应用微生物学2.ppt

第三章第三章生产有机酸和醇类的微生产有机酸和醇类的微生物生物 微生物学家早就预言：对每一种天然有机化合物，总存在一种微生物能合成合成和分解分解它。就有机酸和醇类有机酸和醇类大家知道得不少，但从微生物发酵的角度或者说有哪些微生物能产生能产生，哪种微生物最适合用于生产最适合用于生产，哪些微生物有潜有潜力，力，可能就不一定了解的全面。只知道哪类微生物哪类微生物能产生哪些产品还不够产生哪些产品还不够，还应知道怎样从自然界获得它自然界获得它，这才能深入研究它，利用它。另外作为一种微生物产物，必要的性质和用途也要了解，不然研究的目的和方法也就难以清晰。以上问题大家在化学中有所了解，由于时间关系在这里就不一一赘述，必要时可参阅有关专著。有机酸有机酸(organic acid)在化学上是羧酸羧酸RCOOH、磺酸磺酸RSO2OH、亚磺酸亚磺酸RSOOH、硫羧酸硫羧酸RCOSH等的总称总称。通常通常，一般有机酸就指羧酸，我们所讲的有机酸也指羧酸有机酸也指羧酸。采用微生物发酵方法生产的有机酸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有机酸来抑制食物上微生物引起的腐败腐败作用。能完全抑制一些常见微生物生长的有机酸浓度见表。对常见细菌完全抑制的某些有机酸浓度对常见细菌完全抑制的某些有机酸浓度单位：单位：mg/100ml菌菌名名乙酸乙酸乳酸乳酸柠檬酸柠檬酸苹果酸苹果酸酒石酸酒石酸琥珀酸琥珀酸大肠杆菌大肠杆菌421091466968226鼠伤寒沙门氏菌鼠伤寒沙门氏菌42921809256226枯草芽孢杆菌枯草芽孢杆菌8451799246100表皮微球菌表皮微球菌4280535346100黄微球菌黄微球菌7480535346100藤黄微球菌藤黄微球菌428079535668金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌255921469268226第一节第一节乙乙酸酸一、用途一、用途 乙酸乙酸在有机化学工业中有机化学工业中的地位与无机化学工业中无机化学工业中的硫酸的硫酸一样，是一种极为重要极为重要的化工产品，它的动动态态常常会反映出整个有机化学有机化学工业的面貌面貌。然而，各国对乙酸使用情况则有较大的差异。例如，美国美国用于生产乙酸乙烯酯乙酸乙烯酯的比例较大，而日本日本则有较多的乙酸用于发酵工业发酵工业，利用微生物使乙酸转化为某些氨基酸。氨基酸。乙酸乙酸还用做生产食品添加剂谷氨酸食品添加剂谷氨酸、柠檬酸柠檬酸和赖氨酸赖氨酸的基本原料，在这方面乙酸乙酸常能与其他廉价其他廉价的碳水化合物竞争。食品中禁用禁用合成乙酸。（一）乙酸在有机化学工业中的用途（一）乙酸在有机化学工业中的用途1、乙酸乙烯酯 几乎所有的乙酸乙烯酯单体乙酸乙烯酯单体都用于生产聚合物聚合物，如生产聚乙酸乙烯乳胶聚乙酸乙烯乳胶、聚乙烯醇聚乙烯醇及其乙酰化的乙酰化的衍生物衍生物、聚乙烯基缩醛聚乙烯基缩醛和聚乙烯基缩丁醛聚乙烯基缩丁醛。少量的少量的乙酸乙烯酯乙酸乙烯酯用于生产聚丙烯系纤维聚丙烯系纤维、热熔性胶粘剂热熔性胶粘剂、与乙烯共聚物、口香糖乳胶体口香糖乳胶体以及其他许多日用化许多日用化工产品工产品。还用于生产维尼纶合成纤维维尼纶合成纤维。乙酸纤维乙酸纤维长期以来是重要的合成聚合物重要的合成聚合物，是重要的热热塑性塑料和纤维塑性塑料和纤维成分，用于生产塑料板塑料板、薄膜和喷漆薄膜和喷漆。乙乙酸纤维酸纤维有高度的结晶性，强度好强度好，质地轻质地轻，主要用于降落伞、雷达天线罩、工作服、气球、织品材料等。2、溶剂 在许多工业有机化学反应中工业有机化学反应中，要用乙酸作为溶剂乙酸作为溶剂。例如，对二甲苯液相氧化生产对苯二甲酸对苯二甲酸的反应介质就是乙酸，在反应中部分乙酸被消耗了，部分则由于回收处理和机械渗漏而流失。由于对苯二甲酸产量大对苯二甲酸产量大，所以消耗的乙酸也很可观。据估计用于溶剂的乙酸会有所增长。（对苯对苯二甲酸是生产聚酯切片、长短绦纶纤维等化纤产品和其它二甲酸是生产聚酯切片、长短绦纶纤维等化纤产品和其它重要化工产品的原料）。重要化工产品的原料）。3、乙酸酯的合成乙酸酯的合成乙酸的低级烷基酯，如甲酯、乙酯、异丙乙酸的低级烷基酯，如甲酯、乙酯、异丙酯、丁酯、叔丁酯、异丁酯和戊酯都是很好酯、丁酯、叔丁酯、异丁酯和戊酯都是很好的廉价溶剂，其中以乙酯和戊酯最为重要。的廉价溶剂，其中以乙酯和戊酯最为重要。目前大部分的乙酸酯仍是由乙酸与相应的醇直接酯化合成的。乙酸乙酯除用做溶剂外，也是广泛用于有乙酸乙酯除用做溶剂外，也是广泛用于有机合成的乙酰乙酸乙酯（机合成的乙酰乙酸乙酯（用于有机合成、香用于有机合成、香料、染料及医药工业料、染料及医药工业）的原料。）的原料。4、乙酸盐 乙酸能形成各种盐类，如碱金属盐碱金属盐、碱土碱土金属盐、铵盐、贵金属盐和过渡金属盐金属盐、铵盐、贵金属盐和过渡金属盐，在工业上都有重要的用途，尤其是钠盐钠盐和铵铵盐。盐。5、杀菌剂 乙酸和乙酸钠常用于控制面包生产中由真真菌菌引起的发粘现象发粘现象。最近还用于含水量较高的谷物的保藏谷物的保藏。乙酸乙酸和丙酸的混合物混合物对红曲霉、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 乙酸乙酸的卤代反应卤代反应可制得氟、氯、溴、碘氟、氯、溴、碘四种不同取代取代基基的卤代乙酸卤代乙酸，其中用途最广的是氯乙酸氯乙酸（应用于农药、应用于农药、医药、染料、日用化工等专业医药、染料、日用化工等专业）。乙酸衍生物乙酸衍生物品种很多，主要包括乙酰乙烯酯、乙酸酐、乙酰乙烯酯、乙酸酐、卤代乙酸、乙酰胺、二甲基乙酰胺、乙酰替苯胺和乙酸酯卤代乙酸、乙酰胺、二甲基乙酰胺、乙酰替苯胺和乙酸酯等。等。（二）微生物发酵法生产的乙酸（二）微生物发酵法生产的乙酸 用微生物生产乙酸微生物生产乙酸的过程是由乙醇乙醇或含乙乙醇醇的产物如葡萄酒、发酵的苹果汁、麦芽汁葡萄酒、发酵的苹果汁、麦芽汁和发酵的乳清和发酵的乳清得到的。它的用途是以乙酸的形式作为生活的必需品。但食醋食醋中并非只含乙酸一种有机酸，酸味是许多有机酸综合平衡有机酸综合平衡的结果。包括：-酮戊二酸、乳酸、琥珀酸、葡萄糖酸、苹果酮戊二酸、乳酸、琥珀酸、葡萄糖酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸等。酸、柠檬酸、酒石酸等。三、产生乙酸的微生物三、产生乙酸的微生物 醋酸菌是指氧化酒精生成乙酸氧化酒精生成乙酸的细菌的总称细菌的总称。它属假单胞杆菌假单胞杆菌科，是需氧需氧细菌的代表。醋酸菌的主要作用是氧化酒精酒精生成乙酸乙酸，某些醋酸菌能继续氧化乙酸分解为二氧化碳和水。醋酸菌醋酸菌的形态为短杆或长杆状细胞，单独、成单独、成对对或排列成链状链状，有时几条链平行排列成指级状几条链平行排列成指级状，细胞大小为细胞大小为1 3.7 mx0.2 0.5 m。醋酸菌醋酸菌的分类方法有多种，1978年，柳田腾氏根据醋酸菌醋酸菌对维生素维生素要求和对有机酸有机酸的同化同化性，将食醋酿造的优良菌株分为两个属，即醋醋酸杆菌属和葡萄糖杆菌属。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：能氧化乙醇生成乙酸能氧化乙醇生成乙酸，但氧化能力很弱，它但氧化能力很弱，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，对主要有机酸几乎生成葡萄糖酸，需要维生素，对主要有机酸几乎都不能同化。都不能同化。几种酿造食醋常见醋酸菌：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，是法国奥尔兰地区法国奥尔兰地区由葡萄酒生产乙酸葡萄酒生产乙酸的主要菌菌株，它能产生少量的酯，生酸能力较小，最株，它能产生少量的酯，生酸能力较小，最大产酸量为大产酸量为2.9，但有较强的耐酸性。，但有较强的耐酸性。菌体大小为菌体大小为：0.3 0.4 mx1.6 2.4 m。最适生长温度最适生长温度30，最高温度，最高温度39，最低，最低 8。2、许氏醋酸杆菌：许氏醋酸杆菌为速酿醋酸菌速酿醋酸菌，是德国有名的速是德国有名的速酿醋酸菌株，产酸量最高可达酿醋酸菌株，产酸量最高可达11.5，但耐酸能力，但耐酸能力比较弱，为人工培养醋酸菌比较弱，为人工培养醋酸菌.菌体大小为菌体大小为0.3 0.4 1.6 2.4 m。最适生长温。最适生长温度度25 27.5最高最高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。但该菌株产酸量较低，又可将乙酸分解为二氧化碳和水。菌体大小为0.10.2m1.21.4m；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、有粘性的液面能形成乳白色、皱折状、有粘性的菌膜菌膜，一摇动易破碎，使液体混浊。产酸量最高可一摇动易破碎，使液体混浊。产酸量最高可达达8.75，能耐酒精，能耐酒精14 15。此菌株能分解乙。此菌株能分解乙酸生成二氧化碳和水。酸生成二氧化碳和水。其菌体大小为其菌体大小为0.4 0.8x1.0 2.0 m。最适生长温。最适生长温度为度为30，最高生长温度，最高生长温度42，最低温度为，最低温度为4 5。6、恶臭醋酸杆菌 为啤酒醋酸菌为啤酒醋酸菌。此菌在液面能形成皱折的皮此菌在液面能形成皱折的皮膜，菌膜沿器壁上升，溶液不混浊。该菌株最膜，菌膜沿器壁上升，溶液不混浊。该菌株最高产酸量为高产酸量为7 9，耐酒精，耐酒精8以下，并能继以下，并能继续分解乙酸生成二氧化碳和水。其最适培养温续分解乙酸生成二氧化碳和水。其最适培养温度度28 30，最适，最适pH3.5 6.0。7、攀膜醋酸杆菌 为葡萄酒醋酸菌葡萄酒醋酸菌，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。我国醋厂我国醋厂，有的使用人工纯培养醋酸菌纯培养醋酸菌，菌种主要有两株两株：一株是：恶臭醋酸杆菌，菌号菌号AS1.41。该该菌细胞杆状，常呈链锁状，大小为菌细胞杆状，常呈链锁状，大小为0.3 0.4 mX1 2 m，无运动性，不产生芽，无运动性，不产生芽孢。孢。在长期培养、高温培养、含盐过多长期培养、高温培养、含盐过多或营养不营养不足足等条件下，细胞有时出现伸长形有时出现伸长形、线形线形或棒形棒形，甚至管状膨大等畸形管状膨大等畸形。在固体培养基固体培养基上菌落隆起、平滑，呈灰白色菌落隆起、平滑，呈灰白色。在液体培养基液体培养基上培养，菌体沿瓶壁上升，在表面菌体沿瓶壁上升，在表面生长，呈淡青色的极薄平滑菌膜，液体不很混浊生长，呈淡青色的极薄平滑菌膜，液体不很混浊。最适培养温度最适培养温度2830，最适产酸温度产酸温度2833，最适pH 3.56.0，耐酒精8以下，最高产酸量79(乙酸计)。转化蔗糖力很弱转化蔗糖力很弱，产葡萄糖酸能力也很弱。能产葡萄糖酸能力也很弱。能氧化乙酸为氧化乙酸为CO2和和H20，也能同化铵盐。，也能同化铵盐。另一株是沪酿1.01。但是，目前我国大多数酿醋厂，仍然利用天然我国大多数酿醋厂，仍然利用天然酸菌进行自然发酵，开放式的操作必然会有天然酸菌进行自然发酵，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。醋酸菌侵入，致使产品质量不够稳定。醋酸菌能耐醋酸菌能耐1 1.5的食盐的食盐，当食盐浓度大于食盐浓度大于1.5时其生理作用受到抑制，甚至被杀死。时其生理作用受到抑制，甚至被杀死。热醋酸梭菌，厌氧发酵热醋酸梭菌，厌氧发酵，具不同的乙酸代谢具不同的乙酸代谢途径途径。可将1mol己糖转化成3mol乙酸而酵母和醋酸菌只能转化成2mol，发酵由糖到乙发酵由糖到乙酸一步完成酸一步完成。但由于乙酸乙酸对其生长有抑制抑制作用，故发酵过程中要中和形成的酸，操作条件严格条件严格，营营养要求高，至今尚未工业化。养要求高，至今尚未工业化。乙醇经过醋酸杆菌的作用形成醋。根据现代分类学的观点，醋酸杆菌能在PH4.5时氧化乙醇成乙酸。其中有一群不氧化醋酸盐和乳酸盐成有一群不氧化醋酸盐和乳酸盐成CO2，这就是葡萄糖杆菌葡萄糖杆菌。两种工业用醋酸菌特征如下：特征 葡萄糖杆菌 醋酸杆菌 鞭毛 极生或无 周生或无 氧化乙醇成乙酸 慢 快 氧化醋酸盐成CO2 +氧化乳酸盐成CO2 +氧化葡萄糖成葡萄糖酸盐 +不定 三羧酸循环 +5-酮基葡萄糖酸 +不定 在工业上主要使用的是醋酸杆菌醋酸杆菌的菌株，通过使用强烈氧化乙醇的种可以进行迅速的发酵作用强烈氧化乙醇的种可以进行迅速的发酵作用。通过正确控制发酵时间可以排除醋酸盐继续氧正确控制发酵时间可以排除醋酸盐继续氧化成化成CO2的过氧化作用。的过氧化作用。应用于工业上制造乙酸的种必须耐高浓度的乙醇和乙酸，并且其营养要求比较低。醋酸杆菌醋酸杆菌在缺氧缺氧的情况下，对高浓度乙醇或乙高浓度乙醇或乙酸，或乙醇和乙酸的混合物都是很敏感的。酸，或乙醇和乙酸的混合物都是很敏感的。第二节第二节柠檬酸柠檬酸 柠檬酸柠檬酸(citric acid)，学名2-羥基-丙烷三羧酸或-羥基丙三酸，分子式C6H8O7，相对分子质量192.13。无水柠檬酸是无色半透明全对称晶体。一、用途一、用途 柠檬酸具有柠檬酸具有溶解度大、酸味好、毒性小、易于吸溶解度大、酸味好、毒性小、易于吸收和价格低廉收和价格低廉等待点，广泛用做等待点，广泛用做食品酸化剂、药物食品酸化剂、药物添加剂、化妆品和洗涤用品添加剂添加剂、化妆品和洗涤用品添加剂。1、食品工业食品工业大量用于食品酸化添加剂特别是大量用于食品酸化添加剂特别是软饮料软饮料和和糖糖果果。加入硬糖中能增加酸味，还有助于。加入硬糖中能增加酸味，还有助于使蔗糖转化使蔗糖转化为单糖类为单糖类，可避免因，可避免因蔗糖蔗糖溶解度小而溶解度小而结晶成粒结晶成粒。食。食品中加入柠檬酸还可控制品中加入柠檬酸还可控制适当适当pHpH。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，檬酸盐还是血液的抗凝剂。柠檬酸用于配制口服药水可控制pH为3.5 4.5，以促使药物有效成分的稳定性。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、甘油和氯化铵铬矾、糊精、甘油和氯化铵等配制成固发液固发液。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、其他工业用途 可做为二氧化硫吸收剂二氧化硫吸收剂、油井处理剂、纺织助油井处理剂、纺织助剂、金属清洁剂、烟草添加剂和废水处理剂等。剂、金属清洁剂、烟草添加剂和废水处理剂等。柠檬酸柠檬酸是我国发酵工业的一个大行业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。我国柠檬酸的产量和出口量年份 产量/104t 出口量/104 t 1976 0.131980 0.841986 4.61990 8.81992 11.2 9.81994 16.4 12.51995 20.9 14.41996 25.3 15.21997 26.9 17.81998 26.8 15.6二、产生的菌类二、产生的菌类 生产的原料不同所用菌种不同：生产的原料不同所用菌种不同：淀粉质原料淀粉质原料：黑曲霉(生产菌为其变种)烃类原料烃类原料：假丝酵母假丝酵母 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N558,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。l 974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60Co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，发酵产酸可达14以上，转化率95以上，周期64h，发酵强度可达2.19kg(hm3)。1990年筛选出Co860菌种，发酵产酸达20，转化率95，周期96h。1998年天津工业微生物研究所选获了新菌种-144、-145优良菌种。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。用NTG(亚硝基胍亚硝基胍）诱变处理得到变异株变异株，发酵10正烷烃所得的发酵液中，柠檬酸与异柠檬酸的比例为973，柠檬酸的含量为14.5。但以烃类作基质，因其安全性而不宜用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、捧状杆菌；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柠檬酸。第三节、乳第三节、乳酸酸 乳酸乳酸(lactic acid)学名2-羥基丙酸羥基丙酸，分子式C3H6O3，结构式CH3CHOHCOOH，相对分子量89.04。一、用途一、用途1、工业原材料、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鞣革工业做酸化剂；是合成乳乳酸甲酯、乙酯和丁酯酸甲酯、乙酯和丁酯的原料，这些酯是涂料涂料的溶溶剂剂；高沸点乳酸酯是合成树脂的增塑剂；乳酸和己二酸的混合酯混合酯，是氯乙烯共聚物氯乙烯共聚物的增塑剂增塑剂。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日益关注的问题之一，且有一系列的产品问世。从材料的角度出发，生物降解塑料可分为天然和合成高分子两种。前者主要包括纤维、淀粉、甲壳质等，后者主要包括聚乙交酯(PGA)、聚乳酸(PLA)、聚乙烯乙酸酯(PVA)等。其中生物降解塑料聚乳酸由于具有生理适应性、优良分解性和安全性好等特点等特点，在医用材料医用材料方面有广阔的前景广阔的前景。未来，其应用有望在包装领域取得拓展。目前，我国对聚乳酸的研究和开发尚处于实验室研究阶段，也取得了一定的成绩，但由于多种因素的限制，距工业化生产尚有很大的距离。国外多家公司长期致力于这一领域的研究，部分产品已商品化。2、乳酸发酵食品 它的主要特点有：（1）具有酸味，改善风味，提高营养价值等 乳酸菌乳酸菌利用可发酵性糖可发酵性糖，产生乳酸产生乳酸，乳酸本身酸味柔和酸味柔和，不仅常作为食品的酸味剂，而且还有助消化的作用。乳酸菌乳酸菌还可同时伴生醋酸醋酸、丙酸丙酸等有机酸，它们在赋予食品以酸味的同时还可与发酵中产生的醇、醛、酮醇、醛、酮等物质相互作用相互作用，形成多种呈味物质和去脱不良异味，使乳酸发酵食品具有其独特的风味风味。乳酸菌乳酸菌在代谢过程中产生多种氨基酸和维生素，提高了产品的营养价值。（2）防止腐败，便于食品保存 乳酸乳酸是乳酸菌乳酸菌代谢的主要产物，在防止食品腐食品腐败变质败变质中有重要作用重要作用。特别近年的研究发现，除乳乳酸外酸外，在乳酸发酵过程中还形成一些抑菌物质，如链球菌肽。二、分离乳酸菌的材料二、分离乳酸菌的材料 乳酸菌乳酸菌是生物圈生物圈的一个重要成员，是能产是能产生乳酸的微生物的总称生乳酸的微生物的总称，绝大多数是厌氧菌或兼性厌氧菌，广泛存在于自然界。1、土壤 其数量和种类数量和种类，取决于土壤土壤的类别类别和环境环境条件。土壤中的乳酸菌主要来自灌溉的污水来自灌溉的污水，施肥、植物及雨水的夹带施肥、植物及雨水的夹带，可以认为乳酸乳酸菌菌不是土壤的土著微生物。2、水、水 乳酸菌乳酸菌主要存在于污水中，数量可达104105个ml。从污水源头污水源头可分离出大量同型和异型发酵乳酸菌乳酸菌，异型菌占乳酸菌总数的25左右。在污水中有时还可以分离到来自人人和某些动物粪便某些动物粪便的双歧杆菌，所以水中一旦检出双歧杆菌表明水源已被水源已被粪便粪便污染。3、肥料、肥料 肥料肥料包括人畜粪便人畜粪便、厩肥和堆肥厩肥和堆肥。肥料中的乳肥料中的乳酸菌种类和数量与污水中差不多，主要来源于人畜酸菌种类和数量与污水中差不多，主要来源于人畜粪便。粪便。4、植物和青贮饲料 生长的植物上生长的植物上存在着一定数量的乳酸菌一定数量的乳酸菌。从树叶上分离到的乳酸菌，其数量为101000个g，它们占总细菌数总细菌数的0.011。植物的根际植物的根际也是乳酸菌乳酸菌存在较多的地方。乳酸菌乳酸菌在植物中的广泛存在，虽然数量少，但也说明了植物是某些乳酸菌的最初来源。青贮饲料发酵的原动力是乳酸菌及一些酵母菌。发酵初期主要是明串珠菌、肠球菌等迅速繁殖，产生一定量的乳酸，使pH下降，为其他乳酸菌和消化球菌创造条件。在中后期的发酵中植物乳杆菌占优势，还有其他一些乳酸菌。5、果蔬发酵食品 蔬菜乳酸发酵蔬菜乳酸发酵是一种传统传统的发酵食品，许多果蔬原料都可以进行乳酸发酵。但产量最多、发酵过程最清楚的是泡菜、腌菜和橄榄。在发酵物中可分离到多种乳酸菌。6、酱和酱油发酵中的乳酸菌 酱和酱油酱和酱油是我国著名的传统发酵调味品。整个发酵过程由多种微生物参加，乳酸菌乳酸菌参与了后期后期发酵。嗜盐片球菌能在高于18的食盐中很好繁殖，在2426的食盐含量中也能繁殖繁殖和产生乳酸产生乳酸。它们与酵母联合作用，其代谢产物如乳酸乙酯等能赋予酱油特殊香味赋予酱油特殊香味。嗜盐片球菌嗜盐片球菌在酱坯中的数量可观，酱坯中的乳酸含量酱坯中的乳酸含量达15mgg，酱油质量酱油质量较好。较好。7、乳和乳制品 鲜牛乳鲜牛乳含有多种营养成分，是一种营养比较完全的食品，非常适合微生物生长繁殖。由于环境中的乳酸菌乳酸菌从乳头侵入乳管之故乳头侵入乳管之故，所以在开始开始挤出的乳中含有少量的乳酸菌含有少量的乳酸菌。大多数乳酸菌大多数乳酸菌是在挤奶过程中，通过用具、草、饲料、灰尘、牛体表用具、草、饲料、灰尘、牛体表等途径污染而进入奶中，在条件适宜的情况下便迅速繁殖起来。大多数情况下牛乳中乳酸菌的含量约为l03个/ml。酸奶及其他发酵乳制品：有的产品是利用牛乳中天然存在的乳酸菌进行发酵，有些则需接种乳酸菌。在酸牛乳酸牛乳制作中常用做发酵剂的乳酸菌乳酸菌有保加保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌。利亚乳杆菌和嗜热链球菌。粪便中的另一群重要的乳酸菌乳酸菌是双歧杆菌属，它们是肠道中正常菌群的重要成员肠道中正常菌群的重要成员。它们在维持肠道菌群平衡中起着重要作用，对人体的健康十分有对人体的健康十分有益。益。双歧杆菌主要存在于人和动物的肠道内，小肠下部数量可达103106个g，粪便中可达1081012个g。双歧杆菌在人的消化道内的种群和数量随人的年龄、营养、健康等的变化而相应演变。三、产生乳酸的主要菌三、产生乳酸的主要菌类类1、米根霉 L-乳酸产生菌2、乳杆菌属 L-，D-，DL-乳酸产生菌3、德氏乳杆菌 D-，DL-乳酸产生菌4、保加利亚乳杆菌 D-，DL-乳酸产生5、嗜热乳杆菌 L-乳酸产生菌6、干酪乳杆菌 L-乳酸产生菌7、植物乳杆菌 DL-乳酸产生菌8、链球菌属 L-乳酸产生菌9、肠膜明串珠菌 D-乳酸产生菌10、有害片球菌 DL-乳酸产生菌11、嗜盐片球菌 D-乳酸产生菌四、乳酸发酵的前景四、乳酸发酵的前景 当今世界食品发展的潮流是营养保健食品，即不仅具有一般食品所具有的营养和色、香、味，而且还具有调节人体生理功能作用。乳酸发酵食品属于营养保健食品，发展乳酸发酵食品符合时代的要求，所以，开发乳酸发酵食品的潜力很大。生物降解塑料聚乳酸由于具有人体适应性、优良分解性和安全性好等特点，在医用材料和包装领域方面有广阔的前景，所以乳酸发酵的研究开发前景很宽广。第四节第四节丙酮酸丙酮酸 丙酮酸丙酮酸(Pyruvic aicd)，学名 2-氧代丙酸氧代丙酸、乙酰甲酸乙酰甲酸。分子式C3H4O3，结构式：CH3COCOOH，相对分子质量88.06。一、用途一、用途 1、丙酮酸是合成多种其他产品的前体 例如丙酮酸是合成某些氨基酸，如L-色氨酸、L-酪氨酸、L-多巴、L-亮氨酸、L-半胱氨酸的重要前体。丙酮酸还可用于合成维生素B6、B12。2、丙酮酸在工业上的应用 在工业上，丙酮酸是制备氢化阿托酸氢化阿托酸(是布洛芬是布洛芬类包括布洛芬、酮基布洛芬、苯氧苯丙酸等非甾体类包括布洛芬、酮基布洛芬、苯氧苯丙酸等非甾体抗炎药的母核抗炎药的母核），和合成乙烯系聚合物乙烯系聚合物的原料。丙酮酸及其盐类还可以作为食品添加剂食品添加剂广泛应用于食食品和酿酒工业。品和酿酒工业。3、丙酮酸在医学领域的应用 丙酮酸有很强的抗氧化作用，它有利于防止自由基的形成。丙酮酸丙酮酸与乳酸乳酸组成抗氧剂，能降低对细胞的伤害。丙酮酸盐已用于太阳灼伤、痤疮等的治疗。在体育运动中，丙酮酸盐有助于恢复运动员所受的微小损伤，提高机体的耐受性。此外，丙酮酸丙酮酸可与乳酸及锂乳酸及锂构成人工胰脏，作为体外传感器，测量乳酸和葡萄糖的含量。4、丙酮酸的最新用途是应用于减肥方面美国匹兹堡大学医学研究中心经过27年的广泛研究和临床试验发现丙酮酸钙有助于提高脂肪降脂肪降解解，降解率可达48，而对体内的蛋白质降解可控制至最小程度。该产品荣获1997年度美国医药发明奖，1998年度又成为全美减肥品全美减肥品销量冠军。丙酮酸钙具有减肥效果减肥效果主要是因为丙酮酸有助于防止脂肪过量储存。食物被消化后，进入血液以被吸收，这时身体分泌胰岛素胰岛素，用来储存碳水化合物。如果分泌太多的胰岛素，血液中过量的葡萄糖转化为脂肪。丙酮酸有助于将血液中过量的葡萄糖吸入细胞，从而保持低浓度的血糖，并减少胰岛素的分泌。胰岛素量下降，转变为脂肪储存的碳水化合物量就会减少。二、产生丙酮酸的微生物二、产生丙酮酸的微生物 据文献记载，自20世纪50年代以来，人们开始探索发酵法发酵法生产丙酮酸丙酮酸。研究的微生微生物物很广泛包括：酵母菌、担子菌、霉菌、放线菌、细菌等，不再一一详细介绍。第五节、苹果酸第五节、苹果酸 苹果酸苹果酸(malic acid)，学名羥基丁二酸羥基丁二酸，结构式：CH2(COOH)CH(OH)COOH ,分子式C4H6O5，相对分子质量134.09。一、用一、用途途 苹果酸苹果酸的主要用途可以分为食用和非食用两方面。1、食用方面 主要用做食品的酸化剂，特别是软饮料和硬糖。由于苹果酸具有很好的酸味，价廉物美。这方面用途正在不断增长。2、非食用方面 包括医药、化妆品、洗牙液、螯合剂(金属清洁剂)和缓冲剂；纺织工业用做阻凝剂。还是有机合成原料。二、用微生物技术生产苹果酸二、用微生物技术生产苹果酸 用微生物技术生产苹果酸有两类方法，一类是发酵法，一类是固定化细胞法。1、微生物发酵法 适用于发酵法生产苹果酸的菌种有米曲霉、黄曲霉、寄生曲霉以及短乳杆菌。由于延胡索酸是苹果酸的真正前体，因此在微生物发酵中苹果酸苹果酸是由延胡索酸延胡索酸经延胡索酸酶延胡索酸酶(或延胡索酸水化酶)的作用经过三羧酸循环三羧酸循环而形成的。（）采用曲霉曲霉经好氧发酵生产苹果酸苹果酸。这些曲霉菌种从10的糖溶液中形成的苹果酸量如下：由麦芽糖及葡萄糖得4；由果糖、蔗糖、甘油及山梨醇得3.43.6；由半乳糖、淀粉、甘露糖及糖蜜得2.43.1；由木糖约得1.9。Mn2+、Al3+及Cr4+促进苹果酸的形成。发酵初期先达到足够的菌丝量，这时的培养温度为35，然后保持在28直到形成约5的苹果酸。在培养液内加入约6的CaCO3，发酵产生的苹果酸苹果酸就以钙盐钙盐形式沉淀沉淀下来。（）顶青霉生产苹果酸 顶青霉由D-木糖除形成D-木质酸以外，还能形成较大量的L-苹果酸。由10g的D-木糖会形成2.1g D-木质酸及520mgL-苹果酸。（）短乳杆菌生产苹果酸 短乳杆菌能在2528时，CaCO3存在的条件下，约20h内，由延胡索酸形成高产量的苹果酸钙。（）根霉与酵母混合发酵生产苹果酸先用根霉形成延胡索酸，接着用膜醭毕赤氏酵母转变成L-苹果酸。（）聚乙二醇可促进苹果酸的生成当加入聚乙二醇于发酵基质中，霉菌所形成的延胡索酸的95左右会转变成苹果酸。2、用固定化微生物细胞生产 利用固定化的氨基短杆菌细胞，可从反丁烯二酸生产左旋苹果酸左旋苹果酸，药用级苹果酸收率约70。在此法中先将氨基短杆菌细胞用聚丙烯酰胺固定。细胞在生理盐水中的悬浮液与丙烯酰胺和适当的交联剂以及聚合促进剂混合，所得凝胶制成直径3mm的颗粒,洗涤后,浸泡在约含0.3牛胆汁的1mol/L反丁烯二酸钠反丁烯二酸钠中，溶液保持在37、20h，经此处理的细胞即用做反应柱的填料。加料是1mol/L的反丁烯二酸钠反丁烯二酸钠，在37通过反应柱，用通常的方法从流出物中分离苹果酸苹果酸。此法在柱式反应器反应器中于37进行，牛胆汁牛胆汁可提高反丁烯二酸反丁烯二酸盐的活性和抑制活性和抑制生成丁二酸副产物。用100L反应柱，进料流速为200L/h，可以生成理论收率为15.4td的左旋苹果酸，但实际生产中只能达到理论量的70左右。第六节、衣康酸第六节、衣康酸 衣康酸衣康酸，又称为甲叉丁二酸甲叉丁二酸、分解头酸分解头酸，学名亚甲基丁二酸亚甲基丁二酸。结构式：CH2C COOH ，分子式C5H6O4，CH2 COOH相对分子量130.10。一、用一、用途途 1、是制造多种有机化合物的添加剂和原料 衣康酸及其酯类是制造合成树脂、合成纤维、塑料、橡胶、离子交换树脂、表面活性剂、高分子螯合剂等的良好添加剂和单体原料。它作为交联剂和乳化剂，在含量为15时，生产的苯乙烯-二烯共聚物是质轻、易塑、绝缘、防水、抗蚀性能均好的塑料和涂料。用玻璃纤维填充则是一种高强度玻璃钢，可用于制作车、船和飞机的外壳及各种容器 2、粘结剂 含衣康酸衣康酸的丙烯酸胶乳丙烯酸胶乳可以作为非织造纤维的粘结剂粘结剂。含衣康酸单体的聚氯乙烯衣康酸单体的聚氯乙烯显示对纸张、赛璐吩赛璐吩和聚对苯二酸乙二醇薄膜聚对苯二酸乙二醇薄膜的粘着性增强。聚丙烯晴纤维聚丙烯晴纤维中含少量的衣康酸衣康酸，就能大大改善其染色性能染色性能，使着色加深。在衣康酸衣康酸-丙烯酸丙烯酸制成的牙科粘合剂牙科粘合剂中，加入多价金属氧化物多价金属氧化物(如锌和镁的硅铝酸盐或氧化物锌和镁的硅铝酸盐或氧化物)，具有良好的抗压性能和粘结强度抗压性能和粘结强度，并有很好的生生理适应性。理适应性。3、是制造宝石的原料 衣康酸聚合物衣康酸聚合物有特殊光泽，透明，适合于制造人造宝石和特种透镜，以及防水性能良好的抗化学剂和涂料等。4、可做除垢剂 衣康酸和丙烯酸的共聚物是一种高分子螯合剂，用于作为水处理中的除垢剂，对防止碱性钙、镁垢的形成特别有效。加到海水蒸发脱盐体系中，有效成分为0.510mgL时，就能有效抑制水垢在蒸发器表面的形成与附着。它用于锅炉、水冷却器等系统的在线清洗，在设备不停止运行的情况下，就能除去较厚(0.011.7mm)的垢层。5、可用于水处理 在处理水时，无令人不愉快的气味，可以与其他化学处理剂，如碱剂NaOH、KOH、吗啉或环己胺，缓冲剂磷酸盐、三乙醇胺，以及有机酸盐、螯合剂EDTA和杀菌剂次氯酸钠等配合使用，以达到不同的目的。6、是润滑剂的增稠剂 由衣康酸衣康酸与芳香二胺芳香二胺生成的毗咯烷酮毗咯烷酮衍生物，是润滑剂润滑剂的增稠剂增稠剂等。由于衣康酸衣康酸的毒性，几乎没有人将它用在制药工业及食品工业中。尽管衣康酸衣康酸有着很大的潜在应用价值，但它迄今只有少量得到应用。因为顺丁-烯二酸及反丁-烯二酸在很多情况下和衣康酸有其类似的性质而能代替它。衣康酸的最大用途为造纸业衣康酸的最大用途为造纸业。二、衣康酸的发酵法生产二、衣康酸的发酵法生产1、浅盘法：类似于柠檬酸柠檬酸所采用的，用土曲霉孢子土曲霉孢子接种过的营养液(大部分是糖蜜)在3032下培养，并在表面上良好通风。最初的pH为1.92.3；霉菌的培养培养约持续12天，直到发酵完成。在过滤后将培养液蒸发到原始体积的1/10。冷却后酸结晶出来并用离心法分离，其产量约为投人糖量的70一75。2、深层法：在通气的深层培养中，采用加玉米浆的含糖溶液，以土曲霉为菌种，其最适PH为1.82.2。采用衣康酸曲霉为菌种，pH为4.04.4。大部分生产是采用土曲霉；用木材水解液常用衣康酸曲霉。开始的糖浓度为6，但能提高到15。发酵时间持续23天，其糖转化率为6065，产酸浓度68。在一种两级两级的深层发酵深层发酵中，在第一级尽量在第一级尽量长菌体，然后将菌丝体转入一个新发酵罐中进行长菌体，然后将菌丝体转入一个新发酵罐中进行生产衣康酸的发酵。生产衣康酸的发酵。也有人报道过用连续法生产衣康酸衣康酸，该法以二级发酵进行，转化率为60。用离子交换树脂可很好地将培养液中的衣康酸衣康酸分离出来。发酵液中有很多其他的物质，例如赤藓赤藓糖醇、琥珀酸、酮戊二酸及一些不饱和脂肪酸，糖醇、琥珀酸、酮戊二酸及一些不饱和脂肪酸，都可作为副产品。三、产生衣康酸的菌种三、产生衣康酸的菌种 衣康酸衣康酸的工业生产菌种主要是属于土曲霉土曲霉群群的土曲霉土曲霉和属于灰绿曲霉群灰绿曲霉群的衣康酸曲衣康酸曲霉霉。两群都属于半知菌纲，丛梗孢目，丛梗半知菌纲，丛梗孢目，丛梗孢科孢科：两者除了都高产衣康酸衣康酸之外，在其他方面没有多少共同之处。另外，近来日本一些研究者对酵母的衣康酸衣康酸发酵进行了研究，但还无工业规模生产工业规模生产的报道。第七节第七节-亚麻酸、二十碳五烯酸亚麻酸、二十碳五烯酸(EPA)和和二十二碳六烯酸二十二碳六烯酸(DHA)-亚麻酸，学名：全顺式-6,9,12-十八碳三烯酸；商品名称有:真菌油脂、三呜养生王、真菌降脂素等。-亚麻酸亚麻酸是多不饱和脂肪酸多不饱和脂肪酸，具有3个双键个双键，双键的顺双键的顺式构象使-亚麻酸的碳氢链几乎成一直线。一般表达方式为一般表达方式为18:3第一个数字表示碳原子数，冒号第一个数字表示碳原子数，冒号后边的数字表示双键的个数；后边的数字表示双键的个数；-亚麻酸的分子式为亚麻酸的分子式为C18H30O2相对分子质量为相对分子质量为278.4。EPA表达方式为表达方式为20:5，DHA为为22:6。一、生理功用一、生理功用 巳发现EPA和DHA在预防和治疗动脉粥样硬化、血栓形成和高血压，气喘、关节炎、周期性偏头痛、牛皮癣、肾炎，乳腺、前列腺和结肠癌等方面有很好的生理功能。所以这两种脂肪酸已被广泛用于营养保健方面，但天然EPA和DHA通常只在海洋动物和海洋浮游植物中含量丰富。目前市场上供应的这类多不饱和脂肪酸的惟一来源是深海鱼及其鱼油。-亚麻酸亚麻酸(GLA)是人体必需的脂肪酸之一是人体必需的脂肪酸之一，国外有些报道称为维生素F，由于它在医学方面的重要性，所以除了作为营养保健品之外，当前的发展动向主要朝向医药方面，因此，大量的资料报道了-亚麻酸在代谢调控中的作用，以及对许多疾病调控的机理。-亚麻酸亚麻酸在人体内由亚油酸亚油酸转化而来，-亚麻亚麻酸酸是人体合成前列腺素前列腺素的前体，因此-亚麻酸亚麻酸的缺缺乏乏会导致人体内分泌代谢机能的显著紊乱体内分泌代谢机能的显著紊乱。-亚亚麻酸麻酸在医学上的用途表现在以下几个方面：1、改善心血管障碍 包括降低胆固醇水平、降低血压、降低甘油三酯、增强血小板凝集。2、糖尿病综合征3、癌症 已经有实验表明-亚麻酸对某些肿瘤细胞有的细胞毒性，主要对腹水瘤、淋巴瘤、乳腺癌、胰腺癌、肝癌、骨肉瘤及食管瘤细胞的生长有明显的抑制作用。4、生殖紊