乳酸发酵生产工艺培训课程课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,鲁东大学生科院,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,鲁东大学生命科学学院,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,乳酸发酵生产工艺,LacticacidFermentationProduction,乳酸发酵生产工艺,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,一.概述 Introduction生产方法：化学合成,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（,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。,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,2H,（乳酸脱氢酶）,C,6,H,12,O,6,EMP,2CH,3,COCOOH 2CH,3,CHOHCOOH,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,2ATP 2ADP,Lactococcus lactis,Lactobacillus plantarum,葡萄糖3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮2(1,3-二-磷酸甘油酸,5,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。,异型乳酸发酵发酵产物中除乳酸外同时还有比例较高的乙酸、乙醇、,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,ATP ADP,乙醇 乙醛 乙酰,CoA,2ADP 2ATP,-2H,-CO,2,磷酸戊糖酮解途径,PK,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,7,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%。,b Bifidus 途径（双歧途径）双歧杆菌（Bifidob,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,磷酸己糖解酮途径HK,9,乳酸发酵生产工艺培训课程课件,10,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,，,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,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,米根霉乳酸途径好氧异型发酵，和细菌异型发酵不同，通过糖酵解途,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,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,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1）乳酸菌分离,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 乳酸发酵微生物乳酸细菌3）产L-乳酸细菌,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）,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,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,三.乳酸生产工艺1 原料及预处理碳源,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*10,10,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1）菌种（德氏乳杆菌）,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。,2 发酵工艺细菌发酵工艺培养基配方：还原糖 15%，麦根 3,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%,，,KH,2,PO,4,0.06%,，,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%(,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,米根霉发酵工艺斜面孢子：30,4d,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-,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,3 提取工艺发酵液-预处理（碱化）-提取-,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滤液-浓缩-冷却结,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,针形珊瑚状结晶,-,精制原料,球形珊瑚状结晶,-,粗原料,乳酸钙结晶酸解工艺2）结晶晶核形成：不能搅动或震动，否则会形,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,3）离心洗晶乳酸钙结晶酸解工艺4）溶晶酸解,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，乳酸提取收率为,50%,左右。,乳酸精制工艺,粗乳酸,-,活性炭脱色,-,过滤,-,一次浓缩,-,活性炭脱色,-HG-10,碳柱脱色,-,离子交换,-,二次浓缩,-,成品乳酸,乳酸钙结晶酸解工艺5）过滤脱色乳酸精制工艺粗乳酸-活性,乳酸精制工艺,工艺要点,1,）脱色：,2%,活性炭,70-80,脱色,20-30min,，药典级乳酸需二次脱色,2,）一次浓缩：真空减压浓缩，温度不超,80,，乳酸浓度,4550%,。,3,）二次浓缩：,70,以下，乳酸浓度,82-85%,乳酸精制工艺工艺要点,Thinks,！,Thinks！,