全國(guó)高考天津試題(文綜)

1、有機(jī)酸工藝學(xué)緒 論1.什么是微生物發(fā)酵1.1 概念：微生物在適宜條件下，通過分解代謝，降解有機(jī)物，同時(shí)積累簡(jiǎn)單的有機(jī)物并產(chǎn)生能量的生物氧化過程。上游工程獲得發(fā)酵產(chǎn)品的條件發(fā)酵工程 發(fā)酵工程微生物反應(yīng)過程下游工程后處理/提取純化過程發(fā)酵工程：采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生存有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程的一種新技術(shù)。工業(yè)生產(chǎn)上通過工業(yè)發(fā)酵來加工或制作產(chǎn)品，其對(duì)應(yīng)的加工或制作工藝被稱為“發(fā)酵工藝” 。工廠為實(shí)驗(yàn)工業(yè)化生產(chǎn)，就必須解決實(shí)現(xiàn)這些工藝的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、設(shè)備和過程控制的工程問題。因此，就有了發(fā)酵工程。所以，發(fā)酵工程是解決按發(fā)酵工藝進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的工程學(xué)

2、問題的學(xué)科。從工程學(xué)角度可分為三個(gè)階段：菌種、發(fā)酵、提煉，分別稱之為發(fā)酵工程的上游、中游、下游工程。微生物是發(fā)酵工程的靈魂。為什么要利用微生物？繁殖迅速、易于培養(yǎng)控制、容易改造1.2 微生物發(fā)酵的發(fā)展史1.1.1 自然發(fā)酵：利用自然環(huán)境中的微生物進(jìn)行發(fā)酵的過程。大曲制備、白酒、黃酒、醬油、醋、醬類、泡菜、發(fā)面。1.1.2 純種發(fā)酵：在成分單一的發(fā)酵基質(zhì)中，僅接入一種微生物，通過對(duì)該微生物的培養(yǎng)，得到純度較高的單一性產(chǎn)物。為使發(fā)酵順利進(jìn)行，必須保持發(fā)酵的始終單菌純種，要求人工擴(kuò)大的菌種不得被污染，一旦發(fā)現(xiàn)其它菌株出現(xiàn)，便稱之為發(fā)酵事故。因而對(duì)發(fā)酵設(shè)備和環(huán)境要求較高，要有嚴(yán)格的滅菌措施和空氣凈化系

3、統(tǒng)。酒精發(fā)酵、丙酮丁醇發(fā)酵、乳酸發(fā)酵、檸檬酸發(fā)酵（表面培養(yǎng)）1952 年陳聲等開始用黑曲霉發(fā)酵制取檸檬酸。1966 年后，天津市工業(yè)微生物研究所、上海市工業(yè)微生物研究所相繼開展用黑曲霉進(jìn)行薯干粉原料深層發(fā)酵檸檬酸的試驗(yàn)研究，并獲得成功，從而確定了中國(guó)檸檬酸生產(chǎn)的這一主要工藝路線。 1.1.3 深層通風(fēng)發(fā)酵：在密閉通風(fēng)發(fā)酵罐中，將種子接入滅菌的發(fā)酵培養(yǎng)基中，然后再適宜的溫度、溶氧下發(fā)酵，發(fā)酵罐中可以控溫，溶解氧的濃度可以通過調(diào)節(jié)攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速或通入的無菌空氣的風(fēng)量來控制。1941（二次世界大戰(zhàn)） ，青霉素生產(chǎn)。1943 年美英科學(xué)家和工程師把化工行業(yè)的通風(fēng)攪拌技術(shù)引入發(fā)酵行業(yè)，設(shè)計(jì)了帶有通風(fēng)攪拌裝置

4、和通入無菌空氣的密閉發(fā)酵罐。1.1.4 代謝控制發(fā)酵：利用遺傳學(xué)或其它生物化學(xué)的方法，人為地在脫氧核糖核酸（DNA）的分子水平上，改變和控制微生物的代謝，使有用的代謝產(chǎn)物大量生成、積累的發(fā)酵技術(shù)。 1957 年日本人木下祝郎，發(fā)現(xiàn)了谷氨酸棒桿菌，隨后谷氨酸發(fā)酵成功，氨基酸、核苷酸發(fā)酵興起。這一類屬于在 DNA 分子水平上，通過遺傳學(xué)或其其它生物化學(xué)的手段，人為地改變、控制微生物代謝，使有用產(chǎn)物大量生成、積累的發(fā)酵。1.1.5 發(fā)酵原料的轉(zhuǎn)變非糧食原料的轉(zhuǎn)變。隨著利用石油低碳化合物進(jìn)行發(fā)酵的菌種發(fā)現(xiàn)，使其生產(chǎn) SCP（simple cell protein） 。纖維素、半纖維素是待開發(fā)的能源。纖

5、維素：造紙的主要原料，難消化，不能被消化吸收，促進(jìn)腸道蠕動(dòng)，過去稱“廢物” ，如今研究，認(rèn)為其在保障人類健康、延長(zhǎng)生命方面有著重要作用，被稱為“第七元素” 。1.1.6 分子生物學(xué)時(shí)代隨著微生物遺傳學(xué)、基因工程、細(xì)胞工程等學(xué)科的發(fā)展，使人們有可能按照意志設(shè)計(jì)新的生命體。生物技術(shù)將成為 21 世紀(jì)的十大科技之一。例如胰島素、干擾素、細(xì)胞白介素、促紅細(xì)胞生長(zhǎng)素等。2.什么是有機(jī)酸（1）概念有機(jī)酸：具有酸性的有機(jī)化合物，能夠給出 H+。自然界中常常以游離的形式或以鹽、酯的形式廣泛存在。有一元酸、二元酸、多元酸，多溶于水或乙醇，呈酸性，難溶于其他有機(jī)溶劑。狹義的通常指羧酸，即分子結(jié)構(gòu)中含有-COOH

6、的化合物及其衍生物。廣泛分布在植物的果實(shí)、根、葉中。（2）有機(jī)酸的分類脂肪族有機(jī)酸：抗壞血酸、酒石酸、蘋果酸、草酸、檸檬酸、乳酸等；芳香族有機(jī)酸：苯甲酸、水楊酸等。3.什么是有機(jī)酸發(fā)酵工藝學(xué)有機(jī)酸發(fā)酵是生物體內(nèi)的基本代謝過程，像傳統(tǒng)的發(fā)酵：食醋發(fā)酵、腌制食品等。1949 年之前，我國(guó)有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)幾乎是空白，目前檸檬酸、乳酸發(fā)酵產(chǎn)品已進(jìn)入了國(guó)際市場(chǎng)。近年來，由于社會(huì)及市場(chǎng)的需要而研發(fā)出發(fā)酵法生產(chǎn)有機(jī)酸，由于食品、醫(yī)藥、化學(xué)合成等工業(yè)的發(fā)展，有機(jī)酸需求驟增，發(fā)酵法生產(chǎn)有機(jī)酸成為近代重要領(lǐng)域。眾多有機(jī)酸發(fā)酵產(chǎn)品中，就目前市場(chǎng)占有率而言，其規(guī)模和發(fā)展速度仍以檸檬酸為最，占酸味劑市場(chǎng) 70%，聚乳酸塑

7、料的問世使得 L-聚乳酸應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大到化工、環(huán)保等方面。有機(jī)酸發(fā)酵工藝學(xué)：利用微生物代謝活動(dòng)積累人類所需的有機(jī)酸的方法和技術(shù)的學(xué)科。包括：目的產(chǎn)物的積累；（發(fā)酵過程，代謝控制發(fā)酵）目的產(chǎn)物的分離提取。 （提取工藝流程、操作要點(diǎn)）教材主要內(nèi)容有檸檬酸工藝學(xué)、乳酸工藝學(xué)、醋酸工藝學(xué)、葡糖酸工藝學(xué)、衣康酸工藝學(xué)、蘋果酸工藝學(xué)，主要講授檸檬酸、乳酸、醋酸，重點(diǎn)是三種有機(jī)酸的發(fā)酵機(jī)理、工藝學(xué)原理、工藝流程等。第一節(jié) 有機(jī)酸的來源與用途一、有機(jī)酸發(fā)酵工藝學(xué)研究?jī)?nèi)容本課程涉及到的有機(jī)酸：檸檬酸、乳酸、衣康酸、蘋果酸、醋酸；已通過發(fā)酵法工業(yè)化生產(chǎn)的有機(jī)酸：檸檬酸、乳酸、衣康酸、葡萄糖酸、蘋果酸、丙酮酸、丙酸等

8、。二、有機(jī)酸的來源與用途1.檸檬酸：（1）用于食品行業(yè)：酸味劑，一水合物主要用于清涼飲料、果汁、果醬、水果糖和罐頭等的酸性調(diào)味料，也可用作食用油的抗氧化劑，無水的主要用于固體飲料，檸檬酸 80具有良好殺滅細(xì)菌芽孢的作用。（2）化妝品：屬果酸的一種，作用加快角質(zhì)更新，常用于乳液、乳霜、洗發(fā)精、美白用品、抗老化用品、青春痘用品等（3）用于制藥工業(yè)，醫(yī)藥清涼劑。2.乳酸40%用于香精行業(yè)，主要用于生產(chǎn)乳酸乙酯作為香料，用于調(diào)制各種酒類；啤酒行業(yè)用來代替磷酸調(diào) pH 值，提高檔次；（1）制藥業(yè)：可直接配成藥，乳酸鹽可用作消毒劑，乳酸具有親水性，能溶解蛋白質(zhì)、角質(zhì)及許多難溶藥物，且對(duì)病變組織腐蝕作用相當(dāng)

9、敏感，能增加藥物吸收量，防止副作用；（2）食品行業(yè)：可代替苯甲酸鈉作為防霉、防腐、抗氧化劑和果蔬保鮮劑等。乳酸作為酸味劑，既能使食品具有微酸性，又不掩蓋水果和蔬菜的天然風(fēng)味與芳香，常和糖類及甜味劑并用改善食品風(fēng)味；（3）日化行業(yè)：在配置清潔霜、嫩膚霜、浴液時(shí)，可用于調(diào)節(jié) pH，并對(duì)消除皺紋有明顯效果。衍生物 L-聚乳酸，高分子無毒新材料，在環(huán)境中可自動(dòng)降解。大力開發(fā)環(huán)境友好的可生物降解材料，已成為研究熱點(diǎn)。如可降解纖維（用于服裝及非服裝領(lǐng)域） 、醫(yī)用材料（手術(shù)縫合線在外科手術(shù)中用，手術(shù)紗布） 、食品包裝及器具（一次性餐盒、餐具等） 。3.醋酸公認(rèn)的食醋內(nèi)酸味及刺激性氣味的來源。家庭生活中，醋酸

10、稀溶液常被用作除垢劑，除去茶、果汁、咖啡等造成的黃漬；化工方面，可用于合成纖維、涂料、染織等。4.L-蘋果酸口感更接近天然果汁，并具有天然香味，產(chǎn)熱低，味道柔和，有逐漸取代檸檬酸的勢(shì)頭，發(fā)展前景良好。第二節(jié) 有機(jī)酸工業(yè)的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)1.發(fā)酵有機(jī)酸工業(yè)的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)目前主要產(chǎn)品檸檬酸、乳酸、衣康酸、葡萄糖酸、蘋果酸、丙酮酸、丙酸等 10 多種有機(jī)酸采用微生物發(fā)酵法工業(yè)化生產(chǎn)。我國(guó)有機(jī)酸的生產(chǎn)狀況：200 萬噸/年，產(chǎn)值 100 億人民幣/年。全球各類有機(jī)酸生產(chǎn)比例我國(guó)今年來有機(jī)酸產(chǎn)量2.國(guó)內(nèi)有機(jī)酸研究現(xiàn)狀和建議（1）國(guó)內(nèi)有機(jī)酸研究現(xiàn)狀存在問題生產(chǎn)成本高：高耗（耗糧、耗水、耗能）純度低：提取方面（整體裝置水平過低，工藝技術(shù)較落后）整體表現(xiàn)為：高投入、高消耗、高污染、低產(chǎn)出、低效率。（2）對(duì)國(guó)內(nèi)有機(jī)酸研究的建議生產(chǎn)廠家不要盲目擴(kuò)建或