Производство органических кислот

3.5.1.1. Молочная кислота. Молочная сыворотка всегда рассматривалась как возможное сырье для получения молочной кислоты. Молочная кислота является органической одноосновной оксикилслотой. Она содержит гидроксильную (ОН) и карбоксильную (СО) группы имеет две изомерные формы: α-оксипропионовая (этилиден) молочная кислота (СН₃СНОНСООН) и β – оксипропионовая (этилен)молочная кислота (СН₂ОНСН₂СООН) . Практически используют только СНзСНОНСООН, которая встречается в виде двух изомеров правовращающей (Д) и левовращающей (Л). В растворе в результате мутаротации находятся в равновесии.

Молочную кислоту получают химическим (синтез) и биохимическим (брожение) способами. Химический состав получения кислоты из-за своей сложности (высокие температуры, дорогие реактивы) и опасности (пожары; взрывы) не нашел распространения. Биохимический способ, основанный на сбраживании молочнокислыми бактериями моно- и дисахаридов (глюкоза, сахароза, лактоза), многоатомных спиртов (глицерин, дульцит), многоосновных кислот (яблочная), нашел широкое распространение. Насчитывается более тридцати способов получения молочной кислоты.

Получение молочной кислоты из сыворотки основано на сбраживании лактозы по следующей схеме:

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О → 2С₆Н₁₂О₆ → 4С₃Н₆О₃

Лактоза    Вода  Глюкоза    Молочная кислота

Промежуточной стадией является образование пировиноградной кислоты. Процесс идет с выделением тепла.

Продуцентами молочной кислоты из лактозы (возбудители брожения) являются гомоферментативные молочнокислые бактерии. При их подборе исходят из следующих требований: обеспечение быстрого сбраживания лактозы (размножение в энергия кислотообразования); устойчивость к молочной кислоте; высокий температурный оптимум.

Из большого разнообразия видов молочнокислых бактерий в практике нашла применение болгарская палочка (Bact. bulgaricum). Она, хотя и не является активным кислотообразователем, как, например, Str. lactis и Bact. casei, однако устойчива при повышенных температурах (42 — 46 °С) и значительных концентрациях молочной кислоты (3,5%). Болгарская папочка обеспечивает превращение до 95 % лактозы молочной сыворотки в молочную кислоту. Рост болгарской палочки можно интенсифицировать за счет пленчатых дрожжей Candida, а также предварительным гидролизом белков сыворотки трипсином или панкреатином, внесением томатного сока, комплекса витаминов группы В и солода.

При культивировании болгарской папочки на молочной сыворотке в оптимальных условиях практически исключается размножение других бактерий. В результате гомоферментативного брожения из каждой молекулы лактозы образуется четыре молекулы молочной кислоты. Научные основы технологии получения молочной кислоты из сыворотки разработаны И. Н. Коваленко.

Технологическая схема производства молочной кислоты из сыворотки показана ниже

Молочную сыворотку сепарируют для извлечения казеиновой пыли и жира. Затем инактивируют постороннюю микрофлору и выделяют термолабильные фракции сывороточных белков с помощью тепловой денатурации (90 – 95 °С). Очищенную от белков сыворотку рекомендуется сгустить в 2,5 – 3 раза, но можно вести процесс и в несгущенной•сыворотке

 Охлажденная до 45 – 50 ^оС сыворотка поступает в чистые, продезинфицированные резервуары, которые заливают на 80 – 85 % их объема, что исключает переливание при нейтрализации. Температура на всем протяжении процесса брожения поддерживается на уровне 42 ^оС.

Чистую культуру болгарской папочки в виде закваски, приготовленную на молочной сыворотке, вносят в количестве 3 — 5% объема перерабатываемого сырья. При заквашивании кислой (творожной) сыворотки ее предварительно раскисляют известковым молоком.