第12章 柠檬酸的发酵生产
柠檬酸发酵的原理
柠檬酸发酵的原理柠檬酸是一种有机酸，化学式为C6H8O7。
它常见于柠檬、橙、柚子等柑橘类水果中，具有酸味和鲜味。
柠檬酸的发酵是指通过微生物在适宜环境条件下对柠檬酸底物进行代谢分解，产生新的化合物、气体或能量的过程。
柠檬酸发酵的过程可以分为两个阶段：引入柠檬酸菌和发酵反应。
首先，柠檬酸发酵的关键是引入柠檬酸菌。
柠檬酸菌是一类嗜酸性细菌，它们广泛存在于自然界中，常见于各种水果、土壤、植物等环境中。
这些细菌具有代谢柠檬酸的能力，并能分解柠檬酸为其他代谢产物。
在适宜的生长条件下，柠檬酸菌会在培养基中生长和繁殖。
柠檬酸菌需要一定的温度、pH值以及营养物质供应，如碳源、氮源、矿物盐等。
这些条件对于维持菌体生长和代谢活性都非常重要。
当柠檬酸菌引入培养基后，它们会开始与柠檬酸底物进行代谢，进而引发柠檬酸的发酵。
柠檬酸发酵可产生以下代谢产物。
首先，柠檬酸菌代谢柠檬酸的初始酶是柠檬酸酶，将柠檬酸分解为顺式-脱氢异柠檬酸。
柠檬酸酶存在于柠檬酸菌的细胞内。
随后，顺式-脱氢异柠檬酸经过酶促反应被还原为'顺式'脱氢酶异柠檬酸，再被脱氢酶反应转化为柠檬酸。
接下来，由于柠檬酸发酵过程中柠檬酸的分解和合成是相互竞争的，此时代谢产物多取决于柠檬酸菌生长条件的调节。
在有氧条件下（即有足够的氧气供应），柠檬酸将被完全代谢为二氧化碳和水，释放能量。
此时发酵的产物主要是气体，如二氧化碳。
这种情况下，柠檬酸发酵可以在其它微生物中应用。
然而，当在缺氧条件下进行柠檬酸发酵时（如在发酵罐中），由于氧气供应不足，柠檬酸菌会进一步代谢柠檬酸。
在此情况下，发酵的产物主要是有机酸，如乳酸、丙酸等。
这种发酵过程称为无氧呼吸。
结合柠檬酸菌自身特点和提供的环境条件，可以选择调控发酵过程中柠檬酸的转化路径，实现不同发酵产品的生产。
总结起来，柠檬酸发酵的原理是通过引入柠檬酸菌并在适宜条件下提供营养物质，利用柠檬酸菌的代谢能力，将柠檬酸转化为新的化合物。
发酵生产柠檬酸
操作要点
（5） 浸曲 将发酵培养好的曲料置于水泥池（池内衬有防腐塑 料软板，池边各侧底部有数个排液口），加水浸取 曲中的柠檬酸，浸曲液比为1∶3或1∶4 （按干薯渣 投料计）。曲在浸曲池中要经过多次浸取，每次浸 30 min。第1 次浸需用50 ℃以上的温水，以后用常 温浸曲。曲经过多次浸取后，浸曲液酸度相应降低， 酸度低的浸曲液丌作中和处理，可用作下一批曲的 第1 次或第2 次浸曲液，以减小中和液体积，避免因 中和液酸度过低而影响柠檬酸钙的获得率和产品品 质。每次浸曲结束后，从浸曲池底各侧排液口放液， 曲渣经多次浸取后，柠檬酸含量在0.5%以下时丌再 迚行浸取，曲渣及时清出作为饲料。
操作要点
（3） 制曲 原料按上述要求准备好后，按50kg 薯渣、5.5 kg 米 糠或9.5 kg 麸皮、1.0 kg 碳酸钙、2.3 kg 乙醇、40 kg 水（此为粗料用水，细料用水为35 kg） 的比例 混合，洒水量要灵活掌握，以生料蒸熟后疏松、呈 浅棕褐色、丌黏为宜。用常温水，气温低于10 ℃时 用热水，以便加快对料的浸润。由于薯渣及辅料中 含有大量杂菌，如丌彻底杀灭会引起生产中杂菌污 染造成损失。因此，蒸料灭菌是生产成败的关键， 蒸料的另一个目的是使生料变成熟料，这样原料中 的淀粉加热后会膨胀、糊化、蛋白质变性，给生酸 菌黑曲霉提供便于利用的碳源和氮源。
操作要点
（4） 保温发酵 曲室应保持一定的温度不湿度，才能有利于黑曲霉 的生长和发酵产酸。相对湿度应保持在85%~90%， 在气温低的季节可向曲室通入蒸汽，温度高的季节 则应在地上洒水，以调节曲室温度。发酵18 h 前， 以27 ℃~31 ℃为宜；18h~48 h，以38 ℃~43 ℃为 宜；48 h~96 h，以35 ℃为宜。正常培养过程可观 察到，发酵20 h，曲盘料呈浅黄色，有绒毛状菌丝； 发酵36 h，有细小灰白孢子头；发酵48 h，孢子转 棕色，并继续转深；发酵至96 h 时结束，曲面孢子 密集，呈棕褐色。培养48 h 后应每隔12 h 测定酸度 1 次，一般培养96 h 柠檬酸生成量达到最高，此时 必须出曲，停止发酵。
柠檬酸发酵机制
柠檬酸发酵机制柠檬酸生产分发酵和提取两部分。
发酵有固态发酵、液态浅盘发酵和深层发酵3种方法。
固态发酵是以薯干粉、淀粉粕以及含淀粉的农副产品为原料，配好培养基后，在常压下蒸煮，冷却至接种温度，接入种曲，装入曲盘，在一定温度和湿度条件下发酵。
采用固态发酵生产柠檬酸，设备简单，操作容易。
液态浅盘发酵多以糖蜜为原料，其生产方法是将灭菌的培养液通过管道转入一个个发酵盘中，接入菌种，待菌体繁殖形成菌膜后添加糖液发酵。
发酵时要求在发酵室内通入无菌空气。
深层发酵生产柠檬酸的主体设备是发酵罐。
微生物在这个密闭容器内繁殖与发酵。
现多采用通用发酵罐。
它的主要部件包括罐体、搅拌器、冷却装置、空气分布装置、消泡器，轴封及其他附属装置。
发酵罐径高比例一般是1:2.5，应能承受一定的压力，并有良好的密封性。
除通用式发酵罐外，还可采用带升式发酵罐、塔式发酵罐和喷射自吸式发酵罐等。
为了得到产柠檬酸的优良菌种，通常是从不同地区采集的土壤或从腐烂的水果中分离筛选，然后通过物理和化学方法进行菌种选育。
例如薯干粉深层发酵柠檬酸的菌种就是通过不断变异和选育得到的。
菌种适合在高浓度下发酵，产酸水平较高。
柠檬酸的发酵因菌种、工艺、原料而异，但在发酵过程中还需要掌握一定的温度、通风量及pH值等条件。
一般认为，黑曲霉适合在28～30℃时产酸。
温度过高会导致菌体大量繁殖，糖被大量消耗以致产酸降低，同时还生成较多的草酸和葡萄糖酸；温度过低则发酵时间延长。
微生物生成柠檬酸要求低pH，最适pH为2～4，这不仅有利于生成柠檬酸，减少草酸等杂酸的形成，同时可避免杂菌的污染。
柠檬酸发酵要求较强的通风条件，有利于在发酵液中维持一定的溶解氧量。
通风和搅拌是增加培养基内溶解氧的主要方法。
随着菌体生成，发酵液中的溶解氧会逐渐降低，从而抑制了柠檬酸的合成。
采用增加空气流速及搅拌速度的方法，使培养液中溶解氧达到60%饱和度对产酸有利。
柠檬酸生成和菌体形态有密切关系，若发酵后期形成正常的菌球体，有利于降低发酵液粘度而增加溶解氧，因而产酸就高；若出现异状菌丝体，而且菌体大量繁殖，造成溶解氧降低，使产酸迅速下降。
柠檬酸
问题：产酸略低；提取比率比国际先进水平低8%-15%；生产 中的“三废”未有效治理。
二、柠檬酸发酵微生物
1、黑曲霉 ( Aspergillus niger )
目前最有竞争力的菌种，我国多数厂家采用
2、酵母
酵母的重要性在于能发酵烷烃产生柠檬酸
解脂假丝酵母( Candida lipolytica )
三、柠檬酸发酵机理
（二）柠檬酸的用途
1、在食品工业上的应用：占70% 第一食用酸味剂 2、在医药上的应用 广泛用于糖果、饮料、果酱、果胨、果酒、腌制品、罐头、糕点等 柠檬酸糖浆：发烧病人的清凉饮料，清凉、解毒、矫口味 3、在化工上的应用 赋予水果风味，抗氧化、保护色素和维生素，使产品新鲜感等 柠檬酸铁铵：温和的补铁剂，用于缺铁性贫血 常用的电镀缓冲剂和络合剂 柠檬酸钾：治疗膀胱炎和糖尿病所致的酸中毒 多年来，世界柠檬酸消费增长速度始终维持在5%-7%，用途也 许多化学反应的催化剂：如环氧树脂的交联、聚尿烷泡沫塑料 在不断扩大中。 柠檬酸钠：抗凝血剂，用于输血、血液和血浆的保存 用于制造高效无公害洗涤剂 柠檬酸铜：消毒杀菌剂并有收敛作用，用于配制眼膏 用于生产牙膏、洗面乳、洗发剂 柠檬酸镁：温和的泻药，用于X光透视前的清肠
Sweet potato
cassava
2、制种
我国普遍采用麸曲生产工艺 流程： 原种 斜面 茄瓶 麸曲 种子罐
麸皮培养基；三角瓶或可拆卸铝盒 使孢子发育成菌丝球；缩短发酵罐的发酵时间； 茄瓶孢子接种； 30～32℃，4 d 薯干粉培养基；麸曲接种； 34～35℃，18～28h
3、发酵
设备类似酱油厚层制曲池。
糖质原料生物合成柠檬酸的途径
1 2 3
柠檬酸虽在TCA循环中是一个中间产物，但在正常情况下，柠 檬酸在细胞内不会积累，且柠檬酸是黑曲霉的良好碳源。
柠檬酸发酵原料及生产方法
糖蜜中的糖分主要是蔗糖和葡萄糖，这些糖分在微生物的作用下可以转化为柠檬酸。
葡萄糖
葡萄糖是一种单糖，是微生物发酵的 主要能源物质。
葡萄糖的渗透压较低，需要与其他原 料混合使用以调节发酵过程中的渗透 压。
葡萄糖在微生物的作用下可以转化为 柠檬酸，是柠檬酸发酵的重要原料。
果糖
果糖是一种单糖，是水果和蜂蜜 中的主要糖分。
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废弃物资源化利用
将柠檬酸发酵过程中的废 弃物进行回收和再利用， 减少废弃物排放，同时实 现资源化利用。
环保生产技术研发
研发和应用环保生产技术， 降低柠檬酸发酵过程中的 环境污染，提高可持续性。
强化环境监管
加强环境监管力度，对柠 檬酸发酵企业实施严格的 环境保护标准，促进企业 环保意识的提高。
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02 柠檬酸发酵生产方法
固态发酵法
固态发酵法是一种利用固体底物进行发酵的方法，通常在固体底物中加入适量的 水，然后接种菌种进行发酵。该方法具有设备简单、投资少、操作方便等优点， 但也有发酵效率较低、周期较长等缺点。
常用的固体底物包括糖蜜、甘蔗渣、稻草等农业废弃物，这些原料来源广泛，价 格低廉，适合大规模生产。
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控制温度在最佳范围内。
酸碱度
酸碱度是影响柠檬酸发酵的重要因 素之一，通过调节酸碱度可以促进 菌体的生长和代谢，提高柠檬酸的 产量。
溶氧量
溶氧量对柠檬酸发酵的影响也较大， 通过控制搅拌速度和通气量，保持 适宜的溶氧水平，有利于菌体的生 长和代谢。
产物提取与精制
提取方法
根据柠檬酸的性质和发酵液的特点， 选择合适的提取方法，如离子交换、 萃取、吸附等，以最大程度地提取柠 檬酸。
柠檬酸发酵及产物提取
综合实验：柠檬酸发酵及产物提取（一）柠檬酸发酵一、实验原理柠檬酸发酵为典型的有机酸发酵，淀粉质原料经淀粉酶作用水解为葡萄糖，葡萄糖经EMP途径氧化为丙酮酸，丙酮酸进一步被氧化脱羟生成乙酰CoA，就一般能量代谢过程而言，生成的乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸后进入三羟酸循环，通过三羟酸循环进行有氧呼吸的能量代谢。
但就柠檬酸产生菌而言，由于其乌头酸流水作业事酶和异柠檬酸脱氢酶活性很低，而柠檬酸合成酶的活性很高，因而大量积累柠檬酸，草酰乙酸的提供则仍通过丙酮酸羧化而成，柠檬酸的生成途径如下式：2 C6H12O6 +3 O2→2 C6H8O7 +4 H2O国内目前柠檬酸发酵所采用的原料主要是山芋干及废糖蜜。
二、实验器材（一）材料1．菌种：黑曲霉2．蔗糖、硫酸铵等（二）主要仪器设备1．旋转式摇床、超净工作台、15L发酵罐等三、操作步骤1．种子培养基制备：马铃薯培养基配方:(1000ml)马铃薯（去皮）200g葡萄糖（或蔗糖）20g琼脂15~25g水1000ml自然pH2．种子液培养：将已灭菌的种子培养基接入一环斜面孢子于35℃±1℃、250r.p.m条件下培养24~36h。
3．种子培养液质量要求：镜检菌丝生长健壮，结成菊花形小球，球直径不超过100μm，每毫升含菌球数在1~2万之间，无异味、无杂菌污染；pH2~2.5；酸度1.5~2.0%。
4．发酵培养基制备：蔗糖15%，硫酸铵0.4%，磷酸二氢钾0.1%，硫酸镁7水0.025%。
5. 上罐灭菌（操作同实验一）5．发酵：将培养好的种子液按发酵培养液体积的5%接入到已灭菌的发酵培养基中，于35℃±1℃、500转条件下发酵4天。
6.分别在0,24,48,72,96小时测定一下参数。
四、实验结果1．对种子液进行镜检，画下菌丝形态，并测定菌球直径及粗略估算每ml种子液中的菌球数。
2．测定成熟发酵液的酸度，并就发酵结束后的菌体形态作出描述。
3．计算柠檬酸发酵的转化率，即每100克葡萄糖经转化所能生成的柠檬酸克数，柠檬酸酵的理论转化率按下列反应计算应为106.7%。
柠檬酸制备
柠檬酸制备
柠檬酸是一种重要的有机弱酸，广泛应用于食品、医药和化工等领域。
其制备过程主要包括以下几个步骤：
1. 原料准备：以薯干粉为主要原料，这是我国80%以上柠檬酸生产的基础原料。
2. 调制浆料：将薯干粉调制成浓度为18%～22%的浆料，以适合发酵过程的需要。
3. 灭菌发酵：将调制好的浆料送入已经经过蒸汽灭菌（0.2MPa，40～60分钟）的发酵罐中，进行黑曲霉深层发酵。
4. 中和处理：发酵结束后，使用碳酸钙对发酵液进行中和处理，以得到柠檬酸钙。
5. 酸解精制：通过硫酸酸解将柠檬酸钙转化为柠檬酸，然后进行精制，以去除杂质。
6. 浓缩结晶：将精制后的柠檬酸溶液进行浓缩，随后通过结晶过程得到柠檬酸晶体。
7. 干燥包装：最后将结晶出的柠檬酸进行干燥处理，并包装储存。
总的来说，整个制备过程需要严格控制各个环节的条件，以确保产品质量和生产效率。
柠檬酸作为一种无色晶体，无臭，易溶于水，其溶液显酸性。
在生物化学中，它是柠檬酸循环（三羧酸循环）的中间体，这一循环发生在所有需氧生物的新陈代谢中。
因此，柠檬酸不仅是工业上的重要化学品，也是生命科学中的关键物质。
柠檬酸的生产工艺
种子罐培养温度为34℃,培养时间16～24h，至略微产酸即转入发酵罐中。
.
发酵
红薯干粉碎过筛
拌料桶 12%～14%的淀粉浆液
种子罐
1千克/平方 厘米的蒸汽
蒸煮蒸煮糊化 15～20分钟
糊化醪
在32～34摄氏
冷至33摄氏度
度温度下搅拌
按接接入种合量格为的5孢%子～悬7%浮接液入种母罐中培养好的种母醪
•将中和后的料液加热煮沸，使其它有机酸的钙 盐溶解，而柠檬酸钙不溶。在过滤桶中抽滤， 滤液弄去。沉淀用90摄氏度以上的热水洗去糖 分。
检查的方法是用1%～2%的高锰酸钾溶液1滴加到加毫升洗涤水中，3分钟内不变
色，说明糖分已洗净。
.
酸解
柠檬酸钙
水
酸度15%—20%的浆 搅拌
硫酸
酸解终点可用双管法 或测定SO42-含量检测。 当两管都清或SO42-含 量为3.5～4.5g/L时认为 已达终点，可停止加 酸
酸解
树脂净化
蒸发浓缩及结晶
干燥
包装
.
菌种培养
➢试管培养
用米曲汁或麦芽汁，再在其中加2%的琼脂配成培养基，分盛于试管 中，每管5～10毫升，经灭菌处理后，斜置使其成斜面。33—35℃培养 4—5d，至斜面长满孢子即可。
➢麸曲三角瓶培养
用1000ml角烧瓶装麸皮40g左右，麸皮选用较粗者为好，必要时应先用 水洗涤除去淀粉。麸曲的含水量要合适，一般控制在60％～65％左右，麸 曲种子的培养温度约34℃。培养1天后要“敲瓶”一次，使之上下翻动。 培养好的麸曲应仔细观察有无其他霉菌污染并抽样作摇瓶产酸测定，合格 者贮存于小于20℃的条件下保藏。
酸解液
80℃热抽滤
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有机酸狭义通常仅指羧酸, 有机酸狭义通常仅指羧酸,常见的 有机酸有柠檬酸,乳酸,琥珀酸, 有机酸有柠檬酸,乳酸,琥珀酸,苹果 酸等.其主要的生产方法有三种: 酸等.其主要的生产方法有三种 1.从果实中提取; 从果实中提取; 从果实中提取 2.化学合成; 化学合成; 化学合成 发酵法或酶转化法 3.发酵法或酶转化法. 发酵法或酶转化法.
(4)产酸率高,产柠檬酸几乎接近理论产率, (4)产酸率高,产柠檬酸几乎接近理论产率, 产酸率高 菌体生成量少,原材料消耗低. 菌体生成量少,原材料消耗低. (5)发酵设备密闭,杂菌污染的可能性小, (5)发酵设备密闭,杂菌污染的可能性小,管 发酵设备密闭 理方便. 理方便. (6)完全机械化操作,并可以实现自动控制, (6)完全机械化操作,并可以实现自动控制, 完全机械化操作 劳动强度低,劳动生产率高. 劳动强度低,劳动生产率高. (7)发酵副产物少,有利于产品提取, (7)发酵副产物少,有利于产品提取,所得产 发酵副产物少 品质量高. 品质量高.
1893年前,主要从柑橘,菠萝和柠檬等提取 年前,主要从柑橘, 年前 1893年后发现微生物(青霉)可产生柠檬酸 年后发现微生物(青霉) 年后发现微生物 1951年美国 年美国Miles公司首先深层发酵生产柠檬 年美国 公司首先深层发酵生产柠檬 酸 我国20世纪 年代初开始浅盘发酵生产柠檬 我国 世纪40年代初开始浅盘发酵生产柠檬 世纪 酸 我国60年代深层发酵 我国 年代深层发酵
12.2 柠檬酸的提取
成熟发酵醪中除了含有主要产品柠檬酸 之外,还含有残糖,菌体,蛋白质,色素, 之外,还含有残糖,菌体,蛋白质,色素, 胶体物质,无机盐和有机杂酸,以及原料带 胶体物质,无机盐和有机杂酸, 入的各种杂质. 入的各种杂质.这些物质必须采用一系列物 理和化学方法进行处理.提取工艺有钙盐法, 理和化学方法进行处理.提取工艺有钙盐法, 萃取法,离子交换法和电渗析法等. 萃取法,离子交换法和电渗析法等.但目前 普遍使用的仍是钙盐加离子交换的提取方法
钙盐法提取工艺流程
Hale Waihona Puke 1. 发酵醪预处理 发酵醪成分如下:柠檬酸 %～ %,葡萄 %～95%, 发酵醪成分如下:柠檬酸80%～ %,葡萄 糖酸0.2%～ %,草酸 %～0.3%,残糖0.2 %～0.3%,草酸0.1%～ %,残糖 糖酸 %～ %,草酸 %～ %,残糖 %～0.5%.此外还含有蛋白质等胶体物质. %.此外还含有蛋白质等胶体物质 %～ %.此外还含有蛋白质等胶体物质.在发 酵结束之后,应及时将发酵液加热至100 ℃ . 酵结束之后,应及时将发酵液加热至 热处理的作用: 热处理的作用: (1)杀死微生物终止发酵,防止柠檬酸被分解 )杀死微生物终止发酵, (2)使蛋白质等胶体物质变性凝固,降低发酵 )使蛋白质等胶体物质变性凝固, 液粘度,有利于过滤; 液粘度,有利于过滤; (3)使菌体内柠檬酸释放出来,提高收率. 使菌体内柠檬酸释放出来,提高收率.
12.3.2 乳酸发酵用原料和菌种
生产乳酸可用葡萄糖,蔗糖,糖蜜,乳糖及 生产乳酸可用葡萄糖,蔗糖,糖蜜, 含乳糖原料,淀粉及含淀粉原料, 含乳糖原料,淀粉及含淀粉原料,亚硫酸纸浆 主原料, 废液,戊糖和含戊糖原料,菊粉等为主原料 废液,戊糖和含戊糖原料,菊粉等为主原料, 麸皮,米糠,玉米浆等为辅料 辅料. 麸皮,米糠,玉米浆等为辅料. 乳酸发酵的菌种有德氏乳杆菌和保加利亚乳 杆菌及嗜酸乳杆菌, 杆菌及嗜酸乳杆菌,干酪乳杆菌等细菌和部分 霉菌(如根霉或毛霉). 霉菌(如根霉或毛霉). 最常用的菌种是德氏乳杆菌, 最常用的菌种是德氏乳杆菌,它可发酵葡萄 糖,麦芽糖.保加利亚乳杆菌则能发酵乳糖. 麦芽糖.保加利亚乳杆菌则能发酵乳糖.
(2)化学性质
酸性与电离 柠檬酸是较强的有机酸, 可以电离. 柠檬酸是较强的有机酸,有3个H+可以电离. 与酸反应 柠檬酸与发烟硫酸混合,在常温下即产生乌 柠檬酸与发烟硫酸混合, 头酸,稍稍加热能生成α 酮戊二酸. 头酸,稍稍加热能生成α-酮戊二酸.柠檬酸 与浓硫酸混合,温度在40℃时产生丙酮, 40℃时产生丙酮 与浓硫酸混合,温度在40℃时产生丙酮, CO等 加热至150℃时生成乌头酸酐; 150℃时生成乌头酸酐 CO2,CO等,加热至150℃时生成乌头酸酐; 加热至200 ℃时生成双康酸 时生成双康酸( 加热至200 ℃时生成双康酸(C9H10O6)及 CO, CO,CO2等.
第12章 有机酸的发酵生产 12章
有机酸:给出氢离子的有机物. 有机酸:给出氢离子的有机物. 泛指:羧酸( ),磺酸 泛指:羧酸(R-COOH),磺酸(R),磺酸( SO2OH),亚磺酸(R-SOOH),硫代羧 ),亚磺酸 ),硫代羧 ),亚磺酸( ), 酸(R-COSH) ) 种类多:一元羧酸,二元羧酸, 种类多:一元羧酸,二元羧酸,三元羧 酸,多元羧酸, 不饱和羧酸 多元羧酸,
12.3.3 乳酸发酵机制
乳酸产生菌一般不能直接发酵淀粉质原料, 乳酸产生菌一般不能直接发酵淀粉质原料, 必须先经水解, 必须先经水解,转化为糖质原料后才能被乳酸 菌进行发酵.糖质原料(葡萄糖,麦芽糖, 菌进行发酵.糖质原料(葡萄糖,麦芽糖,半 乳糖,乳糖,蔗糖以及戊糖等)和短链糊精可 乳糖,乳糖,蔗糖以及戊糖等) 由不同的乳酸菌直接发酵生产乳酸. 由不同的乳酸菌直接发酵生产乳酸.按发酵过 程中生成产物的不同,可以将乳酸发酵分为同 程中生成产物的不同,可以将乳酸发酵分为同 型乳酸发酵和异型乳酸发酵两大类型 两大类型. 型乳酸发酵和异型乳酸发酵两大类型.
1. 同型乳酸发酵
同型乳酸发酵基本上只能产生乳酸,其生 同型乳酸发酵基本上只能产生乳酸, 物合成机理如下: 物合成机理如下: 葡萄糖
EMP途径 EMP途径
5.3 工艺 柠檬酸发酵工艺的发展可以分为三个阶段: 柠檬酸发酵工艺的发展可以分为三个阶段: 第一阶段(上世纪20年代): 第一阶段(上世纪20年代): 20年代 青霉和曲霉表面发酵. 青霉和曲霉表面发酵. 第二阶段(始于30年代): 第二阶段(始于30年代): 30年代 曲霉深层发酵的发展. 曲霉深层发酵的发展. 第三阶段(50年代至今): 第三阶段(50年代至今): 年代至今 以黑曲霉深层发酵为主,表面和固体发酵并行. 以黑曲霉深层发酵为主,表面和固体发酵并行.
操作方法:在种子培养基中添加硫酸铵0.3%～ 0.3%～ 操作方法:在种子培养基中添加硫酸铵0.3% 0.5%拌匀,待种子培养基冷至约35℃ 35℃接入黑 0.5%拌匀,待种子培养基冷至约35℃接入黑 曲霉麸曲,于35℃下通风培养20～30h. 曲霉麸曲, 35℃下通风培养20～30h. 下通风培养20 然后用无菌压缩空气将培养的菌丝体(保持在 然后用无菌压缩空气将培养的菌丝体( 35℃左右 输入发酵罐中.发酵在35℃ 左右) 35℃左右进 35℃左右)输入发酵罐中.发酵在35℃左右进 通风搅拌培养4 当酸度不再上升, 行,通风搅拌培养4天.当酸度不再上升,残糖 降到2g/L以下时,立即将发酵醪泵送到储罐中, 降到2g/L以下时,立即将发酵醪泵送到储罐中, 2g/L以下时 并及时提取柠檬酸. 并及时提取柠檬酸.
2.菌丝过滤 菌丝过滤 3.中和 中和
4.酸解脱色 酸解脱色
5. 树脂净化 + 强酸型阳离子交换树脂去除Ca + 强酸型阳离子交换树脂去除 2+,Fe3+等 金属离子. 金属离子. 6. 浓缩与结晶 将酸解液置于60 以下进行减压蒸发, 将酸解液置于 ℃以下进行减压蒸发,浓 缩至70%以上,待结晶. 缩至 %以上,待结晶. 7. 干燥 沸腾干燥箱,去除晶体表面的自由水. 沸腾干燥箱,去除晶体表面的自由水.温 度控制在35℃以下,否则会失去一部分结晶水, 度控制在 ℃以下,否则会失去一部分结晶水, 影响成品光泽. 影响成品光泽.
有机酸发酵可分为两大类: 有机酸发酵可分为两大类:
一类是与糖酵解和三羧酸循环有关的有机酸, 一类是与糖酵解和三羧酸循环有关的有机酸, 包括柠檬酸,乳酸, 酮戊二酸 琥珀酸, 酮戊二酸, 包括柠檬酸,乳酸,a-酮戊二酸,琥珀酸, 延胡索酸,草酰乙酸,苹果酸等; 延胡索酸,草酰乙酸,苹果酸等; 一类是由直接氧化生产的有机酸,包括乙酸, 一类是由直接氧化生产的有机酸,包括乙酸, 葡萄糖酸,酒石酸等. 葡萄糖酸,酒石酸等.
12.1 柠檬酸的发酵
1. 性质 (1) 物理性质 分子式C 分子式 6H8O7,又名枸橼 为无色半透明晶体, 酸,为无色半透明晶体,或 白色颗粒, 白色颗粒,或白色结晶性粉 无臭, 末,无臭,虽有强烈酸味但 令人愉快,稍有一点后涩味. 令人愉快,稍有一点后涩味. 它在温暖空气中渐渐风化, 它在温暖空气中渐渐风化, 在潮湿空气中微有潮解性. 在潮湿空气中微有潮解性.
(2)在医药上的应用 柠檬酸盐用于补充相应的元素时, 柠檬酸盐用于补充相应的元素时,具有溶 解度高,酸根直接被吸收代谢而无积留等优点. 解度高,酸根直接被吸收代谢而无积留等优点. (3)在化学工业上的应用 柠檬酸及其盐类和衍生物在化学工业中广 泛用作缓冲剂,催化剂,激活剂,增塑剂, 泛用作缓冲剂,催化剂,激活剂,增塑剂,螯 合剂,清洗剂,吸附剂,稳定剂,消泡剂等. 合剂,清洗剂,吸附剂,稳定剂,消泡剂等. (4)其他方面的应用
12.3.1 乳酸的性质
乳酸是无色至淡黄色透明,浆状液体, 乳酸是无色至淡黄色透明,浆状液体,有 吸湿性,口味酸涩.乳酸有D-型 型和DL-型 吸湿性,口味酸涩.乳酸有 型,L-型和 型和 型 三种构型,只有L-型乳酸才能被人体完全吸收 型乳酸才能被人体完全吸收. 三种构型,只有 型乳酸才能被人体完全吸收. L-乳酸为左旋性,D-乳酸为右旋性.分子量 乳酸为左旋性, 乳酸为右旋性. 乳酸为左旋性 乳酸为右旋性 90.08.结构式表示如下: .结构式表示如下:
5.1 柠檬酸生产菌 青霉,毛霉,木霉,曲霉等. 青霉,毛霉,木霉,曲霉等. (1)以糖质原料生产柠檬酸的黑曲霉; )以糖质原料生产柠檬酸的黑曲霉; (2)以石油原料生产柠檬酸的如解脂假丝酵母. )以石油原料生产柠檬酸的如解脂假丝酵母. 5.2 原料 薯干,甘蔗渣,废糖蜜,马铃薯,玉米等. 薯干,甘蔗渣,废糖蜜,马铃薯,玉米等.