应用微生物学2.ppt

第三章 生产有机酸和醇类的微 生物微生物学家早就预言：对每一种天然有机 化合物，总存在一种微生物能合成和分解它就有机酸和醇类大家知道得不少，但从微 生物发酵的角度或者说有哪些微生物能产生， 哪种微生物最适合用于生产，哪些微生物有潜 力，可能就不一定了解的全面只知道哪类微生物能产生哪些产品还不够， 还 应知道怎样从自然界获得它，这才能深入研究它 ， 利用它另外作为一种微生物产物，必要的性质和用途 也要了解，不然研究的目的和方法也就难以清晰 以上问题大家在化学中有所了解，由于时间关 系 在这里就不一一赘述，必要时可参阅有关专著有机酸(organic acid)在化学上是羧酸 RCOOH、磺酸RSO2OH、亚磺酸RSOOH、 硫羧酸RCOSH等的总称通常，一般有机酸就指羧酸，我们所讲的 有机酸也指羧酸采用微生物发酵方法生产的有机酸很多是 食 品酸性添加剂或者本身就是一种食品，如醋 有时也用一些有机酸来抑制食物上微生物 引 起的腐败作用能完全抑制一些常见微生物 生 长的有机酸浓度见表对常见细菌完全抑制的某些有机酸浓度 单位：mg/100ml菌 名 乙酸 乳酸 柠檬酸 苹果酸 酒石酸 琥珀 酸 大肠杆菌 42 109 146 69 68 226 鼠伤寒沙门氏菌 42 92 180 92 56 226 枯草芽孢杆菌 84 51 79 92 46 100 表皮微球菌 42 80 53 53 46 100 黄微球菌 74 80 53 53 46 100 藤黄微球菌 42 80 79 53 56 68 金黄色葡萄球菌 255 92 146 92 68 226第一节 乙 酸一、用途乙酸在有机化学工业中的地位与无机化学工业 中 的硫酸一样，是一种极为重要的化工产品，它的 动 态常常会反映出整个有机化学工业的面貌。

然而 ， 各国对乙酸使用情况则有较大的差异例如，美 国 用于生产乙酸乙烯酯的比例较大，而日本则有较 多 的乙酸用于发酵工业，利用微生物使乙酸转化为 某 些氨基酸乙酸还用做生产食品添加剂谷氨酸、柠檬酸和 赖氨酸的基本原料，在这方面乙酸常能与其他廉 价 的碳水化合物竞争食品中禁用合成乙酸 （一）乙酸在有机化学工业中的用途 1、乙酸乙烯酯几乎所有的乙酸乙烯酯单体都用于生产聚合物 ，如生产聚乙酸乙烯乳胶、聚乙烯醇及其乙酰化 的 衍生物、聚乙烯基缩醛和聚乙烯基缩丁醛少量 的 乙酸乙烯酯用于生产聚丙烯系纤维、热熔性胶粘 剂、 与乙烯共聚物、口香糖乳胶体以及其他许多日用 化 工产品还用于生产维尼纶合成纤维乙酸纤维长期以来是重要的合成聚合物，是重要的热 塑性塑料和纤维成分，用于生产塑料板、薄膜和喷漆 乙 酸纤维有高度的结晶性，强度好，质地轻，主要用于降 落 伞、雷达天线罩、工作服、气球、织品材料等 2、溶剂在许多工业有机化学反应中，要用乙酸作为溶剂 例 如，对二甲苯液相氧化生产对苯二甲酸的反应介质就是 乙 酸，在反应中部分乙酸被消耗了，部分则由于回收处理 和 机械渗漏而流失由于对苯二甲酸产量大，所以消耗的 乙 酸也很可观。

据估计用于溶剂的乙酸会有所增长对 苯 二甲酸是生产聚酯切片、长短绦纶纤维等化纤产品和其 它 重要化工产品的原料） 3、乙酸酯的合成乙酸的低级烷基酯，如甲酯、乙酯、异丙 酯、丁酯、叔丁酯、异丁酯和戊酯都是很好 的廉价溶剂，其中以乙酯和戊酯最为重要目前大部分的乙酸酯仍是由乙酸与相应 的 醇直接酯化合成的乙酸乙酯除用做溶剂外，也是广泛用于有 机合成的乙酰乙酸乙酯（用于有机合成、香 料、染料及医药工业 ）的原料4、乙酸盐乙酸能形成各种盐类，如碱金属盐、碱土 金属盐、铵盐、贵金属盐和过渡金属盐，在 工业上都有重要的用途，尤其是钠盐和铵 盐 5、杀菌剂乙酸和乙酸钠常用于控制面包生产中由真 菌引起的发粘现象最近还用于含水量较高 的谷物的保藏乙酸和丙酸的混合物对红曲霉、青霉菌和曲霉菌等有 杀 菌作用含水量高达27％的谷物用乙酸和丙酸的混合物 处 理，可保存145天而不受霉菌感染，否则谷物在1周内就 会 变质 6、合成卤代乙酸乙酸的卤代反应可制得氟、氯、溴、碘四种不同取代 基的卤代乙酸，其中用途最广的是氯乙酸（应用于农药 、 医药、染料、日用化工等专业） 乙酸衍生物品种很多，主要包括乙酰乙烯酯、乙酸酐 、 卤代乙酸、乙酰胺、二甲基乙酰胺、乙酰替苯胺和乙酸 酯 等。

二）微生物发酵法生产的乙酸用微生物生产乙酸的过程是由乙醇或含乙 醇的产物如葡萄酒、发酵的苹果汁、麦芽汁 和发酵的乳清得到的它的用途是以乙酸的形式作为生活的必 需 品但食醋中并非只含乙酸一种有机酸，酸 味是许多有机酸综合平衡的结果包括：- 酮戊二酸、乳酸、琥珀酸、葡萄糖酸、苹果 酸、柠檬酸、酒石酸等三、产生乙酸的微生物醋酸菌是指氧化酒精生成乙酸的细菌的总 称 它属假单胞杆菌科，是需氧细菌的代表醋酸菌的主要作用是氧化酒精生成乙酸，某 些醋酸菌能继续氧化乙酸分解为二氧化碳和水 醋酸菌的形态为短杆或长杆状细胞，单独、 成 对或排列成链状，有时几条链平行排列成指级 状 ，细胞大小为13.7m x0.20.5m醋酸菌的分类方法有多种，1978年，柳田腾 氏根据醋酸菌对维生素要求和对有机酸的同化 性，将食醋酿造的优良菌株分为两个属，即醋 酸杆菌属和葡萄糖杆菌属醋酸杆菌属：现已发现有53种，它们的特点 是：氧化乙醇生成乙酸，不氧化葡萄糖，不需 要维生素，能同化主要有机酸(特别是对乳酸 、 琥珀酸同化力很强)葡萄糖杆菌属：现已发现有8个种，它们的特 点 是：能氧化乙醇生成乙酸，但氧化能力很弱，它 们不再分解乙酸为二氧化碳和水，能利用葡萄糖 生成葡萄糖酸，需要维生素，对主要有机酸几乎 都不能同化。

几种酿造食醋常见醋酸菌： 1．奥尔兰醋酸杆菌：属葡萄酒醋酸菌属， 是 法国奥尔兰地区由葡萄酒生产乙酸的主要菌 株，它能产生少量的酯，生酸能力较小，最 大产酸量为2.9％，但有较强的耐酸性菌体大小为：0.30.4m x1.62.4m 最适生长温度30℃，最高温度39℃，最低 ７8℃ 2、许氏醋酸杆菌：许氏醋酸杆菌为速酿醋酸菌，是德国有名的速 酿醋酸菌株，产酸量最高可达11.5％，但耐酸能 力 比较弱，为人工培养醋酸菌.菌体大小为0.30.41.62.4m最适生长温 度2527.5℃．最高37℃3、弯曲醋酸菌：可能是许氏醋酸菌的变种，细胞呈明显的弯曲， 性能与许氏醋酸杆菌类似 4、产醋醋酸杆菌 产醋醋酸杆菌是德国哈斯雷醋厂使用的菌株， 为 速酿醋酸菌此菌能产生大量的乙酸乙酯，给食 醋 以葡萄酒的芳香但该菌株产酸量较低，又可将 乙 酸分解为二氧化碳和水菌体大小为0.10.2m1.21.4m；最适生长 温度33℃5 纹膜醋酸杆菌为啤酒醋酸菌是日本酿醋的主要菌株此菌培 养过程中在液面能形成乳白色、皱折状、有粘性的 菌膜，一摇动易破碎，使液体混浊产酸量最高可 达8.75％，能耐酒精14％15％。

此菌株能分解乙 酸生成二氧化碳和水其菌体大小为0.40.8x1.02.0m 最适生长温 度为30℃，最高生长温度42℃，最低温度为45℃ 6、恶臭醋酸杆菌为啤酒醋酸菌此菌在液面能形成皱折的皮 膜，菌膜沿器壁上升，溶液不混浊该菌株最 高产酸量为7％9％，耐酒精8％以下，并能继 续分解乙酸生成二氧化碳和水其最适培养温 度2830℃，最适pH3.56.07、攀膜醋酸杆菌为葡萄酒醋酸菌，是酿造葡萄酒、葡萄醋 的有害菌此菌在液体中能形成特别粘而薄 的膜，沿器壁上升，膜下面的液体很混浊， 有不良气味产生，不适于酿醋8、胶质醋酸菌 为葡萄酒醋酸菌，能在酒醪中繁殖，致使酒醪 酸败变粘该菌生酸速度慢，又分解乙酸 并能生成大量粘膜，称为“醋母”，使乙酸产生腐 败 的坏味此菌在所有的醋厂都为有害菌 优良醋酸菌种应发酵速度快、转酸率高、代谢 产物除乙酸外还应有多种有机酸和芳香性酯类等 我国醋厂，有的使用人工纯培养醋酸菌， 菌 种主要有两株：一株是：恶臭醋酸杆菌，菌号AS1.41 该 菌细胞杆状，常呈链锁状，大小为 0.30.4mX12m，无运动性，不产生芽 孢在长期培养、高温培养、含盐过多或营养 不 足等条件下，细胞有时出现伸长形、线形或 棒形，甚至管状膨大等畸形。

在固体培养基上菌落隆起、平滑，呈灰白色 在液体培养基上培养，菌体沿瓶壁上升，在表 面 生长，呈淡青色的极薄平滑菌膜，液体不很混浊 最适培养温度2830℃，最适产酸温度2833℃ ，最适pH 3.56.0，耐酒精8％以下，最高产酸 量 7％9％(乙酸计)转化蔗糖力很弱，产葡萄糖酸能力也很弱能 氧化乙酸为CO2和H20，也能同化铵盐另一株是沪酿1.01但是，目前我国大多数酿醋厂，仍然利用天然 酸菌进行自然发酵，开放式的操作必然会有天然 醋酸菌侵入，致使产品质量不够稳定醋酸菌能耐1％1.5％的食盐，当食盐浓度大 于 1.5％时．其生理作用受到抑制，甚至被杀死热醋酸梭菌，厌氧发酵，具不同的乙酸代 谢 途径可将1mol己糖转化成3mol乙酸．而 酵 母和醋酸菌只能转化成2mol，发酵由糖到 乙 酸一步完成 但由于乙酸对其生长有抑制作用，故发酵 过程中要中和形成的酸，操作条件严格，营 养要求高，至今尚未工业化乙醇经过醋酸杆菌的作用形成醋根据现代分 类学的观点，醋酸杆菌能在PH4.5时氧化乙醇成 乙 酸其中有一群不氧化醋酸盐和乳酸盐成CO2， 这 就是葡萄糖杆菌两种工业用醋酸菌特征如下：特征 葡萄糖杆菌 醋酸杆菌鞭毛 极生或无 周生或无氧化乙醇成乙酸 慢 快氧化醋酸盐成CO2  + 氧化乳酸盐成CO2  + 氧化葡萄糖成葡萄糖酸盐 + 不定三羧酸循环  + 5-酮基葡萄糖酸 。