生物化工產(chǎn)品的開發(fā)及生產(chǎn)技術(shù)

1、會(huì)計(jì)學(xué)1生物化工產(chǎn)品的開發(fā)及生產(chǎn)技術(shù)生物化工產(chǎn)品的開發(fā)及生產(chǎn)技術(shù)第一節(jié)第一節(jié) 有機(jī)酸有機(jī)酸一、重要的有機(jī)酸一、重要的有機(jī)酸檸檬酸的消費(fèi)領(lǐng)域： 飲料行業(yè)占4045 食品添加劑等占1520 洗滌劑占2030 醫(yī)藥占5 其它占102 2、乳酸、乳酸聚乳酸牽頭發(fā)展聚乳酸牽頭發(fā)展3 3、蘋果酸、蘋果酸生產(chǎn)成本較高生產(chǎn)成本較高葡糖酸是唯一具有促進(jìn)雙歧桿菌等“益生菌”生長(zhǎng)作用的有機(jī)酸。蜂蜜、釀造醋等產(chǎn)品均含有一定量的天然葡糖酸。酸味為檸檬酸的1/3。葡糖酸作為食品和醫(yī)藥原料(如用于生產(chǎn)“葡糖酸鈣)的用量正在逐年上升。 4 4、葡糖酸、葡糖酸有保健新用途有保健新用途 全球葡糖酸的產(chǎn)銷量約在2萬噸左右，其中90

2、%用于食品加工(如作為豆腐凝固劑)，用于醫(yī)藥的僅占1成。主要產(chǎn)品葡萄糖酸、葡萄糖酸鈣、葡萄糖酸內(nèi)酯,其次，葡萄糖酸的鈣、鈉、銨、葡萄糖酸的鈣、鈉、銨、鐵等鹽類廣泛地用于醫(yī)藥、食品、紡織、皮革等鐵等鹽類廣泛地用于醫(yī)藥、食品、紡織、皮革等工業(yè)上工業(yè)上。 主要來源是葡萄酒生產(chǎn)廠。酒石酸在食品工業(yè)中應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如檸檬酸那樣廣泛，但它卻是醫(yī)藥工業(yè)的重要原料。許多難溶藥物均可加工成為水溶性極佳的酒石酸鹽(如經(jīng)典藥物“酒石酸銻鉀”)。歐洲各大葡萄酒廠是世界最大的酒石酸生產(chǎn)基地，全球80%的酒石酸產(chǎn)自歐洲 。發(fā)酵法生產(chǎn)酒石酸仍在研究中。5 5、酒石酸、酒石酸八成產(chǎn)自歐洲八成產(chǎn)自歐洲琥珀酸在食品工業(yè)中應(yīng)用較少，也

3、屬醫(yī)藥工業(yè)的常用原料之一。主要用于生產(chǎn)難溶藥物的水溶性鹽琥珀酸鹽。全球琥珀酸總產(chǎn)銷量約在1萬-2萬噸左右。我國的琥珀酸生產(chǎn)仍以化學(xué)合成為主。未見發(fā)酵法生產(chǎn)琥珀酸的報(bào)道。6 6、琥珀酸、琥珀酸產(chǎn)量不大產(chǎn)量不大 重要的化工原料，主要用于晴綸化纖、樹脂、橡膠、涂料、造紙、制藥、農(nóng)藥、輕工、食品等領(lǐng)域（合成樹脂或在工業(yè)上用作除垢劑等合成樹脂或在工業(yè)上用作除垢劑等）。世界年需衣康酸56萬噸。主要生產(chǎn)國美國、日本、俄羅斯。我國以發(fā)酵法生產(chǎn)衣康酸，年產(chǎn)量5000t。大部分內(nèi)銷。因技術(shù)存在問題，產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)。外銷困難。7 7、衣康酸、衣康酸性。HOOCCH2CHOHCOOHCH2COOH(一)、概述（1 1

4、）食品方面：檸檬酸被稱為第一食用酸味劑）食品方面：檸檬酸被稱為第一食用酸味劑飲料不僅賦予飲料水果風(fēng)味，而且具有增溶、緩沖、抗氧化等作用，能是飲料中的糖、香精、色素等成分交融協(xié)調(diào)果醬和果凍，釀造酒，冰激淋和人造奶油（增加乳化穩(wěn)定性）、腌制品（除腥去臭、抗氧化）、罐頭食品、豆制品和調(diào)味品 n1784年;由Scheels氏發(fā)現(xiàn)檸檬酸 1893年至1917年：青霉菌生產(chǎn)（德國微生物學(xué)者 Wehmer首先用青霉菌生產(chǎn)檸檬酸）；1917年至1938年：黑曲霉，淺盤發(fā)酵，奠定了大 規(guī)模生產(chǎn)的基礎(chǔ)；1938年至1951年：深層發(fā)酵，用糖蜜為原料（1951年 美國Miles公司首先采用深層發(fā)酵法）。2 2、國外

5、檸檬酸發(fā)酵技術(shù)發(fā)展的三個(gè)歷史時(shí)期、國外檸檬酸發(fā)酵技術(shù)發(fā)展的三個(gè)歷史時(shí)期我國在20世紀(jì)40年代初開始淺盤發(fā)酵；60年代末開始深層發(fā)酵（先為薯干原料，后發(fā)展到精淀粉或糖蜜原料）；1970年開始進(jìn)行石油為原料發(fā)酵檸檬酸(C1022鏈烷烴等）目前，我國檸檬酸生產(chǎn)廠已過百家，年生產(chǎn)能力達(dá)80多萬噸，居世界第一位。 淀粉質(zhì)原料或糖質(zhì)原料： 黑曲霉（ Aspergillus niger ） 正烷烴為原料：解脂假絲酵母（Candida lipolytica ）熱帶假絲酵母（C. tropicalis ） 對(duì)于典型的好氧發(fā)酵，工業(yè)上的生產(chǎn)方法： -液體表面發(fā)酵法 -固態(tài)發(fā)酵法 -液態(tài)深層發(fā)酵法 利用液體中的溶解

6、氧利用氣相中的氧( (四四) )、檸檬酸的靜止淺盤發(fā)酵工藝、檸檬酸的靜止淺盤發(fā)酵工藝2 2、淺盤發(fā)酵設(shè)備、淺盤發(fā)酵設(shè)備n發(fā)酵盤：材質(zhì)，以不銹鋼為佳。規(guī)格4m1.2m0.15m。其次還有鐵盤、鋁盤、耐酸塑料盤。n發(fā)酵盤經(jīng)常受到酸液、高溫蒸汽、甲醛、微生物的侵蝕，所以材料和涂料要求嚴(yán)格。n為了防止蒸發(fā)過快和天花板冷凝水滴入盤中，每個(gè)發(fā)酵盤上有一盤罩4 4、菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)、菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)5 5、干孢子制備工藝流程：、干孢子制備工藝流程：一級(jí)發(fā)酵用種子質(zhì)量鑒定培養(yǎng)器液態(tài)培養(yǎng)3235干孢子收集干燥4050無菌空氣成品保藏使用前檢查斜面培養(yǎng)30原菌種三角瓶培養(yǎng)3二級(jí)三級(jí)（總發(fā)酵時(shí)間：89天）pHpH值值3

7、 34.54.5攪拌煮沸攪拌煮沸151530min30min靜止靜止4h4h取上清取上清加等體積沸水，加等體積沸水，糖蜜質(zhì)量糖蜜質(zhì)量1%1%生石灰生石灰糖蜜原料糖蜜原料硫酸或硫酸鈉硫酸或硫酸鈉糖蜜濃度糖蜜濃度121216%16%（以蔗糖計(jì)（以蔗糖計(jì)） 冷卻至冷卻至60607070加營(yíng)養(yǎng)鹽加營(yíng)養(yǎng)鹽和抗菌劑和抗菌劑 入室裝盤入室裝盤（404045 45 液層深液層深8 82020 ） 冷卻至冷卻至3535接種接種 黑曲霉干孢子黑曲霉干孢子（100mg/m100mg/m2 2表面積）表面積） 通風(fēng)培養(yǎng)通風(fēng)培養(yǎng)（3535，3 3天天） 控溫發(fā)酵至結(jié)束控溫發(fā)酵至結(jié)束262628 28 ，pH2.5pH2

8、.5最大通風(fēng)量最大通風(fēng)量(15(1518m18m3 3/m/m2 2h h，濕度濕度75%75%以上以上) ) 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備 淀粉質(zhì)原料是發(fā)酵工業(yè)常用的原料，大多數(shù)發(fā)酵生產(chǎn)菌不能直接利用或僅微弱利用淀粉，因此淀粉質(zhì)原料必須轉(zhuǎn)化為葡萄糖等可發(fā)酵性糖，才能被生產(chǎn)菌利用。工業(yè)生產(chǎn)將淀粉水解為葡萄糖的過程稱為淀粉的糖化，所制得的糖液稱為淀粉水解糖2 2 培養(yǎng)基培養(yǎng)基生理酸性氮:（NH4)2SO4, （NH4)3PO4 （NH4)2HPO4 （NH4)Cl （NH4)2CO3生理堿性氮:NaNO3, KNO3 LiNO3 CaNO3 有機(jī)氮:麩皮、米糠、蛋白胨、氨基酸、尿素等。氮源：

9、檸檬酸發(fā)酵中的氮源有氮源是黑曲霉合成細(xì)胞物質(zhì)和代謝調(diào)節(jié)的重要物質(zhì)，特別是細(xì)胞中銨離子濃度的升高，能解除ATP和檸檬酸對(duì)磷酸果糖激酶的反饋抑制，有利于檸檬酸的生成與積累。在檸檬酸生產(chǎn)中，黑曲霉偏好生理酸性氮如（NH4)2SO4 ，酸性氮中的銨離子被利用后，使培養(yǎng)基變酸，可以使發(fā)酵中的黑曲霉生長(zhǎng)階段結(jié)束，轉(zhuǎn)入產(chǎn)酸階段，pH下降到較低水平有利于檸檬酸的積累，所以銨鹽即可以調(diào)節(jié)代謝，也可以控制pH。無機(jī)鹽：無機(jī)鹽是黑曲霉生長(zhǎng)和檸檬酸發(fā)酵不可缺少的物質(zhì)，具有構(gòu)成菌體，促進(jìn)代謝，促進(jìn)產(chǎn)酸的作用。我國采用誘變方法改良的菌株耐金屬離子，原料與水可不經(jīng)處理用于發(fā)酵。采用薯干粉、馬鈴薯、木薯和糖蜜原料發(fā)酵，其中P

10、、K、Mg、S已夠黑曲霉生長(zhǎng)，不需專門添加。黑曲霉對(duì)無機(jī)鹽及微量元素的要求種子質(zhì)量要求：種子質(zhì)量要求：原始菌種實(shí)罐滅菌預(yù)處理培養(yǎng)基配制原料實(shí)罐液化粉碎無菌空氣麩曲菌種空氣凈化系統(tǒng)空壓機(jī)種子罐試管斜面環(huán)境空氣過濾發(fā)酵連消發(fā)酵成熟醪去檸檬酸提取工段代表菌種：Co827、-130、T419三級(jí)過濾三級(jí)過濾 黑曲霉黑曲霉 原料原料,配料配料 滅菌滅菌空氣無菌空氣無菌空氣檸檬酸（鹽）檸檬酸（鹽）無菌空氣制備和有氧發(fā)酵系統(tǒng)（氣升式發(fā)酵罐）溫度控制黑曲霉屬嗜熱菌，最適生長(zhǎng)溫度3337，生產(chǎn)中溫度控制在351。若采用孢子接種，在孢子發(fā)芽和菌球體形成階段，可采用40高溫培養(yǎng)，促進(jìn)其發(fā)育，進(jìn)入產(chǎn)酸期再降到35左右

11、。pH控制黑曲霉檸檬酸生產(chǎn)菌發(fā)育適宜pH37。一般在生產(chǎn)中，在菌種生長(zhǎng)期，pH維持在4.5(有利于糖化）。而檸檬酸積累時(shí)，即產(chǎn)酸期最適pH2.0-3.0。pH3.0以上易產(chǎn)生草酸。采用薯干發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸，初始pH不調(diào)節(jié)，為自然pH。由于菌體生長(zhǎng)過程中呼吸作用，消耗大量的氧氣，特別當(dāng)菌體生長(zhǎng)接近最大值時(shí)(2024h)即旺盛的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期時(shí)，其需氧達(dá)到最高蜂，其后(一般2430h)菌體生長(zhǎng)緩慢，進(jìn)入產(chǎn)酸期，氧的消耗率立即降低到一個(gè)較低的水平，并一直持續(xù)到發(fā)酵終了。發(fā)酵醪精濾凈化液復(fù)濾過濾陽離子交換拄調(diào)漿粗檸檬酸液預(yù)熱鈣鹽離子交換工藝流程鈣鹽離子交換工藝流程活性碳粒濾液酸解蒸發(fā)結(jié)晶離心陰離子交換拄預(yù)處理復(fù)濾過濾洗鈣中和過濾濕晶包裝干燥筒倉篩分入庫成品菌渣 濃有機(jī)廢水 淡有機(jī)廢水 濕石膏渣加熱90CaCO390H2SO4等外品洗晶水母液70二二 乳酸發(fā)酵乳酸發(fā)酵L - L - 1 1、常規(guī)誘變育種、常規(guī)誘變育種育種實(shí)驗(yàn)方案流程