Получение и применение янтарной кислоты в промышленности и сельском хозяйстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Получение и применение янтарной кислоты в промышленности и сельском хозяйстве

Янтарная кислота - интермедиат цикла Кребса, была известна с древних времён, когда кусочки янтарной смолы, растёртые в порошок, считались эффективным средством от многих недугов. О них упоминал немецкий химик Агрикола, живший в 16 веке. Однако серьёзному изучению он подвергся лишь в 20 веке. Наиболее широко янтарная кислота применяется в виде пищевой добавки(E363), которая, несмотря на то, что может быть получена из природных источников, является синтетической.[1] Натуральная пищевая добавка с учётом затрат на добычу имеет довольно высокую стоимость.

Получение янтарной кислоты.

Существует три метода получения янтарной кислоты: биотехнологический (с помощью бактерий и дрожжей) и химический.

Таблица 1. Методы получения янтарной кислоты

Целью нашего исследования являлось оптимизация биосинтеза янтарной кислоты с помощью микробиологического метода культурой дрожжей Yarrowia lipolytica (ВКПМ Y4297) при глубинном культивировании на минеральных средах различного состава.

Сравнение количества накопления янтарной кислоты при культивировании на богатой и минеральной питательных средах.

Нами была проведена сравнительная оценка роста, скорости потребления субстрата и биосинтеза янтарной кислоты при культивировании дрожжей в колбах на богатой и минеральной средах. В результате было выяснено, что скорость роста дрожжей не зависит от состава питательной среды, однако накопление янтарной кислоты на богатой среде выше, чём на минеральной, что связано с более быстрым снижением pH минеральной среды.

Рис 1. Сравнение количества накопления янтарной кислоты при культивировании на богатой (YP)и минеральной(Min) питательных средах

Дальнейшая оптимизация состава минеральной среды с увеличением её буферной ёмкости позволит добиться таких же высоких результатов как и при культивировании в богатой среде.

Культивирование в лабораторном ферментёре и сравнение с результатами культивирования в колбе на минеральной среде.

Также проводилось пробное культивирование в лабораторном ферментёре, с целью сравнить с культивированием в колбе, используя минеральную среду такого же состава. В результате эксперимента выяснилось, что к 70-му часу концентрация янтарной кислоты в ферментере достигла такого же значения, как и в колбе. Несмотря на то, что в ферментёре установилось более низкое значение pH (2,2), чем в колбе (3,9), рост дрожжей и накопление янтарной кислоты продолжались, в отличие от колбы. В дальнейшем будет проводится подбор оптимальных условий и сравнение различных режимов культивирования в лабораторном ферментёре с целью увеличения эффективности биосинтеза янтарной кислоты.

Рис 2. Сравнение концентраций глюкозы, янтарной кислоты, оптической плотности и PH, выращенной на минеральной среде в ферментёре в сравнении с культивированием в колбе

Основные производители янтарной кислоты.

В настоящее время янтарная кислота на российских предприятиях не производится. Некоторые отечественные фирмы, которые предлагают добавку, работают на импортном сырье. Предполагаемый глобальный рынок янтарной кислоты составил 40,000 метрических тонн в 2011. Более чем 97% производства янтарной кислоты были основаны на бензине; только 3% биобазировались в 2011.

Наибольшее применение янтарной кислоты в химической промышленности при производстве смол, покрытий и пигментов, составляя 19.3% глобального янтарного кислотного рынка в 2011. На втором месте используется в фармацевтике при изготовлении препаратов (15.1%), на третьем - пищевой промышленности (12.6%).

Согласно данным weastra, янтарный кислотный рынок, как ожидают, достигнет приблизительно 599,449 метрических тонн в 2020, при этом совокупный среднегодовой темп роста увеличится на 33% с 2010 до 2020. Рыночная стоимость в 2011 был оценена приблизительно в $63 миллиона и, как ожидают, достигнет $539 миллионов в 2020.

В целом weastra оценил общий адресуемый объем рынка для биооснованной янтарной кислоты на уровне приблизительно 6.2 миллионов метрических тонн с ориентировочной стоимостью $14.1 миллиардов, на основе размера рынков и цены на 2011. [3]

Текущие основные производители основанной на бензине янтарной кислоты включают DSM, Gadiv Нефтехимические отрасли промышленности, Mitsubishi Chemical, Кавасаки Химический Kasel, Япония Shokubai и приблизительно несколько китайских производителей, таких как Аньцин, Химический Lixing и Аньхой Химикаты Sunsing и некоторые производители из Индии. Основные производители биооснованной янтарной кислоты до сих пор - BioAmber, Myriant, Succinity - совместное предприятие между BASF и Purac и Reverdia - совместное предприятие между DSM и Roquette. [4]

Применение янтарной кислоты в пищевой промышленности.

Янтарная кислота по своим свойствам наиболее близка к лимонной кислоте и может успешно заменять её во всех случаях применения её в пище. [9] За рубежом используют янтарную кислоту в качестве пищевой добавки для приготовления соусов, супов, прохладительных напитков. Следует отметить, что лимонная кислота, которая чаще всего содержится в газированных напитках, нежелательна для детей, так как она способствует ухудшению свёртываемости крови, а также различных заболеваниях сердца и ЦНС. Замена лимонной кислоты на янтарную способствует решению проблемы. [10]

Также возможно применение янтарной кислоты при производстве мучных кондитерских изделий. В частности добавление кислоты в тесто национального блюда Чак-Чак способствовало решению проблемы окисления липидов, приводящих к порче и сокращению сроков хранения пищи, а также к снижению их пищевой ценности и безопасности. Также было показано, что при жарении в течение 4 часов добавление янтарной кислоты улучшает показатели качества пальмового стеарина и рапсового масла по сравнению с подсолнечным маслом, так как именно эти жиры на 1 ч дольше сохраняют свои первоначальные органолептические показатели.[6]

Кроме того, янтарную кислоту можно встретить в составе ряда продуктов:

сухие кондитерские полуфабрикаты;

бульонные кубики и суповые концентраты;

мармелад;

рыба.

Янтарная кислота нейтрализует влияние этилового спирта, предупреждает похмельный синдром. Добавка E363 является одним из компонентов водки элитных сортов.

Применение янтарной кислоты в животноводстве и птицеводстве.

Так как организм животных и птиц похож по своим функциям на организм человека, то применение в качестве добавки к корму янтарной кислоты способствует снижению заболеваний и позволяет получать более экологически чистые продукты, такие как: молоко, яйца, мясо. Кроме того применение янтарной кислоты экономически выгодно, так как снижает затраты на антибиотики и откорм животных.[5]

Применение янтарной кислоты в растениеводстве.

Янтарная кислота является фактором жизнестойкости. Она всасывается при замачивании семян, а при опрыскивании поступает через листья. Действует янтарная кислота даже при очень небольших концентрациях, передозировка препарата не возможна, так как избыток используется растениями в качестве продукта питания.

Предварительная обработка посадочного материала раствором янтарной кислоты или одно-двукратная поливка растений в период роста способствует повышению устойчивости растений к действию неблагоприятных факторов, таких как: засуха, холод, избыток или недостаток влаги.

Список литературы

1. Энциклопедия биологически активных добавок к пище. Российский регистр БАД-М.: ООО «Изд-во Новая Волна», 2003. - 528 с.

2. Юзбашев Т.В. Разработка эффективного дрожжевого продуцента янтарной кислоты для ферментации при низких значениях (2011) PH- ФГУП «ГосНИИгенетика, 26.

3. Zeikus J.G., Jain M.K., Elankova P.E. Biotechnology of succinic acid production and markets for derived industrial products - Appl. Microbiol. Biotechnol., 51, (1999) 545-552.

4. WP 8.1. Determination of market potential for selected platform chemicals-23-28, weastra.

5. М.Н. Кондрашева, Ю.Г. Каминский, Е.И. Маевский. Янтарная кислота в медицине, пищевой промышленности, сельском хозяйстве-Пущино: ОНТИ РАМН, 1996-300 с.

6. Мингалёва З. Ш. Способы повышения качества мучного кондитерского изделия «Чак-Чак»/З.Ш. Мингалева [и др.] // Вестник Казан. технол. ун-та.-2006.-№ 1.-С. 112-117.

7. Юсупова А.И., Камзолова С.В. (2008) Скрининг дрожжевых организмов-продуцентов янтарной кислоты, Международная школа-конференция, с. 184-186.

8. http://vkusologia.ru/dobavki/antioxidanty/e363.html.

9. http://translate.academic.ru.

10. http://www.liveinternet.ru.

Размещено на Allbest.ru