谷氨酸生产工艺

谷氨酸生产工艺

生物技术081 郁海东 08010071

摘要：

谷氨酸，是一种酸性氨基酸。分子内含两个羧基，化学名称为α-氨基戊二酸。谷氨酸是里索逊1856年发现的，为无色晶体，有鲜味，微溶于水，而溶于盐酸溶液，等电点3.22。大量存在于谷类蛋白质中，动物脑中含量也较多。谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位，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%

关键词：菌种、培养基选择、发酵工艺、分离纯化、质量控制

谷氨酸发酵的工艺流程

菌种的选育，培养基的配制，斜面培养，一级种子培养，二级种子培养，发酵，发酵液。

谷氨酸菌种的生产

谷氨酸生产菌为谷氨酸杆菌。乳糖发酵短杆菌。黄色短杆菌。我国主要使用的是北京棒杆菌D110、北京棒杆菌ASI。299、锯齿棒杆菌等。谷氨酸生产菌种保藏常用液氮保存法。

在已报道的谷氨酸生产菌种中，除牙胞杆菌外，他们都有一些共同的特点：革兰氏阳性，菌体为球形、短杆至棒状、不形成芽孢，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。

可用原生质体融合技术选育。转化选育法、转导选育法、重组DNA技术构建谷氨酸工程菌、固定化细胞技术发酵生产谷氨酸。经研究，谷氨酸的分泌是由细胞膜控制的。

谷氨酸发酵培养制备

发酵原理

1.合成途径

谷氨酸的生物合成途径大致是：葡萄糖经糖酵解(EMP途径)和己糖磷酸支路(HMP途径)生成丙酮酸，再氧化成乙酰辅酶A(乙酰COA)，然后进入三羧酸循环，生成α-酮戊二酸。α-酮戊二酸在谷氨

酸脱氢酶的催化及有NH4+存在的条件下，生成谷氨酸。当生物素缺乏时，菌种生长十分缓慢；当生物素过量时，则转为乳酸发酵。因此，一般将生物素控制在亚适量条件下，才能得到高产量的谷氨酸。

在谷氨酸发酵中，如果能够改变细胞膜的通透性，使谷氨酸不断地排到细胞外面，就会大量生成谷氨酸。研究表明，影响细胞膜通透性的主要因素是细胞膜中的磷脂含量。因此，对谷氨酸产生菌的选育，往往从控制磷脂的合成或使细胞膜受损伤入手，如生物素缺陷型菌种的选育。生物素是不饱和脂肪酸合成过程中所需的乙酰CoA的辅酶。生物素缺陷型菌种因不能合成生物素，从而抑制了不饱和脂肪酸的合成。而不饱和脂肪酸是磷脂的组成成分之一。因此，磷脂的合成量也相应减少，这就会导致细胞膜结构不完整，提高细胞膜对谷氨酸的通透性。

2.发酵过程

在发酵过程中，氧、温度、pH和磷酸盐等的调节和控制如下：①氧。谷氨酸产生菌是好氧菌，通风和搅拌不仅会影响菌种对氮源和碳源的利用率，而且会影响发酵周期和谷氨酸的合成量。尤其是在发酵后期，加大通气量有利于谷氨酸的合成。②温度。菌种生长的最适温度为30～32 ℃。当菌体生长到稳定期，适当提高温度有利于产酸，因此，在发酵后期，可将温度提高到34～37 ℃。③pH。谷氨酸产生菌发酵的最适pH在7.0～8.0。但在发酵过程中，随着营养物质的利用，代谢产物的积累，培养液的pH会不断变化。如随着氮源的利用，放出氨，pH会上升；当糖被利用生成有机酸时，pH会下降。

④磷酸盐。它是谷氨酸发酵过程中必需的，但浓度不能过高，否则会转向缬氨酸发酵。发酵结束后，常用离子交换树脂法等进行提取。

操作步骤

1．一级种子培养工与制：按下列培养基配方配制1000ml一级种子培养基。按20%装液量分装后，于121℃灭菌30min冷却备用。

葡萄糖2.5%，尿素0.5%，硫酸镁0.04%，

磷酸氢二钾0.1%，玉米浆2.5~3.5%

硫酸亚铁、硫酸锰各20ppm、pH7.0

2．一级种子培养：将斜面菌种接入已灭菌冷却的种子培养基中（250ml三角瓶内接入1~2环）于32℃±1℃、250r.p.m条件下培养12h。一级种子质量要求：

种龄12h pH6.4±0.1

光密度：净增O.D值0.5以上

无菌检查阴性，噬菌体检查无。

3．二级种子培养基配制：按下列培养基配方配制1000ml二级种子培养基，并按20%装液量分装于三角瓶中后，于121℃灭菌30min冷却备用。

水解糖2.5% 玉米浆2.5~3.5% K2HPO4 0.15% MgSO4 0.04 尿素0.4% FeSO4 2ppm

MnSO4 2ppm pH 6.8~7.0

4．二级种子培养：在已灭菌的二级种子培养基中，按0.5~1.0%接入上述已培养好的一级种子，于32℃±1℃、250r.p.m条件下培养7~8h，二级种子质量要求：

种龄7~8h pH 6.8~7.2 OD值净增0.5左右

无菌检查（一）、噬菌体无、残糖消耗1%左右

镜检生长旺盛，排列整齐，G+

5．发酵培养基配制按下列培养基配方制发酵培养基，并按20%装液量分装于250ml三角瓶中，水解糖10%，甘蔗糖蜜0.18~0.22%，玉米浆0.1~0.15%，Na2HPO4 0.17%，KCl 0.12%、MgSO4 0.04%，用NaOH（5%）溶液调pH 7.20于110℃灭菌20min冷却备用。

6．发酵：按8~10%的接种量在发酵培养基中接入合格的二级种子注，于35℃±1℃、250 r.p.m条件下发酵35h，发酵过程中①从第4h后开始用无菌注射器补入尿素，尿素流加按pH值进行控制即8h前pH 7.0~7.6；8h后pH7.2~7.3，20~24hpH 7.0~7.1，24~35h，pH6.5~6.6。尿素流加总量为4%。②从第10h 开始每隔4h补糖一次，每次补入1%的水解糖液，在发酵26h前补入4%的水解糖液。

7．镜检及谷氨酸测定：在8h及24h时分别各取样一次进行镜检，经单染后观察菌体形态，发酵结束后，用华勃氏呼吸器测定发酵液中谷氨酸含量。