谷氨酸生产工艺

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1、生物工程(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.

2、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

3、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.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

4、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

5、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。二、实训内容菌种的培养、种子扩培、发酵、提取、脱

6、色结晶干燥、谷氨酸成品三、实验材料（一）菌种：天津棒杆菌（二）药品:胰蛋白胨、酵母提取物、NaCl、NaOH、葡萄糖、尿素、硫 酸镁、磷酸二氢钾、D生物素、硫酸亚铁、硫酸锰、消泡剂、氨 水、lmol/LHCl、蒸馏水、Imol/LNaOH、无水乙醇（三）设备:恒温培养箱、高压蒸汽灭菌锅、发酵罐、721 分光光度计 离心机、磁力搅拌器、天平、恒温振荡摇床四、实验方法（一）斜面菌种制备 无菌条件下,从冷藏的天津棒杆菌的斜面上,挑取适量菌体涂在 LB 培养基 的斜面上,然后置37C的恒温箱培养2024h。我们采用LB培养基制作固 体试管斜面，它是一种常用培养基，LB培养基灭菌条件：在高压蒸汽灭 菌锅

7、内保持121C, 0.14Mpa下，20min即可，分装试管，每试管约510ml （视试管大小而定）。（二）种子培养基的制备与灭菌表2 一级种子培养基配方表（400mL）成分配比葡萄糖2.5%(10g)尿素0。5%(2g)硫酸镁0。 04% (0。 16g)磷酸二氢钾0.1%(0.4g)D生物素(2.5一3。5)2.8mg/L硫酸亚铁2 x 10 -6 g/L硫酸锰2 x 10 -6 g/L调 pH 值 7.0, 121C, 0.14Mpa 下，灭菌 20min 即可。 一级扩培：32C,180200r/min，培养 1012h。三）发酵培养基配方表表3发酵培养基配方表（2L）成分浓度葡萄糖1

8、25150g/L (250g300g)20g/L(40g)尿素l1.5g/L(2。5g)磷酸二氢钾0.251.0g/L(l。1g)硫酸镁硫酸亚铁2 x 10 -6 g/L硫酸锰2 x 10 -6 g/LD生物素(0.4-O.8)0.6mg/L按发酵培养基成分配比，配制培养基，调节pH值至6。5,进行灭菌。灭菌条件:在高压蒸汽灭菌锅内保持121C, 0.14Mpa下，灭菌20min即可.四、发酵过程发酵液2.0L装入发酵罐,离座灭菌。接入电源，将已灭菌的发酵培养基通入 无菌空气，调整好发酵罐的各类初始参数：温度为32C、pH7.5、搅拌180r/min、 泡沫和消泡剂（豆油）自动调节等.12h后

9、观察是否生长杂菌，再将无水乙醇倒入 接种口的环槽中，点燃后，进行无菌接种操作,接种量一般为10。通气量为0.8 一1.0m /h,搅拌速率为60r/min，全程用消泡剂消泡,发酵过程通氨，当接种后 发酵pH低于6.5时就可以开始通氨，通氨量的多少参考pH值，温度采用变温控 制,具体过程见表4。谷氨酸的发酵周期约为30h，每隔2h测一次天津棒杆菌的 菌丝浓度，采用721分光光度计在620nm下测发酵液OD值，同时测定pH值。在 菌体接近衰亡期前放罐，得到谷氨酸发酵液。表4 发酵过程工艺控制时间/h温度/CpH搅拌速度/min-i06327.52506-10327.23001023347。2300

10、2330367.0200五、谷氨酸提取方法等电点将放罐的发酵液先测定放罐体积、pH、谷氨酸含量和温度。取400ml发酵液, 其余的装入锥形瓶封好放入冰箱中保存待用。离心（转速为5000r/min）去除菌 体。加入盐酸溶液（lmol/L），调节发酵液pH值为44。5,开搅拌，育晶2h。之 后再加盐酸溶液（lmol/L），调节发酵液pH值为3。53.8，育晶2h。然后再加 盐酸溶液（lmol/L），调节发酵液pH值为3.03.2，育晶16h,静置沉淀，母液 和谷氨酸晶体分离.六、实验结果（0D值及PH值）顺序OD值pH值17.027.530。044A/-0.071A74-0。100A/-0.102

11、A750。013A/0。020A76-0。088A/0。090A770。080A/-0。062A78-0。124A/0。127A79-0。131A/-0.116A7七、结果讨论1. 在整个发酵过程OD值一直是负的，可能是以下几点原因造成的：（1）在菌种摇床扩培阶段培养时间过短，造成菌种数量不够。（2）在发酵罐接入菌种培养后，有一段时间内发酵罐温度过高可能造成细菌 大量死亡，导致细菌产物减少或根本没有。（3）发酵过程条件没有控制好，过酸或过碱都会导致菌种生长不良.2. 在调节发酵液pH值可能由于试纸测量不太精准.导致发酵条件不好，产物没有 提取不出来.3. 在本实验中灭菌十分重要，如果灭菌不彻底

12、，导致杂菌污染。杂菌会和菌种争 夺养分导致菌种生长不良，其次杂菌的代谢产物可能威胁菌种的生理活性。八、心得体会经过一个多星期的谷氨酸生产综合实训，让我学到很多知识。书中学到的理 论知识可以很好的转换为实践，加深我脑海中的知识。本次实验涉及多个方面, 不再是以前单一因素对实验的影响，而是多个因素：通气量，pH,温度，营养物 质等共同作用来生产谷氨酸.任意一个因素的改变都会造成谷氨酸的产量变动很 大。当然菌种的生理活性和数量也是一个重要因素，生理活性高意味着产量就高。整个发酵过程不断通入氧气，保障菌种可以很好进行有氧呼吸将葡萄糖转换 为谷氨酸，并且通气量是随着时间而改变的.当菌种生长到一定时期，菌种数量就 基本不变。而就行初级代谢和次级代谢来产生谷氨酸。其中整个发酵过程中 OD 值一直是负的，并且最后也没有谷氨酸产生.最大的可能性就是发酵液中的菌种 数量太少或者可能由于某种因素菌种死掉了如温度过高， pH。最后要感谢张欣老师在整个发酵过程对我们的耐心指导和陪伴。