檸檬酸酒精等的發(fā)酵生產(chǎn)(六2)

第一節(jié)二、有機(jī)酸發(fā)酵生產(chǎn)---檸檬酸三、酒精發(fā)酵生產(chǎn)五、抗生素的發(fā)酵生產(chǎn)二檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸酸味純正，是食品、飲料的優(yōu)良酸味劑，第一食用酸味劑。工業(yè)上應(yīng)用很廣泛，是合成多種工業(yè)品的原料。發(fā)酵法生產(chǎn)檸檬酸，總產(chǎn)量世界第一，大量出口。一、檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)機(jī)制（一）檸檬酸合成途徑檸檬酸是生物體主要代謝產(chǎn)物之一。

檸檬酸合成途徑：丙乙酰COA葡萄糖酮→檸檬酸酸草酰乙酸氧化脫羧羧化EMP檸檬酸的累積黑曲霉中檸檬酸合成酶沒有調(diào)節(jié)作用黑曲霉中α-酮戊二酸脫氫酶缺失或活力弱黑曲霉中順烏頭酸水合酶在催化時(shí)建立以下平衡：檸檬酸：順烏頭酸：異檸檬酸=90:3:7控制Fe2+含量，順烏頭酸水合酶活力低，當(dāng)檸檬酸累積PH=2時(shí)，順烏頭酸酶和異檸檬酸脫氫酶失活，造成檸檬酸大量累積除去鐵為主的金屬離子以糖蜜為原料時(shí)，用陽(yáng)離子交換樹脂、金屬螯合劑（EDTA）除去鐵為主的金屬離子，或加黃血鹽控制糖蜜中的鐵離子以淀粉（玉米、薯干）為原料，先用α-淀粉酶和糖化酶將淀粉水解成糖液，再除鐵離子（二）檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)工藝

1、菌種：黑曲霉。2、種子培養(yǎng)：麥芽汁瓊脂斜面，35±1℃，培育5天；三角瓶，35±1℃，培育10天；轉(zhuǎn)種子罐。（二）檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)工藝3、種子罐培養(yǎng)：培養(yǎng)基：薯干粉碎、液化后的糖液；空消：種子罐、分過濾器，130℃，30分；實(shí)消：列管加熱至80℃，直接進(jìn)蒸汽至125℃，

15-20分；接種：冷卻至35±1℃，接麩曲種1‰；培養(yǎng)：35±1℃，罐壓：0.1Mpa，通風(fēng)攪拌培養(yǎng)時(shí)間20-30小時(shí)。（二）檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)工藝4、發(fā)酵：機(jī)械攪拌通氣式發(fā)酵罐培養(yǎng)基：薯干淀粉水解糖；空消：發(fā)酵罐、分過濾器，130℃，30分；實(shí)消：列管加熱至80℃，直接進(jìn)蒸汽至125℃，

15-20分；接種：冷卻至35±1℃，接種子罐菌種10％；培養(yǎng)：溫度：35±1℃，罐壓：0.1Mpa，通風(fēng)攪拌培養(yǎng)，時(shí)間：50-60小時(shí)。三、檸檬酸提取生產(chǎn)工藝（鈣鹽法）1、發(fā)酵液過濾：帶式過濾機(jī)2、中和：濾液中除含檸檬酸外，還含可溶性的殘?zhí)且约暗鞍踪|(zhì)、金屬離子等雜質(zhì)。利用檸檬酸鈣難溶于水的特點(diǎn)，與雜質(zhì)分離的過程。3、酸解：

中和所得鈣鹽經(jīng)過濾、洗滌，與硫酸反應(yīng)生成檸檬酸和硫酸鈣沉淀，過濾，濾液含較純的檸檬酸。四、檸檬酸精制生產(chǎn)工藝

1、離子交換：陽(yáng)離子交換：主要除鈣離子、鐵離子；陰離子交換：主要除硫酸根、氯離子；2、蒸發(fā)濃縮：外循環(huán)減壓蒸發(fā)，﹤65℃；3、結(jié)晶分離：高溫連續(xù)或分批冷卻結(jié)晶；4、干燥包裝：離心、沸騰干燥、質(zhì)檢、裝袋、封口。12三、酒精發(fā)酵生產(chǎn)（AlcoholFermentation）13酒精制造過程原料(淀粉、纖維素)單糖發(fā)酵產(chǎn)物酒精水解發(fā)酵蒸餾…Yeast(Saccharomycescerevisae)酸解酶解14一、酒精生產(chǎn)原料

1.淀粉質(zhì)原料(1)薯類原料：甘薯、木薯和馬鈴薯等(2)谷物原料：玉米、高梁、大米和小麥等

2.糖類原料糖蜜、甘蔗、甜菜等3.纖維質(zhì)原料農(nóng)作物秸稈、甘蔗渣

我國(guó)發(fā)酵酒精的80%是用淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)的，其中薯類原料約占45%，玉米等谷物為原料約占35%。

1516二、酒精發(fā)酵微生物

1.糖化菌（將淀粉、纖維素轉(zhuǎn)化為糖）曲霉（Aspergillusspp.）根霉（Rhizopusspp.）2.酒母（將糖轉(zhuǎn)化為乙醇）啤酒酵母（Saccharomycescerevisiae）

及其變種三、酒精發(fā)酵生化機(jī)制

第一型發(fā)酵：無(wú)氧、中性或偏酸性條件

CH3COCOOHCH3CHO+CO2CH3CHO+NADH2CH3CH2OH+NAD第三型發(fā)酵：無(wú)氧、堿性條件乙醛發(fā)生岐化反應(yīng)，磷酸二羥丙酮作為受氫體，產(chǎn)物為甘油、乙醇、乙酸。脫羧酶乙醇脫氫酶

C6H12O62CH3COCOOH2CH3CHO2CH3CH2OHNADNADH2-2CO2EMP2ATP乙醇脫氫酶酒精發(fā)酵：產(chǎn)物：乙醇、CO2發(fā)生條件：無(wú)氧條件途徑：EMP菌種：酵母菌該乙醇發(fā)酵過程在pH3.5~4.5及厭氧的條件下發(fā)生。（無(wú)氧）脫羧酶第一型發(fā)酵（還原）四、原料不同工藝不同不同生產(chǎn)原料，酒精發(fā)酵生化過程不同。對(duì)糖質(zhì)原料，可直接利用酵母將糖轉(zhuǎn)化成乙醇。對(duì)于淀粉質(zhì)和纖維質(zhì)原料，首先要進(jìn)行淀粉和纖維質(zhì)的水解（糖化），再由酒精發(fā)酵菌將糖發(fā)酵成乙醇。201.淀粉質(zhì)和纖維質(zhì)原料的水解淀粉的糊化、液化淀粉在水中經(jīng)加熱會(huì)吸收一部分水而發(fā)生溶脹。如果繼續(xù)加熱至一定溫度（一般60～80℃）,淀粉粒即發(fā)生破裂,造成黏度迅速增大,體積也隨之迅速變大,這種現(xiàn)象稱為淀粉的糊化1.淀粉質(zhì)和纖維質(zhì)原料的水解

不同種類淀粉糊化溫度有所不同,苷薯、馬鈴薯、玉米和小麥淀粉的糊化溫度分別為70～76℃、59～67℃、64～72℃和65～68℃。發(fā)生糊化現(xiàn)象稱為淀粉的溶解，或稱為液化。馬鈴薯、小麥和玉米支鏈淀粉完全液化的溫度為132℃、70～80℃、136～141℃和146～151℃。纖維質(zhì)原料的水解強(qiáng)酸、強(qiáng)堿水解

酶水解：采用纖維素酶里斯木霉、綠色木霉由于纖維素的性能穩(wěn)定,無(wú)論用酸水解還是用酶水解，都存在水解速度慢,糖得率低的問題，這是影響纖維素科學(xué)利用的難題之一24纖維素生產(chǎn)酒精工藝25五、酒精發(fā)酵工藝

淀粉質(zhì)原料酒精生產(chǎn)的特點(diǎn)以薯類和谷類等為原料原料需要蒸煮淀粉質(zhì)原料需要進(jìn)行糖化26

淀粉質(zhì)原料酒精生產(chǎn)工藝流程

大米曲霉菌麩皮淀粉質(zhì)原料酵母↓↓米曲霉→米曲固體試管酵母↓↓米曲汁米曲汁→試管培養(yǎng)→三角瓶培養(yǎng)粉碎三角瓶液體酵母↓↓↓曲種蒸煮卡式罐酒母↓↓↓糖化曲液糖化→酒母糖化醪→小酒母↓↓發(fā)酵大酒母↓蒸餾↓

酒糟廢液酒精雜醇油27淀粉顆?！矸鄯肿印砂l(fā)酵性糖→酒精→95％乙醇(C6H10O5)n+nH2O→nC6H12O6→2nC2H6O+2nCO2+2nATP主要步驟：1.原料粉碎2.蒸煮糊化3.曲霉糖化4.酵母發(fā)酵5.蒸餾提純28原料預(yù)處理（1）除雜——篩選、風(fēng)選、磁力除鐵原料先要通過振蕩篩、吸鐵器等將其中的混雜的小鐵釘、泥塊、雜草、

石塊等雜質(zhì)除去。

（2）粉碎——干法、濕法粉碎的目的是有利于淀粉顆粒的吸水膨脹、糊化,設(shè)備大多采用錘式粉碎機(jī),采用粗碎和細(xì)碎兩級(jí)粉碎工藝，經(jīng)細(xì)粉碎后顆粒一般小于2.0mm。濕粉碎時(shí),將蒸煮所需水量和原料一起粉碎,原料粉末不飛揚(yáng),省去除塵通風(fēng)設(shè)備,但粉碎后的粉料不能儲(chǔ)存,宜立即用于生產(chǎn)。292.蒸煮作用：打破植物細(xì)胞壁的保護(hù)作用，使淀粉顆粒從細(xì)胞中游離出來(lái)，并轉(zhuǎn)化為溶解狀態(tài)，便于糖化；對(duì)原料滅菌。方法：連續(xù)蒸煮

粉碎機(jī)分離器風(fēng)機(jī)拌料罐泵蒸煮罐1蒸煮罐2蒸煮罐3汽液分離器原料二次蒸汽糖化蒸汽粉塵水洗313.糖化曲的制備（1）菌種木霉（Trichodermaspp.）、曲霉（Aspergillusspp.）

根霉（Rhizopusspp.）、芽孢桿菌（Bacillusspp.）（2）方法

固體曲液體曲4.糖化糖化方法分成間歇糖化和連續(xù)糖化兩類。目前我國(guó)大多數(shù)酒精廠采用后者。(1)間歇糖化工藝

間歇糖化在糖化鍋內(nèi)進(jìn)行。蒸煮醪放入并冷卻到61～62℃時(shí)，加入糖化劑，攪拌均勻后靜止糖化30min，再冷卻至30℃后供發(fā)酵用。

4.糖化(2)連續(xù)糖化工藝

5.酒母制備35菌種儲(chǔ)存酵母菌分離接種擴(kuò)大培養(yǎng)36

菌種培養(yǎng)卡氏罐接種376.發(fā)酵工藝（1）方式：間歇式、半連續(xù)式、連續(xù)式。（2）過程：前發(fā)酵期——酒母迅速繁殖，10h主發(fā)酵期——乙醇發(fā)酵，12h后發(fā)酵期——發(fā)酵作用弱，40h

總時(shí)間：60~72h38397.蒸餾與精餾（1）蒸餾塔（粗餾塔、醪塔）→粗酒精、酒糟（2）精餾塔→成品酒精、雜醇油

頭級(jí)雜質(zhì)：乙醛、甲醇等（工業(yè)酒精）中間級(jí)雜質(zhì)：異丁酸乙酯、異戊酸乙酯等尾級(jí)雜質(zhì)：雜醇油40六、固定化細(xì)胞生產(chǎn)酒精使用固定化酵母，可以以一個(gè)反應(yīng)塔代替多個(gè)發(fā)酵罐，發(fā)酵時(shí)間由30h——3h,乙醇生產(chǎn)能力大大提高41五、抗生素的發(fā)酵生產(chǎn)

抗生素是微生物產(chǎn)生的具有生物活性的物質(zhì)，這類物質(zhì)能在低濃度下抑制或殺滅活細(xì)胞，這種作用又有很強(qiáng)的選擇性。

抗生素是人們使用最多的藥物，也是制藥工業(yè)中利潤(rùn)最高的產(chǎn)品。世界各國(guó)由發(fā)酵法生產(chǎn)的抗生素約400種，廣泛應(yīng)用的僅120種，其他主要是毒性大、成本高，無(wú)商業(yè)應(yīng)用價(jià)值。青霉素是最早發(fā)現(xiàn)并用于臨床的—種抗生素，1928年為英國(guó)人A.Fleming發(fā)現(xiàn)，40年代投入工業(yè)生產(chǎn)。我們就以青霉素為例簡(jiǎn)單介紹抗生素的發(fā)酵生產(chǎn)過程。一抗生素的生產(chǎn)方法生產(chǎn)方法：

1、生物合成法：

①傳統(tǒng)方法②“工程菌”制造法③細(xì)胞融合技術(shù)法

2、化學(xué)合成法；

3、生物合成加化學(xué)合成法。

1、生物合成法：

①傳統(tǒng)方法

大多數(shù)抗生素是由放線菌和霉菌產(chǎn)生的。一般采用深層液體培養(yǎng)、通風(fēng)攪拌發(fā)酵罐生產(chǎn)。

最初由弗萊明分離的點(diǎn)青霉，只能產(chǎn)生2U／ml的青霉素。人們采用基因工程和細(xì)胞融合技術(shù)，對(duì)抗生素產(chǎn)生菌進(jìn)行了改造和重新設(shè)計(jì)，不僅可以制造出許多高效低毒的新型抗生素，還可使抗生素產(chǎn)量成倍地增長(zhǎng)。青霉素工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)水平已達(dá)85000U／ml以上。

1、生物合成法：②“工程菌”制造法

第一次由“工程菌”制造的全新抗生素—麥迪紫紅素A，是美國(guó)報(bào)道的。他們將產(chǎn)放線紫紅素的部分基因插入產(chǎn)麥迪霉素的放線菌中，構(gòu)建的“工程菌”產(chǎn)生了全新的抗生素。我國(guó)新構(gòu)建的生產(chǎn)丁胺卡那霉素的“工程菌”，就是把酰化酶基因克隆到卡那霉素產(chǎn)生菌中獲得的。新的“工程菌”生產(chǎn)的新抗生素毒副作用小，對(duì)耐卡那霉素、慶大霉素致病菌臨床療效顯著。1、生物合成法：③細(xì)胞融合技術(shù)

對(duì)抗生素產(chǎn)生菌采用細(xì)胞融合技術(shù)的成果更為突出。目前DNA重組技術(shù)已廣泛用于紅霉素、鏈霉素等20多種抗生素的育種工作，可以預(yù)見不久將來(lái)會(huì)有更多的由“工程菌”生產(chǎn)的新型抗生素問世。2、化學(xué)合成法

根據(jù)某種抗生素的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)，通過化學(xué)合成的方法，可生產(chǎn)部分抗生素。如：氯霉素、磷霉素等。經(jīng)過化學(xué)合成方法和控制條件的不斷深入研究，越來(lái)越多的抗生素可用化學(xué)合成法生產(chǎn)。3、生物合成加化學(xué)合成法

許多細(xì)菌逐漸出現(xiàn)了抗藥性，已經(jīng)證實(shí)某些抗藥性因子位于細(xì)菌內(nèi)的質(zhì)粒上，質(zhì)?？梢栽诩?xì)菌之間轉(zhuǎn)移，結(jié)果抗性菌日益增多，抗生素療效就越來(lái)越低。為了對(duì)付細(xì)菌的抗藥性，科學(xué)家對(duì)原有的抗生素進(jìn)行了“整容手術(shù)”，細(xì)菌因再無(wú)法識(shí)別改頭換面的抗生素而被抑制或殺死。現(xiàn)在已能使用克隆了?；富虻摹肮こ叹保ù竽c桿菌）高效率的生產(chǎn)半合成抗生素。臨床現(xiàn)在使用的先鋒霉素（頭孢菌素類）、氨芐青霉素，就是這類半合成抗生素類藥物。二、青霉素生產(chǎn)工藝1、菌種：產(chǎn)黃青霉生長(zhǎng)發(fā)育分六個(gè)階段：Ⅰ—Ⅳ期：菌絲生長(zhǎng)期，適宜做種子；Ⅳ—Ⅴ期：青霉素分泌期；Ⅵ期：菌絲體自溶期。2、培養(yǎng)基：

碳源：普遍采用淀粉經(jīng)酶水解的葡萄糖糖化液進(jìn)行流加或分批補(bǔ)料加入，葡萄糖加速菌體呼吸，溶解氧濃度低，PH下降，對(duì)生物合成酶系阻遏和抑制。氮源：玉米漿、麩皮粉、無(wú)機(jī)氮源；前體：苯乙酸或苯乙酰胺；（﹤0.1％，多次加入，減少對(duì)菌體的毒害）無(wú)機(jī)鹽：S、P、Ga、Mg、K等。

鐵離子有毒害，控制在﹤30μg/mL。3、發(fā)酵條件控制補(bǔ)糖：殘?zhí)墙抵?.6％（PH上升）；補(bǔ)氮：氨氮0.05％，補(bǔ)硫銨、氨水或尿素；

PH：6.4—6.6，加葡萄糖、加酸、加堿調(diào)節(jié)；溫度：前期，25-26℃；后期，23℃，減少對(duì)青霉素的降解破壞；通氣攪拌，溶氧：﹥氧飽和溶解度的30％；消沫劑：玉米油、豆油或化學(xué)合成消沫劑。4、青霉素的分離純化過濾：板框、真空轉(zhuǎn)鼓；萃?。捍姿岫≈?-3次；脫色：活性碳，150-200g/10億單位；結(jié)晶：濃縮結(jié)晶或直接結(jié)晶；洗滌干燥