《食品發(fā)酵工藝》中文課件PPT,食品發(fā)酵工藝,食品,發(fā)酵,工藝,中文,課件,PPT 第二節(jié)第二節(jié) 檸檬酸檸檬酸使用最廣的酸味劑。使用最廣的酸味劑。廣泛存在于植物果實中（廣泛存在于植物果實中（柑桔類及漿果類水果，大都柑桔類及漿果類水果，大都與蘋果酸共存）。與蘋果酸共存）。對人體有益，對人體有益，廣泛用于清涼飲料，水果罐頭、糖果等。廣泛用于清涼飲料，水果罐頭、糖果等。提取不能滿足需要。提取不能滿足需要。合成法不被人們所接受。合成法不被人們所接受。發(fā)酵法生產(chǎn)的有機酸接近自然產(chǎn)物。發(fā)酵法生產(chǎn)的有機酸接近自然產(chǎn)物。檸檬酸（檸檬酸（citric acidcitric acid）學(xué)名：學(xué)名：2-2-羥基羥基-丙烷三羧酸或丙烷三羧酸或 -羥基丙三酸羥基丙三酸 分子式分子式C C6 6H H8 8O O7 7 ，分子量分子量192.13192.13 商品檸檬酸有：商品檸檬酸有：AnhydousAnhydous citric acid 36.6 citric acid 36.6 結(jié)晶析出結(jié)晶析出 Monohydrate citric acid Monohydrate citric acid 36.6 36.6 結(jié)晶析出結(jié)晶析出 一、歷史一、歷史 1893 1893年前，主要從柑橘、菠蘿和檸檬等提取。年前，主要從柑橘、菠蘿和檸檬等提取。1893 1893年后發(fā)現(xiàn)微生物（青霉）可產(chǎn)生檸檬酸。年后發(fā)現(xiàn)微生物（青霉）可產(chǎn)生檸檬酸。1913 1913年，利用黑曲霉生產(chǎn)檸檬酸年，利用黑曲霉生產(chǎn)檸檬酸。1917 1917年，美國采用表面培養(yǎng)法生產(chǎn)檸檬酸年，美國采用表面培養(yǎng)法生產(chǎn)檸檬酸。19231923年，美國建立第一家固體發(fā)酵生產(chǎn)廠家。年，美國建立第一家固體發(fā)酵生產(chǎn)廠家。1951 1951年，美國率先用深層發(fā)酵法生產(chǎn)檸檬酸年，美國率先用深層發(fā)酵法生產(chǎn)檸檬酸。我國我國6060年代末開始淺盤發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸。年代末開始淺盤發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸。1968 1968年，上海酵母廠深層發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸投產(chǎn)。年，上海酵母廠深層發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸投產(chǎn)。二、檸檬酸生產(chǎn)菌二、檸檬酸生產(chǎn)菌 青霉（青霉（PenicilliumPenicillium）、）、毛霉（毛霉（MucorMucor）、）、曲霉曲霉（AspergillusAspergillus）等。等。國內(nèi)外學(xué)者一致認為：國內(nèi)外學(xué)者一致認為：黑曲霉（黑曲霉（Aspergillus nigerAspergillus niger）是生產(chǎn)檸檬酸的是生產(chǎn)檸檬酸的最佳菌種最佳菌種。因為：因為：黑曲霉具有多種較強的酶系，邊長菌、邊糖化、黑曲霉具有多種較強的酶系，邊長菌、邊糖化、邊發(fā)酵產(chǎn)酸。邊發(fā)酵產(chǎn)酸。三、檸檬酸發(fā)酵機制及代謝調(diào)控三、檸檬酸發(fā)酵機制及代謝調(diào)控 1.1.檸檬酸生物合成途徑檸檬酸生物合成途徑 EMP EMP 乙酰乙酰CoA CoA 葡萄糖葡萄糖 丙酮酸丙酮酸 檸檬酸檸檬酸 HMPHMP 草酰乙酸草酰乙酸 氧化脫羧氧化脫羧COCO2 2固定反應(yīng)固定反應(yīng)縮合縮合 TCATCA循環(huán)與檸檬酸的形成循環(huán)與檸檬酸的形成2.2.黑曲霉檸檬酸發(fā)酵的代謝調(diào)控黑曲霉檸檬酸發(fā)酵的代謝調(diào)控（1 1）磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶是是EMPEMP途徑第一個調(diào)節(jié)酶，也是途徑第一個調(diào)節(jié)酶，也是 決定決定EMPEMP途徑代謝流量最重要的關(guān)鍵酶。途徑代謝流量最重要的關(guān)鍵酶。檸檬酸檸檬酸 NHNH4 4+且：且：NHNH4 4+能有效解能有效解受受 抑制，受抑制，受 激活，激活，除前兩者的抑制。除前兩者的抑制。ATP AMPATP AMP 高葡萄糖高葡萄糖（2 2）-酮戊二酸脫氫酶受酮戊二酸脫氫酶受 的阻遏。的阻遏。NHNH4 4+（3 3）低低pHpH下，烏頭酸酶、異檸檬酸脫氫酶受抑制。下，烏頭酸酶、異檸檬酸脫氫酶受抑制。三三高三低高三低:高底物濃度：高底物濃度：激活磷酸果糖激酶激活磷酸果糖激酶 高銨離子濃度高銨離子濃度:阻遏阻遏-酮戊二酸脫氫酶酮戊二酸脫氫酶 高通氧強度：高通氧強度：存在一條側(cè)系呼吸鏈存在一條側(cè)系呼吸鏈,正常情況下，不產(chǎn)生正常情況下，不產(chǎn)生ATPATP。缺氧導(dǎo)致不可逆失活缺氧導(dǎo)致不可逆失活,NADPHNADPH2 2改走標準呼吸鏈，產(chǎn)生改走標準呼吸鏈，產(chǎn)生ATPATP。低磷酸鹽濃度：低磷酸鹽濃度：否則否則ATPATP多。多。低低MnMn2+2+濃度：濃度：降低菌體中糖代謝轉(zhuǎn)向合成蛋白質(zhì)、核酸的降低菌體中糖代謝轉(zhuǎn)向合成蛋白質(zhì)、核酸的能力，造成能力，造成NHNH4 4+濃度升高。濃度升高。低低pHpH值：值：有利于檸檬酸積累。有利于檸檬酸積累。四、檸檬酸的生產(chǎn)工藝四、檸檬酸的生產(chǎn)工藝 黑曲霉黑曲霉（Aspergillus nigerAspergillus niger）利用淀粉利用淀粉質(zhì)原料大量積累檸檬酸。質(zhì)原料大量積累檸檬酸。工藝工藝:固體或液體深層發(fā)酵固體或液體深層發(fā)酵原料原料:薯干粉、廢糖蜜、甘蔗渣等薯干粉、廢糖蜜、甘蔗渣等 檸檬酸發(fā)酵工藝檸檬酸發(fā)酵工藝1.1.原料預(yù)處理原料預(yù)處理 淀粉的液化、糖蜜的除雜淀粉的液化、糖蜜的除雜 我國采用薯干粉發(fā)酵工藝只用液化工我國采用薯干粉發(fā)酵工藝只用液化工藝，利用黑曲霉自身能產(chǎn)生糖化酶，完成藝，利用黑曲霉自身能產(chǎn)生糖化酶，完成后續(xù)的糖化工藝。后續(xù)的糖化工藝。液化法是我國檸檬酸工藝的特色方法。液化法是我國檸檬酸工藝的特色方法。深層發(fā)酵的幾種方法深層發(fā)酵的幾種方法利用薯干粉醪液利用薯干粉醪液利用糖蜜利用糖蜜利用淀粉水解糖利用淀粉水解糖2.2.培養(yǎng)基與發(fā)酵條件培養(yǎng)基與發(fā)酵條件 提供高濃度的葡萄糖和充足的氧，提供高濃度的葡萄糖和充足的氧，而磷、錳、鐵、鋅等無機鹽處于低水平。而磷、錳、鐵、鋅等無機鹽處于低水平。接種方式：二級種子，麩曲孢子接種方式：二級種子，麩曲孢子（1 1）碳源：高糖是檸檬酸發(fā)酵的一大特征。）碳源：高糖是檸檬酸發(fā)酵的一大特征。（2 2）氮源：偏好無機氮。添加銨鹽。）氮源：偏好無機氮。添加銨鹽。（3 3）溫度：）溫度：28 28 3030C C 初期溫度稍高，有利于菌體繁殖初期溫度稍高，有利于菌體繁殖 產(chǎn)酸期后溫度稍低，有利于產(chǎn)酸產(chǎn)酸期后溫度稍低，有利于產(chǎn)酸（4 4）pH:pH:低低 pHpH（2.0 2.0 3.03.0）條件下產(chǎn)生檸檬酸條件下產(chǎn)生檸檬酸 中性中性 pH pH 條件下形成草酸條件下形成草酸 菌體生長發(fā)育菌體生長發(fā)育pH 3.0 pH 3.0 7.0 7.0（5 5）溶解氧的控制：嚴格好氧微生物，提高發(fā)酵罐溶解氧的控制：嚴格好氧微生物，提高發(fā)酵罐 內(nèi)溶氧水平可提高檸檬酸產(chǎn)量。內(nèi)溶氧水平可提高檸檬酸產(chǎn)量。五、檸檬酸的提取五、檸檬酸的提取 國內(nèi)常用的方法：鈣鹽法國內(nèi)常用的方法：鈣鹽法 1.1.發(fā)酵醪預(yù)處理：發(fā)酵醪預(yù)處理：直接加熱直接加熱 作用：作用：（1 1）殺死微生物）殺死微生物（2 2）使蛋白質(zhì)變性凝固，粘度降低，利于過濾。）使蛋白質(zhì)變性凝固，粘度降低，利于過濾。（3 3）使菌體內(nèi)檸檬酸釋放出來，提高產(chǎn)率。）使菌體內(nèi)檸檬酸釋放出來，提高產(chǎn)率。2.2.過濾：過濾：板框壓濾機板框壓濾機3.3.中和中和：檸檬酸鈣鹽：檸檬酸鈣鹽 檸檬酸鈣沉淀檸檬酸鈣沉淀4.4.酸解：酸解：檸檬酸鈣檸檬酸鈣H H2 2SOSO4 4 檸檬酸檸檬酸CaSOCaSO4 45.5.濃縮：濃縮：減壓蒸發(fā)減壓蒸發(fā)6.6.結(jié)晶：結(jié)晶：介穩(wěn)區(qū)投晶種介穩(wěn)區(qū)投晶種7.7.干燥：干燥：熱空氣干燥法熱空氣干燥法 其它幾種提取方法其它幾種提取方法離子交換離子交換電滲析電滲析萃取法萃取法第三節(jié)第三節(jié)蘋果酸蘋果酸 一、概況：一、概況：又名羥基琥鉑酸，羥基丁二酸，幾又名羥基琥鉑酸，羥基丁二酸，幾乎一切果實中都含有，以仁果類中最多。乎一切果實中都含有，以仁果類中最多。酸味較檸檬酸強酸味較檸檬酸強1.21.2 1.31.3倍倍，呈味時間也長。呈味時間也長。DL-DL-蘋果酸：蘋果酸：白色或結(jié)晶狀粉末，國外采用化學(xué)法生產(chǎn)。白色或結(jié)晶狀粉末，國外采用化學(xué)法生產(chǎn)。L-L-蘋果酸：蘋果酸：無色結(jié)晶，存在于植物或其果實中，發(fā)酵法生產(chǎn)。無色結(jié)晶，存在于植物或其果實中，發(fā)酵法生產(chǎn)。二、歷史二、歷史2020世紀世紀2020年代，發(fā)現(xiàn)某些霉菌和酵母可積累年代，發(fā)現(xiàn)某些霉菌和酵母可積累L-L-蘋果酸。蘋果酸。6060年代，英美用化學(xué)合成法生產(chǎn)年代，英美用化學(xué)合成法生產(chǎn)L-L-蘋果酸，成本高。蘋果酸，成本高。19591959年，日本利用短乳桿菌（年，日本利用短乳桿菌（lactabacilluslactabacillus brevisbrevis）產(chǎn)生的富馬酸酶催化富馬酸轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生的富馬酸酶催化富馬酸轉(zhuǎn)化為L-L-蘋果酸成功。蘋果酸成功。6060年代以來，各國爭相研制一步法從淀粉等糖質(zhì)原料年代以來，各國爭相研制一步法從淀粉等糖質(zhì)原料 生產(chǎn)蘋果酸。生產(chǎn)蘋果酸。目前，世界上蘋果酸的主要產(chǎn)地是日本。目前，世界上蘋果酸的主要產(chǎn)地是日本。三、生產(chǎn)方法三、生產(chǎn)方法 1.1.從果汁中直接抽提法從果汁中直接抽提法：經(jīng)濟上不合理經(jīng)濟上不合理 2.2.化學(xué)合成法化學(xué)合成法：產(chǎn)物是產(chǎn)物是DL-DL-蘋果酸蘋果酸 3.3.發(fā)酵法發(fā)酵法：（1 1）一步法）一步法 糖類糖類 蘋果酸蘋果酸 （2 2）二步法）二步法 根霉根霉 酵母菌、細菌酵母菌、細菌 糖類糖類 富馬酸富馬酸 蘋果酸蘋果酸 4.4.酶轉(zhuǎn)化法酶轉(zhuǎn)化法:固定化細胞固定化細胞 富馬酸鹽（化學(xué)合成）富馬酸鹽（化學(xué)合成）蘋果酸鹽蘋果酸鹽曲霉曲霉富馬酸酶富馬酸酶四、蘋果酸合成途徑四、蘋果酸合成途徑 EMPEMP 固定固定COCO2 2 淀粉淀粉 葡萄糖葡萄糖 丙酮酸丙酮酸 草酰乙酸草酰乙酸 蘋果酸脫氫酶蘋果酸脫氫酶 蘋果酸蘋果酸 證據(jù)證據(jù)（1 1）發(fā)酵依賴于）發(fā)酵依賴于CaCOCaCO3 3或其它碳酸鹽?；蚱渌妓猁}。（2 2）蘋果酸對糖的最高轉(zhuǎn)化率可達）蘋果酸對糖的最高轉(zhuǎn)化率可達128128，說明部，說明部分碳源是外源性的（不是從葡萄糖來的）。分碳源是外源性的（不是從葡萄糖來的）。CaCOCaCO3 3的的雙重作用雙重作用:（1 1）提供外源的羧基碳源）提供外源的羧基碳源（2 2）調(diào)節(jié)）調(diào)節(jié)pHpH 五、蘋果酸的提取五、蘋果酸的提取 反應(yīng)液中有殘余的富馬酸鹽和多量的蘋果酸鹽。反應(yīng)液中有殘余的富馬酸鹽和多量的蘋果酸鹽。提取原理：利用富馬酸難溶于水的性質(zhì)，在反應(yīng)提取原理：利用富馬酸難溶于水的性質(zhì)，在反應(yīng) 液中加酸使富馬酸沉淀析出。液中加酸使富馬酸沉淀析出。H H2 2SOSO4 4 過濾過濾 CaCOCaCO3 3流程：發(fā)酵液流程：發(fā)酵液 富馬酸富馬酸 濾液濾液 蘋果酸鈣蘋果酸鈣 過濾過濾 離子交換離子交換 濃縮濃縮 結(jié)晶結(jié)晶 干燥干燥 蘋果酸蘋果酸 H H2 2SOSO4 4 第四節(jié)第四節(jié) 黃原膠黃原膠 一、多糖一、多糖 1.1.概況：概況：多糖是由多個單糖或其衍生物聚合而成多糖是由多個單糖或其衍生物聚合而成的大分子化合物。的大分子化合物。高等植物高等植物 傳統(tǒng)使用的多糖來自傳統(tǒng)使用的多糖來自 藻類藻類2.2.多糖的分類多糖的分類 植物多糖植物多糖（1 1）根據(jù)多糖的來源不同）根據(jù)多糖的來源不同 動物多糖動物多糖 微生物多糖微生物多糖 （2 2）根據(jù)多糖在微生物體內(nèi)的分泌部位）根據(jù)多糖在微生物體內(nèi)的分泌部位 胞內(nèi)多糖胞內(nèi)多糖 細胞壁多糖細胞壁多糖 胞外多糖胞外多糖二、黃單胞菌多糖二、黃單胞菌多糖 又稱黃原膠，漢生膠，是微生物多糖又稱黃原膠，漢生膠，是微生物多糖中產(chǎn)量最大的一種。中產(chǎn)量最大的一種。最早由美國依利諾斯州的皮奧里爾實最早由美國依利諾斯州的皮奧里爾實驗室于驗室于19621962年發(fā)現(xiàn)，年發(fā)現(xiàn)，19641964年實現(xiàn)工業(yè)化生年實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，在美國的生產(chǎn)規(guī)模僅次于抗生素和溶產(chǎn)，在美國的生產(chǎn)規(guī)模僅次于抗生素和溶劑，列第三位。劑，列第三位。1.1.黃原膠的結(jié)構(gòu)特征黃原膠的結(jié)構(gòu)特征2.2.1975 1975年闡明，由年闡明，由5 5分子糖為一單元，分子糖為一單元，并由相同的單元聚合而成的高分子多糖物并由相同的單元聚合而成的高分子多糖物質(zhì)，即質(zhì)，即“五糖重復(fù)單元五糖重復(fù)單元”聚合而成。聚合而成。3.3.D-D-葡萄糖：葡萄糖：D-D-甘露糖：甘露糖：D-D-葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸4.4.2 2 ：2 2 ：1 12.2.黃原膠的性質(zhì)黃原膠的性質(zhì)（1 1）典型的流變特性）典型的流變特性（2 2）低濃度時的高粘性）低濃度時的高粘性（3 3）耐熱、耐酸堿性）耐熱、耐酸堿性（4 4）相容性及溶解性）相容性及溶解性（5 5）分散性及保水性）分散性及保水性3.3.黃原膠的用途黃原膠的用途（1 1）能源開發(fā)）能源開發(fā)（2 2）食品工業(yè)）食品工業(yè)（3 3）其它工業(yè)）其它工業(yè)三、黃原膠的生產(chǎn)三、黃原膠的生產(chǎn) 1.1.菌種菌種 引起甘藍黑腐病的病原細菌引起甘藍黑腐病的病原細菌野油菜野油菜黃單胞菌（黃單胞菌（Xanthomonas campestrisXanthomonas campestris）。）。桿狀，桿狀，G G，產(chǎn)莢膜。產(chǎn)莢膜。平板：黃色粘稠菌落，液體培養(yǎng)形成粘稠狀膠狀物。平板：黃色粘稠菌落，液體培養(yǎng)形成粘稠狀膠狀物。2.2.培養(yǎng)基培養(yǎng)基（1 1）碳源：葡萄糖）碳源：葡萄糖(國外國外),),淀粉淀粉(國內(nèi)國內(nèi))。（2 2）氮源：易利用有機氮（魚粉和豆粉），）氮源：易利用有機氮（魚粉和豆粉），不易利用無機氮。不易利用無機氮。（3 3）無機鹽：）無機鹽：K K2 2HPOHPO4 4、MgSOMgSO4 4.7H.7H2 2O O、輕質(zhì)輕質(zhì) CaCOCaCO3 3對發(fā)酵有明顯的促進作用。對發(fā)酵有明顯的促進作用。3.3.培養(yǎng)條件培養(yǎng)條件 溫度：溫度：2525 2828 pH:6.5pH:6.5 7.07.0 周期：周期：7272 9696h h 高粘度發(fā)酵液影響供氧，解決方法：高粘度發(fā)酵液影響供氧，解決方法：提高攪拌轉(zhuǎn)速提高攪拌轉(zhuǎn)速a.a.改進發(fā)酵設(shè)備，提高供氧能力改進發(fā)酵設(shè)備，提高供氧能力 提高通氣速率提高通氣速率b.b.限制細胞濃度，控制氧的需求量限制細胞濃度，控制氧的需求量補料分批補料分批 培養(yǎng)（后期流加糖）。培養(yǎng)（后期流加糖）。四、黃原膠的提取四、黃原膠的提取 主要方法：沉淀法主要方法：沉淀法 1.1.有機溶劑沉淀法有機溶劑沉淀法發(fā)酵液乙醇發(fā)酵液乙醇 黃原膠沉淀（工業(yè)級黃原膠）黃原膠沉淀（工業(yè)級黃原膠）離心除菌體，多次用酒精沉淀、洗滌，得食品離心除菌體，多次用酒精沉淀、洗滌，得食品級黃原膠。級黃原膠。2.2.鈣鹽工業(yè)酒精沉淀法鈣鹽工業(yè)酒精沉淀法 酸性乙醇酸性乙醇黃原膠黃原膠CaClCaCl2 2 黃原膠鈣沉淀黃原膠鈣沉淀 黃原膠黃原膠CaCa2+2+特點：特點：有機溶劑用量減少一半，但在成品中帶入了鈣離子。有機溶劑用量減少一半，但在成品中帶入了鈣離子。五、工藝流程五、工藝流程斜面種子斜面種子 一級種子一級種子 二級種子二級種子 罐發(fā)酵罐發(fā)酵 提取提取 離心離心 烘干烘干 磨碎磨碎 過篩過篩 產(chǎn)品產(chǎn)品