有机酸工艺学-2010版_图文

1、目录第一章 前言 . 1一、微生物工程与发酵工业 . . 1二、发酵产品的特点 . . 2三、微生物工业的范围 . . 2四、微生物工业概况及发展趋势 . . 2五、有机酸发酵 . . 3第二章 柠檬酸 . 3第一节 柠檬酸发酵简史 . . 3一、世界柠檬酸发酵工业 . . 3二、国内柠檬酸产业 . . 4三、我国柠檬酸产业面临的主要问题 . . 5第二节 柠檬酸类物质的性质及用途 . . 7一、柠檬酸的结构 . . 7二、柠檬酸的物化性质 . . 7三、柠檬酸的用途 . . 7四、柠檬酸盐 . . 9五、柠檬酸酯 . . 10六、柠檬酸的生产方法 . . 10七、柠檬酸的生产工艺 . . 1

2、2第三节 柠檬酸产生菌 . . 12一、黑曲霉 . . 13二、酵母 . . 15第四节 黑曲霉柠檬酸发酵机理 . . 16一、柠檬酸的合成途径 . . 16二、黑曲霉柠檬酸发酵的代谢调控 . . 18三、氧对柠檬酸积累的调节 . . 22四、柠檬酸的转运 . . 22五、培养条件对柠檬酸积累的影响 . . 23六、黑曲霉柠檬酸发酵机制总结 . . 25第五节 黑曲霉生长和发酵条件 . . 26一、黑曲霉的化学组成 . . 26二、黑曲霉的酶系 . . 27三、黑曲霉生长和发酵的营养条件 . . 27四、黑曲霉生长和发酵的促进剂和毒害剂 . . 30五、黑曲霉生长和发酵对环境的需求 . . 3

3、1第六节 酵母菌积累柠檬酸的机理 . . 33一、概述 . . 33二、利用正己烷为原料积累柠檬酸 . . 34三、利用葡萄糖为原料积累柠檬酸 . . 35第七节 发酵原料及其预处理 . . 36一、发酵原料 . . 36二、原料预处理 . . 37第八节 菌种扩大培养 . . 41一、工艺流程 . . 41二、菌种的扩大培养 . . 41三、孢子收集与保存 . . 42第九节 柠檬酸发酵工艺 . . 43一、营养要求 . . 43二、温度控制 . . 44三、 pH 控制 . 44四、接种量和接种方式 . . 45五、溶氧的控制 . . 45六、薯干原料的液体深层发酵工艺 . . 46第十节

4、 柠檬酸表面发酵工艺 . . 48一、表面发酵的干孢子接种 . . 48二、表面发酵设备 . . 49二、培养基制备 . . 50三、接种 . . 50四、发酵工艺 . . 51五、菌膜的处理和利用 . . 52第十一节 柠檬酸固体发酵工艺 . . 52一、生产工艺 . . 52二、主要原料 . . 53三、生产菌种 . . 54四、固体发酵设备 . . 54五、发酵条件和工艺 . . 54六、影响固体发酵柠檬酸的因素 . . 55七、杂菌的污染与防治 . . 55第十二节 柠檬酸发酵污染菌及其防治 . . 56一、柠檬酸发酵常见的污染菌 . . 56二、杂菌污染原因 . . 57三、杂菌污染

5、的药物防治 . . 57第十三节 柠檬酸提取工艺 . . 58一、发酵醪预处理 . . 58二、发酵液的过滤 . . 60三、发酵液的中和 . . 61四、酸解 . . 62五、柠檬酸溶液的净化 . . 64六、浓缩 . . 64七、结晶 . . 65八、干燥与包装 . . 65第十四节 柠檬酸工业副产物的利用 . . 66一、黑曲霉菌体的利用 . . 66二、中和滤液的利用 . . 67三、石膏渣的利用 . . 68第十五 柠檬酸菌种改良 . . 68一、菌种改良的总体思路 . . 68二、利用准性循环来获得突变株 . . 69三、利用基因工程进行菌种改良 . . 70第三章 乳酸 . 70

6、第一节 乳酸发酵简史 . . 70第二节 乳酸的性质 . . 71一、乳酸的结构 . . 71二、乳酸和乳酸钙的理化性质 . . 71第三节 乳酸及乳酸钙的用途 . . 72一、乳酸及聚乳酸的用途 . . 72二、乳酸钙的用途 . . 73三、其他乳酸衍生物的用途 . . 74第四节 乳酸发酵机理 . . 74一、同型乳酸发酵 . . 74二、异型乳酸发酵 . . 75三、双歧(Bifidus 发酵途径 . 75第五节 乳酸生产菌种 . . 76一、细菌 . . 76二、米根霉(Rhizopus oryzae . 77第六节 乳酸发酵原料 . . 77一、乳酸生产原料 . . 77二、乳酸生产

7、的辅助原料 . . 79三、原料的预处理 . . 80第七节 乳酸发酵工艺 . . 80一、水解糖发酵工艺 . . 80二、淀粉并行发酵工艺 . . 81三、根霉发酵工艺 . . 81四、细菌乳酸发酵技术要点 . . 82第八节 产品的提取和精制 . . 83一、发酵液的预处理 . . 83二、乳酸提取工艺-前结晶工艺 . . 84三、乳酸钙直接酸解(一步法工艺 . . 86四、乳酸提取新技术 . . 87第九节 乳酸发酵新工艺 . . 88一、固定化细胞和固定化酶技术 . . 88二、原位产物分离乳酸发酵 . . 89第四章 葡萄糖酸及其衍生物 . 90第一节 葡萄糖酸的性质及应用 . .

8、90一、葡萄糖酸的理化性质 . . 91二、葡萄糖酸及其衍生物的用途 . . 91第二节 葡萄糖酸发酵机理 . . 92一、发酵机理 . . 92二、葡萄糖酸发酵微生物 . . 93第三节 葡萄糖酸发酵工艺 . . 94一、黑曲霉葡萄糖酸钠发酵工艺 . . 94二、黑曲霉葡萄糖酸钙发酵工艺 . . 96三、细菌发酵工艺 . . 97第四节 产品的提取和精制 . . 97一、葡萄糖酸钙结晶 . . 98二、葡萄糖酸结晶 . . 98三、一水葡萄糖酸结晶 . . 98四、葡萄糖酸 -内酯结晶 . 99第五章 衣康酸 . 99第一节 衣康酸发酵简史、理化性质及用途 . . 99一、衣康酸发酵简史 .

9、 . 99二、衣康酸的理化性质及用途 . . 101三、衣康酸的用途 . . 101第二节 衣康酸生物合成机理 . . 103第三节 衣康酸发酵微生物 . . 105一、衣康酸发酵微生物 . . 105二、衣康酸发酵菌种的选育 . . 106第四节 衣康酸发酵工艺 . . 106一、蔗糖为原料的衣康酸发酵工艺 . . 106二、淀粉为原料的衣康酸发酵工艺 . . 108第五节 衣康酸提取工艺 . . 109一、浓缩结晶法提取工艺 . . 109第六章 氨基酸发酵-谷氨酸 . 111第一节 概述 . . 111一、氨基酸的生产方法 . . 112二、氨基酸的发酵历史 . . 112三、氨基酸发酵

10、的发展动向 . . 113第二节 谷氨酸发酵机制 . . 115一、谷氨酸的生物合成途径 . . 115二、谷氨酸生物合成的理想途径 . . 116三、谷氨酸发酵的代谢途径 . . 116四、控制谷氨酸生物合成的重要措施 . . 117五、乙醛酸循环的作用 . . 117第三节 谷氨酸生物合成的调节机制 . . 118一、优先合成与反馈调节 . . 118二、糖代谢的调节 . . 120三、氮代谢的调节 . . 121第四节 谷氨酸发酵过程中细胞膜渗透性的控制 . . 121一、控制磷脂的合成 . . 121二、控制细胞壁的合成 . . 122第五节 谷氨酸产生菌的特征及育种 . . 123一

11、、谷氨酸产生菌 . . 123二、谷氨酸棒杆菌基因组研究进展 . . 123三、现有谷氨酸产生菌的主要特征 . . 124四、谷氨酸发酵的代谢控制育种策略 . . 125五、利用生物工程新技术选育谷氨酸生产菌 . . 126第六节 谷氨酸的生产工艺 . . 127一、甜菜糖蜜添加吐温发酵工艺 . . 127二、甘蔗糖蜜添加青霉素流加糖发酵工艺 . . 128第七节 发酵条件对谷氨酸发酵的影响 . . 130一、发酵培养基对谷氨酸发酵的影响 . . 130二、培养条件对谷氨酸发酵的影响 . . 131第八节 谷氨酸的提取 . . 132一、谷氨酸发酵液的性质 . . 132二、等电点法提取谷氨酸

12、 . . 133三、离子交换法提取谷氨酸 . . 133第九节 谷氨酸发酵液的综合利用 . . 135一、发酵废母液提取菌体蛋白 . . 135二、发酵废母液生产饲料酵母 . . 135三、废母液回收核糖核酸 . . 135四、废母液生产有机复合肥 . . 136第十节 谷氨酸制味精 . . 136一、味精的性质 . . 137二、味精的生理作用及安全性 . . 137二、谷氨酸制味精的工艺流程 . . 138三、谷氨酸的中和与除铁 . . 138第一章 前言一、微生物工程与发酵工业1、 微生物工程:微生物工程是将化学工程有关理论和单元操作应用于微生物的工业 发酵生产,进而发展起来的具有新的特

13、点的一门学科。2、微生物工程分为两大部分:发酵部分 (上游工程 :通过一系列的环节,提供条件,使菌体生长繁殖,并产生发 酵所要的目的产物(代谢产物 ;提纯部分(下游工程 :通过物理、化学的手段,将代谢产物从发酵醪中提纯出来, 获得最终产品。3、微生物工程的历史传统的微生物发酵技术-天然发酵 :并不知道微生物是如何发酵的,因而很难人为 控制发酵过程,生产只能凭经验,口传心授;第一代微生物发酵技术-纯培养技术的建立 :人为控制发酵过程,再加上简单密封 式发酵罐的发明, 发酵工业逐渐进入了近代化学工业的行列。 该时期的主要产品有酵母、 酒精、丙酮、丁醇、有机酸、酶制剂等,主要是一些厌氧发酵和表面发酵

14、产生的初级代 谢产物;第二代(近代微生物发酵技术-深层培养技术 :1945年抗生素大规模生产。深层 培养技术,即机械搅拌式通气技术,推动了抗生素工业以至整个发酵工业的快速发展。 第三代微生物发酵技术-微生物工程 :1972年重组 DNA 技术导致了多种新型的发 酵产品,特别是基因工程的应用。4、微生物代谢产物类型和生产概况初级代谢产物 :氨基酸、脂肪酸、核苷酸、维生素、有机酸、乙醇、脂肪等,一般 不能过量积累。次级代谢产物 :与生产不相伴,生物功能不明确,如抗生素、毒素、胞外多糖等。 因外界条件不同而不同。转化产物 :底物不是微生物细胞的产物,而是外源物质,微生物仅在其分子上进行 加工,如加入

15、羟基、还原双键、脱氧或切断支链等。二、发酵产品的特点1、操作条件比较温和;2、以淀粉、糖蜜等为主,辅以少量有机、无机氮源为原料;3、过程反应以生命体的自动调节方式进行;4、能合成复杂的化合物如酶、光学活性物质等;5、能进行一些殊殊的反应,如官能团导入;6、生产产品的生物体本身也是产物,含有多种物质;7、菌种性能能够改变,从而获得新的反应性能或提高生产率。三、微生物工业的范围1、酿酒工业2、食品工业(酱、醋3、有机溶剂发酵工业(酒精、丙酮、丁醇4、有机酸发酵工业(柠檬酸、乳酸、葡萄糖酸5、酶制剂工业(淀粉酶、蛋白酶6、氨基酸发酵工业7、核苷酸类物质发酵工业8、抗生素工业9、微生物发酵工业(B 族

16、微生素10、生理活性物质发酵工业(激素等11、微生物蛋白发酵工业(酵母、 SCP 12、微生物环境净化(废水处理13、生物能工业(沼气、纤维素发酵14、微生物冶金(探矿、冶金、石油脱硫 :在美国,每年可回收铜 720000吨。主 要是硫化细菌,产生硫酸将矿物溶解。四、微生物工业概况及发展趋势1、从糖分解产生简单化合物转向复杂物质的生物合成;2、发酵方法代替化学合成方法较多;3、向大型发酵发展(常用 20120吨发酵罐 ;4、人工诱变育种和代谢控制,新产品、新用途层出不穷;5、开辟新原料五、有机酸发酵有机酸发酵是生物体内的基本代谢过程,是微生物的初级代谢产物,与工业生产和 人们的日常生活有着十分密切的关系,有机酸也是发酵工业中历史最悠久、吨位最大、 价格最低廉的产品。 自 19世纪以来, 有机酸和溶剂发酵工业受到