4. SZERVES SAVAK SZERVES SAVAK. Felhasználása. Citromsav. Termelés. Történet. Pécs Miklós: Biotermék technológia



Hasonló dokumentumok
4. SZERVES SAVAK. Az ecetsav biológiai előállítása SZERVES SAVAK. Ecetsav baktériumok. Az ecetsav baktériumok osztályozása ECETSAV. 04.

AUSZTRIA: JUNGBUNZLAUER (Röhr prof.) KÍNA, Olaszország, Spanyolország, Törökország, Lengyelország, Jugoszlávia

MIKROBIOLÓGIA. Dr. Maráz Anna egyetemi tanár. Mikrobiológia és Biotechnológia Tanszék Élelmiszertudományi Kar Budapesti Corvinus Egyetem

2. A MIKROBÁK ÉS SZAPORÍTÁSUK

3. Aminosavak gyártása

A mustok összetételének változtatása

Az élelmiszerek mikrobiális ökológiája. Mohácsiné dr. Farkas Csilla

Hidrogén előállítása tejcukor folyamatos erjesztésével

Bevezetés a növénytanba Növényélettani fejezetek 2.

Témavezető neve Földiné dr. Polyák lára.. A téma címe Komplex vízkezelés természetbarát anyagokkal A kutatás időtartama:

IPARI ENZIMEK 2. Proteázok. Alkalikus proteázok. Pécs Miklós: Biotermék technológia fejezet: Ipari enzimek 2.

6. A TALAJ KÉMIAI TULAJDONSÁGAI. Dr. Varga Csaba

Többkomponensű rendszerek I.

Környezettechnológia. Dr. Kardos Levente adjunktus Budapesti Corvinus Egyetem Talajtan és Vízgazdálkodás Tanszék

CUKORCIROK ÉDESLÉ ÉS CUKORCIROK BAGASZ ALAPÚ VEGYES BIOETANOL ÜZEM MODELLEZÉSE

Egy sejt fehérje Single-Cell Protein (SCP) (Hallgatói jegyzet)

Horgászvízkezelő-Tógazda Tanfolyam (Elméleti képzés) 4. óra A halastavak legfőbb problémái és annak kezelési lehetőségei (EM technológia lehetősége).

A szénhidrátok lebomlása

AMMÓNIA TARTALMÚ IPARI SZENNYVÍZ KEZELÉSE

Tápanyagfelvétel, tápelemek arányai. Szőriné Zielinska Alicja Rockwool B.V.

ÉLELMISZERIPARI ISMERETEK. Cukorrépa (Beta vulgaris var. saccharifera) Dr. Varga Csaba főiskolai adjunktus

A tananyag felépítése: A BIOLÓGIA ALAPJAI. I. Prokarióták és eukarióták. Az eukarióta sejt. Pécs Miklós: A biológia alapjai

Biomassza. az integrált hasznosítás s energetikai

A szénhidrátok lebomlása

Kollokviumi vizsgakérdések biokémiából humánkineziológia levelező (BSc) 2015

VESZTESÉGEK CSÖKKENTÉSE KÜLÖNBÖZŐ SZÁRAZANYAG- TARTALMÚ KUKORICASZILÁZSOKNÁL

5. A talaj szerves anyagai. Dr. Varga Csaba

A BAKTÉRIUMOK SZAPORODÁSA

KÉMIA ÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI- FELVÉTELI FELADATOK 2001

FÖLDMŰVELÉSTAN. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

Borászati mikrobiológia és kémia vizsgakérdések 2012.

4. SZERVES SAVAK SZERVES SAVAK ECETSAV. Pécs Miklós: BIOTERMÉK és gyógyszeripari biotechnológia Biomérnöki BSc. 04. Szerves savak

Halmazállapot változások. Folyadékok párolgása. Folyadékok párolgása

Környezettechnológia. Dr. Kardos Levente adjunktus Budapesti Corvinus Egyetem Talajtan és Vízgazdálkodás Tanszék

SZTEROIDKONVERZIÓK. BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 1. Szteroidkonverziók

EMELT SZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

A baktériumok szaporodása

IPARI ENZIMEK IPARI ENZIMEK ENZIMEK ALKALMAZÁSAI MEGOSZLÁS IPARÁGAK SZERINT IPARI ENZIMEK PIACA IPARI ENZIMEK FORRÁSAI

3. változat. 2. Melyik megállapítás helyes: Az egyik gáz másikhoz viszonyított sűrűsége nem más,

VÍZTISZTÍTÁS, ÜZEMELTETÉS

1. feladat Összesen: 10 pont. 2. feladat Összesen: 6 pont. 3. feladat Összesen: 18 pont

TÁPANYAGGAZDÁLKODÁS. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

A 2009/2010. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első (iskolai) forduló KÉMIA I-II. KATEGÓRIA FELADATLAP

Karbonsavak. Karbonsavaknak nevezzük azokat a vegyületeket melyek COOH funkciós csoportot tartalmaznak.

KÖRNYEZETI MIKROBIOLÓGIA ÉS BIOTECHNOLÓGIA. Bevezető előadás

Kémiai fizikai alapok I. Vízminőség, vízvédelem tavasz

Oktatáskutató és Fejlesztő Intézet TÁMOP / XXI. századi közoktatás (fejlesztés, koordináció) II. szakasz KÉMIA 4.

Tantárgy tematikája: I. Félév

Baktériumok tenyésztése

Speciálkollégium. Dr. Fintor Krisztián Magyary Zoltán Posztdoktori Ösztöndíj TÁMOP A/ Nemzeti Kiválóság Program Szeged 2014

Szakmai ismeret A V Í Z

Archenius egyenlet. fehérje denat. optimum

BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 1

A) Ásványi és nem ásványi elemek: A C, H, O és N kivételével az összes többi esszenciális elemet ásványi elemként szokták említeni.

a NAT /2011 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

A kémiai egyensúlyi rendszerek

100% = 100 pont A VIZSGAFELADAT MEGOLDÁSÁRA JAVASOLT %-OS EREDMÉNY: EBBEN A VIZSGARÉSZBEN A VIZSGAFELADAT ARÁNYA 40%.

KÉMIA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

O k t a t á si Hivatal

VÍZKEZELÉS Kazántápvíz előkészítés ioncserés sómentesítéssel

kémiai vegyület energiatartalma égési reakció során felszabadul

KÉMIA TANMENETEK osztályoknak

Néhány szó a műről. Tisztítás technológia: Vas, mangán, arzén, ammónium

A korrózió elleni védekezés módszerei. Megfelelő szerkezeti anyag alkalmazása

Általános iskola (7-8. évfolyam)

A kén tartalmú vegyületeket lúggal főzve szulfid ionok keletkeznek, amelyek az Pb(II) ionokkal a korábban tanultak szerint fekete csapadékot adnak.

Laboratóriumi technikus laboratóriumi technikus Drog és toxikológiai

Elektrokémia. A nemesfém elemek és egymással képzett vegyületeik

A VÍZ OLDOTT SZENNYEZŐANYAG-TARTALMÁNAK ELTÁVOLÍTÁSA IONCSERÉVEL

Nemzeti Akkreditáló Testület. MÓDOSÍTOTT RÉSZLETEZŐ OKIRAT (1) a NAT /2014 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

4 mól = 400 g. - 4 mól = 544 g, kiválik

1.ábra A kadmium felhasználási területei

Terresztris ökológia Simon Edina szeptember 25. Szennyezések I. Szennyezések II. Szennyezések forrásai

Környezettechnológia. Dr. Kardos Levente adjunktus Budapesti Corvinus Egyetem Talajtan és Vízgazdálkodás Tanszék

KÉMIA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Magyar Cukor Zrt. Kaposvári Cukorgyárának egységes környezethasználati engedélye

MÉRGEK SORSA AZ ÉLŐ SZERVEZETBEN ELŐADÓ DR. LEHEL JÓZSEF

1. feladat Összesen: 10 pont

Tápoldatozás és a hozzá szükséges anyagok, eszközök. Beázási profil különböző talajtípusokon

Ca(OH) 2 +CO 2 =CaCO 3 +H 2 O. CaCO 3 + hő =CaO+CO 2 ÉPÍTÉSI MÉSZ 1/2 ÉPÍTÉSI MÉSZ 2/2 A MÉSZ KÖRFOLYAMATA

KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁS. Vízszennyezés Vízszennyezés elleni védekezés. Összeállította: Dr. Simon László Nyíregyházi Főiskola

KÉMIA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Gáz halmazállapotú energiahordozók és biohajtóanyagok (biogáz, biohidrogén)

Javítóvizsga. Kalász László ÁMK - Izsó Miklós Általános Iskola Elérhető pont: 235 p

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Mareczky Zoltán. Témavezetők: dr. Réczey Istvánné dr. Barta Zsolt. PhD hallgató

XX. OXIGÉNTARTALMÚ SZERVES VEGYÜLETEK

MAGYAR RÉZPIACI KÖZPONT Budapest, Pf. 62 Telefon , Fax

Épületgépészeti csőanyagok kiválasztási szempontjai és szereléstechnikája. Épületgépészeti kivitelezési ismeretek szeptember 6.

Javítókulcs (Kémia emelt szintű feladatsor)

Biogáz Biometán vagy bioföldgáz: Bio-CNG

Ecetek. Az ecetkészítés olyan régi, mint a bor előállítása, azt pedig tudjuk, hogy a szőlő- és borkultúra már az ókorban is virágzott.

Sportélettan zsírok. Futónaptár.hu

SZERVETLEN KÉMIAI TECHNOLÓGIA

MŰANYAGOK FELDOLGOZÁSA

C. MEMBRÁNFUNKCIÓT GÁTLÓ ANTIBIOTIKUMOK I. POLIÉNEK (GOMBAELLENES ANTIBIOTIKUMOK) Közös tulajdonságok. Az antifungális hatás összehasonlítása

KÉMIA TEMATIKUS ÉRTÉKELİ FELADATLAPOK. 9. osztály A változat

EMELT SZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

Dr. JUVANCZ ZOLTÁN Óbudai Egyetem Dr. FENYVESI ÉVA CycloLab Kft

ELTE Kémiai Intézet ( kislexikonja a vörösiszap-katasztrófával kapcsolatos fogalmak magyarázatára október 18.

Átírás:

SZERVES SAVAK Mind prokarióták, mind eukarióták termelnek savakat, nincs különbség. 4. SZERVES SAVAK Anyagcserében: Az aeroboknál: a szénforrások szerves savakon keresztül oxidálódnak. Ha nem megy végig (hiányos anyagcsereutak) savtermelés Anaeroboknál: sok NADH keletkezik reduktív közeg akkor van savtermelés, ha nem redukálódik tovább alkohollá 1 2 Citromsav Képlete: Összegképlete: C 6 H 8 O 7 Molekulatömeg: 192 g/mól Tulajdonságai: Fehér, kristályos, kellemesen savanyú ízű anyag Háromértékű gyenge sav, így savasításra illetve pufferek készítésére fel lehet használni Előfordulása: A TCA (vagy Szent-Györgyi-Krebs) ciklus része, ezért szinte a legtöbb szervezetben előfordul Bizonyos citrusféléknek a termésében (lime, citrom) a szárazanyagnak akár a 8%-át is elérheti a citromsav, ennek a kinyerésére is vannak eljárások Felhasználása Körülbelül 60%-ban az ital- és élelmiszer ipar használja fel pl: gyümölcslevek és gyümölcslé sűrítmények, lekvárok ízesítése, konzerválása a száma: E330 A gyógyszeriparban is felhasználják pl: vas-citrátot a vas bevitelére, a nátrium sóját véralvadás gátlásra, kalcium bevitelre az angolkór megelőzésére, és kozmetikumok tartósítására Pufferolásra használják a háztartási tisztítószerekben Felhasználják a fémiparban felületek tisztítására, passziválásra (salétromsav helyett ahol ez nem alkalmazható) Mosószerekben is felhasználják a víz lágyítására a foszfátok helyett mert nem okoz eutrofizációt, ami miatt a foszfát alapú lágyítok bizonyos országokban be vannak tiltva. 3 4 Termelés Történet 1929 5 000 t/év 1953 50 000 t/év 1976 200 000 t/év 1980 350 000 t/év 2007 1 600 000 t/év Több mint egy milliárd dolláros piac A többi szerves savval ellentétben kizárólag fermentációs úton termelik (régebben: citrusfélék terméséből) 5 1784 - SCHELE izomból izolálja 1923-ig citrus termésekből termelik 1913 - ZAHORSKY citromsav termelő törzset szabadalmaztat 1917 - CURRIE: felületi eljárás, cukor, ph=2, Hozam: ~60 % 1918 - Első CS üzemek Belgium, Pfizer (USA), Sturge (Anglia) 1928 - Felületi üzem Kaznejov, melasz. LEOPOLD: K-ferrocianid +20 % 1950 - Perquin, Kluyver Lab., Szűcs (P-limitáció) SZUBMERZ! +80 % 1960 - n-paraffin: Candida (Szardínia) 6 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 1

Bioszintézis Citromsav ciklus Szentgyörgyi-Krebs ciklus Acetil-CoA A glikolízíssel kezdődik (vázlatosan): glükóz fruktóz-6-p fruktóz-1-6-p PEP piruvát acetil-coa citrátkör Az A. niger-nél a citoszolban működik egy anaplerotikus reakció is: piruvát oxál-acetát malát Melléktermék képződés: oxál-acetát oxálsav + ecetsav 7 Pyr + CoA+NAD + Piruvát - dehirogenáz komplex Acetil-CoA+ CO 2 + NADH * Pyr+ CO 2 + ATP 6 Piruvát - karboxiláz FADH FAD + NADH NAD + MALÁT FUMARÁT SZUKCINÁT CoA GTP OXÁLACETÁT+ADP +Pi GDP * Anaplerotikus reakciók OXÁLACETÁT * Acetil-CoA GLIOXILÁT SZUKCINIL-CoA CITRÁT cis-akonitát IZO-CITRÁT α-ketoglutarát NADH CO 2 NAD + NAD + CO 2 NADH 8 Citromsav bioszintézis Citromsav bioszintézis TCT Anyagcsere mérnöki beavatkozás: a továbbalakulás megakadályozása: olyan mutánsok kellenek aminek az akonitáz és izocitrát dehidrogenáz aktivitása kicsi. a citrát szintetáz aktivitása legyen nagy a citromsav felhalmozódása miatt nincs oxálacetát képződés, ez az anaplerotikus utakon át történik (mint a lizinnél): Piruvát + CO 2 + ATP malát + P i + ADP (Mg, Fe és K ionok kellenek a piruvát karboxiláznak) PEP + CO 2 + ADP oxál-acetát + ATP (Mg, K, Mn és ammónium ionok kellenek a PEP karboxiláznak) 9 10 Szubsztrátok, törzsek Melaszt, keményítő hidrolízátumot és hulladék szénhidrátot használnak mint szénforrást (szacharóz, glükóz) A melasszal a probléma, hogy ha szennyezett, például a Fe, Mn vagy Zn ionok mennyisége túl magas, akkor negatívan hat a termelésre ilyenkor ioncserélő oszlopokon kivonják a kationokat. Általában Aspergillus niger vagy A. wentii törzseket használnak (magas hozam, elnyomható az izo-citromsav, és glükonsav termelés) Szénhidrogéneken is lehet fermentálni magas konverzióval Candida lipolytica törzzsel, de a probléma az alkánok rossz vízoldhatósága és nagyobb arányban keletkezik izocitromsav. Másrészt meg kell szabadulni a szénhidrogén nyomoktól, mert egyesek karcinogének. (+ a kőolaj ára) 11 Tápoldat C-forrás: lásd fent N-forrás: NH 4+ (vagy NO - 3 ). NH 4+ jobb: lásd bioszintézis. Az ammónia elfogyasztásával savanyodik a közeg: jó hatású P felesleg: kedvez a citromsav és oxálsav képződésnek Nyomelemek: Fe, Mn és Zn limit szükséges. Ha kevés a Fe: lassú növekedés és cukorfelhasználás A vas az akonitáz kofaktora! A szaporodáshoz 2000 µg Fe/liter az optimális, a savtermelő szakaszban 50 200µg/l, Befolyásolja a pelletképződést is. A vastartalom csökkentésére a melaszt ioncserélni kell, vagy K-ferrocianidot adnak. Csak rozsdamentes készülékekben! A vas hatását ellensúlyozza: - MeOH - Cu adagolása - alacsonyabb hőmérséklet Mn > 20 µg/l felett a citromsavképződés csökken 12 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 2

Tápoldat A citromsav ki- és belépése a sejtbe eltérő mechanizmussal történik: Kifelé aktív transzporttal megy, a sejt meg akar szabadulni a fölös citromsavtól. Befelé viszont Mn-kelát formájában tud belépni, ezért is fontos a Mn-szintet 20 µg/l alatt tartani. A melaszt pl. Mnmentesíteni kell (ioncsere, a Fe eltávolítással együtt). Fermentációs paraméterek Oldott oxigén koncentráció: ha alacsony, csökken a citromsav termelés intenzív levegőztetés, néha O 2 dúsítás! Ha kimarad a levegőztetés: a savtermelés leáll (a sejtszaporodás újraindul) Kulcskérdés a morfológia pelletképződés 13 14 Fermentációs paraméterek ph: a melléktermékek képződését fertőzési kockázatot befolyásolja Optimális ph=1.5 2.8 ph < 3 csak citromsav-képződés (az extracelluláris glükóz-oxidáz inaktiválódik) ph = 6 felett oxálsav képződés ph = 3-6 oxál- és glükonsav képződés is ha nincs pufferolva a közeg, a ph gyorsan 3 alá megy de a melasz erősen pufferol savanyítás kénsavval ilyen savas közegben kicsi a befertőződés veszélye. Hőmérséklet: Optimális = 28 33 C Ha <28 C a citromsav képződési sebesség csökken Ha >33 C oxálsav képződés Felületi tenyésztés Zárt kamrák: mosható, dezinficiálható (HCHO, gőz ) Állványokon tálcák (alumínium, rozsdamentes), (~4 x 2,5 x 0,25 m) kb: 400-1200 l tápoldat. Tápoldat: híg melasz (cukor: 15-20%) + tápanyagok ph=6-6,5 K-ferrocianid - melasz minőség szerint: próbafermentáció Funkciója: Fe, Mn, Zn eltávolítás, Feleslegük a növekedést limitálja és a citromsav képződést növeli. C= 10 100 mg/l Inokulum: konídium szuszpenzióval (100-150 mg/m 2 ) Fermentáció: steril levegőbefúvás: nedvesség, hőmérséklettartás, O 2 bevitel, CO 2 eltávolítás Jelentős a bepárlódás: 30-40 % Fermentációs idő: 10-15 nap Hozam: 65-75 % Produktivitás: 7-8 kg citromsav/m 3 /nap. De olcsó. 15 16 Anyag el. Répamelasz Melasz tart. Felületi tenyésztés Spóra Levegő micélium elválasztás fermentlé sterilizálás fermentáció Micélium (állattakarmány) 17 Szubmerz tenyésztés Fermentor: 120-220 m 3 keverős reaktor 200-1000 m 3 air-lift, merülő-sugaras (pelletképzés)! Tápoldat: melasz tisztítás (ioncsere K-ferrocianid) kukorica (elfolyósítás - elcukrosítás) Inokulálás: konídium vagy vegetatív (pellet) inokulum: 12 órával rövidebb! Fermentáció: levegőztetés: 0,2-1 vvm (O 2 dúsítás)! hőmérséklet: 28-33 o C ph szabályozás: 2-2,6 2-3 nap pelletképződés, 5-8 nap citromsav képződés (függ a cukor koncentrációtól, és a használt törzstől) Általában fed batch: 5% cukorral indul. Majd cukor és K-ferrocianid rátáplálás 18 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 3

Szubmerz tenyésztés Fermentáció: Állandó mikroszkópos megfigyelés (pellet) Szubmerz tenyésztés citromsav konc.: 130 g/l melaszon; 200-250 g/l cukorból Nádmelasz Spóra Levegő Konverzió: 87-92 %; Produktivitás: 0,67-0,75 kg citromsav/m 3 *h; ~16-18 kg citromsav/m 3 *nap Melasz tart. sterilizálás oltóanyag előállítás fermentáció micélium elválasztás Fruktóz: a szacharózból képződik invertálódással. Kezdetben polimerizálódhat. Anyag el. Micélium (hulladék) 19 20 A feldolgozás lépései A feldolgozás lépései 1. MICÉLIUM ELVÁLASZTÁS 2. OXALÁT FERROCIANID ELTÁVOLÍTÁS 3. KALCIUM-CITRÁT KICSAPÁS ÉS ELVÁLASZTÁS 4. CITROMSAV FELSZABADÍTÁS ÉS GIPSZ ELVÁLASZTÁS micélium szűrő segédanyag mésztej + FeCl 3 hulladék mésztej fermentlé H 2 SO 4 gipsz 1. Micélium elválasztás vákuum dobszűrő 0,2 1,0 mm átmérőjű pellet a jó Newtoni szuszpenzió, nyálkaképzés nehezíti a szűrést, szűrősegédanyag pl. szalmatörek 2. Oxalát mentesítés kevés Ca(OH) 2 adagolása Ca-citrát ne csapódjon ki csak Ca(H 2 citrát) 2 ig titrálják Klarifikálás pl. nyomó szűrő, Funda szűrő, 3. Ca-citrát kicsapás fontos paraméterei: citromsav koncentráció, hőmérséklet 70-90 o C, ph ~7, Ca(OH) 2 adagolás üteme, mono-, di-, tricalcium citrát egyensúly oldhatóság forrón kisebb! nagy kristályok képződése előnyös szennyezések ph=7, 18-25%-os CaO, nagy mennyiségű hő szabadul fel hasznosítás, szűrés vákuum dobszűrőn 4. citromsav felszabadítása 60-70 %-os H 2 SO 4 val, (1-2 g/l feleslegben), a képződő gipszet vákuum dobszűrőn szűrik. 21 22 Feldolgozás, izolálás A feldolgozás lépései-ii fermentáció 1. SZÍNTELENÍTÉS ÉS IONMENTESÍTÉS 2. KONCENTRÁLÁS aktív szén, gyanta, regeneráló sav jelentős sótartalmú oldat cefre bepárlás Citragil (takarmány) citromsav nyersoldat 3. KRISTÁLYOSÍTÁS KRISTÁLY SZEPARÁLÁS kicsapás citrát elválasztás citromsav felszabadítás gipsz elválasztás gipsz (hulladék) 4. SZÁRÍTÁS 5. APRÍTÁS, OSZTÁLYOZÁS 6. CSOMAGOLÁS 23 24 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 4

A feldolgozás lépései - 2 Tisztítás 5. Színanyagok eltávolítása aktív szenes oszlopon Ionok eltávolítása kationcserélő, anioncserélő, regenerálás erős savval ill. bázissal 6. Tiszta citromsav oldat koncentrációja: 200-250 g/l további koncentrálás - Többfokozatú vákuum bepárló, kb. 40 o C 7. Kristályosítás vákuumkristályosítóban 36,5 o C alatt képződő termék citromsav-monohidrát 40 o C felett vízmentes termék szűrőcentrifuga az anyalúg visszavezetése a folyamatba 8. Szárítás 36,5 o C alatti hőmérsékleten (kristályvízvesztés veszélye) ioncserés sótalanítás bepárlás kristályosítás centrifugálás szárítás citromsav nyersoldat aprítás osztályozás CSOMAGOLÁS 25 26 1 tonna citromsavra számítva: Micélium: ~135 kg (25 30% fehérje, 15 20% szénhidrát) Takarmány trágya papíripar Gipsz: 1,4 t építőipar Szennyvíz: 8 m 3, 5 6 % szárazanyag; KOI 50 000 mg/l Feldolgozása: Melléktermékek, szennyvíz Bepárlás (szárazanyag: 65 70 %) takarmány-kiegészítő (Citragil) (Az ár nem fedezi a költségeket) Élesztősítés: Torula 14 kg/m 3 Biogáz: ANAMAT eljárás. Kilép: CH 4, CO 2, víz aerob és anaerob eljárás kombinációja ECETSAV ELŐÁLLÍTÁSA A legősibb technológia: a bor megecetesedik, borecet Cukrok etanol ecetsav Saccharomyces cerevisiae Acetobacter aceti Felületi kultúra: töltött oszlopban csorog lefelé a kb. 10 %- os alkohol, felfelé áramlik a levegő. Biofilm alakul ki. Konverzió > 90 %. Nem steril, a befertőződéstől védi az alkoholtartalom és a savas ph. (de: ecetangolna ) Szubmerz tenyésztés: Acetobacter fajok, cél, hogy ne oxidáljon CO 2 + vízzé, hanem megálljon az ecetsavnál. Más források: földgázból parciális oxidációval, fa száraz lepárlásával 27 28 ÚJ LEHETŐSÉG: HOMOACETOGÉNEK ÚJ LEHETŐSÉG: HOMOACETOGÉNEK Egyes Clostridium törzsek képesek CO 2 fixálásra: 1 C 6 H 12 O 6 + 2 H 2 O 2 CH 3 -COOH + 2 CO 2 + 8 H + + 8e 2 CO 2 + 8 H + + 8e CH 3 -COOH + 2 H 2 O C 6 H 12 O 6 3 CH 3 -COOH! Fermentáció típusa Szakaszos Folyamatos sejtvisszatáplálás Folyamatos sejtvisszatáplálás nélkül Forgódobos fermentor Produktivitás (g*l -1 *h -1 ) 0,9 4 2,5 10 Ecetsav konc. (g*l -1 ) 120 22 7 37 A 2 CO 2 ból autotróf CO 2 -fixálással egy új acetil-coa képződik. Miért? Sok Clostridium kemoautotróf, képes H 2 +CO 2 vagy CO gáz-keveréken növekedni, mint egyedüli szénforráson. Előny: +50% hozam, Hátrány: lassú folyamat Szakaszos: glükóz rátáplálás, semlegesítés dolomittal Félfolytonos: lefejtés 50%-ig Forgótányéros: egyfajta immobilizálás, a tányér felületére biofilm tapad Elméleti konverzió: 1 g/g, a gyakorlatban 90-95% 29 30 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 5

ECETSAV GLÜKONSAV ELŐÁLLÍTÁSA Felhasználása: Ipar: erős sav, reakciók, alapanyag, Vízkőoldás Élelmiszeripar: tartósítás Új: jégmentesítés: só helyett Ca- vagy Mg-acetát 1928 felületi tenyésztés cukron, Penicillium notatum 80-87% -os konverzió Ma: főleg Aspergillus niger, mellette baktériumok: Gluconobacter suboxydans, metanolhasznosítók, pl. Ps. ovalis Bioszintézis: baktériumoknál: egy lépés, membránhoz kötött dehidrogenáz gombáknál: két lépésben, a második a sejten kívül megy 31 32 GLÜKONSAV ELŐÁLLÍTÁSA FERMENTÁCIÓS TECHNOLÓGIA A két szubsztrátot glükóz és O 2 bőségesen kell bevinni. Glükóz: rátáplálás, mert az egyszeri adagolás lelassítja a folyamatot. Kihozatal: 0,90-0,95 (glükózra) A glükóz-oxidáz enzim molekuláris oxigént használ fel és H 2 O 2 -ot termel. Ezt a kataláz elbontja. (Kioltási gyűrűt eredményezhet, régen azt hitték, hogy antibiotikumot termel a törzs - blamázs). Oxigén: igen erőteljes levegőztetés, intenzív keverés, nagy fejnyomás. DO-t magas értéken tartani. 33 34 FERMENTÁCIÓS TECHNOLÓGIA FERMENTÁCIÓS TECHNOLÓGIA ph: 5,5 alá nem szabad engedni, mert az enzimrendszer inaktiválódik. Szabályozása: CaCO 3 -tal automatikus, ill. +NaOH-dal, mert a Na só jobban oldódik. N és P: a termelési szakaszban limitáló koncentrációban, inkább nyugvósejtes tenyészet. Feldolgozás: - a micélium szűrése, - bepárlás, - kicsapás CaCO 3 -tal, - elválasztás Micélium hasznosítása: - újrafelhasználás fermentációhoz, - enzim-kinyerés (glükóz oxidáz, kataláz) Törzsfejlesztés: az enzimet a goxb gén kódolja. Génmanipulációval: derepresszált mutáns, 36 óra alatt lefut a ferm. 35 36 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 6

GLÜKONSAV Üzemeltetési költség Közvetlen költségek Kapacitás: 5 000 t/a Beruházási költség: KÖLTSÉGELEMZÉS 7 250 000 Egység Egység/t Egység/a Ár,$/egység Költség $/t $/a Nyersanyagok Dextróz t 1,14 607 691,98 60 % Kalcium-karbonát t 0,23 21 4,83 Gabonaáztató lé t 0,012 260 3,12 (szilárd tartalom) Kénsav t 0,002 75,5 0,15 Magnézium-szulfát t 0,012 277,83 3,33 (heptahidrát) Diammónium-foszfát t 0,02 264 5,28 Monokálium-foszfát t 0,001 340 0,34 Munkabérek 709,03 3 545 150 Üzemeltetők fő/év 25 600 204 800 8 Művezető fő/év 4 29 100 116 400 Üzemvezető fő/év 1 35 100 35 100 356 300 71,26 6 % Karbantartás /a beruházás 4%-a/ 58 290 000 Szolgáltatás Villamos energia kwh 1 000 0,041 41 Technológiai víz 3 m 0,17 0,85 5 3 60 0,017 1,02 Hűtővíz m vízforgatás Gőz t 3,5 11 38,5 81,37 406 850 7 % Eddig összesen 919,66 4 598 300 Közvetett költségek Rezsi költség /a munkabérek 75%-a/ 267 225 Adók és biztosítás /a beruházás 2%-a/ 145 000 Értékcsökkenési leírás /a beruházás 1O%-a/ 145 725 000 12 % Eddig összesen 227,45 1 137 225 Összesen 1147,11 5 735 525 GLÜKONSAV Felhasználási területek: nem korrozív sav Fémipar (tisztítás, rozsdátlanítás) Üvegipar Detergensekben (komplexképző) Gyógyszeripar (vízoldhatóságot javítja, Ca, Fe) Cementadalék Termelés: ~100.000 t/év Cégek: AKZO (NL), Carlo Erba (I), Merck (D), Mallinkrodt (USA) 37 38 Egylépéses konverzióval fumársavból. A termék kicsapásával az egyensúlyinál jobb konverzió érhető el: Törzs: Corynebacterium glutamicum, nyugvósejtes tenyészet Enzim: fumaráz, sztereoszelektív, csak L-malátot termel. Körülmények: ph = 8, t = 25 C Egyensúly: 15 : 85 aránynál (oldatban) Kristályfermentáció 39 40 Feldolgozás: a Ca-malátot kénsavval bontják, a gipszet leszűrik, ioncserével tisztítják, bepárolják, kristályosítják. Amino GmbH eljárása: Corynebacterium glutamicum, szakaszos üzem, nem steril, p-oh-benzoésav észterek Imidazol és idegen fehérje adagolás javítja az enzim aktivitást 2000 t/év, kihozatal: 85 %, 150 g/l Tisztaság: > 99 % Tanabe eljárás: (eltérések) Brevibacterium flavum, immobilizált sejtek (carragenan gél) 1000 literes csőreaktor, ph = 6,5-8, t = 37 C Konverzió: 80% (egyensúlyi), kihozatal: 70 % 41 42 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 7

Éves igény: ~ 40.000 t Felhasználás: Élelmiszeripar (sav cukor arány) gyümölcs és zöldség készítmények, üdítők, lekvárok, édességek Kozmetikai ipar Gyógyszeripar Az (L)-tejsav tipikusan az anaerob anyagcsere terméke, a piroszőlősav hidrogénezésével keletkezik. A természetben előfordul: - savanyú káposzta - aludttej, kefír - kovász - kovászos uborka 43 44 Alternatív előállítások: Szintetikusan: acetaldehid + HCN Bioszintézis (anaerob): Heterofermentatív: 1 tejsav/molekula glükóz Homofermentatív: 2 tejsav/molekula glükóz (nincs CO 2!) Törzsek: - coccusok, - bacillusok, -néhány fonalas gomba Iparban: Lactobacillusok Tápanyagigény: komplex, szerves nitrogént igényelnek, fehérje-hidrolizátumokat. Szénforrás: glükóz, galaktóz, a poliszacharidokat bontani A fermentáció körülményei: Anaerob, levegőztetés nem kell, N 2 öblítés viszont igen. Pufferolás: a keletkező tejsavat közömbösíteni kell, mivel károsítja a sejteket. Lehet: CaCO 3 -tal (automatikus, de szilárd fázis), Alkáli lúgokkal (jelentősen hígítja a fermentlevet) NH 3 gáz befúvatásával (drágább, de nem hígít) Kidolgoztak szakaszos és folytonos technológiákat, a leghatékonyabb a sejtvisszatáplálásos. 45 46 Feldolgozás: klasszikus, kalcium-laktátos lé: - a hőmérsékletet 80-90 C-ra emelik, - az oldat ph-ját kalcium-hidroxiddal 10-11 közé állítják. a kalcium laktát teljes egészében oldatba megy. - a levet melegen szűrik - kénsavval felszabadítják a tejsavat, a kalcium gipsz formájában kicsapódik. - a csapadékos oldatot leszűrik, - a kapott tejsav oldat tetszőlegesen töményíthető, akár 80-90 %-ig, atmoszférikus vagy csökkentett nyomáson. Feldolgozás: Alkáli, vagy ammónium-laktátos lé: - a sejtek elválasztása után mindenképpen savval szabadítják fel a tejsavat, rengeteg só képződik Koncentrálás, tisztítás Bepárlás. Membránműveletek: egyre inkább terjednek A sejtek elválasztására mikroszűrés, Az oldott molekulák szétválasztására nanoszűrés, A laktát só koncentrálására elektrodialízis A sav felszabadítására bipoláris elektrodialízis. 47 48 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 8

A TEJSAV FELHASZNÁLÁSA Élelmiszeripar (tartósítás, ízesítés, sütőipari adalékok, malolaktikus erjesztés) Textil festés, kikészítés, bőrcserzés Műgyanták, celofán Ragasztók, detergensek Kozmetikai ipar (AHA) Gyógyszeripar Legújabban: zöld kémia Lebontható műanyagok (polilakton) gyártása Észterei a zöld = környezetkímélő oldószerek 49 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 9