第四章 产生有机酸和醇类的微生物

第四章产生有机酸和醇类的微生物有机酸在化学上是羧酸RCOOH、磺酸RSO2OH、亚磺酸RSOOH、硫羧酸RCOSH等的总称。通常，一般有机酸就指羧酸。采用微生物发酵方法生产的有机酸很多是食品酸性添加剂或者本身就是一种食品，如醋。有时也用一些有机酸来抑制食物上微生物引起的腐败作用。5.1乙酸5.1.1用途：是一种极为重要的化工产品。

各国对乙酸使用情况则有较大的差异。例如，美国用于生产乙酸乙烯酯的比例较大，而日本则有较多的乙酸用于发酵工业，利用微生物使乙酸转化为某些氨基酸。乙酸还用做生产食品添加剂谷氨酸、柠檬酸和赖氨酸的基本原料。美国在食品中禁用合成乙酸。1.乙酸乙烯酯2.溶剂3.乙酸酯的合成4.乙酸盐5.杀菌剂——乙酸和乙酸钠常用于控制面包生产中由真菌引起的发粘现象。最近还用于含水量较高的谷物的保藏，乙酸和丙酸的混合物对红曲霉、青霉菌和曲霉菌等有杀菌作用。含水量高达27%的谷物用乙酸和丙酸的混合物处理，可保存145天而不受霉菌感染，否则谷物在1周内就会变质。6.合成卤代乙酸用微生物制成乙酸的过程是由乙醇或含乙醇的产物如葡萄酒、发酵的苹果汁、麦芽汁和发酵的乳清而得到的。5.1.2产生乙酸的微生物醋酸菌是指氧化酒精生成乙酸的细菌的总称。它属假单胞杆菌科，是需氧细菌的代表。醋酸菌的主要作用是氧化酒精生成乙酸，某些醋酸菌能继续氧化乙酸分解为二氧化碳和水。

醋酸菌的形态为短杆或长杆状细胞，单独、成对或排列成链状，有时几条链平行排列成指级状，细胞大小为1—37μm×0.2—0.5μm。醋酸菌的分类方法有多种，1978年，柳田腾治氏根据醋酸菌对维生素要求和对有机酸的同化性，将食醋酿造的优良菌株分为两个属，即醋酸杆菌属和葡萄糖杆菌属。醋酸杆菌属，现已发现有53种，它们的特点是：氧化乙醇生成乙酸，不氧化葡萄糖，不需要维生素，能同化主要有机酸（特别是对乳酸、琥珀酸同化力很强）。葡萄糖杆菌属现已发现有8个种，它们的特点是：能氧化酒精生成乙酸，但氧化能力很弱，它们不再分解乙酸为二氧化碳和水，能利用葡萄糖生成葡萄糖酸，需要维生素，对主要有机酸几乎都不能同化。几种酿造食醋常见醋酸菌：

1.奥尔兰醋酸杆菌属葡萄酒醋酸菌属，是法国奥尔兰地区由葡萄酒生产乙酸的主要菌株，它能产生少量的酯，生酸能力较小，最大产酸量为2.9%，但有较强的耐酸性。菌体大小为：0.3—0.4μm×1.6—2.4μm。生长最适温度30℃，最高温度39℃，最低7—8℃。2.许氏醋酸杆菌许氏醋酸杆菌为速酿醋酸菌，是德国有名的速酿醋酸菌株，产酸最高可达11.5%，但耐酸能力比较弱，为人工培养醋酸菌，菌体大小0.3—0.4μm×1.6—2.4μm。最适生长温度25—27.5℃，最高37℃。3.弯曲醋酸菌可能是许氏醋酸菌的变种，细胞呈明显的弯曲，性能与许氏醋酸杆菌类似。4.产醋醋酸杆菌产醋醋酸杆菌是德国哈斯雷醋厂使用的菌株，为速酿醋酸菌。此菌能产生大量的乙酸乙酯，给食醋以葡萄酒的芳香。但该菌体产酸量较低，又可氧化乙酸分解为二氧化碳和水。菌体大小0.1—0.2μm×1.2—1.4μm。最适生长温度33℃。5.纹膜醋酸杆菌为啤酒醋酸菌，是日本酿醋的主要菌株。此菌培养过程中在液面能形成乳白色、皱折状、有粘性的菌膜，一摇动易破碎，使液体混浊。产酸量最高可达8.75%，能耐酒精14%—15%。此菌体能分解乙酸生成二氧化碳和水。其菌体大小0.4—0.8μm×1.0—2.0μm。最适生长温度30℃，最高生长温度42℃，最低温度为4—5℃。6.恶臭醋酸杆菌为啤酒醋酸菌。此菌在液面能形成皱折皮膜，菌膜沿器壁上升，溶液不混浊。该菌株最高产酸量为7%—9%，耐酒精8%以下，并能继续分解乙酸生成二氧化碳和水。其最适培养温度28—30℃，最适pH3.5—6.0。7.攀膜醋酸杆菌为葡萄酒醋酸菌。是酿造葡萄酒、葡萄醋的有害菌。此菌在液体中能形成特别粘而薄的膜，沿器壁上升，膜下面的液体很混浊，有不良气味产生，不适于酿醋。8.胶质醋酸菌为葡萄酒醋酸菌，能在酒醪中繁殖，致使酒醪酸败变粘。该菌生酸速度慢，又分解乙酸，并能生成大量粘膜，称为“醋母”，使乙酸产生腐败的坏味。此菌在所有的醋厂都为有害菌。优良醋酸菌种应发酵速度快、转酸率高、代谢产物除乙酸外还应有多种有机酸和芳香性酯类等。我国醋厂，有的使用人工纯培养醋酸菌，菌种主要有两株：一株是恶臭醋酸杆菌，菌号AS1.41。该菌细胞杆状，常呈连锁状，大小为0.3—0.4μm×1—2μm，无运动性，不产生芽孢。在固体培养基上菌落隆起、平滑，呈灰白色。在液体培养基上培养，菌体沿瓶壁上升，在表面生长，呈淡青色的极薄平滑菌膜，液体不甚混浊。最适培养温度28—30℃，最适pH3.5—6.0。

另一株是沪酿1.01。但是，目前我国大多数酿醋厂，仍然利用天然醋酸菌进行自然发酵，开放式的操作必然会有天然醋酸菌侵入，致使产品质量不够稳定。5.2柠檬酸柠檬酸，学名2-羟基-丙烷三羧酸或β-羟基丙三酸。5.2.1用途：柠檬酸具有溶解度大、酸味愉快、毒性小、易于吸收和价格低廉等特点，广泛用做食品酸化剂、药物添加剂、化妆品和洗涤用品添加剂。1.食品工业大量用于食品酸化添加剂，特别是软饮料和糖果。加入硬糖中能增加酸味，还有助于使蔗糖转化为单糖类，可避免因蔗糖溶解度小而结晶成粒。食品中加入柠檬酸还可控制适当pH。2.药物柠檬酸可与水中的碳酸盐作用生成二氧化碳（发泡）和柠檬酸盐，有助于药物的有效成分快速溶解，还可增加某些泻药和麻醉药的溶解作用，并可改善口味。柠檬酸盐还是血液的抗凝剂。3.化妆品含柠檬酸的洗发液能使头发具有光泽且富有弹性。可与铬矾、糊精、甘油和氧化铵等配制成固发液。4.洗涤剂柠檬酸盐有很好的洗涤剂性质，作为添加剂能取代磷酸盐配制易于生物降解的洗涤剂，以避免富磷化污染环境。5.其他工业用途二氧化硫吸收剂、油井处理剂、纺织助剂、金属清洁剂、烟草添加剂和废水处理剂等。

柠檬酸是我国发酵工业的一个大行业，我国也是世界上最大的柠檬酸生产国，出口量历来处于我国生物技术产品的最前列。年份1976198019861990199219941995199619971998产量/104·t0.130.844.68.811.216.420.925.326.926.8出口量/104·t9.812.514.415.217.815.6表4-8我国柠檬酸的产量和出口量5.2.2产生的菌类淀粉质原料：黑曲霉（生产菌为其变种）。烃类原料：假丝酵母

1965年，上海工业微生物研究所以“沪轻2号”为出发菌，用氮芥诱变筛选出薯干直接深层发酵工业化生产菌种宇佐美曲霉，与天津工业微生物研究所、南通发酵厂等合作使之工业化生产，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的工业。

1973年，复旦大学等采用浸渍培养基和溴甲酚绿的滤纸培养黑曲霉，并根据变色圈与菌落直径之比，筛选高产菌株。

1974年，上海工业微生物研究所采用酸性平板法从土壤中分离柠檬酸产生菌。并经60Coγ射线诱变，获得我国柠檬酸生产中的第二代菌种黑曲霉D353,1977年筛选获得第三代高浓度薯干直接深层发酵新菌种黑曲霉5061。1979年筛选获得第四代生产菌种黑曲霉3008。1982年推出第五代生产菌种Co827。目前大多数工厂仍使用此菌种生产。石油原料柠檬酸发酵的研究以日本、美国的研究报道占多数。以正烷烃为原料，采用解脂假丝酵母发酵，产酸达18.3%，转化率155%。其缺点是发酵液中异柠檬酸含量较高。但以烃类作基质，因其安全性而不宜做食品或美容品等的添加剂。目前已知很多微生物能产生柠檬酸，特别是霉菌，尤其是黑曲霉，但生产上用的是其变种。一些细菌如石油节杆菌、棒状杆菌，局限青霉的一些种。假丝酵母的一些种可以烃类为原料产柠檬酸。5.3乳酸乳酸，学名2-羟基丙酸。5.3.1用途：1.工业原材料乳酸钙和乳酸钠是两种广泛使用的药物。乳酸钙在医药方面用于补充钙质、固齿和助长骨骼的发育。乳酸钠可用于解除因腹泻脱水、糖尿病和胃炎等引起的酸中毒。乳酸本身可用做消毒防腐剂。工业级乳酸用于鞣革工业做酸化剂。近年来，生物可降解塑料的研制与开发已成为人们日益关注的问题之一，且有一系列的产品问世