有机酸工艺学重点答案

1、代谢控制发酵:用人工诱变的方法，有意识地改变微生物的代谢途径，最大限度地积累产物，这种发酵形象地称为代谢控制发酵，最早在氨基酸发酵中得到成功应用。 促进剂；毒害剂：从生长角度：营养物质一般可以说是促进剂；从产酸角度：能提高产酸率的都可以说是促进剂。注：对生长的毒害剂不一定是产酸的毒害剂。而且许多产酸促进剂正是菌体生长的毒害剂，作用包括抑制过度长菌、调节代谢和改变细胞结构等方面。种子：将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养,最终获得一定数量和质量的纯种过程。这些纯种培养物称为种子。生物量：广义的生物量是生物在某一特定时刻单位空间的

2、个体数、重量或其含能量 。菌种衰退：菌种在培养或保藏过程中，由于自发突变的存在，出现某 些原有优良生产性状的劣化、遗传标记的丢失等现象，称为菌种的衰退。 菌种扩培：从少量的微生物原种开始，经过束带繁殖培养，为每次发酵提供相当数量的健壮的菌种培养物。生理酸性氮：(NH4)2SO4, (NH4)3PO4, (NH4)2HPO4, NH4Cl, (NH4)2CO3等，调节代谢，控制pH生理碱性氮:NaNO3,KNO3,LiNO3,Ca(NO3)2,Mg(NO3)2等结晶：是固体物质以晶体状态从蒸汽、溶液或熔融物中析出的过程。饱和溶液；过饱和溶液：柠檬酸在水中有一定的溶解度，其浓度达到正常溶解度的溶液

3、称为“饱和溶液”，超过正常溶解度则称为“过饱和溶液”。境界膜：结晶时，紧靠晶粒区域a=1，即浓度=饱和浓度C1，如维持母液的浓度为C(CC1),则在晶粒周围形成了一层具有一定浓度梯度的液膜，称为境界膜。浓缩：柠檬酸水溶液在沸腾状态下使其水分迅速蒸发，以提高溶液中酸的浓度，这一物理过程称为浓缩。初级晶核：首批形成的晶核或加入的晶种都称为“初级晶核”次级晶核：后面不论何时形成的晶核都称为“刺激晶核”。母液：第一次分离柠檬酸结晶后的母液称为一次母液，由一次母液继续浓缩结晶，分离出结晶后的母液称为二次母液。发酵工程的分哪三部分上游工程获得发酵产品的条件发酵工程 发酵工程微生物反应过程下游工程后处理/提

4、取纯化过程乙醛酸循环与醋酸发酵柠檬酸途径柠檬酸发酵的产率1、无CO2固定反应的产率合成1分子柠檬酸需要3分子乙酰辅酶A，也就是需要1.5分子的葡萄糖。理论产率为：192 /( 180×1.5) = 71.1%2、通过 CO2固定反应提供四碳二羧酸葡萄糖生成柠檬酸的全过程中，在碳平衡方面没有碳原子的损失，在乙酰CoA和草酰乙酸缩合时还从水中引进一个氧原子，总反应式为：C6H12O6+1.5O2C6H8O7+2H20可见柠檬酸发酵对糖的理论转化率为106.7%，以含一个结晶水的柠檬酸计为116.7%。黑曲霉柠檬酸高产菌的生理特征能耐高浓度柠檬酸（15%以上），而不利用和分解柠檬酸。耐高浓

5、度葡萄糖（18-20%）；能产生和分泌大量的酸性-淀粉酶和酸性糖化酶，糖化酶最适作用pH在4.04.6，最适温度为6065 。能利用淀粉质、糖蜜、葡萄糖母液等原料发酵生产柠檬酸。能抗微量金属离子，如Mn2+、Zn2+、Cu2+。在深层液体通风培养时，能形成大量的细小菌球体，极大地降低发酵液的粘度。柠檬酸提取中草酸的影响在以葡萄糖为唯一碳源的合成培养基上，生长不好，生成小菌落，孢子形成能力弱。减弱葡萄糖通过HMP途径（戊糖循环）降解的代谢流。在生长、繁殖期，细胞内具有较高水平的氨基酸、NH4+;而蛋白质、核酸水平低。在生长和产酸期，细胞内蛋白质，核酸水平低。具有很强的侧系呼吸链活性，此侧系呼吸链

6、不产生ATP。影响柠檬酸中和操作的因素1.滤液的质量；2.pH的控制；（3）中和温度；（4）其它阳离子的影响；（5）中和剂质量的影响；（6）搅拌器的作用柠檬酸钙盐在水中的溶解度性质柠檬酸钙盐在水中的溶解度较小；并且随温度升高进一步降低。如果温度升高至95100，Ca（C6H5O7）.4H2O的溶解度可进一步降低为0.578g/L水。钙盐提取法就是利用这种性质。将溶液加热至沸，使柠檬酸钙盐比较完全沉淀析出，而其它有机酸钙（葡萄糖酸钙、草酸钙）等物质溶解。在溶液中含有PO43-和过量Ca2+时，可促进钙盐沉淀。柠檬酸钙的溶解度也与酸度有关，pH值降低时溶解度增大。黑曲霉柠檬酸生物合成途径黑曲霉利用

7、糖类发酵生成柠檬酸其生物合成途径是，葡萄糖经EMP、HMP途径降解生成丙酮酸，丙酮酸一方面氧化脱羧生成乙酰CoA，另一方面经CO2固定化反应生成草酰乙酸，草酰乙酸与乙酰CoA缩合生成柠檬酸。(1)生长期与产酸期都存在EMP与HMP途径，前者EMP:HMP=2:1，后者EMP:HMP=4：1(2)黑曲霉柠檬酸产生菌中存在TCA循环与乙醛酸循环，在以糖质原料发酵时，当柠檬酸积累时，TCA和乙醛酸循环被阻断或减弱。(3)由于TCA和乙醛酸循环被阻断或减弱，草酰乙酸是由丙酮酸（PYR）或磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）羧化生成的。即由两个CO2固定化反应体系，其中以丙酮酸羧化酶作用下固定化CO2生成草酰乙酸

8、为主。柠檬酸发酵过程中，Mn2+ 缺乏为何会使NH4+浓度升高呢？ 当培养基中Mn2+缺乏时，微生物体内积累几种氨基酸（GA、GLu、Arg等），这些氨基酸的积累，意味着体内蛋白质的合成受阻，而外源蛋白质的分解速度则不受到影响，这样NH4+的消耗下降，NH4+浓度就会升高。 柠檬酸发酵过程的控制要点（1）控制Mn2+、NH4+浓度，解除柠檬酸对PFK的抑制，使EMP畅通无阻。（2） 控制溶氧，防止侧系呼吸链失活。（3）控制培养基中的Fe2+的浓度，使顺乌头酸水合酶失活。柠檬酸生物合成的代谢调节机制（一）糖酵解及丙酮酸代谢的调节；二）三羧酸循环的调节；(三)氧对柠檬酸积累的调节；我国柠

9、檬酸发酵生产常用菌种及特点常用的是黑曲霉,特点:自然选育和诱变选育概念和主要步骤自然选育：在生产过程中，不经人工处理，利用菌种自身的突变或直接从自然界中分离筛选的过程。诱变选育：通过诱变剂处理来提高菌种的突变频率，扩大变异幅度，从中选出具有优良性状的突变株。主要步骤; 菌种纯化主要方法:平板划线分离、平板稀释分离和小滴分离纯化培养菌种保藏的目的和方法保藏的目的：使菌种保持活力，同时还要保持其优良的生产状态。保藏的方法1.斜面低温保藏法2.载体吸附保藏法3.真空冷冻干燥保藏法4.液氮超低温（-196）保藏法菌种衰退原因（1）环境条件：如培养基成分不适，温度过高；（2）移植菌株间歇时间过长，分离复

10、壮时间间歇过长；（3）分离复壮效果差或杂菌污染；（4）连续传代次数过多或菌种有关基因发生自然突变或者恢复突变。柠檬酸发酵主要原料类型：（1）淀粉质原料；（2）粗制糖类；（3）制糖工业副产品；（4）含正烷烃较多的石油馏分；（5）副原料以及各种产酸促进剂。 柠檬酸发酵用种子的质量要求（1）培养基成分：菌丝接种时，产酸水平随种子培养基成分的加富而提高。（2）通风量 对10m3罐，温度3435：06h：0.01850.0187 m3/（m3·min）1711h：0.03 m3/（m3·min）1216h：0.075 m3/（m3·min）19h后：0.094 m3/（m3

11、·min）2024h：0.1450.15 m3/（m3·min）24h：0.18 m3/（m3·min）种子扩培的两个阶段实验室阶段：不用种子罐，所用的设备为培养箱、摇床等实验室常见设备，在工厂这些培养过程一般都在菌种室完成，因此将其称为实验室阶段的种子培养。孢子培养时注意湿度，子斜面使用一般不超过1个月生产车间阶段：种子培养在种子罐里面进行，一般在工厂归发酵车间管理，因此形象地称这些培养过程为生产车间阶段。柠檬酸发酵属好氧发酵，其三种主要发酵方式及概念。好氧发酵三种方式：表面发酵、固体发酵、深层发酵。其中表面发酵、固体发酵利用气相氧，深层发酵利用的是溶解氧。概念

12、：表面发酵利用生长在液体培养基表面的微生物的代谢作用，将可发酵性原料转化为柠檬酸的。这种工艺出现最早。固体发酵是将发酵原料及菌体被吸附在疏松的固体支持物上，经过微生物的代谢活动，将原料中的可发酵成分转化为柠檬酸表面发酵的主要设备：发酵室，发酵盘，通风系统。影响表面发酵的主要因素因素：培养液层厚度，糖浓度，温度，pH，通气，不正常的发酵处理。柠檬酸深层液体发酵终点控制条件：当通风搅拌培养5072h，柠檬酸产酸达100150g/L，柠檬酸产量不再上升，残糖降至2g/L以下，可升温终止发酵，泵送至储罐中，及时进行提取。杂菌污染的危害及防治措施杂菌污染的危害（1）杂菌分泌的代谢物抑制生产菌的生长代谢和

13、产物合成（2）杂菌消耗了大量糖及其他营养物，大量繁殖菌体和生成非预期产物；（3）杂菌的分泌物使柠檬酸提取和精制困难（4）杂菌寄生于生产菌的菌体内致死寄主防治措施1.始终严格贯彻无菌操作制度；2.加强环境卫生管理，发酵车间和菌种室内外环境，要保持整洁，定期清扫和消毒；3.重视设备，保持高的设备完好率，发酵工业由于设备系统引起染菌的概率较高，要定期检查管、阀、法兰、轴封等；4.保证无菌空气质量，定期检查空气过滤器的过滤效果，要注意突然停电时的保压工作；5.严格保证菌种质量，各级菌种必须严格无菌检查和摇瓶验证后才能供生产使用柠檬酸发酵中常见污染菌：细菌，酵母菌，霉菌。柠檬酸发酵过程中，怎样检查染菌情

14、况？感官检查，平板划线检查，无菌样和对照样。柠檬酸发酵液提取之前进行预处理的方法及作用。方法：热处理，7590，时间宜短不宜长。作用：（1）杀灭柠檬酸产生菌和杂菌，终止发酵，防治分解（2）是蛋白质变性而絮凝，破坏胶体，降低料液黏度，利于过滤；（3）可使菌体中柠檬酸部分释放出来。柠檬酸钙盐法提取工艺流程我国柠檬酸提取采用钙盐法：发酵液经加热处理后，滤去菌体残渣，在中和桶中加入CaCO3或石灰乳，使柠檬酸以钙盐形式沉淀下来，废糖水和可溶性杂质则过滤除去，柠檬酸钙在酸解槽中加入H2SO4酸解，使柠檬酸游离出来，形成硫酸钙被滤除，作为副产物使用。这时得到的粗柠檬酸溶液通过脱色和离交净化，除色素、胶体、

15、无机离子等杂质，然后浓缩、结晶、干燥即可包装出厂。柠檬酸提取中，滤液未除草酸对操作有何影响？除草酸的方法草酸的影响未除草酸的滤液，中和时生成的草酸钙混入柠檬酸钙中，因颗粒很细，易堵塞过滤介质孔道，影响滤速和洗糖除草酸的方法：有机杂酸主要是草酸和葡萄糖酸，都能形成钙盐。前者溶解度很低，故可在中和前除去，后者溶解度很高，中和之后绝大部分在废水中排除。利用草酸钙溶解度低于硫酸钙溶解度，在一次滤液中加硫酸钙，使其生成草酸钙，在一次滤液复滤时，一并除去。柠檬酸钙酸解时的净化操作各步骤的方法（1）脱色：（2）除SO42-（3）除Fe3+、Ni3+：（4）除Pb2+、As： 柠檬酸溶液浓缩的主要设备和温度操

16、作要求主要设备：蒸发器，冷凝器，真空发生系统。温度操作要求：开始温度不超过70当溶液浓缩至35%以上，酸度增高时，温度不超过60.介稳区还可以分为哪两个区域介稳区可以分为刺激起晶区和育晶区。两个区域并无严格界限。结晶的方法有哪3种及各自的定义自然起晶：降温或浓缩使溶液的过饱和度增大到不稳定区时，溶液中即可以自发产生晶核，称为“自然起晶”。刺激起晶：降温或浓缩使溶液的过饱和度增大到不稳定区时，溶液中即可以自发产生晶核，称为“自然起晶”。添加晶种起晶溶液在介稳状态时，认为加入一定数量和粒度的晶体粉末，称为“添加晶种起晶”。与柠檬酸结晶速度有关的因素有哪些（1）过饱和度（2）晶粒表面积（3）温度（4

17、）境界膜厚度（5）粘度柠檬酸结晶时，温度低于36形成产物，超过36形成产物一水柠檬酸；无水柠檬酸干燥过程两个过程及干燥速度的有关因素过程：(1)使水分蒸发；(2)除去气化后的水分因素：（1）温度：温度越高，干燥越快。一水柠檬酸不超过36，无水柠檬酸一般40以上（2）空气流的湿含量：湿度越低，干燥越快（3）干燥介质与物料的混合程度：混合程度越高，干燥速度越快（4）干燥介质流速：气流速度增加，干燥速度加快。萃取法提取柠檬酸时对萃取剂的要求：1）对柠檬酸有较强的溶解能力，选择性强，不溶解还原糖、蛋白质等发酵液中的杂志（2）在水中溶解度低，对柠檬酸来说具有较高的分配系数（3）物理化学性质稳定，不与发酵液中有关物质反应