Продуцентом является специально селекционированный штамм дрожжей, позволяющий получать до 100 г/л лимонной кислоты или 135 г/л цитрата натрия. Процесс ферментации осуществляется как в непрерывном, так и в периодическом режиме. Выделение лимонной кислоты и цитрата натрия осуществляется по новой оригинальной технологии непосредственно из пермеата без использования концентрированных кислот и щелочей.
Процесс ферментации и выделения лимонной кислоты и цитрата натрия осуществляется с использованием стандартного микробиологического (в ферментерах с перемешиванием и подачей воздуха) и химического оборудования, специального оборудования не требуется.
Имеется техническая документация на производство безводной и моногидрата лимонной кислоты, трехзамещенного цитрата натрия дигидрата технического, а также фармакопейной и реактивной квалификации.
Технология отработана на Опытной технологической установке в ферментере объемом 2 м3; технология легко масштабируется, а авторы имеют опыт осуществления таких технологий в ферментерах объемом 63 м3.
В зависимости от конъюнктуры рынка возможно производство одного продукта – цитрата натрия или лимонной кислоты любой квалификации или одновременно обоих продуктов.
По предлагаемой технологии получают лимонную кислоту и цитрат натрия, соответствующие Британской Фармакопее (BP) и имеющие следующий состав:
Кислота лимонная моногидрат и лимонная кислота безводная | Внешний вид | белое кристаллическое вещество | | 20% раствор в воде | прозрачный, практически бесцветный | | Вода* | 7,5-8% | | Сульфатная зола | max. 0,05 % | | Тяжелые металлы | max. 10 ppm | | Мышьяк | max. 3 ppm | | Барий | отсутствует | | Свинец | max. 10 ppm | | Кальций | max 100 ppm | | Железо | max 5 ppm | | Медь | max 25 ppm | | Цинк | max 25 ppm | | Хлориды | max 10 ppm | | Щавелевая кислота | отсутствует | | Сульфаты | max. 150 ppm | | Легкообугливаемые вещества | соответствуют | | Анализ | 99,5-100,5 % | * для лимонной кислоты моногидрата
Цитрат натрия двухводный
| Анализ | 99-101 % | | Тяжелые металлы | max 10 ppm | | Хлориды | max 50 ppm | | Щавелевая кислота | отсутствует | | Сульфаты | max 150 ppm | | Легкообугливаемые вещества | соответствуют | | Кислотность или щелочность | соответствуют | В следующей таблице приведена краткая характеристика продуктов, производимых по данной технологии, их себестоимость в сравнении с действующими ценами на аналогичные продукты | Продукт | Квалификация и назначение | Цена ($ за 1 тонну) | | Действующие цены | | Лимонная кислота | пищевая | 1400-1500 | | Цитрат натрия | British Pharmacopoeia | 2000 | | Цитрат натрия | технический для СМС | 900-1200 | | Себестоимость по данной технологии | | Лимонная кислота | чистая | 780-850 | | Цитрат натрия | British Pharmacopoeia | 700-800 | | Цитрат натрия, осн. в-во 97-98% | технический для СМС | 450-550 | | Цитрат натрия, жидкий, СВ 60% | технический для СМС и ТМС | 320-390 | Штамм Yarrowia lipolytica депонирован во Всероссийской коллекции микроорганизмов при Институте биохимии и физиологии микроорганизмов Российской Академии Наук, 142292, Московская область, г. Пущино, проспект Науки, д.5 в соответствии с Будапештским договором о международной регистрации депонирования микроорганизмов для целей патентной процедуры.
Штамм защищен патентом совместно со способом получения лимонной кислоты и способом выделения цитрата натрия.
Штамм получен путем мутагенеза, последующего отбора и последовательной селекции, показана его стабильность; он поддерживается в лиофильном виде и на агаризованной среде.
Предлагаемый штамм Yarrowia lipolytica отличается:
высокой стабильностью синтеза лимонной кислоты и/или цитрата натрия;
хорошо растет и синтезирует лимонную кислоту и/или цитрат натрия не только на чистом этаноле, но также на техническом этаноле, полупродуктах и отходах спиртового производства, в том числе эфиро-альдегидной фракции;
осуществляет синтез лимонной кислоты и/или цитрата натрия при относительно низкой концентрации кислорода в среде, что обеспечивает снижение энергетических затрат за счет уменьшения подачи воздуха.
“KNOW-HOW” (предмет “know-how”, краткое описание того, что передается под “know-how”, какие секреты: секреты производства, знания, опыт, необходимые для осуществления технологии получения лимонной кислоты, другое).
“KNOW-HOW” включает:
опыт по воспроизводству штамма-продуцента лимонной кислоты и/или цитрата натрия, способов анализа его продуктивности и поддержания высокой активности;
опыт по управлению процессом биосинтеза кислоты;
опыт по управлению процессом выделения и очистки целевых продуктов и получению целевых продуктов необходимой квалификации.
Достоинства технологии; преимущества в сравнении с аналогами
В настоящее время объем мирового производства лимонной кислоты и ее солей составляет более 800 тыс. тонн в год. Наряду с традиционными сферами использования в производствах напитков и кондитерских изделий, лимонная кислота и ее соли нашли широкое применение в детском питании, в качестве консерванта крови, а также в химико-фармацевтической, электронной, оборонной и других отраслях экономики.
В последние годы резко возросла потребность в цитрате натрия в связи с устойчивой мировой тенденцией частичной или полной замены в составах синтетических и технических моющих средств (СМС, ТМС) активной добавки - триполифосфата натрия, попадание которого в водоемы резко ухудшает их экологическое состояние, вызывает мор рыбы, зарастание синезелеными водорослями и делает непригодными водоемы для забора питьевой воды. В США, Канаде, Швейцарии, Финляндии и других развитых странах в связи с ужесточением норм по охране окружающей среды содержание фосфатов в моющих средствах законодательно резко ограничено до 2-12% за счет использования цитрата натрия или других экологически безопасных компонентов. В Японии и Германии 96% и 60% (соответственно) выпускаемых СМС и ТМС являются бесфосфатными.
Мировой опыт полной или частичной замены триполифосфата на цитрат натрия в производстве моющих средств аргументирует необходимость создания эффективных технологий его производства в России. При потребности цитрата натрия для СМС более 100 тыс. тонн мощности по его производству в России не превышают 1000 тонн в связи с тем, что существующая технология не обеспечивает рентабельность производства цитрата натрия, его экологическую чистоту и малоотходность.
В настоящее время лимонную кислоту производят с помощью условно патогенных грибов Aspergillus niger методом поверхностного или глубинного культивирования, используя в качестве сырья мелассу. Наличие большого количества балластных веществ в мелассе предопределяет многостадийность выделения и очистки целевого продукта: лимонную кислоту осаждают в виде кальциевой соли, затем переводят в свободную кислоту обработкой концентрированной серной кислотой; в результате получают соизмеримые с количеством продукта отвалы гипса и большие объемы сточных вод. Цитрат натрия производят из готовой лимонной кислоты путем ее нейтрализации щелочью и последующего выделения.
Трудо- и энергоемкость существующих производств обусловливает высокую себестоимость продукции, особенно цитратов, получаемых после выделения лимонной кислоты.
Использование мелассы в качестве основного компонента сырья в производстве лимонной кислоты и цитрата натрия создает проблемы не только технологического характера (большое количество стоков и твердых отходов, многостадийность выделения и очистки продуктов и т.п.), но и экономического плана. Единовременное выделение огромного количества оборотных средств на сезонную закупку мелассы в условиях рынка отрицательно сказывается на экономическом положении предприятия.
Основными особенностями предлагаемой технологии по сравнению с существующей являются:
использование в качестве основного сырья непищевого технического этилового спирта, полупродуктов и отходов спиртовых производств вместо мелассного сырья;
продуцентом является высокоактивный и стабильный штамм Yarrowia lipolytica, близкий к используемым пищевым дрожжам вместо условно патогенного гриба Aspergillus niger, используемого в настоящее время в промышленности;
выделение лимонной кислоты и цитрата натрия по предлагаемой технологии непосредственно из пермеата культуральной жидкости значительно упрощено и позволяет исключить существующие трудоемкие стадии производства, на которых используются концентрированные кислоты и щелочи;
новая технология позволяет снизить затраты электро- и теплоэнергии на единицу продукции в 1,5 раз, объемы сточных вод в 4 раза и полностью исключить накопление гипса, что позволяет считать предлагаемый процесс экологически чистым.
Себестоимость лимонной кислоты и цитрата натрия, произведенных по данной технологии, ниже себестоимости этих продуктов, полученных традиционным путем с помощью плесневых грибов из мелассы или других углеводов.
Снижение себестоимости целевых продуктов достигается стабильной активностью штамма-продуцента, стоимостью основного сырья, значительным сокращением (вдвое) количества стадий производства и снижением в 1,5 раза удельных затрат электро- и теплоэнергии по сравнению с теплоэнергией, используемой в мировой практике.
По предлагаемой технологии полная расчетная себестоимость 1 тонны технического цитрата натрия из головной фракции этилового спирта (эфиро-альдегидная фракция) составляет $ 0,45-0,55 тыс. При установившейся цене $ 0,9-1,2 тыс. за 1 тонну технического цитрата натрия на производственную мощность 2 тыс. тонн/год ожидается годовая прибыль в размере не менее $ 1 млн., а на мощность 12 тыс. тонн/год - $ 6 млн.
Минимизация твердых отходов до 0,07 т/т и более чем в 4 раза уменьшение количества стоков определяют экологическую целесообразность предлагаемой технологии.
8. Стадия разработки (макетный или промышленный образец / другое)
Разработана опытно-промышленная технология, имеется полная техническая документация.
9. Есть ли авторские свидетельства, патенты (кто авторы, в какой стране запатентовано, номер, дата), статьи?
Предлагаемая технология защищена патентом РФ №2090611 “Штамм дрожжей Yarrowia lipolytica - продуцент лимонной кислоты способ получения лимонной кислоты и способ выделения цитрата натрия” от 20 сентября 1997 г. Приоритет изобретения - 27 сентября 1996 г.
Патентообладатели: Финогенова Татьяна Васильевна, Самойленко Владимир Александрович, Арзуманов Егише Николаевич, Мельников Владимир Алексеевич.
Авторы: Арзуманов Е.Н., Арзуманов Т.Е., Агаджанян А.Е., Камзолова С.В., Мельников В.А., Мовсесян Р.А., Сальникова И.В., Самойленко В.А., Финогенова Т.В., Шишканова Н.В., Хачанов Д.Г.
С текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка продуктов глубокой переработки пшеницы можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок продуктов глубокой переработки пшеницы в России».
www.newchemistry.ru
|
