第8章 乳酸发酵工艺

磷酸戊糖酮解途径PK
乙醇
ATP ADP NAD+ NADH
乙醛
乙酰CoA
NAD+ NADH
乙酰磷酸
葡萄糖
6-磷酸 葡萄糖
6-磷酸葡 5-磷酸 萄糖酸 -CO2 木酮糖 3-磷酸 -2H 甘油醛
2ADP 2ATP
乳酸
b Bifidus 途径（双歧途径）
双歧杆菌（Bifidobacterium bifidum)进行的乳酸发酵也是一条磷 酸解酮酶途径。该途径的特点是：
马丁（Martin）培养基分离纯化
最适温度30℃，产酸多，副产物多，对糖利用效率低，但 可以以淀粉为原料（分泌淀粉酶、糖化酶）
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三. 乳酸生产工艺
1 原料及预处理
碳源 1）蔗糖 2）糖蜜 3）葡萄糖 4）淀粉 辅料：麦根、麸皮、米糠、玉米浆、毛发水解液
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2 发酵工艺 细菌发酵工艺
2 发酵工艺 细菌发酵工艺
培养基配方：还原糖 15%，麦根 3.75%，磷酸氢二铵 0.25%，碳酸钙 10% 种子培养：50℃,24h，接种量 1-10%
发酵操作：
填料系数0.8 碳酸钙分批添加，控制pH不低于5.0 温度： 50℃ 发酵罐敞口，利于二氧化碳逸出 残糖低于1g/L发酵结束 周期：5-6d 发酵结束，加石灰乳调pH10.0，提温至90 ℃，澄清后进入提取工段。 鲁东大学生科院
通过该途径，1mol的G产生1mol的乳酸，乳酸对糖的理 论转化率是50%。另外有比例较高的乙醇、乙酸和二氧 化碳等。 肠膜明串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）及葡 聚糖明串珠菌（Leuconostoc dextranicum）通过该途 径进行异型乳酸发酵。
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②异型乳酸发酵：
晶核形成：不能搅动或震动，否则会形成粥状结晶，无法和母液分离 影响结晶因素：起晶诱导时间、晶核形成速度、晶体成长速度 针形珊瑚状结晶--------精制原料 球形珊瑚状结晶-------粗原料
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乳酸钙结晶酸解工艺
3）离心洗晶
晶体经粉碎机打散成小颗粒晶体，甩虑离心机加水洗涤粘附在晶体 上的母液
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乳酸精制工艺 工艺要点 1）脱色：2%活性炭70--80℃脱色20--30min，药典级乳酸 需二次脱色 2）一次浓缩：真空减压浓缩，温度不超80 ℃，乳酸浓度 45—50%。 3）二次浓缩：70 ℃以下，乳酸浓度82-85%
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Thinks！
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2ATP 2ADP
3-磷酸 甘油醛
2( 1,3-二-磷酸甘油酸）
葡萄糖 磷酸二羟丙酮 Lactococcus lactis
Lactobacillus plantarum
异型乳酸发酵
发酵产物中除乳酸外同时还有比例较高的乙酸、乙醇、二氧化碳 等，称为异型乳酸发酵。其生物合成途径有两种。 a 6-磷酸葡萄糖酸途径
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米根霉乳酸途径
缺点：提取过程中杂酸较难去除，L-乳酸纯度下降，严 重时产生白色沉淀
优点：好氧条件下，合理控制营养和环境条件，可以为 同型乳酸发酵，糖转化率接近细菌的同型乳酸发酵
注意：微生物产乳酸的那种光学异构体，由胞内乳酸 脱氢酶决定 1）L-乳酸脱氢酶 2）D-乳酸脱氢酶
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二. 代谢途径及产乳酸微生物
1 乳酸代谢途径 细菌乳酸途径
厌氧菌或微需氧菌，按发酵糖类过程和产物不同，可分为同型和 异型和双歧乳酸发酵
同型乳酸发酵：它们利用糖经糖酵解途径生成丙酮酸，丙酮酸还原产 生乳酸。发酵产物中主要为乳酸的称为同型乳酸发酵，如乳链球菌 （Streptococcus lactics）、乳酪链球菌（ Streptococcus cremoris）、干酪乳杆菌（lactobacillus casei）、保加利亚乳杆菌 （Lac. bulgaricus）等。
①有两个磷酸酮解酶参与；
②在没有氧化作用和脱氢作用下，2分子G分解为3分子乙酸和2分子 3-磷酸甘油醛。接着，在3-磷酸甘油醛脱氢酶和乳酸脱氢酶的参与 下， 3-磷酸甘油醛转化为乳酸，转化率为50%。
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③双歧发酵
2葡萄糖
磷酸己糖解酮途径HK
2葡萄糖-6-磷酸
磷酸己糖解酮酶
同EMP
6-磷酸果糖
2 乳酸发酵微生物 乳酸细菌
1）乳酸菌分离 酿造发酸食品采样
泡菜形式富集
碳酸钙透明圈法分离（倾注法倒平板） 2）产D-乳酸细菌
德氏乳杆菌：77g/L，转化率90%，D-乳酸比例：90%
保加利亚乳杆菌：40g/L，转化率72%，D-乳酸比例：99% 左旋乳酸芽孢杆菌
菊糖芽孢乳杆菌： 98g/L，转化率97%，D-乳酸比例：99%
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2 乳酸发酵微生物 乳酸细菌
3）产L-乳酸细菌 乳杆菌、链球菌、芽孢杆菌 趋势：嗜热乳酸杆菌，厌氧高温发酵（50℃以上） 部分微生物乳酸全部为L型，部分含少量D-乳酸 产乳酸细菌较多，根据需要选择 个别菌属可产淀粉酶（嗜淀粉乳杆菌）
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2 乳酸发酵微生物 米根霉
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
果园、菜园、花盆土壤中或谷物上分离
应用范围： 同型乳酸菌发酵的微生物已经用来发酵产生乳酸。
异型乳酸发酵的微生物，例如双歧杆菌，已经用于发酵 生产活菌饮料，
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米根霉乳酸途径
好氧异型发酵，和细菌异型发酵不同，通过糖酵解途径，副产物 有：乙醇、富马酸、琥珀酸、苹果酸、醋酸 乳酸对糖转化率为：75%
可以以淀粉为原料发酵
糖酵解成丙酮酸，存在三条途径 1）丙酮酸脱羧酶---------乙醇 2）丙酮酸羧化酶--------草酰乙酸（形成三羧酸循环副产物：富马酸、 苹果酸） 3）L-乳酸脱氢酶--------L-乳酸
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3 提取工艺
发酵液-----预处理（碱化）------提取------粗乳酸-------精制-----成品乳酸 2）米根霉发酵预处理
发酵结束，氢氧化钙中和pH至7.0, 升温至80-90 ℃，板框压滤机过滤，去除菌体和过量碳酸钙， 滤饼热水洗涤压干滤饼，合并
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乳酸钙结晶酸解工艺
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同型乳酸发酵
2H（乳酸脱氢酶）
C6H12O6
EMP
2CH3COCOOH
2CH3CHOHCOOH
同型乳酸发酵的特点：1mol的G产生2mol乳酸，理论转化率是
100%。另外有很少量的乙醇、乙酸和二氧化碳等。
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①同型乳酸发酵
2乳酸
2NAD+ 2NADH
2丙酮酸
4ATP 4ADP
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乳酸钙结晶酸解工艺
5）过滤脱色
0.5-3%粉末活性炭脱色30min，可得20%左右浓度的乳酸溶液
注意：乳酸钙溶解度大，约30%乳酸钙存在于母液不能结晶分离，乳 酸提取收率为50%左右。
乳酸精制工艺
粗乳酸----活性炭脱色------过滤------一次浓缩-------活性炭脱色 -------HG-10碳柱脱色------离子交换------二次浓缩------成品乳 酸
1）浓缩：12-13波美度（乳酸钙26—28%）
杂质影响（杂质增加1%，乳酸钙溶解度增加10%），浓缩前要除杂
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乳酸钙结晶酸解工艺
2）结晶
初始温度30℃---------- 23 ℃（1h），投放6—7%晶种
23 ℃-------18 ℃（1.5h） 后温度每1h降低2 ℃
终温10 ℃，保持3—5h
滤液------浓缩--------冷却结晶-------离心洗涤--------加热溶晶 --------酸解（硫酸）----------过滤（去除硫酸钙）----------脱 色（活性炭）-------粗乳酸
乳酸钙常温下溶解度：5%，水溶液pH6.0—7.0，乳酸钙浓度达11—14波 美度可自然结晶
米根霉发酵工艺
斜面孢子：30℃,4d
种子培养基：葡萄糖 11%，尿素 0.2%，KH2PO4 0.06%，MgSO4 0.025%， ZnSO4 0.088%, CaCO3 1%,pH 自然， 34℃,24h
发酵培养基：葡萄糖 15%，尿素 0.2%，KH2PO4 0.02%，MgSO4 0.025%， ZnSO4 0.044%, CaCO3 6.7%( 单独灭菌),pH自然，34℃,32-34h
鲁东大学生命科学学院
乳酸发酵生产工艺
Lactic acid Fermentation Production
一. 概
述
Introduction
广泛存在于人、动物、植物及微生物体内，旋光异构体
生产方法：化学合成（10%）和发酵法（90%） 广泛应用于化工、食品、医药领域
目前普遍使用DL-乳酸
L-乳酸天然性，将是发展方向，特别应用聚乳酸（可降解生 物材料）
发酵结束，氢氧化钙中和至pH7.0，压滤或离心去除菌体
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3 提取工艺
发酵液-----预处理（碱化）------提取------粗乳酸-------精制-----成品乳酸
1）细菌发酵预处理 发酵结束，5水合乳酸钙，发酵液变粘，糖浓度高固化 发酵结束升温至90-100℃，加入石灰乳，pH调至9.5-10.0，静置4-6h （维持温度55 ℃ ），沉渣清液分离 活性炭60-70 ℃ 脱色，去除色素
1）菌种（德氏乳杆菌） A）同型乳酸发酵的乳酸菌 B）营养要求简单 C）耐高酸，反馈抑制作用小 D）耐高温，最好在50℃以上 2）菌种扩大培养（种量5-10%） 菌种成熟指标：乳酸5-7g/L，细胞含量7-8*1010个/ml，镜检可以看到24个细胞排列成链，原生质均匀，无大的异染颗粒，无杂菌
鲁东大学生科院
4）溶晶酸解 乳酸钙晶体----溶解槽（通蒸汽升温溶解）-----酸解槽（50%浓硫 酸酸解） 酸解时放热，需冷却使料温不超80℃，防止乳酸钙分解
0.1%甲基紫检测：合适，菊黄色；酸过量，绿色；乳酸钙过量，紫 色
注意：控乳酸浓度不超22%，温度80 ℃内，硫酸过量0.5%以下，溶 液中石膏的过饱和系数为1.3—1.4，石膏晶体成熟1h
6-磷酸-果糖 4-磷酸-赤藓糖 乙酰磷酸
逆HMP途径
2木酮糖-5-磷酸
磷酸己糖解酮酶戊
乙酸激酶
2甘油醛 -3-磷酸
2乙酰磷酸
2乳酸
2乙酸
乙酸
特别提醒：微生物的代谢途径一般都不是单一的，不论 同型乳酸发酵还是异型乳酸发酵，实际代谢产物都不象 代谢途径中那样单纯，两类乳酸发酵的代谢产物没有不 可逾越的界限。