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1、2.味精的生理作用和安全性味精的生理作用和安全性 （1）参与人体代谢活动：）参与人体代谢活动：合成氨基酸合成氨基酸 （2）作为能源）作为能源 （3）解氨毒）解氨毒 谷氨酸谷氨酸 + NH3 谷氨酰胺谷氨酰胺 + 水水味精的毒性试验表明是安全的。味精的毒性试验表明是安全的。 第二节第二节 淀粉水解糖液的制备淀粉水解糖液的制备 一、制备方法一、制备方法1.酸解法酸解法原理：原理：以无机酸或有机酸为催化剂，在高温高压下将淀粉转化以无机酸或有机酸为催化剂，在高温高压下将淀粉转化 为葡萄糖的方法。为葡萄糖的方法。 优点：优点：生产方便、设备要求简单、水解时间短、生产方便、设备要求简单、水解时间短、 设备
2、生产能力大。设备生产能力大。 缺点：缺点：要求设备耐腐蚀、耐高温、耐高压，要求设备耐腐蚀、耐高温、耐高压， 对原料要求严格、易发生付反应、淀粉转化率低。对原料要求严格、易发生付反应、淀粉转化率低。 2.酸酶法酸酶法 原理：原理： 先将淀粉水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶将其水解成先将淀粉水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶将其水解成 葡萄糖。葡萄糖。适用性：适用性：淀粉颗粒较坚硬，用酶水解需较长时间的原料。淀粉颗粒较坚硬，用酶水解需较长时间的原料。如玉米、小麦等谷物淀粉。如玉米、小麦等谷物淀粉。特点：特点：酸液化速度快，产品颜色浅、糖液质量高，但水解时间较长。酸液化速度快，产品颜色浅、糖液质量高，但水
3、解时间较长。3.酶解法酶解法 4.双酶法双酶法原理：原理：先将淀粉乳用先将淀粉乳用-淀粉酶液化，然后用酸将其水解成淀粉酶液化，然后用酸将其水解成 葡萄糖。葡萄糖。适用性：适用性：适于大米或粗淀粉原料，可省去其精制过程，避免淀粉在加工适于大米或粗淀粉原料，可省去其精制过程，避免淀粉在加工过程中的流失。过程中的流失。 原理：原理：先用淀粉酶将原料水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶先用淀粉酶将原料水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶将后者水解成葡萄糖。将后者水解成葡萄糖。 特点：特点：水解条件温和，不要求设备耐腐蚀、耐高、耐高压，水解条件温和，不要求设备耐腐蚀、耐高、耐高压，对原料要求粗放，但生产周期长。对原
4、料要求粗放，但生产周期长。 二、酸解法制糖工艺二、酸解法制糖工艺 1.酸解法制糖原理酸解法制糖原理 以酸为催化剂，在高温条件下，淀粉发生水解反应，以酸为催化剂，在高温条件下，淀粉发生水解反应， -1，4糖糖苷键和苷键和 -1，6糖苷键被切断，淀粉链逐渐变短，淀粉先变为糊糖苷键被切断，淀粉链逐渐变短，淀粉先变为糊精、低聚糖、麦芽糖，最后生成葡萄糖。精、低聚糖、麦芽糖，最后生成葡萄糖。 在整个水解过程中，由于受酸和热的作用，一部分葡萄糖在整个水解过程中，由于受酸和热的作用，一部分葡萄糖发生复合反应和分解反应，如下所示：发生复合反应和分解反应，如下所示： 复合反应复合反应 分解反应分解反应复合低聚糖
5、复合低聚糖 葡萄糖葡萄糖 有机酸、有色物有机酸、有色物 淀粉淀粉 2.淀粉酸水解工艺淀粉酸水解工艺 工艺流程工艺流程原料（淀粉、水、酸）原料（淀粉、水、酸）调浆调浆糖化糖化冷却冷却中和、脱色中和、脱色滤除杂滤除杂糖液糖液 水解条件水解条件 在淀粉酸解过程中，必须先将淀粉原料调成在淀粉酸解过程中，必须先将淀粉原料调成粉浆粉浆，保持一定，保持一定的的浓度和酸度浓度和酸度，然后将料液泵入糖化锅，在一定条件下进行，然后将料液泵入糖化锅，在一定条件下进行水解糖化。水解糖化。 淀粉乳浓度的选择淀粉乳浓度的选择淀粉水解时，淀粉乳的浓度越低，水解液的葡萄糖值越高，淀粉水解时，淀粉乳的浓度越低，水解液的葡萄糖值
6、越高，糖液色泽越浅。淀粉乳的浓度高，易发生复合分解反应，糖液色泽越浅。淀粉乳的浓度高，易发生复合分解反应，故一般控制在故一般控制在1011 Be。 酸的种类和影响酸的种类和影响常用的酸：常用的酸：盐酸、硫酸和草酸。盐酸、硫酸和草酸。催化效率：催化效率：盐酸最强，其次是硫酸、草酸。盐酸最强，其次是硫酸、草酸。催化能力强，但中和后产生氯化物，催化能力强，但中和后产生氯化物，增加糖液灰分，影响结晶、分离和收率。增加糖液灰分，影响结晶、分离和收率。颜色浅。颜色浅。催化能力较强，但用硫酸钙中和时催化能力较强，但用硫酸钙中和时,生成生成的硫酸钙在蒸发时易生成结垢，影响传热。的硫酸钙在蒸发时易生成结垢，影响
7、传热。 催化能力较低，用碳酸钙中和时，生成催化能力较低，用碳酸钙中和时，生成的草酸可基本钙本除去，糖液纯度高，的草酸可基本钙本除去，糖液纯度高，颜色浅。颜色浅。 盐盐 酸酸 硫硫 酸酸 草草 酸酸酸的添加方法酸的添加方法添加方法不同，对水解有很大影响。一般是先将添加方法不同，对水解有很大影响。一般是先将1/3左右的酸左右的酸用水稀释后放入锅内，其余酸放入粉浆中，再泵入糖化锅进用水稀释后放入锅内，其余酸放入粉浆中，再泵入糖化锅进行糖化。行糖化。 酸的添加量和添加法酸的添加量和添加法加酸量加酸量以淀粉乳的以淀粉乳的pH值为指标，当采用值为指标，当采用1011 Be的淀粉的淀粉 乳时，控制乳时，控制
8、pH值在值在1.5左右。左右。压力和时间的选择压力和时间的选择 糖化压力与水解反应速度成正比，压力升高，水解反应速度糖化压力与水解反应速度成正比，压力升高，水解反应速度加快，反应时间短；反之，压力降低，反应时间加长。加快，反应时间短；反之，压力降低，反应时间加长。 高温短时间是最佳的水解方法，蒸汽压力一般为高温短时间是最佳的水解方法，蒸汽压力一般为245392KPa。 糖化设备的选择糖化设备的选择 糖化锅的结构对糖液质量有直接的影响。若糖化锅的体积糖化锅的结构对糖液质量有直接的影响。若糖化锅的体积太大，进出料的时间长，使淀粉水解时间差别大，部分先水解太大，进出料的时间长，使淀粉水解时间差别大，
9、部分先水解的生成的葡萄糖易发生复合分解反应。的生成的葡萄糖易发生复合分解反应。 因此，一般味精厂采用的糖化锅径高比为因此，一般味精厂采用的糖化锅径高比为1：1.52.5。水解糖液的中和、脱色和除杂水解糖液的中和、脱色和除杂 在淀粉水解的同时，淀粉原料中的其它物质，如蛋白质、在淀粉水解的同时，淀粉原料中的其它物质，如蛋白质、脂肪、纤维素、无机盐等也发生变化，所生成的物质影响糖液的脂肪、纤维素、无机盐等也发生变化，所生成的物质影响糖液的纯度。如氨基酸能与葡萄糖的分解产物反应，形成色素，使糖液纯度。如氨基酸能与葡萄糖的分解产物反应，形成色素，使糖液色泽加深。故水解糖液必须加以中和、脱色和除杂。色泽加
10、深。故水解糖液必须加以中和、脱色和除杂。 中和中和淀粉水解糖化后，糖化液温度很高（淀粉水解糖化后，糖化液温度很高（140150），经冷却后），经冷却后才能中和。才能中和。中和的目的是中和的目的是降低糖化液酸度降低糖化液酸度，调节，调节pH值。生产中常用的中和值。生产中常用的中和剂有纯碱、氢氧化钠溶液，中和温度控制在剂有纯碱、氢氧化钠溶液，中和温度控制在80，终点，终点pH控制控制在在4.05.0。 脱色和除杂脱色和除杂水解糖液中的杂质不仅对谷氨酸发酵不利，而且影响谷氨酸的水解糖液中的杂质不仅对谷氨酸发酵不利，而且影响谷氨酸的提纯。提纯。糖液脱色方法糖液脱色方法活性炭吸附法活性炭吸附法离子交换树
11、脂脱色法。离子交换树脂脱色法。活性炭的用量为活性炭的用量为0.2%0.8%，脱色温度为，脱色温度为7080。在脱色过程中要保证一定时间的搅拌，使活性炭充分起作用。在脱色过程中要保证一定时间的搅拌，使活性炭充分起作用。 三、双酶法制糖工艺三、双酶法制糖工艺 双酶法制糖工艺主要包括淀粉的液化和糖化两个步骤。双酶法制糖工艺主要包括淀粉的液化和糖化两个步骤。1.淀粉的液化淀粉的液化 在在 -淀粉酶的作用将淀粉水解生成糊精和低聚糖。淀粉酶的作用将淀粉水解生成糊精和低聚糖。 升温液化法升温液化法 将淀粉乳（将淀粉乳（30%40%）调整）调整pH为为6.06.5，加入，加入CaCl2，使，使Ca2+达到达到
12、0.01mol/l，加入定量的液化酶，在保持剧烈的搅拌下，加热，加入定量的液化酶，在保持剧烈的搅拌下，加热到到8090，保持，保持30min左右，达到所需的液化程度，然后升温至左右，达到所需的液化程度，然后升温至100，灭酶，灭酶10min。淀粉液化的方法淀粉液化的方法升温液化法、高温液化法、喷射液化法和分段液化法。升温液化法、高温液化法、喷射液化法和分段液化法。 2.糖化糖化 高温液化法高温液化法 将淀粉调整好将淀粉调整好pH和和Ca2+浓度，加入所需的液化酶，用泵将其浓度，加入所需的液化酶，用泵将其打入液化桶（桶内有打入液化桶（桶内有90的热水），淀粉受热糊化、液化。由的热水），淀粉受热糊
13、化、液化。由桶低流入保温桶，桶低流入保温桶，90保温保温40min ,达到所需的液化程度。达到所需的液化程度。糖化温度和糖化温度和pH 取决于所用糖化剂的性质，若用曲霉糖化剂，温度取决于所用糖化剂的性质，若用曲霉糖化剂，温度 控制在控制在60， pH 为为4.04.5；若用根霉糖化剂，温度；若用根霉糖化剂，温度 控制在控制在55， pH 为为5.0以下。以下。 在实际生产中，根据酶的特性，尽量选用较高的糖化温度，在实际生产中，根据酶的特性，尽量选用较高的糖化温度，这样可以加快糖化速度，减少杂菌污染的机会。这样可以加快糖化速度，减少杂菌污染的机会。 第三节第三节 谷氨酸发酵菌谷氨酸发酵菌 短杆菌
14、属短杆菌属 细胞为短的不分支的直杆菌，大多数不运动，革兰氏染色阳性。细胞为短的不分支的直杆菌，大多数不运动，革兰氏染色阳性。 一、谷氨酸发酵菌的特征和分类一、谷氨酸发酵菌的特征和分类 谷氨酸发酵菌分属于棒杆菌属、短杆菌属、小节菌属和节杆谷氨酸发酵菌分属于棒杆菌属、短杆菌属、小节菌属和节杆菌属中的细菌。菌属中的细菌。 棒杆菌属棒杆菌属 细胞为直或微弯的杆菌，常呈一端膨大的棒状，不运动，革兰细胞为直或微弯的杆菌，常呈一端膨大的棒状，不运动，革兰氏染色阳性。例如，氏染色阳性。例如，AS.1.299，AS.1.542等。等。 节杆菌属节杆菌属 主要特点是在培养过程中出现细胞形态由球菌变杆菌，由杆菌变主
15、要特点是在培养过程中出现细胞形态由球菌变杆菌，由杆菌变球菌。一般不运动。球菌。一般不运动。小节菌属小节菌属 为杆状菌，形状和排列都和棒杆菌相似，有时呈球杆菌状。为杆状菌，形状和排列都和棒杆菌相似，有时呈球杆菌状。 我国谷氨酸发酵生产中使用的菌株主要有北京棒杆菌我国谷氨酸发酵生产中使用的菌株主要有北京棒杆菌AS.1.299钝齿棒杆菌钝齿棒杆菌AS.1.542、HU7251、672等。等。二、谷氨酸菌种的扩大培养二、谷氨酸菌种的扩大培养 培养基成分培养基成分 AS.1.299 AS1.542 HU7251或或B9 672蛋白胨（蛋白胨（%） 1 1 1 1牛肉膏（牛肉膏（%） 1 0.5 1 1氯
16、化钠（氯化钠（%） 0.5 0.5 0.5 0.5葡萄糖（葡萄糖（%） 0.1 0.1 琼脂（琼脂（%） 2 2 2.7 2pH 7.07.2 7.0 7.07.2 7.0普遍采用二级种子培养流程普遍采用二级种子培养流程:即即 斜面菌种斜面菌种一级种子培养一级种子培养二级种子培养二级种子培养发酵罐发酵罐 1.菌种的扩大培养菌种的扩大培养斜面菌种培养：斜面菌种培养：32培养培养1824h 一级种子的培养一级种子的培养 二级种子的培养二级种子的培养 将培养好的培养基分装于将培养好的培养基分装于1000ml三角瓶中，每瓶装三角瓶中，每瓶装200250ml液体培养基，瓶口用液体培养基，瓶口用6层纱布加
17、一层绒布包扎，在层纱布加一层绒布包扎，在0.1MPa的蒸的蒸汽压下灭菌汽压下灭菌30min。每只斜面菌种接种。每只斜面菌种接种3只一级种子三角瓶。只一级种子三角瓶。接种后，接种后，32振荡培养振荡培养12h。培养好的一级种子放在。培养好的一级种子放在4冰箱备用。冰箱备用。通常使用种子罐培养，种子罐的大小是根据发酵罐的容积配套通常使用种子罐培养，种子罐的大小是根据发酵罐的容积配套确定的。二级种子的数量是发酵培养液体积的确定的。二级种子的数量是发酵培养液体积的1%。二级种子。二级种子的培养温度为的培养温度为32，时间为，时间为710h。2.、种子的质量要求、种子的质量要求 镜检菌体健壮，排列整齐，
18、大小均匀，呈单个或八字形排列。镜检菌体健壮，排列整齐，大小均匀，呈单个或八字形排列。 革兰氏染色阳性。革兰氏染色阳性。 二级种子的活菌浓度要求达到二级种子的活菌浓度要求达到108109个个/ml。 要求二级种子活力旺盛，对数期种子的呼吸强度（要求二级种子活力旺盛，对数期种子的呼吸强度（QO2） 大于大于1000 lO2/mlh。 平板检查，菌落蛋黄色，中间隆起，表面湿润，有光泽，平板检查，菌落蛋黄色，中间隆起，表面湿润，有光泽， 边缘整齐，呈半透明状。边缘整齐，呈半透明状。 小摇瓶发酵试验，产酸稳定，并在高峰。小摇瓶发酵试验，产酸稳定，并在高峰。 第四节第四节 谷氨酸发酵机制及工艺控制谷氨酸发
19、酵机制及工艺控制 一、谷氨酸生物合成途径一、谷氨酸生物合成途径 谷氨酸发酵是糖的需氧氧化和氨同化的生物化学过程，谷氨酸发酵是糖的需氧氧化和氨同化的生物化学过程，包括包括糖解途径（糖解途径（EMP途径），磷酸己糖途径（途径），磷酸己糖途径（HMP途径），途径），三羧酸循环途径（三羧酸循环途径（TCA循环），乙醛酸循环，循环），乙醛酸循环，CO2固定反应固定反应等。等。在谷氨酸发酵时，糖酵解经过在谷氨酸发酵时，糖酵解经过EMP及及HMP两个途径进行。两个途径进行。生物素充足菌生物素充足菌HMP途径所占的比例是途径所占的比例是38%生物素亚适量生物素亚适量EMP途径所占的比例更大途径所占的比例更大7
20、4%。HMP途径所占比例约为途径所占比例约为26。由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径见下图由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径见下图 。由葡萄糖生物合成谷氨酸由葡萄糖生物合成谷氨酸 二、谷氨酸生产原料二、谷氨酸生产原料 包括包括碳源、氮源、无机盐和生长因子碳源、氮源、无机盐和生长因子等。等。 发酵原料的选择原则发酵原料的选择原则 首先考虑菌体生长繁殖的营养；首先考虑菌体生长繁殖的营养； 考虑到有利于谷氨酸的大量积累；考虑到有利于谷氨酸的大量积累； 还要考虑原料丰富，价格便宜；还要考虑原料丰富，价格便宜； 发酵周期短，产品易提取等因素。发酵周期短，产品易提取等因素。 1.1.碳源碳源 它是构成微生物细
21、胞和合成谷氨酸的碳架及能量的它是构成微生物细胞和合成谷氨酸的碳架及能量的营养物质。谷氨酸产生菌是异养型微生物，只能从有营养物质。谷氨酸产生菌是异养型微生物，只能从有机化合物中取得碳素，并以氧化分解有机化合物产生机化合物中取得碳素，并以氧化分解有机化合物产生的能量供给细胞生长需要。的能量供给细胞生长需要。 碳源的种类很多，常用的有碳源的种类很多，常用的有糖类、脂肪、有机酸、糖类、脂肪、有机酸、某些醇类和烃类。某些醇类和烃类。 2.2.氮源氮源 一般的发酵工业一般的发酵工业碳氮比碳氮比为为100100：0.20.22 2，谷氨酸发酵的，谷氨酸发酵的碳氮比为碳氮比为100100：0.50.52.02
22、.0，当碳氮比为，当碳氮比为100100：0.50.52.02.0时，时，只能合成菌体，而不产谷氨酸。碳氮比在只能合成菌体，而不产谷氨酸。碳氮比在100100：11l11l以上时，以上时，才开始积累谷氨酸。才开始积累谷氨酸。 氮源种类：氮源种类：无机氮和有机氮无机氮和有机氮。无机氮有无机氮有氨水、尿素、硫酸铵、碳酸铵、氯化铵；硝酸铵氨水、尿素、硫酸铵、碳酸铵、氯化铵；硝酸铵等。等。菌体利用无机氮源较有机氮源迅速，铵氮、尿素氮比硝基氮优越，菌体利用无机氮源较有机氮源迅速，铵氮、尿素氮比硝基氮优越，目前生产上多采用尿素为氮源，采用分批流加，其初尿用量是根目前生产上多采用尿素为氮源，采用分批流加，其
23、初尿用量是根据菌种的脲酶的强据菌种的脲酶的强弱及耐尿程度决定。弱及耐尿程度决定。 注：注：尿素流加时温度不宜过高尿素流加时温度不宜过高( (不超过不超过45)45)，否则游离氨过多，否则游离氨过多，使初使初pHpH过高，抑制菌体生长。发酵初尿流加应在培养液冷却至室温过高，抑制菌体生长。发酵初尿流加应在培养液冷却至室温后加入，以防止温度高，尿素分解，后加入，以防止温度高，尿素分解，pHpH升高，生成不溶性磷酸铵升高，生成不溶性磷酸铵镁盐。镁盐。 3. 3.无机盐无机盐 微生物所需要的无机盐有硫酸盐、磷酸盐、氯化物以及含钾、微生物所需要的无机盐有硫酸盐、磷酸盐、氯化物以及含钾、钠、镁、铁的化合物等
24、。有的还需要微量元素，如铁、锰、锌、钠、镁、铁的化合物等。有的还需要微量元素，如铁、锰、锌、铜、钴、硼等。铜、钴、硼等。 工业生产上常用的工业生产上常用的无机磷有无机磷有K2HP043H20或或Na2HP0412H20。镁是很多酶促反应中的无机激活剂。镁是很多酶促反应中的无机激活剂。硫是构成蛋白质和某些酶的活性基。硫是构成蛋白质和某些酶的活性基。钠在培养基中起着调节渗透压的作用。钠在培养基中起着调节渗透压的作用。锰是许多酶的激活剂，其需要量极少，一般培养基中使用锰是许多酶的激活剂，其需要量极少，一般培养基中使用MnS044H20其浓度为其浓度为2mg/kg2mg/kg。 4. 4.生长因子生长
25、因子 微生物生长所不可缺少的微量的有机物称为生长因子，包括微生物生长所不可缺少的微量的有机物称为生长因子，包括氨基酸、嘌呤、维生素氨基酸、嘌呤、维生素等，一般谷氨酸产生菌绝大多数为生物等，一般谷氨酸产生菌绝大多数为生物素缺陷型，以生物素为生长因子。素缺陷型，以生物素为生长因子。 三、谷氨酸发酵条件的控制三、谷氨酸发酵条件的控制 谷氨酸菌的最适生长温度与产物生成所需温度不同。其最适谷氨酸菌的最适生长温度与产物生成所需温度不同。其最适生长温度为生长温度为303032C32C，谷氨酸形成的最适温度为，谷氨酸形成的最适温度为343437C37C。在谷氨。在谷氨酸发酵前期，若温度过高，菌种易衰老，耗糖慢
26、，谷氨酸酸发酵前期，若温度过高，菌种易衰老，耗糖慢，谷氨酸产量低。因此，前期温度上升要缓慢。在发酵中期，温度上升要产量低。因此，前期温度上升要缓慢。在发酵中期，温度上升要快，后期逐渐缓和。在发酵中、后期，若发酵温度太低，则发酵快，后期逐渐缓和。在发酵中、后期，若发酵温度太低，则发酵周期长，且利于产酸。所以，在生产上可根据菌种特点，采用二周期长，且利于产酸。所以，在生产上可根据菌种特点，采用二级或三级管理温度，即发酵前期长菌体阶段控制在级或三级管理温度，即发酵前期长菌体阶段控制在30303232，发，发酵中、后期为酵中、后期为34343737。 2. 2.发酵过程中发酵过程中pHpH的控制的控制
27、 谷氨酸发酵在中性和微碱性条件下可积累谷氨酸，而在酸性条谷氨酸发酵在中性和微碱性条件下可积累谷氨酸，而在酸性条件下则容易形成谷酰胺和件下则容易形成谷酰胺和N N乙酰谷酰胺。发酵过程中，培养液乙酰谷酰胺。发酵过程中，培养液中的糖分被利用，氧化成中间产物有机酸，中的糖分被利用，氧化成中间产物有机酸，pHpH下降。有机氮被利下降。有机氮被利用，释放氨，则用，释放氨，则pHpH升高。因此，由于菌种的新陈代谢，培养液成升高。因此，由于菌种的新陈代谢，培养液成分不断变化，分不断变化，pHpH有时升高，有时降低。有时升高，有时降低。 pHpH的变化：的变化：发酵前期发酵前期pHpH低，菌体生长旺盛，只长菌不
28、产酸。低，菌体生长旺盛，只长菌不产酸。发酵前期发酵前期pHpH过高过高(8(80 0以上以上) )，则对菌体生长不利，糖代谢缓，则对菌体生长不利，糖代谢缓慢，发酵时间延长。但在发酵前期慢，发酵时间延长。但在发酵前期pHpH稍高些，对抑制杂菌生稍高些，对抑制杂菌生长有利。因此发酵前期应控制长有利。因此发酵前期应控制pHpH为为7 75 5左右。发酵中、后期左右。发酵中、后期控制控制pH7pH72 2左右，因为谷氨酸脱氢酶的最适作用左右，因为谷氨酸脱氢酶的最适作用pHpH为为7 70 07 72 2，氨基转移酶的最适作用，氨基转移酶的最适作用pHpH为为7 72 27 74 4。若发酵后期。若发酵
29、后期pHpH较高较高(7(75 58 80)0)，菌体自溶，谷氨酸转成谷氨酰胺。通，菌体自溶，谷氨酸转成谷氨酰胺。通常采用氨水流加法和尿素流加法调节常采用氨水流加法和尿素流加法调节pHpH。 3. 3.菌龄及接种量的控制菌龄及接种量的控制 菌龄是指种子的培养时间。微生物的生长大致可分为适菌龄是指种子的培养时间。微生物的生长大致可分为适应期、对数期、稳定期、衰老期。所接的菌种处于哪个生应期、对数期、稳定期、衰老期。所接的菌种处于哪个生长阶段对适应期的长短有很大影响，若用处于活力旺盛的长阶段对适应期的长短有很大影响，若用处于活力旺盛的对数期的谷氨酸菌种为种子，可缩短适应期。若菌龄过长，则对数期的谷
30、氨酸菌种为种子，可缩短适应期。若菌龄过长，则菌种活力降低，代谢产物增多。菌种活力降低，代谢产物增多。种龄：种龄：一级种子菌龄控制在一级种子菌龄控制在111112h12h，二级种子菌龄为，二级种子菌龄为7 78h8h。种量：种量：指接入发酵罐内种子的量占发酵罐内发酵培养基量的百指接入发酵罐内种子的量占发酵罐内发酵培养基量的百分比。接种量的多少对适应期的延续时间也有很大的影响。接分比。接种量的多少对适应期的延续时间也有很大的影响。接种量一般以种量一般以1 1为好。种量过多，使菌体生长速度过快，菌体为好。种量过多，使菌体生长速度过快，菌体娇嫩，不强壮，提前衰老自溶，后期产酸不高；如果接种量过娇嫩，不
31、强壮，提前衰老自溶，后期产酸不高；如果接种量过少，则菌体增长缓慢，会导致发酵时间延长，容易染菌。少，则菌体增长缓慢，会导致发酵时间延长，容易染菌。 4. 4.通风量与搅拌速度的控制通风量与搅拌速度的控制 谷氨酸产生菌是兼性好氧菌，它进行呼吸和合成细胞物质时需谷氨酸产生菌是兼性好氧菌，它进行呼吸和合成细胞物质时需要氧气。因此，在进行谷氨酸发酵时，需要大量供给菌体生长及要氧气。因此，在进行谷氨酸发酵时，需要大量供给菌体生长及发酵所需的氧。谷氨酸菌只能利用溶解氧，而氧是难溶于水的气发酵所需的氧。谷氨酸菌只能利用溶解氧，而氧是难溶于水的气体，所以在发酵过程中，需要不断补充无菌空气。不同的种龄、体，所以
32、在发酵过程中，需要不断补充无菌空气。不同的种龄、接种量，培养基成分，发酵阶段及发酵罐，要求通风量不同。接种量，培养基成分，发酵阶段及发酵罐，要求通风量不同。 菌体生长繁殖期：菌体生长繁殖期： 要求溶氧系数要求溶氧系数KdKd为为(4(46) 6) 10-7molO10-7molO2 2(mL(mLminminatm)atm)； 谷氨酸形成阶段：谷氨酸形成阶段： 溶氧系数为溶氧系数为(1.5(1.51.8) 1.8) 106mol02(mL(mLminminatm)atm)。 在长菌阶段，若供氧过量，在生物素限量下，抑制菌体生长，在长菌阶段，若供氧过量，在生物素限量下，抑制菌体生长，表现为耗糖慢
33、，长菌慢，表现为耗糖慢，长菌慢，pHpH偏高，且不易下降。在发酵产酸阶偏高，且不易下降。在发酵产酸阶段，需要大量供氧，如通气量不足，往往表现出段，需要大量供氧，如通气量不足，往往表现出pHpH低，耗糖快，低，耗糖快，长菌不产酸，而积累乳酸和琥珀酸。而这时通气量过大，也不长菌不产酸，而积累乳酸和琥珀酸。而这时通气量过大，也不利于利于r r酮戊二酸进一步还原氨基化，而大量积累酮戊二酸进一步还原氨基化，而大量积累 - -酮戊二酸。因酮戊二酸。因此，只有在适量通气条件下，才有可能大量积累谷氨酸。此，只有在适量通气条件下，才有可能大量积累谷氨酸。 溶解氧的控制：溶解氧的控制：大小是由大小是由通风通风与与
34、搅拌搅拌两方面决定的，与搅两方面决定的，与搅拌器的型式、直径大小、搅拌转速、搅拌器在发酵罐内的相对拌器的型式、直径大小、搅拌转速、搅拌器在发酵罐内的相对位置因素等有关。一般搅拌器直径大，转速快，溶氧系数大。位置因素等有关。一般搅拌器直径大，转速快，溶氧系数大。所以，增大搅拌转速比增加通风量对溶氧系数提高更为显著。所以，增大搅拌转速比增加通风量对溶氧系数提高更为显著。 具体操作：具体操作： 发酵前期，以低通风量为宜；发酵前期，以低通风量为宜； 发酵中、后期，以高通风量为好。发酵中、后期，以高通风量为好。 当培养基浓度高、营养丰富、生物素用量大时，应采用高通当培养基浓度高、营养丰富、生物素用量大时
35、，应采用高通风量。当菌体生长缓慢、风量。当菌体生长缓慢、pHpH偏高时，应减少通风量，或停止搅拌，偏高时，应减少通风量，或停止搅拌，以利于长菌。当菌体生长快、耗糖快时，应提高通风量，以抑制以利于长菌。当菌体生长快、耗糖快时，应提高通风量，以抑制生长和满足合成谷氨酸所必须的足够能量。生长和满足合成谷氨酸所必须的足够能量。 5. 5.泡沫的控制泡沫的控制 在好气发酵中，由于通风和搅拌产生一定量的小气泡，泡沫在好气发酵中，由于通风和搅拌产生一定量的小气泡，泡沫过多会带来一系列的问题，影响发酵的正常进行。所以，需要过多会带来一系列的问题，影响发酵的正常进行。所以，需要控制泡沫的产生。控制泡沫的产生。
36、消除泡沫的方法：消除泡沫的方法： 一是机械消泡一是机械消泡 即借助机械力将泡沫打破，或借压力变化使泡即借助机械力将泡沫打破，或借压力变化使泡沫破裂。它的优点是不用在发酵液中加其他物质，节省原料沫破裂。它的优点是不用在发酵液中加其他物质，节省原料( (消泡消泡剂剂) )，减少污染机会。但此法不能从根本上消除引起泡沫的因素，减少污染机会。但此法不能从根本上消除引起泡沫的因素，消泡效果不如化学消泡好。消泡效果不如化学消泡好。 二是化学消泡剂消泡二是化学消泡剂消泡 利用消泡剂进行消泡，其作用机理是当利用消泡剂进行消泡，其作用机理是当消泡剂与气泡膜面接触时，使泡膜局部的表面张力降低，力的平消泡剂与气泡膜
37、面接触时，使泡膜局部的表面张力降低，力的平衡受破坏，气泡破裂，产生气泡合并，最后导致泡沫破灭。衡受破坏，气泡破裂，产生气泡合并，最后导致泡沫破灭。常用的消泡剂常用的消泡剂： 植物油植物油( (豆油、花生油等豆油、花生油等) )、矿物油、矿物油( (石蜡油石蜡油) )、合成消泡剂合成消泡剂( (泡敌泡敌) )。该法的优点是消泡效果好，作用迅速，用量。该法的优点是消泡效果好，作用迅速，用量少。缺点是消泡剂选择不当会影响菌体生长繁殖或影响代谢产物少。缺点是消泡剂选择不当会影响菌体生长繁殖或影响代谢产物的积累，操作上增加染菌的机会。的积累，操作上增加染菌的机会。 四、提高谷氨酸发酵产率的措施四、提高谷
38、氨酸发酵产率的措施 1.1.选育高产菌种选育高产菌种 选育高产菌种是提高谷氨酸发酵产率的主要途径。国内外都很选育高产菌种是提高谷氨酸发酵产率的主要途径。国内外都很重视菌种的选育工作。高产菌株的选育可通过菌种自发突变过程重视菌种的选育工作。高产菌株的选育可通过菌种自发突变过程中挑选出来；也可利用物理或化学诱变剂处理微生物细胞群，促中挑选出来；也可利用物理或化学诱变剂处理微生物细胞群，促使其突变，然后采用快速、高效的筛选方法，挑选出符合育种目使其突变，然后采用快速、高效的筛选方法，挑选出符合育种目的的突变株；还可采用体外的的突变株；还可采用体外DNADNA重组、原生质体融合等技术重组、原生质体融合
39、等技术“创造创造”出高产菌。例如，近年来在棒状杆菌中已检出若干种质粒，如出高产菌。例如，近年来在棒状杆菌中已检出若干种质粒，如pAM4286pAM4286，pAM330pAM330，pAMl519pAMl519等。用重组等。用重组DNADNA技术提高短杆菌和棒技术提高短杆菌和棒杆菌的谷氨酸产量已获得成功。所得的转化子比供体菌提高一倍。杆菌的谷氨酸产量已获得成功。所得的转化子比供体菌提高一倍。此外，通过原生质体融合技术也获得比亲株谷氨酸产量有所提高此外，通过原生质体融合技术也获得比亲株谷氨酸产量有所提高的融合子。的融合子。 高产谷氨酸菌株应具备以下特征：高产谷氨酸菌株应具备以下特征： 丧失丧失-
40、酮戊二酸脱氢酶的氧化能力；酮戊二酸脱氢酶的氧化能力； 谷氨酸脱氢酶活力强；谷氨酸脱氢酶活力强； 氧化还原氨基化反应强；氧化还原氨基化反应强； C0C02 2固定反应强；固定反应强； 异柠檬酸脱氢酶活力强；异柠檬酸脱氢酶活力强； 不分解和利用谷氨酸；不分解和利用谷氨酸； 耐高糖、高浓度谷氨酸。耐高糖、高浓度谷氨酸。 2. 2.根据菌种特性控制最适宜的发酵条件根据菌种特性控制最适宜的发酵条件 控制最适宜的环境条件是提高发酵产率的重要条件。在谷氨酸控制最适宜的环境条件是提高发酵产率的重要条件。在谷氨酸发酵中，应根据菌种特性，控制好发酵中，应根据菌种特性，控制好生物素、磷、生物素、磷、N N源、源、p
41、HpH、氧传递、氧传递速率、排气中速率、排气中CO2CO2和和0202含量、氧化还原电位以及温度含量、氧化还原电位以及温度等，从而等，从而控制好菌体繁殖及产物形成、能量代谢与产物合成，副产物与主控制好菌体繁殖及产物形成、能量代谢与产物合成，副产物与主产物合成等关系，使底物最大限度地被用来合成主产物。为了实产物合成等关系，使底物最大限度地被用来合成主产物。为了实现发酵过程工艺条件最佳化，国外利用电子计算机进行资料收集，现发酵过程工艺条件最佳化，国外利用电子计算机进行资料收集，数据解析、程序控制，从而准确地取样、检测，并及时处理数据，数据解析、程序控制，从而准确地取样、检测，并及时处理数据，使操作
42、条件最佳化。使操作条件最佳化。 3. 3.追加糖液法追加糖液法 追加糖液的发酵法是谷氨酸发酵法普遍采用的一种方法。即采追加糖液的发酵法是谷氨酸发酵法普遍采用的一种方法。即采用用较低的初糖浓度和大接种量较低的初糖浓度和大接种量，以利于菌体迅速繁殖，获得生产，以利于菌体迅速繁殖，获得生产需要的足够强壮的菌体。然后创造有利条件，使菌体从长菌阶段需要的足够强壮的菌体。然后创造有利条件，使菌体从长菌阶段转入产酸阶段，缩短发酵时间。当菌体处在生长对数期的末期，转入产酸阶段，缩短发酵时间。当菌体处在生长对数期的末期，追加糖液，维持一定的糖浓度，继续发酵，则产酸率和转化率会追加糖液，维持一定的糖浓度，继续发酵
43、，则产酸率和转化率会大为提高。大为提高。 另外，还有添加青霉素流加糖法，以甜菜、糖蜜为原另外，还有添加青霉素流加糖法，以甜菜、糖蜜为原料添加吐温法等。料添加吐温法等。 第五节第五节 噬菌体与杂菌的防治噬菌体与杂菌的防治 一、谷氨酸发酵中噬菌体的污染与防治一、谷氨酸发酵中噬菌体的污染与防治 噬菌体对发酵的危害噬菌体对发酵的危害 在谷氨酸发酵过程中，若菌体受到噬在谷氨酸发酵过程中，若菌体受到噬菌体的侵染，一般会发生溶菌、发酵迟缓或停止等现象，结果造菌体的侵染，一般会发生溶菌、发酵迟缓或停止等现象，结果造成不再积累谷氨酸，严重的会引起倒罐，甚至连续倒罐。为防止成不再积累谷氨酸，严重的会引起倒罐，甚至
44、连续倒罐。为防止噬菌体的侵染，首先要了解谷氨酸噬菌体的特性，从而加以防治，噬菌体的侵染，首先要了解谷氨酸噬菌体的特性，从而加以防治，确保谷氨酸发酵顺利进行。确保谷氨酸发酵顺利进行。 ( (一一) )谷氨酸噬菌体的主要特征谷氨酸噬菌体的主要特征 1 1具有非常专一的寄生性。具有非常专一的寄生性。 2 2不耐热性不耐热性( (在在70C70C，5min5min均死亡均死亡) )。 3 3pHpH的稳定性。的稳定性。pH7pH79 9时，稳定；低于时，稳定；低于6 6或高于或高于1010时，失活；时，失活；小于小于4 4时完全失活。时完全失活。 4 4嗜氧性。在低溶氧情况下，抑制生长。嗜氧性。在低溶
45、氧情况下，抑制生长。 5 5对干燥的稳定性。环境越干燥，噬菌体越不易死。在潮湿情对干燥的稳定性。环境越干燥，噬菌体越不易死。在潮湿情 况下，易死亡。况下，易死亡。 6 6不耐药性。在甲醛不耐药性。在甲醛0 05 5、苯酚、苯酚0 05 5、漂白粉、漂白粉1 15 5、石、石 灰水灰水1 1下均可杀死噬菌体。下均可杀死噬菌体。 ( (二二) )谷氨酸发酵污染噬菌体后的异常现象谷氨酸发酵污染噬菌体后的异常现象 1 1发酵液光密度在初期开始上升，而后又下降或不上升。发酵液光密度在初期开始上升，而后又下降或不上升。 2 2发酵液发酵液pHpH逐渐上升，逐渐上升，4 48h8h内可达内可达8 80 0以
46、上，且不下降，以上，且不下降， 3 3不耗糖或耗糖缓慢。不耗糖或耗糖缓慢。 4 4泡沫大、黏度大、有时呈胶状；可拔丝。泡沫大、黏度大、有时呈胶状；可拔丝。 5 5发酵周期长，产酸低或不产酸。发酵周期长，产酸低或不产酸。 6 6镜检时，菌体减少，缺少八字排列，菌体变胖，革兰氏染镜检时，菌体减少，缺少八字排列，菌体变胖，革兰氏染色呈红色片状。严重时呈网状或鱼翅状，几乎看不到完整的细胞色呈红色片状。严重时呈网状或鱼翅状，几乎看不到完整的细胞 7 7发酵中后期，周期稍有延长，温度缓慢上升，谷氨酸产发酵中后期，周期稍有延长，温度缓慢上升，谷氨酸产 量有所提高量有所提高( (菌体破裂释放出谷氨酸菌体破裂释
47、放出谷氨酸) )。 8 8平板检查时，有噬菌斑。摇瓶发酵，发酵液稀而清。平板检查时，有噬菌斑。摇瓶发酵，发酵液稀而清。 9 9发酵液残糖高、颜色浑、发灰、发红、有刺激性臭味，黏发酵液残糖高、颜色浑、发灰、发红、有刺激性臭味，黏 度大，泡沫多，难中和，过滤困难。度大，泡沫多，难中和，过滤困难。 ( (三三) )防治噬菌体污染的主要措施防治噬菌体污染的主要措施 1.1.严格控制活菌体的排放严格控制活菌体的排放 摇瓶液、取样液、废弃菌液或发酵液均应先灭菌，后排放。已摇瓶液、取样液、废弃菌液或发酵液均应先灭菌，后排放。已经污染了噬菌体的发酵液或种子液应先灭菌经污染了噬菌体的发酵液或种子液应先灭菌(80
48、C(80C，5min)5min)，再进行，再进行提取或排放。提取的母液不能乱扔，应经密闭阴沟或远离空压机房提取或排放。提取的母液不能乱扔，应经密闭阴沟或远离空压机房和发酵车间，才可排放。和发酵车间，才可排放。 必须建立工厂环境清洁卫生制度，要定期使用药剂冲刷地面。必须建立工厂环境清洁卫生制度，要定期使用药剂冲刷地面。 2. 2.严防噬菌体进入种子罐或发酵罐严防噬菌体进入种子罐或发酵罐 种子室要远离发酵车间，严防种子带人噬菌体，制定检查噬菌种子室要远离发酵车间，严防种子带人噬菌体，制定检查噬菌体的制度。各级种子的制备要严格灭菌。轮换使用菌种或使用抗体的制度。各级种子的制备要严格灭菌。轮换使用菌种
49、或使用抗噬菌体的菌株均可防止噬菌体污染。还可进行药物防治或选育抗噬菌体的菌株均可防止噬菌体污染。还可进行药物防治或选育抗链霉素突变株。进行药物防治可添加金属螯合剂链霉素突变株。进行药物防治可添加金属螯合剂( (抑制噬菌体的吸抑制噬菌体的吸附或附或DNADNA的注入的注入) )、表面活性剂、表面活性剂( (作用于细菌表面，抑制噬菌体的吸作用于细菌表面，抑制噬菌体的吸附附) )、抗生素、抗生素( (抑制噬菌体蛋白质合成抑制噬菌体蛋白质合成) )等。等。 3 3发酵罐中污染噬菌体后的抢救发酵罐中污染噬菌体后的抢救 谷氨酸发酵前期感染了噬谷氨酸发酵前期感染了噬菌体后，可以采用一系列抢救措施，以减少损失
50、。菌体后，可以采用一系列抢救措施，以减少损失。 (1)(1)抗性菌法。抗性菌法。发现噬菌体后，应停止搅拌，小通风，降低发现噬菌体后，应停止搅拌，小通风，降低pHpH，立即培养抗性种子，然后接人发酵液中；并补加立即培养抗性种子，然后接人发酵液中；并补加1 13 3的不调的不调pHpH的玉米浆。的玉米浆。 (2)(2)轮换菌种法。轮换菌种法。发现噬菌体后，停止搅拌，小通风，降低发现噬菌体后，停止搅拌，小通风，降低pHpH，轮换使用菌种，如轮换使用菌种，如672672换换Asl.299Asl.299、Asl.299Asl.299换换Asl.542Asl.542、Asl.542Asl.542换换Asl