第五章谷氨酸的发酵控制

（2）放罐体积
放罐体积是发酵结束以后移交给提取工序的发酵液体积， 通常以m3或L来表示。 放罐体积=培养基配制的体积+培养基灭菌耗用蒸汽的冷凝 水体积+种子液体积+发酵过程所有流加物料的体积－发酵过程 从排气带走水分的体积
（3）糖酸转化率
是产出的谷氨酸量与投入的葡萄糖总量的百分比。
（4）发酵周期
热 (NH2)2CO 2H2O 热
(NH4)2CO3
2NH3+CO2+H2O
③液氨添加法 液氨的作用：作为氮源；调解pH。 使用方法：根据pH的变化自动控制流加。
3.发酵过程中供氧的控制
（1）临界溶解氧浓度
在此溶解氧浓度之下，微生物的呼吸速率随溶解氧浓 度降低而迅速下降，此时的溶解氧浓度称为临界溶解氧浓 度，以C临界表示，或以临界溶解氧分压PL临界表示。 一般好气性微生物的临界溶解氧浓度均很低，为 0.003～0.03mmol/L。 谷氨酸产生菌PL临界是0.00326atm。
2.氮源 （3）常用的氮源
无机氮：尿素、液氨 有机氮：玉米浆、麸皮水解液、米糠水解液、豆饼 水解液、糖蜜等
3.无机盐
(1)磷酸盐
是某些蛋白质和核酸的组成成分，参与一系列的代谢反应， ADP、ATP是重要的能量传递者。 需要量一般为0.005～0.01mol／L。
工业生产上常用K2HPO4· 2O、KH2PO4、Na2 HPO4· 2O、 3H 12H NaH2PO4· 2O等磷酸盐，也可用磷酸。 2H
3.无机盐
(3)钾 钾是许多酶的激活剂。 对谷氨酸发酵的影响： 谷氨酸发酵产物生成所需要的钾盐比菌体生长需要 量高，钾盐少利于长菌体，钾盐充足利于产谷氨酸。菌 体生长需钾约为1.0～1.5mmol／L，谷氨酸生成需钾约 为2.0～10.0mmol／L。
3.无机盐
(4)微量元素 锰：是某些酶的激活剂。 羧化反应必需锰，如谷氨酸生物途径中，草酰琥珀酸脱羧生 成α -酮戊二酸是在Mn2+存在下完成的。一般培养基配用 MnSO4· 2O 2mg／L。 4H 铁：是细胞色素氧化酶、过氧化氢酶的成分，又是若干酶的 激活剂。
若温度偏高，菌生长快易衰老； 若温度偏低，菌生长慢发酵周期延长。
（2）发酵中期 应将温度提高到最适产酸温度。
谷氨酸产生菌产生谷氨酸的最适温度是35～37℃。
应根据工艺的要求，总结出一个比较合适的温度控制模 式。根据实际工艺所用菌株特性、生物素浓度、发酵周 期等情况，形成一个多级温度控制模式。
二、发酵过程的控制
（3）消泡的方法
①物理方法：如改变温度 ②机械消泡：如耙式消泡器 优点：节省消泡剂，减少污染。 缺点：不能从根本上消除引起泡沫稳定的因素。
（3）消泡的方法
③化学消泡：加入消泡剂
优点：消泡效果好，作用快，用量少。
缺点：可能会影响菌体生长或代谢产物的生成； 增加染菌机会；添加过量会影响氧的传递。
④发酵工业上采用机械消泡与化学消泡结合 的方法。
供氧要满足菌体生长的要求；当发酵液中PL>PL临界 时，供氧充足，菌体生长速率达最大值。但是再提高供 氧反而对菌体生长起到抑制作用。
谷氨酸合成期，需要大量的氧。
（4）对供氧的控制
多级控制模式：
即发酵前期逐步提高通气量，发酵中期控制通气量在 最高值并维持6～10h，发酵后期逐步降低气量。 在整个过程中，提高、维持以及降低通气量根据实际 生产时菌体生长和产物生成的需氧量而定。
（４）常用的消泡剂和使用方法
天然油脂类 高碳醇、脂肪酸和脂类 聚醚类 硅酮类 味精厂普遍采用ＢＡＰＥ（聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚）或ＰＰ Ｅ（聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚）作为消泡剂。
一次加入法
使用方法 中间流加法
上述两种方法结合
二、发酵过程的控制
5.流加糖的控制
①间歇流加法 一般在发酵残糖浓度为30ｇ／L左右时进行第一次 流加。 控制流加糖的流量，使发酵残糖浓度维持在10 ～ 15ｇ／L。
对谷氨酸发酵的影响： 磷浓度过高时，菌体的代谢转向合成缬氨酸，但磷含量过低， 菌体生长不好。
3.无机盐 (2)硫酸镁
镁离子是许多重要的酶(如己糖磷酸化酶、异柠檬酸脱氢酶、 羧化酶等)的激活剂。
发酵培养基配用0.25 ～1g/L时，Mg2+浓度40～60mg／L。 硫存在于细胞的蛋白质中，是含硫氨基酸的组成成分。培养基 中的硫已由硫酸镁供给，不必另加。
工厂中一般是根据OD值的变化和耗氧速率的变化来 控制通气量。
国内有条件的工厂，发酵过程中使用覆膜电极测量发酵液的溶 解氧来指导通气量的控制。
二、发酵过程的控制
4.泡沫的消除 （1）泡沫的种类
表面泡沫：正常形成
内部泡沫：染菌时形成，细小，均匀
（2）泡沫形成的原因
①与发酵过程中的搅拌、通气有关。 糖的水解程度 ②与培养基的性质有关。 灭菌方法 ③与染菌有关。
4.淀粉糖原料、大种量、中初糖流加高浓度糖液的生物素“亚 富量”工艺
5.糖蜜原料、大种量、中初糖流加中浓度糖液的生物素“丰 富量”工艺
采用温度敏感型菌株的发酵工艺： 淀粉糖原料、大种量、中初糖流加高浓度糖液的生物素 “丰富量”工艺
发酵水平的现状：
发酵周期为28～32h，产酸水平为90～160g／L，糖 酸转化率为55％～63％。
某些有机氮源的主要成分
成分 干物质含量% 水分% 蛋白质含量% 脂肪含量% >40 玉米浆 麸皮 甘蔗 甜菜 糖蜜 糖蜜 >45 13 16.4 3.58 4.4 5.5 81 70 米糠 酵母 豆饼水 解液
淀粉含量%
还原糖含量% 转化糖含量% 8
9.03
50 51
灰分%
生物素含量μg/kg 维生素B1含量μg/kg
2. pH的控制 （1）pH的范围和测定方法 发酵前期控制pH在7.3左右。 发酵中期控制pH在7.2左右。 发酵后期控制pH在7.0左右。 将放罐时，为了后续提取，pH6.5～6.8左右。
（2）pH对微生物的生长和代谢产物形成的影响
①影响酶的活性。
②影响微生物细胞膜所带电荷。 ③影响培养基某些营养物质和中间代谢产物 的离解，影响微生物对这些物质的利用。 ④pH的改变会引起菌体代谢途径的改变，使 代谢产物发生变化。
<24
180 2500 200
10
11.5
270 600～ 120 1800
1200 53
1200 8300 1300
第二节 主要发酵参数分段控制原则及其特点
一、中初糖流加高浓度糖液的 生物素“超亚适量”工艺
1. 流 程 图
2．谷氨酸发酵记录表
3.培养基的配方
（1）二级种子培养基 葡萄糖 300kg；KH2PO4 12kg；MgSO4· 2O 6kg；糖 7H 蜜100kg；玉米浆 200kg；纯生物素150mg；消泡剂 1.5kg；定容7000L，实消，121℃保温 10min。
三、发酵培养基对谷氨酸发酵的影响
1.碳源 谷氨酸产生菌均不能利用淀粉，只能利用葡萄糖、蔗 糖、麦芽糖等；有些菌种能利用醋酸、乙醇、正烷烃 等作碳源。 淀粉水解糖的质量对发酵影响很大。
2.氮源
（1）氮源的作用
（2）碳氮比
一般发酵工业碳氮比为100：(0.2～2.0)，谷氨 酸的碳氮比为100：(15～30)，当碳氮比在100： 11以上才开始累积谷氨酸。
（3）发酵过程中pH的控制
①添加碳酸钙法 当采用酸性铵盐作为碳源时，NH4+被利用，剩下的 酸根引起pH下降，此时使用。 缺点：用量大，操作时易染菌，对产物提取有影响。
②尿素流加法 优点：尿素的分解、利用和pH变化具有一定规律性， 容易控制。 流加量和次数根据pH的变化，菌体生长、耗糖量、 发酵阶段来确定。
甜菜糖蜜
因为多采用生物素缺陷型菌株，故两种发酵工艺主 要区别在于发酵过程是否需要添加青霉素、表面活 性剂等，为什么？
一、国内谷氨酸发酵生产工艺的分类
2．按产生菌株的类型划分
生物素缺陷型菌株 温度敏感型菌株
一、国内谷氨酸发酵生产工艺的分类
3．按培养基含生物素量划分
（1）生物素“亚适量”工艺 :5～6μg／L 采用淀粉糖原料 （2）生物素“超亚适量”工艺:8 ～ 12μg／L （3）生物素“亚富量”工艺
第三节 提高发酵产率的主要措施
一、选育高产菌种，改良菌种性能
使新菌株生长、耗糖和产酸速率进一步提高，耐高 温、高糖和高酸的性能有所改进。
二、改进发酵工艺
１．高初糖发酵
优点：操作方便，设备利用率高，谷氨酸浓度高，容易 提取。 缺点：菌体不适应；氧传递阻力大，需强化供氧。 解决办法：筛选耐高渗透压的菌种，并控制好发酵工艺条件。
第五章
谷氨酸的发酵控制
第一节 发酵培养基配比组成及其特点 第二节 主要发酵参数分段控制原则及其特点 第三节 提高发酵产率的主要措施
第四节 糖蜜原料生产谷氨酸的发酵技术
第一节 发酵培养基配比组成及其特点 一、国内谷氨酸发酵生产工艺的分类
1．按碳源原料划分
淀粉糖：玉米、马铃薯、木薯、大米等
碳源原料 糖蜜 甘蔗糖蜜
（2）发酵基础培养基 葡萄糖18800kg；85％的H3PO4 120kg；KCl 200kg, MgSO4· 2O 140kg；糖蜜200kg；玉米浆600kg；纯生 7H 物素300mg；消泡剂10kg；定容102m3，连消温度121～ 122 ℃ ，维持8～10min。
二、发酵过程的控制
1．温度的控制 （1）发酵前期： 应满足菌体生长所需的最适温度。
4．生长因子
从广义来说，凡是微生物生长不可缺少的微量的有机 物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称为生长因子。
生长因子只是对于某些自己不能合成这些成分的微生物 才是必不可少的营养物。 生物素缺陷型的谷氨酸产生菌以生物素为生长因子。