第8章-乳酸发酵工艺.ppt

1、乳 酸 发 酵 生 产 工 艺 Lactic acid Fermentation Production,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

2、发酵，如乳链球菌（Streptococcus lactics）、乳酪链球菌（ Streptococcus cremoris）、干酪乳杆菌（lactobacillus casei）、保加利亚乳杆菌（Lac. bulgaricus）等。,2H（乳酸脱氢酶） C6H12O6 EMP 2CH3COCOOH 2CH3CHOHCOOH 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,2

3、ATP 2ADP,Lactococcus lactis Lactobacillus plantarum,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。,a 6-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（Leuconostoc mesenteroides）及葡聚糖明串珠菌（Leuconostoc dextranicum）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

4、-磷酸甘油醛,乳酸,乙酰磷酸,NAD+ NADH,NAD+ NADH,ATP ADP,乙醇 乙醛 乙酰CoA,2ADP 2ATP,-2H,-CO2,磷酸戊糖酮解途径PK,b Bifidus 途径（双歧途径）,双歧杆菌（Bifidobacterium bifidum)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,

5、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%

6、,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：7

7、7g/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

8、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

9、,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%，KH2PO4 0.06%，MgSO4 0.025%，ZnSO4 0.088%, CaCO3 1%,pH自然， 34,24h 发酵培养基：葡萄糖 15%，尿素 0.2%，KH2PO4 0.02%，MgSO4 0.025%，ZnSO4 0.044%, CaCO3 6.7

10、%(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

11、,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pH6.07.0，乳酸钙浓度达1114波美度可自然结晶,1）浓缩：12-13波美度（乳酸钙2628%） 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67%晶种 23 -18 （1.5h） 后温度每1h降低2 终温10 ，保持35h,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

12、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1.31.4，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