第8章乳酸发酵工艺.ppt

乳酸发酵生产工艺LacticacidFermentationProduction 一 概述Introduction 生产方法 化学合成 10 和发酵法 90 广泛应用于化工 食品 医药领域目前普遍使用DL 乳酸L 乳酸天然性 将是发展方向 特别应用聚乳酸 可降解生物材料 广泛存在于人 动物 植物及微生物体内 旋光异构体 细菌乳酸途径 厌氧菌或微需氧菌 按发酵糖类过程和产物不同 可分为同型和异型和双歧乳酸发酵 二 代谢途径及产乳酸微生物 1乳酸代谢途径 同型乳酸发酵 它们利用糖经糖酵解途径生成丙酮酸 丙酮酸还原产生乳酸 发酵产物中主要为乳酸的称为同型乳酸发酵 如乳链球菌 Streptococcuslactics 乳酪链球菌 Streptococcuscremoris 干酪乳杆菌 lactobacilluscasei 保加利亚乳杆菌 Lac bulgaricus 等 2H 乳酸脱氢酶 C6H12O6EMP2CH3COCOOH2CH3CHOHCOOH同型乳酸发酵的特点 1mol的G产生2mol乳酸 理论转化率是100 另外有很少量的乙醇 乙酸和二氧化碳等 同型乳酸发酵 葡萄糖 3 磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 2 1 3 二 磷酸甘油酸 2乳酸2丙酮酸 同型乳酸发酵 2NAD 2NADH 4ATP 4ADP 2ATP2ADP LactococcuslactisLactobacillusplantarum 异型乳酸发酵 发酵产物中除乳酸外同时还有比例较高的乙酸 乙醇 二氧化碳等 称为异型乳酸发酵 其生物合成途径有两种 a6 磷酸葡萄糖酸途径 通过该途径 1mol的G产生1mol的乳酸 乳酸对糖的理论转化率是50 另外有比例较高的乙醇 乙酸和二氧化碳等 肠膜明串珠菌 Leuconostocmesenteroides 及葡聚糖明串珠菌 Leuconostocdextranicum 通过该途径进行异型乳酸发酵 异型乳酸发酵 葡萄糖 6 磷酸葡萄糖 6 磷酸葡萄糖酸 5 磷酸木酮糖 3 磷酸甘油醛 乳酸 乙酰磷酸 NAD NADH NAD NADH ATPADP 乙醇乙醛乙酰CoA 2ADP2ATP 2H CO2 磷酸戊糖酮解途径PK bBifidus途径 双歧途径 双歧杆菌 Bifidobacteriumbifidum 进行的乳酸发酵也是一条磷酸解酮酶途径 该途径的特点是 有两个磷酸酮解酶参与 在没有氧化作用和脱氢作用下 2分子G分解为3分子乙酸和2分子3 磷酸甘油醛 接着 在3 磷酸甘油醛脱氢酶和乳酸脱氢酶的参与下 3 磷酸甘油醛转化为乳酸 转化率为50 磷酸己糖解酮途径HK 2葡萄糖2葡萄糖 6 磷酸6 磷酸果糖6 磷酸 果糖 4 磷酸 赤藓糖乙酰磷酸 2木酮糖 5 磷酸 2甘油醛 3 磷酸2乙酰磷酸 2乳酸 2乙酸 乙酸 磷酸己糖解酮酶 磷酸己糖解酮酶戊 逆HMP途径 同EMP 乙酸激酶 双歧发酵 特别提醒 微生物的代谢途径一般都不是单一的 不论同型乳酸发酵还是异型乳酸发酵 实际代谢产物都不象代谢途径中那样单纯 两类乳酸发酵的代谢产物没有不可逾越的界限 应用范围 同型乳酸菌发酵的微生物已经用来发酵产生乳酸 异型乳酸发酵的微生物 例如双歧杆菌 已经用于发酵生产活菌饮料 米根霉乳酸途径 好氧异型发酵 和细菌异型发酵不同 通过糖酵解途径 副产物有 乙醇 富马酸 琥珀酸 苹果酸 醋酸乳酸对糖转化率为 75 可以以淀粉为原料发酵糖酵解成丙酮酸 存在三条途径1 丙酮酸脱羧酶 乙醇2 丙酮酸羧化酶 草酰乙酸 形成三羧酸循环副产物 富马酸 苹果酸 3 L 乳酸脱氢酶 L 乳酸 米根霉乳酸途径 缺点 提取过程中杂酸较难去除 L 乳酸纯度下降 严重时产生白色沉淀 优点 好氧条件下 合理控制营养和环境条件 可以为同型乳酸发酵 糖转化率接近细菌的同型乳酸发酵 注意 微生物产乳酸的那种光学异构体 由胞内乳酸脱氢酶决定1 L 乳酸脱氢酶2 D 乳酸脱氢酶 2乳酸发酵微生物 乳酸细菌 1 乳酸菌分离酿造发酸食品采样泡菜形式富集碳酸钙透明圈法分离 倾注法倒平板 2 产D 乳酸细菌德氏乳杆菌 77g L 转化率90 D 乳酸比例 90 保加利亚乳杆菌 40g L 转化率72 D 乳酸比例 99 左旋乳酸芽孢杆菌菊糖芽孢乳杆菌 98g L 转化率97 D 乳酸比例 99 2乳酸发酵微生物 乳酸细菌 3 产L 乳酸细菌乳杆菌 链球菌 芽孢杆菌趋势 嗜热乳酸杆菌 厌氧高温发酵 50 以上 部分微生物乳酸全部为L型 部分含少量D 乳酸产乳酸细菌较多 根据需要选择个别菌属可产淀粉酶 嗜淀粉乳杆菌 2乳酸发酵微生物 米根霉 果园 菜园 花盆土壤中或谷物上分离马丁 Martin 培养基分离纯化最适温度30 产酸多 副产物多 对糖利用效率低 但可以以淀粉为原料 分泌淀粉酶 糖化酶 三 乳酸生产工艺 1原料及预处理 碳源1 蔗糖2 糖蜜3 葡萄糖4 淀粉辅料 麦根 麸皮 米糠 玉米浆 毛发水解液 2发酵工艺 细菌发酵工艺 1 菌种 德氏乳杆菌 A 同型乳酸发酵的乳酸菌B 营养要求简单C 耐高酸 反馈抑制作用小D 耐高温 最好在50 以上2 菌种扩大培养 种量5 10 菌种成熟指标 乳酸5 7g L 细胞含量7 8 1010个 ml 镜检可以看到2 4个细胞排列成链 原生质均匀 无大的异染颗粒 无杂菌 2发酵工艺 细菌发酵工艺 培养基配方 还原糖15 麦根3 75 磷酸氢二铵0 25 碳酸钙10 种子培养 50 24h 接种量1 10 发酵操作 填料系数0 8碳酸钙分批添加 控制pH不低于5 0温度 50 发酵罐敞口 利于二氧化碳逸出残糖低于1g L发酵结束周期 5 6d发酵结束 加石灰乳调pH10 0 提温至90 澄清后进入提取工段 米根霉发酵工艺 斜面孢子 30 4d种子培养基 葡萄糖11 尿素0 2 KH2PO40 06 MgSO40 025 ZnSO40 088 CaCO31 pH自然 34 24h发酵培养基 葡萄糖15 尿素0 2 KH2PO40 02 MgSO40 025 ZnSO40 044 CaCO36 7 单独灭菌 pH自然 34 32 34h发酵结束 氢氧化钙中和至pH7 0 压滤或离心去除菌体 3提取工艺 发酵液 预处理 碱化 提取 粗乳酸 精制 成品乳酸 1 细菌发酵预处理发酵结束 5水合乳酸钙 发酵液变粘 糖浓度高固化发酵结束升温至90 100 加入石灰乳 pH调至9 5 10 0 静置4 6h 维持温度55 沉渣清液分离活性炭60 70 脱色 去除色素 3提取工艺 发酵液 预处理 碱化 提取 粗乳酸 精制 成品乳酸 2 米根霉发酵预处理发酵结束 氢氧化钙中和pH至7 0 升温至80 90 板框压滤机过滤 去除菌体和过量碳酸钙 滤饼热水洗涤压干滤饼 合并 乳酸钙结晶酸解工艺 滤液 浓缩 冷却结晶 离心洗涤 加热溶晶 酸解 硫酸 过滤 去除硫酸钙 脱色 活性炭 粗乳酸 乳酸钙常温下溶解度 5 水溶液pH6 0 7 0 乳酸钙浓度达11 14波美度可自然结晶 1 浓缩 12 13波美度 乳酸钙26 28 杂质影响 杂质增加1 乳酸钙溶解度增加10 浓缩前要除杂 乳酸钙结晶酸解工艺 2 结晶初始温度30 23 1h 投放6 7 晶种23 18 1 5h 后温度每1h降低2 终温10 保持3 5h 晶核形成 不能搅动或震动 否则会形成粥状结晶 无法和母液分离影响结晶因素 起晶诱导时间 晶核形成速度 晶体成长速度 针形珊瑚状结晶 精制原料球形珊瑚状结晶 粗原料 3 离心洗晶晶体经粉碎机打散成小颗粒晶体 甩虑离心机加水洗涤粘附在晶体上的母液 乳酸钙结晶酸解工艺 4 溶晶酸解乳酸钙晶体 溶解槽 通蒸汽升温溶解 酸解槽 50 浓硫酸酸解 酸解时放热 需冷却使料温不超80 防止乳酸钙分解0 1 甲基紫检测 合适 菊黄色 酸过量 绿色 乳酸钙过量 紫色注意 控乳酸浓度不超22 温度80 内 硫酸过量0 5 以下 溶液中石膏的过饱和系数为1 3 1 4 石膏晶体成熟1h 乳酸钙结晶酸解工艺 5 过滤脱色0 5 3 粉末活性炭脱色30min 可得20 左右浓度的乳酸溶液注意 乳酸钙溶解度大 约30 乳酸钙存在于母液不能结晶分离