谷氨酸发酵工艺流程图
谷氨酸的发酵和提取工艺综述
⾕氨酸的发酵和提取⼯艺综述综述：⾕氨酸的发酵与提取⼯艺第⼀部分⾕氨酸概述⾕氨酸⾮⼈体所必需氨基酸，但它参与许多代谢过程，因⽽具有较⾼的营养价值，在⼈体内，⾕氨酸能与⾎氨结合⽣成⾕氨酰胺，解除组织代谢过程中所产⽣的氨毒害作⽤，可作为治疗肝病的辅助药物，⾕氨酸还参与脑蛋⽩代谢和糖代谢，对改进和维持脑功能有益。
另外，众所周知的⾕氨酸钠盐即味精有很强烈的鲜味，是重要的调味品。
1996、1997、1998年味精年产量分别为55.0万吨、56.64万吨、59.03万吨。
尽管如此，我国⼈均年消耗味精量还只有400g左右，⽽台湾省已达2000g。
因此，中国将是世界上最⼤的潜在味精消费市场，也就是说，味精⽣产会稳步发展。
这也意味着⾕氨酸的⽣产不断在扩⼤[1]。
⾕氨酸⽣产⾛到今天就⽣产技术⽽⾔已有了长⾜进步,⽆论是规模还是产能都今⾮昔⽐,与此同时各⼚家还在追求完美, 这是⾏业进步的动⼒,也是⽣存之所需。
实际上⽣产⼯艺是与时俱进的,没有瑕疵的⼯艺是不存在的。
如:配⽅及提取⽅法现在是多种多样,有单⼀⽤纯⽣物素的,也有⽤⽢蔗糖蜜加纯⽣物素的, 还有加⽟⽶浆⼲粉或麸⽪⽔解液及⾖粕⽔解液等等;提取⽅法有:等电-离交、等电-离交-转晶、连续等点-转晶等等[2]。
本综述简述⾕氨酸⽣产的流程及发酵机制，着重介绍⾕氨酸的提取⼯艺。
第⼆部分⾕氨酸⽣产原料及其处理⾕氨酸发酵的主要原料有淀粉、⽢蔗糖蜜、甜菜糖蜜、醋酸、⼄醇、正烷烃(液体⽯蜡)等。
国内多数⾕氨酸⽣产⼚家是以淀粉为原料⽣产⾕氨酸的，少数⼚家是以糖蜜为原料进⾏⾕氨酸⽣产的，这些原料在使⽤前⼀般需进⾏预处理。
(⼀)糖蜜的预处理⾕氨酸⽣产糖蜜预处理的⽬的是为了降低⽣物素的含量。
因为糖蜜中特别是⽢蔗糖蜜中含有过量的⽣物素，会影响⾕氨酸积累。
故在以糖蜜为原料进⾏⾕氨酸发酵时，常常采⽤⼀定的措施来降低⽣物素的含量，常⽤的⽅法有以下⼏种:(1)活性炭处理法; (2)⽔解活性炭处理法;（3）树脂处理法。
谷氨酸发酵PPT课件
2.1.3 谷氨酸发酵的代谢途径
葡萄糖生成丙酮酸后，一部分氧化脱 羧生成乙酰CoA，一部分固定CO2生成草 酰乙酸或苹果酸，草酰乙酸与乙酰CoA在 柠檬酸合成酶催化下缩合成柠檬酸，再经 氧化还原共轭的氨基化反应生成谷氨酸。
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（一）谷氨酸发酵的代谢途径
谷氨酸的合成主要途径是α-酮戊二酸的还原性氨基化，是通过谷氨酸脱氢酶 完成的。α-酮戊二酸是谷氨酸合成的直接前体，它来源于三羧酸循环，是三羧酸 循环的一个中间代谢产物。由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径如图2-2所示，至 少有16步酶促反应。
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1磷酸果糖激 酶；2果糖-1,6二磷酸酯酶；3 柠檬酸合成酶； 4异柠檬酸脱氢 酶； 5反丁烯二 酸酶；6乙酰 CoA羧化酶；7 糖原磷酸化酶； 8糖原合成酶
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图2-2 由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径 第12页/共72页
(1) 葡萄糖首先经EMP及HMP两个途径生成丙酮酸。其中以EMP途径为主，生物素充足时HMP所占 比例是38％；控制生物素亚适量，发酵产酸期，EMP所占的比例更大，HMP所占比例约为26％。
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(2) 生成的丙酮酸，一部分在丙酮酸脱氢酶系的作用下氧化脱羧生成乙酰 CoA，另一部分经CO2固定反应生成草酰乙酸化酶。
(1)优先合成
所谓优先合成，就是对于一个分支合成途径 来讲，由于催化某一分支反应的酶活性远远大于催 化另一分支反应的酶活性，结果先合成酶活性大的 那一分支的终产物。当该终产物达到一定浓度时， 就会抑制该酶，使代谢转向合成另一分支的终产物。 谷氨酸比天冬氨酸优先合成，谷氨酸合成过量后， 就会抑制和阻遏自身的合成途径，使代谢转向合成 天冬氨酸。
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。
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第二节 主要发酵参数分段控制原则及其特点
一、中初糖流加高浓度糖液的 生物素“超亚适量”工艺
1. 流 程 图
2．谷氨酸发酵记录表
3.培养基的配方
（1）二级种子培养基 葡萄糖 300kg；KH2PO4 12kg；MgSO4·7H2O 6kg；糖蜜100kg；玉米浆
④发酵工业上采用机械消泡与化学消泡结合 的方法。
（４）常用的消泡剂和使用方法
天然油脂类 高碳醇、脂肪酸和脂类 聚醚类 硅酮类
味精厂普遍采用ＢＡＰＥ（聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚）或ＰＰ Ｅ（聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚）作为消泡剂。
一次加入法
使用方法 中间流加法
上述两种方法结合
二、发酵过程的控制
5.流加糖的控制
第一节 发酵培养基配比组成及其特点 第二节 主要发酵参数分段控制原则及其特点 第三节 提高发酵产率的主要措施 第四节 糖蜜原料生产谷氨酸的发酵技术
第一节 发酵培养基配比组成及其特点
一、国内谷氨酸发酵生产工艺的分类
1．按碳源原料划分
淀粉糖：玉米、马铃薯、木薯、大米等
碳源原料
甘蔗糖蜜
糖蜜
甜菜糖蜜
因为多采用生物素缺陷型菌株，故两种发酵工艺主 要区别在于发酵过程是否需要添加青霉素、表面活 性剂等，为什么？
200kg；纯生物素150mg；消泡剂1.5kg；定容7000L，实消，121℃保温 10min。
（2）发酵基础培养基 葡萄糖18800kg；85％的H3PO4 120kg；KCl 200kg, MgSO4·7H2O 140kg；
谷氨酸发酵工艺
7.生物素
谷氨酸产生菌是营养缺陷型, 对生长繁殖、代谢产物 的影响非常明显。 生物素过量时糖酵解途径中的丙酮酸转变为乳酸, 同 时也使异柠檬酸转变为琥珀酸,菌体生长繁殖快,同时 生物素又促进菌体细胞膜通透性障碍物的生物合成, 使菌体不能及时将细胞内的谷氨酸排出,谷氨酸合成途 径受阻,发酵液中由菌种细胞排出的谷氨酸仅能占氨基 酸总量的12%; 生物素亚适量时,菌体代谢失调,细胞膜通透性增强,细 胞内的谷氨酸能及时排出,有利于谷氨酸的积累, 发酵 液内由菌体细胞排除谷氨酸能达总氨基酸92%左右。因 此,要根据发酵时期来控制生物素的含量。
•谷氨酸发酵需要的氮源比一般发酵工业多得多，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。
•在谷氨酸发酵过程中,应正确控制碳氮比。一般在菌体生长期碳氮 比应大一些(氮低）,在产酸期,碳氮比应小些(氮高） 。在碳源和氮 源的比为3∶1时，谷氨酸棒状杆菌会大量合成谷氨酸，但当碳源和 氮源的比为4∶1时，谷氨酸棒状杆菌只生长而不合成谷氨酸。
谷氨酸发酵
例子
• 出现这种情况的原因是由于发酵过程中感 染了杂菌，造成了大量的葡萄糖被消耗， 但是并没有产生谷氨酸, 发酵过程中发酵 液的pH值控制的不合适或者是发酵液NH4＋ 浓度过高，使得产生的谷氨酸转变成谷氨 酰胺。
某谷氨酸发酵， 发酵过程中各种 参数的变化情况 如图所示。最后 的发酵液中谷氨 酸的浓度很低， 发酵周期较长， 而这段时间却有 大量的葡萄糖被 消耗，那么，这 些被消耗的葡萄 糖到哪里去了？
3.NH4+浓度
• （1）影响到发酵液的pH值 • （2）与产物的形成有关： • NH4+过量，菌体增殖阶段会抑制菌体生长，产 酸阶段Glu（谷氨酸）会受谷氨酰胺合成酶作 用转化为Gln(谷氨酰氨)
谷氨酸发酵生产
谷氨酸发酵生产谷氨酸发酵一、实验目的谷氨酸(glutamic acid)是最先成功地利用发酵法进行生产的氨基酸。
谷氨酸发酵是典型的代谢调控发酵，其代谢途径相对研究得比较清楚。
因此，了解谷氨酸发酵机制，掌握其发酵工艺，将有助于对代谢调控发酵的理解，有助于对其他有氧发酵的理解和掌握，也有助于对已掌握的生化、微生物知识的融会贯通。
通过本次实验，掌握有氧发酵的一般工艺，熟练掌握通用机械搅拌罐的设备使用。
二、实验原理1、谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵是菌体异常代谢的产物，菌体正常代谢失调时，才能积累谷氨酸。
在正常的微生物代谢中，由葡萄糖生成的磷酸烯醇式丙酮酸比天冬氨酸优先合成谷氨酸。
谷氨酸合成过量时，谷氨酸抑制谷氨酸脱氢酶的活力和阻遏柠檬酸合成酶的合成，使代谢转向天冬氨酸的合成。
天冬氨酸合成过量后，反馈抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的活力，停止草酰乙酸的合成。
所以，在正常情况下，谷氨酸并不积累。
谷氨酸生产菌由葡萄糖生物合成谷氨酸的途径见图5-7。
它包括糖酵解途径(EMP途径)、磷酸己糖途径(HMP途径)，三羧酸循环(TCA循环)、乙醛酸循环，伍德-沃克曼反应(CO的固定反应等)。
2由于谷氨酸生产菌生理方面有以下共同特征，体内的代谢控制平衡被打破，使谷氨酸得以积累。
? 谷氨酸生产菌大多为生物素缺陷型。
谷氨酸发酵时，糖酵解经过EMP及HMP两个途径进行。
生物素充足时，HMP途径所占比例是38%，控制生物素亚适量的结果，发酵产酸期，HMP途径所占比例下降到约为26%，EMP途径所占的比例得以提高。
通过控制生物素亚适量，更重要的是由生物素促进的脂肪酸及磷脂合成减少，谷氨酸向膜外漏出，引起代谢失调，使谷氨酸得以积累。
? 谷氨酸生产菌的CO固定反应酶系活力强，可通过羧化作用(更多地2供应固定CO生成苹果酸或草酰乙酸转化成柠檬酸。
2? 谷氨酸生产菌的异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，使进入谷氨酸生成期后的乙醛酸循环弱，使异柠檬酸更多地转化成α-酮戊二酸。
谷氨酸发酵ppt
谷氨酸的工艺控制
温度 PH值 氧气 CO2 泡沫 …….
谷氨酸和味精的生产工艺流程
（一）环境控制
1 温度的控制
国内常用菌株的最适生长温度为30-34℃， 产生 谷氨酸的最适温度为34～36℃。 0～12h的发酵前期，主要是长菌阶段； 发酵12h后，菌体进入平衡期，增殖速度变得缓 慢； 温度提高到34～36℃，谷氨酸的生成量就增加。
谷氨酸发酵培养基组成包括碳源、氮源、 无机盐和生长因子等。
活化斜面培养基：葡萄糖0.1％，牛肉膏l％，蛋白胨l％，氯化钠0.5 ％，琼脂2％，pH7.0。 一级种子培养基：葡萄糖2.5％，玉米浆3.1％；，尿素0.55％，磷酸氢 二钾0．12％，硫酸镁0.06％，pH7.0。 二级种子培养基：葡萄糖3.0%、尿素0.5-0.8%、玉米浆0.5-0.6%、磷 酸氢二钾0.1-0.2%、硫酸镁0.06%、ph7.0。 发酵培养基：葡萄糖12-14%、尿素0.5-0.8%、玉米浆0.6%、磷酸氢二 钠0.17%、氯化钾0.05%、硫酸镁0.06% ph7.0。
4.干燥、包装 经过离心分离后的晶体必须进行干燥处理。目 前，采用的干燥方法有箱式烘房干燥，真空箱式 干燥、气流干燥、传送带式干燥、振动床式干燥。 结晶味精要求颗粒大小均匀，因此干燥好的晶 体要经过振动筛分，除去过大或过小的晶粒，使 晶粒大小更加均匀。筛分时能通过10目而不通 过24目的晶粒称为粗晶，能通过14目而不通过 28目的晶粒称为细晶。味精的包装在大部分工 厂均为手工操作，生产效率低。因此机械化包装 将逐步取代手工包装
3 溶解氧的控制
谷氨酸产生菌是兼性好氧菌 在实际生产中，搅拌转速固定不变，通常 用调节通风量来改变供氧水平。 通风比（ m3 /m3 .min ）：每分钟向1m3的 发酵液中通入0.1cm3无菌空气，用1:0.1表 示。
谷氨酸发酵工艺流程及谷氨酸的提取操作流程
谷氨酸发酵、提取，精制工艺
（一）发酵及提取工艺流程
菌种（石河子大学菌种）
斜面
摇瓶种发酵罐（SY-3015）发酵液
GQ-75分离机离心（15000rpm ） （去菌体）发酵液
结晶（中和）罐，酸罐，
(离子交换 高流分
（二）谷氨酸的等电点-离子交换提取谷氨酸工艺
（三）谷氨酸钠的精制操作
1、中和
工艺条件：湿谷氨酸：水：(固体)纯碱=1：2：（0.3-0.34）
T=60℃，pH=6.4（用试纸测）
注意：60℃下，搅拌下，徐徐加入固体纯碱中和，至pH 6.4 ,搅拌至澄清。
2、谷氨酸钠喷雾干燥
工艺流程：中和完的澄清液，用SY-6000小型喷雾干燥仪干燥并收集；
工艺条件：
进风170℃，出风温度65-75℃，进料量控制40%（即500ml/h），空气流量600l/h （四）谷氨酸产生菌发酵代谢曲线示例。