天津科技大學(xué)氨基酸發(fā)酵工藝學(xué)

1、氨基酸發(fā)酵工藝學(xué)第一節(jié) 學(xué)習(xí)氨基酸發(fā)酵工藝學(xué)的目的、研究對(duì)象、任務(wù)及內(nèi)容 氨基酸發(fā)酵是典型的代謝控制發(fā)酵,由發(fā)酵所生成的產(chǎn)物氨基酸,都是微生物的中間代謝產(chǎn)物,它的積累是建立于對(duì)微生物正常代謝的抑制。在脫氧核糖核酸(DNA)的分子水平上改變、控制微生物的代謝,使有用產(chǎn)物大量生成、積累。 以探討氨基酸發(fā)酵工廠的生產(chǎn)技術(shù)為主要目的。氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)以發(fā)酵為主,發(fā)酵的好壞是整個(gè)生產(chǎn)的關(guān)鍵,但后處理提純操作和提純?cè)O(shè)備選用當(dāng)否,也會(huì)大大影響總的得率。氨基酸發(fā)酵工藝學(xué)研究的對(duì)象應(yīng)該包括從投入原料到最終產(chǎn)品獲得的整個(gè)過程,其中有微生物生化問題、生化工程問題,也有分析與設(shè)備問題。 今后的發(fā)展是采用誘變、細(xì)胞工程、

2、基因工程的手段選育出從遺傳角度解除了反饋調(diào)節(jié)和遺傳性穩(wěn)定的更理想菌種,提高產(chǎn)酸;采用過程控制,進(jìn)行最優(yōu)化控制,連續(xù)化、自動(dòng)化,穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn);探求新工藝、新設(shè)備,以提高產(chǎn)率和收得率;研究發(fā)酵機(jī)制等問題,以便能更好地控制氨基酸這樣微生物中間代謝產(chǎn)物的發(fā)酵。 緒論第一章 淀粉水解糖的制備 第一節(jié)淀粉的組成及其特性 淀粉為白色無定形結(jié)晶粉末,淀粉的形狀有圓形、橢圓形和多角形三種。淀粉顆粒的大小隨淀粉種類的不同而差別很大。淀粉的組成:淀粉分子是由許多葡萄糖脫水縮聚而成的高分子化合物,用(C6H10O5)n這個(gè)實(shí)驗(yàn)式來表示。淀粉一般可分為直鏈淀粉和支鏈淀粉兩部分。直鏈淀粉是由不分支的葡萄糖所構(gòu)成,葡萄糖分子

3、間以 -1,4-糖苷鍵聚合而成,呈鏈狀結(jié)構(gòu),聚合度約100600之間,它的水懸浮液加熱時(shí),不產(chǎn)生糊精,而以膠體狀態(tài)溶解,遇碘反應(yīng)是純藍(lán)色。支鏈淀粉(膠淀粉)其直鏈由葡萄糖分子以-1,4-糖苷鍵相連結(jié),而支鏈與直鏈葡萄糖分子以-1,6-糖苷鍵相連結(jié),分子呈樹狀,它是一種膨脹性的物質(zhì),置于水中加熱時(shí)成為膠粘的糊狀物,而且只有在加熱加壓的條件下,才能溶解于水,遇碘呈紫紅色反應(yīng)。淀粉沒有還原性，也沒有甜味，不溶于冷水、酒精、醚等有機(jī)溶劑中。淀粉在熱水中能吸收水分而膨脹，最后淀粉粒破裂，淀粉分子溶解于水中形成帶有粘性的淀粉糊，這個(gè)過程稱為糊化。第一階段:淀粉緩慢地可逆地吸收水分,淀粉顆粒已有些微膨脹。第

4、二階段:當(dāng)溫度升到大約65 時(shí),淀粉顆粒經(jīng)過不可逆地突然很快地吸收大量水分后,膨脹粘度增加很大。第三階段:當(dāng)溫度繼續(xù)升高,淀粉顆粒變成無形空囊,可溶性淀粉浸出,成為半透明的均質(zhì)膠體。 第一章 淀粉水解糖的制備 第二節(jié) 淀粉水解糖的制備方法 一、淀粉水解糖的生產(chǎn)意義和水解糖的質(zhì)量要求 二、淀粉水解的方法及其比較 1、酸解法 2、酶酸法 3、酸酶法 4、雙酶法 第一章 淀粉水解糖的制備 第三節(jié) 雙酶法制糖工藝 淀粉雙酶法制糖工藝主要包括:淀粉的液化和糖化兩個(gè)步驟。液化是利用液化酶使淀粉糊化,粘度降低,并水解到糊精和低聚糖的程度。糖化是用糖化酶將液化產(chǎn)物進(jìn)一步徹底水解成葡萄糖的過程。 第二章 谷氨酸

5、發(fā)酵機(jī)制第一節(jié) 谷氨酸的生物合成途徑一、生成谷氨酸的主要酶反應(yīng) (1)谷氨酸脫氫酶(GHD)所催化的還原氨基化反應(yīng) (2)轉(zhuǎn)氨酶(AT)催化的轉(zhuǎn)氨反應(yīng) (3)谷氨酸合成酶(GS)催化的反應(yīng)第二章 谷氨酸發(fā)酵機(jī)制二、谷氨酸生物合成的理想途徑 由葡萄糖發(fā)酵生成谷氨酸的理想途徑如下 第二章 谷氨酸發(fā)酵機(jī)制谷氨酸發(fā)酵的代謝途徑如下圖所示 第二章 谷氨酸發(fā)酵機(jī)制黃色短桿菌中谷氨酸的代謝調(diào)節(jié)機(jī)制如下圖所示 第二章 谷氨酸發(fā)酵機(jī)制三、谷氨酸生產(chǎn)菌的育種思路 第二章 谷氨酸發(fā)酵機(jī)制1.切斷或減弱支路代謝 2.解除自身的反饋抑制 3.增加前體物的合成 4.提高細(xì)胞膜的滲透性 5.強(qiáng)化能量代謝6.利用基因工程技術(shù)

6、構(gòu)建谷氨酸工程菌株 谷氨酸生產(chǎn)菌的具體育種思路 第二章 谷氨酸發(fā)酵機(jī)制在谷氨酸發(fā)酵時(shí),糖酵解經(jīng)過EMP及HMP兩個(gè)途徑進(jìn)行,生物素充足菌HMP所占比例是38%,控制生物素亞適量的結(jié)果,發(fā)酵產(chǎn)酸期,EMP所占的比例更大,HMP所占比例約為26%。由葡萄糖生物合成谷氨酸的代謝途徑中的主要過程至少有16步酶促反應(yīng)。在糖質(zhì)原料發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸時(shí),應(yīng)盡量控制通過CO2固定反應(yīng)供給四碳二羧酸;在谷氨酸發(fā)酵的菌體生長期,需要異檸檬酸裂解酶反應(yīng),走乙醛酸循環(huán)途徑。菌體生長期之后,進(jìn)入谷氨酸生成期,最好沒有異檸檬酸裂解酶反應(yīng),封閉乙醛酸循環(huán)。在生長之后,理想的發(fā)酵按如下反應(yīng)進(jìn)行: C6H12O6+NH3+1.5

7、O2 C6H9O4N+CO2+3H2O理論收率為81.7%。四碳二羧酸是100%通過CO2固定反應(yīng)供給。若通過乙醛酸循環(huán)供給四碳二羧酸,則理論收率僅為54.4%,實(shí)際收率處于中間值。 四、谷氨酸發(fā)酵的代謝途徑 第二章 谷氨酸發(fā)酵機(jī)制第二節(jié) 谷氨酸生物合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 一、優(yōu)先合成與反饋調(diào)節(jié)二、糖代謝的調(diào)節(jié) 三、氮代謝的調(diào)節(jié) 四、其它調(diào)節(jié) 第二章 谷氨酸發(fā)酵機(jī)制第三節(jié) 谷氨酸發(fā)酵中如何控制細(xì)胞膜的滲透性 一、控制細(xì)胞膜滲透性的方法 .化學(xué)控制方法 2.物理控制方法 二、強(qiáng)制發(fā)酵控制工藝第三章 谷氨酸生產(chǎn)菌的特征、育種及擴(kuò)大培養(yǎng)第一節(jié) 谷氨酸生產(chǎn)菌的主要特征與菌學(xué)性質(zhì) 現(xiàn)有谷氨酸生產(chǎn)菌主要是棒狀桿菌

8、屬、短桿菌屬、小桿菌屬及節(jié)桿菌屬中的細(xì)菌。 1.棒狀桿菌屬(Corynebacterium) 2.短桿菌屬(Brevibacterium) 3.小桿菌屬(Microbacterium) 4.節(jié)桿菌屬(Arthrobacterium) 第三章 谷氨酸生產(chǎn)菌的特征、育種及擴(kuò)大培養(yǎng)第二節(jié) 國內(nèi)谷氨酸生產(chǎn)菌及其比較 一、北京棒桿菌(AS1299)的形態(tài)和生理特征二、鈍齒棒桿菌(AS1542)的形態(tài)和生理特征 三、天津短桿菌(T6-13)的形態(tài)和生理特征 四、北京棒桿菌(7338)與鈍齒棒桿菌(B9)的比較 五、天津短桿菌(T6-13)與鈍齒桿菌(B9)的比較 六、目前味精行業(yè)采用的主要菌株 S9114

9、 華南理工大學(xué) FD415 上海復(fù)旦大學(xué) TG961 天津科技大學(xué)第三章 谷氨酸生產(chǎn)菌的特征、育種及擴(kuò)大培養(yǎng)第三節(jié) 谷氨酸生產(chǎn)菌在發(fā)酵過程中的形態(tài)變化 一、種子的菌體形態(tài) 斜面和一、二級(jí)種子培養(yǎng)在不同培養(yǎng)條件下,細(xì)胞形態(tài)基本相似。斜面培養(yǎng)的菌體較細(xì)小,一、二級(jí)種子比斜面菌體大而粗壯,革蘭氏染色深。多為短桿至棒桿狀,有的微呈彎曲狀,兩端鈍圓,無分枝;細(xì)胞排列呈單個(gè)、成對(duì)及V字形,有柵狀或不規(guī)則聚塊;分裂的細(xì)胞大小為0.70.9*1.03.4um。由于生物素充足,繁殖的菌體細(xì)胞均為谷氨酸非積累型細(xì)胞。 二、谷氨酸發(fā)酵不同階段的菌體形態(tài) 從谷氨酸發(fā)酵中菌體形態(tài)的變化來看,大致可以分為長菌型細(xì)胞、轉(zhuǎn)移

10、期細(xì)胞和產(chǎn)酸型細(xì)胞3種不同時(shí)期的細(xì)胞形態(tài).三、谷氨酸發(fā)酵感染噬菌體后的菌體形態(tài) 發(fā)酵前期感染噬菌體后,菌體細(xì)胞明顯減少,細(xì)胞不規(guī)則,發(fā)圓、發(fā)胖,缺乏字形排列,有明顯的細(xì)胞碎片,嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)拉絲、拉網(wǎng),互相堆在一起,幾乎找不到完整的菌體細(xì)胞,類似蛛網(wǎng)或魚翅狀。 在發(fā)酵中、后期感染噬菌體后,菌體細(xì)胞形態(tài)不規(guī)則,邊緣不整齊,有的邊緣似乎有許多毛刺狀的東西,有細(xì)胞碎片 。第三章 谷氨酸生產(chǎn)菌的特征、育種及擴(kuò)大培養(yǎng)第四節(jié) 谷氨酸發(fā)酵的代謝控制育種 一、日常菌種工作 二、選育耐高滲透壓菌種 三、選育不分解利用谷氨酸的突變株 四、選育細(xì)胞膜滲透性好的突變株 五、選育強(qiáng)化CO2固定反應(yīng)的突變株 六、選育減弱乙醛

11、酸循環(huán)的突變株 七、選育強(qiáng)化三羧酸循環(huán)中從檸檬酸到-酮戊二酸代謝的突變株 八、選育解除谷氨酸對(duì)谷氨酸脫氫酶反饋調(diào)節(jié)的突變株 九、強(qiáng)化能量代謝十、選育減弱HMP途徑后段酶活性的突變株 第三章 谷氨酸生產(chǎn)菌的特征、育種及擴(kuò)大培養(yǎng)第五節(jié) 應(yīng)用生物工程新技術(shù)選育谷氨酸生產(chǎn)菌一、應(yīng)用原生質(zhì)體融合新技術(shù)選育谷氨酸生產(chǎn)菌二、應(yīng)用轉(zhuǎn)化法選育谷氨酸生產(chǎn)菌三、應(yīng)用轉(zhuǎn)導(dǎo)法選育谷氨酸生產(chǎn)菌四、應(yīng)用重組DNA技術(shù)構(gòu)建谷氨酸工程菌五、應(yīng)用固定化細(xì)胞技術(shù)發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸 第三章 谷氨酸生產(chǎn)菌的特征、育種及擴(kuò)大培養(yǎng)第六節(jié) 菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)和種子的質(zhì)量要求 斜面菌種一級(jí)種子培養(yǎng)二級(jí)種子培養(yǎng) 發(fā)酵罐 種子培養(yǎng)過程第四章 谷氨酸發(fā)酵控

12、制第一節(jié) 發(fā)酵培養(yǎng)基一、碳源 目前所發(fā)現(xiàn)的谷氨酸產(chǎn)生菌均不能利用淀粉,只能利用葡萄糖、果糖、蔗糖和麥芽糖等,有些菌種能夠利用醋酸、乙醇、正烷烴等作碳源。二、氮源 無機(jī)氮源: (1)尿素 (2)液氮 (3)碳酸氫銨 有機(jī)氮源:主要是蛋白質(zhì)、胨、氨基酸等。谷氨酸發(fā)酵的有機(jī)氮源常用玉米漿、麩皮水解液、豆餅水解液和糖蜜等。三、無機(jī)鹽 (1) 磷酸鹽 (2) 硫酸鎂 (3) 鉀鹽 (4) 微量元素四、生長因子 (1) 生物素 (2) 維生素B1第四章 谷氨酸發(fā)酵控制第二節(jié) 溫度對(duì)谷氨酸發(fā)酵的影響 溫度對(duì)谷氨酸發(fā)酵的影響是多方面的。從酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)來看,溫度升高,反應(yīng)速度加快,產(chǎn)物生成速度提前。酶是蛋白質(zhì)，

13、收熱容易失活，溫度愈高失活愈快,菌體易衰老,影響發(fā)酵液的性質(zhì)來間接影響發(fā)酵,影響基質(zhì)和氧的溶解從而影響發(fā)酵。溫度影響細(xì)胞中酶的活性,而影響代謝途徑方向。 各種微生物在一定條件下,都有一個(gè)最適的生長溫度范圍。谷氨酸產(chǎn)生菌的最適生長溫度為3040,產(chǎn)生谷氨酸的最適為3537。若溫度過高,菌體容易衰老。生產(chǎn)上表現(xiàn)為OD值增長慢,pH值高,耗糖慢,發(fā)酵周期長,谷氨酸生成少。應(yīng)及時(shí)降溫,采用小通風(fēng),流加尿素以少量多次;必要是時(shí)可補(bǔ)加玉米漿,以促進(jìn)生長。適當(dāng)提高溫度可加快發(fā)酵速率。第四章 谷氨酸發(fā)酵控制第三節(jié) pH值對(duì)谷氨酸發(fā)酵的影響 一、 pH值對(duì)谷氨酸發(fā)酵的影響二、發(fā)酵過程pH 值的變化及控制 第四章

14、 谷氨酸發(fā)酵控制第四節(jié) 供氧對(duì)谷氨酸發(fā)酵的影響 一、溶解氧與谷氨酸的需氧量二、供氧對(duì)谷氨酸發(fā)酵的影響三、供氧與其他發(fā)酵工藝條件的關(guān)系四、氧對(duì)發(fā)酵影響的微生物生理學(xué)考察第四章 谷氨酸發(fā)酵控制第五節(jié) 泡沫的消除 一、泡沫對(duì)發(fā)酵的影響二、泡沫的形成和性質(zhì)三、發(fā)酵過程泡沫形成的規(guī)律四、泡沫的消除第四章 谷氨酸發(fā)酵控制第六節(jié) 發(fā)酵過程主要變化及中間代謝控制 1.適應(yīng)期2.對(duì)數(shù)生長期3.轉(zhuǎn)化期4.產(chǎn)酸期谷氨酸的發(fā)酵過程曲線第四章 谷氨酸發(fā)酵控制第七節(jié) 異常發(fā)酵現(xiàn)象及其處理 一、常見的異常發(fā)酵現(xiàn)象及其處理方法 序異?，F(xiàn)象原因分析 處理方法 10時(shí)pH值高(1)初尿過多(2)尿素滅菌溫度過高、時(shí)間過長停攪拌,

15、小通風(fēng),待菌體生長,pH下降后再按正常發(fā)酵進(jìn)行 2發(fā)酵前期pH值過高(1)初尿過多(2)菌種被燒死(3)種子感染噬菌體(4)培養(yǎng)基缺乏或抑制菌體生長 (1)按第1項(xiàng)方法處理(2)補(bǔ)種(3)按感染噬菌體處理 (4)根據(jù)情況補(bǔ)料,補(bǔ)種(5)均先停攪拌、小通風(fēng)3菌體生長緩慢或不長 (1)感染噬菌體 (2)培養(yǎng)基貧乏(3)菌種老化 (4)前期風(fēng)量過大,或初尿過多抑制生長(1)按感染噬菌體處理(2)補(bǔ)料,并停攪拌(3)換種、補(bǔ)種(4)停攪拌、小通風(fēng)4中后期耗糖慢、產(chǎn)酸低(1)菌種老化 (2)前期風(fēng)量過大后期無力 (3)種子或發(fā)酵前期溫度過高 (4)生物素不足(1) 略減風(fēng)量,如殘?zhí)歉呖裳a(bǔ)種,或并罐發(fā)酵(

16、2) 略減風(fēng)量,如殘?zhí)歉呖裳a(bǔ)種,或并罐發(fā)酵(3) 略減風(fēng)量,如殘?zhí)歉呖裳a(bǔ)種,或并罐發(fā)酵(4) 補(bǔ)料 514h后OD值繼上升 (1)生物素過量(2)染菌 (1)提高風(fēng)量,提高溫度(2)按染菌處理第七節(jié) 異常發(fā)酵現(xiàn)象及其處理 6耗糖快,pH偏低, 產(chǎn)酸低 (1) 培養(yǎng)基豐富,生物素過量 (2) pH低,流尿不及時(shí)(3) 通風(fēng)不足,空氣短路,攪拌轉(zhuǎn)速低(4) 感染雜菌(1)提高風(fēng)量,提高pH(2)及時(shí)流尿,提高pH(3)提高風(fēng)量,提高pH(4)按染菌處理 7發(fā)酵液變紅色 生物素充足,風(fēng)量不足提高風(fēng)量8谷氨酸生成后又下跌(1)pH偏低,NH4+過量,谷氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)楣弱０?2)大量下跌,可能染菌(1)及時(shí)

17、流尿,提高pH(2)按染菌處理 9泡沫太多(1)水解糖質(zhì)量不好(2)染菌(1)改進(jìn)水解糖質(zhì)量(2)按染菌處理 第七節(jié) 異常發(fā)酵現(xiàn)象及其處理 第四章 谷氨酸發(fā)酵控制第八節(jié) 發(fā)展方向改進(jìn)發(fā)酵工藝1.一次高濃度糖發(fā)酵2.降低發(fā)酵初糖濃度,連續(xù)流加糖發(fā)酵3.混合碳源發(fā)酵4.應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)控制和管理發(fā)酵,使發(fā)酵工藝最佳化5.固定化活細(xì)胞連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸 第五章 噬菌體與雜菌的防治 第一節(jié) 谷氨酸發(fā)酵中噬菌體的污染與防治 噬菌體對(duì)谷氨酸發(fā)酵的危害,輕則減產(chǎn),重則會(huì)引起發(fā)酵液全部倒棄,造成嚴(yán)重塤失。谷氨酸生產(chǎn)菌的噬菌體,一般在25-35、pH5-9時(shí)較為穩(wěn)定,易受熱變性（60-70,10-15min),對(duì)

18、氧化物敏感,可被酸堿致死。 凡能引起蛋白質(zhì)變性的化學(xué)藥品都可以使噬菌體失活。第五章 噬菌體與雜菌的防治 第二節(jié) 噬菌體浸染的異常現(xiàn)象與嚴(yán)重污染的早期預(yù)報(bào) 1.噬菌體浸染的異?，F(xiàn)象 2.噬菌體嚴(yán)重污染的早期預(yù)報(bào) 3.噬菌體污染的檢查方法 第六章 谷氨酸的提取 第一節(jié) 概 述 將谷氨酸生產(chǎn)菌在發(fā)酵液中積累的L-谷氨酸提取出來,再進(jìn)一步中和、除鐵、脫色、加工精制成谷氨酸單鈉鹽叫提煉。 谷氨酸是發(fā)酵的目的物,它溶解在發(fā)酵液中,而在發(fā)酵液中還存在菌體、殘?zhí)?、色素、膠體物質(zhì)以及其他發(fā)酵副產(chǎn)物。 提取工藝的選擇原則:工藝簡單,操作方便,提取收率高,產(chǎn)品純度高,勞動(dòng)強(qiáng)度小,設(shè)備簡單,造價(jià)低,使用的原材料、藥品

19、價(jià)廉,來源容易。 第六章 谷氨酸的提取 主要提取方法簡介 (1)等電點(diǎn)法(2)離子交換法(3)等電-離交法(4)連續(xù)等電點(diǎn)法(5)金屬鹽法 (6)鹽酸水解-等電點(diǎn)法 (7)離子交換膜電滲析法提取谷氨酸第六章 谷氨酸的提取 第二節(jié) 谷氨酸發(fā)酵液的性質(zhì)和發(fā)酵廢液的綜合利用 一、谷氨酸發(fā)酵液的主要性質(zhì)二、菌體分離方法三、發(fā)酵液的綜合利用第六章 谷氨酸的提取 第三節(jié)等電點(diǎn)法提取谷氨酸 1、等電點(diǎn)法提取谷氨酸的原理 (1)谷氨酸的兩性解離與等電點(diǎn) I： 谷氨酸的離子狀態(tài) II：不同pH時(shí)谷氨酸的電離情況與離子形式 III：谷氨酸等電點(diǎn)的性質(zhì) (2)谷氨酸溶解度 I:pH值對(duì)谷氨酸溶解度的影響 II: 溫

20、度對(duì)谷氨酸溶解度的影響 III:雜質(zhì)對(duì)谷氨酸溶解度的影響 第六章 谷氨酸的提取 等電點(diǎn)法提取谷氨酸的原理 等電點(diǎn)法是谷氨酸提取方法中最簡單的一種方法,由于設(shè)備簡單、操作簡便、投資少等優(yōu)點(diǎn),谷氨酸發(fā)酵液不經(jīng)除菌或除菌、不經(jīng)濃縮或濃縮處理、在常溫或低溫下加鹽酸調(diào)至谷氨酸的等電點(diǎn)pH3.22,使谷氨酸呈過飽和狀態(tài)結(jié)晶析出。 谷氨酸分子中含有2個(gè)酸性的羧基和一個(gè)堿性的氨基,在不同的pH值溶液中以GA+、GA 、GA-、GA、表示。 pH 為3.22時(shí),大部分谷氨酸以GA形式存在,此時(shí)谷氨酸的氨基和羧基的離解程度相等,總靜電荷為零。 谷氨酸的等電點(diǎn)習(xí)慣上常以pI代表?？傡o電荷等于零,由于谷氨酸分子之間的

21、相互碰撞,并通過靜電引力的作用,會(huì)結(jié)合成較大的聚合題體而沉淀析出。因而在等電點(diǎn)時(shí),谷氨酸的溶解度最小。 谷氨酸的溶解度 lgs=0.533I+0.01613t pH對(duì)谷氨酸溶解度的影響 谷氨酸的溶解度隨PH值的改變而改變, pH 3.22和在30%以上的高濃度鹽酸下,溶解度便顯著減少到最低點(diǎn)。 溫度對(duì)谷氨酸溶解度的影響 谷氨酸溶解度受溫度的影響較大,溫度越低,溶解度越小。 第六章 谷氨酸的提取 第三節(jié)等電點(diǎn)法提取谷氨酸 二、谷氨酸的結(jié)晶（1）谷氨酸的晶型及其性質(zhì) （2）影響谷氨酸結(jié)晶的主要因素 （3）型結(jié)晶的形成第六章 谷氨酸的提取 第三節(jié)等電點(diǎn)法提取谷氨酸 三、等電點(diǎn)工藝的類型 （1）直接常

22、溫等電點(diǎn)法（2）帶菌體冷凍低溫一次等電法（3）除菌體常溫等電點(diǎn)法（4）濃縮、水解等電點(diǎn)法（5）低溫濃縮等電點(diǎn)法（6）谷氨酸發(fā)酵液連續(xù)等電工藝第六章 谷氨酸的提取 第四節(jié)等電點(diǎn)離子交換法提取谷氨酸 一、工藝流程發(fā)酵液加鹽酸（或高流分母液pH1.5)育晶2h(pH4-5)育晶2h(pH3.5-3.8)加鹽酸（或高流分母液pH1.5)育晶2h(pH3.0-3.2)加鹽酸（或高流分母液pH1.5)攪拌育晶20-16h沉淀4h細(xì)谷氨酸母液谷氨酸上離子交換柱洗脫后流分高流分初流分第六章 谷氨酸的提取 第五節(jié) 廢液的處理與環(huán)保高濃度廢水（7波美）-通液氨調(diào)節(jié)pH至4.6-四效蒸發(fā)器濃縮（26波美）-噴漿造粒

23、-復(fù)合肥 低濃度廢水-厭氧處理-好氧處理-排放 第七章 谷氨酸制味精 谷氨酸中和沉淀脫色過濾脫色過濾濃縮結(jié)晶離心分離小結(jié)晶母液結(jié)晶味精干燥拌鹽粉碎粉狀味精水(或渣水)碳酸鈉活性炭硫化堿谷氨酸回調(diào)pH活性炭脫色活性炭二次脫色硫化堿晶種流加母液蒸餾水GH15顆?；钚蕴棵撋稍镞^篩粉狀味精活性炭硫化堿第一節(jié) 谷氨酸制味精的工藝流程 第七章 谷氨酸制味精 第二節(jié) 味精的結(jié)晶操作 結(jié)晶的過程通常包括晶核的形成和晶體的長大兩個(gè)階段。首先在溶液中產(chǎn)生細(xì)小的晶核,隨后以這些晶核為中心,繼續(xù)在晶核表面吸附周圍溶質(zhì)分子,使晶粒不斷長大。 工業(yè)生產(chǎn)上結(jié)晶有三種不同起晶方法: (1)自然起晶法 (2)刺激起晶法 (3

24、)晶種起晶法 晶種起晶法是一個(gè)普遍被采用的方法。溶液中一旦形成晶核便分為固、液兩相,固相晶核周圍包有一層液膜。如果液膜外部的溶液仍保持著一定的過飽和狀態(tài),膜外部的溶質(zhì)分子就會(huì)由于濃度差(c-c)的推動(dòng),不斷地往膜內(nèi)擴(kuò)散,并被晶核表面吸附。一層一層地排列,從而使晶體逐漸長大,直到溶液的濃度下降到飽和濃度時(shí)為止。 第七章 谷氨酸制味精第三節(jié) 味精的分離、干燥、 包裝和成品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 一、味精的分離 味精分離一般采用三足式離心機(jī)分離.為保證表面光潔度,在離心分離過程中當(dāng)母液離開晶體后,用少許50熱水噴淋晶體。二、味精的干燥 味精結(jié)晶含有一個(gè)結(jié)晶水,晶體在120就開始失去結(jié)晶水,因此干燥溫度應(yīng)嚴(yán)格控制,

25、以不超過80較為合適。三、結(jié)晶味精的篩分 干燥后的結(jié)晶味精，通過不同篩目的震動(dòng)篩組合，把不同顆粒的結(jié)晶味精加以分開。一般采用目、12目、20目、30目四種篩子組合。四、粉狀味精的混鹽和磨粉 .混鹽 為了調(diào)整味精的含量規(guī)格，通常在味精中添加一定量的精制食鹽。 .磨粉 干燥后的粉狀味精,與鹽混合投入萬能粉碎機(jī)進(jìn)行磨粉過篩,篩目為100目。將粉碎后的味精加入型拌粉機(jī)或雙螺旋拌粉機(jī)均勻混合，包裝出廠。1.切斷或減弱支路代謝 選育減弱-酮戊二酸進(jìn)一步氧化能力的突變株 從谷氨酸生物合成的代謝途徑可以看出，減弱-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體的活性，可以使代謝流向谷氨酸，從而使谷氨酸得到積累。 選育減弱HMP途徑后段

26、酶活性的突變株 在谷氨酸生物合成途徑中，從葡萄糖到丙酮酸的反應(yīng)是由EMP途徑和HMP途徑組成的。但是，通過HMP途徑也可生成核糖、核苷酸、莽草酸、芳香族氨基酸、輔酶Q、維生素K、葉酸等物質(zhì)。這些物質(zhì)的生成消耗了葡萄糖，使谷氨酸的產(chǎn)率降低。如果削弱或切斷這些物質(zhì)的合成途徑，就會(huì)使谷氨酸的產(chǎn)率增加。這可通過選育莽草酸缺陷型或添加芳香族氨基酸能促進(jìn)生長的突變株以及抗嘌呤、嘧啶類似物或核苷酸類抗生素，如德夸菌素、狹霉素C抗性突變株來實(shí)現(xiàn)。 選育不分解利用谷氨酸的突變株 為了積累谷氨酸，就必須使菌種不能分解利用谷氨酸，這可通過選育以谷氨酸為唯一碳源，菌體不長或生長微弱的突變株來實(shí)現(xiàn)。 選育減弱乙醛酸循環(huán)

27、的突變株 四碳二羧酸是由CO2固定反應(yīng)和乙醛酸循環(huán)所提供的。減弱乙醛酸循環(huán)，CO2固定反應(yīng)所占的比例就會(huì)增大，谷氨酸的產(chǎn)率就高。這可通過選育琥珀酸敏感型突變株、不分解利用乙酸突變株、異檸檬酸裂解酶活力降低菌株來實(shí)現(xiàn)。 阻止谷氨酸進(jìn)一步代謝 由于細(xì)胞還可以谷氨酸為前體繼續(xù)向下合成谷氨酰胺等，就必然會(huì)導(dǎo)致谷氨酸的積累量減少，為此，要避免谷氨酸被菌體利用，還需要切斷谷氨酸向下的代謝途徑。GO BACK2.解除菌體自身的反饋調(diào)節(jié) 選育耐高滲透壓突變株 要使菌種能高產(chǎn)谷氨酸,首先要使菌種具備在高糖、高谷氨酸的培養(yǎng)基中仍能正常生長、代謝的能力，即在高滲培養(yǎng)基中菌體的生長和谷氨酸的合成不受影響或影響很小。這

28、可通過選育耐高糖、耐高谷氨酸及耐高糖+高谷氨酸突變株來實(shí)現(xiàn)。 選育解除谷氨酸對(duì)谷氨酸脫氫酶反饋調(diào)節(jié)的突變株 當(dāng)谷氨酸合成達(dá)到一定量時(shí)，谷氨酸就會(huì)反饋抑制和阻遏谷氨酸脫氫酶，使谷氨酸的合成停止，使代謝轉(zhuǎn)向天冬氨酸的合成。若解除了谷氨酸對(duì)谷氨酸脫氫酶的反饋調(diào)節(jié)，菌體就會(huì)不斷的合成谷氨酸。這可通過選育酮基丙二酸抗性、谷氨酸結(jié)構(gòu)類似物抗性（如谷氨酸氧肟酸鹽）、谷氨酰胺抗性突變株來實(shí)現(xiàn)。 GO BACK3.增加前體物的合成 選育強(qiáng)化三羧酸循環(huán)中從檸檬酸到-酮戊二酸代謝的突變株 這可通過選育檸檬酸合成酶活力強(qiáng)突變株及抗氟乙酸、氟化鈉、重氮絲氨酸、氟檸檬酸等突變株來實(shí)現(xiàn)。 選育強(qiáng)化CO2固定反應(yīng)的突變株 這

29、可通過選育以琥珀酸或蘋果酸為唯一碳源生長良好的突變株、氟丙酮酸敏感突變株以及丙酮酸或天冬氨酸缺陷突變株來實(shí)現(xiàn)。 GO BACK4.提高細(xì)胞膜的滲透性 選育抗Vp類衍生物突變株 選育抗Vp類衍生物，如香豆素、盧丁等突變株，都能遺傳性的改變細(xì)胞膜的滲透性。 選育溶菌酶敏感突變株。 選育二氨基庚二酸缺陷突變株。 選育溫度敏感突變株 谷氨酸溫度敏感突變株的突變位置是在決定與谷氨酸分泌有密切關(guān)系的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)基因上，發(fā)生堿基的轉(zhuǎn)換或顛換，一個(gè)堿基為另一個(gè)堿基所置換，這樣為該基因所指導(dǎo)的酶，在高溫下失活，導(dǎo)致細(xì)胞膜某些結(jié)構(gòu)的改變。當(dāng)控制培養(yǎng)溫度為最適生長溫度時(shí)，菌體正常生長；當(dāng)溫度提高到一定程度時(shí)，菌體便停

30、止生長而大量產(chǎn)酸。 GO BACK5. 強(qiáng)化能量代謝 谷氨酸高產(chǎn)菌的兩個(gè)顯著特點(diǎn)是:-酮戊二酸繼續(xù)向下氧化的能力微弱和乙醛酸循環(huán)微弱，使能量代謝受阻，TCA循環(huán)前一階段的代謝減慢。強(qiáng)化能量代謝可彌補(bǔ)上述兩點(diǎn)不足，使TCA循環(huán)前一段代謝加強(qiáng)，谷氨酸合成的速度加快。 選育呼吸鏈抑制劑抗性突變株 如可選育丙二酸、氧化丙二酸、氰化鉀、氰化鈉抗性突變株來實(shí)現(xiàn)。 選育ADP磷酸化抑制劑抗性突變株 如可選育2,4-二硝基酚、羥胺、砷、胍等抗性突變株來實(shí)現(xiàn)。 3選育抑制能量代謝的抗生素的抗性突變株 如可選育纈氨霉素、寡霉素等抗性突變株來實(shí)現(xiàn)。 GO BACK6. 其它遺傳標(biāo)記 據(jù)報(bào)道，選育異亮氨酸缺陷、蛋氨酸

31、缺陷、苯丙氨酸缺陷、AEC抗性、AHV抗性、棕櫚酰谷氨酸敏感等突變株，都可不同程度的提高谷氨酸的產(chǎn)酸率。 GO BACK 優(yōu)先合成 谷氨酸比天冬氨酸優(yōu)先合成，谷氨酸合成過量后，抑制和阻遏自身的合成途徑，使代謝轉(zhuǎn)向合成天冬氨酸。 谷氨酸脫氫酶(GDH)的調(diào)節(jié) 谷氨酸對(duì)谷氨酸脫氫酶存在著反饋?zhàn)瓒艉头答佉种啤?檸檬酸合成酶的調(diào)節(jié) 檸檬酸合成酶受能荷調(diào)節(jié)、谷氨酸的反饋?zhàn)瓒艉晚槥躅^酸的反饋抑制。 異檸檬酸脫氫酶的調(diào)節(jié) 細(xì)胞內(nèi)-酮戊二酸的量與異檸檬酸的量需維持平衡。當(dāng)-酮戊二酸過量時(shí),將對(duì)異檸檬酸脫氫酶發(fā)生反饋抑制作用,停止合成-酮戊二酸。 -酮戊二酸脫氫酶在谷氨酸產(chǎn)生菌中先天性的喪失或微弱。 磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶受天冬氨酸的反饋抑制，受谷氨酸和天冬氨酸的反饋?zhàn)?/p>