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組員：葉育彰49640029 馬永霖49640050 蔡妃虹49640060 李政龍49640062 蘇映潔49640075 楊雅琇49640097 陳仲天49640105 乳酸又名2-羥基丙醇酸 分子式為C3H6O3(90.08g/mol) 是一種含有氫氧基的簡單有機酸 廣泛存在於人體、動植物及微生物體內 乳酸生產方式可分為兩種： （一）化學反應程序合成 （二）透過微生物發酵 資料來源: http://www.lactic-acid.com/production_process.html 可產生乳酸菌種可分成兩大類: 第一類:真乳酸菌(true lactic acid bacteria) 屬於葛蘭氏陽性菌 第二類:偽乳酸菌(pseudo lactic acid bacteria) 屬於葛蘭氏陰性菌 同型乳酸菌: C6H12O6→2CH3CHOHCOOH 副產物少 轉化率高(80%以上) 異型乳酸菌: C6H12O6→CH3CHOHCOOH+C2H5COOH+2CO2 副產物多 降低產率，轉化率(約50%) 營養需求較低且簡單 產生乳酸產量高純度也高 米根黴菌為一種絲狀生長且常見於土壤中得根黴 菌，而根黴屬的特徵為菌絲體可產生假根 一般進行米根黴菌發酵產生乳酸程序的碳源會使 用玉米、澱粉或葡萄糖，葡萄糖可直接被菌體所 利用 葡 萄 糖 培 養 劑 碳酸 鈣 溫度:38度 (影響生長快慢和代謝速率) PH值:5.5 (過低會抑制菌體代謝生長，通常加入鹼饋料‧如 CaCO3) 網路資料: https://netfiles.uiuc.edu/mcheryan/www/lactic .htm http://www.lacticacid.com/production_process.html 論文: 台灣科技大學化學工程系碩士學位論文米根黴菌在攪 拌式發酵槽中生產L(+)-乳酸研究 研究生:翁國佑 期中報告到此！！ 謝謝大家 葡萄糖 具有乳酸 發酵液 發酵 菌種、水 回收 下層發酵 液(乳酸 鹽) 電滲析 (ED) 乳酸 分離(生化 薄膜反應器) 鈣化沉澱法:在發酵液中加入過量的石灰，使乳酸與 鈣離子結合形成乳酸鈣沉澱，過濾收集乳酸鈣後， 再加入濃硫酸，使其酸化並形成硫酸鈣沉澱，即可 得到乳酸溶液。 酯化法:利用甲醇等醇類將發酵液中的乳酸酯化後， 經過蒸餾程序回收得到乳酸甲酯，再進行水解則可 以得到乳酸和甲醇，甲醇則可以回收再利用。 電透析法:藉由使用陽離子和陰離子交換膜(Vera et al., 2001)，除去發酵液中的鹽類和離子，最後讓 乳酸根和氫離子結合轉化成乳酸而得以回收。 資料來源:https://netfiles.uiuc.edu/mcheryan/www/lactic.htm 資料來源:https://netfiles.uiuc.edu/mcheryan/www/lactic.htm 鈉濾(NF)又稱低壓反滲透，是一種壓力驅動型膜分 離技術。 電滲析(ED)乳酸鹽的同時分離和收集。 陰離子交換 膜ED系統將純化並且集中乳酸鹽，但是產物乳酸鹽 以鹽形式。 另外，一個雙極膜ED系統使其變成乳 酸，並且可回收調整發酵液pH值使用的鹼。 這使 鹼費用減到最小。 電透析流程就是搭配使用雙極性膜，雙極性膜可將 加入的水分子分解成氫離子和氫氧根離子，使得溶 液中的鹽類被還原成酸和鹼，並回收再利用，因此 是最具有經濟效應的方法，而傳統的電透析回收法 則須交替使用許多陽離子交換膜和陰離子交換膜， 設備較為複雜，而雙極性膜本身即含有陽離子和陰 離子交換膜，只需再搭配一個陽離子交換膜就能有 很高的乳酸回收率。 舉例:乳酸鈉，乳酸回收率不僅可將100%(Franken, 2000)，鈉離子也可以和氫氧根結合成氫氧化鈉並 加以回收。 Bipolar 電透析法回收乳酸流程圖(Franken, 2000) 使用雙極膜電滲析裝置，以消除溶液中微量元素 鈣乳酸，不過，雙極膜使用這種方式在一個昂貴 的。 溫度 溫度除了會影響菌體的生長快慢之外，也會影響其 代謝速率，而常見利用Rhizopus oryzae 來進行發 酵生產乳酸程序的溫度範圍有28~38℃。而Fan 與 Yang 等人則在2008 年研究指出38℃是Rhizopus oryzae 進行發酵生產L(+)乳酸的最佳溫度。 資料來源:米根黴菌在攪拌式發酵槽中生產 L(+)-乳酸之研究 研究生:翁國祐 溶氧值: 米根黴在發酵生長過程中是需要氧氣的，對米根黴 發酵產L(+)乳酸的影響，當溶氧值越高時，L(+)乳 酸的產量也會相對提高。 酸鹼值 一般適合黴菌生長的酸鹼值約在pH 4 到6 之間， 而大部份米根黴發酵產乳酸的研究，其pH 值大多 落在4.3 到6 之間， 因為米根黴在生長時會代謝出 有機酸，故在前培養時期大多會加入碳酸鈣，以維 持培養液中的酸鹼值在5.5 左右。 資料來源:米根黴菌在攪拌式發酵槽中生產 L(+)-乳酸之研究 研究生:翁國祐 資料來源 http://journals.im.ac.cn/cjbcn/ch/reader/create_pdf.aspx?file_no=gc08101729&flag=1&journal_id=cjbcn 本品主要成份為海藻酸的鈣鹽，可含有少 量成份的鈉鹽 生產方法:由海藻酸與氫氧化鈣或碳酸鈣反 應而得。 資料來源 http://journals.im.ac.cn/cjbcn/ch/reader/create_pdf.aspx?file_no=gc08101729&flag=1&journal_id=cjbcn 最常用的是碳酸鈣，這是很難進行消毒，不易添加 到生物反應器，所以用海藻酸鈣包埋法。 採用固定化米根黴發酵生產L-乳酸,與遊離發酵相 比, 可大大縮短生產週期, 並且解決了發酵過程中 出現的結團現象, 傳質效果好。 資料來源 http://journals.im.ac.cn/cjbcn/ch/reader/create_pdf.aspx?file_no=gc08101729&flag=1&journal_id=cjbcn 資料來源:米根黴菌在攪拌式發酵槽中生產 L(+)-乳酸之研究 研究生:翁國祐 有擋板發酵槽的米根黴團塊狀生長情形 無擋板發酵槽的米根黴團塊狀生長情形 培養方法: (1)液體種子增殖培養:裝液量50 mL/250 mL 三角 瓶, 115℃滅菌15 min,接種1 mL孢子懸液 (5×106個/mL), 180 r/min搖床上32℃振盪培養 。 搖瓶發酵: 發酵培養基裝液量50 mL/250m三角瓶, 115℃滅 菌15 min,在200 r/min搖床上32℃條件下培養72 h。 資料來源 http://journals.im.ac.cn/cjbcn/ch/reader/create_pdf.aspx?file_no=gc08101729&flag=1&journal_id=cjbcn 發酵初期的8 h,乳酸與菌絲 體含量很少,即菌體生 長與生產緩慢 24 h至60 h, 菌體迅速生長同時乳酸產量也隨之 迅速增加,這段 時間是米根黴生長與生產旺盛期 60 h後,乳酸含量 增加緩慢,菌絲體含量變化不大, 發酵進入穩定期。 72 h,乳酸產量達最高值。 資料來源 http://journals.im.ac.cn/cjbcn/ch/reader/create_pdf.aspx?file_no=gc08101729&flag=1&journal_id=cjbcn 乳酸含量的測定按高效液相色譜校正的EDTA定鈣 法進行 還原糖測定:3,5-二硝基水楊酸法 (DNS 法) 生物量測定:菌體乾重法 此法是利用乙二胺四乙酸(EDTA)會與金屬離子 Ca2+螯合的原理並搭配鈣黃綠素指示劑來進行， 得到乳酸的濃度。先在發酵液中加入過量的碳酸鈣 ，過量的碳酸鈣並不會增加EDTA 滴定量，而碳酸 鈣會和乳酸反應生成乳酸鈣，再取定量的發酵液加 入鈣黃綠素指示劑，鈣黃綠素是一種金屬螢光指示 劑，會和鈣離子結合並呈現強烈的黃綠色螢光，而 隨著EDTA 的加入，鈣離子會被螯合出來，最後當 黃綠色螢光消失呈現橙色時即達滴定終點，藉由 EDTA 的用量推算出鈣離子的濃度，再反算得到乳 酸濃度。但是EDTA 定鈣法所測得之乳酸濃度與 HPLC 法相比會偏高，準確率較低，但此法較不費 時，且可先與HPLC 法對照，得到一校正係數，即 可用來快速分析乳酸(鄭志et al., 2003)。 還原糖定量法(DNS 法) (Miller, 1959) 3,5-dinitrosalicylic acid（DNS）試劑之反應是利用DNS 具還原力之特性，因此 碳水化合物只要具有游離或游離趨勢之醛或酮基，即能在鹼性溶液下有還原的能 力而進行反應，反應式如以下： 3,5-dinitrosalicylic acid → 3-amino-5-nitrosalicylic acid （yellow） （orange-red） (式3.10) 於一定範圍內，顏色的深淺強度和還原糖濃度成正比，故糖的比例可在分光光度 計波長540 nm 下，以標準葡萄糖檢量線來定量樣品中的還原糖濃度。 由於乳酸產生菌的抑制強酸性環境中，發酵液pH值 必須保持高於 4.5，而最好在範圍約 6.0至6.5。為了 維持這種 pH值，適合水溶性物質或代理人基本是 無毒的產酸菌，如鹼金屬氫氧化物，碳酸鹽或碳酸 氫鹽或鹼土金屬氫氧化物或碳酸鹽，通常添加到發 酵液，以正在生產中和酸。 鹼聵料在生產中加到發酵液裡面，以中和酸性。 是40 %的CaCO3 因為40 %的CaCO3、3N 的NaOH 和NH4OH 來 當作酸鹼值的饋料控制，對米根黴生成L(+)乳酸 的影響。由圖4.16 得知，使用CaCO3 來饋料的 L(+)乳酸產量為89.27 g / L，會比NaOH(65.54 g / L)和NH4OH(58.72 g / L)來的好。 資料來源:米根黴菌在攪拌式發酵槽中生產 L(+)-乳酸之研究 研究生:翁國祐 資料來源:米根黴菌在攪拌式發酵槽中生產 L(+)-乳酸之研究 研究生:翁國祐 米根黴是一種真菌人類病原體和病原體的 zygomycosis （更恰當毛黴菌感染）。 The genome of the RA 99-880 strain isolated from a fatal infection was sequenced by the Broad Institute in 2004 - 2005 .該基因 組的RA 99-880株，分離出致命的感染測序的布羅德 研究所在2004 - 2005年 。 資料來源:米根黴維基百科，自由的百科全書 Rizopus oryzae為一種絲狀真菌，由於生長快速，且 具有高效率蛋白質外分泌系統，因此常被使用來生 產工業用酵素。 資料來源: 中興大學Rhizopus oryzae 有機合成米根黴