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第三章乳酸發(fā)酵工藝學-展示頁

2025-03-14 01:45本頁面
  

【正文】 可以得到純品的乳酸結(jié)晶。 ? 由于乳酸含有 一個羥基 和 一個羧基 ,因此可以參與多種反應,如 氧化反應、還原反應、酯化反應、縮合反應 等,其中由 L乳酸充分脫水可縮聚成聚 L乳酸。 4 ? 乳酸市售品無論是發(fā)酵法或合成法的制品均為外消旋體。 5mmHg ),有防止腐敗發(fā)酵的作用,不侵犯健全的組織,但對病變組織敏感。L乳酸、 L乳酸鹽及其聚合物廣泛應用于食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、化學工業(yè)等領域。 第二節(jié) 乳酸及乳酸衍生物的應用 6 食品工業(yè) (食品工業(yè)用含量為 50%) ? 由于 L乳酸對人體無毒副作用 , 且易吸收 , 可直接參與體內(nèi)代謝 , 因此被廣泛的應用于 酸味劑 、 防腐劑 (代替苯甲酸鈉 )、 pH調(diào)節(jié)劑 和 食品強化劑 。 ? 飲料 、 果汁 、 奶制品 中用作 酸味劑 ; ? 調(diào)味品 如醬油 、 醋 、 咸菜中用作 防腐保鮮 和 調(diào)味劑 , 使酸味自然; ? 蛋糕 、 面包 、 肉制品 、 果凍 、 奶酪 、 果醬 、 冰淇淋 、 腌制品 等食品中用來調(diào)節(jié) pH、 抑菌 、 延長保質(zhì)期 、 調(diào)味等; ? 面包 、 糕餅 等食品中作 膨松劑 ; ? 發(fā)酵工業(yè) , 加入的目的是 控制 pH值 , 作滅菌劑以防止雜菌繁殖 , 促進菌體發(fā)育 。 一、乳酸的用途 7 醫(yī)藥工業(yè) ? 乳酸作為 消毒劑 用在病房、手術(shù)室、實驗室等場所。 ? 可直接制成藥或制成鹽類,用作含漱劑、涂布劑、膀胱注入劑等,還可內(nèi)服用于腸內(nèi)消毒。 ? 利用乳酸親水性的特點與難溶性藥物結(jié)合,可增加藥物的吸收量,防止副作用產(chǎn)生。 ? L(+)乳酸鈣、 L(+)乳酸亞鐵、 L(+)乳酸鋅都是補充金屬元素的良好藥品, ? 此外由聚乳酸制成的手術(shù)縫合線、生物植片等在臨床上都被廣泛應用。乳酸本身含有天然潤膚成分,刺激皮膚細胞再生效果明顯,在皮膚、頭發(fā)的護理中起到保濕滋潤,替代甘油作 保濕劑 , 調(diào)節(jié)酸堿性 、 抗微生物 等作用,對皮膚無刺激性,兼有剝離性能、抗菌性能和增白性能,對改善皮膚組織結(jié)構(gòu),消除皺紋、色斑,治療皮膚干燥、痤瘡等有顯著療效。 ? 制革工業(yè)用它來除去柔皮中的 石灰和鈣質(zhì) ,使皮革柔軟光滑。一般皮革用的乳酸含量為 40%, 對乳酸的質(zhì)量要求低,深色和帶臭味的均可使用 。也常用乳酸處理低檔煙草來提高檔級。聚乳酸有望在不久的將來代替 PVC、 PP等各種不可降解的塑料,以消除“白色污染”所造成的環(huán)境危機。 11 其它行業(yè) ? 紡織業(yè)中乳酸用于 pH值調(diào)整,是良好的 媒染劑 ; ? 農(nóng)藥中用作 除草劑 的 原料 ; ? 因其具有清潔除垢等作用,用于 洗滌清潔產(chǎn)品 ; ? 在涂料墨水工業(yè)中用作 pH 調(diào)節(jié)劑 和 合成劑 ; ? L乳酸在塑料纖維工業(yè)中是可降解新型材料聚乳酸 PLA的原料。 12 二、乳酸鹽、乳酸衍生物及聚合物用途 ? 乳酸是一種羥基羧酸,分子上有一個羥基和一個羧基,因此,能進行反應,生成一系列的 乳酸鹽 、 乳酸酯 、 乳酸酰胺 等乳酸衍生物及其聚合物。用于面包、奶粉、醬菜等做 鈣營養(yǎng)劑 。增強水果和蔬菜的抗氧化性,防止褪色。 13 ? 乳酸亞鐵: 主要用作食品、醫(yī)藥、飼料的鐵強化劑。試劑工業(yè)中用做酪蛋白增韌劑、吸水劑。 ? 乳酸鋅: 是一種新型補鋅劑,可用于醫(yī)藥、食品、飲料及乳制品中,也用于船舶防污涂料、化妝品、牙膏、漱口劑中。優(yōu)點是溶解性好,可降解,揮發(fā)性小,無毒,環(huán)境污染小,易回收等,它將逐步取代石油類溶劑,其市場潛力很大。 ? 硬脂酰乳酸鈣: 主要用做面團質(zhì)量改進劑,防止面團的過份膨潤,提高糊化溫度,改善成品口感,延緩老化,提高面筋耐混捏性。還是有機合成和藥物合成的主要原料。用在印刷油墨和噴漆中,可使涂料具有良好的流動性和外觀質(zhì)量。 15 ? 乳酸聚合物: 近年來用 L乳酸生產(chǎn)生物降解材料聚乳酸已實現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn),其物理性能與聚苯乙烯非常相似,它除了具有以石油化學品為原料的塑料材料的優(yōu)異特性外,還有最大的特點足生物可降解性,即在自然界中可自然降解,不造成環(huán)境污染,解決了為世界環(huán)保所困擾的“白色污染”問題,將大量用于農(nóng)用地膜,預計其需求量會迅速增加。它也用于殺蟲劑膠囊、人工管等方面。 ? 1841年, Boutron和 Fremy采用自然發(fā)酵生產(chǎn)乳酸 ? 1881年, Charles E. Avery公司采用純種發(fā)酵工業(yè)化生產(chǎn)乳酸 ? 1894年, Eijkman發(fā)現(xiàn)了魯氏毛霉能產(chǎn)少量乳酸 ? 1896年, leichman分離獲得 50度下發(fā)酵的優(yōu)良乳酸菌 — 德氏乳桿菌 ? 1936年,采用華根霉生產(chǎn) D乳酸 ? 1982年,采用固定化技術(shù)生產(chǎn)乳酸 17 國內(nèi)乳酸及乳酸鈣工業(yè)發(fā)展簡史 ? 1944年重慶振元化學藥品廠采用德氏乳桿菌發(fā)酵生產(chǎn)乳酸 ? 1985— 1992年,采用“雙酶法”處理原料,大型發(fā)酵罐生產(chǎn)乳酸 ? 1991年,開始研究用米根霉發(fā)酵生產(chǎn)乳酸 ? 1991年,用固定化技術(shù) 18 二、生產(chǎn)方法 ? 主要有發(fā)酵法和合成法兩種。 ? 用化學合成法可以大規(guī)模連續(xù)地生產(chǎn)乳酸,合成乳酸在美國已得到食品藥物管理局 (FDA)的認可。 ? 傳統(tǒng)發(fā)酵法控制發(fā)酵溫度一般在 40~ 50℃ , pH值在 左右 , 用堿式鈣化物中和 , 用硫酸酸解乳酸鈣為游離乳酸 , 再經(jīng)提純得乳酸產(chǎn)品; ? 連續(xù)法為美國加利福尼亞大學開發(fā)成功的 , 特點是菌體循環(huán) , 產(chǎn)率高 , 但該技術(shù)尚未經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)裝置的考驗 , 菌體壽命也還有限 。 20 ? (1) 細菌發(fā)酵法 ? 用于乳酸生產(chǎn)的菌屬主要有 乳桿菌屬 (Lactobacillus)、 鏈球菌屬(Streptoccoccus)、 芽孢桿菌屬 (Bacillus)。 ? 鏈球菌屬有嗜熱鏈球菌 (Streptococcus thermophilus)、乳脂鏈球菌(Streptococcus cremoris)、唾液鏈球菌 (Streptococcus salivarius)等。 21 表 產(chǎn)生乳酸的細菌屬 屬別 形態(tài) 發(fā)酵形式 用途 鏈球菌屬 雙球 鏈球 同型 乳制品 調(diào)味品 足球菌屬 四聯(lián)狀 同型 明串株菌屬 雙球 鏈球 異型 食品發(fā)酵 乳桿菌屬 桿狀 同型或異型 乳酸 乳制品 雙歧桿菌屬 桿狀 異型 乳制品 22 ? 國內(nèi)外乳酸生產(chǎn)菌種主要是 德氏乳桿菌 ,德氏乳桿菌生產(chǎn)的乳酸主要為 DL型,在一定的溫度、 pH值下進行厭氧批式發(fā)酵。江南大學生物工程學院龐欽、章克昌等人通過厭氧分離技術(shù),接入酒糟馴化后,分離得到產(chǎn)乳酸的嗜酸乳桿菌。 23 ? (2) 根霉發(fā)酵法 ? 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。 24 ? 淀粉原料生產(chǎn)聚乳酸 25 26 合成法 ? 工業(yè)上化學合成乳酸的方法是 乙醛氫氰酸法 (也叫乳腈法或醛、酮和 HCN 加成法 )和 丙酸法 。由于原料價格低廉,因此國外合成乳酸主要采用此法。 ? (2) 丙酸法 ? 以丙酸為原料,經(jīng)氯化得 2氯丙酸,再與氫氧化鈉反應得粗乳酸,再經(jīng)酯化、精鎦、水解得產(chǎn)品,該法原料價格較貴,僅日本大賽路公司等少數(shù)廠家采用。 ? (2) 丙酮酸酶法轉(zhuǎn)化 ? Hummel等從 D乳酸脫氫酶活力最高的乳桿菌DSM20236菌體中得到 D乳酸脫氫酶,然后以無旋光性的丙酮酸為底物得到 D乳酸 。 ? 酶法生產(chǎn)乳酸雖然可以專一性得到旋光乳酸,但工藝比較復雜,應用到工業(yè)上還有待于進一步研究。乳酸菌發(fā)酵溫度高,產(chǎn)酸率相對較高,對糖利用率高,且發(fā)酵時不需通氧氣,但其營養(yǎng)要求復雜,且無菌操作嚴格,給實際生產(chǎn)帶來操作不便。尤其是根霉屬發(fā)酵可得到光學純度很高的 L(+)乳酸,這對進一步生產(chǎn)乳酸聚合物極為重要,而乳酸菌發(fā)酵乳酸常因消旋作用而得到 DL乳酸。 ? 乳酸細菌不能直接發(fā)酵淀粉質(zhì)原料,必須經(jīng)過糖化過程,轉(zhuǎn)變?yōu)樘琴|(zhì)原料(葡萄糖、麥芽糖、蔗糖等)才能發(fā)酵。 ? 乳桿菌屬 ( Lactobacillus) ,鏈球菌屬 ( Streptococcus) 等 ? 葡萄糖經(jīng) EMP途徑降解為丙酮酸,丙酮酸在 乳酸脫氫酶的催化下還原為乳酸。 ? 1葡萄糖 ?2丙酮酸 ? ?2乳酸 + 2ATP 32 同型乳酸發(fā)酵的途徑 醛縮酶 異構(gòu)酶 33 ? 2) 異型乳酸發(fā)酵 ? 異型發(fā)酵 乳酸桿菌 因缺乏 EMP途徑中的若干重要酶
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