谷氨酸與味精課件

第五章谷氨酸及味精概述

一、定義味精：L-谷氨酸單鈉的一水化合物，俗稱味精，它有強烈的肉類鮮味，將其添加在食品中可使食品風(fēng)味增強，鮮味增加，是食品的鮮味調(diào)味品。味精主要物理性質(zhì)1、旋光性L-谷氨酸鈉為右旋，在20℃，2mol/L鹽酸介質(zhì)中的比旋光度為+25.16。2、溶解度可溶于水和酒精溶液，在水中隨溫度升高而增大；在酒精中隨酒精濃度升高而降低。主要化學(xué)性質(zhì)1、與酸作用生成谷氨酸2、與堿反應(yīng)生成谷氨酸二鈉3、加熱脫水反應(yīng)，生成焦谷氨酸鈉味精安全性據(jù)最近臺灣一項調(diào)查發(fā)現(xiàn)，約有30%的人由于攝取味精過量而出現(xiàn)了嗜睡、焦躁等現(xiàn)象。味精的主要成分為谷氨酸鈉，在消化過程中能分解出谷氨酸，后者在腦組織中經(jīng)酶催化，可轉(zhuǎn)變成一種抑制性神經(jīng)傳遞物質(zhì)。當味精攝入過多時，這種抑制性神經(jīng)傳遞物質(zhì)就會使人體中各種神經(jīng)功能處于抑制狀態(tài)，從而出現(xiàn)眩暈、頭痛、嗜睡、肌肉痙攣等一系列癥狀。建議每道菜味精添加量不應(yīng)超過0.5毫克。

味精安全性使用關(guān)于食用味精安全性問題，國際第14屆食品添加物專門委員會曾作過如下結(jié)論：味精作為食品添加物是極其安全的，除嬰兒外，普通人一日允許攝取量為120mg/kg體重。味精發(fā)酵生產(chǎn)工藝流程

一、合成谷氨酸的途徑二、葡萄糖發(fā)酵谷氨酸的理想途徑三、控制谷氨酸生產(chǎn)菌細胞膜滲透性的方法四、谷氨酸生產(chǎn)菌的特征和種類五、生產(chǎn)菌種的擴大培養(yǎng)第一節(jié)谷氨酸生產(chǎn)菌種及其產(chǎn)酸機制1、谷氨酸的生物合成包括糖酵解作用（glycolysis,EMP途徑）戊糖磷酸途徑（pentosephosphatepathway，HMP途徑）三羧酸循環(huán)（tricarboxylicacidcycle）乙醛酸循環(huán)(glyoxylatecycle)丙酮酸羧化支路（CO2固定反應(yīng)）等CO2固定酶系活力強GDH酶活力強乙醛酸循環(huán)弱異檸檬酸裂解酶活力欠缺或微弱α-酮戊二酸氧化能力缺失或微弱谷氨酸脫氫酶能力強2、控制谷氨酸合成的重要措施（2）還原氨基化作用

NH4+和供氫體[還原性輔酶II（NADPH2）]存在的條件下，a一酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶的催化下形成谷氨酸。（3）其他生物合成方式

谷氨酸合成酶的催化下可產(chǎn)生下列反應(yīng)：4、谷氨酸合成途徑分析谷氨酸生物合成途徑主要有糖酵解途徑（EMP途徑）、磷酸己糖途徑（HMP途徑）、三羧酸循環(huán)（TCA）、乙醛酸循環(huán)、伍德-沃克反應(yīng)（二氧化碳的固定反應(yīng)）等。4、谷氨酸生物合成過程中的途徑（續(xù)）(1)糖酵解途徑糖酵解分為兩個階段共10個反應(yīng)，每個分子葡萄糖經(jīng)第一階段共5個反應(yīng)，消耗2個分子ATP為耗能過程，第二階段5個反應(yīng)生成4個分子ATP為釋能過程。

葡萄糖→6-磷酸葡萄糖→1,6-二磷酸果糖→3-磷酸甘油醛→1，3-二磷酸甘油酸→磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸（2）磷酸己糖途徑葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖后，經(jīng)磷酸己糖途徑，可以生成核糖、乙酸輔酶A和4-磷酸赤蘚糖等芳香族氨基酸的前體物質(zhì)，這些都是細菌構(gòu)建細胞所必需的。過程中有6-磷酸果糖、3-磷酸甘油醛和多量NADPH2生成，前兩者可以跟糖酵解途徑聯(lián)系起來，進一步生成丙酮酸；后者是a一酮戊二酸進行還原氨基化反應(yīng)所必需的供氫體。（3）三羧酸循環(huán)丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸經(jīng)脫氨基后，可分別生成丙酮酸、草酸乙酸和a一酮戊二酸。（4）二氧化碳固定反應(yīng)由于合成谷氨酸不斷消耗a-酮戊二酸，從而引起草酰乙酸缺乏。為了保證三羧酸循環(huán)不被中斷和源源不斷供給a-酮戊二酸，在蘋果酸酶和丙酮酸羧化酶的催化下，分別生成蘋果酸和草酸乙酸，前者再在蘋果酸脫氫酶催化下，被氧化成草酸乙酸，從而使草酸乙酸得到了補充。

（5）乙醛酸循環(huán)谷氨酸生產(chǎn)菌的a-酮戊二酸脫氫酶活力很弱。因此，琥珀酸的生成量尚難滿足菌體生長的需要。通過乙醛酸循環(huán)異檸檬裂解酶的催化作用，使琥珀酸、延胡索酸和蘋果酸的量得到補足，這對維持三羧酸循環(huán)的正常運轉(zhuǎn)有重要意義。

（6）還原氨基化反應(yīng)

α-酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶的催化下，發(fā)生還原氨基化反應(yīng)，生成谷氨酸。異檸檬酸脫氧過程中產(chǎn)生的NADPH為還原氨基化反應(yīng)提供了必需的供氧體。

由葡萄糖生物合成谷氨酸的理想途徑：A？B？二、葡萄糖發(fā)酵谷氨酸的理想途徑谷氨酸產(chǎn)生菌的選育可從以下幾個方面進行：

1.選育生物素缺陷型

2.選育油酸缺陷型

3.選育甘油缺陷型

4.選育溫度敏感型突變株

5.其他，如營養(yǎng)缺陷型；藥物抗性突變株；敏感型突變株等。Glu產(chǎn)生菌主要生理生化特性需氧，生物素缺陷型bio-,有乙醛酸循環(huán)，羧化酶活性強（bio作為輔酶）檸檬酸、異檸檬酸、谷氨酸脫氫酶活性高，Glu合成中存在正常反饋阻遏和反饋抑制。菌體細胞膜通透性差，不利于Glu胞外分泌。生物素對代謝的調(diào)控作用生物素對CO2固定反應(yīng)的影響生物素是丙酮酸羧化酶的輔酶，參與CO2固定反應(yīng)，據(jù)報道，生物素大過量時（100g/L以上），CO2固定反應(yīng)可提高30%。

生物素對糖代謝速率的影響生物素充足條件下，丙酮酸以后的氧化活性雖然也有提高，但由于糖降解速率顯著提高，打破了糖降解速率與丙酮酸氧化速率之間的平衡，丙酮酸趨于生成乳酸的反應(yīng)，因而會引起乳酸的溢出

生物素對乙醛酸循環(huán)的影響乙醛酸循環(huán)的關(guān)鍵酶異檸檬酸裂解酶受葡萄糖、琥珀酸阻遏，為醋酸所誘導(dǎo)。在低濃度生物素條件下，因琥珀酸氧化能力降低而積累的琥珀酸就會反饋抑制該酶的活性，并阻遏該酶的合成，乙醛酸循環(huán)基本上是封閉的，代謝流向異檸檬酸→α-酮戊二酸→谷氨酸的方向高效率地移動。生物素控制磷脂的合成使用生物素缺陷型菌株進行谷氨酸發(fā)酵，通過限制發(fā)酵培養(yǎng)基中生物素的濃度控制脂肪酸生物合成，從而控制磷脂的合成作用機制：生物素作為催化脂肪酸生物合成最初反應(yīng)的關(guān)鍵酶乙酰CoA羧化酶的輔酶，參與了脂肪酸的合成，進而影響磷脂的合成。當磷脂合成減少到正常量的一半左右時，細胞變形，谷氨酸向膜外漏出，積累于發(fā)酵液中控制生物素添加量使菌種生產(chǎn)Glu高濃度bio增強羧化酶活性，促進羧化反應(yīng)利于Glu合成。低濃度bio降低裂解酶活性，使菌體生長后關(guān)閉乙醛酸循環(huán)，使底物流向Glu合成，低濃度bio使膜磷脂合成缺陷，增加膜通透性，利于Glu胞外分泌，解除反饋調(diào)節(jié)，利于Glu合成并大量積累。

添加亞適量，5-10μg/L培養(yǎng)基，生產(chǎn)Glu培養(yǎng)前期，bio充足，存在乙醛酸循環(huán)，中間物質(zhì)和能量充足，長細胞，膜磷脂合成正常，正常反饋調(diào)節(jié)，不積累Glu，細胞形態(tài)正常。8hrGlu非積累型細胞Glu積累型細胞培養(yǎng)中后期，bio濃度漸低，乙醛酸途徑減弱直至關(guān)閉，膜磷脂合成缺陷，膜透性增強，分泌Glu，解除反饋調(diào)節(jié)，大量積累Glu，細胞形態(tài)異常，未溶解。四、谷氨酸生產(chǎn)菌的生化特征和種類

（1）有催化固定二氧化碳的二羧酸合成酶——蘋果酸酶和丙酮酸羧化酶的存在，使三羧酸循環(huán)的中間代謝物能得到補充。同時，丙酮酸脫羧酶活力不能過強，以免丙酮酸被大量耗用而使草酰乙酸的生成受到影響。（2）a-酮戊二酸脫氫酶的活性很弱，這樣有利于a-酮戊二酸的蓄積。（3）異檸檬酸脫氫酶活力強，而異檸檬酸裂解酶活力不能太強，這就有利于谷氨酸前體物a-酮戊二酸的生成，滿足合成谷氨酸的需要。谷氨酸生產(chǎn)菌的生化特征（4）谷氨酸脫氫酶活力高，有利于谷氨酸的生成。（5）谷氨酸生產(chǎn)菌經(jīng)呼吸鏈氧化NADPH2的能力要求弱。谷氨酸脫氫酶催化a-酮戊二酸還原氨基化反應(yīng)時，需要有NADH2作為供氫體。如果NADPH2過多地經(jīng)呼吸鏈氧化，使所帶的氫跟氧結(jié)合生成水，那么由于氫的不足，將影響谷氨酸的生成。（6）菌體本身進一步分解轉(zhuǎn)化和利用谷氨酸的能力要低下，有利于谷氨酸的蓄積。

五、生產(chǎn)菌種的擴大培養(yǎng)一、常用的生產(chǎn)菌株1、谷氨酸生產(chǎn)菌的共同特征細胞呈球形、棒形或短桿形；革蘭氏染色呈陽性反應(yīng)；無鞭毛，不能運動；是需氧性的微生物；不形成芽孢；以生物素作為生長因子；具有一定的谷氨酸蓄積能力。2、常用的生產(chǎn)菌株谷氨酸棒桿菌、黃色短桿菌、乳糖發(fā)酵短桿菌、嗜氨小桿菌、硫殖短桿菌等。北京棒桿菌AS1.299、北京棒桿菌7338、北京棒桿菌D110、棒桿菌S-944、鈍齒棒桿菌AS1.542、鈍齒棒桿菌HU7251鈍齒棒桿菌93、培養(yǎng)基的配制1、斜面培養(yǎng)基2一級種子和二級種子培養(yǎng)基①一級種子培養(yǎng)基。一級種子培養(yǎng)基應(yīng)該營養(yǎng)豐富，有利于菌體的生長繁殖。為了避免培養(yǎng)過程中因產(chǎn)生有機酸引起培養(yǎng)基pH下降而造成菌體老化，所以培養(yǎng)基的含糖量要低，一般在2.5％左右。②二級種子培養(yǎng)基通過一級種子擴大培養(yǎng)后，種量還不能滿足發(fā)酵用的需要，因此需要進一步擴大培養(yǎng)。二級種子培養(yǎng)基的組成和原料來源應(yīng)該與發(fā)酵培養(yǎng)基相一致，但配比上可有差異，這樣就保證二級種子接到發(fā)酵罐后能很快適應(yīng)環(huán)境，縮短發(fā)酵周期。3發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基不僅提供菌體生長繁殖所需要的營養(yǎng)和能量，而且是形成谷氨酸的物質(zhì)來源。因此，這就要求發(fā)酵培養(yǎng)基含有足夠的碳源和氮源，其量比種子培養(yǎng)基中的含量要高出很多。三、滅菌1、無菌室的滅菌方法2、使用高壓消毒鍋的滅菌條件3、空罐滅菌4、實罐滅菌5、尿素的滅菌6、消泡劑的滅菌7、管路的滅菌8、空氣過濾器的滅菌四、空氣的凈化1、空氣的凈化系統(tǒng)2、過濾介質(zhì)五、種子擴大培養(yǎng)工藝流程保藏菌種→斜面活化→搖瓶種子培養(yǎng)→種子罐→發(fā)酵罐一級種子標準二級種子標準五、種子擴大培養(yǎng)1、一級種子培養(yǎng)通常谷氨酸發(fā)酵的接種量為1％。在1000ml三角瓶中，裝入一級種子培養(yǎng)基180～200ml，搖床上，在30～32℃振蕩培養(yǎng)10～12h。2、二級種子培養(yǎng)二級種子是在種子罐里培養(yǎng)的，培養(yǎng)二級種子時的接種量為0.2%～0.5％，溫度為32～34℃，培養(yǎng)時間為6～8h。注意事項：種子培養(yǎng)基的N源、生物素和P鹽適當高，但G2.5%左右。溫度不要波動太大；適當通風(fēng)攪拌；注意種子培養(yǎng)時間。第二節(jié)原料糖化及發(fā)酵培養(yǎng)基配制

谷氨酸發(fā)酵以糖蜜和淀粉為主要原料。一糖蜜1糖蜜：是制糖工廠的副產(chǎn)物，分為甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜兩大類，其中含較多的可發(fā)酵性糖，總糖含量：甘蔗糖蜜54.8%，甜菜糖蜜49.4%；總糖中主要是可發(fā)酵性糖。

目的：降低生物素的含量。方法：活性炭吸附法：用量為糖蜜的30%—40%水解活性碳處理法：鹽酸+活性碳樹脂處理法：2糖蜜的處理(1)糖蜜中糖濃度高，必須進行稀釋，一般稀釋至18～20%。(2)糖蜜中雜質(zhì)很多，如黑色素、灰分等，必須進行澄清、過濾。一般采用加酸靜置，加酸調(diào)pH3.0～3.8，并定時通風(fēng)，除溶液中的SO2、NO2等有害性揮發(fā)成分。(3)糖蜜中的含氮物質(zhì)較少，應(yīng)補充營養(yǎng)鹽，如硫酸氨，磷酸鈣等物質(zhì)。(4)調(diào)pH7.0～7.5。(5)滅菌：80～90℃。2糖蜜的處理二、淀粉質(zhì)原料薯類、玉米、小麥、大米等。直鏈淀粉占17%—27%，其余為支鏈淀粉。淀粉的水解有多種方法：酸解、酶解，酸酶結(jié)合法等，1、酸解法工藝：原料調(diào)漿→糖化→冷卻→中和脫色→過濾除雜→糖液①淀粉的酸解反應(yīng)淀粉的酸解葡萄糖的復(fù)合反應(yīng)影響因素葡萄糖的分解反應(yīng)5-羥甲基糠醛

②淀粉酸解法工藝要點糖化條件的控制淀粉乳濃度：10-110Be酸種類與用量：鹽酸干淀粉的0.6%，糖化溫度和時間：蒸汽直接加熱133℃,25min,138℃,15min加酸方式:先加1/3,后2/3。糖化終點判定酒精法，酸解結(jié)束前，將少量酸解液滴入無水酒精中，若無白色沉淀出現(xiàn)，表示淀粉水解完全。酸解液的中和液堿酸解液pH1.5,調(diào)至4.5酸解液的除雜活性炭干淀粉量0.2%,

60-70℃,30min水解糖液的質(zhì)量要求:還原糖≥18%；糖液清,呈淺黃綠色,550nm處透光率≥90%；無糊精；糖液新鮮2、目前生產(chǎn)中多采用酶解法。工藝流程原料→粉碎→加水→液化→糖化→淀粉水解糖

該工藝優(yōu)點：淀粉的液化條件、方法、控制淀粉糖化水解作用、酶來源、糖化工藝糖液透光率＞90%（420nm）。不含糊精、蛋白質(zhì)（起泡物質(zhì)）。轉(zhuǎn)化率＞90%。DE值（Dextroseequivalent，葡萄糖當量值）還原糖濃度＞16%。糖液不能變質(zhì)。三、糖化液質(zhì)量指標

發(fā)酵培養(yǎng)基的作用：滿足菌體的生長促進產(chǎn)物的形成三、糖化液質(zhì)量指標

葡萄糖所有的微生物都能利用葡萄糖，但會引起葡萄糖效應(yīng)。工業(yè)上常用淀粉水解糖,但是糖液必須達到一定的質(zhì)量指標。四、發(fā)酵培養(yǎng)基的組成（一）碳源1.碳源：淀粉水解糖、糖蜜、乙醇、烷烴（1）淀粉水解糖的制備（2）糖蜜原料（3）碳源濃度過高時，對菌體生長不利，氨基酸的轉(zhuǎn)化率降低。菌種性質(zhì)、生產(chǎn)氨基酸種類和所采用的發(fā)酵操作決定碳源種類2、氮源：銨鹽、尿素、氨水；同時調(diào)整pH值。營養(yǎng)缺陷型添加適量氨基酸主要以添加有機氮源水解液。需生物素和氨基酸，以玉米漿作氮源。尿素滅菌時形成磷酸銨鎂鹽，須單獨滅菌?？煞峙骷印０彼胮H自動控制連續(xù)流加合適C/N氮源用于調(diào)整pH。合成菌體生成氨基酸，因此比一般微生物發(fā)酵的C/N高。氮源：銨鹽、尿素、氨水C/N＝100：1521，實際高達100：28

因為：1）用于調(diào)整pH。2）分解產(chǎn)生的NH3從發(fā)酵液中逸出。產(chǎn)酸階段：NH4+不足：使-酮戊二酸蓄積而很少有谷氨酸生成。NH4+過量：促使谷氨酸生成谷氨酰胺。3.無機鹽磷酸鹽、鎂、鉀、鈉、鐵、錳、銅，其中磷酸鹽對發(fā)酵有顯著影響。不足：糖代謝受抑制，菌體生長不足。過多：a.細胞膜磷脂生成量多，不利于谷氨酸排出。b.促使丙酮酸和乙醛（由丙酮酸脫羧生成）縮合生成纈氨酸的前體物——－乙酰乳酸，使纈氨酸在發(fā)酵液中蓄積。4、磷酸鹽：對發(fā)酵有顯著影響。不足時糖代謝受抑制。5、鎂：是已糖磷酸化酶、檸檬酸脫氫酶和羧化酶的激活劑，并促進葡萄糖-6-磷酸脫氫酶活力。6、鉀：促進糖代謝。谷氨酸產(chǎn)酸期鉀多利于產(chǎn)酸，鉀少利于菌體生長。7、鈉：調(diào)節(jié)滲透壓作用，一般在調(diào)節(jié)pH值時加入。8、錳：是許多酶的激活劑。9、鐵：是細胞色素、細胞色素氧化酶和過氧化氫酶的活性基的組成分，可促進谷氨酸產(chǎn)生菌的生長。10、銅離子：對氨基酸發(fā)酵有明顯毒害作用。4.生長因子：生物素作用：影響細胞膜通透性和代謝途徑。

（1）作為催化脂肪酸生物合成最初反應(yīng)的關(guān)鍵酶乙酰CoA的輔酶，參與脂肪酸的生物合成，進而影響磷酯的合成。

（2）濃度過大：促進菌體生長，谷氨酸產(chǎn)量低。因為：a.乙醛酸循環(huán)活躍，-酮戊二酸生成量減少。b.轉(zhuǎn)氨酶活力增強，谷氨酸轉(zhuǎn)變成其它氨基酸。工業(yè)上利用谷氨酸棒狀桿菌大量積累谷氨酸，應(yīng)采用的最好方法是（）A．加大菌種密度B．改變碳源和氮源比例C．改變菌體細胞膜通透性D．加大葡萄糖釋放量為什么添加適量生物素或青霉素可提高谷氨酸產(chǎn)量？

生物素：乙酰-CoA羧化酶的輔酶，與脂肪酸及磷脂合成有關(guān)?？刂粕锼睾浚筛淖兗毎さ某煞?，改變膜的透性、谷氨酸的分泌和反饋調(diào)節(jié)。生物素含量高時，細胞膜致密，阻礙Glu分泌，并引起反饋抑制，加適量青霉素可提高Glu產(chǎn)量。青霉素：抑制肽聚糖合成中的轉(zhuǎn)肽酶活性，引起肽聚糖結(jié)構(gòu)中肽橋無法交聯(lián)，造成細胞壁缺損，在膨脹壓的作用下代謝物外滲，降低了谷氨酸的反饋抑制，提高了產(chǎn)量。

第三節(jié)谷氨酸發(fā)酵一、谷氨酸發(fā)酵控制原理1、發(fā)酵過程菌體變化

1）、適應(yīng)期：尿素分解出氨使pH上升。糖不利用。2-4h。措施：接種量和發(fā)酵條件控制使該期縮短。

2）、對數(shù)生長期：糖耗快，尿素大量分解使pH上升，氨被利用pH又迅速下降；溶氧急劇下降后維持在一定水平；菌體濃度迅速增大，菌體形態(tài)為排列整齊的八字形；不產(chǎn)酸；12h。措施：采取流加尿素辦法及時供給菌體生長必須的氮源及調(diào)節(jié)pH在7.5-8.0；維持溫度30-32℃

3、菌體生長停止期：谷氨酸合成，糖和尿素分解產(chǎn)生α-酮戊二酸和氨用于合成谷氨酸。措施：及時流加尿素以提供足夠的氨并使pH維持在7.2-7.4。大量通氣，控制溫度34-37℃。

4、發(fā)酵后期：菌體衰老，糖耗慢，殘?zhí)堑?。措施：營養(yǎng)物耗盡酸濃度不增加時，及時放罐。發(fā)酵周期一般為30h。2、溫度對氨基酸發(fā)酵的影響及其控制菌體生長達一定程度后再開始產(chǎn)生氨基酸，因此菌體生長最適溫度和氨基酸合成的最適溫度是不同的。菌體生長溫度過高，則菌體易衰老，pH高，糖耗慢，周期長，酸產(chǎn)量低。采取措施：少量多次流加尿素，維持最適生長溫度，減少風(fēng)量等，促進菌體生長。溫度的控制。國內(nèi)常用菌株的最適生長溫度為30～34℃，產(chǎn)生谷氨酸的最適溫度為34～36℃。0～12h的發(fā)酵前期，主要是長菌階段；發(fā)酵12h后，菌體進入平衡期，增殖速度變得緩慢；溫度提高到34～36℃，谷氨酸的生成量就增加。3、pH對氨基酸發(fā)酵的影響及其控制作用機理：主要影響酶的活性和菌的代謝?？刂苝H方法：流加尿素和氨水流加方式：根據(jù)菌體生長、pH變化、糖耗情況和發(fā)酵階段等因素決定?？刂疲海?）菌體生長或耗糖慢時，少量多次流加尿素，避免pH過高（2）菌體生長或耗糖過快時，流加尿素可多些，以抑制菌體生長。（3）發(fā)酵后期，殘?zhí)巧?，接近放罐時，少加或不加尿素，以免造成氨基酸提取困難。（4）氨水對pH影響大，應(yīng)采取連續(xù)流加。pH的控制

前期一般發(fā)酵前期pH控制在7.5-8.5左右，發(fā)酵中、后期pH控制在7.0～7.2，調(diào)低pH的目的在于提高與谷氨酸合成有關(guān)的酶的活力。尿素被谷氨酸生產(chǎn)菌細胞的脲酶所分解放出氨，因而發(fā)酵液的pH會上升。發(fā)酵過程中，由于菌體不斷利用氨，以及有機酸和谷氨酸等代謝產(chǎn)物進入發(fā)酵液，使N源不足和發(fā)酵液pH下降，需再次流加尿素。發(fā)酵前期，幼齡細胞對pH較敏感，pH過低，菌體生長旺盛，營養(yǎng)成分消耗大，轉(zhuǎn)入正常發(fā)酵慢，長菌不長酸。谷氨酸脫氫酶最適pH為7.0-7.2，轉(zhuǎn)氨酶最適pH7.2-7.4。在發(fā)酵中后期，保持pH不變。過高轉(zhuǎn)為谷氨酰胺，過低氨離子不足。4種齡和種量的控制所謂種齡，是指在正常培養(yǎng)條件下，種子培養(yǎng)的時間。

種齡長短關(guān)系到種子活力的強弱，影響下一次增殖的適應(yīng)期長短。

接種量多少，將明顯影響種子生長期的長短。一級種子控制在11-12h，二級控制在7-8h。種量為1％。過多，菌體嬌嫩，不強壯，提前衰老自溶，后期產(chǎn)酸量不高。

5、通氣量的控制通風(fēng)：不同種齡、種量，培養(yǎng)基成分，發(fā)酵階段及發(fā)酵罐大小要求通風(fēng)量不同。在長菌體階段，通風(fēng)量過大，生物素缺乏，抑制菌體生長。在發(fā)酵產(chǎn)酸階段，需要大量通風(fēng)供氧，以防過量生成乳酸和琥珀酸，但過大通風(fēng)，則大量積累a-酮戊二酸。氧對氨基酸發(fā)酵的影響及其控制要求供氧充足的谷氨酸族氨基酸發(fā)酵：生物合成與TCA循環(huán)有關(guān)。適宜在缺氧條件下進行的亮氨酸、苯丙氨酸和纈氨酸發(fā)酵：菌體呼吸受阻時產(chǎn)量最大。供氧不足時產(chǎn)酸受輕微影響的天冬氨酸族氨基酸發(fā)酵溶解氧的控制

在實際生產(chǎn)中，攪拌轉(zhuǎn)速固定不變，通常用調(diào)節(jié)通風(fēng)量來改變供氧水平。通風(fēng)比（m3/m3.min

）：每分鐘向1m3的發(fā)酵液中通入0.1cm3無菌空氣，用1:0.1表示。

5OD值的控制OD值是細菌個數(shù)、菌體大小和發(fā)酵液色澤深淺的綜合反應(yīng)。以B9和T6-13菌株為例，當初糖為12.5％～14%時，長菌期的OD凈增值在0.7～0.9。當細胞進入平衡期后，OD值已達到最大值，此時細胞數(shù)不再增加，但因為細胞個體還會繼續(xù)伸長增大，所以O(shè)D值會略有上升。5OD值的控制生物素是谷氨酸生產(chǎn)菌不可缺少的生長因子。當培養(yǎng)基的生物素將被耗盡時，細菌就停止增殖。提高生物素的含量，OD值會上升，但一方面細胞的膜通透性會變差，影響谷氨酸從胞內(nèi)往胞外滲出；另一方面，在高生物素環(huán)境下，菌體只進行增殖并不生成谷氨酸。因此，控制OD值的增長，是保證菌體在胞外大量蓄積谷氨酸的重要手段。6泡沫的控制生產(chǎn)上為了控制泡沫，除了在發(fā)酵罐內(nèi)安裝機械消泡器外，還在發(fā)酵時加入消泡劑。目前谷氨酸發(fā)酵常用的消泡劑有：花生油、豆油、玉米油、棉子油、泡敵和硅酮等。天然油脂類的消泡劑的用量較大，一般為發(fā)酵液的0.1%～0.2%(體積分數(shù))，泡敵的用量為0.02%～0.03%(體積分數(shù))。谷氨酸發(fā)酵控制（1）生物素：作為催化脂肪酸生物合成最初反應(yīng)的關(guān)鍵酶乙酰CoA的輔酶，參與脂肪酸的生物合在，進而影響磷酯的合成。當磷酯含量減少到正常時的一半左右時，細胞發(fā)生變形，谷氨酸能夠從胞內(nèi)滲出，積累于發(fā)酵液中。生物素過量，則發(fā)酵過程菌體大量繁殖，不產(chǎn)或少產(chǎn)谷氨酸，你謝產(chǎn)物中乳酸和琥珀酸明顯增多。9.4谷氨酸生產(chǎn)工藝三、發(fā)酵異?，F(xiàn)象及處理1發(fā)酵過程的檢查①OD值的測定②細胞形態(tài)的觀察③還原糖的測定④pH的測定⑤溫度的測定⑥通風(fēng)量的測定⑦殘脲的測定⑧谷氨酸的測定2異?，F(xiàn)象及處理①污染雜菌和感染噬菌體引起的發(fā)酵異常a.污染雜菌污染雜菌后，OD值增長快，糖耗也快，且發(fā)酵液泡沫增多，但谷氨酸生成量少。處理：如果發(fā)酵前期發(fā)現(xiàn)雜菌污染，可將培養(yǎng)基重新滅菌，并酌加培養(yǎng)基成分，重新接種后再發(fā)酵。如果發(fā)酵中期發(fā)現(xiàn)染菌，而pH、OD值和糖耗等尚屬正常，此時可加大風(fēng)量，按常規(guī)繼續(xù)發(fā)酵。如果發(fā)酵后期染菌，一般對發(fā)酵影響不大。b.感染噬菌體感染噬菌體后，OD值不上升甚至下跌，因此發(fā)酵液pH上升且變得粘稠，泡沫也增多。發(fā)酵液中很少有谷氨酸蓄積。處理：如果發(fā)酵前期發(fā)現(xiàn)感染噬菌體，可將培養(yǎng)基重新滅菌，或采用并罐法。如果發(fā)酵中期發(fā)現(xiàn)感染噬菌體，將培養(yǎng)基在70℃加熱10min殺死噬菌體，補料補種，重新發(fā)酵。如果發(fā)酵后期染菌，一般對發(fā)酵影響不大。②種子質(zhì)量差引起的發(fā)酵異常將種齡過長或活力弱的種子接入發(fā)酵罐后，在發(fā)酵中、后期，糖耗就變得緩慢，pH不下降、波動不活躍，谷氨酸生成量少。處理：停止攪拌或減小通風(fēng)量，追加生物素、磷鹽和鎂鹽。③培養(yǎng)基配比差錯引起的發(fā)酵異常a.生物素生物素是谷氨酸生產(chǎn)菌不可缺少的生長因子。生物素不足，長菌慢，糖耗慢，菌體生長不足。生物素過量，葡萄糖的消耗被用于菌體增殖。生物素b.磷鹽。磷在微生物細胞中含量較高，它是合成核酸、核蛋白、磷脂、各種核苷酸和輔酶的重要元素。如果培養(yǎng)基中不加或少加磷酸鹽，則菌體生長緩慢，糖耗慢，最終菌體生長不足。如磷鹽過多，糖的降解都通過EMP和TCA，菌體增殖快。發(fā)酵條件控制不當引起的發(fā)酵異常通風(fēng)量、發(fā)酵前期通風(fēng)量不足，影響不大；中后期供氧不足，則谷氨酸生成少。溫度、發(fā)酵前期、中期溫度過高，細胞易衰老；溫度過低，發(fā)酵周期長。pH谷氨酸棒狀桿菌能夠利用葡萄糖，經(jīng)過復(fù)雜的代謝過程形成谷氨酸；但當終產(chǎn)物—谷氨酸的合成過量時，就會抑制谷氨酸脫氫酶的活性，從而導(dǎo)致合成途徑中斷，當谷氨酸濃度下降時，抑制作用就會被解除，該合成反應(yīng)又重新啟動。第五節(jié)谷氨酸的分離純化

谷氨酸發(fā)酵液、提取液和水解液中，還含有許多雜質(zhì):諸如丙氨酸、天門冬氨酸等其他氨基酸；乳酸、酮酸等有機酸；各種糖類；各種無機離子；微生物菌體等。需要通過一系列分離純化技術(shù)，將雜質(zhì)分離，才能得到所需的純化谷氨酸。

谷氨酸分離純化的方法主要有離心分離、沉淀分離、過濾與膜分離、層析分離等。一、離心分離離心分離是借助離心機高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力，使不同大小和不同密度的物質(zhì)分離的技術(shù)。常速離心機轉(zhuǎn)速≤8000r/min，相對離心力≤10kg高速1-2.5x104r/min，相對離心力10-100kg超速2.5–8x104r/min，相對離心力8x108kg二、沉淀分離沉淀分離是通過改變某些條件，使混合液中某種溶質(zhì)的溶解度降低，從溶液中沉淀析出，而與其他溶質(zhì)分離的技術(shù)。沉淀分離是谷氨酸分離純化過程中經(jīng)常使用的技術(shù)。1、等電點沉淀法等電點沉淀法是利用兩性電解質(zhì)在等電點時溶解度最低，以及不同的兩性電解質(zhì)具有不同的等電點這一特性，通過改變?nèi)芤旱膒H，而對兩性電解質(zhì)進行分離的技術(shù)。谷氨酸是兩性物質(zhì)，在等電點的條件下，谷氨酸的溶解度最小，谷氨酸的等電點為pH3.22。它除與溶液的pH有關(guān)，溫度越低，溶解度越小，很多生產(chǎn)廠采用低溫等電點法。二、沉淀分離2、復(fù)合沉淀法溶液中加入某些大分子物質(zhì)，使之與微生物菌體、蛋白質(zhì)等形成復(fù)合物而沉淀。3、加熱沉淀法經(jīng)加熱使混合液中微生物菌體和蛋白質(zhì)變性而沉淀。谷氨酸發(fā)酵液加熱到80-85℃，使菌體蛋白除去。三、谷氨酸的離子交換層析1、原理：它是利用離子交換劑上的可解離的基團對各種離子的親和力的不同，而使不同物質(zhì)分離的技術(shù)。由于谷氨酸是一種兩性電解質(zhì)，可以用陽離子交換樹脂也可用陰離子交換樹脂進行分離純化。在溶液的pH小于3.22時，谷氨酸分子帶正電荷，可以用陽離子交換樹脂進行層析分離。由于在此條件下，陽離子交換樹脂對谷氨酸的吸附力較弱，所以應(yīng)采用強酸性陽離子交換樹脂，若采用弱酸性陽離子交換樹脂，則吸附性較差，容易脫落；三、谷氨酸的離子交換層析在溶液的pH大于3.22時，谷氨酸分子帶負電荷，則要用陰離子交換樹脂進行層析分離，在此條件下，陰離子交換樹脂對谷氨酸的吸附力較強，宜采用弱堿性陰離子交換樹脂，若采用強堿性陰離子交換樹脂，則吸附牢固而難以洗脫。

四、過濾與膜分離1、粗濾常壓、加壓、減壓過濾2、膜分離技術(shù)加壓膜分離靜壓膜分離微濾、超濾、反滲透電場膜分離擴散膜分離第六節(jié)谷氨酸鈉的生產(chǎn)

谷氨酸鈉，又稱麩酸鈉，谷氨酸一鈉，學(xué)名為一氨基戊二酸一鈉谷氨酸鈉的生產(chǎn)是在前述獲得的純化的谷氨酸的基礎(chǔ)上，再經(jīng)中和、脫色、濃縮、結(jié)晶、分離等步驟制造而成。

純化谷氨酸→中和→脫色→濃縮→結(jié)晶→分離味精發(fā)酵生產(chǎn)工藝流程

一、谷氨酸的中和谷氨酸的中和是指谷氨酸與堿或堿性鹽反應(yīng)生成谷氨酸鈉的過程。中和作用所使用的堿是氫氧化鈉，使用的堿性鹽為碳酸氫鈉或碳酸鈉。在谷氨酸鈉的生產(chǎn)過程中，控制中和液的pH在6.4～6.7的范圍，就可使谷氨酸大部分生成谷氨酸鈉。pH過低，則中和不完全；