ביוטכנולוגיה/תהליך הייצור

תהליך ייצור החומצה הציטרית מתחלק לשני סוגי תסיסות, דרכים לגידול פטרייית העובש השחור. השיטה הראשונה היא תסיסת השטח, והשנייה תסיסת העומק.

א. תסיסת שטח

מתבצע בחדר סטרילי ובו מגשים המכילים מצע מזון סטרילי. נבגי הפטרייה Aspergillus Niger מרוססים על המגשים. בתנאים מתאימים של טמפרטורה, לחות, אוורור וכדומה, הפטריות נובטות.

תוך כדי הגידול של הפטרייה, מיוצרת החומצה הציטרית (מטבוליט ראשוני) ובסיום הגידול, מופרדת הפטרייה ממצע הגידול המכיל כמויות גדולות של החומצה הציטרית.

• יש לאוורר בכל זמן היצר כיוון שהפטרייה חייבת לנשום אירובית (חומצה ציטרית היא חלק ממעגל קרבס, מסלול זה לא יתקיים בהעדר חמצן).

משך התהליך : 8-14 ימים במהלכם מתעבה שכבת התפטור (=תרבית פטריות) על המגש.

חומר הגלם בתסיסת שטח : סוכרוז

קצב העלמות והופעת החומרים בתהליך ייצור חומצה ציטרית (תסיסת שטח) :

קצב העלמות המגיבים והופעת התוצרים בתהליך יצור חומצה ציטרית (תסיסת שטח)

התפטיר (ביומאסה) – הפטרייה נמצאת בשלב גידול מואץ – כמות התפטיר גדלה באופן ליניארי.

סוכרוז מפורק על ידי הפטרייה תוך כדי ניצול של גלוקוז ופרוקטוז.

פרוקטוז וגלוקוז – הפטרייה מעדיפה לנצל את הפרוקטוז שנוצר מפירוק הסוכרוז על פני הגלוקוז. הסיבה להעדפה נובעת מכך, שהפרוקטוז נכנס לשלב השלישי בגליקוליזיה, בעוד הגלוקוז נכנס בשלב הראשון.

חומצה ציטרית - גדלה במקביל לביומאסה.

ב. תסיסה עמוקה

חומרי גלם בתסיסת עומק : סוכרוז , גלוקוז, עמילן מפורק במולסולות או בקנה סוכר, הזול בהשוואה לאחרים.

3 שלבי יצור בתהליך הייצור :

• הכנת המצע ועיקור.
• תהליך התסיסה בפרמנטור.
• הפקת התוצר.

גורמים החשובים בייצור חומצה ציטרית בתסיסת עומק :

• איכות החומר ממנו עשוי הפרמנטור – בשל הירידה ב-PH במהלך התסיסה (הירידה ב-PH מתרחש בגלל היווצרות חומצה פחמתית H2CO3 שנוצרת עקב התמוססות CO2 במים), ישנו הכרח לעבוד בפרמנטור עשוי פלדת אל חלד ועטוף בפלסטיק מצדו הפנימי.
• מבנה תפריט הפטרייה – מבנה פטרייה מגובש בעל צברים אחדים אשר בניהם מצע גידול נקי (פטרייה בעלת קורים רבים) מתפטיר מוביל ליצירת חומצה ציטרית איכותית יותר ובכמות רבה יותר, בהשוואה לתפטיר דל ומפוזר (פטרייה עם מעט קורים).
• אספקת חמצן - הפטרייה אינה זקוקה לריכוזים גבוהים של חמצן, אך מרגע שנכנסה לשמירה אינארובית התהליך הוא בלתי הפיך. לכן, בתהליך התסיסה מקפידים על הזרמת חמצן באופן שוטף בריכוזים שהם לפחות 1/5 מערך הרוויה (מקסימום מסיסות החמצן) של החמצן.

תנאי הייצור :

• טמפרטורה (28 - 33 מעלות צלזיוס) - מקסימום יצור של חומצה ציטרית ומינימום חומצה אוקסלית.
• PH – מתחיל ב-ph=5 ויורד תוך כדדי התהליך – פחות ייצור חומצה אוקסלית.
• יסודות קורט – חשיבות מיוחדת ל-Fe+2 ול- Ce2+ (נחושת) – מוביל לתפטיר מתאים לגידול. חשיבות ליסודות קורט נוספים : מנגן ואבץ – כקופקטורים.
• זמן : 5-10 דקות.
• תרבית מזרע – ספורות (נבגים) של הפטרייה מגודלים בפרמנטור המזרע או נזרעים לפרמנטור הייצור.
• קצף – נוצר בתהליך בכמויות רבות - משאירים כ-1/3 מהפרמנטור ריק. ישנם 2 דרכים (כפי שנלמדו כבר בנןשא תהליך התסיסה בפרמנטור (6 – שבירת קצף) לשבירת קצף :
  • לוחות המחוברים למערבל מפעילים לחץ מתון על הקצף.
  • הוספת דטרגנטים (חומרים כימים) שוברי קצץ
• ערבול – בדרך כלל הזרמת אוויר מעורבלת. ניתן גם ערבול רגיל.
• פרמנטור (תהליך מנתי)– מסוג Airlift (כמו בבירה, אלו פרמטורים בעלי שכבת הגנה כנגד חומציות) – פרמנטורים גבוהים וצרים.

השוואה בין תסיסת שטח לתסיסת עומק

יתרונות שטח	יתרונות עומק
פשוט מבחינה טכנולוגית	כמות גדולה של תוצר
דרישות אנרגטיות נמוכות	מהיר
	יש מגוון בחומרי גלם
	יש בקרה על התהליך (offline/online)
	פחות כוח אדם
	פחות זיהום
בדרך כלל לעסק קטן	בדרך כלל לעסק גדול

תהליך הפקה של חומצה ציטרית – משותף לשני סוגי התסיסות

החומצה הציטרית נוצרת בשלב הגידול הלוגריתמי של הפטרייה, כלומר מטבוליט ראשוני. ולכן נגדל את הפטריה עד סוף שלב הגידול הלוגריתמי, ואז נפסיק את התסיסה. לאחר מכן נבצע מספר פעולות הפקה.

1. סינון: תחילה יש להפריד את הביומסה(התפטיר)מנוזל הגידול-לרוב באמצעות סינון,כי זהו תוצר חוץ תאי-החומצה הציטרית מופרשת לנוזל הגידול.
2. הרחקת החומצה האוקסאלית: הפרדת החומצה האוקסלית על ידי הוספת מלח של סידן פחמתי (CaCO₃). נוצר משקע של סידן אוקסולאט (המוצקים) ואותו מרחיקים באמצעות סינון או סרכוז.
3. שיקוע החומצה הציטרית:השקעה של החומצה הציטרית ע"י העלאת ה-PH והטמפ' – החומצה שוקעת כמלח סידני אותו מסננים – זה תוצר בדרגת ניקיון נמוכה.
4. דרגת ניקיון גבוהה יותר – המשקע מומס ע"י חומצה גופרית (H₂SO₄), והחומצה הציטרית מטופלת בשיטות כרומטוגרפיות שונות עד קבלת דרגת הניקיון המבוקשת.
5. ריכוז בואקום: נרכז את החומצה על ידי נידוף בטמפ' של 40 מעלות צלזיוס.
6. ייבוש: של החומצה ב50-60 מעלות צלזיוס.

הערה :

כאשר מתוארת ראקציה אנזימטית (באמצעות אנזים) אשר התוצר הסופי שלה הוא חומצה; חייבים לעבוד בראקטור בחוש. לדוגמא :

• פניצלין אמידאז – חומצה פנול אצטית 6-APA
• אצטיל כולין אסטראז – H+ ויון אצטאז.