味精生产工艺课件.ppt

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1、 第二篇第二篇 调调味品的生味品的生产产 民以食民以食为为天天 食以味食以味为为先先西方人：理性消西方人：理性消费费，讲讲究究营营养养中国人：感性消中国人：感性消费费，讲讲究色、香、味究色、香、味1.第一第一阶阶段段简单调简单调味品味品酱酱油、醋、油、醋、酱酱，80100鲜鲜度味精度味精 及天然香料及天然香料 第二第二阶阶段段高高浓浓度及新度及新颖调颖调味品味品酵母抽提物、酵母抽提物、动动植物抽提物植物抽提物HVP、HAP、120400鲜鲜度味精。度味精。我国我国调调味品的味品的发发展展历历史史2.优优点：点：方便、快捷、开启即食、方便、快捷、开启即食、省省时时省事、增加食欲和享受感。省事、增

2、加食欲和享受感。这阶这阶段的段的调调味料用途广泛，包括用于烹味料用途广泛，包括用于烹饪饪及及强强化化风风味等。味等。国内味精生国内味精生产产以粮食以粮食为为原料，成本原料，成本为为1.2万元万元/吨，吨，国外国外8000元元/吨。吨。第三第三阶阶段段复合复合调调味料味料各种各种鸡鸡精、牛肉精、精、牛肉精、虾虾精精、食用香精香料等。食用香精香料等。3.第四章第四章 味精生味精生产产 第一第一节节 概述概述 一、味精及其生理作用一、味精及其生理作用 1.味精的种味精的种类类 按谷氨酸的含量分按谷氨酸的含量分类类：99%、95%、90%、80%四种四种按外按外观观形状分形状分类类：结结晶味精、粉末味

3、精晶味精、粉末味精 4.2.味精的生理作用和安全性味精的生理作用和安全性 （1）参与人体代）参与人体代谢谢活活动动：合成氨基酸合成氨基酸 （2）作）作为为能源能源 （3）解氨毒）解氨毒 谷氨酸谷氨酸+NH3 谷氨谷氨酰酰胺胺 +水水味精的毒性味精的毒性试验试验表明是安全的。表明是安全的。5.第一代第一代鲜鲜味料味料6.第二代第二代鲜鲜味料味料7.第三代第三代鲜鲜味料味料8.二、味精的生二、味精的生产产方法方法 味精的生味精的生产产方法：方法：水解法、水解法、发发酵法、合成法和提取法。酵法、合成法和提取法。1.水解法水解法 原理：原理：蛋白蛋白质质原料原料经经酸水解生成谷氨酸，利用谷氨酸酸水解生

4、成谷氨酸，利用谷氨酸盐盐酸酸盐盐在在盐盐酸中的溶解度最小的性酸中的溶解度最小的性质质，将谷氨酸分离提取出来，再，将谷氨酸分离提取出来，再经经中和中和处处理制成味精。理制成味精。生生产产上常用的蛋白上常用的蛋白质质原料原料面筋、大豆及玉米等。面筋、大豆及玉米等。水解水解 中和、提取中和、提取 蛋白蛋白质质原料原料 谷氨酸谷氨酸 味精味精 9.2.发发酵法酵法 原理：原理：淀粉淀粉质质原料水解生成葡萄糖，或直接以糖蜜或醋酸原料水解生成葡萄糖，或直接以糖蜜或醋酸为为原料，利用谷氨酸生原料，利用谷氨酸生产产菌生物合成谷氨酸，然后中和、提取菌生物合成谷氨酸，然后中和、提取制得味精。制得味精。淀粉淀粉质质

5、原料原料糖液糖液谷氨酸谷氨酸发发酵酵中和中和 味精味精10.3.合成法合成法 4.提取法提取法 丙丙烯烯氧化、氨化氧化、氨化丙丙烯烯睛睛谷氨酸谷氨酸味精味精 原理：原理：石油裂解气丙石油裂解气丙烯烯氧化氨化生成丙氧化氨化生成丙烯腈烯腈，通，通过羰过羰化、化、氰氰氨化、水解等反氨化、水解等反应应生成消旋谷氨酸，再生成消旋谷氨酸，再经经分割制成分割制成L-谷氨酸，谷氨酸，然后制成味精。然后制成味精。原理：原理：以以废废糖蜜糖蜜为为原料，先将原料，先将废废糖蜜中的蔗糖回收，再将糖蜜中的蔗糖回收，再将废废液液用碱法水解用碱法水解浓缩浓缩，提取谷氨酸，然后制得味精。，提取谷氨酸，然后制得味精。水解、水解

6、、浓缩浓缩 中和中和 废废糖蜜糖蜜谷氨酸谷氨酸味精味精 提取提取11.第二第二节节 淀粉水解糖液的制淀粉水解糖液的制备备 一、制一、制备备方法方法1.酸解法酸解法原理：原理：以无机酸或有机酸以无机酸或有机酸为为催化催化剂剂，在高温高，在高温高压压下将淀粉下将淀粉转转化化 为为葡萄糖的方法。葡萄糖的方法。优优点：点：生生产产方便、方便、设备设备要求要求简单简单、水解、水解时间时间短、短、设备设备生生产产能力大。能力大。缺点：缺点：要求要求设备设备耐腐耐腐蚀蚀、耐高温、耐高、耐高温、耐高压压，对对原料要求原料要求严严格、易格、易发发生付反生付反应应、淀粉、淀粉转转化率低。化率低。12.2.酸酸酶酶

7、法法 原理：原理：先将淀粉水解成糊精或低聚糖，再用糖化先将淀粉水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶酶将其水解成将其水解成 葡萄糖。葡萄糖。适用性：适用性：淀粉淀粉颗颗粒粒较坚较坚硬，用硬，用酶酶水解需水解需较长时间较长时间的原料。的原料。如玉米、小麦等谷物淀粉。如玉米、小麦等谷物淀粉。特点：特点：酸液化速度快，酸液化速度快，产产品品颜颜色浅、糖液色浅、糖液质质量高，但水解量高，但水解时间较长时间较长。13.3.酶酶解法解法 4.双双酶酶法法原理：原理：先将淀粉乳用先将淀粉乳用-淀粉淀粉酶酶液化，然后用酸将其水解成液化，然后用酸将其水解成 葡萄糖。葡萄糖。适用性：适用性：适于大米或粗淀粉原料，可省去其

8、精制适于大米或粗淀粉原料，可省去其精制过过程，避免淀粉在加工程，避免淀粉在加工过过程中的流失。程中的流失。原理：原理：先用淀粉先用淀粉酶酶将原料水解成糊精或低聚糖，再用糖化将原料水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶酶将后者水解成葡萄糖。将后者水解成葡萄糖。特点：特点：水解条件温和，不要求水解条件温和，不要求设备设备耐腐耐腐蚀蚀、耐高、耐高、耐高、耐高压压，对对原料要求粗放，但生原料要求粗放，但生产产周期周期长长。14.二、酸解法制糖工二、酸解法制糖工艺艺 1.酸解法制糖原理酸解法制糖原理 以酸以酸为为催化催化剂剂，在高温条件下，淀粉，在高温条件下，淀粉发发生水解反生水解反应应，-1，4糖糖苷苷键键和

9、和 -1，6糖苷糖苷键键被切断，淀粉被切断，淀粉链链逐逐渐变渐变短，淀粉先短，淀粉先变为变为糊糊精、低聚糖、麦芽糖，最后生成葡萄糖。精、低聚糖、麦芽糖，最后生成葡萄糖。在整个水解在整个水解过过程中，由于受酸和程中，由于受酸和热热的作用，一部分葡萄糖的作用，一部分葡萄糖发发生复合反生复合反应应和分解反和分解反应应，如下所示：，如下所示：复合反复合反应应 分解反分解反应应复合低聚糖复合低聚糖 葡萄糖葡萄糖 有机酸、有色物有机酸、有色物 淀粉淀粉15.2.淀粉酸水解工淀粉酸水解工艺艺 工工艺艺流程流程原料（淀粉、水、酸）原料（淀粉、水、酸）调浆调浆糖化糖化冷却冷却中和、脱色中和、脱色滤滤除除杂杂糖液

10、糖液 水解条件水解条件 在淀粉酸解在淀粉酸解过过程中，必程中，必须须先将淀粉原料先将淀粉原料调调成成粉粉浆浆，保持一定，保持一定的的浓浓度和酸度度和酸度，然后将料液，然后将料液泵泵入糖化入糖化锅锅，在一定条件下，在一定条件下进进行行水解糖化。水解糖化。16.淀粉乳淀粉乳浓浓度的度的选择选择淀粉水解淀粉水解时时，淀粉乳的，淀粉乳的浓浓度越低，水解液的葡萄糖度越低，水解液的葡萄糖值值越高，越高，糖液色糖液色泽泽越浅。淀粉乳的越浅。淀粉乳的浓浓度高，易度高，易发发生复合分解反生复合分解反应应，故一般控制在故一般控制在1011 Be。酸的种酸的种类类和影响和影响常用的酸：常用的酸：盐盐酸、硫酸和草酸。

11、酸、硫酸和草酸。催化效率：催化效率：盐盐酸最酸最强强，其次是硫酸、草酸。，其次是硫酸、草酸。17.催化能力催化能力强强，但中和后，但中和后产产生生氯氯化物，化物，增加糖液灰分，影响增加糖液灰分，影响结结晶、分离和收率。晶、分离和收率。颜颜色浅。色浅。催化能力催化能力较较强强，但用硫酸，但用硫酸钙钙中和中和时时,生成生成的硫酸的硫酸钙钙在蒸在蒸发时发时易生成易生成结结垢，影响垢，影响传热传热。催化能力催化能力较较低，用碳酸低，用碳酸钙钙中和中和时时，生成，生成的草酸可基本的草酸可基本钙钙本除去，糖液本除去，糖液纯纯度高，度高，颜颜色浅。色浅。盐盐 酸酸 硫硫 酸酸 草草 酸酸18.酸的添加方法酸

12、的添加方法添加方法不同，添加方法不同，对对水解有很大影响。一般是先将水解有很大影响。一般是先将1/3左右的酸左右的酸用水稀用水稀释释后放入后放入锅锅内，其余酸放入粉内，其余酸放入粉浆浆中，再中，再泵泵入糖化入糖化锅进锅进行糖化。行糖化。酸的添加量和添加法酸的添加量和添加法加酸量加酸量以淀粉乳的以淀粉乳的pH值为值为指指标标，当采用，当采用1011 Be的淀粉的淀粉 乳乳时时，控制，控制pH值值在在1.5左右。左右。19.压压力和力和时间时间的的选择选择 糖化糖化压压力与水解反力与水解反应应速度成正比，速度成正比，压压力升高，水解反力升高，水解反应应速度速度加快，反加快，反应时间应时间短；反之，

13、短；反之，压压力降低，反力降低，反应时间应时间加加长长。高温短高温短时间时间是最佳的水解方法，蒸汽是最佳的水解方法，蒸汽压压力一般力一般为为245392KPa。糖化糖化设备设备的的选择选择 糖化糖化锅锅的的结结构构对对糖液糖液质质量有直接的影响。若糖化量有直接的影响。若糖化锅锅的体的体积积太大，太大，进进出料的出料的时间长时间长，使淀粉水解，使淀粉水解时间时间差差别别大，部分先水解大，部分先水解的生成的葡萄糖易的生成的葡萄糖易发发生复合分解反生复合分解反应应。因此，一般味精厂采用的糖化因此，一般味精厂采用的糖化锅锅径高比径高比为为1：1.52.5。20.水解糖液的中和、脱色和除水解糖液的中和、

14、脱色和除杂杂 在淀粉水解的同在淀粉水解的同时时，淀粉原料中的其它物，淀粉原料中的其它物质质，如蛋白，如蛋白质质、脂肪、脂肪、纤维纤维素、无机素、无机盐盐等也等也发发生生变变化，所生成的物化，所生成的物质质影响糖液的影响糖液的纯纯度。如氨基酸能与葡萄糖的分解度。如氨基酸能与葡萄糖的分解产产物反物反应应，形成色素，使糖液，形成色素，使糖液色色泽泽加深。故水解糖液必加深。故水解糖液必须须加以中和、脱色和除加以中和、脱色和除杂杂。中和中和淀粉水解糖化后，糖化液温度很高（淀粉水解糖化后，糖化液温度很高（140150），），经经冷却后冷却后才能中和。才能中和。中和的目的是中和的目的是降低糖化液酸度降低糖化

15、液酸度，调节调节pH值值。生。生产产中常用的中和中常用的中和剂剂有有纯纯碱、碱、氢氢氧化氧化钠钠溶液，中和温度控制在溶液，中和温度控制在80，终终点点pH控制控制在在4.05.0。21.脱色和除脱色和除杂杂水解糖液中的水解糖液中的杂质杂质不不仅对仅对谷氨酸谷氨酸发发酵不利，而且影响谷氨酸的酵不利，而且影响谷氨酸的提提纯纯。糖液脱色方法糖液脱色方法活性炭吸附法活性炭吸附法离子交离子交换树换树脂脱色法。脂脱色法。活性炭的用量活性炭的用量为为0.2%0.8%，脱色温度，脱色温度为为7080。在脱色在脱色过过程中要保程中要保证证一定一定时间时间的的搅搅拌，使活性炭充分起作用。拌，使活性炭充分起作用。2

16、2.三、双三、双酶酶法制糖工法制糖工艺艺 双双酶酶法制糖工法制糖工艺艺主要包括淀粉的液化和糖化两个步主要包括淀粉的液化和糖化两个步骤骤。1.淀粉的液化淀粉的液化 在在-淀粉淀粉酶酶的作用将淀粉水解生成糊精和低聚糖。的作用将淀粉水解生成糊精和低聚糖。升温液化法升温液化法 将淀粉乳（将淀粉乳（30%40%）调调整整pH为为6.06.5，加入，加入CaCl2，使，使Ca2+达到达到0.01mol/l，加入定量的液化，加入定量的液化酶酶，在保持，在保持剧剧烈的烈的搅搅拌下，加拌下，加热热到到8090，保持，保持30min左右，达到所需的液化程度，然后升温至左右，达到所需的液化程度，然后升温至100，灭

17、灭酶酶10min。淀粉液化的方法淀粉液化的方法升温液化法、高温液化法、升温液化法、高温液化法、喷喷射液化法和分段液化法。射液化法和分段液化法。23.2.糖化糖化 高温液化法高温液化法 将淀粉将淀粉调调整好整好pH和和Ca2+浓浓度，加入所需的液化度，加入所需的液化酶酶，用，用泵泵将其将其打入液化桶（桶内有打入液化桶（桶内有90的的热热水），淀粉受水），淀粉受热热糊化、液化。由糊化、液化。由桶低流入保温桶，桶低流入保温桶，90保温保温40min,达到所需的液化程度。达到所需的液化程度。糖化温度和糖化温度和pH 取决于所用糖化取决于所用糖化剂剂的性的性质质，若用曲霉糖化，若用曲霉糖化剂剂，温度，温

18、度 控制在控制在60，pH 为为4.04.5；若用根霉糖化；若用根霉糖化剂剂，温度，温度 控制在控制在55，pH 为为5.0以下。以下。在在实际实际生生产产中，根据中，根据酶酶的特性，尽量的特性，尽量选选用用较较高的糖化温度，高的糖化温度，这样这样可以加快糖化速度，减少可以加快糖化速度，减少杂杂菌菌污污染的机会。染的机会。24.第三第三节节 谷氨酸谷氨酸发发酵菌酵菌 短杆菌属短杆菌属 细细胞胞为为短的不分支的直杆菌，大多数不运短的不分支的直杆菌，大多数不运动动，革，革兰兰氏染色阳性。氏染色阳性。一、谷氨酸一、谷氨酸发发酵菌的特征和分酵菌的特征和分类类 谷氨酸谷氨酸发发酵菌分属于棒杆菌属、短杆菌

19、属、小酵菌分属于棒杆菌属、短杆菌属、小节节菌属和菌属和节节杆杆菌属中的菌属中的细细菌。菌。棒杆菌属棒杆菌属 细细胞胞为为直或微弯的杆菌，常呈一端膨大的棒状，不运直或微弯的杆菌，常呈一端膨大的棒状，不运动动，革，革兰兰氏染色阳性。例如，氏染色阳性。例如，AS.1.299，AS.1.542等。等。25.节节杆菌属杆菌属 主要特点是在培养主要特点是在培养过过程中出程中出现细现细胞形胞形态态由球菌由球菌变变杆菌，由杆菌杆菌，由杆菌变变球菌。一般不运球菌。一般不运动动。小小节节菌属菌属 为为杆状菌，形状和排列都和棒杆菌相似，有杆状菌，形状和排列都和棒杆菌相似，有时时呈球杆菌状。呈球杆菌状。我国谷氨酸我国

20、谷氨酸发发酵生酵生产产中使用的菌株主要有北京棒杆菌中使用的菌株主要有北京棒杆菌AS.1.299钝齿钝齿棒杆菌棒杆菌AS.1.542、HU7251、672等。等。26.二、谷氨酸菌种的二、谷氨酸菌种的扩扩大培养大培养 培养基成分培养基成分培养基成分培养基成分 AS.1.299 AS1.542 HU7251 AS.1.299 AS1.542 HU7251或或或或B9 672B9 672蛋白蛋白蛋白蛋白胨胨胨胨（%）1 1 1 1 1 1 1 1牛肉膏（牛肉膏（牛肉膏（牛肉膏（%）1 0.5 1 1 1 0.5 1 1氯氯氯氯化化化化钠钠钠钠（%）0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.

21、5 0.5葡萄糖（葡萄糖（葡萄糖（葡萄糖（%）0.1 0.1 0.1 0.1 琼琼琼琼脂（脂（脂（脂（%）2 2 2.7 2 2 2 2.7 2pH 7.07.2 7.0 7.07.2 7.0pH 7.07.2 7.0 7.07.2 7.0普遍采用二普遍采用二级级种子培养流程种子培养流程:即即 斜面菌种斜面菌种一一级级种子培养种子培养二二级级种子培养种子培养发发酵罐酵罐 1.菌种的菌种的扩扩大培养大培养斜面菌种培养：斜面菌种培养：32培养培养1824h27.一一级级种子的培养种子的培养 二二级级种子的培养种子的培养 将培养好的培养基分装于将培养好的培养基分装于1000ml三角瓶中，每瓶装三角瓶

22、中，每瓶装200250ml液体培养基，瓶口用液体培养基，瓶口用6层纱层纱布加一布加一层绒层绒布包扎，在布包扎，在0.1MPa的蒸的蒸汽汽压压下下灭灭菌菌30min。每只斜面菌种接种。每只斜面菌种接种3只一只一级级种子三角瓶。种子三角瓶。接种后，接种后，32振振荡荡培养培养12h。培养好的一。培养好的一级级种子放在种子放在4冰箱冰箱备备用。用。通常使用种子罐培养，种子罐的大小是根据通常使用种子罐培养，种子罐的大小是根据发发酵罐的容酵罐的容积积配套配套确定的。二确定的。二级级种子的数量是种子的数量是发发酵培养液体酵培养液体积积的的1%。二。二级级种子种子的培养温度的培养温度为为32，时间为时间为7

23、10h。28.2.、种子的、种子的质质量要求量要求 镜检镜检菌体健壮，排列整菌体健壮，排列整齐齐，大小均匀，呈，大小均匀，呈单单个或八字形排列。个或八字形排列。革革兰兰氏染色阳性。氏染色阳性。二二级级种子的活菌种子的活菌浓浓度要求达到度要求达到108109个个/ml。要求二要求二级级种子活力旺盛，种子活力旺盛，对对数期种子的呼吸数期种子的呼吸强强度（度（QO2）大于大于1000 lO2/mlh。平板平板检查检查，菌落蛋黄色，中，菌落蛋黄色，中间间隆起，表面湿隆起，表面湿润润，有光，有光泽泽，边缘边缘整整齐齐，呈半透明状。，呈半透明状。小小摇摇瓶瓶发发酵酵试验试验，产产酸酸稳稳定，并在高峰。定，

24、并在高峰。29.第四第四节节 谷氨酸谷氨酸发发酵机制及工酵机制及工艺艺控制控制 一、谷氨酸生物合成途径一、谷氨酸生物合成途径 谷氨酸谷氨酸发发酵是糖的需氧氧化和氨同化的生物化学酵是糖的需氧氧化和氨同化的生物化学过过程，程，包括包括糖解途径（糖解途径（EMP途径），磷酸己糖途径（途径），磷酸己糖途径（HMP途径），途径），三三羧羧酸循酸循环环途径（途径（TCA循循环环），乙），乙醛醛酸循酸循环环，CO2固定反固定反应应等。等。30.在谷氨酸在谷氨酸发发酵酵时时，糖酵解，糖酵解经过经过EMP及及HMP两个途径两个途径进进行。行。生物素充足菌生物素充足菌HMP途径所占的比例是途径所占的比例是38%生

25、物素生物素亚亚适量适量EMP途径所占的比例更大途径所占的比例更大74%。HMP途径所占比例途径所占比例约为约为26。由葡萄糖生物合成谷氨酸的代由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢谢途径途径见见下下图图。31.由由葡葡萄萄糖糖生生物物合合成成谷谷氨氨酸酸32.二、谷氨酸生二、谷氨酸生产产原料原料 包括包括碳源、氮源、无机碳源、氮源、无机盐盐和生和生长长因子因子等。等。发发酵原料的酵原料的选择选择原原则则 首先考首先考虑虑菌体生菌体生长长繁殖的繁殖的营营养；养；考考虑虑到有利于谷氨酸的大量到有利于谷氨酸的大量积积累；累；还还要考要考虑虑原料丰富，价格便宜；原料丰富，价格便宜；发发酵周期短，酵周期短，产产品

26、易提取等因素。品易提取等因素。33.1.1.碳源碳源 它是构成微生物它是构成微生物细细胞和合成谷氨酸的碳架及能量的胞和合成谷氨酸的碳架及能量的营营养物养物质质。谷氨酸。谷氨酸产产生菌是异养型微生物，只能从有机生菌是异养型微生物，只能从有机化合物中取得碳素，并以氧化分解有机化合物化合物中取得碳素，并以氧化分解有机化合物产产生的生的能量供能量供给细给细胞生胞生长长需要。需要。碳源的种碳源的种类类很多，常用的有很多，常用的有糖糖类类、脂肪、有机酸、脂肪、有机酸、某些醇某些醇类类和和烃类烃类。34.2.2.氮源氮源 一般的一般的发发酵工酵工业业碳氮比碳氮比为为100100：0.20.22 2，谷氨酸，

27、谷氨酸发发酵的酵的碳氮比碳氮比为为100100：0.50.52.02.0，当碳氮比，当碳氮比为为100100：0.50.52.02.0时时，只能合成菌体，而不只能合成菌体，而不产产谷氨酸。碳氮比在谷氨酸。碳氮比在100100：11l11l以上以上时时，才开始才开始积积累谷氨酸。累谷氨酸。氮源种氮源种类类：无机氮和有机氮无机氮和有机氮。无机氮有无机氮有氨水、尿素、硫酸氨水、尿素、硫酸铵铵、碳酸、碳酸铵铵、氯氯化化铵铵；硝酸；硝酸铵铵等。等。菌体利用无机氮源菌体利用无机氮源较较有机氮源迅速，有机氮源迅速，铵铵氮、尿素氮比硝基氮氮、尿素氮比硝基氮优优越，越，目前生目前生产产上多采用尿素上多采用尿素为

28、为氮源，采用分批流加，其初尿用量是根氮源，采用分批流加，其初尿用量是根据菌种的据菌种的脲脲酶酶的的强强弱及耐尿程度决定。弱及耐尿程度决定。35.注：注：尿素流加尿素流加时时温度不宜温度不宜过过高高(不超不超过过45)45)，否，否则则游离氨游离氨过过多，多，使初使初pHpH过过高，抑制菌体生高，抑制菌体生长长。发发酵初尿流加酵初尿流加应应在培养液冷却至室温在培养液冷却至室温后加入，以防止温度高，尿素分解，后加入，以防止温度高，尿素分解，pHpH升高，生成不溶性磷酸升高，生成不溶性磷酸铵铵镁盐镁盐。3.3.无机无机盐盐 微生物所需要的无机微生物所需要的无机盐盐有硫酸有硫酸盐盐、磷酸、磷酸盐盐、氯

29、氯化物以及含化物以及含钾钾、钠钠、镁镁、铁铁的化合物等。有的的化合物等。有的还还需要微量元素，如需要微量元素，如铁铁、锰锰、锌锌、铜铜、钴钴、硼等。、硼等。36.工工业业生生产产上常用的上常用的无机磷有无机磷有K2HP043H20或或Na2HP0412H20。镁镁是很多是很多酶酶促反促反应应中的无机激活中的无机激活剂剂。硫是构成蛋白硫是构成蛋白质质和某些和某些酶酶的活性基。的活性基。钠钠在培养基中起着在培养基中起着调节调节渗透渗透压压的作用。的作用。锰锰是是许许多多酶酶的激活的激活剂剂，其需要量极少，一般培养基中使用，其需要量极少，一般培养基中使用MnS044H20其其浓浓度度为为2mg/kg

30、2mg/kg。4.4.生生长长因子因子 微生物生微生物生长长所不可缺少的微量的有机物称所不可缺少的微量的有机物称为为生生长长因子，包括因子，包括氨基酸、氨基酸、嘌嘌呤、呤、维维生素生素等，一般谷氨酸等，一般谷氨酸产产生菌生菌绝绝大多数大多数为为生物生物素缺陷型，以生物素素缺陷型，以生物素为为生生长长因子。因子。37.三、谷氨酸三、谷氨酸发发酵条件的控制酵条件的控制 谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸发发发发酵条件包括酵条件包括酵条件包括酵条件包括温度、温度、温度、温度、pHpHpHpH、菌、菌、菌、菌龄龄龄龄及接种量、通及接种量、通及接种量、通及接种量、通风风风风及及及及搅搅搅搅拌、拌、拌、拌、氧的氧的

31、氧的氧的传递传递传递传递、泡沫的控制、泡沫的控制、泡沫的控制、泡沫的控制等。用等。用等。用等。用发发发发酵条件来控制酵条件来控制酵条件来控制酵条件来控制发发发发酵酵酵酵过过过过程中各种程中各种程中各种程中各种化学及生物化学反化学及生物化学反化学及生物化学反化学及生物化学反应应应应的方向和速度，以达到的方向和速度，以达到的方向和速度，以达到的方向和速度，以达到预预预预期的生期的生期的生期的生产产产产目的。目的。目的。目的。1.1.1.1.温度的控制温度的控制温度的控制温度的控制 各种微生物在一定的条件下都有一个最适生各种微生物在一定的条件下都有一个最适生各种微生物在一定的条件下都有一个最适生各种

32、微生物在一定的条件下都有一个最适生长长长长温度范温度范温度范温度范围围围围。所。所。所。所谓谓谓谓最适生最适生最适生最适生长长长长温度温度温度温度是生物化学反是生物化学反是生物化学反是生物化学反应应应应速度最高，速度最高，速度最高，速度最高，酶酶酶酶蛋白的蛋白的蛋白的蛋白的钝钝钝钝化最低的化最低的化最低的化最低的协协协协调调调调平衡温度。微生物种平衡温度。微生物种平衡温度。微生物种平衡温度。微生物种类类类类不同，所要求的温度范不同，所要求的温度范不同，所要求的温度范不同，所要求的温度范围围围围不同；同一种不同；同一种不同；同一种不同；同一种微生物，在不同培养条件下其最适温度也往往不同。微生物，

33、在不同培养条件下其最适温度也往往不同。微生物，在不同培养条件下其最适温度也往往不同。微生物，在不同培养条件下其最适温度也往往不同。谷氨酸菌的最适生谷氨酸菌的最适生长长温度与温度与产产物生成所需温度不同。其最适物生成所需温度不同。其最适生生长长温度温度为为303032C32C，谷氨酸形成的最适温度，谷氨酸形成的最适温度为为343437C37C。在谷氨。在谷氨酸酸发发酵前期，若温度酵前期，若温度过过高，菌种易衰老，耗糖慢，谷氨酸高，菌种易衰老，耗糖慢，谷氨酸38.产产量低。因此，前期温度上升要量低。因此，前期温度上升要缓缓慢。在慢。在发发酵中期，温度上升要酵中期，温度上升要快，后期逐快，后期逐渐缓

34、渐缓和。在和。在发发酵中、后期，若酵中、后期，若发发酵温度太低，酵温度太低，则发则发酵酵周期周期长长，且利于，且利于产产酸。所以，在生酸。所以，在生产产上可根据菌种特点，采用二上可根据菌种特点，采用二级级或三或三级级管理温度，即管理温度，即发发酵前期酵前期长长菌体菌体阶阶段控制在段控制在30323032，发发酵中、后期酵中、后期为为34343737。2.2.发发酵酵过过程中程中pHpH的控制的控制 谷氨酸谷氨酸发发酵在中性和微碱性条件下可酵在中性和微碱性条件下可积积累谷氨酸，而在酸性条累谷氨酸，而在酸性条件下件下则则容易形成谷容易形成谷酰酰胺和胺和NN乙乙酰酰谷谷酰酰胺。胺。发发酵酵过过程中，

35、培养液程中，培养液中的糖分被利用，氧化成中中的糖分被利用，氧化成中间产间产物有机酸，物有机酸，pHpH下降。有机氮被利下降。有机氮被利用，用，释释放氨，放氨，则则pHpH升高。因此，由于菌种的新升高。因此，由于菌种的新陈陈代代谢谢，培养液成，培养液成分不断分不断变变化，化，pHpH有有时时升高，有升高，有时时降低。降低。39.pHpH的的变变化：化：发发酵前期酵前期pHpH低，菌体生低，菌体生长长旺盛，只旺盛，只长长菌不菌不产产酸。酸。发发酵前期酵前期pHpH过过高高(8(80 0以上以上)，则对则对菌体生菌体生长长不利，糖代不利，糖代谢缓谢缓慢，慢，发发酵酵时间时间延延长长。但在。但在发发酵

36、前期酵前期pHpH稍高些，稍高些，对对抑制抑制杂杂菌生菌生长长有利。因此有利。因此发发酵前期酵前期应应控制控制pHpH为为7 75 5左右。左右。发发酵中、后期酵中、后期控制控制pH7pH72 2左右，因左右，因为为谷氨酸脱谷氨酸脱氢氢酶酶的最适作用的最适作用pHpH为为7 70 07 72 2，氨基，氨基转转移移酶酶的最适作用的最适作用pHpH为为7 72 27 74 4。若。若发发酵后期酵后期pHpH较较高高(7(75 58 80)0)，菌体自溶，谷氨酸，菌体自溶，谷氨酸转转成谷氨成谷氨酰酰胺。通常胺。通常采用氨水流加法和尿素流加法采用氨水流加法和尿素流加法调节调节pHpH。3.3.菌菌龄

37、龄及接种量的控制及接种量的控制 菌菌龄龄是指种子的培养是指种子的培养时间时间。微生物的生。微生物的生长长大致可分大致可分为为适适应应期、期、对对数期、数期、稳稳定期、衰老期。所接的菌种定期、衰老期。所接的菌种处处于哪个生于哪个生长阶长阶段段对对适适应应期的期的长长短有很大影响，若用短有很大影响，若用处处于活力旺盛的于活力旺盛的40.对对数期的谷氨酸菌种数期的谷氨酸菌种为为种子，可种子，可缩缩短适短适应应期。若菌期。若菌龄过长龄过长，则则菌种活力降低，代菌种活力降低，代谢产谢产物增多。物增多。种种龄龄：一一级级种子菌种子菌龄龄控制在控制在111112h12h，二，二级级种子菌种子菌龄为龄为7 7

38、8h8h。种量：种量：指接入指接入发发酵罐内种子的量占酵罐内种子的量占发发酵罐内酵罐内发发酵培养基量的百酵培养基量的百分比。接种量的多少分比。接种量的多少对对适适应应期的延期的延续时间续时间也有很大的影响。接也有很大的影响。接种量一般以种量一般以1 1为为好。种量好。种量过过多，使菌体生多，使菌体生长长速度速度过过快，菌体快，菌体娇娇嫩，不嫩，不强强壮，提前衰老自溶，后期壮，提前衰老自溶，后期产产酸不高；如果接种量酸不高；如果接种量过过少，少，则则菌体增菌体增长缓长缓慢，会慢，会导导致致发发酵酵时间时间延延长长，容易染菌。，容易染菌。4.4.通通风风量与量与搅搅拌速度的控制拌速度的控制 谷氨酸

39、谷氨酸产产生菌是兼性好氧菌，它生菌是兼性好氧菌，它进进行呼吸和合成行呼吸和合成细细胞物胞物质时质时需需要氧气。因此，在要氧气。因此，在进进行谷氨酸行谷氨酸发发酵酵时时，需要大量供，需要大量供给给菌体生菌体生长长及及发发酵所需的氧。谷氨酸菌只能利用溶解氧，而氧是酵所需的氧。谷氨酸菌只能利用溶解氧，而氧是难难溶于水的气溶于水的气41.体，所以在体，所以在发发酵酵过过程中，需要不断程中，需要不断补补充无菌空气。不同的种充无菌空气。不同的种龄龄、接种量，培养基成分，接种量，培养基成分，发发酵酵阶阶段及段及发发酵罐，要求通酵罐，要求通风风量不同。量不同。菌体生菌体生长长繁殖期：繁殖期：要求溶氧系数要求溶

40、氧系数KdKd为为(4(46)X10-7molO26)X10-7molO2(mLminatm)(mLminatm)；谷氨酸形成谷氨酸形成阶阶段：段：溶氧系数溶氧系数为为(1.5(1.51.8)1.8)X106mol02(mLminatm)(mLminatm)。在在长长菌菌阶阶段，若供氧段，若供氧过过量，在生物素限量下，抑制菌体生量，在生物素限量下，抑制菌体生长长，表表现为现为耗糖慢，耗糖慢，长长菌慢，菌慢，pHpH偏高，且不易下降。在偏高，且不易下降。在发发酵酵产产酸酸阶阶段，需要大量供氧，如通气量不足，往往表段，需要大量供氧，如通气量不足，往往表现现出出pHpH低，耗糖快，低，耗糖快，长长菌

41、不菌不产产酸，而酸，而积积累乳酸和琥珀酸。而累乳酸和琥珀酸。而这时这时通气量通气量过过大，也不大，也不利于利于r r酮酮戊二酸戊二酸进进一步一步还还原氨基化，而大量原氨基化，而大量积积累。累。-酮酮戊二酸。戊二酸。因此，只有在适量通气条件下，才有可能大量因此，只有在适量通气条件下，才有可能大量积积累谷氨酸。累谷氨酸。42.溶解氧的控制：溶解氧的控制：大小是由大小是由通通风风与与搅搅拌拌两方面决定的，与两方面决定的，与搅搅拌器的型式、直径大小、拌器的型式、直径大小、搅搅拌拌转转速、速、搅搅拌器在拌器在发发酵罐内的相酵罐内的相对对位置因素等有关。一般位置因素等有关。一般搅搅拌器直径大，拌器直径大，

42、转转速快，溶氧系数大。速快，溶氧系数大。所以，增大所以，增大搅搅拌拌转转速比增加通速比增加通风风量量对对溶氧系数提高更溶氧系数提高更为显为显著。著。具体操作：具体操作：发发酵前期，以低通酵前期，以低通风风量量为为宜；宜；发发酵中、后期，以高通酵中、后期，以高通风风量量为为好。好。当培养基当培养基浓浓度高、度高、营营养丰富、生物素用量大养丰富、生物素用量大时时，应应采用高通采用高通风风量。当菌体生量。当菌体生长缓长缓慢、慢、pHpH偏高偏高时时，应应减少通减少通风风量，或停止量，或停止搅搅拌，拌，以利于以利于长长菌。当菌体生菌。当菌体生长长快、耗糖快快、耗糖快时时，应应提高通提高通风风量，以抑制

43、量，以抑制生生长长和和满满足合成谷氨酸所必足合成谷氨酸所必须须的足的足够够能量。能量。43.5.5.泡沫的控制泡沫的控制 在好气在好气发发酵中，由于通酵中，由于通风风和和搅搅拌拌产产生一定量的小气泡，泡沫生一定量的小气泡，泡沫过过多会多会带带来一系列的来一系列的问题问题，影响，影响发发酵的正常酵的正常进进行。所以，需要行。所以，需要控制泡沫的控制泡沫的产产生。生。消除泡沫的方法：消除泡沫的方法：一是机械消泡一是机械消泡 即借助机械力将泡沫打破，或借即借助机械力将泡沫打破，或借压压力力变变化使泡化使泡沫破裂。它的沫破裂。它的优优点是不用在点是不用在发发酵液中加其他物酵液中加其他物质质，节节省原料

44、省原料(消泡消泡剂剂)，减少，减少污污染机会。但此法不能从根本上消除引起泡沫的因素，染机会。但此法不能从根本上消除引起泡沫的因素，消泡效果不如化学消泡好。消泡效果不如化学消泡好。二是化学消泡二是化学消泡剂剂消泡消泡 利用消泡利用消泡剂进剂进行消泡，其作用机理是当行消泡，其作用机理是当消泡消泡剂剂与气泡膜面接触与气泡膜面接触时时，使泡膜局部的表面，使泡膜局部的表面张张力降低，力的平力降低，力的平衡受破坏，气泡破裂，衡受破坏，气泡破裂，产产生气泡合并，最后生气泡合并，最后导导致泡沫破致泡沫破灭灭。44.常用的消泡常用的消泡剂剂：植物油植物油(豆油、花生油等豆油、花生油等)、矿矿物油物油(石蜡油石蜡

45、油)、合、合成消泡成消泡剂剂(泡泡敌敌)。该该法的法的优优点是消泡效果好，作用迅速，用量少。点是消泡效果好，作用迅速，用量少。缺点是消泡缺点是消泡剂选择剂选择不当会影响菌体生不当会影响菌体生长长繁殖或影响代繁殖或影响代谢产谢产物的物的积积累，操作上增加染菌的机会。累，操作上增加染菌的机会。四、提高谷氨酸四、提高谷氨酸发发酵酵产产率的措施率的措施 1.1.选选育高育高产产菌种菌种 选选育高育高产产菌种是提高谷氨酸菌种是提高谷氨酸发发酵酵产产率的主要途径。国内外都很率的主要途径。国内外都很重重视视菌种的菌种的选选育工作。高育工作。高产产菌株的菌株的选选育可通育可通过过菌种自菌种自发发突突变过变过程

46、程中挑中挑选选出来；也可利用物理或化学出来；也可利用物理或化学诱变剂处诱变剂处理微生物理微生物细细胞群，促胞群，促使其突使其突变变，然后采用快速、高效的，然后采用快速、高效的筛选筛选方法，挑方法，挑选选出符合育种目出符合育种目的的突的的突变变株；株；还还可采用体外可采用体外DNADNA重重组组、原生、原生质质体融合等技体融合等技术术“创创造造”出高出高产产菌。例如，近年来在棒状杆菌中已菌。例如，近年来在棒状杆菌中已检检出若干种出若干种质质粒，如粒，如45.pAM4286pAM4286，pAM330pAM330，pAMl519pAMl519等。用重等。用重组组DNADNA技技术术提高短杆菌和棒提

47、高短杆菌和棒杆菌的谷氨酸杆菌的谷氨酸产产量已量已获获得成功。所得的得成功。所得的转转化子比供体菌提高一倍。化子比供体菌提高一倍。此外，通此外，通过过原生原生质质体融合技体融合技术术也也获获得比得比亲亲株谷氨酸株谷氨酸产产量有所提高量有所提高的融合子。的融合子。高高产产谷氨酸菌株谷氨酸菌株应应具具备备以下特征：以下特征：丧丧失失r r酮酮戊二酸脱戊二酸脱氢氢酶酶的氧化能力；的氧化能力；谷氨酸脱谷氨酸脱氢氢酶酶活力活力强强；氧化氧化还还原氨基化反原氨基化反应应强强；C02 C02固定反固定反应应强强；异异柠柠檬酸脱檬酸脱氢氢酶酶活力活力强强；不分解和利用谷氨酸；不分解和利用谷氨酸；耐高糖、高耐高糖

48、、高浓浓度谷氨酸。度谷氨酸。46.2.2.根据菌种特性控制最适宜的根据菌种特性控制最适宜的发发酵条件酵条件 控制最适宜的控制最适宜的环环境条件是提高境条件是提高发发酵酵产产率的重要条件。在谷氨酸率的重要条件。在谷氨酸发发酵中，酵中，应应根据菌种特性，控制好根据菌种特性，控制好生物素、磷、生物素、磷、N N乩乩1 1、pHpH、氧、氧传传递递速率、排气中速率、排气中CO2CO2和和0202含量、氧化含量、氧化还还原原电电位以及温度位以及温度等，从而等，从而控制好菌体繁殖及控制好菌体繁殖及产产物形成、能量代物形成、能量代谢谢与与产产物合成，副物合成，副产产物与主物与主产产物合成等关系，使底物最大限

49、度地被用来合成主物合成等关系，使底物最大限度地被用来合成主产产物。物。为为了了实实现发现发酵酵过过程工程工艺艺条件最佳化，国外利用条件最佳化，国外利用电电子子计计算机算机进进行行资资料收集，料收集，数据解析、程序控制，从而准确地取数据解析、程序控制，从而准确地取样样、检测检测，并及，并及时处时处理数据，理数据，使操作条件最佳化。使操作条件最佳化。47.3.3.追加糖液法追加糖液法 追加糖液的追加糖液的发发酵法是谷氨酸酵法是谷氨酸发发酵法普遍采用的一种方法。即采酵法普遍采用的一种方法。即采用用较较低的初糖低的初糖浓浓度和大接种量度和大接种量，以利于菌体迅速繁殖，以利于菌体迅速繁殖，获获得生得生产

50、产需要的足需要的足够够强强壮的菌体。然后壮的菌体。然后创创造有利条件，使菌体从造有利条件，使菌体从长长菌菌阶阶段段转转入入产产酸酸阶阶段，段，缩缩短短发发酵酵时间时间。当菌体。当菌体处处在生在生长对长对数期的末期，数期的末期，追加糖液，追加糖液，维维持一定的糖持一定的糖浓浓度，度，继续发继续发酵，酵，则产则产酸率和酸率和转转化率会化率会大大为为提高。提高。另外，另外，还还有添加青霉素流加糖法，以甜菜、糖蜜有添加青霉素流加糖法，以甜菜、糖蜜为为原原料添加吐温法等。料添加吐温法等。48.第五第五节节 噬菌体与噬菌体与杂杂菌的防治菌的防治 一、谷氨酸一、谷氨酸发发酵中噬菌体的酵中噬菌体的污污染与防治