谷氨酸发酵

第一章文献综述

1.1谷氨酸简介

谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占有重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。目前，我国许多工厂采用多种方法来提高谷氨酸产率，如选育高产菌种、改进发酵工艺、搞好发酵控制、引进微机控制、增加控制参数等。这些方法对于提高谷氨酸产率非常有效。

谷氨酸是生产味精的主要原料，随着发酵法生产谷氨酸技术的发展，我国味精生产始于1923年，至今已有80多年历史，随着科学技术的不断进步，味精生产技术也在不断变革，由创建之初的以面筋、豆粕为原料水解法生产工艺，改变为现在以淀粉为原料发酵法生产工艺，发酵法生产工艺从1964年在上海味精厂首次投入生产以来，发酵法生产谷氨酸的生产技术进步较大，尤其是近几年随着菌种的突破以及新技术，新设备的应用进展更快，进入九十年代，尤其九五年后，技术进步较快，目前行业最好水平时（仅少数厂家）制糖收率99%以上，发酵产酸11-12%，转化率59-62%，提取收率96-98%精制收率96%，与80年代比较全行业平均制糖收率提高了10%，发酵产酸率提高了117%，转化率提高了43%，提取收率提高了20%，精制收率提高了8.8%，综合技术指标淀粉消耗下降了166%

1.2谷氨酸的生产工艺流程

1.2.1液化和糖化

因为大米涨价, 目前大多数味精厂都使用淀粉作为原材料。淀粉先要经过液化阶段。然后再与β- 淀粉酶作用进入糖化阶段。首先利用α- 淀粉酶将淀粉浆液化, 降低淀粉粘度并将其水解成糊精和低聚糖, 应为淀粉中蛋白质的含量低于原来的大米, 所以经过液化的混合液可直接加入糖化酶进入糖化阶段, 而不用像以大米为原材料那样液化后需经过板筐压滤机滤去大量蛋白质沉淀。液化过程中除了加淀粉酶还要加氯化钙，整个液化时间约30min。一定温度下液化后的糊精及低聚糖在糖化罐内进一步水解为葡萄糖。淀粉浆液化后, 通过冷却器降温至60℃进入糖化罐, 加入糖化酶进行糖化。糖化温度控制在60℃左右, pH 值4.5, 糖化时间18～32h。糖化结束后, 将糖化罐加热至80～85℃, 灭酶30min。过滤得葡萄糖液, 经过压滤机后进行油水分离( 一冷分离, 二冷分离) , 再经过滤后连续消毒后进入发酵罐。

1.2.2谷氨酸发酵

消毒后的谷氨酸培养液在流量监控下进入谷氨酸发酵罐, 经过罐内冷却蛇

管将温度冷却至32℃, 接入菌种, 氯化钾、硫酸锰、消泡剂及维生素等, 通入

消毒空气, 经一段时间适应后, 发酵过程即开始缓慢进行。谷氨酸发酵是一个复杂的微生物生长过程, 谷氨酸菌摄取原料的营养, 并通过体内特定的酶进行复

杂的生化反应。培养液中的反应物透过细胞壁和细胞膜进入细胞体内, 将反应物转化为谷氨酸产物。整个发酵过程一般要经历3个时期, 即适应期、对数增长期和衰亡期。每个时期对培养液浓度、温度、pH 值及供风量都有不同的要求。因此, 在发酵过程中, 必须为菌体的生长代谢提供适宜的生长环境。经过大约34 小时的培养, 当产酸、残糖、光密度等指标均达到一定要求时即可放罐。

1.2.3谷氨酸提取与谷氨酸钠生产工艺

该过程在提取罐中进行。利用氨基酸两性的性质, 谷氨酸的等电点在为

pH3.0 处, 谷氨酸在此酸碱度时溶解度最低, 可经长时间的沉淀得到谷氨酸。粗得的谷氨酸经过干燥后分装成袋保存。

1.2.4谷氨酸钠的精制

谷氨酸钠溶液经过活性碳脱色及离子交换柱除去Ca2+、Mg2+、Fe2+离子, 即可得到高纯度的谷氨酸钠溶液。将纯净的谷氨酸钠溶液导入结晶罐, 进行减压蒸发, 当波美度达到295时放入晶种, 进入育晶阶段, 根据结晶罐内溶液的饱和度和

结晶情况实时控制谷氨酸钠溶液输入量及进水量。经过十几小时的蒸发结晶, 当结晶形体达到一定要求、物料积累到80%高度时, 将料液放至助晶槽, 结晶长成后分离出味精, 送去干燥和筛选。

1.3谷氨酸提取工艺

重结晶是常用的提纯物质的方法，谷氨酸生产工艺条件变化会引起结晶晶型的变化，不同晶型的谷氨酸晶体在结晶转换时可以析出杂质提纯谷氨酸，重新结晶的谷氨酸纯度较高，利谷氨酸重结晶提纯技术可以提高谷氨酸质量。

从谷氨酸发酵液中提取谷氨酸的方法有：等电点法、离子交换法、金属交换法、渗透膜分离法等等。其中，带菌体浓缩冷冻等电点法是目前较先进且经济效益较高的方法，但其主要缺点是：发酵液中含有菌体、蛋白质、胶体和其他固形物，干扰和妨碍了谷氨酸的结晶，影响了结晶的纯度和收率。若先采用膜过滤技术去除发酵液中的菌体等物质，再用浓缩冷冻等电点法提取，就更先进，经济效益更高。 [3]

第二章实验材料

2.1药品

LB培养基配方表

成分含量胰蛋白胨(Tryptone)10g/L 酵母提取物(Yeast extract)5g/L

氯化钠(NaCl) 10g/L pH值（用5mol/LNaOH调节）7.0

一级种子培养基配方表

成分配比

葡萄糖 2.5％

尿素0.5％

硫酸镁0.04％磷酸二氢钾0.1％

D-生物素 2.8 mg／L

硫酸亚铁2×10-6g／L

硫酸锰2×10-6g／L

发酵培养基配方表

成分浓度

葡萄糖250 g/L

尿素40g/L

磷酸二氢钾 2.82 g/L

硫酸镁0.72 g/L

硫酸亚铁2×10-6g／L

硫酸锰2×10-6g／L

D-生物素0.6mg／L 2.2器材

锥形瓶(500ml) 小烧杯玻璃棒发酵罐温度计(1-100) 试管架标签纸分光光度计移液管量筒接种环磁力搅拌机精密试纸恒温培养箱滤纸酒精灯量筒移液管试管架标签纸电子天平高压抽滤机高压蒸汽灭菌锅超净工作台电热恒温水浴锅离心机

第三章实验方法

3.1斜面菌种的制备

无菌条件下，从冷藏的天津棒杆菌的斜面上，挑取适量菌体涂在LB培养基的斜面上，然后置37℃的恒温箱培养20—24h。

我们采用LB培养基制作固体试管斜面，它是一种常用培养基，具体配方如下：

表1 LB培养基配方表

成分含量

胰蛋白胨（Tryptone）10g/L

酵母提取物（Yeast extract）5g/L

氯化钠（NaCl）10g/L

pH值（用5mol/LNaOH调节）7.0

LB培养基的灭菌条件：在高压蒸汽灭菌锅内保持121℃,0.14Mpa下，20min即可，分装试管，每试管约5—10ml（视试管大小而定）。

3.2种子培养基的制备与灭菌

表2 一级种子培养基配方表

成分配比

葡萄糖 2.5%

尿素0.5%

硫酸镁0.04%

磷酸二氢钾0.1%

D-生物素 2.8mg/L

硫酸亚铁

2⨯106-g/L

硫酸锰

2⨯106-g/L

调pH值7.0，121℃,0.14Mpa下，灭菌20min即可。

一级扩培：32℃,180—200r/min，培养10—12h。

3.3发酵培养基的配制与灭菌

表3 发酵培养基配方表

成分浓度

葡萄糖250g/L

尿素40g/L

磷酸二氢钾 2.82g/L

硫酸镁0.72g/L