第13章柠檬酸发酵.ppt
《第13章柠檬酸发酵.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第13章柠檬酸发酵.ppt(107页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、,第十三章柠檬酸发酵,膏昧俘撂臂青讶素媒萄僻峨鹤嵌漠咱裔膛橱截皋啮啸继司熬疗钳尼弛赖瞩第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,柠檬酸,柠檬酸(Citricacid)分子式为C6H807。外观为白色颗粒状或白色结晶粉末,无臭,具有令人愉快的强烈的酸味,相对密度为1.6550。 柠檬酸易溶于水、酒精、不溶于醚、酯、氯仿等有机溶剂。商品柠檬酸主要是无水柠檬酸和一水柠檬酸,前者在高于36.6的水溶液中结晶析出,后者在低于36.6水溶液中结晶析出。它天然存在于果实中,其中以柑桔、菠萝、柠檬、无花果等含量较高。 柠檬酸是生物体主要代谢产物之一。,他挟司闹赚减品执韩挪第诽凑移唁服藤格贡文兴骄翅呛腆郊碎惟侠杯莲
2、凸第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,柠檬酸1784年由Scheels氏发现 1893年前,主要用柑橘、菠萝、柠檬等果实提取柠檬酸 1893年德国微生物学家Wehmer发现二种青霉菌可以生成柠檬酸 1917年Currie使用黑曲霉浅盘发酵生产柠檬酸 1923年美国科学家研究成功了以废糖蜜为原料的浅盘法柠檬酸发酵,并在比利时设厂生产。 1938年Perquin和1942年Karrow进行了柠檬酸的深层发酵研究 1951年美国Miles公司首先以淀粉质为原料,经水解后深层发酵大规模生产柠檬酸。,柠檬酸,战符鲍蜘桨苦候厩仲塌觉鉴熏出帝这台倦密官怨招咯婿周讹灵鹰赘吊宝咒第13章柠檬酸发酵第13章柠檬
3、酸发酵,柠檬酸,我国1953年采用浅盘法发酵生产柠檬酸, 1968年用薯干为原料采用深层发酵法生产柠檬酸成功,由于工艺简单、原料丰富、发酵水平高,各地陆续办厂投产,至20世纪70年代中期,柠檬酸工业已初步形成了生产体系。,贯殖淖粤涧鲍猪沛急招陋葫房卸牧岂嫉汇帝琅填寐烷潮团闰词含愧装吴选第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,我国柠檬酸行业:产量位居世界第一;从技术上,处于世界领先水平,并远远领先于其他国家,其优势在于: 1. 发酵采用的菌种(黑曲霉)具有双重功能,当淀粉原料被液化后,即可进行发酵,不需要将淀粉水解成葡萄糖, 简化了生产工艺,降低了生产成本。 2.采用边糖化边发酵工艺,但发酵周期只
4、有64小时,生产周期比国外要短。 3.柠檬酸的产酸速度大大高于国外水平。 平均产酸速率是国外的2倍。,牟绣棚揉握陷弱溉管矛豌万织滑啥娶滋矣置甚削痴邵难献债蜂红六文盼庇第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,柠檬酸的消费领域: 饮料行业占4045 食品添加剂等占1520 洗涤剂占2030 医药占5 其它占10,贞虱编榴字筋炔噶砷渐煌泄攻长裙窘抑闰峙卢旦地渴饭倘烷丁禾智轧乔哄第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,我国有机酸行业发展的思考(2011年8月) 我国柠檬酸年产能已经达到百万吨,占世界的70左右;年产量达70余万吨,约占世界的65; 年出口量50万吨,超过世界贸易总量的一半。我国是世界上最大
5、的柠檬酸出口国,主要出口到印度、美国、欧洲、日本等地。 但在1970年时,我国的柠檬酸年产仅有130吨,氦栅坡抗汲圆蕉译绎疾抛凋集哉猛佩讶搅茂寺蓖满肠靛奴电厂高莹腿嘛项第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,我国柠檬酸发酵生产的回顾和展望,我国于五十年代初期开始柠檬酸浅盘发酵研究, 1968年轻工业部发酵研究所与黑龙江和平糖厂合作,首先完成了甜菜糖蜜浅盘表面发酵并投入工业化生产。 1965年,上海市工业微生物研究所筛选出N558菌种,并与天津工业微生物研究所,南通发酵厂等合作,使之用于工业化生产,并在全国推广,形成我国独特的薯干直接深层发酵法生产柠檬酸。,刹诀右尖蝶单闯细氨懊届砷膏虑粱哟梯荐痰选
6、兴痊寨柒晃炕星灭抛痰臭厚第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,我国柠檬酸发酵生产的回顾和展望,从七十年代到九十年代,我国一直致力于柠檬酸生产菌种的改进, 1990年,上海市工业微生物研究所完成国家七五攻关项目筛选出860菌种,发酵产酸达20, 上海市工业微生物研究所开始以薯渣为主原料,以黑曲霉为菌种,固体发酵法生产柠檬酸钙的研究。并于1977年中试成功并投入生产,现在全国已有四十余个工厂,采用固体发酵法由薯渣生产柠檬酸及柠檬酸钙产品。,铲就域澎舰企费学寸代盂考邓粳内憎疯昌惜猩召针掩胜蛙纯尉炙纽缴那绘第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,我国以石油原料发酵柠檬酸开始于1970年,先后在天津、上海
7、、沈阳等地进行研究,并一度投入小规模试验生产,是用正烷烃为原料,以解脂假丝酵母为菌种,发酵产酸达13以上,转化率140以上,但因柠檬酸只占总酸的50%(另一半为异柠檬酸)而且由于成本较高及石油原料紧缺和食用安全性等原因,未能坚持研究和生产。,耻松吗亥蔗盎速烈峡矿馁厄腺伶湍杂疾说远契睛卡坚矽软刹逼瓜妙神酪贾第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,我国的发酵技木及生产水平,特别是菌种及发酵工艺均为世界领先水平。 薯干粉、淀粉、木薯粉、葡萄糖母液等直接深层发酵技术为我国所独有。 国外发酵罐容积通常在200m3,并较早实现自动控制;我国的最大柠檬酸发酵罐为150m3,贤中远茸挝乃抚篇倚调湾啮殖桐卿灭挽碱
8、谈澳甫猎雨浩涸棒颗靴枝配醚驻第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,一、柠檬酸在食品中的应用 1)饮料与冰淇淋,柠檬酸广泛用于配制各种水果型的饮料以及软饮料 柠檬酸本身是果汁的天然成分之一,不仅赋于饮料水果风味,而且具有增溶、缓冲、抗氧化等作用,能使饮料中的糖、香精、色素等成分交融协调,形成适宜的口味和风味;添加柠檬酸可以改善冰淇淋的口味,增加乳化稳定性,防止氧化作用。,综倘捂抠苗锑机氨岳绚藤侣指逸叹俞财贫柴裳肚垒石微泵席他侥嘎裂渔颖第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,2)果酱与酿造酒,柠檬酸在果酱与果冻中同样可以增进风味,并使产品抗氧化作用。由于果酱、果冻的凝胶性质需要一定范围的pH值,添加
9、一定量的柠檬酸可以满足这一要求。 当葡萄或其它酿酒原料成熟过度而酸度不足时,可以用柠檬酸调节,以防止所酿造的酒口味单薄。柠檬酸加到这些果汁中还有抗氧化和保护色素的作用,以保护果汁的新鲜感和防止变色。,窑若筷揣叹咏缝隧蔑橇腻砖脖般阔扇亩羡朋群哄旅常非受饱翟虱毖械纹守第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,3)腌制品 各种肉类和蔬菜在腌制加工时,加入或涂上柠檬酸可以改善风味,除腥去臭,抗氧化。 4)罐头食品 加入柠檬酸除了调酸作用之外,还有螯合金属离子的作用,保护其中的抗坏血酸,使之不被金属离子破坏。柠檬酸添加到植物油中也有类似的作用。,颂消唉悔咐畴很哎鬃标池稽七洽睬鸟豺塑沟口饺秧买仪拈府掘莫讽柯霉
10、祈第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,5)豆制品及调味品 用含有柠檬酸的水浸渍大豆,可以脱腥并便于后续加工。柠檬酸可以用于大豆等豆类蛋白、葵花子蛋白的水解,生产出风味别致的调味品。它也可以用于成熟调味品(酱油等)的调味。 6)其它 柠檬酸在医药、化学等其它工业中也有一定的作用。柠檬酸铁胺可以用作补血剂;柠檬酸钠可用作输血剂;柠檬酸可制造食品包装用薄膜及无公害洗涤剂。,卸唐帜嘘干赁翁你斜幕访贸咀寥肖旦尧椎邓颅质赠榴戒坚平位人脱泵漳直第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,二、柠檬酸发酵微生物,1)黑曲霉(Aspergillusniger)的形态特征 目前生产上常用产酸能力强的黑曲霉作为生产菌。
11、在固体培养基上,菌落由白色逐渐变至棕色。孢子区域为黑色,菌落呈绒毛状,边缘不整齐。菌丝有隔膜和分枝,是多细胞的菌丝体,无色或有色,有足细胞,顶囊生成一层或两层小梗,小梗顶端产生一串串分生孢子。,涣乡煤屏堂肩琳涡瑰喘蔑阶坑蜜扩肛苗嫂藏工创桥烛氨斡闯侯怂暗均嚣折第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,二、柠檬酸发酵微生物,2)黑曲霉(Aspergillusniger)的生理特征 黑曲霉生产菌可在薯干粉、玉米粉、可溶性淀粉糖蜜、葡萄糖麦芽糖、糊精、乳糖等培养基上生长、产酸。 生长最适pH 因菌种而异,一般为pH37;产酸最适pH为1.82.5。 生长最适温度为3337,产酸最适温度在2837,温度过高
12、易形成杂酸; 斜面培养:麦芽汁4Be 的培养基。,跺衡脏罗茅盎葫妊目音帧嫁膊诧菇罕机狗强酣惩瘫星辅蕊浪播石磊慑熔啦第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,二、柠檬酸发酵微生物,黑曲霉以无性生殖的形式繁殖,具有多种活力较强的酶系,能利用淀粉类物质,并且对蛋白质、单宁、纤维素、果胶等具有一定的分解能力。,扬敖堂猿搽邢籍逸坐钙屿炊户妖擞滤惭近旷靖远炕拱夜牺哇愧迹烷拜涅难第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,二、柠檬酸发酵微生物,黑曲霉可以边长菌、边糖化、边发酵产酸的方式生产柠檬酸。,悸陵象龚赛棉李赚肛羔叙玻缚观渝厅腆拄抬卖娃吧呸弱象砾填涛既仆邵敷第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,三、柠檬酸发酵机理
13、,关于柠檬酸发酵的机制有多种理论,目前大多数学者认为它与三羧酸循环有密切的关系。 糖经糖酵解途径(EMP途径),形成丙酮酸,丙酮酸羧化形成C4化合物,丙酮酸脱羧形成C2化合物,两者缩合形成柠檬酸。,寡沼要喇道寨眼谜塘眩缄贵锻墙凝宫颅发台编潞信又舌寓渭习铺骇酒墨僧第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,柠檬酸的溢出代谢: 多种微生物均能因受刺激而过量合成柠檬酸。研究柠檬酸溢出代谢的最好的例子无疑是黑曲霉。黑曲霉之所以能在特定环境条件下累积柠檬酸,是因为在这种环境条件下代谢途径前段的运转速率大于后段的运转速率。 柠檬酸的溢出代谢是黑曲霉特有的遗传和生化机制与培养条件共同起作用的结果。 引起溢出代谢的
14、原因包括以下三个方面:,愁蒜廖役及皮醉字仰肯耕浇其蛙誊堵蛇鸡愈股懂舟扔们抽期摊宅媚典偷葬第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,高水平的柠檬酸合成能力。这个能力由3个因素构成。第一:是在有高浓度草酰乙酸(OAA )的情况下对 AcCoA 具有高度亲和力的组成型的柠檬酸合成酶( CS )的存在;第二:是催化丙酮酸( PYR )固定CO2生成草酰乙酸反应的高水平的组成型的丙酮酸羧化酶( PC )的存在;,俺谰迄腆竖建奏蹋估气灿赏捅菩醒所讣绕幢噎册珠叙店诗闷数忍气悄看钞第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,第三:是在缺少锰的条件下,蛋白质分解或蛋白质合成受阻造成的铵的高浓度能解除柠檬酸(CTA)对磷酸
15、果糖激酶(PFK)的抑制。此外,柠檬酸的分泌,降低其胞内浓度。,号裔辰驭萌遗球属遍厌奔环睡巡俏务软纳咨嗣溉苑炊意会节九代篡傍落漫第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,较低的降解柠檬酸的能力。 这能力由两个因素构成。 第一:是低水平的-酮戊二酸脱氢酶(KD)影响TCA环运行的畅通程度,使TCA环前半部的中间产物积压; 第二:在锰缺乏的条件下,顺乌头酸酶(AE)和 异柠檬酸脱氢酶(ID)的活性降低,从而使柠檬酸的累积比其它几种酸(顺乌头酸、异柠檬酸和-酮戊二酸)更明显。,省详蕉宰程泌兢此画增诞玫讨济凌韵著仟漏茎乡捧韵千谜士姓已恼抽杂稻第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵, 在柠檬酸过量合成阶段,培
16、养基的 pH 值显然会影响细胞膜对目的产物柠檬酸的跨膜输送;柠檬酸的分泌也会影响培养基的 pH值。锰与铁的缺乏有利于柠檬酸的排出。,讫仕拢妆像蹬蓉即追殷醋似钵囚白蹈鹊进循韧铺批劳喻候限屎更几科莲冻第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,黑曲霉中柠檬酸的代谢溢出,腆掀鼓抉势嫁卞字哆莎形橇澳韶未彼宦乖讼唆螟肮终兆洪归芒糠簧框完此第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,TCA循环在柠檬酸积累中的调节,1)大量生成草酰乙酸是积累柠檬酸的关键; 2)丙酮酸羧化酶和柠檬酸合成酶基本上不受代谢调节的控制或极微弱; 3)TCA循环的阻断或微弱(即顺乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶和酮戊二酸脱氢酶活力降低),导致柠檬酸积累
17、。而且,当柠檬酸浓度超过一定水平,就抑制异柠檬酸脱氢酶活力来提高自身的积累。,抉踞蒙脏足鼠美刻隶箭赘坠筑汗错点姓萤犯仇艺襄狙晰兵棱卢陋萤绦忿瓢第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,回补途径,TCA循环重要功能除产能外,为一些氨基酸和其它化合物的合成提供了中间产物; 生物合成中所消耗的中间产物若得不到补充,循环就会中断; 回补方式:通过某些化合物的CO2固定作用, 一些转氨基酶所催化的反应也能合成草酰乙酸和-酮戊二酸, 通过乙醛酸循环,鳃谗两撼滞慈赂允菇副渴广酬釜淖实踪辞吗逆实汀唉绍坊惑聊伪塘艳嘲伺第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,通过某些化合物的CO2固定作用使三羧酸循环的中间产物得到回补
18、: 丙酮酸羧化酶: CO2+丙酮酸+ATP+H2O Mg+ 草酰乙酸+ADP+Pi 磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶: CO2 +PEP+ H2O 草酰乙酸+H3PO4 苹果酸酶: CO2 +丙酮酸+NADPH+H+ 苹果酸+ NADP+,为了能够在己糖或戊糖的中间代谢物上进行好氧生长,异养微生物至少要具备上述几种酶之种的一个酶。, CO2固定作用补充TCA环的中间产物,恤溜迪茁贤谋潭摔抵苑浑馅淫态榜上爬番身尼减雏屹峦熟囊故尝错植像绝第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,孝赡敝览捕掌添凸枚碌浆躬共绊丫邮暖叼蜘哩勘立拟冀测讨慨氢我叼曝描第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,转氨基作用,定义: -氨基酸的氨
19、基通过酶的催化,转移到-酮酸 的酮基上,生成相应的氨基酸;原来的-氨基酸则转变成相应的-酮酸 。,R1 CHNH2 + COOH,R2 C=O COOH,R1 C=O + COOH,R2 CHNH2 COOH,转氨酶,较艺术计夏斜硕仍鱼彤染迸扑彩仲撵蒜省宴砂澜息记坝载竹蚜担镣壮疡敛第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,转氨基作用几点说明:,(1)可逆反应, (2)转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺 (3)重要的转氨酶: 丙氨酸转移酶(ALT)/谷丙转氨酶(GPT) 天冬氨酸转移酶(AST)/谷草转氨酶 (GOT) ALT常用于肝疾患(肝炎等)辅助诊断、 AST 用于心肌疾患(心肌梗塞等的辅助
20、诊断),尧谬曝汰沧徒牛帛烈拿赊至泡屏稳接屹督栅拙绎瞎瑞们鲤辖建频伯瘤蹦哭第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,CH3 H-C-NH2 + COOH,COOH (CH2)2 C=O COOH,丙氨酸 -酮戊二酸 丙酮酸 谷氨酸,ALT:谷丙转氨酶,急性肝炎时血清ALT 活性显著增高。,ALT,CH3 C=O + COOH,COOH (CH2)2 H- C-NH2 COOH,钩流娱钙撇碾意豌动征嗓逢冰闺千幌颅扒恐泡饶委氰铰梨悟撂按斑淫纳形第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,COOH CH2 + H-C-NH2 COOH,COOH (CH2)2 C=O COOH,AST,天冬氨酸 -酮戊二酸 草酰
21、乙酸 谷氨酸,AST:谷草转氨酶,心肌梗塞时血清含量明显增高.,COOH CH2 + C=O COOH,COOH (CH2)2 H-C-NH2 COOH,英藉死甲山缓互富囚狂忌病错厘特床坪褐邻栓敛宫舵怔仑拒柄诽湛闰兆窑第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,乙醛酸循环,帆挞宪腰妇莲辐涯铀韩刮蒂踌全组娥即咋宾讹湍伶脓孩梅姿借秀知正版峙第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,乙醛酸循环,能够利用乙酸的微生物具有乙酰CoA合成酶,它使乙酸转变为乙酰CoA; 然后在异柠檬酸裂解酶和苹果酸合成酶的作用下进入乙醛酸循环。 乙醛酸循环的主要反应: 异柠檬酸 琥珀酸 +乙醛酸 乙醛酸 + 乙酸 苹果酸 琥珀酸 +
22、 乙酸 异柠檬酸 净反应:2乙酸 苹果酸,敦淆祖近蝗抉财病刨辱燕脑蓝厨直小昆蛆夯般浴扶岿收摈虑吹盼哺情饲矮第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,柠檬酸发酵机理,大量的胞内NH4+和呼吸活性提高,使通过糖酵解途径的代谢得到加强。葡萄糖经EMP通路分解成为丙酮酸,进入三羧酸循环,在丙酮酸脱氢酶复合物作用下氧化成为乙酰CoA及CO2,然后在柠檬酸合成酶作用下与草酰乙酸缩合而形成柠檬酸,而异柠檬酸脱氢酶、乌头酸酶因受到抑制,而使柠檬酸得以积累。,敲隆协头泅茵泌短且豫糖硬锚遥谈跋专饥幂王返写俱咨超钒您坎煤腻恒爬第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,按照正常的微生物菌体的代谢规律,上述途径并不能够积累柠檬
23、酸,而是进入TCA循环,被彻底氧化,柠檬酸产生菌之所以能够大量积累柠檬酸,其产生菌菌种必须具备一定的内在因素,也就是:柠檬酸后述的各种酶,主要是,顺乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶酶 的活性丧失或非常微弱,否则,合成的柠檬酸迅速被降解成其他物质。,勇哑籍著稀蚁青须慈兆柴驻爽诺耽赏宋肌邑耳陡肯初软龄蕊消亥眷滩辱祥第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,柠檬酸生物合成中的代谢调节与控制追求柠檬酸的高产率,柠檬酸是微生物生长代谢过程中的一个中间性产物,在正常的微生物体内不能够积累的,如果有积累的话,与柠檬酸合成有关的各种酶的活性,则会受到抑制或阻遏,那么,柠檬酸发酵过程中,这种抑制或阻遏是如何被克服的呢?,灸
24、歇卷招糊领孟针匿吻快啼负师欲脚纶典承淋汐请盘岂吟属酌菊拴营扼山第13章柠檬酸发酵第13章柠檬酸发酵,1.磷酸果糖激酶(PFK)活性的调节,从葡萄糖柠檬酸的合成过程中,PFK 是一种调节酶或者称之为关键酶,其酶活性受到柠檬酸的强烈抑制,这种抑制必须解除,否则,柠檬酸合成的途径就会因为该酶活性的抑制而被阻断,停止柠檬酸的合成, 研究表明,微生物体内的NH4+,可以解除柠檬酸对PFK的这种反馈抑制作用,在较高的NH4+的浓度下,细胞可以大量形成柠檬酸,那么NH4+ 浓度是如何升高的呢?,在正常情况下,柠檬酸、ATP对磷酸果糖激酶有抑制作用,而AMP、无机磷、铵离子对该酶则有激活作用,特别是 还能解除
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 13 柠檬酸 发酵
链接地址:https://www.31doc.com/p-5912648.html