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谷氨酸发酵过程研究06生物科学 黄雪梅 060907030摘要：谷氨酸发酵在工业生产上有着广泛的应用，主要是生产味精方面。本文主要对谷氨酸发酵流程上的一些原理、方法、流程以及影响生产因素做了大概的介绍。关键词：谷氨酸、发酵、过程控制前言：味精是人们常用一种调味品。味精主要以玉米淀粉为原料，其工艺流程中谷氨酸发酵是味精生产的必经步骤，是味精生产关键工序，谷氨酸发酵产酸率及糖酸转化率的高低是衡量发酵技术水平和经济效益的两个重要指标。谷氨酸发酵的工艺流程为：经连续消毒的培养基在无菌空气中接入经三级种子培养的菌种进行发酵谷氨酸。1. 谷氨酸发酵基本原理发酵新工艺采用的是温度敏感型菌种,由于突变导致DNA 分子上遗传密码的转换, 由该基因指导所译出的酶对温度的变化非常敏感, 在高温下极易失活。而在低温下保持正常的催化作用。因此, 菌体在低温时大量生长, 正常代谢。而在高温时菌体则生长微弱。由于高温使突变菌种的酶失去活性从而导致细胞膜结构的变化, 使细胞膜转变成有利于谷氨酸渗透的样式。从而使得终产物谷氨酸能够不断排除细胞体外。这样就使细胞内谷氨酸产物不能积累到引起反馈调节的浓度, 使得谷氨酸在细胞内不断合成, 在培养基中大量积累谷氨酸, 一般可达17%以上。根据菌种这一特性, 可以依据不同的工艺条件来控制菌种最适生长温度大量培养菌体, 然后在适当的时间将温度提高, 使菌体停止生长而大量产酸1。2. 菌种的选育(a) 菌种.(b) 培养基. (1) 斜面培养基. (2) 选择性培养基. (3) 发酵培养基. (c) 分析方法. (1) 谷氨酸. (2) pH. (3) 还原糖. (4) 菌体生长量检测. (d) 诱变处理及筛选取方法. (e) 筛选的原理和方法2。3. 发酵过程的控制接种量的控制：加大接种量, 菌体生长快, 便于控制工艺条件使菌体很快向生产型转变, 这样发酵产酸速度快。因为同一种谷氨酸生产菌单位生产谷氨酸的数量是常量, 况且大量移种过程中把微生物生长和分裂所必需的代谢物即核糖核酸一起带进去, 从而有利于微生物立即进入对数生长期, 用于长菌的糖耗很少。所以加大接种量能缩短发酵周期, 提高产酸, 提高转化率,提高设备利用率, 并能减少染菌机会。初糖浓度的控制：在不同初糖浓度下, 菌体浓度达到饱和值的时间是不一样的。初糖浓度的提高对菌体的生长有抑制作用。不同初糖浓度下发酵过程中菌体浓度的变化发酵初糖控制在一, 原则是“ 低糖起浓糖流加”, 流加糖量占总投糖量的比重要, 这样有利于提高转化率, 并且要稳定初糖浓种大度。生物素用量的控制：采用大接种量工艺, 生物素用量要少, 比正常亚适量工艺要少。提倡使用复合生物素, 玉米浆尽量改用新鲜的玉米浸泡水在淀粉工序稳定的前提下, 避免玉米浆蒸发浓缩后一些杂质和副产物带入发酵中3。高产、纯正、优良的菌种是保证发酵成功的前提在菌种的保藏和培养过程中, 和一切生物发酵生产一样, 菌种是发酵生产成败的内因。此外，控制好主要原料的质量并延伸控制原料的生产工艺本公司谷氨酸发酵的主要原料葡萄糖折纯约占发酵液总体积的20.0%, 初糖和流加糖的总体积占发酵液总体积的60%左右, 其内在质量对发酵的产酸和转化率影响很大, 控制好糖液质量和糖液生产工艺及其上游工艺淀粉的生产工艺对发酵可起到事半功倍的效果4。4. 影响发酵的因素4.1 内因发酵法生产谷氨酸, 首先应筛选一株具有一定特性的菌种, 能在10 %以上高质量分数的葡萄糖培养基中生长, 并产生5 %以上高质量分数的谷氨酸。这就要求该菌种必须具有以下生理条件：生物素缺陷型、具有CO2 固定反应的酶系、异柠檬酸裂解酶活力欠缺、 - 酮戊二酸氧化能力微弱、L - 谷氨酸脱氢酶活性强。4.2 外因菌种具有了特定的生理性能, 还必须给予特定的环境条件, 才能充分发挥菌种的优良特性,使谷氨酸的高产成为现实。在实际生产中, 影响谷氨酸合成的环境因素主要表现在以下几个方面：发酵液的碳氮比、生物素、发酵温度、pH值、NH4 和P 的含量，此外，还有通风量和泡沫的控制5。在生产操作上也必须严格遵循流程，主要有：严格执行设备检查及环境灭菌制度、完善供风系统，膜过滤器的应用, 大大改善了发酵用风的质量, 但供风系统存在的问题依然不容忽视。其工艺流程: 高空采风粗过滤空压机储气罐一级冷却器旋风分离器二级冷却丝网除沫器加热器过滤器发酵罐。把好离交废液排放关6。 谷氨酸发酵的关键在于发酵培养期间谷氨酸生产菌细胞膜结构与功能上的特异性变化, 使细胞膜转变成有利于谷氨酸向膜外渗透, 即完成由谷氨酸非积累型细胞向谷氨酸积累型细胞的转变。这样, 由于终产物谷氨酸不断地排出细胞外, 使细胞内的谷氨酸不能积累到引起反馈调节的浓度, 谷氨酸就会在细胞内继续不断地被优先合成, 又不断地透过细胞膜, 分泌到发酵培养基中, 从而得以大量积累。当谷氨酸产生菌完成由生长型细胞向产酸型细胞的转变后, 尽管发酵液中大部分细胞为产酸型细胞, 但仍然存在一些未完成转型的生长型细胞。随着后期补糖的进行, 所流加的营养成分仍然能保证这些未转型细胞继续进行再次分裂,发酵过呈现长菌体、耗糖快、耗氨快、产酸低或糖酸转化率低等现象, 这些未转型的细胞实际上与杂菌存在无异7。5. 提高发酵产量的方法 提高其产量方法有：改善发酵环境，进行清洁生产，杜绝染菌：噬菌体的增殖速度比细菌快百倍导致谷氨酸杆菌在短时间被噬菌体侵蚀裂解而死亡，谷氨酸杆菌无法进行正常新陈代谢，产生谷氨酸导致发酵生产失败。噬菌体只能寄生在活菌上，不能独立生产繁殖；只有从活菌源头抓起，才能真正杜绝噬菌体繁殖。提高菌种分纯质量，改进菌种保藏方法：谷氨酸发酵生产中，菌种的优劣起关键的作用。而一个菌种的优良性能的稳定是相对的，变异是绝对的，因此要稳定提高发酵生产技术水平，必须经常对菌种进行分纯、筛选、复壮,挑选出活力强、产酸高无染杂菌糖酸转化率高的优良菌种，并利用超低温冰箱（-65-75）保藏，使菌种细胞处于休眠状态，保存期较长，菌株保存23 年后，只需解冻经斜面培养后放46冰箱保存生产备用，该菌株生产性能仍然保持良好，从而确保发酵车间的稳定高产。采用自控式水热器生产高糖：自控水热器是直接注入蒸汽的加热器，在水热器内部蒸汽以高度湍流方式直接与料液混合，热能在瞬间由蒸汽传导给料液。由于采用一次蒸汽喷射双酶法制糖，发酵糖液质量和浓度有了明显提高，发酵可利用糖提高，改善了发酵罐后期因流加糖体积过大所造成的溶氧低、逃液泡沫等不利因素8。结语：谷氨酸除用于制造味精外，还可以用来治疗神经衰弱以及配制营养注射液等。我国的谷氨酸发酵虽然在产量、质量等方面有了较大的提高，但与国外先进水平相比还存在一定差距。主要表现在：设备陈旧，规模小，自控水平、转化率和提取率低，易受噬菌体污染，废水污染问题尚未完全解决等。所以，在这方面生产上还有待进一步研究。参考文献：1谷氨酸发酵新工艺J. 发酵科技通讯, 2007,(03).2陈碧娥,王丽娜. 谷氨酸生产菌的选育J. 华侨大学学报(自然科学版), 2004,(02) .3马占龙. 谷氨酸发酵过程的控制J. 发酵科技通讯, 2006,(03) .4蔡云苓,张恒忠,张兵,杨玉岭. 谷氨酸发酵主要影响因素及其控制J. 发酵科技通讯, 2007,(03) .5刘金霞. 浅析谷氨酸发酵的影响因素J. 江苏调味副食品, 2002,(