乳酸发酵工艺课件

1、第8章乳酸发酵工艺2022/7/29第8章乳酸发酵工艺第1页，共28页。一. 概述 Introduction生产方法：化学合成（10%）和发酵法（90%）广泛应用于化工、食品、医药领域目前普遍使用DL-乳酸L-乳酸天然性，将是发展方向，特别应用聚乳酸（可降解生物材料）广泛存在于人、动物、植物及微生物体内，旋光异构体第8章乳酸发酵工艺第2页，共28页。细菌乳酸途径厌氧菌或微需氧菌，按发酵糖类过程和产物不同，可分为同型和异型和双歧乳酸发酵二. 代谢途径及产乳酸微生物1 乳酸代谢途径同型乳酸发酵：它们利用糖经糖酵解途径生成丙酮酸，丙酮酸还原产生乳酸。发酵产物中主要为乳酸的称为同型乳酸发酵，如乳链球菌

2、（Streptococcus lactics）、乳酪链球菌（ Streptococcus cremoris）、干酪乳杆菌（lactobacillus casei）、保加利亚乳杆菌（Lac. bulgaricus）等。第8章乳酸发酵工艺第3页，共28页。 2H（乳酸脱氢酶） C6H12O6 EMP 2CH3COCOOH 2CH3CHOHCOOH 同型乳酸发酵的特点：1mol的G产生2mol乳酸，理论转化率是100%。另外有很少量的乙醇、乙酸和二氧化碳等。 同型乳酸发酵第8章乳酸发酵工艺第4页，共28页。葡萄糖3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮2( 1,3-二-磷酸甘油酸） 2乳酸 2丙酮酸同型乳酸发酵2

3、NAD+ 2NADH4ATP4ADP2ATP 2ADPLactococcus lactisLactobacillus plantarum第8章乳酸发酵工艺第5页，共28页。异型乳酸发酵发酵产物中除乳酸外同时还有比例较高的乙酸、乙醇、二氧化碳等，称为异型乳酸发酵。其生物合成途径有两种。a 6-磷酸葡萄糖酸途径通过该途径，1mol的G产生1mol的乳酸，乳酸对糖的理论转化率是50%。另外有比例较高的乙醇、乙酸和二氧化碳等。 肠膜明串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）及葡聚糖明串珠菌（Leuconostoc dextranicum）通过该途径进行异型乳酸发酵。第8章乳酸发酵工

4、艺第6页，共28页。异型乳酸发酵：葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸木酮糖3-磷酸甘油醛乳酸乙酰磷酸NAD+ NADHNAD+ NADHATP ADP乙醇 乙醛 乙酰CoA2ADP 2ATP-2H-CO2磷酸戊糖酮解途径PK第8章乳酸发酵工艺第7页，共28页。b Bifidus 途径（双歧途径）双歧杆菌（Bifidobacterium bifidum)进行的乳酸发酵也是一条磷酸解酮酶途径。该途径的特点是：有两个磷酸酮解酶参与；在没有氧化作用和脱氢作用下，2分子G分解为3分子乙酸和2分子3-磷酸甘油醛。接着，在3-磷酸甘油醛脱氢酶和乳酸脱氢酶的参与下， 3-磷酸甘油醛转化为乳酸，转化率

5、为50%。第8章乳酸发酵工艺第8页，共28页。磷酸己糖解酮途径HK 2葡萄糖 2葡萄糖-6-磷酸6-磷酸果糖 6-磷酸-果糖4-磷酸-赤藓糖 乙酰磷酸2木酮糖-5-磷酸2甘油醛 -3-磷酸 2乙酰磷酸2乳酸2乙酸乙酸磷酸己糖解酮酶磷酸己糖解酮酶戊逆HMP途径同EMP乙酸激酶双歧发酵第8章乳酸发酵工艺第9页，共28页。第8章乳酸发酵工艺第10页，共28页。特别提醒：微生物的代谢途径一般都不是单一的，不论同型乳酸发酵还是异型乳酸发酵，实际代谢产物都不象代谢途径中那样单纯，两类乳酸发酵的代谢产物没有不可逾越的界限。应用范围：同型乳酸菌发酵的微生物已经用来发酵产生乳酸。异型乳酸发酵的微生物，例如双歧杆

6、菌，已经用于发酵生产活菌饮料，第8章乳酸发酵工艺第11页，共28页。米根霉乳酸途径好氧异型发酵，和细菌异型发酵不同，通过糖酵解途径，副产物有：乙醇、富马酸、琥珀酸、苹果酸、醋酸乳酸对糖转化率为：75%可以以淀粉为原料发酵糖酵解成丙酮酸，存在三条途径1）丙酮酸脱羧酶-乙醇2）丙酮酸羧化酶-草酰乙酸（形成三羧酸循环副产物：富马酸、苹果酸）3）L-乳酸脱氢酶-L-乳酸第8章乳酸发酵工艺第12页，共28页。米根霉乳酸途径缺点：提取过程中杂酸较难去除，L-乳酸纯度下降，严重时产生白色沉淀优点：好氧条件下，合理控制营养和环境条件，可以为同型乳酸发酵，糖转化率接近细菌的同型乳酸发酵注意：微生物产乳酸的那种光

7、学异构体，由胞内乳酸脱氢酶决定1）L-乳酸脱氢酶2）D-乳酸脱氢酶第8章乳酸发酵工艺第13页，共28页。2 乳酸发酵微生物乳酸细菌1）乳酸菌分离酿造发酸食品采样泡菜形式富集碳酸钙透明圈法分离（倾注法倒平板）2）产D-乳酸细菌德氏乳杆菌：77g/L，转化率90%，D-乳酸比例：90%保加利亚乳杆菌：40g/L，转化率72%，D-乳酸比例：99%左旋乳酸芽孢杆菌菊糖芽孢乳杆菌： 98g/L，转化率97%，D-乳酸比例：99%第8章乳酸发酵工艺第14页，共28页。2 乳酸发酵微生物乳酸细菌3）产L-乳酸细菌乳杆菌、链球菌、芽孢杆菌趋势：嗜热乳酸杆菌，厌氧高温发酵（50以上）部分微生物乳酸全部为L型，

8、部分含少量D-乳酸产乳酸细菌较多，根据需要选择个别菌属可产淀粉酶（嗜淀粉乳杆菌）第8章乳酸发酵工艺第15页，共28页。2 乳酸发酵微生物米根霉果园、菜园、花盆土壤中或谷物上分离马丁（Martin）培养基分离纯化最适温度30，产酸多，副产物多，对糖利用效率低，但可以以淀粉为原料（分泌淀粉酶、糖化酶）第8章乳酸发酵工艺第16页，共28页。三. 乳酸生产工艺1 原料及预处理碳源1）蔗糖2）糖蜜3）葡萄糖4）淀粉辅料：麦根、麸皮、米糠、玉米浆、毛发水解液第8章乳酸发酵工艺第17页，共28页。2 发酵工艺细菌发酵工艺1）菌种（德氏乳杆菌）A）同型乳酸发酵的乳酸菌B）营养要求简单C）耐高酸，反馈抑制作用小

9、D）耐高温，最好在50以上2）菌种扩大培养（种量5-10%）菌种成熟指标：乳酸5-7g/L，细胞含量7-8*1010个/ml，镜检可以看到2-4个细胞排列成链，原生质均匀，无大的异染颗粒，无杂菌第8章乳酸发酵工艺第18页，共28页。2 发酵工艺细菌发酵工艺培养基配方：还原糖 15%，麦根 3.75%，磷酸氢二铵 0.25%，碳酸钙 10%种子培养：50,24h，接种量 1-10%发酵操作：填料系数0.8碳酸钙分批添加，控制pH不低于5.0温度： 50发酵罐敞口，利于二氧化碳逸出残糖低于1g/L发酵结束周期：5-6d发酵结束，加石灰乳调pH10.0，提温至90 ，澄清后进入提取工段。第8章乳酸发

10、酵工艺第19页，共28页。米根霉发酵工艺斜面孢子：30,4d种子培养基：葡萄糖 11%，尿素 0.2%，KH2PO4 0.06%，MgSO4 0.025%，ZnSO4 0.088%, CaCO3 1%,pH自然， 34,24h发酵培养基：葡萄糖 15%，尿素 0.2%，KH2PO4 0.02%，MgSO4 0.025%，ZnSO4 0.044%, CaCO3 6.7%(单独灭菌),pH自然，34,32-34h发酵结束，氢氧化钙中和至pH7.0，压滤或离心去除菌体第8章乳酸发酵工艺第20页，共28页。3 提取工艺发酵液-预处理（碱化）-提取-粗乳酸-精制-成品乳酸1）细菌发酵预处理发酵结束，5水

11、合乳酸钙，发酵液变粘，糖浓度高固化发酵结束升温至90-100，加入石灰乳，pH调至9.5-10.0，静置4-6h（维持温度55 ），沉渣清液分离活性炭60-70 脱色，去除色素第8章乳酸发酵工艺第21页，共28页。3 提取工艺发酵液-预处理（碱化）-提取-粗乳酸-精制-成品乳酸2）米根霉发酵预处理发酵结束，氢氧化钙中和pH至7.0,升温至80-90 ，板框压滤机过滤，去除菌体和过量碳酸钙，滤饼热水洗涤压干滤饼，合并第8章乳酸发酵工艺第22页，共28页。乳酸钙结晶酸解工艺滤液-浓缩-冷却结晶-离心洗涤-加热溶晶-酸解（硫酸）-过滤（去除硫酸钙）-脱色（活性炭）-粗乳酸乳酸钙常温下溶解度：5%，水

12、溶液pH6.07.0，乳酸钙浓度达1114波美度可自然结晶1）浓缩：12-13波美度（乳酸钙2628%）杂质影响（杂质增加1%，乳酸钙溶解度增加10%），浓缩前要除杂第8章乳酸发酵工艺第23页，共28页。乳酸钙结晶酸解工艺2）结晶初始温度30- 23 （1h），投放67%晶种23 -18 （1.5h）后温度每1h降低2 终温10 ，保持35h晶核形成：不能搅动或震动，否则会形成粥状结晶，无法和母液分离影响结晶因素：起晶诱导时间、晶核形成速度、晶体成长速度针形珊瑚状结晶-精制原料球形珊瑚状结晶-粗原料第8章乳酸发酵工艺第24页，共28页。3）离心洗晶晶体经粉碎机打散成小颗粒晶体，甩虑离心机加水洗

13、涤粘附在晶体上的母液乳酸钙结晶酸解工艺4）溶晶酸解乳酸钙晶体-溶解槽（通蒸汽升温溶解）-酸解槽（50%浓硫酸酸解）酸解时放热，需冷却使料温不超80，防止乳酸钙分解0.1%甲基紫检测：合适，菊黄色；酸过量，绿色；乳酸钙过量，紫色注意：控乳酸浓度不超22%，温度80 内，硫酸过量0.5%以下，溶液中石膏的过饱和系数为1.31.4，石膏晶体成熟1h第8章乳酸发酵工艺第25页，共28页。乳酸钙结晶酸解工艺5）过滤脱色0.5-3%粉末活性炭脱色30min，可得20%左右浓度的乳酸溶液注意：乳酸钙溶解度大，约30%乳酸钙存在于母液不能结晶分离，乳酸提取收率为50%左右。乳酸精制工艺粗乳酸-活性炭脱色-过滤-一次浓缩-活性炭脱色-HG-10碳柱脱色-离子交换-