有机酸工艺学

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1、柠檬酸1. 常见的有机酸有哪些？答：柠檬酸，乳酸，L-苹果酸，其他有机酸如葡萄糖酸、酒石酸、琥珀酸等2. 柠檬酸有哪些用途？答：柠檬酸是动植物体内的一种天然成分和生理代谢的中间产物，也是食品、医药、化工等 领域应用最广泛的有机酸之一（一）柠檬酸在食品工业上的应用：柠檬酸被称为第一食用酸味剂，在食品工业上广泛的用作酸味剂、增溶剂、抗氧化剂、除腥脱臭剂、螯合剂等（二）在药物、美容品、化妆品上应用：1.药物。2.发蜡与化妆品（三）柠檬酸在工业上的应用：1.金属的净化。2.去垢剂。3.无土栽培农艺。4.矿物和颜料方面的应用，5.电镀。6.治理工业废气、废水回收金属。7.其他3. 柠檬酸的发酵方法答：深

2、层法，表面法，固体法，半固体法，生物反应器4. 柠檬酸的晶体形态及性质答：无色透明或半透明晶体，或粒状、微粒状粉末，无臭，具有强烈酸味，但令人愉快，稍 有后涩味。在温暖空气中渐渐风化，在潮湿空气中微有潮解性5. 生产柠檬酸的菌种有哪些答：黑曲霉，棒曲霉，文氏曲霉，泡盛曲霉，芬曲霉，丁烯二酸曲霉等，以及普通黑粉菌、 绿色木霉及假丝酵母属中的一些种。至今世界上消费的柠檬酸主要靠发酵法生产，而最具有 商品竞争优势的是采用黑曲霉、文氏曲霉和解脂假丝酵母等菌种的深层发酵法6. 黑曲霉柠檬酸高产菌的形态特征和生理特征答：1形态特征（1）在米曲或麦芽汁培养基上菌丝白色，不是绒球状，凸起，边缘整齐， 菌落较小

3、，带皱折，在麦芽汁培养基上生长4d成熟的抱子呈黑褐色。（2）在察氏培养基上生长较慢，菌落边缘整齐，分生抱子梗短，分生抱子着生较密。（3）菌丝顶端着生稀疏的大型的黑褐色抱子穗，成熟后呈开花装而崩裂。（4）抱子柄（1415um*1.52um）（5）顶囊 球形。直径为5072um）（6）小梗分二层，初生小梗和次生小梗区别明显。（7）分生抱子，串珠状招生，黑褐色，表面粗糙且有明显的刺状凸起，平均直径为4.75.2um， 成熟后遇振动易散落。2生理特性（1）能耐高浓度的柠檬酸（15%以上）而不利用和分解柠檬酸。（2）耐高浓度葡萄糖，能产生和分泌大量的酸性淀粉酶和酸性糖化酶（3）能抗微量金属离子，尤其能抗

4、较高浓度的锰、Mn2+、Cu2+。（4）在深层液体发酵培养时，能形成大量的细小球体，球体直径为0.1mm。（5）在以葡萄糖为唯一碳源的合成培养基上。生长不好，生成小菌落，包子形成能力弱。（6）在生长、繁殖期，细胞内具有较高水平的氨基酸，NH4+，水平高（7）菌丝体中含有底水平的甘油三酯和磷酸酯。（8）细胞壁几丁质含量高，但0-葡聚糖和聚半乳糖含量低。（9）在生长和产酸期，细胞内蛋白质、核酸水平低。（10）具有很强的侧系呼吸链活性，此侧系呼吸链不产生ATP。7. 黑曲霉柠檬酸生产菌退化的预防和复壮答：为了防止菌种的污染和衰退，柠檬酸生产菌需要定期的分离纯化，分离纯化的目的是除 去杂菌和淘汰退化的

5、菌株，挑选出高产优良菌株，供生产使用。一般是3-6个月进行一次， 若生产不正常，随时进行菌种的分离纯化若是确认菌株退化，应立即停止使用原有的一批斜面菌种，换另一批斜面或启用长期保藏的 菌种，进行活化，挑选正常的菌种进行扩大培养和发酵试验，确认菌株性能正常后重新制备 一批斜面培养物继续生产，若是无备用菌，一方面去兄弟厂求援，一方面采用各种方法例如 分离纯化、诱变处理、驯化等使退化菌株恢复优良的生产性能，也即“复壮”。8. 淀粉水-热处理的目的答：淀粉原料经过水热处理，使淀粉从细胞中游离出来，并转化为溶解状态，以便淀粉酶 系统进行糖化作用，这就是原料水-热处理的主要目的。9. 什么是液化、糊化和糖

6、化答：液化：利用化学催化剂或者是生物催化剂，在具有一定量的水合一定量的温度条件下， 是淀粉分子断裂二变成较小分子，使淀粉糊的粘度显著下降而成为流动性较好的流体，工业 上称为“淀粉液化”糊化：在温水中，当淀粉颗粒无限膨胀形成均一的粘稠液体的现象，称为淀粉的糊化。此时 的温度称为糊化温度。糖化:是利用糖化酶（也称葡萄糖淀粉酶）将淀粉液化产物糊精及低聚糖进一步水解成葡萄 糖的过程10. 淀粉液化的方法，常用的酶有哪些答：目前淀粉液化的方法有：酸法、酶法和机械液化法。常用的酶有中温。-淀粉酶、高温 a -淀粉酶11. 酸水解法、酸酶法和酶水解法三种不同水解工艺的优劣答：从制得的水解糖液的粘度来看，以酶

7、解法为最低，酸解法最高，从水解糖液的质量、原 料利用率、糖收得率、耗能及对粗淀粉原料的适应情况来看，以酶解法最好，其次是酸酶法， 酸法最差。从淀粉水解的整个过程所需的时间来看，酸法最短，酶法最长。从制得的水解 糖液的粘度来看，以酶解法为最低，酸解法最高，从水解糖液的质量、原料利用率、糖收得 率、耗能及对粗淀粉原料的适应情况来看，以酶解法最好，其次是酸酶法，酸法最差。从淀 粉水解的整个过程所需的时间来看，酸法最短，酶法最长。12. 干抱子质量鉴定的标准和方法答：（1）产酸率：根据生产所用的原料和发酵工艺条件进行三角瓶培养，最后求得产酸率， 奖产酸率在50%以上的干抱子混合成5g左右的样品，在进行

8、发酵试验，所求的产酸率即为 该批干抱子的产酸标准。（2）出芽率：有部分瘦弱的抱子，在加热的过程中会引起细胞死亡，经过加热干燥收集的 干抱子，需要进行圆滴培养，在镜检下计算出芽的抱子站总抱子的百分比，一般出芽率在 90%以上的喂合格（3）纯度率：所得干抱子分别在霉菌培养基及酵母培养基上进行平板分离，检查是否有其 他的菌落生长，一般纯的菌落应占总菌落的99%以上为合格13. 表面发酵工艺方法 答：表面发酵工艺总的趋向是采用高液层，方法有以下几种：（1）. 一般发酵。根据菌种的产酸能力，液层在8-12cm，一次性发酵到终了（2）.置换法：一次性发酵终了，将酸液从菌膜下排走，然后再菌膜下通入无菌水，静

9、置 1h，带菌膜中酸液渗入水中，排放洗水至储酸桶，在通入置换液，液层根据菌种的生产能力 而定，一般在6-8cm（3）.添加法：两种方法，一是发酵分菌膜生长期和产酸期，生长期的液层3cm左右，待菌 膜形成，放去菌膜下的生长液，通入产酸培养基，液层在10-12cm，一直发酵到终了，另一 种添加工艺在液层为6-8cm的一段发酵基础上，待产酸液进入高峰期通入3-4cm产酸培养基， 总液层达9-12cm发酵至终了。14. 固体发酵柠檬酸的工艺流程答：15. 柠檬酸发酵的常见的污染菌答：常见的污染菌有：（一）细菌，如产气杆菌，琥珀酸菌，荧光杆菌，枯草芽抱杆菌，耐 热芽抱杆菌等（二）酵母，酿酒酵母，葡萄酒酵

10、母，清酒酵母，野生酵母等（三）霉菌：米 曲霉。黑曲霉泡盛酒曲霉等16. 柠檬酸生产中抢救染菌的措施答：1.细菌污染醪（lao）的处理，发酵前期污染细菌可以加大通风量，使发酵迅速进入产 酸阶段，但pH下降至3.0以下时，细菌可以被抑制自溶死亡。若发现较迟，污染较重的话， 立即加入柠檬酸酵母液或浓盐酸、硫酸等将发酵液pH降至3.0以下再加大风量。如果细菌 占绝对优势，本菌较少，则必须将发酵液pH调节至4.0-5.0后，重新按照常规消毒，再一 级接种或者与正常发酵罐混合继续发酵，但必须谨慎，防止“两败俱伤”2. 酵母污染发酵醪的处理：早期发现，培养基稍有异味而总糖消耗不多，最好把pH下 调至4.0-

11、4.5后，间接加热到90 C重新灭菌，一级接种继续发酵，如已经产酸但不高，则 加入CaCO3上调pH至4.0-4.5，间接灭菌，重新一级接种发酵。后期污染酵母，如果产酸已 到可提取程度，可提前加热灭菌后放罐提取，如果产酸不高但还原糖尚有可继续发酵的量时， 可采取提高培养温度至39-40 C。加大风量并添加0.0025-0。淀/札CuSO4 5H2发酵 罐加1-1.4kg硫酸铜抑制酵母的生长，加快产酸的速度，减少损失。3. 污染曲霉及青霉醪的处理：如果污染米曲霉，当pH小雨3.0时曲霉自溶，对发酵危 害不大，如污染黑曲霉或者青霉则危害极大，这些杂菌能在低pH醪液中生长，结果使醪变 稠、变黄、粘度

12、增大，严重影响养的传递，导致发酵的失败，甚至“倒罐”。早期发现可以 另外补充一些新培养基，加入CaCO3上调pH至4.0-4.5重新灭菌，一级接种发酵所有的染菌醪出了早期发现细菌污染外，其他的都会对发酵造成一定的危害，发现的越晚损 失越大，甚至倒罐，尤其以酵母、青霉为甚。等到镜检时发现染菌，发酵液杂菌个数一般已 经达到很严重的程度，所以，发酵时一定要严格执行无菌操作。17. 讨论黑曲霉柠檬酸深层发酵条件的控制答：（一）营养要求：提供足够的碳源、氮源、和无机盐，为了使黑曲霉柠檬酸产生菌大量 的生成和积累柠檬酸，必须控制营养物质的供给，使菌体的生长受到抑制，处于半“饥饿” 和代谢失调状态（二）温度

13、控制，黑曲霉是嗜热微生物，最是生长温度喂33-37 C。（三）pH控制：黑曲霉柠檬酸产生菌生长发育最适pH为3-7.（四）接种量和接种方式（五）溶解氧的控制：黑曲霉柠檬酸产生菌是严格的好氧微生物。18. 分析柠檬酸发展前景及展望 1、发酵醪的特性一般可归纳为:1、发酵醪大部分是水，一般含量达90%-99%. 2、发酵醪中发酵产物浓度较低.3、发酵醪 中的悬浮固体物主要含有菌体和蛋白质胶状物。4、发酵醪的培养基残留成分中还含有无机 盐类，非蛋白质大分子其降解产物对提取和精制均有一定的影响。5、发酵醪中除了发酵产 物外，常有其他少量的代谢产物6、发酵醪中还含有色素、热原质、毒性物质等有机杂质。 发

14、酵产物的分类 菌体，酶，代谢产物（中间代谢产物包括醋酸、乳、柠檬酸、葡萄糖酸、衣 康酸及延胡索酸等）。氨基酸发酵产物包括谷氨酸、赖氨酸、色氨酸等。由于对菌种的变异 和氨基酸代谢机理的研究日益深入，所以其他氨基酸，除蛋氨酸、胱氨酸、半胱氨酸外，18 种氨基酸均可用直接发酵法制造。培养液预处理的目的菌体细胞的分离，固体悬浮物的去除，蛋白质的去除，重金属离子的去除色素、热原质、毒性 物质等有机物质的去除，改善培养液的处理性能，调节适宜的PH和温度提取柠檬酸的方法主要有钙盐法、离子交换法、萃取法、电渗析法以及近年来发展起来的色 谱分离法；但目前普遍使用的仍然是钙盐加离子交换的提取方法。2钙盐离子交换工

15、艺流程1、发酵醪的预处理2、发酵醪过滤3、中和4.酸解5、净化6、 蒸发7、结晶发酵醪的预处理是指待发酵液加热至7590C，可以及时杀死柠檬酸产生菌及其他杂菌，终止发酵作用，同时使发酵液中部分蛋白质变性、絮凝、降低酵液浓度利于过滤。此外 也可能使菌体内部分柠檬酸释放出来。预处理加热时间不能太长，若破坏菌丝球则影响过滤。 发酵醪预处理方法？6、乳酸工业科技进展1、生产菌种方面 国内外纷纷开展米根霉L-乳酸发酵的研究，主攻方向是选育L-乳酸占总 酸95%以上的高产菌种，进一步提高转化率，缩短发叫周期，同时开发嗜热芽抱杆菌等乳酸 细菌的L-乳酸发酵研究，其优点是发酵温度高，无须供给无菌空气。2、工艺

16、方面（1）原料上采用廉价的来源广泛（2）采用固定化细胞技术，提高产酸速率，将生长的乳酸细菌和根霉固定于化，进行发酵L-乳酸，产酸速率明显提高。（3） 采用原位分离发酵技术，在乳酸发酵过程中，组合进电渗析、离子交换、膜分离技 术，减少乳酸对发酵的抑制作用。（4）开发新的分离、精制乳酸技术，不断提高 L-乳酸的纯度和提取率。3、设备方面（1）开展节能、低耗的反应器研究，例如采用米根霉发酵L-乳酸中，开发无 搅拌的气升式发酵罐替代目前的标准式发酵罐，降低动力消耗。（2）乳酸采用流化床干燥 器，稳定了产品质量，避免杂菌污染，实现生产连续。7、乳酸的理化性质分子结构中含有不对称碳原子，具有旋光性.分子量

17、为90.08,粘稠状液体，无色，澄明， 微具黄色，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 乳酸的用途1食用：果子露、水果罐头、果酱和清凉饮料的2酸味剂3医药：乳酸亚铁是最近国外 广泛使用的铁质食品添加剂，容易被人体吸收，治疗缺铁性贫血 4在染料工业中乳酸也 有广泛的应用5日化行业：乳酸在配制清洁霜、嫩肤霜、浴液时，可用于调节pH值，并 对改善皮肤组织结构，消除皱纹、色斑，治疗皮肤干燥、痤疮等具有明显效果8、乳酸细菌发酵的机理一些能大量产生乳酸的细菌称为乳酸细菌，同型乳酸发酵葡萄糖 经EMP途径降解为丙酮酸，丙酮酸在乳酸脱氢酶的催化下还原为乳酸。1、同型乳酸发酵 乳杆菌属（

18、Lactobacillus）链球菌属（Streptococcus ）等IEMpe乳酸脱鬣酶GH心=2CH3COOOOH - 2CHCHOHCOOH + 2ATP2 (ADP + Pi)ANDH + H此发酵过程中，Imolffi萄糖可以生成2mol乳酸，理论转化率为100%。但由于发 酵过程中微生物有其他生理活动存在，实际转化率不可能达100%, 一般认为转化率在 80% W上者，即视为同型乳酸发酵。匚业上采用德氐乳酸杆菌转化率达96%.米根毒能产生淀粉，和情化酶.它能利用糖，也可以利用淀粉或淀粉质原料宣接发: 醇生成L-我酸“米根能将大部分糖转化为乳酸，担同时伴随着产生乙铮、富马酸、城珀酸。

19、苹果 酷、乙酸等其他产物*他们之间的比例随着菌神和上艺的不同而异。福井认为,米根痔 的德代浦主3?有以下几种及应：（1） 正常呼吸CfcHuOa + 6Qi + 6H2O（2）同化作用生成菌体） 干疆悻flt的95%来自碳水化合物。（3）富马酸发酵JH.id + 36 *。成d + 2CQ! + 4HQ（4）酒精发酵之 QfOH* 2COt（5）L-乳酸发酵若抑制（1）、3）. （4）反应，乳酸产率就可以提高寸9、乳酸发酵微生物目前主要是霉菌中的根霉菌属及细菌中的乳杆菌属（Lactobacillus ,链球菌属 （Streptococcus，及芽抱杆菌属（Bacillu 等10、乳酸生产原料（

20、一）生产原料1蔗糖 适合蔗糖发酵的菌种是德氏乳杆菌、赖氏乳杆菌。2糖蜜糖蜜3淀粉质原料4淀 粉水解糖目前工业生产中采用双酶法制得水解糖，即采用耐高温的具有高活力的淀粉酶和 糖化酶联合制得水解糖。由淀粉制取水解糖成份较单纯，需要补加一些辅助原料以满足乳酸 菌的营养要求。5芦栗6 造纸工业废料（二）辅助原料乳酸菌缺乏合成某些氨基酸，维生素的能力，故在合成培养基上不容易生产。除了需要碳 源外，还需要氮源、部分氨基酸和一些维生素生长促进因子和微量元素。例如：德氏乳杆菌 需要精氨酸、半胱氨酸、固氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸等外，并需要维生素B2、烟酸、叶酸 等维生素，还需要钠、钾、铜、铁、镁、磷等。工业生长上

21、采取添加含由所需要营养成分的 天然廉价辅助原料如，麸皮、米糠、玉米浆、毛发水解物、酵母自溶物等辅助原料。11、发酵操作技术：水解糖发酵技术2、蔗糖和糖蜜发酵3、大米原料发酵4、薯干粉原料 发酵5、玉米原料发酵乳酸发酵生产新技术：1、固定化细胞和固定化酶技术（1）海藻酸钙包埋法（2）中空纤维固定法2、原位产物分离（ISPR）发酵1目前国内外在生产上常用的醋酸菌有：1奥尔兰醋杆菌2许氏醋杆菌3恶臭醋杆菌4AS 1.41醋酸菌 5沪酿1.01醋酸菌2酶法液化通风回流制醋优点1出醋率明显提高。碎米采用酶法液化通风回流制醋新工艺比一般固态发酵法制醋旧工艺出醋率提高16%。2旧工艺碎米用蒸熟的方法，耗煤量

22、大，实现酶法液化新工艺后，用煤量显著下降。3采用新工艺后，目前除出渣尚用人工外，已实现管道化，机械化生产，大大降低了工人的 劳动强度，还节约了劳动力。4新工艺在酒精发酵完毕后，酒醪内直接拌入生麸皮进行醋酸发酵，利用生麸皮不但简化工 序，节约用煤，而且还增加糖化能力，提高了产品质量和产量。3食醋生产新工艺1.优良性能生产菌种的选育(1) 用基因重组新技术改良醋酸菌种，选育耐高温醋酸菌，提高产酸速度和产酸量，改变 食醋组分，提高风味。(2) 致力于耐高温酵母菌的开发与应用。将发酵起始温度提高到3842，旺盛期达到 4344C，进行边糖化边酒化边醋化的三边发酵，这样，可以缩短发酵周期56天。(3)

23、寻找醋酸生产新菌种，提高醋酸生成量。2. 生物技术的应用(1) 固定化细胞是指用物理方法或化学方法限制在某一特定空间范围内，并保留了其固有 的催化活性和生存活力的，可被重复和连续使用的细胞。固定化细胞可较长时间地反复使用， 提高了使用效率，在以高稀释率下操作而不产生流失现象。适合于连续化和自动化过程，且 过程易于控制。(2) 酶制剂可弥补制曲过程中由于各种因素造成的成品曲中酶活力不足的缺陷，扩大淀粉 原料的使用范围，缩短糖化时间，简化生产工艺，提高淀粉的利用率，易于连续化和自动化 生产。3. 生产工艺的革新(1)液态深层发酵工艺中食醋产品质量的提高液态深层发酵法是现代酿醋工业的主要发展方向，它

24、具有易于连续化和自动化大规模生产 的优点，但与传统酿醋工艺相比在产品品质上仍有一定的差距。因此，提高液态深层发酵食 醋产品的质量十分重要。分析固、液发酵法的食醋产品，其质量差别主要表现在液态发酵法生产的食醋中酯的含量较 少。食醋中的主要酯类是乙酸乙酯和乳酸乙酯等，液态发酵法生产的食醋中，酯的含量普遍 较低，特别是乳酸乙酯的含量极低；除此之外，不挥发性有机酸的含量也较少，而不挥发酸 的含量直接影响食醋酸味的柔和；液态发酵法生产的食醋中，风味成分的种类也少于固态法 食醋，其中主要表现在酯、酸、醇、醛和和酚的种类上。传统酿醋工艺是采用微生物体系丰富的曲，或经长时间发酵形成众多微生物，通过这些微生 物

25、的代谢活动产生丰富的醇、醛、酮、酸和氨基酸等，使食醋香味浓郁，滋味柔和。因此， 可以借鉴传统酿醋工艺的优点，选育性能优良的霉菌、酵母菌及醋酸菌等多种微生物，进行 人工纯培养后，按液态法酿醋工艺的要求进行多种微生物的混合共酵，利用不同微生物间的 协同作用产生丰富的风味物质，酿成高产优质的食醋。(2)陈酿方法的改进风味和芳香物质对于食醋的质量至关重要，食醋生产中经常采用陈酿的 方法，来弥补发酵过程中风味成分不能充分形成的缺陷。其方法主要有醋醅陈酿和醋液陈酿 两种。在陈酿过程中，食醋发生一系列的化学、物理变化，这些生化反应多数是非常缓慢的， 因此，陈酿期一般为36个月，有的甚至长达1年。近年来，运用物理方法催陈食醋等酿造产品取得了一些进展，主要处理方法有：微波法、红 外线处理法、热处理法、超声波法、高频电场法、磁场处理法、激光处理法和加压处理法等， 但将上述技术用于大规模工业化生产还有待进一步研究完善。5成曲质量判断1感官检查：外观呈块状，手感疏松，内部菌丝丛生，抱子茂密，无灰黑或杂色夹心，曲香浓厚，无异味。2理化检验：水分含量约30%，蛋白酶活力1500IU/g以上。