【文章內(nèi)容簡介】 A：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程中，主要包括 EMP途徑和 TCA途徑，并沒有磷酸戊糖途徑。在米根霉細(xì)胞內(nèi)，存在兩個獨立調(diào)控的丙酮酸庫： (1)基質(zhì)丙酮酸庫 ，丙酮酸可以進入乙醇、乳酸、草酰乙酸、蘋果酸和富馬酸合成途徑； (2)線粒體丙酮酸庫， 丙酮酸進入 TCA循環(huán)。隨著外界條件的擾動，米根霉的代謝機制也發(fā)生著變化，如當(dāng)葡萄糖濃度增大時， EMP途徑和進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，實際代謝產(chǎn)物都不象代謝途徑中那樣單純，所以，兩類乳酸發(fā)酵的代謝產(chǎn)物沒有不可逾越的界限。在微生物的分類研究中， 通常把發(fā)酵 1mol葡萄糖產(chǎn)生的乳酸少于 ，同時還產(chǎn)生較多的乙醇、CO2或乙酸、甘油、甘露醇等產(chǎn)物的乳酸菌稱為異型乳酸菌。 同型乳酸菌發(fā)酵的微生物已經(jīng)用來發(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 —— 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，～ ～ ，單個或成短鏈，革蘭氏陽性，不運動。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) 賴氏乳桿菌 ? 細(xì)胞桿狀， ～ ，單個或成短鏈，細(xì)胞呈現(xiàn)兩個或更多的深著色顆粒。革蘭氏陽性，不運動。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。明膠穿刺不液化，硝酸鹽還原試驗陰性。 ? 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，單個或呈短鏈，末端變圓。革蘭氏陽性，不運動。在瓊脂斜面培養(yǎng)基上生長不旺盛。明膠酵母膏葡萄糖穿刺呈絲狀生長，不液化明膠。硝酸鹽還原試驗陰性。 ? 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，最適生長溫度為 30℃ 。 46 種類 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?，匍匐枝爬行，無色。假根發(fā)達，指狀或根狀分枝，褐色。孢囊梗直立或彎曲， 2～ 4根群生，有時膨大或分枝。囊托鍥形，菌絲形成厚 孢子，結(jié)合孢子未見。 ? 米根霉的最適溫度 37℃ ， 41℃ 時還能生長。米根霉的淀粉酶活力極強，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℃ ，可利用無機氮源。 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 ,一類為乳酸菌 , 另一類為根霉菌屬 。之前國內(nèi)外多采用根霉菌中的米根霉 進行 L乳酸的發(fā)酵。 ? 米根霉菌發(fā)酵營養(yǎng)要求低 ,可直接利用淀粉無須糖化 。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很大困難 。根霉菌在發(fā)酵過程中需要通氣攪拌 ,使得動力消耗增加 ,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 無機酸 單行發(fā)酵工藝 并行發(fā)酵工藝 糖化、發(fā)酵同時進行 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、繁殖、發(fā)酵能力的獲得與其它菌一樣，也需要添加適宜營養(yǎng)物質(zhì) ? 營養(yǎng)鹽添加量 亞適量水平 理論 氨基酸、維生素、核酸堿基 天然 麩皮、米糠、玉米漿、麥根 53 1）麩皮 2）玉米漿 玉米用亞硫酸鹽溶液浸出和濃縮而成 ? 是面粉工業(yè)的副產(chǎn)品，乳酸菌生長需要的許多生長因子麩皮中均有 ? 如 鎂、磷、鐵、鈣、生物素、維生素 54 麥根 ? 是啤酒工業(yè)制麥工段的副產(chǎn)物，含氮量高達30% ? 麥根中含有許多種游離的 氨基酸，碳水化物，維生素，葉酸，生物素 大麥必須通過發(fā)芽過程將內(nèi)含的難溶性淀料轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜卺勗旃ば虻目扇苄蕴穷?。大麥在收獲后先貯存 23月，才能進入麥芽車間開始制造麥芽。 為了得到干凈、一致的優(yōu)良麥芽，制麥前，大麥需先經(jīng)風(fēng)選或篩選除雜，永磁筒去鐵，比重去石機除石，精選機分級。 制麥的主要過程為：大麥進入浸麥槽洗麥、吸水后，進入發(fā)芽箱發(fā)芽，成為綠麥芽。綠麥芽進入干燥塔 /爐烘干，經(jīng)除根機去根，制成成品麥芽。從大麥到制成麥芽需要 10天左右時間 。 55 三、乳酸生產(chǎn)工藝 菌種擴大培養(yǎng) ? 工藝流程 ? 保藏菌種 菌種活化 一級種子 二級種子 ? 工藝關(guān)鍵點 ? 菌種保藏 培養(yǎng)基與保藏條件 ? 活化 將保藏菌種接種到 10ml 5波美度麥汁試管中，于45度培養(yǎng) 24小時 ? 一級種子制備 接種到 200 ml 三角瓶中，于 49度培養(yǎng) 12小時，加 CaCO3，再培養(yǎng) 12小時 ? 二級種子制備 ? 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 56 乳酸發(fā)酵工藝 ? 水解糖發(fā)酵工藝 ? 原料的糖化 ? 種子制備 ? 發(fā)酵及發(fā)酵規(guī)程 ? 發(fā)酵罐清潔 ? 培養(yǎng)基制備與裝料 ? 接種發(fā)酵 接種量 8%，保溫 50度，控制 57 一、水解糖發(fā)酵工藝 （一）原料的糖化 淀粉水解原理 淀 粉 葡萄糖 復(fù)合二糖 5羥基甲基糠醛 有機物、有色物質(zhì) 水解反應(yīng) 復(fù)合反應(yīng) 分解反應(yīng) 復(fù)合低聚糖 ? 有色物質(zhì)、龍膽二糖等為乳酸菌的非發(fā)酵性物質(zhì)，會導(dǎo)致 分離難 產(chǎn)率下降 產(chǎn)品質(zhì)量差