醋酸發(fā)酵工藝學(xué)PPT課件

1、第一章第一章 緒論緒論第一節(jié)第一節(jié) 醋酸生產(chǎn)簡史醋酸生產(chǎn)簡史 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，德國人對液態(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1頁/共43頁第一節(jié)第一節(jié) 醋酸生產(chǎn)簡史醋酸生產(chǎn)簡史 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)國美國的產(chǎn)量為340萬噸，其國內(nèi)需求量247.5萬噸。 主要的生產(chǎn)企業(yè)Celanese、千代田等。 國內(nèi)2009年產(chǎn)量為170萬噸。第2頁/共43頁第一節(jié)第一節(jié) 醋酸生產(chǎn)簡史醋酸

2、生產(chǎn)簡史 2008年食醋的產(chǎn)量不完全統(tǒng)計，美國210萬噸，日本270萬噸，我國250萬噸。 國內(nèi)較有特點的產(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3頁/共43頁第二節(jié)第二節(jié) 醋酸的用途醋酸的用途 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、精對苯二甲酸(PTA）：合成樹脂、合成纖維、增塑劑第4頁/共43頁第二章第二章 醋酸發(fā)酵機制醋酸發(fā)酵機制 一、醋桿菌發(fā)酵酒精成醋酸 1、途徑：CH3CH2OHCH3CHOCH3COOH 2、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 2CH3CH2O

3、H+O2+2NADP 2CH3COOH+2NADPH+2H+ 60/46100%130第5頁/共43頁第二章第二章 醋酸發(fā)酵機制醋酸發(fā)酵機制 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+2H2O 360/180 100%=100%第6頁/共43頁第三章第三章 醋酸發(fā)酵微生物醋酸發(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7頁/共43頁第三章第三章 醋酸發(fā)酵微生

4、物醋酸發(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、生理條件：可利用葡萄糖、果糖、木糖、半乳糖，不利用糊精和淀粉。第8頁/共43頁第四章第四章 醋酸發(fā)酵工藝醋酸發(fā)酵工藝第一節(jié)第一節(jié) 食醋發(fā)酵工藝食醋發(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9頁/共43頁第一節(jié)第一節(jié) 食醋發(fā)酵工藝食醋發(fā)酵工藝 2、特點 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，勞動強度大，難以實現(xiàn)機

5、械化，原料利用率低，周期廠。第10頁/共43頁第一節(jié)第一節(jié) 食醋發(fā)酵工藝食醋發(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11頁/共43頁第一節(jié)第一節(jié) 食醋發(fā)酵工藝食醋發(fā)酵工藝 特點：醋酸發(fā)酵周期短，避免了繁重的體力勞動，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12頁/共43頁第一節(jié)第一節(jié) 食醋發(fā)酵工藝食醋發(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)是采用強制通風(fēng)和控制溫度的方

6、法，短時間內(nèi)將發(fā)酵酒液及經(jīng)擴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13頁/共43頁第一節(jié)第一節(jié) 食醋發(fā)酵工藝食醋發(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：原料利用率高，生產(chǎn)周期短，實現(xiàn)了生產(chǎn)的機械化和管道化，生產(chǎn)效率高；產(chǎn)品風(fēng)味比固態(tài)發(fā)酵略差。第14頁/共43頁第二節(jié)第二節(jié) 醋酸的固定化細胞發(fā)酵醋酸的固定化細胞發(fā)酵 一、什么是固定化細胞發(fā)酵 利用吸附、包埋等方式把微生物細胞固定在載體上的技術(shù)稱為固定化技術(shù)，利用固定化細胞來進行的發(fā)酵就稱為固定化細胞發(fā)酵。 根據(jù)固定后的

7、細胞在發(fā)酵中是否隨發(fā)酵液流動可以把固定化細胞發(fā)酵分為： 固膜式發(fā)酵 流化式發(fā)酵第15頁/共43頁第二節(jié)第二節(jié) 醋酸的固定化細胞發(fā)酵醋酸的固定化細胞發(fā)酵 固定化的優(yōu)點： 細胞不隨發(fā)酵液流失或少流失，單位體積細胞數(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，對環(huán)境變化的抗性增加，可時間使用。第16頁/共43頁第二節(jié)第二節(jié) 醋酸的固定化細胞發(fā)酵醋酸的固定化細胞發(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：利用細胞表面的脂質(zhì)成分與聚丙烯纖維的親和作用 特點：不需要任何化學(xué)試劑，但細胞易脫落，不適于流化發(fā)酵。第17頁/共43頁第二節(jié)第二節(jié) 醋酸的固定化細胞發(fā)酵醋酸的固

8、定化細胞發(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)象將細胞吸入空心內(nèi)，然后兩頭封堵即可。 特點：不需試劑，但需控制細胞生長量，不適于流化發(fā)酵。第18頁/共43頁第二節(jié)第二節(jié) 醋酸的固定化細胞發(fā)酵醋酸的固定化細胞發(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，可以讓細胞在內(nèi)生長。 固定原理：利用凝膠包埋住細胞 特點：載體機械強度高，使用流化發(fā)酵；細胞需氧量極大，現(xiàn)有設(shè)備難以滿足。第19頁/共43頁第二節(jié)第二節(jié) 醋酸的固定化細胞發(fā)酵醋酸的固定化細胞發(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：引起醋酸細胞凝聚第20頁/

9、共43頁第五部分第五部分 其他有機酸其他有機酸第一章第一章 葡糖酸生產(chǎn)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弱酸，分子量196，具有旋光性，易溶于水。 英文名：glucoronic acid 結(jié)構(gòu)式CCOOHHCH2OHOHOHHOCCCHHHOH第21頁/共43頁第五部分第五部分 其他有機酸其他有機酸第一章第一章 葡糖酸生產(chǎn)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

10、生產(chǎn)葡糖酸，使生產(chǎn)周期大大縮短。第22頁/共43頁第五部分第五部分 其他有機酸其他有機酸第一章第一章 葡糖酸生產(chǎn)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。 我國在1955年由上海工業(yè)試驗所篩選出黑曲霉87，實現(xiàn)了葡糖酸的工業(yè)化生產(chǎn)。第23頁/共43頁第五部分第五部分 其他有機酸其他有機酸第一章第一章 葡糖酸生產(chǎn)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24頁/共43頁第五部分第五部分 其他有機酸其他有機酸第一章第一章 葡糖酸生產(chǎn)葡糖酸生產(chǎn) 四、發(fā)酵機理葡萄

11、糖葡糖氧化酶葡萄糖- -內(nèi)酯葡萄糖理論產(chǎn)率：108.8%第25頁/共43頁第五部分第五部分 其他有機酸其他有機酸第一章第一章 葡糖酸生產(chǎn)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26頁/共43頁第五部分第五部分 其他有機酸其他有機酸第一章第一章 葡糖酸生產(chǎn)葡糖酸生產(chǎn) 形態(tài)：橢圓，桿狀，單個或成對、成鏈排列，有鞭

12、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27頁/共43頁第五部分第五部分 其他有機酸其他有機酸第一章第一章 葡糖酸生產(chǎn)葡糖酸生產(chǎn) 真菌鈣鹽發(fā)酵工藝：糖濃度低，補料發(fā)酵，用于直接生產(chǎn)醫(yī)用鈣鹽。 細菌發(fā)酵工藝：不如真菌發(fā)酵，但可用于紅茶菌飲料發(fā)酵。第28頁/共43頁第五部分第五部分 其他有機酸其他有機酸第一章第一章 衣康酸生產(chǎn)衣康酸生產(chǎn) 一、概念 又稱甲叉丁二酸，甲叉琥珀酸。 英文名：itaconic acidCCH2COOHCOOHCH2第29頁/共43頁第五部分第五部分 其他有機酸

13、其他有機酸第一章第一章 衣康酸生產(chǎn)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，等實現(xiàn)了衣康酸的液態(tài)深層發(fā)酵第30頁/共43頁第五部分第五部分 其他有機酸其他有機酸第一章第一章 衣康酸生產(chǎn)衣康酸生產(chǎn) 三、用途 合成塑料，合成纖維，橡膠，樹脂 生產(chǎn)高強度玻璃 涂料 牙科黏合劑第31頁/共43頁第五部分第五部分 其他有機酸其他有機酸第一章第一章 衣康酸生產(chǎn)衣康酸生產(chǎn) 四、衣康酸的合成機理 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32頁/共43頁第五部分第五部分 其他有機酸其他有機酸第一章第一章 衣康酸生產(chǎn)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)勢途徑第33頁/共43頁第五部分第五部分 其他有機酸其他有機酸第一章第一章 衣康酸生產(chǎn)衣康酸生產(chǎn) 五、生產(chǎn)菌 土曲霉（Aspergillus terreus) 衣康酸曲霉(Aspergllus itaconicus) 分布不廣，常存在于梅干或梅醋中。察氏培養(yǎng)基上菌落呈絨狀，白色或微黃色，生出綠色孢