毕业论文--微生物发酵生产柠檬酸

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1、微生物发酵生产柠檬酸摘要：柠檬酸是一种十分重要的化学物质，常用于食品和饮料以及医药、化妆品、洗涤剂以及工业领域。目前其主要通过微生物发酵进行生产，是微生物在工业上应用的代表。关键词：柠檬酸黑曲霉TCA循环糖酵解表面发酵固体发酵作者：正文：柠檬酸（citricacid）又名枸橼酸，学名α-羟基丙烷三羧酸，化学名称2-羟基丙三羧酸，分子式为C6H8O7，是生物体重要的代谢产物之一，在自然界中广泛存在，在植物叶子和果实中尤以柠檬、柑橘、梅、李、梨、桃等植物果实中，在动物的骨骼、血液、乳汁、唾液、汗液和尿中以游离柠檬酸状态或以金属盐形式存在。商

2、品柠檬酸为无色半透明晶体，或白色颗粒或白色结晶性粉末，无臭，虽有强烈酸味但令人愉快，稍有一点后涩味。生产研究历史：早在1784年，瑞典化学家Scheel就首次从柠檬汁中提取出了柠檬酸，直到上世纪初，这种有机酸仍然绝大多数是从柠檬中提取出来的。1860年，意大利开始用向果汁中加石灰乳方法制柠檬酸，从而进行工业化生产，以意大利的西西里岛最著名。1891年，德国科学家Wehmer就从腐败的柑橘中分离出一种丝状菌，能使含钙的糖液变酸，并从中分离出柠檬酸和草酸。1913年，Zahorski首先利用黑曲霉生产柠檬酸，1919年和1923年，比利时的

3、一家公司和美国的Ch.Pfizer公司分别成功进行浅盘发酵法大规模生产柠檬酸。后于1952年，美国Miles公司首先采用深层发酵法大规模生产柠檬酸，并在世界上流行至今。我国柠檬酸工业解放前是空白，1967年黑龙江平糖建立了我国第一个生产100吨的柠檬酸工厂（以甜菜糖蜜为原料，采用浅盘发酵和钙盐-离子交换法提取工艺）。1968年，用薯干为原料，采用深层发酵法生产柠檬酸的上海酵母厂投产成功。以薯干粉为原料、深层发酵法生产柠檬酸，形成了我国生产柠檬酸的一大特色。1990年，上海市工业微生物研究所完成国家七五攻关项目筛选出860菌种，发酵产酸达

4、20%，处于世界领先水平。我国柠檬酸行业从产量上位居世界第一，从技术上，在国际上也处于领先水平，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，淀粉原料被液化后，即可进行发酵，不需将淀粉水解成葡萄糖；②尽管采用边糖化边发酵的工艺，但发酵周期只有64h；③柠檬酸产酸速度大大高于国外水平，平均产酸率是国外的2倍。用处：我国柠檬酸主要消费于食品和饮料市场，其他消费领域包括医药、化妆品、洗涤剂以及工业领域。。发酵原料：几乎含淀粉和可发酵糖的农产品、农产品加工品及其副产品，某些有机化合物以及石油中的某些成分都可以采用。目前，柠檬酸生

5、产工业上使用的原料主要有以下几类：⑴淀粉质原料甘薯、木薯、马铃薯及其薯干、薯粉、淀粉及薯渣及玉米粉等。⑵粗制糖类粗蔗糖、水解糖、饴糖等。⑶制糖工业副产品糖蜜、葡萄糖母液、冰糖母液等。⑷含正烷烃（主要是10-20碳）较多的石油馏分。⑸副原料米糠、麦芽、营养盐类、消泡剂类以及各种产酸促进剂。几种深层发酵培养基配方如下（按1t培养基计）：a.蔗糖发酵培养基：蔗糖200kgNH4NO31.1kgKCl（1mol/L）MgSO4·7H2O0.25kgHCl（1mol/L）10L水加至1tb.水解糖发酵培养基：还原糖170-180kgNH4NO32

6、.5kgKH2PO40.3kgMgSO4·7H2O0.25kgpH3.5加水至1tc.糖蜜发酵培养基：处理后的糖蜜含糖250g/L左右，pH6.8-7.0d.薯干发酵培养基：薯干粉220kg-280kg液化后加水至1t，pH自然发酵微生物：能够产生柠檬酸的微生物有很多，在石油原料发酵中主要使用酵母菌，特别是解脂假丝酵母和涎沫假丝酵母，但在工业生产上，以糖质或淀粉质原料直接发酵的主要是曲霉属，有黑曲霉、泡盛酒曲霉、米曲霉、灰绿曲霉最为重要，特别是黑曲霉。微生物的育种：（1）为提高葡萄糖进入细胞的代谢活力，进一步增强EMP的代谢流，采用60

7、Coγ射线或EMS等诱变剂诱变育种（致死率为70%-80%）。通过高糖（蔗糖）14%的培养基平板筛选分离出比原株生长更好的突变株，有可能获得己糖激酶和6-磷酸果糖激酶活性更高的菌株；在纤维二糖培养基的平板筛选具有2-脱氢葡萄糖抗性的突变株，有可能获得以淀粉为原料的高产柠檬酸突变株；亦可进一步选育抗金属锰离子、锌离子能力强的突变株。（2）为降低副产物有机酸如葡萄糖酸和草酸的能力，采用基因工程的手段，构建葡萄糖氧化酶和草酰乙酸水解酶丧失的工程菌。生物合成途径：普遍认为柠檬酸糖质原料发酵是经EMP途径、丙酮酸羧化和三羧酸循环而形成的。1954

8、年，Shu提出葡萄糖80%经EMP途径代谢。虽然也存在HMP酶系，但HMP途径主要在孢子阶段活跃，应为它提供了核酸合成等所需的前体物质。Shu的研究表明约有40%的柠檬酸是通过柠檬酸循环中的二羧酸形成的。C