柠檬酸酒精等的发酵生产六.ppt

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1、柠檬酸酒精等的发酵生产六现在学习的是第1页，共51页二二 柠檬酸发酵生产柠檬酸发酵生产现在学习的是第2页，共51页柠檬酸酸味纯正，是食品、饮料的优良酸味剂，第一食用酸味剂。工业上应用很广泛，是合成多种工业品的原料。发酵法生产柠檬酸，总产量世界第一，大量出口。现在学习的是第3页，共51页一、柠檬酸发酵生产机制一、柠檬酸发酵生产机制（一）柠檬酸合成途径（一）柠檬酸合成途径柠檬酸是生物体主要代谢产物之一。柠檬酸是生物体主要代谢产物之一。柠檬酸合成途径：柠檬酸合成途径：丙丙 乙酰乙酰COACOA葡萄糖葡萄糖 酮酮 柠檬酸柠檬酸 酸酸 草酰乙酸草酰乙酸氧化脱羧氧化脱羧羧化羧化EMP现在学习的是第4页，共

2、51页柠檬酸的累积黑曲霉中柠檬酸合成酶没有调节作用黑曲霉中-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶缺失或活力弱黑曲霉中顺乌头酸水合酶在催化时建立以下平衡：柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸=90:3:7控制Fe2+含量，顺乌头酸水合酶活力低，当柠檬酸累积PH=2时，顺乌头酸酶和异柠檬酸脱氢酶失活，造成柠檬酸大量累积现在学习的是第5页，共51页除去铁为主的金属离子以糖蜜为原料时，用阳离子交换树脂、金属螯合剂（EDTA）除去铁为主的金属离子，或加黄血盐控制糖蜜中的铁离子以淀粉（玉米、薯干）为原料，先用-淀粉酶和糖化酶将淀粉水解成糖液，再除铁离子现在学习的是第6页，共51页（二）柠檬酸发酵生产工艺（二）柠檬酸发酵生产

3、工艺 1、菌种菌种：黑曲霉。黑曲霉。2、种子培养种子培养：麦芽汁琼脂斜面，麦芽汁琼脂斜面，351，培育，培育5天；天；三角瓶，三角瓶，351，培育，培育10天；天；转种子罐。转种子罐。现在学习的是第7页，共51页（二）柠檬酸发酵生产工艺（二）柠檬酸发酵生产工艺3、种子罐培养种子罐培养：培养基：薯干粉碎、液化后的糖液；培养基：薯干粉碎、液化后的糖液；空消：种子罐、分过滤器，空消：种子罐、分过滤器，130，30分；分；实消：列管加热至实消：列管加热至80，直接进蒸汽至，直接进蒸汽至125，15-20分；分；接种：冷却至接种：冷却至351，接麸曲种，接麸曲种1；培养：培养：351，罐压：，罐压：0.

4、1Mpa，通风搅拌培养，通风搅拌培养 时间时间20-30小时小时。现在学习的是第8页，共51页（二）柠檬酸发酵生产工艺（二）柠檬酸发酵生产工艺4、发酵发酵：机械搅拌通气式发酵罐：机械搅拌通气式发酵罐培养基：薯干淀粉水解糖；培养基：薯干淀粉水解糖；空消：发酵罐、分过滤器，空消：发酵罐、分过滤器，130，30分；分；实消：列管加热至实消：列管加热至80，直接进蒸汽至，直接进蒸汽至125，15-20分；分；接种：冷却至接种：冷却至351，接种子罐菌种，接种子罐菌种10；培养：培养：温度：温度：351，罐压：罐压：0.1Mpa，通风搅拌培养，时间：通风搅拌培养，时间：50-60小时。小时。现在学习的是

5、第9页，共51页三、柠檬酸提取生产工艺（钙盐法）三、柠檬酸提取生产工艺（钙盐法）1、发酵液过滤：、发酵液过滤：带式过滤机带式过滤机2、中和：、中和：滤液中除含柠檬酸外，还含可溶性的残滤液中除含柠檬酸外，还含可溶性的残 糖以及蛋白质、金糖以及蛋白质、金属离子等杂质。利用柠檬酸钙难溶于水的特点，与杂质分离的属离子等杂质。利用柠檬酸钙难溶于水的特点，与杂质分离的过程。过程。3、酸解：酸解：中和所得钙盐经过滤、洗涤，与硫酸反应生成柠檬酸和中和所得钙盐经过滤、洗涤，与硫酸反应生成柠檬酸和硫酸钙沉淀，过滤，滤液含较纯的柠檬酸。硫酸钙沉淀，过滤，滤液含较纯的柠檬酸。现在学习的是第10页，共51页四、柠檬酸精

6、制生产工艺四、柠檬酸精制生产工艺 1、离子交换：、离子交换：阳离子交换：主要除钙离子、铁离子；阳离子交换：主要除钙离子、铁离子；阴离子交换：主要除硫酸根、氯离子；阴离子交换：主要除硫酸根、氯离子；2、蒸发浓缩：外循环减压蒸发，、蒸发浓缩：外循环减压蒸发，65；3、结晶分离：高温连续或分批冷却结晶；、结晶分离：高温连续或分批冷却结晶；4、干燥包装：离心、沸腾干燥、质检、装袋、干燥包装：离心、沸腾干燥、质检、装袋、封口。封口。现在学习的是第11页，共51页 三、酒精发酵生产三、酒精发酵生产（AlcoholFermentation）12现在学习的是第12页，共51页酒精制造过程原料(淀粉、纤维素)单

7、糖发酵产物酒精水解发酵蒸馏Yeast(Saccharomyces cerevisae)酸解酶解13现在学习的是第13页，共51页一、酒精生产原料一、酒精生产原料 1.淀粉质原料淀粉质原料 (1)薯类原料：甘薯、木薯和马铃薯等薯类原料：甘薯、木薯和马铃薯等 (2)谷物原料：玉米、高梁、大米和小麦等谷物原料：玉米、高梁、大米和小麦等 2.糖类原料糖类原料 糖蜜、甘蔗、甜菜等糖蜜、甘蔗、甜菜等 3.纤维质原料纤维质原料 农作物秸秆、甘蔗渣农作物秸秆、甘蔗渣 我国发酵酒精的80%是用淀粉质原料生产的，其中薯类原料约占45%，玉米等谷物为原料约占35%。14现在学习的是第14页，共51页15现在学习的是

8、第15页，共51页二、酒精发酵微生物二、酒精发酵微生物 1.糖化菌糖化菌（将淀粉、纤维素转化为糖）将淀粉、纤维素转化为糖）曲霉（曲霉（Aspergillus spp.）根霉（根霉（RhizopusRhizopus spp.spp.）2.酒母酒母（将糖转化为乙醇将糖转化为乙醇）啤酒酵母（啤酒酵母（Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces cerevisiae）及其变种及其变种16现在学习的是第16页，共51页三、酒精发酵生化机制 第一型发酵第一型发酵：无氧、中性或偏酸性条件无氧、中性或偏酸性条件 CH3COCOOH CH3CHO+CO2CH3CHO+NADH2

9、 CH3CH2OH+NAD第三型发酵第三型发酵：无氧、碱性条件无氧、碱性条件乙醛发生岐化反应，磷酸二羟丙酮作为受氢体，产物为甘油、乙醇、乙醛发生岐化反应，磷酸二羟丙酮作为受氢体，产物为甘油、乙醇、乙酸。乙酸。脱羧酶脱羧酶乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶现在学习的是第17页，共51页 C C6 6HH1212OO6 62CH2CH3 3COCOOHCOCOOH 2CH 2CH3 3CHOCHO 2CH 2CH3 3CHCH2 2OHOHNADNADH2-2CO2EMP2ATP乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶酒精发酵：产物：产物：乙醇、乙醇、CO2发生条件：无氧条件发生条件：无氧条件 途径：途径：EMP 菌种：酵母菌菌种

10、：酵母菌该乙醇发酵过程在该乙醇发酵过程在该乙醇发酵过程在该乙醇发酵过程在pH3.54.5pH3.54.5及厌氧的条件下发生及厌氧的条件下发生。（无氧）（无氧）脱羧酶脱羧酶第一型发酵第一型发酵（还原）（还原）现在学习的是第18页，共51页四、原料不同工艺不同不同生产原料，酒精发酵生化过程不同。对糖质原料，可直接利用酵母将糖转化成乙醇。对于淀粉质和纤维质原料，首先要进行淀粉和纤维质的水解（糖化），再由酒精发酵菌将糖发酵成乙醇。现在学习的是第19页，共51页20现在学习的是第20页，共51页1.淀粉质和纤维质原料的水解淀粉的糊化、液化 淀粉在水中经加热会吸收一部分水而发生溶胀。如果继续加热至一定温度

11、（一般6080）,淀粉粒即发生破裂,造成黏度迅速增大,体积也随之迅速变大,这种现象称为淀粉的糊化现在学习的是第21页，共51页1.淀粉质和纤维质原料的水解 不同种类淀粉糊化温度有所不同,苷薯、马铃薯、玉米和小麦淀粉的糊化温度分别为7076、5967、6472和6568。发生糊化现象称为淀粉的溶解，或称为液化。马铃薯、小麦和玉米支链淀粉完全液化的温度为132、7080、136141和146151。现在学习的是第22页，共51页纤维质原料的水解强酸、强碱水解 酶水解：采用纤维素酶 里斯木霉、绿色木霉由于纤维素的性能稳定,无论用酸水解还是用酶水解，都存在水解速度慢,糖得率低的问题，这是影响纤维素科学

12、利用的难题之一现在学习的是第23页，共51页纤维素生产酒精工艺纤维素生产酒精工艺24现在学习的是第24页，共51页五、酒精发酵工艺五、酒精发酵工艺 淀粉质原料酒精生产的特点淀粉质原料酒精生产的特点 以薯类和谷类等为原料以薯类和谷类等为原料 原料需要蒸煮原料需要蒸煮 淀粉质原料需要进行糖化淀粉质原料需要进行糖化 25现在学习的是第25页，共51页 淀粉质原料酒精生产工艺流程淀粉质原料酒精生产工艺流程 大米大米 曲霉菌曲霉菌 麸皮麸皮 淀粉质原料淀粉质原料 酵母酵母 米曲霉米曲霉米曲米曲 固体试管酵母固体试管酵母 米曲汁米曲汁 米曲汁米曲汁试管培养试管培养三角瓶培养三角瓶培养 粉碎粉碎 三角瓶液体

13、酵母三角瓶液体酵母 曲种曲种 蒸煮蒸煮 卡式罐酒母卡式罐酒母 糖化曲液糖化曲液 糖化糖化酒母糖化醪酒母糖化醪小酒母小酒母 发酵发酵 大酒母大酒母 蒸馏蒸馏 酒糟废液酒糟废液 酒精酒精 杂醇油杂醇油26现在学习的是第26页，共51页淀粉颗粒淀粉颗粒淀粉分子淀粉分子可发酵性糖可发酵性糖酒精酒精9595乙醇乙醇(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O62nC2H6O+2nCO2+2nATP主要步骤主要步骤：1.原料粉碎原料粉碎2.蒸煮糊化蒸煮糊化3.曲霉糖化曲霉糖化4.酵母发酵酵母发酵5.蒸馏提纯蒸馏提纯27现在学习的是第27页，共51页1.原料预处理原料预处理（1）除杂）除杂筛选、风选、磁力除

14、铁筛选、风选、磁力除铁 原料先要通过振荡筛、吸铁器等将其中的混杂的小铁钉、泥块、杂草、石块等杂质除去。（2）粉碎）粉碎干法干法、湿法、湿法粉碎的目的是有利于淀粉颗粒的吸水膨胀、糊化,设备大多采用锤式粉碎机,采用粗碎和细碎两级粉碎工艺，经细粉碎后颗粒一般小于2.0mm。湿粉碎时,将蒸煮所需水量和原料一起粉碎,原料粉末不飞扬,省去除尘通风设备,但粉碎后的粉料不能储存,宜立即用于生产。28现在学习的是第28页，共51页2.蒸煮蒸煮作用：作用：打破植物细胞壁的保护作用，使淀粉颗粒从细胞中打破植物细胞壁的保护作用，使淀粉颗粒从细胞中游离出来，并转化为溶解状态，便于糖化；游离出来，并转化为溶解状态，便于糖

15、化；对原料灭菌。对原料灭菌。方法：方法：连续蒸煮连续蒸煮29现在学习的是第29页，共51页粉碎机分离器风机拌料罐泵蒸煮罐1蒸煮罐2蒸煮罐3汽液分离器原料二次蒸汽糖化蒸汽粉尘水洗现在学习的是第30页，共51页3.糖化曲的制备糖化曲的制备（1）菌种）菌种 木霉（木霉（Trichoderma spp.）、曲霉（）、曲霉（Aspergillus spp.）根霉（根霉（Rhizopus spp.）、芽孢杆菌（）、芽孢杆菌（Bacillus spp.）（2）方法）方法 固体曲固体曲 液体曲液体曲31现在学习的是第31页，共51页4.糖化糖化方法分成间歇糖化和连续糖化两类。目前我国大多数酒精厂采用后者。(1

16、)间歇糖化工艺间歇糖化在糖化锅内进行。蒸煮醪放入并冷却到6162时，加入糖化剂，搅拌均匀后静止糖化30min，再冷却至30后供发酵用。现在学习的是第32页，共51页4.糖化(2)连续糖化工艺 现在学习的是第33页，共51页5.酒母制备现在学习的是第34页，共51页菌种储存酵母菌分离接种扩大培养35现在学习的是第35页，共51页菌种培养卡氏罐接种36现在学习的是第36页，共51页6.发酵工艺发酵工艺（1 1）方式：）方式：间歇式、半连续式、连续式。间歇式、半连续式、连续式。（2 2）过程：）过程：前发酵期前发酵期酒母迅速繁殖，酒母迅速繁殖，10h 10h 主发酵期主发酵期乙醇发酵，乙醇发酵，12

17、h12h 后发酵期后发酵期发酵作用弱，发酵作用弱，40h40h 总时间：总时间：6072h37现在学习的是第37页，共51页38现在学习的是第38页，共51页7.蒸馏与精馏蒸馏与精馏（1）蒸馏塔（粗馏塔、醪塔）蒸馏塔（粗馏塔、醪塔）粗酒精、酒糟粗酒精、酒糟（2）精馏塔）精馏塔成品酒精、杂醇油成品酒精、杂醇油 头级杂质：乙醛、甲醇等（工业酒精）头级杂质：乙醛、甲醇等（工业酒精）中间级杂质：异丁酸乙酯、异戊酸乙酯等中间级杂质：异丁酸乙酯、异戊酸乙酯等 尾级杂质：杂醇油尾级杂质：杂醇油39现在学习的是第39页，共51页六、固定化细胞生产酒精六、固定化细胞生产酒精 使用固定化酵母，可以以一个反应塔代替

18、多个使用固定化酵母，可以以一个反应塔代替多个 发酵罐，发酵时间由发酵罐，发酵时间由30h 3h,3h,乙醇生产能力大大提乙醇生产能力大大提高高40现在学习的是第40页，共51页 五、抗生素的发酵生产五、抗生素的发酵生产41现在学习的是第41页，共51页 抗生素是微生物产生的具有生物活性的物质抗生素是微生物产生的具有生物活性的物质，这类物质，这类物质能在能在低浓度下抑制或杀灭活细胞低浓度下抑制或杀灭活细胞，这种作用又有很强的选择性。，这种作用又有很强的选择性。抗抗生素是人们使用最多的药物生素是人们使用最多的药物，也是制药工业中利润最高的产品。，也是制药工业中利润最高的产品。世界各国由发酵法生产的

19、抗生素约世界各国由发酵法生产的抗生素约400种，广泛应用的仅种，广泛应用的仅120种，其他主要是毒性大、成本高，无商业应用价值。种，其他主要是毒性大、成本高，无商业应用价值。青霉素是最早发现并用于临床的青霉素是最早发现并用于临床的种抗生素，种抗生素，19281928年为英国人年为英国人A A.Fleming.Fleming发现，发现，4040年代投入工业生产。我们就以青霉素为例简年代投入工业生产。我们就以青霉素为例简单介绍抗生素的发酵生产过程。单介绍抗生素的发酵生产过程。一一 抗生素的生产方法抗生素的生产方法现在学习的是第42页，共51页生产方法：生产方法：1 1、生物合成法：、生物合成法：传

20、统方法传统方法 “工程菌工程菌”制造法制造法 细胞融合技术法细胞融合技术法 2 2、化学合成法；、化学合成法；3 3、生物合成加化学合成法。、生物合成加化学合成法。现在学习的是第43页，共51页1 1、生物合成法：、生物合成法：传统方法传统方法 大多数抗生素是由大多数抗生素是由放线菌和霉菌产生放线菌和霉菌产生的。一般采用深层的。一般采用深层液体培养、通风搅拌发酵罐生产。液体培养、通风搅拌发酵罐生产。最初由弗莱明分离的点青最初由弗莱明分离的点青霉，只能产生霉，只能产生2 U2 Umlml的青霉素。的青霉素。人们采用人们采用基因工程和细胞融合技术基因工程和细胞融合技术，对抗生素产生菌进行，对抗生素

21、产生菌进行了改造和重新设计，不仅可以制造出许多高效低毒的新型了改造和重新设计，不仅可以制造出许多高效低毒的新型抗生素，还可使抗生素产量成倍地增长。抗生素，还可使抗生素产量成倍地增长。青霉素工业发酵生青霉素工业发酵生产水平已达产水平已达85 000U85 000Umlml以上。以上。现在学习的是第44页，共51页1 1、生物合成法：、生物合成法：“工程菌工程菌”制造法制造法 第一次由第一次由“工程菌工程菌”制造的全新抗生素制造的全新抗生素麦迪紫红素麦迪紫红素A，是美国报道的。他们将产放线紫红素的部分基因插入产麦迪霉，是美国报道的。他们将产放线紫红素的部分基因插入产麦迪霉素的放线菌中，构建的素的放

22、线菌中，构建的“工程菌工程菌”产生了全新的抗生素。产生了全新的抗生素。我国新构建的生产丁胺卡那霉素的我国新构建的生产丁胺卡那霉素的“工程菌工程菌”，就是把，就是把酰化酶基因克隆到卡那霉素产生菌中获得的。新的酰化酶基因克隆到卡那霉素产生菌中获得的。新的“工工程菌程菌”生产的新抗生素毒副作用小，对耐卡那霉素、庆生产的新抗生素毒副作用小，对耐卡那霉素、庆大霉素致病菌临床疗效显著。大霉素致病菌临床疗效显著。现在学习的是第45页，共51页1 1、生物合成法：、生物合成法：细胞融合技术细胞融合技术 对抗生素产生菌采用细胞融合技术的成果更为突出。对抗生素产生菌采用细胞融合技术的成果更为突出。目目前前DNA重

23、组技术已广泛用于红霉素、链霉素等重组技术已广泛用于红霉素、链霉素等20多种抗生素多种抗生素的育种工作，可以预见不久将来会有更多的由的育种工作，可以预见不久将来会有更多的由“工程菌工程菌”生生产的新型抗生素问世产的新型抗生素问世。现在学习的是第46页，共51页2 2、化学合成法、化学合成法 根据某种根据某种抗生素的化学组成和结构，通过抗生素的化学组成和结构，通过化学合化学合成的方法，可生产部分成的方法，可生产部分抗生素。抗生素。如：氯霉素、磷霉素等。如：氯霉素、磷霉素等。经过经过化学合成方法和控制条件的不断深入研究，化学合成方法和控制条件的不断深入研究，越来越多的越来越多的抗生素可用抗生素可用化

24、学合成法生产。化学合成法生产。现在学习的是第47页，共51页 3 3、生物合成加化学合成法、生物合成加化学合成法 许多细菌逐渐出现了许多细菌逐渐出现了抗药性抗药性，已经证实某些抗药性因子位于细菌内的，已经证实某些抗药性因子位于细菌内的质粒上，质粒可以在细菌之间转移，结果抗性菌日益增多，抗生素疗效质粒上，质粒可以在细菌之间转移，结果抗性菌日益增多，抗生素疗效就越来越低。就越来越低。为了对付细菌的抗药性，科学家对原有的抗生素进行了为了对付细菌的抗药性，科学家对原有的抗生素进行了“整容手整容手术术”，细菌因再无法识别改头换面的抗生素而被抑制或杀死。，细菌因再无法识别改头换面的抗生素而被抑制或杀死。现

25、在已能使用克隆了酰化酶基因的现在已能使用克隆了酰化酶基因的“工程菌工程菌”（大肠杆菌）高效率的（大肠杆菌）高效率的生产半合成抗生素。临床现在使用的先锋霉素（头孢菌素类）、氨苄青霉素，就生产半合成抗生素。临床现在使用的先锋霉素（头孢菌素类）、氨苄青霉素，就是这类是这类半合成抗生素类药物半合成抗生素类药物。现在学习的是第48页，共51页二、青霉素生产工艺二、青霉素生产工艺1、菌种：产黄青霉、菌种：产黄青霉生长发育分六个阶段：生长发育分六个阶段：期：菌丝生长期，适宜做种子；期：菌丝生长期，适宜做种子；期：青霉素分泌期；期：青霉素分泌期；期：菌丝体自溶期。期：菌丝体自溶期。现在学习的是第49页，共51

26、页 2、培养基：、培养基：碳源：普遍采用淀粉经酶水解的葡萄糖糖化液进行碳源：普遍采用淀粉经酶水解的葡萄糖糖化液进行流流加加或或分批补料加入，分批补料加入，葡萄糖加速菌体呼吸，溶解氧浓度葡萄糖加速菌体呼吸，溶解氧浓度低，低，PH下降，对生物合成酶系阻遏和抑制。下降，对生物合成酶系阻遏和抑制。氮源：玉米浆、麸皮粉、无机氮源；氮源：玉米浆、麸皮粉、无机氮源；前体：苯乙酸或苯乙酰胺；（前体：苯乙酸或苯乙酰胺；（0.1，多次加入，多次加入，减少减少对菌体的毒害）对菌体的毒害）无机盐：无机盐：S、P、Ga、Mg、K等。等。铁离子铁离子有毒害，有毒害，控制在控制在30g/mLg/mL。现在学习的是第50页，共51页3、发酵条件控制、发酵条件控制补糖：残糖降至补糖：残糖降至0.6（PH上升）；上升）；补氮：氨氮补氮：氨氮0.05，补硫铵、氨水或尿素；，补硫铵、氨水或尿素；PH：6.46.6，加葡萄糖、加酸、加碱调节；，加葡萄糖、加酸、加碱调节；温度：前期，温度：前期，25-26；后期，；后期，23，减少对青霉素的，减少对青霉素的降解破坏；降解破坏；通气搅拌，溶氧：通气搅拌，溶氧：氧饱和溶解度的氧饱和溶解度的30；消沫剂：玉米油、豆油或化学合成消沫剂。消沫剂：玉米油、豆油或化学合成消沫剂。现在学习的是第51页，共51页