生物化工产品的开发及生产技术
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第四章 生物化工产品的开发
及生产技术
有机酸 氨基酸 生物可降解塑料 功能性食品添加剂 生物农药与生物肥料 生物药物及其他生物产品
第一节 有机酸
一、重要的有机酸
1、柠檬酸： 柠檬酸(“枸椽酸”)：第一有机酸，2008年全 球柠檬酸总销量高达115万吨，食品用途约占6 成，医药和其它工业用途（化妆品，洗涤剂等） 约占4成。我国是世界主要柠檬酸生产国与出 口国，出口量高达15万吨以上 。
全球葡糖酸的产销量约在2万吨左右，其中90% 用于食品加工(如作为豆腐凝固剂)，用于医药的 仅占1成。主要产品葡萄糖酸、葡萄糖酸钙、葡 萄糖酸δ－内酯,其次，葡萄糖酸的钙、钠、铵、 铁等盐类广泛地用于医药、食品、纺织、皮革等 工业上。
5、酒石酸——八成产自欧洲
主要来源是葡萄酒生产厂。酒石酸在食品工 业中应用远远不如柠檬酸那样广泛，但它却是 医药工业的重要原料。许多难溶药物均可加工 成为水溶性极佳的酒石酸盐(如经典药物“酒 石酸锑钾”)。欧洲各大葡萄酒厂是世界最大 的酒石酸生产基地，全球80%的酒石酸产自欧 洲 。发酵法生产酒石酸仍在研究中。
常见有机酸发酵生产菌种
柠檬酸
Aspergillus niger（黑曲霉）
葡萄糖酸
Aspergillus niger（黑曲霉）
醋酸
Acetobacter aceti（醋化醋杆菌）
乳酸
Lactobacilus delbrackii（德氏乳杆菌）
-酮戊二酸
Candida sp. （一种假丝酵母）
衣ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ酸等
果酱和果冻，酿造酒，冰激淋和人造奶油（增 加乳化稳定性）、腌制品（除腥去臭、抗氧化）、 罐头食品、豆制品和调味品
（2）医药工业、美容、化妆品工业中作为活性药 物的增溶剂，改善药物口感和清凉，解毒功能。 洗发和染发剂中均有柠檬酸具有防腐，去除头皮 屑功能，洗头时可增加头发的光泽，恢复头发的 弹性。
发酵法生产的乳酸有L－乳酸和D－乳酸。我国用 德氏杆菌厌氧发酵生产的乳酸96％为D型，L型只 有4％。化学合成法生产的乳酸D型和L型个50％。 称DL乳酸。
3、苹果酸——生产成本较高
苹果酸在饮料中使用较多。但由于价格较贵， 故苹果酸的用途受到了一定的限制。全球苹果 酸的年产销量约在3万吨左右。苹果酸有清除牙 齿色斑和牙垢(牙石)的美容作用。故日本花王 等日化产品厂商均已在牙膏、牙粉等洁齿产品 中添加苹果酸。
▪ 是生物体代谢产物之一，广泛分布于自然界、动
物及人的器官中。无色透明或半透明晶体，或粒
状、微粒状粉末，无臭，具有强烈的酸味，但令
人愉快。稍有涩味。极易溶于水，乙醇，微溶于
乙醚。无旋光性。
1、柠檬酸的应用
（1）食品方面：柠檬酸被称为第一食用酸味剂 饮料——不仅赋予饮料水果风味，而且具有增
溶、缓冲、抗氧化等作用，能是饮料中的糖、香 精、色素等成分交融协调
1917年至1938年：黑曲霉，浅盘发酵，奠定了大 规模生产的基础；
6、琥珀酸——产量不大
琥珀酸在食品工业中应用较少，也属医药工业的 常用原料之一。主要用于生产难溶药物的水溶性 盐——琥珀酸盐。全球琥珀酸总产销量约在1万2万吨左右。我国的琥珀酸生产仍以化学合成为 主。未见发酵法生产琥珀酸的报道。
7、衣康酸
重要的化工原料，主要用于晴纶化纤、树脂、 橡胶、涂料、造纸、制药、农药、轻工、食品等 领域（合成树脂或在工业上用作除垢剂等）。世 界年需衣康酸5－6万吨。主要生产国美国、日本、 俄罗斯。我国以发酵法生产衣康酸，年产量 5000t。大部分内销。因技术存在问题，产品质 量不过关。外销困难。
（3）金属工业中作为净化剂，可去除有色金属表 面的氧化物。在洗衣粉中作为去垢剂，作为磷酸 盐的替代用品。电镀工业中作为电镀缓冲剂和络 合剂、治理工业废气中用于回收SO2等等
2、国外柠檬酸发酵技术发展的三个历史时期
1784年;由Scheels氏发现柠檬酸
1893年至1917年：青霉菌生产（德国微生物学者 Wehmer首先用青霉菌生产柠檬酸）；
而L苹果酸可用于医药工业的输液、pH调节剂和 某些药物的中间体。每吨纯品65－70万元人民 币。生产成本高,出口数量少。我国采用固定化 菌体将富马酸转化为L苹果酸，因技术不过关， 富马酸残留高，出口困难。而发酵法生产L－苹 果酸仍处于研究阶段。
4、葡糖酸——有保健新用途
葡糖酸是唯一具有促进双歧杆菌等“益生菌”生 长作用的有机酸。蜂蜜、酿造醋等产品均含有一 定量的天然葡糖酸。酸味为柠檬酸的1/3。葡糖 酸作为食品和医药原料(如用于生产“葡糖酸钙) 的用量正在逐年上升。
国内主要生产商有蚌埠丰源集团、无锡中亚罗 氏公司以及青岛扶桑化学公司等。其总产量即 达20万吨左右。墨西哥、日本和美国的生产企 业相继关闭其柠檬酸生产线，我国柠檬酸将在 国际市场上占主导地位。
柠檬酸的产品主要是：无水柠檬酸、一水柠檬 酸、柠檬酸钠盐、柠檬酸钾盐、柠檬酸铝盐、 柠檬酸胺盐 。
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％
Aspergillus terreus（土曲霉）
水杨酸
Pseudomonas aeruginosa（铜绿假单胞菌）
丙酸
Propioni bacterium shermanii(谢氏丙酸杆菌)
二 柠檬酸的发酵生产
(一)、概述
HOOCCH2CHOHCOOHCH2COOH
▪ 柠檬酸（citric acid）又名枸橼酸，学名3-羟 基-3-羧基戊二酸(C6H8O7)
2、乳酸——聚乳酸牵头发展
具有广泛用途的有机酸。世界乳酸的总产量约为20 万吨左右，日本和美国两国的乳酸需求量3.5万吨。 我国的乳酸目前已形成了约4万吨的生产能力。
青岛扶桑化学公司是国内最大的精制(发酵)乳酸出 口企业。
PLA为一种无毒高分子新材料，在环境 中可自动降解，可用于生产医用塑料 制品和食品包装等。产业界认定为新 世纪最有发展前途的新型材料。由于 我国原料玉米丰富，发展乳酸及聚乳 酸产业的前景广阔。目前，乳酸生产 成本偏高以及聚乳酸聚合难题成为制 约乳酸工业发展的瓶颈。
及生产技术
有机酸 氨基酸 生物可降解塑料 功能性食品添加剂 生物农药与生物肥料 生物药物及其他生物产品
第一节 有机酸
一、重要的有机酸
1、柠檬酸： 柠檬酸(“枸椽酸”)：第一有机酸，2008年全 球柠檬酸总销量高达115万吨，食品用途约占6 成，医药和其它工业用途（化妆品，洗涤剂等） 约占4成。我国是世界主要柠檬酸生产国与出 口国，出口量高达15万吨以上 。
全球葡糖酸的产销量约在2万吨左右，其中90% 用于食品加工(如作为豆腐凝固剂)，用于医药的 仅占1成。主要产品葡萄糖酸、葡萄糖酸钙、葡 萄糖酸δ－内酯,其次，葡萄糖酸的钙、钠、铵、 铁等盐类广泛地用于医药、食品、纺织、皮革等 工业上。
5、酒石酸——八成产自欧洲
主要来源是葡萄酒生产厂。酒石酸在食品工 业中应用远远不如柠檬酸那样广泛，但它却是 医药工业的重要原料。许多难溶药物均可加工 成为水溶性极佳的酒石酸盐(如经典药物“酒 石酸锑钾”)。欧洲各大葡萄酒厂是世界最大 的酒石酸生产基地，全球80%的酒石酸产自欧 洲 。发酵法生产酒石酸仍在研究中。
常见有机酸发酵生产菌种
柠檬酸
Aspergillus niger（黑曲霉）
葡萄糖酸
Aspergillus niger（黑曲霉）
醋酸
Acetobacter aceti（醋化醋杆菌）
乳酸
Lactobacilus delbrackii（德氏乳杆菌）
-酮戊二酸
Candida sp. （一种假丝酵母）
衣ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ酸等
果酱和果冻，酿造酒，冰激淋和人造奶油（增 加乳化稳定性）、腌制品（除腥去臭、抗氧化）、 罐头食品、豆制品和调味品
（2）医药工业、美容、化妆品工业中作为活性药 物的增溶剂，改善药物口感和清凉，解毒功能。 洗发和染发剂中均有柠檬酸具有防腐，去除头皮 屑功能，洗头时可增加头发的光泽，恢复头发的 弹性。
发酵法生产的乳酸有L－乳酸和D－乳酸。我国用 德氏杆菌厌氧发酵生产的乳酸96％为D型，L型只 有4％。化学合成法生产的乳酸D型和L型个50％。 称DL乳酸。
3、苹果酸——生产成本较高
苹果酸在饮料中使用较多。但由于价格较贵， 故苹果酸的用途受到了一定的限制。全球苹果 酸的年产销量约在3万吨左右。苹果酸有清除牙 齿色斑和牙垢(牙石)的美容作用。故日本花王 等日化产品厂商均已在牙膏、牙粉等洁齿产品 中添加苹果酸。
▪ 是生物体代谢产物之一，广泛分布于自然界、动
物及人的器官中。无色透明或半透明晶体，或粒
状、微粒状粉末，无臭，具有强烈的酸味，但令
人愉快。稍有涩味。极易溶于水，乙醇，微溶于
乙醚。无旋光性。
1、柠檬酸的应用
（1）食品方面：柠檬酸被称为第一食用酸味剂 饮料——不仅赋予饮料水果风味，而且具有增
溶、缓冲、抗氧化等作用，能是饮料中的糖、香 精、色素等成分交融协调
1917年至1938年：黑曲霉，浅盘发酵，奠定了大 规模生产的基础；
6、琥珀酸——产量不大
琥珀酸在食品工业中应用较少，也属医药工业的 常用原料之一。主要用于生产难溶药物的水溶性 盐——琥珀酸盐。全球琥珀酸总产销量约在1万2万吨左右。我国的琥珀酸生产仍以化学合成为 主。未见发酵法生产琥珀酸的报道。
7、衣康酸
重要的化工原料，主要用于晴纶化纤、树脂、 橡胶、涂料、造纸、制药、农药、轻工、食品等 领域（合成树脂或在工业上用作除垢剂等）。世 界年需衣康酸5－6万吨。主要生产国美国、日本、 俄罗斯。我国以发酵法生产衣康酸，年产量 5000t。大部分内销。因技术存在问题，产品质 量不过关。外销困难。
（3）金属工业中作为净化剂，可去除有色金属表 面的氧化物。在洗衣粉中作为去垢剂，作为磷酸 盐的替代用品。电镀工业中作为电镀缓冲剂和络 合剂、治理工业废气中用于回收SO2等等
2、国外柠檬酸发酵技术发展的三个历史时期
1784年;由Scheels氏发现柠檬酸
1893年至1917年：青霉菌生产（德国微生物学者 Wehmer首先用青霉菌生产柠檬酸）；
而L苹果酸可用于医药工业的输液、pH调节剂和 某些药物的中间体。每吨纯品65－70万元人民 币。生产成本高,出口数量少。我国采用固定化 菌体将富马酸转化为L苹果酸，因技术不过关， 富马酸残留高，出口困难。而发酵法生产L－苹 果酸仍处于研究阶段。
4、葡糖酸——有保健新用途
葡糖酸是唯一具有促进双歧杆菌等“益生菌”生 长作用的有机酸。蜂蜜、酿造醋等产品均含有一 定量的天然葡糖酸。酸味为柠檬酸的1/3。葡糖 酸作为食品和医药原料(如用于生产“葡糖酸钙) 的用量正在逐年上升。
国内主要生产商有蚌埠丰源集团、无锡中亚罗 氏公司以及青岛扶桑化学公司等。其总产量即 达20万吨左右。墨西哥、日本和美国的生产企 业相继关闭其柠檬酸生产线，我国柠檬酸将在 国际市场上占主导地位。
柠檬酸的产品主要是：无水柠檬酸、一水柠檬 酸、柠檬酸钠盐、柠檬酸钾盐、柠檬酸铝盐、 柠檬酸胺盐 。
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％
Aspergillus terreus（土曲霉）
水杨酸
Pseudomonas aeruginosa（铜绿假单胞菌）
丙酸
Propioni bacterium shermanii(谢氏丙酸杆菌)
二 柠檬酸的发酵生产
(一)、概述
HOOCCH2CHOHCOOHCH2COOH
▪ 柠檬酸（citric acid）又名枸橼酸，学名3-羟 基-3-羧基戊二酸(C6H8O7)
2、乳酸——聚乳酸牵头发展
具有广泛用途的有机酸。世界乳酸的总产量约为20 万吨左右，日本和美国两国的乳酸需求量3.5万吨。 我国的乳酸目前已形成了约4万吨的生产能力。
青岛扶桑化学公司是国内最大的精制(发酵)乳酸出 口企业。
PLA为一种无毒高分子新材料，在环境 中可自动降解，可用于生产医用塑料 制品和食品包装等。产业界认定为新 世纪最有发展前途的新型材料。由于 我国原料玉米丰富，发展乳酸及聚乳 酸产业的前景广阔。目前，乳酸生产 成本偏高以及聚乳酸聚合难题成为制 约乳酸工业发展的瓶颈。