Технология получения липидов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

Реферат

на тему: «Технология получения липидов»

Выполнил:

ст. группы БББ-31б

Ажигатова С. Н.

Проверил:

Асс. Баубекова Д.Г.

Астрахань 2014

Содержание

Введение

1. Общая характеристика продукта

2. Общая формула триацилглицеридов

3. Обзор возможных способов получения продукта

4. Обоснование целесообразности использования микробиологического способа производства

5. Описание технологических стадий и режимов в производстве продукта

6. Применение микробных липидов в пищевых производствах

Список используемых источников

Введение

Основными источниками липидов для человека в настоящее время являются растительные и животные жиры. В организме человека жиры выполняют важные функции, благодаря чему их относят к основным пищевым веществам. Они необходимы организму точно так же, как белки и углеводы, так как являются носителямиь незаменимых веществ. Прежде всего, они имеют высокую энергетическую ценность, превосходя энергию белков и углеводов боле чем в два раза. В организме всегда должен быть определенный запас жиров. При их недостатке организм начинает перерабатывать белки и углеводы, в результате чего замедлится развитие организма в целом. Жиры участвуют в пластических процессах, они необходимы для нормального усвоения жирорастворимых витаминов - ретинола (витамина А), эргокальциферола (витамина В2), токоферола (витамина Е), филлохинонов (витамина К), некоторых микроэлементов, например кальция и магния. Они повышают вкусовые качества пищи, вызывают чувство длительной насыщаемости. Благодаря тонкой жировой пленке волосы выглядят блестящими и здоровыми, а кожа нежной и упругой. Жиры являются обязательной составляющей полноценного пищевого рациона человека. Безжировое питание или длительное ограничение жиров в питании может нанести вред организму, что выражается в нарушении функции нервной системы, почек, органов зрения. Кроме этого изменяется химический состав тканей, возникают заболеваний кожи, снижается физическая активность организма и его сопротивляемость болезням, укорачивается продолжительность жизни.

Наряду с потреблением огромного количества жиров для пищевых целей значительная их часть используется и в разных отраслях промышленности (медицинская, химико-фармакоцевтическая, лакокрасочная, шинная, производство мыла, лакокрасочная, смазки, металлургия и т. д.)

В настоящее время ведутся поиски новых источников жиров. И в качевстве реальной базы для их получения для технический целей могут стать микроорганизмы, которые уже зарекомендовали себя как своеобразные «фабрики» производства спирта, различных органических кислот, витаминов, белка, ферментов и т.д.

Для производства липидов микробного происхождения может быть использовано дешевое сырье, они в перспективе могут заменить жиры и масла растительного и животного происхождения, используемые для технических нужд. Таким дешевым сырьем являются гидролизаты древесины или торфа, а также продукты нефти.

1. Общая характеристика продукта

Липиды - это жироподобные органические вещества, нерастворимые в воде, но хорошо растворимы в неполярных растворителях(эфире, бензине, бензоле и др.) В процессе культивирования микроорганизмов на различных средах получаются три класса липидов: простые, сложные липиды и их производные. липид триацилглицерид микробный пищевой

Простые липиды - нейтральные жиры и воски. Нейтральные жиры (основные запасные компоненты клетки) - эфиры глицерина и жирных кислот, основная масса которых триацилглицериды (есть, впрочем ещё и моно- и диглицериды).

2. Общая формула триацилглицеридов

Воски - эфиры жирных кислот или моноооксикислот и алифатических спиртов с длинной углеродной цепью. По структуре и свойствам близки к нейтральным липидам.

Наибольшее количество нейтральных липидов синтезируют дрожжи и мицелиальные грибы. Простые липиды находят применение как технологические смазки в процессах холодной и тепловой обработки металлов. Продуцентами сложных липидов являются в основном бактерии.

Сложные липиды делятся на две группы: фосфолипиды и гликолипиды. Фосфолипиды (фосфоглицериды и сфинголипиды) входят в состав различных клеточных мембран и принимают участие в переносе электронов. Их молекулы полярны и при рН 7,0 фосфатная группа несет отрицательный заряд.

Концентрат фосфолипидов находит применение в качестве антикоррозийной присадки к маслам и как добавка при флотации различных минералов. Гликолипиды в отличие от фосфолипидов не содержат молекулы фосфорной кислоты, но также являются сильнополярными соединениями за счет наличия в молекуле гидрофильных углеводных групп (остатков глюкозы, маннозы, галактозы и др.).[1,2]

К производным липидов относят жирные кислоты, спирты, углеводороды, витамины Д, Е и К. Жирные кислоты представлены насыщенными и ненасыщенными с одной двойной связью кислотами нормального строения и четным числом углеродных атомов (пальмитиновая, стеариновая, олеиновая). Среди диеновых жирных кислот можно выделить линолевую. Двойные связи в ненасыщенных жирных кислотах микробных липидов часто располагаются так, что делят их на части, число углеродных атомов в которых кратно трем. Очищенные монокарбоновые кислоты с числом углеродных атомов 14-18 находят широкое применение в мыловаренной, шинной, химической, лакокрасочной и других отраслях промышленности.

3. Обзор возможных способов получения продукта

Концентрация липидов в клетках микроорганизмов составляет до 75% сухой биомассы. В состав липидов микроорганизмов входит сравнительно много ненасыщенных жирных кислот. Так, в липидах плесневого гриба Penicillium soppii из жирных кислот содержатся пальмитиновая - 22%, стеариновая - 7,6%, олеиновая - 45,2% и линолевая - 20% от общего количества. Соотношение насыщенных и ненасыщенных кислот зависит не только от свойств продуцента, но и от условий культивирования. Низкая температура стимулирует синтез ненасыщенных жирных кислот у грибов. Общее количество и соотношение жирных кислот зависит и от присутствия K, Na, Mg и их соотношения в среде. Синтез липидов стимулирую ингибиторы углеводного обмена, например, арсенит натрия.

Технологический процесс получения микробных липидов, в отличие от получения белковых веществ, обязательно включает стадию выделения липидов из клеточной массы методом экстракции в неполярном растворителе (бензине или эфире). При этом получают одновременно два готовых продукта: микробный жир (биожир) и обезжиренный белковый препарат (биошрот). Сырьем для этого процесса являются те же среды, что и для производства кормовой биомассы, что вдвойне выгодно.

Способность к усиленному накоплению липидов имеет промышленное значение, ею обладают немногие микроорганизмы, в первую очередь дрожжи. Процесс образования липидов у большинства дрожжей состоит из двух четко разграниченных стадий: первая характеризуется быстрым образованием белка в условиях обильного снабжения культуры азотом и сопровождается медленным накоплением липидов (в основном фосфоглицеридов и нейтральных жиров); вторая - прекращением роста дрожжей и усиленным накоплением липидов (в основном нейтральных липидов).

Типичными липидообразователями являются дрожжи Cryptococcus terricolus, отличительная особенность которых - способность синтезировать большое количество липидов (до 60% от АСВ) в любых условиях, даже наиболее благоприятных для синтеза белка. Из других липидообразующих дрожжей промышленный интерес представляют дрожжи С. guiltiermondii, утилизирующие н-алканы, Lipomyces lipoferus и Rhodotorula gracilis, накапливающие большие количества липидов (50-60% от АВС) и активно развивающиеся на углеводных субстратах, в том числе и на мелассе, гидролизатах торфа и древесины. У этих видов дрожжей липогенез очень сильно зависит от условий культивирования.

Использование дрожжей С. guilliermondii, обычно применяемых для биосинтеза белковых веществ как продуцента липидов, содержание которых у данного вида составляет 16-20% от АСВ, является экономически оправданным, учитывая большие объемы производства БВК и возможность получения биожира параллельно с белком. Кроме того, все другие продуценты липидов накапливают значительные (до 70%) количества триацилглицеридов, в то время как С. guiltier mondii накапливают до 50% фосфолипидов.

Микроскопические грибы пока не получили широкого распространения как продуценты липидов, хотя жир грибов по своему составу приближается к растительным жирам и выход жиров у Asterreus. Ha углеводных средах достигает 51% от АСВ. Липидный состав грибов представлен в основном нейтральными жирами и фосфолипидами.

Особенность бактерий как продуцентов липидов заключается в своеобразии состава их липидов, включающих, в основном, сложные липиды (фосфо- и гликолипиды), тогда как нейтральные жиры составляют очень небольшую часть биомассы. Однако с учетом более разнообразного состава жирных кислот (от С10 до С20), входящих в жирорастворимую часть бактериальных клеток, вопрос о промышленном использовании липидов бактерий может возникнуть при необходимости получения специфических жирных кислот.

Водоросли представляются очень перспективными для культивирования их в качестве липидообразователей, так как они не нуждаются в органическом источнике углерода для биосинтеза белка, углеводов и жира. Химический состав водорослей сильно зависит от условий культивирования: меняя содержание азота в среде, можно получить клетки, имеющие 58% от АСВ белка и 5% от АСВ жира или всего около 8% от АСВ белка и до 85% от АСВ жира. Однако наличие таких недостатков, как малая скорость роста и накопление в клетках токсических соединений, ограничивает их промышленное применение.

Итак, основную роль в процессе биосинтеза липидов играют различные штаммы дрожжей. Они используют те же источники сырья, что и для получения кормового белка, причем от ценности углеродного питания зависят выход биомассы, количество и состав синтезируемых липидов. Для обеспечения направленного биосинтеза липидов в питательной среде употребляются легкоассимилируемые источники азота.

На сдвиг биосинтеза в сторону образования липидов или белка влияет соотношение углерода и азота в среде. Так, повышение концентрации азота вызывает снижение липидообразования, а недостаток азота при обеспеченности углеродом ведет к понижению выхода белковых веществ и высокому процентному содержанию жира. Установлено, что оптимальное соотношение N:С тем меньше, чем труднодоступнее для дрожжей источник углерода. Обычно для углеводородного сырья соотношение N:C = 1:30, а для углеводного - 1:40. Накопление липидов возможно только при наличии в среде фосфора. При его недостатке источники углерода используются не полностью, при избытке - накапливаются нелипидные продукты. На фракционный состав липидов изменение содержания фосфора влияния не оказывает.

Воздействие остальных элементов среды (микро- и макроэлементов) сказывается на интенсивности роста дрожжей и скорости утилизации источника углерода, что влияет и на количество накопленных липидов, но не на их качество.

4. Обоснование целесообразности использования микробиологического способа производства

Целесообразность получения липидов биотехнологическим методом заключается в том, что полученные таким образом, они представляют собой дополнительный сырьевой источник, имеющий техническое назначение, следовательно, позволяет сэкономить сырье растительного и животного происхождения, таким образом, получение липидов (так же как и белков) микробиологическим способом позволяет решить проблему продовольственной безопасности.

Более того, если предположить, что будет найден химический (или иной) способ производства данного продукта, то наверняка окажется более затратным, поскольку только в процессах биотехнологии можно использовать дешевые отходы сельского хозяйства и промышленности. Биотехнологические процессы по сравнению с химическими обычно более экологичны, имеют меньше вредных отходов, близки к протекающим в природе естественным процессам, протекают при относительно невысоких температурах и давлениях. Как правило, технология и аппаратура в биотехнологических производствах более просты и дёшевы.

Среди биотехнологических способов наивысший выход липидов обеспечивает культивирование дрожжей рода Lipomyces lipoferus на гидролизатах торфа, являющихся дешевым и возобновляемым сырьевым ресурсом.

5. Описание технологических стадий и режимов в производстве продукта

Стадия 1. Торф подвергается кислотному гидролизу при воздействии концентрированной серной кислоты и высокой температуры (120°C) Цель гидролиза - перевести углеводы торфа в простые сахара, которые станут доступными для питания дрожжей.

Стадия 2. Охлаждение гидролизата производится водой с температурой 18°C с целью предотвращения гибели засевных дрожжей от высокой температуры.

Стадия 3. Гидролизат торфа подвергается нейтрализации до рН=6 с помощью известкового молока, поскольку данное значение кислотности является оптимальным для жизнедеятельности дрожжей.

Стадия 4. Получение засевных дрожжей.

Под чистой культурой в производстве следует понимать 100%-ную биомассу дрожжей, рекомендуемую производству для культивирования на перерабатываемом в данный период времени сырье.

Засевные дрожжи чистой культуры приготавливаются по особому режиму, начиная от лабораторной пробирки и кончая производственным дрожжерастильным аппаратом - ферментатором.

Процесс выращивания засевных дрожжей разбивается на ряд операций, основными из которых являются:

·выращивание чистой культуры дрожжей в лабораторных условиях,

·выращивание засевных дрожжей в малой и большой дрожжанках,

·выращивание засевных дрожжей в малом дрожжерастильном аппарате.

Выращивание чистой культуры дрожжей в лабораторных условиях осуществляется в несколько стадий в колбах или бутылях различной вместимостью. В качестве питательной среды на всех стадиях установки истой культуры применяют нейтрализованный гидролизат. Питательную среду приготавливают в специальном аппарате, так называемом стерилизаторе-нейтрализаторе, к которому подведены воздух, известковое молоко, водная вытяжка суперфосфата. Аппарат, заполненный нейтрализованным гидролизатом, с целью стерилизации среды нагревают до 80?С и дополнительно нейтрализуется до рН 5,5 - 5,8 при непрерывном воздушном или механическом перемешивании. При этом добавляются питательные соли:, водная вытяжка суперфосфата, сульфат магния, хлористый калий. Питательную среду можно употреблять после отстаивания и охлаждения. Отстаивание обычно продолжается 5 - 8 ч. Для очистки от осадка в стерилизаторе-нейтрализаторе предусмотрены декантационные устройства, а для механической выгрузки осадка из аппарата - боковой и верхние люки.

Первая стадия выращивания засевных дрожжей в производственных условиях осуществляется в малой дрожжанке общей вместимостью 500 л. Вначале в дрожжанку набирают 180 л кипяченой воды, затем подают 40 л подготовенной питательной среды. В этот субстрат засевают выращенные в лаборатории дрожжи в количестве 120 - 140 г в пересчете на прессованные, вместе со средой, на которой они выращивались. Питательная среда в малой дрожжанке должна содержать РВ в пределах 0,4 - 0,5%.

Все содержимое дрожжанки интенсивно продувается воздухом в течение 12 - 14 ч с постепенной за это время добавкой питательной среды с таким расчетом, чтобы к концу периода объем жидкости был 310 л. При выращивании поддерживается рН 4,0 - 5,5 путем подачи аммиачной воды. На первой стадии за один цикл получают 3,5 - 4,5 кг биомассы дрожжей, содержащих 75% влаги.

Вторая стадия осуществляется в больщой дрожжанке общей вместимостью 4,5 - 5 м3. Весь процесс второй стадии аналогичен процессу первой стадии: в дрожжанку подается 1300 л кипяченой воды, 200 л питательной среды, все засевные дрожжи вместе с отработанной средой с первой стадии. Процесс протекает в течение 10 - 11 ч.

Третья стадия осуществляется в малом дрожжерастильном аппарате вместимостью 12 - 15 м3. Аппарат заполняют кипяченой водой (1500 л), засевными дрожжами вместе с отработанной средой со второй стадии (2500 л) и свежей средой (500 л). Засевных дрожжей должно быть не менее 7,5 - 15% от массы РВ. Процесс протекает в течение 8 - 9 ч. За это время в малом аппарате в соответствии с режимом дозировки питательной среды накапливается 6000 л среды с содержанием в ней до 90 -100 кг биомассы дрожжей. В 1 л среды накапливается 15 - 20 г дрожжей, содержащих 75% влаги.

При накоплении этого количества дрожжей начинается непрерывный отбор по 1 - 1,5 м3/ч засевных дрожжей вместе с отработанной средой из малого аппарата в производственный дрожжерастильный аппарат, где выращиваются товарные дрожжи. Одновременно в малый аппарат подается такое же количество свежей питательной среды. Непрерывная работа малого аппарата продолжается 5 - 7 сут. На восьмые сутки следует повторить процесс выращивания чистой культуры засевных дрожжей, начиная с лабораторного размножения отобранных наиболее эффективных производственных дрожжей, полученных от первого оборота. Этим приемом повторной селекции достигается получение высокоурожайной и устойчивой в производственных условиях культуры дрожжей.

Стадия 5. Засев питательной среды. Осуществляется путем помещения засевных дрожжей в количестве 10-15% от массы среды на подготовленную питательную среду. К среде добавляют дополнительно 0,1 г/л КН2РO4, 0,04 г/л МgSO4, 0,04 г/л CaCl2. Содержание азота в среде в гидролизате достаточно.

Стадия 6. Культивирование дрожжей. Производится при температуре 30°C, в течение 5 суток. Динамика накопления биомассы и липидов представлена на рисунке 2.

Содержание липидов в биомассе на 4-5 сутки составляет 50% по сухому веществу. В их состав входит 5-6% фосфолипидов, 4,8-6,5% стеринов, 2,1-10,7% - моно и диглицеридов, 2,3-9,6% - свободных жирных кислот, 70,7-75,1% - триглицеридов, 1,7-2,1% - эфиров стеринов и воска.

Стадия 7 - Промывка и отделение биомассы дрожжей.

Промывка водой требуется для отделения дрожжей от гидролизата. Последующее отделение биомассы от воды и остатков гидролизата осуществляется в 2 стадии. Первая - флотация, которая позволяет сгустить суспензию до концентрации дрожжей 60-120 г/л, вторая сепарирование - при прохождении трех ступеней сепараторов дрожжевая суспензия сгущается до концентрации 400-750 г/л.

Стадия 8. Экстракция липидов из клеточной биомассы осуществляется диэтиловым эфиром. Из 1 т торфа можно получить 40-50 кг липидов.

Стадия 9. Эфир отделяется от липидов путем перегонки смеси. Перегонка осуществляется при 50°C, поскольку такая температура обеспечит полное удаление диэтилового эфира (температура кипения которого составляет 34,6°C). После отгонки эфира получаем готовый продукт. [6]

Стадия 10. Рафинация - это процесс очистки от сопутствующих примесей. К примесям относятся следующие группы веществ: сопутствующие триглицеридам вещества, переходящие из доброкачественного сырья в процессе извлечения; вещества, образующиеся в результате химических реакций при извлечении и хранении жира; собственно примеси - минеральные примеси, частицы мезги или шрота, остатки растворителя или мыла.

Все методы рафинации делятся на: физические - отстаивание, центрифугирование, фильтрация, которые используются для удаления механических частиц и коллоидно-растворенных веществ; химические - сернокислая и щелочная рафинация, гидратация, удаление госсипола, которые применяются для удаления примесей, образующих в маслах истинные или коллоидные растворы с участием удаляемых веществ в химических реакциях; физико-химические - отбеливание, дезодорация, вымораживание, которые используются для удаления примесей, образующих в маслах истинные растворы без химического изменения самих веществ.

6. Применение микробных липидов в пищевых производствах

Микробные липиды имеют в основном техническое назначение, а именно: используются для производства корма для скота, в косметической и фармацевтической промышленности. Но попутно с микробными липидами могут синтезироваться в зависимости от штамма продуцента и условий культивирования жирорастворимые витамины А, D, E, которыми обогащаются продукты функционального питания. Кроме того, в дрожжах накапливаются липолитические ферменты, которые могут быть использованы в кондитерской промышленности.

В производстве шоколада, карамели, ириса, сливочного крема применяют липазы. Под действием липаз образуются свободные жирные кислоты, которые усиливают аромат полученных сахаристых изделий. При низких уровнях свободных жирных кислот аромат изделий усиливается, но новые ароматы не образуются; средний уровень свободных жирных кислот придает аромат масла; высокий - аромат сыра. Подобные ароматические вещества могут быть получены путем модификации масел или жиров с применением препаратов липаз различного происхождения (животных, микробных, растительных).

Список используемых источников

1. .Рогов И.А. Пищевая биотехнология. Кн.1: Основы пищевой биотехнологии: учебник / И.А.Рогов, Л.В.Антипова, Г.П.Шуваева. - М.: КолосС, 2004. - 439 с

2. .Бирюков В.В. Основы промышленной биотехнологии: учебное пособие для вузов / В. В. Бирюков. - М.: КолосС, 2004. - 296 с.

3. .Клунова С.М. Биотехнология: учеб. пособие для вузов / С.М.Клунова, Т.А.Егорова, Е.А.Живухина. - М.: Академия, 2010. - 207 с.

4. .Рогов И.А. Пищевая биотехнология. Кн.1: Основы пищевой биотехнологии: учебник / И.А.Рогов, Л.В.Антипова, Г.П.Шуваева. - М.: КолосС, 2004. - 439 с.

5. .Интернет- ресурс #"justify">.Боборенко Э.А. Получение и выделение дрожжей / Э. А. Боборенко // - М.: Лесная промышленность, 1970 - 300 с.

Размещено на Allbest.ru