一、黑曲霉简介

简介

黑曲霉，子囊菌亚门，丝孢目，丛梗孢科，中的一个常见种。自中伸出，直径15~20pm，长约1~3mm，壁厚而光滑。顶部形成球形顶囊，其上全面复盖一层梗基和一层小梗，小梗上长有成串褐黑色的球状, 直径2.5~4.0μm。分生孢子头球状，直径700~800μm，褐黑色。蔓延迅速，初为白色，后变成鲜黄色直至黑色厚绒状,背面无色或中央略带黄褐色。分生孢子头褐黑色放射状，分生孢子梗长短不一。顶囊球形，双层小梗。分生孢子褐色球形。广泛分布于世界各地的、性产品和中。是重要的发酵工业菌种。有的菌株还可将羟基孕甾酮转化为雄烯。生长适温37℃，最低相对湿度为88%，能引致水分较高的粮食霉变和其他工业器材霉变。

形态特征

菌丛呈黑褐色，顶囊大球形，小梗双层，分生孢子为球形，呈黑、黑褐色，平滑或粗糙。对紫外线以及臭氧的耐性强。菌丝发达，多分枝，有多核的多细胞真菌。分生孢子梗由特化了的厚壁从膨大的菌丝细胞（足细胞）上垂直生出；分生孢子头状如”菊花”。黑曲霉的菌丝、孢子经常呈现各种颜色，如：黑、棕、绿、黄、橙、褐等，菌种不同，颜色也不同。

生态分布

广泛分布于土壤、空气和谷物上，可引起食物、谷物和果蔬的霉腐变质，有的可产生致癌性的 黄曲霉毒素。

经济用途

是制酱、酿酒、制醋的主要菌种。是生产 酶制剂（蛋白酶、淀粉酶、 果胶酶）的菌种。 生产 有机酸（如柠檬酸、 葡萄糖酸等）。农业上用作生产糖化 饲料的菌种。可用来测定锰、铜、钼、锌等微量元素和作为霉腐试验菌。干酪成熟中污染会使干酪表面变黑、变质，对奶油也会产生变色。

二 柠檬酸及其应用

1.1 柠檬酸简介

柠檬酸是生物体主要代谢产物之一，在自然界中分布很广，主要存在于柠檬，柑橘，菠萝，梅，李，梨，桃，无花果等果实中，尤其以未成熟者含量居多。

柠檬酸又名枸橼酸，学名2#8212;羟基丙胺三羧酸，2-羟基丙烷-1，2，3-三羧酸。

物理性质：无色透明或半透明晶体，或粒状，微粒状粉末，虽有强烈酸味，但令人愉快，稍有涩味。极易溶于水，溶解度随温度的升高而增大。

化学性质：从结构上讲柠檬酸是一种三羧酸类化合物，并因此而与其他羧酸有相似的物理和化学性质，加热至175℃时它会分解产生二氧化碳和水，剩余一些白色晶体。柠檬酸是一种较强的有机酸，有三个H离子可以电离；加热可以分解成多种产物，与酸，碱，甘油等发生反应。

1.2 柠檬酸的基本用途

（1）用于食品工业：柠檬酸在食品工业占生产量的75%以上，因为柠檬酸有温和爽快的酸味，所以普遍用于各种饮料，汽水，糖果，点心，饼干，罐头果汁，乳制品等食品的制造，到目前还没有一种可以取代柠檬酸的酸味剂。在所有有机酸的市场中，柠檬酸主要用作清凉饮料，果酱，水果和罐头等的酸性调味剂，也可用于食品油的抗氧化剂，pH调节剂等。

（2）用于化工和纺织业：柠檬酸在化学技术上可作化学分析用试剂，用作实验试剂，色谱分析试剂及生化试剂：用作络合剂，掩蔽剂；用以配制缓冲溶液。采用柠檬酸或柠檬酸盐类作助洗剂，可改善洗涤产品的性能，可以迅速沉淀金属离子，防止污染物重新附着在织物上，保持洗涤必要的碱性；使污垢和灰分分散和悬浮；提高表面活性剂的性能，是一种优良的螯合剂；还可用作测试建筑陶瓷瓷砖的耐酸性的试剂。

三、固定化技术介绍

固定化技术包括固定化酶技术与固定化微生物技术。固定化微生物技术广泛应用于环境污染治理方面的研究,主要的治理对象为难处理的有机废水及重金属污染的废水,同时研究还涉及到大气和土壤的污染治理。

固定化技术包括固定化酶技术与固定化微生物技术。20 世纪70 年代后,固定化微生物技术才直接从固定化酶技术发展而来。固定化微生物技术是用化学或物理手段将游离微生物定位于限定的空间区域,以提高微生物细胞的浓度,使其保持较高的生物活性并反复利用的方法。由于该技术既不需要把酶从细胞中提取出来,又不需要加以纯化,因而酶活性损失小。研究和应用表明,固定化微生物技术有微生物密度高、反应速度快、耐毒害能力强、微生物流失少、产物分离容易、处理设备小型化等优点。目前,固定化微生物技术广泛应用于环境污染治理方面的研究,主要的治理对象为难处理的有机废水及重金属污染的废水,同时研究还涉及到大气和土壤的污染治理。

四、发酵条件的优化

发酵工艺的优化在发酵行业起到很大的作用尤其是在发酵生产中它是提高发酵指标的一项非常有用的技术手段。:发酵工艺优化的方法有很多，它们之间不是孤立的，而是相互联系的。在一种发酵中,往往是多种优化方法的结合,其目的就是发酵是细胞大规模培养技术中最早被人们认识和利用的。发酵技术在医药、轻工、食品、农业、环保等领域的广泛应用，使这一技术在国民经济发展中发挥着越来越重要的作用。为了提高发酵生产水平，人们首先考虑的是菌种的选育或基因工程的构建。而实际上，发酵工艺的优化，包括生物反应器中的工程问题，也同样非常重要。发酵环境条件的优化是发酵过程中最基本的要求，也是最重要、最难掌握的技术指标。温度、pH值、溶氧、搅拌转速、氨离子、金属离子、营养物浓度等的优化控制，依据不同的发酵而有所不同。同时，微生物在生长的不同阶段、生产目的代谢产物的不同时期，对环境条件可能会有不同的要求。因此，应该在生物反应器内，使温度、pH值、溶氧、搅拌转速等不断变换，始终为其提供最佳的环境条件，以提高目的产物的得率，在发酵放大实验中，一般都很注重寻找最佳的培养基配方和最佳的温度、pH值、溶氧等参数，但往往忽视了细胞代谢流的变化。例如：在溶解氧浓度的测量与控制时，关心的是最佳氧浓度或其临界值，而不注意细胞代谢时的摄氧率；用氨水调节pH值时，关心的是最佳pH值，却不注意添加氨水时的动态变化及其与其他发酵过程的参数的关系，而这些变化对细胞的生长代谢却非常重要。

五、本课题研究思路和意义

黑曲霉发酵法生产柠檬酸的代谢途径被认为是：黑曲霉生长繁殖时的淀粉酶，糖化酶首先将薯干粉或玉米粉中的淀粉转变为葡萄糖；葡萄糖经过酵解途径（EMP）和HMP途径转变为丙酮酸；丙酮酸由丙酮酸氧化酶氧化生成乙酸和二氧化碳，继而经乙酰磷酸形成乙酰辅酶A，然后在柠檬酸合成酶的作用下生成柠檬酸。黑曲霉在限制氮源和锰等金属离子条件下，同时在高浓度葡萄糖和充分供氧的条件下，TCA循环中的α-丙酮二酸脱氢醇受阻遏，TCA循环变成”马蹄形”，代谢流汇集于柠檬酸处，使柠檬酸大量积累并排出菌体外。

与游离细胞发酵相比，固定化细胞发酵可以将微生物发酵改为连续酶反应；可以获得更高的细胞浓度；细胞可以重复使用； 在高稀释率时，不会产生洗脱现象；单位容积的产率高；提高遗传稳定性；细胞不会受到剪切效应的影响；发酵液中菌体含量少，有利与产品的分离纯化等优点。本实验将利用这些优点，完成实验。

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