柠檬酸的发酵过程
机理:
1940年H.A.克雷伯斯提出三羧酸循环学说以来,柠檬酸的发酵机理逐渐被人们所认识。已经证明,糖质原料生成柠檬酸的生化过程中,由糖变成丙酮酸的过程与酒精发酵相同,亦即通过E-M途径(双磷酸己糖途径)进行酵解,然后丙酮酸进一步氧化脱羧生成乙酰辅酶A,乙酰辅酶A和丙酮酸羧化所生成的草酰乙酸缩合成为柠檬酸并进入三羧酸循环途径。 柠檬酸是代谢过程中的中间产物。在发酵过程中,当微生物的乌头酸水合酶和异柠檬酸脱氢酶活性很低,而柠檬酸合成酶活性很高时,才有利于柠檬酸的大量积累。
发酵有固态发酵、液态浅盘发酵和深层发酵 3种方法。固态发酵是以薯干粉、淀粉粕以及含淀粉的农副产品为原料,配好培养基后,在常压下蒸煮,冷却至接种温度,接入种曲,装入曲盘,在一定温度和湿度条件下发酵。采用固态发酵生产柠檬酸,设备简单,操作容易。液态浅盘发酵多以糖蜜为原料,其生产方法是将灭菌的培养液通过管道转入一个个发酵盘中,接入菌种,待菌体繁殖形成菌膜后添加糖液发酵。发酵时要求在发酵室内通入无菌空气。深层发酵生产柠檬酸的主体设备是发酵罐。微生物在这个密闭容器内繁殖与发酵。现多采用通用发酵罐。它的主要部件包括罐体、搅拌器、冷却装置、空气分布装置、消泡器,轴封及其他附属装置。发酵罐径高比例一般是1:2.5,应能承受一定的压力,并有良好的密封性。除通用式发酵罐外,还可采用带升式发酵罐、塔式发酵罐和喷射自吸式发酵罐等。 为了得到产柠檬酸的优良菌种,通常是从不同地区采集的土壤或从腐烂的水果中分离筛选,然后通过物理和化学方法进行菌种选育。例如薯干粉深层发酵柠檬酸的菌种就是通过 柠檬酸不断变异和选育得到的。菌种适合在高浓度下发酵,产酸水平较高。 柠檬酸的发酵因菌种、工艺、原料而异,但在发酵过程中还需要掌握一定的温度、通风量及pH值等条件。一般认为,黑曲霉适合在28~30℃时产酸。温度过高会导致菌体大量繁殖,糖被大量消耗以致产酸降低,同时还生成较多的草酸和葡萄糖酸;温度过低则发酵时间延长。微生物生成柠檬酸要求低pH,最适pH为2~4,这不仅有利于生成柠檬酸,减少草酸等杂酸的形成,同时可避免杂菌的污染。柠檬酸发酵要求较强的通风条件,有利于在发酵液中维持一定的溶解氧量。通风和搅拌是增加培养基内溶解氧的主要方法。随着菌体生成,发酵液中的溶解氧会逐渐降低,从而抑制了柠檬酸的合成。采用增加空气流速及搅拌速度的方法,使培养液中溶解氧达到60%饱和度对产酸有利。柠檬酸生成和菌体形态有密切关系,若发酵后期形成正常的菌球体,有利于降低发酵液粘度而增加溶解氧,因而产酸就高;若出现异状菌丝体,而且菌体大量繁殖,造成溶解氧降低,使产酸迅速下降。发酵液中金属离子的含量对柠檬酸的合成有非常重要的作用,过量的金属离子引起产酸率的降低, 由于铁离子能刺激乌头酸水合酶的活性,从而影响柠檬酸的积累。柠檬酸发酵用的糖蜜原料,因含有大量金属离子,必须应用离子交换法或添加亚铁氰化钾脱铁方能使用。然而微量的锌、铜离子又可以促进产酸。
黑曲霉生长繁殖时产生的淀粉酶、糖化酶首先原料中的淀粉转变为葡萄糖;葡萄糖经过酵解途径(EMP)转变为丙酮酸;丙酮酸氧化脱羧形成乙酰辅酶 A,然后在柠檬合成酶的作用下生成柠檬酸。黑曲霉在限制氮源和锰等金属离子条件下,同时在高浓度葡萄糖和充分供氧的条件下,TCA 循环中的酮戊二酸脱氢酶受阻遏,TCA 循环不能充分进行,使柠檬酸大量积累并排出菌体外。其理论反应式为:C6H12O6+1.5O2 → C6H8O7+2H2O
柠檬酸生产分发酵和提取两部分。 发酵有固态发酵、液态浅盘发酵和深层发酵 3种方法。固态发酵是以薯干粉、淀粉粕以及含淀粉的农副产品为原料,配好培养基后,在常压下蒸煮,冷却至接种温度,接入种曲,装入曲盘,在一定温度和湿度条件下发酵。采用固态发酵生产柠檬酸,设备简单,操作容易。液态浅盘发酵多以糖蜜为原料,其生产方法是将灭菌的培养液通过管道转入一个个发酵盘中,接入菌种,待菌体繁殖形成菌膜后添加糖液发酵。发酵时要求在发酵室内通入无菌空气。深层发酵生产柠檬酸的主体设备是发酵罐。微生物在这个密闭容器内繁殖与发酵。现多采用通用发酵罐。它的主要部件包括罐体、搅拌器、冷却装置、空气分布装置、消泡器,轴封及其他附属装置。发酵罐径高比例一般是1:2.5,应能承受一定的压力,并有良好的密封性。除通用式发酵罐外,还可采用带升式发酵罐、塔式发酵罐和喷射自吸式发酵罐等。
为了得到产柠檬酸的优良菌种,通常是从不同地区采集的土壤或从腐烂的水果中分离筛选,然后通过物理和化学方法进行菌种选育。例如薯干粉深层发酵柠檬酸的菌种就是通过不断变异和选育得到的。菌种适合在高浓度下发酵,产酸水平较高。
柠檬酸的发酵因菌种、工艺、原料而异,但在发酵过程中还需要掌握一定的温度、通风量及pH值等条件。一般认为,黑曲霉适合在28~30℃时产酸。温度过高会导致菌体大量繁殖,糖被大量消耗以致产酸降低,同时还生成较多的草酸和葡萄糖酸;温度过低则发酵时间延长。微生物生成柠檬酸要求低pH,最适pH为2~4,这不仅有利于生成柠檬酸,减少草酸等杂酸的形成,同时可避免杂菌的污染。柠檬酸发酵要求较强的通风条件,有利于在发酵液中维持一定的溶解氧量。通风和搅拌是增加培养基内溶解氧的主要方法。随着菌体生成,发酵液中的溶解氧会逐渐降低,从而抑制了柠檬酸的合成。采用增加空气流速及搅拌速度的方法,使培养液中溶解氧达到60%饱和度对产酸有利。柠檬酸生成和菌体形态有密切关系,若发酵后期形成正常的菌球体,有利于降低发酵液粘度而增加溶解氧,因而产酸就高;若出现异状菌丝体,而且菌体大量繁殖,造成溶解氧降低,使产酸迅速下降。发酵液中金属离子的含量对柠檬酸的合成有非常重要的作用,过量的金属离子引起产酸率的降低,由于铁离子能刺激乌头酸水合酶的活性,从而影响柠檬酸的积累。柠檬酸发酵用的糖蜜原料,因含有大量金属离子,必须应用离子交换法或添加亚铁氰化钾脱铁方能使用。然而微量的锌、铜离子又可以促进产酸。 柠檬酸为食用酸类,可增强体内正常代谢,适当的剂量对人体无害。在某些食品中加入柠檬酸后口感好,并可促进食欲,在中国允许果酱、饮料、罐头和糖果中使用柠檬酸。虽然柠檬酸对人体无直接危害,但它可以促进体内钙的排泄和沉积,如长期食用含柠檬酸的食品,有可能导致低钙血症,并且会增加患十二指肠癌的几率。儿童表现有神经系统不稳定、易兴奋、植物神经紊乱;大人则为手足抽搐、肌肉痉挛,感觉异常,瘙痒及消化道症状等。
基于柠檬酸对钙的代谢可产生的影响,经常食用罐头、饮料、果酱、酸味糖果的人们,特别是孩子,要注意补钙,多喝生奶、鱼头、鱼骨汤、吃些小虾皮等,以免导致血钙不足而影响健康,胃溃疡、胃酸过多、龋齿和糖尿病患者不宜经常食用柠檬酸。柠檬酸不能加在纯奶里, 否则会引起纯奶凝固。乳制品行业常把柠檬酸配成10%左右的溶液加入低浓度的牛奶溶液中,加入时应快速的搅拌。 健康危害:柠檬酸浓溶液对黏膜有刺激作用。在工业使用中,接触者可能引起湿疹;
燃爆危险:柠檬酸可燃。粉体与空气可形成爆炸性混合物,遇明火、高热或与氧化剂接触,有引起燃烧爆炸的危险。 柠檬酸一水化合物在干燥空气中或加热至约40度时,失去结晶水,在湿空气中有轻微潮解,稀的柠檬酸水溶液可在静置时发酵。所以固体一水化合物或无水物,应贮藏于气密容器内,置阴凉干燥处保存。
答:石油发酵柠檬酸的研究始于1970年,天津、上海等地的研究单位利用解脂假丝酵母对石蜡油进行发酵。1979年,徐子渊等人的研究改进了发酵效率,提高了石油发酵柠檬酸的产率。随着生物技术的飞速发展,全球柠檬酸产量已达0.4Mt。发酵技术和提取技术的革新使得生产效率显著提升,每生产1吨柠檬酸,糖蜜、薯干粉或...
答:③在漂洗过程中应经常测定漂洗液温度及pH值。④漂洗结束后,用除盐水(或软化水)冲洗干净系统后转入下道工序。提取工艺:柠檬酸是食品加工业中很重要的食品添加剂,也广泛应用于医药、染料及其他工业。柠檬酸生产有两条途径,一条是以淀粉及糖类为原料,用微生物发酵方法来制取;另一条是从含酸分丰富的...
答:2.1对玉米中的其他营养物质的开发 玉米生产柠檬酸时,用到的只是玉米中的淀粉。可以在生产过程中对玉米中的其他营养物质进行回收、提纯和开发,生产出玉米蛋白粉、纤维饲料和高附加值的玉米油等副产品,这样的“吃干榨尽”的生产思想有效提高了经济效益。2.2清液发酵和培养基的调整 为了提高培养基的溶氧...
答:自制水果酵素的步骤如下: 1、准备材料:水果(如苹果、梨、桃子、草莓等)、糖、柠檬酸、干净容器(建议使用玻璃或陶瓷容器)。 2、将水果洗净,切成小块,放入准备好的容器中。 3、加入适量的糖,一般为水果重量的10%-20%。 4、加入适量的柠檬酸,一般为水果重量的1%-2%。 5、搅拌均匀,让糖和柠檬酸充分渗透到水果...
答:当人们需要大量柠檬酸时,便不能只依靠直接从水果中提取。因此,人们发明了各种方法来提炼和合成柠檬酸。通过发酵工艺,利用微生物将糖类物质转化为柠檬酸。化学合成方法也可以生产出柠檬酸。这些方法能够实现大规模生产,满足市场需求。3、餐桌上的佳肴 柠檬酸随各种食品和饮料一起到达餐桌。在烹饪过程中,...
答:第四章,柠檬酸(CA),又名枸橼酸,分子式为C₆H₈O₇,是一种重要的有机酸,为无色晶体,无臭,有很强的酸味,易溶于水,是天然防腐剂和食品添加剂。
答:柠檬酸生产有两条途径,一条是以淀粉及糖类为原料,像玉米、薯干、大米、稻谷、芋艿甚至秸秆等用微生物发酵方法来制取;1891年德国Wehme氏首次发现青霉能够生成柠檬酸,但因污染及发酵工艺等问题未能工业化生产。1916年美国Thorn发现黑曲霉可产生柠檬酸,同年Currie利用黑曲霉进行浅盘发酵法工业化生产柠檬酸...
答:根据所染杂菌的性质分别处理。柠檬酸发酵过程中出现中期污染时,根据所染杂菌的性质分别处理。1、污染细菌,可加大通风量,加速产酸,降低pH值,以抑制细菌生长,必要时可加入盐酸调节pH值在3.0以下,以抑制杂菌。2、污染酵母,可加入0.025~0.035g/L的硫酸铜, 以抑制酵母生长,并提高风量,加速产酸...
答:柠檬酸在食品和医学上用作多价螯合剂,也是化学中间体,用于汽水、糖果等,也用作金属清洁剂,媒染剂等。柠檬酸广泛分布于植物界中,如在柠檬、醋栗、覆盆子、葡萄汁等中,可从植物原料中提取,也可由糖进行柠檬酸发酵制得。由于柠檬酸具刺激作用,接触者可能引起湿疹。柠檬酸粉体与空气可形成性混合物,遇明火、高热或...
答:微生物发酵柠檬酸是好氧发酵。判断方法如下:1、好氧发酵需要氧气参与,因此在发酵过程中需要提供充足的氧气。如果发酵过程中没有提供氧气,那么就是厌氧发酵。2、好氧发酵产生的代谢产物是二氧化碳和水,而厌氧发酵产生的代谢产物是乳酸、酒精等。因此,通过检测发酵液中的代谢产物可以判断是好氧还是厌氧...