谷氨酸发酵工艺研究论文

氨基酸是构成蛋白质的基本单位，是人体及动物的重要营养物质，氨基酸产品广泛应用于食品、饲料、医药、化学、农业等领域。谷氨酸是一种重要的氨基酸，我们吃的味精就是以谷氨酸为原料生成的。1957年以前，人们用酸法水解小麦面筋或大豆蛋白来制取L- 谷氨酸。1957年，人们分离得到了产生谷氨酸的菌种，接着又进行了大量的研究工作，大规模发酵谷氨酸得以成功[1]。谷氨酸发酵法的建立，对初级代谢产物微生物法生产的研究起到了极大的推动作用。在谷氨酸发酵法成功的激励之下，各种研究项目得以展开。谷氨酸单钠现已完全由发酵法生产，主要用于食品调味剂——味精的生产，其产量已超过400000吨。味精的现状和前景味精近年来已成为人们普遍使用的一种调味品，其消费量在国内呈上升趋势。味精产量增长较快。2001年味精产量91.28万吨，2002年1--6月产量累计53.04万吨，比上年同期增长17.92%。味精是一种强碱弱酸盐，它在水溶液中可以完全电离变成谷氨酸离子和钠离子。谷氨酸是氨基酸的一种，氨基酸是构成蛋白质的基本单位，是人体和动物的重要营养物质。谷氨酸一钠被人体吸收以后，同样也是电离成谷氨酸离子和钠离子而分别参加人体的代谢活动。所以味精作为调味剂除了能增加食品的美味外，它在人体中具有特殊的生理作用。（1）谷氨酸在人体内通过转氨酶的作用将其分子中的氨基转移给丙氨酮酸，形成丙氨酸。（2）谷氨酸与血液中的氨形成无毒的谷氨酰氨，使血液中的氨的浓度下降，减少氨中毒的危险性。（3）谷氨酸在体内与胱氨酸、甘氨酸结合形成谷胱甘肽。这个化合物是一种很有效的抗氧化剂，对于延续衰老，促进疾病恢复均有好处。能够分解体内代谢过程中所产生的过氧化物，避免肌体遭受过氧化物的侵害，有利于维持身体健康。（4）谷氨酸在体内能够形成V-氨基丁酸，它是一种神经递质，帮助神经的传导；有人说，味精补脑，其道理恐怕就是基于这种物质的形成。中国调味品行业在空前繁荣和发展的同时，也处在大转变、大整合和大发展时期。国外跨国食品集团涉足调味品生产，在国内频频展开收购；国内民营资本也纷纷投资调味品产业。可以说从东北到西北，从华北到华南，调味品生产企业以国有企业为主的格局正在发生较大转变，很多国有企业市场逐渐萎缩，为行业的整合和企业并购创造了条件，让出了市场。同时，调味品市场竞争也日趋激烈，品牌效益日益明显。谷氨酸是目前氨基酸生产中产量最大的一种，同时，谷氨酸发酵生产工艺也是氨基酸发酵生产中最典型、最成熟的。我们就以谷氨酸的发酵生产为例探讨发酵生产过程的奥妙。第1章 方案论证1.1淀粉糖化的原理及工艺流程根据原料淀粉的性质及采用的水解液催化剂不同，水解淀粉为葡萄糖的方法有三种：酸解法、酶解法、酶酸结合法。本实验采用酸解法水解淀粉，一是由于实验室的仪器设备及条件的限制，二是因为酸解法具有生产方便、设备要求简单、水解时间短、设备生产能力大等优点。1.1.1淀粉酸水解原理[2]淀粉经酸水解反应生成葡萄糖过程中，同时发生三方面的化学反应：淀粉水解生成葡萄糖，这是主反应；其次是生成的葡萄糖有一部分发生复合反应生成龙胆二糖、异麦芽糖和其它低聚糖；还有一部分葡萄糖分解反应生成5-羟甲基糠醛，有机酸和有色物质等非糖物质。在淀粉酸水解的过程中。这三

日淀粉制葡萄糖的基本原理是什么?第35 麦芽低聚糖是以精制玉米淀粉为原料,采用先进的生物技术而制成的一种集保健,营养于一 体的新型糖源.

谷氨酸发酵控制（1）生物素：作为催化脂肪酸生物合成最初反应的关键酶乙酰CoA的辅酶，参与脂肪酸的生物合成，进而影响磷酯的合成。当磷酯含量减少到正常时的一半左右时，细胞发生变形，谷氨酸能够从胞内渗出，积累于发酵液中。生物素过量，则发酵过程菌体大量繁殖，不产或少产谷氨酸，代谢产物中乳酸和琥珀酸明显增多（2）种龄和种量的控制一级种子控制在11-12h，二级控制在7-8h。接种量为1％。过多，菌体娇嫩，不强壮，提前衰老自溶，后期产酸量不高。(3）pH发酵前期，幼龄细胞对pH较敏感，pH过低，菌体生长旺盛，营养成分消耗大，转入正常发酵慢，长菌不长酸。谷氨酸脱氢酶最适pH为7.0-7.2，转氨酶最适pH7.2-7.4。在发酵中后期，保持pH不变。过高转为谷氨酰胺，过低氨离子不足(4）通风：不同种龄、种量，培养基成分，发酵阶段及发酵罐大小要求通风量不同。在长菌体阶段，通风量过大，生物素缺乏，抑制菌体生长。在发酵产酸阶段，需要大量通风供氧，以防过量生成乳酸和琥珀酸，但过大通风，则大量积累a-酮戊二酸。

菌种的制备：1、选取菌种，如“北京棒状杆菌”2、活化：PH7.0~7.2，32℃斜面培养24h,冰箱4℃保存备用3、菌种的扩大培养：一级种子：采用液体培养基，由葡萄糖、玉米浆等组成，PH为6.5~6.8,在三角瓶中32℃震荡培养12h,冰箱4℃保存备用；二级种子：和一级种子类似，只是将葡萄糖换成水解糖，在种子罐中32℃通气搅拌培养7~10h。可移种活冷却至10℃保存发酵原料的处理：淀粉-------水解（酸解或酶解）--------淀粉水解液发酵生产：A、生长阶段：流加尿素供给氮源，并调节PH至7.5~8.0,温度为30~32流加尿素℃；B、产酸阶段：流加尿素提供氨和维持PH7.2~7.4,37℃通气培养。周期大约需30h谷氨酸的提取纯化：等电点法等

谷氨酸产生菌有谷氨酸棒状杆菌、乳糖发酵短杆菌、散枝短杆菌、黄色短杆菌、噬氨短杆菌等。我国常用的菌种有北京棒状杆菌、纯齿棒状杆菌等。 谷氨酸的生物合成途径大致是：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。在谷氨酸发酵中，如果能够改变细胞膜的通透性，使谷氨酸不断地排到细胞外面，就会大量生成谷氨酸。研究表明，影响细胞膜通透性的主要因素是细胞膜中的磷脂含量。因此，对谷氨酸产生菌的选育，往往从控制磷脂的合成或使细胞膜受损伤入手，如生物素缺陷型菌种的选育。生物素是不饱和脂肪酸合成过程中所需的乙酰CoA的辅酶。生物素缺陷型菌种因不能合成生物素，从而抑制了不饱和脂肪酸的合成。而不饱和脂肪酸是磷脂的组成成分之一。因此，磷脂的合成量也相应减少，这就会导致细胞膜结构不完整，提高细胞膜对谷氨酸的通透性。在发酵过程中，氧、温度、pH和磷酸盐等的调节和控制如下：①氧。谷氨酸产生菌是好氧菌，通风和搅拌不仅会影响菌种对氮源和碳源的利用率，而且会影响发酵周期和谷氨酸的合成量。尤其是在发酵后期，加大通气量有利于谷氨酸的合成。②温度。菌种生长的最适温度为30～32 ℃。当菌体生长到稳定期，适当提高温度有利于产酸，因此，在发酵后期，可将温度提高到34～37 ℃。③pH。谷氨酸产生菌发酵的最适pH在7.0～8.0。但在发酵过程中，随着营养物质的利用，代谢产物的积累，培养液的pH会不断变化。如随着氮源的利用，放出氨，pH会上升；当糖被利用生成有机酸时，pH会下降。④磷酸盐。它是谷氨酸发酵过程中必需的，但浓度不能过高，否则会转向缬氨酸发酵。发酵结束后，常用离子交换树脂法等进行提取。