第八章 现代发酵工程主要产品的工艺过程

1、发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程抗生素：抗生素：是生物在其生产活动过程中所产生，是生物在其生产活动过程中所产生，并能在低微浓度下有选择性地并能在低微浓度下有选择性地抑制或杀灭抑制或杀灭其他其他微生物或肿瘤细胞的微生物或肿瘤细胞的有机物有机物。历史历史19281928年，英国弗莱明发现青霉素年，英国弗莱明发现青霉素二战期间，大规模发酵生产二战期间，大规模发酵生产世界上最早用于临床的抗菌素世界上最早用于临床的抗菌素 第一节第一节 抗生素抗生素发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程发酵工

2、程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程青霉素生产中作出巨大贡献者青霉素生产中作出巨大贡献者根据抗生素的作用机制分类根据抗生素的作用机制分类 l 抑制细胞壁合成抑制细胞壁合成 ： 青霉素，头孢菌素，杆菌肽青霉素，头孢菌素，杆菌肽等；等；l 抑制细胞膜功能抑制细胞膜功能 ： 多粘菌素，短杆菌素等；多粘菌素，短杆菌素等；l 抑制蛋白质合成抑制蛋白质合成 ： 四环素，链霉素，卡那霉素，四环素，链霉素，卡那霉素，庆大霉素，红霉素等庆大霉素，红霉素等l 抑制核酸合成抑制核酸合成 ： 丝裂霉素，博来霉素，利福霉丝裂霉素，博来霉素，利福霉素，放线菌素等；素，放线

3、菌素等；l 抑制生物能作用：抗霉素等抑制生物能作用：抗霉素等 分类分类发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程根据抗生素的化学结构分类根据抗生素的化学结构分类-内酰胺类：青霉素类和头孢菌素类，内酰胺类：青霉素类和头孢菌素类，它们含有它们含有一个四元内酰胺环，为目前最受重视的一类。一个四元内酰胺环，为目前最受重视的一类。氨基糖苷类氨基糖苷类 ：包括链霉素、庆大霉素含有氨基糖包括链霉素、庆大霉素含有氨基糖苷类或氨基环醇。苷类或氨基环醇。大环内酯类大环内酯类

4、 ： 红霉素、麦迪加霉红霉素、麦迪加霉素素四环类四环类 ： 四环素、土霉素四环素、土霉素多肽类多肽类 ：多粘菌素：多粘菌素蒽环类抗生素：阿霉素、柔红霉素属于抗癌类抗蒽环类抗生素：阿霉素、柔红霉素属于抗癌类抗生素。生素。喹诺酮类抗生素，如环丙沙星、诺氟沙星。喹诺酮类抗生素，如环丙沙星、诺氟沙星。发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程产生菌的筛选产生菌的筛选抗菌性试验抗菌性试验提取、精制、鉴定提取、精制、鉴定毒性试验毒性试验药理和临床试验药理和临床试验生产前期研究生产前期研究发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵

5、工业主要产品的工艺过程 Agar diffusion assayagar plate琼脂培养基琼脂培养基lawn of test bacteria测测 试试 菌菌 苔苔filter papers soakedwith test compounds含含 药药 物物 滤滤 纸纸zones of inhibition(no growth)抑菌圈抑菌圈发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程分分 析析 仪仪 器器现代分析仪器：现代分析仪器：核磁共振核磁共振毛细管电泳毛细管电泳气相色谱气相色谱高效液相色谱高效液相色谱质谱质谱发酵工程发酵工程 第八章第八

6、章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程自动自动 、灵敏、准确、灵敏、准确菌种菌种孢子孢子制备制备发酵发酵种子种子制备制备发酵液的预处理发酵液的预处理提取和精制提取和精制成品包装成品包装发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程 培培 养养 基基Media for Cell Growth & Final productionComponents Range % 组组 成成Glucose/ sucrose 3.0-5.0 葡萄糖/ 蔗糖Starch 淀粉 3.0-5.0Corn steep liquor 3.0-5

7、.0Calcium carbonate 0.5-1.0 碳酸钙Phosphate 磷酸盐 0.1-0.5Ammonium sulphate 0.1-1.0 硫酸胺Urea 尿素 0.1-0.5Oil 油 0.1-0.5Fermentation 发酵培养基发酵培养基 Components Range % 组组 成成Glucose 0.5-1.0Starch 0.5-5.0Corn steep liquor 5.0-8.0 玉米浸提液Soy flour 1.0-5.0Phosphate 0.1-1.0Ammonium sulphate 0.5-1.0 and fed periodicallyOil

8、 1.0 and fed continuouslyCorn syrup fed continuously 玉米糖浆 连续加料 Tank seed 种子培养基种子培养基菌种：产黄青霉菌菌种：产黄青霉菌 (Penicillium chrysogenum)孢子培养：孢子培养：25 25 CC, 6-7 d, 6-7 dl 种子培养：种子培养： 25 25 CC， 2-3 d 2-3 d l 发酵培养发酵培养 ： 22-26 22-26 CC, 6-7 d, 6-7 dl 加糖控制：残糖降至加糖控制：残糖降至0.60.6 青青 霉霉 素素 发发 酵酵发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品

9、的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程补氮：氨控制在补氮：氨控制在 0.01-0.050.01-0.05前体：残余苯乙酰胺前体：残余苯乙酰胺 0.05-0.080.05-0.08温度控制：前期温度控制：前期 25-26 C25-26 C，后期后期 23 C23 C通气与搅拌通气与搅拌 ：1 : 0.8 VVM1 : 0.8 VVM泡沫泡沫 ：天然油脂：天然油脂, , 如豆油如豆油 发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程氨基酸是指一类含有羧基并在与羧基相连的碳氨基酸是指一类含有羧基并在与羧基相连的碳原子下连有氨基的含氮有机化合物，是生物功原

10、子下连有氨基的含氮有机化合物，是生物功能大分子蛋白质的基本组成单位。能大分子蛋白质的基本组成单位。第二节第二节 氨基酸氨基酸发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程主要菌株：主要菌株：棒状杆菌属棒状杆菌属 (Corynebacterium)，短，短杆菌属杆菌属 (Brevibacterium)，小杆菌属，小杆菌属 （Microbacterium），节杆菌属，节杆菌属 (Arthrobacter)国内常用菌株：国内常用菌株：北京棒杆菌北京棒杆菌 AS1.299 AS1.299 、73387338、 S-941S-941、D110D110，钝齿棒

11、杆菌，钝齿棒杆菌AS1.542AS1.542、 HU7251HU7251、 B9B9，天津短杆菌，天津短杆菌T6-13T6-13、 FM-8207FM-8207、 U-9 U-9 、TG-TG-3 3 、TG-866TG-866、 D85D85 谷氨酸的发酵生产谷氨酸的发酵生产发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程谷氨酸生产菌的主要特征谷氨酸生产菌的主要特征1 1）G G+ +、无芽孢、无鞭毛、不运动；、无芽孢、无鞭毛、不运动；2 2）都是需氧型；）都是需氧型；3 3）多为生物素缺陷型；）多为生物素缺陷型；4 4）不分解淀粉、纤维素、油脂、

12、酪蛋白等；）不分解淀粉、纤维素、油脂、酪蛋白等；5 5）发酵中菌体发生明显的形态变化，同时发生细胞膜渗透性的变化；）发酵中菌体发生明显的形态变化，同时发生细胞膜渗透性的变化；6 6） 二氧化碳固定反应酶系活力强；二氧化碳固定反应酶系活力强；7 7）异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱、乙醛酸循环弱；）异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱、乙醛酸循环弱；8 8） - -酮戊二酸氧化能力缺失或微弱；酮戊二酸氧化能力缺失或微弱；9 9）柠檬酸合成酶、乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶活力强；）柠檬酸合成酶、乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶活力强；1010）具有向环境中泄漏谷氨酸的能力；）具有向环境中泄漏谷

13、氨酸的能力；发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程生成谷氨酸的主要反应生成谷氨酸的主要反应1) 1) 谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶(GHD)(GHD)催化的还原氨基化反应催化的还原氨基化反应 GHD -酮戊二酸酮戊二酸 + NH4+ + NADPH2 谷氨酸谷氨酸 + H2O + NADP2) 2) 转氨酶催化的转氨反应转氨酶催化的转氨反应3) 3) 谷氨酸合成酶谷氨酸合成酶(GS)(GS)催化的反应催化的反应发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程谷氨酸生物合成途径谷氨酸生物合成途径 酵解途

14、径酵解途径 (EMP)(EMP) 己糖一磷酸途径己糖一磷酸途径 (HMP)(HMP) 三羧酸循环三羧酸循环 (TCA)(TCA) 乙醛酸循环乙醛酸循环 二氧化碳固定反应二氧化碳固定反应发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程TCA循环柠檬酸合成酶顺乌头酸酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶复合体谷氨酸脱氢酶由葡萄糖合成谷氨酸的代谢途径乙醛酸循环TCA TCA 循环的一条回补途径循环的一条回补途径柠檬酸裂解酶、苹果酸合酶柠檬酸裂解酶、苹果酸合酶CO2固定由葡萄糖发酵谷氨酸的理想途径谷氨酸合成的理想途径谷氨酸合成的理想途径发酵工程发酵工程 第八章第八

15、章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程谷氨酸积累机理：谷氨酸积累机理：1 1）谷氨酸产生菌丧失或仅有微弱的）谷氨酸产生菌丧失或仅有微弱的 - -酮戊二酸脱氢酶活力，酮戊二酸脱氢酶活力，使使 - -酮戊二酸不能继续氧化；但谷氨酸脱氢酶活力很强，同酮戊二酸不能继续氧化；但谷氨酸脱氢酶活力很强，同时时NADPHNADPH2 2再氧化能力弱，这样就使再氧化能力弱，这样就使 - -酮戊二酸到琥珀酸的过酮戊二酸到琥珀酸的过程受阻；在有过量铵离子存在时，程受阻；在有过量铵离子存在时， - -酮戊二酸经氧化还原酮戊二酸经氧化还原共轭的氨基化反应而生成谷氨酸。共轭的氨基化反应而生成谷氨

16、酸。2 2）谷氨酸产生菌大多为生物素缺陷型，谷氨酸发酵时通过控）谷氨酸产生菌大多为生物素缺陷型，谷氨酸发酵时通过控制生物素亚适量，引起代谢失调，使谷氨酸得以积累。制生物素亚适量，引起代谢失调，使谷氨酸得以积累。3 3）生成的谷氨酸不形成蛋白质，而分泌泄漏于菌体外。）生成的谷氨酸不形成蛋白质，而分泌泄漏于菌体外。4 4）谷氨酸产生菌不利用菌体外的谷氨酸，而使谷氨酸成为最）谷氨酸产生菌不利用菌体外的谷氨酸，而使谷氨酸成为最终产物。终产物。发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程 当环境条件发生变化时，菌体的生物代谢也会当环境条件发生变化时，菌体的

17、生物代谢也会发生变化，谷氨酸发酵会向其他发酵转换，谷氨发生变化，谷氨酸发酵会向其他发酵转换，谷氨酸积累减少，而其他副产物积累量增加。酸积累减少，而其他副产物积累量增加。溶氧溶氧适中适中 不足不足过量过量产生谷氨酸产生谷氨酸产生乳酸产生乳酸产生产生 - -酮戊二酸酮戊二酸磷酸盐磷酸盐适中适中过量过量产生谷氨酸产生谷氨酸产生缬氨酸产生缬氨酸发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程（一）淀粉水解糖的制备 目前的谷氨酸产生菌都不能直接利用淀粉，也目前的谷氨酸产生菌都不能直接利用淀粉，也基本上不能利用糊精。基本上不能利用糊精。 因此必须将淀粉水解成葡萄

18、糖。因此必须将淀粉水解成葡萄糖。发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程谷氨酸的生产流程谷氨酸的生产流程水解糖制备的方法：1、酸解法以无机酸为催化剂、高温高压以无机酸为催化剂、高温高压2、酸酶法先将淀粉水解成糊精或低聚糖，再用糖先将淀粉水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶水解为萄糖化酶水解为萄糖3、酶酸法将淀粉乳先用将淀粉乳先用 - -淀粉酶液化，再用酸水淀粉酶液化，再用酸水解成葡萄糖解成葡萄糖4、双酶法用淀粉酶和糖化酶结合将淀粉水解成用淀粉酶和糖化酶结合将淀粉水解成葡萄糖葡萄糖发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵

19、工业主要产品的工艺过程以大米为原料的酶酸法制糖工艺： 清洗 浸泡常温；以手捏碎为佳常温；以手捏碎为佳 ( 1-5h)( 1-5h) 粉碎 调浆15 15 波美度左右波美度左右 加保护剂0.3% CaCl0.3% CaCl2 2, pH6.3-6.5;, pH6.3-6.5; 保护淀粉酶活力保护淀粉酶活力发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程 加酶 - -淀粉酶，淀粉酶，0.250.250.3%0.3% 液化9090，间隙通空气，间隙通空气，101020 min20 min；碘液反应检查碘液反应检查 杀酶100100105105，5min5m

20、in 压滤 调pHpH 1.8pH 1.8发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程 糖化0.28MPa0.28MPa，10-15min10-15min；无白色反应（无；无白色反应（无水酒精检查）水酒精检查） 中和调调pH4.0-4.8pH4.0-4.8，蛋白析出，蛋白析出 脱色活性碳吸附法；活性碳吸附法；0.1-0.4%; 700.1-0.4%; 70 压滤发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程菌种的扩大培养普遍采用二级发酵普遍采用二级发酵 （一级种子罐）（一级种子罐）斜面种子罐种子罐发

21、酵 罐摇瓶发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程斜面菌种： 30-3230-32； 18-2418-24小时小时摇瓶种子： 目的在于大量繁殖活力强的菌体，培养基组成目的在于大量繁殖活力强的菌体，培养基组成 以少含糖分、多含有机氮为主。以少含糖分、多含有机氮为主。发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程种子罐培养 接种量接种量: 0.8-1.0%: 0.8-1.0% 温度温度: 32: 32 时间时间 :7 - 8:7 - 8小时小时 通风量通风量: : 50L: 1 :0.5 50L: 1

22、 :0.5 250L : 1 : 0.3 250L : 1 : 0.3 500L: 1 : 0.25 500L: 1 : 0.25发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程2、发酵控制1）培养基碳源：多用淀粉水解糖多用淀粉水解糖 在一定范围内，谷氨酸的产量随糖浓度增加而增加；在一定范围内，谷氨酸的产量随糖浓度增加而增加；但过高，由于渗透压增大，对菌体生长和发酵均不利。但过高，由于渗透压增大，对菌体生长和发酵均不利。目前国内常用目前国内常用125-150g/L125-150g/L， 产酸产酸55-70g/L55-70g/L；有的采用；有的采用高糖

23、工艺（高糖工艺（170 190g/L),170 190g/L),产酸产酸80g/L80g/L，但周期延长，但周期延长发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程淀粉水解糖质量对谷氨酸发酵的影响很大淀粉水解糖质量对谷氨酸发酵的影响很大 如果淀粉水解不完全，有糊精存在，不仅造成浪如果淀粉水解不完全，有糊精存在，不仅造成浪费，还会产生过多泡沫，影响发酵的正常进行。费，还会产生过多泡沫，影响发酵的正常进行。 若淀粉水解过分，葡萄糖发生复合反应生成龙胆若淀粉水解过分，葡萄糖发生复合反应生成龙胆二糖、异麦芽糖等非发酵性糖，同时葡萄糖发生分二糖、异麦芽糖等非发

24、酵性糖，同时葡萄糖发生分解反应，生成解反应，生成5-5-羟甲基糠醛，并进一步分解生成有羟甲基糠醛，并进一步分解生成有机酸和黑色素等物质，对菌体生长和谷氨酸发酵均机酸和黑色素等物质，对菌体生长和谷氨酸发酵均有抑制作用。有抑制作用。发酵控制发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程氮 源尿素尿素 玉米浆、麸皮水解液玉米浆、麸皮水解液液氨液氨碳酸氢铵碳酸氢铵 3080%的氮用于合成谷氨酸发酵控制发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程C / N C / N = 100 ： 15 30 （比（比 一般

25、高；一般高；100 100 ：0.2 -2.0 )0.2 -2.0 ) 在发酵的不同阶段控制不同的在发酵的不同阶段控制不同的C/NC/N在长菌阶段，如在长菌阶段，如NHNH4 4+ +过量会抑制菌体生长；过量会抑制菌体生长；在产酸阶段，如在产酸阶段，如NHNH4 4+ +不足，谷氨酸的积累减少。不足，谷氨酸的积累减少。发酵控制发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程生长因子： 目前以糖质原料为碳源的谷氨酸产生菌均为生物素缺目前以糖质原料为碳源的谷氨酸产生菌均为生物素缺陷型，以生物素为生长因子陷型，以生物素为生长因子 生物素的作用主要是影响谷氨

26、酸产生菌细胞膜对谷氨生物素的作用主要是影响谷氨酸产生菌细胞膜对谷氨酸的通透性酸的通透性 用用量：菌体生长所需的量：菌体生长所需的“亚适量亚适量”；一般；一般5 5 g/Lg/L生物素过量，不产或少产谷氨酸；生物素不足，菌体生长不好，谷氨酸产量也低。发酵控制发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程提供生长因子的农副产品原料： 玉米浆玉米浆 麸皮水解液麸皮水解液 糖蜜糖蜜 酵母酵母发酵控制发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程2）温度 最适生长温度最适生长温度 30303434 谷氨酸产生的最

27、适温度谷氨酸产生的最适温度35353737 可采用变温控制可采用变温控制发酵控制发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程3）pH发酵前期控制在发酵前期控制在7.5 7.5 左右左右发酵中期发酵中期7.27.2发酵后期发酵后期7.07.0临近放罐时临近放罐时6.56.56.86.8发酵控制发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程调节pH方法： 尿素流加法尿素流加法 国内厂家多采用国内厂家多采用 液氨或氨水添加法液氨或氨水添加法 液氨含氨量液氨含氨量99-99.8% ;99-99.8% ;氨水含

28、氨量氨水含氨量20-25%20-25% 国外多采用该法国外多采用该法发酵控制发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程4）供氧 在菌体生长期在菌体生长期 供氧必须满足菌体呼吸的需氧量供氧必须满足菌体呼吸的需氧量 谷氨酸生成期谷氨酸生成期 应充分供氧（在细胞最大呼吸速应充分供氧（在细胞最大呼吸速 率时，谷氨酸产量大）率时，谷氨酸产量大）发酵控制发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程三） 谷氨酸提取等电点法等电点法离子交换法离子交换法金属盐法金属盐法盐酸水解盐酸水解 等电点法等电点法离子交换膜电

29、透析法离子交换膜电透析法 国内多采用等电点锌盐法 该法收率可达8590%发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程等电点锌盐法工艺简介：1、先采用等电点法提取谷氨酸1 1）原）原 理理 pH = pIpH = pI 时谷氨酸的溶解度最小时谷氨酸的溶解度最小 谷氨酸的等电点谷氨酸的等电点 pIpI = (pK1 + pK2)/2 = (pK1 + pK2)/2 = (2.19 + 4.25)/2 = 3.22 = (2.19 + 4.25)/2 = 3.22 将发酵液调至将发酵液调至pH = 3.2pH = 3.2，使谷氨酸处于过饱和，使谷氨酸处

30、于过饱和 状态而结晶析出状态而结晶析出发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程2）谷氨酸的晶型及性质在不同条件下会形成两种不同的晶体在不同条件下会形成两种不同的晶体 - -型晶体：型晶体： 斜方六面体；纯度高，颗粒大，质量好，与斜方六面体；纯度高，颗粒大，质量好，与 母液分离容易；为理想的晶型母液分离容易；为理想的晶型 - -型晶体型晶体： 粉状或针状、鳞片状；晶体微细，纯度低，晶体粉状或针状、鳞片状；晶体微细，纯度低，晶体 无光泽；质量轻，难沉淀；生产上应避免形成该无光泽；质量轻，难沉淀；生产上应避免形成该 类晶体类晶体发酵工程发酵工程 第

31、八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程3）影响谷氨酸结晶的主要因素A) 温度与降温速度 当结晶析出温度超过当结晶析出温度超过3030， - -型晶体明显增加型晶体明显增加 因此须把发酵液的温度降到因此须把发酵液的温度降到3030以下，再进行以下，再进行 晶体析出。晶体析出。 中和时要控制液温缓慢下降，不能回升中和时要控制液温缓慢下降，不能回升降温过快或忽高忽低，则晶核小而多、结晶微细；且会引起-型向 -型转变发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程B) 加酸速度与终pH的影响 若加酸速度太快，会局部过饱和，出

32、现大量细小晶核，若加酸速度太快，会局部过饱和，出现大量细小晶核，形成形成 - -型晶体型晶体 开始加酸至开始加酸至pH5pH5左右，加酸可快些；左右，加酸可快些；pH5pH5以下、起晶前以下、起晶前后，加酸速度要慢，须小心后，加酸速度要慢，须小心 发现晶核时，应立即停止加酸，育晶发现晶核时，应立即停止加酸，育晶2h2h，使晶核成长，使晶核成长，然后再继续缓慢加酸中和至然后再继续缓慢加酸中和至pH3.2pH3.2。发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程C) 投晶种起晶有两法自然起晶加晶种起晶 加晶种起晶，晶核容易控制，不易出现加晶种起晶，晶核

33、容易控制，不易出现 - -型晶体型晶体 但必须注意晶种的质量但必须注意晶种的质量 （选择较好的（选择较好的 - -型晶体）型晶体）并应并应掌握好投晶种的时机掌握好投晶种的时机发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程D) 搅拌的影响 搅拌有利于晶体长大，避免搅拌有利于晶体长大，避免“晶簇晶簇”生成生成 太快，液体翻动剧烈，会引起晶体的磨损，不利晶体太快，液体翻动剧烈，会引起晶体的磨损，不利晶体长大，使晶体细小。长大，使晶体细小。 太慢，晶体容易下沉，太慢，晶体容易下沉，pHpH和温度不均匀，引起局部和温度不均匀，引起局部pHpH过低，易生成过低

34、，易生成 - -型晶体。型晶体。 一般采用：桨式搅拌器；一般采用：桨式搅拌器；252535rpm35rpm发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程2、再用锌盐法进一步提取 （总回收可达8090%） 原 理 在一定在一定pH pH 条件下条件下 (pH 6.3)(pH 6.3)，谷氨酸与锌离子，谷氨酸与锌离子 生成难溶于水的谷氨酸锌沉淀下来生成难溶于水的谷氨酸锌沉淀下来 在酸性条件下，溶解谷氨酸锌；再调在酸性条件下，溶解谷氨酸锌；再调pHpH至至2.42.4， 谷氨酸结晶析出谷氨酸结晶析出由于溶液中锌离子浓度很高，由于溶液中锌离子浓度很高，产生

35、共存离子效应，使谷氨酸产生共存离子效应，使谷氨酸等电点等电点pH pH 值降低值降低发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程 工艺流程 等电点法母液 加加 ZnSOZnSO4 4加加NaOHNaOH调调pH6.pH6.3 含锌废液（处理或综合利用）谷氨酸锌盐加水加水调调pHpH至至2.42.4 湿谷氨酸 锌盐母液谷氨酸 洗水水洗离心水洗离心四）谷氨酸制味精味精为谷氨酸纳，味精为谷氨酸纳，无谷氨酸的酸味，而具很强的鲜味无谷氨酸的酸味，而具很强的鲜味味精晶体为棱柱状的八面体味精晶体为棱柱状的八面体发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产

36、品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程 工艺流程谷氨酸中和湿谷氨酸：纯碱湿谷氨酸：纯碱 NaNa2 2COCO3 3= 1 = 1 ：0.3-0.340.3-0.3460; pH6.9 - 7.0 ; 60; pH6.9 - 7.0 ; 浓度浓度21-23 21-23 波美度波美度除铁、锌加加NaNa2 2S , S , 生成硫化亚铁、硫化锌沉淀生成硫化亚铁、硫化锌沉淀 中和液脱色湿谷氨酸：活性碳湿谷氨酸：活性碳 = 1 = 1 ： 0.01; 0.01; 搅拌搅拌3030分钟，自然沉淀分钟，自然沉淀发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过

37、程浓缩结晶结晶锅；真空度结晶锅；真空度600mmHg600mmHg以上；温度以上；温度6565以下；当锅内浓度达以下；当锅内浓度达31.5 31.5 波美度时，波美度时，用真空吸入晶种起晶、育晶、养晶用真空吸入晶种起晶、育晶、养晶分离、干燥、筛分、混盐分离：晶液晶液8000-100008000-10000每分钟转数每分钟转数干燥：温度温度80 80 筛分：采用采用8 8、1212、2020、3030四种目孔四种目孔发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程 味精生产中常见的几个质量问题 味粉混浊硫化物过量消泡油过量夹带DL-谷氨酸钠 原材料质量

38、差（如纯碱含杂质多）发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程 产生焦谷氨酸钠产生焦谷氨酸钠（正常带（正常带1 1分子水）分子水）中和、脱色温度高味精烘干温度过高浓缩结晶过程温度过高、时间长各道母液循环次数多发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程 味精发红母液 除铁不净，含铁离子活性炭盐酸再生不完全，解析铁离子不彻底发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程味精发黄母液脱色不彻底，带有色素味精干燥温度过高、时间过长，引起焦化发酵工程发酵工程

39、第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程结晶味精无光泽结晶操作过程中受长时间的高温 （75以上）味精分离之前，助晶槽母液浓度偏高干燥温度过高发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程味精发脆 结晶操作过程中 锅内温度忽高忽低结晶母液pH太低 （6.2以下）母液质量差或结晶液循环次数过多发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程第三节 柠檬酸 (citric acid) 的发酵生产发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的

40、工艺过程一、柠檬酸的用途1 1、在食品工业上的应用、在食品工业上的应用第一食用酸味剂第一食用酸味剂 广泛用于饮料、果酱、果胨、腌制品、罐头广泛用于饮料、果酱、果胨、腌制品、罐头 赋予水果风味，增溶、缓冲、抗氧化等赋予水果风味，增溶、缓冲、抗氧化等2 2、在医药上的应用、在医药上的应用柠檬酸糖浆：柠檬酸糖浆：发烧病人的清凉饮料，清凉、解毒、矫口味发烧病人的清凉饮料，清凉、解毒、矫口味柠檬酸铁铵：柠檬酸铁铵：温和的补铁剂，用于缺铁性贫血温和的补铁剂，用于缺铁性贫血柠檬酸钾：柠檬酸钾：治疗膀胱炎和糖尿病所致的酸中毒治疗膀胱炎和糖尿病所致的酸中毒柠檬酸钠：柠檬酸钠：抗凝血剂，用于输血、血液和血浆的保存

41、抗凝血剂，用于输血、血液和血浆的保存柠檬酸铜：柠檬酸铜：消毒杀菌剂并有收敛作用，用于配制眼膏消毒杀菌剂并有收敛作用，用于配制眼膏柠檬酸镁：柠檬酸镁：温和的泻药，用于温和的泻药，用于X X光透视前的清肠光透视前的清肠3 3、在化工上的应用、在化工上的应用常用的电镀缓冲剂和络合剂常用的电镀缓冲剂和络合剂许多化学反应的催化剂许多化学反应的催化剂 如环氧树脂的交联、聚尿烷泡沫塑料如环氧树脂的交联、聚尿烷泡沫塑料用于制造高效无公害洗涤剂用于制造高效无公害洗涤剂用于生产牙膏、洗面乳、洗发剂用于生产牙膏、洗面乳、洗发剂发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过

42、程 18911891年，德国年，德国WehmerWehmer 首先发现一种青霉菌能积累柠檬酸，首先发现一种青霉菌能积累柠檬酸，随后开始了发酵法生产的研究随后开始了发酵法生产的研究 19191919年，比利时成功地进行了浅盘发酵法的工业生产年，比利时成功地进行了浅盘发酵法的工业生产 19231923年，美国年，美国PfizerPfizer公司开始用浅盘法大规模生产公司开始用浅盘法大规模生产 19681968年，我国利用薯干粉原料深层发酵获得成功，成为我年，我国利用薯干粉原料深层发酵获得成功，成为我国国 柠檬酸生产的一大特色柠檬酸生产的一大特色 目前我国有近百家生产厂，产品主要出口日本和西欧目前我

43、国有近百家生产厂，产品主要出口日本和西欧发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程二、柠檬酸发酵微生物1、黑曲霉 ( Aspergillus niger )目前最有竞争力的菌种，我国多数厂家采用目前最有竞争力的菌种，我国多数厂家采用2、酵母酵母的重要性在于能发酵烷烃产生柠檬酸酵母的重要性在于能发酵烷烃产生柠檬酸解脂假丝酵母解脂假丝酵母( ( Candida lipolyticaCandida lipolytica ) )发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程三、柠檬酸发酵机理1 1、丙酮酸脱

44、氢酶、丙酮酸脱氢酶2 2、柠檬酸合成酶、柠檬酸合成酶3 3、乌头酸（水合）酶、乌头酸（水合）酶4 4、5 5 、异柠檬酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶6 6、 - -酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶7 7、8 8、琥珀酸脱氢酶系、琥珀酸脱氢酶系9 9、富马酸（延胡索酸）酶、富马酸（延胡索酸）酶1010、苹果酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶1111、丙酮酸羧化酶、丙酮酸羧化酶1212、苹果酸酶、苹果酸酶发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程 柠檬酸虽在柠檬酸虽在TCATCA循环中是一个中间产物，在正常情况下，循环中是一个中间产物，在正常情况下，柠檬酸在细胞内不会积

45、累，且柠檬酸是黑曲霉的良好碳源。柠檬酸在细胞内不会积累，且柠檬酸是黑曲霉的良好碳源。 从理论上推测，乌头酸水合酶失活或受抑，从理论上推测，乌头酸水合酶失活或受抑，TCATCA循环阻循环阻断是积累柠檬酸的必要条件断是积累柠檬酸的必要条件柠檬酸积累是菌体代谢失调的结果发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程柠 檬 酸 积 累 的 代 谢 调 节磷酸果糖激酶丙酮酸激酶乌头酸酶异柠檬酸脱氢酶柠檬酸积累的机理:1 1）由锰离子缺乏抑制了蛋白质合成而导致细胞内）由锰离子缺乏抑制了蛋白质合成而导致细胞内NHNH4 4+ +浓度升浓度升高和一条呼吸活性强的侧

46、系呼吸链，不产高和一条呼吸活性强的侧系呼吸链，不产ATPATP，这两方面的因，这两方面的因素分别解除了对磷酸果糖激酶素分别解除了对磷酸果糖激酶(PFK)(PFK)的代谢调节，促进了的代谢调节，促进了EMPEMP途径畅通；途径畅通；2 2）由组成型的丙酮酸羧化酶源源不断地提供草酰乙酸；）由组成型的丙酮酸羧化酶源源不断地提供草酰乙酸；3 3）在控制）在控制Fe Fe 2+2+含量的情况下，乌头酸水合酶活性低而不能及时含量的情况下，乌头酸水合酶活性低而不能及时转化柠檬酸；转化柠檬酸；4 4）一旦柠檬酸浓度升高，就会抑制异柠檬酸脱氢酶，从而进）一旦柠檬酸浓度升高，就会抑制异柠檬酸脱氢酶，从而进一步促进了柠檬酸自身的积累。一步促进了柠檬酸自身的积累。发酵工程发酵工程 第八章第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代发酵工业主要产品的工艺过程四、工艺流程原料 （薯干、木薯）粉 碎液 化接 种包 装脱 色除金属离子浓缩结晶离心、成品干燥酸 解发 酵菌丝过滤 CaCO3 中 和斜面茄瓶麸曲种子罐1