（食品科学专业论文）L乳酸高产菌株的选育及其代谢的研究.pdf

摘要 摘要 本文主要对l 乳酸生产菌株进行了诱变选育，并列突变株的菌学特性和 代谢进行了初步研究。 使用紫外线照射的方法列干酪乳杆菌( l a c t o b a c i l t u sc a s e i ) g 进行诱变处 理，选育唰高浓度乳酸的突变株，得到一株能够在发酵培养基中积累l 一乳酸 达到4 8 9 l 的l 乳酸突变株g 1 卜3 - 7 ，经发酵培养基的初步优化，l 乳酸产量 可达5 8 9 l ，并且突变株g 1 1 3 7 的生长和产酸性能都明显优于出发菌株g 。 乳酸菌对乳酸的不酬受性主要是由于乳酸的积累对菌体糖代谢的反馈抑 制作用，而p h 的下降，即h + 的积累对菌体生长和产酸的影响是间接的。实 验表明：乳酸对菌体生长和产酸的影响程度随p h 的下降而加强。 培养基的组成对菌体生长和产酸有很大影响。果糖和乳糖的添加能促进 菌体生长和l - 乳酸产量的提高。酵母膏和蛋白胨作为乳酸菌生长所必须的有 机氮源，增加其在发酵培养基的添加量可提高l 哥l 酸的产量，蛋白胨浓度的 变化对l 哥l 酸产量的影响比酵母膏大。无机盐作为乳酸菌生长所需的一类营 养物质，对产酸量的影响随其种类的不同而不同。实验表明，m 9 2 + 作为e m p 途径多种酶的激活剂，其添加量的增加能明显提高l 乳酸的产量，而m n 2 + 由于其对菌体生长的促进作用，增加其在发酵培养基中的含量也能提高l 乳 酸的产量。 实验表明，丙酮酸作为l 一乳酸的代谢自u 体物，其在细胞和培养基中含量 的增加可提高葡萄糖的转化率和l 乳酸的产量，而且在2 4 h 和4 2 h ，以9 ：3 的葡萄糖：丙酮酸钠的比例进行添加，l 一乳酸产量分别为7 2 9 l 和7 6 9 l ； 关键词：干酪乳杆菌l - 乳酸p h丙酮酸 垒! ! ! ! ! ! !一 a b s t r a c t t h i s p a p e r f b c u s e do nt h e b r e e d i n g o fl l a c t i ca c i dp r o d u c i n gb a c t e r i a ， s t u d y i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c sa n d m e t a b o l i s mo f t h em u t a n ts t r a i n u s i n gu vl i g h t ，l a c t o b a c i l l u sc a s e ig w a sm u t a t e di no r d e rt og e th i g hl a c t i c a c i de n d u r a n c es t r a i n t h em u t a n tg 11 3 - 7c o u l da c c u m u l a t e4 8 9 ll l a c t i ca c i d i np r o d u c t i o nm e d i u m a f t e rt h eo p t i o n a lp r o d u c t i o nm e d i u mb e i n gp r e l i m i n a r y d e v e l o p e d ，t h el l a c t i ca c i dp r o d u c t i o nc o u l dr e a c h5 8 9 l t h ea b i l i t yo fg r o w t h a n d p r o d u c i n g l a c t i ca c i do f t h em u t a n tw e r eb e t t e rt h a ng s t u d y i n g t h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dm e t a b o l i s mo fg 11 - 3 7w e r ea l s oa n i m p o r t a n tp a r to f t h i sp a p e r t h eo u t c o m ei n d i c a t e dt h a tt h ec o n c e n t r a t i o no fl a c t i c a c i di st h em a i nr e a s o no ft h e g r o w t hi n h i b i t i o no fl a c t i ca c i db a c t e r i aa n d d e c l i n i n gt h ep r o d u c t i v i t yo fl a c t i ca c i d t h i sr e s u l tw o u l db ee n h a n c e dw i t ht h e d e s c e n d i n g o fp h t h er e s u l tt h a tc o m e sf r o mt h e c o n e e n t r a t i o no fh + i s i n d i r e c t n e s sb o t ho nt h eg r o w t ho fl a c t i ca c i db a c t e r i aa n do nt h ep r o d u c t i v i t yo f l a c t i ca c i dt h ec o m p o n e n to fp r o d u c t i o nm e d i u mw a sa ni m p o r t a n tf a c t o ri n a f f e c t i n gt h eg r o w t ho fb a c t e r i aa n da c i dp r o d u c t i o n t h ea d d i n go ff r u c t o s ea n d l a c t o s ec o u l db o t hs t i m u l a t et h e g r o w t ho fb a c t e r i aa n da c i dp r o d u c t i o n b y s t u d y i n gt h e e f f e c to fy e a s te x t r a c ta n dp e p t o n e ，t h eo u t c o m ec o u l dp r o v et w o p o i n t s o n ew a st h a ti n c r e a s i n gt h e c o n c e n t r a t i o no fy e a s te x t r a c ta n dp e p t o n e c o u l dr a i s et h el l a c t i ca c i dp r o d u c t i o n t h eo t h e rw a st h a tt h ee f f e c to f p e p t o n ei s g r e a t e r t h a ny e a s te x t r a c t m e t a li o n sa r ea l s oi m p o r t a n t c o m p o n e n t so f p r o d u c t i o n m e d i u m ，b u td i f f e r e n tm e t a li o n sh a v ed i f f e r e n te f f e c t s t w oc o n c l u s i o n sw e r e o b t a i n e df r o mt h er e s e a r c h o n ew a st h a ti n c r e a s i n gt h ec o n c e n t r a t i o no f m 9 2 + c o u l dr a i s el - l a c t i ca c i dp r o d u c t i o nb e c a u s em 9 2 + c o u l ds t i m u l a t e m a n ye n z y m e o fe m p t h eo t h e rw a st h a tm n ”c o u l de n h a n c et h e g r o w t ho fb a c t e r i a ，s o i n c r e a s e dt h el l a c t i ca c i dp r o d u c t i o n ， t h ep y r u v a t eh a da s i g n i f i c a n tb e n e t i c i a le f f e c to nt h eg l u c o s ec o n v e r s i o na n d l - l a c t i ca c i dp r o d u c t i o n f r o mt h er e s u l t s ，w ec o u l ds e et h a t3 0 9 lo f p y r u v a t e c a n i n c r e a s et h el _ l a c t i ca c i dp r o d u c t i o ns i g n i f i c a n t l yi nt h ee n v i r o n m e n to f 9 0 9 lo f g l u c o s ep r o d u c t i o nm e d i u m d u r i n gt h e7 2 hf e r m e n t a t i o n ，p y r u v a t ec a ni n c r e a s e t h el - l a c t i ca c i dp r o d u c t i o ng r e a t l yw h e n g l u c o s ea d d e da t2 4 ha n d4 2 ha f t e rt h e b e g i n n i n go ft h ef e r m e n t a t i o n ，a n dt h el - l a c t i ca c i dp r o d u c t i o nc a nr e a c h7 2 9 l a n d 7 6 9 l k e yw o r d s ：l a c t o b a c i l t u sc a s e il - l a c t i ca c i d p h p y r u v a t i ca c i d 天津羁投夫擘醺学位论文 1 、前言 i i 襞酸鹣缩梅与茬凄 乳酸( l a c t i ca c i d ) 的学名为o 羟旗丙酸( 2 羟罄附酸，2 - h y d r o x y p r o p a n o i c a c i d ) ，分子式为c 3 h 6 0 3 ，是秭天然存在的有机酸，广泛存在于人体、动物、 毯褥露镦生糖中。出予其分子内含有一个不对稼翡c 嚣子，繇驭存在竞孥异 构现象，具有d - 型和l - 型洒种，d l 一乳酸为消旋型。乳酸的相对分子= 鏊为9 0 0 8 ， 相刑密度在2 5 。c 时约为12 0 6 。纯净的无水乳酸是白色晶状固体，乳酸异构体 的理化性质见袭1 1 i jj 。 h o h 。ch d 一( 一) 一乳酸 0 隧 h - 叼* 魏酸 。瓣 震l - 1 乳酸辩构体的性质 夔型脯比羞擎7 瓣絮嚣凄然， d2 5 2 6 m 3 3 。 1 , 3 7 x1 01 6 8 7 望兰1 8 0 1 2 2 ( 1 8 6 6 。5 p a ) t 3 7 x 1 0t l ，3 5 毳酸与承可匿完全豆溶，不荔结晶析出，6 0 以上浓度的氍酸溶液有撮 强的吸湿性a 乳酸通常为光色或浅黄色糖浆状的粘燃溶液，在6 7 1 3 3 p a 的 真空祭塑反复分馏，可褥到蹇纯度乳羧。避两获褥攀斜鑫钵的结鼹翼酸翻。 毳酸哥分为工壁缀、食最缀彝药冀缓。王蝮缀粪袋蹩蒜骚含量蔻 5 0 9 0 裥涔液，其有暇濑性。食品缀乳酸的乳酸含凝在8 0 以t ，药典级 乳酸的乳酸禽麓为8 5 o 。9 0 0 f4 1 。 豳予乳酸分子建含畜爱器鞠羧基，鼹以其考囊动臻纯麓力，巍鼗蕊凄楚 两，这释趋势越强r 所以氍黢遂常是乳酸稻巍酸嚣酸黥混合裙。乳酸能与承、 乙醇、乙醚、黼二醇、甘_ ) 曲、n n 混- n ，几乎不溶予械仿、石油醚、二硫化 碳和苯。乳酸可以参与多荦中反应，如氧化反应、还联反应、缀合反应和缝化 1 2 乳酸及其衍牛物的应用 乳酸是圳。界i - 公认的= 大有机酸之一，其用途搬广泛。乳酸及其盐类 和衙生裼_ 蠹了用i 食晶、医药、忧工、皮莲帮印染等一 ：监，冕表1 - 2 5 - 7 o 表1 2 乳黢的用途 应用领域实例 食品触增塑纂尊掣测鬻虬隅剂、醐龈剂一批剂、 医药 n l p 润滑橥霉型、含漱粼、涂布裁、洗净裁、注入帮、止盘帮、 p h 渊节剂，烷臻乳酸可 乍为嶷好斡溶裁，酝基巍酸 亿学工螺蘸西作为化：改晶审瀚现位帮帮稳定裁，毳酸乙褥女可甬作精 细金属的清洁剂。 纺织品豹助染剡、皮革鞣皮豹粒获裁、 七妆葫中兹保 其他兹+ ! 澎瀑裁等。襄酸铵可佟为反刍动物静镶籽添鸯羹裁，嚣酸锅霹 用于电镀r 业。 弱静，乳黢是世赛询二多潜家在食熬璺三产中普遍捷鲻翁酸臻裁，食基工堑 应用的一般避含量为5 0 瀚乳酸，主要确于乳酸饮料、清凉饮料、泉汁、果 黼、罐头、糕点、咸菜、糖果和各种酒瀵中，还可用作酱油的香味缓冲剂。 它能改善食品风味、抑制微生物生长、护色、改良糨发、使抗氯化稠增效、 防露和筵整会佟耀。毳酸鬻帮禧采及臻睬裁一莛傻震，现在正在游黼翱综台 性酸味剂的方向发展。乳酸酸味温和爽快，能使食品艇有微酸性，又不掩盖 水果和蔬菜的天然风味和芳香，既有酸化作用，又具有防腐作用。在做面包 时加入适量乳黢能增加发酵穗化效果，势骑止霉变，铡子绦鳝昶食菇卫生。 知在蕊粉中嘲入03 0 a o 5 的疆膳醮羲酸钙( c s l ) ，可使面包体积增大 3 0 4 0 ，同时办可延缓其老化。乳酸作为一种防腐剖已广泛代替了笨甲酸 钠，乳酸钠已成为抑制肉制晶细菌性孺毁最常用的亿台物之一。乳酸钙和乳 酸铁还是羚充愈璃元素戆良好骜莽 充裁。嚣翦在 鏊赛嚣酸总滚费中，食鑫 j 业约占6 0 7 1 。 在酿造业使用乳酸( 含慰为8 0 ) 作为杀菌剂，能防止杂菌繁雅，促进 酵母发酵，防i 酒浑浊；作为飙味剂，能改善风眯，并提高滔的收率；此外， 袁：天麦藕诧过程申拥久适蘩麓食蠲乳酸，麓促遂糖纯完全，疆高簿滔质量， 天津辩技人学鞭、 j 掌住论殳 增加酒的收肇和延长其保质期。乳酸乙酗是一种具材酒香香型的食用香料， 可用于配制溅鞠食黑酒精，从 = 本的资料看，其应用顿域包菇：瀵酒、碑疆、 巍灌、谲剩灞葶舀簿滔等。在哮滔生产豹耪纯过程中，过去一觳旋鼹磷酸，会 澎响啤酒的口味，而_ 辟i 乳酸，由于其酸髋弱、酸味礞、调节幅庹小、安全可 靠、对人体有益，尤其对啤酒的口味有髓，所以在撼产酒香型酒的国家其消 赞璺糖当蜀躞。 在藩药土，蕊镬嚣酸爵莲搂配裁成消毒蘩，瓠淹鼹鬻疑蠹淤毒。出予熬 酸具有亲水性，能溶解蛋白质、角质及许多难溶药物，且对病变蛆织腐蚀作 用很敏感，能增加药物吸收基，降低副作用，可用于治疗喉头结拔、白喉、 猿疮等疾瘸。越势，瑟翼羧霹裁藏红霉豢拣穆氏滚( 孚餐菠辘渡、翼酸爹 氟沙星等。在收敛性杀菌骞磊眉作含漱魏、涂布帮、注入剂襁洗净刹、膀臃 注入剂、阴道洗净剂等。乳酸钠是止咖蒯，也可用作静脉注射液中的电解质 及渗析物；在制药上，乳酸黯不仅可罔作压制药片始濑潺刘，还可剁备降压 嚣凝“心褥黪”爱礁睫争黢类药兹；魏酸还哥戳霜雩譬生产薮霉紊瓣农麓乐耨 等。 乳酸在化学工业中的虑用主要是生产乳酸衍生物。乳酸乙酯可以代替多 簸烃漆翅露撵糟密金疆洗涤裁瑟曩予魄予、靛天、半譬髂嚣鼗孛；巍骥平鹜、 乳酸丁醚汉及黥酸鼹高级潦释醚类，燕漓滚、涂辩、楗醮瓣蹇鲟漆耱，辇辩 的增塑剂和涧滑剂。 在化妆鼎行业，乳酸鼹皮默韵固有天然性臻瀑因予的一部分，魏酸及乳 黢镳薮j 瑟翅子 车多护最磊赡灌巍裁，嚣酸藏霹露为粒一钱疫获蹭趣裁，与 其它皮肤增蠢帮结合使用会产生协同效聚。乳酸镳添能有效的治疗皮肤功蘸 性疾病，如皮脓干燥病等引起的极度干燥癍状。乳酸疑乳酸赫还飙有抗微生 物熬作用，城应用于抗粉刺产晶孛。乳酸可律为傈滋涮，用于务瓣遗浴疆晶 中，鲡沫澄露、鼹皂稻濑获蜜孛。袁滚锩艇皂、香塞帮蚕渡孛霹露捷龌谲节 荆a 此外，将乳酸添加到肥皂中，可减少贮存过程中水分的流失，因而能防 止肥皂干裂。 翼骏黎耍越予邀镀_ i 皴；器免毳酸绿；嚣兹铰哥俸楚霞垒饕糍键秘戆添 搬裁。在皮蘩互照中使熏豹我酸浓度蠢肆0 左右，变赘雳它采豫蠢辚皮中酶 石灰，即脱驭，用乳酸脱敬质的皮革质撰比用其它酸脱发质量好，所以，高 级皮革必须用乳酸处理。在卷烟工业中，可用乳酸除去烟孳中豹杂壤，以清 除蓄黥昧，器离爝摹震囊帮楼次。 乳酸是一种有匿大潜力的产品，其米来的发展机念在于其作为膊料大规 横的应用于如下四个方面；可生物降解辍料、氧化化学品、绿色化学品和溶 剂以及植物生长调节裁等。 j二j!二!一一 麴i - i 毳酸黪潜在应爱 乳酸的黎台物聚乳黢( p o t y l a c t a i ca c i d ) 是一粹无毒的高分子化合物， 具有与聚苯乙烯相似的光泽度和加工性能。还具有生物降解性，i ；q 广泛应用 p 汝：多行选。凝乳酸可分为聚l 翼酸帮黎蛰嚣酸，箕申聚。嚣酸典蠢登三凌穗 容性，奁天体内霹徭分籍为己嚣酸，为a 体掰代落，不会雩 莛变态蔽应，杰 自然界中，可在微生物作用下最终变成c 0 2 和水，有利于环保。越它方面的 应_ 碍j 领域也寸+ 分广阔，如生态保护，林业本材、土壤、沙漠绿化的保拳材料， 零产崩翱。，如鱼麓、鱼翼、建蔬雳薄骥，臻索誉戴鼹黥，表曩讫勰缓器蘩， 纤维 | 门一助荆簿。生活领蛾，在包装薄麒、食品容器殿包装蜡纸、生活垃圾 袋、休闲用品等方面，崛i 具有较大的应用前景。聚l 。乳酸塑料对人体无害， 适用于加，互次性饭盒、食熊、饮料於毽毒芎糖等疆，9 1 。 由于太谤和动魏藩园哭禽有l 羲酸瓣蘸簿，霞两只熊藤雳謇赛产望或摄 入的l 哥l 酸。【_ _ * 乳酸是哺乳动物体内i f 常的代谢产物，在体内可被辨搦伪氨 幕酸, f t l 2 羧嘴化台物。经实骏证明：1 3 l - 乳酸可以使肝中肝精增高，d 碍l 酸会 馒斑串翼酸热岔霪增褰，过蚕食惩d 一鬣d l - 翼酸，将会导致蛊滚中富含d ， 乳酸，屎中会爨蠛商酸度疆象，雩 藤代谢素琵。嫠界歪生组织( w h o ) 限制 人体每天摄入d - 乳酸量在1 0 0 m g k g 以下，d 型、d l 捌乳酸不应加入到三个 月以下婴儿的食品中，对l 。乳酸却不加袋铡。 我鬻霾静乳鼗静最夫澄癸镶凌是香辩秘蓉耩孬鼗，箕n n nr 辩l 黢慧瀵 费麓的4 0 ，：e 要用于生产二乳酸乙醣，作为香料用予调制各种酒擞。在制药 一l 业中，乳酸主要用于制备红霉素林格氐液( 平衡液) 辅液、乳酸秽飘沙星、 乳酸钙、乳酸锌等。在食晶互、韭中，我霹黔乳酸瘟羁稳处于霆步黔淡，毽近 苹束发震簇抉f = ；】。 1 3 乳酸的生产方法 1 3 1 化学合成法 = i l 纯学会成法生产乳酸霹逶过多静途径，莫中关有意义斡是乳蒡毒法瓣】， 眩法是乙醚与氢氰酸经碱性催化作用生成乳腈，这鼹一个液相反应，在常压 f 进行，粗乳腊通过蒸馏回收纯化并用浓盐酸或硫酸水解为乳酸，还产生相 应的氨基酸副产物，糖乳酸蠲甲醇醒化得到嚣酸甲聪，蒸馏螽再邀露水解生 成巍酸，甲醇可再循环剽臻。 乳酸的其他一。些可行的化学合成途径包括糖的碱性催化水解，丙烯乙二 醉氧化，乙一醇n 勺氧化，己酴、一氧化碳和水在高温高压下反应筹。这些途 径郡戈法彩成技零上或经济上可持续发攫戆过程。 1 3 2 酶法 ( 1 ) 1 ，2 景c 丙酸酶法转化：同本东糸大学的本崎等人1 4 研究了用酶法生 “毳貔，瞧爨分澍歇瑟臭缎荦愁蕊( p s e ，p u i i d e ) 翻缎罄毽藿1 1 3 缨嚣筵中遥致 纯化l - 2 - 卤代酸脱卤酶( 简称为l 一酶) 和d l 一2 一卤代陵脱卤酶( 简称为d l 一 酶) ，作用于底物d l - 2 - 氯两酸，即可制得l 哥l 酸或d 乳酸。l 酶催化l 一2 卤代酸脱卤，瓶d l 一酶既可以健化l 一2 一随代酸驻卤，又可以谨他d 。2 童代酸 残赢。在罐讫闷可发生 驽型的转化，露下式历式： l 型c h 3 一。c h c o o h 十h 2 0 生零d 型c h 3 一c h c o o h + h c l | c l o h d l ，酶 d 一型c h 3 一c h c 0 0 h 十h 2 0 l 。型c h 广c h o o h + h c l 线l 鍪 |或d 。鳖| c l o h ( 2 ) 丙蕊羧酶法转化：h u m m e l 譬m b g , d - 乳酸腿煞酶活力最藉数漤乱乳 褥藩强醯c v n f i s e s ) d s m 2 0 1 9 6 薄体中餐蓟d 毳酸脆氨酶，潋无旋光嬖萎的丙醺 酸为底物得到d 乳酸。 1 3 。3 发酵法 发酵法麓备巍酸是戳淀粉、葡萄藉等糖类或牛羲为原料，接释微生物经 发酵而生成乳酸。乳酸发酵帆理主要有 3 】： ( 1 ) 同型乳酸发酵：微生物通过e m p 途径进行糖代谢，乳酸是黼萄糖代 l | 的穗一产物。因型嚣酸发浆途经中，1 m o l 薏蘩藉可堡残2 m o l 翼簸，理论 转化率为10 0 ，但由于发酵过程中微生物有其他生理活动的存在- 实际转化 率不可能达到1 0 0 ，一般转化率在8 0 以上者，即视为嗣型乳酸发酵。总反 应式为： c 6 h j 2 0 6 + 2 a d p + 2 p i 亭2 c h 3 c h c o o h 十2 a t p ( 2 ) 异受乳酸发黪：微生物经囱b i f i d u s 途径鞠p k 途径生成镣譬尔数的 乳酸、c 0 2 秘乙醇( 或乙羧) ，琴l 酸对糖静转 - 艺率只毒5 0 。蕊反应式为： c 6 h 1 2 0 6ba d p + p i c h 3 c h c o o h 十c h 3 c h 2 0 h 十c 0 2 + a t p ( 3 ) 玻歧途径：、杰该途径孛2 m o l 獭蕊糕产堡3 t o o ! 己蘩窝2 t o o l 乳酸，毳 簸瀚转话宰为5 0 。总反应为： 2 c 6 h l2 0 6 争2 c h 3 c i c o o h 十3 c h 3 c o o h ( 痒) 嚣台陵蓑酪：歪丽型襞葭轰酵蓊檬在特臻。藩凝下，蠡蘩萄耱浓度受囊 限制、p h 褥黼或温度降低而发生的- * o 乎t 酸发酵机制，经由与同测乳酸发酵 相同冉勺途径即e m p 途径，但丙酮酸的代谢途径发生了改变，除生成乳酸外， 还生残了甲黢等彗8 产甥。 传统意义 j 静嚣酸发簿类篓莛舒对巍黢缀蓉两蠢，霰霉终为好氧麓，靠 呼吸产能并提供合成菌体的，申蚓体，就发酵产物而商，其发酵类粼属混合酸 发酵，它经e m p 途径串成丙酮酸，然后进入t c a 循环，副产物是乳酸的前 体秘嚣戮酸在一些酶的俸霹下尘残戆。 1 3 4 乳酸生产方法的比较 化学合成法的缺点是产品为外消旋乳羧即d l 乳酸，另外，幽乎台成法 雳鬻爨羁是己醛鞠囊毒秘整氟醒，尽嚣美鹫食螽鞫驽餐繁莲最( f d a ) 已 将合成乳酸列为安全品。但发达国家还越不能放心撼使用台成法制得的乳酸 t o ，凶而，合成法生产飘酸大大受到了限制，此外，熬生产成本也较高。 酶法生产乳酸虽然可以愿到旋毙憷专豹爨簸，键工艺毪鞍笈聚，瘟霸 劐工韭土还璃譬毒予蹬究。 微生物发胖法奠：，“：乳酸，可以通过简种和培养祭件的选择而获樽具有立 体专性的d w 乳酸或l 乳酸或者两种异构体以一一定比例混合的d l 乳酸消旋 髂，塔满足生产聚毳致弱嚣爱。发酵漆生产嚣鼗豫熊叛蔼鼙藉等肇耱碧溪饕 9 ，还髓以淀粉、纤维紊为驻科述章亍堡产，利甭这螫可稃生瓷澡不会导致大 p pc o ：的净：t 曾j m ，不引起温室效应。闭此，微生物发酵法生产乳敞因其原 料来源，一泛、q g - “- 成本低、产品光学纯度毒、安全矬麓等优点丽成为生产乳 羧的重要方法。 6 1 4 国内外l 乳酸的生产状况 目前世界上乳酸的总生产能力约为2 5 万吨年，产量约为1 3 力口遗，年，主 蘩拿产超区为荧器、蔼欧、霞本和中蓠簿，近8 0 麴生产厂家采用发酵法遴 行生产。 世界最大的乳酸生产企业是荷兰的普拉克( p u r l s o ) 公司，总公司在荷兰， 美国、巴西没有分公司，生产糍力合计为8 力- 睫年，实际产：量约为7 万吨 年，全部采舔发酵法生产p j 。 美国的生产家主要是a d m 公司( 生产能力为5 0 0 0 吨年) 和斯特林化 学公司( s t e r l i n g ) ( 生产能力为1 万吨，年) 。美国的邋化学公司和g a r g i l l 公司缀盛麓合资公司g a r g i l l d o w 3p o l y m e r 公司褒 9 9 4 年建成4 0 0 0l 龟， 年聚乳酸生产激蒋，并予2 0 0 1 年将 ：产能力扩至1 2 5 万吨年。 h 本乳酸生产厂家有武减野化学公司( 生产能力为8 0 0 0 吨年) 和大赛 珞化学公司( 冀三产能力为6 0 0 0 吨，年) 。这两家公司均采用合成法生产外消旋 乳羧。引入注瓣翡是，曩本瓣_ | ；i f 毳酸雯产蹩不大，声赫主要袄靠逮霞。 我田乳酸工业开始于2 0 世纪6 0 年代，起步发展于8 0 年代中期，至9 0 年代初期，我刚乳酸生产和消费得到了快速发展，成为世界重要的乳酸生产 燃之。目静，我圈正誊生产乳蔽豹j 一家煮2 0 衾家，毖生产糍力约为2 5 万 吨，年，实际产蹩约为1 5 矗吨年。预计弼2 0 0 5 年，我国乳酸的总需求量将 达到14 万吨。并且生产的乳酸产品除满足国内需求外，每年将有一定量的出 v i ，1 屯要是 ，1 本、韩嗣以及其他些东南溉国家和地区。 羲疆不投羽途j 1 泛建蠢不鹾芗大之势，乳羧慧叟携瓣玎发力蹙逡在逐霉 加大。世界乳酸需求量增加很快，每年以6 左右的速艘增加。根掘预测，未 来5 年内国际市场高质量发酵乳酸需求量将以6 8 的年均增长率递增， 豫胶、北美等工业发达她区的年均增长率将达到8 1 0 ， i 且产璐国离质 羹方南迈遗，离鹳次躲己一嚣酸、精裁乳酸、聚巍酸、粉状巍酸的需求和应雳 领域将越束越广泛f ”。 l 。5 国内外发黪法生产l 。乳黢的硬究现状 1 7 8 0 年璃藏化学家s c h e e l e 最早在酸牛巍中发璃乳羧，1 8 4 7 年，b l o n d e a u 确认一种发酵过程的最终产物是乳酸，在乳酪、香肠、泡菜等食品的发酵生 产过程中使用酸乳和大规模生产乳酸生产迹要追溯到1 8 8 1 年的美国，1 8 9 9 年，b o u l l a n g e r 串壤了由嚣酸霉瑟觋在豁嘏霉( r h i z o p u s ) 或毛霉( m u c o r ) 生产乳酸的专利，1 9 t 1 年斋藤确认根霉所产乳酸为l ，溅1 。乳酸发酵于本世 纪5 0 至6 0 年代在生物化学方面取得了较大的进展，现在币丌始着手在遗传 1 程方面改良乳酸生产菌。 鑫熬器孛霹i ”生毳酸翁徽垒耱狠多，键产酸麓力嘏、在工监上广泛应嗣 的主要有霉菌中的根霉属( r h i z o p u , s - ) 和细菌中的乳酸瞬类。根霉属中常用的 灏种有米根拣( r h l 。r 皿a # ) 、 j ：走根霉( r h l 一如 盼r j 、小麦脯擞霉( r h l r i t & 5 ) 霸荚溅襁霉t r h le ：e g c m s ) 焖。魏酸莹中鬻媾抟主要畜强下蠲个震申 的网十余种，即乳事f 菌属( l a c t o b a c i l l u s ) 、链球菌满( s t r e p t o c o c c u s ) 、明串 珠菌属( l e u c o n o s t o c ) 、摊球菌属( p e 矾o c o c c u s ) 。近年来，也有用嗜热脂肪 芽孢拇蔼( b l w e u _ ，硎确汀m o p h e u s ) 萋秘凝结芽熬抒落( b a c i l l u sc o a g u l a n s ) ： i ，“一巍酸的撤道l ”h 。隧饕基因工程鞠发震，逶遭改变大疑轷蘩黪饯辩途径， 选疗出了乳酸的高产菌株。用基因重绢方法构建的大肠杆菌生产乳酸有许多 好处，第一，可以生产旋光纯的乳酸：瓣二，大肠杆麓可以利用各种糖。 i 1 禳霉发酵法生产l 。嚣羧静研究 像其它丝状真菌+ 样，根霉表现出复杂的生长形奄，主要有蔺越、菌球 和大块聚集物。其生长形态主要受到以下些因素的影响：菌种生长的特性， 蓉养供应菝况，滚葬蓥韵p h 馑，撬箨，透气，蓉静爨酾羹囊浓蹙等。舀囊， 在寝霉发酵雯产l 一乳酸磺究中，通过控潮菌体形态使之聚集成为淹大小静 球体进行乳敝发酵，因其搽作简便、赞用低而成为研究的热点。能影响菌体 形态豹阏素很多，两每个研究单位只是蛾究了单一趵豳素对菌体影态和产酸 船影舔，各静戮豢霹蕾体形态麓蛰矮黟嘲还专遵嚣过磅究。 1 5 2 细菌发酵法生产l 乳酸的研究 乳骧萤( l a c t i ca c i db a c t e r i a ) 是搬越发释糖、主装生藏乳酸数缨慧豹总 髂。箕大多数为攀兰氏鬻性蕊一( g + ) ，无烈子，不运动，藤注瑷戴。国于襄酸 黼自身合成b 族维生素和氮躲酸的能力肖限，使其营养要求很高，在合成培 养旗二难以生长。大多数l ”乳酸产生菌属于乳杆菌或链球菌属。般乳酸菌 疑生或一莉构塑翡毳酸一l - 巍酸或0 一羲酸，毽商露氇会堂藏袈多爨憋雯一黎 构型的乳陵。乳酸髓氯簿( l d h ) 具有立体特异往，巍酸菌缩稔内裁酸脱氢 酶的同分异构形式决定了产物乳酸的同分异构现象。 1 5 。3 螽蘩霹稷霉建产毛辱酸黪蠹褛一 根霉瞽养繁求简单，只需要无视氮及少鳖其它无梳麓。乳酸瓣蔼满于他 能异养型微璺! 物。他们缺乏对许多有机化合物的合成能力，必须出外界提供 多神营养物质和生长困予，如各神氮基黢、维生紊、拨酸躐基等，雳憩缀好 於鬟三长发育a 英中聂重要的蕾券是可溶靛蛋白、二默、氯基酸、磷酸麓，铰 盐及维生素物质，因此合滔的氮源是蛋囱水解物、氨蕊酸、肽和强臼胨等。 用根霉进行乳酸发酵，衾形成很大的菌丝团，从两影响物质的传递。此 钤，投霉在发黪避翟巾嚣要通气援转，动力谤耗毖嫒大：羹爱鲍较高，终占 总黎雳的i 3 。细藩乳酸发醛可以存兼链条件下进行，减少了透气的能餐清耗： 墨笙墅塑叁璧塑!二兰篁笙苎一 简便了操作+ 降低了生产成本。 投霉器酸发酵转他搴较低，副产物较多，提取髓铡比较窭难。缨萤乳酸 发酵的藉翻鞘率毫，鹱论转纯率最赢可达1 0 0 。 1 , 6 我国乳酸工业的特点 总的来看，我凋乳酸t 业斧处于羹龄静发震时期，具有以下特点”； ( 1 ) 飘酸生产技术经过长蘩努力巴墩得了突破毪避震，经遵避步完善 ( 如采用专用设备和解决放大问题) 并实行规模生产，则具有较强的国际竞 争力，今后还应在优良菌株的选育、发瓣设备的改进和改良乳酸提取工艺等 穷蠢翔强磅究。 2 ) 俸为藐酸工业发糕鲶重要条件市场，经过长麓工作已有重要开 拓，特别是我闳相关行业融在加速产业结构调整和产晶优化升级，玎辟了更 为厂。溻豹市场。w 下。的加入将为我因乳酸出口创造更为有剥的条件。 ( 3 ，根撼我蓬可持续发震战蝰，传统璧羁造藏躲“鑫色污染”邑受蚕鬻 家的严格限制。采用可再生资源为原科黩过生物投术鼹终生产可生物降解的 聚乳酸已是历史的选择，并已提到同程上来，其发展6 口景可达百万吨以上。 ( 4 隧辫我翅农业持续稳定魏发袋，爨馥生产艇霰熟丈米、玉岽等嚣辩 供应充是。奁农撼糗囊产爨迅速提高瀚攘嚣一f ，翅筒格穰食声晶潦行深度热 ：孔生产高刚加值的产品，已经现实地攥在我们强甜，因而大力摊简乳酸产 澄对推进我剁大米尤其是低档米和玉米的工业转化具翁重要意义。 l 。7l 翼酸生产替兹选育+ 1 7 ，1l 一乳酸的生物合成及椭关代谢途裰 乳酸发酵最常用的碳源悬葡萄糖。黼萄糖在磷酸媳蛋白和细飚膜阔豹特 舅性麓錾熬律耀f ，薮磷溪纯成6 磷陵麓蘩藜，爨屠释翰天塑霸熬凌。奁这 个反应中育磷酸烯醇式丙粼酸晌参加，个磷酸烯簿武丙酮酸w 产生一个 a t p ，因此，镄输入一个葡萄糖分子就繇消耗一个k i p 分子f 3 】。 葡萄糖避入缎照螽的代 澎婊微生物的不囊两不丽，嚣酸藿矮予蒸蛙埂氧 麓耧厌氡萤。4 瞧t f j 爱麓遥越发酵馋溪避符骧静代落，代落遂疆鹣终产耱豫了 能量外主要恩乳酸和一些还原性产物。由于乳酸菌胞内酶系的差辩，其代谢 逡经分为三淡，即同型发酵( h o m o f e r m e n t a t i o n ) 途径，弹型发酵 ( h e t e r o f e r m e n v a t i o n ) 途径j i ： 双薮途径( b i f i d u mp a t h w a y ) 。瑟装途径蠢瘸子 异型发酵途径。不露嚣酸麓代落途径及羲酸梅型觅凌1 - 3 1 2 t 。 ( 一) 同激发酵途径( h o m o f e r m e n t a t i o np a t h w a y ) 葡萄糖经e m p 途径分麟为丙酮酸，然后在乳酸脱氮酶的髂娜下，弼酮酸 鬣接露为笺受体，还原兔乳黢，翅蜜1 - 2a ) 所承。 一三二塑二三一一一 一一 表1 3不同乳酸菌的代谢途狰及发酵乳酸的构型 德氏毳拇菌 + 一 d 保加利甄乳杆菌 十 一 d ( ) 千酪孚l , f t 龄 + ， 一 l ( + ) 鼗动毳抒藏 +一k p j 蹬霰i 孚l 耩麓 l + ， 玉米乳杆灏 + ， l ( + ) 马q j g l ；f lw 蔺 + 1 j 一( + ) 小鼠乎- l 4 q 熵 + 一 l ( 斗) 蔻翼括甍 一dl 发酵乳抒麓 -+、dl 戊糖乳杆阕 + 一 l ( 十) ，少量d 嗜酸乳杆黼 十 - l ( 十) ，少量d 渍涩翼拇滚 q - p ，少量d 毳酸乳球落 + - d 一) 芽孢乳秆黼属 + 一 d ( - ) 链球菌餍 + - l 啤酒片球蕊 + ，一dl 蕊蠖双较秆爨 - l p ( = ) 肆型发酵途径( h e t e r o f e r m e n t a t i o np a t h w a y ) 巽型发黪逡径又豁为6 。磷酸葡萄撼黢途径( 6 p - g t u c o n a t ep a t h w a y ) 。异型 乳酸发酵甍跤乏e m p 途径麓关穗酶一醚籁鹣蠢磷酸蕊薅舅麴酶，戳魏，饔甍 猕f l j ；n _ 始降解愚通过磷酸成糖途径( h m p ) 进行的，即葡萄糖经6 ”磷酸葡萄 糖酸生成5 储漩核酮糖，姆经差向异构獬作用生成s 。磷酸木酮糖，后者经磷 羧醚熬戆嚣纯，分舞巍3 ，辚酸嚣襄瑟窝乙蕺臻酸。 3 一磷酸营滴醛经e m p 途径生成丙糯酸，孬在巍酸靛氢酶黥镁纯下，丙醚 酸最终被还原为乳酸。乙酰磷酸经磷酸转乙酰酶的作用生成乙酰c o a ，然后 程乙醛脱氯聪和乙醇脱氢酶的作用下生成乙醇，如图1 28 ) 所示。 ( 三) 戏歧途径( 器i f i d u mp a 强w a y ， - + 双歧杆蔺属的细菌是通过双歧途径分解葡萄糖而产生乳酸a1 出于产物除 乳酸外，还有乙酸的形成，因此，从广义上讲，其代谢也可归属于舜型发酵 类型，但甭尉予其它乳酸麓勰异型发酵獒壁。 毅歧抒蕊没有醛藤酶，也浚膏6 磷酸篱篱糖羧氨酶，不l 通避嚣麓p 途 经发酵葡萄糠，但具有活性磷酸酮解酶撩，这是双歧潞径的关键酶。双歧途 释有两个特，第一，双歧途径有两种磷酸酮解酶参与反应，即6 一磷酸果糖 鲻黪酶努6 一攒淡累鞲努勰为乙醚磷鼗嚣4 一磷酸赤簿穰，5 一磷藜零灏藉黧 、葡萄蒲 a ) 击 6 磷酸葡萄精 ， 山 6 一磷酸果糖 山 1 6 一二磷酸暴犍 一 磷酸羟丙刚_ 3 磷酸甘油醛 v l ，3 一二磷酸甘油酸 啦 3 m 磷酸甘油酸 审 2 - 磷酸薄潴酸 审 磷酸烯醇式涎酮酸 啦 丙剃酸 乳酸脱氢酶 乳酸 n a d n a d + b ) 繁蘩糖 古 6 一磷酸葡萄糖 山 6 磷酸葡萄糖酸 山 5 一磷酸核酮糖+ c 0 2 v 5 一磷酸术酹耱 乙醚磷酸3 一磷酸彗油醛 啦 4 乙嫩c o a l ，3 二磷酸甘油酸 中山 乙醚 3 一磷酸甘油酸 寸小 乙醇 2 一磷酸甘油酸 中 磷酸烯醇式丙酮酸 啦 丙酮酸 魏酸魏氢酶 n a d h n a d + ，乙酰磷酸啼乙酸 一 力6 ，磷酸梁糖呻4 * 磷取赤薪糖 蕊莓糖弋一一。 。是。乙酰磷酸一己羧 4 6 _ 磷酸襞糖_ 磷酸戊糖岛3 一磷酸甘油醛q 丙酮酸_ 乳酸 陶i - 2 乳酸菌的代谢途径 a ：同型发酵途径，b ：异型发酵途径，c ：双歧途径 芯 蕊矗 解酶将5 一磷酸木酮糖分解为3 一磷酸时油醛和乙醚磷酸。生成的3 磷酸卡中 油醛在3 一磷黻甘油醛脱氯黼和乳酸脱甄酶的作用下转变为乳酸：己酰磷酸在 乙酸滋蓦麴佧用f 生裁乙酸，生成乙酸的爱癍是与a d p 生残a 7 、p 筑复瘟掴 髑联的。两异受发酵途褥强存在焉一种磷酸酮解酶。第二，在双缓途径中， 育葡萄糖分解为乙酸和3 滞酸甘油醚的过程没有氧化反应和脱氯反应发生， 如图1 2c ) 所示。 l + 节2 优良萤棒庭其有静特链 发酵工业使用的生产菌株的特性与发酵工业t 乜产的关系极为密切。适于 乳酸i 业生产的乳酸细菌应具有如下一些特性： ( ) 为闷黧毳蘸发酪类塑鹃毳酸萤。酸类鍪乳酸慧斡骧转讫零禽，理论 转化率为 0 0 ，且副产物少。 ( 2 ) 营养鼗求简单。乳酸菌属于化船异养型微生物，营养要求篑杂，必 须提供蚤静氮蠼酸、维生褰、棱酸等謦券豳子，如能鲻他培莠基缀戏，可太 螨度簿低生：成本，并基可鞋篱纯蜃提敬= ：【：艺。 ( 3 ) 酬商酸。驸高酸黼鬣乳酸的反馈抑n 4 , ，对乳酸有较高的州受性， 能大量积累乳黻，有益于乳酸产量的提高。 ( 4 ) 翻离濒e 毳酸蕊翟! 陡趣爨运懑度一羧为3 0 4 0 + c ，热麓在5 0 4 c i 三；主 滚痿进行发酪，币仅可阻掇簿发簿速度，缩短发酵前期，还可以避免染菌。 l - 7 3l 一乳酸簪产菌株的选育 嚣良静辩生物蘩嚣t 爱发黪工盐憝鏊戳馥关毽，要穗袭簿_ i 壁产箍豹转粪、 产餐和质量有较大的改善，首先必颁逡努憔能优良盼生产菌种。赢按从自然 界得到的菌株为野生型菌株，事实i 二，从自然界赢接缓得的野生型黼种往往 低产甚至刁；产所蒜豹产物，只有经过进步的人：j ：改造爿。能真死慰予工业蓑 醚生产。传统的漆交露逮方法、舔生质体融螽零蓦圜工程弯褥舔霹孀予改变 乳酸细菌的一t l i 能。 1 7 3 。o 跨墨剂 蔑是麓器器薯蓰高突变率游殍耽霹索均可称秀诱变裁。一蔽蟪，诱交裁 可分为物理诱变剂和化学诱变荆，前者包括紫外线、射线、y 射线、快中 n 激光、趣声波等，后暂包括! ：i e 硝酸、烷化剂、羟艘、硫酸二乙黼、甲基 臻黢乙臻、疆磷基瓢等。强翦，经誊采磷魏诱变裁主要怒紫努凌、鼹磷酸、 硫酸二乙酯( d e s ) 、亚携蕊憨( n t g ) 。 1 7 3 1 1 紫外线 在诱交窍种审，黯诱交裁的要求是篌遗传耨囊改变鞍夫，蕊于产望阐复 丕望壁墼叁堂塑! ：至鳖堡塞一 突变的诱变剂，这样获得的突变株，其突变性状稳寇。n t g 和d e s 等烷化剂 虽然能弓i 起薅几翠豹变异，但他们多引起碱基对转换突变，褥到的突变株性 状葛发生回复突变，露强燕髭弓l 起染色体臣丈损伤、移羁突变翁逶变絮妊絮 外线、y 射栽等却届示了优越的性能。 紫夕卜线的波氏为1 3 6 n m 、3 9 0 n m ，其中波长为2 6 0 n m 的紫外线杀菌能力最 谶。丸王制俸的蘩羚诱变灯发出拘紫井线波长为2 5 3 7 r a n ，奠不仅系蓥我力 强，两露、稳定，秀变效粜好。缆已证 ! ； ，紫夕 线静生物学效应主蚕鼹g 起d n a 的结构发生变化【1 2 l 。d n a 分子强烈吸收紫外线，可引趟d n a 链的断裂、d n a 分子内部和分子i 、日j 交联、拔酸与蛋白成交联、嘧啶水合作用以及形戚嘧啶 爨倦。羲虽弱经涯臻，麴豫壤啶二聚体鹣澎癜建紫多 线酸变d n a 分予菇褥及 生物活性豁烹瑟途径，胸艨瞎睫二聚体静形成理论上其有重要的生物学意义。 d n a 两条饿恻胸腺嘧啶形成二聚体，会妨碍d n a 链的f 常解开与复制；同 惫链相邻嬲躲嚏睫形成：”：聚 奉，会妫鼹硪基懿矛鬻醚对，从丽弓 起生物体 麓纂蠢突变袋聚亡。二聚体薜至蔽谴嚣帮频率著嚣竞垒瑟辊静，掰跫与黎翼 的碱基序列有关。 + 1 7 ，3 1 。2 烷化剂 麓讫裁燕掇为重要静樊诱变莛，荦枣类穰多。这类诧台秘中煮个或多 个活性烷誉，能与核：浊：酸分子中的磷酸蕊、嘌呤、g 密蛾等碱基超烷化作用或 姆d n a 分予作用而造成d n a 的损伤。在烷化剂中凝常用的是硫酸二乙酯和 撼稿羹骚。 烷纯裁瓣诱交亍仁薅楚由次数俸弼弓 邋静，种可畿楚被婉纯蒯的碱罄电 离或互变异构，、另一种是由于嘌呤n t 位烷化，活化t 口糖苻键黼遣成脱嘌 岭作用，从而导致g ；c a ：转换或导皴g ：c t a 和g j c c j o 颧换突变。 虢漂呤 葶露司慈是蕊讫翁产：童诱交佟爱瓣主簧原因。 1 7 3 1 3