第四部分 醋酸發(fā)酵工藝學(xué).ppt

第四部分醋酸發(fā)酵工藝學(xué)第一章緒論,醋酸：又名乙酸，結(jié)構(gòu)式CH3COOH英文名：aceticacid&acetate&vinegar醋酸是微生物的一個(gè)代謝終產(chǎn)物。,第一章緒論第一節(jié)醋酸生產(chǎn)簡(jiǎn)史,醋酸發(fā)酵最早起源于食醋發(fā)酵，而食醋發(fā)酵是釀酒受到污染的結(jié)果。1823年，舒來巴赫發(fā)明了快速制醋法。二十世紀(jì)五十年代，德國(guó)人對(duì)液態(tài)深層發(fā)酵醋酸做了初步研究。二十世紀(jì)六十年代以來，細(xì)胞固定化和酶固定化發(fā)酵醋酸技術(shù)得到了深入研究。,第一節(jié)醋酸生產(chǎn)簡(jiǎn)史,上世紀(jì)末，熱醋酸梭菌發(fā)酵醋酸的研究又活躍起來。2009年，最大的醋酸生產(chǎn)國(guó)美國(guó)的產(chǎn)量為340萬噸，其國(guó)內(nèi)需求量247.5萬噸。主要的生產(chǎn)企業(yè)Celanese、千代田等。國(guó)內(nèi)2009年產(chǎn)量為170萬噸。,第一節(jié)醋酸生產(chǎn)簡(jiǎn)史,2008年食醋的產(chǎn)量不完全統(tǒng)計(jì)，美國(guó)210萬噸，日本270萬噸，我國(guó)250萬噸。國(guó)內(nèi)較有特點(diǎn)的產(chǎn)品：山西陳醋、鎮(zhèn)江香醋、上海米醋、北京熏醋、福建紅曲老醋等。,第二節(jié)醋酸的用途,一、食品工業(yè)1、食醋2、果醋飲料二、化學(xué)工業(yè)1、醋酸乙烯酯單體(VAM)：合成樹脂、纖維、橡膠、油漆等2、精對(duì)苯二甲酸(PTA）：合成樹脂、合成纖維、增塑劑,第二章醋酸發(fā)酵機(jī)制,一、醋桿菌發(fā)酵酒精成醋酸1、途徑：CH3CH2OHCH3CHOCH3COOH2、關(guān)鍵酶：乙醇脫氫酶或乙醇氧化酶、乙醛脫氫酶3、理論產(chǎn)率2CH3CH2OH+O2+2NADP2CH3COOH+2NADPH+2H+60/46100%130,第二章醋酸發(fā)酵機(jī)制,二、熱醋酸梭菌發(fā)酵葡萄糖成醋酸1、途徑2、理論產(chǎn)率：C6H12O6+2H2O2CH3COOH+2CO2+8H+2CO2+8H+2CH3COOH+2H2O360/180100%=100%,第三章醋酸發(fā)酵微生物,一、醋桿菌1、形態(tài)：橢圓或桿狀，直或微彎。2、生理：無芽孢、G、嚴(yán)格好氧。3、營(yíng)養(yǎng)條件：可利用葡萄糖、果糖、甘油、乳酸、乙醇，不能利用乳糖、糊精、淀粉。,第三章醋酸發(fā)酵微生物,二、熱醋酸梭菌1、形態(tài)：臘腸形，有鞭毛。2、生理：產(chǎn)芽孢，G、嚴(yán)格厭氧，耐高溫3、生理?xiàng)l件：可利用葡萄糖、果糖、木糖、半乳糖，不利用糊精和淀粉。,第四章醋酸發(fā)酵工藝第一節(jié)食醋發(fā)酵工藝,一、固態(tài)發(fā)酵工藝1、煮料發(fā)酵法制醋流程：淀粉原料拌料蒸煮冷卻加麩曲糖化劑和酵母液加醋酸菌液入缸糖化并酒精發(fā)酵（稀態(tài)）加谷殼醋酸發(fā)酵（固態(tài)）下鹽后熟淋醋陳釀滅菌包裝,第一節(jié)食醋發(fā)酵工藝,2、特點(diǎn)由于采用多菌群發(fā)酵和制曲以及陳釀，多產(chǎn)食醋香氣濃郁、口味醇厚、色澤鮮亮；輔料多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，原料利用率低，周期廠。,第一節(jié)食醋發(fā)酵工藝,二、液態(tài)發(fā)酵工藝將含有酒精的稀溶液，自上而下流過填料塔，填充材料上附著大量醋酸菌，空氣則反向流通，使酒精很快氧化成醋酸。1、淋醋工藝（速釀法）流程：調(diào)漿液化糖化酒精發(fā)酵裝填料醋酸發(fā)酵（淋澆）滅菌成品,第一節(jié)食醋發(fā)酵工藝,特點(diǎn)：醋酸發(fā)酵周期短，避免了繁重的體力勞動(dòng)，原料利用率較高；產(chǎn)品味道單一，常常由于載體分布不均勻造成供氧供料的不均勻，影響質(zhì)量。,第一節(jié)食醋發(fā)酵工藝,2、液態(tài)深層發(fā)酵工藝液態(tài)深層釀醋技術(shù)是采用強(qiáng)制通風(fēng)和控制溫度的方法，短時(shí)間內(nèi)將發(fā)酵酒液及經(jīng)擴(kuò)培的醋酸菌借助無菌空氣或自吸空氣的氣流充分?jǐn)嚢杌旌?，加大了氣液混合面積，從而進(jìn)行全面的酒精氧化生成質(zhì)量一致的高酸度食醋的工藝。,第一節(jié)食醋發(fā)酵工藝,流程：淀粉原料調(diào)漿液化冷卻麩曲糖化滅菌酒精發(fā)酵醋酸發(fā)酵滅菌成品特點(diǎn)：原料利用率高，生產(chǎn)周期短，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的機(jī)械化和管道化，生產(chǎn)效率高；產(chǎn)品風(fēng)味比固態(tài)發(fā)酵略差。,第二節(jié)醋酸的固定化細(xì)胞發(fā)酵,一、什么是固定化細(xì)胞發(fā)酵利用吸附、包埋等方式把微生物細(xì)胞固定在載體上的技術(shù)稱為固定化技術(shù)，利用固定化細(xì)胞來進(jìn)行的發(fā)酵就稱為固定化細(xì)胞發(fā)酵。根據(jù)固定后的細(xì)胞在發(fā)酵中是否隨發(fā)酵液流動(dòng)可以把固定化細(xì)胞發(fā)酵分為：固膜式發(fā)酵流化式發(fā)酵,第二節(jié)醋酸的固定化細(xì)胞發(fā)酵,固定化的優(yōu)點(diǎn)：細(xì)胞不隨發(fā)酵液流失或少流失，單位體積細(xì)胞數(shù)量大，生產(chǎn)能力高，轉(zhuǎn)化率高。許多微生物固定后性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)環(huán)境變化的抗性增加，可時(shí)間使用。,第二節(jié)醋酸的固定化細(xì)胞發(fā)酵,二、固定方法1、纖維固定法：利用聚丙烯纖維作載體。固定原理：利用細(xì)胞表面的脂質(zhì)成分與聚丙烯纖維的親和作用特點(diǎn)：不需要任何化學(xué)試劑，但細(xì)胞易脫落，不適于流化發(fā)酵。,第二節(jié)醋酸的固定化細(xì)胞發(fā)酵,2、中空纖維固定法：中空纖維是空心的纖維，纖維壁相當(dāng)于半透膜。固定原理：利用毛吸現(xiàn)象將細(xì)胞吸入空心內(nèi)，然后兩頭封堵即可。特點(diǎn)：不需試劑，但需控制細(xì)胞生長(zhǎng)量，不適于流化發(fā)酵。,第二節(jié)醋酸的固定化細(xì)胞發(fā)酵,3、卡拉膠固定法：它形成的凝膠珠具有良好的底物通透性，可以讓細(xì)胞在內(nèi)生長(zhǎng)。固定原理：利用凝膠包埋住細(xì)胞特點(diǎn)：載體機(jī)械強(qiáng)度高，使用流化發(fā)酵；細(xì)胞需氧量極大，現(xiàn)有設(shè)備難以滿足。,第二節(jié)醋酸的固定化細(xì)胞發(fā)酵,4、其它固定法微管陶瓷固定法：表面吸附水合氧化鈦固定法：引起醋酸細(xì)胞凝聚,第五部分其他有機(jī)酸第一章葡糖酸生產(chǎn),一、概念又名：葡萄糖醛酸葡萄糖酸是一種有機(jī)弱酸，分子量196，具有旋光性，易溶于水。英文名：glucoronicacid結(jié)構(gòu)式,第五部分其他有機(jī)酸第一章葡糖酸生產(chǎn),二、歷史、1880年，Boutroux發(fā)現(xiàn)醋化醋桿菌氧化葡萄糖成葡糖酸的現(xiàn)象.2、二十世紀(jì)三十年代以前，主要以細(xì)菌發(fā)酵生產(chǎn)葡糖酸。1922年，Molliard發(fā)現(xiàn)霉菌產(chǎn)生葡萄糖的現(xiàn)象。1952年，Blom等發(fā)明了流加NaOH維持pH生產(chǎn)葡糖酸，使生產(chǎn)周期大大縮短。,第五部分其他有機(jī)酸第一章葡糖酸生產(chǎn),上世紀(jì)50年代后，研究酶法氧化葡萄糖生產(chǎn)葡糖酸。我國(guó)在1955年由上海工業(yè)試驗(yàn)所篩選出黑曲霉87，實(shí)現(xiàn)了葡糖酸的工業(yè)化生產(chǎn)。,第五部分其他有機(jī)酸第一章葡糖酸生產(chǎn),三、用途1、洗滌劑：葡糖酸鈉廣泛用于食品工業(yè)清洗容器。2、營(yíng)養(yǎng)劑：葡糖酸鈣、葡糖酸鐵。3、凝固劑：葡糖酸-內(nèi)酯可用生產(chǎn)內(nèi)酯豆腐。4、除鐵劑,第五部分其他有機(jī)酸第一章葡糖酸生產(chǎn),四、發(fā)酵機(jī)理,葡萄糖,葡糖氧化酶,葡萄糖-內(nèi)酯,葡萄糖,理論產(chǎn)率：108.8%,第五部分其他有機(jī)酸第一章葡糖酸生產(chǎn),五、葡糖酸發(fā)酵微生物除醋酸菌（葡糖酸桿菌）、黑曲霉外，多種青霉菌、假單胞菌、莫拉氏菌、四鏈球菌、微球菌、擬內(nèi)孢霉都可產(chǎn)生葡糖酸。1、葡糖酸桿菌假單孢菌科，葡糖酸桿菌屬（Gluconobacter）或葡糖酸醋桿菌屬Gluconoacetobacter，醋酸葡糖酸桿菌屬Acetogluconobacter）。,第五部分其他有機(jī)酸第一章葡糖酸生產(chǎn),形態(tài)：橢圓，桿狀，單個(gè)或成對(duì)、成鏈排列，有鞭毛（18根），無芽孢，G專性好氧，最適合溫度2530，pH5.56.0。六、發(fā)酵工藝真菌鈉鹽發(fā)酵工藝：一次性投糖，糖濃度高，發(fā)酵速度快，產(chǎn)品易提取。,第五部分其他有機(jī)酸第一章葡糖酸生產(chǎn),真菌鈣鹽發(fā)酵工藝：糖濃度低，補(bǔ)料發(fā)酵，用于直接生產(chǎn)醫(yī)用鈣鹽。細(xì)菌發(fā)酵工藝：不如真菌發(fā)酵，但可用于紅茶菌飲料發(fā)酵。,第五部分其他有機(jī)酸第一章衣康酸生產(chǎn),一、概念又稱甲叉丁二酸，甲叉琥珀酸。英文名：itaconicacid,第五部分其他有機(jī)酸第一章衣康酸生產(chǎn),二、歷史年，發(fā)現(xiàn)了衣康酸年，木下廣野發(fā)現(xiàn)了衣康酸霉菌的產(chǎn)酸能力后來，發(fā)酵了土曲霉具有產(chǎn)酸能力年，等實(shí)現(xiàn)了衣康酸的液態(tài)深層發(fā)酵,第五部分其他有機(jī)酸第一章衣康酸生產(chǎn),三、用途合成塑料，合成纖維，橡膠，樹脂生產(chǎn)高強(qiáng)度玻璃涂料牙科黏合劑,第五部分其他有機(jī)酸第一章衣康酸生產(chǎn),四、衣康酸的合成機(jī)理1、,葡萄糖,EMP,丙酮酸,草酰乙酸,檸檬酸,烏頭酸,衣康酸,烏頭酸脫羧酶,第五部分其他有機(jī)酸第一章衣康酸生產(chǎn),2、,琥珀酸,乙酸,三羧酸,烏頭酸,衣康酸,途徑一可能是優(yōu)勢(shì)途徑,第五部分其他有機(jī)酸第一章衣康酸生產(chǎn),五、生產(chǎn)菌土曲霉（Aspergillusterreus)衣康