乳酸發(fā)酵工藝

1、一、乳酸發(fā)酵微生物1、種類一細(xì)菌乳桿菌屬(Lactobacillus)的菌種有干酪乳桿菌、嗜熱乳桿菌、唾液乳桿菌、清酒乳桿菌、嗜 酸乳桿菌、德氏乳桿菌、嗜淀粉乳桿菌、植物乳桿菌等。鏈球菌(Streptoccoccus)有嗜熱鏈球菌、乳脂鏈球菌、唾液鏈球菌等。發(fā)酵生成D-和L-乳酸能利用麥芽糖、蔗糖、葡萄糖、呆糖、半乳糖、糊精等碳源，發(fā)酵產(chǎn)生D-乳酸，少數(shù)菌株 產(chǎn)生DL-乳酸。最適生長溫度為45C, 50C仍能旺盛發(fā)育并產(chǎn)酸，最高耐受溫度為55C。賴氏乳桿菌能利用麥芽糖、蔗糖、葡萄糖、果糖和海渙糖產(chǎn)酸；利用半乳糖、甘露醇和a-甲基配糖體 生成微量酸：不發(fā)酵乳糖、棉子糖、阿拉伯糖、鼠李糖、糊精和菊

2、芋糖。能耐受1301的D- 乳酸，最適生長溫度為36C。(3)植物氏乳桿菌異名：阿拉伯糖乳桿菌細(xì)胞桿狀，38X0.7lum,單個(gè)或呈短鏈，末端變圓。革蘭氏陽性，不運(yùn)動(dòng)。在瓊脂斜 面培養(yǎng)基上生長不旺盛。明膠酵母膏葡萄糖穿刺呈絲狀生長，不液化明膠。硝酸鹽還原試驗(yàn) 陰性。能利用麥芽糖、蔗糖、葡萄糖、果糖、半乳糖、阿拉伯糖、乳糖、和棉子糖產(chǎn)酸；利用甘露 醇、山梨醇、甘油、木糖和糊精生成微量酸；不發(fā)酵鼠李糖、淀粉和菊芋糖。一般產(chǎn)DL- 乳酸，能耐受13g/l的D-乳酸，最適生長溫度為3O0Co3、種類根霉1884年Eijkmaim指出，根孫所產(chǎn)生的酸町能為乳酸，在1901年被Cluzaszz所確證。福井

3、 經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)L(+)-乳酸較多的根密菌種有：米根霉、黑根霉、爪哇根霉、小麥曲根霉、 華根霉、甘薯根霍、結(jié)節(jié)根霉、口本根霍、東京根霉、高溫根霉、少根根孫、美麗根霍等十 多種。4、常用根霉一米根霉菌落疏松或稠密，初為白色，后變?yōu)榛液稚琳蘸稚?，匍匐枝爬行，無色。假根發(fā)達(dá)，指狀 或根狀分枝，褐色。抱囊梗直立或彎曲，24根群生，有時(shí)膨人或分枝。囊托鍥形，菌絲 形成厚 葩子，結(jié)合抱子未見。米根霉的最適溫度37C, 41C時(shí)還能生長。米根密的淀粉酶活力極強(qiáng)，多作糖化菌使用。 也具有酒精發(fā)酵能力及蛋白質(zhì)分解能力。人量存在于酒藥與酒曲中。發(fā)酵乳酸最適溫度為 30C,可利用無機(jī)氮源。二、乳酸發(fā)酵原料K主要原

4、料低聚糖、己糖乳酸細(xì)菌能直接利用 養(yǎng)因子氨基酸、維生素、核酸輔助原料 麥根、姝皮、米糠等蔗糖菌體賴氏乳桿菌德氏乳桿菌糖蜜菌種德氏乳桿菌蔗糖菌體賴氏乳桿菌德氏乳桿菌糖蜜菌種德氏乳桿菌淀粉水解糖乳糖及含乳糖原料保加利亞乳桿菌，直接接入全乳或脫脂乳發(fā)酵生產(chǎn)菌種德氏乳桿菌米根孫亞硫酸鹽紙漿廢液戊糖乳桿菌 淀粉/淀粉質(zhì)原料菌種德氏乳桿菌米根孫水解方法1酸解單行發(fā)酵工藝酶法并行發(fā)酵工藝玉米、人米廣紅薯、馬鈴薯糖化、發(fā)酵同時(shí)進(jìn)行酶制劑麥芽粉 糖化劑 秋曲無機(jī)酸輔助原料乳酸菌的生長、繁殖、發(fā)酵能力的獲得與其它菌一樣，也需要添加適宜營養(yǎng)物質(zhì)理論天然營養(yǎng)鹽添加量（1）鉄皮氨基酸、維生素、核酸堿基 隸皮、米糠、玉米

5、漿、麥根亞適量水平是面粉工業(yè)的副產(chǎn)品，乳酸菌生長需要的許多生長因子跌皮中均有如鎂、磷、鐵、鈣、生物素、維生素（2）玉米漿玉米用亞硫酸鹽溶液浸岀和濃縮而成（3）麥根是啤酒工業(yè)制麥工段的副產(chǎn)物，含氮量高達(dá)30%麥根中含有許多種游離的氨基酸，碳水化物，維生素，葉酸，生物素大麥必須通過發(fā)芽過程將內(nèi)含的難溶性淀料轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜卺勗旃ば虻目扇苄蕴穷?。大麥在收獲后先貯存2-3月，才能進(jìn)入麥芽車間開始制造麥芽。為了得到干凈、一致的優(yōu)良麥芽，制麥前，大麥需先經(jīng)風(fēng)選或篩選除雜，永磁筒去鐵，比重去石機(jī)除石， 楮選機(jī)分級。制麥的主要過程為：大麥進(jìn)入浸麥槽洗麥、吸水后，進(jìn)入發(fā)芽箱發(fā)芽，成為綠麥芽。綠麥芽進(jìn)入干燥塔/爐 烘干

6、，經(jīng)除根機(jī)去根，制成成品麥芽。從大麥到制成麥芽需要10天左右時(shí)間。三、乳酸生產(chǎn)工藝(一)水解糖發(fā)酵工藝1三、乳酸生產(chǎn)工藝(一)水解糖發(fā)酵工藝1、原料的糖化(1)淀粉水解原理有色物質(zhì)、龍膽二糖等為乳酸 菌的非發(fā)酵性物質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致： 分離難產(chǎn)率下降產(chǎn)品質(zhì)量差復(fù)合反應(yīng)復(fù)合二糖It復(fù)合低聚糖葡萄糖/分解反應(yīng)夕 、5 疑基甲基糠醛有機(jī)物、有色物質(zhì)(2)淀粉水解方法A酸法水解酸法水解是以無機(jī)酸或有機(jī)酸為催化劑，在高溫高壓卞水解淀粉的方法，其工藝流程如卞 原料 u 調(diào)漿Is糖化|s冷卻糖液口 過濾口 脫色匸中和180 -200 g/L0.5-0.8 %1.5180 -200 g/L0.5-0.8 %1.510

7、 40 203050淀粉乳濃度鹽酸量占干淀粉的 pH值水解終點(diǎn)的判斷方法由圖2-2可知，曲線為正弦拋物線。B點(diǎn)為最人點(diǎn)，過了 B點(diǎn)，可發(fā)酵糖 產(chǎn)率呈下降趨勢這是因副反應(yīng)增加所引起故要在最大值B點(diǎn)之 前，即A點(diǎn)放料，到C點(diǎn)完成。水解時(shí)NJ (mill)圖22酸法糖化曲線B酶法水解酶解法可分為兩步液化糖化淀粉酶把淀粉轉(zhuǎn)化成糊精、低聚糖，底物的粘度急劇下降，此過程即為液化。 糖化酶把糊精、低聚合糖進(jìn)一步水解成葡萄糖，此過程即為糖化雙酶水解法2.接種物的制備種子罐容積約生產(chǎn)罐的1/13 - 1/12裝料系數(shù)0.8培養(yǎng)基配方單位g/L葡萄糖150麥根3.75(NH4J2HPO42.5CaCO31003.

8、發(fā)酵工藝條件德氏乳桿菌，發(fā)酵溫度50+1 CpH大于5.0 ,若pH小于，則發(fā)酵速度減慢 填料系數(shù)0.8正常發(fā)酵時(shí)罐I I敞開，使CO2逸出發(fā)酵周期5-6 d,殘?zhí)? g/L (150)（二）蔗糖發(fā)酵工藝使pH使pH上升至90 升溫706-12h加水匚二 糖70=甘蔗U CaC發(fā)接=麥Q(jìng) 冷Q滅發(fā)酵結(jié)束后加石灰乳加熱靜置壓濾（三）亞硫酸鹽廢液發(fā)酵工藝 亞硫酸鹽廢液成分匚2-3%單糖SO2SO32-發(fā)酵抑制物彳木質(zhì)素少量 糠醛、HAc、甲基糠醛戊糖乳桿菌C6H12O62 C3H6O3C5H10O5C3H6H3 + CH3COOHKK原料預(yù)處理（1）去除SO2（2）沉淀處理蒸汽蒸發(fā)處理90%蒸汽冷

9、凝在液體中10%蒸汽帶出，即SO2被帶出處理?xiàng)l件 35 C, pH 8.5,30 rnui2、發(fā)酵工藝發(fā)酵溫度30 CpH 5.5-6.548 h營養(yǎng)鹽（麥根汁、玉米漿等）與亞硫酸鹽廢液要分開滅菌，否則營養(yǎng)物會(huì)彼沉淀的木質(zhì)素等物 質(zhì)帶走中和液加石灰乳時(shí)要不斷攪拌，防止局部過堿（四）糖蜜發(fā)酵工藝糖蜜糖濃度咼，J桶釋J酸化J滅菌J澄清發(fā)酵前必須進(jìn)行預(yù)處理pH 5.530 mill8-12 hJ補(bǔ)加麥根/玉米粉乳酸糖蜜發(fā)酵工藝條件發(fā)酵溫度50 C接種量10 %PH周期 殘?zhí)?加石灰乳 精制PH周期 殘?zhí)?加石灰乳 精制6.54-5 d5gZLpH 9-10四、乳酸的提取精制吸附 重結(jié)晶 離子交換萃取

10、蒸懈離心過濾（一）工藝流程K以水解糖生產(chǎn)乳酸生產(chǎn)工藝種母罐發(fā)酵液脫色加熱種母罐發(fā)酵液脫色加熱匚二凈化脫色 匸酸解u濃縮2、萼干粉并行發(fā)酵工藝 工藝流程工藝薯干粉1S液化匚并行發(fā)酵匚加熱冷卻結(jié)晶蒸發(fā)濃縮過慮沉淀離心A酸解1過慮馬H成品真空過慮蒸發(fā)并脫色匸| 離子交換（二）發(fā)酵液處理乳酸發(fā)酵時(shí)CaCO3是過量的。形成的乳酸鈣為水合型，即含5H2O。發(fā)酵后加熱 90-100C壓濾真空濃縮乳酸鈣150 g/L石灰乳發(fā)酵后加熱 90-100C壓濾真空濃縮乳酸鈣150 g/L石灰乳壓濾 70-80 C中和至pH 9.5-10/|靜置4-6 h（三）乳酸鈣結(jié)晶乳酸鈣在水中的溶解度與溫度成正比例關(guān)系雜質(zhì)含量增

11、加會(huì)使乳酸鈣的溶解度增人一般雜質(zhì)數(shù)量增加1%,乳酸鈣溶解度約增大10%lh 30oC降至23oC； 1.5h降至18 oC；每小時(shí)降低2 oC,降至10 oC,保持3h12-35CY=1.9exp(0.035T)Y-乳酸鈣在水中的溶解度 T-代表溫度(C)40-80CY=1.4 exp(0.0435 T)（四）乳酸鈣流化干燥造粒流化干躁是流化技術(shù)及噴霧干燥造粒過程合而為一的干燥技術(shù)蒸發(fā)在同一流化床內(nèi)完成多種操作結(jié)晶,干燥造粒操作步驟，J在硫化床層內(nèi)放入小顆粒乳酸鈣物料，料厚200 mmV 鼓風(fēng)機(jī)4傳送的空氣，經(jīng)加熱器6,進(jìn)入流化床11J料液65%乳酸鈣溶液由料液槽8,經(jīng)氣流式噴嘴10,在壓縮空

12、氣卞霧化，直接噴入流化床床層內(nèi)（五）乳酸鈣的酸解及石膏的分離乳酸鈣中加入H2SO4即生成乳酸（CH3COHCOO） 2Ca5 H2O + H2SO42CH3CHOHCOOH + CaSO4 2H2O石膏與乳酸濃度的關(guān)系，總體趨勢類似于正弦拋物線在乳酸濃度10%時(shí)，石膏溶解度最人在乳酸濃度40%時(shí)，穩(wěn)定平緩曲線 乳酸鈣濃度不超過18%；硫酸過量0.5%乳酸溶液中Fe鹽可用亞鐵氟化鈣除去溶液中重金屬神可用BaS沉淀法去除FeL3 + Ca2Fe(CN)6 Fe4Fe(CN)6 3 + 6 CaL2M2+ + AsO42- + BaS MS + BaAsO4M金屬離子，乳酸的凈化V活性炭吸附V離子交

13、換J溶劑萃取V減壓蒸館V鋅鹽法V酯化法1、活性炭吸附活性炭吸附在乳酸凈化常用于兩種條件下J在未除去石膏渣的溶液中添加，加入2%活性炭, 80C 下，約 1 hJ在已去除石膏渣的乳酸溶液中，加入2%活性炭,80C F，約 05h2、離子交換H子交換柱及OH型陰離子交換柱去除物質(zhì)V部分去除有色物質(zhì)J含N物質(zhì)3、溶劑萃取法濃縮離子交換異丙瞇常用于乳酸萃取，并與吸附、離子交換法結(jié)合使用 發(fā)酵醪匚二加熱80C _k酸化過濾濃縮離子交換脫色4減壓蒸館法乳酸在常壓卞的沸點(diǎn)為190 C真空精飾乳酸蒸館溫度130 C ,才無明顯分解5、鋅鹽法乳酸鹽在乳酸中是最容易結(jié)晶的，能用于檢驗(yàn)乳酸存在在乳酸鈣溶液中加入ZnSO4CaL2 + Z11SO4Z11L2 + H2S ZnL2 CaL2 + Z11SO4Z11L2 + H2S 2HL + ZaS