氨基酸的发酵

11.2 谷氨酸的 发酵生产
现在发酵法或酶法生产氨基酸已有20多 种，已经成为氨基酸生产的主要方法。在各种 氨基酸的生产中，以谷氨酸的发酵规模、产量 最大。
11.2.1 谷氨酸生产原料
一、谷氨酸生产原料
谷氨酸生产原料有碳源、氮源、无机盐 和生长因子等。 1. 碳源
工业上谷氨酸发酵采用的碳源一般都是 淀粉原料，如玉米、小麦、甘薯、大米等， 其中甘薯和淀粉活动不可缺少的 物质。其中磷酸盐在谷氨酸发酵非常重要，它 是谷氨酸发酵过程中必须的，但浓度不能过高， 否则会转向缬氨酸发酵。
4. 生长因子
糖质为碳源的谷氨酸生产菌几乎都是生物 素缺陷型，以生物素为生长因子。在发酵过程 中“亚适量”生物素有利于积累谷氨酸。实际 生产中通过添加玉米浆、麸皮水解液、糖蜜等 作为生长因子的来源，来满足谷氨酸生产菌必 须的生长因子。
淀粉

酸
糊精或 糖化酶 葡萄糖 低聚糖
优点： （1）酸液化速度快，且用量少。 （2）对液化液的要求不高。 （3）可采用较高的淀粉乳浓度，以 提高生产效率。
（2） 酶酸水解法
淀粉乳

α -淀粉酶 过滤、除杂
淀粉液
酸 水解
葡萄糖
优点： （1）能采用粗原料淀粉。 （2）淀粉浓度较酸法高，生产较易控制。 （3）水解时间短，糖液色泽浅。 （4）酸水解pH值稍高，可减少淀粉水解副反 应的发生。
酸（催化剂）
淀粉
葡萄糖
高温高压


优点： （1）生产简易，对设备要求简单。 （2）水解时间短。 （3）设备生产能力比较大。 缺点： （1）要求有耐腐蚀、耐高温高压的设备。 （2）副反应的发生，造成葡萄糖的损失而使 淀粉的转化率降低。 （3）淀粉颗粒大小不均造成水解不彻底。 （4）淀粉乳浓度也不宜过高。
我国氨基酸工业是从20世纪60年代开始 起步的，先后开展了蛋白质水解提取法、化 学合成法、发酵法和酶法生产氨基酸的研究。
目前生产氨基酸的大国为日本和德国。
日本的味之素、协和发酵及德国的德固 沙是世界氨基酸生产的三巨头。 国内生产氨基酸的厂家主要是天津氨基 酸公司、湖北八峰氨基酸公司，但目前无论 生产规模及产品质量还难于与国外抗衡。
二、氨基酸的应用
1、在医药工业中的应用
2、在食品工业中的应用
3、在饲料工业中的应用
4、在农业中的应用
5、在化学工业中的应用
三、氨基酸的生产方法
1、蛋白质水解提取法 将蛋白质经酸碱水解后，再经分离纯化获 得各种氨基酸。
2、直接发酵法 所谓氨基酸发酵,就是以糖类和铵盐为主 要原料的培养基中培养微生物,积累特定的氨基 酸。 20种基本氨基酸中有18种能用这种方法 生产，其中产量最大的是谷氨酸。
采用不同的水解制糖工艺，各有其优 点和不足。 从水解糖液的质量及降低糖耗，提高 原料利用率方面考虑，双酶法最好，其次 是酸酶法，最差的是酶酸法、酸法。
从淀粉水解整个过程所需的时间来说， 则酸法时间最短，双酶法时间最长。
三、糖蜜原料的处理
1、糖蜜的来源与特点
甘蔗糖厂的副产物 甜菜糖厂的副产物
2、糖蜜原料的处理
缺点：
（1）酶水解反应时间较长，一般从投 料到糖化完毕需2～3天时间。 （2）要求设备较多。 （3）需要具备有专门培养酶的条件。 （4）糖液过滤困难。
3、酸酶结合法
酸酶结合水解法是集酸法和酶法制 糖的优点而采用的结合生产工艺。根据淀 粉原料性质又可分为酸酶水解法和酶酸水 解法。
（1） 酸酶水解法
2、酶解法（双酶水解法）
是用淀粉酶将淀粉水解为葡萄糖。此法 分为两步： a-淀粉酶 淀粉液 水解 糊精及 糖化酶 低聚糖 水解 葡萄糖 糖化
液化（增加淀粉 的可溶性）
优点：
（1）酶水解反应条件较温和，不需要耐腐蚀、 耐高温、高压的设备。 （2）酶专一性强，水解副反应少，水解糖液 纯度高，淀粉的转化率高。 （3）可在较高的淀粉乳液浓度下水解。 （4）糖液颜色浅、较纯净、无苦味、质量高， 有利于精制。
淀粉原料要先通过制糖工艺水解成微生
物可直接利用的葡萄糖，然后再投放到发酵
罐。
此外也可用糖蜜原料作为碳源，如甘蔗
糖蜜、甜菜糖蜜。糖蜜因富含生物素，在发
酵前需要经活性碳或树脂吸附法和亚硝酸法
吸附或破坏生物素。
2. 氮源
氮源是合成菌体蛋白质、核酸及谷氨酸的 原料。氮源比碳源对谷氨酸发酵影响更大，约 85％的氮源被用于合成谷氨酸，另外15％用于 合成菌体。 一般发酵工业碳氮比为100 :（0.2～2.0）， 谷氨酸发酵的碳氮比为100 :（15～21）。目 前生产上多采用尿素或氨水作为氮源，进行分 批流加 。
3、酶法 利用微生物细胞或微生物产生的酶来制 造氨基酸。
4、化学合成法 利用有机合成和化学工程的技术生产和 制备氨基酸 5、添加前体发酵法 又称微生物转化法。
传统的提取法、酶法和化学合成法由于 前体物的成本高，工艺复杂，难以达到工业 化生产的目的。所以现在生产氨基酸的方法 多为微生物发酵法。
四、氨基酸工业的发展现状和动态
在80年代中后期，我国从日本的味之素、 协和发酵以技贸合作的方式引进输液制剂的 制造技术和仿造产品，1991年销售量为二千 万瓶，1996年达六千万瓶，主要厂家有无锡 华瑞、北京费森尤斯、昆明康普莱特，但生 产原料都依赖进口。 到2000年，世界氨基酸产值达45亿美元， 占生物技术市场的7%，国内的氨基酸产值可 达40亿元，占全国发酵产业总产值的12%。
（1）降低生物素含量：活性碳或树脂吸附、 亚硝酸破坏等 （2）添加青霉素 （3）添加表面活性剂等
11.2.2 谷氨酸生产菌及扩大培养
一、生产菌
经过鉴定和命名的谷氨酸生产菌很多， 其中主要是棒杆菌属、短杆菌属、小杆菌属 及节杆菌属中的细菌。
二、淀粉水解糖的制备
淀粉是由葡萄糖组成的生物大分子，大多 数的微生物都不能直接利用，生产中都要求将 淀粉进行糖化，制备成淀粉水解糖使用。
在淀粉水解糖液中，主要糖分是葡萄糖， 另外尚有数量不等的麦芽糖以其他一些二糖、 低聚糖等糖类少量。
淀粉水解糖的制备方法有下列4种：
1、酸解法（酸糖化法）
它是以酸（无机酸或有机酸）为催 化剂，在高温高压下将淀粉水解转化 为葡萄糖的方法。