有機(jī)酸發(fā)酵工藝學(xué).ppt

1、李松、安徽工程高等院校生化學(xué)院生物工程教研室，2020/7/30，1，有機(jī)酸發(fā)酵工藝學(xué)，第五章衣康酸，2020/7/30，2，Itaconic acid，220 1929 :日本人木下廣野從鹽水中浸泡的酸梅汁中分離產(chǎn)生衣康酸的能力微生物，高滲透20世紀(jì)30年代，Calam、Oxford和Ratajak等相繼報道了把曲霉作為菌種使葡萄糖發(fā)酵生成衣康酸。 20世紀(jì)40年代以后，隨著化工行業(yè)的迅猛發(fā)展，衣康酸的用途也得到了明確的認(rèn)識，農(nóng)業(yè)部北方地轄區(qū)研究所對衣康酸的工業(yè)化生產(chǎn)做出了大量的工作。 1945年，Lockwook分離出適合表面培養(yǎng)的Asp. terreus265，糖轉(zhuǎn)化率達(dá)到3050%。

2、不久從Texas土壤中分離出適用于表面培養(yǎng)和深層培養(yǎng)的Asp. terreus NRRL 1960，糖轉(zhuǎn)化率為47.3%。 1952年，Pfeifer等人利用該菌在2.2m3發(fā)酵槽開始小規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)酸率達(dá)到3.24%，轉(zhuǎn)化率達(dá)到45%。 1955年成立了世界上第一家以蔗糖為原料的發(fā)酵法生產(chǎn)衣康酸的公司。 從2020/7/30、5、20世紀(jì)50年代開始，世界各國出現(xiàn)了很多研究衣康酸發(fā)酵的學(xué)者。 他們篩選了大量菌種，利用淀粉、蔗糖、糖蜜等不同原料進(jìn)行了衣康酸發(fā)酵研究，大力推進(jìn)了發(fā)酵法生產(chǎn)衣康酸的科學(xué)研究和生產(chǎn)。 1970年10月，靜岡縣磐田化學(xué)公司成立了年生產(chǎn)1000t衣康酸的工廠，成為當(dāng)時最大的

3、衣康酸生產(chǎn)公司(該公司現(xiàn)在的生產(chǎn)能力為1500t/a )。 1977年筑波高等院校應(yīng)用化學(xué)系，成功地將木屑水解液作為主要碳源，將曲霉K26作為菌種發(fā)酵，制備衣康酸，其產(chǎn)酸率達(dá)到4.75%，糖轉(zhuǎn)化率最高可達(dá)到54.9%。 20世紀(jì)80年代以來，衣康酸的研究發(fā)展迅速，發(fā)現(xiàn)更多的微生物，如念珠菌M31、曲霉p1等能產(chǎn)生衣康酸。 多年爭論不休的衣康酸合成的反應(yīng)歷程得到了更深入的研究。 2020/7/30，6，6，中國在20世紀(jì)六十年代初就有衣康酸生產(chǎn)。 當(dāng)時蘭州石油化學(xué)公司從英吉利引進(jìn)的亞克力生產(chǎn)流水線以衣康酸為第三單體，化學(xué)工業(yè)部投資在上海溶劑廠建設(shè)年產(chǎn)200t的衣康酸生產(chǎn)廠，生產(chǎn)3%左右的酸，轉(zhuǎn)化

4、率達(dá)到35%后，文革停止生產(chǎn)。 80年代末期首次全面、系統(tǒng)地開展地衣康酸的發(fā)酵研究。 1992年云南天力生物發(fā)酵廠宣布國內(nèi)首個年產(chǎn)300t衣康酸生產(chǎn)流水線。 1994年，該廠在此基礎(chǔ)上建設(shè)了年產(chǎn)2000t衣康酸生產(chǎn)流水線，以白糖為原料，300m3氣升式發(fā)酵罐中產(chǎn)生酸50g/L以上，對糖的轉(zhuǎn)化率超過50%，收率60%，發(fā)酵周期50h。 四川成都后克公司、浙江山國光生化工業(yè)公司、廣東雷州衣康酸公司相繼生產(chǎn)成功。 此前，我國衣康酸產(chǎn)業(yè)化系統(tǒng)初步形成。 20世紀(jì)90年代末，中國已經(jīng)有10多家康康酸生產(chǎn)廠。 2020/7/30，7，7，微生物發(fā)酵生產(chǎn)衣康酸已成為目前普遍采用的生產(chǎn)方法。 然而，對發(fā)酵菌種

5、的研究僅限于傳統(tǒng)誘變篩選。 迄今為止，國內(nèi)外尚未出現(xiàn)基因工程菌的報告。 為了滿足激烈的市場競爭，各工廠要求產(chǎn)酸更高、轉(zhuǎn)化率更高、發(fā)酵周期更短的生產(chǎn)菌種。 利用石油降解產(chǎn)物化學(xué)合成衣康酸的各種報告，也需要刺激和促進(jìn)發(fā)酵法生產(chǎn)衣康酸技術(shù)水平的進(jìn)一步提高。 在云同步，我國衣康酸生產(chǎn)的后萃取率普遍在75%以下，有些工廠遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這一水平，這與國外先進(jìn)水平的92%收率相比，其技術(shù)水平的差異遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)酵水平的差異。 衣康酸是英語itaconic acid的譯名，根據(jù)分子結(jié)構(gòu)的不同，應(yīng)該是水冷機(jī)酸。檸檬酸和中康酸互為同分異構(gòu)體：2020/7/30,8、8、8、2，在衣康酸理化性質(zhì)、酸性、中性和弱堿性常溫條件下

6、，衣康酸穩(wěn)定。 但是，在強(qiáng)堿條件下，能相互變換3種同分異構(gòu)體。 在水溶液中通過雙鍵的加水也可以生成少量的羥基酸。 衣康酸的分子結(jié)構(gòu)中含有非?；钴S的甲叉(CH2C )和羧基化學(xué)基。 衣康酸分子可以利用甲基水冷機(jī)化學(xué)基中的雙鍵與其他單體聚合，也可以利用羧基化學(xué)基與其他單體絡(luò)離子型聚合。 單體衣康酸本身的用途是不大點，而衣康酸或者其誘導(dǎo)體與其他單體聚合而成的高分子化合物重要，具有廣泛的用途。 2020/7/30，9，9，三，衣康酸的應(yīng)用，1，新型高效除味劑的應(yīng)用以衣康酸及其聚合物為主要原料，添加了少量天然物的除味劑的反應(yīng)活性高，不僅與阿摩尼亞、胺類等鹽化學(xué)基性惡臭反應(yīng)，而且能夠與硫化氫等酸性惡臭物質(zhì)

7、良好地反應(yīng)。 衣康酸聚合物容易成膜，可以制成具有除臭功能的紙或塑料薄膜等系列產(chǎn)品。2020/7/30、10、2、SBR膠乳(苯乙烯環(huán)氧丁烷橡膠) SBR膠乳是衣康酸、環(huán)氧丁烷和苯乙烯的共多聚體，目前在衣康酸的全部用途中使用量最多，約占其總使用量的60p%，主要用途是將其制備成新的水溶液，并將其主可在混凝土等表面形成粘合力強(qiáng)的涂膜，容易著色，不受氣候變遷影響，具有家庭裝飾的理想涂料油溶性，因此可用作可提高涂料中添加的涂料質(zhì)量的地毯上膠。 普通的合成纖維地毯通常需要上漿以提高硬度和韌性，SBR膠乳可以增加上漿劑和地毯之間的粘合力，使地毯持久。2020/7/30、11、3、將亞克力酸乳濁液用衣康酸和

8、亞克力酸共聚而生成的乳濁液可以用于皮革的涂層，用于增加皮革可塑性的汽車和其他電冰箱的涂料具有粘合力強(qiáng)、顏色美麗、不受外界氣候條件影響等優(yōu)點加入亞金屬鉛和鎂的硅酸鋁和氧化物等多價金屬氧化物交聯(lián)而成的衣康酸亞克力制牙科用膠粘劑，耐壓力性和粘接強(qiáng)度優(yōu)異，大姨媽適應(yīng)性優(yōu)異。 該多聚體既是高分子鰲合劑，也是水處理的防垢劑。2020/7/30、12、4、氯乙烯共多聚體的衣康酸與氯乙烯以一定的比例共聚，多聚體的衣康酸的-COOH極性與金屬密合形成相當(dāng)牢固的膜，形成涂層，可用于反應(yīng)釜的內(nèi)部涂層。 5 .通過添加聚烯烴改性共聚、格拉夫或直接衣康酸自多聚體，使聚乙烯管、聚甲基乙烯等多聚體的羧基化學(xué)基的數(shù)目增加，使

9、這些個的多聚體除雙鍵外還增加了金屬離子引起的離子鍵交聯(lián)，使聚合物的許多物性，如透明性、彈性、拉伸特性、耐裂紋多丙烯酸纖維中含有少量衣康酸可以大幅度改善染色性能。 2020/7/30、13、6、衣康酸以及衣康酸酯類化合物類的聚合衣康酸自身的聚合作為高分子分散劑、混凝劑以及土壤改良劑是有用的。 衣康酸鹽類也可以和很多單體聚合。 在衣康酸烯丙酯與亞克力酸甲酯、二乙烯基苯的共聚過程中，加入致孔劑形成大孔型結(jié)構(gòu)，通過二次聚合能制成乳白色球狀粒子的大孔弱酸性陽離子交換樹脂，例如D113和DK110。 7 .衣康酸誘導(dǎo)體酐能夠與絲蛋白中的絲氨酸和羊毛蛋白質(zhì)中的賴氨酸、精氨酸和酪氨酸分子反應(yīng)形成直鏈化合物，不

10、影響纖維本身，能夠大幅改善蛋白質(zhì)纖維的防皺性、耐熱性和熱安定性，吸濕性顯著降低。2020/7/30、14、2020/7/30、15、2020/7/30、16、衣康酸及其酯類化合物類具有廣泛的用途，是化學(xué)合成工業(yè)的重要原料，也是化學(xué)工業(yè)原材料生產(chǎn)中的重要原料、2020/7/30、17、第二節(jié)衣康酸的生合成反應(yīng)歷程、2020/7/30、18、衣康酸的生合成路線的研究報告很多，但根據(jù)所研究的菌種的不同，由培養(yǎng)方法、檢查手段與分析角度不同的乙酰CoA和焦磷酸直接合成檸康酸， 也提出了從檸檬酸脫水生成衣康酸的可能性的兩個路徑實際上相互交叉，檸檬酸是兩個路徑的道路交叉口，檸檬酸也可以脫紡錘而形成檸康酸，進(jìn)

11、行脫水而形成順烏頭酸，但兩者的合成效率一致，即葡萄糖一分子是衣康、2020/7/30、19、2020/7/30、20、總反應(yīng)式：理論轉(zhuǎn)化率： 72%、2020/7/30、21，與上述觀點不一致是ss的2020/7/30、22，衣康酸的體內(nèi)代謝途徑，2020/7/30、23， 對衣康酸的生物合成反應(yīng)歷程仍是研究的重點，目前還沒有統(tǒng)一的認(rèn)識，隨著技術(shù)的發(fā)展，對衣康酸的合成反應(yīng)歷程進(jìn)行了徹底的闡明并深入的研究，2020/7/30，24，第三節(jié)衣康酸發(fā)酵微生物、2020/7/30，25，一、一產(chǎn)生衣康酸的微生物種類很多，有曲霉、衣康，而這些個的微生物并不適合工業(yè)化生產(chǎn)，有些只能作為科研用的微生物使用。

12、 只有衣康酸曲霉和曲霉有工業(yè)化生產(chǎn)的報道，其中衣康酸曲霉只適用于初期的表面培養(yǎng)。 由于產(chǎn)量高、遺傳性能穩(wěn)定，目前國內(nèi)大部分深層發(fā)酵生產(chǎn)衣康酸的工廠采用曲霉。 2020/7/30，26，國內(nèi)主要用于工業(yè)化生產(chǎn)的衣康酸菌種如下表所示：2020/7/30，27，二，衣康酸發(fā)酵菌種的選育，原則首先是高產(chǎn)，可以大量生產(chǎn)所需產(chǎn)品，其次是產(chǎn)物單一，盡可能減少副產(chǎn)物穩(wěn)定產(chǎn)品品質(zhì)三是遺傳性能穩(wěn)定，適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的長期性；四是生長適應(yīng)性粗放，對發(fā)酵條件和發(fā)酵原料要求不太嚴(yán)格。 衣康酸目前主要采用突變誘導(dǎo)法進(jìn)行育種。 在衣康酸菌株的誘變處理中，證實了1、紫外輻射變異誘導(dǎo)法2、60Co放射法3、n -甲基n -硝基n

13、-硝基胍(NTG )處理4、紫外輻射高溫復(fù)合處理5的處理方法的正向變異率高的29，溫度pH接種量通氣和攪拌生物生長量培養(yǎng)基組成、發(fā)酵結(jié)束判斷、28-38， 干重：1.101.40g/dL，通氣不足或過剩影響收率，碳源、氮源、金屬絡(luò)離子、防沫劑等殘馀還原糖少于0.5g/dL，產(chǎn)酸緩慢或停止時，應(yīng)立即停止發(fā)酵、放罐、2020/7/30、30、衣康酸生產(chǎn)菌種的誘變和發(fā)酵例、衣康酸發(fā)酵的研究天津科技高等院校劉建軍(博士研究生論文)、2020/7/30、31、2020/7 2020/7/30、38、2020/7/30、39、2020/7/30 30、49、2020/7/30、50、2020/7/30、51、2020/7/30、52、2020/7 2020/7/30、69、第五節(jié)衣康酸提取工藝、適用于提取含有大量雜質(zhì)的發(fā)酵液72、第六節(jié)以衣康酸負(fù)載磷酸鹽為催化劑，在290-340反應(yīng)得到檸康酸，轉(zhuǎn)化率達(dá)到82%，然后