mlecna kiselina

Mlečna kiselina ja široko rasprostranjena u prirodi i nadjena je u Mlečna kiselina ja široko rasprostranjena u prirodi i nadjena je u ćelijama životinja, biljaka i mikroorganizama. Izolovao ju je ćelijama životinja, biljaka i mikroorganizama. Izolovao ju je švedski hemičar Scheele 1780, godine iz kiselog mleka. Blondeau švedski hemičar Scheele 1780, godine iz kiselog mleka. Blondeau je 1847. godine utvrdio da se mlečna kiselina moje 1847. godine utvrdio da se mlečna kiselina možže dobiti kao e dobiti kao finalni proizvod fermentacionog procesa. finalni proizvod fermentacionog procesa.

Mlečna kiselina ja široko rasprostranjena u prirodi i nadjena je u Mlečna kiselina ja široko rasprostranjena u prirodi i nadjena je u ćelijama životinja, biljaka i mikroorganizama. Izolovao ju je ćelijama životinja, biljaka i mikroorganizama. Izolovao ju je švedski hemičar Scheele 1780, godine iz kiselog mleka. Blondeau švedski hemičar Scheele 1780, godine iz kiselog mleka. Blondeau je 1847. godine utvrdio da se mlečna kiselina moje 1847. godine utvrdio da se mlečna kiselina možže dobiti kao e dobiti kao finalni proizvod fermentacionog procesa. finalni proizvod fermentacionog procesa.

MLEMLEČNA KISELINAČNA KISELINAMLEMLEČNA KISELINAČNA KISELINA

Mlečna kiselina sadrži asimetrični ugljenikov atom i u prirodi se nalazi u obliku L i D u racemskoj smeši. Činjenica da se u mišićima mlečna kiselina nalazi u L obliku, navela je na zaključak da se u prirodi ona nalazi samo u tom obliku. Medjutim kasnije je utvrdjeno da neki mikroorganizmi sintetišuD oblik. U životinjskim ćelijama i ćelijama čovečjeg organizma nalazi se L oblik i prisutan je samo odgovarajući enzim L-laktat dehidrogenaza.

Mlečna kiselina sadrži asimetrični ugljenikov atom i u prirodi se nalazi u obliku L i D u racemskoj smeši. Činjenica da se u mišićima mlečna kiselina nalazi u L obliku, navela je na zaključak da se u prirodi ona nalazi samo u tom obliku. Medjutim kasnije je utvrdjeno da neki mikroorganizmi sintetišuD oblik. U životinjskim ćelijama i ćelijama čovečjeg organizma nalazi se L oblik i prisutan je samo odgovarajući enzim L-laktat dehidrogenaza.


COOH

HO – C – H

CH3

COOH

H – C – OH

CH3

L (+) mlecna kiselina D (-) mlecna kiselina

COOH

HO – C – H

CH3

COOH

H – C – OH

CH3

L (+) mlecna kiselina D (-) mlecna kiselina

Iz tog razloga sa zdravstvenog aspekta, konfiguracija mlečne kiseline je veoma važna. Unošenje velike količine D-mlečne kiseline dovodi do povećane količine ove kiseline u krvi i porasta sadržaja urina. Zbog toga je WHO (svetska zdravstvena organizacija) ograničila unošenje D kiseline na količinu od 100 mg/kg/dan.

Iz tog razloga sa zdravstvenog aspekta, konfiguracija mlečne kiseline je veoma važna. Unošenje velike količine D-mlečne kiseline dovodi do povećane količine ove kiseline u krvi i porasta sadržaja urina. Zbog toga je WHO (svetska zdravstvena organizacija) ograničila unošenje D kiseline na količinu od 100 mg/kg/dan.


SvojstvaSvojstva L (+)L (+) D (-)D (-) DLDL

Molekulska teMolekulska težinažina 90,0890,08 90,0890,08 90,0890,08

Tačka topljenja Tačka topljenja ooCC 52,8-53,652,8-53,6 52,8-53,652,8-53,6 16,8-3316,8-33

Tačka ključanja Tačka ključanja ooCC 103103 82-8582-85

Optička rotacija Optička rotacija u stepenima u stepenima + 2,5+ 2,5 - 2,5- 2,5

Konstanta disocijacijeKonstanta disocijacije 1,90 x 101,90 x 10-4-4 1,38 x 101,38 x 10-4-4

20

D

Mlečna kiselina je potpuno rastvorljiva u vodi i ima malu rastvorljivost. U rastvoru od 20 % ili više, mlečna kiselina polimerizuje u linearni dimer laktoil laktata ili u više polimere kao i u ciklične dimere D, D-, L, L- ili D,L-laktide. Mlečna kiselina je organska kiselina koja ima i alkoholnu funkciju pa zbog toga učestvuje u mnogim reakcijama

Mlečna kiselina je potpuno rastvorljiva u vodi i ima malu rastvorljivost. U rastvoru od 20 % ili više, mlečna kiselina polimerizuje u linearni dimer laktoil laktata ili u više polimere kao i u ciklične dimere D, D-, L, L- ili D,L-laktide. Mlečna kiselina je organska kiselina koja ima i alkoholnu funkciju pa zbog toga učestvuje u mnogim reakcijama

Njena upotreba ja višestruka. Zbog svog prijatnog mirisa i ukusa, kao i zaštitnih svojstava veoma mnogo se koristi u prehrambenoj ijndustriji. Dodaje se kao aditiv osvežavajućim pićima, ekstraktima, voćnim sokovima, džemovima, sirupima kao i prilikom konzervisanja voća i riba. Koristi se kao sredstvo za zakišeljavanje nedovoljno kiselih voćnih vina, komina kvasca u destilerijama i za pravljnje kiselog testa u pekarama.

Njena upotreba ja višestruka. Zbog svog prijatnog mirisa i ukusa, kao i zaštitnih svojstava veoma mnogo se koristi u prehrambenoj ijndustriji. Dodaje se kao aditiv osvežavajućim pićima, ekstraktima, voćnim sokovima, džemovima, sirupima kao i prilikom konzervisanja voća i riba. Koristi se kao sredstvo za zakišeljavanje nedovoljno kiselih voćnih vina, komina kvasca u destilerijama i za pravljnje kiselog testa u pekarama.



L(+) mlečna kis. L(+) mlečna kis.

D(-) mlečna kis.D(-) mlečna kis.

DL mlečna kiselinaDL mlečna kiselina

Antimikrobni agens, konzervans, podešivač Antimikrobni agens, konzervans, podešivač pH, rastvaračpH, rastvarač

Ca-laktatCa-laktat Očvršćivač, pojačivač ukusa, nutritivni Očvršćivač, pojačivač ukusa, nutritivni dodatak, stabilizator i ugušćivačdodatak, stabilizator i ugušćivač

Fero-laktatFero-laktat Nutritivni dodatak u hrani za bebeNutritivni dodatak u hrani za bebe

K-laktatK-laktat Pojačivač ukusa, ovlaživač, kontrolor pH Pojačivač ukusa, ovlaživač, kontrolor pH

Na-laktatNa-laktat Pojačivač ukusa, ovlaživač, kontrolor pH i Pojačivač ukusa, ovlaživač, kontrolor pH i emulgatoremulgator

Na-steroil laktatNa-steroil laktat Kondicioner testa i emulgator u pekarskoj Kondicioner testa i emulgator u pekarskoj industriji, emulgator i stabilizator ili supstituent industriji, emulgator i stabilizator ili supstituent krema u mlečnoj industriji, za proizvodnju krema u mlečnoj industriji, za proizvodnju soseva, pojačavanje ukusa sirasoseva, pojačavanje ukusa sira

Laktil estri masnih kiselinaLaktil estri masnih kiselina

Glicero-lakto estri masnih Glicero-lakto estri masnih kiselinakiselina

Emulgatori, plastificeri i površinski aktivni Emulgatori, plastificeri i površinski aktivni agensi u hrani agensi u hrani

Mlečna kiselina za potrebe prehrambene industrije je bezbojna tečnost sa oko 60 % mlečne kiseline. Soli mlečne kiseline (Ca- i Fe-) imaju terapeutska svojstva i u te svrhe se koriste u veoma prečišćenom obliku sa sadržajem mlečne kiseline preko 30 %.

Mlečna kiselina za potrebe prehrambene industrije je bezbojna tečnost sa oko 60 % mlečne kiseline. Soli mlečne kiseline (Ca- i Fe-) imaju terapeutska svojstva i u te svrhe se koriste u veoma prečišćenom obliku sa sadržajem mlečne kiseline preko 30 %.


U kožarskoj industriji koristi se za namakanja i dekalcifikaciju kože. U tekstilnoj industriji to je često korišćeno sredstvo u radu prilikom bojenja. U industriji plastičnih masa koristi se kao dopunski materijal. U svom najčistijem obliku L-mlečna kiselina može polimerizovati u polilaktat koji se koristi u izradi plastičnih folija.

Svetske potrebe u mlečnoj kiselini procenjuju se na 30 000 t/godišnje. Približno samo 30 % se proizvodi sintetičkim putem.

U kožarskoj industriji koristi se za namakanja i dekalcifikaciju kože. U tekstilnoj industriji to je često korišćeno sredstvo u radu prilikom bojenja. U industriji plastičnih masa koristi se kao dopunski materijal. U svom najčistijem obliku L-mlečna kiselina može polimerizovati u polilaktat koji se koristi u izradi plastičnih folija.

Svetske potrebe u mlečnoj kiselini procenjuju se na 30 000 t/godišnje. Približno samo 30 % se proizvodi sintetičkim putem.

Brojna je primena mlečne kiseline u farmaceutskoj i kozmetičkoj industriji. Razne formulacije sadrže mlečnu kiselinu, natrijum i kalcijum laktat i acil laktate. Kalcijum laktat se često koristi za lečenje deficita u kalcijumu. Laktati se dodatju u mnoge kozmetičke proizvode kao vlažeći agensi, emulgatori i stabilizatori laktati se koriste u proizvodima za negu kože za održavanje teksture a etil laktat je aktivni sastojak preparata za negu kože sa aknama. Polilaktidi proizvedeni iz laktatnih dimera kao i laktidni-glikolidni polimeri koji su sintetizovani iz laktida i glikolidnih polimera imaju veliku upotrebu u medicini za proizvodnju hirurških šavova, implanta, za proizvodnju lekova sa kontrolisanih otpuštanjem, zbog njihove biorazgradljivosti, biokompatibilnosti i resorptivnosti.Bioplastični malterijali na bazi mlečne kiseline imaju veliki potencijal u razvoju biorazgradljive ambalaže.

Brojna je primena mlečne kiseline u farmaceutskoj i kozmetičkoj industriji. Razne formulacije sadrže mlečnu kiselinu, natrijum i kalcijum laktat i acil laktate. Kalcijum laktat se često koristi za lečenje deficita u kalcijumu. Laktati se dodatju u mnoge kozmetičke proizvode kao vlažeći agensi, emulgatori i stabilizatori laktati se koriste u proizvodima za negu kože za održavanje teksture a etil laktat je aktivni sastojak preparata za negu kože sa aknama. Polilaktidi proizvedeni iz laktatnih dimera kao i laktidni-glikolidni polimeri koji su sintetizovani iz laktida i glikolidnih polimera imaju veliku upotrebu u medicini za proizvodnju hirurških šavova, implanta, za proizvodnju lekova sa kontrolisanih otpuštanjem, zbog njihove biorazgradljivosti, biokompatibilnosti i resorptivnosti.Bioplastični malterijali na bazi mlečne kiseline imaju veliki potencijal u razvoju biorazgradljive ambalaže.


U sintezi mlečne kiseline moguće je razlikovati dva puta: homolaktičnu i heterolaktičnu fermentaciju. Tip fermentacije zavisi od vrste bakterija, medjutim, može doći do prelaska homo- u hetero- varijantu promenom uslova fermentacije. Različiti metabolički putevi transformacije glukoze prikazani su na slici.

U sintezi mlečne kiseline moguće je razlikovati dva puta: homolaktičnu i heterolaktičnu fermentaciju. Tip fermentacije zavisi od vrste bakterija, medjutim, može doći do prelaska homo- u hetero- varijantu promenom uslova fermentacije. Različiti metabolički putevi transformacije glukoze prikazani su na slici.

Mehanizam nastajanja mlečne kiselineMehanizam nastajanja mlečne kiseline Mehanizam nastajanja mlečne kiselineMehanizam nastajanja mlečne kiseline


Fruktoza-1,6diP Glukoza-6P

Trioza-6P

Piruvat

Laktat

Glukonat-6P

Ksiloza-5P

Trioza-3P + Acetil-P

Etanol ili acetat

Pentoza

Aldolaza

Fosfoketolaza

CO2

Glukoza

Embden-Majerhofov putHomofermentativni

Pentoza-fosfatni putHeterofermentativni

Fruktoza-1,6diP Glukoza-6P

Trioza-6P

Piruvat

Laktat

Glukonat-6P

Ksiloza-5P

Trioza-3P + Acetil-P

Etanol ili acetat

Pentoza

Aldolaza

Fosfoketolaza

CO2

Glukoza

Embden-Majerhofov putHomofermentativni

Pentoza-fosfatni putHeterofermentativni


C6H12O6 2CH3-CHOH-COOH C6H12O6 2CH3-CHOH-COOH

100 % konverzije se nikad ne postiže jer nastaju različite količine sporednih proizvoda, kao što su etanol, sirćetna kiselina, ugljen dioksid i td. Fermentacija kod koje se ostvari prinos veći od 80% smatra se homo-varijantom. U hetero- slučaju količina mlečne kiseline i sporednih proizvoda fermentacije približno je izjednačena.

100 % konverzije se nikad ne postiže jer nastaju različite količine sporednih proizvoda, kao što su etanol, sirćetna kiselina, ugljen dioksid i td. Fermentacija kod koje se ostvari prinos veći od 80% smatra se homo-varijantom. U hetero- slučaju količina mlečne kiseline i sporednih proizvoda fermentacije približno je izjednačena.

Homofermentacija se može prikazati jednačinom:Homofermentacija se može prikazati jednačinom:

MikroorganizmiMikroorganizmiMikroorganizmiMikroorganizmi

Već odavno je poznato da neke vrste mikroorganizama proizvode mlečnu kiselinu. Najpoznatiji proizvodjači mlečne kiseline spadaju u familiju Lactobacillaceae i to rodovi:

Lactococcus, (Streptococcus),

Pediococcus

Lactobacillus i

Leuconostoc.

Tip fermentacije i konfiguracija mlečne kiseline koja se dobija zavisi od vrste bakterija mlečnokiselinskog vrenja koje se koriste (tabela 3.)

Već odavno je poznato da neke vrste mikroorganizama proizvode mlečnu kiselinu. Najpoznatiji proizvodjači mlečne kiseline spadaju u familiju Lactobacillaceae i to rodovi:

Lactococcus, (Streptococcus),

Pediococcus

Lactobacillus i

Leuconostoc.

Tip fermentacije i konfiguracija mlečne kiseline koja se dobija zavisi od vrste bakterija mlečnokiselinskog vrenja koje se koriste (tabela 3.)


Tabela 3.Tip fermentacije i glavni produkti fermentacije koji se dobijaju uz pomoć različitih bakterijaTabela 3.Tip fermentacije i glavni produkti fermentacije koji se dobijaju uz pomoć različitih bakterija

BakterijeBakterijeTipTip

fermentacijefermentacije ProduktiProdukti KonfiguracijaKonfiguracija

StreptococcusStreptococcus homolaktičnahomolaktična LaktatLaktat LL

Pediococcus Pediococcus homolaktičnahomolaktična LaktatLaktat D+LD+L

Lactobacillus Lactobacillus TThermobacteriumhermobacterium SStreptobacteriumtreptobacterium BetabacteriumBetabacterium

homolaktičnahomolaktičnahomolaktičnahomolaktičnaheterolaktičnaheterolaktičnaheterolaktičnaheterolaktična

LaktatLaktatLaktatLaktatLaktat + acetatLaktat + acetatLaktat + acetatLaktat + acetat

LLD+LD+LD+LD+L

DD

LeuconostocLeuconostoc heterolaktičnaheterolaktična Laktat + acetatLaktat + acetat DD


Selekcija sojeva za komercijalnu proizvodnju mlečne kiseline se zasniva na sledećim karakteristikama:

1) brza fermentacija na jeftinim izvorima ugljenika sa niskim sadržajem azota;

2) visok prinos stereospecifične mlečne kiseline sa niskim sadržajem ćelijske mase i drugih proizvoda; i

3) tolerancija na niske vrednosti pH (ispod pH 5) i visoke temperature (oko 45°C).

Industrijski važni mikroorganizmi su fakultativno anaerobni jer tolerišu kiseonik ali ga ne koriste kao krajnji akceptor elektrona u respiraciji. Pored toga, fermentacioni proces se karakteriše visokom temperaturom, (preko 40°C), niskim sadržajem kiseonika, visokim sadržajem mlečne kiseline i niskim pH što smanjuje mogućnost kontaminacije drugim mikroorganizmima.

Selekcija sojeva za komercijalnu proizvodnju mlečne kiseline se zasniva na sledećim karakteristikama:

1) brza fermentacija na jeftinim izvorima ugljenika sa niskim sadržajem azota;

2) visok prinos stereospecifične mlečne kiseline sa niskim sadržajem ćelijske mase i drugih proizvoda; i

3) tolerancija na niske vrednosti pH (ispod pH 5) i visoke temperature (oko 45°C).

Industrijski važni mikroorganizmi su fakultativno anaerobni jer tolerišu kiseonik ali ga ne koriste kao krajnji akceptor elektrona u respiraciji. Pored toga, fermentacioni proces se karakteriše visokom temperaturom, (preko 40°C), niskim sadržajem kiseonika, visokim sadržajem mlečne kiseline i niskim pH što smanjuje mogućnost kontaminacije drugim mikroorganizmima.


Mlečne bakterije koje se korite u industrijskoj fermentaciji su prikazane u tabeli 4. Različite bakterijske vrste proizvode skoro čiste enantiomere mlečne kiseline, L(+) ili D(-), ili racemsku smešu DL-mlečne kiseline.

Mlečne bakterije koje se korite u industrijskoj fermentaciji su prikazane u tabeli 4. Različite bakterijske vrste proizvode skoro čiste enantiomere mlečne kiseline, L(+) ili D(-), ili racemsku smešu DL-mlečne kiseline.

BakterijeBakterije Put fermentacijePut fermentacije Enantiomer Enantiomer mlečne mlečne kiselinekiseline

Izvor ugljenika Izvor ugljenika

L. delbrueckii L. delbrueckii subspsubsp. bulgaricus . bulgaricus (ranije(ranije L. bulgaricus L. bulgaricus))

Obligatno homolaktičniObligatno homolaktični D (-)D (-) Laktoza, sirna surutka, Laktoza, sirna surutka, kazeinska surutkakazeinska surutka

L. rhamnosus L. rhamnosus (ranije(ranije L. delbrueckii L. delbrueckii)) Homolaktična inducibilno Homolaktična inducibilno heterolaktičnaheterolaktična

L (+)L (+) Glukoza, saharoza i Glukoza, saharoza i krompirkrompir

L. helveticusL. helveticus Obligatno homolaktična Obligatno homolaktična D, LD, L Laktoza i sirna surutkaLaktoza i sirna surutka

L. amylophilusL. amylophilus Obligatno homolaktična Obligatno homolaktična L (+)L (+) SkrobSkrob

L. amylovorusL. amylovorus Obligatno homolaktičnaObligatno homolaktična D, LD, L SkrobSkrob

L. casei L. casei subsp.subsp. casei casei i i rhamnosusrhamnosus Homolaktična inducibilnoHomolaktična inducibilno heterolaktičnaheterolaktična

L (+)L (+) Laktoza i sirna surutkaLaktoza i sirna surutka

Lactococcus lactis Lactococcus lactis subsp.subsp. lactis lactis i i cremoris cremoris (ranije(ranije Streptococcus lactis Streptococcus lactis))

Obligatno homolaktična Obligatno homolaktična L (+)L (+) Laktoza i sirna surutkaLaktoza i sirna surutka

S. thermophilus S. thermophilus Obligatno homolaktičnaObligatno homolaktična L (+)L (+) LaktozaLaktoza


Industrijski sojevi mlečnih bakterija mogu u potpunosti da fermentišu medijum sa 12–15% šećera za 2–4 dana sa više od 90% prinosa mlečne kiseline. Te bakterije se smatraju homofermentativne koje proizvode dva molekula mlečne kiseline iz svakog molekula heksoze.

Industrijski sojevi mlečnih bakterija mogu u potpunosti da fermentišu medijum sa 12–15% šećera za 2–4 dana sa više od 90% prinosa mlečne kiseline. Te bakterije se smatraju homofermentativne koje proizvode dva molekula mlečne kiseline iz svakog molekula heksoze.

Na tok proizvodnje direktno utiču sledeći parametri:- sastav podloge- pH podloge - temperature

Na tok proizvodnje direktno utiču sledeći parametri:- sastav podloge- pH podloge - temperature

Sastav podlogeSastav podlogeSastav podlogeSastav podloge

Za normalan rast bakterija mlečnog vrenja zahtevaju pored izvora ugljenika, izvor azota delimično u obliku amino kiselina, nekoliko vitamina, faktore rasta i mineralne materije. Budući da i mala količina slabodne mlečne kiseline inhibira rast, neophodno je prisustvo pufera kako bi se kultura održala.

Za normalan rast bakterija mlečnog vrenja zahtevaju pored izvora ugljenika, izvor azota delimično u obliku amino kiselina, nekoliko vitamina, faktore rasta i mineralne materije. Budući da i mala količina slabodne mlečne kiseline inhibira rast, neophodno je prisustvo pufera kako bi se kultura održala.

Faktori koji utiču na tok proizvodnjeFaktori koji utiču na tok proizvodnjeFaktori koji utiču na tok proizvodnjeFaktori koji utiču na tok proizvodnje

Najbolji izvor ugljenika su šećeri, u manjoj meri alkoholi, dok polisaharide praktično ne asimiluju. Brzina asimilacije mono-, di- i oligosaharida se razlikuje i zavisi od primenjenog soja. Ove bakterije zahtevaju dodatak asparaginske kiseline u podlogama koje su deficitarne biotinom. I obratno, u podlogama bogatim biotinom, asparaginska kiselina nije potrebna. Slična zavisnost postoji izmedju folne kiseline i serina.

Najbolji izvor ugljenika su šećeri, u manjoj meri alkoholi, dok polisaharide praktično ne asimiluju. Brzina asimilacije mono-, di- i oligosaharida se razlikuje i zavisi od primenjenog soja. Ove bakterije zahtevaju dodatak asparaginske kiseline u podlogama koje su deficitarne biotinom. I obratno, u podlogama bogatim biotinom, asparaginska kiselina nije potrebna. Slična zavisnost postoji izmedju folne kiseline i serina.


Prisustvo vitamina B6 koji je veoma važan za biosintezu amino kiselina u ovim bakterijama, takodje se može zameniti odredjenim amino kiselinama. Prisustvo esencijainih amino kiselina mora biti obezbedjeno u podlogama u odnosu i koncentraciji koja zavisi od soja bakterija.Kao izvor azota pored slobodnog amino-azota mogu se koristiti i peptidi i amidi.

Prisustvo vitamina B6 koji je veoma važan za biosintezu amino kiselina u ovim bakterijama, takodje se može zameniti odredjenim amino kiselinama. Prisustvo esencijainih amino kiselina mora biti obezbedjeno u podlogama u odnosu i koncentraciji koja zavisi od soja bakterija.Kao izvor azota pored slobodnog amino-azota mogu se koristiti i peptidi i amidi.

U mnogim slučajevima ova jedinjenja igraju ulogu faktora rasta. Primećeno je čak da se u slučaju njihovog korišćenja kao izvora azota, postiže brzina rasta mnogo veća nego kada se kao izvor azota koriste amino kiseline.

U mnogim slučajevima ova jedinjenja igraju ulogu faktora rasta. Primećeno je čak da se u slučaju njihovog korišćenja kao izvora azota, postiže brzina rasta mnogo veća nego kada se kao izvor azota koriste amino kiseline.


Brzina rasta ovih bakterija takodje zavisi i od prisustva masnih kiselina pri čemu mehanizam njihovog delovanja još uvek nije potpuno poznat. Prisustvo odredjenih mineralnih elemenata takodje je bitno, mada njihovo prisustvo obično nije kritično. Kompleksne podloge koje se koriste prirodno sadrže zadovoljavajuću količinu mineralnih komponenata. Ipak soli fosfora imaju važnu ulogu. Amonijum jon ne može se koristiti kao izvor azota, medjutim, konstatovano je da ima ulogu u metabolizmu odredjenih aminokiselina.

Brzina rasta ovih bakterija takodje zavisi i od prisustva masnih kiselina pri čemu mehanizam njihovog delovanja još uvek nije potpuno poznat. Prisustvo odredjenih mineralnih elemenata takodje je bitno, mada njihovo prisustvo obično nije kritično. Kompleksne podloge koje se koriste prirodno sadrže zadovoljavajuću količinu mineralnih komponenata. Ipak soli fosfora imaju važnu ulogu. Amonijum jon ne može se koristiti kao izvor azota, medjutim, konstatovano je da ima ulogu u metabolizmu odredjenih aminokiselina.

pH podlogepH podloge pH podlogepH podloge

Bakterije mlečno-kiselinskog vrenja osetljive su na porast kiselosti i moraju se permanentno neutralisati. Za ostvarivanje zadovoljavajuće brzine i stepena fermentacije optimalno pH je u granicama od pH 5,5 do 6,0. Pri pH 5 fermentacija je već snažno inhibirana, a pri pH nižim od 4,5 potpuno prestaje.

Bakterije mlečno-kiselinskog vrenja osetljive su na porast kiselosti i moraju se permanentno neutralisati. Za ostvarivanje zadovoljavajuće brzine i stepena fermentacije optimalno pH je u granicama od pH 5,5 do 6,0. Pri pH 5 fermentacija je već snažno inhibirana, a pri pH nižim od 4,5 potpuno prestaje.

TemperaturaTemperatura TemperaturaTemperatura

Temperatura je jedan od najvažnijih parametara koji utiču na brzinu rasta. U zavisnosti od optimalne temperature rasta, bakterije mlečno-kiselinskog vrenja se dele na termofilne i mezofilne. U tabeli 5 su date optimalne temperature rasta bakterija iz roda Lactobacillus.

Temperatura je jedan od najvažnijih parametara koji utiču na brzinu rasta. U zavisnosti od optimalne temperature rasta, bakterije mlečno-kiselinskog vrenja se dele na termofilne i mezofilne. U tabeli 5 su date optimalne temperature rasta bakterija iz roda Lactobacillus.

TemperaturaTemperatura TemperaturaTemperatura

Tabela 5. Temperaturni optimum rasta bakterija roda Lactobacillus.Tabela 5. Temperaturni optimum rasta bakterija roda Lactobacillus.

Homofermentativni tipHomofermentativni tip Hetrofermentativni tipHetrofermentativni tip

ThermobacteriumThermobacterium StreptobacteriumStreptobacterium BetabacteriuBetabacteriumm

L. caucasicusL. caucasicus L. caseiL. casei L. brevisL. brevis

L lactisL lactis L. plantarium L. plantarium 28-32 °C28-32 °C L. buchneri L. buchneri 28-32 °C28-32 °C

L. helveticus L. helveticus 37-45°C37-45°C L. leichmannii L. leichmannii

mezofilnemezofilne

L. L. ppastorianumastorianum

L. acidophilusL. acidophilus

L. bifidusL. bifidus L. fermenti L. fermenti 35-40°35-40°

L. bulgaricusL. bulgaricus

L. thermophilus L. thermophilus 45-62 °C45-62 °C

L. delbrueckii L. delbrueckii

termofiInetermofiIne

PodlogePodloge PodlogePodloge

Kao podloga za razvoj bakterija mlečnokiselinskog vrenja koriste se supstance koje sadrže šećer ili skrob. Dugo godina koristila se melasa i to upravo melasa šećerne repe. Medjutim, sa takvim polaznim materijalom, kvalitetna mlečna kiselina dobijala se tek nakon ekstrakcije odgavarajućim rastvaračem. Slično je i sa surutkom. U tom slučaju koristi se Lactobacillus bulgaricus koji može efikasno fermentisati laktozu.

Kao podloga za razvoj bakterija mlečnokiselinskog vrenja koriste se supstance koje sadrže šećer ili skrob. Dugo godina koristila se melasa i to upravo melasa šećerne repe. Medjutim, sa takvim polaznim materijalom, kvalitetna mlečna kiselina dobijala se tek nakon ekstrakcije odgavarajućim rastvaračem. Slično je i sa surutkom. U tom slučaju koristi se Lactobacillus bulgaricus koji može efikasno fermentisati laktozu.

Podloga sa skrobom kao izvorom ugljenika mora se prvo podvrgnuti razgradnji, budući da laktobacili ne poseduju amilolitičke enzime. To dodatno opterećuje troškove, a dovodi i do prisustva različitih nečistoća.

Podloge sa 12 - 13 % saharoze predstavljaju najčistiji medijum i najmanje opterećuju troškove separacije finalnog proizvoda.

Podloga sa skrobom kao izvorom ugljenika mora se prvo podvrgnuti razgradnji, budući da laktobacili ne poseduju amilolitičke enzime. To dodatno opterećuje troškove, a dovodi i do prisustva različitih nečistoća.

Podloge sa 12 - 13 % saharoze predstavljaju najčistiji medijum i najmanje opterećuju troškove separacije finalnog proizvoda.

PodlogePodloge PodlogePodloge

U novije vreme je konstatovano da se i 1,2-propandiol može koristiti kao izvor ugljenika, ali samo uz pomoć specifičnih bakterija:

Arthrobacter oxydans, Alcaligens faecalis i Fusarium solani.

U novije vreme je konstatovano da se i 1,2-propandiol može koristiti kao izvor ugljenika, ali samo uz pomoć specifičnih bakterija:

Arthrobacter oxydans, Alcaligens faecalis i Fusarium solani.

BioticiBiotici BioticiBiotici

Podloge na kojima se bakterije gaje moraju sadržati organska i neorganska azotna jedinjenja i različite faktore rasta. U tu svrhu koriste se:

- voda od močenja kukuruza (corn step liquor), - sladne klice, - amonijum sulfat

Podloge na kojima se bakterije gaje moraju sadržati organska i neorganska azotna jedinjenja i različite faktore rasta. U tu svrhu koriste se:

- voda od močenja kukuruza (corn step liquor), - sladne klice, - amonijum sulfat

Puferni agensiPuferni agensi Puferni agensiPuferni agensi

Obično se koristi sterilni CaCO3.Obično se koristi sterilni CaCO3.

Tehnološki postupci proizvodnjeTehnološki postupci proizvodnje Tehnološki postupci proizvodnjeTehnološki postupci proizvodnje

Industrijska proizvodnja mlečne kiseline počela je krajam devetnaestog veka. To je bio prvi proces u kome je pre fermentacije medijum zagrevan kako bi se uklonili strani mikroorganmizmi i nakon toga inokuliran čistom kulturom. Sterilni uslovi rada obezbedjivani su visokom optimalnom temperaturom fermentacije (45 – 50 °C) i mikroaerofilnim ponašanjem bakterija koje ne zahtevaju ni aeraciju sterilnim vazduhom ni apsolutno uklanjanje kiseonika.

Industrijska proizvodnja mlečne kiseline počela je krajam devetnaestog veka. To je bio prvi proces u kome je pre fermentacije medijum zagrevan kako bi se uklonili strani mikroorganmizmi i nakon toga inokuliran čistom kulturom. Sterilni uslovi rada obezbedjivani su visokom optimalnom temperaturom fermentacije (45 – 50 °C) i mikroaerofilnim ponašanjem bakterija koje ne zahtevaju ni aeraciju sterilnim vazduhom ni apsolutno uklanjanje kiseonika.

Tehnološki postupci proizvodnjeTehnološki postupci proizvodnje Tehnološki postupci proizvodnjeTehnološki postupci proizvodnje

Upravo ovaj postupak može se smatrati prvim biotehnološkim procesom izvodjenim pod kontrolisanim uslovima. Prvo ovakvo postrojenje pušteno je u rad 1881. godine u SAD, medjutim, sa manjim uspehom i posle par godina je zatvoreno. Prvo industrijsko postrojenje koje je uspešno radilo pušteno je u rad 1895. godine u Nemačkoj i koristilo je Lactobacillus delbrueckii kao radni mikroorganizam.

Upravo ovaj postupak može se smatrati prvim biotehnološkim procesom izvodjenim pod kontrolisanim uslovima. Prvo ovakvo postrojenje pušteno je u rad 1881. godine u SAD, medjutim, sa manjim uspehom i posle par godina je zatvoreno. Prvo industrijsko postrojenje koje je uspešno radilo pušteno je u rad 1895. godine u Nemačkoj i koristilo je Lactobacillus delbrueckii kao radni mikroorganizam.

Pripremanje podlogePripremanje podloge Pripremanje podlogePripremanje podloge

Pripremanje podloge podrazumeva podešavanje odgovarajućeg hemijskog sastava dodatkom odgovarajućih biotika, odnosno predvidjenih faktora rasta. Nakor toga sledi sterilizacija na temperaturi od 95 °C u trajanju od 1 do 2 časa. Nakon toga se podloga hladi na 50 oC i u malom višku dodaje sterilisani CaCO3 kao puferni agens.

Pripremanje podloge podrazumeva podešavanje odgovarajućeg hemijskog sastava dodatkom odgovarajućih biotika, odnosno predvidjenih faktora rasta. Nakor toga sledi sterilizacija na temperaturi od 95 °C u trajanju od 1 do 2 časa. Nakon toga se podloga hladi na 50 oC i u malom višku dodaje sterilisani CaCO3 kao puferni agens.

U većini procesa, mlečna kiselina se stvara u obliku Ca-soli. Zbog male rastvorljivosti Ca-laktata, koncentracija šećera u podlozi ne treba da prelazi 13-15 %, zavisno od sastava medijuma .

U većini procesa, mlečna kiselina se stvara u obliku Ca-soli. Zbog male rastvorljivosti Ca-laktata, koncentracija šećera u podlozi ne treba da prelazi 13-15 %, zavisno od sastava medijuma .

FermentacijaFermentacija FermentacijaFermentacija

Pripremljena podloga se inokulira pripremljenom kulturom bakterije. Uslovi fermentacije direktno zavise od vrste korišćene bakterije.

U slučaju Lactobacillus delbrueckii u toku fermentacije temperatura se održava na 43 – 50 °C (zavisno od korišćene bakterije) i supstrat se meša kako bi se sprečilo taloženje CaCO3. Nakon 2-4 dana šećer je gotovo u potpunosti fermentisan.

Pripremljena podloga se inokulira pripremljenom kulturom bakterije. Uslovi fermentacije direktno zavise od vrste korišćene bakterije.

U slučaju Lactobacillus delbrueckii u toku fermentacije temperatura se održava na 43 – 50 °C (zavisno od korišćene bakterije) i supstrat se meša kako bi se sprečilo taloženje CaCO3. Nakon 2-4 dana šećer je gotovo u potpunosti fermentisan.


Mlečna kiselina se proizvodi u fermentorima zampremine 20 - 100 m3. Stvaraju se znatne količine CO2. Ovaj CO2 može predstavljati ekološki problem za postrojenje ali istovremeno uslovljava semiaerobne uslove neophodne za optimalno izvodjenje procesa.

U novije vreme uveden je i postupak sa imobilisanim ćelijama Lactobacillus delbrueckii.

Mlečna kiselina se proizvodi u fermentorima zampremine 20 - 100 m3. Stvaraju se znatne količine CO2. Ovaj CO2 može predstavljati ekološki problem za postrojenje ali istovremeno uslovljava semiaerobne uslove neophodne za optimalno izvodjenje procesa.

U novije vreme uveden je i postupak sa imobilisanim ćelijama Lactobacillus delbrueckii.


Sveže pripremljene ćelije sa 4 – 7,7 % suve materije suspenduju se u 6 % rastvor natrijum alginata na sobnoj temperaturi. Suspenzija se ukapava kroz mlaznice unutrašnjeg prečnika 0,5 mm u rastvor 0,5 mol CaCl2/L. Formiraju se kuglice prečnika 2 mm koje se filtriraju i delimično suše. Proces se može voditi diskontinualno ili kontinualno. U oba siučaja radna temperatura je 43 °C a pH 5,7. Ostvaren je prinos od 97 % računato na glukozu i više od 90 % mlečne kiseline je u L obliku.

Sveže pripremljene ćelije sa 4 – 7,7 % suve materije suspenduju se u 6 % rastvor natrijum alginata na sobnoj temperaturi. Suspenzija se ukapava kroz mlaznice unutrašnjeg prečnika 0,5 mm u rastvor 0,5 mol CaCl2/L. Formiraju se kuglice prečnika 2 mm koje se filtriraju i delimično suše. Proces se može voditi diskontinualno ili kontinualno. U oba siučaja radna temperatura je 43 °C a pH 5,7. Ostvaren je prinos od 97 % računato na glukozu i više od 90 % mlečne kiseline je u L obliku.

IzdvajanjeIzdvajanje IzdvajanjeIzdvajanje

Prvi korak u konvencionalnom procesu izolacije je zagrevanje fermentacione tečnosti do 80–100°C i povišenje pH do 10 kako bi se ubile bakterije, koagulisali proteini i održao Ca-laktat u rastvornom obliku. Sirova fermentaciona tečnost sa Ca-laktatom se filtrira, obezbojava sa aktivnim ugljem i koncentriše uparavanjem. Filtrat sa tretira sumpornom kiselinom kako bi se oslobodila mlečna kiselina koja se odvaja od stvorenog Ca-sulfata. Šematski prikaz proizvodnje mlečne kiseline dat je na slici 6.

Prvi korak u konvencionalnom procesu izolacije je zagrevanje fermentacione tečnosti do 80–100°C i povišenje pH do 10 kako bi se ubile bakterije, koagulisali proteini i održao Ca-laktat u rastvornom obliku. Sirova fermentaciona tečnost sa Ca-laktatom se filtrira, obezbojava sa aktivnim ugljem i koncentriše uparavanjem. Filtrat sa tretira sumpornom kiselinom kako bi se oslobodila mlečna kiselina koja se odvaja od stvorenog Ca-sulfata. Šematski prikaz proizvodnje mlečne kiseline dat je na slici 6.

IzdvajanjeIzdvajanje IzdvajanjeIzdvajanje

inokuluminokulum

propagatorpropagator

fermentorfermentor

filter filter

mulj mulj

H2SO4H2SO4

dekompozerdekompozer

filter filter

CaSO4CaSO4

koncentratratorkoncentratrator

Fermentacija IzdvajanjeFermentacija Izdvajanje

PrečišćavanjePrečišćavanje PrečišćavanjePrečišćavanje

Izdvajanje mlečne kiseline iz fermentacionog medijuma je najskuplji deo u celom procesu. Proizvod se dobija sa različitim stepenom čistoće:

1) tehnička,

2) prehrambena,

3) Farmaceutska

4) Termotolerantna mlečna kiselina koja ne menja boju kada se zagreva na 200°C u toku nekoliko sati.

Što je veći stepen čistoće, to je kompleksniji i skuplji postupak izolacije

Izdvajanje mlečne kiseline iz fermentacionog medijuma je najskuplji deo u celom procesu. Proizvod se dobija sa različitim stepenom čistoće:

1) tehnička,

2) prehrambena,

3) Farmaceutska

4) Termotolerantna mlečna kiselina koja ne menja boju kada se zagreva na 200°C u toku nekoliko sati.

Što je veći stepen čistoće, to je kompleksniji i skuplji postupak izolacije


Dalje prečišćavanje zavisi od namene. Koristi se:

1. kristalizacija Ca-laktata (tehnička)

2. filtracija, tretman aktivnim ugljem i koncentrisanje (prehrambena)

3. formiranje laktatnih estara (etil- ili metil- estara) i frakcionisanje (farmaceutska) i

4. destilacija laktatnih estara (najviši stepen čistoće, termostabilna mlečna kiselina)

Dalje prečišćavanje zavisi od namene. Koristi se:

1. kristalizacija Ca-laktata (tehnička)

2. filtracija, tretman aktivnim ugljem i koncentrisanje (prehrambena)

3. formiranje laktatnih estara (etil- ili metil- estara) i frakcionisanje (farmaceutska) i

4. destilacija laktatnih estara (najviši stepen čistoće, termostabilna mlečna kiselina)



Procesi prečišćavanja se često kombinuju sa tečno-tečnom ekstrakcijom, jonoizmenjivačima i adsorpcijom na čvrstim adsorbansima. Medjutim, na svaku tonu fermentisane mlečne kiseline prečišćene ovim konvencionalnim postupcima, proizvede se oko tonu gipsa (CaSO4 · 2H2O) kao sporedni proizvod. Ekološki i ekonomski aspekti njegovog odstranjivanja postaju problem u velikoj industrijskoj proizvodnji.

Procesi prečišćavanja se često kombinuju sa tečno-tečnom ekstrakcijom, jonoizmenjivačima i adsorpcijom na čvrstim adsorbansima. Medjutim, na svaku tonu fermentisane mlečne kiseline prečišćene ovim konvencionalnim postupcima, proizvede se oko tonu gipsa (CaSO4 · 2H2O) kao sporedni proizvod. Ekološki i ekonomski aspekti njegovog odstranjivanja postaju problem u velikoj industrijskoj proizvodnji.

U skorije vreme su razvijeni membranski postupci za izdvajanje i prečišćavanje mlečne kiseline. Korišćenje ultrafiltracije i elektrodijalize obezbedjuju novi, ekonomični pristup za izdvajanje mlečne kiseline bez nagomilavanja gipsa.

U skorije vreme su razvijeni membranski postupci za izdvajanje i prečišćavanje mlečne kiseline. Korišćenje ultrafiltracije i elektrodijalize obezbedjuju novi, ekonomični pristup za izdvajanje mlečne kiseline bez nagomilavanja gipsa.

Documents

mlecna kiselina