有机酸整理版

一．柠檬酸
1.我国柠檬酸行业从产量上位居世界第一，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(液化+糖化)，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。

2. 柠檬酸的用途（见作业本）
3.如何提高柠檬酸的产量（CAM的积累与调节）
（1）黑曲霉柠檬酸积累的代谢调节
1）糖酵解及丙酮酸的代谢调节
①磷酸果糖激酶（PFK）调节：柠檬酸和ATP抑制该酶活性，为AMP、Pi、NH4+所激活、菌体内较高浓度NH4+能有效解除柠檬酸和ATP对PFK抑制。

②丙酮酸羧化酶：催化丙酮酸经CO2固定反应生成草酰乙酸，此酶几乎不受代谢产物的调节。

2）TCA循环的调节
①柠檬酸合成酶：此酶不参加调节作用，草酰乙酸的浓度可提高其对乙酰CoA的亲和力。

②顺乌头酸水合酶、异柠檬酸脱氢酶：该酶的丧失或失活是阻断TCA循环，大量生成柠檬酸的必要条件。

柠檬酸产生菌体内该酶的活性本身就要求很弱，控制培养基中的Fe2+的浓度和pH2.0，酶失活，但不能够低于0.1mg/L。

（柠檬酸积累正是在这个条件下）
③α-酮戊二酸脱氢酶：受高葡萄糖和铵离子的阻遏。

因此当以葡萄糖为碳源时，在柠檬酸合成期，菌体内不存在 -酮戊二酸脱氢酶或活力很低。

(2)Mn+ 的调节
当缺乏Mn+时，HMP和TCA循环水平低，生长期菌丝的蛋白、核酸和脂肪含量明显减少，而氨基酸和NH
+水平升高（解除柠檬酸和ATP对PFK酶的抑制），丙酮酸和草酰乙酸水平升高，柠檬酸
4
大量积累。

(3)氧对柠檬酸积累的调节
黑曲霉中有一条标准呼吸链和一条侧系呼吸链。

标准呼吸链氧化时产生ATP，反馈抑制PFK 酶，使柠檬酸积累抑制。

但侧系呼吸链不产生ATP。

缺氧时，侧系呼吸链失活，导致柠檬酸产量急剧下降。

因此，在柠檬酸发酵过程中，特别是产酸期，一定要充足氧的供应。

4.柠檬酸的合成途径
⑴黑曲霉柠檬酸生物合成途径
葡萄糖经EMP、HMP途径降解生成丙酮酸，丙酮酸一方面氧化脱羧生成乙酰CoA，另一方面经固定化生成草酰乙酸，草酰乙酸与乙酰CoA缩合生成柠檬酸。

CO
2
柠檬酸生产菌（黑曲霉）存在TCA 和乙醛酸循环。

以糖质原理发酵时，当柠檬酸积累时， TCA 和乙醛酸循环被阻断或减弱。

柠檬酸生成并积累条件下，提供草酰乙酸的途径：
⑵酵母柠檬酸生物合成途径(略
)
（一）发酵醪的预处理：新鲜发酵醪加热到75－90℃，时间宜短不宜长。

（二）发酵醪过滤：(目标彻底除去发酵醪中的悬浮物与草酸)
（三）中和：从发酵清滤液中提取高纯度的四水柠檬酸钙[Ca3(C6H5O7)2·4H2O]
⑴原理： Ca2+ 在一定温度和pH 条件下可与柠檬酸作用生成柠檬酸钙。

出于形成的
Ca3(C6H5O7)2·4H2O 在水中的溶解度极小，因而能形成沉淀与其他杂质，如糖、可溶性蛋白等分离。

⑵生石灰(CaO)、熟石灰[Ca(OH)2 ]、氯化钙(CaCl2)以及碳酸钙等均可作为中和剂，但最常用的是碳酸钙。

⑶影响中和的因素 ①滤液的质量 ②pH 的控制 ③中和温度 ④其他阳离子的影响
Ⅰ. PEP ＋CO2＋ADP 草酰乙酸＋ATP
Ⅱ. PYR ＋CO2＋ATP 草酰乙酸＋ADP ＋Pi Mg 2+，K + 生物素
⑤中和剂质量的影响 ⑥搅拌器作用
（四）酸解把柠檬酸钙完全分解为柠檬酸和石膏
⑴原理：利用柠檬酸钙在酸性条件下，其解离常数随H+浓度的增高而增大的特性，在强酸（硫酸）存在的溶液中产生复分解反应，生成难溶于水的石膏（CaSO4)沉淀，而将弱酸（柠檬酸）游离出来。

溶存与溶液中，即利用在一定的温度条件下，CaSO4·2H2O 溶解度低于Ca3(C6H5O7)2·4H2O 的溶解度的原理，加硫酸产生复分解反应，将柠檬酸从柠檬酸钙中分离出来，然后分出硫酸钙（石膏）得到粗柠檬酸溶液（酸解液）。

⑵影响酸解的因素：①温度 ②温度与反应速度成正比 ③硫酸添加量 ④反应速度
（五）净化（脱色、离子交换）
目标：①除去酸解液中的色素
②除去酸解液中的Ca2+、Mg2+、Fe3+等阳离子和SO42-、Cl-阴离子
（六）蒸发：采用减压双效或多效蒸发
（七）结晶：使溶解于溶剂中的溶质呈结晶状从液相中析出的过程，称为结晶。

（八）干燥：通过物理方法除去湿柠檬酸晶体表面的游离水，保持晶型和晶体表面之光洁度
（九）筛分、包装、贮运
发酵醪 精滤 净化液 复滤 过滤 阳离子交换拄 调浆 粗柠檬酸液 预热 活性碳粒 滤液 酸解 蒸发 结晶
离心 阴离子交换拄 预处理
复滤 过滤 中和 过滤
湿晶 包装 干燥 筒仓
筛分 入库 成品 加热
H2SO 4 等外洗晶
母液 70℃
二．乳酸
1.乳酸的用途
⑴食品工业：应用于酸味剂、防腐剂(代替苯甲酸钠)、pH调节剂和食品强化剂。

乳酸可解除疲劳、
松弛肌肉。

⑵医药工业：用作防腐剂、消毒剂载体剂、助溶剂、药物制剂、pH 调节剂等。

⑶化妆品业：乳酸本身含有天然润肤成分，刺激皮肤细胞再生效果明显，保湿滋润无刺激，替代甘
油作保湿剂，调节酸碱性、抗微生物等作用。

⑷香料和香精、皮革、卷烟工业
乳酸乙酯是重要的食用香料，用来配制酒和食用香精，
制革工业用它来除去柔皮中的石灰和钙质，使皮革柔软光滑。

卷烟生产中用乳酸调节烟草味道，清除苦辣味且防霉变。

⑸、化学工业
L-乳酸是生物可降解塑料——聚乳酸的原料，聚乳酸具有良好的机械性能、透明性、透气性等而被大量应用于农业、制造业等领域。

2.乳酸的性质
⑴乳酸（羟基丙酸），结构式为CH
CHOHCOOH，是天然存在的有机酸。

纯净的无水乳酸是白色结
3
晶体,熔点为16.8℃,沸点为122℃(2kPa)，相对密度为1.24。

⑵其分子内含有一个不对称碳原子,因此具有旋光性，乳酸按其旋光性可分为D(-)乳酸、L(+)乳酸和DL-乳酸三种。

其中L-乳酸为右旋。

当L-乳酸和D-乳酸等比例混合时，即成为外消旋的DL-乳酸。

乳酸市售品均为外消旋体。

⑶外消旋体为无色糖浆状液体或晶体，无臭、有酸味和吸湿性，光学性质不活泼，相对密度1.43，熔点18℃，沸点122℃，防止腐败发酵，不侵犯健全的组织，但对病变组织敏感。

⑷乳酸含有一个羟基和一个羧基，可以参与多种反应，如氧化、还原、酯化和缩合反应等，其中由L-乳酸充分脱水可缩聚成聚L-乳酸。

另外，加热乳酸使其自动酯化，可形成乳交酯。

⑸L-乳酸是一种有机强酸，能与水、酒精和乙醚以任意比互溶。

60%以上浓度的乳酸有强吸湿性。

3.乳酸的发酵机理（同型和异型）
⑴同型乳酸发酵（乳酸为唯一发酵产物）
同型乳酸发酵是葡萄糖经EMP途径降解为丙酮酸，丙酮酸在乳酸脱氢酶的催化下还原为乳酸。

称为同型乳酸发酵。

进行乳酸发酵的主要是细菌(如乳链球菌、保加利亚乳杆菌等。

) 特点：1mol
等。

的葡萄糖产生2mol乳酸，理论转化率100%。

实际＞80%，另外有很少量的乙醇、乙酸和CO
2
1葡萄糖→2丙酮酸→→2乳酸+ 2ATP
等）
⑵异型乳酸发酵（发酵产物除乳酸外同时还有比例较高的乙酸、乙醇、CO
2
异型乳酸发酵是某些乳酸菌利用HMP途径，分解葡萄糖为5-磷酸核酮糖，在经差向异构酶作用变成5-磷酸木酮糖，然后经磷酸酮解酶催化裂解反应，生成已酰磷酸。

已酰磷酸进一步还原为乳酸。

，其生物合成途径有两种：
① 6-磷酸葡萄糖酸的途径（磷酸酮解途径）②双歧途径（磷酸酮糖途径）
异型发酵乳酸杆菌因缺乏EMP途径中的若干重要酶——醛缩酶和异构酶，因此其葡萄糖的降解完全依赖HMP途径。

PK途径发酵葡萄糖形成的产物除乳酸外还有乙醇和乙酸。

4.工艺上如何采取措施控制杂菌污染（温度）
⑴防止种子带菌：沙土制备时要多次间歇灭菌，接种时无菌操作，无菌室和摇床定
期灭菌，各级菌种必须严格无菌检查和摇瓶验证后方可投入使用。

⑵防止设备渗漏：重视设备管理，保持较高设备完好率，定期检修。

⑶防止培养基灭菌不彻底：采用高压蒸汽灭菌①分批灭菌——121℃，30分钟；②
连续灭菌罐温125－130℃，30－45分钟
⑷保证无菌空气质量：使用空气过滤除菌设备（含有粗过滤，空压机，储罐，空气
过滤器等）
5.乳酸发酵杂菌污染的挽救措施
三．醋酸(此为简略版，详细请对照ppt)
1.酶法液化通风回流发酵制醋对比固态发酵的优缺点
酶法制醋的优点：出醋率比一般固态发酵法提高16%、利用自然通风和醋汁回流代替了倒醅操作，便于机械化生产，降低劳动强度。

固态法制醋优点：醋汁香气浓郁，口味醇厚，色深质浓，生产工艺设备简单，投资省。

缺点：生产周期长，劳动强度大，出醋率低。

2.液态深层发酵制醋对比传统固态发酵
液态深层发酵制醋法不用谷糠、麸皮等辅助，生产机械化强，减少占地面积，减轻劳动强度，缩短发酵周期，为实现自动化创造条件，是食醋生产的发展方向。

缺点：酿醋周期短，风味欠佳。

四．氨基酸
1.氨基酸的发酵机理（育种思路+生物合成调节机制）
⑴谷氨酸生产菌的具体育种思路
①切断或减弱支路代谢：选育减弱α-酮戊二酸进一步氧化能力的突变株；选育减弱HMP途径后段酶活性的突变株；选育减弱乙醛酸循环的突变株；选育不分解利用谷氨酸的突变株；阻止谷氨酸进一步代谢。

②解除自身的反馈抑制：选育耐高渗透压、谷氨酸脱氢酶无反馈抑制的突变株。

③增加前体物的合成：选育强化TCA循环中从柠檬酸到α-酮戊二酸代谢的突变株；选育强化CO2固定反应的突变株。

④提高细胞膜的渗透性：选育溶菌酶敏感、温度敏感、抗Vp类衍生物突变株
⑤强化能量代谢：选育抗呼吸链抑制剂的突变株；选育抗ADP磷酸化抑制剂的突变株；选育抑制能量代谢的抗生素的抗性突变株
⑥利用基因工程技术构建谷氨酸工程菌株
⑵谷氨酸生物合成的调节机制
①优先合成与反馈调节：a.优先合成谷Aa比天冬Aa优先合成，谷Aa合成过量后，抑制和阻遏自身的合成途径; b.谷Aa脱氢酶(GDH)的调节谷Aa对GDH存在着反馈阻遏与抑制。

c.柠檬酸合成酶的调节 CAM合成酶受能荷调节、谷Aa的反馈阻遏和顺乌头酸的反馈抑制。

d.异柠檬酸脱氢酶的调节当α-酮戊二酸过量时,将对异柠檬酸脱氢酶发生反馈抑制作用,停止合成α-酮戊二酸。

②糖代谢的调节:a.能荷控制：糖代谢的调节主要受能荷的控制，即受细胞内能量水平的控制。

b.生物素的影响：生物素主要是影响糖降解速度
③氮代谢的调节：控制谷Aa发酵的关键之一就是降低蛋白质的合成能力，使合成的谷Aa不能转化成其他氨基酸或参与蛋白质合成。

在生物素亚适量的情况下，铵离子适量存在下，生成积累谷Aa。

④其它调节。