生物工艺学课程设计-副本..doc

11第一章 谷氨酸简介 31. 概述 3第二章 谷氨酸生产的工艺流程 41.工艺流程图 42 . 培养基的制备 53.原料的预处理及糖化 53.1 原料的种类 53.2 原料处理 54 . 种子扩大培养 75 .发酵工艺及调控 76. 谷氨酸的提取 96.1 原理 96.2 工艺流程 9第三章 谷氨酸指标 101：技术指标 102：性能指标 103：产品质量标准 11第1章 谷氨酸简介1. 概述1.谷氨酸又名L－1－氨基丙烷－1，3－二羧酸，为无色晶体或结晶性粉末，位α、β两种晶型，通常β稳定结构式式： CH2CH2COOH HOOC C NH2谷氨酸是生物机体内氮代谢的基本氨基酸之一，在代谢上具有重要意义L－谷氨酸是蛋白质的主要构成成分，谷氨酸盐在自然界普遍存在的多种食品以及人体内都含有谷氨酸盐，它即是蛋白质或肽的结构氨基酸之一，又是游离氨基酸，L型氨基酸美味较浓L－谷氨酸 又名“麸酸”或写作“夫酸”，发酵制造L－谷氨酸是以糖质为原料经微生物发酵，采用“等电点提取”加上“离子交换树脂”分离的方法而制得。

2.理化性质：谷氨酸(2—氨基戊二酸)有左旋体、右旋体和外消旋体左旋体，即L-谷氨酸L-谷氨酸是一种鳞片状或粉末状晶体，呈微酸性，无毒微溶于冷水，易溶于热水，几乎不溶于乙醚、丙酮及冷醋酸中，也不溶于乙醇和甲醇在200℃时升华，247℃－249℃分解，密度1.538g/cm3，旋光度+37－+38.9(25℃)L-谷氨酸的用途广泛，它本身作为药品，能治疗肝昏迷症，也可用来生产味精、食品添加剂、香料和用于生物化学的研究 第二章 谷氨酸生产的工艺流程1.工艺流程图 空气菌种原料 空气压缩机预处理斜面培养湿谷氨酸晶体摇瓶扩大培养冷却水解配料过滤干燥气液分离种子罐扩大培养淀粉水解糖成品过滤除菌发酵发酵液起精中和点（pH4-4.5）盐酸 育精2小时等电点搅拌（pH3-3022）母液 溶静置沉（4-6h） 粗谷氨酸离心分离 2 . 培养基的制备（1） 碳源：工业上主要用淀粉水解糖、甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜作为碳源国内谷氨酸发酵一般采用低浓度糖的流加糖的发酵工艺，糖浓度为125-150g/L，产酸55-70g/L，（2） 氮源：在谷氨酸生产中需要较多的氮源，目前生产上采用尿素为氮源采用分批次流加。

初始浓度根据菌种脲酶的强弱和耐尿素的程度决定3） 碳氮比：谷氨酸发酵碳氮比较高一般为100：（15-21）（4） 无机盐：磷酸盐需要量一般为0.005～0.01mol／L工业生产上常用K2HPO4·3H2O、KH2PO4、Na2 HPO4·12H2O、NaH2PO4·2H2O等磷酸盐，也可用磷酸硫酸镁在发酵培养基配用0.25 ～1g/L时，Mg2+浓度40～60mg／L钾盐少利于长菌体，钾盐充足利于产谷氨酸菌体生长需钾约为1.0～1.5mmol／L，谷氨酸生成需钾约为2.0～10.0mmol／L锰：是某些酶的激活剂一般培养基配用MnSO4·4H2O 2mg／L铁：是细胞色素氧化酶、过氧化氢酶的成分，又是若干酶的激活剂3.原料的预处理及糖化 3.1 原料的种类发酵生产谷氨酸的原料主要是淀粉，其次还有非粮食淀粉原料淀粉来自粮食原料，通常利用各种谷类或薯类淀粉，如北方常用玉米，南方常用番薯淀粉等非粮淀粉原料主要指甜菜或是甘蔗糖蜜﹑醋酸﹑乙醇﹑正烷烃（如液体石蜡）等3.2 原料处理 流程：淀粉水 调浆 糖化 冷却 中和 脱色 过滤除杂 糖液盐酸（1） 调浆 首先将原料淀粉、水、和工业盐酸调成均匀的淀粉乳，为便于操作控制，生产上加盐酸量常以淀粉浆pH值为指标，控制在pH在1.5左右。

2） 糖化 在水解锅内加入一定量的水，然后将水解罐顶预热至100-105℃，蒸汽压力为9.8-19.6kPa，随后将淀粉乳用泵送至水解罐内进行水解，水解蒸汽压力控制在0.25-0.4MPa之间，水解时间控制在10-20min淀粉的糖化工艺及其条件是根据淀粉水解反应和葡萄糖的缩合与分解反应，但实际上不可能达到此目的在水解过程中，酸的浓度，水解的温度和时间，以及淀粉乳的浓度都会对淀粉的水解产生影响为了提高淀粉水解成葡萄糖的收得率以及水解糖液的质量，必须合理地选择淀粉水解的工艺条件，以限制缩合反应和分解反应的发生3） 中和 采用酸化糖化淀粉需要用碱中和酸一般淀粉水解完毕，水解糖液中葡萄糖含量约为16%-18%左右，其中还含有多余的酸，必须要用碱中和中和剂通常为纯碱当中和桶中糖液的冷却至80℃左右，加入中和剂，中和时生成大量的二氧化碳，呈现剧烈的沸腾状态，所以中和桶容积应为糖化液体积的3-4倍，以防糖化液溢出桶外，中和时的pH应控制在4.0-5.0左右此时有利于蛋白质、氨基酸、色素和其他杂质的凝聚沉淀4） 脱色过滤 糖化液中杂质的存在对糖液质量影响很大，通过调节pH，将水解糖液调至等电点时，蛋白质和谷氨酸的溶解度最小，便于沉淀过滤，色素则可用活性炭吸附法除去。

中和结束后，添加活性炭脱色，控温在60℃，活性炭用量相当于淀粉量的0.6%-0.8%左右最后让经过中和脱色的水解糖液静置1-2h，使其充分沉淀，待液温降至45-50℃时，用泵打入过滤器过滤，过滤后的糖液送贮糖桶备用糖蜜的预处理谷氨酸生产上使用的糖蜜进行预处理的目的是为了降低生物素的含量因为糖蜜中含有大量的生物素，因此不宜用与谷氨酸发酵，降低生物素含量的方法有：活性炭处理法、水解、活性炭处理法、树脂处理法、亚硝酸处理法、糖蜜原料添加青霉素法，此外，还可以采用表面活性剂，或采用非生物素缺陷型突变株的方法，以解除糖蜜中过量生物素对谷氨酸积累的影响淀粉水解糖制备在工业生产上将淀粉水解为葡萄糖的过程称为淀粉的糖化，所制得的糖液称为淀粉水解糖由于谷氨酸生产菌不能直接利用淀粉或糊精作碳源，因而必须将淀粉水解为葡萄糖，才能供发酵使用目前，国内许多味精厂采用双酶法制糖工艺4 . 种子扩大培养 目前谷氨酸种子扩大培养普遍采取二级种子培养的流程：（1） 斜面种子的制备：种子培养基也多含氮少含或不含糖为原则.一般采取肉汤培养基：葡萄糖0.1%，蛋白胨1%，牛肉膏1%，氯化钠0.5%，琼脂2%-2.5%，pH7-7.2（传代和保存斜面时不加葡萄糖）（2） 种子的扩大培养：培养基种少含糖多含有机氮，培养条件必须有利于菌体生长。

接种量1%-3% 5 .发酵工艺及调控 主要指发酵条件的管理，包括温度、通气、PH值与泡沫的控制要获得谷氨酸发酵的产品率，除了选用优良菌种外在发酵条件控制和严格无菌操作方面是极其重要的⑴ 温度对发酵的影响 在发酵中，谷氨酸产生菌的生长繁殖与谷氨酸合成都 是在酶的催化下进行的不同酶促反应所需的温度各异谷氨酸发酵分前期和后期两个阶段前期（0-12h）主要是合成细胞物质，菌体大量增殖阶段而控制这些合成反应的最适温度为30-32℃；在发酵中后期，是谷氨酸大量积累阶段，而催化谷氨酸合成的谷氨酸脱氢酶的最适温度为32-36℃，故在发酵中后期应适当提高罐温，以利谷氨酸形成和积累不同菌种对温度的敏感性也不一样，故应视菌种进行温度控制⑵ PH值对发酵的影响 在发酵中，发酵液PH值的变化是微生物代谢过程的综合标志主要是通过培养基配比及发酵条件的控制，使其适宜于生产菌的PH值发酵前期，应创造有利于谷氨酸产生菌生长的最适pH(偏碱性)，通常控制pH在7.5-8.0左右发酵中后期，应满足催化谷氨酸合成的酶对pH的要求（中性或弱碱性），故将其发酵pH控制在7.0-7.⑶ 通风量与搅拌对发酵的影响 谷氨酸产生菌（谷氨酸棒杆菌）属兼性好气菌，在供氧充足与不足的条件下都可生成，但其代谢产物不同。

通风量小，供氧不足时，进行不完全氧化，葡萄糖进入菌体后经糖酵解途径产生丙酮酸，丙酮酸则还原成乳酸如果通气量过大，葡萄糖在菌体内被氧化成丙酮酸继而进一步氧化成乙酶辅酶A，进入三羧酸循环，生成α-酮戊二酸，但由于供氢体（NADPH2）在氧气充足的条件下经呼吸链被氧化成水，而没有氢的供给，谷氨酸合成受阻，α-酮戊二酸大量积累；只有在供氧适当时还原性辅酶Ⅱ大部分不经呼吸链被氧化成水，在充足的NH+条件下，才有利于谷氨酸脱氢酶的催化，还原氨基化反应，大量形成并积累谷氨酸通风的实质除了供氧外，还使菌体培养基密切结合，保证代谢产物均匀扩散，以及维持罐内正压的作用搅拌可以提高通风效果，使空气变成小气泡，增加气液接触面积，提高溶解氧量因为微生物呼吸时只能利用溶解于培养集中的氧气，而空气进入发酵罐后，其氧分子并不是全部被发酵液吸收，所以在讨论通气量时，必须考虑氧的溶解系数（以Kd表示），Kd表示摩尔分子氧/（毫升·分钟·大气压）,在通气搅拌条件相同时，Kd值大即表示设备通气效果好，反之则差在谷氨酸发酵过程中，通风量的控制应掌握前期比后期小的原则一般发酵前期以低通风量为宜中后期以高通风量为宜实际生产上，用气体转子流量计来检查通气量即每分钟单位体积的通气量表示通气强度。

发酵时搅拌速度与通气量常因发酵罐大小不同而异⑴ 泡沫的控制 在谷氨酸发酵中，由于强烈的通风与菌体代谢所产生的二氧化碳，使培养液产生大量的泡沫，泡沫的存在往往给发酵造成危害和损失，在泡沫过多时，会使培养液溶解氧减少，气体交换受阻，影响菌的呼吸和代谢同时，泡沫过多不仅影响装料系数，降低发酵设备使用率，而且还能使发酵液外溢，增加污染机会，通常，当泡沫多时，必须及时消除泡沫，才能保证发酵正常进行⑵ 消泡的方法有两种一是机械消泡法包括采用靶式消泡器或离心式、刮板式、蝶形等消泡器另一种是化学消泡法，即采用化学消泡机进行消泡，一般发酵中采用天然油脂、聚酯类、醇类、硅酮等消泡剂⑶ 不同谷氨酸产生菌对糖浓度的要求不同，其发酵时间也有所差异一般低糖（10%-12%）发酵，其发酵时间在36-38h中糖（14%）发酵为45h.6. 谷氨酸的提取 发酵结束后，发酵液中积累了大量的谷氨酸，将谷氨酸从发酵液中分离出来的过程，称为谷氨酸的提取谷氨酸提取方法有五种：等电点法、离子交换法、锌盐法、渗透膜法和溶剂抽提法目前我国大多数采用等电点法提取谷氨酸6.1 原理谷氨酸子等电点pH 时，发酵中正负离子（电荷）相等，总静电荷等于零，形成偶极离子，此时谷氨酸溶解度最小，被析出呈结晶状态。

谷氨酸的等电点时pH 为3.0-3.2.6.2 工艺流程 等电点法提取谷氨酸的工艺流程如下： 盐酸 发酵液 调酸 停酸育晶 等电搅拌 静置沉降 离心分离 谷氨酸 （pH4.5-4.0） （2h）（pH3.0-3.22） （4-6h）1． 调节等电点将发酵结束的醪液引入等电点桶或等电点池，待液温降至30℃加盐酸调pH，约2h左右将发酵液pH调至4.0-4.5左右时，观察晶核有否形成，如已形成晶核，应停止加酸，育晶1-2h，使晶核增大，然后缓慢地将。