得成功,八十年代则开发成功了用正烷烃发酵生产柠檬酸的新工艺。柠檬酸不但是食品工业 中最重要的酸味剂,而且是生产无磷洗涤剂的重要原料。目前从柠檬中提取柠檬酸已经完全 被发酵工业所取代。葡萄糖酸发酵生产菌的发现和工业化发展历史几乎与柠檬酸平行;衣康 酸发酵的工业化则要晚得多,在四十年代中期才出现浅盘发酵技术。一些本来采用发酵法生 产的有机酸,如苹果酸、酒石酸、富马酸及琥珀酸等,现在已经改用酶法或者采用化学合成 方法进行生产。 6.2溶剂发酵的微生物 6.2.1酒精发酵的微生物 酒精是产量最大的发酵工业产品,酒精发酵的主要原料是各种糖类物质。由于酒精的价 格低廉,因此微生物对原料的利用率、酒精产率及生产过程的能耗就成了酒精工业的关键因 素,这样用于酒精发酵的微生物应该符合如下要求:产物酒精相对于所利用底物的转化率 高、发酵速度快、对酒精的耐受力强、能够在较高的温度及偏酸性的p条件下发酵、对底 物的适应范围广等。最重要的酒精发酵微生物可以分为以下三大类:代谢葡萄糖的酵母、代 谢葡萄糖的细菌及代谢木糖的酵母 6.2.1.1葡萄糖发酵生产酒精的酵母 葡萄糖的代谢途径为酵解或称为巸 moden- Meyerhof途径。属于厌氧(微耗氧)发酵,理 论产率为每一分子葡萄糖产生各两分子的乙醇、CO2及ATP,或每克葡萄糖生产0.51克乙醇, 实际产率一般能达到理论产率的90%以上。常用的酵母品种有:啤酒酵母( Saccharomvces cerevisiae)、葡萄汁酵母(S.uarⅧ或称为S. carlsbergensis)、裂殖酵母 ( Schizosaccharomyces pombe)及 Kluyveromyces等。上述酵母均属兼性厌氧菌,在酵母生 长期需要一定的氧气,在酒精发酵阶段则需要厌氧条件以提高酒精产率。 产物酒精会对酒精生产和酵母生长产生抑制作用,不同的酵母耐酒精能力也有很大 差别。对大多数酵母而言,当酒精浓度达到5%时就会停止生长,当酒精浓度从6%增加到12% 时,酒精生产速率逐渐减为零。某些耐酒精酵母的酒精浓度能够达到18%,发酵醪中高浓度 酒精有利于降低酒精蒸馏时的能耗。 酒精发酵是一个放热过程,普通啤酒酵母的最适发酵温度为30%C,因此在发酵罐中需 要通冷却水以保持发酵温度在30°℃C左右,为此需消耗大量能量。一些研究者选育得到的高 温酵母的最适发酵温度可以达到40-50°C,适合于气温较高地区的酒精发酵工业 酵母一般只能利用葡萄糖作为碳源,不能直接利用淀粉。在利用淀粉为原料时,必须先 将淀粉釆用酶法或酸法水解为葡萄糖,增加了酒精生产时的原材料消耗和能耗。因此,选育能 够直接代谢淀粉的酵母也将有利于降低酒精的生产成本。 6.2.1.2葡萄糖发酵生产酒精的细菌 许多细菌也能代谢葡萄糖生产酒精,同时还会产生其它醇、有机酸、酮等副产物及各种 气体。能够从每摩尔葡萄糖发酵产生一摩尔以上酒精的细菌见表6.2.1,其中最有实际应用 价值的是运动发酵单胞菌2 ymomonas mobilis。它的生长速率、底物消耗速率、产物生成速 率都高于酵母发酵,而细胞产率则低于酵母,因此具有较高的乙醇产率。Z. mobilis与葡 萄汁酵母间歇发酵的比较见表6.2.2,可以看到该细菌的发酵速率大于酵母,而乙醇产率要 比酵母高6%以上。在细菌发酵时,葡萄糖的代谢途径除 Embden- Meyerhoff(EM)途径外,还 有 Entner-υ oudorof(ED)途径。在ED途径中,葡萄糖磷酸化后被氧化为δ-磷酸葡萄糖酸 随后脱水生成2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖(KDPG),再在KPG-缩醛酶的作用下切断。总反 应是一摩尔葡萄糖生成各二摩尔乙醇和CO,并产生一摩尔ATP2 得成功，八十年代则开发成功了用正烷烃发酵生产柠檬酸的新工艺。柠檬酸不但是食品工业 中最重要的酸味剂，而且是生产无磷洗涤剂的重要原料。目前从柠檬中提取柠檬酸已经完全 被发酵工业所取代。葡萄糖酸发酵生产菌的发现和工业化发展历史几乎与柠檬酸平行；衣康 酸发酵的工业化则要晚得多，在四十年代中期才出现浅盘发酵技术。一些本来采用发酵法生 产的有机酸，如苹果酸、酒石酸、富马酸及琥珀酸等，现在已经改用酶法或者采用化学合成 方法进行生产。 6.2 溶剂发酵的微生物 6.2.1 酒精发酵的微生物 酒精是产量最大的发酵工业产品，酒精发酵的主要原料是各种糖类物质。由于酒精的价 格低廉, 因此微生物对原料的利用率、酒精产率及生产过程的能耗就成了酒精工业的关键因 素, 这样用于酒精发酵的微生物应该符合如下要求：产物酒精相对于所利用底物的转化率 高、发酵速度快、对酒精的耐受力强、能够在较高的温度及偏酸性的 pH 条件下发酵、对底 物的适应范围广等。最重要的酒精发酵微生物可以分为以下三大类：代谢葡萄糖的酵母、代 谢葡萄糖的细菌及代谢木糖的酵母。 6.2.1.1 葡萄糖发酵生产酒精的酵母 葡萄糖的代谢途径为酵解或称为 Embden-Meyerhof 途径。属于厌氧(微耗氧)发酵，理 论产率为每一分子葡萄糖产生各两分子的乙醇、CO2 及 ATP，或每克葡萄糖生产 0.51 克乙醇， 实际产率一般能达到理论产率的 90%以上。常用的酵母品种有：啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae) 、葡萄汁酵母 (S. uvarum 或称为 S. carlsbergensis) 、裂殖酵母 (Schizosaccharomyces pombe)及 Kluyverromyces 等。上述酵母均属兼性厌氧菌，在酵母生 长期需要一定的氧气，在酒精发酵阶段则需要厌氧条件以提高酒精产率。 产物酒精会对酒精生产和酵母生长产生抑制作用，不同的酵母耐酒精能力也有很大的 差别。对大多数酵母而言，当酒精浓度达到 5%时就会停止生长，当酒精浓度从 6%增加到 12% 时，酒精生产速率逐渐减为零。某些耐酒精酵母的酒精浓度能够达到 18%, 发酵醪中高浓度 酒精有利于降低酒精蒸馏时的能耗。 酒精发酵是一个放热过程, 普通啤酒酵母的最适发酵温度为 300 C, 因此在发酵罐中需 要通冷却水以保持发酵温度在 300 C 左右, 为此需消耗大量能量。一些研究者选育得到的高 温酵母的最适发酵温度可以达到 40-500 C, 适合于气温较高地区的酒精发酵工业。 酵母一般只能利用葡萄糖作为碳源,不能直接利用淀粉。在利用淀粉为原料时,必须先 将淀粉采用酶法或酸法水解为葡萄糖,增加了酒精生产时的原材料消耗和能耗。因此,选育能 够直接代谢淀粉的酵母也将有利于降低酒精的生产成本。 6.2.1.2 葡萄糖发酵生产酒精的细菌 许多细菌也能代谢葡萄糖生产酒精，同时还会产生其它醇、有机酸、酮等副产物及各种 气体。能够从每摩尔葡萄糖发酵产生一摩尔以上酒精的细菌见表 6.2.1，其中最有实际应用 价值的是运动发酵单胞菌 Zymomonas mobilis。它的生长速率、底物消耗速率、产物生成速 率都高于酵母发酵，而细胞产率则低于酵母，因此具有较高的乙醇产率。Z. mobilis 与葡 萄汁酵母间歇发酵的比较见表 6.2.2,可以看到该细菌的发酵速率大于酵母, 而乙醇产率要 比酵母高 6%以上。在细菌发酵时，葡萄糖的代谢途径除 Embden-Meyerhoff(EM)途径外，还 有 Entner-Doudorof(ED)途径。在 ED 途径中，葡萄糖磷酸化后被氧化为 6-磷酸葡萄糖酸， 随后脱水生成 2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖（KDPG），再在 KDPG-缩醛酶的作用下切断。总反 应是一摩尔葡萄糖生成各二摩尔乙醇和 CO2, 并产生一摩尔 ATP