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” 。

4、葡糖酸

1880年，Boutroux 首先发现利用微生物的氧化作用，能将葡萄糖氧化成葡糖酸。他发现用醋化醋杆菌能发酵葡萄糖产生一种不挥发酸，后来确定为葡糖酸。以后许多研究者也相继报道，其他数种细菌也能产生葡糖酸或酮基葡糖酸。本世纪30 年代以前，细菌发酵是生产葡糖酸的主要方法。1922年，Molliard发现，利用霉菌的氧化作用也能产生葡糖酸。后来人们知道，黑曲霉、米曲霉、文民曲霉和青霉都有上述氧化作用。

Bernhager1942年发现，采取中和生成酸的方法，黑曲霉能高效地将葡萄糖转化成葡糖酸，而添加碳酸钙最好。在较低温度、限制氮源的条件下，生成的葡糖酸几乎可达理论产率。

我国在1955 年由轻工业部上海工业试验所试制葡糖酸成功，选出了黑曲霉87 号菌种，不久即在山东投入生产。目前，我国已经有数家葡糖酸发酵工厂。

5、衣康酸

衣康酸（又称为甲叉琥珀酸、分解乌头酸）最早是由Baup1836 年蒸馏分解柠檬酸时发现的。而微生物产生衣康酸的能力是日本人木下广野1929 年在一种嗜高参压的霉菌培养物中首先发现的，他称之为衣康酸曲霉。原

来Raistrick 通过对霉菌代谢物的长期研究发现，土曲霉表面培养时也

能产生衣康酸。

我国的衣康酸生产尚属空缺。金其荣等人于1984 年开始着手对衣康

酸产生菌进行选育和工艺条件的研究。

6、苹果酸

苹果酸广泛存在于生物体中，它在很多水果中是占优势的酸。微生物产生苹果酸的能力也早已被人们所认识，早在1928年，Yuill就报道过，在培养黄曲霉时，有少量苹果酸伴随琥珀酸和富马酸产生。Schreyer1931年报道，在丛花青霉的表面培养液中，生成的有机酸钙相当于耗糖的1/4,其中大部分是苹果酸钙。Bernhauer等报道，在蔗糖为碳源的黑曲霉发酵液中，除生成大量的柠檬酸之外，也有少量苹果酸生成。

我国在发酵法生产苹果酸方面也有很大进展。北京微生物研究所研究了固定化皱褶假丝酵母的苹果酸生产技术。福建三明真菌研究所试验过L- 苹果酸的霉菌固体发酵。

6/1 苹果酸的性质

苹果酸是一种较强的有机酸，又名羟基丁二酸，是一种白色或荧白色粉状、粒状或结晶状固体。晶体中不含结晶水，DL-型熔点129C, L-型熔点100C，加热到180C可以失水分解成富马酸或马来酸。在通常条件下，苹果

酸是稳定的，但其纯晶体稍有吸湿性，在高湿度条件下可能液化。在相对湿度98%, 25C下放置6天，约增重50.4 % .

苹果酸在催化剂存在下与醇可发生酯化反应。以三氟化硼为催化剂与醇回流可形成单酯。与多元醇、芳香多元羧酸作用,可形成树脂类产品,如醇酸聚酯树脂。

在氧化银存在下, 苹果酸酯与卤代烷反应可以产生醚类, 如乙氧基琥珀酸。

在醇溶液中,苹果酸酯与氨作用,可以生成苹果酸酰胺。

6/2 苹果酸的发酵机理

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 碳酸的途径有两种：乙醛酸循环和丙酮酸羧化支路。

实际上, 苹果酸的生物合成机理虽然早就研究得很清楚, 但它只是从生物生理学的角度去研究的。对于微生物发酵中苹果酸合成机理尚没有进行过细致研究。一般认为，苹果酸发酵牵涉到CO的固定（即丙酮酸羧化），其证据有：发酵依赖于CaCO或其他碳酸盐，添加生物素可以促进苹果酸积累等。但是，CO2 固定反应在各种菌的发酵中究竟占多大比例还未见有报道。毫无疑问，无论有无乙醛酸循环存在，提高丙酮酸羧化的比例则能提高碳源的利用率，也即能提高苹果酸产率。因此，这是苹果酸发酵值得研究的课题。

6/3 苹果酸发酵微生物的分类

一、黄曲霉

二、米曲霉

三、寄生曲霉

四、华根霉

五、无根根霉

六、膜瞨毕赤酵母

七、短乳杆菌

八、产氨短杆菌

6/4 苹果酸的发酵工艺

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。与化学合成法不同的是，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，而化学合成法只能生产DL-苹果酸，如作为食品和药物，则有一半不能得到利用。

6/4.1 直接发酵工艺

（一）菌种扩大培养

用于苹果酸直接发酵的黄曲霉和米曲霉都易于产生孢子。将保存在麦芽汁琼脂斜面上的黄曲霉孢子用无菌水洗下，接到三角瓶中。瓶中装有种子培养基。在33C静置培养2~~4天，待长出大量孢子，接到种子