有機(jī)酸發(fā)酵類型、工藝和生產(chǎn)

1、有機(jī)酸發(fā)酵類型、工藝和生產(chǎn)主要內(nèi)容：味精 乳酸 核苷酸等有機(jī)酸的發(fā)酵與生產(chǎn)一、味精工業(yè)的發(fā)展史 1866年，德國(guó)人雷哈生利用硫酸水解小麥面筋，最先分離出谷氨酸。 1908年，日本人池田菊苗和鈴木合作從海帶汁液中提取谷氨酸成功。 1910年 日本味之素公司用水解法生產(chǎn)出谷氨酸。 1936年，美國(guó)人從甜菜廢液中提取谷氨酸。 1946年，美國(guó)發(fā)明發(fā)酵法生產(chǎn)“-酮戊二酸，并發(fā)表了用酶法或化學(xué)法將此酮酸轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)谷氨酸的研究報(bào)告。1957年，日本協(xié)和發(fā)酵公司開始以糖質(zhì)原料，采用發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸成功，并于1957年投入工業(yè)化生產(chǎn)。1959年，美國(guó)也開始采用發(fā)酵法生產(chǎn)味精。1962年，日本味之素公司采用以丙烯

2、腈為原料，化學(xué)合成DL谷氨酸，再經(jīng)化學(xué)分割生成L谷氨酸鈉，后來(lái)由于石油價(jià)格提高，加上消費(fèi)者對(duì)化學(xué)合成味精不放心的心理，影響市場(chǎng)銷售，而告全部停產(chǎn)。1965年，日本協(xié)和公司采用醋酸發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸1977年，用糖蜜為原料發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸。我國(guó)1923年，上海天廚味精廠首先采用鹽酸水解面筋生產(chǎn)味精1932年，沈陽(yáng)味精廠開始用豆粕水解生產(chǎn)味精1958年，我國(guó)有關(guān)研究所和工廠開始研究發(fā)酵法制備谷氨酸的工藝1964年，上海天廚味精廠首先以黃色短桿菌617為生產(chǎn)菌株，采用發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸中型試驗(yàn)獲得成功，繼而投入工業(yè)化生產(chǎn)1964年，杭州味精廠與中國(guó)科學(xué)院微生物研究所等單位協(xié)作進(jìn)行北京棒桿菌發(fā)酵法生產(chǎn)谷谷氨

3、酸擴(kuò)大試驗(yàn)1965年獲得成功并投入工業(yè)化生產(chǎn)。同時(shí)，天津味精廠與天津工業(yè)微生物研究所等單位也成功采用發(fā)酵法制谷氨酸。沈陽(yáng)味精廠也相繼用發(fā)酵法生產(chǎn)味精。 2009年世界味精需求量超過(guò)200萬(wàn)t,占全球產(chǎn)能的70%以上。中國(guó)已經(jīng)成為世界味精的主產(chǎn)地，也是世界上第一大出口國(guó)，2007年出口17萬(wàn)t，與2009年出口量達(dá)到22萬(wàn)t。生產(chǎn)企業(yè)從2002年140多家減少到目前的50家。 它們依次是：河南蓮花味精集團(tuán)、山東菱花集團(tuán)、江蘇菊花味精集團(tuán)、山東三九味精集團(tuán)、廣州奧桑味精食品公司、沈陽(yáng)紅梅集團(tuán)、武漢味全食品公司、杭州味精廠。 味精：味素，L-谷氨酸的單鈉鹽。具有一分子結(jié)晶水，分子量。 分子式為：Na

4、C5H8O42O -氨基酸戊二酸一鈉。白色透明有光澤的八面柱狀結(jié)晶體，易溶于水不溶于純酒精等有機(jī)溶劑。具有強(qiáng)烈肉鮮味，120以上逐漸失去結(jié)晶水而改變化學(xué)性質(zhì)。主要化學(xué)性質(zhì)1.與酸作用生成谷氨酸或谷氨酸鹽酸鹽2.與堿作用生成谷氨酸二鈉鹽3.長(zhǎng)時(shí)間受熱引起分子內(nèi)失水生成焦谷氨酸鈉。強(qiáng)力味精定義：又名特鮮味精或新味精，它由味精配以適量的I+G混合制成用途：調(diào)味用 G具有香覃味道I具有鰹魚質(zhì)鮮味一般比例：99%味精：I+G=98%：2%食用味精的安全性1973年聯(lián)合國(guó)食品添加劑標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)規(guī)定，攝入量為0120mg/Kg體重，不適合未滿12周即3個(gè)月的嬰兒1987年2月，WHO/WTO根據(jù)聯(lián)合國(guó)食品添加

5、劑標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)對(duì)味精毒理性試驗(yàn)規(guī)定使用味精不做限量中國(guó)味精大鼠長(zhǎng)期毒性試驗(yàn)總結(jié)Summary of Long Term Toxicity Experiment on Mouse for Monosodium Glutamate 味精是以淀粉或糖質(zhì)為原料通過(guò)微生物發(fā)酵法生產(chǎn)出來(lái)的一種谷氨酸的鈉鹽,是自然界存在的氨基酸的一種.對(duì)于它的安全性,在國(guó)際上,特別是日本曾做過(guò)大量工作,以翔實(shí)的、科學(xué)的數(shù)據(jù)證實(shí)了食用味精是安全的.聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織食品添加劑法規(guī)委員會(huì)第19屆會(huì)議宣布結(jié)論:對(duì)味精每人每天攝入量不需作任何規(guī)定.時(shí)隔10多年,至今還有一部分消費(fèi)者對(duì)味精的安全性存在疑慮. 中國(guó)發(fā)酵工業(yè)協(xié)會(huì)

6、組織味精行業(yè),在中國(guó)中醫(yī)研究院的大力支持下,對(duì)我國(guó)味精產(chǎn)品進(jìn)行了,通過(guò)試驗(yàn),再一次證實(shí)了食用味精是安全的.第二節(jié) 谷氨酸合成的機(jī)制（一）合成途徑谷氨酸的生物合成途徑大致是：葡萄糖經(jīng)糖酵解(EMP途徑)和己糖磷酸支路(HMP途徑)生成丙酮酸，再氧化成乙酰輔酶A(乙酰COA)，然后進(jìn)入三羧酸循環(huán)，生成酮戊二酸。-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。當(dāng)生物素缺乏時(shí)，菌種生長(zhǎng)十分緩慢；當(dāng)生物素過(guò)量時(shí)，則轉(zhuǎn)為乳酸發(fā)酵。因此，一般將生物素控制在亞適量條件下，才能得到高產(chǎn)量的谷氨酸。 三、氨基酸合成機(jī)理和菌種選育（一） 發(fā)酵機(jī)理（二）合成條件細(xì)胞內(nèi)氨基酸合成特點(diǎn)：1、 某一類氨

7、基酸往往有一個(gè)共同的前體2、 氨基酸合成與EMP、TCA循環(huán)有密切關(guān)系3、 一種氨基酸可能是另一種氨基酸的前體因此，要使細(xì)胞內(nèi)積累大量氨基酸，必須：1、 解除氨基酸代謝途徑中的反饋抑制2、 防止所合成的目標(biāo)氨基酸降解或用于合成其它組分3、 若集中氨基酸有一個(gè)共同前體，應(yīng)切斷其它氨基酸的合成途徑4、 增加細(xì)胞的通透性，使合成的氨基酸及時(shí)排出體外，降低胞內(nèi)濃度。以谷氨酸合成為例：措施1：限制細(xì)胞內(nèi)-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物的活性措施2：增加細(xì)胞通透性，使谷氨酸排出體外，解除反饋抑制 加入biotin、油酸鹽、飽和脂肪酸、青霉素等 菌種選育1、 選育營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株2、 利用基因工程獲得高產(chǎn)菌株3、 選育

8、調(diào)節(jié)突變型菌株谷氨酸生產(chǎn)菌特征谷氨酸生產(chǎn)菌能夠在體外積累菌體最大生長(zhǎng)需要量300多倍的谷氨酸，研究發(fā)現(xiàn)：大量積累并非是當(dāng)初設(shè)想的由于特異代謝途徑導(dǎo)致，而是： 代謝調(diào)節(jié)控制； 細(xì)胞膜通透性的特異調(diào)節(jié)； 發(fā)酵條件的適合；高產(chǎn)谷氨酸菌種的生理生化特征1.異檸檬酸裂解酶活力欠缺或微弱2.還原型輔酶II進(jìn)入呼吸鏈能力弱或缺陷3.酮戊二酸氧化能力缺欠或微弱4.檸檬酸合成酶、烏頭激酶、異檸檬酸脫氫酶活力弱5.谷氨酸脫氫酶活力強(qiáng)6.二氧化碳固定反應(yīng)酶活力強(qiáng)7.分解利用谷氨酸的能力弱8.耐高糖、耐高谷氨酸9.谷氨酸對(duì)谷氨酸反饋控制作用喪失10.具有向環(huán)境泄露谷氨酸的能力控制細(xì)胞膜透性的幾種方法(1)化學(xué)控制法:

9、控制磷脂的合成(包括生物素缺陷型/油酸缺陷型/甘油缺陷型/添加表面活性劑型);阻礙細(xì)胞壁的合成(添加青霉素)(2)物理控制法:溫度敏感型突變株生物素對(duì)谷氨酸合成途徑的影響：1.生物素對(duì)糖酵解的影響 主要影響糖酵解的速度.在生物素充足的情況下,丙酮酸以后的氧化活性增強(qiáng),但糖降解速度顯著提高,打破糖降解速度與丙酮酸氧化之間的平衡,使丙酮酸趨向合成乳酸. 限量時(shí)糖降解速度與丙酮酸氧化速度平衡2. 生物素可以使NAD/NADH2含量減少在生物素缺乏菌中,葡萄糖氧化能力弱,特別是醋酸琥珀酸的氧化能力顯著減弱.研究發(fā)現(xiàn):生物素缺乏菌中, NAD/NADH2含量減少到1/2-1/43. 生物素對(duì)乙醛酸循環(huán)的

10、影響：異檸檬酸裂解酶的活性喪失，高效率移動(dòng)乙醛酸循環(huán)的關(guān)鍵酶是異檸檬酸裂解酶,該酶受葡萄糖/琥珀酸組阻遏,為醋酸誘導(dǎo).控制生物素的亞適量,丙酮酸氧化能力減弱,醋酸生成速度慢;琥珀酸氧化能力降低而積累的琥珀酸反饋抑制該酶的活性,并阻遏該酶的形成,使乙醛酸循環(huán)基本封閉.異檸檬酸-酮戊二酸-谷氨酸方向4.生物素對(duì)氮代謝的影響 生物素限量的情形下，幾乎沒有異檸檬酸裂解酶的活性，琥珀酸氧化能力弱，蘋果酸和草酰乙酸反應(yīng)停滯，完全氧化能力降低，ATP形成減少，蛋白質(zhì)合成減少，使菌體合成谷氨酸5. 對(duì)谷氨酸合成機(jī)制的影響 影響膜的合成，排放降低了反饋抑制，確保谷氨酸優(yōu)先合成谷氨酸合成控制生物素的本質(zhì)在谷氨酸的

11、發(fā)酵中，控制生物素的本質(zhì)是調(diào)節(jié)細(xì)胞膜的滲透性。 生物素作為脂肪酸生物合成最初反應(yīng)的關(guān)鍵酶乙酰輔酶A羧化酶的輔酶，參與脂肪酸的生物合成，進(jìn)而控制磷脂的合成。細(xì)胞膜是由磷脂雙分子層組成，生物素的降低減少了磷脂合成，細(xì)胞變形，有利于谷氨酸的滲出。發(fā)酵的控制一、控制碳氮比是關(guān)鍵一般發(fā)酵工業(yè)的碳氮比例為100：谷氨酸發(fā)酵的碳氮比為100：20-30 當(dāng)碳氮比低于100：20時(shí)，菌體大量繁殖，少量生成谷氨酸當(dāng)碳氮比例高于100：30時(shí)，菌體大量生成谷氨酰胺二、氧 谷氨酸產(chǎn)生菌是好氧菌，通風(fēng)和攪拌不僅會(huì)影響菌種對(duì)氮源和碳源的利用率，而且會(huì)影響發(fā)酵周期和谷氨酸的合成量。尤其是在發(fā)酵后期，加大通氣量有利于谷氨酸

12、的合成。 三、溫度菌種生長(zhǎng)的最適溫度為3032 。當(dāng)菌體生長(zhǎng)到穩(wěn)定期，適當(dāng)提高溫度有利于產(chǎn)酸，因此，在發(fā)酵后期，可將溫度提高到3437 四、 pH值谷氨酸產(chǎn)生菌發(fā)酵的最適pH在。但在發(fā)酵過(guò)程中，隨著營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用，代謝產(chǎn)物的積累，培養(yǎng)液的pH會(huì)不斷變化。如隨著氮源的利用，放出氨，pH會(huì)上升；當(dāng)糖被利用生成有機(jī)酸時(shí)，pH會(huì)下降。 五、磷酸鹽它是谷氨酸發(fā)酵過(guò)程中必需的，但濃度不能過(guò)高，否則會(huì)轉(zhuǎn)向纈氨酸發(fā)酵 發(fā)酵轉(zhuǎn)換定義：當(dāng)發(fā)酵條件、環(huán)境因素發(fā)生變化時(shí)，必然會(huì)影響控制代謝有關(guān)酶的合成及其活性，從而導(dǎo)致發(fā)酵轉(zhuǎn)換方向，產(chǎn)生其他代謝產(chǎn)物幾種主要的代謝轉(zhuǎn)換1、氧乳酸或琥珀酸谷氨酸酮戊二酸2、NH4酮戊二酸谷

13、氨酸谷氨酰胺3、pH值谷氨酰胺、乙酰谷氨酰胺谷氨酸4、磷酸纈氨酸谷氨酸5、生物素乳酸或琥珀酸谷氨酸還有氧化還原電位、氯化銨、醇類等含量均可以影響代謝途徑谷氨酸發(fā)酵過(guò)程中形態(tài)變化變化趨勢(shì)：A.長(zhǎng)菌型細(xì)胞 ，體現(xiàn)為短桿或棒狀，細(xì)胞排列單個(gè)、成對(duì)或八字形。B.轉(zhuǎn)移型細(xì)胞，細(xì)胞伸長(zhǎng)膨大，生物素缺乏，產(chǎn)酸速度加快，即有長(zhǎng)菌型也有產(chǎn)酸型細(xì)胞C.產(chǎn)酸型細(xì)胞，多為磷脂不足的異常狀態(tài)，呈現(xiàn)伸長(zhǎng)、膨大、不規(guī)則、缺乏八字型排列，類似花生狀發(fā)酵周期、細(xì)胞形態(tài)、生物素以發(fā)酵周期3036小時(shí)計(jì)算發(fā)酵710小時(shí)，細(xì)胞長(zhǎng)菌期，生物素豐富發(fā)酵1020小時(shí)，轉(zhuǎn)型期，生物素開始減少到耗盡，開始產(chǎn)酸，完成由谷氨酸非積累型向積累型轉(zhuǎn)變

14、發(fā)酵20小時(shí)以后，產(chǎn)酸期，產(chǎn)酸速度加快，OD值穩(wěn)定，產(chǎn)酸直線上升第三節(jié) 味精生產(chǎn)的工藝流程第一部分 主要工序 味精生產(chǎn)一般可以分為制糖、發(fā)酵、提取、精制、包裝五個(gè)工序1、由于雜菌的污染，使生物反應(yīng)中的基質(zhì)或產(chǎn)物因雜菌的消耗而損失，造成生產(chǎn)能力的下降； 2、由于雜菌所產(chǎn)生的一些代謝產(chǎn)物，或在染菌后改變了培養(yǎng)液的某些理化性質(zhì)，使產(chǎn)物 的提取和分離變得困難，造成收率降低或使產(chǎn)品的質(zhì)量下降；3、雜菌會(huì)大量繁殖，會(huì)改變反應(yīng)介質(zhì)的pH值，從而使生物反應(yīng)發(fā)生異常變化；4、雜菌可能會(huì)分解產(chǎn)物，從而使生產(chǎn)過(guò)程失敗；5、發(fā)生噬菌體污染，微生物細(xì)胞被裂解，而使生產(chǎn)失敗，等等。 第二部分 培養(yǎng)基滅菌問(wèn)題1、在發(fā)酵生產(chǎn)

15、中，為什么要進(jìn)行滅菌操作？一、滅菌的原理和方法 1、為防止雜菌的污染，哪些需要滅菌？ 消毒與滅菌在發(fā)酵工業(yè)中均有廣泛應(yīng)用。消毒是指用物理或化學(xué)方法殺死物料、容器、器具內(nèi)外的病源微生物。一般只能殺死營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞而不能殺死細(xì)菌芽孢。例如，用于消牛奶、啤酒和釀酒原酒等的巴氏消毒法，是將物料加熱至60維持30min，以殺死不耐高溫的物料中的微生物營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞。 滅菌是用物理或化學(xué)方法殺死或除去環(huán)境中所有微生物，包括營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞、細(xì)菌芽孢和孢子。 消毒不一定能達(dá)到滅菌要求，而滅菌則可達(dá)到消毒的目的 培養(yǎng)基、發(fā)酵設(shè)備、空氣、菌種制作問(wèn)題2消毒與滅菌的區(qū)別衡量熱滅菌指標(biāo) 熱死時(shí)間：即在規(guī)定溫度下殺死一定比例的微生物所需

16、要的時(shí)間。致死溫度：殺死微生物的極限溫度。致死時(shí)間：在此溫度下，殺死全部微生物所需要的時(shí)間。熱 阻：對(duì)熱的抵抗力，指微生物在某一特定條件（主要是溫度 和加熱方式）下的致死時(shí)間。相對(duì)熱阻：幾種微生物對(duì)熱的相對(duì)抵抗能力。指微生物在某一特 定條件下的致死時(shí)間與另一微生物在相同條件下的致死 時(shí)間的比值。 三、微生物的熱死規(guī)律和影響滅菌的因素 1、 微生物的死亡速率：對(duì)數(shù)殘留定律 微生物受熱死亡的原因，主要是因高溫使微生物體內(nèi)的一些重要蛋白質(zhì)，如酶等，發(fā)生凝固、變性，從而導(dǎo)致微生物無(wú)法生存而死亡。微生物受熱而喪失活力，但其物理性質(zhì)不變。 在一定溫度下，微生物的受熱死亡遵照分子反應(yīng)速度理論。在滅菌過(guò)程中，

17、活菌數(shù)逐漸減少，其減少量隨殘留活菌數(shù)的減少而遞減，即微生物的死亡速率與任一瞬時(shí)殘存的活菌數(shù)成正比。 在發(fā)酵工業(yè)中，對(duì)培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備的滅菌，廣泛使用濕熱滅菌法。工廠里，蒸汽比較容易獲得，控制操作條件方便，是一種簡(jiǎn)單而又價(jià)廉、有效的滅菌方法。用濕熱滅菌的方法處理培養(yǎng)基，其加熱受熱時(shí)間與滅菌程度和營(yíng)養(yǎng)成分的破壞都有關(guān)系。營(yíng)養(yǎng)成分的減少將影響菌種的培養(yǎng)和產(chǎn)物的生成，所以滅菌程度和營(yíng)養(yǎng)成分的破壞成為滅菌工作中的主要矛盾，恰當(dāng)掌握加熱受熱時(shí)間是滅菌工作的關(guān)鍵。 式中，N殘存的活菌數(shù)；t滅菌時(shí)間（s）；K滅菌速度常數(shù)（s-1），也稱反應(yīng)速度常數(shù)或比死亡速度常數(shù)，此常數(shù)的大小與微生物的種類與加熱溫度有關(guān)；d

18、N/dt活菌數(shù)瞬時(shí)變化速率，即死亡速率。積分得： 式中：N0開始滅菌（t=0）時(shí)原有活菌數(shù)； Nt-經(jīng)時(shí)間t后殘存活菌數(shù)。 微生物的死亡速率與任一瞬時(shí)殘存的活菌數(shù)成正比， 上式是計(jì)算滅菌的基本公式，滅菌速度常數(shù)K是 判斷微生物受熱死亡難易程度的基本依據(jù)。各種微生物在同樣的溫度下K值是不同的，K值愈小，則此微 生物愈耐熱在121，枯草桿菌FS5230的K為，梭狀芽孢桿菌PA3679的K值為0.03 s-1 ，請(qǐng)問(wèn)哪一種微生物更耐熱從上述的微生物對(duì)數(shù)死亡規(guī)律和非對(duì)數(shù)死亡動(dòng)力學(xué)模型方程式可知，如果要達(dá)到徹底滅菌，即滅菌結(jié)束時(shí)殘留的活微生物數(shù)等于0，則所需的時(shí)間應(yīng)為無(wú)限長(zhǎng)，這在實(shí)際中是不可能的。滅菌1

19、）如微生物存在芽孢，其死亡速率呈現(xiàn)非對(duì)數(shù)死亡定律 2）工程上，在進(jìn)行滅菌的設(shè)計(jì)時(shí)，常認(rèn)為N/N0，即在1000次滅菌中，允許有一次失敗。 注：2、滅菌的溫度和時(shí)間 當(dāng)培養(yǎng)基被加熱滅菌時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)這樣的矛盾，這就是，加熱時(shí)，微生物固然會(huì)被殺死，但培養(yǎng)基中的有用成分也會(huì)隨之遭到破壞，那么有何良策可以既達(dá)到滅菌要求，同時(shí)又不破壞或盡可能少破壞培養(yǎng)基中的有用成分呢？ 實(shí)踐證明，在高壓加熱的情況下，培養(yǎng)基中的氨基酸和維生素極易被破壞，如在121，僅20min，就有59%的賴氨酸和精氨酸及其他堿性氨基酸被破壞，蛋氨酸和色氨酸也有相當(dāng)數(shù)量被破壞。因此，必須選擇一個(gè)既能滿足滅菌需要，又可使培養(yǎng)基的養(yǎng)份破壞盡可

20、能減少的滅菌工藝條件。 在熱滅菌過(guò)程中，同時(shí)會(huì)發(fā)生微生物死亡和培養(yǎng)基破壞這兩種過(guò)程，且這兩種過(guò)程的進(jìn)行速度都隨溫度的升高而加速，但微生物的死亡速率隨溫度的升高更為顯著。因此，可選擇合適的滅菌溫度和時(shí)間來(lái)調(diào)和二者之間的矛盾。 滅菌溫度滅菌時(shí)間（分）營(yíng)養(yǎng)成分破壞量%10040099.31103667.01151550.0120427.01300.58.01450.082.01500.011.0 表 滅菌溫度、時(shí)間與營(yíng)養(yǎng)成分破壞量的關(guān)系（） 同樣的滅菌效果 由此可見，若要減少營(yíng)養(yǎng)成分的破壞，可升高溫度滅菌。在滅菌時(shí)選擇較高的溫度、較短的時(shí)間，這樣便既可達(dá)到需要的滅菌程度，同時(shí)又可減少營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的損失。

21、 問(wèn)題滅菌要達(dá)到殺死99.99%的細(xì)菌芽孢，有兩種方法可以采用，一種是118滅菌15min，另一種是128滅菌5min。哪一種方法好，為什么？ 從理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐都可證明，在滅菌過(guò)程中，同時(shí)會(huì)發(fā)生微生物死亡和培養(yǎng)基破壞這兩種過(guò)程，且這兩種過(guò)程的進(jìn)行速度都隨溫度的升高而加速，但微生物的死亡速率隨溫度的升高更為顯著。因此，對(duì)于同一滅菌效果，選擇較高的溫度、較短的時(shí)間，這樣便既可達(dá)到需要的滅菌程度，同時(shí)又可減少營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的損失。 間歇滅菌 1、間歇滅菌 定義：將配制好的培養(yǎng)基同時(shí)放在發(fā)酵罐或其他裝置中，通入蒸汽將培養(yǎng)基和所用設(shè)備一起進(jìn)行加熱滅菌的過(guò)程，通常也稱為實(shí)罐滅菌。（常用）2401601208

22、0時(shí)間（min)050100150溫度升溫冷卻保溫2、滅菌時(shí)間的計(jì)算 如果不計(jì)升溫階段所殺滅的菌數(shù)，把培養(yǎng)基中所有的菌均看作是在保溫階段（滅菌溫度）被殺滅，這樣可以簡(jiǎn)單地利用式， 粗略地求得滅菌所需的時(shí)間 發(fā)酵罐過(guò)程包括：升溫、保溫和冷卻等三個(gè)階段。各階段對(duì)滅菌的貢獻(xiàn)：20%、75%、5%右圖為培養(yǎng)基間歇滅菌過(guò)程中的溫度變化情況。例：有一發(fā)酵罐內(nèi)裝40m3培養(yǎng)基，在121 溫度下進(jìn)行實(shí)罐滅菌。原污染程度為每1mL有2*105個(gè)耐熱細(xì)菌芽孢，121 時(shí)滅菌速度常數(shù)為-1。求滅菌失敗機(jī)率為時(shí)所需要的滅菌時(shí)間。 解： N0=40 106 2 105=8 1012（個(gè)） Nt（個(gè)） -1 但是實(shí)際上，

23、培養(yǎng)基在加熱升溫時(shí)（即在升溫階段）就會(huì)有部分菌被殺滅，特別是當(dāng)培養(yǎng)基加熱到100以上，這個(gè)作用較為顯著。因此，保溫滅菌時(shí)間實(shí)際上比上述計(jì)算的要短。嚴(yán)格地講，在降溫階段也有殺菌作用，但降溫時(shí)間短，在計(jì)算時(shí)一般不考慮。 在實(shí)際生產(chǎn)中，也可能遇到所供蒸汽不足、溫度不夠高的情況，這時(shí)可以適當(dāng)延長(zhǎng)滅菌時(shí)間。 生產(chǎn)上甚至有用100蒸煮而達(dá)到徹底滅菌的實(shí)例。 如要做固體曲而沒有高溫蒸汽時(shí)， 可將原料用100蒸汽蒸30min，殺死其中的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞， 但孢子與細(xì)菌的芽孢沒有被殺死。 將蒸過(guò)的原料置于室溫下過(guò)夜， 未被殺死的孢子便發(fā)芽生長(zhǎng)，芽孢發(fā)育成營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞，再30min便可殺死。如此連續(xù)反復(fù)進(jìn)行2-3次，亦可達(dá)到

24、徹底滅菌的目的。 滅菌過(guò)程中加熱和保溫階段的滅菌作用是主要的，而冷卻階段的滅菌作用是次要的，一般很小，可以忽略不計(jì)。此外，還應(yīng)指出的是，應(yīng)當(dāng)避免長(zhǎng)時(shí)間的加熱階段，因?yàn)榧訜釙r(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不僅破壞營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而且也有可能引起培養(yǎng)液中某些有害物質(zhì)的生成，從而影響培養(yǎng)過(guò)程的順利進(jìn) 行。 各階段對(duì)滅菌的貢獻(xiàn)：20%、75%、5%3、間歇滅菌的操作 間歇滅歇是在所用的發(fā)酵罐或其他培養(yǎng)裝置中進(jìn)行的，它是在配制罐中配好培養(yǎng)基后，通過(guò)專用管道輸入發(fā)酵罐等培養(yǎng)設(shè)備中，然后開始滅菌。在進(jìn)行培養(yǎng)基的間歇滅菌之前，通常先將發(fā)酵罐等培養(yǎng)裝置的分空氣過(guò)濾器進(jìn)行滅菌，并且用空氣將分過(guò)濾器吹干。開始滅菌時(shí)，應(yīng)先放去夾套或蛇管中的冷水

25、，開啟排氣管閥，通過(guò)空氣管向發(fā)酵罐內(nèi)的培養(yǎng)基通入蒸汽進(jìn)行加熱，同時(shí)，也可在夾套內(nèi)通蒸汽進(jìn)行間接加熱。當(dāng)培養(yǎng)基溫度升到70左右時(shí)，從取樣管和放料管向罐內(nèi)通入蒸汽進(jìn)一步加熱，當(dāng)溫度升至120，罐壓為1*105Pa（表壓）時(shí)，打開接種、補(bǔ)料、消泡劑、酸、堿等管道閥門進(jìn)行排汽，當(dāng)然在保溫過(guò)程中，應(yīng)注意凡在培養(yǎng)基液面下的各種進(jìn)口管道都應(yīng)通入蒸汽，而在液面以上的其余各管道則應(yīng)排放蒸汽，這樣才能不留死角，從而保證滅菌徹底。保溫結(jié)束后，依次關(guān)閉各排汽、進(jìn)汽閥門，待罐內(nèi)壓力低于空氣壓力后，向罐內(nèi)通入無(wú)菌空氣，在夾套或蛇管中通冷水降溫，使培養(yǎng)基的溫度降到所需的溫度，進(jìn)行下一步的發(fā)酵和培養(yǎng)。 由于培養(yǎng)基的間歇滅菌不

26、需要專門的滅菌設(shè)備，投資少，對(duì)設(shè)備要求簡(jiǎn)單，對(duì)蒸汽的要求也比較低，且滅菌效果可靠，因此，間歇滅菌是中小型生產(chǎn)工廠經(jīng)常采用的一種培養(yǎng)基滅菌方法。 發(fā)酵罐發(fā)酵罐蒸汽蒸汽冷卻水無(wú)菌培養(yǎng)基配料罐泵加熱塔維持罐冷卻管連續(xù)滅菌 1、定義： 將配制好的培養(yǎng)基在向發(fā)酵罐等培養(yǎng)裝置輸送的同時(shí)進(jìn)行加熱、 保溫和冷卻而進(jìn)行滅菌。 2、其它流程 連續(xù)滅菌的基本設(shè)備一般包括（1）配料預(yù)熱罐，將配制好的料液預(yù)熱到60-70，以避免連續(xù)滅菌時(shí)由于料液與蒸汽溫度相差過(guò)大而產(chǎn)生水汽撞擊聲；（2）連消塔，連消塔的作用主要是使高溫蒸汽與料液迅速接觸混和，并使料液的溫度很快升高到滅菌溫度（126-132 ）；（3）維持罐，連消塔加熱

27、的時(shí)間很短，光靠這段時(shí)間的滅菌是不夠的，維持罐的作用是使料液在滅菌溫度下保持5-7min，以達(dá)到滅菌的目的；（4）冷卻管，從維持罐出來(lái)的料液要經(jīng)過(guò)冷卻排管進(jìn)行冷卻，生產(chǎn)上一般采用冷水噴淋冷卻，冷卻到40-50 后，輸送到預(yù)先已經(jīng)滅菌過(guò)的罐內(nèi)。 噴射加熱連續(xù)滅菌流程薄板換熱器連續(xù)滅菌流程滅菌介質(zhì)原料介質(zhì)蒸汽T=140 保溫段真空進(jìn)料 35100 120 維持罐120 蒸汽147 120 55 出料35 水20 31 流程中采用了蒸汽噴射器，它使培養(yǎng)液與高溫蒸汽直接接觸，從而在短時(shí)間內(nèi)可將培養(yǎng)液急速升溫至預(yù)定的滅菌溫度然后在該溫度下維持一段時(shí)間滅菌，滅菌后的培養(yǎng)基通過(guò)一膨脹閥進(jìn)入真空冷卻器急速冷卻

28、，從圖中可以看出，由于該流程中培養(yǎng)基受熱時(shí)間短，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的損失也就不很嚴(yán)重，同時(shí)該流程保證了培養(yǎng)基物料先進(jìn)先出，避免了過(guò)熱或滅菌不徹底等現(xiàn)象。 流程中采用了薄板換熱器作為培養(yǎng)液的加熱和冷卻器，蒸汽在薄板換熱器的加熱段使培養(yǎng)液的溫度升高，經(jīng)維持段保溫一定時(shí)間后，培養(yǎng)基在薄板換熱器的冷卻段進(jìn)行冷卻，從而使培養(yǎng)基的預(yù)熱、加熱滅菌及冷卻過(guò)程可在同一設(shè)備內(nèi)完成。該流程的加熱和冷卻時(shí)間比噴射加熱連續(xù)滅菌流程要長(zhǎng)些，但由于在培養(yǎng)基的預(yù)熱過(guò)程同時(shí)也起到了滅菌后培養(yǎng)基的冷卻，因而節(jié)約了蒸汽和冷卻水的用量。 間歇滅菌與連續(xù)滅菌的比較 間歇滅菌或連續(xù)滅菌都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，現(xiàn)比較如下 ：滅菌方式優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn)連續(xù)滅

29、菌1. 滅菌溫度高，可減少培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的損失2. 操作條件恒定，滅菌質(zhì)量穩(wěn)定3. 易于實(shí)現(xiàn)管道化和自控操作4. 避免了反復(fù)的加熱和冷卻，提高了熱的利用率5. 發(fā)酵設(shè)備利用率高1. 對(duì)設(shè)備的要求高，需另外設(shè)置加熱、冷卻裝置2. 操作較麻煩3. 染菌的機(jī)會(huì)較多4. 不適合于含大量固體物料的滅菌5. 對(duì)蒸汽的要求高間歇滅菌1. 設(shè)備要求低，不需另外設(shè)置加熱、冷卻裝置2. 操作要求低，適于手動(dòng)操作3. 適合于小批量生產(chǎn)規(guī)模4. 適合于含有大量固體物質(zhì)的培養(yǎng)基的滅菌1. 培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損失較多，滅菌后培養(yǎng)基的質(zhì)量下降2. 需進(jìn)行反復(fù)的加熱和冷卻，能耗較高3. 不適合于大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程的滅菌4. 發(fā)酵

30、罐的利用率較低加熱器、維持罐（管）和冷卻器以及發(fā)酵罐等都應(yīng)先進(jìn)滅菌 由表可見，無(wú)論在理論上或者在實(shí)踐上，與間歇滅菌過(guò)程相比，連續(xù)滅菌的優(yōu)點(diǎn)十分明顯。因此，連續(xù)滅菌越來(lái)越多地被用培養(yǎng)基的滅菌。 發(fā)酵罐的滅菌技術(shù)1、空消2、實(shí)消3、連消分批滅菌與連續(xù)滅菌生產(chǎn)規(guī)模大時(shí)連續(xù)滅菌有優(yōu)勢(shì)：UHTS方式滅菌，減少營(yíng)養(yǎng)成分損失；發(fā)酵罐利用率高；蒸氣負(fù)荷均勻采用板式換熱器，節(jié)約大量能量適宜采用自動(dòng)控制，勞動(dòng)強(qiáng)度低。補(bǔ)料的控制補(bǔ)料的原則：控制微生物的代謝，有利于發(fā)酵朝產(chǎn)物積累的方向進(jìn)行。補(bǔ)料的內(nèi)容：C、N、無(wú)機(jī)鹽、產(chǎn)誘導(dǎo)酶的底物第三部分 空氣滅菌流程空氣中微生物的分布和發(fā)酵工業(yè)對(duì)空氣無(wú)菌程度的要求 空氣除菌的方法

31、 介質(zhì)過(guò)濾除菌的機(jī)理 介質(zhì)過(guò)濾除菌的工藝 一、空氣中微生物的分布和發(fā)酵工業(yè)對(duì)空氣無(wú)菌程度的要求 （一）無(wú)菌空氣的概念發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用的“無(wú)菌空氣”是指通過(guò)除菌處理使空氣中含菌量降低在一個(gè)極低的百分?jǐn)?shù)，從而能控制發(fā)酵污染至極小機(jī)會(huì)。此種空氣稱為“無(wú)菌空氣”。（二）空氣中微生物的分布空氣中的含菌量隨環(huán)境不同而有很大差異： 一般干燥寒冷的北方空氣中的含菌量較少，而潮濕溫暖的南方則含菌量較多； 人口稠密的城市比人口少的農(nóng)村含菌量多； 地面又比高空的空氣含菌量多。各地空氣中所懸浮的微生物種類及比例各不相同，數(shù)量也隨條件的變化而異，一般設(shè)計(jì)時(shí)以含量為103104個(gè)m3進(jìn)行計(jì)算。（三）發(fā)酵對(duì)空氣無(wú)菌程度的要求

32、各種不同的發(fā)酵過(guò)程，對(duì)空氣無(wú)菌程度的要求也不同。影響因素是比較復(fù)雜的，需要根據(jù)具體情況而訂出具體的工藝要求。 一般按染菌機(jī)率為10-3。來(lái)計(jì)算，即1000次發(fā)酵周期所用的無(wú)菌空氣只允許12次染菌。二、空氣除菌的方法 輻射滅菌 加熱滅菌 靜電除菌 介質(zhì)過(guò)濾（一）輻射滅菌1.原理射線、X射線、射線、射線、紫外線、超聲波等從理論上講都能破壞蛋白質(zhì)，破壞生物活性物質(zhì)，從而起到殺菌作用。2. 應(yīng)用范圍通常用于無(wú)菌室和醫(yī)院手術(shù)室。3. 缺點(diǎn)殺菌效率較低，殺菌時(shí)間較長(zhǎng)。一般要結(jié)合甲醛蒸汽等來(lái)保證無(wú)菌室的無(wú)菌程度。（二）加熱滅菌空氣進(jìn)口溫度為21，出口溫度為187198，壓力為。（三）靜電除菌1.原理利用靜電

33、引力來(lái)吸附帶電粒子而達(dá)到除塵、除菌的目的。2，優(yōu)點(diǎn) 阻力小，約1.01325104Pa 染菌率低，平均低于10-15 除水、除油的效果好 耗電少 3，缺點(diǎn)設(shè)備龐大 、一次性投資較大 、捕集率尚嫌不夠，需要采取其它措施。 (四) 介質(zhì)過(guò)濾空氣過(guò)濾器的功能：一個(gè)空氣過(guò)濾器的功能是從氣體中去除污染物（微生物）以使達(dá)到所需的 氣體的無(wú)菌程度過(guò)濾介質(zhì)的過(guò)濾 / 分離效率由于直接攔截慣性撞擊擴(kuò)散攔截的共同作用而增強(qiáng) 過(guò)濾介質(zhì)的類型表面過(guò)濾介質(zhì):編織網(wǎng)粉末燒結(jié)深度過(guò)濾介質(zhì):纖維材料結(jié)構(gòu)棉花活性炭或玻璃纖維有機(jī)合成纖維澆鑄膜結(jié)構(gòu)過(guò)濾介質(zhì)的基本要求過(guò)濾介質(zhì)是是過(guò)濾除菌的關(guān)鍵，直接關(guān)系到介質(zhì)的消耗量、過(guò)濾過(guò)程動(dòng)力

34、消耗、設(shè)備的結(jié)構(gòu)、尺寸，更是關(guān)系到運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性。對(duì)過(guò)濾介質(zhì)的總的要求是吸附性強(qiáng)、阻力小、空氣流量大、能耐干熱。可將常用的過(guò)濾介質(zhì)分為纖維狀或顆粒狀過(guò)濾介質(zhì)、過(guò)濾紙、微孔過(guò)濾膜三大類。 纖維狀或顆粒狀過(guò)濾介質(zhì)（1）棉花棉花是常用的過(guò)濾介質(zhì)，最好選用纖維細(xì)長(zhǎng)疏松的未脫脂新鮮產(chǎn)品，因?yàn)槊撝藁ㄒ孜贵w積變小，而貯藏過(guò)久，纖維會(huì)發(fā)脆甚至斷裂，增大阻力。棉花的纖維直徑一般為1621m，實(shí)重度1520 kg/m3。使用時(shí)要分層均勻鋪砌，最后要壓緊，一般填充密度為130 150 kg/m3，填充率為8.5%10%。如果不壓緊或是填裝不均勻，會(huì)造成空氣走短路，甚至介質(zhì)翻動(dòng)而喪失過(guò)濾效果。其主要缺點(diǎn)是阻

35、力大，遇油水易結(jié)團(tuán)，過(guò)濾效率不穩(wěn)定，拆裝勞動(dòng)強(qiáng)度大，不能再生?？捎谜羝麥缇灰嗣颗l(fā)酵都進(jìn)行滅菌，因?yàn)槊藁▽咏?jīng)多次蒸汽加熱后易板結(jié)，增大空氣阻力，降低過(guò)濾效果。（2）活性炭活性炭有非常大的表面積，通過(guò)表面的吸附作用而吸附微生物。常用的活性炭是小圓柱體，其大小3105mm，實(shí)重度1140 kg/m3。一般填充密度50030 kg/m3，故填充率為44%。要求活性炭質(zhì)地堅(jiān)硬，不易壓碎顆粒均勻。填裝時(shí)要篩去粉末。活性炭常與纖維狀過(guò)濾介質(zhì)聯(lián)合使用。三、介質(zhì)過(guò)濾除菌的工藝 空氣過(guò)濾除菌流程是按生產(chǎn)對(duì)無(wú)菌空氣要求具備的參數(shù)，根據(jù)空氣的性質(zhì)而制訂的，同時(shí)還要結(jié)合吸氣環(huán)境的空氣條件和所用設(shè)備的特性進(jìn)行考慮

36、。對(duì)于一般要求的低壓無(wú)菌空氣，可直接采用一般鼓風(fēng)機(jī)增壓后進(jìn)入過(guò)濾器，經(jīng)一、二次過(guò)濾除菌而制得。而一般的深層通氣發(fā)酵，除要求無(wú)菌空氣具有必要的無(wú)菌程度外，還要具有一定的壓力，這就需要比較復(fù)雜的空氣除菌流程。（一）對(duì)空氣除菌流程的要求流程的設(shè)備：主設(shè)備：空氣壓縮機(jī)附屬設(shè)備：要求盡量采用新技術(shù)，提高效率，減少設(shè)備，精簡(jiǎn)設(shè)備流程，降低設(shè)備投資、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用和動(dòng)力捎耗，簡(jiǎn)便操作。流程的制訂應(yīng)考慮：地理、氣候環(huán)境設(shè)備條件（二）空氣過(guò)濾除菌流程的分析發(fā)酵廠所使用的空氣除菌流程，隨各地的氣候條件及設(shè)備條件不同而有很大的差別。要保持過(guò)濾器有比較高的過(guò)濾效率，應(yīng)維持一定的氣流速度和不受油、水的干擾。氣流速度可由操作來(lái)

37、控制；要保持不受油、水干擾則要有一系列冷卻、分離、加熱的設(shè)備來(lái)保證空氣的相對(duì)濕度在5060的條件下過(guò)濾。1.兩級(jí)冷卻、分離、加熱的空氣過(guò)濾除菌流程流程的特點(diǎn)是：兩次冷卻，兩次分離，適當(dāng)加熱。第一級(jí)冷卻到3035 第二級(jí)冷卻到2025 相對(duì)濕度降低至5060% 2.冷熱空氣直接混合式空氣過(guò)濾除菌流程特點(diǎn)：可省第二冷卻分離設(shè)備和空氣再加熱設(shè)備，流程比較簡(jiǎn)單，冷卻水用量較少，利用壓縮空氣的熱量來(lái)提高空氣溫度。 此流程適用于中等混合量的地區(qū)。3035相對(duì)濕度為5060% 3.高效前置過(guò)濾除菌流程特點(diǎn)：無(wú)菌程度高4 利用熱空氣加熱冷空氣的流程 它利用壓縮后熱空氣和冷卻后的冷空氣進(jìn)行交換，使冷空氣的溫度升

38、高，降低相對(duì)濕度。此流程對(duì)熱能的利用比較合理，熱交換還可以兼做貯氣罐，但由于氣氣交換的傳熱系數(shù)很小，加熱面積要足夠大才能滿足要求。（三）介質(zhì)過(guò)濾除菌的設(shè)備及計(jì)算 1.深層過(guò)濾效率和過(guò)濾器的計(jì)算過(guò)濾效率：就是濾層所濾去的微粒數(shù)與原來(lái)微粒數(shù)的比值，它是衡量過(guò)濾器過(guò)濾能力的指標(biāo)。1.1 對(duì)數(shù)穿透定律 研究過(guò)濾器的過(guò)濾規(guī)律時(shí)，先排除一些復(fù)雜的因素，假定：過(guò)濾器中過(guò)濾介質(zhì)每一纖維的空氣流態(tài)并不因其它鄰近纖維的存在而受影響；空氣中的微粒與纖維表面接觸后即被吸附，不再被氣流帶走；過(guò)濾器的過(guò)濾效率與空氣中微粒的濃度無(wú)關(guān)；空氣中的微粒在濾層中遞減均勻，即每一纖維薄層除去同樣百分率的菌體。 空氣通過(guò)單位濾層后，微

39、粒濃度下降量與進(jìn)入此介質(zhì)的空氣中的微粒濃度成正比，即： （1） 深層過(guò)濾的對(duì)數(shù)穿透定律 將（1）整理，積分 （2）或 （3）1.2 介質(zhì)層厚度的計(jì)算 由（2）或（3）得 （4）或 （5）式中的N1可根據(jù)進(jìn)口空氣的菌體濃度、空氣流量及持續(xù)使用時(shí)間算出。如空氣中的原始菌濃度為10000個(gè)m3，空氣流量為200m3min，持續(xù)使用2000h，則N1為2.41011個(gè)菌，N2一般可假定為10-3個(gè)菌。于是N2N12.41014，在設(shè)計(jì)空氣過(guò)濾器時(shí)，我們常把N2N1 1015作為設(shè)計(jì)指標(biāo)。 K值與纖維介質(zhì)的性質(zhì)、直徑、填充率、氣流速度以及菌體大小有關(guān)。 2 過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)深層棉花、活性炭過(guò)濾器 立式圓筒形

40、，內(nèi)部填充過(guò)濾介質(zhì)，以達(dá)到除菌的目的。 過(guò)濾器的尺寸主要是確定過(guò)濾器的內(nèi)徑D和有效過(guò)濾的高度，最后定出整個(gè)過(guò)濾器的高度尺寸。過(guò)濾器的內(nèi)徑D可以根據(jù)空氣量及流速求出： 2.2 濾紙過(guò)濾器3 附屬設(shè)備3.1 粗過(guò)濾器作用：是捕集較大的灰塵顆粒，防止壓縮機(jī)受磨損，同時(shí)也可減輕總過(guò)濾器負(fù)荷。要求：過(guò)濾效率要高，阻力要?。环駝t會(huì)增加壓縮空氣的吸入負(fù)荷和降隱低壓縮空氣機(jī)的排氣量。常用的粗過(guò)濾器有：布袋過(guò)濾填料過(guò)濾油浴洗滌水霧除塵 作用：是消除壓縮機(jī)排出空氣量的脈動(dòng)，維持穩(wěn)定的空氣壓力，同時(shí)也可以利用重力沉降作用分離部分油霧。 貯罐的大小可按下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：3.2 空氣貯罐3.3 氣液分離器旋風(fēng)式填料式

41、 第四部分 味精廠水解設(shè)備一、水解設(shè)備流程味精廠水解淀粉為糖，一般采用酸水解法。二、水解鍋的構(gòu)造與計(jì)算淀粉水解的條件是PH值為左右，壓力為為大氣壓(表壓)。因此，水解鍋必須能耐酸耐壓，鍋體材料為不銹鋼板或內(nèi)襯毫米厚的不銹鋼板的普通鋼板。水解鍋的構(gòu)造糖化常用的方法酸法處理雙酶法酸酶法或者酶酸法 第五部分 通風(fēng)發(fā)酵罐通風(fēng)發(fā)酵罐有鼓泡式、氣升式、機(jī)械攪拌式、自吸式、噴射自吸式、溢流噴射自吸式等多種類型發(fā)酵罐。通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備要將空氣不斷通入發(fā)酵液中，供微生物所需的氧，氣泡越小，氣泡的比表面積越大，氧的溶解速率約快，氧的利用率也越高，產(chǎn)品的產(chǎn)率也越高。機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐是發(fā)酵工廠常用類型之一，它是利用機(jī)械

42、攪拌器的作用，使空氣和醪液充分混合促使氧在醪液中溶解，以保證供給微生物生長(zhǎng)繁殖、發(fā)酵所需要的氧氣。 發(fā)酵罐的基本條件（1）發(fā)酵罐應(yīng)具有適宜的徑高比。罐身越高，氧的利用率較高。（2）發(fā)酵罐能承受一定的壓力。（3）要保證發(fā)酵液必須的溶解氧。（4）發(fā)酵罐應(yīng)具有足夠的冷卻面積。（5）發(fā)酵罐內(nèi)應(yīng)盡量減少死角，避免藏垢積污，滅菌能徹底，避免染菌。（6）攪拌器的軸封應(yīng)嚴(yán)密，防病量減少泄漏。發(fā)酵罐罐體的尺寸比例 Di = (1/3-1/2)DHo = 2 Di B/D = 1/8-1/12ha = 0.25DS = (2-5)DiC = (0.8-1)Di1 發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)1、罐體 2、攪拌器和擋板 3、消泡器

43、 4、聯(lián)軸器及軸承 5、變速裝置 6、空氣分布裝置 7、軸封 8、冷卻裝置 1傳動(dòng)裝置電機(jī)人孔攪拌器聯(lián)軸器取樣管進(jìn)風(fēng)管檔板溫度計(jì)插孔0冷卻水夾套發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu) 罐體 ：由圓柱體及橢圓形或碟形封頭焊接而成，材料為碳鋼或不銹鋼，對(duì)于大型發(fā)酵罐可用襯不銹鋼板或復(fù)合不銹鋼制成，襯里用的不銹鋼板厚為2-3毫米。為了滿足工業(yè)要求，在一定壓力下操作、空消或?qū)嵪?，罐為一個(gè)受壓容器，通常滅菌的壓力為公斤/厘米2（絕對(duì)壓力）。發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu) 大中型發(fā)酵罐則要裝設(shè)人孔，見圖，并在罐內(nèi)設(shè)置爬梯，人孔的大小不但要考慮操作人員能方便進(jìn)出，還要考慮安裝和檢修時(shí)，罐內(nèi)最大部件能順利放入或取出。罐頂還裝有 視鏡和燈孔以便觀察罐內(nèi)情

44、況，在視鏡和燈孔近旁，必要時(shí)還裝設(shè)無(wú)菌壓縮空氣或蒸汽的吹管，用以沖洗玻璃。裝于罐頂?shù)慕庸苡校哼M(jìn)料口、補(bǔ)料口、排氣口、接種口和壓力表等，裝于罐身的接管有：冷卻水進(jìn)出口、空氣進(jìn)口、溫度和其他測(cè)控儀表的接口。罐頂上面的排氣口位置靠近罐中心的位置。這樣，不僅防止或減少氣泡的逃逸，而且由于抽吸作用，也減少了泡沫的產(chǎn)生。圖13 一般大中型發(fā)酵罐罐頂部件布置圖消泡方式有兩種：一是加入化學(xué)消泡劑消除泡沫，但高濃度的化學(xué)消泡劑會(huì)對(duì)發(fā)酵產(chǎn)生抑制作用，故不能添加太多；第二種方式，即機(jī)械消泡。機(jī)械消泡裝置主要有四種。一是鋸齒式消泡槳它安裝于罐內(nèi)頂部、高出液面的位置，固定在攪拌軸上，隨攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)，不斷將泡沫打破。二是半

45、封閉式渦輪消泡器，它是由前者發(fā)展改進(jìn)而來(lái)，泡沫可直接被渦輪打碎或被渦輪拋出撞擊到罐壁而破碎。2 消泡裝置發(fā)酵液中含有蛋白質(zhì)等發(fā)泡物質(zhì)，故在通氣攪拌條件下會(huì)產(chǎn)生泡沫，發(fā)泡嚴(yán)重時(shí)會(huì)使發(fā)酵液隨排氣而外溢，且增加雜菌感染機(jī)會(huì)。 三是離心式消泡器，它們置于發(fā)酵罐的頂部，利用高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將泡沫破碎，液體仍然返回罐內(nèi)。第四種是刮板式消泡器，它安裝于發(fā)酵罐的排氣口處，泡沫從氣液進(jìn)口進(jìn)到高速旋轉(zhuǎn)的刮板中，刮板轉(zhuǎn)速為1000-1450 rpm，泡沫迅速被打碎，由于離心力作用，液體披甩向殼體壁上，返回罐內(nèi)，氣體則由汽孔排出。3 擋 板擋板的作用是改變液流的方向，由徑向流改為軸向流，促使液體激烈翻動(dòng)，增加溶解

46、氧。通常擋板寬度?。ǎ〥，裝設(shè)4-6塊即可滿足全擋板條件。豎立的列管，排管，也可以起擋板作用，故一般具有冷卻列管或排管的發(fā)酵罐內(nèi)不另設(shè)擋板。（但冷卻管為盤管時(shí)，則應(yīng)設(shè)擋板。）擋板的長(zhǎng)度自液面起到罐底為止。擋板與罐壁之間的距離為（1/51/9）W，避免形成死角，防止物料與菌體堆積。 4 聯(lián)軸器及軸承 大型發(fā)酵罐攪拌軸較長(zhǎng)，常分為二至三段，用聯(lián)軸器使上下攪拌軸成牢固的剛性聯(lián)接。常用的聯(lián)軸器有鼓形及夾殼形兩種。小型的發(fā)酵罐可采用法蘭將攪拌軸連接，軸的連接應(yīng)垂直，中心線對(duì)正。圖39 聯(lián)軸器示意圖 5 變速裝置 試驗(yàn)罐采用無(wú)級(jí)變速裝置，發(fā)酵罐常用的變速裝置有三角皮帶伸展動(dòng)，圓柱或螺旋圓錐齒輪減速裝置，其

47、中以三角皮帶變速傳動(dòng)效率較高，但加工，安裝精度要求高。圖40 發(fā)酵罐變速裝置采用變極電動(dòng)機(jī)作階段變速，即在需氧高峰時(shí)采用高轉(zhuǎn)速，而在不需較高溶解氧的階段適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速。這樣，發(fā)酵產(chǎn)率并不降低，而動(dòng)力消耗則有所節(jié)約。自動(dòng)化程度較高的發(fā)酵罐，采用可控硅變頻裝置，根據(jù)溶氧測(cè)定儀連續(xù)測(cè)定發(fā)酵液中溶解氧濃度的情況，并按照微生物生長(zhǎng)需要的耗氧及發(fā)酵情況，隨時(shí)自動(dòng)變更轉(zhuǎn)速，這種裝置進(jìn)一步節(jié)約了動(dòng)力消耗，并可相應(yīng)提高發(fā)酵產(chǎn)率，但其裝置頗為復(fù)雜。6 空氣分布裝置 空氣分布裝置的作用是吹入無(wú)菌空氣，并使空氣均勻分布。分布裝置的形式有單管及環(huán)形管等。常用的為單管式，管口對(duì)正罐底中央，裝于最低一擋攪拌器下面，管口與罐低

48、的距離約40mm，并且空氣分散效果較好。若距離過(guò)大，空氣分散效果較差。該距離可根據(jù)溶氧情況適當(dāng)調(diào)整，空氣由分布管噴出上升時(shí)，被攪拌器打碎成小氣泡，并與醪液充分混合，增加了氣液傳質(zhì)效果。若用環(huán)形空氣分布管，則要求環(huán)管上的空氣噴孔應(yīng)在攪拌葉輪葉片內(nèi)邊之下，同時(shí)噴氣孔應(yīng)向下以盡可能減少培養(yǎng)液在環(huán)形分布管上滯留 噴孔直徑取2-5mm為好，且噴孔的總截面積之等于空氣分布管截面積。空氣由分布管噴出上升時(shí)，被攪拌器打碎成小氣泡，并與醪液充分混合，增加了氣液傳質(zhì)效果。形管的分布裝置，以環(huán)徑di等于（攪拌器直徑）時(shí)最為有效。噴孔直徑為58mm，噴孔直徑向下，噴孔的總截面積約等于通風(fēng)管的截面積。這種空氣分布裝置的

49、空氣分散效果不及單管式分布裝置。同時(shí)由于噴孔容易被堵塞，已很少采用。 圖29 環(huán)型空氣分布管通常通風(fēng)管的空氣流速取20米/秒。為了防止吹管吹入的空氣直接噴擊罐底，加速罐底腐蝕，在空氣分布器下部罐底上加焊一塊不銹鋼補(bǔ)強(qiáng)。可延長(zhǎng)罐底壽命。通風(fēng)量在時(shí)，氣泡的直徑與空氣噴口直徑的1/3次方成正比。也就是說(shuō)，噴口直徑越小，氣泡直徑也越小。因而氧的傳質(zhì)系數(shù)也越大。但是生產(chǎn)實(shí)際的通風(fēng)量均超過(guò)上述范圍，因此氣泡直徑僅與通風(fēng)量有關(guān)，而與噴口直徑無(wú)關(guān)。 圖30 單管式空氣分布裝置7 軸 封 軸封的作用：使罐頂或罐底與軸之間的縫隙加以密封，防止泄露和污染雜菌。常用的軸封有填料函軸封和端面軸封兩種。填料函軸封是由填料

50、箱體，填料底襯套，填料壓蓋和壓緊螺栓待零件構(gòu)成，使旋轉(zhuǎn)軸達(dá)到密封的效果。發(fā)酵罐的攪拌軸與不運(yùn)動(dòng)的罐體之間的密封很重要，它是確保不泄漏和不污染雜菌的關(guān)鍵部件之一。安裝在旋轉(zhuǎn)軸與設(shè)備之間的部件我們稱之為軸封，軸封的作用：使罐頂或罐底與軸之間的縫隙加以密封，防止工作介質(zhì)（液體、氣體）沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸伸出設(shè)備之處泄漏和污染雜菌。 8 冷卻裝置 5M3以下發(fā)酵罐一般采用夾套冷卻。大型發(fā)酵罐采用列管冷卻（四至八組）。帶夾套的發(fā)酵罐罐體壁厚要按外壓計(jì)算即厘米2（絕對(duì)壓力）夾套內(nèi)設(shè)置螺旋片導(dǎo)板，來(lái)增加換熱效果，同時(shí)對(duì)罐身起加強(qiáng)作用。冷卻列管極易腐蝕或磨損穿孔，最好用不銹鋼制造。9 發(fā)酵罐裝料容積發(fā)酵罐裝料容積：在一般

51、情況下，裝料高度取罐圓柱部分高度，但須根據(jù)具體情況而定。采用有效的機(jī)械消渙裝置，可以提高罐的裝料量。制糖工序工藝流程淀粉 調(diào)漿 水解 冷卻 中和、脫色 壓濾 糖液發(fā)酵工序工藝流程菌種 斜面活化 一級(jí)種子培養(yǎng) 二級(jí)種子培養(yǎng) 發(fā)酵 發(fā)酵液提取工序工藝流程冷凍等電法 鋅鹽法 等電離交法發(fā)酵液 冷卻調(diào)酸 投晶種 育晶 繼續(xù)育晶 繼續(xù)攪拌、低溫育晶 沉淀 離心分離 濕谷氨酸精制工序工藝流程谷氨酸 中和 除鐵 沉淀 脫色 二次脫色、除鐵 過(guò)濾 脫色 濃縮結(jié)晶 離心分離 振動(dòng)干燥 成品產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)味精的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB27201996，涉及砷、鉛、鋅、味精含量味精系列標(biāo)準(zhǔn)：QB150092，規(guī)定了MSG不低于8

52、0%的各種味精標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：GB/T 8967-2000標(biāo)準(zhǔn)名稱：谷氨酸鈉(99% 味精)三廢處理與環(huán)境保護(hù)GB194312004 味精工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)COD Chemical Oxygen DemandBOD Biochemical oxygen demandSS suspended solid 主要生產(chǎn)原料（一） 味精生產(chǎn)的原料1 淀粉原料：玉米、大米、木薯等2 氮素原料：尿素、氨水、碳酸氫銨等3 輔助原料：工業(yè)鹽酸：提取時(shí)調(diào)節(jié)等電點(diǎn)燒堿：離子交換法生產(chǎn)谷氨酸時(shí)用于作洗脫劑硫化鈉：除鐵硫酸鎂：用于發(fā)酵培養(yǎng)基4 酶制劑：用于酶法水解淀粉。包括淀粉酶和糖化酶5 活性炭；具有大的比表面積、發(fā)達(dá)的空隙結(jié)

53、構(gòu)、良好的吸水性能和較高機(jī)械強(qiáng)度。用于脫色脫臭。6 離子交換樹脂：不溶于酸、堿、有機(jī)溶劑的物質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和離子交換能力的固體高分子化合物。在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)骨架上有許多可以被交換的活性基團(tuán)。包括陽(yáng)離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。7 鹽（二）、谷氨酸產(chǎn)生菌分類： 短桿菌科（Breuibacteriacear） 短桿菌屬 真細(xì)菌目 棒桿菌屬 棒狀桿菌科（Corynebacteriaceae） 小桿菌屬 節(jié)桿菌屬（三）生產(chǎn)工藝 1菌種保藏：斜面保藏、石蠟油封藏、真空凍干保藏、液氮（-196）超低溫保藏2、菌種擴(kuò)培：斜面活化 一級(jí)種子培養(yǎng)（1000ml）二級(jí)種子培養(yǎng)（50L-1200L）3、發(fā)

54、酵：發(fā)酵罐（幾十幾百立米）（三）生產(chǎn)工藝 4 提?。旱入婞c(diǎn)法：谷氨酸在等電點(diǎn)（）溶解度最低離子交換法：利用谷氨酸兩性性質(zhì)，與陽(yáng)離子或陽(yáng)離子樹脂交換，洗脫。金屬鹽法：谷氨酸與金屬鹽生成難溶于水的沉淀析出分離，時(shí)重新以結(jié)晶形式析出。鹽酸水解-等電點(diǎn)法：離子交換膜電滲析法：利用滲透膜對(duì)各種離子物質(zhì)的選擇透性不同將谷氨酸分離。第四節(jié) 有機(jī)酸的發(fā)酵生產(chǎn)主要包括： 乳酸、蘋果酸、己酸、檸檬酸、衣康酸、核苷酸重點(diǎn)講解： 乳酸 檸檬酸 核苷酸（I+G）簡(jiǎn)介L(zhǎng)-乳酸是食品工業(yè)的重要調(diào)味劑、防腐劑；聚L型乳酸是用于制造生物塑料；乳酸制成飲料用于降低血壓，這主要是乳酸桿菌胞壁所具有的叫“前列腺I2”的物質(zhì)在擴(kuò)張血管

55、、防止血液凝固等方面起重要作用。我國(guó)每年生產(chǎn)3000多噸，出口占80%以上。 蘋果酸（羥基丁二酸）：在醫(yī)藥上可以治療肝功能不全，并是混合氨基酸注射液的組分之一，有廣泛的應(yīng)用潛力。無(wú)錫輕工用黃曲霉UVT3于500L發(fā)酵罐發(fā)酵，68克/升；廣東微生物研究所用糖質(zhì)原料直接發(fā)酵生產(chǎn)已進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)。南京藥學(xué)院用黃色短桿菌固定化細(xì)胞使富馬酸連續(xù)轉(zhuǎn)化為蘋果酸。中科院用聚丙烯酰氨凝膠固定化皺褶假絲酵母 ，上海微生物所細(xì)胞固定化技術(shù) ，酶法轉(zhuǎn)化生產(chǎn)技術(shù)居世界前列。己酸：生產(chǎn)己酸的微生物已有己酸菌克氏梭菌（Clostridium kluyveri）和 Doseridium sp. W等。己酸合成所需碳源有己醇、

56、乙酸。中間代謝產(chǎn)物丁酸。其代謝產(chǎn)物已經(jīng)應(yīng)用于白酒工業(yè)生產(chǎn)，是提高白酒質(zhì)量的重要因素。己酸與乙醇的酯化反應(yīng)合成己酸乙酯是濃香型白酒的主體香氣。己酸發(fā)酵已經(jīng)用于濃香型曲酒的生產(chǎn)。所用菌種為游離乳酸菌，但產(chǎn)率不高。中科院成都微生物所從宜賓五糧液酒窖泥分離己酸菌。用固定化技術(shù)生產(chǎn)產(chǎn)量達(dá)15克/升。檸檬酸：好氧或兼性好氧生物體內(nèi)代謝樞紐三羧酸循環(huán)的成員之一。黑曲霉是現(xiàn)在工業(yè)上最有競(jìng)爭(zhēng)力的菌種。競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的酵母菌有解脂假絲酵母、季也蒙畢赤酵母等。衣康酸（Itaconic Acid）：又名亞甲基丁二酸或甲叉丁二酸，是一種用途廣泛的不飽和二元酸，分子式C5H6O4 ，分子量為130。常溫下為白色晶體，易溶于水。

57、是一種聚合物生產(chǎn)重要中間產(chǎn)物體。廣泛用于合成纖維、離子交換劑、潤(rùn)滑油、添加劑。利用土曲霉和衣康酸曲霉生產(chǎn)。有機(jī)酸生產(chǎn)菌種研發(fā)單位應(yīng)用領(lǐng)域乳酸乳酸菌固定化米根霉江蘇微生物研究所四川食品發(fā)酵設(shè)計(jì)研究院天津大學(xué)上海工微研究所食品醫(yī)藥農(nóng)業(yè)化工蘋果酸黃曲霉黃色短桿菌假絲酵母無(wú)錫輕工業(yè)大學(xué)廣東微生物所南京藥學(xué)院上海工微所中科院微生物所治療肝功能不全食品添加劑己酸乙酸菌克氏梭菌成都微生物所食品增香檸檬酸黑曲霉食品、化工、醫(yī)藥衣康酸衣康酸曲霉土曲霉酵母合成工業(yè)添加劑等核苷酸產(chǎn)氨短桿菌枯草桿菌食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)乳酸的生產(chǎn)1780 年瑞典化學(xué)家Scheele 最早在酸牛奶中發(fā)現(xiàn)乳酸,1847年,Blondeau 確

58、認(rèn)了一種發(fā)酵過(guò)程的最終產(chǎn)物是乳酸 。1899年Boullanger 申請(qǐng)了由乳酸霉即現(xiàn)在的根霉( Rhizopus) 或毛霉( Mucor)生產(chǎn)乳酸的專利,1911年齋藤確認(rèn)根霉所產(chǎn)乳酸為L(zhǎng)-型。乳酸發(fā)酵于本世紀(jì)50至60年代在生物化學(xué)方面取得了較大的進(jìn)展,現(xiàn)在正著手在遺傳工程方面改良乳酸產(chǎn)菌。自然界中可產(chǎn)生乳酸的微生物很多,但產(chǎn)酸能力強(qiáng),可以應(yīng)用到工業(yè)上的只有霉菌中的根霉屬和細(xì)菌中的乳酸菌類。乳酸的種類（Latic acid）乳酸,又名丙醇酸,學(xué)名- 羥基丙酸,分子式為C3H6O3 ,其分子結(jié)構(gòu)中含有一個(gè)不對(duì)稱碳原子,因此具有旋光性。按其構(gòu)型及旋光性可分為L(zhǎng)-乳酸、D-乳酸和DL-外消旋乳酸

59、三類。由于人體只具有代謝L-乳酸的L-乳酸脫氫酶,因此只有L-乳酸能被人完全代謝,且不產(chǎn)生任何有毒、副作用的代謝產(chǎn)物,D-乳酸或DL-乳酸的過(guò)量攝入則有可能引起代謝紊亂甚至導(dǎo)致中毒，因此，從健康角度考慮，用L-乳酸代替目前在食品和醫(yī)藥工業(yè)中普遍使用的D-乳酸或DL-乳酸已是必然趨勢(shì)。乳酸的應(yīng)用乳酸是世界上公認(rèn)的三大有機(jī)酸之一,它的用途極其廣泛。乳酸及其鹽類和衍生物在食品、釀造、香料、醫(yī)藥、皮革、卷煙、化工和印染等工業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。由于L-乳酸對(duì)人體無(wú)毒無(wú)副作用，且易于消化吸收，可直接參與體內(nèi)代謝，能促進(jìn)消化，抑制腸道內(nèi)有害細(xì)菌，且酸性柔和穩(wěn)定，有助于保護(hù)食品的口味，因此乳酸及其衍生物已逐漸取

60、代其它有機(jī)酸，作為酸味劑、殺菌劑、乳化劑、保鮮劑等廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)。 乳酸的應(yīng)用L-乳酸的聚合物一聚L-乳酸(PLA) 是無(wú)毒高分子化合物,具有生物相容性。在人體內(nèi)可以被分解為L(zhǎng)-乳酸,為人體所代謝,不會(huì)引起變態(tài)反應(yīng)。因此,聚乳酸可用于生產(chǎn)緩釋膠囊制劑,從而使血液循環(huán)中藥物濃度相對(duì)降低,大大提高療效,降低副作用。 乳酸的生產(chǎn)方法乳酸的生產(chǎn)方法主要有化學(xué)合成法、酶法和發(fā)酵法三種?；瘜W(xué)合成法生產(chǎn)的產(chǎn)品是外消旋乳酸，即DL-乳酸，另外成本也高，所用的原料為乙醛和劇毒的氫氰酸，美國(guó)FDA已將合成乳酸列為安全品，但發(fā)達(dá)國(guó)家還是不能放心地使用合成法制得的乳酸，合成法生產(chǎn)乳酸大大受到了限制；酶法可以得到L