谷氨酸发酵工艺
谷氨酸生产工艺流程
谷氨酸生产工艺流程一、前期准备工作1. 确定生产规模和产品质量要求；2. 筛选原料供应商，确保原料的质量和稳定性；3. 筛选合适的微生物菌种，进行培养和筛选。
二、谷氨酸发酵过程1. 发酵罐的选择：根据生产规模确定发酵罐的大小，通常采用不锈钢或玻璃钢材质；2. 发酵基质制备：将筛选好的原料按照一定比例混合，加入适量水进行搅拌均匀；3. 调节基质pH值：将基质加热至70℃，并加入碱性物质（如氢氧化钠）或酸性物质（如硫酸）进行调节，使pH值控制在6-7之间；4. 加入微生物菌种：将培养好的微生物菌种加入到发酵罐中，并进行搅拌均匀；5. 发酵过程控制：控制温度、搅拌速度、通气量等参数，以保证微生物菌种正常生长和代谢活动；6. 监测谷氨酸产量：通过取样分析，监测谷氨酸的产量和质量；7. 终止发酵过程：当谷氨酸产量达到预定值或微生物菌种生长停止时，终止发酵过程。
三、分离提纯过程1. 发酵液初步处理：将发酵液进行初步处理，去除杂质和微生物菌体；2. 降解蛋白质：采用酶解剂（如蛋白酶）对发酵液进行降解蛋白质，使谷氨酸与其他成分分离；3. pH值调节：通过控制pH值，使谷氨酸在溶液中处于稳定状态；4. 谷氨酸萃取：采用离子交换树脂或有机溶剂等方法对谷氨酸进行萃取和分离；5. 谷氨酸精制：通过再结晶、洗涤等工艺对萃取得到的谷氨酸进行精制。
四、包装储存1. 调整产品质量指标：根据市场需求和用户反馈意见，调整产品的颜色、味道、纯度等指标；2. 包装：选择合适的包装材料和方式，对谷氨酸进行包装；3. 储存：将包装好的谷氨酸存放在干燥、阴凉、通风的仓库中，避免阳光直射和潮湿环境。
五、质量控制1. 原料质量控制：对原料进行严格筛选和检验，确保原料的质量和稳定性；2. 发酵过程控制：通过监测发酵过程中的温度、pH值、搅拌速度等参数，保证微生物菌种正常生长和代谢活动；3. 谷氨酸产量监测：通过取样分析，监测谷氨酸的产量和质量；4. 分离提纯过程控制：通过控制pH值、温度等参数，保证谷氨酸在分离和提纯过程中处于稳定状态；5. 产品质量检验：对成品进行严格检验，确保产品符合国家相关标准及用户要求。
论述谷氨酸发酵的原理
论述谷氨酸发酵的原理
谷氨酸发酵是一种利用微生物如大肠杆菌（Escherichia coli）进行合成谷氨酸的生物工艺过程。
原理如下：
1. 微生物选择：在谷氨酸发酵中，经常选择大肠杆菌作为发酵菌。
大肠杆菌具有高产谷氨酸的能力，并且生长速度较快，适应性强。
2. 培养基准备：谷氨酸发酵的培养基需提供适合微生物生长和发酵所需的营养物质，如碳源、氮源、矿物盐和辅助因子等。
常用的碳源包括葡萄糖、淀粉等，氮源则可以是氨基酸、蛋白质等。
此外，还可添加特定的辅助因子如磷酸、镁离子等。
3. 发酵过程：将所选的微生物接种到预先准备好的培养基中，进行发酵过程。
在发酵过程中，微生物利用碳源和氮源进行生长和代谢，并分泌出所需的酶以转化底物产生目标产物谷氨酸。
4. 发酵控制：为了提高谷氨酸的产量和质量，发酵过程需要进行严格的控制。
这包括控制发酵温度、pH值、氧气供给和搅拌速度等。
适当调节这些因素可以提高微生物的生长速度和代谢产物的积累。
5. 谷氨酸提取和纯化：发酵结束后，需将谷氨酸从发酵液中提取出来，并进行纯化。
一般通过离心、过滤和浓缩等步骤，将目标产物分离提取。
接下来，通过
晶体化、离子交换层析等方法，进行纯化和分离，得到高纯度的谷氨酸。
总之，谷氨酸发酵的原理是利用适宜的菌种和培养基，通过微生物的生长和代谢过程，合成谷氨酸。
发酵过程需要进行严格的控制，以提高产量和质量，最终通过提取和纯化得到高纯度的谷氨酸。
谷氨酸的发酵制备流程
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谷氨酸发酵的工艺流程
谷氨酸发酵的工艺流程
《谷氨酸发酵的工艺流程》
谷氨酸是一种重要的氨基酸，广泛应用于食品、医药和化工等领域。
发酵工艺是生产谷氨酸的主要方法之一，下面将介绍谷氨酸发酵的工艺流程。
1. 选择菌株：选择适合发酵生产的菌株是谷氨酸发酵工艺的第一步。
通常采用属于放线菌属或棒状杆菌属的菌株进行发酵。
这些菌株具有较高的谷氨酸产量和较好的耐受性。
2. 发酵培养基的配制：发酵培养基是支撑谷氨酸发酵的重要基础。
一般包括碳源、氮源、无机盐、生长因子等组成成分。
常用的碳源包括葡萄糖、麦芽糖等，氮源包括氨基酸、尿素等。
3. 发酵条件控制：发酵过程中的温度、pH值、氧气供应等条件都会影响谷氨酸的产量。
通常采用恒温发酵，温度一般控制在28-32摄氏度。
同时控制好培养基的pH值，通常在6.5-7.5之间。
氧气供应也是非常重要的，通过控制搅拌速度和通气量来保证充足的氧气供应。
4. 发酵过程监测：在发酵过程中需要对微生物生长、培养基中各种成分的消耗和产物的生成进行持续监测。
通过检测微生物生长曲线和培养基中各成分的浓度变化来掌握发酵情况，及时调整发酵条件以提高产量。
5. 发酵产物的提取与精制：发酵结束后，需要对发酵产物进行
提取和精制。
通常采用离心、过滤等方法将微生物分离，然后通过酸碱调节、浓缩、结晶等工艺步骤来得到纯净的谷氨酸产物。
通过以上工艺流程，谷氨酸发酵生产可以实现高效、稳定的产量，并且能够得到高纯度的产物，满足市场需求。
氨基酸类药物的发酵生产—谷氨酸的发酵生产
生物素的来源：氨基酸生产上可以作为生物素来源的原料 有玉米浆、麸皮水解液、糖蜜及酵母水解液等，通常选取 几种混合使用。例如，许多工厂选择纯生物素、玉米浆、 糖蜜这三种物质来配制培养基。各种原料来源及加工工艺 不同，所含生物素的量不同。玉米浆含生物素500μg/kg， 麸皮含生物素300μg/kg，甘蔗糖蜜含生物素1500μg/kg。
操作简单 周期长，占地面积大。
直接常温等电点法工艺流程
发酵液
起晶中和点（pH4-4.5) 育晶（2h）
盐酸
菌体及细小的 谷氨酸晶体
等电点搅拌pH3-3.22 静置沉降4-6h 离心分离
成品
母液
干燥
湿谷氨酸晶体
2、离子交换法
可用阳离子交换树脂来提取吸附在树脂上的谷氨 酸阳离子，并可用热碱液洗脱下来，收集谷氨酸 洗脱流分，经冷却、加盐酸调pH 3.0～3.2进行结 晶，之后再用离心机分离即可得谷呈棒形或短杆形； 革兰氏阳性菌，无鞭毛，无芽孢；不能运动； 需氧性的微生物； 生物素缺陷型； 脲酶强阳性； 不分解淀粉、纤维素、油脂、酪蛋白、明胶等；
发酵中菌体发生明显形态变化，同时细胞膜渗透性改变； 二氧化碳固定反应酶系强； 异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，乙醛酸循环弱； α-酮戊二酸氧化能力微弱； 柠檬酸合成酶、乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶活
有机氮丰富有利于长菌，因此谷氨酸发酵前期要 求一定量的有机氮，通常在基础培养基中加入适 量的有机氮，在发酵过程中流加尿素、液氨或氨 水来补充无机氮。
（3）无机盐
磷酸盐 ：工业生产上可用K2HPO4·3H2O、KH2PO4、 Na2HPO4·12H2O、NaH2PO4·2H2O等磷酸盐，也可用磷酸。 过高：代谢转向合成缬氨酸。 过低：菌体生长缓慢。
谷氨酸生产工艺
谷氨酸生产工艺谷氨酸是一种重要的氨基酸，广泛应用于食品、饲料、医药和化妆品等领域。
目前，谷氨酸的生产工艺主要分为发酵法和合成法两种。
发酵法是目前谷氨酸生产的主要工艺。
该工艺首先选择适宜的微生物菌种，常用的包括谷氨酸高产突变株、大肠杆菌、芽孢杆菌和酿酒酵母等。
然后，通过发酵罐中稻糠、糖蜜、玉米糖浆等淀粉质原料的供应，微生物菌种得到充足的营养，进而产生谷氨酸。
在发酵过程中，需要控制合适的温度、pH值、氧气供应等条件，以保证产酸菌的正常生长和谷氨酸的高产。
合成法是一种人工合成谷氨酸的生产工艺。
该工艺主要通过有机化学合成的方法合成谷氨酸，被广泛应用于工业化生产。
合成法的优势是反应过程简单，产率高，纯度较高，但合成路线较长，成本较高。
目前，合成法主要采用脂肪酶法、氨基酸合成法和化学合成法等。
脂肪酶法利用酶的催化作用将谷氨酸微生物中间体转化为谷氨酸；氨基酸合成法则采用含氮化合物、氨基酸以及各种可供给氨基的物质为原料，通过一系列的反应合成谷氨酸；化学合成法主要通过有机合成方法，从不同的出发物合成谷氨酸。
无论是发酵法还是合成法，谷氨酸的提纯工艺都是非常关键的一步。
一般来说，提纯分为多级离心、膜过滤、凝胶过滤、树脂吸附、洗脱、浓缩等环节。
其中，树脂吸附是最常用的提纯方法之一，通过树脂的选择来吸附并分离谷氨酸和其他杂质。
此外，一些高级的分离技术如逆流扩散和离子交换膜电渗法也可以应用于谷氨酸的提纯过程。
谷氨酸的生产工艺对环境保护也有一定的要求。
在发酵法中，需要合理处理废水、废菌体和废弃物，以减少环境污染。
同时，在合成法中，需要控制反应条件和适当选择溶剂，以减少对环境的影响。
总体来说，谷氨酸生产工艺是一个复杂的过程，涉及微生物学、化学工程学和生物技术等多个学科的知识。
随着科学技术的不断进步，谷氨酸的生产工艺也在不断改进和创新。
未来，我们可以期待谷氨酸生产工艺的更高效、更环保和更可持续的发展。
发酵法生产谷氨酸工艺试验
发酵法生产谷氨酸工艺实验指导书一、实验目的与意义：实验设置涉及生物产品谷氨酸生产过程的基本单元操作和方法，强调锻炼基本操作能力，掌握使用摇床对谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamicum)的工业菌株进行谷氨酸发酵产酸验证的方法；学习控制发酵培养基的组成与摇床的转速、温度、浓缩糖流加、尿素补充等试验技术与手段；掌握发酵罐的使用方法与利用发酵罐发酵生产氨基酸的方法。
掌握各种发酵实验仪器的使用方法及注意事项；熟悉用浓缩连续等电法、离子交换法等从发酵液中提取谷氨酸的基本流程。
二、主要实验内容与要求：1.培养基的配制与菌种培养学会配制斜面培养基、种子培养基和摇瓶培养基并掌握各种培养基的灭菌方法。
培养基组成：活化斜面培养基：无水葡萄糖1，蛋白胨10，牛肉膏10，酵母膏5，NaCl 2.5，琼脂条20，pH7.0-7.2 0.1MPa 20min种子培养基：葡萄糖25 玉米浆30ml 豆浓20ml K2HPO4 1.5 MgSO4 0.4 尿素2 豆浓20ml 调pH值为7.0-7.2，121℃灭15min发酵培养基：葡萄糖150 Na2HPO4 1.0 KCl 1.2 MgSO4 0.8 MnSO4 2mg FeSO4 2mg VB1 0.2mg 豆浓20ml 调pH为7.0-7.2，115℃灭15min2.种子生长曲线的绘制种子质量的优劣不仅与培养基组成有关，还与种子的生理性状有关菌种接入种子瓶后，要经过延滞期、对数生长期、静止期和衰亡期。
种龄太短的种子转发酵，往往会出现前期生长缓慢、整个发酵周期延长、产物开始形成的时间推迟等现象，甚至造成异常发酵；种龄过长则会引起菌体过早自溶，导致产物生成能力下降。
摇瓶种子培养条件pH控制在7.0左右，温度32℃，220r/min摇床上培养，每2h取样测定菌体光密度OD620nm，做出生长曲线。
根据自己制作的种子生长曲线，能够说出菌种接入种子培养基后何时进入对数生长期，何时结束对数生长转入稳定期，因此选择何时作为接种时间。
发酵工程应用实例 谷氨酸发酵
（2） pH值
1） pH值对谷氨酸产生菌生长的影响 2） pH值对谷氨酸积累的影响
发酵液的pH影响微生物的生长和代谢途径。 • 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。
2.形态上共同特点（芽孢杆菌除外）:
（1）革兰氏阳性 （2）菌体为球形、短杆至棒状 （3）不形成芽孢 （4）没有鞭毛，不能运动 （5）都是生物素缺陷型 （6）都是需氧型微生物
二、谷氨酸合成途径
1.谷氨酸合成的方式
（1）氨基转移作用 -酮戊二酸 + 氨基酸
谷氨酸 + -酮酸
（2）还原氨基化作用 -酮戊二酸 + NH4+ + NADPH2
其他
⑤添加青霉素
• 机理:青霉素抑制谷氨酸生产菌细胞壁后期的合成,细胞膜在失去 保护,在渗透压的作用下受损,向外泄露谷氨酸.
• 控制关键:一般在进入对数生长期的早期(3-6小时)添加.添加青霉 素后倍增的菌体不能合成完整的细胞壁,完成细胞功能的转换.
（三）发酵条件的控制
（1）发酵温度
• 谷氨酸发酵前期(0~12h):30-32℃。 • 对数生长期:菌体浓度迅速增大（12h），糖耗快，维持温度30-32℃ • 在发酵中、后期:是谷氨酸大量积累的阶段，而催化谷氨酸合成的谷
• 这个阶段主要是菌体生长，几乎不产酸，一般为12h左右。
3. 谷氨酸发酵
当菌体生长基本停滞就转入谷氨酸合成阶段，此时菌体浓度基本不变， 糖与尿素分解后产生的α－酮戊二酸和氨主要用来合成谷氨酸。这一阶 段，为了提供谷氨酸合成所必需的氨及维持谷氨酸合成最适的pH7.2～ 7.4，必须及时流加尿素，又为了促进谷氨酸的合成需加大通气量，并 将发酵温度提高到谷氨酸合成最适的温度34～37℃。
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温度
通风
在谷氨酸发酵过程中，发酵 前期以低通风量为宜；发酵 中、后期以高通风量为宜
pH值
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。
泡沫
在发酵过程中由于强烈的通风 和菌体代谢产生的CO2，使培养 液产生大量的泡沫，不仅使氧 在发酵液中的扩散受阻，影响 菌体的呼吸和代谢。给发酵带 来危害，必须加以消泡
• 我国从1958年开始进行谷氨酸发酵的研究
• 1961年上海轻工业研究所筛选到一株可以合成谷氨酸的细菌—黄色短
杆菌No.617（Brevibacterium flavum No.617 ） • 1965年上海天厨味精厂利用该菌正式进行工业化生产
• 1962年中科院微生物研究所筛选到两株能够合成谷氨酸的细菌，分别
随着味之素公司商品味精的问世，味精工业也逐渐开始发展。先期的 味精工业大都利用物理和化学方法生产谷氨酸，产量较低
• 1946 年，美国科学家Lockwood 发现好气性荧光杆菌能够在以葡萄糖
为碳源的培养基上积累α -酮戊二酸，然后通过化学法或酶法可将α 酮戊二酸转化成L-谷氨酸，这为微生物法发酵生产谷氨酸奠定了基础 • 1956 年，日本协和发酵公司分离培育出一株可以利用葡萄糖合成谷 氨酸的细菌—谷氨酸棒杆菌，并对利用其生产谷氨酸进行了工业化研 究 • 1957 年开始，微生物发酵法生产味精正式商业化。
细胞膜通透性调节
青霉素抑制谷氨酸生产菌细胞壁 后期的合成,细胞膜在失去保护, 在渗透压的作用下受损,向外泄露 谷氨酸
生物素营 养缺陷型
生物素是脂肪酸生物合成最初反 应的关键酶乙酰 CoA羧化酶的辅酶, 参与了脂肪酸的合成, 进而影响脂 肪酸的合成
添加青霉 素
控制磷脂 合成
油酸营养 缺陷型
在脂肪酸合成时对生物素有拮抗 作用,导致磷脂合成不足,形成不 完整的细胞膜
诱变育种：康传利以TWQ080为出发菌，经过紫外线（UV）的硫酸
二乙酯（DES）逐级诱变处理，以高浓度糖、高浓度谷氨酸和琥珀
酸为唯一碳源的平板进行了耐高温驯化，驯化过程不断提高培养温
度，经过多次驯化，育得一株耐高温菌株GW46-4。再经种子培养基 及培养条件优化，发酵条件优化，最后得出的菌株较之前的产酸率 70.5g/L提高到114.2g/L。
曹艳. 利用代谢酶学和模型技术改善谷氨酸发酵的稳定性和糖酸转化率 [D]. 江南大学, 2013.
指微生物所处生长素浓度比其正常成长需要的浓度略低，
但却对大量合成工艺需求产品有益的现象。在微生物发酵过程
中，生物素作为生长因子主要影响细胞膜通透性和菌体的代谢 途径。 生物素浓度对菌体生长和谷氨酸积累均有影响。大量
mL。
• 流加培养基：50%（w/v）葡萄糖溶液，0.1g· L-1生物素溶液按需要稀释
、单独灭菌后加入，自动流加25%（w/v）氨水调节pH并提供氮源。
发酵的调控
（一）
菌体代谢调节控制 细胞膜通透性的特异调 节 发酵条件的控制
（二）
（三）
L/O/G/O
谷氨酸发酵工艺
Contents
1
简介 发酵工艺
2 3 4
发酵调控
前景展望
简介谷氨酸，化学名ຫໍສະໝຸດ 2-氨基戊二酸，是一种氨基酸，所以
具有氨基酸的所有特性，谷氨酸的左旋体、右旋体和外 消旋体是根据化学构象的不同区分的。只有左旋体谷氨
酸，即L-谷氨酸对自然界的动植物及微生物是有生物活
培养基配制
• 斜面活化培养基（g· L-1）：葡萄糖2，牛肉膏10，蛋白胨10，NaCl5
，琼脂20，pH7.0-7.2。种子培养基（g· L-1）：葡萄糖25，玉米浆40，尿素
2.5（单独灭菌加入），K2HPO41.5，MgSO40.6，FeSO40.005，MnSO40.005，
前景展望
目前人们在谷氨酸发酵生产工艺上，无论是理论研究
方面还是生产实践方面都已达到相当成熟的水平。行业协
会统计数据表明，2008年我国谷氨酸总产量约为160万吨 ，分别占亚洲和世界总产量的75%和72%。然而，谷氨酸 发酵生产工艺仍具有可观的提升空间，育种方面与现代基 因工程相结合，是未来谷氨酸发酵的研究趋势与热点，相 信通过人们的努力，未来谷氨酸发酵生产工艺将会更加完 美。
精厂几乎全部使用生物素缺陷型谷氨酸棒杆菌。40年来,由于我国味精 工业在菌种选育、发酵工艺优化、提取工艺和废水处理等各方面的研 究工作,使我国味精工业不断向前发展,味精产量年平均增长率为17%。 与20世纪60年代相比,产酸率由50g/L提高到目前的120一140g/L。
菌种选育的方法一般包括自然选育、诱变育种和杂交育种。
合成谷氨酸需要菌体代谢异常化，实际所需要的生物素浓度比
菌体生长的需要量低，即为菌体生长需要的“亚适量”。
王欣. 谷氨酸生产菌种选育和高产条件的优化及生物素的测定 [D]. 济南: 山东轻工业学院, 201l, 2011.
合成途径
柠檬酸合酶
α-酮戊二酸脱氢酶
异柠檬酸脱氢酶 谷氨酸脱氢酶
pH7.0-7.2。
• 种子培养基装液量：500mL三角瓶中装40mL或250mL三角瓶中装25mL。
• 摇瓶发酵培养基（g· L-1）：葡萄糖140，玉米浆15，尿素3（单独灭菌加入）
，K2HPO41.5，MgSO40.4，FeSO40.002，MnSO40.002，硫胺素 5×10-5
• 摇瓶发酵培养基装液量：250mL三角瓶中装10
添加表面 活性剂
油酸营养缺陷型丧失了合成油酸 的能力,通过控制油酸使磷脂合成 量减少到正常量的1/2左右
发酵条件的控制
谷氨酸发酵前期(0~12h):30-32℃。 对数生长期:菌体浓度迅速增大 （12h），糖耗快，维持温度30-32℃ 在发酵中、后期:是谷氨酸大量积累 的阶段，而催化谷氨酸合成的谷氨酸 脱氢酶的最适温度在32-36℃。
性的。
谷氨酸的发现
• 首先是由德国科学家 Ritthausen 在利用硫酸水解小麦面筋时分离得 到的一种酸性氨基酸，依据其原料将其命名为谷氨酸 • 日本科学家相继从酪蛋白、海带汁中提取得到谷氨酸，并在 1909 年
对利用酸解蛋白质生产谷氨酸进行专利申请，开始进行工业化生产 ,
杂交育种:陈宁、张克旭以温度敏感型突变菌株TMG0106（产酸率
为35g/L）和产酸较高的天津短杆菌TG961（产酸率为40g/L）为亲
株，通过原生质体融合技术，成功地选育了产酸率较高的融合子 CN1021，产酸率高达93g/L，并且该菌株系温度敏感型菌株，可用 于谷氨酸强制发酵。
L/O/G/O
Thank You!
将其命名为钝齿棒杆菌AS1.542（Corynebacterium crenatumAS1.542 ）和北京棒杆菌AS1.299（Corynebacterium PekineseAS1.299），并
利用这两株菌在30m3发酵罐规模条件下实现了谷氨酸工业化生产
• 之后，微生物发酵法生产谷氨酸的方法在国内各味精厂大力推广，大 大地推动了我国氨基酸工业的发展。
发酵工艺
发酵法
氨基酸生产 方法
水解法 酶法转 化
菌种选育
目前用于生产谷氨酸的菌株主要有谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium
glutamicum）和黄色短杆菌（Brevibacterium flavum），但国内的味
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，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。
谷氨酸应用
食品
L-谷氨酸单钠，俗称 味精，是重要的鲜味 剂
医药用品
防治肝昏迷的特效药 如谷氨酸片、谷氨酸 钾注射液
谷氨酸
农业应用
植物生长调节剂。谷 氨酸可调节植物的代 谢，降低柑橘果实的 酸度，增加含糖量
工业应用
γ-聚谷氨酸是一种生 物可降解材料，可用 于食品包装