谷氨酸发酵
1）生物素营养缺陷型
?作用机制:生物素是脂肪酸生物合成最初反应的关键酶乙酰CoA羧化酶的辅酶,参与
了脂肪酸的合成,进而影响脂肪酸的合成.当磷脂合成量少到正常的1/2左右时,细胞变形,Glu向膜外泄漏.
?控制关键:使用该类突变株必须限制发酵培养基中生物素亚适量(5-10 g/L).在发酵
初期(0-8小时),细胞正常生长,当生物素耗尽后,在菌的再次倍增时,开始出现异常形态细胞,即完成了细胞从生长型到积累型转换.
2）油酸营养缺陷型
?作用机制:油酸营养缺陷型丧失了合成油酸的能力,通过控制油酸使磷脂合成量减少
到正常量的1/2左右.
?控制关键:保证在培养基中油酸亚适量,完成细胞从生长型到生产型的转换.
（3）添加表面活性剂
?添加表面活性剂(如吐温60)或不饱和脂肪酸(C16-18),也能造成细胞渗漏,积累谷氨
酸.
?机理:两者在脂肪酸合成时对生物素有拮抗作用,导致磷脂合成不足,形成不完整的细
胞膜.
?关键:控制好脂肪酸或表面活性剂的时间和浓度,必须在药剂加入后,在这些药剂存在
下进行分裂,形成产酸型细胞.
（4）添加青霉素
?机理:青霉素抑制谷氨酸生产菌细胞壁后期的合成,细胞膜在失去保护,在渗透压的作
用下受损,向外泄露谷氨酸.
?控制关键:一般在进入对数生长期的早期(3-6小时)添加.添加青霉素后倍增的菌体不
能合成完整的细胞壁,完成细胞功能的转换.
谷氨酸发酵强制控制工艺
?为了稳产,克服培养基原料中某些成分不易控制带来的影响,在谷氨酸发酵时可采取
“强制控制”的方法,如:“高生物素高吐温”或“高生物素高青霉素”的方法.
?控制方法:在发酵培养基中预先配加一定量(过量)的纯生物素,大大地削弱每批原料
中生物素含量变化的影响,高生物素、大接种量能促进菌体迅速增殖.再在菌体倍增的早期加入相对高的吐温或青霉素,形成产酸型细胞.固定其它条件,确保高产稳产。谷氨酸发酵
? 1.适应期:尿素分解出氨使pH上升.糖不利用.2-4h.
措施:接种量和发酵条件控制使适应期缩短.
? 2.对数生长期:糖耗快,尿素大量分解使pH上升,氨被利用pH又迅速下降.溶氧急剧
下降后维持在一定水平.菌体浓度迅速增大,菌体形态为排列整齐的八字形.不产酸.12h.
措施:及时供给菌体生长必须的氮源及调节pH,在pH7.5-8.0时流加尿素;维持温度30- 32℃
? 3.菌体生长停止期:谷氨酸合成.
措施:提供必须的氨及pH维持在7.2-7.4.大量通**,控制温度34-37 ℃.
? 4.发酵后期:菌体衰老,糖耗慢,残糖低.
措施:营养物耗尽酸浓度不增加时,及时放罐.
发酵周期一般为30h.
二、谷氨酸发酵的生化过程
?（1）是代谢控制发酵的典型代表
?（2）是目前代谢控制发酵中，在理论与实践上最成熟的……
?整个过程可简单的分为2 个阶段:
第1阶段是菌体生长阶段;
第2阶段是产酸阶段,谷氨酸得以大量积累。
三、合成谷氨酸的生化途径
（一）、GA 的生物合成途径
?主要有：Glucose的酵解，EMP
Glucose的有氧氧化，HMP
丙酮酸的有氧氧化，TCA循环
乙醛酸循环途径，DCA循环
CO2固定反应
α-酮戊二酸（α-KGA）的还原氨基化
?这6条途径之间是相互联系和相互制约的，如图所示：
（二）、GA生物合成的内在因素
?从上图可以看出，菌体要在葡萄糖含量10%以上的培养基上，合成5%以上的谷氨
酸，是一种不正常的现象，显然GA产生菌必须具备以下条件：
谷氨酸生产菌的生化特征—内在因素
? 1 生物素缺陷型
?谷氨酸产生菌大多数为生物素缺陷型,谷氨酸发酵时,通过控制生物素亚适量(贫乏
量) ,引起菌种代谢失调, 使谷氨酸得到大量积累。
? 2 具有CO2 固定反应的酶系
?菌种能利用CO2 产生大量草酰乙酸, 有利于谷氨酸的大量积累。
3.α-KGA脱氢酶酶活性微弱或丧失
?这是菌体生成并积累α-KGA的关键，从上图可以看出，α-KGA是菌体进行TCA
循环的中间性产物，很快在α-KGA脱氢酶的作用下氧化脱羧生成琥珀酸辅酶A，在正常的微生物体内他的浓度很低，也就是说，由α-KGA进行还原氨基化生成GA 的可能性很少。只有当体内α-KGA脱氢酶活性很低时，TCA循环才能够停止，α
-KGA才得以积累，为谷氨酸的生成奠定物质基础。
4. GA产生菌体内的NADPH氧化能力欠缺或丧失
?1）如上图所示，NADPH是α-KGA还原氨基化生成GA必须物质，而且该还原氨
基化所需要的NADPH是与柠檬酸氧化脱羧相偶联的。
?（2）由于NADPH的在氧化能力欠缺或丧失，使得体内的NADPH有一定的积累，
NADPH对于抑制α-KGA的脱羧氧化有一定的意义。
5. 产生菌体内乙醛酸循环（DCA）的关键酶——异柠檬酸裂解酶
?该酶是一种调节酶，或称为别构酶，其活性可以通过某种方式进行调节，通过该酶
酶活性的调节来实现DCA循环的封闭，DCA 循环的封闭是实现GA发酵的首要条件。糖的代谢才能沿着α- 酮戊二酸的方向进行, 从而有利于谷氨酸的积累。
6.菌体有强烈的L-谷氨酸脱氢酶活性
?α-KGA + NH4+ +NADPH == GA + NADP
(NADH :烟酰胺腺嘌呤二核苷酸；NADPH :烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸)
?L-谷氨酸脱氢酶，实质上GA产生菌体内该酶的酶活性都很强，α- 酮戊二酸易
生成谷氨酸。
?该反应的关键是与异柠檬酸脱羧氧化相偶联，反应机制如下：
?偶联反应
α-KGA NADPH α-KGA
GA NADP 异柠檬酸
CO2固定反应对于产率的提高有着多么重要的作用。
提高GA的潜力
?1）强化CO2固定反应，具体措施：Mn+，生物素.
?（2）控制溶氧浓度是非常重要的
?低的溶氧浓度，则丙酮酸向乳酸方向转化……
?高的溶氧浓度，则NADPH 有被氧化的可能，……
（五）GA发酵的外在因素
?GA发酵是一个典型的代谢控制发酵，固然有其内在的菌体特性。
?但是正如任何事物发展的基本规律一样，外在因素仍然有重要的作用，对于GA的发酵也是一样。
1.供氧浓度
?过量：NADPH的再氧化能力会加强，使α-KGA的还原氨基化受到影响，不利于GA 的生成。
?供氧不足：积累大量的乳酸，使发酵液的pH值下降，不利于GA的产生，同时，一部分葡萄糖转成了乳酸，影响了糖酸转化率，降低了产物的提出率。
2. NH4+浓度
?（1）影响到发酵液的pH值
?（2）与产物的形成有关：
?NH4+过量，菌体增殖阶段会抑制菌体生长，产酸阶段Glu会受谷氨酰胺合成酶作用转化为谷氨酰胺（Gln）
?NH4+不足，不利于α-KGA的还原氨基化， -酮戊二酸积累，引起反馈调节
NH4+与产物的形成
3.磷酸盐
?过量：
?（1）促进EMP途径，打破EMP与TCA之间的平衡，积累丙酮酸，产生乳酸等……
?（2）产生并积累缬氨酸（Val）
环境条件
4. 发酵液的碳氮比
?发酵液中糖含量与谷氨酸的发酵有密切的关系。在一定范围内, 谷氨酸的产量随糖含量的增加而增加, 但糖含量过高, 渗透压过大, 对菌体生长不利, 谷氨酸对糖的转化率低。
?发酵液中还原糖的含量一般应控制在10 %～13 % 。
环境条件
?氮源是合成菌体细胞蛋白质、核酸和谷氨酸的氨基来源，大约85%的氮源被用于合成谷氨酸，另外15%用于合成菌体。
?谷氨酸发酵需要的氮源比一般发酵工业多得多，一般发酵工业碳氮比为100：0.2-2.0，谷氨酸发酵的碳氮比为100：15-21。
?在谷氨酸发酵过程中,应正确控制碳氮比。一般在菌体生长期碳氮比应大一些(氮低）,在产酸期,碳氮比应小些(氮高）。在碳源和氮源的比为3∶1时，谷氨酸棒状杆菌会大量合成谷氨酸，但当碳源和氮源的比为4∶1时，谷氨酸棒状杆菌只生长而不合成谷氨酸。
环境条件
5. 生物素
?谷氨酸产生菌是营养缺陷型, 对生长繁殖、代谢产物的影响非常明显。
?当生物素过量时酵解途径中的丙酮酸转变为乳酸, 同时也使异柠檬酸转变为琥珀酸,菌体生长繁殖快,同时生物素又促进菌体细胞膜通透性障碍物的生物合成, 使菌体不能及时将细胞内的谷氨酸排出,谷氨酸合成途径受阻,发酵液中由菌种细胞排出的谷氨酸仅能占氨基酸总量的12%;
?生物素亚适量时,菌体代谢失调,细胞膜通透性增强,细胞内的谷氨酸能及时排出,有利于谷氨酸的积累, 发酵液内由菌体细胞排除谷氨酸能达总氨基酸的92%左右。因此,要根据发酵时期来控制生物素的含量。
环境条件
6. 发酵温度
?谷氨酸发酵前期应采取菌体生长最适温度,即30～32 ℃。温度过低, 菌体生长繁殖慢;若温度过高,菌体易衰老, 生产中表现为DO 值增长慢, 耗糖慢, pH值高, 最终发酵周期长,产酸少。
?发酵中、后期菌体生长基本停止, 为积累大量谷氨酸, 应适当提高发酵温度,但温度过高,酶易失活,谷氨酸生成受阻。
环境条件
7. pH值
?1）pH值对谷氨酸产生菌生长的影响
?谷氨酸产生菌象其它微生物一样, 有最适生长pH值范围, 当高于或低于这个值时:(1) 菌体内的酶受到抑制, 菌体新陈代谢受阻, 生长停滞; (2) 菌体细胞膜所带电荷发生改变, 从而改变细胞膜的渗透性, 影响菌体对营养的吸收和代谢产物的排出; (3) 影响培养基组分和中间代谢产物的离解, 从而影响菌体对这些物质的利用。
环境条件
?2）pH值对谷氨酸积累的影响
?谷氨酸脱氢酶是合成谷氨酸的主要酶,它的最适pH为7.0～7.2 ,当发酵液的pH值偏酸时(pH 5.0-5.8) ,谷氨酸脱氢酶受到抑制,代谢向着生成谷氨酰胺和乙酰谷氨酰胺的方向进行。
?在发酵后期由于耗用大量NH4+,pH值下降, 此时就要进行pH值调节,以保证发酵的正常进行。
环境条件
?pH发生变化的主要原因是培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。
?如当谷氨酸棒状杆菌利用糖类物质不断生成谷氨酸时，培养液的pH就会下降。而碱性物质的消耗和氨的生成等则会导致培养液的pH上升。
pH：前期pH（7.5-8.0），中后期pH7.0-7.6。通过采用流加尿素，氨水或液氨等办法调节pH，补充氮源。
环境条件
8. 通风（同1.供氧浓度）
?通风的实质就是供氧并使菌体和培养基充分混合。谷氨酸产生菌为兼性好氧菌, 在有氧、无氧的条件下都能生长,只是其代谢产物不同。在谷氨酸发酵过程中,通风必须适度。
?风量过大,氧气充足,在长菌阶段表现为耗糖慢, 菌体生长慢, pH值偏高, 产酸阶段, 供氢
体被氧化,谷氨酸合成受阻,积累α- 酮戊二酸;
?风量小, 供氧不足, 长菌阶段表现为菌体生长快,在产酸阶段,葡萄糖进入菌体后, 进行不完全氧化,产物由谷氨酸变为乳酸。
环境条件
9. 泡沫
谷氨酸发酵是好气性发酵, 因通风和搅拌产生泡沫是正常的, 但泡沫过多会带来一系列问题: (1) 泡沫形成泡盖时, 代谢产生的气体不能及时排出,妨碍菌体呼吸作用,影响菌体的正常代谢; (2) 泡沫过多, 发酵液会外溢,造成浪费和污染; (3) 泡沫过多,易冲上罐顶,造成染菌。因此,在谷氨酸的发酵过程中控制好过多的泡沫是发酵成败的关键。
谷氨酸产生菌的发酵条件与产物的关系
?谷氨酸发酵过程中,生产菌种的特性、生长素、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。
?假设人们想利用葡萄糖、谷氨酸棒状杆菌生产α-酮戊二酸，请你利用现有知识，如何设计一个大量积累α-酮戊二酸的方案?
?菌种：对谷氨酸捧状杆菌进行诱变处理，选育不能合成谷氨酸脱氢酶的菌种
?条件：氧（通风）、NH4+、C/N；pH、磷酸盐、温度、生物素、Mn+
代谢的人工控制及其在发酵工业中的应用
(一)遗传学方法
2 抗反馈控制突变株的应用
3 选育组成型突变株和超产突变株
（二）生物化学方法
（三）控制细胞膜渗透性
（三）控制细胞膜渗透性
四、谷氨酸发酵
1）谷氨酸生产菌
?谷氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌、黄色短杆菌。
?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。
生产菌株特点
在己报道的谷氨酸生产菌中，除芽孢杆菌外，虽然它们在分类学上属于不同的属种，但都有一些共同特点:
?革兰氏阳性
?菌体为球形、短杆至棒状
?不形成芽孢
?没有鞭毛，不能运动
?需要生物素作为生长因子
?在通气条件下才能产生谷氨酸。
2）生产原料
发酵生产谷氨酸的原料有
?淀粉质原料：玉米、小麦、甘薯、大米等。其中甘薯和淀粉最为常用；
?大米进行浸泡磨浆，再调成15Bx，调pH6.0，加细菌a-淀粉酶进行液化，85 ℃30min，加糖化酶60 ℃糖化24h，过滤后可供配制培养基。
?糖蜜原料：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜；
?糖蜜原料：不宜直接用来作为谷氨酸发酵的碳源，因含丰富的生物素。
?预处理方法：活性碳或树脂吸附法和亚硝酸法吸附或破坏生物素。也可以在发酵液中加入表面活性剂吐温60或添加中青霉素。
?氮源料：尿素或氨水。
3）工艺流程
味精生产全过程可分五个部分：
?原料的预处理及淀粉水解糖的制取；
?谷氨酸生产菌种子的扩大培养；
?谷氨酸发酵；
?谷氨酸的提取与分离；
?由谷氨酸制成味精及味精成品加工。
?味精生产的主要原材料为淀粉
?辅助材料包括硫酸、液氨、碳酸钠、活性碳、液碱、盐、消泡剂、淀粉酶等
?年产12万吨味精，主要原辅材料耗用如下表：
项目单位：吨
淀粉 196,870
液氨31,108
硫酸 35,000
碳酸钠 30,000
活性碳2,500
液碱40,000
盐8,000
消泡剂77,960
淀粉酶11,694
4）发酵生产工艺
①培养基成分
?碳源：碳源是构成菌体和合成谷氨酸的碳架及能量的来源。
?谷氨酸产生菌是异养微生物，只能从有机物中获得碳素，细胞进行合成反应所需要能量也
是从氧化分解有机物过程中得到的。
?实际生产中以糖质原料为主。培养基中糖浓度对谷氨酸发酵有密切的关系。在一定的范围内，谷氨酸产量随糖浓度的增加而增加。
?氮源：氮源是合成菌体蛋白质、核酸及谷氨酸的原料。碳氮比对谷氨酸发酵有很大影响。大约85%的氮源被用于合成谷氨酸，另外15%用于合成菌体。
?谷氨酸发酵需要的氮源比一般发酵工业多得多，一般发酵工业碳氮比为100：0.2-2.0，谷氨酸发酵的碳氮比为100：15-21。
?无机盐：是微生物维持生命活动不可缺少的物质。
?主要功能：构成细胞的组成成分；作为酶的组成成分；激活或抑制酶的活力；调节培养基的渗透压；调节培养基的pH；调节培养基的氧化还原电位。起着调节微生物生命活动的作用。发酵时，使用的无机离子有K+、Mg2+、Fe2+、Mn2+等阳离子和PO43-、SO42-、Cl－等阴离子，其用量如下：
?生物素：凡是微生物生命活动不可缺少，而微生物自身又不能合成的微量有机物质都称为生长因子。生长因子通常是指氨基酸、嘌呤、嘧啶和B族维生素的一种，生物素又叫维生素H或辅酶R。
?糖质为碳源的谷氨酸产生菌几乎都是生物素缺陷型，这些细菌本身都不能合成生物素。生物素的作用是影响代谢途径；影响细胞的渗透性。
?生长因子含量的多少，与生产有着十分密切的关系。实际生产中通过添加玉米浆、麸皮水解液、糖蜜等作为生长因子的来源，来满足谷氨酸产生菌必须的生长因子。
②培养基
a 斜面培养基
?葡萄糖 0.1%、牛肉膏 1.0%、蛋白胨 1.0%、氯化钠 0.5%、琼脂 2.0%、pH 7.0~7.2
?121℃灭菌30min
?32℃培养18-24h
(传代和保藏斜面不加葡萄糖)。
b 一级种子、二级种子及发酵培养基
?一级种子葡萄糖 2.5%、尿素 0.6%、KH2PO4 0.1%、MgSO4.7H2O 0.04%、玉米浆 2.3-3.0ml、pH 7.0, 1000ml装200-250ml振荡，32℃培养12h。
?二级种子水解糖 3.0%、尿素 0.6%、玉米浆 0.5-0.6ml、K2HPO4 0.1-0.2%、MgSO4.7H2O 0.04%、pH 7.0,呈单个或八字排列。活菌数为108-109 /ml。
?发酵培养基水解糖12-14%、尿素 0.5-0.8%、玉米浆 0.6ml、MgSO4.7H2O 0.06%、KCl 0.05%、Na2HPO4 0.17%、pH 7.0
③发酵条件的控制
a 温度
?谷氨酸发酵前期(0-12h)是菌体大量繁殖阶段，在此阶段菌体利用培养基中的营养物质来合成核酸、蛋白质等，供菌体繁殖用，而控制这些合成反应的最适温度均在30~32℃。
?对数生长期：糖耗快，尿素大量分解使pH上升，氨被利用pH又迅速下降。溶氧急剧下降后维持在一定水平。菌体浓度迅速增大，菌体形态为排列整齐的八字形。不产酸。12h。
?措施：及时供给菌体生长必须的氮源及调节pH，在pH7.5-8.0时流加尿素；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℃，故发酵中、后期适当提高罐温对积累谷氨酸有利。
b pH值
?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。
c 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。
d 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。
?消泡方法有机械消泡(耙式、离心式、刮板式、蝶式消泡器)和化学消泡(天然油脂、聚酯类、醇类、硅酮等化学消泡剂)两种方法。
e 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。
谷氨酸发酵例子
?某谷氨酸发酵，发酵过程中各种参数的变化情况如图所示。最后的发酵液中谷氨酸的浓度很低，发酵周期较长，而这段时间却有大量的葡萄糖被消耗，那么，这些被消耗的葡萄糖到哪里去了？
?如以上两种情况都不是，发酵过程中出现了这种异常情况，还有什么原因呢？
?须根据发酵过程中其他参数如溶氧浓度的变化，结合菌体形态观察等进一步分析，是由于发酵用培养基中添加的玉米浆过量，导致生物素浓度过高，这样菌体不能顺利地实现从生长型到产物积累型的转变，因而出现了这种在工业生产上称之为“只长菌，不产酸”的发酵异常现象。
五、谷氨酸提取工艺
①等电点法提取操作简单，收率60％。周期长，占地面积大
?等电点法提取谷氨酸原理
?谷氨酸：α-型斜方晶体（好），β-型鳞片状晶体；α型结晶水分在5～10%,而β型结晶水分则高达15～20%。生产上应防止β型晶体的生成。
?注意三个方面
?A、发酵液纯度高：谷氨酸/残糖比值高，胶体少，提前除菌体最好；
?B、发酵液处理要及时；
?C、加酸调pH、温度、育晶时间、搅拌服从结晶规律。
等电点法提取谷氨酸原理
?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℃。这就是工业粗提味精所用的等电点法提取谷氨酸原理
等电点法提取谷氨酸原理
?等电点时谷氨酸四种离子方式在水溶液中所占的比例
?GA+: 7.861%, GA±: 84.24%,
GA-: 7.861%, GA=: 0.2789×10-5%
离子交换法提取GA的原理
?离子交换法提取GA的原理当氨基酸pH值大于3.22时羧基离解而带负电,它能被阴离子交换树脂吸附;当pH小于3.22时氨基离解而带正电,此时能被阳离子交换树脂吸附。
?离子交换法提取GA是利用阳离子交换树脂对GA阳离子的选择性吸附,以使发酵液中阻碍GA结晶的残糖及糖的聚合物、蛋白质、色素等非离子性杂质得以分离,然后经洗脱达到浓缩提取GA的目的。
②离子交换法提取
?发酵液→稀释并调pH5.0-5.5?→上柱→732#阳离子(H型)交换→70℃水洗*（正或反洗）→60℃4%NaOH液正洗脱→高流分收集→调pH3.2→结晶→离心分离→谷氨酸
?树脂：苯乙烯型强酸性阳离子交换树脂732#、730#和甲基丙烯酸弱酸型阳离子交换树脂。
?树脂处理：柱→水洗（正和反洗）→5.4% HCl再生→水洗
?水洗*:洗脱粘附于树脂表面的菌体、胶体,并疏松树脂
?料液中不仅有GA，还有NH4+和其他金属离子;阳离子交换树脂对NH4+和其他金属离子的亲和力大于对谷氨酸的亲和力。上柱时NH4+和其他金属离子先发生交换，把H+置换下来，液体pH降低，使主要以GA+形式存在，随后GA+发生交换。
?水洗*目的:
?温柱，防止GA在柱中结晶析出产生“结柱”
?预热树脂，避免热碱液聚热发生破碎
?采用NaOH洗脱剂洗脱时,由于谷氨酸在树脂内部较为集中,NaOH浓度不能太高,温度又不能太低。一般以4%的浓度,60～70℃的温度洗脱较好,否则将产生“结柱”。
?离子交换收集液的低（初）流分可以上柱再交换；
?高流分收集→调pH3.2→结晶；
?后流分单独上离子交换柱进行回收。
谷氨酸解离常数和等电点
以GA+、GA±、GA-、GA=等四种离子方式存在
?离子交换法提取谷氮酸是以其两性解离为基础．在酸性条件下(pH<3．2)谷氨酸以阳离子状态存在，可以采用阳离子交换树脂来提取
?菌体含量较高，多采用料液从离子交换柱下部进入的反上柱带菌操作
?上柱量计算公式
③影响结晶的主要因素
创造一定的过饱和度
?控制加酸的速度，不能太快，避免形成大量晶核；
?晶粒形成温度30-25℃，不能高于30℃，温度不能回升，控制酸的流加速度来防止回升。
?添加α型晶种：0.2%-0.3%。谷氨酸含量5%以上，pH4.5-4.0时投种；谷氨酸含量4%-5%时pH4.0时投种。pH影响溶液溶解度,使溶液中过饱和度合适
?搅拌转速适当30-35rpm，浆式二档交叉搅拌为宜。
?发酵液产酸高，结晶好；
?天门冬氨酸、苯甲氨酸、酪氨酸、脯氨酸等促进α型生成；
?Ca2+、Mg2+影响结晶（>0.34g/100ml）
?当温度低于相转变温度时,α相稳定,β相不稳定,过饱和溶液将主要析出α晶体。当温度低于某个限度,过饱和溶液只析出α晶体而不析出β晶体。在低于相转变温度的范围内,β晶相有向α晶相转变的趋势,即在温度低于相转变温度的情况下,饱和溶液中α和β晶相同时存在,由于β晶相不稳定易溶解,α晶相将长大。
?根据有关数据,谷氨酸水溶液的相转变温度为40℃,根据谷氨酸溶解度数据图分析,40℃时饱和曲线有明显的拐点。但是,系统中有大量的杂质,而且溶液的pH是3.2,故实际生产的系统温度应该<40℃。
酸的流加速度
?在同一温度下微小晶体的溶解度高于粒度较大的晶体,在大量晶体存在的情况下,微小晶体溶解,而大晶体长大,直至小晶体完全消失。因此,颗粒只有大至某一临界粒度(微米级,与细菌相当)。在流加过程中,可以通过暂停流加进行一段时间育晶,从而使小的不良的晶体可以慢慢溶解,使系统中的晶核数量减少,使得产品的粒度分布得到改善,提高产品的质量。
?创造一定的合适的过饱和度
④冷冻等电----离交法提取GA的工艺流程图
?谷氨酸的提取
?(1) 了解谷氨酸发酵液的性质、发酵液的化学组成。
?(2) 了解谷氨酸发酵液的预处理的目的和预处理的一般方法。
?(3) 了解谷氨酸提取的基本方法。
?(4) 理解等电点法提取谷氨酸的基本理论。
?(5) 掌握等电点法提取谷氨酸的工艺流程、工艺条件、工艺操作规程。
?(6) 了解影响谷氨酸结晶析出的主要因素。
?(7) 理解各种离子交换树脂与离子交换的基本理论。
?(8) 理解离子交换树脂提取谷氨酸的工艺流程及工艺条件的控制。
?(9) 了解影响离子交换的各种因素。
?(10) 理解金属盐法提取谷氨酸的基本理论、工艺流程及工艺条件的控制。
?(11) 了解影响金属盐法提取谷氨酸的各种因素。
?谷氨酸制成味精
?(1) 了解谷氨酸中和的基本操作。
?(2) 了解色素的来源及脱色的基本方法。
?(3) 掌握谷氨酸单钠浓缩结晶的基本理论、工艺条件的控制以及工艺操作。
?(4) 了解结晶母液的处理。
?(5) 了解味精的分离和干燥的基本操作。
谷氨酸制味精
谷氨酸制味精
?中和、脱色、除铁、结晶
?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。
味精废水的来源
?(1)发酵液经提取谷氨酸后废母液或者离子交换尾液;
?(2)生产过程中各种设备(调浆罐、液化罐、糖化罐、发酵罐、提取罐、中和脱色罐等)的洗涤水;
?(3)离子交换树脂洗涤与再生废水;
?(4)液化(95℃)至糖化、糖化至发酵等各阶段的冷却水;
?(5)各种冷凝水(液化、糖化、浓缩等工艺)。
味精废水的特点
?(1) 味精废水属于高浓度有机废水;
?(2)废水中有机物和悬浮物菌丝体含量高、酸度大;
?(3)高氨氮和硫酸盐含量,对厌氧和好氧生物具有直接和间接生物毒性作用;
?(4)味精废水处理中存在的主要问题是处理的投资和运行费用过高,企业无法承受;
?(5)现今还没有合适有效的治理方法,虽可采用费用较低的厌氧法处理,但仍无法解决高硫酸盐问题。
思考题
?1.写出谷氨酸发酵的最理想途径，说明CO2固定化反应的重要性。
?2.谷氨酸产生菌之所以能够合成、积累并分泌大量的GA，其菌种内在的原因有哪些？?3.谷氨酸产生菌之所以能够在10%以上的葡萄糖培养基上，生产大量的GA,除了上述谷氨酸产生菌的内在本质外，其需要的外在条件有什么？
思考题
?4.谷氨酸发酵过程中，生物素（V H）作用表现在那几个方面？
?5.生物素（V H）如何封闭乙醛酸循环的？
?6.从能荷的角度解释谷氨酸发酵过程中，“只长菌，不产酸”的原因。
?7.以谷氨酸发酵过程中pH值的变化规律为例，说明为什么pH值的变化是反应过程中菌体生长和产物合成的综合性指标？
生物素对发酵的影响是全面的，在发酵过程中要严格控制其浓度。
代谢的人工控制及其在发酵工业中的应用
工业发酵的目的：大量积累人们所需要的微生物代谢产物。
代谢的人工控制：人为地打破微生物的代谢控制体系，使代谢朝着人们希望的方向进行。人工控制代谢的手段：
(1)改变微生物遗传特性(遗传学方法）；
(2)控制发酵条件（生物化学方法）；
(3)改变细胞膜透性；
谷氨酸生产工艺
生物工程专业综合实训 （2016 年 11 月
谷氨酸生产工艺 摘要： 谷氨酸做为一种人体所必须的氨基酸，在生命的生理活动周期中具有很大的作用。不仅参与各种蛋白质的合成，组成人体结构，还做为味精可以给我们带来味蕾上的享受。现代生产谷氨酸的工艺主要是利用微生物发酵提取而来。不同的发酵方法和不同的发酵条件会造成产量的很大不同。本次谷氨酸的生产工艺，主要是掌握发酵方法和发酵条件的控制，还有各种仪器的使用方法。通过测得的数据来观察菌种的生长变化，同时谷氨酸发酵工艺各个工段的原理和使用方法。关键词：谷氨酸；发酵；工艺；等电点。
引言 谷氨酸是一种酸性氨基酸，是生物机体内氮代谢的基本氨基酸之一，在代谢上具有重要意义。不论在食品、化妆品还是医药行业，谷氨酸都有很大的用途。 谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。医学上谷氨酸主要用于治疗肝性昏迷，还用于改善儿童智力发育。食品工业上，味精是常用的仪器增鲜剂，其主要成分是谷氨酸钠盐。过去生产味精主要用小麦面筋（谷蛋白）水解法进行，现改用微生物发酵法来进行大规模生产。不论在食品、化妆品还是医药行业，谷氨酸都有很大的用途。 谷氨酸钠俗称味精，是重要的鲜味剂，对香味具有增强作用。谷氨酸钠广泛用于食品调味剂，既可单独使用，又能与其它氨基酸等并用。用于食品内，有增香作用。甘氨酸具有甜味，和味精协同作用能显着提高食品的风味。谷氨酸作为风味增强剂可用于增强饮料和食品的味道，不仅能增强食品风味，对动物性食品有保鲜作用。
一、谷氨酸简介 谷氨酸一种酸性氨基酸。分子内含两个羧基，化学名称为α-氨基戊二酸。谷氨酸是里索逊1856年发现的，为无色晶体，有鲜味，微溶于水，而溶于盐酸溶液，等电点3.22。大量存在于谷类蛋白质中，动物脑中含量也较多。谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。医学上谷氨酸主要用于治疗肝性昏迷，还用于改善儿童智力发育。食品工业上，味精是常用的仪器增鲜剂，其主要成分是谷氨酸钠盐。过去生产味精主要用小麦面筋（谷蛋白）水解法进行，现改用微生物发酵法来进行大规模生产。 谷氨酸是生物机体内氮代谢的基本氨基酸之一，在代谢上具有重要意义。L －谷氨酸是蛋白质的主要构成成分，谷氨酸盐在自然界普遍存在的。多种食品以及人体内都含有谷氨酸盐，它即是蛋白质或肽的结构氨基酸之一，又是游离氨基酸，L型氨基酸美味较浓。 L－谷氨酸又名“麸酸”或写作“夫酸”，发酵制造L－谷氨酸是以糖质为原料经微生物发酵，采用“等电点提取”加上“离子交换树脂”分离的方法而制得。 谷氨酸产生菌主要是棒状类细菌，这类细菌中含质粒较少，而且大多数是隐蔽性质粒，难以直接作为克隆载体，而且此类菌的遗传背景、质粒稳定尚不清楚，在此类细菌这种构建合适的载体困难较多。需要对它们进行改建将棒状类细菌质粒与已知的质粒进行重组，构建成杂合质粒。受体菌选用短杆菌属和棒杆菌属的野生菌或变异株，特别是选用谷氨酸缺陷型变异株为受体，便于从转化后的杂交克隆中筛选产谷氨酸的个体，用谷氨酸产量高的野生菌或变异菌作为受体效果更好。供体菌株选择短杆菌及棒杆菌属的野生菌或变异株，只要具有产谷氨酸能力都可选用, 但选择谷氨酸产量高的菌株作为供体效果最好。这样就可以较容易地在棒状类细菌中开展各项分子生物学研究。有了合适的载体及其转化系统后，就可通过DNA体外重组技术进行谷氨酸产生菌的改造。这对以后谷氨酸发酵的低成本、大规模、高质量有较大的发展空间。
谷氨酸的发酵工程
谷氨酸发酵过程控制 【摘要】谷氨酸是构成蛋白质的20种常见α氨基酸之一。作为谷氨酰胺、脯氨酸以及精氨酸的前体。谷氨酸的质量受到发酵的条件、菌种、温度、pH、接种量和种龄等因素的影响。如果控制不好这些因素整个发酵过程发酵液受污染、出现菌体的生长缓慢和代谢产物的积累很少、发酵周期延长甚至所得产品不是最终产品。本文通过综述发酵培养基、培养条件的控制及发酵过程温度、pH、接种量和种龄的控制，以及消泡等多方面因素，来提控制高谷氨酸发酵过程的参数来提高发酵的质量以些方法。 【关键词】谷氨酸、发酵、控制 1.谷氨酸概述 谷氨酸学名：2-氨基-5-羧基戊酸。构成蛋白质的20种常见α氨基酸之一。作为谷氨酰胺、脯氨酸以及精氨酸的前体。L-谷氨酸是蛋白质合成中的编码氨基酸，哺乳动物非必需氨基酸，在体内可以由葡萄糖转变而来。D-谷氨酸参与多种细菌细胞壁和某些细菌杆菌肽的组成。符号：E。 1.1谷氨酸用途 1）下游产品开发 将有一定反应活性的双功能基试剂氯乙醇和L—谷氨酸直接酯化保护羧基，用三光气活化成其相应的N—羧酸酐，可直接得到侧链具有一定反应活性的聚L—氯乙基谷氨酸酯。谷氨酸可生产许多重要下游产品如L—谷氨酸钠、L—苏氨酸、聚谷氨酸等。 2）食品业 谷氨酸是在食品工业中应用较多的氨基酸。谷氨酸钠俗称味精，是重要的鲜味剂，对香味具有增强作用。谷氨酸钠广泛用于食品调味剂，既可单独使用，又能与其它氨基酸等并用。用于食品内，能显着提高食品的风味和有增香作用。谷氨酸作为风味增强剂可用于增强饮料和食品的味道，不仅能增强食品风味，对动物性食品有保鲜作用。 3）日用化妆品等 谷氨酸为世界上氨基酸产量最大的品种。如：N—酰基谷氨酸钠系列产品是由谷氨酸缩合而成的性能优良的阴离子表面活性剂，广泛用于化妆品、香皂、牙膏、香波、泡沫浴液、洗洁净等产品中。谷氨酸作为营养药物可用于皮肤和毛发。用于生发剂，能被头皮吸收，预防脱发并使头发新生，对毛乳头、毛母细胞有营养
(完整版)谷氨酸发酵
1）生物素营养缺陷型 ?作用机制:生物素是脂肪酸生物合成最初反应的关键酶乙酰CoA羧化酶的辅酶,参与 了脂肪酸的合成,进而影响脂肪酸的合成.当磷脂合成量少到正常的1/2左右时,细胞变形,Glu向膜外泄漏. ?控制关键:使用该类突变株必须限制发酵培养基中生物素亚适量(5-10 g/L).在发酵 初期(0-8小时),细胞正常生长,当生物素耗尽后,在菌的再次倍增时,开始出现异常形态细胞,即完成了细胞从生长型到积累型转换. 2）油酸营养缺陷型 ?作用机制:油酸营养缺陷型丧失了合成油酸的能力,通过控制油酸使磷脂合成量减少 到正常量的1/2左右. ?控制关键:保证在培养基中油酸亚适量,完成细胞从生长型到生产型的转换. （3）添加表面活性剂 ?添加表面活性剂(如吐温60)或不饱和脂肪酸(C16-18),也能造成细胞渗漏,积累谷氨 酸. ?机理:两者在脂肪酸合成时对生物素有拮抗作用,导致磷脂合成不足,形成不完整的细 胞膜. ?关键:控制好脂肪酸或表面活性剂的时间和浓度,必须在药剂加入后,在这些药剂存在 下进行分裂,形成产酸型细胞. （4）添加青霉素 ?机理:青霉素抑制谷氨酸生产菌细胞壁后期的合成,细胞膜在失去保护,在渗透压的作 用下受损,向外泄露谷氨酸. ?控制关键:一般在进入对数生长期的早期(3-6小时)添加.添加青霉素后倍增的菌体不 能合成完整的细胞壁,完成细胞功能的转换. 谷氨酸发酵强制控制工艺 ?为了稳产,克服培养基原料中某些成分不易控制带来的影响,在谷氨酸发酵时可采取 “强制控制”的方法,如:“高生物素高吐温”或“高生物素高青霉素”的方法. ?控制方法:在发酵培养基中预先配加一定量(过量)的纯生物素,大大地削弱每批原料 中生物素含量变化的影响,高生物素、大接种量能促进菌体迅速增殖.再在菌体倍增的早期加入相对高的吐温或青霉素,形成产酸型细胞.固定其它条件,确保高产稳产。谷氨酸发酵 ? 1.适应期:尿素分解出氨使pH上升.糖不利用.2-4h. 措施:接种量和发酵条件控制使适应期缩短. ? 2.对数生长期:糖耗快,尿素大量分解使pH上升,氨被利用pH又迅速下降.溶氧急剧 下降后维持在一定水平.菌体浓度迅速增大,菌体形态为排列整齐的八字形.不产酸.12h. 措施:及时供给菌体生长必须的氮源及调节pH,在pH7.5-8.0时流加尿素;维持温度30- 32℃ ? 3.菌体生长停止期:谷氨酸合成. 措施:提供必须的氨及pH维持在7.2-7.4.大量通**,控制温度34-37 ℃. ? 4.发酵后期:菌体衰老,糖耗慢,残糖低. 措施:营养物耗尽酸浓度不增加时,及时放罐. 发酵周期一般为30h. 二、谷氨酸发酵的生化过程
年产2万吨谷氨酸发酵生产的初步设计
年产2万吨谷氨酸发酵生产的初步设计
第一章总论 一、设计项目： （1）设计课题：年产2万吨谷氨酸发酵工厂的初步设计 （2）厂址：某市 （3）重点工段：糖化 （4）重点设备：糖化罐 二、设计范围： （1）厂址选择及全厂概况介绍（地貌、资源、建设规模、人员）；（2）产品的生产方案、生产方法、工艺流程及技术条件的制定；（3）重点车间详细工艺设计、工艺论证、设备选型及计算；（4）全厂的物料衡算； （5）全厂的水、电、热、冷、气的衡算； （6）车间的布置和说明； （7）重点设备的设计计算； （8）对锅炉、电站、空压站等提出要求及选型； （9）对生产和环境措施提出可行方案。 三、要完成的设计图纸： （1）全厂工艺流程图一张； （2）重点车间工艺流程图一张； （3）重点车间设备布置立面图一张；
（4）重点车间设备布置平面图一张； （5）重点设备装配图一张。 四、设计依据： （1）批准的设计任务书和附件可行性报告，以及可靠的设计基础资料。 （2）我国现行的有关设计和安装的设计规范和标准 （3）广东轻工职业技术学院食品系下达的毕业设计任务书 五、设计原则： （1）设计工作要围绕现代化建设这个中心，为这个中心服务。首先要有加速社会主义四个现代化早日实现的明确指导思想，做到精心设计，投资省，技术新，质量好，收效快，收回期短，使设计工作符合社会主义经济建设的总原则。 （2）要学会查阅文献，收集设计必要的技术基础资料，要善于从实际出发去分析研究问题，加强技术经济的分析工作。（3）要解放思想，积极采用技术，力求设计上具有现实性和先进性，在经济上具有合理性，尽可能做到能提高生产率，实现机械化和自动化，同时兼顾社会和环境的效益。 （4）设计必须结合实际，因地制宜，体现设计的通用性和独特性相结合，工厂生产规模、产品品种的确定，要适应国民经济的需求，要考虑资金的来源，建厂的地点、时间、三废综合
发酵工艺流程
发酵工艺标准操作流程 (SOP) 一生产前准备 每次生产前按品种配方将所需原料称重准备齐全,并确认生产原料库存量,保证原料库存量足够下次生产所需、 二生产前检查 1检查蒸汽、压缩空气、冷却水进出的管路就是否畅通,所有阀门就是否良好,并关闭所有阀门、 2检查电路、控制柜、开关的状态,确保控制柜运行正常、 3检查空压机油表油表及轴承、三角带、气缸等就是否正常,确保空压机运行正常、 4检查发酵罐搅拌减速机的油量及密封轴降温水就是否正常、 三总过滤器灭菌 当蒸汽总管路上的压力为0、2-0、25MPa时,打开总过滤器进气阀输入蒸汽,同时打开出气阀的跑分阀、排气阀、排污阀,当三个阀均排出蒸汽时,调整进气阀、排污阀,稳定总过滤器压力0、15-0、2MPa,此时打开压力表下跑分,计时灭菌2-2、5小时、灭菌结束后启动空压机,当空气输入管道压力大于总过滤器压力时,关闭蒸汽阀,打开空气阀,将空气出入总过滤器,然后调整进气阀与排污阀,稳定总过滤器压力在0、15-0、2MPa,保持通气在15-20小时,当出气阀跑分与排污阀放出的空气为干燥空气时,完成灭菌、 四分过滤器灭菌 1当蒸汽管路压力为0、2-0、25MPa时,打开蒸汽过滤器的进气阀与排污阀,当蒸汽管路中无蒸汽凝结液后,再将蒸汽输入空气管路,然后打开分过滤器的进气阀、排污阀及出气阀上的跑分,当所有阀门均有蒸汽排出后,调整进气与排污阀,就是压力稳定在0、11-0、15MPa,计时灭菌30-35分钟、灭菌结束后,关闭蒸汽过滤器进出气阀、排污阀,并立即将空气输入预过滤器,使空气通过预过滤器进入到分过滤器,再调整分过滤器排污阀使压力稳定在0、11-0、15MPa,备用、
2m3谷氨酸发酵罐设计
江西科技师范学院 生物工程专业《化工原理课程设计》说明书 题目名称2m3 产谷氨酸发酵罐的设计 专业班级2009 级生物工程（1）班 学号 学生姓名唐盼阙素云周婷 指导教师常军博士 2011 年10 月31 日
目录 一、设计方案的确定1 谷氨酸的生产工艺流程1 生产原料1 发酵菌株1 培养基的制备2 二、发酵罐主体设计计算2 发酵罐主要条件及主要技术指标2 罐体选型、几何尺寸的确定、罐体主要部件尺寸的设计计算3发酵罐的选型3 发酵罐容积的确定 3 发酵罐装液量的确定3 冷却装置的设计3 罐体选料4 罐体壁厚4 封头壁厚计算5 夹套直径5 挡板的设计5 搅拌器的设计5 搅拌器的计算5 搅拌轴功率的计算 6 管道设计8 通风管管径计算8 进出物料管8 冷却水进出口管径 8 管道接口8 仪表接口8 三、其他附件选型9 四、附录及图纸10 附录1计算结果汇总表10 附录2计算结果汇总表10 五、总结11 六、参考文献及资料12
一、设计方案的确定 谷氨酸的生产工艺流程 谷氨酸的生产主要包括以下工作：谷氨酸发酵的原料处理和培养基的配制； 子培养；发酵工艺条件的控制；谷氨酸提取；谷氨酸的精制。 发酵法生产谷氨酸的工艺流程如下： 图1 谷氨酸生产工艺流程图 生产原料 谷氨酸生产时发酵原料的选择原则：首先考虑菌体生长繁殖的营养；考虑到有利于谷氨酸的大量积累；还要考虑原料丰富，价格便宜；发酵周期短，产品易提取等因素。目前谷氨酸生产上多采用尿素为氮源，采用分批流加，以生物素为生长因子。国内大多数厂家用淀粉为发酵原料，主要有玉米、小麦、甘薯、大米等，其中甘薯的淀粉最为常用。少数厂家用糖蜜为发酵原料，主要有甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜。 发酵菌株 现有谷氨酸生产菌分属于棒状杆菌属、短杆菌属、小杆菌属及节杆菌属。目前工业上应用的谷氨酸产生菌有谷氨酸棒状杆菌、乳糖发酵短杆菌、散枝短杆菌、黄色短杆菌、噬氨短杆菌等。目前国内各味精厂所使用的谷氨酸生产菌主要有（1）纯齿棒状杆菌及其 （2）天津短杆菌T613及其诱变株FM-415、CMTC6282、诱变株B9、B9-17-36、F-263等菌株； S9114等菌株；（3）北京棒杆菌及其诱变株D110等菌株。本实验选择北京棒杆菌。
谷氨酸发酵车间的物料衡算
工艺计算 生产方法：以工业淀粉为原料、双酶法糖化、流加糖发酵，低温浓缩、等电提取。主要技术指标： 淀粉液化工艺参数： 糖化工艺参数：
培养基配方： 灭菌各参数：
一、谷氨酸发酵车间的物料衡算 首先计算生产1000kg 纯度为100%的味精需耗用的原材料以及其他物料量。 （一）、发酵液量 设发酵液初糖和流加高浓糖最终发酵液总糖浓度为180kg/ ，则发酵液量为： )(0.8% 124%99%95%601801000 3 1m V =????= 式中 180——发酵培养基终糖浓度（kg/） 60%——糖酸转化率 95%——谷氨酸转化率 99%——除去倒罐率1%后的发酵成功率 124%——味精对谷氨酸的精制产率 （二）、发酵液配制需水解糖量，以纯糖计算： )(136017011kg V G =?= （三）、二级种液量： ) (4.0%53 12m V V == （四）、二级种子培养液所需水解糖量： )(164022kg V G == 式中 40——二级种液含糖量（kg/） （五）、生产1000kg 味精需水解糖总量： )(137616136021kg G G G =+=+= （六）、耗用淀粉原料量： 理论上，100kg 淀粉转化生成葡萄糖量为111kg ，故耗用淀粉量为： )(6.1572%)111%5.98%80(G kg G =??÷=淀粉 式中 80%—淀粉原料含纯淀粉量 98.5%—淀粉糖化转化率 （七）、液氨耗用量： 二级种液耗液氨量：2.4V 2=0.96（kg ） 发酵培养基耗液氨量：20V 1=160（kg ） 共耗液氨量：160+0.96=161.0（kg ） （八）、磷酸氢二钾耗量：
谷氨酸发酵生产工艺
目录1.谷氨酸发酵生产工艺简介 1.1工艺流程 1.2工艺参数 1.3工艺要求 2串级控制系统特点与分析 2.1串级系统特点 2.2串级控制结构框图及分析 3控制方案 3.1总体方案 3.2系统放图 3.3待检测点的控制系统流程图 4仪表的选型 4.1热交换器 4.2仪表清单 5控制算法选择 5.1控制规律 5.2调节器正反作用的选择 6总结 7参考文献 附图
串级控制系统-----两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。 例：加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统 1. 基本概念即组成结构
串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。 前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。 整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。 在该反应中，主要控制的指标是釜温。但由于测量元件的测量滞后，以及由于测量套管插入其内，在套管的外表面有反应发生，很容易造成釜温的假象。因此在升温-恒温控制的过程中需要热水和冷水的交换切换，以便使谷氨酸发酵充分反应，提高产品质量。 主、副变量，主、副控制器（调节器），主、副对象，主、副检测变送器，主、副回路。 作用在主、副对象上的干扰分别为一、二次干扰 系统特点及分析 * 改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量。 * 能迅速克服进入副回路的二次扰动。 * 提高了系统的工作频率。 * 对负荷变化的适应性较强 串级控制系统的特点：
谷氨酸发酵
谷氨酸发酵 目前工业上应用的谷氨酸产生菌有谷氨酸棒状杆菌、乳糖发酵短杆菌、散枝短杆菌、黄色短杆菌、噬氨短杆菌等。我国常用的菌种有北京棒状杆菌、纯齿棒状杆菌等。 谷氨酸除用于制造味精外，还可以用来治疗神经衰弱以及配制营养注射液等。我国的谷氨酸发酵虽然在产量、质量等方面有了较大的提高，但与国外先进水平相比还存在一定差距。主要表现在：设备陈旧，规模小，自控水平、转化率和提取率低，易受噬菌体污染，废水污染问题尚未完全解决等。 一、菌种的选育 主要通过基因突变、基因工程、细胞工程得到优良的菌种。 可以从自然界中先分离出相应的菌种，再用物理或化学的方法使菌种产生突变，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。 在谷氨酸发酵中，如果能够改变细胞膜的通透性，使谷氨酸不断地排到细胞外面，就会大量生成谷氨酸。研究表明，影响细胞膜通透性的主要因素是细胞膜中的磷脂含量。因此，对谷氨酸产生菌的选育，往往从控制磷脂的合成或使细胞膜受损伤入手，以提高细胞膜对谷氨酸的通透性，如生物素缺陷型菌种的选育。 1.谷氨酸生产菌的生化特征 1. α-酮戊二酸氧化能力微弱: α-酮戊二酸脱氢酶丧失或活性低. 2. 谷氨酸脱氢酶活性强. 3. 还原性辅酶Ⅱ(NADPH+H+)进入呼吸链能力缺陷或微弱. 4. 异柠檬酸裂解酶活力微弱. 5. 不利用谷氨酸. 6. 耐高糖耐高谷氨酸 . 7. CO2固定能力强. 8 .解除谷氨酸反馈抑制. 9. 具有向胞外分泌谷氨酸的能力. 2.谷氨酸产生菌 棒杆菌属：北京棒杆菌 钝齿棒杆菌 谷氨酸棒杆菌 短杆菌属：黄色短杆菌 产氨短杆菌 小杆菌属：嗜氨小杆菌 节杆菌属：球形节杆菌 3.共同点： 1. α-酮戊二酸氧化能力微弱: α-酮戊二酸脱氢酶丧失或活性低. 2. 谷氨酸脱氢酶活性强. 3. 还原性辅酶Ⅱ(NADPH+H+)进入呼吸链能力缺陷或微弱. 4. 异柠檬酸裂解酶活力微弱. 5. 不利用谷氨酸.
味精的生产工艺流程简介教程文件
1味精的生产工艺流程简介 味精的生产一般分为制糖、谷氨酸发酵、中和提取及精制 等4个主要工序。 1．1液化和糖化 因为大米涨价，目前大多数味精厂都使用淀粉作为原材 料。淀粉先要经过液化阶段。然后在与B一淀粉酶作用进入糖 化阶段。首先利用一淀粉酶将淀粉浆液化，降低淀粉粘度并 将其水解成糊精和低聚糖，应为淀粉中蛋白质的含量低于原来 的大米，所以经过液化的混合液可直接加入糖化酶进入糖化阶 段，而不用像以大米为原材料那样液化后需经过板筐压滤机滤 去大量蛋白质沉淀。液化过程中除了加淀粉酶还要加氯化钙， 整个液化时间约30min。一定温度下液化后的糊精及低聚糖在 糖化罐内进一步水解为葡萄糖。淀粉浆液化后，通过冷却器降 温至60℃进入糖化罐，加入糖化酶进行糖化。糖化温度控制在60℃左右，PH值4．5，糖化时间18-32h。糖化结束后，将糖化罐加热至80 85℃，灭酶30min。过滤得葡萄糖液，经过压滤 机后进行油水分离(一冷分离，二冷分离)，再经过滤后连续消 毒后进入发酵罐。 1．2谷氨酸发酵发酵 谷氨酸发酵过程消毒后的谷氨酸培养液在流量监控下进入谷氨酸发酵罐，经过罐内冷却蛇管将温度冷却至32℃，置入 菌种，氯化钾、硫酸锰、消泡剂及维生素等，通入消毒空气，经一
段时间适应后，发酵过程即开始缓慢进行。谷氨酸发酵是一个 复杂的微生物生长过程，谷氨酸菌摄取原料的营养，并通过体 内特定的酶进行复杂的生化反应。培养液中的反应物透过细胞 壁和细胞膜进入细胞体内，将反应物转化为谷氨酸产物。整个 发酵过程一般要经历3个时期，即适应期、对数增长期和衰亡期。每个时期对培养液浓度、温度、PH值及供风量都有不同的 要求。因此，在发酵过程中，必须为菌体的生长代谢提供适宜的生长环境。经过大约34小时的培养，当产酸、残糖、光密度等指标均达到一定要求时即可放罐。 1．3 谷氨酸提取与谷氨酸钠生产工艺 该过程在提取罐中进行。利用氨基酸两性的性质，谷氨酸 的等电点在为pH3．0处，谷氨酸在此酸碱度时溶解度最低，可经长时间的沉淀得到谷氨酸。粗得的官司谷氨酸经过于燥后分 装成袋保存。 1．4谷氨酸钠的精制 谷氨酸钠溶液经过活性碳脱色及离子交换柱除去C a 、 Mg 、F e 离子，即可得到高纯度的谷氨酸钠溶液。将纯净的 谷氨酸钠溶液导入结晶罐，进行减压蒸发，当波美度达到295 时放入晶种，进入育晶阶段，根据结晶罐内溶液的饱和度和结 晶情况实时控制谷氨酸钠溶液输入量及进水量。经过十几小时 的蒸发结晶，当结晶形体达到一定要求、物料积累到80％高度时，将料液放至助晶槽，结晶长成后分离出味精，送去干燥和筛
谷氨酸发酵知识完全总结
谷氨酸的性质及基本介绍 147.12926 1.538 主要用途简介： （一）食品工业：谷氨酸钠俗称味精，是重要的鲜味剂，对香味具有增强作用。 （二）日用化妆品：谷氨酸作为营养药物可用于皮肤和毛发。 N—酰基谷氨酸钠系列产品是由谷氨酸缩合而成的性能优良的阴离子表面活性剂，广泛用于化妆品、香皂、牙膏、香波、泡沫浴液、洗洁净等产品中。 焦谷氨酸钠（味精脱水生成的产物）具有极强的吸湿性，能保持皮肤湿润，防止干燥，并增强皮肤和毛发的柔软和弹力。日本己有以谷氨酸钠（或谷氨酸）为原料生产的高级人造革、化妆品和洗涤剂等产品。 （三）医药行业：谷氨酸作有较高的营养价值，医学上主要用于治疗肝性昏迷，还用于改善儿童智力发育。 （四）农业：谷氨酸与某些激素配合，可制成柑桔增甜剂；还可作为微肥的载体，在氮磷钾基本满足的条件下，作为叶面喷洒的微肥具有投入少、效益高等特点。 谷氨酸钠既是西红柿保护性杀菌剂，又是防治果树腐烂病的特效杀菌剂。 氨基酸铜是目前生产上良好的杀菌剂，有机铜比无机铜的应用效果好。 特殊说明： （一）谷氨酸晶体为白色结晶或结晶性粉末，味微酸。 （二）吸湿性温度50℃，其临界湿度在90%以上。
谷氨酸生产水平与市场分析 生产水平： 谷氨酸棒状杆菌-生物素敏感型高产菌株：采用生物素亚适量工艺，发酵32h，产酸达140g/L以上，糖酸转化率达62%以上，国内同类研究的领先水平。 谷氨酸棒状杆菌-谷氨酸温度敏感型突变株：在最佳发酵条件下，发酵24h，产酸达到160g/L，糖酸转化率达72%，国际同类研究的先进水平。 市场分析： 我国味精工业的产量稳居世界第一位，2007年全国味精产量达190万吨。味精工厂的味精平均销售价格为7,800元/吨，成本为7,000元/吨。按照上述产量计算，我国味精工业中纯味精的总产值约150亿元，加上相当于上述总值30%的副产品（主要是饲料蛋白、化肥、液态肥料）的产出，我国味精工业年生产总值约为200亿元人民币。 从市场需求来看，2007年国内谷氨酸年产量约190万吨，国内人均消费味精仅1kg，与日本、香港、台湾、东南亚等国家及地区的味精消费水平（1.5kg）相比，还是较低的。味精综合开发利用的效益显著，通过提高产酸率，吨味精成本可降低500元左右，其生产成本将低于日本的味精生产成本，具备了参与国际市场的竞争力，可以抓住机遇扩大味精出口量。同时在国内可降低味精销售价格，刺激国内市场消费。
氨基酸工艺学
1、味精是L-谷氨酸单钠的商品名称，含有一分子的结晶水，其分子式为NaC5H8O4N·H2O 2、国内味精厂所使用的谷氨酸生产菌株主要有北京棒杆菌AS1.299、钝齿杆菌AS1.542 和天津短杆菌T 6-13三类。 3、谷氨酸发酵中，谷氨酸产生菌只有一条生物合成途径中，生成谷氨酸的前体物为α-酮戊二酸。而在赖氨酸发酵中，存在两条不同的生物合成途径，即二氨基庚二酸途径和α-氨基己二酸途径 4、谷氨酸制味精过程中，中和操作时一般应先加谷氨酸后加碱，否则会发生消旋化，生成DL- 谷氨酸钠。 5、在谷氨酸发酵中，溶解氧的大小对发酵过程有明显的影响。若通气不足，会生成乳酸或琥珀 酸，若通气过量，会生成ɑ－酮戊二酸 6、从发酵液中提取赖氨酸，目前一般采用离子交换方法。影响提取得率最大的是菌体和钙离子 7、谷氨酸的晶型分为α-型结晶和β-型结晶两种，等电点提取谷氨酸时，首先必须形成一定数量 的晶核，然后才能进行育晶。谷氨酸起晶有自然起晶和加晶种起晶两种方法。 8在谷氨酸发酵中，生成谷氨酸的主要酶有谷氨酸脱氢酶（GHD）、转氨酶（AT）和谷氨酸合成酶（GS）三种。 9、L–谷氨酸在水溶液中的等电点是3.22，L–赖氨酸的等电点是6.96 10、在谷氨酸发酵过程中，对生物素的要求是亚适量，而在赖氨酸发酵生产中要求生物素过量。 11、游离的赖氨酸具有很强的呈盐性，因此，一般工业制造产品是以赖氨酸盐酸盐形式存在，其化学性质相当稳定。 二、单项选择题（共10小题，每小题2分，共20分） 得分评卷人 1、下列菌株中，_C_属于赖氨酸产生菌。 A．Hu7251 B．FM84-415 C．AS1.563 D．WTH-1 2、下列哪种氨基酸发酵是在供氧不足的条件下产酸最高？（D ） A．精氨酸B．赖氨酸C．苏氨酸D．亮氨酸 3、谷氨酸发酵产酸期的最适温度一般为（C ）。 A．30℃~32℃B．32℃~34℃C．34℃~37℃D．38℃~40℃ 4、在谷氨酸（AS1.299菌）发酵中后期，为有利于促进谷氨酸合成，pH值维持在___C__范围为好。A．pH6.2~6.4 B．pH6.8~7.0 C．pH7.0~7.2 D．pH7.3~7.6
各种氨基酸的生产工艺
各种氨基酸的生产工艺 1、谷氨酸 (1)等电离交工艺方法一一从发酵液中提取谷氨酸，即将谷氨酸发酵液降温并用硫酸调PH值至谷氨酸等电点(pH3.0- 3.2)，温度降到10 以下沉淀，离心分离谷氨酸，再将上清 液用硫酸调pH至1.5上732强酸性阳离子交换树脂，用氨水调上清液pH10进行洗脱，洗 脱下来的高流分再用硫酸调pH1.0返回等电车间加入发酵液进行等电提取，离交车间的上柱后的上清液及洗柱水送去环保车间进行废水处理。 该工艺方法的缺点是：废水量大，治理成本高，酸碱用量大。 ⑵连续等电工艺一一将谷氨酸发酵液适当浓缩后控制40 C左右，连续加入有晶种的等电罐中，同时加入硫酸，控制等电罐中PH值维持在3.2左右，温度40 C进行结晶。 该工艺方法废的优点是：水量相对较少；缺点是：氨酸提取率及产品质量较差。 (3) 发酵法生产谷氨酸的谷氨酸提取工艺——谷氨酸发酵液经灭菌后进入超滤膜进行 超滤，澄清的谷氨酸发酵液在第一调酸罐中被调整pH值为3.20?3.25，然后进入常温的 等电点连续蒸发降温结晶装置进行结晶，分离、洗涤，得到谷氨酸晶体和母液，将一部分母液进入脱盐装置，脱盐后的谷氨酸母液一部分与超滤后澄清的谷氨酸发酵液合并；另一部分在第二调酸罐中被调整 pH值至4.5?7,蒸发、浓缩、再在第三调酸罐中调pH值至 3.20?3.25后，进入低温的等电点连续蒸发降温结晶装置，使母液中的谷氨酸充分结晶出来，低温的等电点连续蒸发降温结晶装置排出的晶浆被分离、洗涤，得到谷氨酸晶体和二次母液。 (4) 水解等电点法 发酵液-一浓缩(78.9kPa , 0.15MPa 蒸汽)----盐酸水解(130 C, 4h ) 一过滤-- ---滤液脱色-----浓缩-----中和，调pH至3.0-3.2 ( NaOH或发酵液) 一-低温放置， 析晶---- 谷氨酸晶体 此工艺的优点：设备简单、废水量减少、生产成本低、酸碱用量省 ⑸低温等电点法 发酵液-----边冷却边加硫酸调节PH4.0-4.5----- 加晶种，育晶2h-----边冷却边加硫酸 调至pH3.0-3.2——冷却降温——搅拌16h——4 C 静置4h——离心分离—— --谷氨酸晶体 此工艺的优点：设备简单、废水量减少、生产成本低、酸碱用量省 ⑹直接常温等电点法 发酵液-----加硫酸调节PH4.0-4.5----- 育晶2-4h----- 加硫酸调至pH3.5-3.8------ 育 晶2h------加硫酸调至pH3.0-3.2------ 育晶2h------冷却降温------搅拌16-20h------ 沉淀2-4h ------- 谷氨酸晶体 此工艺的优点：设备简单、操作容易、生产周期短、酸碱用量省。 2、L-亮氨酸 (1) 浓缩段原料：蒸汽将一次母液通入浓缩罐内，通入蒸汽，温度120度，气压-0.09Mpa ，浓缩时间6h，结晶。 终点产物：结晶液(去一次中和段) (2 ) 一次中和段辅料：硫酸，纯水结晶液进入一次中和罐，通入硫酸，纯水，温度80，中和时间4h，过滤
谷氨酸发酵控制
一简述甜菜糖蜜添加吐温发酵的机理！！！ 吐温是一种表面活性剂，它是在菌体细胞不饱和脂肪酸合成的过程中，作为抗代谢物具有抑制作用，对生物素具有拮抗作用。通过拮抗脂肪酸的生物合成，达到控制磷脂合成，导致磷脂合成不足。结果形成磷脂合成不足的不完全的细胞膜，提高了谷氨酸向膜外漏出的渗透性。 二简述甘蔗糖蜜添加青霉素流加糖发酵的机理！！！ 添加青霉素可抑制谷氨酸生产菌细胞壁的后期合成，主要抑制糖肽转肽酶，影响细胞壁肽聚糖的生物合成。因为青霉素的结构与革兰氏阳性的谷氨酸菌所特有的糖肽的D-Ala-D-Ala末端结构类似，因而它取代合成糖肽的底物而和酶的活性中心结合，是五肽末端的丙氨酸不能被肽酶移去，谷氨酸桥一头无法与它前面的丙氨酸相接，因此交联不能形成，网状的结构连接不起来，糖肽的合成就不能完成，于是菌体内的尿二磷和N-乙酰胞壁酸便大量的积累，青霉素与转肽酶相结合，形成了青霉素的酶，结果形成不完全的细胞壁，导致形成不完全的细胞膜。由于青霉素合成细胞壁后期生物合成，是细胞膜处于无保护的状态，又由于膜内外的渗透压差，进而导致细胞膜的物理损伤，形成不完全的细胞膜，失去渗透障碍物，增大了谷氨酸向胞外分泌的渗透能力。 三简述温度敏感突变株发酵生产谷氨酸的机理！！！ 谷氨酸温度敏感突变株的突变位置是在决定与谷氨酸分泌有密切关系的细胞膜结构基因上，发生碱基的转换或者颠换，一个碱基被另一
个碱基所置换，这样为该基因所指导的酶在高温下失活，导致细胞膜某些结构的改变，当控制培养温度为最适温度时，菌体正常的生长，当温度提高到一定的程度时，菌体便停止生长且大量的产酸。而它仅需通过控制物理的方式就可以完成谷氨酸生产菌由生长型细胞向产酸型细胞的转变。 四简述谷氨酸发酵培养基对发酵的影响及控制措施！！！ 影响因素及控制措施如下： 1.生物素 谷氨酸在发酵的过程中，前期：菌体的生殖期，一定量的生物素是菌体增殖期所必须的一般在5ug/L，而在产物合成期，要控制生物素的浓度,一般在0.5ug/g，以保证产物的正常合成。 2. 碳源 谷氨酸产生菌均不能利用淀粉，只能利用葡萄糖、蔗糖、麦芽糖等；有些菌种能利用醋酸、乙醇、正烷烃等作碳源。淀粉水解糖的质量对发酵影响很大。一般还原性的糖的浓度控制在125—150g/L。 3 碳氮比 碳氮比对谷氨酸发酵影响很大，在发酵的不同阶段，控制碳氮比以促进以生长阶段向产酸阶段转化，在长菌阶段，如氨根离子过量会抑制菌体生长，在产酸阶段，如氨根离子不足，a-酮戊二酸不能还原并氨基化，而积累a-酮戊二酸，谷氨酸生成量少。 一般发酵工业碳氮比为100：(0.2～2.0)，谷氨酸的碳氮比为100：(15～30)，当碳氮比在100：11以上才开始累积谷氨酸。
谷氨酸发酵
第一章文献综述 1.1谷氨酸简介 谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占有重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。目前，我国许多工厂采用多种方法来提高谷氨酸产率，如选育高产菌种、改进发酵工艺、搞好发酵控制、引进微机控制、增加控制参数等。这些方法对于提高谷氨酸产率非常有效。 谷氨酸是生产味精的主要原料，随着发酵法生产谷氨酸技术的发展，我国味精生产始于1923年，至今已有80多年历史，随着科学技术的不断进步，味精生产技术也在不断变革，由创建之初的以面筋、豆粕为原料水解法生产工艺，改变为现在以淀粉为原料发酵法生产工艺，发酵法生产工艺从1964年在上海味精厂首次投入生产以来，发酵法生产谷氨酸的生产技术进步较大，尤其是近几年随着菌种的突破以及新技术，新设备的应用进展更快，进入九十年代，尤其九五年后，技术进步较快，目前行业最好水平时（仅少数厂家）制糖收率99%以上，发酵产酸11-12%，转化率59-62%，提取收率96-98%精制收率96%，与80年代比较全行业平均制糖收率提高了10%，发酵产酸率提高了117%，转化率提高了43%，提取收率提高了20%，精制收率提高了8.8%，综合技术指标淀粉消耗下降了166%
1.2谷氨酸的生产工艺流程 1.2.1液化和糖化 因为大米涨价, 目前大多数味精厂都使用淀粉作为原材料。淀粉先要经过液化阶段。然后再与β- 淀粉酶作用进入糖化阶段。首先利用α- 淀粉酶将淀粉浆液化, 降低淀粉粘度并将其水解成糊精和低聚糖, 应为淀粉中蛋白质的含量低于原来的大米, 所以经过液化的混合液可直接加入糖化酶进入糖化阶段, 而不用像以大米为原材料那样液化后需经过板筐压滤机滤去大量蛋白质沉淀。液化过程中除了加淀粉酶还要加氯化钙，整个液化时间约30min。一定温度下液化后的糊精及低聚糖在糖化罐内进一步水解为葡萄糖。淀粉浆液化后, 通过冷却器降温至60℃进入糖化罐, 加入糖化酶进行糖化。糖化温度控制在60℃左右, pH 值4.5, 糖化时间18～32h。糖化结束后, 将糖化罐加热至80～85℃, 灭酶30min。过滤得葡萄糖液, 经过压滤机后进行油水分离( 一冷分离, 二冷分离) , 再经过滤后连续消毒后进入发酵罐。 1.2.2谷氨酸发酵
生物素对谷氨酸发酵的影响及控制
生物素对谷氨酸发酵的影响及控制摘要： 阐述生物素对谷氨酸在发酵过程中的影响和控制生物素的用量来提高谷氨酸的产量，以及生物素测定方法的介绍。 关键词：生物素谷氨酸影响测定方法发酵 1生物素对谷氨酸生产的影响 1.1谷氨酸的生物合成途径 谷氨酸生物合成的主要途径：葡萄糖经糖酵解（EMP途径）和磷酸戊糖途径（HMP途径）生成丙酮酸，再被氧化成乙酰辅酶A（乙酰COA），然后进入三羧酸循环，生成α-酮戊二酸，α-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化及NH4+的存在条件下，经还原氨基化反应生成谷氨酸。 1.2 生物素对谷氨酸生物合成途径的影响 生物素对谷氨酸生物合成途径有下列几方面的影响[1]： （1）生物素对糖酵解速度的影响 生物素在糖酵解过程中，主要影响糖酵解速度，而不是EMP途径与HMP途径的比率。在生物素充足条件下，糖降解速度远远超过丙酮酸的氧化速度，打破了糖降解速度与丙酮酸氧化速度之间的平衡，丙酮酸趋于生成乳酸，引起了乳酸的溢出。只有在生物素限量的情况下，糖降解速度与丙酮酸氧化速度才趋于平衡。 （2）生物素对NAD及NADH2含量的影响 在生物素缺乏菌中，葡萄糖氧化能力降低，特别是醋酸、琥珀酸的氧化能力显著减弱。在生物素缺乏菌中，NAD及NADH2含量减少到l/2-1/4。 （3）生物素对乙醛酸循环的影响 乙醛酸循环的关键酶是异柠檬酸裂解酶，该酶受葡萄糖、琥珀酸阻遏，为醋酸所诱导。葡萄糖为原料发酵生产谷氨酸时，在生物素亚适量条件下，异柠檬酸裂解酶几乎没有活性。原因在于丙酮酸氧化能力下降，醋酸生成速度减慢，为醋酸所诱导形成的异柠檬酸裂解酶很少。再者，由于该酶受琥珀酸阻遏，在生物素亚适量条件下，因氧化能力降低而积累的琥珀酸就会反馈抑制该酶活性，并阻遏该酶的生成，乙醛酸循环基本上是封闭的，代谢流向沿异柠檬酸→α-酮戊二酸→谷氨酸的方向高效率地移动。 （4）生物素对氮代谢的影响 生物素限量时，几乎没有异柠檬酸裂解酶，琥珀酸氧化力弱，苹果酸和草酰乙酸脱羧反应停滞，同时由于完全氧化降低的结果，使ATP的形成减少，蛋白质合成活动停滞。在铵离子适量条件下，生成积累谷氨酸，且生成的谷氨酸也不会通过转氨作用生成其他氨基酸。在生物素充足条件下，异柠檬酸裂解酶、琥珀酸氧化力、丙酮酸氧化力、蛋白质合成、乙醛酸循环比例、草酰乙酸和苹果酸脱羧反应都不断加大，导致谷氨酸量减少，通过转氨作用生
谷氨酸的发酵和提取工艺综述
综述：谷氨酸的发酵与提取工艺 第一部分谷氨酸概述 谷氨酸非人体所必需氨基酸，但它参与许多代谢过程，因而具有较高的营养价值，在人体内，谷氨酸能与血氨结合生成谷氨酰胺，解除组织代谢过程中所产生的氨毒害作用，可作为治疗肝病的辅助药物，谷氨酸还参与脑蛋白代谢和糖代谢，对改进和维持脑功能有益。另外，众所周知的谷氨酸钠盐即味精有很强烈的鲜味，是重要的调味品。 1996、1997、1998年味精年产量分别为55.0万吨、56.64万吨、59.03万吨。尽管如此，我国人均年消耗味精量还只有400g左右，而台湾省已达2000g。因此，中国将是世界上最大的潜在味精消费市场，也就是说，味精生产会稳步发展。这也意味着谷氨酸的生产不断在扩大[1]。 谷氨酸生产走到今天就生产技术而言已有了长足进步,无论是规模还是产能都今非昔比,与此同时各厂家还在追求完美, 这是行业进步的动力,也是生存之所需。实际上生产工艺是与时俱进的,没有瑕疵的工艺是不存在的。如:配方及提取方法现在是多种多样,有单一用纯生物素的,也有用甘蔗糖蜜加纯生物素的, 还有加玉米浆干粉或麸皮水解液及豆粕水解液等等;提取方法有:等电-离交、等电-离交-转晶、连续等点-转晶等等[2]。 本综述简述谷氨酸生产的流程及发酵机制，着重介绍谷氨酸的提取工艺。 第二部分谷氨酸生产原料及其处理 谷氨酸发酵的主要原料有淀粉、甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、醋酸、乙醇、正烷烃(液体石蜡)等。国内多数谷氨酸生产厂家是以淀粉为原料生产谷氨酸的，少数厂家是以糖蜜为原料进行谷氨酸生产的，这些原料在使用前一般需进行预处理。 (一)糖蜜的预处理 谷氨酸生产糖蜜预处理的目的是为了降低生物素的含量。因为糖蜜中特别是甘蔗糖蜜中含有过量的生物素，会影响谷氨酸积累。故在以糖蜜为原料进行谷氨酸发酵时，常常采用一定的措施来降低生物素的含量，常用的方法有以下几种:(1)活性炭处理法; (2)水解活性炭处理法;（3）树脂处理法。 (二)淀粉的糖化 绝大多数的谷氨酸生产菌都不能直接利用淀粉，因此，以淀粉为原料进行谷氨酸生产时，必须将淀粉质原料水解成葡萄糖后才能供使用。可用来制成淀粉水解糖的原料很多，主要有薯类、玉米、小麦、大米等，我国主要以甘薯淀粉或大米制备水解糖。 淀粉水解的方法有三种：①酸解法；②酶解法；③酸酶(或酶酸)结合法。 1．酸解法用酸解法生产水解糖，其工艺流程如下： 原料(淀粉、水、盐酸)调浆→糖化→冷却→中和→脱色→过滤除杂→糖液2．酶解法先用α-淀粉酶将淀粉水解成糊精和低聚糖，然后再用糖化酶将糊精和低聚糖进一步水解成葡萄糖的方法，称为酶解法。 与淀粉的酸解相比，酶解法具有以下一些优点：①酶解反应条件比较温和。细菌α-淀粉酶是在pH6.0～7.0、温度85～90℃条件下，将淀粉液化成能溶解于水的糊精和低聚糖；而糖化酶是在pH4.0～4.5、温度58—60℃条件下，完成糖化反应的。②由于酶的作用专一性强，因此水解过程中很少有副反应发生。③淀粉乳
年产5万吨谷氨酸发酵工厂设计开题报告综述
本科毕业设计(论文)开题报告 题目：年产5万吨谷氨酸工厂发酵设计 开题报告 课题类型：工业设计 学生姓名：刘少年 学号：3100402209 专业班级：生物工程102 学院：生物与化学工程学院 指导教师：李松 开题时间：2014年3 月 2014年月日
一、本课题的研究意义、研究现状和发展趋势 引言：谷氨酸为无色晶体或结晶性粉末，分为α、β两种晶型，通常β型稳定。分子式:COOCCH(NC2)CH2CH2COOH分子结构如下所示: 谷氨酸是生物机体内氮代谢的基本氨基酸之一，在代谢上具有重要意义。L一谷氨酸是蛋白质的主要构成成分，谷氨酸盐在自然界普遍存在。多种食品以及人体内都含有谷氨酸盐，它既是蛋白质或肤的结构氨基酸之一又是游离氨基酸，L型氨基酸美味较浓。谷氨酸(2一氨基戊二酸)有左旋体、右旋体和外消旋体。左旋体，即L一谷氨酸，是一种鳞片状或粉末状晶体，呈微酸性，无毒。微溶于冷水，易溶于热水，几乎不溶于乙醚、丙酮及冷醋酸中，也不溶于乙醇和甲醇。在200℃时升华，247℃一249℃分解，密度为1.538沙衬，旋光度+37一 +38.9(25℃)。谷氨酸的用途广泛，它本身作为药品，能治疗肝昏迷症，也可用来生产味精、食品添加剂、香料和用于生物化学的研究[1]。
1.1研究目的及意义 谷氨酸发酵是通气发酵，也是我国目前通气发酵产业中，生产厂家最多，产品产量最大的产业。该生产工艺和设备具有很强的典型性，本论文对味精发酵生产工艺及主要设备作简要介绍，以期有助于了解通气发酵工艺及主要设备的有关知识。本设计是年产量为20000吨的味精厂，重点是产品的物料衡算，热量衡算，同时工艺流程及设备选型等设计。本设计的重点车间为发酵工艺车间，重点设备为糖化，煮沸，发酵设备。 该论文设计的目的是从生产实际出发，确保生产的各个环节中使用较少的人力、物力、财力取得较大的经济效益。此为本设计的指导思想，亦是本设计最主要的特点。同时本设计从节约用地出发，充分利用厂房设备来安排产品，对于那些类型不相同，生产设备，生产条件十分相同，甚至是用同一厂房，设备来生产不同产品。 1.2谷氨酸用途 1.食品行业 应用较多的是制成谷氨酸钠。谷氨酸钠俗称味精，是重要的鲜味剂，对香味具有增强作用。谷氨酸钠广泛用于食品调味剂，既可单独使用，又能与其它氨基酸等并用，用于食品内，有增香作用。在食品中浓度为0.2%一0.5%，每人每天允许摄入量(ADI)为0一120微克/千克(以谷氨酸计)。在食品加工中一般用量为0.2一1.5克/公斤。谷氨酸 作为风味增强剂可用于增强饮料和食品的味道，不仅能增强食品风味，对动物性食品有保鲜作用。