產(chǎn)生有機(jī)酸和醇類的微生物

產(chǎn)生有機(jī)酸和醇類的微生物第1頁(yè)/共25頁(yè)5.1乙酸5.1.1用途：是一種極為重要的化工產(chǎn)品。

各國(guó)對(duì)乙酸使用情況則有較大的差異。例如，美國(guó)用于生產(chǎn)乙酸乙烯酯的比例較大，而日本則有較多的乙酸用于發(fā)酵工業(yè)，利用微生物使乙酸轉(zhuǎn)化為某些氨基酸。乙酸還用做生產(chǎn)食品添加劑谷氨酸、檸檬酸和賴氨酸的基本原料。美國(guó)在食品中禁用合成乙酸。

1.乙酸乙烯酯第2頁(yè)/共25頁(yè)2.溶劑3.乙酸酯的合成4.乙酸鹽5.殺菌劑——乙酸和乙酸鈉常用于控制面包生產(chǎn)中由真菌引起的發(fā)粘現(xiàn)象。最近還用于含水量較高的谷物的保藏，乙酸和丙酸的混合物對(duì)紅曲霉、青霉菌和曲霉菌等有殺菌作用。含水量高達(dá)27%的谷物用乙酸和丙酸的混合物處理，可保存145天而不受霉菌感染，否則谷物在1周內(nèi)就會(huì)變質(zhì)。6.合成鹵代乙酸用微生物制成乙酸的過(guò)程是由乙醇或含乙醇的產(chǎn)物如葡萄酒、發(fā)酵的蘋果汁、麥芽汁和發(fā)酵的乳清而得到的。第3頁(yè)/共25頁(yè)5.1.2產(chǎn)生乙酸的微生物醋酸菌是指氧化酒精生成乙酸的細(xì)菌的總稱。它屬假單胞桿菌科，是需氧細(xì)菌的代表。醋酸菌的主要作用是氧化酒精生成乙酸，某些醋酸菌能繼續(xù)氧化乙酸分解為二氧化碳和水。

醋酸菌的形態(tài)為短桿或長(zhǎng)桿狀細(xì)胞，單獨(dú)、成對(duì)或排列成鏈狀，有時(shí)幾條鏈平行排列成指級(jí)狀，細(xì)胞大小為1—37μm×0.2—0.5μm。醋酸菌的分類方法有多種，1978年，柳田騰治氏根據(jù)醋酸菌對(duì)維生素要求和對(duì)有機(jī)酸的同化性，將食醋釀造的優(yōu)良菌株分為兩個(gè)屬，即醋酸桿菌屬和葡萄糖桿菌屬。醋酸桿菌屬，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有53種，它們的特點(diǎn)是：氧化乙醇第4頁(yè)/共25頁(yè)生成乙酸，不氧化葡萄糖，不需要維生素，能同化主要有機(jī)酸（特別是對(duì)乳酸、琥珀酸同化力很強(qiáng)）。葡萄糖桿菌屬現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有8個(gè)種，它們的特點(diǎn)是：能氧化酒精生成乙酸，但氧化能力很弱，它們不再分解乙酸為二氧化碳和水，能利用葡萄糖生成葡萄糖酸，需要維生素，對(duì)主要有機(jī)酸幾乎都不能同化。幾種釀造食醋常見醋酸菌：

1.奧爾蘭醋酸桿菌屬葡萄酒醋酸菌屬，是法國(guó)奧爾蘭地區(qū)由葡萄酒生產(chǎn)乙酸的主要菌株，它能產(chǎn)生少量的酯，生酸能力較小，最大產(chǎn)酸量為2.9%，但有較強(qiáng)的耐酸性。菌體大小為：第5頁(yè)/共25頁(yè)0.3—0.4μm×1.6—2.4μm。生長(zhǎng)最適溫度30℃，最高溫度39℃，最低7—8℃。2.許氏醋酸桿菌許氏醋酸桿菌為速釀醋酸菌，是德國(guó)有名的速釀醋酸菌株，產(chǎn)酸最高可達(dá)11.5%，但耐酸能力比較弱，為人工培養(yǎng)醋酸菌，菌體大小0.3—0.4μm×1.6—2.4μm。最適生長(zhǎng)溫度25—27.5℃，最高37℃。3.彎曲醋酸菌可能是許氏醋酸菌的變種，細(xì)胞呈明顯的彎曲，性能與許氏醋酸桿菌類似。第6頁(yè)/共25頁(yè)4.產(chǎn)醋醋酸桿菌產(chǎn)醋醋酸桿菌是德國(guó)哈斯雷醋廠使用的菌株，為速釀醋酸菌。此菌能產(chǎn)生大量的乙酸乙酯，給食醋以葡萄酒的芳香。但該菌體產(chǎn)酸量較低，又可氧化乙酸分解為二氧化碳和水。菌體大小0.1—0.2μm×1.2—1.4μm。最適生長(zhǎng)溫度33℃。5.紋膜醋酸桿菌為啤酒醋酸菌，是日本釀醋的主要菌株。此菌培養(yǎng)過(guò)程中在液面能形成乳白色、皺折狀、有粘性的菌膜，一搖動(dòng)易破碎，使液體混濁。產(chǎn)酸量最高可達(dá)8.75%，能耐酒精14%—15%。此菌體能分解乙酸生成二氧化碳和水。其菌體大小0.4—0.8μm×1.0—2.0μm。最適生長(zhǎng)溫度30℃，最高生長(zhǎng)溫度42℃，最低溫度為4—5℃。第7頁(yè)/共25頁(yè)6.惡臭醋酸桿菌為啤酒醋酸菌。此菌在液面能形成皺折皮膜，菌膜沿器壁上升，溶液不混濁。該菌株最高產(chǎn)酸量為7%—9%，耐酒精8%以下，并能繼續(xù)分解乙酸生成二氧化碳和水。其最適培養(yǎng)溫度28—30℃，最適pH3.5—6.0。7.攀膜醋酸桿菌為葡萄酒醋酸菌。是釀造葡萄酒、葡萄醋的有害菌。此菌在液體中能形成特別粘而薄的膜，沿器壁上升，膜下面的液體很混濁，有不良?xì)馕懂a(chǎn)生，不適于釀醋。第8頁(yè)/共25頁(yè)8.膠質(zhì)醋酸菌為葡萄酒醋酸菌，能在酒醪中繁殖，致使酒醪酸敗變粘。該菌生酸速度慢，又分解乙酸，并能生成大量粘膜，稱為“醋母”，使乙酸產(chǎn)生腐敗的壞味。此菌在所有的醋廠都為有害菌。

優(yōu)良醋酸菌種應(yīng)發(fā)酵速度快、轉(zhuǎn)酸率高、代謝產(chǎn)物除乙酸外還應(yīng)有多種有機(jī)酸和芳香性酯類等。我國(guó)醋廠，有的使用人工純培養(yǎng)醋酸菌，菌種主要有兩株：一株是惡臭醋酸桿菌，菌號(hào)AS1.41。該菌細(xì)胞桿狀，常呈連鎖狀，大小為0.3—0.4μm×1—2μm，無(wú)運(yùn)動(dòng)性，不產(chǎn)生芽孢。在固體培養(yǎng)基上菌落隆起、平滑，呈灰白色。在液體培養(yǎng)基上培養(yǎng)，菌體沿瓶壁上升，在表面生長(zhǎng)，呈淡青色的極薄平滑菌膜，液體不甚混濁。最適培養(yǎng)溫度28—30℃，最適pH3.5—6.0。

第9頁(yè)/共25頁(yè)另一株是滬釀1.01。但是，目前我國(guó)大多數(shù)釀醋廠，仍然利用天然醋酸菌進(jìn)行自然發(fā)酵，開放式的操作必然會(huì)有天然醋酸菌侵入，致使產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定。5.2檸檬酸

檸檬酸，學(xué)名2-羥基-丙烷三羧酸或β-羥基丙三酸。5.2.1用途：檸檬酸具有溶解度大、酸味愉快、毒性小、易于吸收和價(jià)格低廉等特點(diǎn)，廣泛用做食品酸化劑、藥物添加劑、化妝品和洗滌用品添加劑。第10頁(yè)/共25頁(yè)1.食品工業(yè)大量用于食品酸化添加劑，特別是軟飲料和糖果。加入硬糖中能增加酸味，還有助于使蔗糖轉(zhuǎn)化為單糖類，可避免因蔗糖溶解度小而結(jié)晶成粒。食品中加入檸檬酸還可控制適當(dāng)pH。

2.藥物檸檬酸可與水中的碳酸鹽作用生成二氧化碳（發(fā)泡）和檸檬酸鹽，有助于藥物的有效成分快速溶解，還可增加某些瀉藥和麻醉藥的溶解作用，并可改善口味。檸檬酸鹽還是血液的抗凝劑。

3.化妝品含檸檬酸的洗發(fā)液能使頭發(fā)具有光澤且富有彈性?？膳c鉻礬、糊精、甘油和氧化銨等配制成固發(fā)液。第11頁(yè)/共25頁(yè)4.洗滌劑檸檬酸鹽有很好的洗滌劑性質(zhì)，作為添加劑能取代磷酸鹽配制易于生物降解的洗滌劑，以避免富磷化污染環(huán)境。

5.其他工業(yè)用途二氧化硫吸收劑、油井處理劑、紡織助劑、金屬清潔劑、煙草添加劑和廢水處理劑等。

檸檬酸是我國(guó)發(fā)酵工業(yè)的一個(gè)大行業(yè)，我國(guó)也是世界上最大的檸檬酸生產(chǎn)國(guó)，出口量歷來(lái)處于我國(guó)生物技術(shù)產(chǎn)品的最前列。年份1976198019861990199219941995199619971998產(chǎn)量/104·t0.130.844.68.811.216.420.925.326.926.8出口量/104·t9.812.514.415.217.815.6表4-8我國(guó)檸檬酸的產(chǎn)量和出口量第12頁(yè)/共25頁(yè)5.2.2產(chǎn)生的菌類淀粉質(zhì)原料：黑曲霉（生產(chǎn)菌為其變種）。烴類原料：假絲酵母1965年，上海工業(yè)微生物研究所以“滬輕2號(hào)”為出發(fā)菌，用氮芥誘變篩選出薯干直接深層發(fā)酵工業(yè)化生產(chǎn)菌種宇佐美曲霉，與天津工業(yè)微生物研究所、南通發(fā)酵廠等合作使之工業(yè)化生產(chǎn)，并在全國(guó)推廣，形成我國(guó)獨(dú)特的薯干直接深層發(fā)酵法生產(chǎn)檸檬酸的工業(yè)。

1973年，復(fù)旦大學(xué)等采用浸漬培養(yǎng)基和溴甲酚綠的濾紙培養(yǎng)黑曲霉，并根據(jù)變色圈與菌落直徑之比，篩選高產(chǎn)菌株。第13頁(yè)/共25頁(yè)1974年，上海工業(yè)微生物研究所采用酸性平板法從土壤中分離檸檬酸產(chǎn)生菌。并經(jīng)60Coγ射線誘變，獲得我國(guó)檸檬酸生產(chǎn)中的第二代菌種黑曲霉D353,1977年篩選獲得第三代高濃度薯干直接深層發(fā)酵新菌種黑曲霉5061。1979年篩選獲得第四代生產(chǎn)菌種黑曲霉3008。1982年推出第五代生產(chǎn)菌種Co827。目前大多數(shù)工廠仍使用此菌種生產(chǎn)。石油原料檸檬酸發(fā)酵的研究以日本、美國(guó)的研究報(bào)道占多數(shù)。以正烷烴為原料，采用解脂假絲酵母發(fā)酵，產(chǎn)酸達(dá)18.3%，轉(zhuǎn)化率155%。其缺點(diǎn)是發(fā)酵液中異檸檬酸含量較高。但以烴類作基質(zhì)，因其安全性而不宜做食品或美容品等的添加劑。第14頁(yè)/共25頁(yè)

目前已知很多微生物能產(chǎn)生檸檬酸，特別是霉菌，尤其是黑曲霉，但生產(chǎn)上用的是其變種。一些細(xì)菌如石油節(jié)桿菌、棒狀桿菌，局限青霉的一些種。假絲酵母的一些種可以烴類為原料產(chǎn)檸檬酸。5.3乳酸

乳酸，學(xué)名2-羥基丙酸。5.3.1用途：

1.工業(yè)原材料乳酸鈣和乳酸鈉是兩種廣泛使用的藥物。乳酸鈣在醫(yī)藥方面用于補(bǔ)充鈣質(zhì)、固齒和助長(zhǎng)骨骼的發(fā)育。乳酸鈉可用于解除因腹瀉脫水、糖尿病和胃炎等引起的酸中毒。第15頁(yè)/共25頁(yè)

乳酸本身可用做消毒防腐劑。工業(yè)級(jí)乳酸用于鞣革工業(yè)做酸化劑。近年來(lái)，生物可降解塑料的研制與開發(fā)已成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問(wèn)題之一，且有一系列的產(chǎn)品問(wèn)世。從材料的角度出發(fā)，生物降解塑料可分為天然和合成高分子兩種。前者主要包括纖維、淀粉、甲殼質(zhì)等，后者主要包括聚乙交酯、聚乳酸、聚乙烯醇等。其中，生物降解塑料聚乳酸由于具有生理適應(yīng)性、優(yōu)良分解性和安全性好等特點(diǎn)，在醫(yī)用材料方面有廣闊的前景。未來(lái)，其應(yīng)用有望在包裝領(lǐng)域取得拓展。目前，我國(guó)對(duì)聚乳酸的研究和開發(fā)尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，也取得一定的成績(jī)，但由于多種因素的限制，距工業(yè)化生產(chǎn)尚有很大的距離。第16頁(yè)/共25頁(yè)2.乳酸發(fā)酵食品它的主要特點(diǎn)有：具有酸味，改善風(fēng)味，提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。乳酸菌利用可發(fā)酵性糖，產(chǎn)生乳酸，乳酸本身酸味柔和，不僅常作為食品的酸味劑，而且還有助消化的作用。乳酸菌還可同時(shí)伴生醋酸、丙酸等有機(jī)酸，它們?cè)谫x予食品以酸味的同時(shí)還可與發(fā)酵中產(chǎn)生的醇、醛、酮等物質(zhì)相互作用，形成多種呈味物質(zhì)和去脫不良異味。使乳酸發(fā)酵食品具有其獨(dú)特的風(fēng)味。乳酸菌在代謝作用中產(chǎn)生多種氨基酸和維生素，提高了營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。防止腐敗，便于食品保存。乳酸是乳酸菌代謝的主要產(chǎn)物，在防止食品腐敗變質(zhì)中有重要作用。特別近年的研究發(fā)現(xiàn)，除乳酸外，在乳酸發(fā)酵過(guò)程中還形成一些抑菌物質(zhì)，如鏈球菌肽。第17頁(yè)/共25頁(yè)5.3.2分離乳酸菌的材料乳酸菌是生物圈的一個(gè)重要成員，是能產(chǎn)生乳酸的微生物的總稱，它們廣泛分布于自然界中。乳酸菌絕大多數(shù)是厭氧菌或兼性厭氧菌，廣泛存在于自然界。

1.土壤其數(shù)量和種類，取決于土壤的類別和環(huán)境條件。土壤中的乳酸菌主要來(lái)自灌溉的污水、施肥、植物及雨水的夾帶，可以認(rèn)為乳酸菌不是土壤的土著微生物。

2.水乳酸菌主要存在于污水中，數(shù)量可達(dá)104—105個(gè)/ml。從污水源頭分離出大量同型和異型發(fā)酵乳酸菌。在污水中有時(shí)還可以第18頁(yè)/共25頁(yè)分離到來(lái)自人和某些動(dòng)物糞便的雙歧桿菌，所以檢出雙歧桿菌表明水源已被糞便污染。

3.肥料肥料包括人畜糞便、廄肥和堆肥。肥料中的乳酸菌種類和數(shù)量與污水中差不多，主要來(lái)源于人畜糞便。

4.植物和青貯飼料生長(zhǎng)的植物上存在著一定數(shù)量的乳酸菌。從樹葉上分離到的乳酸菌，其數(shù)量為10—1000個(gè)/g，它們占總細(xì)菌數(shù)的0.01%—1%。植物的根際也是乳酸菌存在較多的地方，乳酸菌在植物中的廣泛存在，雖然數(shù)量少，但也說(shuō)明了植物是某些乳酸菌的最初來(lái)源。第19頁(yè)/共25頁(yè)

青貯飼料發(fā)酵的原動(dòng)力是乳酸菌及一些酵母菌。

5.果蔬發(fā)酵食品蔬菜乳酸發(fā)酵是一種傳統(tǒng)的發(fā)酵食品，許多果蔬原料都可以進(jìn)行乳酸發(fā)酵。但產(chǎn)量最多、發(fā)酵過(guò)程最清楚的是泡菜、腌菜和橄欖。在發(fā)酵物中可分離到許多種乳酸菌。

6.醬和醬油發(fā)酵中的乳酸菌醬和醬油是我國(guó)著名的傳統(tǒng)發(fā)酵調(diào)味品。整個(gè)發(fā)酵過(guò)程由多種微生物參加，乳酸菌參與了后期發(fā)酵。它們與酵母聯(lián)合作用，其代謝產(chǎn)物如乳酸乙酯等能賦予醬油特殊香氣。第20頁(yè)/共25頁(yè)7.乳和乳制品鮮牛乳含有多種營(yíng)養(yǎng)成分，是一種營(yíng)養(yǎng)比較完全的食品，非常適合微生物生長(zhǎng)繁殖。由于環(huán)境中的乳酸菌乳頭侵入乳管之故，所以在開始擠出的乳中含有少量的乳酸菌。大多數(shù)乳酸菌是在擠奶過(guò)程中，通過(guò)用具、草、飼料、灰塵、牛體表等途徑污染而進(jìn)入奶中，在條件適宜的情況下便迅速繁殖起來(lái)。大多數(shù)情況下牛乳中乳酸菌的含量約為103個(gè)/ml。酸奶及其他發(fā)酵乳制品：有的產(chǎn)品是利用乳中天然存在的乳酸菌進(jìn)行發(fā)酵，有些則需接種乳酸菌。在酸牛乳制作中常用做發(fā)酵劑的乳酸菌有保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌。第21頁(yè)/共25頁(yè)

糞便中的另一群重要的乳酸菌