四节苹果酸的学习教案

四节苹果酸的学习教案第1页/共56页酸味剂:

赋予食品酸味为主要目的的食品添加剂。有机酸类：柠檬酸、乳酸、酒石酸、苹果酸、草酸；无机酸类：食用磷酸、碳酸等。

第2页/共56页DL-苹果酸：

白色或结晶状粉末，国外采用化学法生产。L-苹果酸：(L—Malicacid)

无色结晶，存在于植物或其果实中，发酵法或酶法生产。第3页/共56页

二、历史20世纪20年代，发现某些霉菌和酵母可积累L-苹果酸。60年代，英美用化学合成法生产L-苹果酸，成本高。1959年，日本利用短乳杆菌（lactabacillusbrevis）产生的富马酸酶催化富马酸转化为L-苹果酸成功。60年代以来，各国争相研制一步法从淀粉等糖质原料生产苹果酸。目前，世界上苹果酸的主要产地是日本。第4页/共56页三、生产方法

1.从果汁中直接抽提法：经济上不合理

2.化学合成法：产物是DL-苹果酸

3.发酵法：（1）一步法糖类苹果酸

（2）二步法根霉酵母菌、细菌

糖类富马酸苹果酸

4.酶转化法:(常用)

固定化细胞富马酸盐（化学合成）苹果酸盐富马酸酶曲霉第5页/共56页四、常用菌种1.一步发酵法：黄曲霉、米曲霉、寄生曲霉；2.两步发酵法：华根霉、无根根霉、短乳杆菌、膜毕赤酵母；3.酶转化法：短乳杆菌、大肠杆菌、产氨短杆菌、黄色短杆菌。第6页/共56页

L一苹果酸在生物体内的合成途径有3条:1.丙酮酸羧化合成。丙酮酸羧化支路生成草酰乙酸，由苹果酸脱氢酶作用转变成苹果酸，此涉及到CO2的固定。2.支路乙醛酸循环。3.延胡索酸由延胡索酸酶作用转变成苹果酸。五、苹果酸合成途径第7页/共56页

EMP

固定CO2

淀粉葡萄糖丙酮酸草酰乙酸苹果酸脱氢酶苹果酸第8页/共56页第9页/共56页

证据（1）发酵依赖于CaCO3或其它碳酸盐。（2）苹果酸对糖的最高转化率可达128％，说明部分碳源是外源性的（不是从葡萄糖来的）。

CaCO3的双重作用:（1）提供外源的羧基碳源（2）调节pH第10页/共56页六、苹果酸的生产方法（一）一步发酵法糖类苹果酸1.菌种

：黄曲霉A-1142.培养基（%）（1）种子培养基（%）C6H12O6

3，豆饼粉1，

FeSO4

0.05，K2HPO4

0.02，NaCl

0.001，MgSO4

0.01，CaCO3

6(单独灭菌)。曲霉第11页/共56页（2）发酵培养基（%）C6H12O6

7%~8%其余同种子罐培养基3.发酵装液量70%，接种量10%，罐压0.1MPa，培养温度33~34℃，通风量0.7m3/（m3.min)，搅拌转速180r/min，发酵时间40h左右。

当残糖在1%以下时，终止发酵，产苹果酸7%。第12页/共56页（二）二步发酵法糖类富马酸苹果酸根霉酵母菌、细菌第13页/共56页1.菌种

：华根霉65082.斜面培养

葡萄糖马铃薯汁琼脂斜面30℃培养7d3.摇瓶发酵a

培养基组成(%)

C6H12O6

10，(NH4)2SO4

0.5，K2HPO4

0.1，聚乙二醇10，MgSO4

0.05，FeCl3

0.002，CaCO3

5(单独灭菌)。b

富马酸发酵

30℃培养4~5d，得到含富马酸和苹果酸的混合液。

第14页/共56页（三）酶转化法:(常用)

固定化细胞富马酸盐（化学合成）苹果酸盐菌种：黄色短杆菌（Brevibacteriumflavum）富马酸酶第15页/共56页

1.游离细胞酶转化法

8%富马酸溶液（pH7.5）+2%湿菌体→苹果酸条件：35℃

150r/min24~36h转化率90%以上2.固定化细胞酶转化法

菌种：产氨短杆菌或黄色短杆菌

方法：包埋法（聚丙烯酰胺凝胶或卡拉胶＋KCl）该方法易生成与苹果酸难以分离的琥珀酸。因此，细胞被固定以后必须经化学试剂处理，以防止这种副反应的发生。第16页/共56页采用固定化技术必须注意以下几个问题：细胞被固定前富马酸酶活力要高；使用的固定化方法对酶的损害较小；细胞被固定后不应引起副反应的发生；固定化细胞应有高度的操作稳定性。第17页/共56页（四）两种生产方法的比较：原料成本杂质发酵法农产品低低酶转化法化工原料高高

发酵法尚未大规模工业化生产的主要原因：菌种的产酸率低。第18页/共56页七、苹果酸的提取（一）从发酵醪液中提取苹果酸

H2SO4过滤CaCO3流程：发酵液酸解液滤液苹果酸钙

过滤离子交换浓缩结晶干燥苹果酸

H2SO465%~80%第19页/共56页

反应液中有残余的富马酸盐和多量的苹果酸盐。

提取原理：利用富马酸难溶于水的性质，在反应液中加酸使富马酸沉淀析出。发酵醪液→浓缩→析出富马酸结晶→过滤→滤液→浓缩50%20~30℃65%~80%→析出富马酸结晶→过滤→滤液→冷却加晶种→苹果酸

20℃结晶→干燥→成品（二）

从混杂富马酸发酵醪液中提取苹果酸第20页/共56页（三）

从酶转化液中提取苹果酸

H2SO4过滤CaCO3流程：转化液→酸解液→滤液→苹果酸钙

12.5%

过滤

→离子交换→浓缩→结晶→干燥→苹果酸

H2SO465%~80%第21页/共56页八、L一苹果酸生产技术展望1.选用更合适的原料如葡萄糖、蔗糖、糖蜜、食用级淀粉等进行精细发酵；2.在菌体快速絮凝、发酵液膜分离和净化技术方面进行探讨；3.研究用离子色谱法、树脂吸附法、萃取法等提取技术替代传统的钙盐法；4.改间歇冷却结晶为连续化真空浓缩降温结晶工艺。第22页/共56页

第四节黄原胶

一、多糖

1.概况多糖是由多个单糖或其衍生物聚合而成的大分子化合物。第23页/共56页2.多糖的分类植物多糖（1）根据多糖的来源不同动物多糖微生物多糖（2）根据多糖在微生物体内的分泌部位胞内多糖细胞壁多糖胞外多糖第24页/共56页二、黄单胞菌多糖又称黄原胶，汉生胶，属于酸性胞外杂多糖，是微生物多糖中产量最大的一种。

1962年美国科学家发现，1964年实现工业化生产，在美国的生产规模仅次于抗生素和溶剂，列第三位。第25页/共56页黄原胶的结构特征

1975年阐明，黄原胶是由D—葡萄糖、D—甘露糖、D—葡萄糖醛酸、乙酰基和丙酮酸组成的“五糖重复单元”的结构聚合体。

D-葡萄糖：D-甘露糖：D-葡萄糖醛酸

2：2：1第26页/共56页第27页/共56页

在水溶液中呈现多聚阴离子，而且在某些条件下，其分子可发生一级结构、二级螺旋构象以及超级接合带状螺旋共聚体构象间的互变现象。第28页/共56页2.黄原胶的性质（1）典型的流变特性（2）低浓度时的高粘性

2%~3%黄原胶→3~7Pa.s的粘度（3）耐热、耐酸碱性

-98~90℃粘度稳定

130℃36min后冷却0.5%NaCl可稳定高温下的粘度第29页/共56页第30页/共56页（4）相容性及溶解性

与藻酸盐类、淀粉、卡拉胶、瓜胶溶混后粘度叠加。易溶于水，不溶于醇、酮等极性溶剂。（5）分散性及保水性第31页/共56页第32页/共56页3.黄原胶的用途（1）能源开发（2）食品工业（3）其它工业第33页/共56页三、黄原胶的生产工艺流程：菌种的扩培→发酵原料配比→发酵→发酵条件控制→分离→提纯→干燥第34页/共56页

1.菌种

引起甘蓝黑腐病的病原细菌——野油菜黄单胞菌（Xanthomonascampestris）。杆状，G－，产荚膜，好氧。平板：黄色粘稠菌落，液体培养形成粘稠状胶状物。其他黄单胞菌：菜豆黄单胞菌、锦葵黄单胞菌和胡萝卜黄单胞菌等。第35页/共56页第36页/共56页2.培养基（1）碳源：葡萄糖(国外),淀粉(国内)。（2）氮源：易利用有机氮（鱼粉和豆粉），不易利用无机氮。（3）无机盐：K2HPO4、MgSO4.7H2O、轻质

CaCO3对发酵有明显的促进作用。

还有Fe2+、Mn2+、Zn2+等微量元素。（4）其他：促进剂谷氨酸、柠檬酸等。第37页/共56页南开-01菌种所用摇瓶发酵培养基：玉米淀粉4%，鱼粉蛋白胨0.5%，轻质碳酸钙0.3%，自来水配制，pH7.0。第38页/共56页3.培养条件（1）摇瓶发酵

接种量1%~5%转速220r/min

28℃72h产胶20~30g/L，碳源转化率60%~70%。第39页/共56页（2）工业化生产温度：2528℃pH:6.57.0高通气量：

1~0.6m3/（m3min)高碳氮比第40页/共56页周期：7296h前18h：对数生长期，不合成胞外多糖；18～48h：平衡生长期，多糖合成迅速，菌体出现荚膜并且越来越厚；48h：菌体进入衰老期，多糖产量趋于稳定。发酵周期为72h左右，产量最高可达28g/L，第41页/共56页氮源对黄胶合成的影响：易利用有机氮源，不易利用无机氮源。起始较低浓度氮源：氮源浓度提高→细胞浓度增加→合成速率加快→得率提高第42页/共56页起始中等浓度氮源：

细胞浓度提高中等浓度氮源

发酵时间缩短

合成速率提高

得率降低原因：细胞生长过快，用于细胞生长及维持细胞生命的糖量增加，用于合成黄原胶的糖反而减少，导致黄原胶得率下降。第43页/共56页

发酵后期流加糖：使糖浓度始终维持在一定的水平，补加的糖只用于细胞维持生命及合成黄原胶，而没有生长的消耗，得率就可比间歇发酵有较大提高。第44页/共56页起始高浓度氮源：细胞浓度增加高浓度氮源得率降低合成速率降低原因：“氧限制”。高浓度细胞随着发酵的进行，发酵液粘度不断增大，体积传质系数降低，造成氧供应能力逐渐下降，合成速率变慢，得率降低。

第45页/共56页

高粘度发酵液影响供氧，解决方法：提高搅拌转速a.改进发酵设备，提高供氧能力提高通气速率b.限制细胞浓度，控制氧的需求量——补料分批培养（后期流加糖）。第46页/共56页四、黄原胶的提取1.发酵液处理

经离心法、过滤法、酶处理法、次氯酸盐氧化法、过滤及超滤浓缩法预处理除去菌体细胞和各种不溶性杂质。第47页/共56页2.沉淀反应

用钙盐、铝盐、季铵盐或酸沉淀法制取工业级精制品；用有机溶剂沉淀法制取食品级精制品。

（1）钙盐法第48页/共56页（2）有机溶剂沉淀法发酵液＋乙醇→黄原胶沉淀（工业级黄原胶）酸化