ, включая каучук, пластмассы, волокна, инсектициды. Микробиологический способ производства уксусной кислоты состоит в превращении этанола в уксусную кислоту при участии бактерий Acetobacter иGluconobacter.Процесс идет в анаэробных условиях в режиме непрерывного культивирования продуцента.

Лимонную кислотушироко используют в пищевой (приготовление соков, кондитерских изделий), фармацевтической и косметической промышленности. Ею заменяют фосфаты в составе детергентов, так как она полностью метаболизируется живыми организмами и не загрязняет окружающую среду. Лимонная кислота образует хелаты с металлами, поэтому ее применяют для их очистки. Производят лимонную кислоту из сахара или из отходов его производства – мелассы, из содержащих глюкозу гидролизатов древесины и зерна. Мировое производство лимонной кислоты составляет более 300 тыс.т в год. Для промышленного производства лимонной кислоты используют, главным образом, культуру грибаAspergillus nigerиA. wentii.

Глюконовая, кетоглюконовая, итаконовая и молочная кислоты используются в пищевой промышленности в качестве подкислителей. Глюконат натрия, в виде которого обычно выделяют глюконовую кислоту, используют для извлечения металлов из руд, борьбы с коррозией, как моющее средство, в качестве медицинского препарата. Итаконовая кислота применяется при производстве пластмасс и красителей. Молочную кислоту используют при выделке кож и как сырье для производства биоразлагаемого полимера полилактата.

Получение продуктов брожения. Интенсивные технологии получения этанола.

Для производства спирта используют любое крахмалсодержащее сырье (все виды зерновых культур, картофель). Также используют сахаросодержащее сырье: свеклосахарную, тростниковую, сырцовую мелассу, сахар-сырец и др.

Технология производства этилового спирта состоит из ряда последовательных стадий: подготовка крахмалсодержащего сырья, разваривание крахмалсодержащего сырья, осахаривание разваренной массы, приготовление дрожжей, сбраживание осахаренного сусла, выделение спирта из бражки и его ректификация.

Подготовка крахмалсодержащего сырья включает его очистку от примесей, измельчение зерна на молотковых или вальцовых дробилках до частиц размером менее 3 мм. Очистка картофеля происходит на гидравлическом транспортере, затем его моют в картофелемоечных машинах и измельчают на молотковых дробилках или картофелетерках.

Измельченное сырье смешивается с теплой водой в соотношении 1 : 2,5–3,5. После перемешивания зерновой замес (или картофельная кашица) поступает в аппарат для разваривания, цель которого заключается в разрушении клеточной структуры сырья и растворении крахмала. Разваривание проводят в цилиндроконических аппаратах при нагревании острым паром под давлением не менее 0,4–0,6 МПа.

Процесс разваривания может проводиться периодическим, полунепрерывным или непрерывным способами. Наиболее распространено непрерывное разваривание. Измельченное сырье подогревается сначала вторичным, затем острым паром до температуры разваривания и выдерживается при этой температуре, продвигаясь по варочным аппаратам.

После 1 ч пропаривания при 90 °С в результате открытия нижнего клапана и резкого падения давления происходит как бы взрыв пропаренного сырья, и оно продавливается в аппарат (затиратель).

Разваренную массу охлаждают до температуры +57…61 °С (в зависимости от вида осахаривающего материала и способа осахаривания). Осахаривание охлажденной разваренной массы осахаривающими материалами (солодовым молоком или ферментными препаратами) проводят периодическим или непрерывным способом.

В результате получают продукт – сусло спиртового производства. Оно имеет массовую долю сухого вещества 16-18%, в том числе 13-15% сбраживаемых Сахаров. Оса харенное сусло (затор) охлаждают до температуры +18…22 °С в теплообменниках или с помощью вакуума.

Дата добавления: 2020-04-08 ; просмотров: 561 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

«БИОТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ И БЕЛКОВЫХ ПРЕПАРАТОВ ИЗДАТЕЛЬСТВО ТГТУ УДК 663.18(075) ББК Л791я73 М91 Р е ц е н з е н т ы: Кандидат сельскохозяйственных наук, заместитель директора . »

Е.И. МУРАТОВА, О.В. ЗЮЗИНА,

БИОТЕХНОЛОГИЯ

ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ И

БЕЛКОВЫХ ПРЕПАРАТОВ

ИЗДАТЕЛЬСТВО ТГТУ

Р е ц е н з е н т ы:

Кандидат сельскохозяйственных наук,

заместитель директора плодоовощного института

Мичуринского государственного аграрного университета З.Н. Тарова Кандидат химических наук, доцент кафедры химической технологии органических веществ Т.П. Дьячкова Муратова, Е.И.

М91 Биотехнология органических кислот и белковых препаратов:

учебное пособие / Е.И. Муратова, О.В. Зюзина, О.Б. Шуняева. – Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2007. – 80 с. – 100 экз. – ISBN 978-5-8265-0655-4.

Представлены теоретические основы технологии органических кислот, ферментных препаратов и белковых изолятов. Рассмотрены технологические приемы биосинтеза, выделения, концентрирования и очистки биомассы и продуктов метаболизма в лабораторных условиях. Приведены вопросы для контроля знаний теоретических основ биотехнологии и техники лабораторных работ.

Предназначено для студентов 4 курса специальности 240902 «Пищевая биотехнология».

УДК 663.18(075) ББК Л791я73 ГОУ ВПО «Тамбовский государственный ISBN 978-5-8265-0655-4 технический университет» (ТГТУ), 2007 Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» Е.И. Муратова, О.В. Зюзина, О.Б. Шуняева

БИОТЕХНОЛОГИЯ

ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ И БЕЛКОВЫХ

ПРЕПАРАТОВ

Утверждено Ученым советом университета в качестве учебного пособия для студентов 4 курса специальности 240902 «Пищевая биотехнология» Тамбов Издательство ТГТУ Учебное издание МУРАТОВА Евгения Ивановна, ЗЮЗИНА Ольга Владимировна, ШУНЯЕВА Оксана Борисовна

БИОТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ И

БЕЛКОВЫХ ПРЕПАРАТОВ

Учебное пособие Редактор З.Г. Ч е р н о в а Инженер по компьютерному макетированию М.Н. Р ы ж к о в а Подписано в печать 07.12.2007.

Формат 60 84/16. 4,65 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 793 Издательско-полиграфический центр Тамбовского государственного технического университета 392000, Тамбов, Советская, 106, к. 14

ВВЕДЕНИЕ

Биотехнология – междисциплинарная область научно-технического прогресса, возникшая на стыке биологических, химических и технических знаний, целью которой является промышленное производство товаров и услуг с использованием живых организмов, биологических систем и процессов. Важной отраслью биотехнологии является пищевая биотехнология, которая направлена на решение проблем дефицита продуктов питания, повышения их качества и разработки новых пищевых продуктов с использованием биотехнологических методов и приемов.

В учебном пособии представлен ряд традиционных и новых направлений пищевой биотехнологии.

К традиционным направлениям пищевой биотехнологии относится получение органических кислот – лимонной, молочной, яблочной, уксусной, янтарной, которые широко используются в пищевой промышленности в качестве регуляторов кислотности и консервантов. В теоретической части пособия рассмотрен химизм образования уксусной, лимонной и молочной кислот, приведены эскизные схемы их получения, основные характеристики стадии биосинтеза.

Целью лабораторных работ является формирование у студентов практических навыков биосинтеза органических кислот и изучение влияния состава питательных сред на выход целевого продукта.

К новым направлениям пищевой биотехнологии, представленным в пособии, относится получение белковых препаратов, включающих в себя производство ферментов, белковых продуктов, концентратов и изолятов.

В связи с широким использованием ферментов в различных отраслях пищевой промышленности важным является формирование у будущих специалистов теоретических знаний и практических навыков получения, выделения и очистки ферментных препаратов. В пособии рассмотрены особенности поверхностного и глубинного способов получения ферментных препаратов различной степени очистки. Лабораторные работы посвящены изучению условий твердофазного культивирования и режимов выделения на активность ферментных препаратов.

Наиболее дефицитным компонентом пищи является белок, для получения которого можно использовать процессы биоконверсии растительного и минерального сырья микроорганизмами. В теоретической части пособия приведены эскизные схемы и описаны технологические режимы получения белоксодержащих продуктов с использованием микроорганизмов и их ферментных систем. Лабораторный практикум позволяет студентам получить навыки выделения белковых препаратов и определения их физико-химических характеристик.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ

ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ И БЕЛКОВЫХ ПРЕПАРАТОВ

1. БИОТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ

Несмотря на значительный прогресс в области органического синтеза многие кислоты (лимонная, молочная, итаконовая, уксусная и др.) получают в настоящее время микробиологическим синтезом. Органические кислоты находят широкое применение в фармацевтической, химической, текстильной и других отраслях промышленности. Пищевая промышленность традиционно является основным потребителем лимонной, уксусной и молочной кислот, так как продукты естественного брожения более предпочтительны, чем синтетические кислоты в связи с безвредностью для организма человека содержащихся в них примесей.

Для получения пищевой уксусной кислоты используется способность уксуснокислых бактерий окислять этиловый спирт до уксусной кислоты. Реакцию образования уксусной кислоты катализирует окислительный фермент алкогольоксидаза. Этот сложный многоступенчатый процесс выражается суммарным уравнением

Основные характеристики биотехнологической стадии производства уксусной кислоты представлены в табл. 1.1.

Молочная кислота CH3CHOHCOOH образуется в результате анаэробного превращения углеводов молочнокислыми бактериями. Схема биосинтеза молочной кислоты ферменты гликолиза C6H12O6

В промышленных условиях пищевую молочную кислоту получают методом глубинного культивирования с помощью гомоферментативных термофильных бактерий. Эскизная схема производства молочной кислоты представлена на рис. 1.2.

Посевной Питательная материал среда

Основные характеристики биотехнологической стадии производства молочной кислоты представлены в табл. 1.2.

Лимонная кислота широко распространена в плодах и ягодах. Она находит применение в пищевой, химической и текстильной промышленности, медицине.

Производство лимонной кислоты основано на культивировании микроскопических грибов Aspergillus niger, которые сбраживают сахара питательной среды, образуя лимонную кислоту. Этот процесс может быть выражен суммарным уравнением

С12Н22О11 + 3О2 2С6Н8О7 + 3Н2О. сахароза лимонная кислота

Синтез лимонной кислоты связан с циклом трикарбоновых кислот и происходит в результате конденсации какой-либо кислоты, содержащей четыре атома углерода и две карбоксильные группы, с кислотой, содержащей два атома углерода и одну карбоксильную группу. Химизм образования лимонной кислоты представлен на рис. 1.3.

В результате гликолиза глюкозы образуется пировиноградная кислота. На следующем этапе происходит ферментативное связывание пировиноградной кислоты с диоксидом углерода. Образовавшаяся щавелевоуксусная кислота вступает далее в реакцию с уксусной кислотой и образуется лимонная кислота. Таким образом, химизм образования лимонной кислоты включает реакции гликолиза и ряд реакций, замкнутых в цикл Кребса. При каждом обороте этого цикла молекула щавелевоуксусной кислоты вступает во взаимодействие с молекулой уксусной кислоты, образуя лимонную кислоту.

Перевод лимонной кислоты в свободное состояние и отделение ее от оксалата кальция достигается обработкой осадка серной кислотой с последующим фильтрованием и промывкой осадка. Отфильтрованный раствор подают на двухстадийное упаривание с промежуточным освобождением от осадка гипса и кристаллизацию. В товарном продукте должно содержаться не менее 99,5 % лимонной кислоты в пересчете на моногидрат.

2. БИОТЕХНОЛОГИЯ БЕЛКОВЫХ ПРЕПАРАТОВ

К группе белковых препаратов, получаемых биотехнологическим способом, относятся ферментные препараты, аминокислоты, белковые концентраты и белковые изоляты. Из перечисленных групп белковых препаратов в пищевой промышленности в настоящее время наиболее широко используются ферментные препараты.

Ферменты обладают уникальными свойствами (эффективность и специфичность действия, нетоксичность, способность работать в мягких условиях, перерабатывать различное сырье растительного и животного происхождения, в том числе и отходы), в связи с чем их применение в промышленности выгодно с экономической и экологической точек зрения.

Классификация ферментов по типу катализируемых реакций представлена в табл. 2.1.

Для крупномасштабного получения ферментов пригодны только некоторые растительные организмы на определенной фазе их развития (проросшее зерно различных злаков и бобовых, сок зеленой массы растений), а также отдельные ткани и органы животных (поджелудочная железа, сычуг крупного рогатого скота). Практически неограниченный источник ферментов – микроорганизмы, содержащие набор большинства известных в настоящее время энзимов, количество которых можно повысить в десятки и сотни раз методами мутагенеза, селекции и индукции биосинтеза.

Из более чем 2000 известных в настоящее время ферментов в промышленности используется около 30. Основная часть ферментов, поступающих на мировой рынок, приходится на долю гидролаз. По прогнозам ученых, основным потребителем ферментов в ближайшем будущем останется пищевая промышленность. Главное место среди ферментов для пищевой промышленности занимают глюкоизомераза и глюкоамилаза, применяющиеся для получения обогащенных фруктозой сиропов и составляющие около 50 % рынка пищевых энзиматических препаратов. Все большее развитие в пищевой промышленности получают технологические процессы с участием сложных энзиматических систем, включающих коферменты. Примеры применения ферментов в пищевой промышленности приведены в табл. 2.2.

2.2. Применение ферментов в пищевой промышленности

Препараты ферментов, вырабатываемые промышленностью, кроме основного фермента (комплекса ферментов) содержат различные балластные вещества. Название ферментных препаратов складывается из сокращенного названия основного фермента и видового названия микроорганизма-продуцента. Например, препарат, содержащий в своей основе амилолитические ферменты и полученный при помощи культуры Aspergillus oryzae, называется амилоризин. В названии препарата указывается также способ культивирования и степень концентрирования и очистки:

Амилоризин Г 10Х

II III IV V

I – название основного фермента; II – название микроорганизма-продуцента; III – окончание; IV – способ культивирования:

«П» – поверхностный, «Г» – глубинный; V – степень очистки (концентрирования):

«Х» – поверхностная культура или культуральная жидкость; «2Х» – концентрированные растворы ферментов, освобожденные от биомассы; «3Х» – высушенные препараты «2Х»; «10Х» – осажденные органическими растворителями и солями; «15Х» – «30Х» – очищенные от балластных веществ и других ферментов с использованием различных методов очистки и фракционирования.

Производство ферментных препаратов микробного происхождения может осуществляться поверхностным и глубинным методами.

Поверхностный метод заключается в культивировании микроорганизмов на поверхности увлажненной стерилизованной сыпучей питательной среды, размещенной в кюветах. Инкубацию микроорганизмов ведут в специальном термостатируемом цехе при постоянном контроле в нем температуры, влажности и расхода воздуха. Основные параметры поверхностного способа получения ферментов приведены в табл. 2.3.

Для выращивания продуцентов ферментов глубинным методом в промышленных условиях используют ферментаторы из нержавеющей стали, снабженные устройствами для перемешивания и подачи в жидкую питательную среду стерильного воздуха.

Сначала ферментатор заполняют питательной средой, стерилизуют ее, затем засевают чистой культурой, подаваемой из специального генератора. Для предотвращения инфицирования в ферментере поддерживают повышенное давление наряду с оптимальными значениями рН, температуры, окислительно-восстановительного потенциала и другими условиями культивирования. Основные параметры глубинного способа получения ферментов приведены в табл. 2.4.

2.4. Глубинный способ производства ферментов

В настоящее время наиболее прогрессивным признан проточный метод культивирования микроорганизмов, который обеспечивает непрерывную подачу в ферментатор как питательной среды, так и посевного материала. Основное достоинство метода – возможность длительное время поддерживать в автоматическом режиме рост культуры микроорганизмов.

Выделение и очистка ферментов – весьма трудоемкая и дорогостоящая процедура, поэтому если фермент можно использовать в виде неочищенного препарата, его не очищают. Например, в пивоваренной промышленности применяются ферментные препараты, представляющие собой высушенную биомассу плесневых грибов. В большинстве отраслей пищевой промышленности используют очищенные ферментные препараты, частично или полностью освобожденные от балластных веществ. Исходным материалом для получения препаратов ферментов служат: биомасса продуцента, фильтрат культуральной жидкости, экстракт из культуры микроорганизмов.

Неочищенные ферментные препараты получают путем высушивания в мягком режиме культуры микроорганизмов вместе с остатками питательной среды. Такие препараты получают и путем упаривания экстракта из культуры продуцента, выращенного поверхностным способом, или из фильтрата культуральной жидкости в случае глубинного выращивания микроорганизмов. Технические препараты ферментов представляют собой либо высушенные до порошкообразного состояния продукты, либо жидкие концентраты с содержанием 50 % сухих веществ.

Эскизная схема производства неочищенных ферментных препаратов представлена на рис. 2.1.

Поверхностная Культуральная культура жидкость

Для выделения ферментов из клетки необходимо очень тонкое измельчение исходного материала вплоть до разрушения субклеточных структур. Для этого используют специальные мельницы и гомогенизеры, а также ультразвук, метод попеременного замораживания и оттаивания биомассы. Для высвобождения ферментов из мембранных структур клетки к гомогенатам добавляют небольшое количество детергентов или обрабатывают их энзимами – лизоцимом, целлюлазой, лецитиназой. Особое внимание при выделении ферментов уделяют проведению всех операций в условиях, исключающих денатурацию белка (нейтральные значения рН, стабилизирующие добавки в виде защитных белков, солей и др.).

В зависимости от свойств выделяемого фермента и сопутствующих ему балластных веществ при получении очищенных ферментных препаратов комбинируют различные приемы и методы, такие, как термическое фракционирование, осаждение органическими растворителями и солями, очистка на молекулярных ситах, ионообменная хроматография, электрофорез и др. На заключительных этапах очистки часто используют аффинную хроматографию, которая основана на способности ферментов избирательно связывать те или иные лиганды. Очищенные ферментные препараты хранят при низких температурах с добавлением стабилизаторов, в качестве которых используют глицерин, моно и дисахариды, желатин.

Эскизные схемы производства очищенных ферментных препаратов, частично освобожденных от балластных веществ представлены на рис. 2.2 и 2.3.

Схема получения полностью очищенного фермента -амилазы в кристаллическом виде представлена на рис. 2.4.

Важным этапом развития инженерной энзимологии стала разработка способов получения и использования иммобилизованных ферментов – искусственно связанных с инертным нерастворимым носителем, но сохраняющих свои каталитические свойства.

В настоящее время иммобилизованные ферменты используются в процессах биоконверсии – превращения одних органических соединений в другие под действием ферментных систем микроорганизмов. В технологии биоконверсии наряду с ферментами широко используют клетки микроорганизмов как в свободном, так и в иммобилизованном состоянии.

Классическими примерами биоконверсии служат процессы получения продуктов брожения спиртов, органических кислот (уксусной, молочной, глюконовой, лимонной) из углеводных субстратов, ферментативное превращение глюкозы во фруктозу и т.д.

Большинство промышленно важных процессов биоконверсии осуществляется путем многоступенчатого превращения субстрата в конечный продукт с участием нескольких ферментов или ферментных систем. Технологическое преимущество биоконверсии по сравнению с процессами химических превращений веществ состоит в том, что необходимые катализаторы синтезируются культурой микроорганизма и конверсия может быть осуществлена в одну технологическую стадию. Кроме того, ферментативные процессы в живых системах энергетически более выгодны, чем химический синтез.

Процессы биоконверсии могут осуществляться по различным технологическим схемам, в зависимости от состава сырья, его доступности действию ферментных систем микроорганизмов, заданной характеристики целевого продукта (рис.

2.5). В процессах биоконверсии используют необработанное растительное сырье («прямая» биоконверсия), или сырье, подвергнутое предварительной обработке механическими, химическими, электрохимическими, радиационными методами, а также с помощью ферментных препаратов. Прямая биоконверсия целесообразна при переработке жидких субстратов с достаточно высоким содержанием легкоусвояемых соединений углерода и азота. При переработке твердых субстратов прямую биоконверсию применяют при наличии микроорганизмов с мощными ферментными системами, способными воздействовать на биополимеры сырья, прежде всего, на структурные полимеры.

Труднодоступное микробным ферментам сырье предварительно обрабатывают с целью повышения удельной поверхности, набухаемости, частичной или полной деструкции сложных биополимеров и их комплексов. Особое место занимает ферментативная обработка сырья, которая по сути является биоконверсионным процессом. Путем ферментативной обработки получают корма повышенной усвояемости, прежде всего, высокоэффективные углеводные корма, т.е. корма, содержащие большое количество легкоусвояемых сахаров.

Г15Х, Г20Х, П15Х, П20Х Вода Активированный Растворение I уголь

Мировой дефицит белка по данным из различных источников составляет 15…35 млн. т. При этом мировое производство пищевого белка за счет микробиологического синтеза, несмотря на многочисленные преимущества по сравнению с другими способами производства (использование дешевого сырья, высокая интенсивность синтеза белка, высокое содержание белка и незаменимых аминокислот в биомассе) составляет всего 20…25 тыс. т / год.

Схема получения пищевых белковых продуктов методом твердофазной ферментации представлена на рис. 2.7.

Смешивание компонентов субстрата

Основным критерием ценности белковых продуктов биоконверсии является содержание истинного белка и сырого протеина. Второй показатель всегда превышает первый, так как рассчитывается на основании содержания всех форм азота (сырой протеин = N-6,25). Соотношение истинного белка и сырого протеина в продуктах различно, так как определяется долей небелковых соединений в сумме азотсодержащих, которая зависит от многих факторов.

Существует шкала оценки качества пищевых и кормовых белковых продуктов на основании содержания белка.

Пищевые белоксодержащие продукты делят на три группы: белковые изоляты (содержание сырого протеина не менее 85 %), белковые концентраты (не менее 65 % сырого протеина) и белковые продукты (не менее 30 % сырого протеина).

Белковые продукты из пшеничных отрубей получают методом щелочной или кислотной экстракции. По первому способу отруби обрабатывают 0,2 %-ным водным раствором гидроксида натрия при 50…60 °С и получают экстракт, от которого центрифугированием или прессованием отделяют нерастворимый остаток. Экстракт центрифугируют и получают крахмалобелковый продукт и осветленный экстракт. Из осветленного экстракта при подкислении соляной кислотой осаждают белок, который отделяют центрифугированием от сыворотки, промывают и сушат (рис. 2.8).

Раствор NaOH Отруби

Технология производства соевых белковых концентратов предусматривает три способа очистки белков от углеводов: кислая промывка соевой обезжиренной муки при рН 4,5; экстракция белкового лепестка 20…80 %-ным раствором этанола; денатурация белка посредством влаготепловой обработки с последующей экстракцией водой (рис. 2.9). Функциональные свойства таких белков при необходимости улучшают обработкой паром или гомогенизацией.

Рис. 2.9. Схема производства соевых белковых концентратов Эскизная схема получения соевых белковых изолятов приведена на рис. 2.10.

Для получения белковых препаратов из биомассы дрожжей используют автолиз и ферментативный лизис с помощью дрожжелитических ферментных препаратов и протеаз обычного типа.

Технологический автолиз дрожжей проводят в условиях подавления роста и активации цитоплазматических деполимераз. При блокировании роста автолиз клеточных стенок происходит слабо, и значительная часть стеночного материала может быть отделена в конце процесса в виде крупных структурных фрагментов. Активация цитоплазматических деполимераз приводит к накоплению продуктов гидролиза белков и нуклеиновых кислот. За счет этого в заключительной фазе автолиза происходит снижение рН реакционной среды. Регистрация рН является простым методом контроля автолиза:

стабилизация рН свидетельствует об окончании процесса. Этот метод применим и при проведении лизиса дрожжей с помощью ферментных препаратов. Распространенным методом контроля является также определение содержания свободного аминного азота, нарастающего в процессе протеолиза.

Технологический автолиз пекарских дрожжей проводят при температуре 45…53 °С в присутствии плазмолизирующих агентов: толуола, хлороформа, этанола, поваренной соли и др. В суспензии биомассы создают рН 5,5…6,5. В ходе автолиза чаще всего рН не регулируют: при естественном изменении рН чередуются оптимальные условия для действия различных деполимеризующих ферментов, что повышает эффективность процесса в целом. Содержание сухих веществ в суспензии варьирует в пределах от 1 до 20 %, снижение концентрации биомассы в этих пределах приводит к интенсификации автолиза.

Рациональной считают концентрацию около 10 %. Продолжительность автолиза составляет 15…30 ч, а при предварительной механической дезинтеграции замороженной биомассы – 5…6 ч.

Рис. 2.11. Схема получения белковых изолятов из дрожжей Способ комплексной переработки биомассы пекарских дрожжей, разработанный отечественными учеными, предполагает проведение автолиза 20 % суспензии дрожжей в присутствии 1 % толуола, в течение 15…20 ч при 45…50 °С.

Последующее фракционирование автолизата включает: отделение клеточных стенок дрожжей центрифугированием, обесцвечивание жидкой фазы автолизата, удаление нуклеиновых соединений и пептидов сорбцией на анионите, сорбцию аминокислот из очищенного раствора предыдущей стадии на катионите и их последующую элюцию раствором аммиака.

Получаемая смесь аминокислот содержит все незаменимые и заменимые аминокислоты в пропорциях, характерных для высокопитательных белковых продуктов. Содержание свободных аминокислот составляет около 70 % от белка автолизированной биомассы, около 25 % белка гидролизовано до низших пептидов.

По схеме (рис. 2.11) из 50 кг дрожжей с влажностью 75 % получают 2…3 кг смеси аминокислот, 0,3…0,5 кг нуклеиновых компонентов и около 6 кг клеточных стенок, из которых можно дополнительно выделить 0,035…0,045 кг эргостерина. Аминокислотная смесь используется для лечебного питания, а также в качестве добавок (2…3 %) в макаронные и мучные кулинарные изделия, что увеличивает их биологическую ценность на 20…40 %. Неочищенный дрожжевой автолизат, приготовленный с использованием нетоксичных плазмолитиков, может применяться как кормовая добавка в птицеводстве, рыбоводстве и звероводстве.

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ПОЛУЧЕНИЮ

ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ И БЕЛКОВЫХ ПРЕПАРАТОВ

ПОЛУЧЕНИЕ УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ

Цель работы: изучение культивирования уксуснокислых бактерий и определение количества образовавшейся уксусной кислоты.

Для получения пищевой уксусной кислоты используется способность уксуснокислых бактерий с помощью фермента алкогольоксидазы окислять этиловый спирт. Способностью превращать этиловый спирт в уксусную кислоту обладают различные виды уксуснокислых бактерий. Типичным представителем уксуснокислых бактерий является Acetobacter aceti.

Это мелкие бесспоровые палочки, часто соединенные в цепочки, развиваются только при доступе воздуха. При промышленном получении уксусной кислоты используют Bacterium schutzenbachii и Bacterium curvum. Это грамотрицательные спорообразующие палочки, снабженные жгутиками, размером 0,4…0,8 мкм. Важным показателем является и предельная концентрация спирта в сбраживаемой среде. Для Bacterium schiitzenbachii она составляет 6…7 об. %, для Bacterium curvum – 9…14 об. %.

Для выращивания Acetobacter aceti в лабораторных условиях используется минеральная среда Лойцянской состава, г/л:

(NH4)2HPO4 – 1,0; KH2PO4 – 0,5; MgSO4 – 0,5. Источником углерода служит этиловый спирт, добавляемый ежедневно в количестве 0,2…0,5 % от объема среды. Среда разливается тонким слоем в конические колбы с ватными пробками. Для засева используется двух-, трехсуточная культура Acetobacter aceti на жидкой среде. Выращивание ведется при 30° в течение пяти-семи суток.

В конце опыта определяется количество образовавшейся уксусной кислоты.

В стационарной культуре Acetobacter aceti растет на поверхности среды, образуя тонкую нежную пленку, которая по мере роста опускается на дно в виде хлопьевидного осадка. При производственном культивировании в глубинных условиях необходимо бесперебойное аэрирование, кратковременные перерывы в подаче воздуха приводят к гибели культуры. При недостатке спирта в среде накопленная уксусная кислота перекисляется до конечных продуктов: СО2 и Н2О.

Промышленное производство уксусной кислоты включает следующие технологические стадии:

1) получение посевного материала;

2) подготовка питательной среды;

3) уксуснокислое брожение;

4) концентрация и розлив готового продукта.

Известны три способа производства уксусной кислоты.

Орлеанский (французский), или медленный способ. Окисление ведется в специальных чанах. Исходная питательная среда состоит из 2 %-ной уксусной кислоты и 4 %-ного сухого вина крепостью 9…12 %. Заражение уксуснокислыми бактериями происходит самопроизвольно из воздуха. Брожение ведут при температуре 30…20 °С, снижая температуру к концу брожения. В конце брожения получают уксус с содержанием 5…6 % кислоты. Уксус, полученный по Орлеанскому способу, обладает, так же как и вино, «букетом», придающим ему высокое качество.

Немецкий, или быстрый способ. Окисление спирта происходит в особых генераторах или чанах, заполненных буковыми стружками, на которых поселяются уксуснокислые бактерии. Большая поверхность стружек создает для бактерий хорошие условия аэрации. Перед началом процесса стружки пропитывают уксусной кислотой. Затем в них вносят затор (питательную среду), приготовленную из 6 %-ного уксуса и 3 %-ного этилового спирта. После окисления получают уксус, содержащий 9 %-ную уксусную кислоту. Затор, окисляясь, одновременно фильтруется через эти же буковые стружки.

Ежедневно полученную уксусную кислоту делят на две неравные части: 2/3 его идут на приготовление нового затора и 1/3 – на расфасовку.

В промышленных условиях уксуснокислое брожение проводят непрерывным способом при глубинном проточном культивировании уксуснокислых бактерий в батарее последовательно соединенных аппаратов. Для этого способа наилучшим сырьем для уксуснокислых бактерий является этиловый спирт, полученный из зернокартофельного сырья.

Выращивание бактерий ведут при температуре 28…37 °С при рН среды 3,0…3,2 при концентрации спирта 7…15 %. После накопления 8 %-ной уксусной кислоты развитие бактерий замедляется и при ее содержании в пределах 12…14 % рост бактерий полностью прекращается.

На жизнедеятельность уксуснокислых бактерий большое влияние оказывает реакция среды. Принято считать, что оптимальный рН для их развития находится в пределах 3…3,2, однако избыток уксусной кислоты в сбраживаемой среде угнетает жизнедеятельность бактерий-продуцентов. После накопления 8 % уксусной кислоты развитие бактерий замедляется и при содержании 12…14 % кислоты полностью прекращается. Для сохранения естественной чистоты бактериальной популяции оптимальной считается концентрация кислоты около 10 %. Важным показателем является и предельная концентрация спирта в сбраживаемой среде. Для Bacterium schiitzenbachii она составляет 6…7 об. %, для Bacterium curvum – 9…14 об. %.

В промышленности уксуснокислое брожение проводят в батарее, состоящей из пяти последовательно соединенных ферментаторов.

Перед розливом уксусную кислоту осветляют, пропуская через слой бентонита, или бентонит добавляют в уксусную кислоту и туда же вносят немного лимонной кислоты, после перемешивания производят отделение уксусной кислоты, пропуская ее через фильтр-пресс. Из 100 л безводного спирта получают 75…90 кг уксусной кислоты. Из товарных форм уксусной кислоты известны: столовый уксус (6 и 9 %), чистая пищевая (70…80 %), чистая уксусная (70…80 %), безводная или ледяная (98…99,8 %). Для получения уксусной эссенции или ледяной уксусной кислоты уксусную кислоту концентрируют с помощью ректификации, Кроме перечисленных товарных форм в кулинарии широко используют фруктовый уксус. Фруктовый уксус отличается от обычного уникальностью лечебных свойств и удивительным набором компонентов, так как в него практически без потерь переходят все полезные вещества фруктов (макро- и микроэлементы, витамины, ферменты, аминокислоты, уксусная, пропионовая, молочная, лимонная и другие кислоты). В технологию получения фруктового уксуса входят стадии измельчения сырья, приготовления сусла, спиртового брожения, фильтрации (процеживания) бражки, уксуснокислого брожения. Оптимальной для роста уксуснокислых бактерий считается температура 26…28 °С. Через два-три месяца жизнедеятельности уксуснокислых бактерий винный спирт превращается в уксус, который отличается натуральной мутностью и ароматом фруктов.

1. В колбы вместимостью 500 мл внести 50 мл указанной среды.

2. Определите рН среды при помощи рН-метра. Для этого прибор через адаптер подключите к сети переменного тока 220 В. Электроды (сравнения, вспомогательный и термокомпенсации) промыть дистиллированной водой, осушить и погрузить в исследуемую жидкость. Уровень погружения электрода в жидкость, для бесперебойной работы рН-метра, должен быть выше 16 мм. Включить прибор нажатием кнопки On/Off, а кнопкой mV/рН выбрать режим измерения рН.

Через 30…60 с снять показания и выключить прибор кнопкой On/Off.

3. Колбы со средами, закрыв ватной пробкой и бумажным колпачком, простерилизовать в автоклаве в течение 30 мин при температуре 121 °С.

4. В охлажденную стерильную среду внести 0,5 мл посевного материала. В среду Лойцянской добавить 2-3 капли 96 % этилового спирта.

5. Колбы поместить в термостат при 30 °С. В среду Лойцянской ежедневно вносить 2-3 капли 96 % этилового спирта.

6. Первую колбу извлечь из термостата через семь дней.

7. По окончании выращивания Acetobacter aceti описать культуральнные признаки (наличие пленки, ее вид, осадок, запах и т.д.) и микроскопическую картину (форму, размер бактерий).

8. Отделить накопившуюся биомассу фильтрованием через складчатый фильтр.

9. Определить рН фильтрата при помощи рН-метра.

10. Провести качественную реакцию на уксусную кислоту. Для этого 10 мл фильтрата перенести пипеткой в стакан на 100 мл, добавить одну – две капли фенолфталеина и нейтрализовать 10 %-ным раствором соды (до появления устойчивой бледно-розовой окраски). Если в фильтрате присутствует уксусная кислота, то при добавлении раствора хлорида железа (III), раствор приобретет красно-бурое окрашивание вследствие образования ацетата железа (III).

11. Определить количество образовавшейся уксусной кислоты в процентах. Для этого 10 мл фильтрата перенести пипеткой в стакан на 100 мл, добавить 10 мл воды и 2-3 капли фенолфталеина, титровать 0,1 н раствором NaOH до слаборозовой неисчезающей окраски. Количество образовавшейся уксусной кислоты в процентах вычислить по формуле (1.1):

где a – число миллилитров 0,1 н раствора NaOH, пошедшего на титрование; б – число миллилитров культуральной жидкости, взятой для титрования; K – поправка щелочи; 0,006 – количество граммов уксусной кислоты, соответствующее 1 мл 0,1 н раствора NaOH.

12. Последующие колбы извлечь из термостата через 14 (21, 28) дней и повторить пп. 7 – 11.

13. Все полученные результаты свести в табл. 1.1.

14. Построить графики зависимости накопления уксусной кислоты и уровня рН от длительности культивирования.

В а р и а н т 2. ПОЛУЧЕНИЕ ФРУКТОВОГО УКСУСА ИЗ СУХОГО ВИНА

1. Приготовить сухое вино с концентрацией спирта 6…7 % об. Для этого с помощью спиртометра определить содержание алкоголя и довести его количество до требуемого путем добавления кипяченой водопроводной воды.

2. В колбы вместимостью 500 мл цилиндром налить 100 мл подготовленного сухого вина, внести пипеткой 1 мл посевного материала и закрыть ватной пробкой.

3. Колбы поместить в термостат при 30 °С. Далее выполнять работу согласно пунктам 6 – 13 варианта 1.

1.1. Экспериментальные данные

1. Почему органические кислоты, полученные микробиологическим синтезом, предпочтительнее использовать в пищевой промышленности, чем кислоты, полученные органическим синтезом?

2. Какие микроорганизмы являются продуцентами уксусной кислоты?

3. Приведите уравнение процесса образования уксусной кислоты.

4. Перечислите товарные формы уксусной кислоты. Чем отличаются технологии получения различных товарных форм?

5. Как производится выращивание Acetobacter aceti в лабораторных условиях на синтетической среде Лойцянской и на основе сухого вина?

6. Перечислите культуральные и морфологические признаки Acetobacter aceti.

7. Какие факторы влияют на процесс культивирования уксуснокислых бактерий и количество образовавшейся уксусной кислоты?

8. Какой способ используют для промышленного получения уксусной кислоты и чем он отличается от используемых ранее способов?

Лабораторная работа 2

ПОЛУЧЕНИЕ БЕЗАЛКОГОЛЬНОГО НАПИТКА ПРИ

ВЫРАЩИВАНИИ КОМПЛЕКСА МИКРООРГАНИЗМОВ

ЧАЙНОГО ГРИБА

Цель работы: ознакомиться с симбиозом микроорганизмов в природе и использованием этого явления в практических целях.

В природе широко распространен симбиоз микроорганизмов, и это можно наблюдать в чайном грибе, в котором совместно развиваются дрожжи (дрожжевые грибки) и уксуснокислые бактерии. Таким образом, чайный гриб – это культура двух одновременно живущих микроорганизмов, образующих толстую слизистую пленку на поверхности подсахаренного чайного настоя. В результате их жизнедеятельности и образуется чайный квас, приобретающий слегка газированный кисловато-сладкий вкус. В банке готового чайного настоя можно видеть, что на поверхности прозрачно-буроватой жидкости «плавает» толстый диск: сверху белый, плотный и блестящий, снизу – сероватый и рыхлый. Научное название чайного гриба

– медузомицет – обусловлено сходством с медузой.

Тело чайного гриба представляет собой колонию дрожжей и уксуснокислых бактерий. Дрожжи, занимающие нижнюю часть слоевища гриба, перерабатывают содержащиеся в растворе сахар на спирт и углекислый газ (диоксид углерода), тем самым подготавливая питательную среду для уксуснокислых бактерий, которые склеены между собой особым веществом и образуют верхнюю, плотную часть гриба. Состав уксуснокислых бактерий неодинаков, а поэтому и вырабатываемые ими вещества неоднородны. Одни из них окисляют образованный дрожжами этиловый спирт в уксусную кислоту, другие превращают сахарозу в глюкозу и фруктозу и окисляют моносахара до глюконовых кислот. Образовавшиеся кислоты используются дрожжами для синтеза витаминов, необходимых для развития уксуснокислых бактерий.

Предполагают, что колонии дрожжевых грибков и уксуснокислых бактерий произошли от микроорганизмов, населяющих почвы Приморского края, которые с мельчайшими частицами земли, прилипшими к корням женьшеня или копытня, попадали в настой и, очутившись в благоприятных условиях, бурно размножались, образуя колонию в виде пленки на поверхности жидкости. Вероятно, так и возникла культура чайного гриба, которая затем распространилась чуть ли не по всему земному шару.

Во многих аптеках Европы настой чайного гриба продается и пользуется большой популярностью. Концентрированный чайный гриб, запатентованный в Германии под названием «Комбука», сохраняет все необходимые активные вещества чайного гриба, за исключением уксусной кислоты и спирта. Установлено, что в состав напитка чайного гриба входят вещества, жизненно необходимые для организма человека: витамины С, группы В, Р и D; органические кислоты (уксусная, глюкуроновая, щавелевая, молочная, лимонная); ферменты (каталаза, амилаза, протеаза, липаза). Кроме того, в нем присутствуют антибиотики, подавляющие развитие стафилококков, стрептококков и других бактерий. Наиболее благотворное влияние на организм оказывает глюкуроновая кислота, обладающая дезинтоксикационным действием.

Молочная кислота уничтожает вредную микрофлору кишечника и нормализует его функции. Чайный гриб эффективен при атеросклерозе, хорошо снимает повышенное артериальное давление, способствует уменьшению и даже прекращению головной боли, нормализует сон. Таким образом, постоянное употребление настоя чайного гриба улучшает самочувствие и даже излечивает от некоторых болезней.

Для получения наиболее качественного напитка следует брать только кипяченую воду, так как вода из-под крана содержит много кальция, который в кипяченой воде выпадает в осадок. Кальций в некипяченой воде соединяется с глюкуроновой кислотой, образуя на дне сосуда осадок глюконата кальция.

Для того чтобы получить качественный «чайный гриб», необходимо тщательно соблюдать чистоту на стадии его приготовления. Для создания оптимальных условий рекомендуется концентрация сахара в напитке 10 %, температура окружающей среды 25…30 °С, продолжительность настаивания – одна-две недели.

Обязательный компонент жидкости, в которой развивается гриб, – настой чая, который служит источником азотистых веществ для дрожжей и уксуснокислых бактерий и сахарозы – источник углерода.

1. Вскипятить 1 л воды, добавить в воду одну чайную ложку (или один пакетик) чая.

2. Через 15…20 мин, когда раствор настоится, добавить в него 100 г сахарозы (сахарного песка), тщательно перемешать, остудить до температуры 25…30 °С.

3. Подготовленный раствор отфильтровать через капроновое или металлическое ситечко непосредственно в подготовленную банку (объемом 2–3 литра).

4. Внести в подготовленный чайный раствор слой чайного гриба, отделенного от уже растущего и используемого в качестве маточной культуры чайного гриба. Культивирование проводить при комнатной температуре (20…25 °С), накрыв банку с грибом салфеткой.

Полученный напиток может быть использован для определения в нем некоторых продуктов метаболизма. В банку по мере необходимости заливают раствор чая и сахарный песок для получения новой порции чайного напитка.

Разросшийся чайный гриб в дальнейшем можно разрезать на мелкие кусочки, как по горизонтали, так и по вертикали и засевать новые емкости с подготовленным чайно-сахарным раствором.

Занятие 2 Для оценки качества напитка определяют количество накопившихся кислот.

1. Определить уровень рН (см. лабораторную работу 1). Обычно рН настоя имеет кислую реакцию в зоне рН от 5 до 3.

2. Определить массовую долю молочной кислоты титрометрическим методом.

Метод основан на нейтрализации молочной кислоты гидроокисью натрия (омыление ангидридов лактилмолочных кислот щелочью) при нагревании и нейтрализации избытка щелочи серной кислотой.

В коническую колбу со шлифом объемом 250 мл внести 10 мл настойки чайного гриба, 80 мл дистиллированной воды и 20 мл раствора 1 н NaОН, перемешать и кипятить с обратным холодильником в течение 5 мин.

Затем охладить, предварительно закрыв колбу пробкой с трубкой, наполненной натронной известью, добавить 3 капли раствора фенолфталеина и титровать раствором 1 н Н2SО4 до обесцвечивания.

Параллельно провести контрольный опыт. В коническую колбу со шлифом объемом 250 мл внести 20 мл 1 н NaОН, 90 мл дистиллированной воды; кипятить с обратным холодильником в течение 5 мин; охладить, закрыв ее пробкой с трубкой, наполненной натронной известью; добавить 3 капли раствора фенолфталеина и титровать 1 н Н2SО4 до обесцвечивания.

3. Массовую долю молочной кислоты X, % вычислить по формуле (2.1):

(Vоп Vк ) K 0,09 X=, (2.1) где Vоп – объем 1 н Н2SО4, израсходованной на титрование избытка 1 н NaОН опытной пробы, мл; VК – объем 1 н Н2SО4, израсходованной на титрование избытка 1 н NaОН контрольной пробы, мл; K – поправочный коэффициент для раствора 1 н NaОН; 0,09 – масса молочной кислоты, соответствующая 1 см3 1 н NaОН, г/см3; V – объем раствора чайного гриба, взятого на анализ, мл; 100 – коэффициент пересчета на 100 мл раствора чайного гриба.

4. Определить массовую концентрацию уксусной кислоты (титруемую кислотность) по количеству гидроокиси натрия, израсходованной на титрование уксусной кислоты, содержащейся в растворе чайного гриба.

В стакан пипеткой внести 5 мл раствора чайного гриба, добавить 10 мл дистиллированной воды и две-три капли раствора фенолфталеина и титровать раствором 0,1 н NaОН до появления неисчезающего в течение 30 с розового окрашивания.

5. Массовую концентрацию уксусной кислоты (титруемую кислотность Р) в г/100 мл вычислить по формуле

где 0,06 – количество уксусной кислоты в г, соответствующее 1 мл раствора 0,1 н NaОН; V1 – количество раствора 0,1 н NaОН, пошедшего на титрование; V2 – количество раствора чайного гриба, взятого на титрование, мл.

За окончательный результат принять среднеарифметическое Р двух параллельных определений Р1 и Р2.

6. В виде табл. 2.1 записать, как в процессе культивирования менялись физико-химические и органолептические показатели настоя чайного гриба.

2.1. Результаты анализа физико-химических и органолептических показателей настоя чайного гриба

7. Сделать заключение по лабораторной работе о продолжительности культивирования чайного гриба для получения качественного слегка газированного напитка.

1. Симбиоз каких микроорганизмов представляет собой биомасса чайного гриба?

2. Чем вызвано научное название чайного гриба – медузомицет?

3. В чем проявляются симбиотические отношения комплекса микроорганизмов чайного гриба?

4. Какие компоненты напитка на основе чайного гриба делают его полезным для здоровья?

5. Почему для выращивания чайного гриба следует брать кипяченую воду?

6. Какие компоненты питательной среды служат источниками углерода и азота в процессе культивирования чайного гриба?

7. Какие условия необходимо поддерживать в процессе культивирования биомассы чайного гриба?

8. Чем отличаются методики определения уксусной и молочной кислот в культуральной жидкости?

9. При какой продолжительности культивирования чайного гриба достигаются оптимальные органолептические показатели?

10. Как взаимосвязаны физико-химические и органолептические показатели настоя чайного гриба?

ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ БИОСИНТЕЗА

ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ ПРИ ПОВЕРХНОСТНОМ

КУЛЬТИВИРОВАНИИ МИКРОСКОПИЧЕСКИХ ГРИБОВ

Цель работы: изучить влияние состава питательной среды на биосинтез лимонной кислоты при культивировании микроскопических грибов Aspergillus niger.

Лимонная кислота СН2СООН–СОНСООН–СН2СООН является трехосновной оксикислотой, кристаллизующейся из водных растворов с одной молекулой воды в виде бесцветных прозрачных кристаллов. Производство лимонной кислоты основано на культивировании микроскопических грибов Aspergillus niger, которые сбраживают сахара питательной среды, образуя лимонную кислоту. В качестве углеродсодержащего компонента питательной среды используют мелассу, содержащую 45…48 % сахарозы. Кроме того, в состав питательной среды входят нитрат аммония, моно- или дифосфат калия, сульфат магния, цинка, железа.

Культивирование продуцента проводят поверхностным или глубинным способом. Производство лимонной кислоты включает следующие основные технологические стадии: получение посевного материала, подготовку мелассы к сбраживанию, сбраживание растворов мелассы в лимонную кислоту с последующим отделением мицелия, выделение из сброженных растворов лимонной кислоты и получение ее в кристаллическом виде.

В лабораторной работе изучается влияние концентрации мелассы в питательной среде на процесс накопления лимонной кислоты микроскопическими грибами. Биохимическая активность культуры Aspergillus niger оценивается гравиметрическим (по массе мицеллиальной пленки), титриметрическим (по объему щелочи, пошедшей на титрование культуральной жидкости) и потенциометрическим (по изменению кислотности среды в процессе культивирования) методами.

Для оценки биохимической активности используют следующие показатели:

1) содержание лимонной кислоты в 1 мл культуральной жидкости

где т – масса мицеллиальной пленки, г;

4) рН исходной питательной среды и культуральной жидкости.

Лабораторная работа проводится на двух занятиях: на первом – готовят питательную среду, измеряют ее кислотность, стерилизуют и засевают культурой гриба Aspergillus niger; на втором – анализируют биохимическую активность продуцента, определяя рН культуральной жидкости, массу мицеллиальной пленки и объем пошедшего на титрование лимонной кислоты раствора едкого натра.

Меласса, г (содержание сахарозы 46 %) 60 50 40 30 20

Раствор солей, мл, концентрацией, мг/мл:

MgSO47H2O – 1,0; 10 ZnSO4 – 0,02;

FeSO47H2O – 0,06 Вода водопроводная, мл 60 65 70 75 80 Взвесить на технических весах пустой стаканчик, поместить в него необходимое количество мелассы, навеску перенести в коническую колбу, смывая остатки мелассы со стенок и дна стаканчика указанным в таблице количеством воды, затем добавить в колбу мерным цилиндром 10 мл раствора солей.

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА ПОЧВОВЕДЕНИЯ И ЗЕМЕЛЬНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИМУЩЕСТВУ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ РУП «БЕЛГИПРОЗЕМ» РУП «БЕЛНИЦЗЕМ» РУП ИЦЗЕМ ИНСТИТУТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ И АГРОХИМИИ НАН БЕЛАРУСИ МЕЖВУЗОВСКИЙ НАУЧНО-КООРДИНАЦИОННЫЙ СОВЕТ ПО ПРОБЛЕМАМ ЭРОЗИОННЫХ, РУСЛОВЫХ И УСТЬЕВЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ МГУ БЕЛОРУССКОЕ ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ОБЩЕСТВО БЕЛОРУССКОЕ ОБЩЕСТВО ПОЧВОВЕДОВ И. »

«Структура документа Рабочая программа по химии 10 класса представляет собой целостный документ, включающий в себя следующие разделы: пояснительную записку, требования к уровню подготовки обучающихся 10 класса, УМК, основное содержание с распределением учебных часов по основным разделам курса, учебнотематический план, календарнотематической планирование, перечень и график проведения контрольных, содержание годовой контрольной работы. Содержание курса по химии 10 класса представлено в виде 5. »

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ УНИВЕРСИТЕТ ИТМО Л.И. Маркитанова ЗАЩИТА НАСЕЛЕНИЯ В СЛУЧАЕ ХИМИЧЕСКОГО ЗАРАЖЕНИЯ Учебно-методическое пособие Санкт-Петербург УДК 614.8 + 358.238 Маркитанова Л.И. Защита населения в случае химического заражения: Учеб.-метод. пособие. СПб.: Университет ИТМО; ИХиБТ, 2015. 33 с. Рассмотрены опасности, возникающие при химическом загрязнении окружающей среды. Систематизированы способы защиты персонала предприятий и населения от химического. »

«Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Вечерняя (сменная) школа № 79» «Рассмотрено» «Согласовано» «Утверждено» На заседании ШМО Зам. директора по УВР Директор МБОУ «Вечерняя школа № 79» Протокол № _О.В. Беляева И.А. Штогрина от «_» _2014 г. от «_» _2014 г. от «_» _2014 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА по химии для 10 класса (2 часа в неделю) Составила: Бормотова Н.А., учитель химии первой категории 2014-2015 учебный год Рабочая программа курса химии в 10 классе Пояснительная записка. »

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Северский технологический институт – филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (СТИ НИЯУ МИФИ) Утверждаю Зав. кафедрой МАХП доцент Е.Ю. Карташов «». »

«ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ И МОНИТОРИНГУ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ _ Государственное учреждение «Главная геофизическая обсерватория им. А И. Воейкова» МЕТОДИЧЕСКОЕ ПИСЬМО СОСТОЯНИЕ РАБОТ ПО НАБЛЮДЕНИЮ ЗА ХИМИЧЕСКИМ СОСТАВОМ И КИСЛОТНОСТЬЮ АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ в 2008 гг. САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2009 г. Методическое письмо обобщает результаты деятельности сети наблюдений за химическим составом и кислотностью атмосферных осадков Росгидромета за 2008 год. Письмо составлено на основе сведений. »

«Управление образования Администрации городского округа Электросталь Московской области МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ГИМНАЗИЯ №4» (МОУ «Гимназия №4») УТВЕРЖДАЮ Директор МОУ «Гимназия № 4» _ И. И. Шеляпина Приказ № 127-ОД/ОВ от 28 августа 2015г. Рабочая программа по химии (базовое изучение) 9 «А» класс Составитель: Ломанова Алеся Владимировна, учитель химии первой квалификационной категории ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Рабочая программа по химии для 9 класса разработана в соответствии. »

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» УТВЕРЖДАЮ Директор Института Химии _ /Паничева Л.П./ _ 201 г. ОЗНАКОМИТЕЛЬНАЯ ПРАКТИКА Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 04.03.01 Химия. Форма обучения очная МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное. »

«Структура документа Рабочая программа по химии 10 класса представляет собой целостный документ, включающий в себя следующие разделы: пояснительную записку, требования к уровню подготовки обучающихся 10 класса, УМК, основное содержание с распределением учебных часов по основным разделам курса, учебнотематический план, календарнотематической планирование, перечень и график проведения контрольных, содержание годовой контрольной работы. Содержание курса по химии 10 класса представлено в виде 5. »

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВО КЕМЕРОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ (УНИВЕРСИТЕТ) В.П. Гуськова, Л.С. Сизова ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ И АНАЛИЗА Учебное пособие Для студентов вузов Второе издание, исправленное и дополненное Кемерово 2015 УДК 543.54(075) ББК 24.58я7 Г96 Рецензенты: Е.Е. Сироткина, главный научный сотрудник-консультант Института химии нефти СО РАН, д-р хим. наук, профессор; Т.Г. Черкасова, зав. кафедрой химии и. »

«СОДЕРЖАНИЕ 1. Общие положения Основная образовательная программа (ООП) бакалавриата, реализуемая в ФГБОУ 1.1. ВПО «Бурятская государственная сельскохозяйственная академия имени В.Р. Филиппова» по направлению подготовки 110100 Агрохимия и агропочвоведение и профилю подготовки «Агрохимия и агропочвоведение». Нормативные документы для разработки ООП бакалавриата по 1.2. направлению подготовки 110100 Агрохимия и агропочвоведение. Общая характеристика вузовской основной образовательной программы. »

«ВСЕРОССИЙСКАЯ ОЛИМПИАДА ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ Тюльков И.А., Емельянов В.А., Архангельская О.В., Долженко В.Д., Лунин В.В. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ШКОЛЬНОГО И МУНИЦИПАЛЬНОГО ЭТАПОВ ВСЕРОССИЙСКОЙ ОЛИМПИАДЫ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ В 2015/2016 УЧЕБНОМ ГОДУ Москва, 2015 г.ОГЛАВЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКА СОДЕРЖАНИЯ ШКОЛЬНОГО И МУНИЦИПАЛЬНОГО ЭТАПОВ 3 ОПИСАНИЕ ПОДХОДОВ К РАЗРАБОТКЕ ЗАДАНИЙ МУНИЦИПАЛЬНЫМИ И РЕГИОНАЛЬНЫМИ ПМК ОПИСАНИЕ СПЕЦИФИКИ ХИМИЧЕСКОЙ ОЛИМПИАДЫ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ТРЕБОВАНИЙ К. »

«ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ И МОНИТОРИНГУ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ГИДРОХИМИИ И МОНИТОРИНГА КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД МАТЕРИАЛЫ НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ (c международным участием) 8-10 сентября 2015 г. г. Ростов-на-Дону ЧАСТЬ Ростов-на-Дону Материалы научной конференции с международным участием «Современные проблемы гидрохимии и мониторинга качества поверхностных вод». Часть 1. Ростов-на-Дону, 8-10. »

«МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра теоретической биохимии с курсом клинической биохимии ПРАКТИКУМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, БИОХИМИЯ ПОЛОСТИ РТА Учебно методическое пособие для студентов Волгоград 201 УДК557.1.378 Рецензенты: зав.каф. химии, д. х. н., профессор, Анатолий Кузьмич Брель зав.каф. стоматологии детского. »

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И УРАВНЕНИЯ КОЛЛОИДНОЙ ХИМИИ Москва Составители: А. С. Гродский, К. И. Киенская, Н. Н. Гаврилова, В. В. Назаров. УДК 541.18(038) ББК 24.6я2 О-75 Рецензент: Кандидат химических наук, доцент Российского химико-технологического университета имени Д. И. Менделеева В. В. Белик Основные понятия и уравнения коллоидной химии. О-75 Составители: А. С. Гродский, К. И. »

«Министерство образования и науки Российской федерации Кемеровский технологический институт пищевой промышленности Л.И. Холохонова Е.В. Короткая КИНЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ Учебное пособие для студентов вузов Кемерово 2004 УДК 541.18 (075) ББК 24.5 Х 73 Печатается по решению редакционно-издательского совета Кемеровского технологического института пищевой промышленности в авторской редакции Рецензенты: зав. кафедрой общей и неорганической химии КемГТУ, профессор Т.Г. Черкасова; зав. кафедрой. »

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ УНИВЕРСИТЕТ ИТМО А.Г. Шлейкин, Н.Н. Скворцова, А.Н. Бландов БИОХИМИЯ. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ЧАСТЬ 1. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРАВИЛА РАБОТЫ В ЛАБОРАТОРИИ БИОХИМИИ Учебное пособие Санкт-Петербург УДК 577.1 ББК 28 072 С 427 Шлейкин А.Г., Скворцова Н.Н., Бландов А.Н. Биохимия. Лабораторный практикум: Часть 1. Методические основы и правила работы в лаборатории биохимии: Учеб. пособие. – СПб.: Университет ИТМО; ИХиБТ, 2015. – 70 с. Изложены основы. »

«Департамент образования Белгородской области Областное государственное автономное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования «Белгородский институт развития образования» Методические рекомендации «Об использовании результатов государственной итоговой аттестации по программам среднего общего образования в форме единого государственного экзамена по химии в общеобразовательных учреждениях Белгородской области по совершенствованию преподавания химии в 2015 2016 учебном. »

«Омский государственный университет Химический факультет Кафедра неорганической химии Дополнительная обучающая программа «Прикладная экология» Методические материалы и рабочая программа по курсу ГЕОХИМИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ для студентов химического факультета Омск2005 Учебная программа «Геохимия окружающей среды» составлена в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по специальности 013400 – Природопользование и специальности – 013600 –. »

«Министерство образования Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет» (ГОУВПО КнАГТУ) Кафедра химии и химической технологии КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Методические указания к выполнению лабораторной работы Комсомольск-на-Амуре 2003 УДК 378:54 Комплексные соединения: Методические указания /Сост. В.В.Телеш. – Комсомольск-на-Амуре: ГОУВПО «КнАГТУ», 2003. – 8 с. Приведены основные. »

2016 www.metodichka.x-pdf.ru — «Бесплатная электронная библиотека — Методички, методические указания, пособия»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.

Источник