乳酸发酵工艺ppt.ppt

乳酸发酵代谢及调控 乳酸是公认的三大有机酸之一 是一种用途广泛的三碳化合物 具有悠久的应用历史 前言 目录 乳酸的性质及用途 Contents 乳酸发酵的代谢及调控 米根霉发酵产L 乳酸的代谢调控研究 乳酸的性质及用途 乳酸学名是 羟基丙酸 分子式为CH3CH OH COOH 分子量为90 08Da 纯品为粘稠状液体 微黄色 澄明 无嗅 味微酸 有较强吸湿性 可以与水 酒精和乙醚以任意比例混合 乳酸分子结构中含有不对称碳原子 具有旋光性 分为L 乳酸 D 乳酸和DL 乳酸 而人体内只含有L 乳酸脱氢酶导致仅能消化利用L 乳酸 因此L 乳酸的用途较广 DL 乳酸只做工业用途 D 乳酸已基本不生产 乳酸的理化性质 乳酸的结构式 乳酸具有很强的防腐保鲜功效 在酿造啤酒时 加入适量乳酸既能调整pH值促进糖化 又利于酵母发酵 提高啤酒质量 又能增加啤酒风味 延长保质期 天然乳酸是乳制品中的天然固有成分 它有着乳制品的口味和良好的抗微生物作用 已广泛用于调配酸奶奶酪 冰淇淋等食品中 成为备受青睐的乳制品酸味剂 调味料方面 乳酸独特的口味可增加食物的美味 在色拉 酱油 醋等调味品中加入一定量的乳酸 可以保持产品中的微生物稳定性 安全性 同时使口味更佳温和 在食品行业的用途 调节pH 抑菌 延长保质期 调味 保持食品色泽 在病房 手术室 实验室等场所中采用乳酸蒸汽消毒 可有效杀灭空气中的细菌 还可以直接配置成药物或日常保健品使用 在医药方面广泛用作防腐剂 载体剂 助溶剂 药物制剂 pH调节剂等 乳酸聚合得到聚乳酸 聚乳酸可以抽成纺成线 这种线是良好的手术缝线 缝口愈合后不用拆线 能自动降解成乳酸被人体吸收 无不良后果 尤其是体内手术缝线 避免二次手术拆线的麻烦 这种高分子化合物可做成粘结剂在器官移植和接骨中应用 在医药行业的用途 1 乳酸在发酵工业中用于控制pH值和提高发酵物纯度2 在纺织行业中用来处理纤维 可使纤维易于着色 增加光泽 使触感柔软3 在涂料墨水工业中做pH调节剂和合成剂 4 在卷烟行业中可以保持烟草湿度 除去烟草中杂质 改变口味 还可中和尼古丁烟碱 减少对人体有害成分提高烟草品质5 乳酸亦可作为聚乳酸起始原料 生成新一代的全生物降解塑料 6 在制革工业中 乳酸可脱去皮革中的石灰和钙质 使皮革柔软细密 从而制成高级皮革7 乳酸由于对镍具有独一无二的络合常数 长被用于镀镍工艺 它同时可作为电镀槽里的酸碱缓冲剂和稳定剂 8 乳酸作为pH调节和合成剂可应用于各种水基图层的粘合系统 如 电积物的图层9 乳酸具有清洁去垢等作用 用于洗涤清洁产品比传统的有机除垢剂性能更加 在工业的用途 1 光学纯度高达99 以上的乳酸 在农药方面可用于生产缓释农药 例如除草剂 具有对农作物和土壤无毒无害且高效的特点2 乳酸聚合物用于成产农用薄膜 取代塑料地膜 能被细菌分解后让土壤吸收 利于环保3 在饲料中作为生长促进剂 乳酸可以降低胃内的pH值 起到活化消化酶 改善氨基酸消化的作用 并对肠道上皮的生长有好处 4 乳酸还用作青饲料贮藏剂 牧草成熟剂5 乳酸抑制微生物的生长 哺乳期的畜类可能会染上由大肠杆菌和沙门氏菌引起的疾病 在饲料中加入乳酸可以加以预防6 乳酸可以作为饲料的防腐剂并增进饲料 谷物和肉类加工产品副产品的微生物稳定剂7 在家禽和家畜的饮水中加入乳酸 可有效地抑制病原菌的生长 动物体重增加速度提高 在农产品及农业上的用途 乳酸发酵的代谢及调控 1 同型乳酸发酵中乳酸是唯一的代谢产物 采用的是糖酵解途径 EMPparthway 人和大多数动植物属于此类代谢类型 2 异型乳酸发酵通过磷酸戊糖途径 hexosemonophosphatepathway HMP 生成乳酸 CO2 乙醇 或乙酸 3 混合乳酸是在特殊情况下 如葡萄糖浓度受到限制 pH升高或温度降低而发生的乳酸发酵机制无论哪条途径 乳酸都是经过丙酮酸转变而来的 丙酮酸也是此过程中关键的中间产物 乳酸的生物合成途径 同型乳酸发酵是乳酸菌利用葡萄糖酵解途径生成丙酮酸 由于大多数乳酸菌不具有脱羧酶 因此 丙酮酸不能脱羧生成乙醛 而在乳酸脱氢酶的催化下 需要还原型辅酶 丙酮酸作为受氢体被还原为乳酸 同型乳酸发酵 异性乳酸发酵除生成乳酸外 还生成CO2和乙醇或乙酸 其生物合成途径有两种 即6 磷酸葡萄糖途径和双歧途径 异性乳酸发酵 米根霉发酵产L 乳酸的代谢调控研究 微生物中具有代表性的乳酸发酵是米根霉 Rhizopusoryzae 等霉菌类 米根霉属真菌中的接台菌门 Zygomycota 接台菌纲 Zygomycetes 毛霉目 Mueorales 毛霉科 Mucoraceae 根霉属 RAeopus 发酵生产L 乳酸具有产物光学纯度高 营养需求简单 产物易提纯 可直接利用淀粉发酵等优点 米根霉 该网络表明 葡萄糖进入细胞内 通过糖酵解途径 EMP 生成丙酮酸 丙酮酸在细胞内主要有四种去向 1 是通过丙酮酸脱羧酶 PDC 乙醇脱氢酶 ADH 进入乙醇的途径 2 是通过丙酮酸羧化酶 PC 形成草酰乙酸 再通过苹果酸脱氢酶和富马酸酶生成苹果酸和富马酸 3 是通过L乳酸脱氢酶 LDH 直接生成k乳酸 这是目标产物形成途径 4 是通过丙酮酸脱氢酶系 PDH 将丙酮酸转化成乙酰CoA后进入三羧酸循环 TcA 以维持生物量平衡后的基本代谢 米根霉产L 乳酸的代谢网络 米根霉发酵产L 乳酸的代谢流程中 葡萄糖经过EMP途径转化为丙酮酸 丙酮酸可以经LDH催化转成乳酸 也可以经过丙酮酸脱氢酶转化为乙醛 再经过ADH转化为乙醇 已有研究表明 米根霉的乳酸产生量与LDH活力 以及乙醇产量与乙醇脱氢酶 ADH 活力都成正相关性 为了提高乳酸的转化率 降低乙醇的转化率 可以考虑通过提高发酵过程中LDH活力 抑制ADH活力来实现 实验研究的思路 根据两个酶的特性 可以把温度控制在30 50 加入Mg2 Ca2 抑制ADH 激活LDH 该实验中重要的酶 乳酸脱氢酶三级结构 结论 基于微生物代谢控制