تولید اسید سیتریک از کاه گندم به روش تخمیر حالت جامد

دیباچه

تولید اسیدهای آلی به دلیل کاربرد وسیع آنها در صنایع مختلف از دیرباز مورد مطالعه و بررسی بوده است.
از جمله اسیدهای آلی مورد استفاده، اسید سیتریک است که دارای مصارف متعددی در صنایع غذایی، دارویی، بهداشتی و سایر صنایع می‌باشد که به دلیل غیرسمی بودن، اسیدیته مناسب، قابلیت بافری و . . .  هر سال به مقدار %۲-۳ بر میزان مصرف آن افزوده  می‌گردد.
از اولین کشورهایی که در این زمینه تلاش کردند، ایتالیا، آمریکا، انگلستان و چند کشور اروپایی بودند که در قرون ۱۸ و ۱۹ به روش شیمیایی اقدام به این عمل نمودند و تقریباً از اوایل قرن ۲۰ روشهای بیوتکنولوژی در سراسر دنیا رایج شدند که هنوز هم کاربرد دارند.
ابتدا روش بستر جامد برای تولید آن استفاده می‌شد ولی به تدریج روش غوطه وری جایگزین روشهای قبلی شد زیرا در روش غوطه‌وری کنترل بهتر و آسانتر صورت گرفته و نیز شرایط کار بهتر و راندمان بیشتر می‌باشد. مجدداً پس از طی چند دهه روش بستر جامد برای تولید این اسید به دلیل امکان استفاده از ضایعات فراوان و ارزان کشاورزی به عنوان سوبسترا رواج یافت. به هر حال در سالهای اخیر تلاشهای فراوانی برای اصلاح گونه‌های میکروبی مولد اسید سیتریک مخصوصاً آسپرژیلوس نایجر صورت گرفته و از جهت افزایش راندمان تولید و استخراج اسید نیز مورد توجه بوده است.

فهرست مندرجات

عنوان                                               صفحه
دیباچه    1
فصل اول: شناخت کلی اسید سیتریک     2
مقدمه    3
۱-۱) پیشینه    4
۱-۲) سوبستراهای استفاده شده بای تولید اسید سیتریک    6
۱-۳)  خواص فیزیکی اسید سیتریک     7
۱-۴) خواص شیمیایی اسید سیتریک     11
۱-۵) منابع طبیعی اسید سیتریک     13
۱-۶) کاربرد اسید سیتریک     15
۱-۷) مشتقات اسید سیتریک     20
۱-۷-۱) نمکها    20
۱-۷-۲) استرها    21
فصل دوم: بیوشیمی تخمیر و متابولیسم تولید اسید سیتریک     23
۲-۱) بیوشیمی تخمیر    24
۲-۲) بیو شیمی تخمیر    24
۲-۲-۱) تشکیل اسید سیتریک از پیرووات    27
فصل سوم: روشهای تولید اسید سیتریک     31
۳-۱) M.O های مولد اسید سیتریک    32
۳-۱-۱) مخمرها    33
۳-۱-۲) آسپرژیلوس نایجر    33
۳-۱-۲-۱) روش جداسازی سویه A.niger مولد اسید سیتریک     34
۳-۱-۲-۲) شناسایی اختصاصی A.niger    35
۳-۲) روش کشت سطحی     37
۳-۳) روش کشت غوطه‌ور     37
۳-۴) تخمیر در بستر جامد    38
۳-۴-۱) روش تخمیر کوجی    38
۳-۵) تأثیر شرایط محیطی بر تولید اسید سیتریک     39
۳-۵-۱) شرایط تغذیه‌ای A.niger     39
۳-۵-۲) تأثیر فلزات trace در تولید اسید سیتریک     40
۳-۵-۳) تأثیر نیتروژن و فسفر در تولید اسید سیتریک     40
۳-۵-۴) تأثیر متانول در تولید اسید سیتریک     41
فصل چهارم: تخمیر در بستر جامد (SSF)     42
۴-۱) تعریف کشت حالت جامد    43
۴-۲) تفاوتهای اساسی بین کشت حالت جامد و کشت غوطه ور    44
۴-۳) مقایسه کشت حالت جامد با سایر فرآیندهای تخمیری     46
۴-۴) مزایایی سیستم کشت حالت جامد     48
۴-۵) معایب سیستم کشت حالت جامد    48
۴-۶) مراحل اصلی فرآیند کشت حالت جامد     49
۴-۷) پارامترهای مؤثر بر فرایند SSF در تولید اسید سیتریک     50
فصل پنجم: کاه گندم     52
۵-۱) تعریف کاه و ویژگیهای ساختاری     53
۵-۱-۱) کربوهیدراتهای ساختمانی     54
۵-۱-۱-۱) سلولز     54
۵-۱-۱-۲) همی سلولز    55
۵-۱-۱-۲) لیگنین     55
۵-۲) ترکیب شیمیایی کاه گندم     59
۵-۳) پیش تیمار (Pretreatment) کاه گندم     59
۵-۳-۱) روشهای فیزیکی پیش تیمار کاه گندم     60
۵-۳-۱-۱) پیش تیمار کاه گندم با بخار     60
۵-۳-۲) روشهای شیمیایی پیش تیمار کاه گندم     61
۵-۳-۲-۱) پیش تیمار کاه با اوره     63
۵-۳-۳) پیش تیمار بیولوژیکی کاه گندم     63
فصل ششم: جداسازی و خالص‌سازی اسید سیتریک     64
۶-۱) استخراج اسید سیتریک     65
۶-۱-۱) فروشویی (Leaching)    65
۶-۱-۲) روش رسوبگیری     66
۶-۱-۳) روش استفاده از استخراج با حلال     68
۶-۱-۴) روش استفاده از غشاء     69
۶-۱-۵) مقایسه بین روشهای مختلف جداسازی اسید    70
۶-۲) خالص سازی اسید سیتریک     71
فصل هفتم: بررسی جنبه اقتصادی     73
۷-۱) کشورهای عمده‌ تولید کننده و مصرف کننده محصول     74
۷-۲) اهمیت اقتصادی طرح     74
۷-۳) میزان واردات اسید سیتریک     75
۷-۴) واحدهای تولیدی و واحدهای در دست اجرای اسید سیتریک     78
منابع مورد استفاده     81

منابع مورد استفاده:

۱- بیوتکنولوژی- میکروبیولوژی صنعتی، تألیف:‌ ولف کروگر- آنالیز کروگر، مترجمان: دکترسید علی مرتضوی- مهندس مهدی کریمی- مهندس رسول کدخدایی- مهندس سعید رحیمی یزدی، انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد.
۲- میکروبیولوژی صنعتی، تألیف: اختر الملوک کاظمی و سیری (۱۳۷۲) دانشگاه صنعتی شریف.
۳- بیوتکنولوژی صنعتی، تألیف: دکتر سید عباس شجاع الساداتی، دانشگاه تربیت مدرس
۴- مبانی بیوتکنولوژی و میکروب‌شناسی صنعتی، تألیف:‌ دکتر حسن لامع و دکتر محمد رضا احسانی، دانشگاه آزاد اسلامی (۱۳۷۵)
۵- بیوتکنولوژی میکروبی، تألیف: محمد رضا صعودی، دکتر فریدون ملک زاده، دکتر شیرین ملک زاده، دانشگاه تهران (۱۳۸۰)
۶- تکنولوژی آماده‌سازی و نگهداری غلات، تألف:‌ دکتر ناصر رجب زاده (۱۳۷۵)
۷- مبانی فناوری غلات، تألیف دکتر ناصر رجب زاده، دانشگاه تهران (۱۳۸۰)
۸- غلات     تألیف: ناصر خدا بنده         دانشگاه تهران
۹- گندم     تألیف:‌ هادی کریمی
۱۰- سالنامه آمار بازرگانی خارجی جمهوری اسلامی ایران سالهای ۸۲-۱۳۷۷
۱۱- آمار وزارت صنایع (۱۳۸۳)، وزارت صنایع تهران
۱۲- سید صفاعلی فاطمی، سید عباس شجاع الساداتی، «بهینه‌سازی تولید اسید سیتریک با استفاده از طراحی آزمایشها در روش تخمیر حالت جامد با بکارگیری A.niger،‌ دانشگاه تربیت مدرس، امیر کبیر، سال یازدهم، شماره ۴۳.
۱۳- سید صفا علی فاطمی، سید عباس شجاع الساداتی،‌ «تولید اسید سیتریک از تفاله سیب با استفاده از تخمیر حالت جامد، مقالات علمی پژوهشی،‌ سال هجدهم ، شماره یک و دو (۱۳۷۸)
۱۴- Y.D. Hang, E. E. Woodams, “A process for leaching citric acid from apple pomace fermented with A.nigr in SSF”, MIRCEN jornal, (1989), 5, 379-382.
۱۵- Y.D. Hang, E. E. Woodams, “Solid state fermentation of apple pomace for citric acid production.” MIRCEN jornal, (1986), 2, 283-287
۱۶- S.A. shojaosadati, V. Babaeipour. “Citric acid production from apple pomace in multi- layer Packed bed solid- state bioreactor.”, process Biochemistry 37. (2002), 909-914.
۱۷- W.Q.XU, Y.D. Hang, “Roller culture techni que for citric acid production by A.niger”, process Biochemistry, (1988)
۱۸- Y.D. Hang. “Microbial production of citric acid in fixed- bed column. Bioreactors”, Biotechnology letters, Vol 10, No.6 421-426 (1988)
۱۹- Y. D/ Hang, E.E. woodams, “utilization of grape pomace for citric acid production by SSF.” , Am.j Enol.vitic, vol/.37 , No.2, (1986)
۲۰- Y.D. Hang, E.E. woodams, ‘production of cirtic acid from corncobs. By A.niger”. , Bioresource technology 65 (1998) 251-253.
۲۱- T. Roukas, P. Kotze kidou, ‘Pretreat ment of date syrup to increase citric acid production”. Enzyme and Microbial technology 21, 273-276 (1997) .
۲۲- Al- obaidi, “The use of deionised date syrup as a substrate for citric acid production.”, Biote chnology letters, (1979), 1, 153-158.
۲۳- V.S. shankaranad, B. K. Lonsane, “coffee- husk; an inexpen sive subtrate for production of citric acid by A.niger in SSF.”, Jornal of microbiology & Biotechnology 10, 165-168, (1994)
۲۴- P.S. randenberghe, C. R. soccol, A. pandey, J. M. Lebeault, “SSF for the synthesis of citric acid by A.niger.”,  Bioresource Technology 74, (2000), 175-178
۲۵- S.K. Khare, Krishna Jha, A.P. Gandhi, ‘citric acid production from okaraybg SSF.”, Biore source Teehnology 54 (1995), 323-325.
۲۶- M. Y. Lu, I. S. Maddox, J. D. Brooks, “Application of a multi- Layer Packed- bed reactor to citric acid production in SSF using A. niger.”, process Biochemistry, vol. 33, No.2 PP.117-123, (1998)
۲۷- M.Y. Lu, j.P. Brooks, I. S. Maddox, ‘citric acid production by SSF in a packed – bed reactor using A.niger.”, Enzyme and Microbial Technology 21, 392-397, (1997)
۲۸- T. Roukas, P. Kotzekidou, “production of citric acid from Brewery wastes by surface fenmentation using A.niger.”, journal of food science- 225, vol. 51 No. 1, (1986)
۲۹- T. Roukas, E. Alichanidis, “citric acid production from beet molasses by cell recycle of A.niger,”, Indus trial Micobiology, 7 (1991), 71-74.
۳۰- G.N. Q azi, C. N. Gaind, S.K. chaturred, “pilot – scale citric acid production with A.niger under several conditions.”, jornal of fermentation and bioengineering, vel. 69, No. 1,72 – 74, (1990)
۳۱- اطلاعات اولیه مورد نیاز طرح تولید اسید سیتریک،‌ وزارت صنایع،‌ معاونت توسعه صنعتی ، میترا رزمجو (۱۳۷۷)
۳۲- قارچ شناسی پزشکی، تألیف: دکتر مسعود امامی، دکتر پریوش کردبچه،‌ دکتر مهین مقدمی،‌ دکتر فریده زینی، انتشارات دانشگاه تهران،‌ (1373).