谷氨酸发酵

前 言

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

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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。这三方面反应同时发生，其反应程度取决于淀粉的质量，浓度和糖化的工艺条件。 在糖化过程中，这三种化学反应的关系，可用简单图解表示如图1.1

复合反应：葡萄糖分子间经1-6糖苷键结合成龙胆二糖（有苦味）、异麦芽糖和其他低聚糖（合称复合低聚糖）。

分解反应：葡萄糖→羟甲基糠醛→有机酸、色素等。 ㈠淀粉的水解反应

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1.淀粉水解过程

淀粉分子里没有醛基。所以无还原性，不能发生银镜反应。但淀粉在酸(HCl或 H2SO4)或淀粉酶催化作用下能发生水解，生成葡萄糖。

(C6H10O5)n(淀粉)+nH2O→(C6H10O5)x(糊精)→C12H22O11（麦芽糖）→nC6H12O6(葡萄糖) 2.影响酸水解的因素 酸的种类 主要因素 浓度 水解温度 ㈡葡萄糖的复合反应极其影响因素[8]

复合反应：在淀粉的酸糖化过程中，水解生成的葡萄糖受酸和热的影响，葡萄糖分子之间通过糖苷键相聚合，生成二糖、三糖及其他低聚糖。 影响复合反应的因素：

1.淀粉浓度的影响（用DE值表示葡萄糖纯度） 2.酸的影响：

㈢葡萄糖的分解反应及其影响因素

葡萄糖→ 5'-羟甲基糠醛→乙酰丙酸、蚁酸、色素物质； 影响因素：浓度、温度、pH值；

1.1.2 淀粉酸水解工艺流程 淀粉 Na2CO3 盐酸 水 中和脱色 活性炭 调浆 压滤 蒸汽 糖化

冷却 滤渣 糖液 图1.2 酸法糖化工艺流程图

淀粉水解糖用于谷氨酸发酵是作为培养基的碳源，只求制备符合谷氨酸发酵要求的水解糖液，不必精制提纯葡萄糖。其工艺过程是将淀粉加水调成一定浓度的淀粉乳，然后用盐酸为催化剂，升温进行糖化，制得糖液，再将糖液进行中和、脱色、过滤以除去主要杂质。一般工艺流程如下[3]：

淀粉→调浆→过筛→加酸→进料→糖化→放料→冷却→中和→脱色→压滤→糖液

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1.2味精生产的初步设计

味精发酵生产工艺是利用淀粉为原料，酸水解制糖后，通过微生物发酵、等电点沉淀提取生产味精的，其工艺流程图如下：

图1.3 味精生产工艺流程图

本方案采用谷氨酸发酵制味精，目前谷氨酸发酵主要采用糖质原料。在使用糖质原料时，葡萄糖在谷氨酸产生菌的各种酶系作用下，经酵解途径(EMP)、磷酸乙糖途径(HMP途径)、三磷酸(TCA环)、乙醛酸循环等途径生成谷氨酸、CO2 和水。其总反应式为：

C6H12O6 +NH3 +1.5O2 →C5H9O4 + CO2 + H2O

谷氨酸发酵生产菌种主要有棒状杆菌属、短杆菌属、小杆菌属及节杆菌属的细菌。除节杆菌外，其他三属中有许多菌种适用于糖质原料的谷氨酸发酵。这些细菌都是需氧微生物，都需要以生物素为生长因子。我国谷氨酸发酵生产所用菌种有北京棒状杆菌AS1.299、7338；钝齿棒状杆菌AS1.542、7251及B9；天津短杆菌（T6?13）、FM-8207、FM-415、U-9等菌株。这些菌株的斜面培养一般采用由蛋白陈、牛肉膏、氯化钠等组成，pH为7.0～7.2的琼脂培养基，32OC培养24h，冰箱保存备用。本课题中使用的是北京棒杆菌AS1.299。由斜面试管保藏的原菌出发，经过若干次扩大培养繁殖达到一定数量

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的种子量。一般的扩大培养工艺流程为：试管斜面原菌 → 试管斜面活化培养 → 三角

瓶摇床培养（一级种子） → 种子罐培养（二级种子）。本实验中只需培养至一级种子即可。

图1.4 谷氨酸生物合成途径

谷氨酸提取工艺的选择原则：应当是工艺简单，操作方便，提取收率高，产品纯度高，劳动强度小，设备简单，造价低，使用的原材料，药品廉价，来源容易。同时还要减少环境污染等。

谷氨酸提取有等电点法、离于交换法、金属盐沉淀法、盐酸盐法和电渗析法，以及将上述方法结合使用的方法。本实验采用等电点法提取谷氨酸。

等电点法是谷氨酸提取方法中最简单的方法，由于设备简单、操作简便、投资少等优点，为广泛采用。等电点法提取谷氨酸是谷氨酸发酵液不经除菌或除菌、不经浓缩或浓缩处理、在常温或低温下加盐酸调至谷氨酸的等电点pH 3.22,使谷氨酸呈饱和状态结晶析出。此法的理论基础是利用谷氨酸的两性解离和等电点性质。在常温下等电点母液含谷氨酸1.5～2%，一次提取收率较低，仅60%～70%。

常温等电点法的工艺流程[6]

发酵液

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↓ 加盐酸调至PH4.0～4.5（出现晶核为准） 育晶2～4h

↓ 加盐酸调至PH3.5～3.8 育晶2h

↓ 加盐酸调至PH3.0～3.2 育晶2h

↓ 冷却降温 搅拌16～20h ↓ 沉淀2～4h ↓离心分离 ↓￣￣￣￣￣￣￣￣↓ 湿谷氨酸结晶 上清液

第2章 实验部分

2.1实验材料

北京棒杆菌AS1.299

无水葡萄糖 北京赢海精细化工厂 磷酸二氢钾 北京益利精细化学品有限公司 碘 北京益利精细化学品有限公司 脲 北京益利精细化学品有限公司 盐酸 北京北化精细化学品有限公司 无水乙醇 北京北化精细化学品有限公司 无水碳酸钠 天津佳兴化工玻璃仪器有限公司 氯化钠 河北省保定化学试剂厂 硫酸亚铁 天津市化学试剂三厂 硫酸锰 天津市化学试剂三厂 硫酸镁 天津市化学试剂一厂

茚三酮试剂、茚三酮水溶液、6mg/mL谷氨酸标准品溶液、0.1 mol/l 磷酸缓冲液

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2.2实验仪器设备

全自动机械搅拌不锈钢发酵罐 镇江东方生物工程设备技术公司 空气压缩机 宁波市鄞州展翅无油空压机有限公司 空气压缩机储气罐 台州市富芳压缩机有限公司 电热恒温水浴锅 北京长安科学仪器厂 数显恒温水浴锅 国华电器有限公司 循环水式多用真空泵 郑州长城科工贸有限公司 分光光度计 上海第三分析仪器厂 净化工作台 苏州净化设备有限公司

多功能食品搅拌器 广东顺德市科顺塑料电器实业有限公司 上皿电子天平 上海精科天平 立式压力蒸汽灭菌器 江阴滨江医疗设备厂

台式电动离心机 山东鄞城华鲁电热仪器有限公司 增力电动搅拌器 江苏金坛医药仪器厂 恒温震荡器 常州国华电器有限公司 数显水浴恒温震荡器 常州国华电器有限公司 生物显微镜、移液管、容量瓶、天平、玻璃棒、三角瓶、烧杯等

2.3实验方法与步骤

（一）菌种的扩大培养

在大规模的发酵生产中，需要将选育出的优良菌种经过多次扩大培养，让它们达到一定数量以后，再进行接种。谷氨酸发酵时使用AS1.299菌种。 发酵的过程分为：斜面活化?二级摇瓶种子?二级罐种子?发酵。

1 斜面菌种的培养 斜面菌种：

①培养基成分：葡萄糖 0.1%、蛋白胨 1.0%、氯化钠 0.5%、琼脂 2.0～2.5%、PH 7.0～7.2

②培养基总量：6支试管 30mL （为了方便可配100mL） ③培养条件： 30～32oC、 18～24 h

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2 一级种子培养：

①培养基成分：葡萄糖 2.5%、尿素 0.5%、硫酸镁 0.04%、磷酸二氢钾 0.1%、玉米浆 2.5～3.5%（按质增减）、硫酸亚铁、硫酸锰 各2ppm、PH 7.0 ②培养基总量： 10mL （配成100mL分两个三角瓶培养） ③培养条件： 30～32 oC、12h，摇床培养

④注意事项：取样做平板检查，确认无杂菌及噬菌体方可接入二级种子，一级种子贮存于4 oC的冰箱中待用。接种量 1.0%。 3 二级种子培养：

①培养基成份： 水解糖 2.5%、玉米浆 2.5%、磷酸二氢钾 0.1%、硫酸镁 0.04%、尿素 0.5%、硫酸亚铁、硫酸锰 各 2ppm、PH 6.5～6.8 ②培养基总量： 70mL（配成200mL分两个三角瓶培养） ③培养条件：32 oC、7～8h、摇床培养 ④注意事项：接种量 0.8～1.0% （二）淀粉酸解法制糖工艺[5]

淀粉糖化工艺是根据淀粉水解反应和葡萄糖复合反应及分解反应的规律完成的。选择合理的工艺条件，限制复合反应和分解反应，使其达到最低彻程度。

将玉米淀粉加水调成粉浆使其浓度为16波美度，并用碳酸钠调pH值至6.2～6.4，将粉浆温度调至85～90摄氏度，保温约20分钟左右，用碘液检查，呈棕红色成橙黄色即液化完全。再将粉浆温度调至100摄氏度，保持5分钟以便杀灭液化酶。然后将粉浆温度降至55～60摄氏度用盐酸调pH值至1.8，加糖化酶保温。用无水酒精检查糖化终点，无白色反应时即结束糖化，将糖化液加热至100摄氏度灭酶。用碳酸钠调整水解糖液的pH值为4.6～4.8。中和温度一般在80摄氏度左右。然后加入0.3%的活性炭，搅拌均匀，使糖液脱色，脱色时间应不少于30分钟。脱色完毕，将糖液过滤，即得水解糖液。

一. 具体工艺要点如下：

1、调浆：淀粉乳浓度 10.5～12 波美（干淀粉含量 18～21%） 2、过筛：

3、加酸：HCl用量是干淀粉的 0.5～0.8%、PH 1.5左右

4、进料：进料压力为 0.02～0.03MPa，使淀粉乳越过糊化的温度，玉米淀粉糊化温度为55～62.5oC 5、糖化：

表1-1淀粉水解反应时间与压力的关系

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压力 0.28～0.30MPa 0.25MPa 0.20MPa 0.15MPa 时间 26 min 41 min 70 min 110 min 6、放料：提前放料，以免水解过头

7、以上注意事项：尽量缩短辅助时间，掌握糖化终点控制糖化时间，用无水酒精检测糖化程度，无沉淀产生为止。 8、冷却： 80oC以下

9、中和：加碳酸钠中和，碱液浓度不宜太浓，加碱的速度要慢，边加边搅拌边测PH，直到PH4.6～4.8为止，PH一定要正确。 注意：纯碱应事先溶于一倍的热水中。

10、脱色：活性炭 用量是淀粉量1～4% 脱色的温度 70oC PH 5.0以下，时间（搅拌） 30 min以上 11、压滤： 60～70oC

注：一时的糖液不用可加热 至60oC贮存，糖液贮存器一定要保持清洁，防止杂菌生长。

二.葡萄糖含量测定实验步骤

1、I2溶液的标定。移取25.00mL I2溶液于250mL锥形瓶中，加100mL蒸馏水稀释，用已标定好的Na2S2O3标准溶液滴定至草黄色，加入2mL淀粉溶液，继续滴定至蓝色刚好消失，即为终点。计算出I2溶液的浓度。

2、含量测定。取5%葡萄糖注射液准确稀释100倍，摇匀后移取25.00mL于锥形瓶中，准确加入I2标准溶液25.00mL，慢慢滴加0.2mol/L

NaOH，边加边摇，直至溶液呈淡黄色。加碱的速度不能过快，否则生成的NaIO来不及氧化C6H12O6，使测定结果偏低。将锥形瓶盖好小表皿放置10～15分钟，加2mol/L HCl 6mL使成酸性，立即用Na2S2O3溶液滴定，至溶液呈浅黄色时，加入淀粉指示剂3mL，继续滴至蓝色消失，即为终点。记下滴定读数。 ３.计算

C6H12O6%(W/V) ==

（2浓度I2?VI2?浓度Na2S2O3?VNa2S2O3）?C6H12O62000?25.00?100２

（三）谷氨酸发酵实验步骤 1 谷氨酸发酵

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（1）发酵罐用培养基的制备：水解糖2.5%，尿素0.6%，玉米浆0.6%，磷酸二氢钾0.17%，氯化钾0.03%，硫酸镁0.06%，硫酸锰2 ppm，pH6.7～7.0。

（2）接种与发酵。 将培养好的成熟种子接种于上述发酵培养基中，接种量为1%~2% （视种子质量而定）

发酵温度控制：0～16h为32～34oC, 16h后为34～36oC。

发酵液pH控制：0～12 h为7.1～7.4，12～28 h为7.1～7.3，28h后适当降低，一般为7.0以下，发酵结束前为6.4～6.7。可用流尿调节，发酵过程流加尿素4～5次，每次0.6%～0.4%，最后一次0.3%～0.2%。总尿（含初尿）为发酵液的2.5%～3.0%。 发酵时间控制：40h。 2 谷氨酸的检测 （1）检验谷氨酸的存在

取一支试管加入稀释50倍的发酵液1 mL，再加0.5mL0.%茚三酮水溶液，混匀，在沸水浴中加热1~2分钟，观察颜色由无色是否变为紫红色。 （2）谷氨酸含量的测定

发酵结束后，将发酵液经3000r pm离心20min，收获离心上清夜，用蒸馏水进行n倍稀释。准确吸取离心稀释液1ml置50ml容量瓶中，并用蒸馏水稀释至刻度，混匀。再准确吸取2ml稀释液于试管中，加入茚三酮试剂8ml，盖上试管铝帽，沸水中煮沸20min，冷却后于570nm处测其消光值（以蒸馏水作空白）。

查标准曲线得谷氨酸含量再乘以稀释倍数（n）即为发酵液中谷氨酸的含量（mg/ml）。 （3）标准曲线的绘制

标准品溶液浓度为1、2、3、4、5、6mg/ml，分别吸取1ml置于50 ml容量瓶中，以同样的操作步骤制得不同浓度的标准品溶液。以谷氨酸浓度为横坐标，以消光值为纵坐标，绘制标准曲线。 3 提取谷氨酸操作要点[7]：

①将放罐的发酵液先测定放罐体积、PH、谷氨酸含量和温度，开搅拌。若放罐的发酵液的温度高，应先将发酵液冷却到25～30 oC 和消泡后再开始调PH。

②用盐酸调到PH5.0（视发酵液谷氨酸含量高低而定）

③当PH达到4.5时，应放慢加酸速度，在此期间应注意观察晶核形成的情况，若观察有晶核出现应停止加酸，搅拌育晶2～4。若发酵不正常，产酸低于4%，虽调到PH4.0，仍无晶核出现，可适当将PH降至3.5～3.8左右，搅拌2h，以利于晶核的形成，或适当加一点晶种刺激起晶。

④搅拌育晶2h后，继续缓慢加酸，耗时4～6h，调至PH3.0～3.2，停酸复查PH，搅拌2h后，开大冷水降温，使温度尽可能低。

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⑤到等电点PH后，继续搅拌16h以上，停搅拌静置沉淀4h，关闭冷却水，将上层菌体液放至近谷氨酸层面时，用真空将谷氨酸表层菌体和细谷氨酸抽到另一容器里回收。取出底部谷氨酸，离心甩干，水洗谷氨酸，可改善谷氨酸的质量和色泽。

（四）谷氨酸制味精[8] 一 谷氨酸的中和与除铁 1 中和的工艺条件 ①投料比

湿谷氨酸：水=1：2

湿谷氨酸：纯碱=1：0.3～0.34 湿谷氨酸：活性炭=1：0.01

②中和温度：夏天60oC左右，冬天65oC左右。

③中和PH值要求：中性 在PH6.96值时，谷氨酸的溶解度最大，生成的谷氨酸一钠最多，呈鲜味。但生产上中和液的PH控制中6.4左右。

④中和液的浓度： 21～23波美 ⑤配比依据:

水量的控制: 适当为宜

碱的用量: 100g谷氨酸需要36.1g纯碱

⑥操作要点: 先在不锈钢桶内按上述配比加入蒸馏水和活性炭，加热升温至65C左右，开动搅拌，然后按当量中和方法将谷氨酸与纯碱，缓慢加入，使中和液始终保持PH6.4左右，温度60～65oC，直至中和结束。

注意事项：

①中和升温问题 中和时先将水加热到65oC左右，温度太高，谷氨酸钠在水溶液中易引起失水，生成焦谷氨酸钠，影响产品质量。

②谷氨酸质量问题 一定要用水洗去残留在谷氨酸表面的离子和菌体，离心分离要甩干，要求谷氨酸的纯度在92%以上。

③碱的质量要求 要求纯碱的纯度高，质量好。 2 谷氨酸中和液除铁、锌

硫酸钠除铁、锌的工艺要求：

①待中和液的温度降至50oC以下，复测中和液PH在6.4左右，（PH5.5～9试纸测），加入硫化钠含量为10～12%的硫化钠，除尽铁、锌质

②加硫化碱后，搅拌片刻让其自然沉淀8h以上。 ③将上清液用真空抽入脱色桶，进行下道工序脱色。 注意事项：

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o

①硫化碱的质量要求

②加硫化碱要适量 硫化碱用量不宜太多或太少，否则将出现不沉淀。 ③加硫化碱的温度要严格控制在50oC以下，次过程有硫化氢生成。 ④测定除铁是否彻底的方法：

取加过硫化碱的中和液于烧杯中，滴入二滴硫化碱溶液，若无黑色沉淀生成，说明铁已除尽。

用5%硫酸亚铁溶液与脱过铁的中和液进行反应，如果出现黑色反应，说明铁已除尽。

3 谷氨酸中和液的脱色[6]

粉末活性炭的脱色操作 除铁后的中和液用谷氨酸回调PH6.2～6.4，蒸汽加热60oC，使谷氨酸全部溶解，再加入适量活性炭脱色，转入下道工序。 4 谷氨酸中和液的浓缩与结晶[6] （1）谷氨酸中和液的浓缩

①常压蒸发 液体在一个大气压下，加热使溶液汽化而达到浓缩。温度为溶液的沸点。谷氨酸水溶液长时间受热，会引起失水而生成焦谷氨酸钠，一般不采用常压蒸发。 ②减压蒸发 既可以缩短浓缩时间，又可避免谷氨酸钠的脱水环造成破坏。 （2）谷氨酸中和液的结晶

结晶的操作过程为：浓缩→起晶→整晶→育晶→养晶

结晶操作方法：将脱色液放人真空浓缩锅内，真空度保持在80kPa以上，温度控制在65以下。当锅内液体浓度达到 32波美度时，即开搅拌机，关掉蒸汽，用真空吸入晶种，进行起晶，然后将所得晶液在离心机内进行离心分离。 5 味精的分离和干燥[7] （1）味精的分离

一般采用三足式离心机分离。为了保证分离出来的晶粒表面光洁度，在离心分离过程中当母液离开晶体后，用少许50oC热水喷淋晶体。根据晶粒大小，控制分离时间和含水量，结晶味精含水量在1%以下，粉末含水量在5%以下。 （2）味精的干燥

将结晶味精于80oC干燥，然后过8、12、20、30目的筛，其中12、20、30目的可作为成品99°味精。大片的可打碎成粉拌人食盐，作为粉状味精。过细的作为小结晶味精或当晶种用。

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第3章 结果分析

3.1水解糖液质量标准

作为谷氨酸发酵的水解糖液必须具备以下条件：

①严格控制淀粉的质量，对霉烂、变质的淀粉，一定要经过再精制处理后使用。 ②根据发酵初糖浓度的要求，正确控制淀粉乳浓度高低，既使糖液浓度符合发酵要求，又尽可能降低粉浆浓度，以提高糖液的纯度。

③糖液中不含糊精，因为它不能被谷氨酸菌利用，它的存在会使发酵过程泡沫增加，容易逃液，引起杂菌污染的可能。

④糖液要清，色泽要浅，保持一定的透光度。

⑤糖液要新鲜，尽可能现做现用，放置时间不宜过长，以免发酵变质，降低糖液的营养成分或产生其它抑制物。

⑥若淀粉中蛋白质含量高 ，当糖液中和过滤时除去不彻底，培养基中含蛋白质及其水解产物时，会使发酵液产生大量泡沫，造成逃液和杂菌的危险。 ⑦水解糖液的质量指标：

色泽：浅黄、杏黄色，透明液 糊精反应：无。还原糖含量：18%左右。 DE 值：90%以上。 透光率：60%以上。pH4.6～4.8。

3.2种子的质量要求及其影响因素[4]

一 成熟种子的质量要求：镜检细胞整齐、健壮、革兰氏染色无杂菌，无红色碎片，呈“八”字形分裂。 二 影响因素 1 培养基构成

种子培养基要求含有丰富的氮源，足够的生物素，少量的碳源，以利于菌体生长。如果、糖分过多，菌体代谢活动旺盛，产生有机酸 ，使pH降低，菌种容易衰老。 2 温度

幼龄菌对温度变化敏感，应避免温度过高和波动过大。 3 pH值

零小时时pH值不宜过高，培养结束pH值不宜过低，pH上升后有所下降时，培养时间已接近结束。

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4 溶解氧

长菌阶段对氧要求比发酵时低，溶氧水平过高，抑制长菌。 5 接种量

种量过少，菌体增长缓慢，适应期长，培养时间长，影响种子活力。但种量过大，易引起污染。一般种量以1%左右为宜。 6 培养时间

培养时间不宜太长，掌握对数生长期作为种子接入发酵罐。

3.3发酵过程现象：

由于产谷氨酸的菌种能够将尿素分解而提供铵离子，因此采用流加尿素的方法。发酵初期，菌体生长迟滞，约2～4h后即进人对数生长期，代谢旺盛，糖耗快，这时必须流加尿素以供给氮源井调节培养液的pH值至7.5～8.0，同时保持温度为30～32 oC。本阶段主要是菌体生长，几乎不产酸，菌体内生物素含量由丰富转为贫乏，时间约12h。随后转人谷氨酸合成阶段，此时菌体浓度基本不变，糖与尿素分解后产生的ａ一酮戊二酸和氨主要用来合成谷氨酸。这一阶段应及时流加尿素以提供氨及维持谷氨酸合成最适pH7.2～7.4，需大量通气，并将温度提高到谷氨酸合成最适温度34～37oC。发酵后期，菌体衰老，糖耗慢，残糖低，需减少流加尿素量。当营养物质耗尽、谷氨酸浓度不再增加时，及时放罐，发酵周期约为40h。

3.4异常发酵现象及其处理

由于谷氨酸发酵是一系列复杂的生化反应过程，影响因素很多，所产生的异常现象也是多样的。在分析现象寻找原因时，应根据各方面现象和生化检测参数联系起来综合分析。下面就一些常见的洋厂异常发酵现象及其处理方法见下表。 表4-1 异常发酵现象及其处理方法

序异常现象 11 22

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原因分析 ①初尿过多 处理方法 停搅拌，小通风，待菌体生长，pH下降后再按正常发酵进行 0时pH值高 ②尿素灭菌温度过高、时间过长 发酵前期pH 值过高 ①初尿过多 ②菌种被烧死 14

①按第1项方法处理 ②补种

③种子感染噬菌体 ④培养基贫乏或抑制菌体生长 ①感染噬菌体 ②培养基贫乏 33 菌体生长缓慢③菌种老化 或不长 ④前期风量过大，初尿过多抑制生长 ①菌种老化 ②前期风量过大后期无力 4 4 中后期耗糖④生物素不足 慢，产酸低 ③略减风量，如残糖高可补种，或并罐发酵 ④补料 55 14h后OD值继续上升 ①生物素过量 ②染菌 ①培养基丰富，生物素过量 6 6 耗糖快，pH偏③通风不足，空气短路，搅拌低，产酸低 转速低 ④感染杂菌 77 88 9泡沫太多 9 ②染菌 ②按染菌处理 发酵液变红色 生物素充足，风量不足 ?③按感染噬菌体处理 ④根据情况补料，补种 ⑤均先停搅拌、小通风 ①按感染噬菌体处理 ②补料，并停拌 ③换种、补种 ④停搅拌、小通风 ①略减风量，如残糖高可补种，或并罐发酵 ②略减风量，如残糖高可补种，或并罐发酵 ③种子或发酵前期温度过高 ①提高风量，提高温度 ②按染菌处理 ①提高风量，提高pH ②提高风量，提高pH ③提高风量，提高pH ④按杂菌处理 ②pH低，流尿不及时 提高风量 谷氨酸生成后又下跌 ①pH偏低，NH4过量，谷氨酸转变为谷酰胺 ②大量下跌，可能感菌 ①水解糖质量不好 ①及时流尿，提高pH ②按染菌处理 ①改进水解糖质量 15

3.5脱色工艺条件：

（1）温度对粉末活性炭脱色效果的影响 一般谷氨酸钠溶液的脱色温度以50～60oC为宜。

（2）PH值对粉末活性炭脱色的影响 中和液脱色PH仍保持在6以上为宜，一般为PH6.2～6.4

（3）活性炭的用量 一般活性炭用量按投谷氨酸量的3%左右。

（4）脱色时间的影响 脱色时间长，有利于吸附作用，适当的 搅拌也是必要的。实践证明加炭10min和30min，后者透光率可提高5%以上。

第4章 总结

1.淀粉酸水解理论基础

水解原理：（C6H10O5）n + nH2O? n(C6H12O6)

其工艺过程是将淀粉加水调成一定浓度的淀粉乳，然后用盐酸为催化剂，升温进行糖化，制得糖液，再将糖液进行中和、脱色、过滤以除去主要杂质。工艺流程如下： 淀粉→调浆→过筛→加酸→进料→糖化→放料→冷却→中和→脱色→压滤→糖液

2 利用10L发酵罐对发酵工艺中比较重要的工艺参数---搅拌和通气进行了研究。研究发现，在较低的搅拌转速下，仅仅提高通气量并不能解决发酵过程中菌体生长所遇到的溶氧不足的问题;而在高的搅拌转速下，搅拌所产生巨大的剪切力严重影响了菌体的生长，也不利于次生代谢产物的形成;适当高的搅拌和较高的通气量，不仅对菌体的生长有利，而且也有利于谷氨酸的生成。利用10L发酵罐，确定了谷氨酸较优的发酵工艺条件:搅拌转速， 600rpm:通气量，1.5vvm-1;培养温度，34oC;发酵周期为40h。

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致谢

本文从拟定题目到定稿，历时数月。在本论文完成之际，首先要向我的导师钟正伟老师致以诚挚的谢意。在论文的写作过程中，钟正伟老师给了我许许多多的帮助和关怀。钟正伟老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。钟正伟老师学识渊博、治学严谨，待人平易近人，在钟正伟老师的悉心指导中，我不仅学到了扎实的专业知识，也在怎样处人处事等方面收益很多；同时他对工作的积极热情、认真负责、有条不紊、实事求是的态度，给我留下了深刻的印象，使我受益非浅。在此我谨向钟正伟老师表示衷心的感谢和深深的敬意。

同时，我要感谢我们学院给我们授课的各位老师，正是由于他们的传道、授业、解惑，让我学到了专业知识，并从他们身上学到了如何求知治学、如何为人处事。我也要感谢我的母校承德石油高等专科学校，是她提供了良好的学习环境和生活环境，让我的大学生活丰富多姿，为我的人生留下精彩的一笔。

另外，我还要特别感谢马积贺和张烨同学对我的无私帮助，使我得以顺利完成论文。感谢我的同窗同学们和我宿舍的好友，在我毕业论文写作中，与他们的探讨交流使我受益颇多；同时，他们也给了我很多无私的帮助和支持，我再次深表谢意。

最后，向我的亲爱的家人和亲爱的朋友表示深深的谢意，他们给予我的爱、理解、关心和支持是我不断前进的动力。学无止境，明天，将是我终身学习另一天的开始。

杜 莎

2006年6月18日

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参考文献

[1]梅乐和编著 生化生产工艺学 北京 科学出版社 1999 45～57

[2]张克旭主编 氨基酸发酵工艺学 北京：中国轻工业出版社 1998 13～16 [3]尤新主编 淀粉糖品生产与应用手册 北京 国轻工业出版社 1997 67～84 [4]俞俊堂，唐孝宣，生物工艺学，上海:华东理工大学出版社，1991，下册 [5]陈卓贤主编 味精生产工艺学 中国轻工业出版社 1990.11 23～86 [6]张克旭 主编 味精生产问答 北京：中国轻工业出版社，1989 32～46 [7]于信令主编，味精工业手册， 1995.4，580～587。 [8]冯德荣，尚雪芹等(1993), 食品与发酵工业.93(2), 33～37. [9]张灿丽，曹北斗(1995发酵科技通讯 23(2),38～39.

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