氨基酸工艺学

1、绪论一，什么是氨基酸发酵工业？答：氨基酸发酵是典型的代谢控制发酵,由发酵所生成的产物氨基酸,都是微生物的中间代谢产物,它的积累是建立于对微生物正常代谢的抑制。在脱氧核糖核酸(DNA)的分子水平上改变、控制微生物的代谢,使有用产物大量生成、积累。氨基酸发酵工业是利用微生物的生长和代谢活动,发酵生产氨基酸的现代工业. 第1章 ，淀粉水解糖的制备二，氨基酸的生产方法 1.抽提法 2.化学合成法 3、生物法：.酶转化法，微生物发酵法三，水解淀粉为葡萄糖的方法。 酸解法 ，酶酸法 ，酸酶法 ，双酶法。 1.酸解法（1）工艺流程： 淀粉、水、盐酸调浆进料水解冷却、中和脱色过滤糖化液（2.）工艺特点 高温、

2、高压 糖化时间短 副产物多、糖化收率低3）水解工艺条件： a.淀粉乳的浓度控制在18-22%。 b.盐酸的用量为干淀粉的0.6-0.7%，通常控制淀粉乳的pH值为1.5左右。 c.进料压力0.02-0.03MPa。 d.水解压力0.28-0.3 MPa。 e.水解终点检查采用无水乙醇检查无白色反应为止。4）中和、脱色的工艺条件 淀粉水解后，在水解液中尚含有少量蛋白质等胶体物质，除去这些物质的方法：以Na2CO3调整水解液的pH值到这些杂质的等电点，约为4.8-5.0，这个过程称为中和。中和的温度控制在70-80。糖液的脱色一般采用粉末活性炭脱色，具体工艺条件如下： 用量：为糖液的0.1-0.2

3、% 温度：65-80 时间：30min pH：4.8-5.05） 过滤 2.酶酸法 原料粉碎调浆液化灭酶过滤调酸糖化中和脱色过滤糖化液 -淀粉酶的用量：10-12u/干淀粉。3.双酶法 原料粉碎调浆液化灭酶调整pH糖化灭酶中和过滤糖化液 -淀粉酶的用量：10-12u/干淀粉。 糖化酶的用量：100-120 u/干淀粉。-淀粉酶（1）生产菌 枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、米曲霉、黑曲霉、拟内孢霉等等。（2）类型 常温和高温 固态粉末和液体（3）作用方式 可以切断-1，4糖苷键 不能切断-1，6糖苷键4）特性热稳定性 60 以下稳定作用温度 60-70；90-110pH稳定性 6.0-7.0稳定，5

4、.0以 下失活严重糖化酶（1）生产菌 黑曲霉。（2）类型 固态粉末和液体（3）作用方式 可以从非还原性末端切断 -1，4糖苷键； 缓慢切断-1，6糖苷键4）特性作用温度 40-65；最佳58-60pH稳定性 3.0-5.5稳定 最适4.0-4.5四，双酶法工艺特点1）副产物少，糖液纯度高；2）生产工艺条件温和；3）淀粉浓度高，可以使用粗原料；4）糖液质量高；5）周期长，设备多。五，双酶法制糖工艺。双酶法生产葡萄糖工艺，是以作用专一的酶制剂作为催化剂，反应条件温和，复合分解反应较少，因此采用双酶法生产葡萄糖，提高了淀粉或大米等原料的转化率及糖浓度，改善了糖液质量，是目前最为理想的制糖方法。六，淀

5、粉的液化淀粉的糊化（参看淀粉的性质）液化的方法（1）间歇液化法 85-90 保温30-60min。碘液检查合格（呈棕红色）。 经常使用中温酶2） 喷射液化法：喷射器形式：1，高压蒸汽喷射液化法2，低压蒸汽喷射液化法。七，DE值表示淀粉水解程度或糖化程度。也称葡萄糖值。八，DX值糖液中葡萄糖含量占干物质的百分率。第2章 谷氨酸发酵机制一，谷氨酸的生物合成途径 主要包括EMP、HMP、TCA循环、乙醛酸循环、CO2固定反应。二，生成谷氨酸的主要酶反应谷氨酸脱氢酶(GHD)所催化的还原氨基化反应 转氨酶(AT)催化的转氨反应谷氨酸合成酶(GS)催化的合成反应(还原氨基化为主导性反应)三,谷氨酸生物合

6、成的理想途径计算题会考葡萄糖生物合成谷氨酸：C6H12O6+NH3+1.5O2 C6H9O4N+CO2+3H2O四，控制谷氨酸合成的重要措施谷氨酸生产菌应具备的生化特点 1.-酮戊二酸氧化能力微弱 2.谷氨酸脱氢酶活性强 3.细胞膜对谷氨酸的通透性强 第3章 谷氨酸生产菌的特征，育种以及扩大培养一，现有谷氨酸生产菌主要是棒状杆菌属、短杆菌属、小杆菌属及节杆菌属中的细菌。其中常用黄色短杆菌，棒状杆菌，。二，谷氨酸棒状杆菌为生物素营养缺陷型：没有生物素合成酶。现有谷氨酸生产菌的主要特征：细胞形态球形，短杆形、棒形；革兰氏阳性菌，无鞭毛，无芽孢，不能运动；需氧型微生物；生物素缺陷型；脲酶强阳性；不分

7、解淀粉、纤维素、油脂、酪蛋白、明胶等；发酵中菌体发生明显形态变化，同时细胞膜渗透性改变；二氧化碳固定反应酶系强；异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，乙醛酸循环弱；-酮戊二酸氧化能力微弱；柠檬酸合成酶、乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶活性强；具有向环境泄露谷氨酸的能力；不分解利用谷氨酸，并能耐高谷氨酸，产谷氨酸8%以上；能利用醋酸，不能利用石蜡。还原型辅酶2（nadph2）进入呼吸链能力弱。三，谷氨酸发酵的代谢控制育种1） 日常菌种工作2）选育耐高渗透压菌种3）选育不分解利用谷氨酸菌株4）选育细胞膜渗透性好的菌株5）选育强化CO2固定反应的菌株6）强化柠檬酸到-酮戊二酸代谢菌株7）选育减弱乙醛酸

8、循环的突变株8）解除谷氨酸对谷氨酸脱氢酶反馈调节9）强化能量代谢10）减弱HMP途径后段酶活性的突变株第4章 谷氨酸发酵过程控制一，谷氨酸生产的影响 内因：具有一定生理特性的菌种。 外因：环境因素。 二，发酵培养基：1,、碳源：目前所发现的谷氨酸产生菌均不能利用淀粉,只能利用葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖等,有些菌种能够利用醋酸、乙醇、正烷烃等作碳源。 我国主要使用：玉米、大米、淀粉、糖蜜。 2、氮源：合理的碳氮比：100（15-30） 。氮源的来源：无机氮源: (1)尿素 (2) 液氨 (3)氨水 有机氮源: 主要是蛋白质、胨、氨基酸等。谷氨酸发酵的有机氮源常用玉米浆、麸皮水解液、豆饼水解液和糖

9、蜜等。 3、 无机盐：磷酸盐，硫酸镁，钾盐，微量元素 4、生长因子：1) 生物素 (2) 维生素B1三，培养条件对谷氨酸发酵的影响+温度对谷氨酸发酵的影响：1.温度影响细胞中酶的活性,而影响代谢速度、途径方向 2.酶是蛋白质，受热容易失活，温度愈高失活愈快,菌体易衰老,影响发酵液的性质来间接影响发酵。 3.影响基质和氧的溶解从而影响发酵 4.微生物最适的生长温度范围+pH值对谷氨酸发酵的影响：1.pH值对谷氨酸发酵的影响2.发酵过程pH 值的变化及控制#*+供氧对谷氨酸发酵的影响：1.溶解氧与谷氨酸的需氧量 葡萄糖氧化的需氧量： 彻底氧化1：6 合成代谢产物：1：1.9 必须连续向发酵液通入氧

10、。 2.供氧对谷氨酸发酵的影响 菌体生长期：满足菌体合成的需要，过低，副产物增加，影响菌体收率。过高抑制生长。 产酸期：最大满足呼吸需氧量。 3.供氧与其他发酵工艺条件的关系 4.氧对发酵影响的微生物生理学考察+二氧化碳对谷氨酸发酵的影响：1.间接控制通风量排风中二氧化塘控制在13%2.提前发现噬菌体感染3.帮助发现杂菌感染4.氧对发酵影响的微生物生理学考察四，泡沫对发酵的影响1.发酵液逃逸2.感染3.降低装填系数，设备利用率降低4.影响氧传递泡沫的消除方法1）机械消泡2）化学消泡 添加消泡剂：BAPE、PPE3） 物理消泡5，发酵过程分为四个阶段：适应期，对数生长期，转化期，产酸期6，糖蜜原

11、料强制发酵工艺（蜜糖，淀粉原料生产谷氨酸）。表面活性剂的添加 0.2%吐温-60，青霉素的添加， 3-5单位/mL发酵液工艺特点：大接种量（10%左右），高生物素（100g/L），高通风量（1：0.3）7，提高发酵产率的主要措施。选育优良高产菌种、适宜的环境条件、原料质量好、合理的发酵设备、有效的管理措施。第5章 噬菌体与杂菌的防治一，噬菌体是浸染细菌，放线菌等微生物并使其细胞裂解死亡的一类病毒。二，噬菌体污染出现“二高三低”现象发酵液OD值低产谷氨酸量低发酵温度低pH升高，可到8.0以上残糖高三，噬菌体污染的防止措施 以环境净化为中心的综合治理（定期检查噬菌体，严禁活菌体排放，杀灭环境中的噬

12、菌体，杀灭压缩空气中的噬菌体，严格无菌操作，避免噬菌体侵入设备）、污染噬菌体后的挽救措施（并罐法（噬菌体不能侵染产酸期细胞），菌种轮换（不交叉感染），放罐重消法（高温灭菌），低温灭菌法）、合理使用抗性菌株、利用药物防治噬菌体。第6章 谷氨酸的提取一，将谷氨酸生产菌在发酵液中积累的L-谷氨酸提取出来,再进一步中和、除铁、脱色、加工精制成谷氨酸单钠盐（俗称味精）叫提炼。分为两个阶段：提取和精制在提取车间和精制车间完成。谷氨酸是发酵的目的物,它溶解在发酵液中,而在发酵液中还存在菌体、残糖、色素、胶体物质以及其他发酵副产物。提取工艺的选择原则: 工艺简单,操作方便,提取收率高,产品纯度高,劳动强度小,

13、设备简单,造价低,使用的原材料、药品价廉,来源容易。二，谷氨酸提取方法1)等电点法:是谷氨酸提取方法中最简单的一种方法,由于设备简单、操作简便、投资少等优点,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pH3.22,使谷氨酸呈过饱和状态结晶析出。(2)离子交换法;3)金属盐法 4)离子交换膜电渗析法提取谷氨酸三,谷氨酸的晶型及其性质。 a-型结晶（斜方六面晶体，纯度高，颗粒大，质量重，实测其视相对密度0.85，晶体有光泽，易沉降，与母液分离容易），B-型结晶（粉状、针状、鳞片状，晶粒细微，纯度低，无光泽，质量轻，实测其视相对密度0.45，难沉降，不易分

14、离）四，三种不同起晶方法。,结晶的过程通常包括晶核的形成和晶体的长大两个阶段。首先在溶液中产生细小的晶核,随后以这些晶核为中心,继续在晶核表面吸附周围溶质分子,使晶粒不断长大。 工业生产上结晶有三种不同起晶方法: (1)自然起晶法 (2)刺激起晶法 (3)晶种起晶法 晶种起晶法是一个普遍被采用的方法。五，离子交换树脂的结构（考选择）多孔网状结构的高分子化合物，化学稳定性良好，不溶与水、酸、碱和有机物。六，谷氨酸发酵液的综合利用1、 清洁生产2、发酵废母液提取菌体蛋白3、谷氨酸发酵废母液生产饲料酵母4、谷氨酸废母液回收核糖核酸（RNA）5、废母液生产有机复合肥。第7章 谷氨酸制味精一，味精的物理

15、性质谷氨酸的钠盐（C5H8NO4Na·H2o），无色至百色柱状结晶。相对分子量187.13。结晶系晶体形状是斜方晶系。密度1.635，视相对度0.800.83.旋光性及比旋光度：L-型,D型。二，谷氨酸制味精的工艺流程谷氨酸加水溶解碳酸钠或者氢氧化钠中和脱色除铁，钙，镁等离子-蒸发、浓缩结晶分离、干燥过筛包装成品三，谷氨酸的前提物谷氨酸生产菌的生化特征有：1、有催化固定CO2的二羧酸合成酶；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很强，而异柠檬酸裂解酶的活性不能太强，这样有利于谷氨酸前提物a酮戊二酸的合成，满足合成谷氨酸的需要；4、谷氨酸脱氢酶的活力高，这样有利于谷氨酸的合成；5、谷氨酸生产菌经呼吸链氧化HNADPH的能力要求弱；6、菌体本身进一步分解转化