乳酸發(fā)酵工藝

1、乳酸發(fā)酵代謝及調(diào)控乳酸是公認的三大有機酸之一,是一種用途廣泛的三碳化合物，具有悠久的應(yīng)用歷史。前言目錄乳酸的性質(zhì)及用途Contents1乳酸發(fā)酵的代謝及調(diào)控2米根霉發(fā)酵產(chǎn)L-乳酸的代謝調(diào)控研究3乳酸的性質(zhì)及用途1乳酸學(xué)名是-羥基丙酸，分子式為CH3CH(OH)COOH,分子量為90.08Da。純品為粘稠狀液體、微黃色、澄明、無嗅、味微酸、有較強吸濕性，可以與水、酒精和乙醚以任意比例混合。乳酸分子結(jié)構(gòu)中含有不對稱碳原子，具有旋光性，分為L-乳酸、D-乳酸和DL-乳酸，而人體內(nèi)只含有L-乳酸脫氫酶導(dǎo)致僅能消化利用L-乳酸。因此L-乳酸的用途較廣，DL-乳酸只做工業(yè)用途，D-乳酸已基本不生產(chǎn)。乳酸的

2、理化性質(zhì)乳酸的結(jié)構(gòu)式乳酸具有很強的防腐保鮮功效在釀造啤酒時，加入適量乳酸既能調(diào)整pH值促進糖化，又利于酵母發(fā)酵，提高啤酒質(zhì)量，又能增加啤酒風(fēng)味，延長保質(zhì)期。天然乳酸是乳制品中的天然固有成分，它有著乳制品的口味和良好的抗微生物作用，已廣泛用于調(diào)配酸奶奶酪、冰淇淋等食品中，成為備受青睞的乳制品酸味劑。調(diào)味料方面，乳酸獨特的口味可增加食物的美味，在色拉、醬油、醋等調(diào)味品中加入一定量的乳酸，可以保持產(chǎn)品中的微生物穩(wěn)定性、安全性，同時使口味更佳溫和。在食品行業(yè)的用途調(diào)節(jié)pH、抑菌延長保質(zhì)期、調(diào)味保持食品色澤在病房、手術(shù)室、實驗室等場所中采用乳酸蒸汽消毒，可有效殺滅空氣中的細菌。還可以直接配置成藥物或日常

3、保健品使用。在醫(yī)藥方面廣泛用作防腐劑、載體劑、助溶劑、藥物制劑、pH調(diào)節(jié)劑等。乳酸聚合得到聚乳酸，聚乳酸可以抽成紡成線，這種線是良好的手術(shù)縫線，縫口愈合后不用拆線，能自動降解成乳酸被人體吸收，無不良后果。尤其是體內(nèi)手術(shù)縫線，避免二次手術(shù)拆線的麻煩。這種高分子化合物可做成粘結(jié)劑在器官移植和接骨中應(yīng)用。在醫(yī)藥行業(yè)的用途1、乳酸在發(fā)酵工業(yè)中用于控制pH值和提高發(fā)酵物純度2、在紡織行業(yè)中用來處理纖維，可使纖維易于著色，增加光澤，使觸感柔軟3、在涂料墨水工業(yè)中做pH調(diào)節(jié)劑和合成劑4、在卷煙行業(yè)中可以保持煙草濕度，除去煙草中雜質(zhì)，改變口味，還可中和尼古丁煙堿，減少對人體有害成分提高煙草品質(zhì)5、乳酸亦可作為

4、聚乳酸起始原料，生成新一代的全生物降解塑料6、在制革工業(yè)中，乳酸可脫去皮革中的石灰和鈣質(zhì)，使皮革柔軟細密，從而制成高級皮革7、乳酸由于對鎳具有獨一無二的絡(luò)合常數(shù)，長被用于鍍鎳工藝，它同時可作為電鍍槽里的酸堿緩沖劑和穩(wěn)定劑8、乳酸作為pH調(diào)節(jié)和合成劑可應(yīng)用于各種水基圖層的粘合系統(tǒng)。如：電積物的圖層9、乳酸具有清潔去垢等作用，用于洗滌清潔產(chǎn)品比傳統(tǒng)的有機除垢劑性能更加。在工業(yè)的用途1、光學(xué)純度高達99%以上的乳酸，在農(nóng)藥方面可用于生產(chǎn)緩釋農(nóng)藥，例如除草劑，具有對農(nóng)作物和土壤無毒無害且高效的特點2、乳酸聚合物用于成產(chǎn)農(nóng)用薄膜，取代塑料地膜，能被細菌分解后讓土壤吸收，利于環(huán)保3、在飼料中作為生長促進劑

5、。乳酸可以降低胃內(nèi)的pH值，起到活化消化酶、改善氨基酸消化的作用，并對腸道上皮的生長有好處。4、乳酸還用作青飼料貯藏劑、牧草成熟劑5、乳酸抑制微生物的生長。哺乳期的畜類可能會染上由大腸桿菌和沙門氏菌引起的疾病，在飼料中加入乳酸可以加以預(yù)防6、乳酸可以作為飼料的防腐劑并增進飼料、谷物和肉類加工產(chǎn)品副產(chǎn)品的微生物穩(wěn)定劑7、在家禽和家畜的飲水中加入乳酸，可有效地抑制病原菌的生長，動物體重增加速度提高在農(nóng)產(chǎn)品及農(nóng)業(yè)上的用途乳酸發(fā)酵的代謝及調(diào)控21、同型乳酸發(fā)酵中乳酸是唯一的代謝產(chǎn)物，采用的是糖酵解途徑（EMP parthway）,人和大多數(shù)動植物屬于此類代謝類型。2、異型乳酸發(fā)酵通過磷酸戊糖途徑（he

6、xosemonophosphate pathway,HMP）生成乳酸、CO2、乙醇（或乙酸）3、混合乳酸是在特殊情況下，如葡萄糖濃度受到限制、pH升高或溫度降低而發(fā)生的乳酸發(fā)酵機制無論哪條途徑，乳酸都是經(jīng)過丙酮酸轉(zhuǎn)變而來的，丙酮酸也是此過程中關(guān)鍵的中間產(chǎn)物乳酸的生物合成途徑同型乳酸發(fā)酵是乳酸菌利用葡萄糖酵解途徑生成丙酮酸。由于大多數(shù)乳酸菌不具有脫羧酶，因此，丙酮酸不能脫羧生成乙醛，而在乳酸脫氫酶的催化下（需要還原型輔酶），丙酮酸作為受氫體被還原為乳酸。同型乳酸發(fā)酵異性乳酸發(fā)酵除生成乳酸外，還生成CO2和乙醇或乙酸，其生物合成途徑有兩種，即6-磷酸葡萄糖途徑和雙歧途徑。異性乳酸發(fā)酵該途徑也是一條

7、磷酸酮解途徑。該途徑的特點是：1、有兩個磷酸酮解酶參與；2、在沒有氧化作用和脫氫作用的反應(yīng)參與下，2分子葡萄糖分解為3分子乙酸和2分子3-磷酸甘油醛。接著，在3-磷酸甘油醛脫氫酶和乳酸脫氫酶的參與下，3-磷酸甘油醛轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗?。葡萄糖?jīng)雙岐途徑發(fā)酵生成乳酸和乙酸這是一條磷酸酮解途徑，1mol葡萄糖生成1mol乳酸和1mol乙醇。乳酸對糖的理論轉(zhuǎn)化率是50%。腸膜明串珠菌和葡聚糖明串珠菌通過該途徑進行異型乳酸發(fā)酵。6-磷酸葡萄糖酸生成乳酸和乙醇米根霉發(fā)酵產(chǎn)L-乳酸的代謝調(diào)控研究3微生物中具有代表性的乳酸發(fā)酵是米根霉（Rhizopus oryzae）等霉菌類米根霉屬真菌中的接臺菌門（Zygomyco

8、ta）接臺菌綱（Zygomycetes）毛霉目（Mueorales）毛霉科（Mucoraceae）根霉屬（RAeopus）發(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸具有產(chǎn)物光學(xué)純度高、營養(yǎng)需求簡單、產(chǎn)物易提純、可直接利用淀粉發(fā)酵等優(yōu)點米根霉該網(wǎng)絡(luò)表明，葡萄糖進入細胞內(nèi)，通過糖酵解途徑（EMP）生成丙酮酸。丙酮酸在細胞內(nèi)主要有四種去向：1、是通過丙酮酸脫羧酶（PDC）、乙醇脫氫酶（ADH）進入乙醇的途徑；2、是通過丙酮酸羧化酶（PC）形成草酰乙酸，再通過蘋果酸脫氫酶和富馬酸酶生成蘋果酸和富馬酸3、是通過L乳酸脫氫酶（LDH）直接生成k乳酸，這是目標(biāo)產(chǎn)物形成途徑；4、是通過丙酮酸脫氫酶系（PDH）將丙酮酸轉(zhuǎn)化成乙酰CoA后進入三羧酸循環(huán)（TcA）以維持生物量平衡后的基本代謝。米根霉產(chǎn)L-乳酸的代謝網(wǎng)絡(luò)米根霉發(fā)酵產(chǎn)L-乳酸的代謝流程中，葡萄糖經(jīng)過EMP途徑轉(zhuǎn)化為丙酮酸丙酮酸可以經(jīng)LDH催化轉(zhuǎn)成乳酸，也可以經(jīng)過丙酮酸脫氫酶轉(zhuǎn)化為乙醛，再經(jīng)過ADH轉(zhuǎn)化為乙醇。已有研究表明，米根霉的乳酸產(chǎn)生量與LDH活力，以及乙醇產(chǎn)量與乙醇脫氫酶(ADH）活力都成正相關(guān)性。為了提高乳酸的轉(zhuǎn)化率，降低乙醇的轉(zhuǎn)化率，可以考慮通過提高發(fā)酵過程中LDH活力，抑制ADH活力來實現(xiàn)。實驗研究的思路根據(jù)兩個酶的特性，可以把溫度控制在30-50，加入Mg2+、Ca2+。抑制ADH，激活LDH。該實驗中重要的酶乳酸脫氫酶三級結(jié)構(gòu)結(jié)論