Podcast
Questions and Answers
Melyik élőlény segítségével állítják elő a citromsavat?
Melyik élőlény segítségével állítják elő a citromsavat?
Melyik tényező nem szükséges a citromsav előállításához?
Melyik tényező nem szükséges a citromsav előállításához?
Melyik folyamat nem kapcsolódik a citromsav előállításához?
Melyik folyamat nem kapcsolódik a citromsav előállításához?
Mennyire van szükség a citromsav termelésében a citromfélékből származó nyersanyagra?
Mennyire van szükség a citromsav termelésében a citromfélékből származó nyersanyagra?
Signup and view all the answers
Melyik anyag nem keletkezik a citrát ciklus során?
Melyik anyag nem keletkezik a citrát ciklus során?
Signup and view all the answers
Melyik enzim játszik szerepet a glükóz oxidációjában az Aspergillus niger által?
Melyik enzim játszik szerepet a glükóz oxidációjában az Aspergillus niger által?
Signup and view all the answers
Melyik környezeti feltétel NEM optimális a glükonsav termeléséhez?
Melyik környezeti feltétel NEM optimális a glükonsav termeléséhez?
Signup and view all the answers
Milyen eljárást használnak a glükonsav kinyerésére?
Milyen eljárást használnak a glükonsav kinyerésére?
Signup and view all the answers
Melyik anyag szükséges a glükóz-oxidáz működéséhez?
Melyik anyag szükséges a glükóz-oxidáz működéséhez?
Signup and view all the answers
Melyik termékhez használják a glükonsavat az élelmiszeriparban?
Melyik termékhez használják a glükonsavat az élelmiszeriparban?
Signup and view all the answers
Melyik kémiai folyamatot jelenti a szolventogenezis?
Melyik kémiai folyamatot jelenti a szolventogenezis?
Signup and view all the answers
Milyen arányban keletkeznek a bomlás során a butanol, aceton és etanol?
Milyen arányban keletkeznek a bomlás során a butanol, aceton és etanol?
Signup and view all the answers
Miért vált versenyképtelenné a mikrobiális fermentáció a háború után?
Miért vált versenyképtelenné a mikrobiális fermentáció a háború után?
Signup and view all the answers
Melyik mikroorganizmus segíti a butanol és aceton előállítását?
Melyik mikroorganizmus segíti a butanol és aceton előállítását?
Signup and view all the answers
Melyik anyagcsere-folyamatban keletkeznek szerves savak?
Melyik anyagcsere-folyamatban keletkeznek szerves savak?
Signup and view all the answers
Mi a citromsav szerepe a fémfelvételben?
Mi a citromsav szerepe a fémfelvételben?
Signup and view all the answers
Milyen tápanyagot használnak a citromsav termelés során?
Milyen tápanyagot használnak a citromsav termelés során?
Signup and view all the answers
Milyen pH érték szükséges a citromsav termeléshez?
Milyen pH érték szükséges a citromsav termeléshez?
Signup and view all the answers
Mi történik a citromsav kinyerése során a Ca(OH)2 hozzáadásakor?
Mi történik a citromsav kinyerése során a Ca(OH)2 hozzáadásakor?
Signup and view all the answers
Mi a kulcsszerepe az oxidálásnak a citromsav termelésének folyamatában?
Mi a kulcsszerepe az oxidálásnak a citromsav termelésének folyamatában?
Signup and view all the answers
Melyik anyag hasonló tulajdonságokkal bír, mint a citromsav a fémek kötések erőssége szempontjából?
Melyik anyag hasonló tulajdonságokkal bír, mint a citromsav a fémek kötések erőssége szempontjából?
Signup and view all the answers
Mi történik a biokonverzió során a citromsav termelésében?
Mi történik a biokonverzió során a citromsav termelésében?
Signup and view all the answers
Miért fontos a levegő áramoltatása az agar tálcákon?
Miért fontos a levegő áramoltatása az agar tálcákon?
Signup and view all the answers
Melyik baktérium felelős az ecetsav anaerob előállításáért?
Melyik baktérium felelős az ecetsav anaerob előállításáért?
Signup and view all the answers
Mi szükséges a savstressz ellen écetsav termelés során?
Mi szükséges a savstressz ellen écetsav termelés során?
Signup and view all the answers
Milyen koncentrációjú acetát érhető el a Clostridium thermoaceticum használatával?
Milyen koncentrációjú acetát érhető el a Clostridium thermoaceticum használatával?
Signup and view all the answers
Mi a legkorábban használt tartósítószer az élelmiszeriparban?
Mi a legkorábban használt tartósítószer az élelmiszeriparban?
Signup and view all the answers
Melyik terméket állították elő főleg műanyagok gyártásához az I. világháború alatt?
Melyik terméket állították elő főleg műanyagok gyártásához az I. világháború alatt?
Signup and view all the answers
Melyik a második legfontosabb fermentációs termék az etanol után?
Melyik a második legfontosabb fermentációs termék az etanol után?
Signup and view all the answers
Miért nőtt meg a gazdaságosság a butanol termelés során a keményítő helyett melasz használatával?
Miért nőtt meg a gazdaságosság a butanol termelés során a keményítő helyett melasz használatával?
Signup and view all the answers
Milyen pH értéket célszerű fenntartani ecetsav termelés közben?
Milyen pH értéket célszerű fenntartani ecetsav termelés közben?
Signup and view all the answers
Mi az optimális pH érték az acetogenezishez?
Mi az optimális pH érték az acetogenezishez?
Signup and view all the answers
Melyik anyagcsere útvonal gátolja az acetogenezist a vas hiánya?
Melyik anyagcsere útvonal gátolja az acetogenezist a vas hiánya?
Signup and view all the answers
Milyen arányban keletkezik butanol, aceton és etanol 100 kg cukorból?
Milyen arányban keletkezik butanol, aceton és etanol 100 kg cukorból?
Signup and view all the answers
Melyik mikroorganizmus felelős a 2,3-butándiol termeléséért?
Melyik mikroorganizmus felelős a 2,3-butándiol termeléséért?
Signup and view all the answers
Mellyik alternatíva nem tartozik a melléktermékek közé az AB folyamat során?
Mellyik alternatíva nem tartozik a melléktermékek közé az AB folyamat során?
Signup and view all the answers
Milyen módszer növeli a Clostridia oldószer toleranciáját?
Milyen módszer növeli a Clostridia oldószer toleranciáját?
Signup and view all the answers
Melyik vegyület nem keletkezik a kevert savas fermentáció során?
Melyik vegyület nem keletkezik a kevert savas fermentáció során?
Signup and view all the answers
Milyen energiaforrást termelnek a keletkező gázok a bioprocessz során?
Milyen energiaforrást termelnek a keletkező gázok a bioprocessz során?
Signup and view all the answers
Study Notes
Szerves savak, oldószerek
- A szerves savakat és oldószereket az élelmiszeriparban használják
- 1910-ig a citromsavat főleg citromból vonták ki, de ez rossz hatásfokú volt.
- A világ citromsav szükségletét citromból nem lehet fedezni.
- James Currie az Aspergillus niger nevű penészgomba segítségével állította elő a citromsavat.
- A citromsav előállítása során a pH-értéknek 2,5 alatt és 60%-os konverzió felett kell lennie.
- Az Aspergillus niger előállításához szükséges alacsony pH, alacsony [Mn2+] és kevés cukor. Emellett a növekedési sebességnek is alacsonynak kell lennie.
- 1930-ban a világ citromsav-termelése 90-95%-ban penészgomba felhasználásával történt, elsősorban az A. niger és Penicillium glaucum fajokkal.
- Napjainkban közel 700 000 tonna citromsavat állítanak elő évente.
- A citromsav fontos szerepet játszik a citrát-ciklusban.
Citromsav – Aspergillus niger
- Az Aspergillus niger egy eukarióta, aerob élőlény, melynek citrát-ciklus alapú anyagcseréje van.
- Jól tárolható és különböző szénforrásokként táplálkozhat.
- Nem táplálkozhat tanninnal ellentétben más mikroorganizmusokkal.
Citrát ciklus
- A cukorból acetil-CoA képződik, majd ez beépül a citrát-ciklusba.
- A citrát-ciklus része a Szent-Györgyi-Krebs ciklusnak.
- A ciklus nem eredményez ATP-t, de 2 CO2, 1 GTP és 8 elektron képződik.
- Számos aminosav, purin, pirimidin, porfirin, hem és klorofill képződéséhez szükséges köztestermék.
Citromsav biokémia
- A citrát ciklus csak a citromsavig működik, ha alacsony pH-érték és kétértékű kation nélkül van jelen, különben a citromsav a sejtekből kiválasztódik.
Citromsav termelés
- A citromsav előállításához szükséges tápanyagok, mint a melasz (főként glükóz és fruktóz diszacharidok), mely invertáz enzimmel monoszacharidokká bomlik, vagy keményítő hidrolizitátum (maltóz, glükóz-glükóz), valamint oxigén szükséges. A citromsav termelés felületi fermentáción keresztül történik agar tálcákon történő fermentáción keresztül.
- Specifikus feltételek: alacsony pH (≤ 2,5) és fémion (Mn2+) koncentráció, kelátorok (mint a Na₂EDTA és K₄[Fe(CN)₆] - hexacianoferrát) hozzáadása, hogy a fém ne képezzen komplexet a citromsavval. Kétfázisú fermentációt alkalmaznak. A micelium tenyésztés lassú szaporodás mellett biokonverziót eredményez.
- Szilárd fázison fermentációval az agar lemezen történik a citromsav termelés, melyhez fontos a melasz, a K-hexaciano-ferrát és a puffer nélküli környezet, valamint a levegő áramoltatása vízpárával.
- A biomassza képzés optimális feltételek kialakítását követeli meg, sok sejtet eredményez a termelés során. A termelés végén a citromsav az agarban található meg.
Citromsav kinyerés
- Az agarból a citromsavat vízzel mossák ki nagy térfogatban, majd minden vízben oldódó anyag kioldódik.
- A koncentrációhoz kalcium-hidroxidot (Ca(OH)₂) adagolnak, mely Ca3-citrátot kicsapja, majd a keletkezett szilárd csapadékot szűrik le, majd tisztítják.
- Így erős sav hozzáadásával (pl. kénsav) a citromsavat kivonják a kalcium-csapadékból, melyet ioncserélő kromatográfiás módszerrel tovább tisztítanak. Végül kristályosítással tiszta citromsavat kapnak.
Citromsav felhasználás
- Ma évente közel 700 000 tonna citromsavot állítanak elő.
- Az élelmiszeriparban tartósítószerként, italokban, kozmetikumokban, vízlágyításban, fémtisztításban, biopolimerekben, és emisszió csökkentésben alkalmazzák.
Glükonsav
- Az Aspergillus niger szilárd fázisú fermentációja során, de eltérő körülmények között termelik, mint a citromsav esetében.
- A Glükonsav előállításához neutrális pH-t és Mn2+ fémiont igénylő reakció.
Glükonsav biokémia
- Az Aspergillus niger glükóz-oxidáz enzimjét használja a glükóz oxidálására.
- A folyamat redox-folyamat, amely FAD-ot tartalmaz.
- A pH3-as érték alatt inaktiválódik, emiatt semleges pH-t igényel.
- A kataláz enzim a hidrogén-peroxiddal száll szembe. Reakcióban vesz részt, védőként reagálva.
Glükonsav termelés
- Általános feltételek: sok cukor, aerob körülmények, 35-37°C, alacsony P és/vagy S koncentráció.
- Specifikus feltételek: pH> 5, 10 mM Mn²⁺ a glükóz-oxidáz működéséhez szükséges, extracelluláris reakció, a termelés az agarban történik.
Glükonsav kinyerés
- A kinyerés a citromsav kinyeréséhez hasonló módon történik, a folyamat egyaránt oldószeres extrakciót, vákuum desztillációt, savleszorítást, iont cserélést és kristályosítást tartalmaz.
Glükonsav felhasználás
- Évente közel 60 000 tonna glükonsavat állítanak elő.
- Tisztítószerekben, vízlágyítókban, kelátorokban, valamint élelmiszer-adalékként (pl. tofu) használatosak.
- Bioszenzorokban a glükóz oxidációjához használható mérési módszertant biztosít.
Ecetsav termelés
- Aerob módon Acetobacter sp. nevű baktériumok keverékével történő fermentáció során termelik.
- Alkohol oxidáció ecetsavvá, melyben alkohol dehidrogenáz és aldehid dehidrogenáz enzimek vesznek részt.
- Az alkohol ecetsavvá oxidációjához oxigén limitált környezet szükséges, mely immobilizált baktériumok forgácson történő tenyésztésével vagy biofilm létrehozásával érhető el.
Ecetsav termelés
- Fontos szubsztrátok és termékgátlók figyelembevétele szükséges (10-15% alkoholból 10-15% ecetsav keletkezik, 100% konverzió elérése).
- Félfolyamatos eljárásokat alkalmaznak.
Ecetsav termelés
- Anaerob módon a Clostridium thermoaceticum baktériummal történő fermentáció során glükózból ecetsav keletkezik, melynek savstressz ellen pH-kontrollra van szükség.
- 20-25% ecetsav koncentrációja érhető el ipari felhasználásra.
Ecetsav kinyerés
- Az ecetsavat az élelmiszeriparban (10-15%) és a vegyiparban használják.
- Kombinált eljárásokat alkalmaznak a kinyeréshez, főleg párolást, oldószeres extrakciót és azeotrop desztillációt.
Ecetsav felhasználás
- Évente közel 200 000 tonna ecetsavat állítanak elő.
- Használata a régebbi tartósítószerek között, főleg saláták és zöldségek ízesítésére, valamint a kombucha előállításában egyaránt.
- Probiotikumként élesztők felhasználását biztosít.
Ecetsav felhasználás
- Élelmiszeriparban tartósítószerként, rizsecetként (keményítő felbontása enzimekkel, majd alkohollá történő alakítása és végül ecetsav fermentációja), valamint savanyított zöldségek készítésében használják.
- A folyamat hossza 10–15 évig tart.
Ecetsav felhasználás
- A vegyiparban a Ca-Mg acetátot, amelyet "zöld sónak" is neveznek, -15 °C-ig használható fagyásgátló szerként.
- A talajbaktériumok lebontják és nem korrodál.
Aceton, butanol termelés
- Az etanol után a 2. legfontosabb fermentációs termék a butanol.
- 1861-ben Pasteur fedezte fel a mikrobiális butanol fermentációt.
- Szintetikus gumigyártás alapanyaga.
- A Weizmann módszerében a Clostridium acetobutylicum baktérium segítségével termelik.
- Az I. világháború idején az angol kormány kért segítséget a butanol előállításában a butanol szűkössége miatt.
- A butanol termelés főleg Kanadában és az USA-ban termeltek.
AB termelés
- Háború utáni időszakban az aceton és butanol igény csökken, az autóipar fejlesztése miatt a festék- és lakkipar igénye növekszik.
- 1925 után 100 tonna/nap butanolra van szükség.
- A melasz, mint alapanyag, a gazdaságosságot növeli a keményítőhöz képest.
AB termelés
- A II. világháború után a butanol igény emelkedett a olajipar fejlődésével. A mikrobiális fermentáció kevésbé versenyképes, ezért a melaszt takarmányként használják.
- A ma alkalmazott folyamatok a növényi szénhidrátok takarmányos felhasználásának javításában lehetnek fontosak.
AB termelés
- A Clostridium acetobutylicum segítségével folyamatban töményítésre kerül a butanol, aceton, etanol, és különböző szerves savak termelését.
- A Clostridium acetobutylicum aerob, spórát termelő baktérium, melyet keményítő, melasz, csicsóka, tejpermeátum és alga táplál.
- A termék aránya butanol: aceton: etanol = 6:3:1.
- A tisztítás frakcionált desztillációval történik szakaszos vagy folyamatos üzemmódban.
AB biokémia
- A C. acetobutylicum fermentációjának eredménye szerves oldószerek (butanol, aceton, etanol, izopropanol) és szerves savak (ecetsav, tejsav, vajsav).
AB biokémia
- Acetogenezis = szerves savak előállítása
- Szolventogenezis = szerves oldószerek előállítása
AB szabályzás
- Az intracelluláris redox egyensúly szabályozása fontos.
- A nehéz befolyásolható feltételek, mint a pH kritikus, jelentős szerepet játszanak.
- A pH 6-7 esetén acetogenezis, pH ≤ 4 esetén bespórázás következik.
- A folyamatban a cukorból 100 kg cukorból 20 kg butanol és 8,5 kg aceton keletkezik.
AB szabályzás
- A Fe limitáció miatt az acetogenezis gátolt, mivel a piruvát ferredoxin oxidoreduktázhoz (PFOR), a NADH ferredoxin oxidoreduktázhoz vagy a [FeFe] hidrogenázhoz szükséges a Fe.
- A stacionárius fázisban a szerves savakat újra felhasználják a szolventogenezis során.
AB fejlesztés
- GMO Clostridia felhasználása a hatékonyság növelésére és a cellulóz hasznosítására, valamint oldószer tolerancia növelésére.
- Immobilizáció alkalmazása a folyamat javítására (folyamatos fermentáció, oldószer kivonás, melléktermékek hasznosítása, biomassza, B vitaminok, H2 és CO2 energia/vegyiparként, jobb mint etanol bekeverése).
AB hasznosítás
- Az AB hasznosítása oldószerként, vegyipari alapanyagként történik.
- A melléktermékek, mint a biomassza és a B-vitaminok, fontosak a hasznosítás szempontjából.
- Bioüzemanyagként történő használata jobb, mint az etanollal történő bekeverés.
2,3-butándiol
- A 2,3-butándiol fermentációja XIX. századi találmány, melynek fontos vegyipari alapanya a butadien. A háború utáni időszakban a verseny a kőolajiparral szintén jelentős szempont.
2,3-butándiol biokémia
- A kevert savas fermentáció során butándiol, acetát és etanol kapható.
- Az acetátalapú, vaj-íze van, mely mesterséges vajhoz felhasználható.
2,3-butándiol termeltetés
- Az Enterobacter cloaceae egy fakultatív anaerob baktérium, mely nagy oxigénkoncentráció esetén biomasszát termel, de kevés oxigén esetén kevert termékeket (főleg 2,3-butándiol).
- A DOT ≤ 0,3%-nál a 2,3-butándiol a fő termék.
2,3-butándiol termeltetés
- A kevert savas fermentációt befolyásoló acetát-szint szabályozás megnehezíti a kontrollt több gátló, indukáló és aktiváló hatás miatt.
2,3-butándiol termeltetés
- A tápanyagok a melasz, tejpermeátum, keményítő és cellulóz hidrolizátum. A fermentáció hőmérséklete 30-37°C, pH-ja 5.0-5.8 között van.
- A folyamat mikroaerofil körülmények között megy végbe.
2,3-butándiol termeltetés
- A butándiol kivonása oldószeres extrakcióval és vákuum desztillációval történik, de drága és sok veszteséggel jár.
- Vizet eltávolító oldószerként metil-etil-ketont használnak, ekkor 80°C-on lesz leválasztva a termék.
- A butándiol végtermékét műanyag alapanyagként használják.
2,3-butándiol hasznosítás
- Üzemanyag adalék, környezetbarát és vizet köt jól. Fűtőanyagként és oldószerként, valamint műgumi alapanyag előállításához használatos.
- Metil-etil-ketonból 1,3-butadiént állítanak elő.
Studying That Suits You
Use AI to generate personalized quizzes and flashcards to suit your learning preferences.
Related Documents
Description
Teszteld tudásodat a citromsav és glükonsav előállításának folyamatairól és a kapcsolódó mikroorganizmusok szerepéről. A kérdések között szerepelnek a kémiai folyamatok és a szükséges tápanyagok is. Készen állsz, hogy megtudd, mennyire ismered ezt a témát?
