谷氨酸发酵

微生物发酵工程论文 学院： 姓名: 学号: 谷氨酸发酵生产味精工艺综述 摘要：谷氨酸是一种重要的发酵工艺产物，不仅可用于医药，还可作为工业原料；重要的调味料—味精，即是谷氨酸的单钠盐。现如今用于谷氨酸发酵的。本综述就谷氨酸发酵的原料处理，发酵机制以及提取工艺等方面对其进行详细介绍。 关键词：谷氨酸  发酵  提取  一、谷氨酸的原料及处理方法 谷氨酸发酵的主要原料油淀粉、甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、醋酸、乙醇等，国内多数谷氨酸生产厂家是以淀粉为原料生产谷氨酸的，少数厂家是以糖蜜为原料进行谷氨酸生产的，这些原料在使用前一般需要进行预处理。其制造方法分为水解提取法、合成法和发酵法三大类、。目前世界上主要采用发酵法生产味精。 1．水解提取法： 水解法有植物蛋白质水解法和从甜菜糖蜜提取法。植物蛋白质水解法就是以面筋或豆粕等植物蛋白为原料，加酸水解，使蛋白质水解成多种氨基酸，用盐酸法或中和法分离出谷氨酸，再制成味精。其优点是操作易于掌握，但原料来源少，价格高，得率低，对设备腐蚀大，劳动繁重，故此法已停止使用。从甜菜糖蜜提取法：甜菜中的谷氨酸一般以谷氨酰胺的形式存在，在制糖过程中，用石灰处理时转化为焦谷氨酸。因此，存在于糖蜜中的焦谷氨酸被碱水解后可转化为谷氨酸。此法收率低，味精得率仅为糖蜜的2～3％。 2．化学合成法： 化学合成法的生产原料为石油化学品，虽然对设备的腐蚀性不大，但反应阶段多，设备周转困难。合成法生产制造的谷氨酸为消旋谷氨酸，需要进行化学拆分。化学合成法制造谷氨酸主要的有以下几种：以丙稀腈为原料的合成方法；以糠醛为原料的合成方法；以环戊二烯为原料的合成方法；含同位素标记得15N．DL．谷氨酸合成法。合成法的优点是不用粮食原料，但需要高温高压，设备高、严密性好，不适于一般工厂生产。 3．发酵法： 发酵法生产谷氨酸的原料为含糖的碳水化合物。在我国，味精生产的主要原料为大米或玉米淀粉水解糖，东北西北少数厂家采用甜菜糖蜜，南方有用甘蔗糖蜜为原料。发酵法生产谷氨酸原料来源丰富，得率高，成本低，有利于机械化自动化生产，劳动强度低，生产率较高，技术改进的可能性大。对各种味精的制造流程加以比较，可以明显看出，以发酵法最为优越。所以此法为当今世界各味精厂商所普遍采用。 二、谷氨酸的发酵机制 谷氨酸的生物合成途径： 葡萄糖由糖酵解途径(EMP)和磷酸己糖支路(HMP)生成丙酮酸，丙酮酸脱羧生成乙酰辅酶A；然后在醛缩酶的催化下，草酰乙酸和乙酰辅酶A合成柠檬酸，进一步生成异柠檬酸和Q．酮戊二酸，Q．酮戊二酸有还原氨基化作用生成谷氨酸，菌体内合成的谷氨酸透过细胞膜，便 能在发酵液中积累大量的谷氨酸。 三、谷氨酸发酵的提取 常用的提取谷氨酸的方法有以下几种： 1、低温等点工艺。这是根据谷氨酸的溶解度随温度降低而减小的性质制定的。通过增加制冷能力，将等电点提取的终点温度由原来的15-20℃降至0-5℃，这样可使母液中的谷氨酸含量降低到1-1.3%从而增加等电点提取的一次收率。 低温等点法提取谷氨酸的流程如下： 2、浓缩连续等电工艺。该工艺是将发酵液和硫酸同时加入等电点罐中，始终保持罐内PH在3.0-3.2.低温等电结晶后以晶体及母液作为晶种，维持温度和PH,边加新发酵液边放出以结晶的谷氨酸，使进出量保持一致。其工艺流程如下： 3、等电离交工艺。即将谷氨酸发酵液降温并用硫酸调PH值至谷氨酸等电点，温度降到10℃以下沉淀、离心分离谷氨酸，再将上清液用硫酸调PH至1.5上用强酸性阳离子交换树脂 ，用氨水调上清液PH10进行洗脱，洗脱下来的高流分再用硫酸调PH1.0返回等电车间，加入发酵液进行等电提取。其流程如下： 四、谷氨酸发酵过程的控制 1、种量控制：加大接种量能缩短发酵周期, 提高产酸, 提高转化率,提高设备利用率, 并能减少染菌机会。其控制要点: (1)加大接种量, 合理的培养基组成是关键, 种子培养基组成要有利于长菌, 要注意碳氮氧平衡。大罐培养基组成要有利于合成谷氨酸, 生物素用量要少；(2) 种量大, 还要浓度高、活力强只能做参数；(3) 要求原料生物素稳定, 且减少由于原料波动所造成对发酵的影响。 2、流加糖的控制：过早加糖, 有可能刺激生长, 从而加速糖的利用, 易造成菌体代谢紊乱而失去控制。补糖过晚, 不能保证生产菌在生物合成阶段有足够而又不过多的养料供给其合成和维持正常代谢的需要, 降低产物的转化量。其控制要点:(l) 流加糖浓度在45 % 一50 % 之间, 糖色泽不增加, 糖被分解, 蒸发过程中损失尽量减小, 蒸发温度不宜过高, 时间不宜过长, 避免产生焦糖和色素。(2) 流加糖消毒灭菌温度不宜过高, 而且要迅速降温至3 0 一45 ℃ , 保压备用。(3) 流加过程中残糖不宜控制忽高忽低。根据糖耗速率控制流加数量, 保持残糖稳定。 3、生物素用量的控制：采用大接种量工艺, 生物素用量要少, 提倡使用复合生物素, 玉米浆尽量改用新鲜的玉米浸泡水, 避免玉米浆蒸发浓缩后一些杂质和副产物带入发酵中。 五、染菌的原因及对策 对于谷氨酸发酵生产而言，困扰并严重影响发酵车间效益的最大敌人是染菌问题。只要生产中发酵产酸稳定、没有杂菌污染，一般情况而言，效益是很可观的。所以说，杜绝染菌才能搞好谷氨酸发酵生产。 如果发酵过程出现杂菌污染，则应根据染菌时期的不同，采取相应的补救措施。前期出现轻度染菌，要降温培养，降低PH，补加菌种培养液或主发酵液使生产菌占优势，并进行实罐灭菌后重新接种发酵。若发酵前期染杂菌严重，发酵液糖分较高时，实罐灭菌后重新接种，发酵液糖分较低时，补加培养液，实罐灭菌后重新接种，发酵液糖分很低时，无法补救则倒罐。中期染菌时，要降低温度，降低通风量，停止搅拌，少量补糖，提前放罐。若发酵后期轻度染菌，则补充种液抑制杂菌，让其发酵完毕，并适当提前放罐。若发酵后期严重染菌，且残余糖分不多时，应立即倒罐。 六、提高谷氨酸产率的方法 1、改善发酵环境，进行清洁生产，杜绝染菌 感染谷氨酸发酵的主要为噬菌体。噬菌体的增殖速度比细菌快百倍导致谷氨酸杆菌在短时间被噬菌体侵蚀裂解而死亡，谷氨酸杆菌无法进行正常新陈代谢，产生谷氨酸导致发酵生产失败。噬菌体只能寄生在活菌上，不能独立生产繁殖；只有从活菌源头抓起，才能真正杜绝噬菌体繁殖。 2、提高菌种分纯质量，改进菌种保藏方法 谷氨酸发酵生产中，菌种的优劣起关键的作用。而一个菌种的优良性能的稳定是相对的，变异是绝对的，因此要稳定提高发酵生产技术水平，必须经常对菌种进行分纯、筛选、复壮,挑选出活力强、产酸高﹑无染杂菌﹑糖酸转化率高的优良菌种，并利用超低温冰箱（-65~-75℃）保藏，使菌种细胞处于休眠状态，保存期较长，菌株保存2~3 年后，只需解冻经斜面培养后放4~6℃冰箱保存生产备用，该菌株生产性能仍然保持良好，从而确保发酵车间的稳定高产。 3、生物素超亚适量，强制发酵 谷氨酸发酵特点是：高生物素、大种量、高通风量。谷氨酸发酵时糖酵解经过酵解途径(EMP)及磷酸已糖途径(HMP)两个途径，通过控制生物素的超亚适量的结果，可将葡萄糖发酵谷氨酸将进入理想状态：(EMP)比例控制在76﹪，(HMP)比例控制在24﹪。 4、控制最佳接种量 大种量发酵可以有效缩短发酵周期，提高发酵罐的发酵强度，使强度从1.2 提高到1.8（单位T 理论酸/M3 发酵罐·月），增加谷氨酸产量，有利于降低生产成本。 总结：谷氨酸发酵是一个复杂的过程，当前对其发酵过程的控制还需要不断深入。影响谷氨酸发酵的因素很多，随着生物技术。计算机自控技术的提升，谷氨酸发酵的控制技术也将得到不断提升。针对当前氨基酸发酵行业的现状，应采用代谢工程的方法，优化生产菌种和发酵工艺，使得菌种发酵技术不断提高，这对于提高谷氨酸发酵水平具有重要的现实意义。 参考文献： [1]周跃.对谷氨酸生产的几点看法.发酵科技通讯，2010（1）:32 [2]郭明.谷氨酸提取工艺探讨.发酵科技通讯，2009,38(2) [3]李平凡，邱玉美，聂青玉.谷氨酸发酵液对谷氨酸提取工艺影响研究.食品工业科技，2010（6）：31 [4]刘建明.谷氨酸提取工艺.专利技术，2009,16（3）：66 [5]蔡云苓，张恒忠.谷氨酸发酵主要影响因素及其控制，2007（6） [6]刘森芝.谷氨酸发酵生产菌的研究与开发.发酵科技通讯,2009(04) [7]冯容保.发酵谷氨酸生产新工艺对比.发酵科技通讯，2003（26） [8]吕阳爱.谷氨酸发酵过程污染噬菌体的处理.发酵科技通讯，2009（04） [9]陈思杰.稳定提高谷氨酸发酵生产水平的几点做法.现代食品科技.2006 [10]付丙勇.谷氨酸发酵生产染菌的原因及对策.发酵科技通讯.2012 [11]陈宁.氨基酸工艺学.北京：中国轻工业出版社，2007 [12]马占龙.谷氨酸发酵过程的控制.发酵科技通讯，2006（7） [13]朱新鹏.谷氨酸发酵生产的过程控制.发酵科技通讯，2011（9） [14]邱志成.谷氨酸发酵生产的控制要点.发酵科技通讯，2006（5） [15] Ana S． Carbalho， Joana Silva， Peter HO，et al.Relevant factors for the preparation Of freeze-dried lactic acid bacteria．International Dairy Journal，2004