氨基酸的发酵分析报告.pptVIP

第11章 氨基酸发酵 11.1 概述 一、氨基酸的种类 氨基酸是组成蛋白质的基本单位，通常由5种元素组成，即C、H、O、N、S。在自然界中，已发现组成蛋白质的氨基酸有20多种，而这20多种氨基酸都是羧酸分子中α-C上的一个氢被氨基所取代而成的化合物，故称α-氨基酸。 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，其中甘薯和淀粉最为常用。 11.3 发酵机制及工艺控制 11.4 谷氨酸的提取工艺 一、谷氨酸发酵液的性质 在发酵液中，除含谷氨酸外，还存在菌体、残糖、色素、胶体物质及其他发酵副产物。发酵结束后，发酵液的温度在34~36 ℃ ，pH为6.0~7.5，接近中性；发酵液外观呈浅黄色浆状，表面浮有少许泡沫。 11.5 味精的生产 从发酵液中提取到的谷氨酸，仅仅是味精生产的半成品。谷氨酸与适量碱作用，生成谷氨酸一钠，其溶液经过脱色、除铁、除杂，最后通过减压浓缩、结晶及分离，得到较纯的谷氨酸一钠晶体，不仅酸味消失，而且有很强的鲜味，这就是味精。如果谷氨酸与过量的碱作用，生成二钠盐，就不具有味精的鲜味。 三、生物合成途径 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，再通过乙醛酸循环、CO2固定作用，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。 四、谷氨酸生物合成的调节机制 1、糖代谢的调节 生物素对糖代谢的调节： （1）对 EMP 和 HMP 途径比例的影响 （2）对糖代谢速度的影响 （3）对乙醛酸循环的影响 2、氮代谢的调节 控制谷氨酸发酵的关键之一就是降低蛋白质的合成能力，使合成的谷氨酸不转化成其他的氨基酸和参与蛋白质的合成。 生物素亚适量时，几乎没有异柠檬酸裂解酶，又由于α-酮戊二酸脱氢酶的缺失，TCA循环被阻断，使ATP大量减少，导致蛋白质的合成停滞，在NH4＋适量时，合成谷氨酸并积累。 3、细胞膜透性的调节 （1）控制磷脂的合成 导致形成磷脂合成不足的不完全细胞膜。方法有4种： ①选育生物素缺陷型菌株，限制培养基中生 物素的浓度； ②选育油酸缺陷型菌株，限制培养基中油酸的 浓度； ③选育甘油缺陷型菌株，限制培养基中甘油的 浓度； ④添加表面活性剂（如吐温60）或高级饱和脂 肪酸（C16-18）。 （2）控制细胞壁的合成 导致形成不完全的细胞壁进而导致形成不完全的细胞膜。方法是在培养基中添加青霉素。 4、环境因素引起的谷氨酸发酵的代谢 转换 五、谷氨酸发酵的工艺控制 1. 菌龄及接种量的控制 一般情况下，一级种子菌龄控制在11～12h，二级种子菌龄控制在7～8h 接种量0.6％～1.7％。发酵培养基成份不同，谷氨酸菌种种类性质、种龄不同，所用接种量也不同，应根据实际情况和实验情况具体确定。一般以1%为好。 2. 温度的控制 前期32±0.6℃，后期可提高到34～37℃。谷氨酸发酵前期，主要是长菌阶段，如果温度过高，菌种易衰老，严重影响菌体生长繁殖。因此，温度控制在谷氨酸最适生长温度32℃左右。在发酵后期，菌体生长基本结束，为了满足大量生成谷氨酸，可适当提高温度，控制在34～37℃。 3. pH的控制 发酵前期如果pH偏低，则菌体生长旺盛，长菌而不产酸；如果pH偏高，则菌体生长缓慢，发酵时间拉长。在发酵前期将pH值控制在7.5～8.0左右较为合适，而在发酵中、后期将pH值控制在7.0～7.6左右对提高谷氨酸产量有利。通常采用氨水流加法和尿素流加法调节pH，这样同时也是添加氮源。 4. 通风量与搅拌速度的控制 在长菌阶段，若供氧过量，在生物素限量的情况下，抑制菌体生长，表现为耗糖慢，长菌慢，所以发酵前期以低通风量为宜。在发酵阶段，若供氧不足，发酵的主产物由谷氨酸变为乳酸，所以发酵中、后期以高通风量为宜。实际生产上，以气体转子流量计来检查通气量，即以每分钟单位体积的通气量表示通风强度。另外发酵罐大小不同，所需搅拌转速与通风量也不同。 二、谷氨酸的提取方法 谷氨酸的分离提纯主要