第四章谷氨酸发酵过程控制

①天然油脂类 ②高碳醇、脂类 ③聚醚类 ④硅酮类
添加消泡剂：BAPE、PPE
一、发酵过程中主要变化 及中间代谢物控制 （1）适应期 （2）对数生长期 （3）转化期 （4）产酸期
第四节 发酵过程中主要变化及中间代谢 控制
二、常见的异常发酵现象及其处理方法
序 1 异常现象 0时pH值高 原因分析 (1)初尿过多 (2)尿素灭菌温度过 高、时间过长 (1)初尿过多 (2)菌种被烧死 (3)种子感染噬菌体 (4)培养基缺乏或抑 制菌体生长 处理方法 停搅拌,小通风,待 菌体生长,pH下降后 再按正常发酵进行 (1) 按 第 1 项 方 法 处 理 (2)补种 (3)按感染噬菌体处 理 (4)根据情况补 料,补种(5)均先停搅 拌、小通风
(一)甜菜糖蜜添加吐温发酵工艺
1.菌株：WHT-1或D110 2.一级种子培养基： 葡萄糖2.5~3.5%，磷酸氢二钾0.15~0.2%，玉米浆 2.5~3.0%，硫酸镁0.04~0.05%，尿素0.5%，Mn2+、 Fe3+各2mg/L，pH6.7~7.0 3.二级种子培养基 甜菜糖蜜3.5%，磷酸氢二钾0.15%，玉米浆3.0%，硫 酸镁0.04%，尿素0.5%，pH6.7~7.0 4.发酵培养基 甜菜糖蜜15~17%，纯生物素70~100ug/L，玉米浆 0.3%，磷酸0.075~0.09%，氢氧化钾0.075~0.09% ， 硫酸镁0.04%，初尿素2.0%，消泡剂0.03%， pH6.7~7.0
2.供氧对谷氨酸发酵的影响 菌体生长期：满足菌体合成的需要，过 低，副产物增加，影响菌体收率。过高 抑制生长。 产酸期：最大满足呼吸需氧量。 3.供氧与其他发酵工艺条件的关系
4.氧对发酵影响的微生物生理学考察
经乙醛酸途径： 葡萄糖→2/3谷氨酸+5 1/3 NAD（P）H2+2ATP
不经乙醛酸途径： 葡萄糖→谷氨酸+3 NAD（P）H2+ATP
第四章 谷氨酸发酵过程控制
谷氨酸生产的影响 内因：具有一定生理特性的菌种。 外因：环境因素。
第一节 发酵培养基对谷氨酸发酵的影响
一、碳源 目前所发现的谷氨酸产生菌均不能利用淀粉, 只能利用葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖等,有 些菌种能够利用醋酸、乙醇、正烷烃等作碳 源。 我国主要使用：玉米、大米、淀粉、糖蜜。
二、氮源 1.合理的碳氮比：100（15-30） 2.氮源的来源 无机氮源: (1)尿素 (2) 液氨 (3)氨水 有机氮源: 主要是蛋白质、胨、氨基酸等。谷氨酸 发酵的有机氮源常用玉米浆、麸皮水解 液、豆饼水解液和糖蜜等。
三、无机盐 1.磷酸盐 磷酸氢二钾：0.1-0.15% 过高：代谢转向合成缬氨酸。 过低：菌体生长缓慢。 2. 硫酸镁 0.04-0.06% 酶的激活剂
3. 钾盐 酶的激活剂 钾含量低长菌体，多产谷氨酸。 4. 微量元素 四、生长因子
(1) 生物素 (2) 维生素B1
第二节 培养条件对谷氨酸发酵的影响 一、温度对谷氨酸发酵的影响 1.温度影响细胞中酶的活性,而影响代谢 速度、途径方向 2.酶是蛋白质，受热容易失活，温度愈高 失活愈快,菌体易衰老,影响发酵液的性 质来间接影响发酵。 3.影响基质和氧的溶解从而影响发酵 4.微生物最适的生长温度范围 谷氨酸产生菌：最适生长温度30~34℃ 最适产酸温度35~37℃
Leu、Val、Phe合成不经TCA循环， 且合成过程中无NAD（P）H2产生，可在 供氧不足的条件下达到最大产量。
谷氨酸发酵时正 常和异常的溶氧 曲线
红霉素发酵过程 中溶氧和黏度的 曲线
四、二氧化碳对谷氨酸发酵的影响 1.间接控制通风量 排风中二氧化塘控制在13% 2.提前发现噬菌体感染 3.帮助发现杂菌感染
第三节 泡沫的消除 一、泡沫对发酵的影响 1.发酵液逃逸 2.感染 3.降低装填系数，设备利用率降低 4.影响氧传递
二、发酵过程泡沫形成的规律
Leabharlann Baidu
搅拌 通气 培养基性质 发酵过程
三、泡沫的消除 1.消泡的方法
（1）物理消泡 （2）机械消泡：消泡器 （3）化学消泡 四类消泡剂
耙式消泡桨
(1) 培养基丰富,生物 素过量 (2) pH低,流尿不及时 (3) 通风不足,空气短 路,搅拌转速低 (4) 感染杂菌 生物素充足,风量不足
(1)提高风量,提高pH (2)及时流尿,提高pH (3)提高风量,提高pH (4)按染菌处理
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发酵液变红色
提高风量
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谷氨酸生成后又下跌
(1)pH偏低,NH4+ 过量, 谷氨酸转变为谷酰胺 (2) 大 量 下 跌 , 可 能 染 菌 (1)水解糖质量不好 (2)染菌
第六节 提高发酵产率的主要措施
一、选育优良菌株 二、改进发酵工艺 1.一次高浓度糖发酵 2.降低发酵初糖浓度,连续流加糖发酵 3.混合碳源发酵 4.应用电子计算机控制和管理发酵,使发 酵工艺最佳化 5.固定化活细胞连续发酵生产谷氨酸
5.工艺控制 （1）接种量10% （2）发酵3.5~5h添加3~5u/ml青霉素 （3）液氨控制pH6.7~7.0左右 （4）温度 开始，30~32℃；之后每隔5~6 h升1℃ ，发酵周期30h （5）通风比1:0.3 （6）流加糖，8~10h后，残糖降至4%， 流加含糖50%的甘蔗糖蜜。
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发酵前期pH值过高
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菌体生长缓慢或不 长
(1)感染噬菌体 (2)培养基贫乏 (3)菌种老化 (4) 前 期 风 量 过 大 , 或初尿过多抑制生 长
(1) 按 感 染 噬 菌 体 处理(2)补料,并停 搅拌 (3)换种、补种 (4) 停 搅 拌 、 小 通 风
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中后期耗糖慢、产 酸低
(1)菌种老化 (2)前期风量过大后 期无力 (3)种子或发酵前期 温度过高 (4)生物素不足
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14h后OD值继上升
(1)生物素过量 (2)染菌
(1) 略减风量,如残 糖高可补种,或并 罐发酵 (2) 略减风量,如残 糖高可补种,或并 罐发酵 (3) 略减风量,如残 糖高可补种,或并 罐发酵 (4) 补料 (1)提高风量,提高 温 度 (2) 按 染 菌 处 理
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耗糖快,pH偏低, 产酸 低
前期 温度33-34 pH7.2-7.5 通风比1：0.1-0.15 中期 温度35-36 pH7.2-7.5 通风比1：0.2-0.25 后期 温度36-37 pH7.0-7.2 通风比1：0.1-0.2
糖蜜原料强制发酵工艺
（一）甜菜糖蜜添加吐温发酵工艺 （二）甘蔗糖蜜添加青霉素流加糖发酵 工艺
二、pH值对谷氨酸发酵的影响 1.pH值对谷氨酸发酵的影响 （1）酶的活性 （2）细胞膜所带电荷 （3）物质的离解 （4）代谢途径
2.发酵过程pH 值的变化及控制 pH的变化反应谷氨酸发酵的重要指标 控制： 流加尿素、液氨、添加碳酸钙法。
三、供氧对谷氨酸发酵的影响 1.溶解氧与谷氨酸的需氧量 葡萄糖氧化的需氧量： 彻底氧化1：6 合成代谢产物：1：1.9 必须连续向发酵液通入氧。
5.工艺控制 （1）接种量4~5% （2）发酵4h添加0.2%吐温-60 （3）pH6.5左右 （4）温度 0~12h，30~33℃； 12~24h，33~34 ℃； 24~26h，34~35 ℃ （5）通风比1:0.3
（二）甘蔗糖蜜添加青霉素流加糖发酵工艺
1.菌株：S9114、F415 2.一级种子培养基： 葡萄糖2.5~3.5%，磷酸氢二钾0.15~0.2%，玉米浆 2.5%，酵母膏0.5%，硫酸镁0.04~0.05%，尿素 0.5%，Mn2+、Fe3+各2mg/L，pH6.7~7.0 3.二级或三级种子培养基 甘蔗糖蜜3~4%，磷酸氢二钾0.15%，硫酸镁0.04%， 尿素0.5%，pH6.7~7.0 4.发酵培养基 甘蔗糖蜜8%，磷酸0.075~0.09%，氯化钾0.08% ， 硫酸镁0.04~0.06%，尿素0.5%，消泡剂 0.03~0.04%，pH7.2~7.5
(1)及时流尿,提高pH (2)按染菌处理
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泡沫太多
(1)改进水解糖质量 (2)按染菌处理
第五节 发酵工艺
一次高糖发酵工艺 1.培养基
水解糖15%-18% 玉米浆0.4-0.5%
磷酸氢二钾0.1-0.15% 消泡剂0.03% pH7.0-7.2
硫酸镁0.04-0.06% 尿素0.5%
2.工艺控制