第十章氨基酸发酵

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1、第十章第十章 氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学1第一节氨基酸发酵生产概论氨基酸发酵是典型的代谢控制发酵，由发酵所生成的产物氨基酸，都是微生物的中间代谢产物，它的积累是建立在对微生物正常代谢的抑制。在脱氧核糖核酸(DNA)的分子水平上改变、控制微生物的代谢，使有用产物大量生成、积累。1、氨基酸n构成蛋白质的基本分子单元。n碳原子分别以共价键连接氢原子、羧基和氨基及侧链。侧链不同，氨基酸的性质不同。n目前世界上可用发酵法生产氨基酸有20多种。一、氨基酸简介2、氨基酸的用途（1）食品工业：强化食品强化食品：赖氨酸，苏氨酸，色氨酸于小麦中。增鲜剂：增鲜剂：谷氨酸单钠和天冬氨酸。甜味剂：苯丙氨酸与天冬氨

2、酸可用于制造低热量二肽甜味剂(-天冬酰苯丙氨酸甲酯，甜味是蔗糖的150-200倍),此产品1981年获FDA批准,现在每年产量已达数万吨。（2 2）饲料工业：）饲料工业：n甲硫氨酸等必需氨基酸可用于制造动物饲料 ，添加蛋氨酸、赖氨酸、精氨酸等必须氨基酸可促进动物生长发育、改善肉质、节省蛋白饲料、降低成本等。（3 3 ）医药工业：）医药工业：n多种复合氨基酸制剂可通过输液治疗营养或代谢失调 n氨基酸注射液由1985年的100万瓶增长到2003的1.5万瓶，每年以15-20%的速度递增，全行业的年产值预计能达到10亿元 n苯丙氨酸与氮芥子气合成的苯丙氨酸氮芥子气对骨髓肿瘤治疗有效,且副作用低。（4

3、 4）化学工业：）化学工业：谷氨基钠作洗涤剂.丙氨酸制造丙氨酸纤维（合成高分子化合物）能保持皮肤湿润的润肤剂焦谷氨酸钠和质量接近天然皮革的聚谷氨酸人造革，以及人造纤维和涂料。甘氨酸、半胱氨酸、丙氨酸可制表面活性剂、缓冲剂和抗氧剂等表表3-8 3-8 世界氨基酸主要生产厂家生产能力世界氨基酸主要生产厂家生产能力品名厂家生产能力品名厂家生产能力蛋氨酸日本曹达20000谷氨酸味之素60000蛋氨酸日本住友化学5000谷氨酸日本旭化成15000蛋氨酸日本化药2500谷氨酸协和发酵15000蛋氨酸德国迪高沙85000谷氨酸日本武田药品15000蛋氨酸法国AEC105000色氨酸味之素100蛋氨酸美国孟山

4、都45000色氨酸昭和电工200蛋氨酸墨西哥阿尔拜梅克斯5000色氨酸三井东压100蛋氨酸西班牙Sodeti4000色氨酸田造制药50蛋氨酸苏联Volgograd4000色氨酸日本化药50色氨酸协和发酵50赖氨酸日本味之素55000甘氨酸日本有机合成化学6000赖氨酸日本协和发酵20500甘氨酸协和发酵5000赖氨酸日本东丽6500甘氨酸日本化药1000赖氨酸南朝鲜味元10000丙氨酸武藏野化学研究所丙氨酸日本化药3、氨基酸生产的历史氨基酸生产首先从谷氨酸开始19l0年日本味之素公司采用提取法大量生产味精1936年美国从甜菜废液中提取谷氨酸1956年日本用糖质原料发酵谷氨酸成功，完全取代了原来

5、的水解法。1960年发酵法生产了赖氨酸，同年用合成法生产dl蛋氨酸。1962年谷氨酸的合成法生产成功1966年采用醋酸原料生产谷氨酸，此后石油发酵谷氨酸、赖氨酸、酪氨酸等也获得成功目前氨基酸几乎都可应用发酵法生产。 我国味精生产始于1923年，上海天厨味精厂最先用水解法生产1932年沈阳开始用脱脂豆粉水解生产味精1964年上海味精厂和有关科学研究单位协作，开始采用发酵法生产味精，现在全国已普遍采用 目前除味精外，还生产赖氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸等十多种氨基酸。生产氨基酸的大国为日本和德国。日本的味之素、协和发酵及德国的德固沙是世界氨基酸生产的三巨头。它们能生产高品质的氨基酸,可直

6、接用于输液制剂的生产。n国内生产氨基酸的厂家主要是天津氨基酸公司国内生产氨基酸的厂家主要是天津氨基酸公司, ,湖北八峰氨湖北八峰氨基酸公司基酸公司, ,但目前无论生产规模及产品质量还难于与国外抗但目前无论生产规模及产品质量还难于与国外抗衡衡. .n在在8080年代中后期年代中后期, ,我国从日本的味之素、协和发酵以技贸合我国从日本的味之素、协和发酵以技贸合作的方式引进输液制剂的制造技术和仿造产品作的方式引进输液制剂的制造技术和仿造产品,1991,1991年销售年销售量为二千万瓶量为二千万瓶,1996,1996年达六千万瓶年达六千万瓶, ,主要厂家有无锡华瑞主要厂家有无锡华瑞, ,北北京费森尤斯

7、京费森尤斯, ,昆明康普莱特昆明康普莱特, ,但生产原料都依赖进口。但生产原料都依赖进口。n20002000年年, ,世界氨基酸产值可达世界氨基酸产值可达4545亿美元亿美元, ,占生物技术市场的占生物技术市场的7%,7%,国内的氨基酸产值可达国内的氨基酸产值可达4040亿元亿元, ,占全国发酵产业总产值的占全国发酵产业总产值的12%12%。4、氨基酸的生产方法发酵法：发酵法：n直接发酵法：野生菌株发酵、营养缺陷型突变发酵、抗氨基酸结构类似物突变株发酵、抗氨基酸结构类似物突变株的营养缺陷型菌株发酵和营养缺陷型回复突变株发酵。n添加前体发酵法：添加前体发酵法：如用邻氨基苯甲酸，生产L-色氨酸；甘

8、氨酸生产L-丝氨酸。酶法：酶法：n利用微生物细胞或产生的酶来制造氨基酸。延胡索酸和铵盐为原料，经天冬氨酸酶催化生产L-天冬氨酸。提取法提取法：n常用毛发、血粉等蛋白质原料水解，从中提取。如胱氨酸、半胱氨酸和酪氨酸合成法：合成法：n合成法获得DL-蛋氨酸、不对称合成法获得L-氨基酸。如丙氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸。传统的提取法、酶法和化学合成法由于前体物的成本高，工艺复杂，难以达到工业化生产的目的。第二节 氨基酸发酵菌株的育种是氨基酸代谢控制发酵的基本策略之一n发酵工程要求微生物大量地合成特定的代谢产物，这一目的只有当微生物的部分代谢调控机制遭到破坏时才能达到。氨基酸发酵是典型的代谢控制发酵n代谢控

9、制发酵：是用遗传学或其他生物化学的方法，有目的在分子水平上改变微生物固有的调节机制，使合成产物的途径畅通无阻，最大限度地积累特定产物，这种发酵称为代谢控制发酵。1、用野生菌株的方法n分离的野生菌株具备积累产物的特性，可用于直接发酵（产率低）。如谷氨酸发酵。n通过转换发酵，可延伸获得其它产物。主要采用改变培养条件。如谷氨酸发酵中改变铵离子浓度、磷酸浓度，使谷氨酸转向谷氨酰胺和缬氨酸发酵。2.用营养缺陷变异株的方法n通过诱变出菌体内氨基酸生物合成某步反应阻遏的营养缺陷型变异体，使生物合成在中途停止，不让最终产物起调控作用。n如用高丝氨酸缺陷株的赖氨酸发酵，谷氨酸缺陷株的鸟氨酸发酵，异亮氨酸缺陷菌株

10、的脯氨酸发酵。3.类似物抗性变异株的方法n用一种与自己想获得的氨基酸结构相类似的化合物加入培养基内，使其发生控制作用，从而抑制微生物的生长。这样，就可以得到在这种培养基中能够生长的变异株，而这种变异株正是解除了调控机制的，能够生成过量的氨基酸。n利用此方法发酵的有:苏氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、组氨酸和精氨酸。高丝氨酸脱氢酶例如，在黄色短杆菌的赖氨酸、苏氨酸和蛋氨酸生物合成中（图5-16所示），选育抗苏氨酸结构类似物2-氨基-3-羟基戊酸（AHVr）突变株，得到了具有反馈抑制抗性，高丝氨酸脱氢酶活性提高1300倍，能积累14g/L苏氨酸的突变株。4. 体内及体外基因重组的方法n基因工程包括细胞内基

11、因重组方法和试管内的体外基因重组方法。n体内基因重组在应用上又称为杂交育种，主要方法包括：转化、转染、接合转移、转导和细胞融合等，这都是在细胞内暂时地产生染色体的局部二倍体，在两条DNA链之间引起两次以上的交叉，是遗传性重组现象。n细胞内基因重组技术的缺点是，现在只在同种或有近缘关系的微生物之间进行并较难成功。5、基因工程菌-通过基因工程技术，构建理想的工程菌株通过基因工程技术，构建理想的工程菌株第三节 谷氨酸生物合成及其发酵生产调控我国与国外谷氨酸发酵生产比较菌种性能：我国产酸5-6，转化率45；日本10-12，转化率55，菌种产酸低1倍。菌种单纯，不能对付噬菌体污染，日本十多个不同种属上千

12、株菌轮换使用。工艺和过程控制：我国低糖和中糖发酵，日本高糖发酵并流加、提高罐压，保证溶氧。对温度、压力、空气流量、蛋白质、溶氧采用计算机控制。计算机控制产酸提高10-20，高糖和流加发酵提高产酸和设备利用率。发酵罐的大型化和控制自动化。成本与原料：我国发酵粮耗高，水、电、气消耗高。日本非粮研究如糖蜜、醋酸、正构烷烃、甲醇已实现产业化。一、谷氨酸的生物合成途径及其代谢调节一、谷氨酸的生物合成途径及其代谢调节异柠檬酸异柠檬酸裂解酶裂解酶-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶1、糖酵解途径 （EMPEMP）2、磷酸已糖途径 （HMP)HMP)3、三羧酸循环(TCA环) 4、乙醛酸

13、循环 （DCA环）（一）谷氨酸生物合成中的几个途径（正常途径）5、二氧化碳固定反应 在GA产生菌菌体内CO2固定反应有以下两条途径：PEP+CO2+GTP 草酰乙酸+GDPPEPPEP羧化酶羧化酶丙酮酸+CO2+NADH 苹果酸+NAD 草酰乙酸苹果酸酶苹果酸酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶NAD+ NADH+H+6、-KGA的还原氨基化反应C6H12O6 + NH3 + O2 C5H9O4N + CO2 + 3H2ONADPHNADPH苹果酸酶苹果酸酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶磷酸烯醇丙酮磷酸烯醇丙酮 酸羧化酶酸羧化酶CO2固定反应固定反应(丙酮酸羧化支路丙酮酸羧化支路)（二）谷氨酸生物合成的调节谷

14、氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 - -酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶磷酸烯醇丙酮酸羧化酶磷酸烯醇丙酮酸羧化酶柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶1 1、优先合成、优先合成 在微生物的代谢中，Glu比Asp优先合成； 合成过量时则抑制谷氨酸脱氢酶，使代谢转向合成Asp； Asp过量时反馈抑制PEP羧化酶的活力，停止合成草酰乙酸。所以，正常代谢不积累Glu 2、谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶(GDH)(GDH)的调节的调节谷aa脱氢酶谷aa对其反馈抑制和反馈阻遏3 3、柠檬酸合成酶的调节、柠檬酸合成酶的调节柠檬酸合成酶TCA的关键酶，受能荷调节，谷aa反馈阻遏，乌头酸反馈抑制细胞内-酮戊二酸的量与异柠檬酸的量需维持平衡。当-

15、酮戊二酸过量时,将对异柠檬酸脱氢酶发生反馈抑制作用，停止合成-酮戊二酸。异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸反馈抑制4、异柠檬酸脱氢酶的调节异柠檬酸脱氢酶的调节 6 6、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶PEP受天冬aa反馈抑制，受谷aa和天冬 aa反馈阻遏5 5、-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶: :谷氨酸产生菌中先天性的丧失或微弱。（三）谷氨酸生产的代谢调控 -（理想途径具备的条件）1、GA产生菌具备以下条件（内在的调控因素 ）-酮戊二酸脱氢酶的活性微弱或缺失TCA环阻断，-酮戊二酸积累琥珀酸 TCA环正常 GA产生菌体内的NADPH的氧化能力欠缺或丧失积累NADPH，抑制KGA的脱羧氧化琥

16、珀酸辅酶A GA产生菌体内有乙醛酸循环（DCA）的关键酶通过该酶酶活性调节实现DCA循环的封闭，GA发酵积累异柠檬酸裂解酶 菌体有强烈的L谷氨酸脱氢酶活性KGA + NH4+ +NADPH = GA + NADP提供NADPH,用于还原-酮戊二酸生成谷氨酸，形成氧化还原共扼体系该反应的关键是与异柠檬酸脱羧氧化相偶联 3/2Glucose EMP 丙酮酸 + 丙酮酸 + 丙酮酸乙酰辅酶A+乙酰辅酶A + 乙酰辅酶A柠檬酸则有：3/2C6H12O6+NH4+=C5H9O4N+4CO2产率：147 /（180*3/2） =54.4% CO2 谷氨酸 在前述GA 合成所必需的条件的基础上，体系不存在C

17、O2固定反应，则有：体系存在CO2的固定反应-对比说明结论通过DCA环提供C4二羧酸时谷氨酸对糖的转化率仅为54.4%在谷氨酸发酵中，DCA环可以作为TCA循环有缺陷时C4二羧酸的补充 .在前述GA 合成所必需的条件的基础上（封闭乙醛酸循环）存在CO2固定反应，则有：Glucose 丙酮酸 + 丙酮酸CO2则有：C6H12O6+NH4+=C5H9O4N+CO2（来自何方）产率：147 / 180 = 81.7%乙酰辅酶A + C4二羧酸 CO2 草酰乙酸（草酰乙酸羧化酶）苹果酸（苹果酸激酶）柠檬酸（DCA循环封闭）谷氨酸EMP四碳二羧酸的来源-总结在生产菌中检出CO2固定反应酶活性磷酸烯醇丙酮

18、酸(PEF)羧化酶和苹果酸酶 谷氨酸对糖的转化率达到81.7%C6H12O6+NH3+1.5O2 C5H9O4N+CO2+3H2O需要Mn+做催化剂，所以，在GA发酵过程中需要向培养基中补充Mn+实际上，发酵过程中不可能控制柠檬酸合成所需的C4二羧酸完全来自于CO2固定反应，体系也不可能完全不存在CO2固定反应，因此，GA 发酵的糖酸转化率应在：54.4%81.7%。目前，国内的GA生产企业的糖酸转化率通常都在50%以内：氨的导入合成谷氨酸的反应有3种：-酮戊二酸+ 天冬氨酸或丙氨酸谷氨酸转氨酶AT谷氨酸-酮戊二酸+-酮戊二酸 +谷氨酰胺NADPH+2谷氨酸NADP+谷氨酸合成酶GS-酮戊二酸

19、NH4+NADPH谷氨酸H2ONADP+谷氨酸脱氢酶GHD+2、影响谷氨酸合成的外在因素（外在调控因素）n生物素n供氧浓度nNH4+浓度n磷酸盐含量a、生物素对糖代谢的影响生物素参与糖代谢作用：增加糖代谢的速度(对TCA有促进作用）乳酸积累碳源利用率降低，发酵液的pH值下降。而丙酮酸氧化脱羧的速度未改变丙酮酸积累（1 1）生物素对）生物素对GAGA发酵的影响发酵的影响控制生物素？控制生物素？主要影响糖降解速度，不影响EMP与HMP途径的比率。生物素充足的条件下，丙酮酸以后的氧化活性虽然也得到提高，但由于糖降解速度显著提高，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的反应，引

20、起乳酸的溢出。研究表明，异柠檬酸裂解酶活性为醋酸诱导受琥珀酸的阻遏，抑制b、控制VH的浓度，以实现对于乙醛酸循环的封闭u丙酮酸的有氧氧化就会减弱？则：乙酰辅酶A的生成量就会少，醋酸浓度降低，它的诱导作用降低；通过控制生物素亚适量，几乎看不到异柠檬酸裂解酶的活性uVH对TCA循环的促进作用的降低，使得其中间产物琥珀酸的氧化速度降低，其浓度得到积累，这样它的阻遏和抑制作用加强；乙醛酸循环基本上是封闭的，代谢流向异柠檬酸-酮戊二酸谷氨酸的方向高效率地移动两者综合的作用使得，异柠檬酸裂解酶的活性丧失，DCA循环得到封闭。当VH缺乏时： c、生物素对氮代谢的影响VH丰富时，出现“只长菌，不产酸只长菌，不

21、产酸”的现象 GA发酵过程中，前期，菌体的增殖期，一定的量的生物素是菌体增殖所必需的；而在产物合成期，则要限制生物素的浓度，以保证产物的正常合成。结论氨的导入时生物素缺乏， NH4+影响糖代谢速度：提高糖代谢速度高效合成谷氨酸生物素充足时， NH4+不影响糖代谢速度防止防止 控制谷氨酸发酵的关键之一就是降低蛋白质合成能力，使合成的谷氨酸不能转化成其他氨基酸或参与蛋白质合成。在生物素亚适量的情况下，几乎没有异柠檬酸裂解酶，琥珀酸氧化能力弱，苹果酸和草酰乙酸脱羧反应停滞，在铵离子适量存在下，生成积累谷氨酸。生成的谷氨酸也不通过转氨作用生成其他氨基酸和合成蛋白质。在生物素充足的条件下，异柠檬酸裂解酶

22、活性增强，琥珀酸氧化能力增强，丙酮酸氧化力加强，乙醛酸循环的比例增加，草酰乙酸、苹果酸脱羧反应增强，蛋白质合成增强，谷氨酸减少，合成的谷氨酸通过转氨作用生成的其他氨基酸量增加。 关于氮代谢的调节：d、VH对菌体细胞膜通透性的影响通常谷氨酸发酵采用的菌种都是VH-，而VH又是菌体细胞膜合成的必须物质，因此，可以通过控制VH的浓度（干扰磷脂中的脂干扰磷脂中的脂肪酸的生物合成）肪酸的生物合成）来实现对菌体细胞膜通透性的调节 。葡萄糖 丙酮酸 + 丙酮酸 乙酰辅酶A 乙酰辅酶 乙酰辅酶A羧化酶（辅酶是VH ）CO2 丙二酰辅酶A 丙二酰辅酶A C4 C6 CO2 CO2 培养基中生物素丰富时，胞内AA

23、12%胞外 培养基中生物素限量时，胞内AA92%胞外 谷氨酸发酵的关键在于发酵培养期间谷氨酸生产菌细胞膜结构与功能发生特异性变化，使细胞膜转变成有利于谷氨酸向膜外渗透的形态，使终产物不断排出细胞外，胞内谷氨酸不能积累到引起反馈调节的浓度，胞内谷氨酸源源不断被优先合成，分泌到发酵培养基中积累。uGlu生产菌大多是生物素缺陷型，发酵时控制生物素亚适 量，使细胞变形拉长，改变了细胞膜的通透性引起代谢失调使Glu得以积累。u生物素贫乏时，细胞内的Glu含量少而且容易析出，而培 养基中积累大量的Glu；生物素丰富时，培养基中几乎不 积累Glu，而细胞内却含有大量的Glu，且不易被析出。 这说明生物素对细

24、胞膜通透性有重要影响。这说明生物素对细胞膜通透性有重要影响。细胞透性的调节方法： 细胞透性的调节，一般通过向培养基中添加化学成分（如生物素、油酸、甘油、表面活性剂、青霉素等），达到抑制磷脂、细胞膜的形成或阻碍细胞壁的正常生物合成，使谷氨酸生产菌处于异常生理状态，解除细胞对谷氨酸向胞外漏出的渗透障碍。表面活性剂拮抗作用部位表面活性剂拮抗作用部位油酸缺陷型遗传阻碍部位油酸缺陷型遗传阻碍部位糖质或醋酸为碳源的磷脂合成途径糖质或醋酸为碳源的磷脂合成途径甘油缺陷型的遗传阻碍部位甘油缺陷型的遗传阻碍部位石蜡为碳源的磷脂合成途径石蜡为碳源的磷脂合成途径细菌细胞细菌细胞Glu排出控制机制排出控制机制n生物素：

25、生物素：影响磷脂的合成及细胞膜的完整性。n油酸：油酸：直接影响磷脂的合成及细胞膜n甘油：甘油：甘油缺陷型菌株丧失-磷酸甘油脱氢酶，不能合成-磷酸甘油和磷脂。限量供应， 控制了细胞膜中与渗透性直接关系的磷脂含量，使谷氨酸排出胞外而积累。n表面活性剂：表面活性剂：对生物素有拮抗作用，拮抗不饱和脂肪酸的合成，导致磷脂合成不足，影响细胞膜的完整性，提供细胞膜对谷氨酸的渗透性。n青霉素：青霉素：抑制细菌细胞壁的后期合成，形成不完整的细胞壁，使细胞膜失去保护，使胞内外的渗透压差导致细胞膜的物理损伤，增大谷氨酸向胞外漏出的渗透性、生物素阻断脂肪酸的合成影响细胞膜的合成表面活性剂对生物素有拮抗阻断脂肪酸的合成

26、影响细胞膜的合成在对数生长期添加青霉素抑制细胞壁合成细胞膜损伤甘油缺陷型磷脂的合成受阻影响细胞膜的合成油酸缺陷型阻断不饱和脂肪酸的合成影响细胞膜的合成B、供氧浓度u过量：NADPH的再氧化能力会加强，使-KGA的还原氨基化受到影响，不利于GA 的生成。u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。C、NH4+浓度 u影响到发酵液的pH值.u与产物的形成有关：过低，不利于-KGA的还原氨基化；过高，产生谷氨酰胺。uNH4+的供给方式：u液氨u流加尿素D、磷酸盐促进EMP途径，打破EMP与TCA之间的平衡，积

27、累丙酮酸，产生乳酸等 Glucose 丙酮酸 丙酮酸 + 活性乙醛 -乙酰乳酸 Val 可以抑制葡萄糖 丙酮酸，使GA的生物合成受到阻止消耗了丙酮酸，降低了糖酸转化率发酵液中的Val存在，严重的影响GA 的结晶、提出 产生并积累Val 过量：n丧失或有微弱的-酮戊二酸脱氢酶活力，使-酮戊二酸不能继续氧化；nCO2固定能力强，使四碳二羧酸全部由CO2固定反应提供，而不走乙醛酸循环；n谷氨酸脱氢酶的活力很强，并丧失谷氨酸对谷氨酸脱氢酶的反馈抑制和反馈阻遏，同时，NADPH2再氧化能力弱，这会使-酮戊二酸到琥珀酸的过程受阻；n有过量的NH4+ 存在，-酮戊二酸经氧化还原共轭氨基化反应而生成谷氨酸却不

28、形成蛋白质，从而分泌泄漏于菌体外；n同时，谷氨酸生产菌应不利用体外的谷氨酸，使谷氨酸成为最终产物。n生产菌株还应该具有生物素合成缺陷、油酸合成缺陷和甘油合成缺陷等特点。二、二、 谷氨酸高产菌模型特征谷氨酸高产菌模型特征57第五节 谷氨酸的生产工艺n我国与国外谷氨酸生产的现状及存在问题n菌种的性能：我国产酸8.610，转化率55；日本1012，转化率55。n工艺和过程控制：我国低糖和中糖发酵，日本高糖发酵并流加、提高罐压，保证溶氧。n对温度、压力、空气流量、蛋白质、溶氧采用计算机控制。一、一、 谷氨酸生产菌及其特征谷氨酸生产菌及其特征（一）（一） 谷氨酸生产菌的主要特征与菌学性质谷氨酸生产菌的主

29、要特征与菌学性质 现有谷氨酸生产菌主要是棒状杆菌属、短杆菌属、小杆菌属及节杆菌属中的细菌。 1.棒 状 杆 菌 属 (Corynebacterium)： 谷 氨 酸 棒 杆 核 菌Cornebateium gho-tamlkns） 2.短杆菌属(Brevibacterium)：黄色短杆菌（Bteuibaterun flavum） 、乳糖发酵短杆菌（Bra.lactofementum） 3.小杆菌属(Microbacterium)：嗜氨小杆菌（Micrbaterium ammoniaphilmn） 4.节杆菌属(Arthrobacterium) 菌种形态G属性呼吸类型碳源基质棒状杆菌属直或微弯，

30、一端膨大。折断分裂呈八字排列或枷状排列，不运动G好氧或厌氧葡萄糖发酵产酸，少数利用乳糖产酸短杆菌属短的不分支直杆菌，多数不运动，少数运动有鞭毛。G好氧葡萄糖发酵产酸小杆菌属杆状，形态与排列与棒状杆菌相似G好氧发酵糖产酸弱，主要产乳酸，不产气节杆菌属培养过程细胞形态易变化，先由球菌变杆菌，随后由杆菌变球菌，不运动G变G，后由G变G好氧发酵糖产酸极少或不产酸。表1 谷氨酸发酵微生物特征及菌学比较n细胞形态为球形、棒形以至短杆形。n革兰氏染色阳性，无芽孢、无鞭毛、不运动n都是需氧微生物，在通气条件下才能产生谷氨酸。n都是生物素缺陷型，需要生物素作为生长因子n脲酶强阳性n不分解淀粉、纤维素、油脂、酪蛋

31、白及明胶n发酵中菌体发生明显形态变化和细胞渗透性的变化nCO2固定反应酶系活力强，异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱、乙醛酸循环弱， -酮戊二酸氧化能力缺失或微弱；柠檬酸合成酶、乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶以及谷氨酸脱氢酶活力强，还原性辅酶进入呼吸链n具有向环境中泄漏谷氨酸的能力n不分解利用谷氨酸，能耐受高浓度的谷氨酸，产量在5以上。（二） 谷氨酸生产菌形态与生理的共同特征（三）（三） 国内谷氨酸生产菌及其比较国内谷氨酸生产菌及其比较 1、北京棒杆菌、北京棒杆菌(AS1299)的形态和生理特征的形态和生理特征2、钝齿棒杆菌、钝齿棒杆菌(AS1542)的形态和生理特征的形态和生理特征 3、天津短杆菌、天津

32、短杆菌(T6-13)的形态和生理特征的形态和生理特征 4、北京棒杆菌、北京棒杆菌(7338)与钝齿棒杆菌与钝齿棒杆菌(B9)的比较的比较 5、天津短杆菌、天津短杆菌(T6-13)与钝齿杆菌与钝齿杆菌(B9)的比较的比较 6、目前味精行业采用的主要菌株、目前味精行业采用的主要菌株 S9114 华南理工大学 FD415 上海复旦大学 TG961 天津科技大学二、二、 谷氨酸生产菌在发酵过程中的形态变化谷氨酸生产菌在发酵过程中的形态变化 1、种子的菌体形态、种子的菌体形态 斜斜面面和和一一、二二级级种种子子培培养养在在不不同同培培养养条条件件下下，细细胞胞形形态态基基本本相相似似。斜斜面面培培养养的

33、的菌菌体体较较细细小小，一一、二二级级种种子子比比斜斜面面菌菌体体大大而而粗粗壮壮，革革兰兰氏氏染染色色深深。多多为为短短杆杆至至棒棒杆杆状状，有有的的微微呈呈弯弯曲曲状状，两两端端钝钝圆圆，无无分分枝枝；细细胞胞排排列列呈呈单单个个、成成对对及及“V”字字形形，有有栅栅状状或或不不规规则则聚聚块块；分分裂裂的的细细胞胞大大小小为为0.70.9*1.03.4um。由由于于生生物物素充足素充足，繁殖的菌体细胞均为谷氨酸非积累型细胞。繁殖的菌体细胞均为谷氨酸非积累型细胞。 从谷氨酸发酵中菌体形态的变化来看，大从谷氨酸发酵中菌体形态的变化来看，大致可以分为致可以分为长菌型细胞长菌型细胞、转移期细胞转

34、移期细胞和和产酸型产酸型细胞细胞3 3种不同时期的细胞形态种不同时期的细胞形态. .2 2、谷氨酸发酵不同阶段的菌体形态、谷氨酸发酵不同阶段的菌体形态谷氨酸发酵过程中菌体形态变化及代谢特征发酵时间/h细胞类型细胞形态特征代谢特点08长菌形细胞菌体形态与种子相似，短杆、棒形、椭圆形，单个、成对，八字形，绝大多数为V形分裂耗糖加快，代谢旺盛，温度上升，产生CO2，菌体不产酸816转移期细胞细胞开始伸长、膨大，细胞边缘不完整、边缘褶皱，细胞形态急剧变化，由长菌形细胞转化成产酸形细胞生物素含量由“丰富转向贫乏”通风量达到最大值，OD达到最大值并稳定，放热也达到最大值，菌体开始产酸1630产酸期细胞细胞

35、形态几乎都伸长、膨大，伸长拉大24倍，不规则，缺乏八字形排列大量积累谷氨酸，耗糖、耗氨与产酸相适应，风量逐渐下降 发发酵酵前前期期感感染染噬噬菌菌体体后后，菌菌体体细细胞胞明明显显减减少少，细细胞胞不不规规则则，发发圆圆、发发胖胖, ,缺缺乏乏“”字字形形排排列列，有有明明显显的的细细胞胞碎碎片片，严严重重时时出出现现拉拉丝丝、拉拉网网，互互相相堆堆在在一一起起，几几乎乎找找不不到完整的菌体细胞，类似蛛网或鱼翅状。到完整的菌体细胞，类似蛛网或鱼翅状。 在在发发酵酵中中、后后期期感感染染噬噬菌菌体体后后，菌菌体体细细胞胞形形态态不不规规则则，边边缘缘不不整整齐齐，有有的的边边缘缘似似乎乎有有许许

36、多多毛毛刺刺状状的的东东西西，有有细胞碎片细胞碎片 。3 3、谷氨酸发酵感染噬菌体后的菌体形态、谷氨酸发酵感染噬菌体后的菌体形态三、三、 菌种的扩大培养和种子的质量要求菌种的扩大培养和种子的质量要求 斜面菌种斜面菌种一级种子培养一级种子培养二级种子培养二级种子培养 发酵罐发酵罐 1. 1. 种子培养过程种子培养过程菌种：钝齿棒杆菌和北京棒杆菌及各种诱变株。生长特点：糖质原料，需氧，以生物素为生长因子。斜面培养基：蛋白胨、牛肉膏、氯化钠组成的pH7.0-7.2琼脂培养基，32培养18-24h。一级种子培养：由葡萄糖、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、硫酸镁、硫酸铁及硫酸锰组成。pH6.5-6.8。100

37、0ml三角瓶装量200250ml，震荡，32，培养12h。二级种子培养：用种子罐培养，料液量为发酵灌投料体积的1，用水解糖代替葡萄糖，于32进行通气搅拌710h。2、种子质量要求、种子质量要求n一级种子质量标准：一级种子为摇瓶种子。一级种子质量标准：一级种子为摇瓶种子。 质量要求：n 显微镜检查，无杂菌，菌体粗壮、均匀、排列整齐n 涂平板检查无杂菌、无噬菌斑nOD值净增0.6左右。n种子营养液pH在6.7左右n种子营养液残糖在0.5%以下。n平板检查无杂菌、无噬菌体污染，菌体大小均一，呈单个或八字排列。n活菌数108109/ml。npH在7.2左右， 残糖含量在1.5左右。n其它各项指标与一级

38、种子相同。n种龄和种量的控制n一级种子控制在11-12h，二级控制在7-8h。n种量为1。过多，菌体娇嫩，不强壮，提前衰老自溶，后期产酸量不高。二级种子质量标准：二级种子为生产车间的种子罐二级种子质量标准：二级种子为生产车间的种子罐中培养的，质量要求中培养的，质量要求四、谷氨酸的生产工艺（一）谷氨酸发酵工艺流程（一）谷氨酸发酵工艺流程磷酸盐、玉米浆、镁盐等分过滤器发酵灌调和配料预处理（水解）发酵培养基调pH连消菌种罐等电沉淀等电沉淀粗谷氨酸中和摇瓶菌种原料种子培养基空气斜面尿素贮罐空气净化系统脱色结晶浓缩成品味精（二）原料的预处理1.淀粉水解糖的制备：酸水解或酶水解淀粉水解糖的制备：酸水解或酶

39、水解酸水解法n调浆：干淀粉用水调成10-110Bx的淀粉乳，加盐酸0.5-0.8至pH1.5。n糖化：蒸汽加热，加压糖化25min。冷却至80下中和。n中和：烧碱中和，至pH4.0-5.0n脱色：活性炭脱色和脱色树脂。活性炭用量为0.6-0.8，在70及酸性条件下搅拌后过滤。酶法：以大米或碎米为原料时采用n调浆配料：大米进行浸泡磨浆，将淀粉乳调成1520B，用Na2CO3调pH6.4-6.5，用CaCl2调节浆中的Ca2+至50mg/L。加细菌a-淀粉酶（1012u/g，干淀粉计算)。n喷射液化：一次喷射温度100105，层流罐维持95100，液化时间1h。典色反应棕红色。液化液经二次喷射，维

40、持温度130140，灭酶510min，再经板式换热器冷却至70以下，进入糖化罐。n糖化：糖化温度60 1，pH4.0-4.4；糖化酶（100120u/g，干淀粉计算)糖化n过滤：糖液先用Na2CO3水溶液调pH4.8-5.0，过滤。糖化液的质量要求色泽 淡黄色透明液糊精反应 无还原糖含量 2528DE值 9598透光率 60pH 4.6-5.0淀粉转化率 9598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。n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或添加青霉素。（三）谷氨酸发酵控制（三）谷氨酸发酵控制发酵培养基发酵培养基

41、1 1、碳源：葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、碳源：葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖低中糖发酵：初始糖浓度低中糖发酵：初始糖浓度12.5-13%.12.5-13%.中高糖发酵：初始糖浓度中高糖发酵：初始糖浓度14-16%14-16%。补糖发酵：初始糖浓度补糖发酵：初始糖浓度12-13%12-13%，中后期补糖，中后期补糖2-42-4。 目前，较多采用低糖浓度流加发酵控制。碳源浓度过高时，对菌体生长不利，氨基酸的转化率降低。2、氮源： 无机氮源: (1)尿素 (2)液氨 (3)碳酸氢铵； 有机氮源:玉米浆、麸皮水 解液、豆饼水解液和糖蜜等。 尿素灭菌时形成磷酸铵镁盐，须单独灭菌，分批流加。 氨水用pH自动

42、控制连续流加 C:N，谷氨酸发酵所需比为100：15213 3、无机盐：、无机盐： 磷酸盐、 硫酸镁 、 钾盐、 微量元素磷酸盐：磷酸盐：对发酵有显著影响，不足时糖代谢受抑制。控制在0.005-0.01mol/L硫酸镁：硫酸镁：是已糖磷酸化酶、柠檬酸脱氢酶和羧化酶的激活剂，促进葡萄糖-6-磷酸脱氢酶活力。G要求镁离子浓度最低25ug/L；G-要求4-6 ug/L。钾盐：钾盐：钾盐多，有利于产酸；钾盐少，有利于菌体生长微量元素：微量元素：主要是锰（许多酶的激活剂）、铁（细胞色素、细胞色素氧化酶和过氧化氢酶活性基团组分，可促进谷氨酸产生菌的生长），10-610-4mol/L。严格控制铜、汞含量，以

43、免对发酵产生毒害作用。4 4、生长因子：参与细胞膜的代谢，影响膜的透性。、生长因子：参与细胞膜的代谢，影响膜的透性。 (1) 生物素（25ug/ml ）(2) 维生素B1n生物素：乙酰CoA的辅酶，参与脂肪酸的生物合成，影响磷酯的合成。n当磷酯含量减少到正常时的一半左右时，细胞发生变形，谷氨酸能够从胞内渗出，积累于发酵液中。n生物素过量，则发酵过程菌体大量繁殖，不产或少产谷氨酸，代谢产物中乳酸和琥珀酸明显增多。当生物素缺乏时，菌种生长缓慢。因此，一般将生物素控制一般将生物素控制在亚适量条件下，才能得到高产量的谷氨酸。在亚适量条件下，才能得到高产量的谷氨酸。成 分菌种AS-1.299AS-1.5

44、42B9D110糖12.512.51015玉米浆0.50.70.50.70.3磷酸氢二钠0.170.170.160.35硫酸镁0.060.070.070.06Fe2 、Mn2初 尿1.82.01.01.03.4流加尿11.21.82.21.82.2pH7.07.06.86.7表 不同生产菌谷氨酸发酵培养基配方（四）（四） 谷氨酸发酵工艺控制谷氨酸发酵工艺控制1、 温度对谷氨酸发酵的影响温度对谷氨酸发酵的影响 微生物在一定条件下，都有一个最适的生长温度范围。谷氨酸产生菌的最适生长温度为3032，产生谷氨酸的最适为3437。菌体生长期温度过高,易造成菌体衰老。生产上表现为OD值增长慢，pH值高，耗

45、糖慢，发酵周期长，谷氨酸生成少。在发酵中、后期，菌体生长基本停止，适当提高温度可促进产生谷氨酸。因此根据菌种特点，温度采用二级或三级管理。即发酵前期控制在30-32；中、后期34-37。菌种AS-1.299617AS-1.542T6-13生长温度3032303432343236发酵温度34343634363638表42 菌谷氨酸产生菌的培养温度发酵阶段发酵前期发酵中、后期pH控制7.57.27.42、 pH对氨基酸发酵的影响及其控制控制控制pHpH方法：方法：流加尿素和氨水n流加方式：根据菌体生长、pH变化、糖耗情况和发酵阶段等因素决定n控制：（1）菌体生长或耗糖慢时，少量多次流加尿素，避免p

46、H过高（2）菌体生长或耗糖过快时，流加尿素可多些，以抑制菌体生长。（3）发酵后期，残糖少，接近放罐时，少加或不加尿素，以免造成氨基酸提取困难。（4）氨水对pH影响大，应采取连续流加。3、 供氧对谷氨酸发酵的影响供氧对谷氨酸发酵的影响 溶解氧的控制溶解氧的控制：大小是由大小是由通风通风与与搅拌搅拌两方面决定的，两方面决定的，与搅拌器的型式、直径大小、搅拌转速、搅拌器在发酵与搅拌器的型式、直径大小、搅拌转速、搅拌器在发酵罐内的相对位置因素等有关。一般搅拌器直径大，转速罐内的相对位置因素等有关。一般搅拌器直径大，转速快，溶氧系数大。所以，增大搅拌转速比增加通风量对快，溶氧系数大。所以，增大搅拌转速比

47、增加通风量对溶氧系数提高更为显著。溶氧系数提高更为显著。 具体操作：具体操作： 发酵前期，以低通风量为宜；发酵前期，以低通风量为宜； 发酵中、后期，以高通风量为好。发酵中、后期，以高通风量为好。 当培养基浓度高、营养丰富、生物素用量大时，应采当培养基浓度高、营养丰富、生物素用量大时，应采用高通风量。当菌体生长缓慢、用高通风量。当菌体生长缓慢、pHpH偏高时，应减少通风量，偏高时，应减少通风量，或停止搅拌，以利于长菌。当菌体生长快、耗糖快时，应或停止搅拌，以利于长菌。当菌体生长快、耗糖快时，应提高通风量，以抑制生长和满足合成谷氨酸所必须的足够提高通风量，以抑制生长和满足合成谷氨酸所必须的足够能量

48、。能量。 项目发酵罐容积10 m320 m350 m3搅拌转速（r/min）160140110通风比（m3/ m3min）1:0.160.171:0.151:0 .12具体风量：前期1:0.12（V/V)；中期1:0.22-0.26；后期1:0.15-0.18发酵通风量的控制发酵通风量的控制4 4、 泡沫的消除泡沫的消除 （1）泡沫的形成和性质搅拌与通风发酵液中含有蛋白胨、玉米浆、黄豆粉是主要的发泡剂。发酵液感染杂菌和噬菌体（2）泡沫对发酵的影响发酵灌的装料系数减少氧传递系数减少发酵液逃液，增加染菌机会（3）泡沫的消除（控制）n调整培养基的成分（少加或缓加宜起泡的原材料）；改变某些物理化学参数

49、（pH、温度、通气和搅拌；改变发酵工艺）n采用机械消泡或消泡剂消泡n机械消泡：利用机械振动或压力变化使泡沫破裂n消泡剂：属表面活性剂，天然油脂（豆油、玉米油）；脂肪酸和酯类；聚醚类（氧化丙烯和氧化乙烯与甘油的聚合物）；硅酮类5 5、发酵过程主要变化及中间代谢控制、发酵过程主要变化及中间代谢控制 1.适应期 2.对数生长期 3.转化期 4.产酸期谷氨酸的发酵过程曲线谷氨酸的发酵过程曲线（1）适应期：尿素分解出氨使pH上升，糖不利用，2-4h。n 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，氨被利用后pH又迅速下降。溶氧急剧下降后维持在一定水平。菌体浓

50、度迅速增大，菌体形态为排列整齐的八字形。不产酸。12h。n措施：及时供给菌体生长必须的氮源及调节pH，维持温度30- 32（3）菌体生长停止期：谷氨酸合成。n 措施：提供必须的氨及pH维持在7.2-7.4。大量通气，控制温度34-37 。（4）发酵后期：菌体衰老，糖耗慢，残糖低。n措施：营养物耗尽酸浓度不增加时，及时放罐。6 6、 异常发酵现象及其处理异常发酵现象及其处理 常见的异常发酵现象及其处理方法 序异常现象原因分析 处理方法 10时pH值高(1)初尿过多(2)尿素灭菌温度过高、时间过长停搅拌，小通风，待菌体生长，pH下降后再按正常发酵进行 2发酵前期pH值过高 (1)初尿过多 (2)菌

51、种被烧死 (3)种子感染噬菌体 (4)培养基缺乏或抑制菌体生长 (1)按第1项方法处理(2)补种(3)按感染噬菌体处理 (4)根据情况补料,补种(5)均先停搅拌、小通风3菌体生长缓慢或不长 (1)感染噬菌体 (2)培养基贫乏 (3)菌种老化 (4)前期风量过大,或初尿过多抑制生长(1)按感染噬菌体处理(2)补料，并停搅拌(3)换种、补种(4)停搅拌、小通风4中后期耗糖慢、产酸低 (1)菌种老化 (2)前期风量过大后期无力 (3)种子或发酵前期温度过高 (4)生物素不足 (1) 略减风量，如残糖高可补种或并罐发酵 (2) 略减风量，如残糖高可补种或并罐发酵 (3) 略减风量，如残糖高可补种，或并

52、罐发酵 (4) 补料 514h后OD值继上升 (1)生物素过量 (2)染菌 (1)提高风量，提高温度(2)按染菌处理6耗糖快，pH偏低, 产酸低 (1) 培养基丰富，生物素过量 (2) pH低，流尿不及时 (3) 通风不足,空气短路,搅拌转速低 (4) 感染杂菌 (1)提高风量,提高pH (2)及时流尿,提高pH (3)提高风量,提高pH (4)按染菌处理 7发酵液变红色 生物素充足，风量不足提高风量8谷氨酸生成后又下跌 (1)pH偏 低 ,NH4+过量,谷氨酸转变为谷酰胺 (2)大量下跌,可能染菌 (1)及时流尿，提高pH (2)按染菌处理 9泡沫太多 (1)水解糖质量不好 (2)染菌 (1

53、)改进水解糖质量 (2)按染菌处理 7 7、 发展方向发展方向改进发酵工艺改进发酵工艺1.一次高浓度糖发酵2.降低发酵初糖浓度,连续流加糖发酵3.混合碳源发酵4.应用电子计算机控制和管理发酵,使发酵工艺最佳化5.固定化活细胞连续发酵生产谷氨酸 （三）（三） 谷氨酸发酵中噬菌体的污染与防治谷氨酸发酵中噬菌体的污染与防治 谷氨酸发酵过程中，若菌体受到噬菌体的侵谷氨酸发酵过程中，若菌体受到噬菌体的侵染，一般会发生溶菌、发酵迟缓或停止等现象，染，一般会发生溶菌、发酵迟缓或停止等现象，结果造成不再积累谷氨酸，严重的会引起倒罐，结果造成不再积累谷氨酸，严重的会引起倒罐，甚至连续倒罐。为防止噬菌体的侵染，首

54、先要了甚至连续倒罐。为防止噬菌体的侵染，首先要了解谷氨酸噬菌体的特性，从而加以防治，确保谷解谷氨酸噬菌体的特性，从而加以防治，确保谷氨酸发酵顺利进行。氨酸发酵顺利进行。 噬菌体对发酵的危害 具有非常专一的寄生性。具有非常专一的寄生性。不耐热性不耐热性( (在在70C70C，5min5min均死亡均死亡) )。pHpH的稳定性：的稳定性：pH7pH79 9时，稳定；低于时，稳定；低于6 6或高于或高于1010时，失活；时，失活；小于小于4 4时完全失活。时完全失活。嗜氧性：在低溶氧情况下，抑制生长。嗜氧性：在低溶氧情况下，抑制生长。对干燥的稳定性：环境越干燥，噬菌体越不易死。在潮对干燥的稳定性：

55、环境越干燥，噬菌体越不易死。在潮湿情况下，易死亡。湿情况下，易死亡。不耐药性。在甲醛不耐药性。在甲醛0 05 5、苯酚、苯酚0 05 5、漂白粉、漂白粉1 15 5、石灰水石灰水1 1下均可杀死噬菌体。下均可杀死噬菌体。 1.1.谷氨酸噬菌体的主要特征谷氨酸噬菌体的主要特征发酵液光密度在初期开始上升，而后又下降或不上升。发酵液光密度在初期开始上升，而后又下降或不上升。发酵液发酵液pHpH逐渐上升，逐渐上升，4 48h8h内可达内可达8 80 0以上，且不下降，以上，且不下降，不耗糖或耗糖缓慢。不耗糖或耗糖缓慢。泡沫大、黏度大、有时呈胶状；可拔丝。泡沫大、黏度大、有时呈胶状；可拔丝。发酵周期长，

56、产酸低或不产酸。发酵周期长，产酸低或不产酸。镜检时，菌体减少，缺少八字排列，菌体变胖，革兰氏染镜检时，菌体减少，缺少八字排列，菌体变胖，革兰氏染色呈红色片状。严重时呈网状或鱼翅状，几乎看不到完整细胞色呈红色片状。严重时呈网状或鱼翅状，几乎看不到完整细胞发酵中后期，周期稍有延长，温度缓慢上升，谷氨酸产量有所提高发酵中后期，周期稍有延长，温度缓慢上升，谷氨酸产量有所提高( (菌菌体破裂释放出谷氨酸体破裂释放出谷氨酸) )。平板检查时，有噬菌斑。摇瓶发酵，发酵液稀而清。平板检查时，有噬菌斑。摇瓶发酵，发酵液稀而清。发酵液残糖高、颜色浑、发灰、发红、有刺激性臭味，黏度大，泡沫发酵液残糖高、颜色浑、发灰

57、、发红、有刺激性臭味，黏度大，泡沫多，难中和，过滤困难。多，难中和，过滤困难。 2.2.谷氨酸发酵污染噬菌体后的异常现象谷氨酸发酵污染噬菌体后的异常现象（1 1）严格控制活菌体的排放）严格控制活菌体的排放 摇瓶液、取样液、废弃菌液或发酵液均应先灭菌，后排摇瓶液、取样液、废弃菌液或发酵液均应先灭菌，后排放。已经污染了噬菌体的发酵液或种子液应先灭菌放。已经污染了噬菌体的发酵液或种子液应先灭菌(80(80，5min)5min)，再进行提取或排放。提取的母液不能乱扔，应经密再进行提取或排放。提取的母液不能乱扔，应经密闭阴沟或远离空压机房和发酵车间，才可排放。闭阴沟或远离空压机房和发酵车间，才可排放。

58、必须建立工厂环境清洁卫生制度，要定期使用药剂冲刷必须建立工厂环境清洁卫生制度，要定期使用药剂冲刷地面。地面。3.3.防治噬菌体污染的主要措施防治噬菌体污染的主要措施（2 2）严防噬菌体进入种子罐或发酵罐）严防噬菌体进入种子罐或发酵罐 种子室要远离发酵车间，严防种子带入噬菌体，制定检种子室要远离发酵车间，严防种子带入噬菌体，制定检查噬菌体的制度。各级种子的制备要严格灭菌。轮换使用查噬菌体的制度。各级种子的制备要严格灭菌。轮换使用菌种或使用抗噬菌体的菌株均可防止噬菌体污染。还可进菌种或使用抗噬菌体的菌株均可防止噬菌体污染。还可进行药物防治或选育抗链霉素突变株。进行药物防治可添加行药物防治或选育抗链

59、霉素突变株。进行药物防治可添加金属螯合剂金属螯合剂( (抑制噬菌体的吸附或抑制噬菌体的吸附或DNADNA的注入的注入) )、表面活性剂、表面活性剂( (作用于细菌表面，抑制噬菌体的吸附作用于细菌表面，抑制噬菌体的吸附) )、抗生素、抗生素( (抑制噬菌抑制噬菌体蛋白质合成体蛋白质合成) )等。等。 谷氨酸发酵前期感染了噬菌体后，可以采用一系列抢谷氨酸发酵前期感染了噬菌体后，可以采用一系列抢救措施，以减少损失。救措施，以减少损失。 (1)(1)、抗性菌法：、抗性菌法：发现噬菌体后，应停止搅拌，小通风，发现噬菌体后，应停止搅拌，小通风，降低降低pHpH，立即培养抗性种子，然后接人发酵液中；并补加立

60、即培养抗性种子，然后接人发酵液中；并补加1 13 3的不调的不调pHpH的玉米浆。的玉米浆。 4 4发酵罐中污染噬菌体后的抢救发酵罐中污染噬菌体后的抢救 (2)(2)轮换菌种法：轮换菌种法：发现噬菌体后，停止搅拌，小通风，降发现噬菌体后，停止搅拌，小通风，降低低pHpH，轮换使用菌种，如轮换使用菌种，如672672换换Asl.299Asl.299、Asl.299Asl.299换换Asl.542Asl.542、Asl.542Asl.542换换Asl.299Asl.299。不加初尿，并补充不加初尿，并补充30304040玉米浆玉米浆( (不调不调pH)pH)，适当加磷、镁适当加磷、镁( (为正常量

61、的为正常量的1 13)3)。若。若pHpH仍偏高，可停止搅仍偏高，可停止搅拌，适当通风，至拌，适当通风，至pHpH正常，正常，ODOD值增长后再开始搅拌。值增长后再开始搅拌。 (3)(3)、灭噬菌体法。发现污染噬菌体后，停搅拌，小通风，、灭噬菌体法。发现污染噬菌体后，停搅拌，小通风，降低降低pHpH，在罐内用夹层在罐内用夹层( (或冷却管或冷却管) )加热至加热至70708080，并自顶，并自顶盖通入蒸汽自排汽口排出，冷却后，若盖通入蒸汽自排汽口排出，冷却后，若pHpH过高，停止搅拌，过高，停止搅拌，小通风，降低小通风，降低pHpH，接入二倍量的原菌种，至，接入二倍量的原菌种，至pHpH正常后

62、开始搅正常后开始搅拌。拌。(4)(4)、放罐重消毒。发现噬菌体后，放罐，调、放罐重消毒。发现噬菌体后，放罐，调pHpH，补加补加1 12 2的玉米浆和的玉米浆和1 13 3的水解糖，重新灭菌，适当降低温度，的水解糖，重新灭菌，适当降低温度，不加初料，然后接入不加初料，然后接入2%2%的种子，继续发酵。的种子，继续发酵。谷氨酸发酵要求纯种培养，若遭受了杂菌的污染，轻者影谷氨酸发酵要求纯种培养，若遭受了杂菌的污染，轻者影响产量或质量，重者可能导致倒罐，甚至停产。因此，在响产量或质量，重者可能导致倒罐，甚至停产。因此，在谷氨酸发酵中，杂菌污染的检查与防治是十分重要的。谷氨酸发酵中，杂菌污染的检查与防

63、治是十分重要的。1 1、检查杂菌的方法、检查杂菌的方法 所谓染菌，是指在发酵培养基中侵入了阻碍生产的其所谓染菌，是指在发酵培养基中侵入了阻碍生产的其他微生物。检查杂菌的方法要求准确、快速、尽早发现、他微生物。检查杂菌的方法要求准确、快速、尽早发现、及时采取措施。及时采取措施。 （四）、谷氨酸发酵中杂菌的污染与防治（四）、谷氨酸发酵中杂菌的污染与防治 a.a.显微镜检查显微镜检查 用革兰氏染色法染色、镜检。若发现有用革兰氏染色法染色、镜检。若发现有芽孢菌、革兰氏阴性菌、长杆菌、球菌、菌体碎片等情况，芽孢菌、革兰氏阴性菌、长杆菌、球菌、菌体碎片等情况，说明发酵液已经染菌，应及时采取措施。说明发酵液

64、已经染菌，应及时采取措施。 b.b.培养皿画线检查培养皿画线检查 平板检查时，先将灭菌后的培养平板检查时，先将灭菌后的培养基倒人培养皿内，冷却，接种，于基倒人培养皿内，冷却，接种，于3737下培养下培养24h24h，镜检。镜检。 c.c.肉汤培养检查法肉汤培养检查法 此法主要用于检查空气系统及培养此法主要用于检查空气系统及培养基是否带菌。具体做法是将培养液装在吸气瓶中，灭菌基是否带菌。具体做法是将培养液装在吸气瓶中，灭菌30min30min，在在37 37 下培养下培养24h24h，如无混浊，说明无杂菌污染；如无混浊，说明无杂菌污染；如呈现混浊，说明染菌。如呈现混浊，说明染菌。 要防止杂菌污染

65、，先要弄清楚造成染菌的原因，然后进行要防止杂菌污染，先要弄清楚造成染菌的原因，然后进行防治。防治。（1 1）杂菌污染的主要原因分析）杂菌污染的主要原因分析 种子带菌。若发酵前期染菌，可能是种子带菌所致或种子带菌。若发酵前期染菌，可能是种子带菌所致或发酵罐本身染菌所致。为了避免种子染菌，在斜面种子、发酵罐本身染菌所致。为了避免种子染菌，在斜面种子、摇瓶种子制备过程中都必须严格操作，确保无杂菌污染。摇瓶种子制备过程中都必须严格操作，确保无杂菌污染。 罐体与管件渗漏所引起的染菌。若罐体或管件有极其微罐体与管件渗漏所引起的染菌。若罐体或管件有极其微小的漏孔时，易引起染菌。有时漏孔用肉眼直接察觉不到，小

66、的漏孔时，易引起染菌。有时漏孔用肉眼直接察觉不到，需要通过一定的试漏方法才能发现。需要通过一定的试漏方法才能发现。 2 2、杂菌污染的防治、杂菌污染的防治 空气系统染菌。空气系统染菌。好气性发酵需连续不断地通人大量无菌好气性发酵需连续不断地通人大量无菌空气。空气系统所有的设备要定时打开排液阀排液，避免空气。空气系统所有的设备要定时打开排液阀排液，避免设备内积液太多，带入空气中去，造成染菌。设备内积液太多，带入空气中去，造成染菌。 环境污秽造成染菌。环境污秽造成染菌。车间、环境卫生差，易引起染菌。车间、环境卫生差，易引起染菌。为堵绝杂菌的来源和繁殖机会，必须加强车间和环境的清洁为堵绝杂菌的来源和

67、繁殖机会，必须加强车间和环境的清洁卫生工作。卫生工作。 死角。死角。罐或管路连接处的死角，在灭菌时其中的杂菌不易罐或管路连接处的死角，在灭菌时其中的杂菌不易被杀死，易造成连续染菌，影响生产。被杀死，易造成连续染菌，影响生产。 3 3、杂菌污染的防治与挽救、杂菌污染的防治与挽救 污染了杂菌后，要根据具体情污染了杂菌后，要根据具体情况，及时采取措施加以挽救。具体措施为：况，及时采取措施加以挽救。具体措施为： (1)(1)一级种子经平板检查确认无菌后，方可接入二级种子中。一级种子经平板检查确认无菌后，方可接入二级种子中。 (2)(2)二级种子冷却，小于二级种子冷却，小于1010保压保压121216h

68、16h，平板检验确认平板检验确认无杂菌后，再接入发酵罐。无杂菌后，再接入发酵罐。 (3)(3)发酵发酵0-6h0-6h后，大幅度染菌，镜检发现球菌，应放罐重消后，大幅度染菌，镜检发现球菌，应放罐重消毒，消毒温度适当降低。毒，消毒温度适当降低。 (4)(4)发酵发酵12h12h后，发现污染有少量芽孢或杆菌，但光密度尚后，发现污染有少量芽孢或杆菌，但光密度尚正常，正常，pHpH仍有升降，耗糖一般，谷氨酸产量在仍有升降，耗糖一般，谷氨酸产量在0.20.2以上，以上，则可加大通风量，按常规发酵到底。则可加大通风量，按常规发酵到底。 (5)(5)发酵后期确认染球菌，则可加热至发酵后期确认染球菌，则可加热

69、至70708080放罐。放罐。 (6)(6)发现染菌的罐，下次空罐消毒加入甲醛后，再用蒸汽发现染菌的罐，下次空罐消毒加入甲醛后，再用蒸汽熏蒸熏蒸0.12-0.17L0.12-0.17Lm m3 3。 (7)(7)加强车间卫生管理，防止活菌体飞扬。加强车间卫生管理，防止活菌体飞扬。 (8)(8)选用抗药性菌种。选用抗药性菌种。 第八节第八节 谷氨酸的提取谷氨酸的提取 一、一、 概概 述述 将谷氨酸生产菌在发酵液中积累的L-谷氨酸提取出来，再进一步中和、除铁、脱色、加工精制成谷氨酸单钠盐叫提炼。 谷氨酸是发酵的目的物，它溶解在发酵液中，发酵液的特点：温度34-36；pH6.5-7.5；外观浅黄色浆

70、状，表面浮有少许泡沫。存在菌体、残糖、色素、胶体物质以及其他发酵副产物。 提取工艺的选择原则：工艺简单，操作方便，提取收率高，产品纯度高，劳动强度小，设备简单，造价低，使用的原材料、药品价廉，来源容易。 主要提取方法简介主要提取方法简介 (1)等电点法：操作简单，收率60。周期长，占地面积大。(2)离子交换法：用阳离子交换树脂提取吸附谷氨酸形成的阳离子，再用热碱洗脱，收集相应流分，再加盐酸结晶。(3)等电-离交法(4)连续等电点法(5)金属盐法 (6)盐酸水解-等电点法 (7)离子交换膜电渗析法提取谷氨酸二、等电点法提取谷氨酸二、等电点法提取谷氨酸 1. 1. 等电点法提取谷氨酸的原理等电点法

71、提取谷氨酸的原理谷氨酸发酵液不经除菌或除菌、不经浓缩或浓缩谷氨酸发酵液不经除菌或除菌、不经浓缩或浓缩处理、在常温或低温下加盐酸调至谷氨酸的等电处理、在常温或低温下加盐酸调至谷氨酸的等电点点pH3.22,pH3.22,使谷氨酸呈过饱和状态结晶析出。使谷氨酸呈过饱和状态结晶析出。2 2、等电点工艺的类型、等电点工艺的类型 （1）直接常温等电点法（2）带菌体冷冻低温一次等电法（3）除菌体常温等电点法（4）浓缩、水解等电点法（5）低温浓缩等电点法（6）谷氨酸发酵液连续等电工艺3.pH3.pH值对谷氨酸溶解度的影响值对谷氨酸溶解度的影响lpH pH 为为3.223.22时时, ,大部分谷氨酸以大部分谷氨

72、酸以GAGA 形式存在形式存在, ,此此时谷氨酸的氨基和羧基的离解程度相等时谷氨酸的氨基和羧基的离解程度相等, ,总静电荷为总静电荷为零。零。l谷氨酸的溶解度随谷氨酸的溶解度随pHpH值的改变而改变值的改变而改变, pH 3.22, pH 3.22和和在在30%30%以上的高浓度盐酸下以上的高浓度盐酸下, ,溶解度便显著减少到最低溶解度便显著减少到最低点。点。4.4.温度对谷氨酸溶解度的影响温度对谷氨酸溶解度的影响 温度对谷氨酸溶解度的影响温度对谷氨酸溶解度的影响 谷氨酸溶解度受温度的谷氨酸溶解度受温度的影响较大影响较大, ,温度越低温度越低, ,溶解度越小。溶解度越小。（1）谷氨酸的晶型及性

73、质 ：型（颗粒大）、型（细小，针状）5 5、谷氨酸的结晶、谷氨酸的结晶晶型呈、两种， 型结晶是大型结晶，在纯谷氨酸溶液中为斜方六面体晶，纯度高，颗粒大，质量重，易沉降，与母浓分离容易，是一种理想的结晶。而 型结晶，晶粒微细，纯度低，质量轻，难沉降不易沉淀析出。（2）影响谷氨酸结晶的主要因素 GluGlu含量要求：含量要求：4 温度：温度：低于30。 30， 型结晶增加。 残糖浓度：残糖浓度：低有利于型结晶增加 中和时加酸的速度：中和时加酸的速度：缓慢使谷氨酸溶解度逐渐降低，可控制一定数量的晶核，使晶核形成少，经养晶育晶后成长壮大。因而，析出的结晶颗粒大，易于沉淀分离。 加晶种：加晶种： Glu

74、含量5左右，在pH4.0-4.5投晶种；Glu含量3.5-4.0左右，在pH3.5-4.0投晶种； 搅拌：搅拌：自然起晶，结晶大小不匀；缓慢冷却，适当搅拌，有利于晶体长大，大小均匀一致。成品干燥盐酸育晶（2h）起晶中和点（pH4-4.5)静置沉降4-6h离心分离发酵液等电点搅拌pH3-3.22母液湿谷氨酸晶体菌体及细小的谷氨酸晶体三等电点法提取谷氨酸三等电点法提取谷氨酸 工艺流程工艺流程（一）直接常温等电点法工艺流程去菌体低温等电点法提取谷氨酸去菌体低温等电点法提取谷氨酸 工艺流程工艺流程等电点高流分盐酸停酸搅拌（2h）起晶中和点（pH4-4.5)缓慢调酸4h离心分离发酵液等电点pH3.0-3

75、.2母液湿谷氨酸晶体处理后排放菌体分离清液离子交换母液初流分后流分静止沉降6-8h（0-4）菌体饲料 1.1.加酸调等电点加酸调等电点 将发酵液排入等电桶后，测量温度、将发酵液排入等电桶后，测量温度、pHpH和谷氨酸含量，然后搅拌冷却，待液温降至和谷氨酸含量，然后搅拌冷却，待液温降至3030时，加盐酸时，加盐酸调调pHpH。前期加酸稍快，前期加酸稍快，1h1h左右将发酵液的左右将发酵液的pHpH调至调至5.05.0。中期加酸要。中期加酸要缓慢，约经缓慢，约经2h2h，发酵液的发酵液的pHpH接近接近4.0-4.54.0-4.5时，观察晶核形成时，观察晶核形成情况。当能目视发现晶核时，要停止加酸

76、，育晶情况。当能目视发现晶核时，要停止加酸，育晶1 12h2h，使，使晶核壮大。此后加酸速度要慢，直到晶核壮大。此后加酸速度要慢，直到pHpH为为3.0-3.23.0-3.2时，停止时，停止加酸，继续搅拌加酸，继续搅拌20h20h结束。整个中和温度要缓慢下降，不能结束。整个中和温度要缓慢下降，不能回升。最终温度越低越好（等电中和液的终温在回升。最终温度越低越好（等电中和液的终温在3 355左右，左右，低温下形成的晶粒较小，沉降时间相应要稍长些）。低温下形成的晶粒较小，沉降时间相应要稍长些）。 ( (二二) ) 等电点提取工艺的操作要点等电点提取工艺的操作要点 2.2.沉降分离沉降分离 将中和好

77、的发酵液静置沉淀将中和好的发酵液静置沉淀4 46h6h，放出上清液，然后将谷氨酸结晶沉淀层表面的少量菌放出上清液，然后将谷氨酸结晶沉淀层表面的少量菌体细麸酸清除，放另一缸中回收利用，底部的谷氨酸体细麸酸清除，放另一缸中回收利用，底部的谷氨酸结晶取出后，离心分离。结晶取出后，离心分离。四、等电点离子交换法提取谷氨酸四、等电点离子交换法提取谷氨酸 1、工艺流程发酵液加盐酸（或高流分母液pH1.5)育晶2h(pH4-5)育晶2h(pH3.5-3.8)加盐酸（或高流分母液pH1.5)育晶2h(pH3.0-3.2)加盐酸（或高流分母液pH1.5)搅拌育晶20-16h沉淀4h细谷氨酸母液谷氨酸上离子交换柱

78、洗脱后流分高流分初流分浓缩等电点法提取谷氨酸补充：离子交换法n用阳离子交换树脂提取吸附谷氨酸形成的阳离子，再用热碱洗脱，收集相应流分，再加盐酸结晶。n原理：在酸性介质中(pH3.23)，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，其树脂型号为732苯乙烯型强酸性阳离于交换树脂。1)溶液中谷氨酸离子经溶液扩散到树脂表面；2)穿过树脂表面，又扩散到树脂本体颗粒网孔内；3)谷氦酸离子与树脂中的H+进行离子交换；4)交换出来的H+从树脂内部又扩散到树脂表面之外；5)最后H+又扩散到溶液中去。离子交换树脂结构示意图 1. 上柱液配制与处理n上柱液为母液、前后流分和发酵液的混合液，用水稀释均匀，

79、调pH至5-6，浓度2-2.5波美度，要求新鲜不腐败，并取样测定其中的谷氨酸和铵离子含量。然后根据树脂的交换当量和溶液中可交换离子的浓度，按等当量交换关系计算上柱量。 2 上柱反交换 n交换也称上柱，是指发酵液中谷氨浚以及铵离子被树脂吸附，发生离子交换的过程。n一般采用常温带菌体反交换，柱内树脂疏松平整，料液不断从柱下部流出。谷氨酸被交换吸附在树脂上，发酵液中菌体等其它杂质均自交换柱上部溢出。n上柱过程中，要严格控制流速，流速太慢，上液时间太长，不利于生产；流速太快，谷氨酸来不及同树脂发生交换便从流出液中跑掉。如发现流出液pH值和波美度不正常，有谷氨酸泄露，应立即回收。 3 洗脱n洗脱之前，先

80、用水或漏液反冲排污，直至液清为止。其目的是除去柱内残存菌体，同时使树脂达到松散和平整。n然后再用75热水反洗或正洗，其作用一是预热树脂，防止因温度升降骤冷骤热，导致树脂破碎，二是温柱，防止谷氨酸在柱中析出。n待树脂自由沉降后，降液面，自柱上部用4.5碱液顺洗脱。用碱量按NaOH计算，应为树脂全交换量的0.75-0.85倍。n洗脱液温度，夏季为6065，冬季为60-70。n一般情况下，流出液在pH2-11之间的部分含有较多的谷氨酸，并按其含量的多少，分成三个流久分段收集。n第一部分是开始流出液，称漏液或前流分，是谷氨酸含量很低的部分。收集从pH2.0-2.5的流分为前流分，可供重配上柱液交换或作

81、反洗水回收其中的谷氨酸。n第二部分是高流分。浓度自0波美升到4.5波美，然后再下降到高流分0.5波波美时为止，pH在2.59之间。n在谷氨酸含量最高时，颜色发白黄，酸味很浓，pH维持3-3.5，高流分快完时pH迅速上升。高流分送下道工序进行快速冷却结晶提取。n第三部分是尾流分或后流分。谷氨酸含量减少，含铵离子量较多，pH在911之间，这部分可供配上柱液再交换，回收其中的谷氨酸。当pH11时，沈脱液中主要是氨离子等杂质，收集后作肥料。4 高流分快速冷却结晶n高流分中谷氨酸含量高，自然冷却易析出细小的 型结晶。n因此，一般采用加晶种快速冷却法，以形成型结晶。发酵废液的综合利用(1)从谷氨酸发酵液中

82、提取腺咳呤，并进一步制备维生素B4。(2)谷氨酸菌体内含有大量的蛋白质(约占干菌体重的80）和核糖核酸。菌体经回收、洗涤后综合利用，从中可提取腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶核苷酸和辅酶A。(3)菌体中富合蛋白质和脂肪等物质，是动物的良好调料。(4)发酵废液中含有大量氨，是一种良好的肥料。 六、六、 废液的处理与环保废液的处理与环保高浓度废水（高浓度废水（7 7波美）波美）-通液氨调节通液氨调节pHpH至至4.6-4.6-四四效蒸发器浓缩（效蒸发器浓缩（2626波美）波美）-喷浆造粒喷浆造粒-复合肥复合肥 低浓度废水低浓度废水-厌氧处理厌氧处理-好氧处理好氧处理-排放排放 第九节第九节 谷氨酸制

83、味精谷氨酸制味精 一、一、 谷氨酸制味精谷氨酸制味精的工艺流程的工艺流程谷氨酸谷氨酸中和中和沉淀沉淀脱色脱色过滤过滤脱色脱色过滤过滤浓缩结晶浓缩结晶离心分离离心分离小结晶小结晶母液母液结晶味精结晶味精干燥干燥拌盐粉碎拌盐粉碎粉状味精粉状味精水水(或渣水或渣水)碳酸钠碳酸钠活性炭活性炭硫化碱硫化碱谷氨酸回调谷氨酸回调pH活性炭脱色活性炭脱色活性炭二次脱色活性炭二次脱色硫化碱硫化碱晶种晶种流加母液流加母液蒸馏水蒸馏水GH15颗粒活性炭脱色颗粒活性炭脱色干燥干燥过筛过筛粉状味精粉状味精活性炭活性炭硫化碱硫化碱谷氨酸制味精谷氨酸制味精的工艺流程的工艺流程碳酸钠pH6.0-6.6谷氨酸中和除铁、脱色过滤

84、脱色过滤浓缩结晶离心分离小结晶母液结晶味精干燥拌盐粉碎粉状味精水(或渣水)60-70硫化碱谷氨酸回调pH活性炭脱色硫化碱晶种流加母液蒸馏水GH15颗粒活性炭二次脱色干燥过筛粉状味精活性炭硫化碱1 1、谷氨酸的中和谷氨酸的中和谷氨酸一钠的等电点谷氨酸一钠的等电点 谷氨酸中和反应的谷氨酸中和反应的pH应控制在谷氨酸第二等电点应控制在谷氨酸第二等电点pH6.96。当。当pH高时，生成的谷氨高时，生成的谷氨酸二钠增多，而谷氨酸酸二钠增多，而谷氨酸二钠没有鲜味。将谷氨酸溶于水中，加热、加碱进行中和。二钠没有鲜味。将谷氨酸溶于水中，加热、加碱进行中和。随着碱的不断加入，溶液的随着碱的不断加入，溶液的pHp

85、H逐步升高，谷氨酸的电离平逐步升高，谷氨酸的电离平衡发生移动，当绝大多数的谷氨酸都变成阴离子形式时，衡发生移动，当绝大多数的谷氨酸都变成阴离子形式时，即为中和生成谷氨酸一钠的等电点。即为中和生成谷氨酸一钠的等电点。 二、主要工艺流程说明主要工艺流程说明（一）谷氨酸的中和、脱色和除铁操作操作 中和剂：在味精生产中，中和谷氨酸可用氢氧化钠，中和剂：在味精生产中，中和谷氨酸可用氢氧化钠，也可用纯碱也可用纯碱(Na(Na2 2C0C03 3) )，一般不用液碱（液碱含杂质氯化一般不用液碱（液碱含杂质氯化钠较多，影响结晶味精成品的质量。）钠较多，影响结晶味精成品的质量。） 谷氨酸中和时，先把谷氨酸加入水

86、中，制成饱和溶液，谷氨酸中和时，先把谷氨酸加入水中，制成饱和溶液，然后加碱中和。注意加碱速度要缓慢，用然后加碱中和。注意加碱速度要缓慢，用pHpH试纸测其试纸测其pHpH。边加碱边搅拌。中和温度控制在边加碱边搅拌。中和温度控制在6565左右。在中和时，要左右。在中和时，要控制投料比适当，即湿谷氨酸与水之比为控制投料比适当，即湿谷氨酸与水之比为1 1：2 2，湿谷氨酸，湿谷氨酸与纯碱之比为与纯碱之比为1 1：0.30.30.40.4。中和温度夏天为。中和温度夏天为60 60 ，冷天，冷天为为65 65 。中和液浓度为。中和液浓度为212123Be23Be。中和反应控制中和反应控制pHpH为为6.

87、76.77.07.0。若超过。若超过7.07.0以上，溶液中谷氨酸二价阴离子逐渐增多，以上，溶液中谷氨酸二价阴离子逐渐增多，易生成谷氨酸二钠。易生成谷氨酸二钠。 由于生产原料不纯、生产设备腐蚀及生产工艺等原因，使中由于生产原料不纯、生产设备腐蚀及生产工艺等原因，使中和液中的铁、锌离子超标，必须将其除去。目前除铁、锌离和液中的铁、锌离子超标，必须将其除去。目前除铁、锌离子的方法主要有硫化钠和树脂法两种。子的方法主要有硫化钠和树脂法两种。 硫化钠法硫化钠法 硫化钠可与硫化钠可与FeFe2+2+、ZnZn2+2+反应生成硫化铁和硫化锌沉淀而除去。反应生成硫化铁和硫化锌沉淀而除去。 其总反应式为：其总

88、反应式为： NaNa2 2S + FeS + Fe2+2+FeSFeS + 2Na+ + 2Na+ Na Na2 2S + ZnS + Zn2+2+ZnSZnS + 2Na+ + 2Na+ 使用的硫化钠要求呈橙黄色或微黄色，杂质少。硫化钠的使用的硫化钠要求呈橙黄色或微黄色，杂质少。硫化钠的用量要适当，并且在使用前应先配成用量要适当，并且在使用前应先配成131315150 0BeBe溶液。溶液。 2、中和液的除铁 树脂法树脂法 树脂除铁是利用弱酸性阳离子交换树脂，吸附铁或锌树脂除铁是利用弱酸性阳离子交换树脂，吸附铁或锌得以除去。用此法除铁得以除去。用此法除铁( (或锌或锌) )，不但解决了硫化钠

89、除铁，不但解决了硫化钠除铁引起的环境污染问题，改善了操作条件，而且提高了味引起的环境污染问题，改善了操作条件，而且提高了味精质量，是一种较为理想的除铁方法。精质量，是一种较为理想的除铁方法。 在味精生产过程中，由于各种成分的化学变化产生了一在味精生产过程中，由于各种成分的化学变化产生了一些有色物质，如焦糖、氨基糖、单宁铁等。因此，中和些有色物质，如焦糖、氨基糖、单宁铁等。因此，中和液需进行脱色处理。脱色方法有液需进行脱色处理。脱色方法有物理吸附物理吸附和和化学脱色化学脱色两两种方法。种方法。 （1 1）物理吸附）物理吸附 即采用活性炭脱色。用活性炭脱色时，温度控制在即采用活性炭脱色。用活性炭脱

90、色时，温度控制在50-50-6060，pHpH保持在保持在6.46.4以上，脱色时间为以上，脱色时间为30min30min。为了加快为了加快吸附过程的进行，可适当搅拌中和液。吸附过程的进行，可适当搅拌中和液。 3、中和液的脱色中和液的脱色活性炭的用量：根据活性炭脱色能力的强弱及中和液色泽活性炭的用量：根据活性炭脱色能力的强弱及中和液色泽的深浅等情况决定，一般为中和液的的深浅等情况决定，一般为中和液的2 23 3。活性炭分。活性炭分为粉末状的药用炭和为粉末状的药用炭和GH-15GH-15颗粒活性炭两种。颗粒活性炭两种。 用粉末活性炭脱色，一种方法是在中和过程中加炭脱用粉末活性炭脱色，一种方法是在

91、中和过程中加炭脱色后除铁，另一种方法是将中和液先除铁，用谷氨酸回调色后除铁，另一种方法是将中和液先除铁，用谷氨酸回调pH6.2pH6.26.46.4，蒸汽加热，蒸汽加热6060，使谷氨酸全部溶解，再加入，使谷氨酸全部溶解，再加入适量的活性炭脱色。经粉末活性炭脱色后，往往透光率达适量的活性炭脱色。经粉末活性炭脱色后，往往透光率达不到要求，需进入不到要求，需进入GHGH1515活性炭柱进行最后一步脱色工序。活性炭柱进行最后一步脱色工序。 （2 2）化学脱色）化学脱色 有离子交换树脂脱色法。离子交换树脂的脱色主要靠树有离子交换树脂脱色法。离子交换树脂的脱色主要靠树脂的多孔隙表面对色素进行吸附，即树脂

92、的基团与色素的脂的多孔隙表面对色素进行吸附，即树脂的基团与色素的基团形成共价键，因而对杂质起到吸附与交换作用。一般基团形成共价键，因而对杂质起到吸附与交换作用。一般选用弱碱性阴离子交换树脂。选用弱碱性阴离子交换树脂。 中和液中的杂质，有些分子量较大，在交换过程中扩中和液中的杂质，有些分子量较大，在交换过程中扩散速度慢。因此，脱色时流速要散速度慢。因此，脱色时流速要适当慢些。温度控制在适当慢些。温度控制在40- -50条件下进行脱色较合适。条件下进行脱色较合适。 谷氨酸钠在水中的溶解度很大，要想生成大量的结晶必谷氨酸钠在水中的溶解度很大，要想生成大量的结晶必须除去大量的水分使溶液达到过饱和状态而

93、析出结晶。须除去大量的水分使溶液达到过饱和状态而析出结晶。 浓缩方法：一是降低溶液的温度，使溶质的溶解度减小，浓缩方法：一是降低溶液的温度，使溶质的溶解度减小，达到过饱和状态；二是在温度不变的条件下，蒸发掉溶液达到过饱和状态；二是在温度不变的条件下，蒸发掉溶液中的一部分水，使溶液的浓度升高，达到过饱和状态。中的一部分水，使溶液的浓度升高，达到过饱和状态。 中和液的浓缩不宜在高温下进行，谷氨酸一钠在高温下中和液的浓缩不宜在高温下进行，谷氨酸一钠在高温下容易环化，生成焦谷氨酸钠。容易环化，生成焦谷氨酸钠。 二、中和液的浓缩和结晶二、中和液的浓缩和结晶 （一）中和液的浓缩（一）中和液的浓缩 设备：味

94、精生产的浓缩过程普遍采用减压浓缩工艺，设备：味精生产的浓缩过程普遍采用减压浓缩工艺，主要设备有减压蒸发式结晶罐。浓缩时的工艺条件，一主要设备有减压蒸发式结晶罐。浓缩时的工艺条件，一般控制真空度在般控制真空度在80kPa80kPa以上，料液的温度控制在以上，料液的温度控制在7070以下。以下。浓缩时，真空度愈高，料液的沸点就越低，这样既可加浓缩时，真空度愈高，料液的沸点就越低，这样既可加快浓缩，又可避免谷氨酸一钠的脱水环化形成焦谷氨酸快浓缩，又可避免谷氨酸一钠的脱水环化形成焦谷氨酸钠。总之，中和液的浓缩以真空度高、料液温度低，操钠。总之，中和液的浓缩以真空度高、料液温度低，操作时间短较为宜。作时

95、间短较为宜。 (二)谷氨酸一钠的结晶析出 结晶操作的基本过程可分为浓缩、起晶、整晶、育晶、放罐等几个阶段。 结晶味精的晶体要求颗粒大小均匀、透明、光洁。制作结晶味精所用的中和液要求杂质含量少，透光度在90以上。 具体操作：具体操作： 1.1.起晶起晶 当浓缩液的浓度达到当浓缩液的浓度达到303030.530.50 0Be(70)Be(70)时，时，投入晶种，进行起晶。起晶时溶液微混浊，经过一定时投入晶种，进行起晶。起晶时溶液微混浊，经过一定时间晶种的晶粒稍有长大，并出现细小的新晶核间晶种的晶粒稍有长大，并出现细小的新晶核( (称假晶称假晶) )。当料液浓度增加，晶粒长大速度反而比晶核长大速度小

96、当料液浓度增加，晶粒长大速度反而比晶核长大速度小时，需要整晶。时，需要整晶。 2.2.整晶整晶 所谓整晶就是加入一定量的、与料液温度接所谓整晶就是加入一定量的、与料液温度接近的温水，使晶核全部溶解掉。加水量不宜过多，以溶近的温水，使晶核全部溶解掉。加水量不宜过多，以溶掉新形成的小晶核为止，防止晶种溶化。整晶后继续浓掉新形成的小晶核为止，防止晶种溶化。整晶后继续浓缩，若再次出现新晶核就要多次进行整晶。缩，若再次出现新晶核就要多次进行整晶。 3.3.育晶育晶 在结晶过程中，需根据料液浓度，补加稀释的在结晶过程中，需根据料液浓度，补加稀释的脱色液脱色液( (加热加热) )，以保持锅内浓度维持在较低的

97、过饱和状态，以保持锅内浓度维持在较低的过饱和状态，保证晶体不断成长，又较少生成新的晶核。通过补料而促保证晶体不断成长，又较少生成新的晶核。通过补料而促使晶粒长大的过程称为育晶。补料结束后，待晶粒长成所使晶粒长大的过程称为育晶。补料结束后，待晶粒长成所要求的大小时，准备出料。出料前预先加入同温度的温水，要求的大小时，准备出料。出料前预先加入同温度的温水，使浓度降低到使浓度降低到29-39.529-39.50 0BeBe。出料后放在贮精槽内，立即进出料后放在贮精槽内，立即进行离心分离。离心后的母液中仍含有大量的谷氨酸一钠，行离心分离。离心后的母液中仍含有大量的谷氨酸一钠，可将其并入下批中和液中一起

98、进行处理。可将其并入下批中和液中一起进行处理。三、三、 味精的分离、干燥、味精的分离、干燥、 包装和成品质量标准包装和成品质量标准 1 1、味精的分离、味精的分离 味精分离一般采用三足式离心机分离。为保证表面光洁度，在离心分离过程中当母液离开晶体后，用少许50热水喷淋晶体。2 2、味精的干燥、味精的干燥 味精结晶含一个结晶水，晶体在120就开始失去结晶水，因此干燥温度应严格控制，以不超过80较为合适。干燥方法有：箱式烘房干燥，真空箱式干燥、气流干燥、传送带式干燥、振动床式干燥。3 3、结晶味精的筛分、结晶味精的筛分 干燥后的结晶味精，通过不同筛目的震动筛组合，把不同颗粒的结晶味精加以分开。一般采用目、12目、20目、30目四种筛子组合。4 4、粉状味精的混盐和磨粉、粉状味精的混盐和磨粉 混盐：混盐：为了调整味精的含量规格，通常在味精中添加一定量的精制食盐。 磨粉：磨粉：干燥后的粉状味精,与盐混合投入万能粉碎机进行磨粉过筛,筛目为100目。将粉碎后的味精加入型拌粉机或双螺旋拌粉机均匀混合，包装出厂。