乳酸发酵工艺课件.ppt
乳酸发酵代谢及调控,乳酸是公认的三大有机酸之一,是一种用途广泛的三碳化合物，具有悠久的应用历史。,前言,目录,乳酸的性质及用途,Contents,乳酸发酵的代谢及调控,米根霉发酵产L-乳酸的代谢调控研究,乳酸的性质及用途,乳酸学名是-羟基丙酸，分子式为CH3CH(OH)COOH,分子量为90.08Da。纯品为粘稠状液体、微黄色、澄明、无嗅、味微酸、有较强吸湿性，可以与水、酒精和乙醚以任意比例混合。,乳酸分子结构中含有不对称碳原子，具有旋光性，分为L-乳酸、D-乳酸和DL-乳酸，而人体内只含有L-乳酸脱氢酶导致仅能消化利用L-乳酸。因此L-乳酸的用途较广，DL-乳酸只做工业用途，D-乳酸已基本不生产。,乳酸的理化性质,乳酸的结构式,乳酸具有很强的防腐保鲜功效,在酿造啤酒时，加入适量乳酸既能调整pH值促进糖化，又利于酵母发酵，提高啤酒质量，又能增加啤酒风味，延长保质期。,天然乳酸是乳制品中的天然固有成分，它有着乳制品的口味和良好的抗微生物作用，已广泛用于调配酸奶奶酪、冰淇淋等食品中，成为备受青睐的乳制品酸味剂。,调味料方面，乳酸独特的口味可增加食物的美味，在色拉、酱油、醋等调味品中加入一定量的乳酸，可以保持产品中的微生物稳定性、安全性，同时使口味更佳温和。,在食品行业的用途,调节pH、抑菌,延长保质期、调味,保持食品色泽,在病房、手术室、实验室等场所中采用乳酸蒸汽消毒，可有效杀灭空气中的细菌。还可以直接配置成药物或日常保健品使用。,在医药方面广泛用作防腐剂、载体剂、助溶剂、药物制剂、pH调节剂等。,乳酸聚合得到聚乳酸，聚乳酸可以抽成纺成线，这种线是良好的手术缝线，缝口愈合后不用拆线，能自动降解成乳酸被人体吸收，无不良后果。尤其是体内手术缝线，避免二次手术拆线的麻烦。这种高分子化合物可做成粘结剂在器官移植和接骨中应用。,在医药行业的用途,1、乳酸在发酵工业中用于控制pH值和提高发酵物纯度2、在纺织行业中用来处理纤维，可使纤维易于着色，增加光泽，使触感柔软3、在涂料墨水工业中做pH调节剂和合成剂,4、在卷烟行业中可以保持烟草湿度，除去烟草中杂质，改变口味，还可中和尼古丁烟碱，减少对人体有害成分提高烟草品质5、乳酸亦可作为聚乳酸起始原料，生成新一代的全生物降解塑料,6、在制革工业中，乳酸可脱去皮革中的石灰和钙质，使皮革柔软细密，从而制成高级皮革7、乳酸由于对镍具有独一无二的络合常数，长被用于镀镍工艺，它同时可作为电镀槽里的酸碱缓冲剂和稳定剂,8、乳酸作为pH调节和合成剂可应用于各种水基图层的粘合系统。如：电积物的图层9、乳酸具有清洁去垢等作用，用于洗涤清洁产品比传统的有机除垢剂性能更加。,在工业的用途,1、光学纯度高达99%以上的乳酸，在农药方面可用于生产缓释农药，例如除草剂，具有对农作物和土壤无毒无害且高效的特点2、乳酸聚合物用于成产农用薄膜，取代塑料地膜，能被细菌分解后让土壤吸收，利于环保3、在饲料中作为生长促进剂。乳酸可以降低胃内的pH值，起到活化消化酶、改善氨基酸消化的作用，并对肠道上皮的生长有好处。,4、乳酸还用作青饲料贮藏剂、牧草成熟剂5、乳酸抑制微生物的生长。哺乳期的畜类可能会染上由大肠杆菌和沙门氏菌引起的疾病，在饲料中加入乳酸可以加以预防6、乳酸可以作为饲料的防腐剂并增进饲料、谷物和肉类加工产品副产品的微生物稳定剂7、在家禽和家畜的饮水中加入乳酸，可有效地抑制病原菌的生长，动物体重增加速度提高,在农产品及农业上的用途,乳酸发酵的代谢及调控,1、同型乳酸发酵中乳酸是唯一的代谢产物，采用的是糖酵解途径（EMP parthway）,人和大多数动植物属于此类代谢类型。2、异型乳酸发酵通过磷酸戊糖途径（hexosemonophosphate pathway,HMP）生成乳酸、CO2、乙醇（或乙酸）3、混合乳酸是在特殊情况下，如葡萄糖浓度受到限制、pH升高或温度降低而发生的乳酸发酵机制无论哪条途径，乳酸都是经过丙酮酸转变而来的，丙酮酸也是此过程中关键的中间产物,乳酸的生物合成途径,同型乳酸发酵是乳酸菌利用葡萄糖酵解途径生成丙酮酸。由于大多数乳酸菌不具有脱羧酶，因此，丙酮酸不能脱羧生成乙醛，而在乳酸脱氢酶的催化下（需要还原型辅酶），丙酮酸作为受氢体被还原为乳酸。,同型乳酸发酵,异性乳酸发酵除生成乳酸外，还生成CO2和乙醇或乙酸，其生物合成途径有两种，即6-磷酸葡萄糖途径和双歧途径。,异性乳酸发酵,米根霉发酵产L-乳酸的代谢调控研究,微生物中具有代表性的乳酸发酵是米根霉（Rhizopus oryzae）等霉菌类,米根霉属真菌中的接台菌门（Zygomycota）接台菌纲（Zygomycetes）毛霉目（Mueorales）毛霉科（Mucoraceae）根霉属（RAeopus）,发酵生产L-乳酸具有产物光学纯度高、营养需求简单、产物易提纯、可直接利用淀粉发酵等优点,米根霉,该网络表明，葡萄糖进入细胞内，通过糖酵解途径（EMP）生成丙酮酸。丙酮酸在细胞内主要有四种去向：1、是通过丙酮酸脱羧酶（PDC）、乙醇脱氢酶（ADH）进入乙醇的途径；2、是通过丙酮酸羧化酶（PC）形成草酰乙酸，再通过苹果酸脱氢酶和富马酸酶生成苹果酸和富马酸,3、是通过L乳酸脱氢酶（LDH）直接生成k乳酸，这是目标产物形成途径；4、是通过丙酮酸脱氢酶系（PDH）将丙酮酸转化成乙酰CoA后进入三羧酸循环（TcA）以维持生物量平衡后的基本代谢。,米根霉产L-乳酸的代谢网络,米根霉发酵产L-乳酸的代谢流程中，葡萄糖经过EMP途径转化为丙酮酸,丙酮酸可以经LDH催化转成乳酸，也可以经过丙酮酸脱氢酶转化为乙醛，再经过ADH转化为乙醇。,已有研究表明，米根霉的乳酸产生量与LDH活力，以及乙醇产量与乙醇脱氢酶(ADH）活力都成正相关性。,为了提高乳酸的转化率，降低乙醇的转化率，可以考虑通过提高发酵过程中LDH活力，抑制ADH活力来实现。,实验研究的思路,根据两个酶的特性，可以把温度控制在30-50，加入Mg2+、Ca2+。抑制ADH，激活LDH。,该实验中重要的酶,乳酸脱氢酶三级结构,结论,基于微生物代谢控制及代谢控制育种理论，以米根霉碳代谢关键酶乳酸脱氢酶（LDH）与乙醇脱氢酶（ADH）为对象，较系统地研究了LDH及ADH的分离纯化与催化特性， Mg2+、Ca2+及不同通气条件下的米根霉发酵调控模式，进而筛选出米根霉高产L-乳酸的突变菌株。,Thank you,感谢聆听,
