谷氨酸的发酵工艺3

谷氨酸的发酵工艺主讲：刘保林制作：刘保林材料收集：杨国敬王海鹏设计：吴涛高超池志远中国味精业空间巨大21世纪东南亚地区味精人均消费量：台湾：2000克韩国：1200克日本：1020克香港：1000克中国大陆：500克中国味精消费每年至少有160万吨的空间主要内容：第一节：谷氨酸生产第二节：谷氨酸的提取第三节：谷氨酸制味精第一节谷氨酸生产概述：氨基酸发酵一.谷氨酸生产原料二.谷氨酸产生菌三.谷氨酸的合成途径四、谷氨酸代谢的调控五.谷氨酸的发酵工艺概述氨基酸发酵1.氨基酸的作用：组成蛋白质的基本成分；可作为调味料；提高食品的营养价值。生产氨基酸的大国为日本和德国。2.氨基酸生产方法发酵法化学合成法酶法抽提法一.谷氨酸的生产原料淀粉：玉米、小麦、甘薯、大米等，其中甘薯的淀粉最为常用。糖蜜：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜醋酸乙醇正烷烃（液体石蜡）氮源料：尿素或氨水。国内：淀粉（多数厂家）糖蜜（少数厂家）淀粉水解葡萄糖谷氨酸生产菌谷氨酸糖蜜预处理去除生物素的糖蜜谷氨酸生产菌谷氨酸（二）淀粉的糖化淀粉水解葡萄糖酸解法酶解法酸酶（或酶酸）结合法酸酶法酶酸法二、谷氨酸产生菌1.种类：谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌、乳糖发酵短杆菌、嗜氨小杆菌、硫殖短杆菌。我国使用的生产菌株是北京棒杆菌AS1.299、北京棒杆菌D110、钝齿棒杆菌AS1.542、棒杆菌S-914和黄色短杆菌T6~13等。谷氨酸棒杆菌呈一端膨大的棒状，折断分裂形成“八”字状排列2.形态上共同特点（芽孢杆菌除外）:（1）革兰氏阳性（2）菌体为球形、短杆至棒状（3）不形成芽孢（4）没有鞭毛，不能运动（5）都是生物素缺陷型（6）都是需氧型微生物三、谷氨酸合成途径1.谷氨酸合成的方式（1）氨基转移作用-酮戊二酸+氨基酸谷氨酸+-酮酸（2）还原氨基化作用-酮戊二酸+NH4++NADPH2谷氨酸+NADPH+H2O2、谷氨酸合成途径谷氨酸的生物合成过程中的几个途径主要有：（1）糖酵解途径（EMP途径）（2）磷酸己糖途径（HMP途径）（3）三羧酸循环途径（TCA循环）（4）乙醛酸循环途径（DCA循环）（5）伍德-沃克反应（CO2固定反应）（6）α-酮戊二酸的还原氨基化反应这6条途径之间是相互联系和相互制约的，如图所示：葡萄糖②HMP3-磷酸甘油醛丙酮酸乙酰辅酶ACO2草酰乙酸柠檬酸苹果酸异柠檬酸延胡索酸琥珀酸NADPHα-酮戊二酸NADPHNH4+谷氨酸乳酸乙酰辅酶A④乙醛酸循环乙醛酸①EMP③TCA谷氨酸⑤CO2固定透过细胞膜⑥α-酮戊二酸的还原氨基化3.谷氨酸的生物合成过程中的几个途径三羧酸循环（TCA）谷氨酸的大量积累不是由于生物合成途径的特异，而是：（一）菌体代谢调节控制（二）细胞膜通透性的特异调节（三）发酵条件的适合四、谷氨酸代谢的调控（一）菌体代谢调节控制1.谷氨酸生物合成的调节机制琥珀酸-酮戊二酸脱氢酶（弱）-酮戊二酸谷氨酸脱氢酶（强）谷氨酸透过细胞膜谷氨酸谷氨酸生物合成的调节机制1.优先合成与反馈调节2.糖代谢的调节（1）能荷控制（2）能荷控制生物素对糖代谢的调节3.氮代谢的调节4.其他调节（如Cu2+的调节）（二）细胞膜通透性的特异调节•用能积累谷氨酸菌株做如下实验:1.生物素充足时,细胞内含大量谷氨酸,但培养液里几乎不含谷氨酸2.用溶菌酶消化细胞壁得到的原生质体仍不分泌谷氨酸3.当把原生质体放入低渗溶液里,将其涨破,谷氨酸才排出4.生物素亚适量时,培养液里含大量谷氨酸,细胞里含量少•结论:谷氨酸的分泌是由细胞膜控制（三）发酵条件的控制（1）发酵温度•谷氨酸发酵前期(0~12h):30-32℃。•对数生长期:菌体浓度迅速增大（12h），糖耗快，维持温度30-32℃•在发酵中、后期:是谷氨酸大量积累的阶段，而催化谷氨酸合成的谷氨酸脱氢酶的最适温度在32-36℃。（2）pH值1）pH值对谷氨酸产生菌生长的影响2）pH值对谷氨酸积累的影响发酵液的pH影响微生物的生长和代谢途径。•发酵前期如果pH偏低，则菌体生长旺盛，长菌而不产酸；如果pH偏高，则菌体生长缓慢，发酵时间拉长。在发酵前期将pH值控制在7.5~8.0左右较为合适。•而在发酵中、后期将pH值控制在7.0~7.6左右对提高谷氨酸产量有利。（3）通风•在谷氨酸发酵过程中，发酵前期以低通风量为宜；发酵中、后期以高通风量为宜。•实际生产上，以气体转子流量计来检查通气量，即以每分钟单位体积的通气量表示通风强度。另外发酵罐大小不同，所需搅拌转速与通风量也不同。（4）泡沫的控制•在发酵过程中由于强烈的通风和菌体代谢产生的CO2，使培养液产生大量的泡沫，不仅使氧在发酵液中的扩散受阻，影响菌体的呼吸和代谢。给发酵带来危害，必须加以消泡。•消泡方法：机械消泡(耙式、离心式、刮板式、蝶式消泡器)化学消泡(天然油脂、聚酯类、醇类、硅酮等)（5）发酵时间•不同的谷氨酸产生菌对糖的浓度要求也不一样，其发酵时间也有所差异。•低糖(10%~12%)发酵，其发酵时间为36~38h，•中糖(14%)发酵，其发酵时间为45h。五、谷氨酸发酵工艺整个过程可简单的分为2个阶段:1.菌体生长阶段;2.产酸阶段,谷氨酸得以大量积累。发酵过程参数测定还原糖的测定谷氨酸的测定菌体形态观察菌体浓度测定发酵过程参数的控制OD值pH温度搅拌速度发酵发酵液冷却接种三角瓶培养固体斜面培养上罐灭菌培养基的配制谷氨酸发酵的工艺流程简图•谷氨酸发酵过程中,生产菌种的特性、生物素、发酵温度、pH值、通风和发酵产生的泡沫都是影响谷氨酸积累的主要因素。在实际生产中,只有针对存在的问题,严格控制工艺条件,才能达到稳产、高产的目的。将谷氨酸发酵菌在发酵液中积累的L-谷氨酸提取处理，再进一步中和、除铁、脱色加工精制成谷氨酸单钠盐（俗称味精），这个过程叫提炼。从生产上分为谷氨酸提取与精制两个阶段。第二节谷氨酸的提取目前国内各味精厂提取谷氨酸的主要方法：1.等电点法2.离子交换法3.金属盐法4.盐酸水解等电电法5.离子交换膜电渗析法国外提取谷氨酸方法：日本：协和发酵采用浓缩等电点工艺美国：旋转真空膜过滤一、等电点法提取谷氨酸(简单、常用)原理：•HOOC—CH2—CH2—CH(NH2)—COOH谷氨酸（GA）•HOOC—CH2—CH2—CH(NH3+)—COOHGA+•HOOC—CH2—CH2—CH(NH3+)—COO-GA士•HOOC—CH2—CH2—CH(NH2)—COO-GA-•-OOC—CH2—CH2—CH(NH2)—COO-GA=谷氨酸在等电点是它呈电中性时所处的环境的PH值，用PI表示。谷氨酸在等电点时,绝大部分以偶极离子(GA±)状态存在,其分子内部正负电荷相等,并含有等量的带不同电荷的阳离子(GA+)和阴离子(GA-),因此溶液中总静电荷等于零。由于谷氨酸分子之间相互碰撞,再通过静电引力的作用,结合成较大的聚合体而被沉淀析出,因而处于等电点时GA的溶解度最小。又由于温度对GA的溶解度影响很大,温度越低溶解度越小,生产上多采用0～4℃。等电点法提取工艺操作简单，收率60％。周期长，占地面积大20BeHClpH4.5~4.02h慢加酸发酵液第一中和点停酸育晶等电点pH5.0时慢加pH3.0~3.2低速搅拌结晶静止沉降湿谷氨酸离心分离谷氨酸20h母液其他方法提取谷氨酸③等电点-离子交换法④锌盐法⑤电渗析法三、谷氨酸的晶型及其性质•α-型结晶：斜方六面晶体，纯度高，颗粒大，质量重，易沉降，与母液容易分离。•B-型结晶：粉状或针状、鳞片状、晶粒微细，纯度低，晶体无光泽，质量轻，难沉降，不易与沉淀分离，常常称为“轻质谷氨酸”。•谷氨酸结晶操作中要控制条件，避免B型结晶析出。谷氨酸制味精谷氨酸用适量的NaCO3溶液中和后，再经过过滤、浓缩、离心分离等步骤、最终制成味精。1.谷氨酸的中和：把谷氨酸加入水中，成为饱和溶液，然后加碱（NaCO3）进行中和。2.中和液除铁、除锌：硫化钠法、树脂法除铁锌。3.谷氨酸中和液的脱色：活性炭脱色、离子交换树脂脱色。4.中和液的浓缩和结晶：工业中都是采用蒸发方法。重点与难点：1.谷氨酸的生物合成2.谷氨酸代谢的调控谢谢观赏！组长：刘保林200910513022组员：池志远200910513024杨国敬200910513012王海鹏200910513019吴涛200910513025高超200910513008人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。