1、發(fā)酵工程及設(shè)備、氨基酸發(fā)酵(1)、在醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用重要營養(yǎng)劑： 復(fù)合氨基酸營養(yǎng)或代謝失調(diào)營養(yǎng)或代謝失調(diào) 治 療 藥 劑： 精氨酸氨中毒性肝昏迷氨中毒性肝昏迷 賴氨酸利尿輔助藥物利尿輔助藥物 賴與蛋合用抑制重癥高血壓病抑制重癥高血壓病 短 肽 藥 物：谷胱甘肽光譜解毒作用光譜解毒作用 合成藥原料：丙氨酸天門冬氨酸VB6(2)、在食品工業(yè)中的應(yīng)用營養(yǎng)與食品強化：八種必需氨基酸八種必需氨基酸風(fēng)味和調(diào)味：L谷氨酸鈉（味精）谷氨酸鈉（味精）增香與除臭：賴、丙、纈等改良香氣賴、丙、纈等改良香氣抗氧與保質(zhì)：光、亮、色等抗氧化劑光、亮、色等抗氧化劑防腐與保鮮：甘氨酸、賴氨酸水果保鮮與保色甘氨酸、賴氨酸水果保

2、鮮與保色(3)、在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用飼料工業(yè)：8種精種精AA組組AA（其中賴氨（其中賴氨酸、蛋氨酸最多）酸、蛋氨酸最多）生物農(nóng)藥：殺蟲劑；除草劑；殺菌劑；農(nóng)殺蟲劑；除草劑；殺菌劑；農(nóng)藥穩(wěn)定劑；脫葉劑藥穩(wěn)定劑；脫葉劑(4)、在日化工業(yè)中的應(yīng)用氨基酸系表面活性劑：酰基谷氨酸酰基谷氨酸高分子合成領(lǐng)域應(yīng)用：賴氨酸賴氨酸氨基甲酸乙氨基甲酸乙酯酯化妝品中的應(yīng)用：谷胱甘肽和半胱氨酸并谷胱甘肽和半胱氨酸并存可阻礙黑蛋白色素的形成存可阻礙黑蛋白色素的形成1820，水解蛋白質(zhì)制氨基酸；水解蛋白質(zhì)制氨基酸；1850，實驗室化學(xué)法合成氨基酸；實驗室化學(xué)法合成氨基酸；1866，德德 硫酸水解小麥面筋得硫酸水解小麥面筋得GA；

3、1872，酪蛋白制酪蛋白制GA；日；日 海帶汁中提海帶汁中提GA；1910，日日 味之素公司水解法生產(chǎn)味之素公司水解法生產(chǎn)GA；1936，美美 甜菜廢液中提甜菜廢液中提GA；1948，日日發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)-酮戊二酸產(chǎn)生菌；酮戊二酸產(chǎn)生菌；1954，日日兩博士報告直接發(fā)酵兩博士報告直接發(fā)酵GA的研究；的研究；1956，日日協(xié)和發(fā)酵公司分離出協(xié)和發(fā)酵公司分離出GA棒桿菌；棒桿菌；1957，日日 味之素、三樂、旭化成工業(yè)公司相繼投產(chǎn)；味之素、三樂、旭化成工業(yè)公司相繼投產(chǎn)；1958，日日志村、植村提出蘇氨酸、異亮氨酸的添加前體發(fā)酵法；志村、植村提出蘇氨酸、異亮氨酸的添加前體發(fā)酵法；1959，日日北原通過酶法完

4、成反丁烯二酸生產(chǎn)北原通過酶法完成反丁烯二酸生產(chǎn)L-天冬氨酸的發(fā)酵；天冬氨酸的發(fā)酵；1961，日日協(xié)和進行協(xié)和進行L-高絲氨酸、高絲氨酸、 L-苯丙氨酸、苯丙氨酸、 L-酪氨酸的發(fā)酵；酪氨酸的發(fā)酵；1962，日日協(xié)和進行了大量的石油氨基酸發(fā)酵的研究；協(xié)和進行了大量的石油氨基酸發(fā)酵的研究；1965，報道了報道了L-瓜氨酸、瓜氨酸、 L-脯氨酸發(fā)酵的研究；脯氨酸發(fā)酵的研究；1966，日日大規(guī)模地轉(zhuǎn)化為以醋酸為原料發(fā)酵生產(chǎn)大規(guī)模地轉(zhuǎn)化為以醋酸為原料發(fā)酵生產(chǎn)GA；1967，日日三樂公司以乙醇為原料的三樂公司以乙醇為原料的L-谷氨酸發(fā)酵；谷氨酸發(fā)酵；90年后，甘蔗或甜菜糖蜜為原料，通過添加青霉素發(fā)酵法生產(chǎn)

5、年后，甘蔗或甜菜糖蜜為原料，通過添加青霉素發(fā)酵法生產(chǎn)GA。l日本味之素公司（Ajinomoto）l日本協(xié)和發(fā)酵公司（Kyowa Hakko）l德國 Degussa公司l美國 ADM公司 沈陽紅梅味精股份有限公司河南蓮花味精股份有限公司山東菱花集團公司江蘇菊花味精集團有限公司廣州奧桑味精食品有限公司杭州豐匯發(fā)酵有限公司廣州肇慶星湖味精股份有限公司 目前，我國藥用氨基酸原料生產(chǎn)廠已發(fā)展到目前，我國藥用氨基酸原料生產(chǎn)廠已發(fā)展到4040多家，產(chǎn)量由多家，產(chǎn)量由19941994年的年的600600多多t t增長增長40004000多多t t，1818種必需氨基酸中已有種必需氨基酸中已有1717種實現(xiàn)了國

6、產(chǎn)化。氨種實現(xiàn)了國產(chǎn)化。氨基酸類藥物最大的應(yīng)用領(lǐng)域是氨基酸輸液，基酸類藥物最大的應(yīng)用領(lǐng)域是氨基酸輸液，20002000年約消費年約消費1 1億瓶，億瓶，20052005年達到年達到3 3億億5 5億瓶。億瓶。 該公司已開展三大氨基酸工程項目：該公司已開展三大氨基酸工程項目： 150t150ta a L L- -色氨酸、500t/a500t/a蛋氨酸和億瓶和億瓶氨基酸口服液。3 3項目建成后，公司將實現(xiàn)年銷售收入項目建成后，公司將實現(xiàn)年銷售收入1010億元，億元，可使我國氨基酸生產(chǎn)的可使我國氨基酸生產(chǎn)的4 4大瓶頸問題（色氨酸、大瓶頸問題（色氨酸、組氨酸、絲氨酸、精氨酸）得到緩解。組氨酸、絲氨酸

7、、精氨酸）得到緩解。420002000年年3 3月月2 2日在滬建成投產(chǎn)，一期產(chǎn)品為丙氨酸、精日在滬建成投產(chǎn)，一期產(chǎn)品為丙氨酸、精氨酸、組氨酸、蘇氨酸等氨酸、組氨酸、蘇氨酸等1010個醫(yī)藥用氨基酸品種，產(chǎn)個醫(yī)藥用氨基酸品種，產(chǎn)量為量為830t830ta a，今后將增加到，今后將增加到1717個品種，并逐步擴大生個品種，并逐步擴大生產(chǎn)規(guī)模，部分產(chǎn)品還將出口美國、歐洲等地，并返銷產(chǎn)規(guī)模，部分產(chǎn)品還將出口美國、歐洲等地，并返銷日本。日本。4上海已與日本上海已與日本Kyowa HakkoKyowa Hakko公司達成協(xié)議，引進日本全公司達成協(xié)議，引進日本全套先進發(fā)酵技術(shù)，生產(chǎn)精氨酸、組氨酸、環(huán)絲氨酸等

8、套先進發(fā)酵技術(shù)，生產(chǎn)精氨酸、組氨酸、環(huán)絲氨酸等國內(nèi)氨基酸工業(yè)的缺口產(chǎn)品。解決了我國氨基酸工業(yè)國內(nèi)氨基酸工業(yè)的缺口產(chǎn)品。解決了我國氨基酸工業(yè)中的瓶頸現(xiàn)象，上海將成為中國最大的藥用氨基酸生中的瓶頸現(xiàn)象，上海將成為中國最大的藥用氨基酸生產(chǎn)基地。產(chǎn)基地。 l蛋白質(zhì)水解法l化學(xué)合成法l微生物發(fā)酵法l酶法 一、谷氨酸生產(chǎn)菌1、主要菌株 棒狀桿菌屬 (Corynebacterium)短桿菌屬 (Brevibacterium)小桿菌屬 （Microbacterium）節(jié)桿菌屬 (Arthrobacter)國內(nèi)常用菌株：北京棒桿菌 AS1.299 、7338、 S-941、D110鈍齒棒桿菌 、 HU7251、

9、 B9天津短桿菌 T6-13、 FM-8207、 U-9 、TG-3 、TG-866、 D852、谷氨酸生產(chǎn)菌的主要特征1）G+、無芽孢、無鞭毛、不運動；2）都是需氧型；3）多為生物素缺陷型；4）不分解淀粉、纖維素、油脂、酪蛋白等；5）發(fā)酵中菌體發(fā)生明顯的形態(tài)變化，同時發(fā)生細胞膜滲透性的變化；6） 二氧化碳固定反應(yīng)酶系活力強；7）異檸檬酸裂解酶活力欠缺或微弱、乙醛酸循環(huán)弱；8）-酮戊二酸氧化能力缺失或微弱；9）檸檬酸合成酶、烏頭酸酶、異檸檬酸脫氫酶、谷氨酸脫氫酶活力強；10）具有向環(huán)境中泄漏谷氨酸的能力；二、谷氨酸發(fā)酵機制1、生成谷氨酸的主要反應(yīng)1) 谷氨酸脫氫酶(GHD)催化的還原氨基化反應(yīng)

10、 GHD-酮戊二酸 + NH4+ + NADPH2 谷氨酸 + H2O + NADP2) 轉(zhuǎn)氨酶催化的轉(zhuǎn)氨反應(yīng)3) 谷氨酸合成酶(GS)催化的反應(yīng)谷氨酸發(fā)酵機制2、谷氨酸生物合成途徑酵解途徑 (EMP)己糖一磷酸途徑 (HMP)三羧酸循環(huán) (TCA)乙醛酸循環(huán) 二氧化碳固定反應(yīng)谷氨酸發(fā)酵機制TCA循環(huán)谷氨酸發(fā)酵機制檸檬酸合成酶順烏頭酸酶異檸檬酸脫氫酶-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體谷氨酸脫氫酶由葡萄糖合成谷氨酸的代謝途徑谷氨酸發(fā)酵機制乙醛酸循環(huán)TCA 循環(huán)的一條回補途徑檸檬酸裂解酶、蘋果酸合酶CO2固定由葡萄糖發(fā)酵谷氨酸的理想途徑谷氨酸合成的理想途徑谷氨酸發(fā)酵機制谷氨酸積累機理：1）谷氨酸產(chǎn)生菌喪失或僅

11、有微弱的-酮戊二酸脫氫酶活力，使-酮戊二酸不能繼續(xù)氧化；但谷氨酸脫氫酶活力很強，同時NADPH2再氧化能力弱，這樣就使-酮戊二酸到琥珀酸的過程受阻；在有過量銨離子存在時， -酮戊二酸經(jīng)氧化還原共軛的氨基化反應(yīng)而生成谷氨酸。2）谷氨酸產(chǎn)生菌大多為生物素缺陷型，谷氨酸發(fā)酵時通過控制生物素亞適量，引起代謝失調(diào)，使谷氨酸得以積累。3）生成的谷氨酸不形成蛋白質(zhì)，而分泌泄漏于菌體外。4）谷氨酸產(chǎn)生菌不利用菌體外的谷氨酸，而使谷氨酸成為最終產(chǎn)物。谷氨酸發(fā)酵機制 但是，當(dāng)環(huán)境條件發(fā)生變化時，菌體的生物代謝也會發(fā)生變化，谷氨酸發(fā)酵會向其他發(fā)酵轉(zhuǎn)換，谷氨酸積累減少，而其他副產(chǎn)物積累量增加。例如：溶氧適中 不足過量

12、產(chǎn)生谷氨酸產(chǎn)生乳酸產(chǎn)生-酮戊二酸磷酸鹽適中過量產(chǎn)生谷氨酸產(chǎn)生纈氨酸谷氨酸發(fā)酵機制3、控制細胞膜的通透性 谷氨酸發(fā)酵的關(guān)鍵在于發(fā)酵培養(yǎng)期間谷氨酸生產(chǎn)菌細胞膜結(jié)構(gòu)與功能上的特異性變化，使細胞膜轉(zhuǎn)變成有利于谷氨酸向膜外滲透的樣式，即完成谷氨酸非積累型細胞向谷氨酸積累型細胞的轉(zhuǎn)變。這樣，由于終產(chǎn)物谷氨酸不斷地排出細胞外，使細胞內(nèi)的谷氨酸不能積累到引起反饋調(diào)節(jié)的濃度，谷氨酸就會在細胞內(nèi)繼續(xù)不斷地被優(yōu)先合成。谷氨酸發(fā)酵機制控制細胞膜滲透性的方法：控制的關(guān)鍵：亞適量控制生物素1、化學(xué)控制法 通過控制發(fā)酵培養(yǎng)基中的化學(xué)成分，達到控制磷脂、細胞膜的形成或阻礙細胞壁正常的生物合成，使谷氨酸生產(chǎn)菌處于異常的生理狀態(tài)

13、，以解除細胞對谷氨酸向胞外漏出的滲透障礙。1）生物素缺陷型作用機制： 生物素作為催化脂肪酸生物合成最初反應(yīng)的關(guān)鍵酶乙酰CoA羧化酶的輔酶，參與了脂肪酸的合成，進而影響磷脂的合成。當(dāng)磷脂合成減少到正常量的一半左右時，細胞變形，谷氨酸向膜外漏出，積累于發(fā)酵液中。谷氨酸發(fā)酵機制2）添加表面活性劑或飽和脂肪酸化 學(xué) 控 制 法 使用生物素過量的糖蜜原料發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸時，通過添加表面活性劑（如吐溫60）或是高級飽和脂肪酸及其親水聚醇酯類，同樣能清除滲透障礙物，積累谷氨酸。作用機制： 在不飽和脂肪酸合成過程中作為抗代謝物對生物素有拮抗作用，通過拮抗脂肪酸的生物合成，導(dǎo)致磷脂合成不足，結(jié)果形成磷脂不足的細胞

14、膜，提高細胞膜對谷氨酸的滲透性。關(guān)鍵：必須控制好添加表面活性劑、飽和脂肪酸的時間與濃度化 學(xué) 控 制 法3）油酸缺陷型作用機制： 油酸缺陷型菌株喪失了自身合成油酸的能力，也即喪失脂肪酸合成能力，必須由外界供給油酸才能生長；油酸含量的多少直接影響到磷脂合成量的多少和細胞膜的滲透性；通過控制油酸，使磷脂合成量減少到正常量的一半左右時，細胞變形，谷氨酸分泌積累于發(fā)酵液。控制的關(guān)鍵：必須控制油酸的亞適量（細胞內(nèi)生物素含量的多少影響甚微）4）甘油缺陷型化 學(xué) 控 制 法作用機制： 甘油缺陷型不能合成-磷酸甘油和磷脂，必須由外界供給甘油才能生長；在甘油限量供應(yīng)下，由于控制了細胞膜中與滲透性有直接關(guān)系的磷脂

15、含量，使谷氨酸得以積累。控制的關(guān)鍵： 必須控制添加亞適量的甘油或甘油衍生物以上都是通過控制磷脂的合成，導(dǎo)致形成磷脂合成不足的不完全的細胞膜5）添加青霉素法作用機制： 在發(fā)酵對數(shù)生長期的早期添加青霉素抑制細胞壁的合成，使細胞膜處于無保護狀態(tài)，又由于膜內(nèi)外的滲透壓差，進而導(dǎo)致細胞膜的物理損傷，增大了谷氨酸向胞外漏出的滲透性。化 學(xué) 控 制 法關(guān)鍵：在生長的什么階段添加青霉素是影響產(chǎn)酸的關(guān)鍵。必須在增殖過程的適當(dāng)時期添加，且必須在添加后再進行一定的增殖。2、物理控制法如利用溫度敏感突變型 （Ts）關(guān)鍵：在生長的什么階段轉(zhuǎn)換溫度是影響產(chǎn)酸的關(guān)鍵突變發(fā)生在決定與谷氨酸分泌有密切關(guān)系的細胞膜結(jié)構(gòu)基因上二、

16、生產(chǎn)工藝淀粉水解糖的制備谷氨酸發(fā)酵谷氨酸提取谷氨酸制味精一）淀粉水解糖的制備 目前的谷氨酸產(chǎn)生菌都不能直接利用淀粉，也基本上不能利用糊精。因此必須將淀粉水解成葡萄糖。水解糖制備的方法：1、酸解法以無機酸為催化劑、高溫高壓2、酸酶法先將淀粉水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶水解為萄糖3、酶酸法將淀粉乳先用-淀粉酶液化，再用酸水解成葡萄糖4、雙酶法用淀粉酶和糖化酶結(jié)合將淀粉水解成葡萄糖1、酸解法 以酸（無機酸或有機酸）為催化劑，在高溫高壓下將淀粉水解轉(zhuǎn)化為葡萄糖的方法。優(yōu)點：生產(chǎn)簡易，由淀粉逐步水解為葡萄糖的整個化學(xué)反應(yīng)過程，僅在一個高壓容器內(nèi)進行，水解時間短，設(shè)備生產(chǎn)能力大。如采用10Be濃度淀粉，

17、在0.294 Mpa壓力下需20min；在0.343 Mpa壓力下僅需7-10min缺點：1）由于水解作用是在高溫高壓條件下進行的，要求設(shè)備耐腐蝕、耐高溫、高壓；2）在酸水解過程中，除了淀粉的水解反應(yīng)外，尚有副反應(yīng)的發(fā)生，將造成淀粉的利用率降低；3）酸水解法對淀粉原料要求嚴(yán)格，淀粉濃度不宜過高2、酶解法（雙酶水解法）酶解法是用淀粉酶將淀粉水解為葡萄糖。酶解法可分兩步：第一步：利用-淀粉酶將淀粉轉(zhuǎn)化為糊精和低聚糖，使淀粉的可溶性增加，此過程稱“液化”；第二步：利用糖化酶將糊精或低聚糖進一步水解，轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟牵诉^程稱“糖化”。 “液化”和“糖化”都是在酶作用下完成的，故得名。1）淀粉水解是在酶的

18、作用下進行的，酶解反應(yīng)條件溫和，對設(shè)備要求較低。雙酶法優(yōu)點：如采用BF7658菌的-淀粉酶，反應(yīng)溫度在85-90C，；用糖化酶，反應(yīng)溫度50-60 C， 2）微生物酶作用的專一性強，淀粉的水解副反應(yīng)少，因而水解糖液純度高，淀粉的轉(zhuǎn)化率（出糖率）高。3）可在較高淀粉乳濃度下水解，且可采用粗原料。酸解法一般10-12Be （含淀粉18-20%）雙酶法一般20-23Be （含淀粉34-40%）4）酶法制得的糖液色淺、較純凈、無苦味、質(zhì)量高。雙酶法缺點： 酶解反應(yīng)時間較長（需2-3天），要求的設(shè)備較多，需具備專門培養(yǎng)酶的條件，由于酶本身是蛋白質(zhì)，易造成糖液過濾困難。3、酸酶結(jié)合法酸酶法酶酸法1）酸酶法

19、：葡萄糖糖化酶酸解酶解淀粉糊精或低聚糖酸有些淀粉，如玉米、小麥等谷類淀粉，淀粉顆粒堅實，如用-淀粉酶液化，在短時間內(nèi)，液化反應(yīng)往往不徹底；可采用酸將淀粉水解至葡萄糖值10-15，然后將水解液降溫、中和，加入糖化酶進行糖化。葡萄糖值（DE值; dextrose equivalent value ） 指葡萄糖（所有測定的還原糖都當(dāng)作葡萄糖）占干物質(zhì)的百分率，用于表示淀粉水解程度及糖化程度。酸酶法特點： 液化速度快； 糖化是由酶來進行的，對液化液要求不高，可采用較高的淀粉乳濃度，提高生產(chǎn)效率； 用酸較少，產(chǎn)品顏色淺，糖液質(zhì)量較高。2）酶酸法：葡萄糖酸酸解糖化酶解液化淀粉糊精或低聚糖-淀粉酶有些淀粉原

20、料顆粒大小不一（如碎米淀粉），如果用酸法水解，常致使水解不均勻，出糖率低；可先采用-淀粉酶液化，過濾除雜后，再用酸法水解制葡萄糖。酶酸法特點：可采用粗原料淀粉，淀粉濃度也較酸法高，糖液色淺項目酸解法酸酶法雙酶法葡萄糖值（葡萄糖值（%）葡萄糖含量（葡萄糖含量（%）灰分（灰分（%）蛋白質(zhì)（蛋白質(zhì)（%）羥甲基糠醛（羥甲基糠醛（%）顏色顏色 （單位（單位2 2Be Be ）葡萄糖收率（葡萄糖收率（%）919186861.61.60.080.080.300.3010.010.0959593930.40.40.080.080.0080.0080.30.3較酸法高較酸法高5%5%989897970.10.1

21、0.10.10.0030.0030.20.2較酸法高較酸法高10%10%不同工藝所得糖化液質(zhì)量比較雙酶法糖化程度最高，水解液的葡萄糖含量最高，淀粉的出糖率較高，原料單耗較少；糖液雜質(zhì)（灰分、羥甲基糠醛、色素）最少 從水解糖的質(zhì)量及降低糖耗，提高原料利用率方面來考慮，則以雙酶法最好，酸酶法次之，酸法最差； 從時間來說，則酸法最短，雙酶法最長淀粉酸水解理論基礎(chǔ)復(fù)合二糖復(fù)合低聚糖5-羥甲基糠醛有機酸、有色物質(zhì)等淀粉葡萄糖鹽酸水解反應(yīng)復(fù)合反應(yīng)分解反應(yīng)淀粉的水解反應(yīng) 淀粉通常以顆粒狀態(tài)存在，顆粒大小隨不同淀粉而異 谷類淀粉顆粒較小，如大米淀粉顆粒直徑3-8um 薯類淀粉顆粒較大，如木薯淀粉5-35umP

22、otato starchWheat starch直鏈淀粉100-60 000-1，4糖苷鍵-1，4糖苷鍵-1，6糖苷鍵支鏈淀粉1 000-3 000 000普通谷物和薯類淀粉含直鏈淀粉17%-27%，其余為支鏈淀粉；粘玉米、糯米全部為支鏈淀粉酸解中淀粉糖苷鍵斷裂過程： 酸催化劑的氫離子先與水分子結(jié)合生成H3O+ H3O+能與糖苷鍵的氧原子結(jié)合生成不穩(wěn)定化合物 (稱共軛酸) 隨后C1-O鍵斷裂生成C1正碳離子 (II) 水分子與具有正電荷的C1結(jié)合，再使C1失去H+，完成糖苷鍵的水解過程 HOH 淀粉分子糖苷鍵的斷裂是逐步進行的，隨著糖苷鍵的斷開，其相對分子質(zhì)量逐漸變小，先變?yōu)楹⒌途厶恰Ⅺ溠?/p>

23、糖，最后生成葡萄糖。 淀粉水解程度的增加，糖化液的還原性不斷增加，這是由于生成的葡萄糖、麥芽糖及低聚糖等具有還原性基團。 當(dāng)葡萄糖值超過60以上，由于葡萄糖的復(fù)合分解反應(yīng)，產(chǎn)生其他有味物質(zhì)（如龍膽二糖有苦味）及色澤加深。葡萄糖的復(fù)合反應(yīng) 在淀粉的酸糖化過程中，水解生成的葡萄糖受酸和熱的催化影響能通過糖苷鍵相聚合，失掉水分子，生成二糖、三糖和其他較高的低聚糖等，這種反應(yīng)稱為復(fù)合反應(yīng)。 兩個葡萄糖分子通過復(fù)合反應(yīng)相聚合，并不是再經(jīng)過-1，4糖苷鍵聚合成麥芽糖，而是主要經(jīng)-1，6糖苷鍵聚合成異麥芽糖和經(jīng)-1，6鍵聚合成龍膽二糖。葡萄糖葡萄糖異麥芽糖-1，6 糖苷鍵龍膽二糖-1，6糖苷鍵麥芽糖-1，4

24、糖苷鍵影響復(fù)合反應(yīng)的因素：1）淀粉濃度（糖濃度）葡萄糖濃度與復(fù)合反應(yīng)關(guān)系很大。低濃度葡萄糖不發(fā)生復(fù)合反應(yīng)；濃度愈高，復(fù)合反應(yīng)進行程度愈大。但淀粉乳濃度過低，生成葡萄糖也低，設(shè)備生產(chǎn)能力就低。2）酸的種類和濃度 不同種類的酸對于葡萄糖復(fù)合反應(yīng)催化作用不同 鹽酸最強，其次是硫酸、草酸 隨著酸濃度的增加，復(fù)合糖量增加3）溫度通常而言，反應(yīng)溫度越高，復(fù)合反應(yīng)越強水解液中多數(shù)復(fù)合糖不能被微生物利用，這些復(fù)合糖的存在將使發(fā)酵的殘?zhí)窃黾樱黾赢a(chǎn)物提取精制的困難。葡萄糖的分解反應(yīng) 葡萄糖受酸和熱的影響發(fā)生分解反應(yīng)，生成5-羥甲基糠醛， 5-羥甲基糠醛性質(zhì)不穩(wěn)定，又進一步分解成乙酰丙酸、蟻酸和有色物質(zhì)等，這些分

25、解物又能聚合成其他物質(zhì)，反應(yīng)是很復(fù)雜的。 在淀粉的酸糖化過程中，葡萄糖因分解反應(yīng)而損失的量并不多，約1%，但所生成的5-羥甲基糠醛是產(chǎn)生色素的前體，有色物質(zhì)的存在將增加糖化液精制的困難。 葡萄糖的分解反應(yīng)與濃度、溫度、酸度有關(guān)以大米為原料的酶酸法制糖工藝： 清洗 浸泡常溫；以手捏碎為佳 ( 1-5h) 粉碎 調(diào)漿15 波美度左右 加保護劑0.3% CaCl2, pH6.3-6.5; 保護淀粉酶活力 加酶 -淀粉酶，0.3% 液化90，間隙通空氣，1020 min；碘液反應(yīng)檢查 殺酶100105，5min 壓濾 調(diào)pH 糖化，10-15min；無白色反應(yīng)（無水酒精檢查） 中和調(diào)，蛋白析出 脫色活

26、性碳吸附法；0.1-0.4%; 70 壓濾二）谷氨酸發(fā)酵1、菌種的擴大培養(yǎng)普遍采用二級發(fā)酵 （一級種子罐）斜面種子罐發(fā) 酵 罐搖瓶斜面菌種： 30-32； 18-24小時搖瓶種子： 目的在于大量繁殖活力強的菌體，培養(yǎng)基組成 以少含糖分、多含有機氮為主。種子罐培養(yǎng) 接種量: 0.8-1.0% 溫度: 32 時間 :7 - 8小時 通風(fēng)量: 50L: 1 :0.5 2、發(fā)酵控制1）培養(yǎng)基碳源：多用淀粉水解糖 在一定范圍內(nèi)，谷氨酸的產(chǎn)量隨糖濃度增加而增加；但過高，由于滲透壓增大，對菌體生長和發(fā)酵均不利。目前國內(nèi)常用125-150g/L， 產(chǎn)酸55-70g/L；有的采用高糖工藝（170 190g/L)

27、,產(chǎn)酸80g/L，但周期延長淀粉水解糖質(zhì)量對谷氨酸發(fā)酵的影響很大 如果淀粉水解不完全，有糊精存在，不僅造成浪費，還會產(chǎn)生過多泡沫，影響發(fā)酵的正常進行。 若淀粉水解過分，葡萄糖發(fā)生復(fù)合反應(yīng)生成龍膽二糖、異麥芽糖等非發(fā)酵性糖，同時葡萄糖發(fā)生分解反應(yīng)，生成5-羥甲基糠醛，并進一步分解生成有機酸和黑色素等物質(zhì)，對菌體生長和谷氨酸發(fā)酵均有抑制作用。發(fā)酵控制氮 源尿素 玉米漿、麩皮水解液液氨碳酸氫銨 3080%的氮用于合成谷氨酸發(fā)酵控制C / N C / N = 100 ： 15 30 （比 一般高；100 ：0.2 -2.0 ) 在發(fā)酵的不同階段控制不同的C/N在長菌階段，如NH4+過量會抑制菌體生長；

28、在產(chǎn)酸階段，如NH4+不足，谷氨酸的積累減少。發(fā)酵控制生長因子： 目前以糖質(zhì)原料為碳源的谷氨酸產(chǎn)生菌均為生物素缺陷型，以生物素為生長因子 生物素的作用主要是影響谷氨酸產(chǎn)生菌細胞膜對谷氨酸的通透性 用量：菌體生長所需的“亞適量”；一般5g/L生物素過量，不產(chǎn)或少產(chǎn)谷氨酸；生物素不足，菌體生長不好，谷氨酸產(chǎn)量也低。發(fā)酵控制提供生長因子的農(nóng)副產(chǎn)品原料： 玉米漿 麩皮水解液 糖蜜 酵母發(fā)酵控制2）溫度 最適生長溫度 3034 谷氨酸產(chǎn)生的最適溫度3537 可采用變溫控制發(fā)酵控制3）pH發(fā)酵前期控制在7.5 左右發(fā)酵中期發(fā)酵后期臨近放罐時發(fā)酵控制調(diào)節(jié)pH方法： 尿素流加法 國內(nèi)廠家多采用 液氨或氨水添加

29、法 液氨含氨量99-99.8% ;氨水含氨量20-25% 國外多采用該法發(fā)酵控制4）供氧 在菌體生長期 供氧必須滿足菌體呼吸的需氧量 谷氨酸生成期 應(yīng)充分供氧（在細胞最大呼吸速 率時，谷氨酸產(chǎn)量大）發(fā)酵控制三） 谷氨酸提取等電點法離子交換法金屬鹽法鹽酸水解 等電點法離子交換膜電透析法 國內(nèi)多采用等電點鋅鹽法 該法收率可達8590%等電點鋅鹽法工藝簡介：1、先采用等電點法提取谷氨酸 ( 回收70%左右 ）1）原 理 pH = pI 時谷氨酸的溶解度最小 谷氨酸的等電點 pI = (pK1 + pK2)/2 將發(fā)酵液調(diào)至，使谷氨酸處于過飽和 狀態(tài)而結(jié)晶析出2）谷氨酸的晶型及性質(zhì)在不同條件下會形成兩

30、種不同的晶體 -型晶體： 斜方六面體；純度高，顆粒大，質(zhì)量好，與 母液分離容易；為理想的晶型 -型晶體： 粉狀或針狀、鱗片狀；晶體微細，純度低，晶體 無光澤；質(zhì)量輕，難沉淀；生產(chǎn)上應(yīng)避免形成該 類晶體3）影響谷氨酸結(jié)晶的主要因素A) 溫度與降溫速度 當(dāng)結(jié)晶析出溫度超過30， -型晶體明顯增加 因此須把發(fā)酵液的溫度降到30以下，再進行 晶體析出。 中和時要控制液溫緩慢下降，不能回升降溫過快或忽高忽低，則晶核小而多、結(jié)晶微細；且會引起-型向 -型轉(zhuǎn)變B) 加酸速度與終pH的影響 若加酸速度太快，會局部過飽和，出現(xiàn)大量細小晶核，形成-型晶體 開始加酸至pH5左右，加酸可快些；pH5以下、起晶前后，加酸速度要慢，須小心 發(fā)現(xiàn)晶核時，應(yīng)立即停止加酸，育晶2h，使晶核成長，然后再繼續(xù)緩慢加酸中和至。C) 投晶種起晶有兩法自然起晶加晶種起晶 加晶種起晶，晶核容易控制，不易出現(xiàn)-型晶體 但必須注意晶種的質(zhì)量 （選擇較好的-型晶體）并應(yīng)掌握好投晶種的時機D) 攪拌的影響 攪拌有利于晶體長大，避免“晶簇”生成 太快，液體