学习情境8 有机酸- 柠檬酸
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
★通过某些化合物的CO2固定作用使三羧酸循环的中 间产物得到回补：
丙酮酸羧化酶：
CO2+丙酮酸+ATP+H2O
Mg++
草酰乙酸+ADP+Pi
磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶:
CO2 +PEP+ H2O 苹果酸酶: CO2 +丙酮酸+NADPH+H+ 苹果酸+ NADP+ 草酰乙酸+H3PO4
为了能够在己糖或戊糖的中间代谢物上进行好氧生长，异 养微生物至少要具备上述几种酶之种的一个酶。
柠檬酸
柠檬酸1784年由Scheels氏发现 1893年前，主要用柑橘、菠萝、柠檬等果实提取柠檬酸 1893年德国微生物学家Wehmer发现二种青霉菌可以生成柠檬酸 1917年Currie使用黑曲霉浅盘发酵生产柠檬酸 1923年美国科学家研究成功了以废糖蜜为原料的浅盘法柠T
（CH2）2
H-C-NH2
+
C=O COOH
C=O
+ H- C-NH2 COOH 谷氨酸
COOH
丙氨酸
COOH 丙酮酸
α-酮戊二酸
ALT：谷丙转氨酶，急性肝炎时血清ALT 活性显著增高。
COOH
COOH （CH2）2 +
COOH
COOH +
CH2
AST
学习情境8 有机酸——柠 檬 酸
柠檬酸
柠檬酸(Citric acid)分子式为C6H8O7。外观为白 色颗粒状或白色结晶粉末，无臭，具有令人愉快 的强烈的酸味，相对密度为1.6550。
柠檬酸易溶于水、酒精、不溶于醚、酯、氯仿等 有机溶剂。商品柠檬酸主要是无水柠檬酸和一水 柠檬酸，前者在高于36.6℃的水溶液中结晶析出， 后者在低于36.6℃水溶液中结晶析出。它天然存 在于果实中，其中以柑桔、菠萝、柠檬、无花果 等含量较高。 柠檬酸是生物体主要代谢产物之一。
1938年Perquin和1942年Karrow进行了柠檬酸的深层发酵研究
1951年美国Miles公司首先以淀粉质为原料，经水解后深层发酵 大规模生产柠檬酸。
柠檬酸
我国1953年刚开始也是采用浅盘法发酵生产
柠檬酸，
1968年用薯干为原料采用深层发酵法生产柠
檬酸成功，由于工艺简单、原料丰富、发酵
6)
其它
柠檬酸在医药、化学等其它工业中也有一定 的作用。柠檬酸铁胺可以用作补血剂；柠檬 酸钠可用作输血剂；柠檬酸可制造食品包装 用薄膜及无公害洗涤剂。
二、 柠檬酸发酵微生物
1) 黑曲霉（Aspergillus niger）的形态特征 目前生产上常用产酸能力强的黑曲霉作为生产 菌。 在固体培养基上，菌落由白色逐渐变至棕色。 孢子区域为黑色，菌落呈绒毛状，边缘不整齐。 菌丝有隔膜和分枝，是多细胞的菌丝体，无色 或有色，有足细胞，顶囊生成一层或两层小梗， 小梗顶端产生一串串分生孢子。
白质合成受阻造成的铵的高浓度能解除柠檬
酸（CTA）对磷酸果糖激酶（PFK）的抑制。 此外，柠檬酸的分泌，降低其胞内浓度。
②较低的降解柠檬酸的能力。
这能力由两个因素构成。
第一是低水平的α-酮戊二酸脱氢酶（KD）影 响TCA环运行的畅通程度，使TCA环前半部的 中间产物积压；
第二，在锰缺乏的条件下，顺乌头酸酶（AE） 和 异柠檬酸脱氢酶（ID）的活性降低，从 而使柠檬酸的累积比其它几种酸（顺乌头酸、 异柠檬酸和α-酮戊二酸）更明显。
2.尽管采用边糖化边发酵的工艺，但发酵周 期只有64小时，生产周期比国外要短。 3.柠檬酸的产酸速度大大地高于国外水平。 平均产酸速率是国外的2倍。
柠檬酸是目前世界上以生物化学方法生
产，产量最大的有机酸。
我国是一个柠檬酸的生产大国，1995年
的产量为16万吨，1999年底达到20万吨，
其中80％以上都出口国外，在国际市场
CH2
（CH2）2
H-C-NH2
C=O
C=O
H-C-NH2
COOH 天冬氨酸
COOH
α-酮戊二酸
COOH
草酰乙酸
COOH
谷氨酸
AST：谷草转氨酶，心肌梗塞时血清含量明显增高.
回补途径
☆TCA循环重要功能除产能外，为一些氨基酸 和其它化合物的合成提供了中间产物；
☆生物合成中所消耗的中间产物若得不到补充， 循环就会中断；
☆回补方式：①通过某些化合物的CO2固定作 用， ②一些转氨基酶所催化的反应也 能合成草酰乙酸和-酮戊二酸， ③通过乙醛酸循环
① CO2固定作用补充TCA环的中间产物
二、 柠檬酸发酵微生物
2) 黑曲霉（Aspergillus niger）的生理特征 黑曲霉生产菌可在薯干粉、玉米粉、可溶性 淀粉糖蜜、葡萄糖麦芽糖、糊精、乳糖等培 养基上生长、产酸。
黑曲霉生长最适pH值因菌种而异，一般为 pH3~7；产酸最适pH为1.8~2.5。生长最适温 度为33~37℃，产酸最适温度在28~37℃，温 度过高易形成杂酸，斜面培养要求在麦芽汁 4°Be′左右的培养基上。
水平高，各地陆续办厂投产，至20世纪70年
代中期，柠檬酸工业已初步形成了生产体系。
我国柠檬酸行业从产量上位居世界第一，从 技术上，在国际上也是处于世界领先水平， 并远远领先于其他国家，其优势在于：
1.我国的柠檬酸发酵采用的菌种（黑曲霉） 具有双重功能，当淀粉原料被液化后，即可 进行发酵，不需要将淀粉水解成葡萄糖，简 化了生产工艺，降低了生产成本。
我国柠檬酸发酵生产的回顾和展望
我国于五十年代初期开始柠檬酸浅盘发酵研 究， 1968年轻工业部发酵研究所与黑龙江和平糖 厂合作，首先完成了甜菜糖蜜浅盘表面发酵 并投入工业化生产。 1965年，上海市工业微生物研究所筛选出 N558菌种，并与天津工业微生物研究所，南 通发酵厂等合作，使之用于工业化生产，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。
①高水平的柠檬酸合成能力。
这个能力由3个因素构成。 第一:是在有高浓度草酰乙酸（OAA ）的情况 下对 AcCoA 具有高度亲和力的组成型的柠檬 酸合成酶（ CS ）的存在； 第二:是催化丙酮酸（ PYR ）固定CO2生成草酰 乙酸反应的高水平的组成型的丙酮酸羧化酶 （ PC ）的存在；
第三:是在缺少锰的条件下，蛋白质分解或蛋
2) 果酱与酿造酒
柠檬酸在果酱与果冻中同样可以增进风味， 并使产品抗氧化作用。由于果酱、果冻的凝 胶性质需要一定范围的pH值，添加一定量的 柠檬酸可以满足这一要求。 当葡萄或其它酿酒原料成熟过度而酸度不足 时，可以用柠檬酸调节，以防止所酿造的酒 口味单薄。柠檬酸加到这些果汁中还有抗氧 化和保护色素的作用，以保护果汁的新鲜感 和防止变色。
2004年全球柠檬酸产量约120万吨，欧盟
和美国为最大消费市场。
柠檬酸的消费领域： 饮料行业占40～45％ 食品添加剂等占15～20％ 洗涤剂占20～30％
医药占5％
其它占10％
欧洲是柠檬酸的第二大生产地，产量约 30万吨
美国柠檬酸年产量约25万吨
我国是柠檬酸的第一大生产国，估计年 产约50万吨 但在1970年时，我国的柠檬酸年产仅有 130吨
我国的发酵技木及生产水平，特别是菌种及 发酵工艺均为世界领先水平。 薯干粉、淀粉、木薯粉、葡萄糖母液等直接 深层发酵技术为我国所独有。 国外发酵罐容积通常在200m3,并较早实现自 动控制；我国的最大柠檬酸发酵罐为150m3
一、 柠檬酸在食品中的应用 1) 饮料与冰淇淋
柠檬酸广泛用于配制各种水果型的饮料以及 软饮料 柠檬酸本身是果汁的天然成分之一，不仅赋 于饮料水果风味，而且具有增溶、缓冲、抗 氧化等作用，能使饮料中的糖、香精、色素 等成分交融协调，形成适宜的口味和风味； 添加柠檬酸可以改善冰淇淋的口味，增加乳 化稳定性，防止氧化作用。
（1）可逆反应， （2）转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆 胺 （3）重要的转氨酶： 丙氨酸转移酶（ALT）/谷丙转氨酶（GPT） 天冬氨酸转移酶（AST）/谷草转氨酶 (GOT) ALT常用于肝疾患（肝炎等）辅助诊断、 AST 用于心肌疾患（心肌梗塞等的辅助诊断）
COOH
CH3
（CH2）2
3)
腌制品
各种肉类和蔬菜在腌制加工时，加入或涂 上柠檬酸可以改善风味，除腥去臭，抗氧 化。
4)
罐头食品
加入柠檬酸除了调酸作用之外，还有螯合 金属离子的作用，保护其中的抗坏血酸， 使之不被金属离子破坏。柠檬酸添加到植 物油中也有类似的作用。
5)
豆制品及调味品
用含有柠檬酸的水浸渍大豆，可以脱腥并便 于后续加工。柠檬酸可以用于大豆等豆类蛋 白、葵花子蛋白的水解，生产出风味别致的 调味品。它也可以用于成熟调味品（酱油等） 的调味。
②转氨基作用
R1 CHNH2 + COOH R2 C=O COOH
转氨酶
R1 C=O + COOH
R2 CHNH2 COOH
定义：
α-氨基酸的氨基通过酶的催 化,转移到α-酮酸 的酮基上,生成相应 的氨基酸;原来的α-氨基酸则转变成 相应的α-酮酸 。
转氨基作用几点说明：
③ 在柠檬酸过量合成阶段，培养基的 pH
值显然会影响细胞膜对目的产物柠檬酸的跨
膜输送；
柠檬酸的分泌也会影响培养基的 pH值。
锰与铁的缺乏有利于柠檬酸的排出。
G
G-6-P
+
(磷酸果糖激酶)
柠檬酸
黑 曲 霉 中 柠 檬 酸 的 代 谢 溢 出
I ,NH4 A
1.6－二磷酸果糖
丙酮酸
(丙酮酸羧化酶)
我国柠檬酸发酵生产的回顾和展望
从七十年代到九十年代，我国一直致力于柠 檬酸生产菌种的改进，
1990年，上海市工业微生物研究所完成国家 七五攻关项目筛选出860菌种，发酵产酸达 20％，
上海市工业微生物研究所开始以薯渣为主原 料，以黑曲霉为菌种，固体发酵法生产柠檬 酸钙的研究。并于1977年中试成功并投入生 产，现在全国已有四十余个工厂，采用固体 发酵法由薯渣生产柠檬酸及柠檬酸钙产品。
糖经糖酵解途径(EMP途径)，形成丙酮 酸，丙酮酸羧化形成C4化合物，丙酮 酸脱羧形成C2化合物，两者缩合形成 柠檬酸。
柠檬酸的溢出代谢：
多种微生物均能因受刺激而过量合成柠 檬酸。研究柠檬酸溢出代谢的最好的例子无疑 是黑曲霉。黑曲霉之所以能在特定环境条件下 累积柠檬酸，是因为在这种环境条件下代谢途 径前段的运转速率大于后段的运转速率。 柠檬酸的溢出代谢是黑曲霉特有的遗传和 生化机制与培养条件共同起作用的结果。 引起溢出代谢的原因包括以下三个方面：
二、 柠檬酸发酵微生物
黑曲霉以无性生殖的形式繁殖，具有多种活
力较强的酶系，能利用淀粉类物质，并且对
蛋白质、单宁、纤维素、果胶等具有一定的
分解能力。
二、 柠檬酸发酵微生物
黑曲霉可以边长菌、边糖化、
边发酵产酸的方式生产柠檬
酸。
三、柠檬酸发酵机理
关于柠檬酸发酵的机制有多种理论， 目前大多数学者认为它与三羧酸循环 有密切的关系。
上占有重要地位。
2000年的产量达到36.9万吨，柠檬酸及柠檬 酸盐出口量为25.8万吨，分别比1999年增长 了36.4%和23.3%，为历史最高水平。 2001年世界柠檬酸消费量(不含中国)已经升 至近200万吨，年递增率约5%，我国柠檬酸 产量约为35万吨，柠檬酸及柠檬酸盐出口量 为27.8万吨。 2002年我国柠檬酸产量突破了40万吨，达到 了40.2万吨，而柠檬酸及柠檬酸盐出口基本 与2001年持平，为28.3万吨。
我国以石油原料发酵柠檬酸开始于1970年， 先后在天津、上海、沈阳等地进行研究，并 一度投入小规模试验生产，是用正烷烃为原 料，以解脂假丝酵母为菌种，发酵产酸达13 ％以上，转化率140％以上，但因柠檬酸只 占总酸的50%（另一半为异柠檬酸）而且由 于成本较高及石油原料紧缺和食用安全性等 原因，未能坚持研究和生产。
草酰乙酸
乙酰CoA
顺乌头酸酶
柠檬酸 (柠檬酸合成酶 )
顺乌头酸
顺乌头酸酶 α-酮戊二酸脱氢酶 α-酮戊二酸 异柠檬酸
异柠檬酸脱氢酶
TCA循环在柠檬酸积累中的调节
1)大量生成草酰乙酸是积累柠檬酸的关键；
2)丙酮酸羧化酶和柠檬酸合成酶基本上不受 代谢调节的控制或极微弱; 3)TCA循环的阻断或微弱(即顺乌头酸酶、异 柠檬酸脱氢酶和α－酮戊二酸脱氢酶活力降 低)，导致柠檬酸积累。而且，当柠檬酸浓 度超过一定水平，就抑制异柠檬酸脱氢酶活 力来提高自身的积累。
丙酮酸羧化酶：
CO2+丙酮酸+ATP+H2O
Mg++
草酰乙酸+ADP+Pi
磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶:
CO2 +PEP+ H2O 苹果酸酶: CO2 +丙酮酸+NADPH+H+ 苹果酸+ NADP+ 草酰乙酸+H3PO4
为了能够在己糖或戊糖的中间代谢物上进行好氧生长，异 养微生物至少要具备上述几种酶之种的一个酶。
柠檬酸
柠檬酸1784年由Scheels氏发现 1893年前，主要用柑橘、菠萝、柠檬等果实提取柠檬酸 1893年德国微生物学家Wehmer发现二种青霉菌可以生成柠檬酸 1917年Currie使用黑曲霉浅盘发酵生产柠檬酸 1923年美国科学家研究成功了以废糖蜜为原料的浅盘法柠T
（CH2）2
H-C-NH2
+
C=O COOH
C=O
+ H- C-NH2 COOH 谷氨酸
COOH
丙氨酸
COOH 丙酮酸
α-酮戊二酸
ALT：谷丙转氨酶，急性肝炎时血清ALT 活性显著增高。
COOH
COOH （CH2）2 +
COOH
COOH +
CH2
AST
学习情境8 有机酸——柠 檬 酸
柠檬酸
柠檬酸(Citric acid)分子式为C6H8O7。外观为白 色颗粒状或白色结晶粉末，无臭，具有令人愉快 的强烈的酸味，相对密度为1.6550。
柠檬酸易溶于水、酒精、不溶于醚、酯、氯仿等 有机溶剂。商品柠檬酸主要是无水柠檬酸和一水 柠檬酸，前者在高于36.6℃的水溶液中结晶析出， 后者在低于36.6℃水溶液中结晶析出。它天然存 在于果实中，其中以柑桔、菠萝、柠檬、无花果 等含量较高。 柠檬酸是生物体主要代谢产物之一。
1938年Perquin和1942年Karrow进行了柠檬酸的深层发酵研究
1951年美国Miles公司首先以淀粉质为原料，经水解后深层发酵 大规模生产柠檬酸。
柠檬酸
我国1953年刚开始也是采用浅盘法发酵生产
柠檬酸，
1968年用薯干为原料采用深层发酵法生产柠
檬酸成功，由于工艺简单、原料丰富、发酵
6)
其它
柠檬酸在医药、化学等其它工业中也有一定 的作用。柠檬酸铁胺可以用作补血剂；柠檬 酸钠可用作输血剂；柠檬酸可制造食品包装 用薄膜及无公害洗涤剂。
二、 柠檬酸发酵微生物
1) 黑曲霉（Aspergillus niger）的形态特征 目前生产上常用产酸能力强的黑曲霉作为生产 菌。 在固体培养基上，菌落由白色逐渐变至棕色。 孢子区域为黑色，菌落呈绒毛状，边缘不整齐。 菌丝有隔膜和分枝，是多细胞的菌丝体，无色 或有色，有足细胞，顶囊生成一层或两层小梗， 小梗顶端产生一串串分生孢子。
白质合成受阻造成的铵的高浓度能解除柠檬
酸（CTA）对磷酸果糖激酶（PFK）的抑制。 此外，柠檬酸的分泌，降低其胞内浓度。
②较低的降解柠檬酸的能力。
这能力由两个因素构成。
第一是低水平的α-酮戊二酸脱氢酶（KD）影 响TCA环运行的畅通程度，使TCA环前半部的 中间产物积压；
第二，在锰缺乏的条件下，顺乌头酸酶（AE） 和 异柠檬酸脱氢酶（ID）的活性降低，从 而使柠檬酸的累积比其它几种酸（顺乌头酸、 异柠檬酸和α-酮戊二酸）更明显。
2.尽管采用边糖化边发酵的工艺，但发酵周 期只有64小时，生产周期比国外要短。 3.柠檬酸的产酸速度大大地高于国外水平。 平均产酸速率是国外的2倍。
柠檬酸是目前世界上以生物化学方法生
产，产量最大的有机酸。
我国是一个柠檬酸的生产大国，1995年
的产量为16万吨，1999年底达到20万吨，
其中80％以上都出口国外，在国际市场
CH2
（CH2）2
H-C-NH2
C=O
C=O
H-C-NH2
COOH 天冬氨酸
COOH
α-酮戊二酸
COOH
草酰乙酸
COOH
谷氨酸
AST：谷草转氨酶，心肌梗塞时血清含量明显增高.
回补途径
☆TCA循环重要功能除产能外，为一些氨基酸 和其它化合物的合成提供了中间产物；
☆生物合成中所消耗的中间产物若得不到补充， 循环就会中断；
☆回补方式：①通过某些化合物的CO2固定作 用， ②一些转氨基酶所催化的反应也 能合成草酰乙酸和-酮戊二酸， ③通过乙醛酸循环
① CO2固定作用补充TCA环的中间产物
二、 柠檬酸发酵微生物
2) 黑曲霉（Aspergillus niger）的生理特征 黑曲霉生产菌可在薯干粉、玉米粉、可溶性 淀粉糖蜜、葡萄糖麦芽糖、糊精、乳糖等培 养基上生长、产酸。
黑曲霉生长最适pH值因菌种而异，一般为 pH3~7；产酸最适pH为1.8~2.5。生长最适温 度为33~37℃，产酸最适温度在28~37℃，温 度过高易形成杂酸，斜面培养要求在麦芽汁 4°Be′左右的培养基上。
水平高，各地陆续办厂投产，至20世纪70年
代中期，柠檬酸工业已初步形成了生产体系。
我国柠檬酸行业从产量上位居世界第一，从 技术上，在国际上也是处于世界领先水平， 并远远领先于其他国家，其优势在于：
1.我国的柠檬酸发酵采用的菌种（黑曲霉） 具有双重功能，当淀粉原料被液化后，即可 进行发酵，不需要将淀粉水解成葡萄糖，简 化了生产工艺，降低了生产成本。
我国柠檬酸发酵生产的回顾和展望
我国于五十年代初期开始柠檬酸浅盘发酵研 究， 1968年轻工业部发酵研究所与黑龙江和平糖 厂合作，首先完成了甜菜糖蜜浅盘表面发酵 并投入工业化生产。 1965年，上海市工业微生物研究所筛选出 N558菌种，并与天津工业微生物研究所，南 通发酵厂等合作，使之用于工业化生产，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。
①高水平的柠檬酸合成能力。
这个能力由3个因素构成。 第一:是在有高浓度草酰乙酸（OAA ）的情况 下对 AcCoA 具有高度亲和力的组成型的柠檬 酸合成酶（ CS ）的存在； 第二:是催化丙酮酸（ PYR ）固定CO2生成草酰 乙酸反应的高水平的组成型的丙酮酸羧化酶 （ PC ）的存在；
第三:是在缺少锰的条件下，蛋白质分解或蛋
2) 果酱与酿造酒
柠檬酸在果酱与果冻中同样可以增进风味， 并使产品抗氧化作用。由于果酱、果冻的凝 胶性质需要一定范围的pH值，添加一定量的 柠檬酸可以满足这一要求。 当葡萄或其它酿酒原料成熟过度而酸度不足 时，可以用柠檬酸调节，以防止所酿造的酒 口味单薄。柠檬酸加到这些果汁中还有抗氧 化和保护色素的作用，以保护果汁的新鲜感 和防止变色。
2004年全球柠檬酸产量约120万吨，欧盟
和美国为最大消费市场。
柠檬酸的消费领域： 饮料行业占40～45％ 食品添加剂等占15～20％ 洗涤剂占20～30％
医药占5％
其它占10％
欧洲是柠檬酸的第二大生产地，产量约 30万吨
美国柠檬酸年产量约25万吨
我国是柠檬酸的第一大生产国，估计年 产约50万吨 但在1970年时，我国的柠檬酸年产仅有 130吨
我国的发酵技木及生产水平，特别是菌种及 发酵工艺均为世界领先水平。 薯干粉、淀粉、木薯粉、葡萄糖母液等直接 深层发酵技术为我国所独有。 国外发酵罐容积通常在200m3,并较早实现自 动控制；我国的最大柠檬酸发酵罐为150m3
一、 柠檬酸在食品中的应用 1) 饮料与冰淇淋
柠檬酸广泛用于配制各种水果型的饮料以及 软饮料 柠檬酸本身是果汁的天然成分之一，不仅赋 于饮料水果风味，而且具有增溶、缓冲、抗 氧化等作用，能使饮料中的糖、香精、色素 等成分交融协调，形成适宜的口味和风味； 添加柠檬酸可以改善冰淇淋的口味，增加乳 化稳定性，防止氧化作用。
（1）可逆反应， （2）转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆 胺 （3）重要的转氨酶： 丙氨酸转移酶（ALT）/谷丙转氨酶（GPT） 天冬氨酸转移酶（AST）/谷草转氨酶 (GOT) ALT常用于肝疾患（肝炎等）辅助诊断、 AST 用于心肌疾患（心肌梗塞等的辅助诊断）
COOH
CH3
（CH2）2
3)
腌制品
各种肉类和蔬菜在腌制加工时，加入或涂 上柠檬酸可以改善风味，除腥去臭，抗氧 化。
4)
罐头食品
加入柠檬酸除了调酸作用之外，还有螯合 金属离子的作用，保护其中的抗坏血酸， 使之不被金属离子破坏。柠檬酸添加到植 物油中也有类似的作用。
5)
豆制品及调味品
用含有柠檬酸的水浸渍大豆，可以脱腥并便 于后续加工。柠檬酸可以用于大豆等豆类蛋 白、葵花子蛋白的水解，生产出风味别致的 调味品。它也可以用于成熟调味品（酱油等） 的调味。
②转氨基作用
R1 CHNH2 + COOH R2 C=O COOH
转氨酶
R1 C=O + COOH
R2 CHNH2 COOH
定义：
α-氨基酸的氨基通过酶的催 化,转移到α-酮酸 的酮基上,生成相应 的氨基酸;原来的α-氨基酸则转变成 相应的α-酮酸 。
转氨基作用几点说明：
③ 在柠檬酸过量合成阶段，培养基的 pH
值显然会影响细胞膜对目的产物柠檬酸的跨
膜输送；
柠檬酸的分泌也会影响培养基的 pH值。
锰与铁的缺乏有利于柠檬酸的排出。
G
G-6-P
+
(磷酸果糖激酶)
柠檬酸
黑 曲 霉 中 柠 檬 酸 的 代 谢 溢 出
I ,NH4 A
1.6－二磷酸果糖
丙酮酸
(丙酮酸羧化酶)
我国柠檬酸发酵生产的回顾和展望
从七十年代到九十年代，我国一直致力于柠 檬酸生产菌种的改进，
1990年，上海市工业微生物研究所完成国家 七五攻关项目筛选出860菌种，发酵产酸达 20％，
上海市工业微生物研究所开始以薯渣为主原 料，以黑曲霉为菌种，固体发酵法生产柠檬 酸钙的研究。并于1977年中试成功并投入生 产，现在全国已有四十余个工厂，采用固体 发酵法由薯渣生产柠檬酸及柠檬酸钙产品。
糖经糖酵解途径(EMP途径)，形成丙酮 酸，丙酮酸羧化形成C4化合物，丙酮 酸脱羧形成C2化合物，两者缩合形成 柠檬酸。
柠檬酸的溢出代谢：
多种微生物均能因受刺激而过量合成柠 檬酸。研究柠檬酸溢出代谢的最好的例子无疑 是黑曲霉。黑曲霉之所以能在特定环境条件下 累积柠檬酸，是因为在这种环境条件下代谢途 径前段的运转速率大于后段的运转速率。 柠檬酸的溢出代谢是黑曲霉特有的遗传和 生化机制与培养条件共同起作用的结果。 引起溢出代谢的原因包括以下三个方面：
二、 柠檬酸发酵微生物
黑曲霉以无性生殖的形式繁殖，具有多种活
力较强的酶系，能利用淀粉类物质，并且对
蛋白质、单宁、纤维素、果胶等具有一定的
分解能力。
二、 柠檬酸发酵微生物
黑曲霉可以边长菌、边糖化、
边发酵产酸的方式生产柠檬
酸。
三、柠檬酸发酵机理
关于柠檬酸发酵的机制有多种理论， 目前大多数学者认为它与三羧酸循环 有密切的关系。
上占有重要地位。
2000年的产量达到36.9万吨，柠檬酸及柠檬 酸盐出口量为25.8万吨，分别比1999年增长 了36.4%和23.3%，为历史最高水平。 2001年世界柠檬酸消费量(不含中国)已经升 至近200万吨，年递增率约5%，我国柠檬酸 产量约为35万吨，柠檬酸及柠檬酸盐出口量 为27.8万吨。 2002年我国柠檬酸产量突破了40万吨，达到 了40.2万吨，而柠檬酸及柠檬酸盐出口基本 与2001年持平，为28.3万吨。
我国以石油原料发酵柠檬酸开始于1970年， 先后在天津、上海、沈阳等地进行研究，并 一度投入小规模试验生产，是用正烷烃为原 料，以解脂假丝酵母为菌种，发酵产酸达13 ％以上，转化率140％以上，但因柠檬酸只 占总酸的50%（另一半为异柠檬酸）而且由 于成本较高及石油原料紧缺和食用安全性等 原因，未能坚持研究和生产。
草酰乙酸
乙酰CoA
顺乌头酸酶
柠檬酸 (柠檬酸合成酶 )
顺乌头酸
顺乌头酸酶 α-酮戊二酸脱氢酶 α-酮戊二酸 异柠檬酸
异柠檬酸脱氢酶
TCA循环在柠檬酸积累中的调节
1)大量生成草酰乙酸是积累柠檬酸的关键；
2)丙酮酸羧化酶和柠檬酸合成酶基本上不受 代谢调节的控制或极微弱; 3)TCA循环的阻断或微弱(即顺乌头酸酶、异 柠檬酸脱氢酶和α－酮戊二酸脱氢酶活力降 低)，导致柠檬酸积累。而且，当柠檬酸浓 度超过一定水平，就抑制异柠檬酸脱氢酶活 力来提高自身的积累。