有机酸工艺学-其它有机酸发酵工艺-苹果酸2020
第四节苹果酸ppt课件
（1）钙盐法
（2）有机溶剂沉淀法
发酵液＋乙醇→ 黄原胶沉淀（工业级黄原胶）
酸化
↓
（酒精+KOH）洗涤→干燥→粉碎 →成品
离心除菌体，多次用酒精沉淀、洗涤，得食品级黄原 胶。
（3）钙盐－工业酒精沉淀法
黄原胶＋CaCl2 酸化
高粘度发酵液影响供氧，解决方法：
提高搅拌转速 a.改进发酵设备，提高供氧能力
提高通气速率
b.限制细胞浓度，控制氧的需求量——补料分批
培养（后期流加糖）。
四、黄原胶的提取
1.发酵液处理 经离心法、过滤法、酶处理法、次氯酸盐氧化法、
过滤及超滤浓缩法预处理除去菌体细胞和各种不溶性 杂质。
2.沉淀反应
第四节 苹果酸
一、概况
又名羟基琥珀酸，羟基丁二酸，几乎一切 果实中都含有，以仁果类中最多。酸味较柠 檬酸强1.21.3倍，苹果酸具有比柠檬酸柔 和的酸味，滞留时间长和口味更好的优点， 作为食品酸味剂更理想。
酸味剂:
赋予食品酸味为主要目的的食品添加剂。 有机酸类：柠檬酸、乳酸、酒石酸、苹果
酸、草酸； 无机酸类：食用磷酸、碳酸等。
CaCO3对发酵有明显的促进作用。 还有Fe2+、Mn2+、Zn2+等微量元素。
南开-01菌种所用摇瓶发酵培养基： 玉米淀粉4%，鱼粉蛋白胨0.5%， 轻质碳酸钙0.3%，自来水配制，pH7.0。
3. 培养条件 （1）摇瓶发酵
接种量1%~5% 转速220r/min 28℃ 72h 产胶20~30g/L，碳源转化率60%~70% 。
Xanthomonas campestris）。
L-苹果酸的生产方法、生理功能及其应用
基金项目国家级大学生创新创业训练项目（20221135041）。
作者简介盛明俊（2002—），男，安徽安庆人，从事食品质量与安全研究。
通信作者马龙（1979—），男，安徽蚌埠人，博士，副教授，从事食品科学与工程研究。
收稿日期2023-11-16L-苹果酸的生产方法、生理功能及其应用盛明俊詹凯马龙（蚌埠学院食品与生物工程学院，安徽蚌埠233000）摘要L-苹果酸是一种天然有机酸，易溶于水和乙醇，其作为良好的食品酸味剂，被广泛应用于食品工业。
本文介绍了L-苹果酸的生产方法和生理功能，探究了酶转化或细胞转化法和微生物发酵法的研究进展，综述了L-苹果酸在食品工业中的应用情况，对L-苹果酸在食品工业中的应用前景和生产方法的研究方向进行了展望，为L-苹果酸的进一步研究提供参考。
关键词L-苹果酸；酶转化；细胞转化法；微生物发酵法；食品工业中图分类号TS201.2；S377文献标识码A文章编号1007-7731（2024）01-0082-06苹果酸，又名2-羟基丁二酸，分子式为C 4H 6O 5，相对分子质量为134.09。
苹果酸的分子中存在一个不对称碳原子，有2种异构体，在大自然中以D-苹果酸、DL-苹果酸和L-苹果酸3种形式存在。
D-苹果酸难以被人体吸收利用，经过化学合成法生产出来的DL-苹果酸可能具有一定的毒性，而L-苹果酸可以被人体吸收利用，并且具有一定的生理功能[1]。
本文介绍了L-苹果酸的生产方法和生理功能，探究了酶转化或细胞转化法和微生物发酵法的研究进展，综述了L-苹果酸在食品工业中的应用情况，对L-苹果酸在食品工业中的应用前景和生产方法的研究方向进行了展望，为L-苹果酸的进一步研究提供参考。
1L-苹果酸的生产方法L-苹果酸的生产方法由直接提取法、化学合成法发展到目前的酶转化或细胞转化法和微生物发酵法等。
1.1直接提取法L-苹果酸广泛存在于蔬菜和未成熟的水果中。
直接提取法的操作原理是先将未成熟的苹果、葡萄和桃的果汁或蔬菜汁煮沸，后加入石灰水，得到钙盐沉淀；随后将钙盐转变为铅盐，并经处理得到游离酸，即可得到L-苹果酸。
第三节有机酸发酵生产
一. 柠檬酸的生产
世界柠檬酸的销量以美国为最,现有生 产能力约30万吨。我国柠檬酸产量为100万 吨。
发展方向：
向大型化、集团化方向发展。
向自己拥有原料加工设施方向发展。
向生产多种生物制品的方向发展。
向发展中国家和有市场潜力的地区扩 展。
三.ห้องสมุดไป่ตู้果酸的生产
1. 生产能力：每年已达4万吨，日本通过产氨 杆菌菌体固定化，将富马酸转化成L-苹果酸。 2. 苹果酸的特点： L-苹果酸是一种重要的天 然有机酸，口感接近苹果的味道，与柠檬酸相 比，具有酸度大，味道温和，滞留时间长等特 点。
3. 主要用途：一是食品和饮料工业，二是用 于医药工业，三是作为工业中间体。
四. 其他 1. 衣康酸：生产晴纶化纤、树脂、农药 的原料。
2. 酒石酸
3. 琥珀酸
2. 柠檬酸发酵工艺
发酵方法： 表面发酵、固态发酵、液态深层发酵。 ⑴ 表面发酵工艺：以黑曲霉、表面培养法为 例。 工艺流程：
糖蜜+水（等体积） 煮沸15-30分钟 调 PH为6.8-7.2 冷却至45-50℃ 接种 通风培养（26-28℃，8天） 提取 产品
⑵ 液态深层发酵工艺：
1952年美国Miles公司首先用此方法大 规模生产柠檬酸。
工艺流程：
麦芽汁斜面（34℃，7d） 麸皮三角瓶 （34℃，1d） 种子灌（34℃，24-30h） 发酵灌（34℃，4d） 提取 产品
柠檬酸提取：一般用钙盐法。 提取工艺流程： 发酵液 檬酸液 过滤 中和 过滤 酸解 柠 净化浓缩、结晶 离心干燥 产品
3. 柠檬素的用途 酸味剂、缓冲剂、抗氧化剂、除腥脱臭剂、 螯合剂。
有机酸工艺学-其它有机酸发酵工艺-衣康酸2020
4. 2发酵法生产
4.2.1 液体深层分批发酵工艺 （1）液体深层批发酵的工艺流程
（2）液体深层发酵衣康酸中重要的工艺参数包括
¡ 培养基---碳源
初始糖浓度
氮源类型及其浓度对衣康酸发酵影响
氮源种类
氮源浓度/g.L-1
衣康酸产量/g.L-1
菌体量/g.L-1
(NH4)2SO4
1
2
3
4
5
NH4NO3
到目前为止，用 A. terreus DSM 23081
发酵生产衣康酸获得了高产量86.2 g/L、 高产率0.62 g/g和高生产强度和 0.51 g/L·h。
衣康酸生产菌诱变选育
生产衣康酸的微生物筛选法：
（1）形态筛选法 ¡ 根据以往育种工作的经验，对突变菌落的形态有针对性地筛
选。
¡ 1945年。Lockwood分离出了适合表面培养的土曲霉265 (Asp.terreus265)，对糖转化率达30%～50%,
¡ 土曲霉NRRL1960 (Asp.terreus NRRL1960)既适合表面培 养又适应液体深层发酵 转化率47.3%。
¡ 1948年 Pfizer公司以蔗糖为原料液体深层发酵生产衣康酸， 发酵两周，产酸32.4g/L,糖酸转化率45%。
可使原油流动温度由24℃下降至1℃； ¡ 衣康酸与月桂酸—氨乙基乙醇胺的缩合反应生成咪
唑啉衍生物．是生产化妆品的有用试剂；
¡ 衣康酸与芳香二胺生成的吡咯烷酮衍生物是润滑剂 和增稠剂；
¡ 与其他各种胺生成的吡咯烷酮衍生物可用于洗涤剂、 医药和除草剂之中。
¡ 衣康酸及其酯类具有广泛的用途，是化学合成工业 的重要原辅材料．也是化工原料生产中的重要中间 体，具有广泛的开发前景。
苹果酸的制备
苹果酸的酶法制备一、苹果酸的酶法制备（一）苹果酸生产1、苹果酸生产机理L-苹果酸在生物体中普遍存在，它作为三羧酸循环的一员而参与细胞代谢。
在果酸，必须要有补充4碳酸的途径。
理论上讲，补充两步发酵法和酶法转化。
-苹果酸混合物），再由酵母或细菌转化成苹果酸。
酶法转化是用富马酸（盐）或马来酸为原料，用微生物酶（包括全细胞）转化成苹果酸。
发酵方法利用了微生物酶的立体异构专一性，生产的都是L-苹果酸，是生物体内所存在和可以利用的构型。
（一）酶法转化工艺酶法转化工艺相当于两步发酵工艺中的转换发酵。
转换发酵是将第一步发酵生成的富马酸转化成苹果酸；而酶法转化是用富马酸盐（一般是化学合成的）为原料，利用微生物的富马酸酶转化成苹果酸（盐）。
如果转化是以钙盐的形式进行的，则称为“转晶”，即富马酸钙晶体转化成苹果酸钙晶体。
延胡索酸酶+H2O延胡索酸（反丁烯二酸）加L-苹果酸。
但实际上酶的提C、酶的光学活性较高；D、成本低但是，固定化细胞的缺点是有副反应存在，特别是易于生成琥珀酸，这在产品中很难与苹果酸分离。
幸运的是，细胞固定之后采用一些化学试剂处理可以排除上述副反应。
1、产氨短杆菌细胞固定与苹果酸生产产氨短杆菌是用于固定化细胞生产L-苹果酸的最好菌种之一，下面以产氨短杆菌为例介绍固定化细胞生产方法。
产氨短杆菌培养基（%）：葡萄糖 2 富马酸0.5玉米浆 1 尿素KH2PO4 0.2 MgSO4·7H2pH7.00.16g，5%β-二甲℃静置10min。
将形成的凝当lmo1/Ll37 ℃稳定状态下约有度有关。
采用37℃操作温度，反应柱的半衰期约为55天。
2、黄色短杆菌细胞固定与苹果酸生产黄色短杆菌等富马酸酶活力较高。
上述细菌细胞用卡拉胶固定效果更好。
卡拉胶也称角叉菜胶，固定方法如下：8g（湿重）黄色短杆菌细胞悬浮在8mL生理盐水（45℃）中，将1.5g卡拉胶溶在34mL生理盐水中，两者在约50℃混合，冷至约l0℃维持30min。
苹果酸-乳酸发酵
5.4.2 影响MLB的因素 3/3
抑菌剂：SO2、山梨酸、多酚、氯霉素、溶菌酶、脂肪酸等 其它微生物：酿酒酵母的某些菌株对生长有拮抗，污染了膜 蹼毕赤氏酵母、路德类酵母的葡萄酿造的酒对MLB生长有抑 制，能分泌核苷酸等营养物质的某些酵母促进MLB生长，污 染过灰葡萄孢和醋酸菌的葡萄酿造的酒能促进MLB生长。 菌种间相互影响，噬菌体能侵染MLB，使MLF延缓停止。 发酵罐的大小、高度、使用木桶或钢罐也产生影响。 P75图5-3用实验证明了SO2、温度(19、14℃)、AF对MLB群 体的影响。
5.3 MLF的机理
发酵一般是厌氧获得能量的反应，而MLF的能量来自少量 糖的分解0.1g-5g苹果酸，MLF的目的或许是改善自身的生 存环境，目前还不清楚。 由苹果酸转化为乳酸，有3条可能的途径：苹果-酸-草酰乙 酸-丙酮酸-乳酸；苹果酸-丙酮酸-乳酸；苹果酸-乳酸。如 果有丙酮酸环节，MLB又具有两种脱氢酶，葡萄酒中就应 该有L和D型两种乳酸，而实际上MLF只是将酒中L苹果酸转 化为L乳酸，所以只能是第三条途径，将催化该反应的酶命 名为苹果酸－乳酸酶(MLE) 。
5.4.2 影响MLB的因素2/3
温度：最适生长温度因菌种而异，<10℃抑制生长， <15℃生长缓慢，15-30℃随温度升高，MLF加快，结束也 早，温度高会带来一些缺陷，18-20℃最佳 。致死温度 60℃ (1-2min)。 CO2和02： CO2对MLF有促进作用，AF后晚除渣有利于保存 CO2 。MLB为兼性厌氧菌，生存需要低浓度的氧，太多的 氧则抑制。 品种：红葡萄中含有比白葡萄多的促进MLB生长的物质， 红葡萄酒比白葡萄酒易发生MLF。品种间也不同。 工艺：影响MLB数量、活性、营养物质的处理都影响MLF。 果皮上有营养物质(浸渍强度)，酵母自溶，冷、热处理，过 滤、离心等。
苹果酸的生产及应用
苹果酸的生产及应用苹果酸的生产与应用【摘要】介绍了苹果酸的生产及实际应用。
【关键词】苹果酸、生产、应用1、前言苹果酸，学名为α-羟基丁二酸或羟基唬拍酸, 是一种无色或微黄色粉状、粒状或结晶状固体，无臭，略带有刺激性爽快酸味。
易溶于水，微溶于究竟或醚，吸湿性强，保存时易受潮。
[1]苹果酸广泛存在于多种水果中, 因其在苹果中的含量最高而得名。
苹果酸的分子式为C4H6O5, 由于苹果酸分子中有一个不对称碳原子, 故有L一型苹果酸、D一型苹果酸和DL一型苹果酸之分。
自然界中广泛存在的是L一型苹果酸。
近年来随着食品工业、医药工业、化学工业的迅速发展, 国内外市场对苹果酸的需求量越来越大。
[2]2、合成方法生产苹果酸可分为化学合成法和发酵法两种方法。
所不同的是, 发酵法生产利用了微生物酶的立体异构专一性, 生产的都是L一型苹果酸, 是生物体内所存有和可以利用的构型。
而合成法只能生产DL一苹果酸, 如果用于食品和药物, 则有一半不能得到利用。
因此,在苹果酸生产上,发酵法占有主导地位。
[3]目前正在研究开发的发酵法生产L-苹果酸的工艺主要有三类：一是一步发酵法，又称直接发酵法，即采用一种微生物直接发酵糖质原料或非糖质原料生成L-苹果酸。
利用淀粉质原料生产L-苹果酸的微生物目前主要有：黄曲霉、末曲霉、寄生曲霉等，这些菌株大多具有糖化淀粉的能力，可以直接利用淀粉质原料，原料来源十分丰富，发酵工艺条件温和，产品成本低，因此一步发酵法与其他方法相比更具有优势。
目前我国通常采用直接发酵法生产苹果酸，工艺流程如下：培养基配置→灭菌→接种→发酵→酸解→过滤→中和→过滤→酸解→过滤→精制→真空浓缩→结晶→干燥→包装→成品二是两步发酵法，即采用两种不同功能的微生物，其中之一是先将糖质或其他原料发酵成富马酸，另一种微生物将富马酸转化成L-苹果酸。
两种微生物可先后加入，也可同时加入。
两步发酵法由于涉及到两种微生物，培养条件要求比较严格，发酵周期较长，产酸率相对较低，副产物较多，尚未实现工业化生产。
发酵与酿造技术17.有机酸发酵生产
二、柠檬酸生产概况
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 的浅盘法柠檬酸发酵，并在比利时设厂生产。 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。
柠檬酸生产概况
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。
柠檬酸生产概况
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。 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。
有机酸的来源与用途
有机酸名称 来源 用途 食品工业和化学工业的酸味剂、 增溶剂、缓冲剂、抗氧化剂、除 腥脱臭剂、鳌合剂、纤维媒染剂、 助染剂等 食品工业的酸味剂、防腐剂、还 原剂、制革辅料等
柠檬酸
黑曲霉、酵母等 德氏乳杆菌、赖氏乳杆菌、米根菌等
乳酸 奇异醋杆菌、过氧化醋杆菌、攀膜醋 杆菌、恶臭醋杆菌、中氧化醋杆菌、醋化 醋杆菌、弱氧化醋杆菌、年黑醋杆菌等 黑曲霉、葡萄酸杆菌、乳氧化葡萄酸杆菌、 产黄青霉等
有机酸苹果酸的发酵生产工艺设计
有机酸苹果酸的发酵生产工艺设计引言有机酸是一类具有重要生理活性和广泛应用价值的化合物。
苹果酸是最常见的有机酸之一，广泛应用于食品、制药和化妆品等领域。
发酵是生产苹果酸的常用方法之一，通过合适的发酵生产工艺设计，可以实现高产量和优质的苹果酸制备。
本文将介绍有机酸苹果酸的发酵生产工艺设计，包括发酵菌种选择、培养基配方、发酵条件控制等方面的内容，旨在为苹果酸的工业生产提供参考和指导。
发酵菌种选择发酵菌种的选择是影响发酵生产工艺设计的重要因素之一。
针对苹果酸的生产，一般选择可以高效产酸的菌种，如Aspergillus niger、Rhizopus oryzae等。
Aspergillus niger是一种厌氧菌，能够分泌苹果酸的酶，具有较高的产酸能力和生长速度。
Rhizopus oryzae则是一种好氧菌，能够在适宜条件下产酸，同时具有良好的耐糖性和耐高温能力。
根据实际需要和资源情况，选择适合的菌种进行发酵试验和生产。
培养基配方合适的培养基配方是保证发酵过程中菌株正常生长和产酸的关键。
苹果酸的发酵一般采用含有苹果汁或苹果浆的培养基，通过添加适量的碳源、氮源和微量元素等来满足菌株的营养需要。
以下是一种常用的培养基配方示例：•碳源：适量的葡萄糖或果糖•氮源：适量的酵母粉或氨基酸•磷源：适量的磷酸二氢钾•微量元素：适量的镁盐、锰盐、锌盐等在制备培养基时，可以根据实际需要调整各组分的比例，以达到较好的发酵效果。
同时，还可以通过添加辅助酶解剂、酵母提取物等来增加培养基的营养价值和菌株生长的促进作用。
发酵条件控制发酵条件的控制对于苹果酸的高产量和高质量很重要。
合理的控制温度、pH 值、曝气量等参数可以提高发酵效果。
在发酵过程中，温度是一个重要的因素。
一般来说，选择适宜的温度范围可以促进菌株的生长和产酸能力。
在苹果酸的发酵中，常见的温度范围为25-35摄氏度，根据菌种特性和生产要求，可以进行进一步的温度调整。
pH值的控制也是影响发酵效果的关键因素之一。
有机酸—苹果酸的发酵生产工艺设计
有机酸—苹果酸的发酵生产工艺设计》报告精细0520 陈思陈姣丽孙鑫冯琪（有机酸的分类：1、柠檬酸柠檬酸是生物体主要代谢产物之一，在自然界中分布很广，主要存在于柠檬、柑橘、菠萝、梅、李、梨、桃、无花果等果实中，尤其以未成熟者含酸量较多。
植物叶子中（如烟叶、棉叶、菜豆叶等）也含有柠檬酸。
柠檬酸在植物体内常与苹果酸、草酸及酒石酸等共同存在。
在动物中，柠檬酸存在于骨骼、肌肉、血液、乳汁、唾液、汗和尿中，或者以游离状态或金属盐类的形式存在。
2、乳酸早在1841年，Boutron和Fremy的记载中就有关于乳酸的生产方法，即是将麦芽或酸乳放入淀粉浆和牛乳中，任其自然发酵，然后逐渐中和而的记载中就有关于乳酸的生产方法，即是将麦芽或酸乳放入淀粉浆和牛乳中，任其自然发酵，然后逐渐中和而产出乳酸。
但是，实际上用工业方法生产乳酸是在1881年开始于美国。
约在1894年，乳酸开始成功地用于皮革和纺织工业，当时美国的生产量折合纯品约为每年5吨。
我国也早就有乳酸盐额度研究和生产。
1944年，重庆振元化学药品厂首先生产乳酸钙，在1955年发表了“乳酸发酵和乳酸钙制造”一文。
该厂以后迁到无锡，改名为无锡第二制药厂，生产乳酸钙。
现在已采用真菌制剂代替砻糠曲的生产工艺，采用大米等为原料，并发行发酵法生产乳酸钙。
3、醋酸醋酸发酵可以说是起源于食醋发酵，而食醋发酵在古代最早只是酿酒受细菌污染的结果，即所谓“酒酸变醋”。
因此醋酸发酵的历史几乎与酿酒一样悠久，可以追溯到一万年以前。
中国的“醋”一词有陈酒之意。
能生产食醋的原料很多，如葡萄、苹果、麦芽、谷物原料、乳清等天然含糖原料皆可。
我国食醋生产的历史非常悠久，现已有多种风味和特色的食醋生产方法。
早先获得醋酸的方法有天然发酵醋的蒸馏和木材的分解蒸馏(所谓“木醋”)。
真正的醋酸发酵应该说是从快速制醋法开始发展起来的，它是现代淋醋工艺的前身。
快速制醋工艺由德国学者舒莱巴赫在1823年首先提出，因此在国外称为“德国工艺”。
第10章 有机酸的发酵生产课件
④树脂净化：在柠檬酸酸解液中，混有发 酵和提取过滤过程中带入的大量杂质。如 Ca2+，Fe3+等金属离子，影响产品质量， 所以多采用强酸型阳离子交换树脂去除这 些金属离子。
生产设备方面，国外正向大型化和自动化 发展，最大的发酵罐已达1400m3，一般为 250m3以上，并采用微机控制，我国最大 的才150 m3，一般采用30m3和50 m3，自 动控制水平很低。
在提取设备方面，国外采用真空带式过滤 机，连续结晶，多效蒸发，我国仍用板框 过滤，间歇结晶，单效蒸发设备，所以提 取率低，能耗高。
供给适量氮源和无机盐、生长因子，原料 和菌种不同，添加种类和数量也就不同。
③磷酸果糖激酶（PFK）活性的调节：在 葡萄糖到柠檬酸合成过程中，PFK是一种 调节酶，其活性受到柠檬酸的强烈抑制。
微生物体内NH4+可解除柠檬校对PFK的这 种反馈抑制，在Mn2+缺乏的培养基中NH4+ 浓度异常高，进而解除柠檬酸对PFK活性 的抑制作用，生成大量柠檬酸。
④pH：发酵是一个边糖化边产酸的过程， 由同一种菌种在同一生活环境中完成，但 两过程最适pH不同。
最初以糖化为主，黑曲霉的淀粉酶比较耐 酸，糖化过程最适pH为2.5~3.0，产酸最适 pH为2.0~2.5。
产酸后，为防防止pH下降抑制淀粉酶活性， 可调节通气与搅拌速度，前期通气量低一 些对糖化有利，发酵过程中可分阶段逐步 提高通气量；或在pH降至2.0时，加入灭菌 的碳酸钙乳剂，中和部分酸，使pH回升至 2.5左右。但中和剂用量要适度，pH过高则 会产生大量杂酸(主要是草酸)。
苹果酸的制备
苹果酸的制备苹果酸的酶法制备一、苹果酸的酶法制备（一）苹果酸生产1、苹果酸生产机理L-苹果酸在生物体中普遍存在，它作为三羧酸循环的一员而参与细胞代谢。
在一般生物中它只参与循环而不会大量积累，否则会造成代谢流的阻塞。
要想积累苹果酸，必须要有补充4碳酸的途径。
理论上讲，补充4碳酸的途径有两条：乙醛酸循环和丙酮酸羧化支路。
2、苹果酸生产用微生物不同的苹果酸发酵工艺要采用不同的微生物。
一步法发酵工艺采用的微生物有黄曲霉、米曲霉和寄生曲菌；两步法及混合发酵法采用的有华根霉、无根根霉、短乳杆霉、膜醭毕赤酵母等；酶法转化有短乳杆菌、大肠杆菌、产氨短杆菌和黄色短杆菌等。
3、苹果酸发酵工艺L-苹果酸的发酵工艺大体可以分为三类：一步发酵法、两步发酵法和酶法转化。
一步发酵又称为直接发酵，它用糖类为原料，用霉菌直接发酵产生苹果酸。
两步发酵法也是用糖类为原料，先由根霉发酵成富马酸（或富马酸-苹果酸混合物），再由酵母或细菌转化成苹果酸。
酶法转化是用富马酸（盐）或马来酸为原料，用微生物酶（包括全细胞）转化成苹果酸。
发酵方法利用了微生物酶的立体异构专一性，生产的都是L-苹果酸，是生物体内所存在和可以利用的构型。
（一）酶法转化工艺酶法转化工艺相当于两步发酵工艺中的转换发酵。
转换发酵是将第一步发酵生成的富马酸转化成苹果酸；而酶法转化是用富马酸盐（一般是化学合成的）为原料，利用微生物的富马酸酶转化成苹果酸（盐）。
如果转化是以钙盐的形式进行的，则称为“转晶”，即富马酸钙晶体转化成苹果酸钙晶体。
延胡索酸酶+H2O延胡索酸（反丁烯二酸）苹果酸（2－羟基丁二酸）富马酸酶活力短乳杆菌和德氏乳杆菌较好。
短乳杆菌在等体积的麦芽汁和肉汤加l0 g/LCaCO3的培养基，于pH 6和37℃培养3天，作为富马酸酶的来源。
上述用干细胞作为酶制剂的效果虽然很好，但从实际生产观点出发，如果不需要分离细菌细胞，而将底物直接加入短乳杆菌培养液中将是更为方便和经济适用的。
其它有机酸发酵工艺苹果酸PPT53页
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
其它有机酸发酵工艺苹果酸
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
பைடு நூலகம்
第14章 苹果酸(发酵工程)
20℃，投入苹果酸品种，缓慢搅拌，使苹果酸结晶
徐徐析出。
3) 从酶法转化液中提取苹果酸
从固定化细胞反应柱中流出的酶法转化液是清 亮的，其中苹果酸盐含量为12.5%左右，富马 酸盐含量为3%左右。在上述转化液中加入硫酸， 使富马酸结晶析出， 过滤后往滤液中添加碳酸钙，使苹果酸形成苹 果酸钙沉淀析出。
c) 固定化细胞酶转化法 研究得最多的是以产氨短杆菌或黄色短杆菌，
将化学法合成的富马酸钠作为底物，进行固
定化细胞生产苹果酸。
使用固定化细胞易于生成与苹果酸难以分离
的琥珀酸。因此，细胞被固定以后必须经化 学试剂处理，以防止这种副反应的发生。
采用固定化技术必须注意以下几个问题：
细胞被固定前富马酸酶活力要高。当富马酸酶
3)种子培养 将保存在麦芽汁琼脂斜面上的黄曲霉孢子用 无菌水洗下并移接到装有100ml种子培养基 的500ml三角瓶中，在33℃下静置培养2~4d， 待长出大量孢子后，将其转入到种子罐扩大 培养，接种量为5%。种子罐的培养基与三角 瓶培养基的组成相同，只是另外添加 0.4%(体积分数)泡敌。种子罐的装液量为 70%，罐压0.1MPa，培养温度33~34℃，通风 量（VVM）0.15~0.3m3/m3.min，培养时间18~20h。
③ 摇瓶发酵 a 培养基组成(%) C6H12O6 10，(NH4)2SO4 0.5，K2HPO4 0.1， 聚乙二醇10，MgSO4 0.05，FeCl3 0.002， CaCO3 5(单独灭菌)。 b 富马酸发酵 在500ml三角瓶中装入50ml培养基，灭菌， 冷却。接种华根霉孢子，置往复式摇床上， 于30℃下培养4~5d，发酵得到含富马酸和 苹果酸的混合液。
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L-苹果酸生产现状
¡ 目前世界苹果酸主要生产国有美国、加拿大、日本等，世界 总产量每年约为10万吨，
¡ 其中L-苹果酸产量每年约为4万吨，而世界市场潜在需求量 达到每年6万吨，日本是世界主要的L-苹果酸生产国与出口 国
¡ 主要生产厂商：日本扶桑化学公司，美国Denka化学公司， 加拿大Batek化学公司以及英国、南非等，但这些公司是用 化学合成法生产，产品为DL-苹果酸，每吨售价2.4-3.0万元 人民币。
¡ 特点：三羧酸循环中苹果酸到草酰乙酸这一 步的苹果酸脱氢酶缺失或处于低水平使得苹 果酸得以积累。
（2）一步发酵法发酵工艺与条件
一步发酵法又称直接发酵法，即采用一种微生 物直接发酵糖质原料或非糖质原料（如正构烷 烃）生成L-苹果酸的方法。以糖类为原料，由 黄曲霉、米曲霉等直接发酵生产苹果酸
这些微生物最大的特点就是三羧酸循环中苹果酸到草酰乙酸这一 步的苹果酸脱氢酶缺失或处于低水平使得苹果酸得以积累。
¡ 苹果酸的水溶液在Fe2+催化下与H2O2反应生成草酰 乙酸。
¡ 苹果酸在三氯化硼催化下，可与醇发生酯化反应， 形成苹果酸酯。
¡ 与多元醇，芳香多元羧酸作用，可形成树脂类产品， 如醇酸聚树脂。
¡ 苹果酸酯在氨的醇溶液中能形成苹果酸酰胺。
4.2.2.2苹果酸的用途
¡ 苹果酸得最大用途在食品加工业，其次在医药行业 和化学工业也有应用。
¡ 日本扶桑、理研、川崎化成三家公司的苹果酸生产能力占世 界生产能力之60%。
¡ 由于D-苹果酸不能被人体所利用，因此DL-苹果酸的消费市 场将受到限制。
¡ 1988年苹果酸在美国酸味剂市场上占有率为 4%．到1991年上升到4.5%。但由于苹果酸的价格 太高，故只用于特殊食品。一步发酵法一旦大规模 投产，的价格将会有大幅度地下降。
L-苹果酸。
¡ 但利用此菌种进行反应过程中，副产物琥珀酸很难与L-苹果酸分开,经过反复试 验，用含脱氧胆酸或胆酸的基质溶液进行处理，可抑制副产物琥珀酸的生成。 提高了L-苹果酸的产量。在工业生产上选择了最廉价的胆汁为胆酸。抑制副产 物琥珀酸的生成。
¡ 1974年田边制药公司以此法进行L-苹果酸连续生产。 在容积1000L的充填塔中，日夜连续反应，日产L苹果酸15.4公斤。
¡ ④L-苹果酸可以促进氨代谢，降低血氨浓度，对肝脏有保护 作用，是治疗肝功能不全、肝衰竭、肝癌尤其是肝功能障碍 导致的高血氨症的良药。
¡ ⑤L-苹果酸作为治疗心脏病基础液成分之一，用于 K+ 、Mg2+的补充，保持心肌的能量代谢，对心肌 梗塞的缺血性心肌层起到保护作用。
¡ ⑥L-苹果酸是乳酸钙注射液的稳定剂，也可作为抗 癌药的前体及用作动物生长促进剂。
¡ 1981年起无锡轻工大学金其荣等，普查了261株各 种曲霉的苹果酸生产能力，并对菌种进行了诱变处 理和发酵最佳条件的探讨，选出了优良菌株黄曲霉 (Aspergillus flavus)UVT3，并在昆山味精厂协作 下完成了500L罐中试，糖酸转化率稳定在68%左右。
¡ 固定化细胞生产苹果酸
¡ 1991年吴梧桐用K-卡拉胶固定黄色短杆菌，用 0.3mol/L KCl作固化剂，胆汁酸作激活剂、半衰期 为200d。 以富马酸钠为底物，反应生成L-苹果酸钠和剩余的 富马酸钠。利用苹果酸钙溶解度比富马酸钙低的特 性，将L-苹果酸从混合液中分离出来。
¡ ⑦抗牙垢，苹果酸具有酸度大、味道柔和、香味独 特及苹果酸的腐蚀破坏作用比较弱，相应的牙釉质 磨损体积损失较小，有不损害口腔和牙齿等特点。
¡ ⑧可以改善脑组织的能量代谢,调整脑内神经递质, 有利于学习记忆功能的恢复，对学习 记忆有明显的 改善作用
¡ 其他行业的应用：
¡ 苹果酸具有抗氧化和较强的螯合作用，作为保色剂和增效剂， 广泛用于染料工业；
途径合成丙酮酸，然后通过三羧酸循环和乙醛酸途
径合成苹果酸。因此该途径的总反应式为：
¡ 3 分子葡萄糖可生成 4 分子 L-苹果酸，并放出 2 分 子 CO2，所以，该途径的理论摩尔转化率为 134%。
¡ 第三条途径
¡ 是葡萄糖先经糖酵解途径形成丙酮酸，在丙酮酸羧化酶的作 用下，丙酮酸结合外源CO2合成草酰乙酸，草酰乙酸在苹果 酸脱氢酶的作用下还原为苹果酸。此途径的总反应式为：
¡ 苹果酸发酵研究历史。 ¡ 我国在发酵法生产苹果酸方面的研究工作。 ¡ 苹果酸发酵生产的现状。
苹果酸发酵研究历史
¡ 早在1925年Kostychev等利用酵母发酵蔗糖时，同 时加CaCO3的培养基中就获得了L-苹果酸。
¡ 1959年阿部重雄等普查了260株曲霉、120株青霉 和80株根霉的产苹果酸能力，选出了黄曲霉A-114 菌株，并对此菌株进行发酵条件的探索。摇瓶发酵 7～9d、产苹果酸最高浓度可达50g/L。
同时加CaCO3 2%，27℃振荡培养5d，1.0L 培养基中含L-苹果酸25.2g/L。
¡ 酶催化法生产苹果酸
¡ 日本田道制药公司首创以精制富马酸为原料，通过
产氯杆菌菌体固定化，将富马酸转化成L-苹果酸。
¡ 1972年，千火田一郎等，以产氨短杆菌为生产菌株， 以聚丙烯酰胺凝胶为载体进行菌体固定化连续生产
¡ 苹果酸在食品行业的应用：
¡ （1）苹果酸具有明显的呈味作用，其酸味柔和、 爽快，与柠檬酸相比刺激性缓慢、保留时间长，具 有特殊的香味，并且不损伤口腔和牙齿等特点。
¡ （2）苹果酸常与人工合成的二肽甜味剂阿斯巴甜
（L-苯丙氨酸与L-天冬氨酸）配合使用，作为
软饮料的风味固定剂。
苹果酸在医学方面的作用：
苹果酸合成途径
¡ 第一条途径 ¡ 是不经过丙酮酸羧化支路和乙醛酸循
环补充四碳酸， ¡ 葡萄糖先经糖酵解途径合成丙酮酸，
然后经三羧酸循环合成 L-苹果酸。 此途径的总反应式为：
¡ 由于 1 分子葡萄糖只能生产 1 分子 苹果酸，并放出 2 分子 CO2，因此， 该途径的理论摩尔转化率为 100%。
¡ 第二条途径 ¡ 是通过乙醛酸循环补充四碳酸，葡萄糖先经糖酵解
在40℃时富马酸钙的溶 解度达9.1×10-2mol/L,而
苹果酸钙的溶解度仅 为6.7×10-2mol/L。
富马酸钙与苹果酸钙的溶解 度随着体系pH的不同其变 化不大. 在相同pH条件下,富马酸钙 的溶解度较苹果酸钙的溶解 度要大,
化学性质
¡ 苹果酸用发烟硫酸处理可氧化得到75%-80%香豆酸 (2-吡喃酮-5-羧酸 )。
¡ 在建材行业，苹果酸添加在水泥中，可缩短凝固时间，防止碱 性聚合反应发生，提高混凝土的强度，
¡ 苹果酸还可作为饲料添加剂，改善汽车排气质量。
4.2.3苹果酸的生产方法
¡ 目前采用的和发酵或生物转化法相关的方法 主要有：一步发酵法，二步发酵法，固定化 细胞或酶法转化。
¡ 4.2.3.1 苹果酸合成途径 ¡ 4.2.3.2一步发酵法 ¡ （1）一步发酵法产苹果酸菌种的选育 ¡ （2）一步发酵法发酵工艺与条件 ¡ 4.2.3.3二步发酵法 ¡ 4.2.3.4固定化细胞或酶法
第四章 其他有机酸发酵工艺学
4.2苹果酸的发酵生产 4.2.1概述 4.2.2苹果酸的性质以及用途 4.2.3苹果酸的生产方法 4.2.4苹果酸的提取和精制工艺
4.2.1概述
¡L-苹果酸(L-malic acid简称L-Ma)是生物体 糖代谢过程中产生的重要有机酸，广泛存在 于生物体中、在未成熟的苹果、葡萄、樱桃 等的水果和蔬菜中含量约为0.4%。
¡ ①苹果酸在物质代谢途径中所处的特殊位置， 可直接参与人体代谢，被人体直接吸收，实 现短时间内向肌体提供能量，消除疲劳，起 到抗疲劳、迅速恢复体力的作用利用苹果酸 的抗疲劳、护肝、肾、心脏作用可以开发保 健饮料
¡ ②代谢的正常运行可以使各种营养物质顺利分解，促进食物 在人体内吸收代谢，低热量，可有效地防止肥胖，可以起到 减肥的作用。
¡ 丙酮酸羧化的 CO2来源于发酵液中加入的 CaCO3 ¡ ，因此 1 分子葡萄糖可以生成 2分子苹果酸，理论摩尔转化
率为 200%。
4.2.3.1一步发酵法 （1）一步发酵法产苹果酸菌种的选育
¡ 直接发酵法主要采用的微生物是：黄曲霉、 米曲霉(Aspergillus oryzae)、寄生曲霉 (Asp.parasiticus)、出芽短梗霉 (Aureabasidium pullulans)等。
¡ 用由于pH值调节，因此可作牙膏及烟草的调味剂、皮肤清洁 剂、焊锡助焊剂、洗涤剂、废气脱硫剂、锅炉水垢清洁剂、空 气清洁剂和除臭剂，特别是清除室内鱼腥臭、香烟臭及食品贮 藏室的异味，
¡ 代替柠檬酸作为各种金属表面或容器的除锈剂。代替草酸作为 各种石块的表面清洗剂，使其表面变得光滑、平整、美观；
¡ 苹果酸是制备特殊性能聚合物的单体，用苹果酸聚合可合成生 物降解塑料，有利于环境保护；
¡ ③在药物中添加苹果酸可增加其稳定性，促进药物在人体的 吸收、扩散；复合氨基酸输液生产中就是利用L-苹果酸这一 功能而用它来调节pH值的，同时作为混合氨基酸输液组分 之一，可提高氨基酸利用率。
¡ 用于治疗尿毒症、高血压等和减少抗癌药物对正常细胞的侵 害，用于癌症放、化疗后的辅助药物，用于烧伤治疗可以促 进伤口愈合。
¡ 1997年Bayer公司称，美国和欧洲软饮料使用的酸 味剂中，将减少柠檬酸用量，增加L-苹果酸用量， 尤其在使用二肽甜味剂时更能突出L苹果酸风味，
改善口感，提高产品质量。
¡ 我国的L-苹果酸产量仅为2万吨左右。 ¡ 主要企业有：
¡ 浙江常茂生物化学工程股份有限公司（产量 3000吨L-MA,10000吨DL-MA），