5第五章 氨基酸发酵

一级种子培养： （2）一级种子培养：由葡萄糖、玉米浆、尿素、 磷酸氢二钾、硫酸镁、硫酸铁及硫酸锰组成。pH 6.5－6.8。1000ml装200-250ml振荡，32℃ 培养 12h。
（3）二级种子培养：用种子罐培养，料液量 二级种子培养：
为发酵罐投料体积的1％，用水解糖代替葡萄 糖，于32℃ 进行通气搅拌7-10h。种子质量 要求：二级种子培养结束时，无杂菌或噬菌 体污染，菌体大小均一，呈单个或八字排列。 活菌数为108-109 /ml。
糖蜜原料
不宜直接用来作为谷氨酸发酵的碳源，因含 丰富的生物素。 预处理方法：活性炭或树脂吸附和亚硝酸法 破坏以减少糖蜜中的生物素。 也可以在发酵液中加入表面活性剂吐温60或 添加青霉素。
2.菌种扩大培养
斜面培养： （1）斜面培养：主要产生菌是棒状杆菌属、短杆 菌属、小杆菌属、节杆菌属。 我国各工厂目前使用的菌株主要是钝齿棒杆 菌和北京棒杆菌及各种诱变株。生长特点：适用 于糖质原料，需氧，以生物素为生长因子。 斜面培养基：蛋白胨、牛肉膏、氯化钠组成 的pH7.0-7.2琼脂培养基，32℃培养18-24h。
免产生焦糖又保证过滤，中和为沉淀胶体）。
脱色： （4）脱色：活性炭脱色和脱色树脂。活性炭用量为 0.6-0.8％，在70℃及酸性条件下搅拌后过滤。
淀粉的酶法糖化工艺
以大米或碎米为原料时采用大米浸泡磨浆， 再调成15˚Bx，pH6.0，加细菌α-淀粉酶在85 ℃下 液化30min，加糖化酶60 ℃糖化24h，过滤后可供 配制培养基。
6.谷氨酸制造味精的工艺流程
味精——谷氨酸单钠，具有强鲜味， 由谷氨酸用适量的碱中和得到，目前已经 是人们日常生活中的常用烹调用品，国内 消耗量很大。
7.谷氨酸发酵研究新进展
继续选育突变菌株： 继续选育突变菌株：转化率高、高生物素含量下 保持高产酸、提高原料利用率、拓宽原料来源、 简化操作。 生物工程新技术应用： 生物工程新技术应用：DNA重组技术、原生质体 融合技术、固定化细胞技术，产量提高了1倍。 改进发酵工艺： 改进发酵工艺：开拓原料、改进流加工艺、计算 机控制。
二、谷氨酸生产工艺
谷氨酸生产概述
起初工业化生产采取小麦或大豆蛋白质水解制取。 1957年，日本率先采用微生物发酵生产，并实现工业 化，被誉为现代发酵工业的重大创举，使发酵工业进 入调节调控水平。 目前世界产谷氨酸钠30万吨/年，占氨基酸总量的2/3。 我国现有200余家生产，年产量达15万吨，居世界首位。
（4）通风 不同种龄、种量，培养基成分，发酵阶段及发 酵罐大小要求通风量不同。 在长菌体阶段，通风量过大，生物素缺乏，抑 制菌体生长。 在发酵产酸阶段，需要大量通风供氧，以防过 量生成乳酸和琥珀酸，但过大通风，则大量积累a酮戊二酸。
5.谷氨酸的提取
（1）等电点法：操作简单，收率60％。周期长， 等电点法： 占地面积大。 （2）离子交换法：用阳离子交换树脂提取吸附 离子交换法： 谷氨酸形成的阳离子，再用热碱洗脱，收集相应流 分，再加盐酸结晶。收率可达80～90％。
赖氨酸的发酵控制
氨基酸控制： 氨基酸控制：苏氨酸和蛋氨酸是赖氨酸产生菌的 生长因子。该菌缺乏蛋白质分解酶，有机氮源需 经水解后才能使用。 生物素： 生物素：赖氨酸生产菌大多是生物素缺陷型，限 量的生物素有利于谷氨酸积累，大量的生物素抑 制谷氨酸生成，增加天冬氨酸，提高赖氨酸产量。
赖氨酸发酵的工艺条件： 赖氨酸发酵的工艺条件： 温度：前期32℃，中后期34℃。 pH：6.5～7.5，最适6.5～7.0。 pH控制：流加尿素或氨水。 种龄和接种量：对数生长期种子；二级种子 接种量2％，种龄一般为8～12h；三级种子种量 10％，种龄6～8h。 供氧：充足。
（2）种龄和种量的控制 一级种子控制在11-12h，二级控制在7-8h。接 种量为1％。过多，菌体娇嫩，不强壮，提前衰老自 溶，后期产酸量不高。
（3）pH 发酵前期，幼龄细胞对pH较敏感，pH过低，菌 体生长旺盛，营养成分消耗大，转入正常发酵慢， 长菌不长酸。 谷氨酸脱氢酶最适pH为7.0-7.2，转氨酶最适pH 7.2-7.4。在发酵中后期，保持pH不变。过高转为谷 氨酰胺，过低氨离子不足
3.谷氨酸发酵
（1）适应期：尿素分解出氨使pH上升。糖不利用。2-4h。 适应期： 措施：接种量和发酵条件控制使该期缩短。 （2）对数生长期：糖耗快，尿素大量分解使pH上升，氨 对数生长期： 被利用pH又迅速下降；溶氧急剧下降后维持在一定水平； 菌体浓度迅速增大，菌体形态为排列整齐的八字形；不产 酸；12h。措施：采取流加尿素办法及时供给菌体生长必须 措施： 措施 的氮源及调节pH在7.5-8.0；维持温度30- 32℃
3.氨基酸的国内外生产概况
日本和德国为世界主要氨基酸生产国。日本的 味之素、协和发酵及德国的德固沙是世界氨基酸生 产的三巨头。它们能生产高品质的氨基酸，可直接 用于输液制剂的生产。日本在美国、法国等建立了 合资的氨基酸生产厂家，生产氨基酸和天冬甜精等 衍生物。
国内生产主要氨基酸生产厂： 天津天安药业股份有限公司( 天津天安药业股份有限公司(原天津氨基酸公 生产规模及产 司)、湖北八峰药化股份有限公司 品质量与国外大厂有较大差距。 在80年代中后期,我国从日本的味之素、协和 发酵以技贸合作的方式引进输液制剂的制造技术， 1991年销售量为二千万瓶，1996年达六千万瓶，主 要厂家有无锡华瑞，北京费森尤斯，昆明康普莱特， 但生产原料都依赖进口。
2.氨基酸的生产方法
1、发酵法 （1）直接发酵
野生菌株 营养缺陷型突变 抗氨基酸结构类似物突变株 抗氨基酸结构类似物突变株的营养缺陷型菌株 营养缺陷型回复突变株发酵。
（2）添加前体的发酵
2、酶法：利用酶来制造氨基酸。 3、提取法：蛋白质水解液中提取。胱氨酸、半 胱氨酸和酪氨酸 4、合成法：DL-蛋氨酸、丙氨酸、甘氨酸、苯 丙氨酸 传统的提取法、酶法和化学合成法由于前体物 的成本高,工艺复杂,难以达到工业化生产的目的。
4.谷氨酸发酵控制
（1）生物素：作为催化脂肪酸生物合成物合成，进 而影响磷酯的合成。当磷酯含量减少到正常时的一 半左右时，细胞发生变形，谷氨酸能够从胞内渗出， 积累于发酵液中。生物素过量，则发酵过程菌体大 量繁殖，不产或少产谷氨酸，代谢产物中乳酸和琥 珀酸明显增多
谷氨酸产生菌株特点
革兰氏阳性 不形成芽胞 没有鞭毛，不能运动 需要生物素作为生长因子 在通气条件下才能产生谷氨酸
谷氨酸生物合成机理 由三羧酸循环中产生的a-酮戊二 酸，在谷氨酸脱氢酶和氢供体存在下 进行还原性氨化作用而得到。
1. 原料预处理
淀粉的酸水解工艺
调浆： （1）调浆：干淀粉用水调成10-11˚Bx的淀粉乳，加 盐酸0.5-0.8％至pH1.5。 （2）糖化：蒸汽加热、加压糖化25min。 糖化： 中和： （3）中和：冷却至80℃，烧碱中和至pH4.0-5.0（避
三、赖氨酸生产工艺简介
概述
赖氨酸： 赖氨酸：L-2,6-二氨基己酸，为人体必需的八种氨基酸 之一。 菌种： 菌种：谷氨酸棒杆菌的高丝氨酸缺陷型变异株， 抗赖氨酸结构类似物、抗苏氨酸结构类似物的变异株。 生产方法： 生产方法：提取法、化学合成法、酶法，自1960年日 本直接发酵成功后现在已经是主要方法。
第五章 氨基酸发酵
一、概述 二、谷氨酸生产工艺 三、赖氨酸生产工艺简介
一、概述
1.氨基酸在食品工业的应用
强化食品：谷物中缺赖氨酸，苏氨酸，色氨酸、 强化食品 蛋氨酸。 增鲜剂： 增鲜剂：谷氨酸单钠和天冬氨酸。 苯丙氨酸与天冬氨酸可用于制造低热量二肽甜 味剂(α-天冬酰苯丙氨酸甲酯),此产品1981年获FDA 批准,现在每年产量已达数万吨。
赖氨酸的提取与精制
发酵液预处理： 发酵液预处理：离心分离或沉淀去除菌体。 离子交换法提取赖氨酸： 离子交换法提取赖氨酸：赖氨酸等电点9.59， pH=2.0左右用强酸性阳离子树脂交换，pH7.0～ 9.0间用弱酸性阳离子树脂交换。采用铵型树脂， 对碱性氨基酸能选择性交换，用氨水洗脱，不必 再生和转型。 精制： 精制：离交柱洗脱液中含游离氨基酸和氢氧化铵， 真空蒸发去氨，用盐酸成盐，结晶，分离，干燥。
菌体生长停止期： （3）菌体生长停止期：谷氨酸合成，糖和尿 素分解产生α-酮戊二酸和氨用于合成谷氨酸。措施： 措施： 措施 及时流加尿素以提供足够的氨并使pH维持在7.27.4。大量通气，控制温度34-37 ℃。 （4）发酵后期：菌体衰老，糖耗慢，残糖低。 发酵后期： 措施： 措施：营养物耗尽酸浓度不增加时，及时放罐。 发酵周期一般为30h。