味精的發(fā)酵生產(chǎn)工藝

1、 第五章第五章 味精生產(chǎn)味精生產(chǎn) 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 一、味精及其生理作用一、味精及其生理作用 1. 味精的種類味精的種類 按谷氨酸的含量分類：按谷氨酸的含量分類： 99%、95%、90%、80%四種四種按外觀形狀分類：按外觀形狀分類： 結(jié)晶味精、粉末味精結(jié)晶味精、粉末味精 2.味精的生理作用和安全性味精的生理作用和安全性 （1）參與人體代謝活動：）參與人體代謝活動：合成氨基酸合成氨基酸 （2）作為能源）作為能源 （3）解氨毒）解氨毒 谷氨酸谷氨酸 + NH3 谷氨酰胺谷氨酰胺 + 水水味精的毒性試驗表明是安全的。味精的毒性試驗表明是安全的。 第一代鮮味料第一代鮮味料第二代鮮味料第二代鮮味

2、料第三代鮮味料第三代鮮味料二、味精的生產(chǎn)方法二、味精的生產(chǎn)方法 味精的生產(chǎn)方法：味精的生產(chǎn)方法：水解法、發(fā)酵法、合成法和提取法。水解法、發(fā)酵法、合成法和提取法。1.水解法水解法 原理：原理：蛋白質(zhì)原料經(jīng)酸水解生成谷氨酸，利用谷氨酸鹽酸鹽蛋白質(zhì)原料經(jīng)酸水解生成谷氨酸，利用谷氨酸鹽酸鹽在鹽酸中的溶解度最小的性質(zhì)，將谷氨酸分離提取出來，再經(jīng)在鹽酸中的溶解度最小的性質(zhì)，將谷氨酸分離提取出來，再經(jīng)中和處理制成味精。中和處理制成味精。生產(chǎn)上常用的蛋白質(zhì)原料生產(chǎn)上常用的蛋白質(zhì)原料面筋、大豆及玉米等。面筋、大豆及玉米等。 水解水解 中和、提取中和、提取 蛋白質(zhì)原料蛋白質(zhì)原料 谷氨酸谷氨酸 味精味精 2.發(fā)酵法

3、發(fā)酵法 原理：原理： 淀粉質(zhì)原料水解生成葡萄糖，或直接以糖蜜或醋酸為淀粉質(zhì)原料水解生成葡萄糖，或直接以糖蜜或醋酸為原料，利用谷氨酸生產(chǎn)菌生物合成谷氨酸，然后中和、提取原料，利用谷氨酸生產(chǎn)菌生物合成谷氨酸，然后中和、提取制得味精。制得味精。 淀粉質(zhì)原料淀粉質(zhì)原料糖液糖液谷氨酸發(fā)酵谷氨酸發(fā)酵中和中和 味精味精 3.合成法合成法 4.提取法提取法 丙烯丙烯氧化、氨化氧化、氨化丙烯睛丙烯睛谷氨酸谷氨酸味精味精 原理：原理：石油裂解氣丙烯氧化氨化生成丙烯腈，通過羰化、石油裂解氣丙烯氧化氨化生成丙烯腈，通過羰化、氰氨化、水解等反應(yīng)生成消旋谷氨酸，再經(jīng)分割制成氰氨化、水解等反應(yīng)生成消旋谷氨酸，再經(jīng)分割制成L

4、-谷氨酸，谷氨酸，然后制成味精。然后制成味精。原理：原理：以廢糖蜜為原料，先將廢糖蜜中的蔗糖回收，再將廢液以廢糖蜜為原料，先將廢糖蜜中的蔗糖回收，再將廢液用堿法水解濃縮，提取谷氨酸，然后制得味精。用堿法水解濃縮，提取谷氨酸，然后制得味精。 水解、濃縮水解、濃縮 中和中和 廢糖蜜廢糖蜜谷氨酸谷氨酸味精味精 提取提取 第二節(jié)第二節(jié) 淀粉水解糖液的制備淀粉水解糖液的制備 一、制備方法一、制備方法1.酸解法酸解法原理：原理：以無機(jī)酸或有機(jī)酸為催化劑，在高溫高壓下將淀粉轉(zhuǎn)化以無機(jī)酸或有機(jī)酸為催化劑，在高溫高壓下將淀粉轉(zhuǎn)化 為葡萄糖的方法。為葡萄糖的方法。 優(yōu)點：優(yōu)點：生產(chǎn)方便、設(shè)備要求簡單、水解時間短、

5、生產(chǎn)方便、設(shè)備要求簡單、水解時間短、 設(shè)備生產(chǎn)能力大。設(shè)備生產(chǎn)能力大。 缺點：缺點：要求設(shè)備耐腐蝕、耐高溫、耐高壓，要求設(shè)備耐腐蝕、耐高溫、耐高壓， 對原料要求嚴(yán)格、易發(fā)生付反應(yīng)、淀粉轉(zhuǎn)化率低。對原料要求嚴(yán)格、易發(fā)生付反應(yīng)、淀粉轉(zhuǎn)化率低。 2.酸酶法酸酶法 原理：原理： 先將淀粉水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶將其水解成先將淀粉水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶將其水解成 葡萄糖。葡萄糖。適用性：適用性：淀粉顆粒較堅硬，用酶水解需較長時間的原料。淀粉顆粒較堅硬，用酶水解需較長時間的原料。如玉米、小麥等谷物淀粉。如玉米、小麥等谷物淀粉。特點：特點：酸液化速度快，產(chǎn)品顏色淺、糖液質(zhì)量高，但水解時間較長。

6、酸液化速度快，產(chǎn)品顏色淺、糖液質(zhì)量高，但水解時間較長。3.酶解法酶解法 4.雙酶法雙酶法原理：原理：先將淀粉乳用先將淀粉乳用-淀粉酶液化，然后用酸將其水解成淀粉酶液化，然后用酸將其水解成 葡萄糖。葡萄糖。適用性：適用性：適于大米或粗淀粉原料，可省去其精制過程，避免淀粉在加工適于大米或粗淀粉原料，可省去其精制過程，避免淀粉在加工過程中的流失。過程中的流失。 原理：原理：先用淀粉酶將原料水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶先用淀粉酶將原料水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶將后者水解成葡萄糖。將后者水解成葡萄糖。 特點：特點：水解條件溫和，不要求設(shè)備耐腐蝕、耐高、耐高壓，水解條件溫和，不要求設(shè)備耐腐蝕、耐高、

7、耐高壓，對原料要求粗放，但生產(chǎn)周期長。對原料要求粗放，但生產(chǎn)周期長。 二、酸解法制糖工藝二、酸解法制糖工藝 1.酸解法制糖原理酸解法制糖原理 以酸為催化劑，在高溫條件下，淀粉發(fā)生水解反應(yīng)，以酸為催化劑，在高溫條件下，淀粉發(fā)生水解反應(yīng)， -1，4糖糖苷鍵和苷鍵和 -1，6糖苷鍵被切斷，淀粉鏈逐漸變短，淀粉先變?yōu)楹擒真I被切斷，淀粉鏈逐漸變短，淀粉先變?yōu)楹?、低聚糖、麥芽糖，最后生成葡萄糖。精、低聚糖、麥芽糖，最后生成葡萄糖?在整個水解過程中，由于受酸和熱的作用，一部分葡萄糖在整個水解過程中，由于受酸和熱的作用，一部分葡萄糖發(fā)生復(fù)合反應(yīng)和分解反應(yīng)，如下所示：發(fā)生復(fù)合反應(yīng)和分解反應(yīng)，如下所示： 復(fù)

8、合反應(yīng)復(fù)合反應(yīng) 分解反應(yīng)分解反應(yīng)復(fù)合低聚糖復(fù)合低聚糖 葡萄糖葡萄糖 有機(jī)酸、有色物有機(jī)酸、有色物 淀粉淀粉 2.淀粉酸水解工藝淀粉酸水解工藝 工藝流程工藝流程原料（淀粉、水、酸）原料（淀粉、水、酸）調(diào)漿調(diào)漿糖化糖化冷卻冷卻中和、脫色中和、脫色濾除雜濾除雜糖液糖液 水解條件水解條件 在淀粉酸解過程中，必須先將淀粉原料調(diào)成在淀粉酸解過程中，必須先將淀粉原料調(diào)成粉漿粉漿，保持一定，保持一定的的濃度和酸度濃度和酸度，然后將料液泵入糖化鍋，在一定條件下進(jìn)行，然后將料液泵入糖化鍋，在一定條件下進(jìn)行水解糖化。水解糖化。 淀粉乳濃度的選擇淀粉乳濃度的選擇淀粉水解時，淀粉乳的濃度越低，水解液的葡萄糖值越高，淀粉

9、水解時，淀粉乳的濃度越低，水解液的葡萄糖值越高，糖液色澤越淺。淀粉乳的濃度高，易發(fā)生復(fù)合分解反應(yīng)，糖液色澤越淺。淀粉乳的濃度高，易發(fā)生復(fù)合分解反應(yīng)，故一般控制在故一般控制在1011 Be。 酸的種類和影響酸的種類和影響常用的酸：常用的酸：鹽酸、硫酸和草酸。鹽酸、硫酸和草酸。催化效率：催化效率：鹽酸最強(qiáng)，其次是硫酸、草酸。鹽酸最強(qiáng)，其次是硫酸、草酸。催化能力強(qiáng)，但中和后產(chǎn)生氯化物，催化能力強(qiáng)，但中和后產(chǎn)生氯化物，增加糖液灰分，影響結(jié)晶、分離和收率。增加糖液灰分，影響結(jié)晶、分離和收率。顏色淺。顏色淺。催化能力較強(qiáng)，但用硫酸鈣中和時催化能力較強(qiáng)，但用硫酸鈣中和時,生成生成的硫酸鈣在蒸發(fā)時易生成結(jié)垢，

10、影響傳熱。的硫酸鈣在蒸發(fā)時易生成結(jié)垢，影響傳熱。 催化能力較低，用碳酸鈣中和時，生成催化能力較低，用碳酸鈣中和時，生成的草酸可基本鈣本除去，糖液純度高，的草酸可基本鈣本除去，糖液純度高，顏色淺。顏色淺。 鹽鹽 酸酸 硫硫 酸酸 草草 酸酸酸的添加方法酸的添加方法添加方法不同，對水解有很大影響。一般是先將添加方法不同，對水解有很大影響。一般是先將1/3左右的酸左右的酸用水稀釋后放入鍋內(nèi)，其余酸放入粉漿中，再泵入糖化鍋進(jìn)用水稀釋后放入鍋內(nèi)，其余酸放入粉漿中，再泵入糖化鍋進(jìn)行糖化。行糖化。 酸的添加量和添加法酸的添加量和添加法加酸量加酸量以淀粉乳的以淀粉乳的pH值為指標(biāo)，當(dāng)采用值為指標(biāo)，當(dāng)采用101

11、1 Be的淀粉的淀粉 乳時，控制乳時，控制pH值在值在1.5左右。左右。壓力和時間的選擇壓力和時間的選擇 糖化壓力與水解反應(yīng)速度成正比，壓力升高，水解反應(yīng)速度糖化壓力與水解反應(yīng)速度成正比，壓力升高，水解反應(yīng)速度加快，反應(yīng)時間短；反之，壓力降低，反應(yīng)時間加長。加快，反應(yīng)時間短；反之，壓力降低，反應(yīng)時間加長。 高溫短時間是最佳的水解方法，蒸汽壓力一般為高溫短時間是最佳的水解方法，蒸汽壓力一般為245392KPa。 糖化設(shè)備的選擇糖化設(shè)備的選擇 糖化鍋的結(jié)構(gòu)對糖液質(zhì)量有直接的影響。若糖化鍋的體積糖化鍋的結(jié)構(gòu)對糖液質(zhì)量有直接的影響。若糖化鍋的體積太大，進(jìn)出料的時間長，使淀粉水解時間差別大，部分先水解太

12、大，進(jìn)出料的時間長，使淀粉水解時間差別大，部分先水解的生成的葡萄糖易發(fā)生復(fù)合分解反應(yīng)。的生成的葡萄糖易發(fā)生復(fù)合分解反應(yīng)。 因此，一般味精廠采用的糖化鍋徑高比為因此，一般味精廠采用的糖化鍋徑高比為1：1.52.5。水解糖液的中和、脫色和除雜水解糖液的中和、脫色和除雜 在淀粉水解的同時，淀粉原料中的其它物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、在淀粉水解的同時，淀粉原料中的其它物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、脂肪、纖維素、無機(jī)鹽等也發(fā)生變化，所生成的物質(zhì)影響糖液的脂肪、纖維素、無機(jī)鹽等也發(fā)生變化，所生成的物質(zhì)影響糖液的純度。如氨基酸能與葡萄糖的分解產(chǎn)物反應(yīng)，形成色素，使糖液純度。如氨基酸能與葡萄糖的分解產(chǎn)物反應(yīng)，形成色素，使糖液色澤加深。

13、故水解糖液必須加以中和、脫色和除雜。色澤加深。故水解糖液必須加以中和、脫色和除雜。 中和中和淀粉水解糖化后，糖化液溫度很高（淀粉水解糖化后，糖化液溫度很高（140150），經(jīng)冷卻后），經(jīng)冷卻后才能中和。才能中和。中和的目的是中和的目的是降低糖化液酸度降低糖化液酸度，調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)pH值。生產(chǎn)中常用的中和值。生產(chǎn)中常用的中和劑有純堿、氫氧化鈉溶液，中和溫度控制在劑有純堿、氫氧化鈉溶液，中和溫度控制在80，終點，終點pH控制控制在在4.05.0。 脫色和除雜脫色和除雜水解糖液中的雜質(zhì)不僅對谷氨酸發(fā)酵不利，而且影響谷氨酸的水解糖液中的雜質(zhì)不僅對谷氨酸發(fā)酵不利，而且影響谷氨酸的提純。提純。糖液脫色方法糖液

14、脫色方法活性炭吸附法活性炭吸附法離子交換樹脂脫色法。離子交換樹脂脫色法?；钚蕴康挠昧繛榛钚蕴康挠昧繛?.2%0.8%，脫色溫度為，脫色溫度為7080。在脫色過程中要保證一定時間的攪拌，使活性炭充分起作用。在脫色過程中要保證一定時間的攪拌，使活性炭充分起作用。 三、雙酶法制糖工藝三、雙酶法制糖工藝 雙酶法制糖工藝主要包括淀粉的液化和糖化兩個步驟。雙酶法制糖工藝主要包括淀粉的液化和糖化兩個步驟。1.淀粉的液化淀粉的液化 在在 -淀粉酶的作用將淀粉水解生成糊精和低聚糖。淀粉酶的作用將淀粉水解生成糊精和低聚糖。 升溫液化法升溫液化法 將淀粉乳（將淀粉乳（30%40%）調(diào)整）調(diào)整pH為為6.06.5，加

15、入，加入CaCl2，使，使Ca2+達(dá)到達(dá)到0.01mol/l，加入定量的液化酶，在保持劇烈的攪拌下，加熱，加入定量的液化酶，在保持劇烈的攪拌下，加熱到到8090，保持，保持30min左右，達(dá)到所需的液化程度，然后升溫至左右，達(dá)到所需的液化程度，然后升溫至100，滅酶，滅酶10min。淀粉液化的方法淀粉液化的方法升溫液化法、高溫液化法、噴射液化法和分段液化法。升溫液化法、高溫液化法、噴射液化法和分段液化法。 2.糖化糖化 高溫液化法高溫液化法 將淀粉調(diào)整好將淀粉調(diào)整好pH和和Ca2+濃度，加入所需的液化酶，用泵將其濃度，加入所需的液化酶，用泵將其打入液化桶（桶內(nèi)有打入液化桶（桶內(nèi)有90的熱水），

16、淀粉受熱糊化、液化。由的熱水），淀粉受熱糊化、液化。由桶低流入保溫桶，桶低流入保溫桶，90保溫保溫40min ,達(dá)到所需的液化程度。達(dá)到所需的液化程度。糖化溫度和糖化溫度和pH 取決于所用糖化劑的性質(zhì)，若用曲霉糖化劑，溫度取決于所用糖化劑的性質(zhì)，若用曲霉糖化劑，溫度 控制在控制在60， pH 為為4.04.5；若用根霉糖化劑，溫度；若用根霉糖化劑，溫度 控制在控制在55， pH 為為5.0以下。以下。 在實際生產(chǎn)中，根據(jù)酶的特性，盡量選用較高的糖化溫度，在實際生產(chǎn)中，根據(jù)酶的特性，盡量選用較高的糖化溫度，這樣可以加快糖化速度，減少雜菌污染的機(jī)會。這樣可以加快糖化速度，減少雜菌污染的機(jī)會。 第三

17、節(jié)第三節(jié) 谷氨酸發(fā)酵菌谷氨酸發(fā)酵菌 短桿菌屬短桿菌屬 細(xì)胞為短的不分支的直桿菌，大多數(shù)不運動，革蘭氏染色陽性。細(xì)胞為短的不分支的直桿菌，大多數(shù)不運動，革蘭氏染色陽性。 一、谷氨酸發(fā)酵菌的特征和分類一、谷氨酸發(fā)酵菌的特征和分類 谷氨酸發(fā)酵菌分屬于棒桿菌屬、短桿菌屬、小節(jié)菌屬和節(jié)桿谷氨酸發(fā)酵菌分屬于棒桿菌屬、短桿菌屬、小節(jié)菌屬和節(jié)桿菌屬中的細(xì)菌。菌屬中的細(xì)菌。 棒桿菌屬棒桿菌屬 細(xì)胞為直或微彎的桿菌，常呈一端膨大的棒狀，不運動，革蘭細(xì)胞為直或微彎的桿菌，常呈一端膨大的棒狀，不運動，革蘭氏染色陽性。例如，氏染色陽性。例如，AS.1.299，AS.1.542等。等。 節(jié)桿菌屬節(jié)桿菌屬 主要特點是在培養(yǎng)

18、過程中出現(xiàn)細(xì)胞形態(tài)由球菌變桿菌，由桿菌變主要特點是在培養(yǎng)過程中出現(xiàn)細(xì)胞形態(tài)由球菌變桿菌，由桿菌變球菌。一般不運動。球菌。一般不運動。小節(jié)菌屬小節(jié)菌屬 為桿狀菌，形狀和排列都和棒桿菌相似，有時呈球桿菌狀。為桿狀菌，形狀和排列都和棒桿菌相似，有時呈球桿菌狀。 我國谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)中使用的菌株主要有北京棒桿菌我國谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)中使用的菌株主要有北京棒桿菌AS.1.299鈍齒棒桿菌鈍齒棒桿菌AS.1.542、HU7251、672等。等。二、谷氨酸菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)二、谷氨酸菌種的擴(kuò)大培養(yǎng) 培養(yǎng)基成分培養(yǎng)基成分 AS.1.299 AS1.542 HU7251或或B9 672蛋白胨（蛋白胨（%） 1 1 1 1

19、牛肉膏（牛肉膏（%） 1 0.5 1 1氯化鈉（氯化鈉（%） 0.5 0.5 0.5 0.5葡萄糖（葡萄糖（%） 0.1 0.1 瓊脂（瓊脂（%） 2 2 2.7 2pH 7.07.2 7.0 7.07.2 7.0普遍采用二級種子培養(yǎng)流程普遍采用二級種子培養(yǎng)流程:即即 斜面菌種斜面菌種一級種子培養(yǎng)一級種子培養(yǎng)二級種子培養(yǎng)二級種子培養(yǎng)發(fā)酵罐發(fā)酵罐 1.菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)斜面菌種培養(yǎng)：斜面菌種培養(yǎng)：32培養(yǎng)培養(yǎng)1824h 一級種子的培養(yǎng)一級種子的培養(yǎng) 二級種子的培養(yǎng)二級種子的培養(yǎng) 將培養(yǎng)好的培養(yǎng)基分裝于將培養(yǎng)好的培養(yǎng)基分裝于1000ml三角瓶中，每瓶裝三角瓶中，每瓶裝200250ml液體

20、培養(yǎng)基，瓶口用液體培養(yǎng)基，瓶口用6層紗布加一層絨布包扎，在層紗布加一層絨布包扎，在0.1MPa的蒸的蒸汽壓下滅菌汽壓下滅菌30min。每只斜面菌種接種。每只斜面菌種接種3只一級種子三角瓶。只一級種子三角瓶。接種后，接種后，32振蕩培養(yǎng)振蕩培養(yǎng)12h。培養(yǎng)好的一級種子放在。培養(yǎng)好的一級種子放在4冰箱備用。冰箱備用。通常使用種子罐培養(yǎng)，種子罐的大小是根據(jù)發(fā)酵罐的容積配套通常使用種子罐培養(yǎng)，種子罐的大小是根據(jù)發(fā)酵罐的容積配套確定的。二級種子的數(shù)量是發(fā)酵培養(yǎng)液體積的確定的。二級種子的數(shù)量是發(fā)酵培養(yǎng)液體積的1%。二級種子。二級種子的培養(yǎng)溫度為的培養(yǎng)溫度為32，時間為，時間為710h。2.、種子的質(zhì)量要求

21、、種子的質(zhì)量要求 鏡檢菌體健壯，排列整齊，大小均勻，呈單個或八字形排列。鏡檢菌體健壯，排列整齊，大小均勻，呈單個或八字形排列。 革蘭氏染色陽性。革蘭氏染色陽性。 二級種子的活菌濃度要求達(dá)到二級種子的活菌濃度要求達(dá)到108109個個/ml。 要求二級種子活力旺盛，對數(shù)期種子的呼吸強(qiáng)度（要求二級種子活力旺盛，對數(shù)期種子的呼吸強(qiáng)度（QO2） 大于大于1000 lO2/mlh。 平板檢查，菌落蛋黃色，中間隆起，表面濕潤，有光澤，平板檢查，菌落蛋黃色，中間隆起，表面濕潤，有光澤， 邊緣整齊，呈半透明狀。邊緣整齊，呈半透明狀。 小搖瓶發(fā)酵試驗，產(chǎn)酸穩(wěn)定，并在高峰。小搖瓶發(fā)酵試驗，產(chǎn)酸穩(wěn)定，并在高峰。 第四

22、節(jié)第四節(jié) 谷氨酸發(fā)酵機(jī)制及工藝控制谷氨酸發(fā)酵機(jī)制及工藝控制 一、谷氨酸生物合成途徑一、谷氨酸生物合成途徑 谷氨酸發(fā)酵是糖的需氧氧化和氨同化的生物化學(xué)過程，谷氨酸發(fā)酵是糖的需氧氧化和氨同化的生物化學(xué)過程，包括包括糖解途徑（糖解途徑（EMP途徑），磷酸己糖途徑（途徑），磷酸己糖途徑（HMP途徑），途徑），三羧酸循環(huán)途徑（三羧酸循環(huán)途徑（TCA循環(huán)），乙醛酸循環(huán)，循環(huán)），乙醛酸循環(huán)，CO2固定反應(yīng)固定反應(yīng)等。等。在谷氨酸發(fā)酵時，糖酵解經(jīng)過在谷氨酸發(fā)酵時，糖酵解經(jīng)過EMP及及HMP兩個途徑進(jìn)行。兩個途徑進(jìn)行。生物素充足菌生物素充足菌HMP途徑所占的比例是途徑所占的比例是38%生物素亞適量生物素亞適量E

23、MP途徑所占的比例更大途徑所占的比例更大74%。HMP途徑所占比例約為途徑所占比例約為26。由葡萄糖生物合成谷氨酸的代謝途徑見下圖由葡萄糖生物合成谷氨酸的代謝途徑見下圖 。由葡萄糖生物合成谷氨酸由葡萄糖生物合成谷氨酸 二、谷氨酸生產(chǎn)原料二、谷氨酸生產(chǎn)原料 包括包括碳源、氮源、無機(jī)鹽和生長因子碳源、氮源、無機(jī)鹽和生長因子等。等。 發(fā)酵原料的選擇原則發(fā)酵原料的選擇原則 首先考慮菌體生長繁殖的營養(yǎng)；首先考慮菌體生長繁殖的營養(yǎng)； 考慮到有利于谷氨酸的大量積累；考慮到有利于谷氨酸的大量積累； 還要考慮原料豐富，價格便宜；還要考慮原料豐富，價格便宜； 發(fā)酵周期短，產(chǎn)品易提取等因素。發(fā)酵周期短，產(chǎn)品易提取等

24、因素。 1.1.碳源碳源 它是構(gòu)成微生物細(xì)胞和合成谷氨酸的碳架及能量的它是構(gòu)成微生物細(xì)胞和合成谷氨酸的碳架及能量的營養(yǎng)物質(zhì)。谷氨酸產(chǎn)生菌是異養(yǎng)型微生物，只能從有營養(yǎng)物質(zhì)。谷氨酸產(chǎn)生菌是異養(yǎng)型微生物，只能從有機(jī)化合物中取得碳素，并以氧化分解有機(jī)化合物產(chǎn)生機(jī)化合物中取得碳素，并以氧化分解有機(jī)化合物產(chǎn)生的能量供給細(xì)胞生長需要。的能量供給細(xì)胞生長需要。 碳源的種類很多，常用的有碳源的種類很多，常用的有糖類、脂肪、有機(jī)酸、糖類、脂肪、有機(jī)酸、某些醇類和烴類。某些醇類和烴類。 2.2.氮源氮源 一般的發(fā)酵工業(yè)一般的發(fā)酵工業(yè)碳氮比碳氮比為為100100：0.20.22 2，谷氨酸發(fā)酵的，谷氨酸發(fā)酵的碳氮比為

25、碳氮比為100100：0.50.52.02.0，當(dāng)碳氮比為，當(dāng)碳氮比為100100：0.50.52.02.0時，時，只能合成菌體，而不產(chǎn)谷氨酸。碳氮比在只能合成菌體，而不產(chǎn)谷氨酸。碳氮比在100100：11l11l以上時，以上時，才開始積累谷氨酸。才開始積累谷氨酸。 氮源種類：氮源種類：無機(jī)氮和有機(jī)氮無機(jī)氮和有機(jī)氮。無機(jī)氮有無機(jī)氮有氨水、尿素、硫酸銨、碳酸銨、氯化銨；硝酸銨氨水、尿素、硫酸銨、碳酸銨、氯化銨；硝酸銨等。等。菌體利用無機(jī)氮源較有機(jī)氮源迅速，銨氮、尿素氮比硝基氮優(yōu)越，菌體利用無機(jī)氮源較有機(jī)氮源迅速，銨氮、尿素氮比硝基氮優(yōu)越，目前生產(chǎn)上多采用尿素為氮源，采用分批流加，其初尿用量是根目

26、前生產(chǎn)上多采用尿素為氮源，采用分批流加，其初尿用量是根據(jù)菌種的脲酶的強(qiáng)據(jù)菌種的脲酶的強(qiáng)弱及耐尿程度決定。弱及耐尿程度決定。 注：注：尿素流加時溫度不宜過高尿素流加時溫度不宜過高( (不超過不超過45)45)，否則游離氨過多，否則游離氨過多，使初使初pHpH過高，抑制菌體生長。發(fā)酵初尿流加應(yīng)在培養(yǎng)液冷卻至室溫過高，抑制菌體生長。發(fā)酵初尿流加應(yīng)在培養(yǎng)液冷卻至室溫后加入，以防止溫度高，尿素分解，后加入，以防止溫度高，尿素分解，pHpH升高，生成不溶性磷酸銨升高，生成不溶性磷酸銨鎂鹽。鎂鹽。 3. 3.無機(jī)鹽無機(jī)鹽 微生物所需要的無機(jī)鹽有硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物以及含鉀、微生物所需要的無機(jī)鹽有硫酸鹽、磷

27、酸鹽、氯化物以及含鉀、鈉、鎂、鐵的化合物等。有的還需要微量元素，如鐵、錳、鋅、鈉、鎂、鐵的化合物等。有的還需要微量元素，如鐵、錳、鋅、銅、鈷、硼等。銅、鈷、硼等。 工業(yè)生產(chǎn)上常用的工業(yè)生產(chǎn)上常用的無機(jī)磷有無機(jī)磷有K2HP043H20或或Na2HP0412H20。鎂是很多酶促反應(yīng)中的無機(jī)激活劑。鎂是很多酶促反應(yīng)中的無機(jī)激活劑。硫是構(gòu)成蛋白質(zhì)和某些酶的活性基。硫是構(gòu)成蛋白質(zhì)和某些酶的活性基。鈉在培養(yǎng)基中起著調(diào)節(jié)滲透壓的作用。鈉在培養(yǎng)基中起著調(diào)節(jié)滲透壓的作用。錳是許多酶的激活劑，其需要量極少，一般培養(yǎng)基中使用錳是許多酶的激活劑，其需要量極少，一般培養(yǎng)基中使用MnS044H20其濃度為其濃度為2mg/

28、kg2mg/kg。 4. 4.生長因子生長因子 微生物生長所不可缺少的微量的有機(jī)物稱為生長因子，包括微生物生長所不可缺少的微量的有機(jī)物稱為生長因子，包括氨基酸、嘌呤、維生素氨基酸、嘌呤、維生素等，一般谷氨酸產(chǎn)生菌絕大多數(shù)為生物等，一般谷氨酸產(chǎn)生菌絕大多數(shù)為生物素缺陷型，以生物素為生長因子。素缺陷型，以生物素為生長因子。 三、谷氨酸發(fā)酵條件的控制三、谷氨酸發(fā)酵條件的控制 谷氨酸菌的最適生長溫度與產(chǎn)物生成所需溫度不同。其最適生長溫度為谷氨酸菌的最適生長溫度與產(chǎn)物生成所需溫度不同。其最適生長溫度為303032C32C，谷氨酸形成的最適溫度為谷氨酸形成的最適溫度為343437C37C。在谷氨酸發(fā)酵前期

29、，若溫度過高，菌種易衰老，。在谷氨酸發(fā)酵前期，若溫度過高，菌種易衰老，耗糖慢，谷氨酸耗糖慢，谷氨酸產(chǎn)量低。因此，前期溫度上升要緩慢。在發(fā)酵中期，溫度上升要產(chǎn)量低。因此，前期溫度上升要緩慢。在發(fā)酵中期，溫度上升要快，后期逐漸緩和。在發(fā)酵中、后期，若發(fā)酵溫度太低，則發(fā)酵快，后期逐漸緩和。在發(fā)酵中、后期，若發(fā)酵溫度太低，則發(fā)酵周期長，且利于產(chǎn)酸。所以，在生產(chǎn)上可根據(jù)菌種特點，采用二周期長，且利于產(chǎn)酸。所以，在生產(chǎn)上可根據(jù)菌種特點，采用二級或三級管理溫度，即發(fā)酵前期長菌體階段控制在級或三級管理溫度，即發(fā)酵前期長菌體階段控制在30303232，發(fā)，發(fā)酵中、后期為酵中、后期為34343737。 2. 2.

30、發(fā)酵過程中發(fā)酵過程中pHpH的控制的控制 谷氨酸發(fā)酵在中性和微堿性條件下可積累谷氨酸，而在酸性條谷氨酸發(fā)酵在中性和微堿性條件下可積累谷氨酸，而在酸性條件下則容易形成谷酰胺和件下則容易形成谷酰胺和N N乙酰谷酰胺。發(fā)酵過程中，培養(yǎng)液乙酰谷酰胺。發(fā)酵過程中，培養(yǎng)液中的糖分被利用，氧化成中間產(chǎn)物有機(jī)酸，中的糖分被利用，氧化成中間產(chǎn)物有機(jī)酸，pHpH下降。有機(jī)氮被利下降。有機(jī)氮被利用，釋放氨，則用，釋放氨，則pHpH升高。因此，由于菌種的新陳代謝，培養(yǎng)液成升高。因此，由于菌種的新陳代謝，培養(yǎng)液成分不斷變化，分不斷變化，pHpH有時升高，有時降低。有時升高，有時降低。 pHpH的變化：的變化：發(fā)酵前期發(fā)

31、酵前期pHpH低，菌體生長旺盛，只長菌不產(chǎn)酸。低，菌體生長旺盛，只長菌不產(chǎn)酸。發(fā)酵前期發(fā)酵前期pHpH過高過高(8(80 0以上以上) )，則對菌體生長不利，糖代謝緩，則對菌體生長不利，糖代謝緩慢，發(fā)酵時間延長。但在發(fā)酵前期慢，發(fā)酵時間延長。但在發(fā)酵前期pHpH稍高些，對抑制雜菌生稍高些，對抑制雜菌生長有利。因此發(fā)酵前期應(yīng)控制長有利。因此發(fā)酵前期應(yīng)控制pHpH為為7 75 5左右。發(fā)酵中、后期左右。發(fā)酵中、后期控制控制pH7pH72 2左右，因為谷氨酸脫氫酶的最適作用左右，因為谷氨酸脫氫酶的最適作用pHpH為為7 70 07 72 2，氨基轉(zhuǎn)移酶的最適作用，氨基轉(zhuǎn)移酶的最適作用pHpH為為7

32、72 27 74 4。若發(fā)酵后期。若發(fā)酵后期pHpH較高較高(7(75 58 80)0)，菌體自溶，谷氨酸轉(zhuǎn)成谷氨酰胺。通，菌體自溶，谷氨酸轉(zhuǎn)成谷氨酰胺。通常采用氨水流加法和尿素流加法調(diào)節(jié)常采用氨水流加法和尿素流加法調(diào)節(jié)pHpH。 3. 3.菌齡及接種量的控制菌齡及接種量的控制 菌齡是指種子的培養(yǎng)時間。微生物的生長大致可分為適菌齡是指種子的培養(yǎng)時間。微生物的生長大致可分為適應(yīng)期、對數(shù)期、穩(wěn)定期、衰老期。所接的菌種處于哪個生應(yīng)期、對數(shù)期、穩(wěn)定期、衰老期。所接的菌種處于哪個生長階段對適應(yīng)期的長短有很大影響，若用處于活力旺盛的長階段對適應(yīng)期的長短有很大影響，若用處于活力旺盛的對數(shù)期的谷氨酸菌種為種子

33、，可縮短適應(yīng)期。若菌齡過長，則對數(shù)期的谷氨酸菌種為種子，可縮短適應(yīng)期。若菌齡過長，則菌種活力降低，代謝產(chǎn)物增多。菌種活力降低，代謝產(chǎn)物增多。種齡：種齡：一級種子菌齡控制在一級種子菌齡控制在111112h12h，二級種子菌齡為，二級種子菌齡為7 78h8h。種量：種量：指接入發(fā)酵罐內(nèi)種子的量占發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵培養(yǎng)基量的百指接入發(fā)酵罐內(nèi)種子的量占發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵培養(yǎng)基量的百分比。接種量的多少對適應(yīng)期的延續(xù)時間也有很大的影響。接分比。接種量的多少對適應(yīng)期的延續(xù)時間也有很大的影響。接種量一般以種量一般以1 1為好。種量過多，使菌體生長速度過快，菌體為好。種量過多，使菌體生長速度過快，菌體嬌嫩，不強(qiáng)壯，提前衰老

34、自溶，后期產(chǎn)酸不高；如果接種量過嬌嫩，不強(qiáng)壯，提前衰老自溶，后期產(chǎn)酸不高；如果接種量過少，則菌體增長緩慢，會導(dǎo)致發(fā)酵時間延長，容易染菌。少，則菌體增長緩慢，會導(dǎo)致發(fā)酵時間延長，容易染菌。 4. 4.通風(fēng)量與攪拌速度的控制通風(fēng)量與攪拌速度的控制 谷氨酸產(chǎn)生菌是兼性好氧菌，它進(jìn)行呼吸和合成細(xì)胞物質(zhì)時需谷氨酸產(chǎn)生菌是兼性好氧菌，它進(jìn)行呼吸和合成細(xì)胞物質(zhì)時需要氧氣。因此，在進(jìn)行谷氨酸發(fā)酵時，需要大量供給菌體生長及要氧氣。因此，在進(jìn)行谷氨酸發(fā)酵時，需要大量供給菌體生長及發(fā)酵所需的氧。谷氨酸菌只能利用溶解氧，而氧是難溶于水的氣發(fā)酵所需的氧。谷氨酸菌只能利用溶解氧，而氧是難溶于水的氣體，所以在發(fā)酵過程中，需

35、要不斷補(bǔ)充無菌空氣。不同的種齡、體，所以在發(fā)酵過程中，需要不斷補(bǔ)充無菌空氣。不同的種齡、接種量，培養(yǎng)基成分，發(fā)酵階段及發(fā)酵罐，要求通風(fēng)量不同。接種量，培養(yǎng)基成分，發(fā)酵階段及發(fā)酵罐，要求通風(fēng)量不同。 菌體生長繁殖期：菌體生長繁殖期： 要求溶氧系數(shù)要求溶氧系數(shù)KdKd為為(4(46) 6) 10-7molO10-7molO2 2(mL(mLminminatm)atm)； 谷氨酸形成階段：谷氨酸形成階段： 溶氧系數(shù)為溶氧系數(shù)為(1.5(1.51.8) 1.8) 106mol02(mL(mLminminatm)atm)。 在長菌階段，若供氧過量，在生物素限量下，抑制菌體生長，在長菌階段，若供氧過量，在

36、生物素限量下，抑制菌體生長，表現(xiàn)為耗糖慢，長菌慢，表現(xiàn)為耗糖慢，長菌慢，pHpH偏高，且不易下降。在發(fā)酵產(chǎn)酸階偏高，且不易下降。在發(fā)酵產(chǎn)酸階段，需要大量供氧，如通氣量不足，往往表現(xiàn)出段，需要大量供氧，如通氣量不足，往往表現(xiàn)出pHpH低，耗糖快，低，耗糖快，長菌不產(chǎn)酸，而積累乳酸和琥珀酸。而這時通氣量過大，也不長菌不產(chǎn)酸，而積累乳酸和琥珀酸。而這時通氣量過大，也不利于利于r r酮戊二酸進(jìn)一步還原氨基化，而大量積累酮戊二酸進(jìn)一步還原氨基化，而大量積累 - -酮戊二酸。因酮戊二酸。因此，只有在適量通氣條件下，才有可能大量積累谷氨酸。此，只有在適量通氣條件下，才有可能大量積累谷氨酸。 溶解氧的控制：溶

37、解氧的控制：大小是由大小是由通風(fēng)通風(fēng)與與攪拌攪拌兩方面決定的，與攪兩方面決定的，與攪拌器的型式、直徑大小、攪拌轉(zhuǎn)速、攪拌器在發(fā)酵罐內(nèi)的相對拌器的型式、直徑大小、攪拌轉(zhuǎn)速、攪拌器在發(fā)酵罐內(nèi)的相對位置因素等有關(guān)。一般攪拌器直徑大，轉(zhuǎn)速快，溶氧系數(shù)大。位置因素等有關(guān)。一般攪拌器直徑大，轉(zhuǎn)速快，溶氧系數(shù)大。所以，增大攪拌轉(zhuǎn)速比增加通風(fēng)量對溶氧系數(shù)提高更為顯著。所以，增大攪拌轉(zhuǎn)速比增加通風(fēng)量對溶氧系數(shù)提高更為顯著。 具體操作：具體操作： 發(fā)酵前期，以低通風(fēng)量為宜；發(fā)酵前期，以低通風(fēng)量為宜； 發(fā)酵中、后期，以高通風(fēng)量為好。發(fā)酵中、后期，以高通風(fēng)量為好。 當(dāng)培養(yǎng)基濃度高、營養(yǎng)豐富、生物素用量大時，應(yīng)采用高通

38、當(dāng)培養(yǎng)基濃度高、營養(yǎng)豐富、生物素用量大時，應(yīng)采用高通風(fēng)量。當(dāng)菌體生長緩慢、風(fēng)量。當(dāng)菌體生長緩慢、pHpH偏高時，應(yīng)減少通風(fēng)量，或停止攪拌，偏高時，應(yīng)減少通風(fēng)量，或停止攪拌，以利于長菌。當(dāng)菌體生長快、耗糖快時，應(yīng)提高通風(fēng)量，以抑制以利于長菌。當(dāng)菌體生長快、耗糖快時，應(yīng)提高通風(fēng)量，以抑制生長和滿足合成谷氨酸所必須的足夠能量。生長和滿足合成谷氨酸所必須的足夠能量。 5. 5.泡沫的控制泡沫的控制 在好氣發(fā)酵中，由于通風(fēng)和攪拌產(chǎn)生一定量的小氣泡，泡沫在好氣發(fā)酵中，由于通風(fēng)和攪拌產(chǎn)生一定量的小氣泡，泡沫過多會帶來一系列的問題，影響發(fā)酵的正常進(jìn)行。所以，需要過多會帶來一系列的問題，影響發(fā)酵的正常進(jìn)行。所以

39、，需要控制泡沫的產(chǎn)生。控制泡沫的產(chǎn)生。 消除泡沫的方法：消除泡沫的方法： 一是機(jī)械消泡一是機(jī)械消泡 即借助機(jī)械力將泡沫打破，或借壓力變化使泡即借助機(jī)械力將泡沫打破，或借壓力變化使泡沫破裂。它的優(yōu)點是不用在發(fā)酵液中加其他物質(zhì)，節(jié)省原料沫破裂。它的優(yōu)點是不用在發(fā)酵液中加其他物質(zhì)，節(jié)省原料( (消泡消泡劑劑) )，減少污染機(jī)會。但此法不能從根本上消除引起泡沫的因素，減少污染機(jī)會。但此法不能從根本上消除引起泡沫的因素，消泡效果不如化學(xué)消泡好。消泡效果不如化學(xué)消泡好。 二是化學(xué)消泡劑消泡二是化學(xué)消泡劑消泡 利用消泡劑進(jìn)行消泡，其作用機(jī)理是當(dāng)利用消泡劑進(jìn)行消泡，其作用機(jī)理是當(dāng)消泡劑與氣泡膜面接觸時，使泡膜

40、局部的表面張力降低，力的平消泡劑與氣泡膜面接觸時，使泡膜局部的表面張力降低，力的平衡受破壞，氣泡破裂，產(chǎn)生氣泡合并，最后導(dǎo)致泡沫破滅。衡受破壞，氣泡破裂，產(chǎn)生氣泡合并，最后導(dǎo)致泡沫破滅。常用的消泡劑常用的消泡劑： 植物油植物油( (豆油、花生油等豆油、花生油等) )、礦物油、礦物油( (石蠟油石蠟油) )、合成消泡劑合成消泡劑( (泡敵泡敵) )。該法的優(yōu)點是消泡效果好，作用迅速，用量。該法的優(yōu)點是消泡效果好，作用迅速，用量少。缺點是消泡劑選擇不當(dāng)會影響菌體生長繁殖或影響代謝產(chǎn)物少。缺點是消泡劑選擇不當(dāng)會影響菌體生長繁殖或影響代謝產(chǎn)物的積累，操作上增加染菌的機(jī)會。的積累，操作上增加染菌的機(jī)會。

41、 四、提高谷氨酸發(fā)酵產(chǎn)率的措施四、提高谷氨酸發(fā)酵產(chǎn)率的措施 1.1.選育高產(chǎn)菌種選育高產(chǎn)菌種 選育高產(chǎn)菌種是提高谷氨酸發(fā)酵產(chǎn)率的主要途徑。國內(nèi)外都很選育高產(chǎn)菌種是提高谷氨酸發(fā)酵產(chǎn)率的主要途徑。國內(nèi)外都很重視菌種的選育工作。高產(chǎn)菌株的選育可通過菌種自發(fā)突變過程重視菌種的選育工作。高產(chǎn)菌株的選育可通過菌種自發(fā)突變過程中挑選出來；也可利用物理或化學(xué)誘變劑處理微生物細(xì)胞群，促中挑選出來；也可利用物理或化學(xué)誘變劑處理微生物細(xì)胞群，促使其突變，然后采用快速、高效的篩選方法，挑選出符合育種目使其突變，然后采用快速、高效的篩選方法，挑選出符合育種目的的突變株；還可采用體外的的突變株；還可采用體外DNADNA重

42、組、原生質(zhì)體融合等技術(shù)重組、原生質(zhì)體融合等技術(shù)“創(chuàng)造創(chuàng)造”出高產(chǎn)菌。例如，近年來在棒狀桿菌中已檢出若干種質(zhì)粒，如出高產(chǎn)菌。例如，近年來在棒狀桿菌中已檢出若干種質(zhì)粒，如pAM4286pAM4286，pAM330pAM330，pAMl519pAMl519等。用重組等。用重組DNADNA技術(shù)提高短桿菌和棒技術(shù)提高短桿菌和棒桿菌的谷氨酸產(chǎn)量已獲得成功。所得的轉(zhuǎn)化子比供體菌提高一倍。桿菌的谷氨酸產(chǎn)量已獲得成功。所得的轉(zhuǎn)化子比供體菌提高一倍。此外，通過原生質(zhì)體融合技術(shù)也獲得比親株谷氨酸產(chǎn)量有所提高此外，通過原生質(zhì)體融合技術(shù)也獲得比親株谷氨酸產(chǎn)量有所提高的融合子。的融合子。 高產(chǎn)谷氨酸菌株應(yīng)具備以下特征：高

43、產(chǎn)谷氨酸菌株應(yīng)具備以下特征： 喪失喪失-酮戊二酸脫氫酶的氧化能力；酮戊二酸脫氫酶的氧化能力； 谷氨酸脫氫酶活力強(qiáng)；谷氨酸脫氫酶活力強(qiáng)； 氧化還原氨基化反應(yīng)強(qiáng)；氧化還原氨基化反應(yīng)強(qiáng)； C0C02 2固定反應(yīng)強(qiáng)；固定反應(yīng)強(qiáng)； 異檸檬酸脫氫酶活力強(qiáng)；異檸檬酸脫氫酶活力強(qiáng)； 不分解和利用谷氨酸；不分解和利用谷氨酸； 耐高糖、高濃度谷氨酸。耐高糖、高濃度谷氨酸。 2. 2.根據(jù)菌種特性控制最適宜的發(fā)酵條件根據(jù)菌種特性控制最適宜的發(fā)酵條件 控制最適宜的環(huán)境條件是提高發(fā)酵產(chǎn)率的重要條件。在谷氨酸控制最適宜的環(huán)境條件是提高發(fā)酵產(chǎn)率的重要條件。在谷氨酸發(fā)酵中，應(yīng)根據(jù)菌種特性，控制好發(fā)酵中，應(yīng)根據(jù)菌種特性，控制好

44、生物素、磷、生物素、磷、N N源、源、pHpH、氧傳遞、氧傳遞速率、排氣中速率、排氣中CO2CO2和和0202含量、氧化還原電位以及溫度含量、氧化還原電位以及溫度等，從而等，從而控制好菌體繁殖及產(chǎn)物形成、能量代謝與產(chǎn)物合成，副產(chǎn)物與主控制好菌體繁殖及產(chǎn)物形成、能量代謝與產(chǎn)物合成，副產(chǎn)物與主產(chǎn)物合成等關(guān)系，使底物最大限度地被用來合成主產(chǎn)物。為了實產(chǎn)物合成等關(guān)系，使底物最大限度地被用來合成主產(chǎn)物。為了實現(xiàn)發(fā)酵過程工藝條件最佳化，國外利用電子計算機(jī)進(jìn)行資料收集，現(xiàn)發(fā)酵過程工藝條件最佳化，國外利用電子計算機(jī)進(jìn)行資料收集，數(shù)據(jù)解析、程序控制，從而準(zhǔn)確地取樣、檢測，并及時處理數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)解析、程序控制，從而

45、準(zhǔn)確地取樣、檢測，并及時處理數(shù)據(jù)，使操作條件最佳化。使操作條件最佳化。 3. 3.追加糖液法追加糖液法 追加糖液的發(fā)酵法是谷氨酸發(fā)酵法普遍采用的一種方法。即采追加糖液的發(fā)酵法是谷氨酸發(fā)酵法普遍采用的一種方法。即采用用較低的初糖濃度和大接種量較低的初糖濃度和大接種量，以利于菌體迅速繁殖，獲得生產(chǎn)，以利于菌體迅速繁殖，獲得生產(chǎn)需要的足夠強(qiáng)壯的菌體。然后創(chuàng)造有利條件，使菌體從長菌階段需要的足夠強(qiáng)壯的菌體。然后創(chuàng)造有利條件，使菌體從長菌階段轉(zhuǎn)入產(chǎn)酸階段，縮短發(fā)酵時間。當(dāng)菌體處在生長對數(shù)期的末期，轉(zhuǎn)入產(chǎn)酸階段，縮短發(fā)酵時間。當(dāng)菌體處在生長對數(shù)期的末期，追加糖液，維持一定的糖濃度，繼續(xù)發(fā)酵，則產(chǎn)酸率和轉(zhuǎn)化

46、率會追加糖液，維持一定的糖濃度，繼續(xù)發(fā)酵，則產(chǎn)酸率和轉(zhuǎn)化率會大為提高。大為提高。 另外，還有添加青霉素流加糖法，以甜菜、糖蜜為原另外，還有添加青霉素流加糖法，以甜菜、糖蜜為原料添加吐溫法等。料添加吐溫法等。 第五節(jié)第五節(jié) 噬菌體與雜菌的防治噬菌體與雜菌的防治 一、谷氨酸發(fā)酵中噬菌體的污染與防治一、谷氨酸發(fā)酵中噬菌體的污染與防治 噬菌體對發(fā)酵的危害噬菌體對發(fā)酵的危害 在谷氨酸發(fā)酵過程中，若菌體受到噬在谷氨酸發(fā)酵過程中，若菌體受到噬菌體的侵染，一般會發(fā)生溶菌、發(fā)酵遲緩或停止等現(xiàn)象，結(jié)果造菌體的侵染，一般會發(fā)生溶菌、發(fā)酵遲緩或停止等現(xiàn)象，結(jié)果造成不再積累谷氨酸，嚴(yán)重的會引起倒罐，甚至連續(xù)倒罐。為防止

47、成不再積累谷氨酸，嚴(yán)重的會引起倒罐，甚至連續(xù)倒罐。為防止噬菌體的侵染，首先要了解谷氨酸噬菌體的特性，從而加以防治，噬菌體的侵染，首先要了解谷氨酸噬菌體的特性，從而加以防治，確保谷氨酸發(fā)酵順利進(jìn)行。確保谷氨酸發(fā)酵順利進(jìn)行。 ( (一一) )谷氨酸噬菌體的主要特征谷氨酸噬菌體的主要特征 1 1具有非常專一的寄生性。具有非常專一的寄生性。 2 2不耐熱性不耐熱性( (在在70C70C，5min5min均死亡均死亡) )。 3 3pHpH的穩(wěn)定性。的穩(wěn)定性。pH7pH79 9時，穩(wěn)定；低于時，穩(wěn)定；低于6 6或高于或高于1010時，失活；時，失活；小于小于4 4時完全失活。時完全失活。 4 4嗜氧性。

48、在低溶氧情況下，抑制生長。嗜氧性。在低溶氧情況下，抑制生長。 5 5對干燥的穩(wěn)定性。環(huán)境越干燥，噬菌體越不易死。在潮濕情對干燥的穩(wěn)定性。環(huán)境越干燥，噬菌體越不易死。在潮濕情 況下，易死亡。況下，易死亡。 6 6不耐藥性。在甲醛不耐藥性。在甲醛0 05 5、苯酚、苯酚0 05 5、漂白粉、漂白粉1 15 5、石、石 灰水灰水1 1下均可殺死噬菌體。下均可殺死噬菌體。 ( (二二) )谷氨酸發(fā)酵污染噬菌體后的異常現(xiàn)象谷氨酸發(fā)酵污染噬菌體后的異?，F(xiàn)象 1 1發(fā)酵液光密度在初期開始上升，而后又下降或不上升。發(fā)酵液光密度在初期開始上升，而后又下降或不上升。 2 2發(fā)酵液發(fā)酵液pHpH逐漸上升，逐漸上升，

49、4 48h8h內(nèi)可達(dá)內(nèi)可達(dá)8 80 0以上，且不下降，以上，且不下降， 3 3不耗糖或耗糖緩慢。不耗糖或耗糖緩慢。 4 4泡沫大、黏度大、有時呈膠狀；可拔絲。泡沫大、黏度大、有時呈膠狀；可拔絲。 5 5發(fā)酵周期長，產(chǎn)酸低或不產(chǎn)酸。發(fā)酵周期長，產(chǎn)酸低或不產(chǎn)酸。 6 6鏡檢時，菌體減少，缺少八字排列，菌體變胖，革蘭氏染鏡檢時，菌體減少，缺少八字排列，菌體變胖，革蘭氏染色呈紅色片狀。嚴(yán)重時呈網(wǎng)狀或魚翅狀，幾乎看不到完整的細(xì)胞色呈紅色片狀。嚴(yán)重時呈網(wǎng)狀或魚翅狀，幾乎看不到完整的細(xì)胞 7 7發(fā)酵中后期，周期稍有延長，溫度緩慢上升，谷氨酸產(chǎn)發(fā)酵中后期，周期稍有延長，溫度緩慢上升，谷氨酸產(chǎn) 量有所提高量有所

50、提高( (菌體破裂釋放出谷氨酸菌體破裂釋放出谷氨酸) )。 8 8平板檢查時，有噬菌斑。搖瓶發(fā)酵，發(fā)酵液稀而清。平板檢查時，有噬菌斑。搖瓶發(fā)酵，發(fā)酵液稀而清。 9 9發(fā)酵液殘?zhí)歉摺㈩伾珳?、發(fā)灰、發(fā)紅、有刺激性臭味，黏發(fā)酵液殘?zhí)歉?、顏色渾、發(fā)灰、發(fā)紅、有刺激性臭味，黏 度大，泡沫多，難中和，過濾困難。度大，泡沫多，難中和，過濾困難。 ( (三三) )防治噬菌體污染的主要措施防治噬菌體污染的主要措施 1.1.嚴(yán)格控制活菌體的排放嚴(yán)格控制活菌體的排放 搖瓶液、取樣液、廢棄菌液或發(fā)酵液均應(yīng)先滅菌，后排放。已搖瓶液、取樣液、廢棄菌液或發(fā)酵液均應(yīng)先滅菌，后排放。已經(jīng)污染了噬菌體的發(fā)酵液或種子液應(yīng)先滅菌經(jīng)污

51、染了噬菌體的發(fā)酵液或種子液應(yīng)先滅菌(80C(80C，5min)5min)，再進(jìn)行，再進(jìn)行提取或排放。提取的母液不能亂扔，應(yīng)經(jīng)密閉陰溝或遠(yuǎn)離空壓機(jī)房提取或排放。提取的母液不能亂扔，應(yīng)經(jīng)密閉陰溝或遠(yuǎn)離空壓機(jī)房和發(fā)酵車間，才可排放。和發(fā)酵車間，才可排放。 必須建立工廠環(huán)境清潔衛(wèi)生制度，要定期使用藥劑沖刷地面。必須建立工廠環(huán)境清潔衛(wèi)生制度，要定期使用藥劑沖刷地面。 2. 2.嚴(yán)防噬菌體進(jìn)入種子罐或發(fā)酵罐嚴(yán)防噬菌體進(jìn)入種子罐或發(fā)酵罐 種子室要遠(yuǎn)離發(fā)酵車間，嚴(yán)防種子帶人噬菌體，制定檢查噬菌種子室要遠(yuǎn)離發(fā)酵車間，嚴(yán)防種子帶人噬菌體，制定檢查噬菌體的制度。各級種子的制備要嚴(yán)格滅菌。輪換使用菌種或使用抗體的制度

52、。各級種子的制備要嚴(yán)格滅菌。輪換使用菌種或使用抗噬菌體的菌株均可防止噬菌體污染。還可進(jìn)行藥物防治或選育抗噬菌體的菌株均可防止噬菌體污染。還可進(jìn)行藥物防治或選育抗鏈霉素突變株。進(jìn)行藥物防治可添加金屬螯合劑鏈霉素突變株。進(jìn)行藥物防治可添加金屬螯合劑( (抑制噬菌體的吸抑制噬菌體的吸附或附或DNADNA的注入的注入) )、表面活性劑、表面活性劑( (作用于細(xì)菌表面，抑制噬菌體的吸作用于細(xì)菌表面，抑制噬菌體的吸附附) )、抗生素、抗生素( (抑制噬菌體蛋白質(zhì)合成抑制噬菌體蛋白質(zhì)合成) )等。等。 3 3發(fā)酵罐中污染噬菌體后的搶救發(fā)酵罐中污染噬菌體后的搶救 谷氨酸發(fā)酵前期感染了噬谷氨酸發(fā)酵前期感染了噬菌

53、體后，可以采用一系列搶救措施，以減少損失。菌體后，可以采用一系列搶救措施，以減少損失。 (1)(1)抗性菌法?？剐跃ā０l(fā)現(xiàn)噬菌體后，應(yīng)停止攪拌，小通風(fēng)，降低發(fā)現(xiàn)噬菌體后，應(yīng)停止攪拌，小通風(fēng)，降低pHpH，立即培養(yǎng)抗性種子，然后接人發(fā)酵液中；并補(bǔ)加立即培養(yǎng)抗性種子，然后接人發(fā)酵液中；并補(bǔ)加1 13 3的不調(diào)的不調(diào)pHpH的玉米漿。的玉米漿。 (2)(2)輪換菌種法。輪換菌種法。發(fā)現(xiàn)噬菌體后，停止攪拌，小通風(fēng)，降低發(fā)現(xiàn)噬菌體后，停止攪拌，小通風(fēng)，降低pHpH，輪換使用菌種，如輪換使用菌種，如672672換換Asl.299Asl.299、Asl.299Asl.299換換Asl.542Asl.542

54、、Asl.542Asl.542換換Asl.299Asl.299。不加初尿，并補(bǔ)充。不加初尿，并補(bǔ)充30304040的玉米漿的玉米漿( (不調(diào)不調(diào)pH)pH)，適當(dāng)加磷、鎂適當(dāng)加磷、鎂( (為正常量的為正常量的1 13)3)。若。若pHpH仍偏高，可停止攪拌，適仍偏高，可停止攪拌，適當(dāng)通風(fēng)，至當(dāng)通風(fēng)，至pHpH正常，正常，ODOD值增長后再開始攪拌。值增長后再開始攪拌。 (3) (3)滅噬菌體法。滅噬菌體法。發(fā)現(xiàn)污染噬菌體后，停攪拌，小通風(fēng)，降低發(fā)現(xiàn)污染噬菌體后，停攪拌，小通風(fēng)，降低pHpH，在罐內(nèi)用夾層，在罐內(nèi)用夾層( (或冷卻管或冷卻管) )加熱至加熱至707080128012，并自頂蓋通人

55、，并自頂蓋通人蒸人蒸人2 2的種子，繼續(xù)發(fā)酵。汽，自排汽口排出。因噬菌體不耐的種子，繼續(xù)發(fā)酵。汽，自排汽口排出。因噬菌體不耐熱，加熱可殺死發(fā)酵液內(nèi)的噬菌體，通蒸汽可殺死發(fā)酵罐空間熱，加熱可殺死發(fā)酵液內(nèi)的噬菌體，通蒸汽可殺死發(fā)酵罐空間及管道內(nèi)的噬菌體。冷卻后，若及管道內(nèi)的噬菌體。冷卻后，若pHpH過高，停止攪拌，小通風(fēng)，過高，停止攪拌，小通風(fēng)，降低降低pHpH，接大二倍量的原菌種，至，接大二倍量的原菌種，至pHpH正常后開始攪拌。正常后開始攪拌。 (4)(4)放罐重消毒。放罐重消毒。發(fā)現(xiàn)噬菌體后，放罐，調(diào)發(fā)現(xiàn)噬菌體后，放罐，調(diào)pHpH，補(bǔ)加，補(bǔ)加1 12 2的玉的玉米漿和米漿和1 13 3的水解

56、糖，重新滅菌，適當(dāng)降低溫度，不加初料，然的水解糖，重新滅菌，適當(dāng)降低溫度，不加初料，然后接入后接入2%2%的種子，繼續(xù)發(fā)酵。的種子，繼續(xù)發(fā)酵。 二、谷氨酸發(fā)酵中雜菌的污染與防治二、谷氨酸發(fā)酵中雜菌的污染與防治 谷氨酸發(fā)酵要求純種培養(yǎng)，若遭受了雜菌的污染，輕者影響谷氨酸發(fā)酵要求純種培養(yǎng)，若遭受了雜菌的污染，輕者影響產(chǎn)量或質(zhì)量，重者可能導(dǎo)致倒罐，甚至停產(chǎn)。因此，在谷氨酸發(fā)產(chǎn)量或質(zhì)量，重者可能導(dǎo)致倒罐，甚至停產(chǎn)。因此，在谷氨酸發(fā)酵中，雜菌污染的檢查與防治是十分重要的。酵中，雜菌污染的檢查與防治是十分重要的。 ( (一一) )檢查雜菌的方法檢查雜菌的方法 所謂染菌，是指在發(fā)酵培養(yǎng)基中侵入了阻礙生產(chǎn)的其

57、他微生所謂染菌，是指在發(fā)酵培養(yǎng)基中侵入了阻礙生產(chǎn)的其他微生物。檢查雜菌的方法要求準(zhǔn)確、快速、盡早發(fā)現(xiàn)、及時采取措施。物。檢查雜菌的方法要求準(zhǔn)確、快速、盡早發(fā)現(xiàn)、及時采取措施。 1.1.顯微鏡檢查顯微鏡檢查 用革蘭氏染色法染色、鏡檢。若發(fā)現(xiàn)有芽孢菌、用革蘭氏染色法染色、鏡檢。若發(fā)現(xiàn)有芽孢菌、革蘭氏陰性菌、長桿菌、球菌、菌體碎片等情況，說明發(fā)酵液已經(jīng)革蘭氏陰性菌、長桿菌、球菌、菌體碎片等情況，說明發(fā)酵液已經(jīng)染菌，應(yīng)及時采取措施。染菌，應(yīng)及時采取措施。 2. 2.培養(yǎng)皿畫線檢查培養(yǎng)皿畫線檢查 平板檢查時，先將滅菌后的培養(yǎng)基倒人培平板檢查時，先將滅菌后的培養(yǎng)基倒人培養(yǎng)皿內(nèi)，冷卻，接種，于養(yǎng)皿內(nèi)，冷卻，

58、接種，于37C37C下培養(yǎng)下培養(yǎng)24h24h，鏡檢。，鏡檢。 3. 3.肉湯培養(yǎng)檢查法肉湯培養(yǎng)檢查法 此法主要用于檢查空氣系統(tǒng)及培養(yǎng)基是否此法主要用于檢查空氣系統(tǒng)及培養(yǎng)基是否帶菌。具體做法是將培養(yǎng)液裝在吸氣瓶中，滅菌帶菌。具體做法是將培養(yǎng)液裝在吸氣瓶中，滅菌30min30min，在，在37C37C下下培養(yǎng)培養(yǎng)24h24h，如無混濁，說明無雜菌污染；如，如無混濁，說明無雜菌污染；如呈現(xiàn)混濁，說明染菌。呈現(xiàn)混濁，說明染菌。 (二二)雜菌污染的防治雜菌污染的防治 要防止雜菌污染，先要弄清楚造成染菌的原因，然后進(jìn)行防治。要防止雜菌污染，先要弄清楚造成染菌的原因，然后進(jìn)行防治。 1雜菌污染的主要原因分析

59、雜菌污染的主要原因分析 種子帶菌。種子帶菌。若發(fā)酵前期染菌，可能是種子帶菌所致或發(fā)酵若發(fā)酵前期染菌，可能是種子帶菌所致或發(fā)酵罐本身染菌所致。為了避免種子染菌，在斜面種子、搖瓶種子制罐本身染菌所致。為了避免種子染菌，在斜面種子、搖瓶種子制備過程中都必須嚴(yán)格操作，確保無雜菌污染。備過程中都必須嚴(yán)格操作，確保無雜菌污染。 罐體與管件滲漏所引起的染菌。罐體與管件滲漏所引起的染菌。若罐體或管件有極其微小的若罐體或管件有極其微小的漏孔時，易引起染菌。有時漏孔用肉眼直接察覺不到，需要通過漏孔時，易引起染菌。有時漏孔用肉眼直接察覺不到，需要通過一定的試漏方法才能發(fā)現(xiàn)。一定的試漏方法才能發(fā)現(xiàn)。 死角。死角。罐或

60、管路連接處的死角，在滅菌時其中的雜菌不易被罐或管路連接處的死角，在滅菌時其中的雜菌不易被殺死，易造成連續(xù)染菌，影響生產(chǎn)。殺死，易造成連續(xù)染菌，影響生產(chǎn)。 空氣系統(tǒng)染菌?？諝庀到y(tǒng)染菌。好氣性發(fā)酵需連續(xù)不斷地通人大量無菌空氣。好氣性發(fā)酵需連續(xù)不斷地通人大量無菌空氣?？諝庀到y(tǒng)所有的設(shè)備要定時打開排液閥排液，避免設(shè)備內(nèi)積液太空氣系統(tǒng)所有的設(shè)備要定時打開排液閥排液，避免設(shè)備內(nèi)積液太多，而帶人空氣中去，造成染菌。多，而帶人空氣中去，造成染菌。 環(huán)境污穢造成染菌。環(huán)境污穢造成染菌。車間、環(huán)境衛(wèi)生差，易引起染菌。為堵車間、環(huán)境衛(wèi)生差，易引起染菌。為堵絕雜菌的來源和繁殖機(jī)會，必須加強(qiáng)車間和環(huán)境的清潔衛(wèi)生工作。絕