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1、任务1-4-1谷氨酸发酵工艺,1、工艺流程 2、发酵工艺参数控制 3、发酵异常现象及处理,一、谷氨酸的生产工艺流程,谷氨酸菌种的扩大培养,普遍采用二级种子培养流程: 即保藏菌种斜面种子摇瓶种子培养种子罐发酵罐 一级种子培养1000ml三角瓶中 二级种子培养种子发酵罐,种子发酵罐,摇瓶种子制备流程,斜面培养基组成：,葡萄糖 0.1 蛋白胨 1.0 牛肉膏 1.0 氯化钠 0.5,琼脂 2.02.5 pH 7.07.2（传,代和保藏斜面不加葡萄糖，为了利于菌体生长而不产酸）,培养条件：,7338、B9类菌种3032，培养1824h； T613类菌种3334，培养1824h。,检查：培养完成后，要仔
2、细观察菌苔生长情况，菌苔 的颜色和边缘等特征是否正常，有无感染杂菌和噬菌体 的征象。,1、菌种斜面培养,种子的扩大培养,培养基：葡萄糖 2.5 ，尿素 0.5， 硫酸镁 0.04， 磷酸氢二钾 0.1，玉米 浆 2535(按质增减) 硫酸亚铁、硫酸,锰各2ppm，PH 6.56.8 (培养基成分可因菌,种不同酌情增减) 。,培养条件 ：培养温度7338和B9类菌30一32、 T613类菌种3334，摇床上振荡培养12小时。,2、一级种子培养,一级种子 质量要求,种龄：12h pH值：6.401 光密度：净增OD值0.5以上,残糖：0.5以下 无菌检查： (一) 噬菌体检查：无 镜检: 菌体生长
3、均匀粗壮，排列 和整齐 革兰氏染色：阳性,根据菌体生长情况，酌情增减生物素等用量，随时调 整培养基组成。,3、二级种子培养,接种量,O810,培养温度 32(T613菌为3334) 培养条件,培养时间,78h,通风量,50L种子罐,1：0.5,搅拌转速 250L种子罐 搅拌转速300 500L种子罐 搅拌转速,340 rmin 1 : 0.3 rmin 1：0.25 230 rmin,二级种子的质量要求,种龄：78h pH ：72左右 OD值：净增0.5左右,无菌检查： (一) 噬菌体检查：无 残糖：消耗1% 左右 镜检：生长旺盛，排列整齐 革兰氏染色：阳性,二、原料处理,1、原料的来源,谷氨
4、酸发酵以糖蜜和淀粉为主要原料。 糖蜜：是制糖工厂的副产物，分为甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜两大类。 淀粉：来自薯类、玉米、小麦、大米等 也可使用醋酸、乙醇、正烷烃（液体石蜡）等,2、原料及处理,谷氨酸发酵以糖蜜和淀粉为主要原料。 一 糖蜜 1 糖蜜：是制糖工厂的副产物，分为甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜两大类，其中含较多的可发酵性糖，总糖含量：甘蔗糖蜜54.8%，甜菜糖蜜49.4%；总糖中主要是可发酵性糖。,目的： 降低生物素的含量。 方法： 活性炭吸附法：用量为糖蜜的30%40% 水解活性碳处理法：盐酸+活性碳 树脂处理法：,3、 糖蜜的处理,(1)糖蜜中糖浓度高，必须进行稀释，一般稀释至1820%。 (2)糖蜜
5、中杂质很多，如黑色素、灰分等，必须进行澄清、过滤。一般采用加酸静置，加酸调pH 3.03.8，并定时通风，除溶液中的SO2、NO2等有害性挥发成分。 (3)糖蜜中的含氮物质较少，应补充营养盐，如硫酸氨，磷酸钙等物质。 (4)调pH 7.07.5。 (5)灭菌：8090。,3、糖蜜的处理,4、淀粉的预处理,淀粉的水解原料 粉碎 加水 液化 糖化 淀粉水解糖,三、谷氨酸发酵的控制,1 温度的控制 国内常用菌株的最适生长温度为30-34， 产生谷氨酸的最适温度为3436。 012h的发酵前期，主要是长菌阶段； 发酵12h后，菌体进入平衡期，增殖速度变得缓慢； 温度提高到3436，谷氨酸的生成量就增加
6、。,2 pH的控制,一般发酵前期pH控制在7.5-8.5左右，发酵中、后期pH控制在7.07.2，调低pH的目的在于提高与谷氨酸合成有关的酶的活力。 谷氨酸发酵在中性和微碱性条件下可积累谷氨酸，而在酸性条件下则容易形成谷酰胺和N-乙酰谷酰胺。 尿素被谷氨酸生产菌细胞的脲酶所分解放出氨，因而发酵液的pH会上升。 发酵过程中，由于菌体不断利用氨，以及有机酸和谷氨酸等代谢产物进入发酵液，使N源不足和发酵液pH下降，需再次流加尿素 。,3 溶解氧的控制,谷氨酸产生菌是兼性好氧菌 在实际生产中，搅拌转速固定不变，通常用调节通风量来改变供氧水平。 原则：发酵前期，以低通风量为宜； 发酵中、后期，以高通风量
7、为好。 通风比（ m3 /m3 .min ）：每分钟向1m3的发酵液中通入0.1cm3无菌空气，用1:0.1表示。,4.流加糖控制,流加时间 流加速度 流加量,5 种龄和种量的控制,微生物的生长大致可分为适应期、对数期、稳定期、衰老期 种龄：一级种子菌龄控制在1112h，二级种子菌龄为78h。 种量：指接入发酵罐内种子的量占发酵罐内发酵培养基量的百分比。接种量的多少对适应期的延续时间也有很大的影响。接种量一般以1为好。 种量过多，使菌体生长速度过快，菌体娇嫩，不强壮，提前衰老自溶，后期产酸不高；如果接种量过少，则菌体增长缓慢，会导致发酵时间延长，容易染菌。,6 OD值的控制,OD值是细菌个数、
8、菌体大小和发酵液色泽深浅的综合反应。 以B9和T6-13菌株为例，当初糖为12.514%时，长菌期的OD净增值在0.70.9。 当细胞进入平衡期后，OD值已达到最大值，此时细胞数不再增加，但因为细胞个体还会继续伸长增大，所以OD值会略有上升。,6 OD值的控制,生物素是谷氨酸生产菌不可缺少的生长因子。当培养基的生物素将被耗尽时，细菌就停止增殖。 提高生物素的含量，OD值会上升，但一方面细胞的膜通透性会变差，影响谷氨酸从胞内往胞外渗出；另一方面，在高生物素环境下，菌体只进行增殖并不生成谷氨酸。 因此，控制OD值的增长，是保证菌体在胞外大量蓄积谷氨酸的重要手段。,7 泡沫的控制,生产上为了控制泡沫
9、，除了在发酵罐内安装机械消泡器外，还在发酵时加入消泡剂。 目前谷氨酸发酵常用的消泡剂有： 花生油、豆油、玉米油、棉子油、泡敌和硅酮等。 天然油脂类的消泡剂的用量较大，一般为发酵液的0.1%0.2%(体积分数)， 泡敌的用量为0.02%0.03%(体积分数)。,发酵罐,四、发酵异常现象及处理,1.污染杂菌和感染噬菌体引起的发酵异常 （1）污染杂菌 污染杂菌后，OD值增长快，糖耗也快，且发酵液泡沫增多，但谷氨酸生成量少。 处理： 如果发酵前期发现杂菌污染，可将培养基重新灭菌，并酌加培养基成分，重新接种后再发酵。 如果发酵中期发现染菌，而pH、OD值和糖耗等尚属正常，此时可加大风量，按常规继续发酵。
10、 如果发酵后期染菌，一般对发酵影响不大。,（2）感染噬菌体 感染噬菌体后，OD值不上升甚至下跌，因此发酵液pH上升且变得粘稠，泡沫也增多。发酵液中很少有谷氨酸蓄积。 处理： 如果发酵前期发现感染噬菌体，可将培养基重新灭菌，或采用并罐法。 如果发酵中期发现感染噬菌体，将培养基在70加热10min杀死噬菌体，补料补种，重新发酵。 如果发酵后期染菌，一般对发酵影响不大。,2.种子质量差引起的发酵异常,将种龄过长或活力弱的种子接入发酵罐后，在发酵中、后期，糖耗就变得缓慢，pH不下降、波动不活跃，谷氨酸生成量少。 处理： 停止搅拌或减小通风量，追加生物素、磷盐和镁盐。,3.培养基配比差错引起的发酵异常
11、（1）生物素 生物素是谷氨酸生产菌不可缺少的生长因子。 生物素不足，长菌慢，糖耗慢，菌体生长不足。 生物素过量，葡萄糖的消耗被用于菌体增殖。,生物素,（2）磷盐。磷在微生物细胞中含量较高，它是合成核酸、核蛋白、磷脂、各种核苷酸和辅酶的重要元素。 如果培养基中不加或少加磷酸盐，则菌体生长缓慢，糖耗慢，最终菌体生长不足。 如磷盐过多，糖的降解都通过EMP和TCA，菌体增殖快。,4.发酵条件控制不当引起的发酵异常,通风量 发酵前期通风量不足，影响不大；中后期供氧不足，则谷氨酸生成少。 温度 发酵前期、中期温度过高，细胞易衰老；温度过低，发酵周期长。 pH,发酵终点判断,发酵终点：残糖在1%以下且糖耗缓慢（0.15%）或残糖0.5%。 达到放罐标准后，及时放罐,谢谢！,
