谷氨酸发酵工艺流程1

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1、目录一、谷氨酸简介2二、 谷氨酸发酵的工艺流程32.1 谷氨酸生产菌种42.2 生产原料42.3 培养基制备42.3.1 碳源.42.3.2 氮源.52.3.3 生物素.52.4 培养基52.5 菌种的保藏62.6 灭菌的方法82.7 菌种如何选育82.8 种子的扩大培养82.9 谷氨酸的发酵83.0 谷氨酸的分离9三、 谷氨酸发酵的工艺控制93.1 环境控制93.1.1pH .93.1.2 温度.93.1.3 通风量.93.1.4 泡沫.93.1.5 染菌的防治和染菌后的处理方法93.2细胞膜渗透性控制103.3 提取工艺的进展103.4 鉴别123.5 发酵终点的判断12四、小结12五、参

2、考文献12 谷氨酸发酵工艺秦岭内蒙古工业大学 化工学院 08级生物工程2班摘要：众所周知，日常所用调味料味精就是L一谷氨酸单钠盐(monosodiuo gluamate, MsG)。 自1909年日本发明并工业化生产味情以来，几经变迁，已发展成为以谷氨酸发酵为主体的世 界性氨基酸发酵工业。1956年从日本开始,以后先后由面二筋豆粕和废糖蜜浓缩物水解的方 向,转向以糖质为原料的细菌发酵法。生产味精谷氨酸之类氨基酸的发酵,区别于传统的酿 酒和抗菌素发游,是一种改变微生物代谢的代谢控制发酵。本文则就谷氨酸发酵生产过程、 谷氨酸发酵机制和研究动向等方面,说明谷氨酸发酵的发展。1 关键词：谷氨酸；发酵；

3、工艺；研究；发展一、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a-氨基戊二酸。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。分子式C5H9NO4、分子量147.13076。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。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。 氨基酸作为人体生长的重要营养物质，不仅具有特殊的生理作用，而且在食品工业中具有独 特的功能。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

4、，又能与其它氨基酸等并用。谷氨酸为世界上氨基酸产量最大的 品种，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、毛母细胞有营养功能，并能扩张血管，增强血液循环，有生发防脱发功效。 用于皮肤，对治疗皱纹有疗效。脑组织只能氧化谷氨酸，而不能氧化其它氨基酸，故谷酰胺 可作为脑组织的能量物质，改进维持大脑机能。谷氨酸作为神经中枢及大脑皮质的补剂，对 于治疗脑震荡或神经损伤、癫痫以及对弱智儿童均有一定疗效。在工业上，聚谷氨酸可降解 塑料，是环境友好材料。2谷氨酸发酵是典型的代谢控制发酵。谷氨酸的大量积累不是由于生物合成途径的特异， 而是菌体代谢调节控制和细胞膜通

5、透性的特异调节以及发酵条件的适合。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

6、 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。二、谷氨酸发酵的工艺流程菌种的选育，培养基配制，斜面培养，一级种子培养，二级种子培养，发酵（发酵过程 参数控制通风量、pH、温度、泡沫），发酵液。（谷氨酸产生途径见图表1、流程见图表2）KW WiM 榭锻帼严- 说/rd他jMsa叮扎：上一鸟和倉 址m：咏橫诙；呻境粮I图表2谷氨酸发酵工艺流程KOHJ=Qr QAXJt帅红Z二晶T2.1谷氨酸生产菌种棒状杆菌属谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium gl

7、utamicum )：生物素缺陷型、温度敏感 型；北京棒杆菌、钝齿棒杆菌；短杆菌属：黄色短杆菌、天津短杆菌。在已报道的谷氨酸生产菌中，除芽抱杆菌外，它们都有一些共同特点：革兰氏阳性，菌 体为球形、短杆至棒状，不形成芽抱，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。2.2生产原料玉米、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,85C30min,加糖化酶60C糖化24h,过滤后 可供配置培养基。甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜。糖蜜原料因含丰富的生物素，不宜直接用来作为谷 氨酸发酵的碳源。预处理方法为，活性碳

8、或树脂吸附法和亚硝酸法吸附或破坏生物素。也可 以再发酵液中加入表面活性剂或添加青霉素。2.3.培养基制备谷氨酸发酵培养基组成包括碳源、氮源、无机盐和生长因子等。2.3.1碳源目前使用的谷氨酸生产菌均不能利用淀粉，只能利用葡萄糖、果糖等，有些菌种还能利 用醋酸、正烷烃等做碳源。 在一定的范围内，谷氨酸产量随葡萄糖浓度的增加而增加，但若葡萄糖浓度过高，由于 渗透压过大，则对菌体的生长很不利，谷氨酸对糖的转化率降低。 国内谷氨酸发酵糖浓度 为125-150g/L，但一般采用流加糖工艺。2.3.2 氮源常见无机氮源：尿素，液氨，碳酸氢铵。常见有机碳源：玉米浆，豆浓，糖蜜。当氮源的浓度过低时会使菌体细胞

9、营养过度贫乏形成“生理饥饿”，影响菌体增殖和代谢，导致产酸 率低。随着玉米浆的浓度增高，菌体大量增殖使谷氨酸非积累型细胞增多，同时又因生物素 过量使代谢合成磷脂增多，导致细胞膜增厚不利于谷氨酸的分泌造成谷氨酸产量下降。 碳氮比一般控制在 100:1530。2.3.3 生物素含硫水溶性维生素，是B族维生素的一种，又叫做维生素H或辅酶R。广布于动物及 植物组织，已从肝提取物和蛋黄中分离，是多种羧化酶辅基的成分。生物素的作用主要影响 谷氨酸生产菌细胞膜的通透性，同时也影响菌体的代谢途径。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。（具体可看控制膜渗透性）2.4培养基2.4.1.1保藏

10、斜面培养基：牛肉膏1%,蛋白胨1%,氯化钠0.5，琼脂2， pH7.0。2.4.1.2活化斜面培养基：葡萄糖0.1%，牛肉膏1%，蛋白胨1%，氯化钠0.5%，琼脂2%， pH7.0。2.4.1.3一级种子培养基：葡萄糖2.5%，玉米浆3.1%；，尿素0.55%，磷酸氢二钾012%， 硫酸镁0.06%， pH7.0。2.4.1.4摇瓶初筛发酵培养基：葡萄糖 12 % ，玉米浆0.8 % ，磷酸二氢钾0.2 % ，硫酸镁O.04%， pH7.0。2.4.1.5摇瓶复筛发酵培养基：葡萄糖18%，玉米浆0.5%，甘蔗糖蜜0.15%，磷酸二氢钾 0.2%，硫酸镁 0.04%. pH7.0。2.4.2 培

11、养方法2.4.2.1斜面菌种：3233C培养，22h。2.4.2.2 一级种子：3233C培养，往复式摇床，冲程76mm,转速100r/min, 9h。2.4.2.3摇瓶发酵：往复式摇床，冲程80mm。装量：20ml / 500ml三角瓶。接种量：5%。 转速：前期100r/min,第一次加尿后125rJmin。温度：前期3233C，后期34350C。 转速：前期100r/min,后期125dmin。pH： 40%尿素控制。2.4.2.4 分析方法及分析仪器谷氨酸：YSI 一 2700生物传感器。2.4.3.1 谷氨酸菌种的分离 挑一环生产斜面到装有生理盐水，、小玻璃珠三角瓶中，振荡摇匀，稀释

12、， 10。 510。6涂平板挑选30个单菌落移接到生产斜面上（每个菌落接2支斜面）培养48h其中30支斜 面存人超低温冰箱保存，另外相同顺序编号的30支斜面则进行摇瓶产酸试验。2.4.3.2 初筛每株两瓶分三批进行初筛。发酵周期24h。放瓶后，测定谷氨酸含量。从中选出产酸较 高的6株。2.4.3.3 复筛经初筛选出6株，继续进行摇瓶复筛试验。发酵周期46h，以生产菌作为对照，共进行 了 3 次对比实验。并选出产酸最高的两株。2.5菌种的保藏现在微生物广泛应用于工农业生产、医药卫生及国防事业，但微生物的世代时期一般是 很短的，在传代过程中易发生变异甚至死亡，因此常常造成工业生产菌种的退化，并有可

13、能 使优良菌种丢失。所以。2.5.1如何保持菌种优良性状的稳定是研究菌种保藏的重要课题。2.5.1.1菌种保藏的重要意义 菌种是从事微生物学以及生命科学研究的基本材料，特别是利用微生物进行生产。所以 菌种保藏是入行微生物研究和微生物育种工作的重要组成部分。其任务首先是使菌种不死 亡。同时还要尽可能设法把菌种的优良性状保持下来而不致向坏的方面转化。研究菌种保藏 就是要采用最合适的保存方法，使菌种的变异和死亡减少到最低限度。2.5.1.2菌种保藏的原理和方法 菌种保藏主要是根据菌种的生理生化特点。2.5.2人工创造条件。 使孢子或菌体的生长代谢活动尽量降低，以减少其变异。一般可通过保持培养基营养成

14、 分在最低水平、缺氧状态、干燥和低温，使菌种处于“休眠”状态，抑制其繁殖能力。菌种的保藏方法很多一般有一面几种：2.5.2.1斜面冰箱保藏法 斜面保藏是一种短期、过度的保藏方法。 用新鲜斜面接种后在最适条件下培养得到菌体或孢子生长丰满后，放在4度冰箱保存。 一般存期为三到六个月。2.5.2.2沙土管保藏法 适合于产孢子或芽孢的微生物。先将沙与土洗净烘干过筛后。 将沙与土按（12）：1混合均匀。分装于小试管中，装料高度大约为lcm左右。121度间歇灭菌3次，灭菌实验合格后烘干备用。一般沙用80目过筛，土用80100目过 筛。其次，将斜面孢子制成孢子悬浮液接入沙土中或将斜面豹子刮下直接与沙土混合置干燥 器中用真空泵抽干，放在冰箱内保存一般保存期为1年左右.2.5.2.3菌丝速冻法 对于不产孢子或芽孢的微生物，一般不用沙土管保藏。为了方便，可以采用甘油菌丝速 冻法。由于该法的保藏温度为-20C，为了避免微生物受损伤致死。需要甘油作为保护剂。先配置浓度