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地理教育：如何在地质地形图上判断地质结构——由一道地理引发的思考 谷氨酸发酵论文酸奶发酵论文 发酵谷氨酸生产中氮源补料方案 　[摘 要]谷氨酸作为食品工业重要的添加剂和鲜味剂，发酵法生产谷氨酸是目前最常使用的方法。其中，发酵生产中氮源补料方案一直是谷氨酸发酵生产调控的重点，直接关系着发酵产品的质量和产量。 　　[关键词]谷氨酸 发酵 氮源补料 　　　一、谷氨酸发酵特点 　　目前工业上应用的谷氨酸产生菌有谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌、噬氨短杆菌等。我国常用的菌种有北京棒状杆菌、纯齿棒状杆菌等。 　　在谷氨酸发酵中，如果能够改变细胞膜的通透性，使谷氨酸不断地排到细胞外面，就会大量生成谷氨酸。研究明，影响细胞膜通透性的主要因素是细胞膜中的磷脂含量。因此，对谷氨酸产生菌的选育，往往从控制磷脂的合成或使细胞膜受损伤入手，以提高细胞膜对谷氨酸的通透性，如生物素缺陷型菌种的选育。 　　二、谷氨酸发酵原料 　　发酵生产谷氨酸的原料有淀粉质原料：玉米、小麦、甘薯、大米等。其中甘薯和淀粉最为常用；糖蜜原料：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜；氮源料：尿素或氨水。 　　氮源是合成菌体蛋白质、核酸及谷氨酸的原料。碳氮比对谷氨酸发酵有很大影响。大约85%的氮源被用于合成谷氨酸，另外15%用于合成菌体。谷氨酸发酵需要的氮源比一般发酵工业多得多，一般发酵工业碳氮比为100：0.2-2.0，谷氨酸发酵的碳氮比为100：15-21。 　　发酵中原料要消耗在如下三个方面:第一、供菌体增殖， 生成足够量的菌体， 使其干重占到发酵液的1.0%1.5%， 这是产酸的前提与基础。第二、生成谷氨酸。第三、由于菌体代谢多支路及发酵条件控制不当而产生的一些其他副产物如乳酸、酮酸、其他氨基酸等等及一些原料被分解而随空气逸出。 　　三、谷氨酸发酵氮源补料的计算 　　根据实验数据作如下假设[2，3]： 　　①1g干菌体可生产谷氨酸10-12g； 　　②根据谷氨酸产生菌菌体的化学成分中碳、氮、氢、氧的含量，可推算并演示出谷氨酸菌菌体经验式C8H13O4N，这样菌体相对分子质量M=187；因此可写出下列方程式： 　　2C6H12O6 +NH3 +7/2O2 →C8H13O4N +4CO2+7H2O 　　(葡萄糖M=180 氮M=17 菌体经验式M=187) 　　③以发酵液体积为54m3计，对发酵液、等电母液的化学检测表明其中有多种副产物如乳酸、唬拍酸、酮酸及其他氨基酸等等，其量之和约占1.3%左右，其质量可达702kg左右。由于这些副产物的平均分子量与谷氨酸的分子量相差不大，并为简化演算，假设产生这些副产物所消耗的葡萄糖、氨相近于谷氨酸。 　　④这些副产物中的有机酸亦需NH3中和，据报导发酵液中含有乳酸、琥珀酸等有机酸之和为0.8%左右， 故其质量可达432kg（以发酵液体积54 m3计）。为简化演算假设这些有机酸主要为乳酸和琥珀酸并各占一半， 因此，它们的平均分子量为104。 　　有了以上条件，我们假设用54m3罐发酵，一批拟产5000kg谷氨酸，按代谢途径分三部分计算，具体过程如下： 　　（一）菌体生长消耗量：以产酸10%计，由假设①可知要产5000kg谷氨酸需500kg菌体，因此： 　　2C6H12O6 +NH3 +7/2O2 →C8H13O4N +4CO2+7H2O 　　消耗葡萄糖量X1: 2×180：187 = X1:500 得 X1 = 962.6kg 　　消耗液氨量Y1: 17：187 = Y1：500 得 Y1 = 45.5kg 　　（二）代谢生成谷氨酸消耗量： 　　由葡萄糖代谢生成谷氨酸方程 　　C6H12O6 + NH3 + 3/2O2→ C5H9O4N + CO2 + 3H2O 　　消耗葡萄糖量X2：180:147 = X2:5000 得 X2=6122.4kg 　　消耗液氨量Y2:因为生成的谷氨酸即被NH3中和，变为谷氨酸铵盐，即实际上在发酵液中谷氨酸是以铵盐形式存在，因此，氨的消耗量增加一倍，则有： 　　（17×2）:147 = Y2:5400 得 Y2=1156.5kg 　　（三）副产物消耗量：由假设③可知： 　　葡萄糖消耗量X3:180:147 = X3:702 得 X3=859kg 　　氨的消耗量Y3:17:147 = Y3:702 得 Y3=81kg 　　又由假设④可知，中和有机酸需耗氨量Y4：17:104 = Y4:432 得 Y4=70kg 　　综上所述，要生产5000kg谷氨酸所需的葡萄糖和氨的总量分别为： 　　葡萄糖 : 　　X=X1+X2+X3 　　 =962.6+6122.4+859 　　 =7944kg 　　液氨: 　　Y=Y1+Y2+Y3+Y4 　　 =45.5+1156.5+81+70 　　 =1353kg 　　此时糖酸转化率约为 　　5000/7944=62.94% 　　葡萄糖利用率为 　　X2/X=6122.4/7944=77.07% 　　氮源利用率为 　　Y2/Y=1156.5/1353=85.48% 　　假设谷氨酸发酵周期为32小时，流加间隔时间为20分钟，则流加次数为95次，每次流加氨的量为14.24kg。 　　当然，这种计算方法是建立在一定的假设基础上的，实际操作中的情况远比假设的复杂，这需要我们不断的实践，不断的优化发酵工艺才能达到更高的产量和效率。 　　结论：谷氨酸发酵氮源补料过程中的关键问题是，流加液氨必须严格控制pH，一般前期控制7．2，中期在7.0～7.1，后期在7.0，放罐时为6.4～6.7。通氨阀一般在残糖1.2～1.5时关闭。在发酵过程中，谨防液氨通入过量，一般pH 7.7以上会使谷氨酸菌体中毒，其症状为在停氨后pH可回落到7.2左右呆滞，糖耗慢、产酸偏低、周期拉长，严重的甚至OD有下跌，但pH不上升到8.0PA上。[4] 　　参考文献 　　[1]吴瑞武，谷氨酸发酵中物料生物转换的探讨，发酵科技通讯，2000，29(4):31-32 　　[2]冯容保，发酵谷氨酸生产中液氨及硫酸的用量 　　[3]李金菊，液氨用于谷氨酸发酵工艺控制的探讨，发酵科技通讯，1992，21(1):40-41