《谷氨酸的生產(chǎn)工藝》ppt課件

1、谷氨酸消費工藝谷氨酸消費工藝第2頁，共69頁主要內(nèi)容簡介性質(zhì)、用途；發(fā)酵機(jī)制；發(fā)酵流程；菌種；培育基淀粉制糖；發(fā)酵過程和方法包括工藝控制等；提取純化；谷氨酸，學(xué)名：谷氨酸，學(xué)名：-氨基戊二酸；其單鈉鹽：谷氨酸鈉，商氨基戊二酸；其單鈉鹽：谷氨酸鈉，商品稱號味精，是重要的調(diào)味品。品稱號味精，是重要的調(diào)味品。早期消費谷氨酸的方法有兩種，一是提取法：甜菜廠付產(chǎn)物早期消費谷氨酸的方法有兩種，一是提取法：甜菜廠付產(chǎn)物糖蜜中含有焦谷氨酸，用強(qiáng)堿處置可得到谷氨酸；二是蛋糖蜜中含有焦谷氨酸，用強(qiáng)堿處置可得到谷氨酸；二是蛋白質(zhì)水解法：將面筋加酸水解，再分別提純。白質(zhì)水解法：將面筋加酸水解，再分別提純。195719

2、57年發(fā)酵年發(fā)酵法消費谷氨酸在日本協(xié)和發(fā)酵公司投產(chǎn)。法消費谷氨酸在日本協(xié)和發(fā)酵公司投產(chǎn)。日本在谷氨酸發(fā)酵消費方面居世界領(lǐng)先位置。味之素、協(xié)和日本在谷氨酸發(fā)酵消費方面居世界領(lǐng)先位置。味之素、協(xié)和等均是其中代表。我國開展也比較快，如河南的蓮花味精等均是其中代表。我國開展也比較快，如河南的蓮花味精公司，目前味精產(chǎn)量已從公司，目前味精產(chǎn)量已從19831983年的年的400400噸上升到噸上升到20212021年的年的6262萬噸，單廠味精產(chǎn)量居世界第一位，國內(nèi)市場占有率達(dá)萬噸，單廠味精產(chǎn)量居世界第一位，國內(nèi)市場占有率達(dá)43%43%；廣西的荷花味精等。；廣西的荷花味精等。一、谷氨酸簡介一、谷氨酸簡介第3

3、頁，共69頁性質(zhì) 溶解性：微溶于冷水，易溶于熱水，幾乎不溶于乙醚、丙酮及冷醋酸中，也不溶于乙醇和甲醇，溶于鹽酸溶液。等電點：3.22；用途1、食品業(yè)谷氨酸鈉俗稱味精，是重要的鮮味劑，對香味具有加強(qiáng)作用。谷氨酸鈉廣泛用于食品調(diào)味劑，既可單獨運用，又能與其它氨基酸等并用。用于食品內(nèi)，有增香作用。在食品中濃度為0.2%-0.5%，每人每天允許攝入量(ADl)為0120微克/千克(以谷氨酸計)。在食品加工中普通用量為0.21.5克/公斤。 2、日用化裝品等谷氨酸為世界上氨基酸產(chǎn)量最大的種類，作為營養(yǎng)藥物可用于皮膚和毛發(fā)。用于生發(fā)劑，能被頭皮吸收，預(yù)防脫發(fā)并使頭發(fā)新生，對毛乳頭、毛母細(xì)胞有營養(yǎng)功能，并能

4、擴(kuò)張血管，加強(qiáng)血液循環(huán)，有生發(fā)防脫發(fā)效果。用于皮膚，對治療皺紋有療效。 3、下游產(chǎn)品開發(fā) 谷氨酸可消費許多重要下游產(chǎn)品如L谷氨酸鈉、聚谷氨酸等。新型的聚合氨基酸，含有氨基的藥物或靶向基因，可以方便的接入聚谷氨酸的分子中，構(gòu)成大分子前藥或靶向大分子載體，接入特異性的基因，可進(jìn)展特殊的分別或提純，這一聚合物在醫(yī)藥領(lǐng)域會有很廣泛的運用前景。 4、醫(yī)藥行業(yè) 谷氨酸還可以用于醫(yī)藥中，由于谷氨酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸之一，雖然它不是人體必需的氨基酸，但它可作為碳氮營養(yǎng)與機(jī)體代謝，有較高的營養(yǎng)價值。谷氨酸被人體吸收后，易與血氨構(gòu)成谷酰氨，能解除代謝過程中氨的毒害作用，因此能預(yù)防和治療肝昏迷，維護(hù)肝臟，是肝臟疾

5、病患者的輔助藥物。腦組織只能氧化谷氨酸，而不能氧化其它氨基酸，故谷酰胺可作為腦組織的能量物質(zhì)，改良維持大腦機(jī)能。谷氨酸作為神經(jīng)中樞及大腦皮質(zhì)的補劑，對于治療腦震蕩或神經(jīng)損傷、癲癇以及對弱智兒童均有一定療效。用谷氨酸制成的成藥有藥用谷氨酸內(nèi)服片，谷氨酸鈉鉀注射液，谷氨酸鈣注射液，乙酰谷氨酸注射液 等。 二 發(fā)酵機(jī)制谷氨酸的生物合成途徑大致是：葡萄糖經(jīng)EMP途徑或HMP途經(jīng)生成丙酮酸，再氧化成乙酰輔酶A，然后進(jìn)入TCA，再經(jīng)過乙醛酸循環(huán)、CO2固定作用，生成a-酮戊二酸，a-酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶的催化及有NH4+存在的條件下生成谷氨酸 第4頁，共69頁第6頁，共69頁谷氨酸消費菌可以在體外積累菌

6、體最大生長需求量300多倍的谷氨酸，研討發(fā)現(xiàn)：大量積累并非是當(dāng)初想象的由于特異代謝途徑導(dǎo)致，而是：代謝調(diào)理控制；細(xì)胞膜通透性的特異調(diào)理；發(fā)酵條件的適宜。葡萄糖葡萄糖6- 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖NADPH2NADPH2乙酰輔酶乙酰輔酶A A6- 6-磷酸果糖磷酸果糖6- 6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸5- 5-磷酸核糖磷酸核糖3- 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛果糖果糖-1 -1，6- 6-二磷酸二磷酸蘋果酸蘋果酸丙酮酸丙酮酸CO2CO2異檸檬酸異檸檬酸CO2CO2草酰乙酸草酰乙酸順烏頭酸順烏頭酸CO2CO2乳酸乳酸NAD+ NAD+ NADH2NADH2檸檬酸檸檬酸NADP+NADP+CO2CO2N

7、ADHNADH2 2NADNAD+ +草酰琥珀酸草酰琥珀酸酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸谷氨酸谷氨酸NADPH2NADPH2NADP+NADP+NADPNADP+ +NADPH2NADPH2乙醛酸乙醛酸乙酰輔酶乙酰輔酶A ACO2CO2CO2CO2葡萄糖生物合成谷氨酸的代謝途徑葡萄糖生物合成谷氨酸的代謝途徑EMPEMP途徑途徑HMPHMP途徑途徑TCA循環(huán)循環(huán)乙醛酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)天冬氨酸天冬氨酸磷酸烯醇式磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶第7頁，共69頁在微生物的代謝中，谷氨酸比天冬氨酸優(yōu)先合成。谷氨酸合成過量時，谷氨酸抑制谷氨酸脫氫酶的合成，使代謝轉(zhuǎn)向合成天冬氨酸；天冬氨酸合成

8、過量后，反響抑制磷酸烯醇丙酮酸羧化酶的活力，停頓草酰乙酸的合成。所以，在正常情況下，谷氨酸并不積累。見圖327。乙醛酸循環(huán) GA生物合成的內(nèi)在要素 從上圖可以看出，GA產(chǎn)生菌必需具備以下條件：1.KGA脫氫酶酶活性微弱或喪失 這是菌體生成并積累KGA的關(guān)鍵，從上圖可以看出，KGA是菌體進(jìn)展TCA循環(huán)的中間性產(chǎn)物，很快在KGA脫氫酶的作用下氧化脫羧生成琥珀酸輔酶A，在正常的微生物體內(nèi)他的濃度很低，也就是說，由KGA進(jìn)展復(fù)原氨基化生成GA的能夠性很少。只需當(dāng)體內(nèi)KGA脫氫酶活性很低時，TCA循環(huán)才可以停頓，KGA才得以積累。 2.GA產(chǎn)生菌體內(nèi)的NADPH的在氧化才干欠缺或喪 失 1如上圖所示，N

9、ADPH是KGA復(fù)原氨基化生成GA必需物質(zhì)，而且該復(fù)原氨基化所需求的NADPH是與檸檬酸氧化脫羧相偶聯(lián) 的。 2由于NADPH的再氧化才干欠缺或喪失，使得體內(nèi)的NADPH有一定的積累，NADPH對于抑制KGA的脫羧氧化有一定的意義。3.產(chǎn)生菌體內(nèi)必需有乙醛酸循環(huán)DCA的關(guān)鍵酶異檸檬酸裂解酶。 該酶是一種調(diào)理酶，或稱為別構(gòu)酶，其活性可以經(jīng)過某種方式進(jìn)展調(diào)理，經(jīng)過該酶酶活性的調(diào)理來實現(xiàn)DCA循環(huán)的封鎖，DCA 循環(huán)的封鎖是實現(xiàn)GA 發(fā)酵的首要條件。 4.菌體有劇烈的L谷氨酸脫氫酶活性 L谷氨酸脫氫酶，本質(zhì)上GA產(chǎn)生菌體內(nèi)該酶的酶活性都很強(qiáng)，該反響的關(guān)鍵是與異檸檬酸脫羧氧化相偶聯(lián)。谷氨酸產(chǎn)生菌大多為

10、生物素缺陷型，谷氨酸發(fā)酵時經(jīng)過控制生物素亞適量，使最后一代細(xì)菌細(xì)胞變形、拉長，改動了細(xì)胞膜的通透性，引起代謝失調(diào)，使谷氨酸得以積累。谷氨酸高產(chǎn)菌株喪失或僅有微弱的a-酮戊二酸脫氫酶活力，使a-酮戊二酸不能繼續(xù)氧化；CO2固定反響的才干強(qiáng)，使四碳二羧酸全部是由CO2固定反響提供，而不走乙醛酸循環(huán)，以提高對糖的利用率；谷氨酸脫氫酶的活力很強(qiáng)，并喪失谷氨酸對谷氨酸脫氫酶的反響抑制和反響阻遏同時NADPH2再氧化才干弱，這樣就使a-酮戊二酸到琥珀酸的過程受阻，在有過量銨離子存在的條件下，a-酮戊二酸經(jīng)氧化復(fù)原共遏氨基化反響而生成谷氨酸，生成的谷氨酸不構(gòu)成蛋白質(zhì)，而分泌走漏于菌體外，谷氨酸產(chǎn)生菌不利用體

11、外的谷氨酸，谷氨酸成為最終產(chǎn)物。生物素亞適量的緣由2ug/L5ug/L ：當(dāng)生物素缺乏時，菌種生長非常緩慢；當(dāng)生物素過量時，那么轉(zhuǎn)為乳酸發(fā)酵。在谷氨酸發(fā)酵過程中，影響菌種代謝途徑的要素見下表。 GA發(fā)酵的外在要素 GA發(fā)酵是一個典型的代謝控制發(fā)酵，固然有其內(nèi)在的菌體特性，但是正如任何事物開展的根本規(guī)律一樣，外在要素依然有重要的作用，對于GA的發(fā)酵也是一樣。1.供氧濃度過量：NADPH的再氧化才干會加強(qiáng)，使KGA的復(fù)原氨基化遭到影響，不利于GA 的生成。供氧缺乏：積累大量的乳酸，使發(fā)酵液的pH值下降，不利于GA的產(chǎn)生，同時，一部分葡萄糖轉(zhuǎn)成了乳酸，影響了糖酸轉(zhuǎn)化率，降低了產(chǎn)物的提出率。2. NH

12、4+濃度 1影響到發(fā)酵液的pH值 2與產(chǎn)物的構(gòu)成有關(guān)：過低，不利于KGA的復(fù)原氨基化過高，產(chǎn)生固安酰胺 NH4+的供應(yīng)方式： 1液氨 2流加尿素3.磷酸鹽 過量：1促進(jìn)EMP途徑，突破EMP與TCA之間的平衡，積累丙酮酸，產(chǎn)生乳酸等 2產(chǎn)生并積累Val， 途徑如下： Glucose 丙酮酸 + 丙酮酸 焦磷酸硫胺素，TPP 活性乙醛 乙酰乳酸 ValVal1可以抑制葡萄糖 丙酮酸，使GA的生物合成遭到阻止 2耗費了丙酮酸，降低了糖酸轉(zhuǎn)化率 3發(fā)酵液中的Val存在，嚴(yán)重的影響GA 的結(jié)晶、提出。 谷氨酸產(chǎn)生菌因環(huán)境條件變化而引起的發(fā)酵轉(zhuǎn)換谷氨酸產(chǎn)生菌因環(huán)境條件變化而引起的發(fā)酵轉(zhuǎn)換環(huán)境因子環(huán)境因子

13、發(fā)發(fā) 酵酵 產(chǎn)產(chǎn) 物物 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換換溶解氧溶解氧谷氨酸谷氨酸乳酸和琥珀酸乳酸和琥珀酸酮戊二酸酮戊二酸通氣缺乏通氣缺乏適中適中 通風(fēng)過量，轉(zhuǎn)速過快通風(fēng)過量，轉(zhuǎn)速過快NH4+酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺適量適量缺乏缺乏過量過量pH值值谷氨酰胺，谷氨酰胺，N-乙酰谷酰胺乙酰谷酰胺谷氨酸谷氨酸pH值值58，NH4+過多過多中性或微堿性中性或微堿性磷酸磷酸纈纈 氨氨 酸酸谷氨酸谷氨酸高濃度磷酸鹽高濃度磷酸鹽 磷酸鹽適中磷酸鹽適中生物素生物素乳酸或琥珀酸乳酸或琥珀酸谷氨酸谷氨酸過量過量限量限量第13頁，共69頁三、菌種日前用于谷氨酸發(fā)酵的菌種有谷氨酸棒桿菌、乳糖發(fā)酵短桿菌、黃色短桿菌、嗜氨小

14、桿菌、球形節(jié)桿菌。我國常運用的消費菌株是北京棒桿菌AS1.299、北京棒桿菌D110、鈍齒棒桿菌A51.542、棒桿菌S-914和黃色短桿菌T6T13等。在己報道的谷氨酸消費菌中，除芽孢桿菌外，雖然它們在分類學(xué)上屬于不同的屬種，但都有一些共同的特點，如菌體為球形、短稈至棒狀、無鞭毛、不運動、不構(gòu)成芽孢、呈革蘭氏陽性、需求生物素做生長因子、在通氣條件下培育產(chǎn)生谷氨酸。第14頁，共69頁菌種的定向選育改動細(xì)胞膜的通透性：生物素乙酰CoA羧化酶的輔酶營養(yǎng)缺陷型株喪失脂肪酸合成酶的油酸缺陷型；喪失a-磷酸甘油酶的甘油缺陷型。選育溫度敏感突變株：例：運用典型的溫度敏感突變株TS-88消費谷氨酸時，經(jīng)過控

15、制發(fā)酵條件，在生長適當(dāng)階段將發(fā)酵溫度由30提高到40 ，可在生物素含量為33ug/L，含糖3.6%的甜菜糖蜜發(fā)酵培育基中，產(chǎn)生20g/L谷氨酸，對糖轉(zhuǎn)化率55%。第15頁，共69頁四、培育基碳源；氮源；碳氮比；磷酸鹽；金屬離子和無機(jī)鹽。第16頁，共69頁碳源碳源普通都是淀粉原料，如玉米、小麥、甘薯、大米等，其中甘薯和淀粉最為常用；淀粉原料要先經(jīng)過制糖工藝水解成微生物可直接利用的葡萄糖，然后經(jīng)過中和、脫色再投放到發(fā)酵罐；糖蜜原料作為碳源，如甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜。糖蜜因富含生物素，在發(fā)酵前需求經(jīng)活性炭、樹脂吸附和亞硝酸法吸附或破壞生物素。第17頁，共69頁淀粉制糖緣由；方法：水解酶水解成糊精或低聚糖

16、，糖化酶糖化成葡萄糖。酸解法；酸酶法；酶酸法；雙酶法。國內(nèi)多采用酸水解工藝。第18頁，共69頁淀粉酸水解工藝調(diào)漿液化：1011波美，鹽酸調(diào)pH 1.5；糖化：直接蒸汽加熱25min；冷卻：80以下；中和：普通中和中點的pH 4.05.0，使蛋白質(zhì)和其它膠體物質(zhì)析出；脫色：活性炭法或樹脂法留意條件方法;過濾：過濾溫度45 50 。第19頁，共69頁氮源作用：合成菌體蛋白質(zhì)、核酸及谷氨酸的原料；氮源比碳源對谷氨酸發(fā)酵影響更大，約8530%80%的氮源被用于合成谷氨酸，另外153%5%用于合成菌體；大多數(shù)氨基酸產(chǎn)生菌都不能分泌胞外水解蛋白酶，因此常用的有機(jī)氮源有玉米漿、豆餅、毛發(fā)、棉籽餅、麩皮等蛋白

17、質(zhì)原料的水解液；有機(jī)氮源也是氨基酸發(fā)酵中重要的生長因子來源，對氨基酸合成途經(jīng)具有調(diào)控作用。第20頁，共69頁谷氨酸發(fā)酵的碳氮比為100：(1521)，當(dāng)碳氮比為100：11時才開場積累Glu。目前消費L-Glu多采用尿素作為氮源，進(jìn)展分批流加，流加時溫度不易過高不超越45，否那么游離氨過多，使初始pH值過高，抑制菌體生長；適量的NH4+可減少a-酮戊二酸的積累，促進(jìn)Glu的合成；的合成；過量的NH4+會使生成的谷氨酸受谷氨酰胺合成酶的作用轉(zhuǎn)化為谷氨酰胺。第21頁，共69頁無機(jī)鹽磷酸鹽在谷氨酸發(fā)酵中非常重要，它是谷氨酸發(fā)酵過程中必需的，但濃度要適中。濃度過高，抑制6-磷酸葡萄糖脫氫酶的活性，菌體

18、生長好，Glu產(chǎn)量低，代謝轉(zhuǎn)向Val發(fā)酵；濃度低，糖代謝受抑制，糖耗慢。K+：多時：多時利于產(chǎn)酸，少時利于產(chǎn)酸，少時利于長菌利于長菌;Mn2+：草酰琥珀酸脫羧生成：草酰琥珀酸脫羧生成a-酮戊二酸是在酮戊二酸是在Mn2+存在下完成的存在下完成的MnSO44H2O 2ppm；Fe3+:促進(jìn)促進(jìn)Glu產(chǎn)生；產(chǎn)生；Cu2+：毒害作用。：毒害作用。第22頁，共69頁生長因子“亞適量的生物素亞適量的生物素2ug/L5ug/L；實踐消費中常經(jīng)過筋加玉米槳、麩皮水解液、糖蜜等作為生長因子的來源，來滿足谷氨酸消費菌必需的生長出子。第23頁，共69頁生物素對谷氨酸發(fā)酵的影響生物素作為催化脂肪酸生物合成最初反響的關(guān)

19、鍵酶乙酰CoA羧化酶的輔酶，參與了脂肪酸的生物合成，進(jìn)而影響磷脂的合成。當(dāng)控制生物素在亞適量時，脂肪酸合成就不完全，導(dǎo)致磷脂合成不完全。而細(xì)胞膜是由磷脂雙分子層組成的，當(dāng)磷脂含量減少到正常時的一半左右時，細(xì)胞發(fā)生變形，谷氨酸可以從胞內(nèi)滲出、積累于發(fā)酵液中。假設(shè)生物素過量，那么發(fā)酵過程菌體大量繁衍，不產(chǎn)或少產(chǎn)谷氨酸，代謝產(chǎn)物中乳酸和琥珀酸明顯增多。五發(fā)酵過程和控制谷氨酸消費菌經(jīng)活化、一級種子、 二級種子擴(kuò)展培育，接入發(fā)酵罐中，在3238、pH 7.0左右的條件下，好氧發(fā)酵30h左右；第24頁，共69頁第25頁，共69頁接種齡和接種量普通情況，一級種子種齡控制在11h12h，二級種子種齡控制在7h

20、8h 。普通接種量為0.6%1.7%。第26頁，共69頁溫度前期菌體生長30 32；后期Glu合成3437；前期：假設(shè)溫度過高、菌種易衰老，嚴(yán)重影響菌體生長繁衍。如遇此情況，除維持最適生長溫度外還需適當(dāng)減少風(fēng)量，并采取少量多次流加尿素等措施；在發(fā)酵后期，菌體生長根本終了，為了滿足大量生成谷氨酸，可適當(dāng)提高溫度，控制在3437。第27頁，共69頁發(fā)酵前期pH值發(fā)酵前期：由于幼齡細(xì)胞對pH較敏感，假設(shè)控制pH過低，菌體生長旺盛，營養(yǎng)成分耗費大，轉(zhuǎn)入正常發(fā)酵慢，長菌不產(chǎn)酸；假設(shè)pH值過高，雖然有利于抑制雜菌生長，但對菌體生長不利，糖代謝緩慢，發(fā)酵時間延伸。發(fā)酵前期，菌體生長的適宜pH值為7.5左右。

21、第28頁，共69頁發(fā)酵后期pH值發(fā)酵后期：由于谷氨酸脫氫酶最適pH為7.07.2，轉(zhuǎn)氨酶最適pH7.27.4，所以在發(fā)酵中后期，為了促進(jìn)谷氨酸的生成，應(yīng)盡能夠堅持發(fā)酵液pH7.2左右。pH過高(pH7.58.0)：谷氨酸就有能夠轉(zhuǎn)變成谷氨酰胺，且易使菌體自溶；pH過低過低(pH7.0以下以下)：NH4+供應(yīng)缺乏，供應(yīng)缺乏，a-酮戊酮戊二酸不能復(fù)原氨基化產(chǎn)生谷氨酸，這樣就會使二酸不能復(fù)原氨基化產(chǎn)生谷氨酸，這樣就會使發(fā)酵液發(fā)酵液a-酮戊二酸量添加，谷氨酸產(chǎn)量降低。酮戊二酸量添加，谷氨酸產(chǎn)量降低。第30頁，共69頁pH值控制值控制尿素流加法；氨水流加法；流加尿素數(shù)量和時間的根據(jù)：pH值變化、菌體生長

22、、糖耗、發(fā)酵階段。發(fā)酵前期：菌體生長和糖耗均快時：多流加尿素pH值高抑制生長；菌體生長和糖耗均慢時：少流加尿素。第31頁，共69頁pH值控制值控制發(fā)酵后期：殘?zhí)巧?，接近放罐時，盡量少加或不加尿素，以免浪費和添加提取的困難；發(fā)酵后期，普通少量多次地流加尿素，使pH值較穩(wěn)定。菌種不同所具有的脲酶活力和耐尿才干不同，尿素流加方法就有所不同。例如ASl299菌的脲酶活力比較弱，耐尿才干強(qiáng)，初尿用量可高些，流加尿的次數(shù)少，流加量多些。T613菌的脲酶活力強(qiáng)，初尿用量要少，流加尿素以少量多次為好。供氧過多，菌體呼吸加快，細(xì)胞代謝處在過分猛烈狀供氧缺乏，糖酵解至丙酮酸時；難于進(jìn)入三羧酸循環(huán)，丙酮酸積累量添加

23、，或復(fù)原成乳酸；供氧過量，影響復(fù)原氨基化反響，致使大量積累a-酮戊二酸；而谷氨酸產(chǎn)量很低。第32頁，共69頁供氧對谷氨酸發(fā)酵的影響與控制供氧缺乏，培育基處于缺氧狀 態(tài)，菌體生長受抑制；菌體生長階段 態(tài)，抑 制菌體生長，而且容易衰老；產(chǎn)酸階段第33頁，共69頁谷氨酸發(fā)酵過程，長菌與產(chǎn)酸要求供氧不同。長菌階段所需溶氧系數(shù)為Kd4610-7molO2，(ml-1min-1大氣壓大氣壓-1)；產(chǎn)酸階段所需溶氧系數(shù)Kd1.4610-7molO2，(ml-1 min-1 大氣壓大氣壓-1) 。第34頁，共69頁通氣與攪拌溶氧大小的控制：通氣與攪拌來完成。通風(fēng)比是指對1m3發(fā)酵液每分鐘通入無菌空氣的量(m3

24、)。發(fā)酵處于不同階段，通風(fēng)比也不一樣，前期通風(fēng)量小，主期通風(fēng)量大，后期通風(fēng)量小。攪拌是使溶氧效果更好，攪拌比通氣對溶氧的影響更大。攪拌效果與攪拌器的類型，攪拌器曲直徑大小，攪拌轉(zhuǎn)速、攪拌器在發(fā)酵罐內(nèi)的相對位置等有關(guān)。第35頁，共69頁通風(fēng)量前期：假設(shè)通風(fēng)量過大，而生物素缺乏，會抑制菌體生長，表現(xiàn)出耗糖慢、pH高、長菌不快的景象，所以前期通風(fēng)量不宜過大；中后期：在發(fā)酵產(chǎn)酸階段，需求大量供氧，如通氣量缺乏，往往表現(xiàn)出pH低，耗糖快，長菌不產(chǎn)酸，而積累乳酸和琥珀酸。但通氣量過大，也不利于a-酮戊二酸進(jìn)一步復(fù)原氨基化，所以大量積累a-酮戊二酸。因此，只需在適量通氣條件下，才有能夠大量積累谷氨酸。中后期

25、以高通風(fēng)量為宜。第36頁，共69頁防止噬菌體和雜菌的污染谷氨酸消費菌一 般都是生物素缺陷型，而在發(fā)酵培育基中又大多是控制生物素亞適量，所以谷氨酸消費菌對噬菌體和雜菌的抵抗才干較弱。最怕污染噬菌體，輕那么出現(xiàn)谷氨酸收率低、難提取，重那么倒罐，呵斥很大的經(jīng)濟(jì)損失。所以，雜菌和噬菌體的防治任務(wù)就顯得特別重要。一定要從空氣過濾、培育基、設(shè)備、環(huán)境等環(huán)節(jié)嚴(yán)厲把關(guān)。第37頁，共69頁斜面培育基組成：葡萄糖 0.1 蛋白胨 1.0牛肉膏 1.0 氯化鈉 0.5瓊脂 2.02.5 pH 7.07.2傳代和保藏斜面不加葡萄糖，為了利于菌體生長而不產(chǎn)酸培育條件：7338、B9類菌種3032，培育1824h；T61

26、3類菌種3334，培育1824h。檢查：培育完成后，要仔細(xì)察看菌苔生長情況，菌苔的顏色和邊緣等特征能否正常，有無感染雜菌和噬菌體的征象。菌種斜面培育第38頁，共69頁培育基：葡萄糖 2.5 ，尿素 0.5，硫酸鎂 0.04， 磷酸氫二鉀 0.1，玉米漿 2535(按質(zhì)增減) 硫酸亞鐵、硫酸錳各2ppm，PH 6.56.8 (培育基成分可因菌種不同酌情增減) 。培育條件 ：培育溫度7338和B9類菌30一32、T613類菌種3334，搖床上振蕩培育12小時。一級種子培育一級種子質(zhì)量要求種齡：12hpH值：6.401光密度：凈增OD值0.5以上殘?zhí)牵?.5以下無菌檢查： (一)噬菌體檢查：無鏡檢:

27、 菌體生長均勻粗壯，陳列和整齊革蘭氏染色：陽性第39頁，共69頁第40頁，共69頁 根據(jù)菌體生長情況，酌情增減生物素等用量，隨時調(diào)整培育基組成。二級種子培育接種量O810培育溫度 32(T613菌為3334)培育條件培育時間78h通風(fēng)量50L種子罐種子罐1：0.5攪拌轉(zhuǎn)速250L種子罐攪拌轉(zhuǎn)速300500L種子罐攪拌轉(zhuǎn)速340 rmin1 : 0.3rmin1：0.25230 rmin第第41頁，共頁，共69頁頁二級種子的質(zhì)量要求種齡：78hpH ：72左右OD值：凈增0.5左右無菌檢查： (一)噬菌體檢查：無殘?zhí)牵汉馁M1% 左右鏡檢：生長旺盛，陳列整齊革蘭氏染色：陽性第42頁，共69頁第44

28、頁，共69頁Glu發(fā)酵的四個階段發(fā)酵的四個階段順應(yīng)期；對數(shù)生長期；轉(zhuǎn)化期；產(chǎn)酸期。第45頁，共69頁順應(yīng)期細(xì)胞利用儲存物質(zhì)合成大分子物質(zhì)和所需能量，菌體個體長大但沒有分裂；糖等基質(zhì)根本不耗或很少耗費，pH值稍為上升是由于尿素分解放出氨所致；順應(yīng)期的長短取決于菌種活力、種子量、發(fā)酵培育基和發(fā)酵條件等普通為2h左右。但采用高生物素、大種量、添加青霉素工藝時順應(yīng)期非常短。第46頁，共69頁對數(shù)生長期長菌階段，極少產(chǎn)谷氨酸，普通發(fā)酵38h或410h；菌濃度：菌體大量繁衍，OD(光密度)直線增長；菌體形狀：與二級種子一樣，絕大多數(shù)為“V形分裂；基量變化：耗糖速度逐漸加快，尿素被脲酶分解放出氨使pH上升，

29、氨被菌體利用又使PH下降，這時必需及時流加尿素，補充氮源和調(diào)理PH值；溫度：由于菌體代謝活動，放出熱，溫度開場上升，一般發(fā)酵5h左右溫度開場上升，應(yīng)該留意降溫；通風(fēng)：排氣中CO2濃度顯著添加，耗氧量很快添加，培養(yǎng)液中的溶解氧下降，提高通風(fēng)量；但在對數(shù)末期要加大風(fēng)量供應(yīng)充足氧和及時施加尿素供給充分氮源促進(jìn)增殖型菌體向消費型轉(zhuǎn)化。第47頁，共69頁菌體由增殖型向消費型轉(zhuǎn)化的時期，時間約為814h或1018h；部分菌體體內(nèi)生物素含量由“豐富轉(zhuǎn)向貧乏，此部分菌就停頓繁衍，在條件適宜時，開場伸長，膨肥構(gòu)成生產(chǎn)型細(xì)胞，開場積累谷氮酸。菌體數(shù)量：到達(dá)最大值；菌體形狀： “v字形和伸長、膨大菌形同時存在，且伸

30、長菌體不斷添加；代謝最旺盛階段，耗糖加快，谷氨酸生成迅速添加，耗氧速率加快，并接近最大值，放熱也達(dá)最大值 。轉(zhuǎn)化期第48頁，共69頁發(fā)酵控制：必需充分供氧，通風(fēng)量達(dá)最大值，充分供應(yīng)氮源，應(yīng)留意降溫冷卻，泡沫顯著添加。對發(fā)酵控制來說，此時期以前的控制是發(fā)酵成敗之關(guān)鍵。此時期的變化受生物素和風(fēng)量的明顯影響。當(dāng)生物素過量時，沒有明顯的轉(zhuǎn)化期，長菌不產(chǎn)酸，耗糖快，耗尿快。假設(shè)生物素太少，菌的數(shù)量缺乏，產(chǎn)酸低，周期長；假設(shè)通風(fēng)缺乏，菌體的代謝轉(zhuǎn)積累乳酸。谷氨酸發(fā)酵中生物素用量與供氧能否巧妙地配合好在一階段中明顯地反映出來。第49頁，共69頁菌體完成由增殖型向消費型轉(zhuǎn)化后，菌形幾乎都變長、膨大，邊緣不完好，像花生形;大量累積谷氨酸，耗糖與產(chǎn)酸相順應(yīng)，產(chǎn)酸達(dá)最大值，對糖轉(zhuǎn)化率達(dá)50 65；應(yīng)繼續(xù)流加尿素，保證有充足的氮源；pH值維持7.07.2；適當(dāng)提高溫度，普通為363 7；在發(fā)酵后期耗氧量減少，可適當(dāng)降低風(fēng)量。流加尿素以少量為好，控制pH值6.87.0。當(dāng)殘