氨基酸發(fā)酵工藝學(xué)要點(diǎn)

氨基酸發(fā)酵工藝學(xué)要點(diǎn)

2淀粉生產(chǎn)的流程

原料一清理一浸泡一粗碎一胚的分離一磨碎一分離纖維一分

離蛋白質(zhì)一清洗一離心分離一干燥~淀粉

13在谷氨酸發(fā)酵中如何控制細(xì)胞膜滲透性。

①生物素亞適量②添加表面活性劑、高級飽和脂肪酸或青霉素③

選育溫度敏感突變株、油酸缺陷型或甘油缺陷型突變株

15谷氨酸生產(chǎn)菌的育種思路

（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)構(gòu)建谷氨酸工程菌株

16現(xiàn)有谷氨酸生產(chǎn)菌主要有哪四個(gè)菌屬。

棒狀桿菌屬、短桿菌屬、小桿菌屬及節(jié)桿菌屬中的細(xì)菌

17谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)菌的主要生化特點(diǎn)。

現(xiàn)有谷氨酸生產(chǎn)菌的主要特征：（1）細(xì)胞形態(tài)短桿形、棒形；（2）

革蘭氏陽性菌，無鞭毛，無芽胞，不能運(yùn)動(dòng)；（3）需氧型微生物;

（4）生物素缺陷型；（5）版酶強(qiáng)陽性；（6）不分解淀粉、纖維

素、油脂、酪蛋白、明膠等；（7）發(fā)酵中菌體發(fā)生明顯形態(tài)變

化，同時(shí)細(xì)胞膜滲透性改變；（8）二氧化碳固定反應(yīng)酶系強(qiáng)；（9）

異檸檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，乙醛酸循環(huán)弱；（10）。-酮戊

二酸氧化能力微弱；（11）檸檬酸合成酶、烏頭酸酶、異檸檬酸

脫氫酶、谷氨酸脫氫酶活性強(qiáng)；（12）具有向環(huán)境泄露谷氨酸的

能力；（13）不分解利用谷氨酸，并能耐高谷氨酸，產(chǎn)谷氨酸8%

以上；（14）還原性輔酶n進(jìn)入呼吸鏈能力弱（15）

利用醋酸不能利用石蠟

22氨基酸生產(chǎn)菌菌種的來源有哪些。

（1）向菌種保臧機(jī)構(gòu)索取有關(guān)的菌株，從中篩選所需菌株。

（2）由自然界采集樣品，如土壤、水、動(dòng)植物體等，從中進(jìn)行

分離篩選。

（3）從一些發(fā)酵制品中分離目的菌株。

27谷氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基包括哪些主要營養(yǎng)成分。

碳源谷氨酸產(chǎn)生菌均不能利用淀粉，只能利用葡萄糖、果糖、蔗

糖、麥芽糖。谷氨酸產(chǎn)量隨糖濃度的增加而增加

氮源無機(jī)氮源：（1）尿素（2）液氨⑶氨水有機(jī)氮源:主要是蛋

白質(zhì)、陳、氨基酸等。谷氨酸發(fā)酵的有機(jī)氮源常見玉米漿、效

皮水解液、豆餅水解液和糖蜜等。

無機(jī)鹽磷酸鹽硫酸鎂鉀鹽微量元素

生長因子1）生物素（2）維生素B1

29影響發(fā)酵產(chǎn)率的因素有哪些。

培養(yǎng)基碳源氮源無機(jī)鹽生長因子

溫度（首先影響酶的活性，其次影響生物合成的途徑，還影響發(fā)

酵液的物理性質(zhì)）

PH（影響酶的活性，影響細(xì)胞膜所帶電荷，影響培養(yǎng)基某些營養(yǎng)

物質(zhì)和中間代謝物的離解，影響微生物對這些物質(zhì)的利用，PH改

變一起菌體代謝途徑的改變使代謝產(chǎn)物發(fā)生變化）

供氧對谷氨酸發(fā)酵的影響（谷氨酸生成期需大量的氧）

C02對發(fā)酵的影響（一般控制在13%左右，C02含量判斷發(fā)酵過程

是否正常（1）提前發(fā)現(xiàn)噬菌體感染在一般規(guī)律通風(fēng)下C02迅速

下跌說明污染噬菌體，菌體一死立即停止呼吸，不在放C02（2）

幫助發(fā)現(xiàn)染菌感染在正常規(guī)律通風(fēng)條件下，C02連續(xù)上升，說明

感染雜菌，須及早采取措施）

30谷氨酸發(fā)酵過程調(diào)節(jié)pH值的方法

流加尿素、液氨、添加碳酸鈣法。

31谷氨酸發(fā)酵不同階段對PH的要求：前期pH7.3、中期pH7.2、

后期pH7.0放罐pH6.8

32谷氨酸發(fā)酵時(shí)，出現(xiàn)泡沫過多,一般是什么原因,該怎樣處理？

原因P92原因（1）水解糖質(zhì)量不好⑵染菌；

處理方法（1）改進(jìn)水解糖質(zhì)量（2）按染菌處理

33谷氨酸發(fā)酵過程，菌體生長緩慢或不長的原因及解決方法？

原因⑴感染噬菌體（2）培養(yǎng)基貧乏⑶菌種老化（4）前期風(fēng)量過

大,或初尿過多抑制生長

處理⑴按感染噬菌體處理（2）補(bǔ)料，并停攪拌⑶換種、補(bǔ)種（4）

停攪拌、小通風(fēng)

34谷氨酸發(fā)酵過程，耗糖快,pH偏低，產(chǎn)酸低原因及解決方法

原因⑴培養(yǎng)基豐富，生物素過量⑵pH低，流尿不及時(shí)⑶通

風(fēng)不足,空氣短路,攪拌轉(zhuǎn)速低（4）感染雜菌

處理方法⑴提高風(fēng)量,提高pH⑵及時(shí)流尿,提高pH(3)提高風(fēng)量,

提高pH(4)按染菌處理

35谷氨酸生產(chǎn)菌最適生長溫度為？發(fā)酵谷氨酸最適發(fā)酵溫度？最

適合生長pH為？P101P84

谷氨酸產(chǎn)生菌：最適生長溫度30?34C最適產(chǎn)酸溫度35?37c

最是適生長PH為6.5?8.0

36發(fā)酵過程中CO2迅速下降，說明污染噬菌體，CO2連續(xù)上升,

說明污染雜菌

37消泡方法有哪幾種？

消泡的方法(1)物理消泡改變溫度(2)機(jī)械消泡：消泡器(3)

化學(xué)消泡加消泡劑天然油脂類高碳醇脂肪酸和脂類聚酸類

39噬菌體侵染的異?，F(xiàn)象P114

“二高三低”即pH高、殘?zhí)歉摺?D值低、溫度低、谷氨酸

產(chǎn)量低

(1)二級種子污染噬菌體

二級種子0-3h感染噬菌體，泡沫大，pH高，種子基本不生長；6h

以后感染噬菌體，泡沫多，pH偏高，種子生長較差，輕度感染或

后期感染長看不出異常變化，可用快速檢測法，半小時(shí)之內(nèi)就能

確定是否污染噬菌體。8?9小時(shí)感染，0D值不長，pH上升，泡沫

增大，耗糖慢，不產(chǎn)酸等噬菌體污染現(xiàn)象

⑵發(fā)酵前期污染噬菌體

①吸光度開始上升后下降，甚至『8h內(nèi)OD值下跌到零以下

②pH逐漸上升，升到8.0以上，不再下降，C02迅速下降0D值下

跌pH上升等

③耗糖緩慢或停止，也有時(shí)會(huì)出現(xiàn)睡眠病現(xiàn)象，發(fā)酵緩慢，周期

長，提取困難

④產(chǎn)生大量泡沫，發(fā)酵液黏度大，甚至呈現(xiàn)黏膠狀，可拔絲，發(fā)

酵液發(fā)紅，發(fā)灰，有刺激性氣味

⑤谷氨酸產(chǎn)量甚少

⑥鏡檢時(shí)可發(fā)現(xiàn)菌體數(shù)量顯著減少，菌體不規(guī)則，缺乏八字排列,

發(fā)圓

⑦平板檢查有噬菌體斑，搖瓶檢查發(fā)酵液清稀，

⑧二次種子營養(yǎng)要求逐漸加多種齡延長

⑨送往提取車間的發(fā)酵液發(fā)紅，發(fā)灰，有刺激性氣味，黏度大,

泡沫大

⑩精制中和時(shí)色素深，泡沫大，堿加不進(jìn)去，過濾困難

⑶發(fā)酵后期污染噬菌體

對產(chǎn)酸影響不大，甚至有時(shí)竟有提高產(chǎn)酸的趨勢

40染菌的分析

(1)從染菌時(shí)間分析：

早期：培養(yǎng)基滅菌不徹底、種子帶菌等；

中后期：設(shè)備滲漏、空氣系統(tǒng)。

(2)從染菌類型分析：

耐熱的芽抱桿菌：滅菌不徹底，凈化空氣帶菌，設(shè)備滲漏；

無芽泡的球菌、酵母等：設(shè)備滲漏。

（3）從染菌幅度分析：

個(gè)別罐：料液或設(shè)備滅菌不徹底；

大面積罐：空氣系統(tǒng)、種子、公用設(shè)備存在染菌。

41發(fā)酵染菌的預(yù)防措施。

1.空氣的凈化（1）減少濾前空氣的塵粒（2）減少濾前空氣的油

水含量（3）保證壓縮空氣的溫度（4）妥善裝填過濾介質(zhì)（5）選

用高效濾材（6）保持一定的氣流速度

2.培養(yǎng)基和設(shè)備的滅菌（1）合理調(diào)配培養(yǎng)基（2）保證滅菌溫度和

時(shí)間（3）保證設(shè)備無積污和滲漏（4）保證流動(dòng)蒸汽質(zhì)量（5）減

少泡沫（6）正確進(jìn)行空氣保壓

3.發(fā)酵設(shè)備的安裝（1）防止軸封滲漏（2）合理安裝罐內(nèi)設(shè)備（3）

合理安裝管路（4）閥門的連接（5）管路的布置（6）管路的試漏

（7）管路的吹洗

4.培養(yǎng)物的移接（1）嚴(yán)格進(jìn)行斜面和搖瓶菌種的無菌操作（2）嚴(yán)

格進(jìn)行種子罐的無菌操作

42污染噬菌體后的挽救措施

（1）并罐法（2）菌種輪換或使用抗性菌株（3）放罐重消法（4）

罐內(nèi)滅噬菌體法

43提煉的概念P127

將谷氨酸生產(chǎn)菌在發(fā)酵過程中積累的1廠谷氨酸從發(fā)酵液中提取出

來，再進(jìn)一步中和，除鐵、脫色、加工精制成谷氨酸單鈉鹽（俗

稱味精）的過程稱為谷氨酸的提煉

44生產(chǎn)上選擇谷氨酸提取工藝的原則是：工藝簡單、操作方便、

所用原材料價(jià)格低廉，來源豐富、提取收率高、產(chǎn)品純度高、勞

動(dòng)強(qiáng)度小、盡量不造成或減少環(huán)境污染。

45谷氨酸提取的主要方法有哪幾種？

1.等電點(diǎn)法2.離子交換法3.金屬鹽法4.離子交換膜電滲析法

46谷氨酸等電點(diǎn)法提取最后調(diào)PH為？3.0~3.2鋅鹽法提取谷氨酸

最后調(diào)PH為？一步鋅鹽法2.4等電點(diǎn)鋅鹽法2.8

47影響谷氨酸結(jié)晶的因素。

①菌體②Glu的含量③溫度（溫度越低，溶解度越小，有利于結(jié)

晶）④加酸速度及放罐pH（操作時(shí)一定要緩慢，控制pH緩慢下降）

⑤起晶方式（自然起晶和加晶種起晶）⑥攪拌（是液體不斷翻動(dòng)

從而達(dá)到溶液溫度和pH均勻一致）⑦殘?zhí)牵ㄔ诮Y(jié)晶時(shí)，這些殘?zhí)?/p>

會(huì)沉淀析出，這不但增大谷氨酸濃度，容易以型晶體析出）⑧

其它副產(chǎn)物⑨雜菌和噬菌體⑩糖液質(zhì)量（11）發(fā)酵液放罐pH（發(fā)酵后

期pH偏堿或偏酸，對谷氨酸結(jié)晶非常不利）

48G1U結(jié)晶有哪幾種晶形，俗稱的輕質(zhì)谷氨酸屬于哪種晶形。

B-型晶體和。-型晶體俗稱的輕質(zhì)谷氨酸屬于B-型晶休0-

型晶體理想結(jié)晶避免形成日-型晶體

50離子交換樹脂與這些離子的交換能力各不相同，這主要取決于

該離子的相對濃度，以及該離子對交換樹脂的親和力。

強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂對谷氨酸發(fā)酵液中各種離子親和力大

小Ca2+>Mg2+>K+>NH4+>Na+>Ala>Leu>Glu>Asp

51離子交換樹脂的離交過程有五步，非別為？P145

⑴溶液中谷氨酸離子經(jīng)過溶液向樹脂表面擴(kuò)散

⑵谷氨酸離子穿過樹脂表面向樹脂內(nèi)部擴(kuò)散

⑶谷氨酸離子與樹脂上活性基團(tuán)的可交換離子氫離子進(jìn)行離子

交換

⑷交換下來的氫離子從樹脂內(nèi)部像樹脂表面擴(kuò)散

⑸氫離子從樹脂表面擴(kuò)散到溶液中

52結(jié)柱的定義及離子交換樹脂提取谷氨酸時(shí)，產(chǎn)生結(jié)柱現(xiàn)象的原

因及防止方法。

原因：（1）上柱液谷氨酸含量高（2）洗脫劑濃度高（3）樹脂破

碎或菌體等雜質(zhì)干擾

防止方法：（1）調(diào)換破碎樹脂（2）控制洗脫劑濃度（3）上柱完

畢，自來水反洗除菌體（4）結(jié)柱后，必須徹底處理樹脂

53洗脫谷氨酸時(shí)，能夠用NaOH或NaCl作為洗脫劑，也可混合使

用。

55谷氨酸發(fā)酵廢液的主要成分。P199

（D無機(jī)鹽，如鉀離子，鐵離子鎂離子，還有殘?zhí)?，色素?/p>

⑵菌體，蛋白質(zhì)等固形物質(zhì)懸浮物，其中濕菌體含量為

50~80/L

⑶微量的微生物代謝副產(chǎn)物，有機(jī)酸類，有乳酸，琥珀酸等，

⑷殘?zhí)?0g/L一下

57味精的生理作用

⑴合成其它氨基酸（2）作為腦組織的能源（3）降低血液中氨中

毒（4）轉(zhuǎn)化為糖

58谷氨酸中和時(shí)中和劑的選擇與用量。

生產(chǎn)上要求使用含鹽分少的碳酸鈉或固體氫氧化鈉進(jìn)行中和

中和時(shí)純堿用量：Imol碳酸鈉可中和2ir.ol谷氨酸,即106g碳酸

鈉可中和147*2=294g谷氨酸即每種中和100g谷氨酸需要36.1g碳

酸鈉，才能達(dá)到谷氨酸完全中和

59谷氨酸中和液中色素的來源

淀粉制糖、培養(yǎng)基滅菌、發(fā)酵液濃縮等。

60谷氨酸中和液脫色方法有哪幾種。活性炭脫色、樹脂脫色

62制取谷氨酸鈉需要活性炭脫色，脫色的好壞與活性炭的再生好

壞直接相關(guān),再生時(shí)需用NaOH和HCL處理的目的是什么？氫

氧化鈉解吸附在炭中的色素，4%的氫氧化鈉鹽酸解吸附在

炭中的鐵離子4%的鹽酸P179180

63谷氨酸中和液中鐵離子的來源及存在形式。

L鐵離子的來源原輔材料不純、設(shè)備腐蝕而游離出來較多的

鐵離子等

2.鐵的存在形式Fe2+、Fe3+

64當(dāng)前國內(nèi)除鐵、鋅離子的方法.硫化鈉法.樹脂除鐵

65結(jié)晶的過程分三個(gè)階段，分別為：形成過飽和溶液、晶核的形

成、晶體的長大

66起晶的概念及方法。

晶核的形成叫做起晶

起晶方法自然起晶刺激起晶晶種起晶

67飽和溶液、過飽和溶液和過飽和系數(shù)概念。P185

飽和溶液：晶體的溶解和析出處于平衡狀態(tài)，溶解速度二晶析速度

晶體大小基本不變，溶液濃度不變

過飽和溶液：晶體從溶液中析出，晶析速度）溶解速度，自然形成

新晶核，而且晶粒能長大之至溶液降至飽和溶液

過飽和系數(shù)：過飽和溶液中溶質(zhì)的濃度同溫度同條件下飽和溶液

中溶質(zhì)的濃度之比

68工業(yè)上谷氨酸溶液濃縮得方法主要有？常壓蒸發(fā)減壓蒸

發(fā)

69飽和曲線和過飽和曲線將圖分為三個(gè)區(qū)域，分別為：？析晶操

作一般要求在那個(gè)區(qū)域？P186

穩(wěn)定區(qū)（不飽和溶液）亞穩(wěn)定區(qū)（飽和溶液）不穩(wěn)定區(qū)（過飽

和溶液）析晶操作一般要求在不穩(wěn)定區(qū)（）

70味精結(jié)晶的具體操作過程可分為：濃縮、起晶、整晶、育晶、

養(yǎng)晶等幾個(gè)階段。

71養(yǎng)晶的作用。（1）溶解偽晶（2）調(diào)節(jié)濃度

72味精干燥方法有：箱式烘房、真空箱式干燥、氣流干燥、傳

送帶式干燥、震動(dòng)床式干燥。

73味精溶解后渾濁的原因及解決措施

(1)產(chǎn)生原因①硫化鈉過量②消泡劑過量③含有DL-谷氨酸鈉

④原材料質(zhì)量差

(2)解決措施①中和、結(jié)晶操作規(guī)范②控制硫化鈉質(zhì)量和用

量③控制消泡劑用量④控制原材料質(zhì)量

74味精帶有顏色的原因及解決措施

產(chǎn)生原因

味精發(fā)黃料液脫色不徹底，帶有色素；味精分離不干，母液帶

入味精，使色素增加；味精干燥溫度過高或過長，引起焦化變質(zhì);

洗活性炭中殘留谷氨酸鈉時(shí)，將被吸附的色素解析出來；烘盤布

清洗不干凈，出現(xiàn)底層發(fā)黃

味精發(fā)紅母液除鐵不干凈；母液接觸鐵器或味精將諛出鐵器;

活性炭再生不完全，鐵離子沒清除徹底

味精發(fā)灰發(fā)青發(fā)灰：活性炭帶入味精中發(fā)青：硫化鈉過量

味精久放變黃料液除鐵不徹底，帶入成品；谷氨酸含殘?zhí)歉?

帶入成品

解決措施加強(qiáng)脫色操作；加強(qiáng)結(jié)晶操作，合理控制參數(shù);

加強(qiáng)分離操作；采用振動(dòng)式干燥器；采用樹脂除鐵；提高谷氨酸

質(zhì)量；控制好硫化鈉用量

75味精發(fā)臭的原因及解決措施

產(chǎn)生原因：室內(nèi)衛(wèi)生差，母液染菌變質(zhì)，帶入味精；活性炭渣子

和洗水沒及時(shí)處理，導(dǎo)致雜菌繁殖；母液存放時(shí)間長或存放母液

的容器長時(shí)間沒用清洗，雜菌繁殖；全中和操作時(shí)泡沫溢出，回

收時(shí)帶入雜菌；濕谷氨酸堆放時(shí)間長，長菌霉變

解決措施搞好環(huán)境衛(wèi)生；母液和濕谷氨酸及時(shí)處理；設(shè)備

及時(shí)清洗

76強(qiáng)力味精是哪些呈味核甘酸按不同比例與谷氨酸鈉混合制成的

添加了

5,一鳥昔酸、5,-肌昔酸，或兩者的混合物

77脫敏作用定義

經(jīng)特定處理后，不喪失酶活性而失去對變構(gòu)效應(yīng)物的敏感性,

稱脫敏作用

78酶活性的控制方法

終產(chǎn)物的抑制或激活；輔酶水平的活性調(diào)節(jié)；酸原的活化;

潛在酶的活化

79氨基酸發(fā)酵代謝控制中，酶活性調(diào)節(jié)的類型有哪些？P226

變構(gòu)效應(yīng)共價(jià)修飾寡聚前的解聚、蛋白質(zhì)水解激活等

氨基酸生產(chǎn)方法

蛋白質(zhì)水解、抽提法

以豆粕為原料，采用酸水解大豆蛋白的方法來獲取氨基酸。如

早期的味精生產(chǎn)方法。現(xiàn)在有用廢蛋白質(zhì)原料如動(dòng)物毛發(fā)等水解法

轉(zhuǎn)為復(fù)合氨基酸。

化學(xué)合成法

該方法是20世紀(jì)50年代隨著石油化工工業(yè)的發(fā)展而興起，是

利用有機(jī)合成和化學(xué)工程相結(jié)合來生產(chǎn)氨基酸。當(dāng)前DL—蛋氨酸、

甘氨酸、DL—丙氨酸等就采用此方法生產(chǎn)。

微生物發(fā)酵法

是借助微生物具有自身合成所需氨基酸的能力，經(jīng)過對菌株

的篩選、誘變處理及代謝過程的調(diào)節(jié)來達(dá)到合成某種氨基酸的目

的。當(dāng)前60%以上的氨基酸是采用生物發(fā)酵法進(jìn)行生產(chǎn)的，其中

產(chǎn)量最大的是谷氨酸，其次是賴氨酸。

酶法

利用微生物中特定的酶作為催化劑，由底物經(jīng)過酶催化

生成所需的產(chǎn)品。當(dāng)前應(yīng)用酶法生產(chǎn)的氨基酸有10多種，如L—

丙氨酸、L一色氨酸、L一絲氨酸等。

谷氨酸采用發(fā)酵法，多以淀粉為原料，少數(shù)用糖蜜

存在問題：

菌種性能：中國平均產(chǎn)酸水平為5%-6%,日本為10%—

12%,日本糖酸轉(zhuǎn)化率在55%左右，中國45%左右

工藝過程控制：中國采用低糖中糖發(fā)酵工藝，日本采用

高糖發(fā)酵并實(shí)行流加糖工藝，同時(shí)提高罐壓，保證溶氧

的供給從而提高了生產(chǎn)率。日本普遍對溫度、壓力、空

氣流量、pH、溶解氧采用計(jì)算機(jī)控制。

消耗：中國谷氨酸發(fā)酵糧耗平均在3t左右，國外為2t左

右。水、電、汽消耗也較國外高

生產(chǎn)規(guī)模：日本最大單罐體積達(dá)500nl3,中國僅200m3,多

數(shù)廠為50nl3,小的人有20m3

每立方米發(fā)酵罐年產(chǎn)量，日本為20t,中國為5—8t

污染：國外己普遍地對味精廢液進(jìn)行綜合利用，中國在

培養(yǎng)單細(xì)胞蛋白方面已取得成功，但應(yīng)用不廣。

生產(chǎn)方法主要是發(fā)酵法和酶法。發(fā)酵法是以糖蜜、淀粉為原料經(jīng)

微生物直接發(fā)酵而制得賴氨酸。酶法是以某些化工產(chǎn)品為原料，經(jīng)

酶轉(zhuǎn)化而制得賴氨酸。

賴氨酸總產(chǎn)量的65%、蛋氨酸的63%和蘇氨酸的55%均為曲太電區(qū).

國家所消費(fèi)。

谷氨酸生產(chǎn)菌株形態(tài)及生理共性

細(xì)胞為球形、棒形或短桿形

革蘭氏染色陽性，無芽抱，無鞭毛，不能運(yùn)動(dòng)

都是需氧型微生物

都是生物素缺陷型微生物

發(fā)酵中菌體發(fā)生明顯的形態(tài)變化，同時(shí)發(fā)生細(xì)胞膜滲透性的變

化

國內(nèi)谷氨酸生產(chǎn)主要菌株

天津短桿菌(T613)及其突變株

鈍齒棒桿菌(AS1.542)用其突變株

北京棒桿菌(AS1.299)及其突變株

北京棒桿菌(AS1299)的形態(tài)和生理特征

(1)形態(tài)特征

短桿至小棒狀，有時(shí)微彎曲，兩端鈍圓，不分枝，呈多種形

態(tài)。

單個(gè)、成對及“V"字形排列。

G+。胞內(nèi)有橫隔。不運(yùn)動(dòng)。無芽孑包。

鈍齒棒桿菌(AS1542)的形態(tài)和生理特征

(1)形態(tài)特征

短桿至棒狀，有時(shí)微彎曲，兩端鈍圓，不分枝。

單個(gè)、成對及“V"字形排列。

折斷分裂。

G+o胞內(nèi)有橫隔。不運(yùn)動(dòng)。無芽胞。

天津短桿菌(T613)的形態(tài)和生理特征

(1)形態(tài)特征

典型的短桿狀，有時(shí)微彎曲，兩端稍鈍圓，不分枝。

單個(gè)、成對及“V"字形排列。

折斷分裂。

G+。不運(yùn)動(dòng)。無芽抱。

?to棒桿菌也輜用鐮齒棒桿菌W然繞生長因發(fā)醉嘴菌體

大小形態(tài)顏色用:a子周期類型

感

染噬

7338小變化PH3.O-4.2接近谷乳白4-5ug/L生物素氏

菌

體

的

不大氨酸結(jié)晶等電點(diǎn)色和硫胺

型

不

類

素

B9大伸K不在該pH范陽草黃5-8ug/L生物案短同，不會(huì)

膨大色交叉感

曲不仄;

“菌VI(〃擔(dān)與鈍齒桿百hw糖酸愛醉激U空哧的

大小力杉態(tài)用量特化體類

率型

T613小變化PH3.O-4.2接近谷淡1=1牧B9尚雨WJ交叉

更大氨酸結(jié)晶等電點(diǎn)色低32-34-C感染

20-50%?f后期

36-38C

B9大仲長不在該pH范圍華黃5-Sug/L低前W

修大色30-32XJ

中后期

34-35-C

當(dāng)前味精行業(yè)采用的主要菌株

鈍齒棒桿菌B9和天津短桿菌TG-866是中國味精行業(yè)生產(chǎn)上的重

要菌種。

二者融合子F263.

谷氨酸生產(chǎn)菌在發(fā)酵過程中的形態(tài)變化

細(xì)胞壁a細(xì)胞形態(tài)+生物素a細(xì)胞壁

選育細(xì)胞膜滲透性好的突變株

抗VP類衍生物

選育對溶菌酶敏感突變株

選育二氨基庚二酸缺陷突變株

選育溫度敏感突變株

生物素：是脂肪合成中關(guān)鍵酶一乙酰CoA竣化前的輔助因子，生

物素限量時(shí)，就會(huì)抑制脂肪酸的合成，從而導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)的不完整。

青霉素

誘變育種的基本過程：

選擇選擇合適的出發(fā)菌株制備待處理的菌懸液誘變處理篩

選保藏和擴(kuò)大試驗(yàn)

出發(fā)菌株：

⑴要有一定的目標(biāo)產(chǎn)物的生產(chǎn)能力

⑵對誘變劑敏感

⑶生產(chǎn)性能好，如生長快、營養(yǎng)要求低、產(chǎn)泡子多且早，最好

是生產(chǎn)上自然選育的菌株。

生物素減少la草酰乙酸減少a乙酸減少a關(guān)閉DCA2a琥珀酸氧

化酶的能力低d積累琥珀酸，阻遏異檸檬酸裂解酶，關(guān)閉DCA環(huán)。

黃色短桿菌中：

進(jìn)入分解途徑的情況：1PEP濃度低（減弱親和力）；2TCA中間

產(chǎn)物濃度高（反饋抑制，防止草酰乙酸過剩。

固定C02的情況：1乙酰CoA濃度增加，與Fl6P共同激活PEP竣

化酶；2乙酰CoA氧化，產(chǎn)生的ATP抑制丙酮酸激酶。

氨的導(dǎo)入1Q-酮戊二酸還原氨基化2冬氨酸或丙氨酸經(jīng)過氨基

轉(zhuǎn)移作用將氨基轉(zhuǎn)給a-酮戊二酸3谷氨酸合成酶途徑：谷氨酸

合成酶對NH4+親和力更強(qiáng)，不受谷氨酸反饋抑制，當(dāng)NH4+濃度低

時(shí)循此途徑。

1選育強(qiáng)化C02固定反應(yīng)的突變株選育在以琥珀酸為唯一碳源的

培養(yǎng)基上生長快、大的菌株選育對氟丙酮酸敏感突變株選育丙

酮酸缺陷、天冬氨酸缺陷突變株4強(qiáng)化丙酮酸竣化酶基因

2選育減弱乙醛酸循環(huán)的突變株

選育對琥珀酸敏感突變株

選育不利用乙酸的突變株

經(jīng)過基因工程技術(shù)使異檸檬酸裂解酶活力降低

3選育強(qiáng)化TCA中檸檬酸至a-酮戊二酸代謝的突變株

選育檸檬酸合成酶強(qiáng)的突變株

選育抗氟乙酸、氟化鈉、氮絲氨酸和氟檸檬酸的突變株

4選育解除谷氨酸對谷氨酸脫氫酶反饋調(diào)節(jié)的突變株

選育抗酮基丙二酸抗性突變株

選育耐高谷氨酸的突變株

選育抗谷氨酸結(jié)構(gòu)類似物突變株

選育抗谷氨酰胺突變株

5選育強(qiáng)化能量代謝的突變株

選育抗呼吸抑制劑的突變株

選育抗ADP磷酸化抑制劑突變株

選育抗抑制能量代謝的抗生素突變株

6選育減弱HMP后段酶活的突變株

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

選育抗喋吟、瑤咤類似物的突變株

選育抗核甘酸類抗生素突變株

谷氨酸菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)

斜面菌種

斜面培養(yǎng)基必須有利于菌種生長而不產(chǎn)酸，要求斜面菌

種絕對純，培養(yǎng)條件有利于菌種繁殖，培養(yǎng)基以多含有

機(jī)氮不含或少含糖為原則。

斜面菌種不宜多次移接，一般只移接三次。經(jīng)常進(jìn)行菌種

分離純化，提供新的菌株供生產(chǎn)使用。

一級種子培養(yǎng)

一級種子培養(yǎng)的目的在于大量繁殖活力強(qiáng)的菌體，培養(yǎng)

基組成應(yīng)少含糖分，多含有機(jī)氮。培養(yǎng)條件有利于長菌。

二級種子培養(yǎng)

影響種子質(zhì)量的主要因素

培養(yǎng)基組成

培養(yǎng)基的營養(yǎng)易于被菌體直接吸收和利用，營養(yǎng)成分要

適當(dāng)?shù)刎S富和完全，氮源和維生素含量較高，碳源含量

少，能夠使菌絲粗壯并具有較強(qiáng)的活力。另一方面，種子

培養(yǎng)基應(yīng)盡可能與發(fā)酵培養(yǎng)基接近，以適合發(fā)酵的需要。

溫度pH溶解氧濃度前期需氧量少，后期需氧量多接種

量種齡

谷氨酸代謝途徑

菌體代謝調(diào)節(jié)異?；?/p>

在累積谷氨酸時(shí)需限制培養(yǎng)基中生物素的添加量

菌體形態(tài)有顯著差異

生產(chǎn)發(fā)酵條件控制是關(guān)鍵

在最適條件下，谷氨酸產(chǎn)生菌可把60%以上的葡萄糖轉(zhuǎn)化

為谷氨酸，而只有極少量副產(chǎn)物。

培養(yǎng)條件不適宜，得大量菌體或轉(zhuǎn)換為乳酸、琥珀酸、

a一酮戊二酸等。

發(fā)酵培養(yǎng)基對谷氨酸發(fā)酵的影響

斜面菌種的培養(yǎng)

目的：純菌生長繁殖

措施：多含有機(jī)氮，不含或少含糖

一級種子培養(yǎng)

目的：大量繁殖活力強(qiáng)的菌體

措施：少含糖分，多含有機(jī)氮，培養(yǎng)條件有利于長菌。

二級種子培養(yǎng)

目的：獲得發(fā)酵冰需的足夠數(shù)量的菌體

為發(fā)酵培養(yǎng)基的配制原則

供給菌體生長繁殖和谷氨酸生產(chǎn)所需要的適量的營養(yǎng)和

能源

原料來源豐富，價(jià)格便宜，發(fā)酵周期短，對產(chǎn)物提取無

妨礙等

碳源

當(dāng)前采用的谷氨酸產(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，有些能利用醋酸、乙醇、正烷始。

常采用淀粉水解糖，要求淀粉水解完全，但要避免水解時(shí)間過

長。不同淀粉原料中生物素含量不同，會(huì)影響生物素含量。

糖濃度對發(fā)酵的影響

一定范圍內(nèi)glu產(chǎn)量隨糖濃度增大而增大

糖濃度過高時(shí)，滲透壓增大，對菌體生長和發(fā)酵不利，

當(dāng)工藝配合不當(dāng)時(shí)，轉(zhuǎn)化率低

糖濃度過高時(shí)，氧溶解阻力大，影響供氧效率。

發(fā)酵糖濃度選擇

一般控制在125—150g/L,產(chǎn)酸55—70g/L

采用一次高糖發(fā)酵工藝（糖濃度170—190g/L）,產(chǎn)酸可

達(dá)80g/L。由于滲透壓大，影響菌體生長，使發(fā)酵周期長,

產(chǎn)酸不易穩(wěn)定。

流加低濃度糖發(fā)酵工藝

氮源是合成菌體蛋白質(zhì)、核酸和生成谷氨酸的氮來源，在發(fā)酵

過程中一部分氨用于調(diào)節(jié)pH值，形成谷氨酸鐵鹽。

谷氨酸發(fā)酵氮源（碳氮比為100：15—30）比其它發(fā)酵工業(yè)（碳

氮比為為0:0.2-2.0）高。

當(dāng)碳氮比在100:11以上才開始累積谷氨酸，在谷氨酸發(fā)

酵中，用于合成菌體的氮僅占總耗用氮的3—8%,而30

一8096用于合成從谷氨酸。

在實(shí)際生產(chǎn)中用尿素或氨水作氮源時(shí)，由于一部分氨用

于調(diào)pH,一些分解而逸出，使實(shí)際用量增大，培養(yǎng)基中糖

濃度的140g/L,總尿用量為38.5g/L,碳氮比為100:

32.8o

不同發(fā)酵階段對氮源的要求

在長菌階段，NH4+過量會(huì)抑制菌體生長。

在產(chǎn)酸階段，NH4+不足會(huì)積累u一酮戊二酸。

氮源種類及添加方式

氮源分類

有機(jī)氮（蛋白質(zhì)、麻、氨基酸等，谷氨酸發(fā)酵的有機(jī)氮

源常見玉米漿、數(shù)皮水解液、米糠水解液、豆餅水解

液和糖蜜等）

無機(jī)氮（尿素、液氨、氨水、碳酸氫錢、硫酸錢、氯

化鉉和硝酸鉉等）

黃快利憐無機(jī)氮比有機(jī)氮快速,錢鹽、尿素、氨水等比

硝基氮優(yōu)越,因?yàn)橄趸柘冉?jīng)過還原才能被利用。

添加方式：

錢鹽、液氨等可采取流加方法，液氨作用快，采取連續(xù)

流加，尿縈，少量多次分批流加Q

用硫酸錢等生理酸性鹽為氮源時(shí)，由于鏤離子被利用而

殘留S042-等酸根，使PII下降，需在培養(yǎng)基中加入碳酸鈣

以自動(dòng)中和pH。但添加碳酸鈣易形成污染，生產(chǎn)上一般不

用此法。

無機(jī)鹽

功能

構(gòu)成菌體成分、酶的組成成分、酶的激活劑或抑制劑、

調(diào)節(jié)培養(yǎng)基滲透壓、調(diào)節(jié)pH和氧化還原電位等。

微生物對無機(jī)鹽的需要量很少，但無機(jī)鹽對菌體生長和

代謝產(chǎn)物的生成影響很大

微生物所需要的無機(jī)鹽

硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物和含鉀、鈉、鎂、鐵的化

合物

微量元素：如銅、鎬、鋅、鉆、銅、碘、澳等

1.磷酸鹽

功能

蛋白質(zhì)和核酸的組成成分，ATP、ADP是重要的能量傳遞

者，參與一系列代謝反應(yīng)

緩沖作用

需要量:0.005—O.Olmol/L.需三水磷酸氫二鉀1-L5g/L,十二

水磷酸氫二鈉1.7-2.Og/L

來源：

磷酸鹽。

玉米漿、糖蜜、淀粉水解糖等原料中還有少量的磷。

磷量對谷氨酸發(fā)酵影響：磷濃度過高時(shí)，菌體的代謝轉(zhuǎn)向合成

繳氨酸，磷含量過低時(shí)，菌體生長不好。

2.硫酸鎂

功能

葉綠素的組成成分。

鎂離子是許多重要的酶（如己糖磷酸化酶、異檸檬酸脫

氫酶、峻化酶等）的激活劑。如果鎂離子太少會(huì)基質(zhì)的

氧化速度降低，谷氨酸生成量降低。

G+對鎂離子最低要求量是25ppm。G-為4—5ppm,添加七水硫酸

鎂0.25Tg/L時(shí)，鎂離子濃度為25-90mg/Kg

硫是含硫氨基酸的組成成分，構(gòu)成酶的活性基團(tuán)。培養(yǎng)基中的

硫酸鎂供應(yīng)的硫已充分，不需另加。

3.鉀鹽

許多酶的激活劑，鉀鹽少長菌體，鉀鹽足夠產(chǎn)谷氨酸。

谷氨酸發(fā)酵產(chǎn)物生成期需要的鉀鹽比菌體生長期高。

菌體生長期需硫酸鉀量約為0.Ig/L,谷氨酸生成期

需硫酸鉀量為0.2-1.0g/L.

微量元素

微量元素是指微生物需要量十分微小，但又不可完全沒有

的元素

錦是某些酶的激活劑，竣化反應(yīng)必須錦，如谷氨酸生物合成途

徑中，草酰琥珀酸脫竣生成a-酮戊二酸是在鎰存在下完成的。

鐵是細(xì)胞色素氧化酶、過氧化氫酶的成分，還是另外一些酶的

激活劑。

汞、銅離子具有明顯毒性，抑制菌體生長和谷氨酸生成，因此

必須避免有害離子的污染。

溫度對谷氨酸發(fā)酵的影響

酶活

改變生物合成途徑，使代謝產(chǎn)物發(fā)生變化

改變發(fā)酵液物理性質(zhì)

影響菌種對營養(yǎng)物的分解與吸收

不同微生物的最適生長溫度不同

同一種微生物，菌體生長和產(chǎn)物合成的最適溫度不一定相同

pH對谷氨酸發(fā)酵的影響

酶的活性

影響微生物細(xì)胞膜所帶電荷，改變細(xì)胞膜的滲透性

影響物質(zhì)分解速率，影響微生物對培養(yǎng)基物質(zhì)的吸收利

用

改變菌體代謝途徑，使代謝產(chǎn)物發(fā)生變化。

例如中性和微堿條件下積累谷氨酸，在酸性條件

下形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。

谷氨酸發(fā)酵pH的控制

菌種（一般pH6.5-8.0）

黃色短桿菌672為PH7.0-7.5

AS1.299為pH6.0-7.5

T6T3為PH7.0-8.0。

發(fā)酵階段

前期7.3左右

偏低，菌體生長旺盛，消耗營養(yǎng)物質(zhì)快，菌體正常

代謝，繁殖菌體而不產(chǎn)谷氨酸。

過高，抑制菌體生長，糖代謝緩慢，發(fā)酵時(shí)間延

長。

中期PH7.2左右，發(fā)酵后期pH7.0,在將近放罐時(shí)，為了

后工序提取谷氨酸，PH6.5-6.8為好。

發(fā)酵過程pH值調(diào)節(jié)方法

添加碳酸鈣法（適用于采用酸性鍍鹽作為氮源的工藝）

尿素流加法（小試或中試）

優(yōu)點(diǎn):尿素的分解、利用及pH值的變化具有一定規(guī)律性,

易控制。

依據(jù)

時(shí)期

外觀表現(xiàn)

菌種

避免波動(dòng)，力求穩(wěn)定。

液氨或氨水添加法（主流）

作用快而明顯

易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)流加。

供氧對谷氨酸發(fā)酵的影響

臨界溶解氧濃度

好氣微生物對培養(yǎng)液中溶解氧濃度的最低要求，在某一濃

度以下，微生物的呼吸速率隨溶解氧降低而顯著下降，此

溶解氧濃度稱為臨界溶解氧濃度。

在臨界氧濃度以下，氧成為微生物的限制性基質(zhì)，微生物的耗氧

速率符合Michaelis-Menfen方程。

從微生物生理學(xué)考察發(fā)酵供氧問題

氨基酸代謝氧的重要性:

經(jīng)過好氣性能量代謝產(chǎn)生菌體生長和氨基酸生物合成的

所需的ATP

氨基酸生物合成過程中產(chǎn)生的還原性輔酶需氧來氧化。

各種氨基酸生物合成時(shí)需要的ATP與產(chǎn)生的還原性輔酶的

量不同，以此數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，推斷氨基酸發(fā)酵通風(fēng)量很有

意義。

。不同的代謝途徑產(chǎn)生不同數(shù)量的NAD(P)H,再氧化所需要的

溶氧量不同。供氧大小是與產(chǎn)物的生物合成途徑有關(guān)。

第一類包括谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸和脯氨酸等谷氨

酸系氨基酸，它們在菌體呼吸充分的條件下，產(chǎn)量才最

大，如果供氧不足，氨基酸合成就會(huì)受到強(qiáng)烈的抑制，

大量積累乳酸和琥珀酸。這類氨基酸經(jīng)過乙醛酸循環(huán)和磷

酸烯醇式丙酮酸竣化系統(tǒng)兩個(gè)途徑形成的，產(chǎn)生的NADH

量最多。

第二類包括異亮氨酸、賴氨酸、蘇氨酸和天冬氨酸等天

冬氨酸系氨基酸，供氧充分可得最高產(chǎn)量，但供氧受限,

產(chǎn)量受影響并不明顯；其合成途徑是產(chǎn)生NADH的乙醛酸

循環(huán)或消耗NADH的磷酸烯醇式丙酮酸竣化系統(tǒng)，產(chǎn)生的

NADH量不多，因而與供氧量關(guān)系不明顯。

第三類有亮氨酸、繳氨酸和苯丙氨酸，不經(jīng)過TCA循環(huán),

NADH產(chǎn)量很少，過量供氧，反而起到抑制作用。肌昔發(fā)酵

也有類似的結(jié)果。

不同發(fā)酵階段的供氧需求P96

在菌體生長期，供氧不足時(shí)，菌體生長受到抑制，積累乳酸，菌

體收率少；但過高氧水平會(huì)造成浪費(fèi)，抑制菌體生長，在高氧水

平下生長的菌體不能有效地合成谷氨酸。

谷氨酸生成期，在細(xì)胞最大呼吸速率時(shí)，谷氨酸產(chǎn)酸量最大。因此,

在谷氨酸生成期要求充分供氧，以滿足最大呼吸的需氧量。

供氧與其它發(fā)酵工藝條件的關(guān)系

培養(yǎng)基營養(yǎng)豐富，糖濃度高，生物素含量高，需氧量大。

培養(yǎng)基濃度大，氧的傳遞阻力大，需要增加供氧。

生物素濃度濃度增加，耗糖速度增大，需要增加供氧。

采用間斷或連續(xù)測定排氣中C02濃度的方法調(diào)節(jié)通氣量，滿足供

氧需求。以13%為分界點(diǎn)。有利于發(fā)現(xiàn)噬菌體感染發(fā)現(xiàn)雜菌污染

利用溶氧變化自動(dòng)控制補(bǔ)糖速率，間接控制供氧速率和pH值，

實(shí)現(xiàn)菌體生長、溶氧和pH值三位一體的控制體系。

除控制補(bǔ)料速度外，在工業(yè)上，還可采用調(diào)節(jié)溫度（降低培養(yǎng)

溫度可提高溶氧濃度）、液化培養(yǎng)基、中間補(bǔ)水、添加表面

活性劑等工藝措施，來改進(jìn)溶氧水平c

泡沫對發(fā)酵的影響

泡沫過多會(huì)引起大量逃出發(fā)酵液而造成浪費(fèi)和污染

泡沫上升到罐頂時(shí)，可能從軸封滲漏，造成浪費(fèi)和污染

泡沫過多就會(huì)降低發(fā)酵罐的裝填系數(shù)，降低設(shè)備利用率

泡沫過多影響通氣攪拌效果

當(dāng)泡沫穩(wěn)定時(shí)，代謝氣體不能及時(shí)排出，影響菌體的正

常呼吸作用，甚至使菌體自溶

形成：氣液兩相共存（泡沫的分散相是空氣和二氧化碳，連續(xù)

相是發(fā)酵液），有能降低液體表面張力的物質(zhì)存在。具體包括：

物質(zhì)條件：蛋白，黏度增大可使之更穩(wěn)定。

操作：通氣、攪拌

泡沫的穩(wěn)定性取決于

液體表面張力，粘度。

泡沫表面積、溫度、pH、溶液濃度。

分類

表面泡沫

內(nèi)部泡沫：出現(xiàn)在粘稠的發(fā)酵液中，當(dāng)谷氨酸發(fā)酵感染

雜菌和噬菌體等不正常發(fā)酵時(shí)就形成這種泡沫。

泡沫的消除方法

物理方法（經(jīng)過改變溫度使泡沫破裂）

機(jī)械消泡：耗式消泡器，離心式、刮板式、蝶片式

優(yōu)點(diǎn)：不城在發(fā)酵液中加其它物質(zhì)

缺點(diǎn)：不能從根木上消除引起泡沫穩(wěn)定的原因，消泡效

果不如這消泡劑迅速可靠，需一定的設(shè)備和消耗動(dòng)力。

化學(xué)消泡：

優(yōu)點(diǎn)：消泡效果好，作用快

缺點(diǎn)：需消泡劑，存在影響菌體生長或代謝產(chǎn)物積累

的可能，增加了染菌機(jī)會(huì)，影響氧的傳遞。

消泡劑消泡的機(jī)理

破泡：降低表面張力

抑泡：抑泡劑分子優(yōu)先被吸附，除去發(fā)泡劑的吸附層，使表面

粘度局部地方顯著降低。

選用原則：

消泡劑必須是表面活性劑，具有較低的表面張力

消泡劑對氣-液界面的鋪展系數(shù)必須足夠大，具有一定親

水性

在水中的溶解度極小，保持持久的消泡或抑泡作用

無毒

不干擾溶解氧、pH等測定儀表使用，不影響氧的傳遞

具有良好的熱穩(wěn)定性

來源方便，價(jià)格便宜

常見的消泡劑

天然油脂（消泡活性差、用量多，一般為發(fā)酵液的2%）.

種類：花生油最好，米糠油最差

新鮮程度：油脂新鮮，所含天然抗氧化劑多，過氧化物

少，酸價(jià)低，消泡能力強(qiáng)。

生物素含量

聚酸類

醇類（十八醇）

硅酮類

谷氨酸發(fā)酵過程中主要變化及中間代謝控制方法

以糖蜜為原料發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸，可省去淀粉水解工藝，降低成

本，節(jié)約能源,常采用大種量(10%左右)、添加青霉素或表面

活性劑，低糖流加發(fā)酵，有利于產(chǎn)酸和轉(zhuǎn)化率的提高。

甜菜糖蜜添加吐溫發(fā)酵工藝

工藝特點(diǎn)：高生物素、大接種量、添加表面活性劑(吐溫-60),

產(chǎn)谷氨酸高、轉(zhuǎn)化率高。

基本原理

發(fā)酵期間，向發(fā)酵培養(yǎng)基中添加吐溫-60,高級飽和脂肪酸

(C16-18)及其親水醇酯類，對脂肪酸的合成有拮抗作用，控制

磷脂合成，形成不完全的細(xì)胞膜，谷氨酸向膜外泄漏能力增

強(qiáng)。

在生產(chǎn)過程中，必須控制好添加吐溫-60、飽和脂肪酸等拮抗

物質(zhì)的時(shí)間與濃度，一般在發(fā)酵階段的對數(shù)生長期的早期

(4-5h)添加。

發(fā)酵工藝控制要點(diǎn)

添加吐溫-60的時(shí)間與添加量：4.5h,添加0.2%

接種量：

接種量少，菌體增殖緩慢，吐溫添加時(shí)間延長，發(fā)酵周

期長；

接種量過多，菌體繁殖迅速，營養(yǎng)消耗快，產(chǎn)酸期縮短,

后期產(chǎn)酸速度不高。4%-5%

pH的控制：整個(gè)發(fā)酵過程中pH不低于6.4,控制在6.5以上。

若低于6.4產(chǎn)酸率、產(chǎn)酸速率明顯下降；發(fā)酵后期，pH若高于

7.0,0D值下降，菌體發(fā)生自溶。

溫度控制：WTHT發(fā)酵過程中溫度控制條件為：0-12h,30-33C;

12-24h,33-34℃;24-36h,34-35rc發(fā)酵前期溫度必須穩(wěn)定，

否則菌體生長受影響。

風(fēng)量控制：采用梯形通風(fēng)控制，分3級或4級提風(fēng)，達(dá)最高風(fēng)

量后維持10h,再分3級4級降風(fēng)。生產(chǎn)過程中，根據(jù)生產(chǎn)菌在

發(fā)酵過程中的代謝特點(diǎn)及其變化，由排氣中C02含量，反饋控

制通氣強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)排氣中C02含量恒定（13%左右）。

放罐處理：添加吐溫60發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸，細(xì)胞有較好的滲透性,

殘?zhí)墙抵?.3汩1.4%時(shí)，采用適當(dāng)工藝條件，充分發(fā)揮殘余酶

活，使糖的氧化中間產(chǎn)物繼續(xù)轉(zhuǎn)化。在放罐前廠2h,采用低通

風(fēng)（或停攪拌保壓）、適當(dāng)溫度、適當(dāng)pH,可取得較好的效

果

添加青霉素可抑制糖肽轉(zhuǎn)肽酶，阻止細(xì)胞壁肽聚糖的生成，使谷

氨酸生產(chǎn)菌形成不完全的細(xì)胞壁，導(dǎo)致細(xì)胞膜不完全。

甘蔗糖蜜添加青霉素流加糖發(fā)酵

添加青霉素的時(shí)間與濃度是美犍,因菌種、接種量、培養(yǎng)基的組

成和發(fā)酵條件而異。

發(fā)酵控制劑：發(fā)酵3.5-5h,添加3-5U/mL青霉素之后，視0D值

凈增、菌體有否變形、耗糖等情況，考慮是否需再補(bǔ)加一次

或兩次青霉素

發(fā)酵過程中用液氨控制pH6.7-7.0

添加青毒素的時(shí)間與量

青霉素必須在細(xì)胞對數(shù)生長期的早期加入，確保在加入

青霉素后，菌體培增，由長菌型細(xì)胞向產(chǎn)酸型細(xì)胞轉(zhuǎn)化。

生產(chǎn)過程中，在添加青霉素前u半小時(shí)，每隔5min測一

次0D、粘度、菌體重，當(dāng)40D為0.35-0.4時(shí)加入，最

終的40D為0.8左右。當(dāng)接種量為10%時(shí)，在發(fā)酵

3-4.5h加入，當(dāng)接種量為2096時(shí)，在發(fā)酵2.5-3.5h加入。

加入劑量為3-5U/mLo有時(shí)需要補(bǔ)加1-2次適量的青霉素。

通風(fēng)控制

經(jīng)過測定溶解氧、排氣中C02、排氣中02等參數(shù)，來調(diào)

節(jié)通氣量、攪拌轉(zhuǎn)速等。可用控制排氣C02為12%-1396

來調(diào)節(jié)風(fēng)量。梯形控制通風(fēng)，分3-4次提風(fēng)，最高風(fēng)量維

持10h左右，再分3-4次降風(fēng)。最高風(fēng)量比一次糖發(fā)酵法

高50%-100%.

溫度控制

開始控制溫度30-32℃,之后每隔5-6h升一度。發(fā)酵前期

溫度不能過高。

pH控制

用液氨調(diào)節(jié)PH6.7-7.0,停止流加糖后，殘?zhí)墙抵?%左右,

pH不低于6.7,不再加液氨。

流加糖

發(fā)酵初糖8%,接種量10%,發(fā)酵3.5-5h后添加青霉素

3-5U/mL;發(fā)酵8T0h,當(dāng)殘?zhí)墙抵?%時(shí)，開始流加含

糖50%的甘蔗糖蜜，全總糖濃度達(dá)20%（發(fā)酵時(shí)的糖濃度

始終保持在4%左右），產(chǎn)酸10%以上，轉(zhuǎn)化率5096-55%,

發(fā)酵周期30h左右。

工藝特點(diǎn)

發(fā)酵穩(wěn)定，較粗放，不易染菌，產(chǎn)酸時(shí)間提前，發(fā)酵周期縮短

（30h左右）

初糖8隊(duì)滲透壓低，粘度小，氧傳遞系數(shù)大，有利于菌體生長

和胞內(nèi)谷氨酸向胞外滲透，且谷氨酸合成酶系的酶活均顯著提

高，直到發(fā)酵終了時(shí)仍能保持較高水平

低糖流加工藝，接種量大，縮短了長菌期和發(fā)酵周期。

產(chǎn)酸率、轉(zhuǎn)化率和設(shè)備利率高

甘蔗糖蜜預(yù)處理

水解脫除、脫鈣：

含糖分45%-55%的糖蜜稀釋a蒸汽加熱a泥渣分離機(jī)或沉淀槽分離

雜質(zhì)G蒸汽間接殺菌i冷卻入罐發(fā)酵

低糖流加工藝及后期補(bǔ)糖工藝

要點(diǎn)：

流加入發(fā)酵罐的糖濃度必須是高濃度

提高流加糖占總糖的比例；

將攝氧率（通風(fēng)）與補(bǔ)料速率關(guān)聯(lián);

經(jīng)驗(yàn)：時(shí)間選擇發(fā)酵中前期，即在12-14h時(shí)開始流加，此時(shí)殘

糖3%-5%,盡可能使流加糖與耗糖速率保持平衡。

采用溫度敏感突變株發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸機(jī)理

堿基置換a對應(yīng)的酶在稍高溫度下易失活a不能生成細(xì)胞膜

合成所需物質(zhì)c較低溫度菌體正常生長，當(dāng)溫度提高到一定程

度時(shí)，菌體便停止生長而大量產(chǎn)酸。

提高發(fā)酵產(chǎn)酸率的主要措施

選育高產(chǎn)菌種，改良菌種性能

改進(jìn)發(fā)酵工藝

一次高濃度糖發(fā)酵

降低發(fā)酵糖濃度，連續(xù)流加糖發(fā)酵

混合碳源發(fā)酵

自動(dòng)化

通電發(fā)酵法

固定化連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸

一次高濃度糖發(fā)酵

一次性投糖濃度達(dá)180—200g/L進(jìn)行發(fā)酵。

優(yōu)點(diǎn)：操作方便，設(shè)備利用率高，谷氨酸濃度高,

容易提取。

缺點(diǎn)及解決措施：

糖濃度高，滲透壓大，菌體不適應(yīng)。同時(shí)糖濃度高,

氧傳遞阻力增大，應(yīng)強(qiáng)化供氧。選育耐高滲透壓的

菌科，并控制發(fā)酵工藝條件。

降低發(fā)酵糖濃度，連續(xù)流加糖發(fā)酵

降低發(fā)酵糖濃度，可降低滲透壓，有利于菌體生長

和代謝產(chǎn)物的排泄。同時(shí)提高氧的傳遞速率，提高

溶氧水平。特別是對采用高生物素、大接種量，添

加青霉素破壁的發(fā)酵工藝更為重要。

混合碳源發(fā)酵

采用葡萄糖和醋酸混合碳源比單一葡萄糖為碳源的發(fā)酵谷氨酸

對糖轉(zhuǎn)化率提高30%o即使是全部為糖質(zhì)原料也可選用不同種原

料混合使用，既可用部分廉價(jià)原料又能提高產(chǎn)酸。

谷氨酸的提取

發(fā)酵液中不但有目的產(chǎn)物谷氨酸，還有菌體、殘?zhí)恰⑸?、膠

體物質(zhì)及其它副產(chǎn)物

工藝選擇原則：簡單、操作方便、原料價(jià)格低廉、來源豐富、

產(chǎn)品純度高、勞動(dòng)強(qiáng)度小、設(shè)備簡單、造價(jià)低、盡量不造

成或減少對環(huán)境的污染

谷氨酸發(fā)酵液的性質(zhì)

發(fā)酵液呈淺黃色漿體、表面浮有少許泡沫、發(fā)酵溫度一般為

34-36,而為6.5—7.5,近中性。

等電點(diǎn)法提取谷氨酸特點(diǎn)：設(shè)備簡單、操作方便

分類：除菌或不除菌、濃縮或不濃縮、常溫或低溫下加鹽酸

調(diào)至谷氨酸等電點(diǎn)3.22,使谷氨酸呈過飽和狀態(tài)析出。

直接常溫等電點(diǎn)法

常溫下等電點(diǎn)母液含谷氨酸1.5-2%,一次提取收率僅60

-70%o（發(fā)爵醪中谷氨酸含量為5%左右）

水解等電點(diǎn)法

低溫等電點(diǎn)法

一次冷凍等電點(diǎn)法提取工藝，收率達(dá)78—82%母液谷氨酸

含量為1.2%左右。低溫提取谷氨酸）

等電一離交法

等電點(diǎn)一離子交換、等電點(diǎn)一鋅鹽法總回收率可達(dá)85%O

濃縮連續(xù)等電點(diǎn)法

等電點(diǎn)提取谷氨酸的原理

谷氨酸的兩性解離與等電點(diǎn)

谷氨酸在等電點(diǎn)時(shí)，正負(fù)電荷相等，總靜電荷等于0,形

成偶極離子，在直流電場中即不向陽極移動(dòng)，也不向陰

極移動(dòng)，易聚集沉淀。即在等電點(diǎn)時(shí)，谷氨酸的溶解度最

小。

酸性AA等電點(diǎn)為最小兩個(gè)pk值平均值，堿性AA等電點(diǎn)

為最大的兩個(gè)pK值平均值。

谷氨酸的溶解度

pH對Glu溶解度的影響

溫度對Glu溶解度的影響

其它雜質(zhì)的影響：有其它氨基酸會(huì)導(dǎo)致谷氨酸溶解度增

加

雜質(zhì)對Glu溶解度的影響

在等電點(diǎn)操作過程中，溶液中g(shù)lu逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檫^飽和狀態(tài)，過

量的溶質(zhì)便結(jié)晶析出。介穩(wěn)區(qū)時(shí)產(chǎn)生微細(xì)的晶核；然后進(jìn)行養(yǎng)

晶，育晶，使晶粒不斷增大，經(jīng)過控制晶核形成與晶體增長,

獲得滿意的結(jié)晶

a一晶型：斜六方晶體，

特點(diǎn)：純度高、顆粒大、質(zhì)量重，易沉降，易與母液分離。

8一晶型：粉狀或針狀、鱗片狀，晶粒微細(xì)，純度低，晶體無

光澤，質(zhì)量輕，難沉降，結(jié)晶時(shí)常與發(fā)酵液中膠體特質(zhì)粘結(jié)，

形成魚子狀，懸浮在母液中或攪拌軸周圍，不易沉淀分離，常

稱為輕質(zhì)氨基酸。

影響谷氨酸晶型的主要因素

1谷氨酸含量（4-8%）

室溫自然冷卻條件下，隨溶液谷氨酸含量升高，B晶型增多，

水分增加，母液難分離。

在4%以上，等電提取容易，收率高；若含量在1.5—3.596常溫

下不易達(dá)過飽和狀態(tài)，結(jié)晶生成速度慢，難形成晶核或晶核數(shù)

量極少。（加高流分、投晶種）

2溫度與降溫速度（超過30tB晶型明顯增加）為避免形成B晶

型，在等電點(diǎn)法提取谷氨酸時(shí)必須把發(fā)酵液溫降到30以下再進(jìn)行

晶體析出。

3加酸速度（加酸中和到pH5左右可快些，pH5以下，起晶前后,

加酸要慢，發(fā)現(xiàn)晶核應(yīng)立即停止加酸，育晶2h,使晶核成長，緩

慢加酸中和到pH3.2,攪拌育晶）

常見硫酸而不用鹽酸中和，

終pH要準(zhǔn)，常調(diào)節(jié)終點(diǎn)到3.0—3.2,停酸半小時(shí)，取樣復(fù)測

pHo

4投晶種與育晶

結(jié)晶理論表明，溶液為過飽和時(shí)，經(jīng)歷介穩(wěn)區(qū)和不穩(wěn)區(qū)兩個(gè)區(qū)

域。介穩(wěn)區(qū)決定晶核的成長，不穩(wěn)區(qū)決定晶核的形成，故投種

要注意時(shí)間。

育晶：pH中和至4.5時(shí)，要仔細(xì)觀察晶核生成情況，當(dāng)能目視

晶核時(shí)，說明晶核不少，可作為第一步pH終點(diǎn)值，停酸育晶,

過2h后，逐步把pH調(diào)到結(jié)晶點(diǎn)，使晶核成長，形成結(jié)晶顆粒。

攪拌的影響（25rpi））

5攪拌有利于晶體成長，避免晶簇生成，但攪拌太快，液體翻動(dòng)劇

烈，會(huì)引起晶體磨損，對晶體成長不利，結(jié)晶細(xì)小

攪拌太慢，液體翻動(dòng)不大，晶體易下沉，pH和溫度不均勻，引

起局部pH過低，形成過多微細(xì)晶核，結(jié)晶顆料大小不一，不

易與菌體分離，影響收率。

6菌體

7殘?zhí)?/p>

8L一谷氨酰胺

9雜菌和噬菌體

10水解糖液質(zhì)量

11不同谷氨酸產(chǎn)生菌種對谷氨酸結(jié)晶晶型的影響

12玉米漿膠體過多時(shí)對結(jié)晶的影響

13某些氨基酸、多肽類物質(zhì)及雜質(zhì)的影響：L一天冬氨酸、L

一苯丙氨酸，L一酪氨酸，L一亮氨酸及L一胱氨酸能促進(jìn)a一

晶型的生成。

在相同條件下，影響谷氨酸晶型的關(guān)鍵因素是加酸速度

等電點(diǎn)工藝類型

帶菌體直接常溫等電點(diǎn)法

帶菌體冷凍低溫一次等電點(diǎn)法

除菌體常溫等電點(diǎn)法

濃縮水解等電點(diǎn)法

低溫濃縮等電點(diǎn)法

從結(jié)晶方法分類：逐步起晶法和連續(xù)結(jié)晶法（即當(dāng)量中和法）

離子交換法提取谷氨酸的基木理論

當(dāng)前味精廠均采用732強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂，利用陽離子交

換樹脂對谷氨酸陽離子的選擇性吸附，使發(fā)酵液中妨礙谷氨酸

結(jié)晶的殘?zhí)羌疤堑木酆衔铮鞍踪|(zhì)、色素等非離子性雜質(zhì)得以

分離，后經(jīng)洗脫達(dá)到濃縮提取谷氨酸的目的。

?雙柱串聯(lián)工藝流程

樹脂預(yù)處理

上柱交換的控制

上柱發(fā)酵液pH控制（發(fā)酵液在汁15—5.5上柱）

上柱量的控制

上柱流速的控制

洗脫劑的選擇（氫氧化鈉、氯化鈉、發(fā)酵液）

樹脂再生

“結(jié)柱”和上柱”漏吸”原因

結(jié)柱：谷氨酸以結(jié)晶形式析出，把樹脂粘結(jié)成團(tuán)，把樹

月昆粘結(jié)成團(tuán)，使流速困難、走短路洗脫峰拖長等。

漏吸原因

等電點(diǎn)一離子交換法提取谷酸

谷氨酸制味精的基本工藝流程

谷氨酸加水溶解，用碳酸鈉或氫氧化鈉中和，經(jīng)脫色，除鐵鈣鎂

等離子，再經(jīng)蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶分離干燥篩選得到高純度的晶體或

粉體味精,這個(gè)生產(chǎn)過程統(tǒng)稱為精制.

?用于谷氨酸提取的樹脂應(yīng)該具備哪些條件？樹脂使用應(yīng)該注

意哪些問題？

所有陽離子與陽離子交換樹脂交換，陰離子與陰離子交換樹脂

交換。

強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂的親和力隨著離子價(jià)數(shù)和原子序數(shù)的增

加而增加，而隨水合離子半徑的增加而減少。

氫離子的親和力隨樹脂交換基團(tuán)性質(zhì)而異，取決于樹脂交換基

團(tuán)與H+所形成的酸的酸性強(qiáng)弱

在高濃度時(shí)，不同離子的親和力差異顯著減少

氨基酸與酸堿兩種樹脂都能發(fā)生交換

?離子交換法

從復(fù)雜的混合物中，分離性質(zhì)相似大分子的方法之一,

依據(jù)的原理是物質(zhì)的酸堿性、極性，也就是所帶陰陽離

子的不同C電荷不同的物質(zhì)，對管柱上的離子交換劑有不

同的親和力，改變沖洗液的離子弓翁度和pH值，物質(zhì)就能

依次從層析柱中分離出來。

.離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)與功能（以732樹脂為例）

離子交換樹脂是由本體（由高分子化合物（苯乙烯）和交聯(lián)

齊心二乙烯苯）組成的高分子共聚物母體及磺酸基、酸

基、胺基等活性基團(tuán)兩部分組成。

交換基團(tuán)］由能起交換作用的陽（陰）離子（H+）和與交

換樹脂本體聯(lián)結(jié)在一起的陰（陽）離子（-S03）兩部分組成

（磺酸基）。

直接發(fā)酵法是當(dāng)前生產(chǎn)賴氨酸的主要方法。采用的生產(chǎn)菌主要有谷

氨酸棒桿菌和黃色短桿菌的代謝調(diào)節(jié)突變株

賴氨酸生物合成途徑及調(diào)節(jié)機(jī)制

二氨基庚二酸途徑細(xì)菌、綠藻、原生蟲和高等植物中

a一氨基己二酸途徑酵母、霉菌中

賴氨酸生產(chǎn)菌育種途徑

-、優(yōu)先合成轉(zhuǎn)換降低高絲氨酸脫氫酶活性

二切斷支路代謝營養(yǎng)缺陷型的選育（經(jīng)過誘變使高絲氨酸脫

氫酶缺失，切斷向蘇氨酸和蛋氨酸的代謝流）

三、抗結(jié)構(gòu)類似物筐株的選育

四、解除代謝互鎖

五、選育亮氨酸缺陷型菌株

六、選育抗亮氨酸結(jié)構(gòu)類似物菌株

七、選育對苯配或喳咻衍生物敏感株

八、增加前體物的合成和阻塞副產(chǎn)物的生成

九、切斷或削弱支路代謝流

a）切斷或削弱合成賴氨酸的支路：選育賴氨酸缺陷型（Lys-）

或賴氨酸滲滲漏型（Lysl）或賴氨酸缺陷型回復(fù)突變株

（Lys+）

b）切斷或削弱合成蛋氨酸的支路：選育蛋氨酸缺陷型或蛋氨

酸滲滲漏型或蛋氨酸缺陷型回復(fù)突變株

C）切斷由蘇氨酸到異亮氨酸的反應(yīng)：選育異亮氨酸缺陷型

十、解除蘇氨酸生物合成途徑中的代謝調(diào)節(jié)機(jī)制

a）解除蘇氨酸+