【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 乳酸外還有 乙醇 、 CO和 ATP。 ? 腸膜明串株菌（ Leuconostoc mesenteroides） ? 1葡萄糖 ? 1乳酸 +1乙醇 +1ATP ? 不同微生物異型乳酸發(fā)酵產(chǎn)物有些不同 35 異型乳酸發(fā)酵的途徑 36 ? A、同型乳酸發(fā)酵：發(fā)酵產(chǎn)物只有乳酸的一種發(fā)酵。 ? 產(chǎn)能途徑為 EMP途徑。 ? B、異型乳酸發(fā)酵：發(fā)酵產(chǎn)物除乳酸外還又一些乙醇、 乙酸和 CO2。 ? 產(chǎn)能途徑為 HMP或 PK、 HK途徑 。 37 ? 3）雙歧 (bifidus)發(fā)酵 雙歧發(fā)酵 是雙歧桿菌發(fā)酵葡萄糖產(chǎn)生乳酸的一條途徑，此發(fā)酵過(guò)程， 2mol的葡萄糖可生成 2mol乳酸和 3mol的乙酸，乳酸的轉(zhuǎn)化率理論上只有 50%。 雙歧桿菌是人體腸道內(nèi)典型的有益細(xì)菌，它的生長(zhǎng)繁殖貫穿在人的整個(gè)生命歷程中。雙歧桿菌在厭氧環(huán)境下生長(zhǎng)繁殖產(chǎn)生大量乳酸，降低系統(tǒng) PH值而迅速使腸道菌群發(fā)生變化，抑制和條死腸道病原菌，使菌群保持正常平衡。 38 米根霉發(fā)酵機(jī)制 ? 米根霉在好氣或厭氣發(fā)酵條件下有葡萄糖生成 L乳酸和乙醇。 ? 在好氣條件下，合理添加營(yíng)養(yǎng)鹽和微量金屬元素，異型乳酸發(fā)酵可轉(zhuǎn)變成同型乳酸發(fā)酵，只生產(chǎn) L乳酸。此時(shí)糖酸轉(zhuǎn)化率接近乳酸細(xì)菌的同型乳酸發(fā)酵。 39 3 米根霉乳酸發(fā)酵機(jī)理 GLU：葡萄糖， PYR：丙酮酸， LAC：乳酸，MAL：蘋(píng)果酸， FUM：富馬酸， AcCOA：乙酸輔酶 A， TCA：三羧酸循環(huán)， EMP：糖酵解途徑，a：乳酸脫氫酶， b：丙酮酸脫氫酶、乙醇脫氫酶，c：丙酮酸脫氫酶， d：丙酮酸激酶 目前普遍認(rèn)為，在米根霉的糖分解代謝過(guò)程中，主要包括 EMP途徑和 TCA途徑，并沒(méi)有磷酸戊糖途徑。在米根霉細(xì)胞內(nèi)，存在兩個(gè)獨(dú)立調(diào)控的丙酮酸庫(kù)： (1)基質(zhì)丙酮酸庫(kù) ，丙酮酸可以進(jìn)入乙醇、乳酸、草酰乙酸、蘋(píng)果酸和富馬酸合成途徑； (2)線(xiàn)粒體丙酮酸庫(kù)， 丙酮酸進(jìn)入 TCA循環(huán)。隨著外界條件的擾動(dòng)，米根霉的代謝機(jī)制也發(fā)生著變化，如當(dāng)葡萄糖濃度增大時(shí)， EMP途徑和進(jìn)入乳酸合成途徑的通量都相應(yīng)增大。 40 糖代謝主要有以下幾種反應(yīng)： (1)正常呼吸： C6Hl2O6 + 6O 2 6H2O + 6CO 2 (2)同化作用：干菌體量的 95%來(lái)自碳水化合物。 (3)富馬酸發(fā)酵： C6Hl2O6 + 3O2 C4H4O4 + 2CO2 + 4H2O (4)酒精發(fā)酵： C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 (5) L酸發(fā)酵： C6Hl2O6 2C3H6O3 若抑制 (1)、 (3)、 (4)反應(yīng)，乳酸得率就可以提高。根霉對(duì)糖轉(zhuǎn)化率理論為 75%。 41 微生物的代謝途徑一般都不是單一的，因此，不論同型乳酸發(fā)酵還是異型乳酸發(fā)酵，實(shí)際代謝產(chǎn)物都不象代謝途徑中那樣單純，所以，兩類(lèi)乳酸發(fā)酵的代謝產(chǎn)物沒(méi)有不可逾越的界限。在微生物的分類(lèi)研究中， 通常把發(fā)酵 1mol葡萄糖產(chǎn)生的乳酸少于 ，同時(shí)還產(chǎn)生較多的乙醇、CO2或乙酸、甘油、甘露醇等產(chǎn)物的乳酸菌稱(chēng)為異型乳酸菌。 同型乳酸菌發(fā)酵的微生物已經(jīng)用來(lái)發(fā)酵產(chǎn)生乳酸。異型乳酸發(fā)酵的微生物，例如 雙歧桿菌，已經(jīng)用于發(fā)酵生產(chǎn)活菌飲料，并越來(lái)越受重視。 42 第五節(jié) 乳酸生產(chǎn)工藝 一、乳酸發(fā)酵微生物 種類(lèi) —— 細(xì)菌 ? 乳桿菌屬 (Lactobacillus)的菌種有干酪乳桿菌、嗜熱乳桿菌、唾液乳桿菌、清酒乳桿菌、嗜酸乳桿菌、 德氏乳桿菌 、嗜淀粉乳桿菌、 植物乳桿菌 等。 ? 鏈球菌屬 (Streptoccoccus)有嗜熱鏈球菌、乳脂鏈球菌、唾液鏈球菌等。 ? 芽孢桿菌屬 (Bacillus)主要是凝結(jié)芽孢桿菌。 43 常用細(xì)菌 ? (1) 德氏乳桿菌 ? 分類(lèi)學(xué)上屬于真細(xì)菌目、乳桿菌科、乳桿菌屬。細(xì)胞桿狀，～ ～ ，單個(gè)或成短鏈，革蘭氏陽(yáng)性，不運(yùn)動(dòng)。在瓊脂平板培養(yǎng)基上菌落小，扁平，呈鋸齒形。在明膠平板培養(yǎng)基上菌落灰色，環(huán)狀。在瓊脂斜面培養(yǎng)基上呈半透明灰色條紋。 ? 能利用麥芽糖、蔗糖、葡萄糖、果糖、半乳糖、糊精等碳源，發(fā)酵產(chǎn)生 D乳酸，少數(shù)菌株產(chǎn)生 DL乳酸。最適生長(zhǎng)溫度為 45℃ ， 50℃ 仍能旺盛發(fā)育并產(chǎn)酸，最高耐受溫度為55℃ 。 44 ? (2) 賴(lài)氏乳桿菌 ? 細(xì)胞桿狀， ～ ，單個(gè)或成短鏈，細(xì)胞呈現(xiàn)兩個(gè)或更多的深著色顆粒。革蘭氏陽(yáng)性，不運(yùn)動(dòng)。在瓊脂平板培養(yǎng)基上菌落小，明顯帶有白色中心。在明膠平板培養(yǎng)基上菌落灰色，環(huán)狀。在瓊脂斜面培養(yǎng)基上呈灰色條紋局限菌落，穿刺培養(yǎng)也能良好生長(zhǎng)。明膠穿刺不液化，硝酸鹽還原試驗(yàn)陰性。 ? 能利用麥芽糖、蔗糖、葡萄糖、果糖和海藻糖產(chǎn)酸；利用半乳糖、甘露醇和 α甲基配糖體生成微量酸；不發(fā)酵乳糖、棉子糖、阿拉伯糖、鼠李糖、糊精和菊芋糖。能耐受 13g/l的 D乳酸，最適生長(zhǎng)溫度為 36℃ 。 45 ? (3) 植物氏乳桿菌 異名：阿拉伯糖乳桿菌 ? 細(xì)胞桿狀， 3～ 8 ～ 1μm，單個(gè)或呈短鏈，末端變圓。革蘭氏陽(yáng)性，不運(yùn)動(dòng)。在瓊脂斜面培養(yǎng)基上生長(zhǎng)不旺盛。明膠酵母膏葡萄糖穿刺呈絲狀生長(zhǎng)，不液化明膠。硝酸鹽還原試驗(yàn)陰性。 ? 能利用麥芽糖、蔗糖、葡萄糖、果糖、半乳糖、阿拉伯糖、乳糖、和棉子糖產(chǎn)酸；利用甘露醇、山梨醇、甘油、木糖和糊精生成微量酸；不發(fā)酵鼠李糖、淀粉和菊芋糖。一般產(chǎn) DL乳酸，能耐受 13g/l的 D乳酸，最適生長(zhǎng)溫度為 30℃ 。 46 種類(lèi) 根霉 ? 1884年 Eijkmann指出，根霉所產(chǎn)生的酸可能為乳酸，在1901年被 Chrzaszz所確證。福井經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn) L(+)乳酸較多的根霉菌種有： 米根霉 、 黑根霉、爪哇根霉、小麥曲根霉、華根霉、甘薯根霉、結(jié)節(jié)根霉、日本根霉、東京根霉、高溫根霉、少根根霉、美麗根霉 等十多種。 47 常用根霉 —— 米根霉 ? 菌落疏松或稠密，初為白色，后變?yōu)榛液稚梁诤稚橘胫ε佬?，無(wú)色。假根發(fā)達(dá)，指狀或根狀分枝，褐色。孢囊梗直立或彎曲， 2～ 4根群生，有時(shí)膨大或分枝。囊托鍥形，菌絲形成厚 孢子，結(jié)合孢子未見(jiàn)。 ? 米根霉的最適溫度 37℃ ， 41℃ 時(shí)還能生長(zhǎng)。米根霉的淀粉酶活力極強(qiáng)，多作糖化菌使用。也具有酒精發(fā)酵能力及蛋白質(zhì)分解能力。大量存在于酒藥與酒曲中。發(fā)酵乳酸最適溫度為 30℃ ，可利用無(wú)機(jī)氮源。 48 L乳酸微生物發(fā)酵優(yōu)劣比較 ? 目前應(yīng)用發(fā)酵法生產(chǎn) L乳酸常用的微生物 ,一類(lèi)為乳酸菌 , 另一類(lèi)為根霉菌屬 。之前國(guó)內(nèi)外多采用根霉菌中的米根霉 進(jìn)行 L乳酸的發(fā)酵。 ? 米根霉菌發(fā)酵營(yíng)養(yǎng)要求低 ,可直接利用淀粉無(wú)須糖化 。耐低 pH值 ,產(chǎn)物為高光學(xué)純度乳酸 ,菌體大 ,容易分離。但是 ,米根霉菌的乳酸產(chǎn)率和轉(zhuǎn)化率低于乳酸細(xì)菌 ,并且產(chǎn)物中含有大量副產(chǎn)物 ,給乳酸的提取和精制帶來(lái)很大困難 。根霉菌在發(fā)酵過(guò)程中需要通氣攪拌 ,使得動(dòng)力消耗增加 ,生產(chǎn)成本上升。 ? 乳桿菌的厭氧發(fā)酵或兼性厭氧發(fā)酵可以大規(guī)模降低能耗 ,有利于連續(xù)發(fā)酵 ,減少乳酸的生產(chǎn)成本。同型發(fā)酵的乳桿菌實(shí)際轉(zhuǎn)化率大多在 90%以上。但是乳酸菌屬于化能異養(yǎng)微生物 ,營(yíng)養(yǎng)條件復(fù)雜 ,需添加復(fù)合氮源 ,提高成本 。一般的乳酸菌均不產(chǎn)淀粉酶 ,不能直接利用淀粉發(fā)酵生產(chǎn)乳酸 ,需糖化處理。 49 主要原料 ? 乳酸細(xì)菌能直接利用 己糖 低聚糖 乳酸發(fā)酵 營(yíng)養(yǎng)因子 氨基酸、維生素、核酸 輔助原料 麥根、麩皮、米糠等 二、乳酸發(fā)酵原料 50 己糖、低聚糖 ? 蔗糖 ? 糖蜜 ? 淀粉水解糖 ? 乳糖及含乳糖原料 保加利亞乳桿菌，直接接入全乳或脫脂乳發(fā)酵生產(chǎn) ? 亞硫酸鹽紙漿廢液 戊糖乳桿菌 菌體 賴(lài)氏乳桿菌 德氏乳桿菌 菌種 德氏乳桿菌 51 ? 玉米、大米、紅薯、馬鈴薯 ? 水解方法 ? 糖化劑 酸解 酶法 酶制劑 麥芽粉 麩曲 無(wú)機(jī)酸 單行發(fā)酵工藝 并行發(fā)酵工藝 糖化、發(fā)酵同時(shí)進(jìn)行 菌種 德氏乳桿菌 米根霉 淀粉 / 淀粉質(zhì)原料 52 輔助原料 ? 乳酸菌的生長(zhǎng)、繁殖、發(fā)酵能力的獲得與其它菌一樣，也需要添加適宜營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) ? 營(yíng)養(yǎng)鹽添加量 亞適量水平