谷氨酸工艺学

第一章

1、什么是氨基酸？

氨基酸是含有氨基和羧基的一类有机化合物的通称。生物功能大分子蛋白质的基本组成单

位，是构成动物营养所需蛋白质的基本物质。是含有一个碱性氨基和一个酸性羧基的有机化合物。

氨基酸种类与分类蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸

2、工业生产的主要为蛋白质氨基酸，共20种

3、氨基酸生产方法（1）发酵法直接发酵法：野生菌株发酵、营养缺陷型突变发酵

（2）化学合成法（3）酶法（4）蛋白质水解法

4、氨基酸的应用医药工业、食品工业、饲料工业、农业、化学工业、科学研究

世界上最大的氨基酸消费市场是饲料添加剂

四大饲料氨基酸：奶酪夹苏

Lys（赖氨酸）、Met（甲硫氨酸）

Tyr（酪氨酸）、Thr（苏氨酸）

主要有4个方面的功效：

促进动物生长发育；

改善肉质，提高产奶、产蛋量；

节省蛋白质饲料，使饲料得到充分利用；

降低成本，提高饲料利用率。

5、1956年分离到谷氨酸棒状杆菌

6、日本味之素、协和发酵、德国Degussa、山东阜丰集团、河北梅花集团、宁夏伊品

7、存在问题：采取措施：

产品附加值低产能优化

产能严重过剩技术创新

原料、能源成本高产品创新

技术落后，污染严重思想转变

第二章淀粉水解糖的制备

1、淀粉的组成

在偏振光照射下，产生双折射现象（即“偏光十字”现象）

直链淀粉水悬浮液加热时，不产生糊精，而以胶体状态溶解，遇碘反应是纯蓝色

支链淀粉膨胀性物质，只在加热加压下，才溶于水。水中加热成胶黏状物，遇碘呈紫红色

2、淀粉的特性：糊化、液化、糖化、老化、

3、糊化定义：淀粉在热水中能吸收水分而膨胀，最后淀粉粒破裂，淀粉分子溶解于水中形

成带有粘性的淀粉糊。

4、淀粉糊化的过程

第一阶段: 预糊化淀粉缓慢地可逆地吸收水分,淀粉颗粒已有些微膨胀

第二阶段: 糊化当温度升到大约65 ℃时,淀粉颗粒经过不可逆地突然很快地吸

收大量水分后,膨胀粘度增加很大，可达原体积的几倍到几十倍

第三阶段: 溶解当温度继续升高,淀粉颗粒变成无形空囊,可溶性淀粉浸出,成为半透明的均质胶体。

5、液化：利用液化酶使淀粉糊化，黏度降低，并水解得到糊精和低聚糖的过程

6、糖化: 利用糖化酶将淀粉液化产物进一步水解成葡萄糖的过程

理论收率：111.11% 实际收率：仅有105~108%

7、老化：糊化淀粉又重新排列形成新氢键的过程，也是一个复结晶过程。（直链易老化）

8、淀粉水解糖：工业上将淀粉水解为葡萄糖的过程为糖化，所制得的糖液称为淀粉水解糖

9、淀粉的生产原理:利用淀粉不溶于冷水，相对密度大于水的特性进行的物理分离过程

过程：原料--清理--浸泡--粗碎--胚的分离--磨碎--分离纤维--分离蛋白--清洗--

离心分离--干燥--淀粉

10、谷氨酸生产菌不能直接利用淀粉。

11、淀粉水解的方法

酸解法（无机酸在高温高压下催化完成）最早出现

酶酸法（酶液化、酸糖化）过滤性能好

酸酶法（酸液化、酶糖化）

双酶法（酶催化完成糖化过程）

使用专一性很强的淀粉酶和糖化酶为催化剂，将淀粉水解为葡萄糖

原料→粉碎→调浆→液化→灭酶→调整pH→糖化→灭酶→中和→过滤→糖化液12、双酶法工艺特点

酶专一性高，副产物少，糖液纯度高；

反应条件温和，不需要耐高温高压、耐酸的设备；

可在较高的淀粉浓度下水解，可以使用粗原料；

糖液质量高；

周期长，设备多。

13、

α-淀粉酶可以切断α-1，4糖苷键

不能切断α-1，6糖苷键60-70℃；

90-110℃

6.0-

7.0稳定，

5.0以下失活

Ca2+、Zn2+、Cl+有激活作用，

FeSO4、ZnSO4、CuSO4有抑制作用。

糖化酶从非还原性末端切断α-1，4糖苷

键；缓慢切断α-1，6糖苷键40-65℃；最

佳58-60℃

3.0-5.5稳定;

最适4.0-4.5

14、DE 值：表示淀粉水解程度或糖化程度。也称葡萄糖值。

%

100)

(）

糖液相对密度（）干物质浓度（还原糖浓度d DE

15、DX 值：糖液中葡萄糖含量占干物质的百分率。

%

100)

(）

糖液相对密度（）干物质浓度（

葡萄糖浓度d DE

16、DE 值和DX 值的区别：DE>DX 17、谷氨酸发酵水解糖的要求

1.严格控制原料质量

2.正确控制淀粉乳的浓度

3.水解完全

4.糖液清、色泽浅

5.糖液新鲜

6.降低糖液蛋白质的含量

18、水解糖的质量标准

（1）色泽：浅黄、杏黄通明液体；（2）糊精反应：无；（3）还原糖含量：18%左右（4）DE 值（葡萄糖值）：90%以上；

（5）透光率：60%以上（6）pH ：4.6-4.8

第三章谷氨酸发酵机制

1、生成谷氨酸的主要酶促反应

（1）谷氨酸脱氢酶(GHD)所催化的还原氨基化反应。主导性反应

(2)转氨酶(AT)催化的转氨反应

GPT则以肝脏中活力最大测定

GOT活力则有助于对心脏病变的诊断

(3)谷氨酸合成酶(Gs)催化的反应

2、三种生成谷氨酸的酶促反应的共同点：以α-酮戊二酸为前体

3、由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径5个：TCA循环、EMP途径、HMP途径、乙醛酸循、丙酮酸

梭化支路（CO2固定），至少16步酶促反应。

4、谷氨酸生物合成的理想途径

谷氨酸对葡萄糖的质量理论转化率为：81.7%

实际转化率：处于二者之间，即54.4%～81.7%

(1)葡萄糖首先经EMP及HMP两个途径生成丙酮酸。以EMP为主，HMP约占26%。

(2)生成的丙酮酸：一部分在丙酮酸脱氢酶系的作用下氧化脱羧生成乙酰CoA，

另一部分经CO2固定反应生成草酰乙酸或苹果酸。

(3)草酰乙酸与乙酰CoA在柠檬酸合成酶催化作用下，缩合成柠檬酸，进入三羧酸循环，柠檬酸在顺乌头酸酶的作用下生成异柠檬酸，异柠檬酸再在异柠檬酸脱氢酶的作用下生成α-酮戊二酸，α-酮戊二酸是谷氨酸合成的直接前体。

(4)α-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶作用下经还原氨基化反应生成谷氨酸

5、控制谷氨酸合成的重要措施

(1)α-酮戊二酸氧化能力微弱，即α-酮戊二酸脱氢酶活力微弱

(2)谷氨酸脱氢酶活性强

(3)细胞膜对谷氨酸的通透性高

6、谷氨酸高产菌种特点：

谷氨酸产生菌应丧失或仅有微弱的α-酮戊二酸脱氢酶活力，使α-酮戊二酸不能继续氧化

谷氨酸脱氢酶活力很强，同时NADPH＋H＋再氧化能力弱，使到琥珀酸的反应受阻，在过量NH4+存在时，经氧化还原共轭的氨基化反应而生成谷氨酸

生成的谷氨酸不形成蛋白质而分泌到菌体外

谷氨酸产生菌大多为生物素缺陷型，谷氨酸发酵时通常控制生物素亚适量，引起代谢失调，使谷氨酸得以积累