第11章氨基酸的發(fā)酵

1、第第11章章 氨基酸發(fā)酵氨基酸發(fā)酵11.1 概述概述一、氨基酸的種類一、氨基酸的種類 氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單位，通常由氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單位，通常由5種元素組成，即種元素組成，即C、H、O、N、S。在自然界。在自然界中，已發(fā)現(xiàn)組成蛋白質(zhì)的氨基酸有中，已發(fā)現(xiàn)組成蛋白質(zhì)的氨基酸有20多種，而多種，而這這20多種氨基酸都是羧酸分子中多種氨基酸都是羧酸分子中-C上的一個(gè)上的一個(gè)氫被氨基所取代而成的化合物，故稱氫被氨基所取代而成的化合物，故稱-氨基酸。氨基酸。二、氨基酸的應(yīng)用二、氨基酸的應(yīng)用1、在醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用、在醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用2、在食品工業(yè)中的應(yīng)用、在食品工業(yè)中的應(yīng)用3、在飼料工業(yè)中的應(yīng)

2、用、在飼料工業(yè)中的應(yīng)用4、在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用、在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用5、在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用、在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用三、氨基酸的生產(chǎn)方法三、氨基酸的生產(chǎn)方法1、蛋白質(zhì)水解提取法、蛋白質(zhì)水解提取法 將蛋白質(zhì)經(jīng)酸堿水解后，再經(jīng)分離純化獲將蛋白質(zhì)經(jīng)酸堿水解后，再經(jīng)分離純化獲得各種氨基酸。得各種氨基酸。2、直接發(fā)酵法、直接發(fā)酵法 所謂氨基酸發(fā)酵所謂氨基酸發(fā)酵,就是以糖類和銨鹽為主就是以糖類和銨鹽為主要原料的培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物要原料的培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物,積累特定的氨積累特定的氨基酸?；?。 20種基本氨基酸中有種基本氨基酸中有18種能用這種方法種能用這種方法生產(chǎn)，其中產(chǎn)量最大的是谷氨酸。生產(chǎn)，其中產(chǎn)量最大的是谷氨酸。3、

3、酶法、酶法 利用微生物細(xì)胞或微生物產(chǎn)生的酶來制利用微生物細(xì)胞或微生物產(chǎn)生的酶來制造氨基酸。造氨基酸。4、化學(xué)合成法、化學(xué)合成法 利用有機(jī)合成和化學(xué)工程的技術(shù)生產(chǎn)和利用有機(jī)合成和化學(xué)工程的技術(shù)生產(chǎn)和制備氨基酸制備氨基酸5、添加前體發(fā)酵法、添加前體發(fā)酵法 又稱微生物轉(zhuǎn)化法。又稱微生物轉(zhuǎn)化法。 傳統(tǒng)的提取法、酶法和化學(xué)合成法由于傳統(tǒng)的提取法、酶法和化學(xué)合成法由于前體物的成本高，工藝復(fù)雜，難以達(dá)到工業(yè)前體物的成本高，工藝復(fù)雜，難以達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)的目的。所以現(xiàn)在生產(chǎn)氨基酸的方法化生產(chǎn)的目的。所以現(xiàn)在生產(chǎn)氨基酸的方法多為微生物發(fā)酵法。多為微生物發(fā)酵法。四、氨基酸工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和動(dòng)態(tài)四、氨基酸工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

4、和動(dòng)態(tài) 我國氨基酸工業(yè)是從我國氨基酸工業(yè)是從20世紀(jì)世紀(jì)60年代開始年代開始起步的，先后開展了蛋白質(zhì)水解提取法、化起步的，先后開展了蛋白質(zhì)水解提取法、化學(xué)合成法、發(fā)酵法和酶法生產(chǎn)氨基酸的研究。學(xué)合成法、發(fā)酵法和酶法生產(chǎn)氨基酸的研究。 目前生產(chǎn)氨基酸的大國為日本和德國。目前生產(chǎn)氨基酸的大國為日本和德國。 日本的味之素、協(xié)和發(fā)酵及德國的德固日本的味之素、協(xié)和發(fā)酵及德國的德固沙是世界氨基酸生產(chǎn)的三巨頭。沙是世界氨基酸生產(chǎn)的三巨頭。 國內(nèi)生產(chǎn)氨基酸的廠家主要是天津氨基國內(nèi)生產(chǎn)氨基酸的廠家主要是天津氨基酸公司、湖北八峰氨基酸公司，但目前無論酸公司、湖北八峰氨基酸公司，但目前無論生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品質(zhì)量還難于與

5、國外抗衡。生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品質(zhì)量還難于與國外抗衡。 在在80年代中后期，我國從日本的味之素、年代中后期，我國從日本的味之素、協(xié)和發(fā)酵以技貿(mào)合作的方式引進(jìn)輸液制劑的協(xié)和發(fā)酵以技貿(mào)合作的方式引進(jìn)輸液制劑的制造技術(shù)和仿造產(chǎn)品，制造技術(shù)和仿造產(chǎn)品，1991年銷售量為二千年銷售量為二千萬瓶，萬瓶，1996年達(dá)六千萬瓶，主要廠家有無錫年達(dá)六千萬瓶，主要廠家有無錫華瑞、北京費(fèi)森尤斯、昆明康普萊特，但生華瑞、北京費(fèi)森尤斯、昆明康普萊特，但生產(chǎn)原料都依賴進(jìn)口。產(chǎn)原料都依賴進(jìn)口。 到到2000年，世界氨基酸產(chǎn)值達(dá)年，世界氨基酸產(chǎn)值達(dá)45億美元，億美元，占生物技術(shù)市場(chǎng)的占生物技術(shù)市場(chǎng)的7%，國內(nèi)的氨基酸產(chǎn)值可，國內(nèi)的氨

6、基酸產(chǎn)值可達(dá)達(dá)40億元，占全國發(fā)酵產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的億元，占全國發(fā)酵產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的12%。 11.2 谷氨酸的谷氨酸的 發(fā)酵生產(chǎn)發(fā)酵生產(chǎn) 現(xiàn)在發(fā)酵法或酶法生產(chǎn)氨基酸已有現(xiàn)在發(fā)酵法或酶法生產(chǎn)氨基酸已有20多多種，已經(jīng)成為氨基酸生產(chǎn)的主要方法。在各種，已經(jīng)成為氨基酸生產(chǎn)的主要方法。在各種氨基酸的生產(chǎn)中，以谷氨酸的發(fā)酵規(guī)模、種氨基酸的生產(chǎn)中，以谷氨酸的發(fā)酵規(guī)模、產(chǎn)量最大。產(chǎn)量最大。 11.2.1 谷氨酸生產(chǎn)原料谷氨酸生產(chǎn)原料 一、谷氨酸生產(chǎn)原料一、谷氨酸生產(chǎn)原料 谷氨酸生產(chǎn)原料有碳源、氮源、無機(jī)鹽谷氨酸生產(chǎn)原料有碳源、氮源、無機(jī)鹽和生長因子等。和生長因子等。 1. 碳源碳源 工業(yè)上谷氨酸發(fā)酵采用的碳源一般都

7、是工業(yè)上谷氨酸發(fā)酵采用的碳源一般都是淀粉原料，如玉米、小麥、甘薯、大米等，淀粉原料，如玉米、小麥、甘薯、大米等，其中甘薯和淀粉最為常用。其中甘薯和淀粉最為常用。 淀粉原料要先通過制糖工藝水解成微生淀粉原料要先通過制糖工藝水解成微生物可直接利用的葡萄糖，然后再投放到發(fā)酵物可直接利用的葡萄糖，然后再投放到發(fā)酵罐。罐。 此外也可用糖蜜原料作為碳源，如甘蔗此外也可用糖蜜原料作為碳源，如甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜。糖蜜因富含生物素，在發(fā)糖蜜、甜菜糖蜜。糖蜜因富含生物素，在發(fā)酵前需要經(jīng)活性碳或樹脂吸附法和亞硝酸法酵前需要經(jīng)活性碳或樹脂吸附法和亞硝酸法吸附或破壞生物素。吸附或破壞生物素。 2. 氮源氮源 氮源是合成

8、菌體蛋白質(zhì)、核酸及谷氨酸的氮源是合成菌體蛋白質(zhì)、核酸及谷氨酸的原料。氮源比碳源對(duì)谷氨酸發(fā)酵影響更大，約原料。氮源比碳源對(duì)谷氨酸發(fā)酵影響更大，約85的氮源被用于合成谷氨酸，另外的氮源被用于合成谷氨酸，另外15用于用于合成菌體。合成菌體。 一般發(fā)酵工業(yè)碳氮比為一般發(fā)酵工業(yè)碳氮比為100 :（0.22.0），），谷氨酸發(fā)酵的碳氮比為谷氨酸發(fā)酵的碳氮比為100 :（1521）。目）。目前生產(chǎn)上多采用尿素或氨水作為氮源，進(jìn)行分前生產(chǎn)上多采用尿素或氨水作為氮源，進(jìn)行分批流加批流加 。 3. 無機(jī)鹽無機(jī)鹽 無機(jī)鹽是微生物維持生命活動(dòng)不可缺少的無機(jī)鹽是微生物維持生命活動(dòng)不可缺少的物質(zhì)。其中磷酸鹽在谷氨酸發(fā)酵非

9、常重要，物質(zhì)。其中磷酸鹽在谷氨酸發(fā)酵非常重要，它是谷氨酸發(fā)酵過程中必須的，但濃度不能它是谷氨酸發(fā)酵過程中必須的，但濃度不能過高，否則會(huì)轉(zhuǎn)向纈氨酸發(fā)酵。過高，否則會(huì)轉(zhuǎn)向纈氨酸發(fā)酵。 4. 生長因子生長因子 糖質(zhì)為碳源的谷氨酸生產(chǎn)菌幾乎都是生物糖質(zhì)為碳源的谷氨酸生產(chǎn)菌幾乎都是生物素缺陷型，以生物素為生長因子。在發(fā)酵過素缺陷型，以生物素為生長因子。在發(fā)酵過程中程中“亞適量亞適量”生物素有利于積累谷氨酸。生物素有利于積累谷氨酸。實(shí)際生產(chǎn)中通過添加玉米漿、麩皮水解液、實(shí)際生產(chǎn)中通過添加玉米漿、麩皮水解液、糖蜜等作為生長因子的來源，來滿足谷氨酸糖蜜等作為生長因子的來源，來滿足谷氨酸生產(chǎn)菌必須的生長因子。生

10、產(chǎn)菌必須的生長因子。二、淀粉水解糖的制備二、淀粉水解糖的制備 淀粉是由葡萄糖組成的生物大分子，大多淀粉是由葡萄糖組成的生物大分子，大多數(shù)的微生物都不能直接利用，生產(chǎn)中都要求將數(shù)的微生物都不能直接利用，生產(chǎn)中都要求將淀粉進(jìn)行糖化，制備成淀粉水解糖使用。淀粉進(jìn)行糖化，制備成淀粉水解糖使用。 在淀粉水解糖液中，主要糖分是在淀粉水解糖液中，主要糖分是葡萄糖葡萄糖，另外尚有數(shù)量不等的麥芽糖以其他一些二糖、另外尚有數(shù)量不等的麥芽糖以其他一些二糖、低聚糖等糖類少量。低聚糖等糖類少量。 淀粉水解糖的制備方法有下列淀粉水解糖的制備方法有下列4種：種：1 1、酸解法（酸糖化法）、酸解法（酸糖化法） 它是以酸（無機(jī)

11、酸或有機(jī)酸）為催它是以酸（無機(jī)酸或有機(jī)酸）為催化劑，在高溫高壓下將淀粉水解轉(zhuǎn)化化劑，在高溫高壓下將淀粉水解轉(zhuǎn)化為葡萄糖的方法。為葡萄糖的方法。n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： （1）生產(chǎn)簡易，對(duì)設(shè)備要求簡單。）生產(chǎn)簡易，對(duì)設(shè)備要求簡單。 （2）水解時(shí)間短。）水解時(shí)間短。 （3）設(shè)備生產(chǎn)能力比較大。）設(shè)備生產(chǎn)能力比較大。n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： （1）要求有耐腐蝕、耐高溫高壓的設(shè)備。）要求有耐腐蝕、耐高溫高壓的設(shè)備。 （2）副反應(yīng)的發(fā)生，造成葡萄糖的損失而使）副反應(yīng)的發(fā)生，造成葡萄糖的損失而使淀粉的轉(zhuǎn)化率降低。淀粉的轉(zhuǎn)化率降低。 （3）淀粉顆粒大小不均造成水解不徹底。）淀粉顆粒大小不均造成水解不徹底。 （4）淀粉乳濃度也不

12、宜過高。）淀粉乳濃度也不宜過高。2、酶解法（雙酶水解法）、酶解法（雙酶水解法） 是用淀粉酶將淀粉水解為葡萄糖。此法是用淀粉酶將淀粉水解為葡萄糖。此法分為兩步：分為兩步：n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： （1 1）酶水解反應(yīng)條件較溫和，不需要）酶水解反應(yīng)條件較溫和，不需要耐腐蝕、耐腐蝕、耐高溫、高壓的設(shè)備。耐高溫、高壓的設(shè)備。 （2 2）酶專一性強(qiáng)，水解副反應(yīng)少，水解糖液）酶專一性強(qiáng)，水解副反應(yīng)少，水解糖液純度高，淀粉的轉(zhuǎn)化率高。純度高，淀粉的轉(zhuǎn)化率高。 （3 3）可在較高的淀粉乳液濃度下水解。）可在較高的淀粉乳液濃度下水解。 （4 4）糖液顏色淺、較純凈、無苦味、質(zhì)量高，）糖液顏色淺、較純凈、無苦味、質(zhì)量高，有

13、利于精制。有利于精制。n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： （1 1）酶水解反應(yīng)時(shí)間較長，一般從投）酶水解反應(yīng)時(shí)間較長，一般從投料到糖化完畢需料到糖化完畢需2 23 3天時(shí)間天時(shí)間。 （2 2）要求設(shè)備較多。）要求設(shè)備較多。 （3 3）需要具備有專門培養(yǎng)酶的條件。）需要具備有專門培養(yǎng)酶的條件。 （4 4）糖液過濾困難。）糖液過濾困難。3、酸酶結(jié)合法、酸酶結(jié)合法 酸酶結(jié)合水解法是集酸法和酶法制酸酶結(jié)合水解法是集酸法和酶法制糖的優(yōu)點(diǎn)而采用的結(jié)合生產(chǎn)工藝。根據(jù)淀糖的優(yōu)點(diǎn)而采用的結(jié)合生產(chǎn)工藝。根據(jù)淀粉原料性質(zhì)又可分為粉原料性質(zhì)又可分為酸酶水解法酸酶水解法和和酶酸水酶酸水解法解法。（1 1） 酸酶水解法酸酶水解法n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)

14、： （1 1）酸液化速度快，且用量少）酸液化速度快，且用量少。 （2 2）對(duì)液化液的要求不高。）對(duì)液化液的要求不高。 （3 3）可采用較高的淀粉乳濃度，以）可采用較高的淀粉乳濃度，以提高生產(chǎn)效率。提高生產(chǎn)效率。（2 2） 酶酸水解法酶酸水解法n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1 1）能采用粗原料淀粉）能采用粗原料淀粉。（2 2）淀粉濃度較酸法高，生產(chǎn)較易控制。）淀粉濃度較酸法高，生產(chǎn)較易控制。（3 3）水解時(shí)間短，糖液色澤淺。）水解時(shí)間短，糖液色澤淺。（4 4）酸水解）酸水解pHpH值稍高，可減少淀粉水解副反值稍高，可減少淀粉水解副反應(yīng)的發(fā)生。應(yīng)的發(fā)生。 采用不同的水解制糖工藝，各有其優(yōu)采用不同的水解制糖工藝，

15、各有其優(yōu)點(diǎn)和不足。點(diǎn)和不足。 從從水解糖液的質(zhì)量水解糖液的質(zhì)量及降低糖耗，提高及降低糖耗，提高原料利用率方面考慮，原料利用率方面考慮，雙酶法最好，其次雙酶法最好，其次是酸酶法，最差的是酶酸法、酸法是酸酶法，最差的是酶酸法、酸法。 從淀粉水解整個(gè)過程從淀粉水解整個(gè)過程所需的時(shí)間所需的時(shí)間來說，來說，則則酸法時(shí)間最短，雙酶法時(shí)間最長酸法時(shí)間最短，雙酶法時(shí)間最長。三、糖蜜原料的處理三、糖蜜原料的處理1、糖蜜的來源與特點(diǎn)、糖蜜的來源與特點(diǎn) 甘蔗糖廠的副產(chǎn)物甘蔗糖廠的副產(chǎn)物 甜菜糖廠的副產(chǎn)物甜菜糖廠的副產(chǎn)物2、糖蜜原料的處理、糖蜜原料的處理（1）降低生物素含量：活性碳或樹脂吸附、）降低生物素含量：活性碳

16、或樹脂吸附、 亞硝酸破壞等亞硝酸破壞等（2）添加青霉素）添加青霉素（3）添加表面活性劑等）添加表面活性劑等 11.2.2 谷氨酸生產(chǎn)菌及擴(kuò)大培養(yǎng)谷氨酸生產(chǎn)菌及擴(kuò)大培養(yǎng) 一、生產(chǎn)菌一、生產(chǎn)菌 經(jīng)過鑒定和命名的谷氨酸生產(chǎn)菌很多，經(jīng)過鑒定和命名的谷氨酸生產(chǎn)菌很多，其中主要是棒桿菌屬、短桿菌屬、小桿菌屬其中主要是棒桿菌屬、短桿菌屬、小桿菌屬及節(jié)桿菌屬中的細(xì)菌。及節(jié)桿菌屬中的細(xì)菌。 它們都有以下共同特點(diǎn)：它們都有以下共同特點(diǎn)： 菌體為球形、菌體為球形、短桿至棒狀，短桿至棒狀，無鞭毛、不運(yùn)動(dòng)，無鞭毛、不運(yùn)動(dòng)，不形成不形成芽孢，芽孢，呈革蘭氏陽性，呈革蘭氏陽性，需要生物素做生需要生物素做生長因子，長因子，在

17、通氣條件下培養(yǎng)能產(chǎn)生谷氨酸。在通氣條件下培養(yǎng)能產(chǎn)生谷氨酸。二、菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)二、菌種的擴(kuò)大培養(yǎng) 國內(nèi)谷氨酸發(fā)酵種子擴(kuò)大培養(yǎng)普遍采國內(nèi)谷氨酸發(fā)酵種子擴(kuò)大培養(yǎng)普遍采用二級(jí)種子培養(yǎng)的流程，即：用二級(jí)種子培養(yǎng)的流程，即：斜面菌種斜面菌種 一級(jí)種子培養(yǎng)一級(jí)種子培養(yǎng) 二級(jí)種子培養(yǎng)二級(jí)種子培養(yǎng) 發(fā)酵罐發(fā)酵罐一級(jí)種子的常用培養(yǎng)基配方一級(jí)種子的常用培養(yǎng)基配方種子的質(zhì)量要求種子的質(zhì)量要求:v鏡檢菌體健壯，排列整齊，大小均勻鏡檢菌體健壯，排列整齊，大小均勻v二級(jí)種子的活菌濃度要求達(dá)到二級(jí)種子的活菌濃度要求達(dá)到108109個(gè)個(gè)/mlv要求二級(jí)種子活力旺盛要求二級(jí)種子活力旺盛v平板檢驗(yàn)，菌落淡黃色，呈半透明狀平板檢驗(yàn)，

18、菌落淡黃色，呈半透明狀v小搖瓶發(fā)酵試驗(yàn)，產(chǎn)酸穩(wěn)定并在高峰小搖瓶發(fā)酵試驗(yàn)，產(chǎn)酸穩(wěn)定并在高峰11.3 發(fā)酵機(jī)制及工藝控制發(fā)酵機(jī)制及工藝控制一、由葡萄糖生物合成谷氨酸的理想途徑一、由葡萄糖生物合成谷氨酸的理想途徑二、二、葡葡萄萄糖糖合合成成谷谷氨氨酸酸的的代代謝謝途途徑徑三、生物合成途徑三、生物合成途徑 葡萄糖經(jīng)糖酵解（葡萄糖經(jīng)糖酵解（EMP途徑途徑）和己糖磷）和己糖磷酸支路（酸支路（HMP途徑途徑）生成丙酮酸，再氧化成）生成丙酮酸，再氧化成乙酰輔酶乙酰輔酶A（乙酰（乙酰CoA），然后進(jìn)入三羧酸循），然后進(jìn)入三羧酸循環(huán)，再通過乙醛酸循環(huán)、環(huán)，再通過乙醛酸循環(huán)、CO2固定作用，生成固定作用，生成-酮戊

19、二酸，酮戊二酸，-酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶的催酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶的催化及有化及有NH4存在的條件下，生成谷氨酸。存在的條件下，生成谷氨酸。四、谷氨酸生物合成的調(diào)節(jié)機(jī)制四、谷氨酸生物合成的調(diào)節(jié)機(jī)制1、糖代謝的調(diào)節(jié)、糖代謝的調(diào)節(jié) 生物素對(duì)糖代謝的調(diào)節(jié)：生物素對(duì)糖代謝的調(diào)節(jié)：（1）對(duì)）對(duì) EMP 和和 HMP 途徑比例的影響途徑比例的影響（2）對(duì)糖代謝速度的影響）對(duì)糖代謝速度的影響（3）對(duì)乙醛酸循環(huán)的影響）對(duì)乙醛酸循環(huán)的影響2、氮代謝的調(diào)節(jié)、氮代謝的調(diào)節(jié) 控制谷氨酸發(fā)酵的關(guān)鍵之一就是降低蛋白控制谷氨酸發(fā)酵的關(guān)鍵之一就是降低蛋白質(zhì)的合成能力，使合成的谷氨酸不轉(zhuǎn)化成其他質(zhì)的合成能力，使合成的谷氨酸不轉(zhuǎn)

20、化成其他的氨基酸和參與蛋白質(zhì)的合成。的氨基酸和參與蛋白質(zhì)的合成。 生物素亞適量時(shí)，幾乎沒有異檸檬酸裂生物素亞適量時(shí)，幾乎沒有異檸檬酸裂解酶，又由于解酶，又由于-酮戊二酸脫氫酶的缺失，酮戊二酸脫氫酶的缺失，TCA循環(huán)被阻斷，使循環(huán)被阻斷，使ATP大量減少，導(dǎo)致蛋大量減少，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的合成停滯，在白質(zhì)的合成停滯，在NH4適量時(shí)，合成谷氨適量時(shí)，合成谷氨酸并積累。酸并積累。3、細(xì)胞膜透性的調(diào)節(jié)、細(xì)胞膜透性的調(diào)節(jié)（1）控制磷脂的合成）控制磷脂的合成 導(dǎo)致形成磷脂合成不導(dǎo)致形成磷脂合成不足的不完全細(xì)胞膜。方法有足的不完全細(xì)胞膜。方法有4種：種：選育生物素缺陷型菌株，限制培養(yǎng)基中生選育生物素缺陷型菌株，限

21、制培養(yǎng)基中生 物素的濃度；物素的濃度；選育油酸缺陷型菌株，限制培養(yǎng)基中油酸的選育油酸缺陷型菌株，限制培養(yǎng)基中油酸的 濃度；濃度；選育甘油缺陷型菌株，限制培養(yǎng)基中甘油的選育甘油缺陷型菌株，限制培養(yǎng)基中甘油的 濃度；濃度；添加表面活性劑（如吐溫添加表面活性劑（如吐溫60）或高級(jí)飽和脂）或高級(jí)飽和脂 肪酸（肪酸（C16-18）。）。 （2）控制細(xì)胞壁的合成）控制細(xì)胞壁的合成 導(dǎo)致形成不完全的導(dǎo)致形成不完全的細(xì)胞壁進(jìn)而導(dǎo)致形成不完全的細(xì)胞膜。方法是細(xì)胞壁進(jìn)而導(dǎo)致形成不完全的細(xì)胞膜。方法是在培養(yǎng)基中添加青霉素。在培養(yǎng)基中添加青霉素。4、環(huán)境因素引起的谷氨酸發(fā)酵的代謝、環(huán)境因素引起的谷氨酸發(fā)酵的代謝 轉(zhuǎn)換

22、轉(zhuǎn)換 五、谷氨酸發(fā)酵的工藝控制五、谷氨酸發(fā)酵的工藝控制 1. 菌齡及接種量的控制菌齡及接種量的控制 一般情況下，一級(jí)種子菌齡控制在一般情況下，一級(jí)種子菌齡控制在1112h，二級(jí)種子菌齡控制在，二級(jí)種子菌齡控制在78h 接種量接種量0.61.7。發(fā)酵培養(yǎng)基成份不。發(fā)酵培養(yǎng)基成份不同，谷氨酸菌種種類性質(zhì)、種齡不同，所用接同，谷氨酸菌種種類性質(zhì)、種齡不同，所用接種量也不同，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況和實(shí)驗(yàn)情況具體種量也不同，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況和實(shí)驗(yàn)情況具體確定。一般以確定。一般以1%為好。為好。2. 溫度的控制溫度的控制 前期前期320.6，后期可提高到，后期可提高到3437。谷氨酸發(fā)酵前期，主要是長菌階段，。谷氨

23、酸發(fā)酵前期，主要是長菌階段，如果溫度過高，菌種易衰老，嚴(yán)重影響菌體如果溫度過高，菌種易衰老，嚴(yán)重影響菌體生長繁殖。因此，溫度控制在谷氨酸最適生生長繁殖。因此，溫度控制在谷氨酸最適生長溫度長溫度32左右。在發(fā)酵后期，菌體生長基左右。在發(fā)酵后期，菌體生長基本結(jié)束，為了滿足大量生成谷氨酸，可適當(dāng)本結(jié)束，為了滿足大量生成谷氨酸，可適當(dāng)提高溫度，控制在提高溫度，控制在3437。3. pH的控制的控制 發(fā)酵前期如果發(fā)酵前期如果pH偏低，則菌體生長旺盛，偏低，則菌體生長旺盛，長菌而不產(chǎn)酸；如果長菌而不產(chǎn)酸；如果pH偏高，則菌體生長緩偏高，則菌體生長緩慢，發(fā)酵時(shí)間拉長。在發(fā)酵前期將慢，發(fā)酵時(shí)間拉長。在發(fā)酵前期

24、將pH值控制值控制在在7.58.0左右較為合適，而在發(fā)酵中、后左右較為合適，而在發(fā)酵中、后期將期將pH值控制在值控制在7.07.6左右對(duì)提高谷氨酸左右對(duì)提高谷氨酸產(chǎn)量有利。通常采用氨水流加法和尿素流加產(chǎn)量有利。通常采用氨水流加法和尿素流加法調(diào)節(jié)法調(diào)節(jié)pH，這樣同時(shí)也是添加氮源。，這樣同時(shí)也是添加氮源。 4. 通風(fēng)量與攪拌速度的控制通風(fēng)量與攪拌速度的控制 在長菌階段，若供氧過量，在生物素限量在長菌階段，若供氧過量，在生物素限量的情況下，抑制菌體生長，表現(xiàn)為耗糖慢，長的情況下，抑制菌體生長，表現(xiàn)為耗糖慢，長菌慢，所以發(fā)酵前期以低通風(fēng)量為宜。在發(fā)酵菌慢，所以發(fā)酵前期以低通風(fēng)量為宜。在發(fā)酵階段，若供氧

25、不足，發(fā)酵的主產(chǎn)物由谷氨酸變階段，若供氧不足，發(fā)酵的主產(chǎn)物由谷氨酸變?yōu)槿樗?，所以發(fā)酵中、后期以高通風(fēng)量為宜。為乳酸，所以發(fā)酵中、后期以高通風(fēng)量為宜。實(shí)際生產(chǎn)上，以氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)來檢查通氣量，實(shí)際生產(chǎn)上，以氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)來檢查通氣量，即以每分鐘單位體積的通氣量表示通風(fēng)強(qiáng)度。即以每分鐘單位體積的通氣量表示通風(fēng)強(qiáng)度。另外發(fā)酵罐大小不同，所需攪拌轉(zhuǎn)速與通風(fēng)量另外發(fā)酵罐大小不同，所需攪拌轉(zhuǎn)速與通風(fēng)量也不同。也不同。11.4 谷氨酸的提取工藝谷氨酸的提取工藝一、谷氨酸發(fā)酵液的性質(zhì)一、谷氨酸發(fā)酵液的性質(zhì) 在發(fā)酵液中，除含谷氨酸外，還存在菌體、在發(fā)酵液中，除含谷氨酸外，還存在菌體、殘?zhí)?、色素、膠體物質(zhì)及其他發(fā)

26、酵副產(chǎn)物。發(fā)殘?zhí)?、色素、膠體物質(zhì)及其他發(fā)酵副產(chǎn)物。發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液的溫度在酵結(jié)束后，發(fā)酵液的溫度在3436 ，pH為為6.07.5，接近中性；發(fā)酵液外觀呈淺黃色漿狀，接近中性；發(fā)酵液外觀呈淺黃色漿狀，表面浮有少許泡沫。表面浮有少許泡沫。二、谷氨酸的提取方法二、谷氨酸的提取方法 谷氨酸的分離提純主要根據(jù)它的兩性電谷氨酸的分離提純主要根據(jù)它的兩性電解質(zhì)性質(zhì)、溶解度、分子大小、吸附劑的作解質(zhì)性質(zhì)、溶解度、分子大小、吸附劑的作用及谷氨酸的成鹽作用等，把它從發(fā)酵液中用及谷氨酸的成鹽作用等，把它從發(fā)酵液中提取出來。提取出來。 目前提取谷氨酸的常用方法有目前提取谷氨酸的常用方法有等電點(diǎn)法、等電點(diǎn)法、離子交

27、換法、鋅鹽法等。離子交換法、鋅鹽法等。隨著科技的進(jìn)步，隨著科技的進(jìn)步，電滲析、反滲透、納濾膜等這些新技術(shù)也應(yīng)電滲析、反滲透、納濾膜等這些新技術(shù)也應(yīng)用到了谷氨酸的提取中。用到了谷氨酸的提取中。 1. 等電點(diǎn)法等電點(diǎn)法 等電點(diǎn)法是谷氨酸提取方法中最簡單的等電點(diǎn)法是谷氨酸提取方法中最簡單的一種，它具有操作簡便、設(shè)備簡單等優(yōu)點(diǎn)，一種，它具有操作簡便、設(shè)備簡單等優(yōu)點(diǎn)，是目前谷氨酸生產(chǎn)多采用的方法。是目前谷氨酸生產(chǎn)多采用的方法。（1）原理）原理 谷氨酸分子中含有兩個(gè)酸性羧基和一個(gè)谷氨酸分子中含有兩個(gè)酸性羧基和一個(gè)堿性氨基，在酸性條件下，即堿性氨基，在酸性條件下，即pH3.22時(shí)，時(shí)，-羧基的電離受抑制，谷

28、氨酸主要以陽離子羧基的電離受抑制，谷氨酸主要以陽離子形式存在，帶正電荷；當(dāng)形式存在，帶正電荷；當(dāng)pH3.22時(shí)，谷時(shí)，谷氨酸主要以陰離子形式存在，帶負(fù)電荷；當(dāng)氨酸主要以陰離子形式存在，帶負(fù)電荷；當(dāng)pH3.22時(shí)（即等電點(diǎn)時(shí)（即等電點(diǎn)pI），谷氨酸凈電），谷氨酸凈電荷為零，呈電中性，而此時(shí)其溶解度最小，荷為零，呈電中性，而此時(shí)其溶解度最小，會(huì)從溶液中析出，通過過濾、離心等可提取會(huì)從溶液中析出，通過過濾、離心等可提取出谷氨酸。出谷氨酸。（2）谷氨酸的晶型及性質(zhì)）谷氨酸的晶型及性質(zhì) 谷氨酸晶體有兩種，分別是谷氨酸晶體有兩種，分別是-型型和和-型。型。前者為斜方六面體，晶軸長短接近，晶體粗前者為斜方六

29、面體，晶軸長短接近，晶體粗壯，顆粒大，純度高，易沉淀分離，是理想壯，顆粒大，純度高，易沉淀分離，是理想晶體。后者晶軸長短不一，針狀或鱗片狀，晶體。后者晶軸長短不一，針狀或鱗片狀，晶粒微細(xì)，不易沉淀析出，所以在操作中，晶粒微細(xì)，不易沉淀析出，所以在操作中，需控制條件以利于形成需控制條件以利于形成-型。型。（3）谷氨酸提取的工藝流程）谷氨酸提取的工藝流程（4）提取工藝控制）提取工藝控制 谷氨酸含量：用等電點(diǎn)法提取谷氨酸谷氨酸含量：用等電點(diǎn)法提取谷氨酸時(shí)，要求谷氨酸含量在時(shí)，要求谷氨酸含量在4以上，否則可以以上，否則可以先濃縮或加晶種后，再提取。先濃縮或加晶種后，再提取。 結(jié)晶溫度及降溫速度：谷氨酸

30、的溶解結(jié)晶溫度及降溫速度：谷氨酸的溶解度隨溫度降低而降低，為了利于形成度隨溫度降低而降低，為了利于形成-型晶型晶體，溫度要低于體，溫度要低于30，且降溫速度要慢。，且降溫速度要慢。 加酸：加酸主要為了調(diào)節(jié)溶液加酸：加酸主要為了調(diào)節(jié)溶液pH至等電至等電點(diǎn)，在操作時(shí)前期加酸稍快，中期（晶核）形點(diǎn)，在操作時(shí)前期加酸稍快，中期（晶核）形成前要緩，后期加酸要慢，直至降至成前要緩，后期加酸要慢，直至降至pI。 投晶種與育晶：加入一定量晶種，有利于投晶種與育晶：加入一定量晶種，有利于提高谷氨酸收率。通常谷氨酸含量在提高谷氨酸收率。通常谷氨酸含量在5、pH4.04.5時(shí)，加入晶種；谷氨酸含量在時(shí)，加入晶種；谷

31、氨酸含量在3.54.0、pH3.54.0時(shí)投放晶種，投放量約時(shí)投放晶種，投放量約為發(fā)酵液的為發(fā)酵液的0.20.3。 攪拌：在結(jié)晶過程中，攪拌有利于晶攪拌：在結(jié)晶過程中，攪拌有利于晶體的長大，但也不易過強(qiáng)，否則還會(huì)使晶體破體的長大，但也不易過強(qiáng)，否則還會(huì)使晶體破碎，一般以碎，一般以2030r/min為宜。為宜。 離心分離：谷氨酸發(fā)酵液經(jīng)等電攪拌離心分離：谷氨酸發(fā)酵液經(jīng)等電攪拌后，靜置后，靜置46h，谷氨酸晶體大多沉淀在設(shè)備，谷氨酸晶體大多沉淀在設(shè)備底部，上清液（母液）再回收利用，而底部的底部，上清液（母液）再回收利用，而底部的固形物通過離心的方法得到谷氨酸粗品。固形物通過離心的方法得到谷氨酸粗品

32、。 2. 其它方法其它方法（1）離子交換法：離子交換用強(qiáng)酸型陽離子）離子交換法：離子交換用強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂（交換樹脂（732）氫型吸附谷氨酸形成的）氫型吸附谷氨酸形成的陽離子后，再用陽離子后，再用60，4的的NaOH洗脫，洗脫，收集相應(yīng)流分，再加鹽酸結(jié)晶。收集相應(yīng)流分，再加鹽酸結(jié)晶。（2）鋅鹽法：利用谷氨酸鋅在水溶液中的溶）鋅鹽法：利用谷氨酸鋅在水溶液中的溶解度低的原理，將發(fā)酵液中的谷氨酸一次解度低的原理，將發(fā)酵液中的谷氨酸一次進(jìn)行回收。進(jìn)行回收。11.5 味精的生產(chǎn)味精的生產(chǎn) 從發(fā)酵液中提取到的谷氨酸，僅僅是味精從發(fā)酵液中提取到的谷氨酸，僅僅是味精生產(chǎn)的半成品。谷氨酸與適量堿作用，生成谷生產(chǎn)的半成品。谷氨酸與適量堿作用，生成谷氨酸一鈉，其溶液經(jīng)過脫色、除鐵、除雜，最氨酸一鈉，其溶液經(jīng)過脫色、除鐵、除雜，最后通過減壓濃縮、結(jié)晶及分離，得到較純的谷后通過減壓濃縮、結(jié)晶及分離，得到較純的谷氨酸一鈉晶體，不僅酸味消失，而且有很強(qiáng)的氨酸一鈉晶體，不僅酸味消失，而且有很強(qiáng)的鮮味，這就是味精。如果谷氨酸與過量的堿作鮮味，這就是味精。如果谷氨酸與過量的堿作用，生成二鈉鹽，就不具有味精的鮮味。用，生成