微生物发酵制柠檬酸论文解析.docVIP

微生物发酵生产柠檬酸α-羟基丙烷三羧酸，化学名称2-羟基丙三羧酸，分子式为C6H8O7，是生物体重要的代谢产物之一，在自然界中广泛存在，在植物叶子和果实中尤以柠檬、柑橘、梅、李、梨、桃等植物果实中，在动物的骨骼、血液、乳汁、唾液、汗液和尿中以游离柠檬酸状态或以金属盐形式存在。商品柠檬酸为无色半透明晶体，或白色颗粒或白色结晶性粉末，无臭，虽有强烈酸味但令人愉快，稍有一点后涩味。 生产研究历史： 早在1784年，瑞典化学家Scheel就首次从柠檬汁中提取出了柠檬酸，直到上世纪初，这种有机酸仍然绝大多数是从柠檬中提取出来的。1860年，意大利开始用向果汁中加石灰乳方法制柠檬酸，从而进行工业化生产，以意大利的西西里岛最著名。1891年，德国科学家Wehmer就从腐败的柑橘中分离出一种丝状菌，能使含钙的糖液变酸，并从中分离出柠檬酸和草酸。1913年，Zahorski首先利用黑曲霉生产柠檬酸，1919年和1923年，比利时的一家公司和美国的Ch. Pfizer公司分别成功进行浅盘发酵法大规模生产柠檬酸。后于1952年，美国Miles公司首先采用深层发酵法大规模生产柠檬酸，并在世界上流行至今。 我国柠檬酸工业解放前是空白，1967年黑龙江平糖建立了我国第一个生产100吨的柠檬酸工厂（以甜菜糖蜜为原料，采用浅盘发酵和钙盐-离子交换法提取工艺）。1968年，用薯干为原料，采用深层发酵法生产柠檬酸的上海酵母厂投产成功。以薯干粉为原料、深层发酵法生产柠檬酸，形成了我国生产柠檬酸的一大特色。1990年，上海市工业微生物研究所完成国家七五攻关项目筛选出860菌种，发酵产酸达20%，处于世界领先水平。我国柠檬酸行业从产量上位居世界第一，从技术上，在国际上也处于领先水平，优势在于：①我国的柠檬酸发酵采用的菌种（黑曲霉）具有双重功能，淀粉原料被液化后，即可进行发酵，不需将淀粉水解成葡萄糖；②尽管采用边糖化边发酵的工艺，但发酵周期只有64h；③柠檬酸产酸速度大大高于国外水平，平均产酸率是国外的2倍。 用处： 我国柠檬酸主要消费于食品和饮料市场，其他消费领域包括医药、化妆品、洗涤剂以及工业领域。。 发酵原料： 几乎含淀粉和可发酵糖的农产品、农产品加工品及其副产品，某些有机化合物以及石油中的某些成分都可以采用。目前，柠檬酸生产工业上使用的原料主要有以下几类： ⑴淀粉质原料 甘薯、木薯、马铃薯及其薯干、薯粉、淀粉及薯渣及玉米粉等。 ⑵粗制糖类 粗蔗糖、水解糖、饴糖等。 ⑶制糖工业副产品 糖蜜、葡萄糖母液、冰糖母液等。 ⑷含正烷烃（主要是10-20碳）60Coγ射线或α-氧-戊二酸脱氢酶有抑制作用。 在柠檬酸形成的主要阶段，丙酮酸、苹果酸、琥珀酸、α-酮戊二酸、顺乌头酸及异柠檬酸在细胞中的浓度有什么显著改变，只有柠檬酸本身的浓度有所改变。 有关由糖形成柠檬酸调节方面的研究并不透彻。在由黑曲霉形成的高活性糖酵解系统中，当糖的浓度很高，pH为2-4时，不存在负能量负荷的控制。另外由于存在着一条丙酮酸-羧酸酶支路，强烈的分解作用造成柠檬酸的大量积累。细胞内反应只利用了少量积累的柠檬酸。柠檬酸的外流就阻止了自身中毒的发生。在生产中采用的突变株一般具有乌头酸水化酶和异柠檬酸脱氢酶活性低的特性。 酶的调节： 柠檬酸是微生物好气代谢过程的中间产物，正常情况下在胞内不会积累，况且柠檬酸还可作为黑曲霉的碳源，因此，柠檬酸积累是代谢失调的结果。从理论上推断，积累柠檬酸必须使生成柠檬酸的有关酶系要强大，而柠檬酸后代谢的酶系要微弱，其中糖酵解的调节是柠檬酸发酵最为重要的调节。 在20世纪60年代前后陆续发现，菌体累积柠檬酸时，与合成柠檬酸有关的酶活是增高的。宇佐美等发现在整个柠檬酸发酵周期中，酵解酶系和柠檬酸合成酶始终保持较高的活力。Joshi发现，黑曲霉进入产酸期，合成乙酰CoA和合成草酸乙酰的酶活力增强，这就为柠檬酸的合成提供更多的底物。杜宇柠檬酸累积机制有关酶的调节控制研究中，主要集中在磷酸果糖激酶、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和顺乌头酸水合酶的调节上。 磷酸果糖激酶（PFK）活性调节 在黑曲霉的EMP途径中，PFK是个调节酶，是柠檬酸合成中的主要调节点。在正常生理条件下，该酶被柠檬酸和ATP抑制，而被无机磷、AMP和铵离子激活，铵离子的存在可有效地解除PFK对胞内柠檬酸积累的敏感性。为了使PFK不受柠檬酸的抑制，则必须变更营养成分的限制与氧的供给。 柠檬酸合成酶的调节 柠檬酸合成酶是TCA环的起始酶，只对CoA和ATP的调节敏感，ATP-Mg螯合物只起微弱的抑制作用，而其它调节物则无影响，因细胞内ATP是以Mg螯合物形式出现，所以ATP对他影响不太重要，该酶对乙酰CoA的亲和力取决于草酰乙酸的浓度，在柠檬酸积累条件下会使该酶对乙酰CoA亲和力增强。 乌头酸水合酶的调节 乌头酸水