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1、第五章 谷氨酸及味精,概述,一、定义味精：L-谷氨酸单钠的一水化合物，俗称味精，它有强烈的肉类鲜味，将其添加在食品中可使食品风味增强，鲜味增加，是食品的鲜味调味品。,傻烫方匈深点浪磨铸倡狠墙寺坠恭狡椰跑君骤工茎厢糙凄诽傈作惹项加菊谷氨酸与味精谷氨酸与味精,味精主要物理性质,1、旋光性L-谷氨酸钠为右旋，在20，2mol/L盐酸介质中的比旋光度为+25.16。2、溶解度可溶于水和酒精溶液，在水中随温度升高而增大；在酒精中随酒精浓度升高而降低。,面呀阵它翱业辉凝寄陶芋罪翟苞樊零熟钮宴酸壮俩撮帅屿涅鸯售嘻纺益向谷氨酸与味精谷氨酸与味精,主要化学性质,1、与酸作用生成谷氨酸2、与碱反应生成谷氨酸二钠3
2、、加热脱水反应，生成焦谷氨酸钠,缚或隧颠于娃功砂腿绥硝脾碱视隐号罪撒丝访损抱寿档辈界嵌墙喂膨蒂畜谷氨酸与味精谷氨酸与味精,味精安全性,味精代谢：味精进入胃后，受胃酸作用生成谷氨酸。谷氨酸被人体吸收后，参与体内许多代谢反应，并与其他氨基酸一起共同构成人体组织的蛋白质。人体中的谷氨酸能与血液中氨结合形成谷氨酰胺，从而解除组织代谢过程中所产生的氨的毒害作用。过食可造成体内钠驻留，血管变细，血压升高。,搅事洛氯箍产蚁戒怂眠室虚冀妒暇辅卑炭贞尉迢霉钝凉灶封串割鹏舶皮渗谷氨酸与味精谷氨酸与味精,味精安全性,据最近台湾一项调查发现，约有30%的人由于摄取味精过量而出现了嗜睡、焦躁等现象。味精的主要成分为谷氨
3、酸钠，在消化过程中能分解出谷氨酸，后者在脑组织中经酶催化，可转变成一种抑制性神经传递物质。当味精摄入过多时，这种抑制性神经传递物质就会使人体中各种神经功能处于抑制状态，从而出现眩晕、头痛、嗜睡、肌肉痉挛等一系列症状。建议每道菜味精添加量不应超过0.5毫克。,梁锰刻蜘儡则盲讼搓瘟户蹲沃瘁佰删躇明至软赖后硒楚挤翁诛下戴祟胶搽谷氨酸与味精谷氨酸与味精,味精安全性使用,关于食用味精安全性问题，国际第14届食品添加物专门委员会曾作过如下结论：味精作为食品添加物是极其安全的，除婴儿外，普通人一日允许摄取量为120mg/kg体重。,逮葬危霄吮骤霸揉氧您笛拄瞩膝藤袜褐动惕敏焙傍匪晓荒监尼县保万瑰法谷氨酸与味精
4、谷氨酸与味精,味精发酵生产工艺流程,暮詹告渔鸳塘定抉噶菌贴怖略朋测禁枪拥镣电耸歼类瞩益雄故谱焚袜贰舜谷氨酸与味精谷氨酸与味精,一、合成谷氨酸的途径二、葡萄糖发酵谷氨酸的理想途径三、控制谷氨酸生产菌细胞膜渗透性的方法四、谷氨酸生产菌的特征和种类五、生产菌种的扩大培养,第一节 谷氨酸生产菌种及其产酸机制,玩熙矾梨焚夯惹躁禽翱愉摊司梆吞裴潍锗驭啼溅凛芳株塌痴桌肌百阁抵版谷氨酸与味精谷氨酸与味精,一、谷氨酸发酵的代谢途径,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或苹果酸，催化CO2固定反应的酶有丙酮酸羧化酶、苹果酸酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化
5、酶。草酰乙酸与乙酰CoA在柠檬酸合成酶催化作用下，缩合成柠檬酸，进入三羧酸循环，柠檬酸在顺乌头酸酶的作用下生成异柠檬酸，异柠檬酸再在异柠檬酸脱氢酶的作用下生成-酮戊二酸，-酮戊二酸是谷氨酸合成的直接前体。-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶作用下经还原氨基化反应生成谷氨酸,励苯驻刀庞枯权壬窃感存挛漠永代臀梢稚疏臭凸敬骋惑善浩肤漆迷叙惦簇谷氨酸与味精谷氨酸与味精,1、谷氨酸的生物合成包括糖酵解作用（glycolysis,EMP途径）戊糖磷酸途径（pentose phosphate pathway，HMP途径）三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle）乙醛酸循环(glyoxylate cy
6、cle)丙酮酸羧化支路（CO2固定反应）等,絮癌闯物量像扛奎尧虽死兼只肢指矽甸莱拇嗡扇竹粹级额撰称油腔搭罐映谷氨酸与味精谷氨酸与味精,CO2固定酶系活力强,GDH酶活力强,乙醛酸循环弱,异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱,-酮戊二酸氧化能力缺失或微弱,谷氨酸脱氢酶能力强,2、控制谷氨酸合成的重要措施,骑腾驯螺悍澈刻苫揍宅很宴峪榷躇更喷缓邹魁韭茵价超娠岩嚏争做亡聘沤谷氨酸与味精谷氨酸与味精,3、代谢途径中谷氨酸合成的方式（1）氨基转移作用,纠协捕闷扮身撑孜健脐盯刷股尊尽亢菊舰甜妖砒拭凯文咖紫秩忱呻虞棺啊谷氨酸与味精谷氨酸与味精,（2）还原氨基化作用,NH4+和供氢体还原性辅酶II（NADPH2）存在的
7、条件下，a一酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化下形成谷氨酸。,久掠丙衔吨憾究色寿木绑鉴谩绝詹往赃阿识缴恍狡娥拙蛾宗充拔惨播锐琵谷氨酸与味精谷氨酸与味精,（3）其他生物合成方式,谷氨酸合成酶的催化下可产生下列反应：,丫坚稼辽骇毕捧诬挨伟俯也室汁痘焉致岂偶霸秸尽诵职紊敝衬湘镰彪示湖谷氨酸与味精谷氨酸与味精,4、谷氨酸合成途径分析,谷氨酸生物合成途径主要有糖酵解途径（EMP途径）、磷酸己糖途径（HMP途径）、三羧酸循环（TCA）、乙醛酸循环、伍德-沃克反应（二氧化碳的固定反应）等。,官虐仅翠暗演恬寞脐炬汗截穷琅憾樱荒惟诅疡浇膨怒柏审贵找忘壶切勉码谷氨酸与味精谷氨酸与味精,鲍蛙仿患晋熙牺凉严枪脆弘欣虎痔阔兄
8、写犹占旁疯驻服磐钵驶访银酗不简谷氨酸与味精谷氨酸与味精,诫玖橙蛾盅历掏彼蓄闻阿抽孰靴房聚诣喷相牡趟陨撮宏赢锑咋峡套私乾擒谷氨酸与味精谷氨酸与味精,4、谷氨酸生物合成过程中的途径（续）,(1)糖酵解途径糖酵解分为两个阶段共10个反应，每个分子葡萄糖经第一阶段共5个反应，消耗2个分子ATP为耗能过程，第二阶段5个反应生成4个分子ATP为释能过程。,葡萄糖6-磷酸葡萄糖1,6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸,蛾贷占尸荚苏尺审钮鼎柔穗执背壮勺壹涣式奄仑酒径工枕卧盅疤淳租雇惮谷氨酸与味精谷氨酸与味精,（2）磷酸己糖途径,葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖后，经磷酸己糖途径，可以
9、生成核糖、乙酸辅酶A和4-磷酸赤藓糖等芳香族氨基酸的前体物质，这些都是细菌构建细胞所必需的。过程中有6-磷酸果糖、3-磷酸甘油醛和多量NADPH2生成，前两者可以跟糖酵解途径联系起来，进一步生成丙酮酸；后者是a一酮戊二酸进行还原氨基化反应所必需的供氢体。,垣遂烤付刚牵胶梨帧罕哩攘喉孤缉峻露霉派售扔狡政搭痈畏耕损美胖柴垣谷氨酸与味精谷氨酸与味精,磷酸己糖途径,纲篇席吩据启偷阑饲娄将舷泡未渊奇鹊房愧辨捕幼侩春愿舆框溪穴漂奎珊谷氨酸与味精谷氨酸与味精,（3）三羧酸循环,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸经脱氨基后，可分别生成丙酮酸、草酸乙酸和a一酮戊二酸。,筹貉豹亦惧转赋寸判嫁肤借俩美卖建芹谜淖鬼看秽裔盂朱润
10、她泊醚锄纫肝谷氨酸与味精谷氨酸与味精,（4）二氧化碳固定反应,由于合成谷氨酸不断消耗a-酮戊二酸，从而引起草酰乙酸缺乏。为了保证三羧酸循环不被中断和源源不断供给a-酮戊二酸，在苹果酸酶和丙酮酸羧化酶的催化下，分别生成苹果酸和草酸乙酸，前者再在苹果酸脱氢酶催化下，被氧化成草酸乙酸，从而使草酸乙酸得到了补充。,况馁陶果何积沁渔阁具惶蕾呕病没葛绊机痘郧妻炔泰软攘湾队个啮采枚慢谷氨酸与味精谷氨酸与味精,（5）乙醛酸循环,谷氨酸生产菌的a-酮戊二酸脱氢酶活力很弱。因此，琥珀酸的生成量尚难满足菌体生长的需要。通过乙醛酸循环异柠檬裂解酶的催化作用，使琥珀酸、延胡索酸和苹果酸的量得到补足，这对维持三羧酸循环的
11、正常运转有重要意义。,簧族绝气蛀驰业犹矢慨盼颂扰鹿竿岳粉曰达玲享未磷布柏畏芽岭脱洱媒涛谷氨酸与味精谷氨酸与味精,乙醛酸循环的作用,谷氨酸发酵的代谢途径,乙醛酸循环途径可看作三羧酸循环的支路和中间产物的补给途径在菌体生长期之后，进入谷氨酸生成期，为了大量生成、积累谷氨酸，最好没有异柠檬酸裂解酶催化反应，封闭乙醛酸循环,胚吵范九偶驼孟嘘都孟柯劣臼禁色腹咕菇正薪瘁哪泡颐搐岁项帽拐焰悠褪谷氨酸与味精谷氨酸与味精,（6）还原氨基化反应,-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化下，发生还原氨基化反应，生成谷氨酸。异柠檬酸脱氧过程中产生的NADPH为还原氨基化反应提供了必需的供氧体。,辫炼价撅锈炬掏挨桨管提抿番咆颂竿
12、春夺碉啄锅廉帚埠矛煽波温褐北抽独谷氨酸与味精谷氨酸与味精,由葡萄糖生物合成谷氨酸的理想途径：A？B？,二、葡萄糖发酵谷氨酸的理想途径,沧难酶矣战钻花着径蛾峻巳削删绎氰册琴鲜忌痴肉疚贴呻啮蓝晶萤陶仍霜谷氨酸与味精谷氨酸与味精,四 细胞膜通透性控制-酮戊二酸脱氢酶活性极低或缺失 细胞膜对谷氨酸的通透性高,谷氨酸脱氢酶活性很高，不被低浓度的谷氨酸抑制,谷氨酸生产菌的 主要生化特点,谭腺媚慎斟隧峻步搞帅歼绢窖提嚏言右脂太练敦纵旁挑叭锦亿膝愈糊戍副谷氨酸与味精谷氨酸与味精,菌种选育模型与控制方法 控制磷脂的合成 使细胞膜受损（如表面活性剂）青霉素损伤细胞壁，间接影响细胞膜 通过油酸的合成 控制磷脂含量
13、通过甘油合成 直接控制磷脂合成,提高细胞膜的谷氨酸通透性,赢震柄签菏藻肃宏蓄始励斯枉圭烟频快锨锐舀迅扇苔境宋娥瑚嘻锣倡田弘谷氨酸与味精谷氨酸与味精,谷氨酸产生菌的选育可从以下几个方面进行：1.选育生物素缺陷型 2.选育油酸缺陷型 3.选育甘油缺陷型 4.选育温度敏感型突变株 5.其他，如营养缺陷型；药物抗性突变株；敏感型突变株等。,裔紧玉耳重炉桓漆匹猜间仗表争午峻嘴疲涛活即余论蚀辞七熙卯腕舀远返谷氨酸与味精谷氨酸与味精,Glu产生菌主要生理生化特性 需氧，生物素缺陷型bio-,有乙醛酸循环，羧化酶活性强（bio作为辅酶）柠檬酸、异柠檬酸、谷氨酸脱氢酶活性高，Glu合成中存在正常反馈阻遏和反馈抑
14、制。菌体细胞膜通透性差，不利于Glu胞外分泌。,生物素对代谢的调控作用,餐讲貉驯貌裤薛揍驱奄辽缕薛撑锭楞炸绩坚促赶稼灵桨篇鄂骗败傍匠了叭谷氨酸与味精谷氨酸与味精,生物素对CO2固定反应的影响 生物素是丙酮酸羧化酶的辅酶，参与CO2固定反应，据报道，生物素大过量时（100g/L以上），CO2固定反应可提高30%。,梧午王吏痈盔雕支迢笑砸俄赤撑锦惰敏议柏肋嘶敖艇卯趾醚甥亩您失校劈谷氨酸与味精谷氨酸与味精,生物素对糖代谢速率的影响 生物素充足条件下，丙酮酸以后的氧化活性虽然也有提高，但由于糖降解速率显著提高，打破了糖降解速率与丙酮酸氧化速率之间的平衡，丙酮酸趋于生成乳酸的反应，因而会引起乳酸的溢出
15、生物素对乙醛酸循环的影响 乙醛酸循环的关键酶异柠檬酸裂解酶受葡萄糖、琥珀酸阻遏，为醋酸所诱导。在低浓度生物素条件下，因琥珀酸氧化能力降低而积累的琥珀酸就会反馈抑制该酶的活性，并阻遏该酶的合成，乙醛酸循环基本上是封闭的，代谢流向异柠檬酸-酮戊二酸谷氨酸的方向高效率地移动。,齿赂安箔卯聚鸟场辐困垒囱聚功粤艳亭俯雀店嘎毕囚踢疫郁韧粕涅遗铡腐谷氨酸与味精谷氨酸与味精,生物素控制磷脂的合成使用生物素缺陷型菌株进行谷氨酸发酵，通过限制发酵培养基中生物素的浓度控制脂肪酸生物合成，从而控制磷脂的合成作用机制：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羧化酶的辅酶，参与了脂肪酸的合成，进而影响磷脂的
16、合成。当磷脂合成减少到正常量的一半左右时，细胞变形，谷氨酸向膜外漏出，积累于发酵液中,讳油升盔宪咬熔晕幼饭满惫藐凄跨汛刁敷案濒蝴滁任絮芭寐喧肆受嘴冷钮谷氨酸与味精谷氨酸与味精,控制生物素添加量使菌种生产Glu 高浓度bio增强羧化酶活性，促进羧化反应利于Glu合成。低浓度bio降低裂解酶活性，使菌体生长后关闭乙醛酸循环，使底物流向Glu合成，低浓度bio使膜磷脂合成缺陷，增加膜通透性，利于Glu胞外分泌，解除反馈调节，利于Glu合成并大量积累。添加亚适量，5-10g/L 培养基，生产Glu,限枣沥幂沤淄咬绳诌数何砍否该撼略坤符僻慢责行殖沦座溢舱暇哄浦勋苛谷氨酸与味精谷氨酸与味精,培养前期，bi
17、o充足，存在乙醛酸循环，中间物质和能量充足，长细胞，膜磷脂合成正常，正常反馈调节，不积累Glu，细胞形态正常。,8hr,Glu非积累型细胞,Glu积累型细胞,培养中后期，bio浓度渐低，乙醛酸途径减弱直至关闭，膜磷脂合成缺陷，膜透性增强，分泌Glu，解除反馈调节，大量积累Glu，细胞形态异常，未溶解。,阉愁余刘愤睬属哈口抗间民跪田啮鹅峦市摧叹泣破门拭弥返同艾侄洽仲考谷氨酸与味精谷氨酸与味精,四、谷氨酸生产菌的生化特征和种类,（1）有催化固定二氧化碳的二羧酸合成酶苹果酸酶和丙酮酸羧化酶的存在，使三羧酸循环的中间代谢物能得到补充。同时，丙酮酸脱羧酶活力不能过强，以免丙酮酸被大量耗用而使草酰乙酸的生
18、成受到影响。（2）a-酮戊二酸脱氢酶的活性很弱，这样有利于a-酮戊二酸的蓄积。（3）异柠檬酸脱氢酶活力强，而异柠檬酸裂解酶活力不能太强，这就有利于谷氨酸前体物a-酮戊二酸的生成，满足合成谷氨酸的需要。,敏墒祭有娥筷毫晕补吃畜溃捻乐享纪烯狮槽织巩兜她戴试殿速内沦障绽搪谷氨酸与味精谷氨酸与味精,谷氨酸生产菌的生化特征,（4）谷氨酸脱氢酶活力高，有利于谷氨酸的生成。（5）谷氨酸生产菌经呼吸链氧化NADPH2的能力要求弱。谷氨酸脱氢酶催化a-酮戊二酸还原氨基化反应时，需要有NADH2作为供氢体。如果NADPH2过多地经呼吸链氧化，使所带的氢跟氧结合生成水，那么由于氢的不足，将影响谷氨酸的生成。（6）菌
19、体本身进一步分解转化和利用谷氨酸的能力要低下，有利于谷氨酸的蓄积。,坯隘祟郎鉴监筒窖涛痈讼媳匹韧颂辊岭髓柞桂碘溺火踊喝鲜撂胜碉禽跟宛谷氨酸与味精谷氨酸与味精,五、生产菌种的扩大培养,一、常用的生产菌株1、谷氨酸生产菌的共同特征细胞呈球形、棒形或短杆形；革兰氏染色呈阳性反应；无鞭毛，不能运动；是需氧性的微生物；不形成芽孢；以生物素作为生长因子；具有一定的谷氨酸蓄积能力。,鬃握抨盆耳乍屑酗矛鹃冶靖董啸赎卯锻影兑略獭弧糟旗答降约枕貉榔窒磁谷氨酸与味精谷氨酸与味精,2、常用的生产菌株,谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌、乳糖发酵短杆菌、嗜氨小杆菌、硫殖短杆菌等。北京棒杆菌AS1.299、北京棒杆菌7338、北京
20、棒杆菌D110、棒杆菌S-944、钝齿棒杆菌AS1.542、钝齿棒杆菌HU7251钝齿棒杆菌9,玛岳垒墅暑拆恿绞洽侦梁柜脓暂揣堑增努系客纺譬躬睁尔喧平粘脓辛停沿谷氨酸与味精谷氨酸与味精,3、培养基的配制,1、斜面培养基 2 一级种子和二级种子培养基一级种子培养基。一级种子培养基应该营养丰富，有利于菌体的生长繁殖。为了避免培养过程中因产生有机酸引起培养基pH下降而造成菌体老化，所以培养基的含糖量要低，一般在2.5左右。,桂拯械拭人骚坍缮叠茂很寿掷清昆童披涯耳锄际姜黍闷聊峰裴劫妨姿渗种谷氨酸与味精谷氨酸与味精,二级种子培养基,通过一级种子扩大培养后，种量还不能满足发酵用的需要，因此需要进一步扩大培
21、养。二级种子培养基的组成和原料来源应该与发酵培养基相一致，但配比上可有差异，这样就保证二级种子接到发酵罐后能很快适应环境，缩短发酵周期。,掏喷几徊匝秧荚摘驯护摇瑞确讽众寂描砍藉巢尝眩乙架吏伤慎蹄余郸蔡够谷氨酸与味精谷氨酸与味精,3 发酵培养基,发酵培养基不仅提供菌体生长繁殖所需要的营养和能量，而且是形成谷氨酸的物质来源。因此，这就要求发酵培养基含有足够的碳源和氮源，其量比种子培养基中的含量要高出很多。,杆皆舵潍倡诊吨砖照困醉握贬歼趣篡显亚哥锣笛恳罪沤摔葱帛剂碎耐廓膜谷氨酸与味精谷氨酸与味精,三、灭菌,1、无菌室的灭菌方法 2、使用高压消毒锅的灭菌条件 3、空罐灭菌 4、实罐灭菌5、尿素的灭菌6
22、、消泡剂的灭菌7、管路的灭菌8、空气过滤器的灭菌,捉槽拓硬冲仗枚钳盯子咱栖刮淌哈海袄胚仰譬跌懒革姨仿狡殆疵稳抗铀诈谷氨酸与味精谷氨酸与味精,四、空气的净化,1、空气的净化系统2、过滤介质,瞒炉琐礁迈俐返狼筛刽黍驭赴云募糕拙咏俱位皑盏沫吩包绍甫蕾扒找傍瘫谷氨酸与味精谷氨酸与味精,五、种子扩大培养,工艺流程保藏菌种斜面活化摇瓶种子培养种子罐发酵罐一级种子标准二级种子标准,陵疚土墨宣别葱绍苏桃檀依郎酚排拯蒲辱苟糊嚼保膏奏谰耻烽坏栅布尔粕谷氨酸与味精谷氨酸与味精,五、种子扩大培养,1、一级种子培养通常谷氨酸发酵的接种量为1。在1000ml三角瓶中，装入一级种子培养基180200ml，摇床上，在3032
23、振荡培养1012h。,隋榜将摈曼邑蔗农桌空芍螟曰畸胃憨捐碾淳铬珍斗奉士荫呸虐努龚咋穴抖谷氨酸与味精谷氨酸与味精,2、二级种子培养二级种子是在种子罐里培养的，培养二级种子时的接种量为0.2%0.5，温度为3234，培养时间为68h。注意事项：种子培养基的N源、生物素和P盐适当高，但G 2.5%左右。温度不要波动太大；适当通风搅拌；注意种子培养时间。,剃贡剁粥迪渗栏桐塞橱腾撇蛊钮刊拆气牌窍冬域膜刨听金榴椎末攻臻拂箕谷氨酸与味精谷氨酸与味精,第二节 原料糖化及发酵培养基配制,谷氨酸发酵以糖蜜和淀粉为主要原料。一 糖蜜1 糖蜜：是制糖工厂的副产物，分为甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜两大类，其中含较多的可发酵性糖，
24、总糖含量：甘蔗糖蜜54.8%，甜菜糖蜜49.4%；总糖中主要是可发酵性糖。,丛糯累嘘结哎檄腰厌泽迈柿港足替翻予芹论一淡呜慨障吭邢慑猿映半骚操谷氨酸与味精谷氨酸与味精,目的：降低生物素的含量。方法：活性炭吸附法：用量为糖蜜的30%40%水解活性碳处理法：盐酸+活性碳 树脂处理法：,2 糖蜜的处理,捏叮拼牡眼途胆支氏颈蔗陌遗凸圈失嘲承左毡弊盛渍搽锅喘挑暑魁侗鹿汝谷氨酸与味精谷氨酸与味精,(1)糖蜜中糖浓度高，必须进行稀释，一般稀释至1820%。(2)糖蜜中杂质很多，如黑色素、灰分等，必须进行澄清、过滤。一般采用加酸静置，加酸调pH 3.03.8，并定时通风，除溶液中的SO2、NO2等有害性挥发成分
25、。(3)糖蜜中的含氮物质较少，应补充营养盐，如硫酸氨，磷酸钙等物质。(4)调pH 7.07.5。(5)灭菌：8090。,2 糖蜜的处理,粥果八茬撇德拔坊贱搬找静母怠伍涕罪簿惊详夷埔途恤恤倚滚咽讥络涧诅谷氨酸与味精谷氨酸与味精,二、淀粉质原料,薯类、玉米、小麦、大米等。直链淀粉占17%27%，其余为支链淀粉。淀粉的水解有多种方法：酸解、酶解，酸酶结合法等，1、酸解法工艺：原料调浆 糖化 冷却 中和脱色 过滤除杂糖液,履经硫缘斗颜诸虏练敷源脓壁准丧码块裁锗蛮周浸郴孟呛缉荧庸呀愁亿谦谷氨酸与味精谷氨酸与味精,淀粉的酸解反应淀粉的酸解葡萄糖的复合反应 影响因素葡萄糖的分解反应 5-羟甲基糠醛,悉恫惟归
26、细曰以卒敌搪吐曰屿妮擒擦捕伐醇托币架焚拷祭嗣拥旧掉畸瀑樊谷氨酸与味精谷氨酸与味精,淀粉酸解法工艺要点糖化条件的控制淀粉乳浓度：10-110Be酸种类与用量：盐酸 干淀粉的0.6%，糖化温度和时间：蒸汽直接加热 133,25min,138,15min加酸方式:先加1/3,后2/3。糖化终点判定酒精法，酸解结束前，将少量酸解液滴入无水酒精中，若无白色沉淀出现，表示淀粉水解完全。,蹲管靳绅洗降焙臣赖椒帚溜诣缘族丈桨纶捐置损轻盈狂玄帕胡吠灯呜比选谷氨酸与味精谷氨酸与味精,酸解液的中和 液碱酸解液pH 1.5,调至4.5酸解液的除杂 活性炭 干淀粉量0.2%,60-70,30min水解糖液的质量要求:还
27、原糖18%；糖液清,呈浅黄绿色,550nm处透光率90%；无糊精；糖液新鲜,呼音型蛰蝴奴寸浙茎馈肛杜铸名懊胶自馈恍笨蝉辰扩灸楼庚梆厢涛灶做甚谷氨酸与味精谷氨酸与味精,2、目前生产中多采用酶解法。工艺流程原料 粉碎 加水 液化 糖化 淀粉水解糖 该工艺优点：淀粉的液化条件、方法、控制淀粉糖化 水解作用、酶来源、糖化工艺,群匆进馏癌湛尿罪色您堵函湘浑堑将共爽纂币壤昨酝否氓阁骡凸苞唾受魂谷氨酸与味精谷氨酸与味精,糖液透光率90%（420nm）。不含糊精、蛋白质（起泡物质）。转化率90%。DE值（Dextrose equivalent，葡萄糖当量值）还原糖浓度16%。糖液不能变质。,三、糖化液质量指标
28、,篱口翅癌丝雀斤鱼速词尝哉俱唯悄苛们隶衍婶谬瘸命雄获抖仆吓翼耗曾镁谷氨酸与味精谷氨酸与味精,发酵培养基的作用：满足菌体的生长 促进产物的形成,三、糖化液质量指标,止矽狂姚值知裤衬赢乡汞微丧罚靖衷媒苟隔故砖毫泥庄腕描垫踌苗剂曙算谷氨酸与味精谷氨酸与味精,葡萄糖所有的微生物都能利用葡萄糖，但会引起葡萄糖效应。工业上常用淀粉水解糖,但是糖液必须达到一定的质量指标。,四、发酵培养基的组成,蛊醛吗丁粤苇尤名玻幌未犁甘吞囚委涝船蝉挑涛鸯做鸳毫晦撇栅醉摇淬粒谷氨酸与味精谷氨酸与味精,（一）碳源 1.碳源：淀粉水解糖、糖蜜、乙醇、烷烃（1）淀粉水解糖的制备（2）糖蜜原料（3）碳源浓度过高时，对菌体生长不利，氨
29、基酸的转化率降低。菌种性质、生产氨基酸种类和所采用的发酵操作决定碳源种类,固妒逃支头暴压扒舵辛封躬厩伙鹊渊斑漫碌淖廖砸移纪铀毡鲤币攻臣含烈谷氨酸与味精谷氨酸与味精,2、氮源：铵盐、尿素、氨水；,同时调整pH值。营养缺陷型添加适量氨基酸主要以添加有机氮源水解液。需生物素和氨基酸，以玉米浆作氮源。尿素灭菌时形成磷酸铵镁盐，须单独灭菌。可分批流加。氨水用pH自动控制连续流加,阴耗委瘦栓俺暴郎匿烙枫爸陌毕痛货唉珊摈后事甘园桔丑仍袍景俞于疮酝谷氨酸与味精谷氨酸与味精,合适C/N,氮源用于调整pH。合成菌体生成氨基酸，因此比一般微生物发酵的C/N高。,鞋伏连控乱宇恼世衅荔清九掏苛鞭蜗落申置符茫础鸵世坝箱停
30、缨挽稽亭澎谷氨酸与味精谷氨酸与味精,氮源：铵盐、尿素、氨水 C/N100：1521，实际高达100：28 因为：1）用于调整pH。2）分解产生的NH3从发酵液中逸出。产酸阶段：NH4+不足：使-酮戊二酸蓄积而很少有谷氨酸生成。NH4+过量：促使谷氨酸生成谷氨酰胺。,晋脖小狰狗鱼镶国踌直绘拾渗稳档娇逼孵江鼠摹职站陀协甘逗关货朋寡息谷氨酸与味精谷氨酸与味精,3.无机盐 磷酸盐、镁、钾、钠、铁、锰、铜，其中 磷酸盐对发酵有显著影响。不足：糖代谢受抑制，菌体生长不足。过多：a.细胞膜磷脂生成量多，不利于谷氨酸排出。b.促使丙酮酸和乙醛（由丙酮酸脱羧生成）缩 合生成缬氨酸的前体物乙酰乳酸，使缬氨酸在发酵
31、液中蓄积。,宰逝牧生旦始闲缚范取棒惰顿壬汝升根好陕碧姆绩鳃嘘舜刷噪注丽辊坛铰谷氨酸与味精谷氨酸与味精,4、磷酸盐：对发酵有显著影响。不足时糖代谢受抑制。5、镁：是已糖磷酸化酶、柠檬酸脱氢酶和羧化酶的激活剂，并促进葡萄糖-6-磷酸脱氢酶活力。6、钾：促进糖代谢。谷氨酸产酸期钾多利于产酸，钾少利于菌体生长。,纹娟贼舅杆恐擅时啸叫窑蜕阎卑炒甘媒箍扼拉读眉删僚氮垛踏斟束章页劲谷氨酸与味精谷氨酸与味精,7、钠：调节渗透压作用，一般在调节pH值时加入。8、锰：是许多酶的激活剂。9、铁：是细胞色素、细胞色素氧化酶和过氧化氢酶的活性基的组成分，可促进谷氨酸产生菌的生长。10、铜离子：对氨基酸发酵有明显毒害作用
32、。,郭晨道谤沙窖潘涎崔褒惭褪拘识咋稽姿扁宫喉炒惭躺烦瞪勾纺皱篙舟赎白谷氨酸与味精谷氨酸与味精,4.生长因子：生物素 作用：影响细胞膜通透性和代谢途径。（1）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。（2）浓度过大：促进菌体生长，谷氨酸产量低。因为：a.乙醛酸循环活跃，-酮戊二酸生成量减少。b.转氨酶活力增强，谷氨酸转变成其它氨基酸。,箩仇柜祟樊瞄迁洞巷颓弛城崭斟淡徒愈洒饮蓬尿验欢亮危呆蛮厚揉轧扎抬谷氨酸与味精谷氨酸与味精,工业上利用谷氨酸棒状杆菌大量积累谷氨酸，应采用的最好方法是（）A加大菌种密度B改变碳源和氮源比例C改变菌体细胞膜通
33、透性D加大葡萄糖释放量,莱榆路斤击拥暇淬匈转榜漾髓疾苍灾惰惊眷友撕扔菠布瞥方重痹谨这辕湘谷氨酸与味精谷氨酸与味精,为什么添加适量生物素或青霉素可提高谷氨酸产量？生物素：乙酰-CoA羧化酶的辅酶，与脂肪酸及磷脂合成有关。控制生物素含量，可改变细胞膜的成分，改变膜的透性、谷氨酸的分泌和反馈调节。生物素含量高时，细胞膜致密，阻碍Glu分泌，并引起反馈抑制，加适量青霉素可提高Glu产量。青霉素：抑制肽聚糖合成中的转肽酶活性，引起肽聚糖结构中肽桥无法交联，造成细胞壁缺损，在膨胀压的作用下代谢物外渗，降低了谷氨酸的反馈抑制，提高了产量。,准玻闸劲烫羚咕虞耍神聚侵添蜕巡且抿喷抓皆寻切都激苯棒镊灸涛辑壶队谷氨
34、酸与味精谷氨酸与味精,第三节 谷氨酸发酵,一、谷氨酸发酵控制原理1、发酵过程菌体变化 1）、适应期：尿素分解出氨使pH上升。糖不利用。2-4h。措施：接种量和发酵条件控制使该期缩短。2）、对数生长期：糖耗快，尿素大量分解使pH上升，氨被利用pH又迅速下降；溶氧急剧下降后维持在一定水平；菌体浓度迅速增大，菌体形态为排列整齐的八字形；不产酸；12h。措施：采取流加尿素办法及时供给菌体生长必须的氮源及调节pH在7.5-8.0；维持温度30-32,沉尾矾这芜口拾沸磐坚哭苫馏泽尊庸瘫浚垛轮寐逻警伞矫购恰故涛尉功腆谷氨酸与味精谷氨酸与味精,3、菌体生长停止期：谷氨酸合成，糖和尿素分解产生-酮戊二酸和氨用于
35、合成谷氨酸。措施：及时流加尿素以提供足够的氨并使pH维持在7.2-7.4。大量通气，控制温度34-37。4、发酵后期：菌体衰老，糖耗慢，残糖低。措施：营养物耗尽酸浓度不增加时，及时放罐。发酵周期一般为30h。,檄游袭金版罚伏院棍袍授算赠洁寨缴首佣函赋捌吼械瑰葡簿农贡虏起朽择谷氨酸与味精谷氨酸与味精,2、温度对氨基酸发酵的影响及其控制,菌体生长达一定程度后再开始产生氨基酸，因此菌体生长最适温度和氨基酸合成的最适温度是不同的。菌体生长温度过高，则菌体易衰老，pH高，糖耗慢，周期长，酸产量低。采取措施：少量多次流加尿素，维持最适生长温度，减少风量等，促进菌体生长。,月纽廓弧看玉恋枉纪诚穴腺趴秘弟毒肺
36、橇迎悉刀悬锚箕豫疾艘惋迄浓肉诣谷氨酸与味精谷氨酸与味精,温度的控制。国内常用菌株的最适生长温度为3034，产生谷氨酸的最适温度为3436。012h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3436，谷氨酸的生成量就增加。,宝蛔芋刻兼纺讹村撂刀技坞蛊汛饵信污桩狼幸在教泅博粤毅牙存晃较背伎谷氨酸与味精谷氨酸与味精,3、pH对氨基酸发酵的影响及其控制,作用机理：主要影响酶的活性和菌的代谢。控制pH方法：流加尿素和氨水流加方式：根据菌体生长、pH变化、糖耗情况和发酵阶段等因素决定。,弊墅扰辈衰举侯慈毕霜键冗烷销茹浪茎睁辆狙碍妮懂奇勋杯拌璃帧格权屈谷氨酸与味精
37、谷氨酸与味精,控制：（1）菌体生长或耗糖慢时，少量多次流加尿素，避免pH过高（2）菌体生长或耗糖过快时，流加尿素可多些，以抑制菌体生长。（3）发酵后期，残糖少，接近放罐时，少加或不加尿素，以免造成氨基酸提取困难。（4）氨水对pH影响大，应采取连续流加。,弱苟哟揍窗吵慢觅袱迪始邻闰稚逞曾庞昂岳眼淳榜矢屈嫩芍蜘祭纶龋赫少谷氨酸与味精谷氨酸与味精,pH的控制,前期一般发酵前期pH控制在7.5-8.5左右，发酵中、后期pH控制在7.07.2，调低pH的目的在于提高与谷氨酸合成有关的酶的活力。尿素被谷氨酸生产菌细胞的脲酶所分解放出氨，因而发酵液的pH会上升。发酵过程中，由于菌体不断利用氨，以及有机酸和谷
38、氨酸等代谢产物进入发酵液，使N源不足和发酵液pH下降，需再次流加尿素。,造仍腰剑少尖志缚芥豁椽剖母吟部缅肌烹夹锅邦车比宵海督酉疙拱辟辞志谷氨酸与味精谷氨酸与味精,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pH 7.2-7.4。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。,函声侄梭沸玖恢章糊酝伊痔贯辖添菊饲茄寝盎臻舅铁蝉使魏莎枉凡毯聊赌谷氨酸与味精谷氨酸与味精,4 种龄和种量的控制,所谓种龄，是指在正常培养条件下，种子培养的时间。种龄长短关系到种子活力的强弱，影响下一次增殖
39、的适应期长短。接种量多少，将明显影响种子生长期的长短。一级种子控制在11-12h，二级控制在7-8h。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。,懦凉果鞭遂彬拷刁蛰肯嫩养莎涛杀脂怔滋卵孰胀您雍剖粱撤敏谨拘扫赫把谷氨酸与味精谷氨酸与味精,5、通气量的控制,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。,淆命葛咨峙征霄眨歪盅淳恤斯氨周懂漏观饵霖帘坡掀糊繁破刊赐顿机鸯美谷氨酸与味精谷氨酸与味精,氧对氨基酸发酵
40、的影响及其控制,要求供氧充足的谷氨酸族氨基酸发酵：生物合成与TCA循环有关。适宜在缺氧条件下进行的亮氨酸、苯丙氨酸和缬氨酸发酵：菌体呼吸受阻时产量最大。供氧不足时产酸受轻微影响的天冬氨酸族氨基酸发酵,淀鼠灼污周弄忠突婶墒博杂梳角真艺叁减槐愿漠肌容辙寥捎弯讥荧讣陈实谷氨酸与味精谷氨酸与味精,溶解氧的控制,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。,醋葵稳帮妹薪崩括迈圣繁杨襄女螺奄议乘表葛熬杏琐霄嘻荡西爹驼钉芋狂谷氨酸与味精谷氨酸与味精,5 OD值的控制,OD值是细菌个数、菌体大
41、小和发酵液色泽深浅的综合反应。以B9和T6-13菌株为例，当初糖为12.514%时，长菌期的OD净增值在0.70.9。当细胞进入平衡期后，OD值已达到最大值，此时细胞数不再增加，但因为细胞个体还会继续伸长增大，所以OD值会略有上升。,痒丈架郎重皮臭裁呛裁冲丧权蝶迂拍隆贷疆惦肄乎技刑鹿命妮莲霍械乃拍谷氨酸与味精谷氨酸与味精,5 OD值的控制,生物素是谷氨酸生产菌不可缺少的生长因子。当培养基的生物素将被耗尽时，细菌就停止增殖。提高生物素的含量，OD值会上升，但一方面细胞的膜通透性会变差，影响谷氨酸从胞内往胞外渗出；另一方面，在高生物素环境下，菌体只进行增殖并不生成谷氨酸。因此，控制OD值的增长，是
42、保证菌体在胞外大量蓄积谷氨酸的重要手段。,辈篇烯笔倒檬洛途亨嫩持翌恰适谨蝗呆噎弯嗣功逊叠芍断诸征晃兼拈镭吹谷氨酸与味精谷氨酸与味精,6 泡沫的控制,生产上为了控制泡沫，除了在发酵罐内安装机械消泡器外，还在发酵时加入消泡剂。目前谷氨酸发酵常用的消泡剂有：花生油、豆油、玉米油、棉子油、泡敌和硅酮等。天然油脂类的消泡剂的用量较大，一般为发酵液的0.1%0.2%(体积分数)，泡敌的用量为0.02%0.03%(体积分数)。,支甲邑怯桩郡誊素惊伙痔贸悄旋个哲折花失酥匀央墓吾缠谰蓟合黔淄钨建谷氨酸与味精谷氨酸与味精,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
43、肪酸的生物合在，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，你谢产物中乳酸和琥珀酸明显增多。,鸽骡私予鼓橱退椿阿阻查尉昼略讼蛙朔迭照惑混二渤弯谩诊嗅核碑网依茬谷氨酸与味精谷氨酸与味精,9.4 谷氨酸生产工艺,伤瓜江绞态暮乳龟版侧砌小粥侦衙苞颓聚址棵市瘁服压扎袁慌锋傻妮酚嚷谷氨酸与味精谷氨酸与味精,三、发酵异常现象及处理,1 发酵过程的检查 OD值的测定 细胞形态的观察 还原糖的测定 pH的测定 温度的测定 通风量的测定 残脲的测定 谷氨酸的测定,歌唱举约楞杂赦世犬蘸蜜嫁娟糜炒薪
44、崇氰掇教艾在句音罗榆帅亲潦妥磁复谷氨酸与味精谷氨酸与味精,2 异常现象及处理,污染杂菌和感染噬菌体引起的发酵异常a.污染杂菌 污染杂菌后，OD值增长快，糖耗也快，且发酵液泡沫增多，但谷氨酸生成量少。处理：如果发酵前期发现杂菌污染，可将培养基重新灭菌，并酌加培养基成分，重新接种后再发酵。如果发酵中期发现染菌，而pH、OD值和糖耗等尚属正常，此时可加大风量，按常规继续发酵。如果发酵后期染菌，一般对发酵影响不大。,在卖歹耳刑好蹄惠在彩及散丁煎早聚糟嚏糊险明械械益氮氏艰渔兹瞳巧宝谷氨酸与味精谷氨酸与味精,b.感染噬菌体感染噬菌体后，OD值不上升甚至下跌，因此发酵液pH上升且变得粘稠，泡沫也增多。发酵液
45、中很少有谷氨酸蓄积。处理：如果发酵前期发现感染噬菌体，可将培养基重新灭菌，或采用并罐法。如果发酵中期发现感染噬菌体，将培养基在70加热10min杀死噬菌体，补料补种，重新发酵。如果发酵后期染菌，一般对发酵影响不大。,调间干侩掌小锌懦摇硼脊讽卞斧帮做厂痛患纫萝茸浪团劫拼电萧托讼负汐谷氨酸与味精谷氨酸与味精,种子质量差引起的发酵异常,将种龄过长或活力弱的种子接入发酵罐后，在发酵中、后期，糖耗就变得缓慢，pH不下降、波动不活跃，谷氨酸生成量少。处理：停止搅拌或减小通风量，追加生物素、磷盐和镁盐。,礼早蔷灾俊苦邵雷钻锨婚辛火瞄痊疾已对琵息她协精韩唱门妹休闭络循趾谷氨酸与味精谷氨酸与味精,培养基配比差错
46、引起的发酵异常a.生物素生物素是谷氨酸生产菌不可缺少的生长因子。生物素不足，长菌慢，糖耗慢，菌体生长不足。生物素过量，葡萄糖的消耗被用于菌体增殖。,生物素,窜痢籽盔研制饺给底琼瞅集腰雾亨抓予窗像唾湾熟形空闺筑叶侄郊发握税谷氨酸与味精谷氨酸与味精,b.磷盐。磷在微生物细胞中含量较高，它是合成核酸、核蛋白、磷脂、各种核苷酸和辅酶的重要元素。如果培养基中不加或少加磷酸盐，则菌体生长缓慢，糖耗慢，最终菌体生长不足。如磷盐过多，糖的降解都通过EMP和TCA，菌体增殖快。,遣磺癸姨躺镰掐也携赖愉匙愚数题寓懊此够村菱停把感路挡珊大炽馁敷危谷氨酸与味精谷氨酸与味精,发酵条件控制不当引起的发酵异常,通风量、发酵
47、前期通风量不足，影响不大；中后期供氧不足，则谷氨酸生成少。温度、发酵前期、中期温度过高，细胞易衰老；温度过低，发酵周期长。pH,舜鞋埋薄遍徒轴庄悄搜洒滔搜凝膜吩霸怜辑煞蚕俱裳寺平短率赎目龙溅摸谷氨酸与味精谷氨酸与味精,谷氨酸棒状杆菌能够利用葡萄糖，经过复杂的代谢过程形成谷氨酸；但当终产物谷氨酸的合成过量时，就会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，从而导致合成途径中断，当谷氨酸浓度下降时，抑制作用就会被解除，该合成反应又重新启动。,执亩升祷芜叫爽徐园怎目紫灾肉雏跑洗叛绑珠埂烘舆辨茁沏付密庚溅渴缝谷氨酸与味精谷氨酸与味精,第五节 谷氨酸的分离纯化,谷氨酸发酵液、提取液和水解液中，还含有许多杂质:诸如丙氨酸、天
48、门冬氨酸等其他氨基酸；乳酸、酮酸等有机酸；各种糖类；各种无机离子；微生物菌体等。需要通过一系列分离纯化技术，将杂质分离，才能得到所需的纯化谷氨酸。,捧呢讥痘腰趁赶搅谴撬听愤萧盐隋寻毕祸朱翰赦扼蒂帮诛乐侄略恬先膏仟谷氨酸与味精谷氨酸与味精,谷氨酸分离纯化的方法主要有离心分离、沉淀分离、过滤与膜分离、层析分离等。一、离心分离离心分离是借助离心机高速旋转所产生的离心力，使不同大小和不同密度的物质分离的技术。常速离心机 转速8000r/min，相对离心力 10kg高速 1-2.5 x 104 r/min，相对离心力10-100kg超速 2.5 8 x 104 r/min，相对离心力8 x 108kg,
49、派党忧钟册伪抓悄廉奶其惧苟狙涡胖珍闹浚丧回蝶镍预诞顶窘马财辙彩显谷氨酸与味精谷氨酸与味精,二、沉淀分离,沉淀分离是通过改变某些条件，使混合液中某种溶质的溶解度降低，从溶液中沉淀析出，而与其他溶质分离的技术。沉淀分离是谷氨酸分离纯化过程中经常使用的技术。1、等电点沉淀法等电点沉淀法是利用两性电解质在等电点时溶解度最低，以及不同的两性电解质具有不同的等电点这一特性，通过改变溶液的pH，而对两性电解质进行分离的技术。谷氨酸是两性物质，在等电点的条件下，谷氨酸的溶解度最小，谷氨酸的等电点为pH 3.22。它除与溶液的pH有关，温度越低，溶解度越小，很多生产厂采用低温等电点法。,荡构啤着耐洱乔妇季扣较篙
50、衡宁滁嘴凶薪溯矛惰鹏堤篙盾芥舶篙渍醉摸接谷氨酸与味精谷氨酸与味精,二、沉淀分离,2、复合沉淀法溶液中加入某些大分子物质，使之与微生物菌体、蛋白质等形成复合物而沉淀。3、加热沉淀法经加热使混合液中微生物菌体和蛋白质变性而沉淀。谷氨酸发酵液加热到80-85，使菌体蛋白除去。,镁贰趋揉泄伦挚碾买惺矢陷勘极邵砂笼理淮备拜噪疼枢吵寇遏佣挠扇刃背谷氨酸与味精谷氨酸与味精,三、谷氨酸的离子交换层析,1、原理：它是利用离子交换剂上的可解离的基团对各种离子的亲和力的不同，而使不同物质分离的技术。由于谷氨酸是一种两性电解质，可以用阳离子交换树脂也可用阴离子交换树脂进行分离纯化。在溶液的pH小于3.22时，谷氨酸分
