LBCTICAL BCID

БИОТЕХНОЛОГИЧНО ПРОИЗВОДСТВО НА LACTICO BCID

lbctical

Млечната киселина има широко приложение в хранителната, химическата, фармацевтичната, химическата и козметичната индустрия, наред с други. Наскоро изследванията върху L (+) и D (-), млечна киселина, бяха ускорени от биотехнологиите, поради възможността за трансформация в биоразградима поли-млечна киселина (PLA). Усилията в изследванията на млечната киселина са насочени към намаляване на производствените разходи чрез нови субстрати, нови ферментационни и сепарационни технологии и нови микроорганизми, способни да достигнат високи концентрации на млечна киселина, високи добиви и висока производителност.

ВЪВЕДЕНИЕ

Млечната киселина е открита през 1780 г. от шведския химик Scheele, който я изолира от кисело мляко, тя е призната за ферментационен продукт от Blonodeaur през 1847 г. и едва през 1881 г. Littlelon започва ферментация в индустриален мащаб. Това е много гъвкаво съединение, използвано в химическата, фармацевтичната, хранителната и пластмасовата промишленост.

Има два оптични изомера, млечната D (-) и млечната L (+) и рацемичната форма, състояща се от еквимоларни фракции на D (-) и L (+) формите. За разлика от D (-) изомера, L (+) конфигурацията се метаболизира от човешкото тяло.

И двете изомерни форми на млечна киселина могат да бъдат полимеризирани и могат да се получат полимери с различни свойства в зависимост от състава.

Свойства на млечната киселина

ПРОМИШЛЕНО ПРОИЗВОДСТВО

Млечната киселина може да бъде получена химически или биотехнологично. Химичното производство се основава на реакцията на ацеталдехид с циановодородна киселина (HCN) за получаване на лактонитрил, който може да се хидролизира до млечна киселина; Друг тип реакция се основава на реакцията на високо налягане на ацеталдехид с въглероден окис и вода в присъствието на сярна киселина като катализатор. Химичният синтез има недостатъка, че произведената млечна киселина е смес от D и млечна киселина, оптимално неактивна, за която 90% от млечната киселина, произведена в света, се произвежда чрез биотехнологии.

Биотехнологичното производство се основава на ферментацията на субстрати, богати на въглехидрати от бактерии или гъбички и има предимството да образува оптимално активни D (-) или L (+) енантиомери. Биотехнологичното производство зависи от вида на използвания микроорганизъм, обездвижването или рециркулацията на микроорганизма, рН, температурата, източника на въглерод, източника на азот, използвания режим на ферментация и образуването на странични продукти.

Бактериите, които могат да се използват за производството на млечна киселина, са Грам положителни коки и бацили, факултативни анаероби, неспорообразни, неподвижни и каталазно отрицателни, принадлежащи към Lactobacillus, Carnobacterium, Leuconostc, Tetragenococus, ...

Млечнокиселите бактерии (LAB) имат сложни хранителни изисквания поради ограничената им способност да синтезират аминокиселини и витамин В. Повечето LAB произвеждат само изомерна форма на млечна киселина. Видовете от рода Aerococcus, Carnobacterium, произвеждат само L изомери, докато видовете от рода Leuconostc произвеждат само изомери D. Въпреки това, някои LAB произвеждат рацемични форми, при които преобладаващият изомер зависи от промените в аерацията, количеството NaCl, вида на ферментацията, се увеличава в рН и концентрация на субстрата.

Според крайните продукти на въглехидратната ферментация LAB се разделят на хомоферментативни и хетероферментативни. При хомоферментативния метаболизъм се произвежда предимно млечна киселина и хексозата се използва от бактериите. Някои от бактериите, които имат този метаболизъм, са delbruekii, helveticus и др. Класическата стехиометрия на хомолитичната ферментация е следната:

C6H12O6 + 2 ADP + 2 Pi 2CH3-CHOH-COOH + 2 ATP

При хетеробетна ферментация се образува ксилулоза-5 фосфат от дехидрогенираната глюкозо-6 фосфатна система. Хетеробектичната стохиметрия от глюкоза е както следва:

C6H12O6 + 2 ADP + 2 Pi CH3-CHOH-COOH + CH3CH2OH + CO2 + 2ATP

Освен това млечната киселина може да се произвежда в по-голяма или по-малка степен от бактерии, които обикновено не са включени в млечната група, като Bifidobacterium, някои видове Bacillus, Clostridium, ...

От LABs Lactobacillus delbrueckii е най-широко използваният микроорганизъм в мащабното производство на млечна киселина, тъй като има предимството да произвежда само L (+) изомери, ефективно да консумира глюкоза и да е термофилен микроорганизъм с оптимална температура на растеж 41,5 єC, което намалява разходите за охлаждане и стерилизация, както и рисковете от микробиологично замърсяване във ферментатора. Този микроорганизъм расте добре при рН между 5,5 и 6,5, така че произвежданата киселина трябва непрекъснато да се неутрализира.

Гъбите, използвани в производството на млечна киселина, са плесени и дрожди, принадлежащи към родовете Rhizopus, Zymomonas, Saccharomyces. От края на 80-те години Rhizopus oryzae е широко проучен за биотехнологично производство на млечна киселина, тъй като има предимството, че не се нуждае от източник на органичен азот за растежа си, той има способността да произвежда директно големи количества L (+ ) млечна киселина от нишесте и лесно се отделя от ферментационната среда в процеса на възстановяване и пречистване. Трудността при производството на плесенясала млечна киселина е физическата й форма, тъй като големият размер на мицелия или техните агрегати може да доведе до увеличаване на вискозитета на ферментационната среда, което води до голямо увеличение на потребността от кислород и устойчивост на трансфер на маса в процеса на ферментация, което от своя страна увеличава времето на ферментация, увеличава страничните продукти, образувани особено етанол, и намалява добивите от превръщането.