柠檬酸酒精等的发酵生产(六2)

第一节,二、有机酸发酵生产,-,柠 檬酸,三、 酒精发酵生产,五、 抗生素的发酵生产,二 柠檬酸发酵生产,柠檬酸酸味纯粹，是食品、饮料的优良酸味剂，第一食用酸味剂。,工业上应用很广泛，是合成多种工业品的原料。,发酵法生产柠檬酸，总产量世界第一，大量出口。,一、柠檬酸发酵生产机制,（一）柠檬酸合成途径,柠檬酸是生物体主要代谢产物之一。,柠檬酸合成途径：,丙 乙酰,COA,葡萄糖 酮 柠檬酸,酸 草酰乙酸,氧化脱羧,羧化,EMP,柠檬酸的累积,黑曲霉中柠檬酸合成酶没有调节作用,黑曲霉中,-,酮戊二酸脱氢酶,缺失或活力弱,黑曲霉中顺乌头酸水合酶在催化时建立以下平衡：柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸,=90:3:7,操作,Fe2+,含量，顺乌头酸水合酶活力低，当柠檬酸累积,PH=2,时，顺乌头酸酶和异柠檬酸脱氢酶失活，造成柠檬酸大量累积,除去铁为主的金属离子,以糖蜜为原料时，用阳离子交换树脂、金属螯合剂（,EDTA,）除去铁为主的金属离子，或加黄血盐操作糖蜜中的铁离子,以淀粉（玉米、薯干）为原料，先用,-,淀粉酶和糖化酶将淀粉水解成糖液，再除铁离子,（二）柠檬酸发酵生产工艺,1,、菌种：,黑曲霉。,2,、种子培养：,麦芽汁琼脂斜面，,351,，培育,5,天；,三角瓶，,351,，培育,10,天；,转种子罐。,（二）柠檬酸发酵生产工艺,3,、种子罐培养：,培养基：薯干粉碎、液化后的糖液；,空消：种子罐、分过滤器，,130,，,30,分；,实消：列管加热至,80,，直接进蒸汽至,125,，,15-20,分；,接种：冷却至,351,，接麸曲种,1,；,培养：,351,，罐压：,0.1Mpa,，通风搅拌培养,时间,20-30,小时。,（二）柠檬酸发酵生产工艺,4,、发酵：机械搅拌通气式发酵罐,培养基：薯干淀粉水解糖；,空消：发酵罐、分过滤器，,130,，,30,分；,实消：列管加热至,80,，直接进蒸汽至,125,，,15-20,分；,接种：冷却至,351,，接种子罐菌种,10,；,培养： 温度：,351,， 罐压：,0.1Mpa,，,通风搅拌培养，时间：,50-60,小时。,三、柠檬酸提取生产工艺（钙盐法）,1,、发酵液过滤：,带式过滤机,2,、中和：,滤液中除含柠檬酸外，还含可溶性的残 糖以及蛋白质、金属离子等杂质。利用柠檬酸钙难溶于水的特点，与杂质别离的过程。,3,、,酸解：,中和所得钙盐经过滤、洗涤，与硫酸反响生成柠檬酸和硫酸钙沉淀，过滤，滤液含较纯的柠檬酸。,四、柠檬酸精制生产工艺,1,、离子交换：,阳离子交换：主要除钙离子、铁离子；,阴离子交换：主要除硫酸根、氯离子；,2,、蒸发浓缩：外循环减压蒸发，,65,；,3,、结晶别离：高温连续或分批冷却结晶；,4,、枯燥包装：离心、沸腾枯燥、质检、装袋、,封口。,12,三、酒精发酵生产,（,Alcohol Fermentation,）,13,酒精,制,造,过,程,原料,(,淀,粉、,纤维,素,),单糖,发酵产,物,酒精,水,解,发酵,蒸,馏,Yeast,(,Saccharomyces cerevisae,),酸解,酶解,14,一、酒精生产原料,1,.,淀粉质原料,(1),薯类原料：甘薯、木薯和马铃薯等,(2),谷物原料：玉米、高梁、大米和小麦等,2,.,糖类原料 糖蜜、甘蔗、甜菜等,3,.,纤维质原料 农作物秸秆、甘蔗渣,我 酵酒精的,80%,是用淀粉质原料生产的，其中薯类原料约占,45%,，玉米等谷物为原料约占,35%,。,15,16,二、酒精发酵微生物,1.,糖化菌,（将淀粉、纤维素转化为糖）,曲霉（,Aspergillus,spp.,）,根霉（,Rhizopus,spp.,）,2.,酒母,（将糖转化为乙醇）,啤酒酵母（,Saccharomyces cerevisiae,）,及其变种,三、酒精发酵生化机制,第一型发酵,：无氧、中性或偏酸性条件,CH,3,COCOOH CH,3,CHO + CO,2,CH,3,CHO + NADH,2,CH,3,CH,2,OH + NAD,第三型发酵,：无氧、碱性条件,乙醛发生岐化反响，磷酸二羟丙酮作为受氢体，产物为甘油、乙醇、乙酸。,脱羧酶,乙醇脱氢酶,C,6,H,12,O,6,2CH,3,COCOOH,2CH,3,CHO,2CH,3,CH,2,OH,NAD,NADH,2,-2CO,2,EMP,2ATP,乙醇脱氢酶,酒精发酵：,产物：乙醇、,CO,2,发生条件：无氧条件,途径：,EMP,菌种：酵母菌,该乙醇发酵过程在,pH3.54.5,及厌氧的条件下发生 。,（无氧）,脱羧酶,第一型发酵,（复原）,四、原料不同工艺不同,不同生产原料，酒精发酵生化过程不同。对糖质原料，可直接利用酵母将糖转化成乙醇。对于淀粉质和纤维质原料，首先要进行淀粉和纤维质的水解（糖化），再由酒精发酵菌将糖发酵成乙醇。,20,1.,淀粉质和纤维质原料的水解,淀粉的糊化、液化,淀粉在水中经加热会汲取一局部水而发生溶胀。如果继续加热至一定温度（一般,60,80,）,淀粉粒即发生破裂,造成黏度迅速增大,体积也随之迅速变大,这种现象称为淀粉的糊化,1.,淀粉质和纤维质原料的水解,不同种类淀粉糊化温度有所不同,苷薯、马铃薯、玉米和小麦淀粉的糊化温度分别为,70,76,、,59,67,、,64,72,和,65,68,。发生糊化现象称为淀粉的溶解，或称为液化。马铃薯、小麦和玉米支链淀粉完全液化的温度为,132,、,70,80,、,136,141,和,146,151,。,纤维质原料的水解,强酸、强碱水解,酶水解：采用纤维素酶,里斯木霉、绿色木霉,由于纤维素的性能稳定,无论用酸水解还是用酶水解，都存在水解速度慢,糖得率低的问题，这是影响纤维素科学利用的难题之一,24,纤维素生产酒精工艺,25,五、酒精发酵工艺,淀粉质原料酒精生产的特点,以薯类和谷类等为原料,原料需要蒸煮,淀粉质原料需要进行糖化,26,淀粉质原料酒精生产工艺流程,大米 曲霉菌 麸皮 淀粉质原料 酵母, ,米曲霉米曲 固体试管酵母, 米曲汁,米曲汁试管培养三角瓶培养 粉碎 三角瓶液体酵母, ,曲种 蒸煮 卡式罐酒母, ,糖化曲液 糖化酒母糖化醪小酒母, ,发酵 大酒母,蒸馏,酒糟废液 酒精 杂醇油,27,淀粉颗粒,淀粉分子可发酵性糖酒精,95,乙醇,(C,6,H,10,O,5,),n,+nH,2,OnC,6,H,12,O,6,2n,C,2,H,6,O+2nCO,2,+2nATP,主要步骤：,1.,原料粉碎,2.,蒸煮糊化,3.,曲霉糖化,4.,酵母发酵,5.,蒸馏提纯,28,原料预处理,（,1,）除杂,筛选、风选、磁力除铁,原料先要通过振荡筛、吸铁器等将其中的混杂的小铁钉、泥块、杂草、,石块等杂质除去。,（,2,）粉碎,干法、湿法,粉碎的目的是有利于淀粉颗粒的吸水膨胀、糊化,设备大多采用锤式粉碎机,采用粗碎和细碎两级粉碎工艺，经细粉碎后颗粒一般小于,2.0mm,。湿粉碎时,将蒸煮所需水量和原料一起粉碎,原料粉末不飞扬,省去除尘通风设备,但粉碎后的粉料不能储存,宜立即用于生产。,29,2.,蒸煮,作用：,打破植物细胞壁的保护作用，使淀粉颗粒从细胞中游离出来，并转化为溶解状态，便于糖化；,对原料灭菌。,方法：连续蒸煮,粉碎机,别离,器,风机,拌料罐,泵,蒸煮罐,1,蒸煮罐,2,蒸煮罐,3,汽液分,离器,原料,二次蒸汽,糖,化,蒸汽,粉尘,水洗,31,3.,糖化曲的制备,（,1,）菌种,木霉（,Trichoderma,spp.,）、曲霉（,Aspergillus,spp.,）,根霉（,Rhizopus,spp.,）、芽孢杆菌（,Bacillus,spp.,）,（,2,）方法,固体曲,液体曲,4.,糖化,糖化方法分成间歇糖化和连续糖化两类。目前我国大多数酒精厂采用后者。,(1),间歇糖化工艺,间歇糖化在糖化锅内进行。蒸煮醪放入并冷却到,61,62,时，参加糖化剂，搅拌均匀后静止糖化,30min,，再冷却至,30,后供发酵用。,4.,糖化,(2),连续糖化工艺,5.,酒母制备,35,菌种储存,酵母菌别离,接种,扩大培养,36,菌种培养,卡氏罐接种,37,6.,发酵工艺,（,1,）方式：间歇式、半连续式、连续式。,（,2,）过程：,前发酵期,酒母迅速繁殖，,10h,主发酵期,乙醇发酵，,12h,后发酵期,发酵作用弱，,40h,总时间：,6072h,38,39,7.,蒸馏与精馏,（,1,）蒸馏塔（粗馏塔、醪塔）粗酒精、酒糟,（,2,）精馏塔成品酒精、杂醇油,头级杂质：乙醛、甲醇等（工业酒精）,中间级杂质：异丁酸乙酯、异戊酸乙酯等,尾级杂质：杂醇油,40,六、固定化细胞生产酒精,使用固定化酵母，可以以一个反响塔代替多个 发酵罐，发酵时间由,30h,3h,乙醇生产能力大大提高,41,五、抗生素的发酵生产,抗生素是微生物产生的具有生物活性的物质，这类物质能在低浓度下抑制或杀灭活细胞，这种作用又有很强的选择性。,抗生素是人们使用最多的药物，也是制药工业中利润最高的产品。世界各国由发酵法生产的抗生素约,400,种，广泛应用的仅,120,种，其他主要是毒性大、本钱高，无商业应用价值。,青霉素是最早发现并用于临床的,种抗生素，,1928,年为英国人,A . Fleming,发现，,40,年代投入工业生产。我们就以青霉素为例简单介绍抗生素的发酵生产过程。,一 抗生素的生产方法,生产方法：,1,、生物合成法：,传统方法,“工程菌”制造法,细胞融合技术法,2,、化学合成法；,3,、生物合成加化学合成法。,1,、生物合成法：,传统方法,大多数抗生素是由放线菌和霉菌产生的。一般采用深层液体培养、通风搅拌发酵罐生产。,最初由弗莱明别离的点青霉，只能产生,2 U,ml,的青霉素。,人们采用基因工程和细胞融合技术，对抗生素产生菌进行了改造和重新设计，不仅可以制造出许多高效低毒的新型抗生素，还可使抗生素产量成倍地增长。,青霉素工业发酵生产水平已达,85 000U,ml,以上。,1,、生物合成法：,“工程菌”制造法,第一次由,“,工程菌,”,制造的全新抗生素,麦迪紫红素,A,，是 报道的。他们将产放线紫红素的局部基因插入产麦迪霉素的放线菌中，构建的,“,工程菌,”,产生了全新的抗生素。,我国新构建的生产丁胺卡那霉素的,“,工程菌,”,，就是把酰化酶基因克隆到卡那霉素产生菌中获得的。新的,“,工程菌,”,生产的新抗生素毒副作用小，对耐卡那霉素、庆大霉素致病菌临床疗效显著。,1,、生物合成法：,细胞融合技术,对抗生素产生菌采用细胞融合技术的成果更为突出。 目前,DNA,重组技术已广泛用于红霉素、链霉素等,20,多种抗生素的育种工作，可以预见不久将来会有更多的由,“,工程菌,”,生产的新型抗生素问世,。,2,、化学合成法,根据某种,抗生素的化学组成和结构，通过,化学合成的方法，可生产局部,抗生素。,如：氯霉素、磷霉素等。,经过,化学合成方法和操作条件的不断深入研究，越来越多的,抗生素可用,化学合成法生产。,3,、生物合成加化学合成法,许多细菌逐渐出现了抗药性，已经证实某些抗药性因子位于细菌内的质粒上，质粒可以在细菌之间转移，结果抗性菌日益增多，抗生素疗效就越来越低。,为了对付细菌的抗药性，科学家对原有的抗生素进行了,“,整容手术,”,，细菌因再无法识别改头换面的抗生素而被抑制或杀死。,现在已能使用克隆了酰化酶基因的,“,工程菌,”,（大肠杆菌）高效率的生产半合成抗生素。临床现在使用的先锋霉素（头孢菌素类）、氨苄青霉素，就是这类半合成抗生素类药物。,二、青霉素生产工艺,1,、菌种：产黄青霉,生长发育分六个阶段：,期：菌丝生长期，适宜做种子；,期：青霉素分泌期；,期：菌丝体自溶期。,2,、培养基：,碳源：普遍采用淀粉经酶水解的葡萄糖糖化液进行流加或分批补料参加，葡萄糖加速菌体呼吸，溶解氧浓度低，,PH,下降，对生物合成酶系阻遏和抑制。,氮源：玉米浆、麸皮粉、无机氮源；,前体：苯乙酸或苯乙酰胺；（,0.1,，屡次参加，减少对菌体的毒害）,无机盐：,S,、,P,、,Ga,、,Mg,、,K,等。,铁离子有毒害， 操作在,30,g/mL,。,3,、发酵条件操作,补糖：残糖降至,0.6,（,PH,上升）；,补氮：氨氮,0.05,，补硫铵、氨水或尿素；,PH,：,6.4,6.6,，加葡萄糖、加酸、加碱调节；,温度：前期，,25-26,；后期，,23,，减少对青霉素的降解破坏；,通气搅拌，溶氧：氧饱和溶解度的,30,；,消沫剂：玉米油、豆油或化学合成消沫剂。,4,、青霉素的别离纯化,过滤：板框、真空转鼓；,萃取：醋酸丁脂，,2-3,次；,脱色：活性碳，,150-200g/10,亿单位；,结晶：浓缩结晶或直接结晶；,洗涤,枯燥,(1),过滤：絮凝，采用鼓式真空过滤器，过滤前加去乳化剂并降温,(2),提炼,用溶媒萃取法。低温操作。将发酵滤液酸化至,pH 2,，加,1/3,体积的醋酸丁酯（,BA,），混合后以碟片式离心机别离，得一次,BA,提取液。然后以,1.3 %,1.9 %NaHCO3,在,pH 6.8,7.1,条件下将青霉素从,BA,中提取到缓冲液中。再调,pH,至,2.0,，将青霉素从缓冲液再次转入到,BA,中，方法同上，二次,BA,提取液。,(3),脱色 在二次,B A,提取液中加活性炭,150,一,300g,10,亿单位，脱色、过滤。,(4),结晶 用丁醇共沸结晶法。将二次,BA,萃取以,0.5 mol/L NaOH,液萃取，调,pH,至,6.4,6.8,，得青霉素钠盐水浓缩液。加,3,4,倍体积的丁醇，在,16,26,，,5,10 mmHg,下真空蒸馏，将水与丁醇共沸物蒸出，并随时补加丁醇。当浓缩到原来水浓缩体积，蒸出馏分中含水达,2, ,4,时，即停止蒸馏。,青霉素钠盐结晶析出，过滤，将晶体洗涤后进行枯燥得成品。可在,60,，,20mmHg,真空中烘,16 h,，然后磨粉、装桶。,谢谢观看,/,欢送下载,BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH,