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丙酸发酵——陶涛 冯斌1发酵产品概况丙酸（Propionic Acid (AS)，Propanoic acid ， Carboxylic acid C3）化学式　C3H6O2 相对分子质量　74.08 性状　无色澄清油状液体。稍有刺鼻的恶臭气味。能与水混溶，溶于乙醇、氯仿和乙醚。相对密度(d204 )0.99336。熔点-21.5℃。沸点141.1℃。折光率 (n25D)1.3848。粘度(15℃)1.175mPa·s。闪点(开杯) 58℃。易燃。低毒，半数致死量(大鼠，经口)4.29g/kg。有腐蚀性。 储存　密封阴凉保存。 丙酸结构式丙酸作为一种重要的精细化工原料, 也是目前我国紧缺的防腐剂原材料之一，在食品、医药、农药、涂料、油漆、染料、化妆品、香料、有机合成工业、林产化学工业及其它行业都有着广泛的应用。丙酸及其盐如丙酸钙、丙酸锌、丙酸钾能有效地抑制霉菌、嗜氧芽孢杆菌,而且对人体基本无害,广泛应用在谷物、饲料和食品中,是良好的防腐保鲜剂[1 ] 。丙酸酯类是重要的溶剂和香料[2 ] ,可用于黄油、西洋酒以及冷食面包、冷饮和口香糖制造中。丙酸氯及丙酸酐是重要的农药、医药中间体,可用来生产VB6 、抗癌药丙酸羟甲雄酮等[3 ] ,丙酸盐是大环内酯类抗生素如沙霉素、利福霉素、M - 90 等生物合成的重要前体[4 - 6 ] 。另外,丙酸还可用作电镀助剂、乳化剂和生产生物降解塑料等[7 ,8 ] 。随着农业、轻纺、食品、医药等工业的发展,对农药除草剂、涂料杀菌剂、食品保护剂及饲料添加剂等的需求量日益增加,丙酸需求量也在日益增加。但是它也有危害，健康危害： 吸入本品对呼吸道有强烈刺激性，可发生肺水肿。蒸气对眼有强烈刺激性，液体可致严重眼损害。皮肤接触可致灼伤。大量口服出现恶心、呕吐和腹痛。环境危害： 对环境有危害，对水体可造成污染。燃爆危险： 本品易燃，具腐蚀性、强刺激性，可致人体灼伤。2001 年世界丙酸总生产能力约为30. 45 万吨[9 ] ,生产国家主要集中在美国、英国、德国、日本和南非等国。美国是世界上最大的丙酸生产及消费国,2003 年丙酸产量达20 万吨[10 ] , 产品主要销往巴西、加拿大、中国、哥伦比亚和南非等国;而我国丙酸年产量不足200 吨,主要依赖进口[10 ] 。丙酸的生产方法有化学合成法和发酵法,化学合成法是以石油化工产品为原料,经过加温加压催化剂等合成,微生物发酵法是丙酸菌在常温常压下利用农副产品等代谢产生丙酸,目前工业生产方法主要是化学合成法。在当前全世界面临环境污染、能源短缺的情况下,用微生物发酵法来大规模生产丙酸是一条值得探索的新途径。丙酸菌发酵是一个古老的工艺,它起始于奶酪和干酪的制作过程,在发酵过程中,丙酸菌起到产酸和生香的作用;丙酸菌还可以用来生产VB12 、细菌素、益生素等;在酿酒过程中丙酸菌能够代谢乳酸,消除青涩口感,产生浓郁的香味,达到“增己降乳”的目的[12 ] ;丙酸菌也可用来预防牲畜硝酸盐中毒、抑制肿瘤的产生、转移等等[13. 14 ] 。由于发酵法生产丙酸产量低,终产物抑制强,经济竞争力弱,至今未能实现工业化,仍处于实验室研究阶段。2．发酵机制微生物丙酸发酵主要是丙酸杆菌,丙酸杆菌是丙酸杆菌属( Propionibacteria) 的简称,它有多个种和亚种,均为厌氧菌, 但不同的种对氧的耐受性不同[15 ] ,该属为革兰氏阳性,不产芽孢,不运动,接触酶阳性,菌种在穿刺条件下培养生长良好;菌落呈红色、褐红色、白色或土黄色,边缘整齐;在无氧条件下,呈链状球菌,在有氧条件下偶见原始分枝的杆状;在中性pH 值下,28 - 37 ℃条件下较适合生长[16 ] 。发酵机理丙酸发酵主要以葡萄糖、甘油、乳糖、乳酸等作为碳源,产丙酸的同时还伴随有乙酸、琥珀酸、CO2等副产物生成。丙酸杆菌一般由底物经EMP 途径,再经过以下几个途径生成丙酸及副产物:Wood- Werkman 循环途径、乙酸和CO2 合成途径、琥珀酸合成途径、糖原异生途径, 三羧酸循环途径等[16 ] 。以葡萄糖为例丙酸发酵的Wood - Werk2man 循环代谢途径如图1[23 ] :以葡萄糖为底物的发酵机理为[15 ] : 1. 5C6H12O6—— 2CH3CH2COOH +CH3CH2COOH + CO2 + H2O以乳酸和甘油为底物发酵的机理为[15 ] : 3CH3CHOHCOOH ——2CH3CH2COOH +CH3COOH + CO2 + H2O CH2OHCHOHCH2OH—— CH3CH2COOH+ H2O　丙酸为丙酸杆菌的初级代谢产物,从代谢历程可以看出,除以甘油为碳源外,其他碳源如葡萄糖、乳酸、乳糖等发酵产物都为丙乙酸的混和物。调控机制不同菌株利用的碳源不同,产酸率也有所不同，所以合理的选择菌株与碳