檸檬酸發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化.doc

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1、檸檬酸發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化?摘要?檸檬酸（2-羥基丙烷三羧酸），是重要的工業(yè)原料?？蓮闹参镌现刑崛?，也可由糖進(jìn)行發(fā)酵制得。實(shí)驗(yàn)研究了不同硫酸銨濃度分別對(duì)黑曲霉搖瓶發(fā)酵和實(shí)罐發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的影響。在菌濃度、發(fā)酵過(guò)程PH、酸度、殘?zhí)?、溫度在發(fā)酵過(guò)程中的變化幾個(gè)方面對(duì)實(shí)罐和搖瓶發(fā)酵進(jìn)行了相關(guān)比較。結(jié)果表明：1）搖瓶發(fā)酵的最適硫酸銨濃度為0.4%；實(shí)罐發(fā)酵最適硫酸銨濃度為0.5%，實(shí)罐發(fā)酵時(shí)硫酸銨濃度過(guò)高將產(chǎn)生大量泡沫不利發(fā)酵；2）實(shí)罐發(fā)酵與搖瓶發(fā)酵在起始含糖量、菌濃度及發(fā)酵溫度相同的情況下，隨發(fā)酵進(jìn)行，搖瓶發(fā)酵的溫度更穩(wěn)定，兩者的菌濃度、殘?zhí)?、PH值變化規(guī)律高度一致，酸度變化規(guī)律基本

2、一致。另外實(shí)驗(yàn)還就溫度對(duì)黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的影響作用進(jìn)行了探討，結(jié)果表明實(shí)罐發(fā)酵的最適溫度約為35℃，溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致發(fā)酵液水分流失過(guò)多而使發(fā)酵失敗。?1.?課題背景?1.1檸檬酸簡(jiǎn)介檸檬酸（citric?acid）是生物體主要代謝產(chǎn)物之一，在自然界中分布很廣，主要存在于檸檬、柑橘、菠蘿、梅、李、梨、桃、無(wú)花果等果實(shí)中，尤以未成熟者含量居多。?檸檬酸又名枸櫞酸，學(xué)名2-羥基丙烷三羧酸、2-羥基丙烷-1,2,3-三羧酸.分子式：C6H8O7?（相對(duì)分子質(zhì)量：192.13）?物理性質(zhì)：無(wú)色透明或半透明晶體，或粒狀、微粒狀粉末，雖有強(qiáng)烈酸味，但令人愉快，稍有澀味。極易溶于水，溶解度隨

3、溫度的升高而增大。?化學(xué)性質(zhì)：從結(jié)構(gòu)上講檸檬酸是一種三羧酸類(lèi)化合物，并因此而與其他羧酸有相似的物理和化學(xué)性質(zhì)。加熱至175°C時(shí)它會(huì)分解產(chǎn)生二氧化碳和水，剩余一些白色晶體。檸檬酸是一種較強(qiáng)的有機(jī)酸，有3個(gè)H+可以電離；?加熱可以分解成多種產(chǎn)物，與酸、堿、甘油等發(fā)生反應(yīng)。1.2檸檬酸用途檸檬酸被稱為第一食用酸味劑，極廣泛地用作酸味劑、增溶劑、緩沖劑、抗氧化劑等，用于飲料、糖果、釀造酒、冰淇淋、酸奶、罐頭食品、豆制品與調(diào)味品等的生產(chǎn)中。另外，在藥物、美容品、化妝品工業(yè)上也有著重要的應(yīng)用。它是香料和飲料的酸化劑，在食品和醫(yī)學(xué)上用作多價(jià)螯合劑，同時(shí)是化學(xué)中間體，用于制造藥物，也可用于金

4、屬清潔劑、媒染劑等。檸檬酸的鹽類(lèi)、酯類(lèi)和衍生物也各具特點(diǎn)，用途極為廣泛而有良好的發(fā)展前景。?1.3檸檬酸循環(huán)又稱三羧酸循環(huán)（tricarboxylic?acid?cycle），克雷布斯循環(huán)(Krebs?cycle)。體內(nèi)物質(zhì)糖、脂肪或氨基酸有氧氧化的主要過(guò)程。通過(guò)生成的乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合生成三羧酸（檸檬酸）開(kāi)始，再通過(guò)一系列氧化步驟產(chǎn)生CO2、NADH及FADH2，最后仍生成草酰乙酸，進(jìn)行再循環(huán)，從而為細(xì)胞提供了降解乙?；峁┊a(chǎn)生能量的基礎(chǔ)。由克雷布斯（Krebs）于20世紀(jì)30年代最先提出。1.4實(shí)驗(yàn)發(fā)酵機(jī)理?1）以薯干粉、玉米粉或淀粉等糖類(lèi)為原料經(jīng)黑曲霉檸檬酸產(chǎn)生菌

5、（我們采用黑曲霉M288）糖化后產(chǎn)生高濃度的葡萄糖。?2）、黑曲霉利用糖類(lèi)發(fā)酵產(chǎn)生檸檬酸：葡萄糖以EMP（糖酵解途徑或者）、HMP（磷酸戊糖循環(huán)）兩種途徑產(chǎn)生丙酮酸，丙酮酸一方面氧化脫羧形成乙酰CoA，另一方面經(jīng)CO2固定化反應(yīng)后生成草酰乙酸，最后草酰乙酸和乙酰CoA縮合產(chǎn)生檸檬酸。?3）生理調(diào)節(jié)：檸檬酸是黑曲霉的良好碳源，故檸檬酸的積累是菌體代謝失調(diào)的結(jié)果。1）Mn2+抑制蛋白質(zhì)合成造成NH4+的濃度增大，從而解除對(duì)PFK的抑制，使EMP通暢；2）檸檬酸脫氫酶在檸檬酸濃度高的情況下活性降低，進(jìn)一步促進(jìn)檸檬酸的積累。?1.5發(fā)酵方法發(fā)酵有固態(tài)發(fā)酵、液態(tài)淺盤(pán)發(fā)酵和深層發(fā)酵?3種方

6、法。固態(tài)發(fā)酵是以薯干粉、淀粉粕以及含淀粉的農(nóng)副產(chǎn)品為原料，配好培養(yǎng)基后，在常壓下蒸煮，冷卻至接種溫度，接入種曲，裝入曲盤(pán)，在一定溫度和濕度條件下發(fā)酵。采用固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易。液態(tài)淺盤(pán)發(fā)酵多以糖蜜為原料，其生產(chǎn)方法是將滅菌的培養(yǎng)液通過(guò)管道轉(zhuǎn)入一個(gè)個(gè)發(fā)酵盤(pán)中，接入菌種，待菌體繁殖形成菌膜后添加糖液發(fā)酵。發(fā)酵時(shí)要求在發(fā)酵室內(nèi)通入無(wú)菌空氣。深層發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的主體設(shè)備是發(fā)酵罐。微生物在這個(gè)密閉容器內(nèi)繁殖與發(fā)酵。現(xiàn)多采用通用發(fā)酵罐。它的主要部件包括罐體、攪拌器、冷卻裝置、空氣分布裝置、消泡器，軸封及其他附屬裝置。發(fā)酵罐徑高比例一般是1:2.5，應(yīng)能承受一定的壓力,并有

7、良好的密封性。除通用式發(fā)酵罐外，還可采用帶升式發(fā)酵罐、塔式發(fā)酵罐和噴射自吸式發(fā)酵罐等。?為了得到產(chǎn)檸檬酸的優(yōu)良菌種，通常是從不同地區(qū)采集的土壤或從腐爛的水果中分離篩選，然后通過(guò)物理和化學(xué)方法進(jìn)行菌種選育。例如薯干粉深層發(fā)酵檸檬酸的菌種就是通過(guò)檸檬酸不斷變異和選育得到的。菌種適合在高濃度下發(fā)酵，產(chǎn)酸水平較高。????1.6黑曲霉菌檸檬酸發(fā)酵的影響因素?檸檬酸的發(fā)酵因菌種、工藝、原料而異，但在發(fā)酵過(guò)程中還需要掌握一定的溫度、通風(fēng)量及pH值等條件。一般認(rèn)為，黑曲霉適合在28～30℃時(shí)產(chǎn)酸。溫度過(guò)高