氨基酸发酵生产工艺学PPT演示文稿
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3
3、合适C/N
氮源用于调整pH。 合成菌体。 生成氨基酸，因此比一般微生物发酵 的C/N低。
4
4、磷酸盐：对发酵有显著影响。不足时糖 代谢受抑制。
5、镁：是已糖磷酸化酶、柠檬酸脱氢酶和 羧化酶的激活剂，并促进葡萄糖-6-磷酸 脱氢酶活力。
6、钾：促进糖代谢。谷氨酸产酸期钾多利 于产酸，钾少利于菌体生长。
19
共同点：
1）革兰氏阳性。 2）不形成芽孢。 3）没有鞭毛，不能运动。 4）需要生物素作为生长因子。 5）在通气条件下产谷氨酸（需氧微生物）。
20
三、谷氨酸发酵的工艺控制
➢ 培养基 1. 碳源：淀粉水解糖、糖蜜、乙醇、烷烃 （1）淀粉水解糖的制备 （2）糖蜜原料
21
（1）淀粉水解糖的制备：酸水解
5
7、钠：调节渗透压作用，一般在调节pH值时 加入。
8、锰：是许多酶的激活剂。 9、铁：是细胞色素、细胞色素氧化酶和过氧化
氢酶的活性基的组成分，可促进谷氨酸产生 菌的生长。 10、铜离子：对氨基酸发酵有明显毒害作用。
6
11 生长因子：生物素 作用：影响细胞膜透性和代谢途径。 浓度：过多促进菌体生长，氨基酸产量低。过
氨基酸发酵的工艺控制
培养基 pH 温度 氧
1
培养基
1、碳源：淀粉水解糖、糖蜜、醋酸、乙醇、 烷烃
碳源浓度过高时，对菌体生长不利，氨基 酸的转化率降低。
菌种性质、生产氨基酸种类和所采用的发 酵操作决定碳源种类
2
2、氮源：铵盐、尿素、氨水 同时调整pH值。 营养缺陷型添加适量氨基酸主要以添加有机 氮源水解液。 需生物素和氨基酸，以玉米浆作氮源。 尿素灭菌时形成磷酸铵镁盐，须单独灭菌。 可分批流加。 氨水用pH自动控制连续流加
谷氨酸棒杆菌 C. glutamicum 短杆菌属 黄色短杆菌 B. flvum Brevibacterium 产氨短杆菌 B. ammoniagenes 小杆菌属 嗜氨小杆菌 M. ammoniaphilum Microbacterium 节杆菌属 球形节杆菌 A. globiformis Arthrobacter
24
2.氮源：铵盐、尿素、氨水
C/N＝100：1521，实际高达100：28 因为：1）用于调整pH。
NADHCH2 COOH
17
3.谷氨酸生产菌的生化特征
（1）有苹果酸酶和丙酮酸羧化酶。 （2）－酮戊二酸脱氢酶活性弱，异柠檬酸脱氢
酶活性强，异柠檬酸裂解酶活性弱。 （3）谷氨酸脱氢酶活性高，经呼吸链氧化
NADPH2 的能力弱。
（4）菌体本身利用谷氨酸的能力低。
18
4.谷氨酸产生菌（全是细菌）
棒杆菌属 北京棒杆菌 C. pekinense Corynebacterium 钝齿棒杆菌 C. crenatum
1、调浆：干淀粉用水调成淀粉乳，加盐酸0.5-0.8％至 pH1.5。 2、糖化：蒸汽加热，加压糖化25min。冷却至80℃下中 和。 3、中和：烧碱中和，至pH4.0-5.0 4、脱色：活性炭脱色和脱色树脂。活性炭用量为0.6-0.8 ％，在70℃及酸性条件下搅拌后过滤。
22
酶法糖化：以大米或碎米为原料时采用
取。
1957年，日本率先采用微生物发酵法生产，并投入大
规模工业化生产，这是被誉为现代发酵工业的重大创
举，使发酵工业进入调节代谢的调控阶段。
目前世界产谷氨酸钠210吨/年，占氨基酸总量的2/3。
我国现有50余家生产，年产量达160万吨万吨，居世界
首位。
12
二、谷氨酸的生物合成机理
1. 谷氨酸 （-氨基戊二酸）
工艺流程： 大米→清洗 →浸泡→粉碎→调浆→液化→ 添酶→压滤→（调浆）滤液加酸调pH 1.8→糖化→中和→脱色→压滤→糖液
23
（2）糖蜜原料：不宜直接用来作为谷氨酸发酵 的碳源，因含丰富的生物素。 预处理方法：活性碳或树脂吸附法和亚硝酸 法吸附或破坏生物素。也可以在发酵液中加 入表面活性剂吐温60或添加青霉素。
10
氧对氨基酸发酵的影响及其控制
要求供氧充足的谷氨酸族氨基酸发酵：生 物合成与TCA循环有关。 适宜在缺氧条件下进行的亮氨酸、苯丙氨 酸和缬氨酸发酵：菌体呼吸受阻时产量最 大。 供氧不足时产酸受轻微影响的天冬氨酸族 氨基酸发酵
11
发酵工艺实例介绍 谷氨酸
一、概述
工业化生产开始于由水解小麦面筋或大豆蛋白质而制
（4）CO2固定反应:补充草酰乙酸。 （5）乙醛酸循环:使琥铂酸、延胡索酸和苹果酸的量得
到补充，维持TCA循环的正常运转。
谷氨酸脱氢酶
（6）还原氨基化反应:－酮戊二酸 谷氨酸
16
回补反应
COOH
COOH
COOH
苹 果 酸 酶 CHOH 苹 果 酸 脱C氢O 酶
CO
CH3
NADPH CO2
NADP+ CH2 NAD+ COOH
少菌体生长缓慢，发酵周期长。 与其它培养条件的关系：氧供给不足，生物素
过量时，转化俄为乳酸发酵。 种类：玉米浆、麸皮水解液、甘蔗糖蜜和甜菜
糖蜜为来源。
7
pH对氨基酸发酵的影响及其控制
作用机理：主要影响酶的活性和菌的代谢。 控制pH方法：流加尿素和氨水 流加方式：根据菌体生长、pH变化、糖 耗情况和发酵阶段等因素决定。
8
控制：
（1）菌体生长或耗糖慢时，少量多次流加尿素， 避免pH过高
（2）菌体生长或耗糖过快时，流加尿素可多些， 以抑制菌体生长。
（3）发酵后期，残糖少，接近放罐时，少加或不 加尿素，以免造成氨基酸提取困难。
（4）氨水对pH影响大，应采取连续流加。
9
温度对氨基酸发酵的影响及其控制
菌体生长达一定程度后再开始产生氨基酸， 因此菌体生长最适温度和氨基酸合成的最 适温度是不同的。 菌体生长温度过高，则菌体易衰老，pH高， 糖耗慢，周期长，酸产量低。 采取措施：少量多次流加尿素，维持最适 生长温度，减少风量等，促进菌体生长。
O C-OH H2N- C- H H-C-H
第一代鲜味剂 L-谷氨酸单钠盐——味精
来自百度文库
H-C-H
H-C O
OH L-型
13
2.谷氨酸的生物合成
葡萄糖
中间产物
a－酮戊二酸
NH4＋
谷氨酸
谷氨酸 脱氢酶
抑制
14
15
（1）EMP:丙酮酸，ATP,NADH2
（2）HMP:6－磷酸果糖 3－磷酸甘油醛
丙酮酸
NADPH2:－酮戊二酸还原氨基化必需的供氢体。 （3）TCA循环:生成谷氨酸前体物质－酮戊二酸。
3、合适C/N
氮源用于调整pH。 合成菌体。 生成氨基酸，因此比一般微生物发酵 的C/N低。
4
4、磷酸盐：对发酵有显著影响。不足时糖 代谢受抑制。
5、镁：是已糖磷酸化酶、柠檬酸脱氢酶和 羧化酶的激活剂，并促进葡萄糖-6-磷酸 脱氢酶活力。
6、钾：促进糖代谢。谷氨酸产酸期钾多利 于产酸，钾少利于菌体生长。
19
共同点：
1）革兰氏阳性。 2）不形成芽孢。 3）没有鞭毛，不能运动。 4）需要生物素作为生长因子。 5）在通气条件下产谷氨酸（需氧微生物）。
20
三、谷氨酸发酵的工艺控制
➢ 培养基 1. 碳源：淀粉水解糖、糖蜜、乙醇、烷烃 （1）淀粉水解糖的制备 （2）糖蜜原料
21
（1）淀粉水解糖的制备：酸水解
5
7、钠：调节渗透压作用，一般在调节pH值时 加入。
8、锰：是许多酶的激活剂。 9、铁：是细胞色素、细胞色素氧化酶和过氧化
氢酶的活性基的组成分，可促进谷氨酸产生 菌的生长。 10、铜离子：对氨基酸发酵有明显毒害作用。
6
11 生长因子：生物素 作用：影响细胞膜透性和代谢途径。 浓度：过多促进菌体生长，氨基酸产量低。过
氨基酸发酵的工艺控制
培养基 pH 温度 氧
1
培养基
1、碳源：淀粉水解糖、糖蜜、醋酸、乙醇、 烷烃
碳源浓度过高时，对菌体生长不利，氨基 酸的转化率降低。
菌种性质、生产氨基酸种类和所采用的发 酵操作决定碳源种类
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2、氮源：铵盐、尿素、氨水 同时调整pH值。 营养缺陷型添加适量氨基酸主要以添加有机 氮源水解液。 需生物素和氨基酸，以玉米浆作氮源。 尿素灭菌时形成磷酸铵镁盐，须单独灭菌。 可分批流加。 氨水用pH自动控制连续流加
谷氨酸棒杆菌 C. glutamicum 短杆菌属 黄色短杆菌 B. flvum Brevibacterium 产氨短杆菌 B. ammoniagenes 小杆菌属 嗜氨小杆菌 M. ammoniaphilum Microbacterium 节杆菌属 球形节杆菌 A. globiformis Arthrobacter
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2.氮源：铵盐、尿素、氨水
C/N＝100：1521，实际高达100：28 因为：1）用于调整pH。
NADHCH2 COOH
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3.谷氨酸生产菌的生化特征
（1）有苹果酸酶和丙酮酸羧化酶。 （2）－酮戊二酸脱氢酶活性弱，异柠檬酸脱氢
酶活性强，异柠檬酸裂解酶活性弱。 （3）谷氨酸脱氢酶活性高，经呼吸链氧化
NADPH2 的能力弱。
（4）菌体本身利用谷氨酸的能力低。
18
4.谷氨酸产生菌（全是细菌）
棒杆菌属 北京棒杆菌 C. pekinense Corynebacterium 钝齿棒杆菌 C. crenatum
1、调浆：干淀粉用水调成淀粉乳，加盐酸0.5-0.8％至 pH1.5。 2、糖化：蒸汽加热，加压糖化25min。冷却至80℃下中 和。 3、中和：烧碱中和，至pH4.0-5.0 4、脱色：活性炭脱色和脱色树脂。活性炭用量为0.6-0.8 ％，在70℃及酸性条件下搅拌后过滤。
22
酶法糖化：以大米或碎米为原料时采用
取。
1957年，日本率先采用微生物发酵法生产，并投入大
规模工业化生产，这是被誉为现代发酵工业的重大创
举，使发酵工业进入调节代谢的调控阶段。
目前世界产谷氨酸钠210吨/年，占氨基酸总量的2/3。
我国现有50余家生产，年产量达160万吨万吨，居世界
首位。
12
二、谷氨酸的生物合成机理
1. 谷氨酸 （-氨基戊二酸）
工艺流程： 大米→清洗 →浸泡→粉碎→调浆→液化→ 添酶→压滤→（调浆）滤液加酸调pH 1.8→糖化→中和→脱色→压滤→糖液
23
（2）糖蜜原料：不宜直接用来作为谷氨酸发酵 的碳源，因含丰富的生物素。 预处理方法：活性碳或树脂吸附法和亚硝酸 法吸附或破坏生物素。也可以在发酵液中加 入表面活性剂吐温60或添加青霉素。
10
氧对氨基酸发酵的影响及其控制
要求供氧充足的谷氨酸族氨基酸发酵：生 物合成与TCA循环有关。 适宜在缺氧条件下进行的亮氨酸、苯丙氨 酸和缬氨酸发酵：菌体呼吸受阻时产量最 大。 供氧不足时产酸受轻微影响的天冬氨酸族 氨基酸发酵
11
发酵工艺实例介绍 谷氨酸
一、概述
工业化生产开始于由水解小麦面筋或大豆蛋白质而制
（4）CO2固定反应:补充草酰乙酸。 （5）乙醛酸循环:使琥铂酸、延胡索酸和苹果酸的量得
到补充，维持TCA循环的正常运转。
谷氨酸脱氢酶
（6）还原氨基化反应:－酮戊二酸 谷氨酸
16
回补反应
COOH
COOH
COOH
苹 果 酸 酶 CHOH 苹 果 酸 脱C氢O 酶
CO
CH3
NADPH CO2
NADP+ CH2 NAD+ COOH
少菌体生长缓慢，发酵周期长。 与其它培养条件的关系：氧供给不足，生物素
过量时，转化俄为乳酸发酵。 种类：玉米浆、麸皮水解液、甘蔗糖蜜和甜菜
糖蜜为来源。
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pH对氨基酸发酵的影响及其控制
作用机理：主要影响酶的活性和菌的代谢。 控制pH方法：流加尿素和氨水 流加方式：根据菌体生长、pH变化、糖 耗情况和发酵阶段等因素决定。
8
控制：
（1）菌体生长或耗糖慢时，少量多次流加尿素， 避免pH过高
（2）菌体生长或耗糖过快时，流加尿素可多些， 以抑制菌体生长。
（3）发酵后期，残糖少，接近放罐时，少加或不 加尿素，以免造成氨基酸提取困难。
（4）氨水对pH影响大，应采取连续流加。
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温度对氨基酸发酵的影响及其控制
菌体生长达一定程度后再开始产生氨基酸， 因此菌体生长最适温度和氨基酸合成的最 适温度是不同的。 菌体生长温度过高，则菌体易衰老，pH高， 糖耗慢，周期长，酸产量低。 采取措施：少量多次流加尿素，维持最适 生长温度，减少风量等，促进菌体生长。
O C-OH H2N- C- H H-C-H
第一代鲜味剂 L-谷氨酸单钠盐——味精
来自百度文库
H-C-H
H-C O
OH L-型
13
2.谷氨酸的生物合成
葡萄糖
中间产物
a－酮戊二酸
NH4＋
谷氨酸
谷氨酸 脱氢酶
抑制
14
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（1）EMP:丙酮酸，ATP,NADH2
（2）HMP:6－磷酸果糖 3－磷酸甘油醛
丙酮酸
NADPH2:－酮戊二酸还原氨基化必需的供氢体。 （3）TCA循环:生成谷氨酸前体物质－酮戊二酸。