氨基酸发酵工艺学要点模板

氨基酸发酵工艺学关键点2淀粉生产步骤原料→清理→浸泡→粗碎→胚分离→磨碎→分离纤维→分离蛋白质→清洗→离心分离→干燥→淀粉13在谷氨酸发酵中怎样控制细胞膜渗透性。①生物素亚适量②添加表面活性剂、高级饱和脂肪酸或青霉素③选育温度敏感突变株、油酸缺点型或甘油缺点型突变株15谷氨酸生产菌育种思绪（1）.切断或减弱支路代谢（2）解除本身反馈抑制(3).增加前体物合成(4).提升细胞膜渗透性(5).强化能量代谢(6).利用基因工程技术构建谷氨酸工程菌株

16现有谷氨酸生产菌关键有哪四个菌属。棒状杆菌属、短杆菌属、小杆菌属及节杆菌属中细菌17谷氨酸发酵生产菌关键生化特点。现有谷氨酸生产菌关键特征:（1）细胞形态短杆形、棒形；（2）革兰氏阳性菌，无鞭毛，无芽孢，不能运动；（3）需氧型微生物；（4）生物素缺点型；（5）脲酶强阳性；（6）不分解淀粉、纤维素、油脂、酪蛋白、明胶等；（7）发酵中菌体发生显著形态改变，同时细胞膜渗透性改变；（8）二氧化碳固定反应酶系强；（9）异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，乙醛酸循环弱；（10）α-酮戊二酸氧化能力微弱；（11）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；（12）含有向环境泄露谷氨酸能力；（13）不分解利用谷氨酸，并能耐高谷氨酸，产谷氨酸8%以上；(14)还原性辅酶II进入呼吸链能力弱（15）

利用醋酸不能利用石蜡22氨基酸生产菌菌种起源有哪些。（1）向菌种保藏机构索取相关菌株，从中筛选所需菌株。

（2）由自然界采集样品，如土壤、水、动植物体等，从中进行分离筛选。

（3）从部分发酵制品中分离目标菌株。27谷氨酸发酵培养基包含哪些关键营养成份。碳源谷氨酸产生菌均不能利用淀粉，只能利用葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖。谷氨酸产量随糖浓度增加而增加氮源无机氮源:(1)尿素(2)液氨(3)氨水有机氮源:关键是蛋白质、胨、氨基酸等。谷氨酸发酵有机氮源常见玉米浆、麸皮水解液、豆饼水解液和糖蜜等。无机盐磷酸盐硫酸镁钾盐微量元素生长因子1)生物素(2)维生素B129影响发酵产率原因有哪些。培养基碳源氮源无机盐生长因子温度（首先影响酶活性，其次影响生物合成路径，还影响发酵液物理性质）PH（影响酶活性，影响细胞膜所带电荷，影响培养基一些营养物质和中间代谢物离解，影响微生物对这些物质利用，PH改变一起菌体代谢路径改变使代谢产物发生改变）供氧对谷氨酸发酵影响(谷氨酸生成期需大量氧)CO2对发酵影响（通常控制在13%左右，CO2含量判定发酵过程是否正常（1）提前发觉噬菌体感染在通常规律通风下CO2快速下跌说明污染噬菌体，菌体一死立即停止呼吸，不在放CO2（2）帮助发觉染菌感染在正常规律通风条件下，CO2连续上升，说明感染杂菌，须及早采取方法）30谷氨酸发酵过程调整pH值方法流加尿素、液氨、添加碳酸钙法。31谷氨酸发酵不一样阶段对PH要求：前期pH7.3、中期pH7.2、后期pH7.0放罐pH6.832谷氨酸发酵时,出现泡沫过多,通常是什么原因,该怎样处理?原因P92原因(1)水解糖质量不好(2)染菌；处理方法(1)改善水解糖质量(2)按染菌处理

33谷氨酸发酵过程，菌体生长缓慢或不长原因及处理方法？原因(1)感染噬菌体(2)培养基贫乏(3)菌种老化(4)前期风量过大,或初尿过多抑制生长

处理(1)按感染噬菌体处理(2)补料,并停搅拌(3)换种、补种(4)停搅拌、小通风

34谷氨酸发酵过程，耗糖快,pH偏低,产酸低原因及处理方法原因(1)培养基丰富,生物素过量(2)pH低,流尿不立即(3)通风不足,空气短路,搅拌转速低(4)感染杂菌

处理方法(1)提升风量,提升pH(2)立即流尿,提升pH(3)提升风量,提升pH(4)按染菌处理35谷氨酸生产菌最适生长温度为？发酵谷氨酸最适发酵温度？最适合生长pH为？P101P84谷氨酸产生菌：最适生长温度30~34℃最适产酸温度35~37℃最是适生长PH为6.5~8.036发酵过程中CO2快速下降，说明污染噬菌体，CO2连续上升，说明污染杂菌37消泡方法有哪多个？消泡方法（1）物理消泡改变温度（2）机械消泡：消泡器（3）化学消泡加消泡剂天然油脂类高碳醇脂肪酸和脂类聚醚类

39噬菌体侵染异常现象P114“二高三低”即pH高、残糖高、OD值低、温度低、谷氨酸产量低(1)二级种子污染噬菌体

二级种子0-3h感染噬菌体，泡沫大，pH高，种子基础不生长；6h以后感染噬菌体，泡沫多，pH偏高，种子生长较差，轻度感染或后期感染长看不出异常改变，可用快速检测法，半小时之内就能确定是否污染噬菌体。8~9小时感染，OD值不长，pH上升，泡沫增大，耗糖慢，不产酸等噬菌体污染现象(2)发酵前期污染噬菌体

①吸光度开始上升后下降，甚至4~8h内OD值下跌到零以下②pH逐步上升，升到8.0以上，不再下降，CO2快速下降OD值下跌pH上升等③耗糖缓慢或停止，也有时会出现睡眠病现象，发酵缓慢，周期长，提取困难④产生大量泡沫，发酵液黏度大，甚至展现黏胶状，可拔丝，发酵液发红，发灰，有刺激性气味⑤谷氨酸产量甚少⑥镜检时可发觉菌体数量显著降低，菌体不规则，缺乏八字排列，发圆⑦平板检验有噬菌体斑，摇瓶检验发酵液清稀，⑧二次种子营养要求逐步加多个龄延长⑨送往提取车间发酵液发红，发灰，有刺激性气味，黏度大，泡沫大⑩精制中和时色素深，泡沫大，碱加不进去，过滤困难(3)发酵后期污染噬菌体

对产酸影响不大，甚至有时竟有提升产酸趋势40染菌分析（1）从染菌时间分析：早期：培养基灭菌不根本、种子带菌等；中后期：设备渗漏、空气系统。（2）从染菌类型分析：耐热芽孢杆菌：灭菌不根本，净化空气带菌，设备渗漏；无芽孢球菌、酵母等：设备渗漏。（3）从染菌幅度分析：部分罐：料液或设备灭菌不根本；大面积罐：空气系统、种子、公用设备存在染菌。41发酵染菌预防方法。1．空气净化（1）降低滤前空气尘粒（2）降低滤前空气油水含量（3）确保压缩空气温度（4）妥善装填过滤介质（5）选择高效滤材（6）保持一定气流速度2.培养基和设备灭菌（1）合理调配培养基（2）确保灭菌温度和时间（3）确保设备无积污和渗漏（4）确保流动蒸汽质量（5）降低泡沫（6）正确进行空气保压3.发酵设备安装（1）预防轴封渗漏（2）合理安装罐内设备（3）合理安装管路（4）阀门连接（5）管路部署（6）管路试漏（7）管路吹洗4.培养物移接（1）严格进行斜面和摇瓶菌种无菌操作（2）严格进行种子罐无菌操作

42污染噬菌体后挽救方法（1）并罐法（2）菌种轮换或使用抗性菌株（3）放罐重消法（4）罐内灭噬菌体法

43提炼概念P127将谷氨酸生产菌在发酵过程中积累L-谷氨酸从发酵液中提取出来，再深入中和，除铁、脱色、加工精制成谷氨酸单钠盐（俗称味精）过程称为谷氨酸提炼44生产上选择谷氨酸提取工艺标准是：工艺简单、操作方便、所用原材料价格低廉，起源丰富、提取收率高、产品纯度高、劳动强度小、尽可能不造成或降低环境污染。45谷氨酸提取关键方法有哪多个？1.等电点法2.离子交换法3.金属盐法4.离子交换膜电渗析法46谷氨酸等电点法提取最终调PH为？3.0~3.2锌盐法提取谷氨酸最终调PH为？一步锌盐法2.4等电点锌盐法2.847影响谷氨酸结晶原因。①菌体②Glu含量③温度（温度越低，溶解度越小，有利于结晶）④加酸速度及放罐pH（操作时一定要缓慢，控制pH缓慢下降）⑤起晶方法（自然起晶和加晶种起晶）⑥搅拌（是液体不停翻动从而达成溶液温度和pH均匀一致）⑦残糖（在结晶时，这些残唐会沉淀析出，这不仅增大谷氨酸浓度，轻易以β-型晶体析出）⑧其它副产物⑨杂菌和噬菌体⑩糖液质量⑾发酵液放罐pH（发酵后期pH偏碱或偏酸，对谷氨酸结晶很不利）48Glu结晶有哪多个晶形，俗称轻质谷氨酸属于哪种晶形。β-型晶体和α-型晶体俗称轻质谷氨酸属于β-型晶体α-型晶体理想结晶避免形成β-型晶体50离子交换树脂和这些离子交换能力各不相同，这关键取决于该离子相对浓度，和该离子对交换树脂亲和力。强酸性阳离子交换树脂对谷氨酸发酵液中多种离子亲和力大小Ca2+>Mg2+>K+>NH4+>Na+>Ala>Leu>Glu>Asp51离子交换树脂离交过程有五步，非别为？P145溶液中谷氨酸离子经过溶液向树脂表面扩散谷氨酸离子穿过树脂表面向树脂内部扩散谷氨酸离子和树脂上活性基团可交换离子氢离子进行离子交换交换下来氢离子从树脂内部像树脂表面扩散氢离子从树脂表面扩散到溶液中52结柱定义及离子交换树脂提取谷氨酸时，产生结柱现象原因及预防方法。原因：（1）上柱液谷氨酸含量高（2）洗脱剂浓度高（3）树脂破碎或菌体等杂质干扰

预防方法：（1）调换破碎树脂（2）控制洗脱剂浓度（3）上柱完成，自来水反洗除菌体（4）结柱后，必需根本处理树脂

53洗脱谷氨酸时，能够用NaOH或NaCl作为洗脱剂，也可混合使用。55谷氨酸发酵废液关键成份。P199无机盐，如钾离子，铵离子镁离子，还有残糖，色素等菌体，蛋白质等固形物质悬浮物，其中湿菌体含量为50~80/L微量微生物代谢副产物，有机酸类，有乳酸，琥珀酸等，残糖10g/L一下57味精生理作用(1)合成其它氨基酸（2）作为脑组织能源（3）降低血液中氨中毒（4）转化为糖

58谷氨酸中和时中和剂选择和用量。生产上要求使用含盐分少碳酸钠或固体氢氧化钠进行中和中和时纯碱用量：1mol碳酸钠可中和2mol谷氨酸，即106g碳酸钠可中和147*2=294g谷氨酸即每种中和100g谷氨酸需要36.1g碳酸钠，才能达成谷氨酸完全中和59谷氨酸中和液中色素起源淀粉制糖、培养基灭菌、发酵液浓缩等。

60谷氨酸中和液脱色方法有哪多个。活性炭脱色、树脂脱色62制取谷氨酸钠需要活性炭脱色,脱色好坏和活性炭再生好坏直接相关,再生时需用NaOH和HCL处理目标是什么？氢氧化钠解吸附在炭中色素，4%氢氧化钠盐酸解吸附在炭中铁离子4%盐酸P179~18063谷氨酸中和液中铁离子起源及存在形式。1.铁离子起源原辅材料不纯、设备腐蚀而游离出来较多铁离子等

2.铁存在形式Fe2+、Fe3+64现在中国除铁、锌离子方法.硫化钠法.树脂除铁65结晶过程分三个阶段，分别为：形成过饱和溶液、晶核形成、晶体长大66起晶概念及方法。晶核形成叫做起晶起晶方法自然起晶刺激起晶晶种起晶67饱和溶液、过饱和溶液和过饱和系数概念。P185饱和溶液:晶体溶解和析出处于平衡状态，溶解速度=晶析速度晶体大小基础不变，溶液浓度不变过饱和溶液：晶体从溶液中析出，晶析速度>溶解速度，自然形成新晶核，而且晶粒能长大之至溶液降至饱和溶液过饱和系数：过饱和溶液中溶质浓度同温度同条件下饱和溶液中溶质浓度之比68工业上谷氨酸溶液浓缩得方法关键有？常压蒸发减压蒸发69饱和曲线和过饱和曲线将图分为三个区域，分别为：？析晶操作通常要求在那个区域？P186稳定区（不饱和溶液）亚稳定区（饱和溶液）不稳定区（过饱和溶液）析晶操作通常要求在不稳定区（）70味精结晶具体操作过程可分为：浓缩、起晶、整晶、育晶、养晶等多个阶段。71养晶作用。（1）溶解伪晶（2）调整浓度72味精干燥方法有：箱式烘房、真空箱式干燥、气流干燥、传送带式干燥、震动床式干燥。73味精溶解后浑浊原因及处理方法（1）产生原因①硫化钠过量②消泡剂过量③含有DL-谷氨酸钠④原材料质量差

（2）处理方法①中和、结晶操作规范②控制硫化钠质量和用量③控制消泡剂用量④控制原材料质量74味精带有颜色原因及处理方法产生原因

味精发黄料液脱色不根本，带有色素；味精分离不干，母液带入味精，使色素增加；味精干燥温度过高或过长，引发焦化变质；洗活性炭中残留谷氨酸钠时，将被吸附色素解析出来；烘盘布清洗不洁净，出现底层发黄

味精发红母液除铁不洁净；母液接触铁器或味精将诶出铁器；活性炭再生不完全，铁离子没清除根本味精发灰发青发灰：活性炭带入味精中发青：硫化钠过量

味精久放变黄料液除铁不根本，带入成品；谷氨酸含残糖高，带入成品处理方法加强脱色操作；加强结晶操作，合理控制参数；加强分离操作；采取振动式干燥器；采取树脂除铁；提升谷氨酸质量；控制好硫化钠用量75味精发臭原因及处理方法产生原因：室内卫生差，母液染菌变质，带入味精；活性炭渣子和洗水没立即处理，造成杂菌繁殖；母液存放时间长或存放母液容器长时间没用清洗，杂菌繁殖；全中和操作时泡沫溢出，回收时带入杂菌；湿谷氨酸堆放时间长，长菌霉变

处理方法搞好环境卫生；母液和湿谷氨酸立即处理；设备立即清洗

76强力味精是哪些呈味核苷酸按不一样百分比和谷氨酸钠混合制成添加了5′-鸟苷酸、5′-肌苷酸，或二者混合物77脱敏作用定义经特定处理后，不丧失酶活性而失去对变构效应物敏感性，称脱敏作用78酶活性控制方法终产物抑制或激活；辅酶水平活性调整；酶原活化；潜在酶活化79氨基酸发酵代谢控制中，酶活性调整类型有哪些？P226变构效应共价修饰寡聚酶解聚、蛋白质水解激活等氨基酸生产方法蛋白质水解、抽提法

以豆粕为原料，采取酸水解大豆蛋白方法来获取氨基酸。如早期味精生产方法。现在有用废蛋白质原料如动物毛发等水解法转为复合氨基酸。化学合成法

该方法是20世纪50年代伴随石油化工工业发展而兴起，是利用有机合成和化学工程相结合来生产氨基酸。现在DL－蛋氨酸、甘氨酸、DL－丙氨酸等就采取此方法生产。微生物发酵法

是借助微生物含有本身合成所需氨基酸能力，经过对菌株筛选、诱变处理及代谢过程调整来达成合成某种氨基酸目标。现在60％以上氨基酸是采取生物发酵法进行生产，其中产量最大是谷氨酸，其次是赖氨酸。酶法利用微生物中特定酶作为催化剂，由底物经过酶催化生成所需产品。现在应用酶法生产氨基酸有10多个，如L－丙氨酸、L－色氨酸、L－丝氨酸等。谷氨酸采取发酵法，多以淀粉为原料，少数用糖蜜存在问题：菌种性能：中国平均产酸水平为5%－6%，日本为10%－12%，日本糖酸转化率在55%左右，中国45%左右工艺过程控制：中国采取低糖中糖发酵工艺，日本采取高糖发酵并实施流加糖工艺，同时提升罐压，确保溶氧供给从而提升了生产率。日本普遍对温度、压力、空气流量、pH、溶解氧采取计算机控制。消耗：中国谷氨酸发酵粮耗平均在3t左右，国外为2t左右。水、电、汽消耗也较国外高生产规模：日本最大单罐体积达500m3,中国仅200m3,多数厂为50m3,小人有20m3每立方米发酵罐年产量，日本为20t，中国为5－8t污染：国外已普遍地对味精废液进行综合利用，中国在培养单细胞蛋白方面已取得成功，但应用不广。生产方法关键是发酵法和酶法。发酵法是以糖蜜、淀粉为原料经微生物直接发酵而制得赖氨酸。酶法是以一些化工产品为原料，经酶转化而制得赖氨酸。赖氨酸总产量65%、蛋氨酸63%和苏氨酸55%均为亚太地域国家所消费。谷氨酸生产菌株形态及生理共性细胞为球形、棒形或短杆形革兰氏染色阳性，无芽孢，无鞭毛，不能运动全部是需氧型微生物全部是生物素缺点型微生物发酵中菌体发生显著形态改变，同时发生细胞膜渗透性改变中国谷氨酸生产关键菌株天津短杆菌(T613)及其突变株钝齿棒杆菌(AS1.542)用其突变株北京棒杆菌(AS1.299)及其突变株北京棒杆菌(AS1299)形态和生理特征(1)形态特征短杆至小棒状，有时微弯曲，两端钝圆，不分枝，呈多个形态。单个、成对及“V”字形排列。G+。胞内有横隔。不运动。无芽孢。钝齿棒杆菌(AS1542)形态和生理特征(1)形态特征短杆至棒状，有时微弯曲，两端钝圆，不分枝。单个、成对及“V”字形排列。折断分裂。G+。胞内有横隔。不运动。无芽孢。天津短杆菌(T613)形态和生理特征(1)形态特征经典短杆状，有时微弯曲，两端稍钝圆，不分枝。单个、成对及“V”字形排列。折断分裂。G+。不运动。无芽孢。北京棒杆菌(7338)和钝齿棒杆菌(B9)比较天津短杆菌(T613)和钝齿杆菌(B9)比较现在味精行业采取关键菌株钝齿棒杆菌B9和天津短杆菌TG-866是中国味精行业生产上关键菌种。二者融合子F263.谷氨酸生产菌在发酵过程中形态改变细胞壁à细胞形态+生物素à细胞壁选育细胞膜渗透性好突变株抗VP类衍生物选育对溶菌酶敏感突变株选育二氨基庚二酸缺点突变株选育温度敏感突变株生物素：是脂肪合成中关键酶—乙酰CoA羧化酶辅助因子，生物素限量时，就会抑制脂肪酸合成，从而造成膜结构不完整。青霉素诱变育种基础过程：选择选择适宜出发菌株制备待处理菌悬液诱变处理筛选保藏和扩大试验出发菌株：(1)要有一定目标产物生产能力(2)对诱变剂敏感(3)生产性能好，如生长快、营养要求低、产孢子多且早，最好是生产上自然选育菌株。生物素降低1à草酰乙酸降低à乙酸降低à关闭DCA2à琥珀酸氧化酶能力低à积累琥珀酸，阻遏异柠檬酸裂解酶，关闭DCA环。黄色短杆菌中：进入分解路径情况：1PEP浓度低（减弱亲和力）；2TCA中间产物浓度高（反馈抑制，预防草酰乙酸过剩。固定CO2情况：1乙酰CoA浓度增加，和F16P共同激活PEP羧化酶；2乙酰CoA氧化，产生ATP抑制丙酮酸激酶。氨导入1α-酮戊二酸还原氨基化2冬氨酸或丙氨酸经过氨基转移作用将氨基转给α-酮戊二酸3谷氨酸合成酶路径：谷氨酸合成酶对NH4+亲和力更强，不受谷氨酸反馈抑制，当NH4+浓度低时循此路径。1选育强化CO2固定反应突变株选育在以琥珀酸为唯一碳源培养基上生长快、大菌株选育对氟丙酮酸敏感突变株选育丙酮酸缺点、天冬氨酸缺点突变株4强化丙酮酸羧化酶基因2选育减弱乙醛酸循环突变株选育对琥珀酸敏感突变株选育不利用乙酸突变株经过基因工程技术使异柠檬酸裂解酶活力降低3选育强化TCA中柠檬酸至α-酮戊二酸代谢突变株选育柠檬酸合成酶强突变株选育抗氟乙酸、氟化钠、氮丝氨酸和氟柠檬酸突变株4选育解除谷氨酸对谷氨酸脱氢酶反馈调整突变株选育抗酮基丙二酸抗性突变株选育耐高谷氨酸突变株选育抗谷氨酸结构类似物突变株选育抗谷氨酰胺突变株5选育强化能量代谢突变株选育抗呼吸抑制剂突变株选育抗ADP磷酸化抑制剂突变株选育抗抑制能量代谢抗生素突变株6选育减弱HMP后段酶活突变株选育莽草酸缺点型或添加芳香族氨基酸能促进生长突变株选育抗嘌呤、嘧啶类似物突变株选育抗核苷酸类抗生素突变株谷氨酸菌种扩大培养斜面菌种斜面培养基必需有利于菌种生长而不产酸，要求斜面菌种绝对纯，培养条件有利于菌种繁殖，培养基以多含有机氮不含或少含糖为标准。斜面菌种不宜数次移接，通常只移接三次。常常进行菌种分离纯化，提供新菌株供生产使用。一级种子培养一级种子培养目标在于大量繁殖活力强菌体，培养基组成应少含糖分，多含有机氮。培养条件有利于长菌。二级种子培养影响种子质量关键原因培养基组成培养基营养易于被菌体直接吸收和利用，营养成份要合适地丰富和完全，氮源和维生素含量较高，碳源含量少，能够使菌丝粗壮并含有较强活力。其次，种子培养基应尽可能和发酵培养基靠近，以适合发酵需要。温度pH溶解氧浓度前期需氧量少，后期需氧量多接种量种龄谷氨酸代谢路径菌体代谢调整异常化在累积谷氨酸时需限制培养基中生物素添加量菌体形态有显著差异生产发酵条件控制是关键在最适条件下，谷氨酸产生菌可把60%以上葡萄糖转化为谷氨酸，而只有极少许副产物。培养条件不宜，得大量菌体或转换为乳酸、琥珀酸、α－酮戊二酸等。发酵培养基对谷氨酸发酵影响斜面菌种培养目标：纯菌生长繁殖方法：多含有机氮，不含或少含糖一级种子培养目标：大量繁殖活力强菌体方法：少含糖分，多含有机氮，培养条件有利于长菌。二级种子培养目标：取得发酵所需足够数量菌体为发酵培养基配制标准供给菌体生长繁殖和谷氨酸生产所需要适量营养和能源原料起源丰富，价格廉价，发酵周期短，对产物提取无妨碍等碳源现在采取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，有些能利用醋酸、乙醇、正烷烃。常采取淀粉水解糖，要求淀粉水解完全，但要避免水解时间过长。不一样淀粉原料中生物素含量不一样，会影响生物素含量。糖浓度对发酵影响一定范围内glu产量随糖浓度增大而增大糖浓度过高时，渗透压增大，对菌体生长和发酵不利，当工艺配合不妥时，转化率低糖浓度过高时，氧溶解阻力大，影响供氧效率。发酵糖浓度选择通常控制在125－150g/L，产酸55－70g/L采取一次高糖发酵工艺（糖浓度170－190g/L），产酸可达80g/L。因为渗透压大，影响菌体生长，使发酵周期长，产酸不易稳定。流加低浓度糖发酵工艺氮源是合成菌体蛋白质、核酸和生成谷氨酸氮起源，在发酵过程中一部分氨用于调整pH值，形成谷氨酸铵盐。谷氨酸发酵氮源（碳氮比为100：15－30）比其它发酵工业（碳氮比为100：0.2－2.0）高。当碳氮比在100：11以上才开始累积谷氨酸，在谷氨酸发酵中，用于合成菌体氮仅占总耗用氮3－8%，而30－80%用于合成从谷氨酸。在实际生产中用尿素或氨水作氮源时，因为一部分氨用于调pH,部分分解而逸出，使实际用量增大，培养基中糖浓度140g/L,总尿用量为38.5g/L，碳氮比为100：32.8。不一样发酵阶段对氮源要求在长菌阶段，NH4＋过量会抑制菌体生长。在产酸阶段，NH4＋不足会积累α－酮戊二酸。氮源种类及添加方法氮源分类有机氮（蛋白质、胨、氨基酸等，谷氨酸发酵有机氮源常见玉米浆、麸皮水解液、米糠水解液、豆饼水解液和糖蜜等）无机氮（尿素、液氨、氨水、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵和硝酸铵等）菌体利用无机氮比有机氮快速，铵盐、尿素、氨水等比硝基氮优越，因为硝基氮需先经过还原才能被利用。添加方法：铵盐、液氨等可采取流加方法，液氨作用快，采取连续流加，尿素少许数次分批流加。用硫酸铵等生理酸性盐为氮源时，因为铵离子被利用而残留SO42-等酸根，使PH下降，需在培养基中加入碳酸钙以自动中和pH。但添加碳酸钙易形成污染，生产上通常不用此法。无机盐功效组成菌体成份、酶组成成份、酶激活剂或抑制剂、调整培养基渗透压、调整pH和氧化还原电位等。微生物对无机盐需要量极少，但无机盐对菌体生长和代谢产物生成影响很大微生物所需要无机盐硫酸盐、磷酸盐、氯化物和含钾、钠、镁、铁化合物微量元素：如铜、锰、锌、钴、钼、碘、溴等1.磷酸盐功效蛋白质和核酸组成成份，ATP、ADP是关键能量传输者，参与一系列代谢反应缓冲作用需要量：0.005－0.01mol/L.需三水磷酸氢二钾1-1.5g/L,十二水磷酸氢二钠1.7-2.0g/L起源：磷酸盐。玉米浆、糖蜜、淀粉水解糖等原料中还有少许磷。磷量对谷氨酸发酵影响：磷浓度过高时，菌体代谢转向合成缬氨酸，磷含量过低时，菌体生长不好。2.硫酸镁功效叶绿素组成成份。镁离子是很多关键酶（如己糖磷酸化酶、异柠檬酸脱氢酶、羧化酶等）激活剂。假如镁离子太少会基质氧化速度降低，谷氨酸生成量降低。G+对镁离子最低要求量是25ppm。G-为4－5ppm，添加七水硫酸镁0.25-1g/L时，镁离子浓度为25-90mg/Kg硫是含硫氨基酸组成成份，组成酶活性基团。培养基中硫酸镁供给硫已充足，不需另加。3.钾盐很多酶激活剂,钾盐少长菌体，钾盐足够产谷氨酸。谷氨酸发酵产物生成期需要钾盐比菌体生长久高。菌体生长久需硫酸钾量约为0.1g/L,谷氨酸生成期需硫酸钾量为0.2－1.0g/L.微量元素微量元素是指微生物需要量十分微小，但又不可完全没有元素锰是一些酶激活剂，羧化反应必需锰，如谷氨酸生物合成路径中，草酰琥珀酸脱羧生成α-酮戊二酸是在锰存在下完成。铁是细胞色素氧化酶、过氧化氢酶成份，还是另外部分酶激活剂。汞、铜离子含有显著毒性，抑制菌体生长和谷氨酸生成，所以必需避免有害离子污染。温度对谷氨酸发酵影响酶活改变生物合成路径，使代谢产物发生改变改变发酵液物理性质影响菌种对营养物分解和吸收不一样微生物最适生长温度不一样同一个微生物，菌体生长和产物合成最适温度不一定相同pH对谷氨酸发酵影响酶活性影响微生物细胞膜所带电荷，改变细胞膜渗透性影响物质分解速率，影响微生物对培养基物质吸收利用改变菌体代谢路径，使代谢产物发生改变。比如中性和微碱条件下积累谷氨酸，在酸性条件下形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。谷氨酸发酵pH控制菌种（通常pH6.5-8.0）黄色短杆菌672为PH7.0-7.5AS1.299为pH6.0-7.5T6-13为PH7.0-8.0。发酵阶段前期7.3左右偏低，菌体生长旺盛，消耗营养物质快，菌体正常代谢，繁殖菌体而不产谷氨酸。过高，抑制菌体生长，糖代谢缓慢，发酵时间延长。中期pH7.2左右，发酵后期pH7.0，在快要放罐时，为了后工序提取谷氨酸，pH6.5-6.8为好。发酵过程pH值调整方法添加碳酸钙法(适适用于采取酸性铵盐作为氮源工艺)尿素流加法(小试或中试)优点:尿素分解、利用及pH值改变含有一定规律性，易控制。依据时期外观表现菌种避免波动，努力争取稳定。液氨或氨水添加法(主流)作用快而显著易于实现连续自动流加。供氧对谷氨酸发酵影响临界溶解氧浓度好气微生物对培养液中溶解氧浓度最低要求，在某一浓度以下，微生物呼吸速率随溶解氧降低而显著下降，此溶解氧浓度称为临界溶解氧浓度。在临界氧浓度以下，氧成为微生物限制性基质，微生物耗氧速率符合Michaelis-Menfen方程。从微生物生理学考察发酵供氧问题氨基酸代谢氧关键性：经过好气性能量代谢产生菌体生长和氨基酸生物合成所需ATP氨基酸生物合成过程中产生还原性辅酶需氧来氧化。多种氨基酸生物合成时需要ATP和产生还原性辅酶量不一样，以此数据为基准，推断氨基酸发酵通风量很有意义。不一样代谢路径产生不一样数量NAD(P)H，再氧化所需要溶氧量不一样。供氧大小是和产物生物合成路径相关。第一类包含谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸和脯氨酸等谷氨酸系氨基酸，它们在菌体呼吸充足条件下，产量才最大，假如供氧不足，氨基酸合成就会受到强烈抑制，大量积累乳酸和琥珀酸。这类氨基酸经过乙醛酸循环和磷酸烯醇式丙酮酸羧化系统两个路径形成，产生NADH量最多。第二类包含异亮氨酸、赖氨酸、苏氨酸和天冬氨酸等天冬氨酸系氨基酸，供氧充足可得最高产量，但供氧受限，产量受影响并不显著；其合成路径是产生NADH乙醛酸循环或消耗NADH磷酸烯醇式丙酮酸羧化系统，产生NADH量不多，所以和供氧量关系不显著。第三类有亮氨酸、缬氨酸和苯丙氨酸，不经过TCA循环，NADH产量极少，过量供氧，反而起到抑制作用。肌苷发酵也有类似结果。不一样发酵阶段供氧需求P96在菌体生长久，供氧不足时，菌体生长受到抑制，积累乳酸，菌体收率少；但过高氧水平会造成浪费，抑制菌体生长，在高氧水平下生长菌体不能有效地合成谷氨酸。谷氨酸生成期，在细胞最大呼吸速率时，谷氨酸产酸量最大。所以，在谷氨酸生成期要求充足供氧，以满足最大呼吸需氧量。供氧和其它发酵工艺条件关系培养基营养丰富，糖浓度高，生物素含量高，需氧量大。培养基浓度大，氧传输阻力大，需要增加供氧。生物素浓度浓度增加，耗糖速度增大，需要增加供氧。采取间断或连续测定排气中CO2浓度方法调整通气量，满足供氧需求。以13%为分界点。有利于发觉噬菌体感染发觉杂菌污染利用溶氧改变自动控制补糖速率，间接控制供氧速率和pH值，实现菌体生长、溶氧和pH值三位一体控制体系。除控制补料速度外，在工业上，还可采取调整温度(降低培养温度可提升溶氧浓度)、液化培养基、中间补水、添加表面活性剂等工艺方法，来改善溶氧水平。泡沫对发酵影响泡沫过多会引发大量逃出发酵液而造成浪费和污染泡沫上升到罐顶时，可能从轴封渗漏，造成浪费和污染泡沫过多就会降低发酵罐装填系数，降低设备利用率泡沫过多影响通气搅拌效果当泡沫稳定时，代谢气体不能立即排出，影响菌体正常呼吸作用，甚至使菌体自溶形成：气液两相共存(泡沫分散相是空气和二氧化碳，连续相是发酵液)，有能降低液体表面张力物质存在。具体包含：物质条件：蛋白，黏度增大可使之更稳定。操作：通气、搅拌泡沫稳定性取决于液体表面张力，粘度。泡沫表面积、温度、pH、溶液浓度。分类表面泡沫内部泡沫：出现在粘稠发酵液中，当谷氨酸发酵感染杂菌和噬菌体等不正常发酵时就形成这种泡沫。泡沫消除方法物理方法(经过改变温度使泡沫破裂)机械消泡：耗式消泡器，离心式、刮板式、蝶片式优点：不城在发酵液中加其它物质缺点：不能从根本上消除引发泡沫稳定原因，消泡效果不如这消泡剂快速可靠，需一定设备和消耗动力。化学消泡：优点：消泡效果好，作用快缺点：需消泡剂，存在影响菌体生长或代谢产物积累可能，增加了染菌机会，影响氧传输。消泡剂消泡机理破泡：降低表面张力抑泡：抑泡剂分子优先被吸附，除去发泡剂吸附层，使表面粘度局部地方显著降低。选择标准：消泡剂必需是表面活性剂，含有较低表面张力消泡剂对气-液界面铺展系数必需足够大，含有一定亲水性在水中溶解度极小，保持持久消泡或抑泡作用无毒不干扰溶解氧、pH等测定仪表使用，不影响氧传输含有良好热稳定性起源方便，价格廉价常见消泡剂天然油脂(消泡活性差、用量多，通常为发酵液0.1-0.2%).种类：花生油最好，米糠油最差新鲜程度：油脂新鲜，所含天然抗氧化剂多，过氧化物少，酸价低，消泡能力强。生物素含量聚醚类醇类(十八醇)硅酮类谷氨酸发酵过程中关键改变及中间代谢控制方法以糖蜜为原料发酵生产谷氨酸，可省去淀粉水解工艺，降低成本，节省能源,常采取大种量（10%左右）、添加青霉素或表面活性剂，低糖流加发酵，有利于产酸和转化率提升。甜菜糖蜜添加吐温发酵工艺工艺特点：高生物素、大接种量、添加表面活性剂(吐温-60)，产谷氨酸高、转化率高。基础原理发酵期间，向发酵培养基中添加吐温-60，高级饱和脂肪酸(C16-18)及其亲水醇酯类，对脂肪酸合成有拮抗作用，控制磷脂合成，形成不完全细胞膜，谷氨酸向膜外泄漏能力增强。在生产过程中，必需控制好添加吐温-60、饱和脂肪酸等拮抗物质时间和浓度，通常在发酵阶段对数生长久早期(4-5h)添加。发酵工艺控制关键点添加吐温-60时间和添加量：4.5h,添加0.2%接种量：接种量少，菌体增殖缓慢，吐温添加时间延长，发酵周期长；接种量过多，菌体繁殖快速，营养消耗快，产酸期缩短，后期产酸速度不高。4%-5%pH控制：整个发酵过程中pH不低于6.4,控制在6.5以上。若低于6.4产酸率、产酸速率显著下降；发酵后期，pH若高于7.0，OD值下降，菌体发生自溶。温度控制：WTH-1发酵过程中温度控制条件为：0-12h，30-33℃；12-24h，33-34℃；24-36h，34-35℃。发酵前期温度必需稳定，不然菌体生长受影响。风量控制：采取梯形通风控制，分3级或4级提风，达最高风量后维持10h，再分3级4级降风。生产过程中，依据生产菌在发酵过程中代谢特点及其改变，由排气中CO2含量，反馈控制通气强度，实现排气中CO2含量恒定(13%左右)。放罐处理：添加吐温60发酵生产谷氨酸，细胞有很好渗透性，残糖降至1.3%-1.4%时，采取合适工艺条件，充足发挥残余酶活，使糖氧化中间产物继续转化。在放罐前1-2h，采取低通风（或停搅拌保压）、合适温度、合适pH，可取得很好效果添加青霉素可抑制糖肽转肽酶，阻止细胞壁肽聚糖生成，使谷氨酸生产菌形成不完全细胞壁，造成细胞膜不完全。甘蔗糖蜜添加青霉素流加糖发酵添加青霉素时间和浓度是关键，因菌种、接种量、培养基组成和发酵条件而异。发酵控制剂：发酵3.5-5h，添加3-5U/mL青霉素以后，视OD值净增、菌体有否变形、耗糖等情况，考虑是否需再补加一次或两次青霉素发酵过程中用液氨控制pH6.7-7.0添加青毒素时间和量青霉素必需在细胞对数生长久早期加入，确保在加入青霉素后，菌体培增，由长菌型细胞向产酸型细胞转化。生产过程中，在添加青霉素前u半小时，每隔5min测一次OD、粘度、菌体重，当△ＯＤ为０.35-0.4时加入，最终△ＯＤ为0.8左右。当接种量为10%时，在发酵3-4.5h加入，当接种量为20%时，在发酵2.5-3.5h加入。加入剂量为3-5U/mL。有时需要补加1-2次适量青霉素。通风控制经过测定溶解氧、排气中CO2、排气中O2等参数，来调整通气量、搅拌转速等。可用控制排气CO2为12%-13%来调整风量。梯形控制通风，分3-4次提风，最高风量维持10h左右，再分3-4次降风。最高风量比一次糖发酵法高50%-100%.温度控制开始控制温度30-32℃，以后每隔5-6h升一度。发酵前期温度不能过高。pH控制用液氨调整pH6.7-7.0，停止流加糖后，残糖降至2%左右，pH不低于6.7，不再加液氨。流加糖发酵初糖8%，接种量10%，发酵3.5-5h后添加青霉素3-5U/mL；发酵8-10h，当残糖降至４％时，开始流加含糖50%甘蔗糖蜜，至总糖浓度达20%（发酵时糖浓度一直保持在4%左右），产酸10%以上，转化率50%-55%，发酵周期30h左右。工艺特点发酵稳定，较粗放，不易染菌，产酸时间提前，发酵周期缩短(30h左右)初糖8%，渗透压低，粘度小，氧传输系数大，有利于菌体生长和胞内谷氨酸向胞外渗透，且谷氨酸合成酶系酶活均显著提升，直到发酵终了时仍能保持较高水平低糖流加工艺，接种量大，缩短了长菌期和发酵周期。产酸率、转化率和设备利率高甘蔗糖蜜预处理水解脱除、脱钙：含糖分45%-55%糖蜜稀释à蒸汽加热à泥渣分离机或沉淀槽分离杂质à蒸汽间接杀菌à冷却入罐发酵低糖流加工艺及后期补糖工艺关键点：流加入发酵罐糖浓度必需是高浓度提升流加糖占总糖百分比；将摄氧率（通风）和补料速率关联；经验：时间选择发酵中前期，即在12-14h时开始流加，此时残糖3%-5%，尽可能使流加糖和耗糖速率保持平衡。采取温度敏感突变株发酵生产谷氨酸机理碱基置换à对应酶在稍高温度下易失活à不能生成细胞膜合成所需物质à较低温度菌体正常生长，当温度提升到一定程度时，菌体便停止生长而大量产酸。提升发酵产酸率关键方法选育高产菌种，改良菌种性能改善发酵工艺一次高浓度糖发酵降低发酵糖浓度，连续流加糖发酵混合碳源发酵自动化通电发酵法固定化连续发酵生产谷氨酸一次高浓度糖发酵一次性投糖浓度达180－200g/L进行发酵。优点：操作方便，设备利用率高，谷氨酸浓度高，轻易提取。缺点及处理方法：糖浓度高，渗透压大，菌体不适应。同时糖浓度高，氧传输阻力增大，应强化供氧。选育耐高渗透压菌种，并控制发酵工艺条件。降低发酵糖浓度，连续流加糖发酵降低发酵糖浓度，可降低渗透压，有利于菌体生长和代谢产物排泄。同时提升氧传输速率，提升溶氧水平。尤其是对采取高生物素、大接种量，添加青霉素破壁发酵工艺更为关键。混合碳源发酵采取葡萄糖和醋酸混合碳源比单一葡萄糖为碳源发酵谷氨酸对糖转化率提升30%。即使是全部为糖质原料也可选择不一样种原料混合使用，既可用部分廉价原料又能提升产酸。谷氨酸提取发酵液中不仅有目标产物谷氨酸，还有菌体、残糖、色素、胶体物质及其它副产物工艺选择标准：简单、操作方便、原料价格低廉、起源丰富、产品纯度高、劳动强度小、设备简单、造价低、尽可能不造成或降低对环境污染谷氨酸发酵液性质发酵液呈浅黄色浆体、表面浮有少许泡沫、发酵温度通常为34-36,pH为6.5－7.5，近中性。等电点法提取谷氨酸特点：设备简单、操作方便分类：除菌或不除菌、浓缩或不浓缩、常温或低温下加盐酸调至谷氨酸等电点3.22，使谷氨酸呈过饱和状态析出。直接常温等电点法常温下等电点母液含谷氨酸1.5－2%，一次提取收率仅60－70%。（发醇醪中谷氨酸含量为5%左右）水解等电点法低温等电点法一次冷冻等电点法提取工艺，收率达78－82%母液谷氨酸含量为1.2%左右。低温提取谷氨酸）等电－离交法等电点－离子交换、等电点－锌盐法总回收率可达85%。浓缩连续等电点法等电点提取谷氨酸原理谷氨酸两性解离和等电点谷氨酸在等电点时，正负电荷相等，总静电荷等于0，形成偶极离子，在直流电场中即不向阳极移动，也不向阴极移动，易聚集沉淀。即在等电点时，谷氨酸溶解度最小。酸性AA等电点为最小两个pk值平均值，碱性AA等电点为最大两个pK值平均值。谷氨酸溶解度pH对Glu溶解度影响温度对Glu溶解度影响其它杂质影响：有其它氨基酸会造成谷氨酸溶解度增加杂质对Glu溶解度影响在等电点操作过程中，溶液中glu逐步转变为过饱和状态，过量溶质便结晶析出。介稳区时产生微细晶核；然后进行养晶，育晶，使晶粒不停增大，经过控制晶核形成和晶体增加，取得满意结晶а－晶型：斜六方晶体，特点：纯度高、颗粒大、质量重，易沉降，易和母液分离。β－晶型：粉状或针状、鳞片状，晶粒微细，纯度低，晶体无光泽，质量轻，难沉降，结晶时常和发酵液中胶体特质粘结，形成鱼子状，悬浮在母液中或搅拌轴周围，不易沉淀分离，常称为轻质氨基酸。影响谷氨酸晶型关键原因1谷氨酸含量（4－8%）室温自然冷却条件下，随溶液谷氨酸含量升高，β晶型增多，水分增加，母液难分离。在4%以上，等电提取轻易，收率高；若含量在1.5－3.5%常温下不易达过饱和状态，结晶生成速度慢，难形成晶核或晶核数量极少。（加高流分、投晶种）2温度和降温速度（超出30℃β晶型显著增加）为避免形成β晶型，在等电点法提取谷氨酸时必需把发酵液温降到30以下再进行晶体析出。3加酸速度（加酸中和到pH5左右可快些，pH5以下，起晶前后，加酸要慢，发觉晶核应立即停止加酸，育晶2h，使晶核成长，缓慢加酸中和到pH3.2，搅拌育晶）常见硫酸而不用盐酸中和，终pH要准，常调整终点到3.0－3.2，停酸半小时，取样复测pH。4投晶种和育晶结晶理论表明，溶液为过饱和时，经历介稳区和不稳区两个区域。介稳区决定晶核成长，不稳区决定晶核形成，故投种要注意时间。育晶：pH中和至4.5时，要仔细观察晶核生成情况，当能目视晶核时，说明晶核不少，可作为第一步pH终点值，停酸育晶，过2h后，逐步把pH调到结晶点，使晶核成长，形成结晶颗粒。搅拌影响（25rpm）5搅拌有利于晶体成长，避免晶簇生成，但搅拌太快，液体翻动猛烈，会引发晶体磨损，对晶体成长不利，结晶细小搅拌太慢，液体翻动不大，晶体易下沉，pH和温度不均匀，引发局部pH过低，形成过多微细晶核，结晶颗料大小不一，不易和菌体分离，影响收率。6菌体7残糖8L－谷氨酰胺9杂菌和噬菌体10水解糖液质量11不一样谷氨酸产生菌种对谷氨酸结晶晶型影响12玉米浆胶体过多时对结晶影响13一些氨基酸、多肽类物质及杂质影响：Ｌ－天冬氨酸、Ｌ－苯丙氨酸，Ｌ－酪氨酸，Ｌ－亮氨酸及Ｌ－胱氨酸能促进а－晶型生成。在相同条件下，影响谷氨酸晶型关键原因是加酸速度等电点工艺类型带菌体直接常温等电点法带菌体冷冻低温一次等电点法除菌体常温等电点法浓缩水解等电点法低温浓缩等电点法从结晶方法分类：逐步起晶法和连续结晶法（即当量中和法）离子交换法提取谷氨酸基础理论现在味精厂均采取732强酸性阳离子交换树脂，利用阳离子交换树脂对谷氨酸阳离子选择性吸附，使发酵液中妨碍谷氨酸结晶残糖及糖聚合物，蛋白质、色素等非离子性杂质得以分离，后经洗脱达成浓缩提取谷氨酸目标。双柱串联工艺步骤树脂预处理上柱交换控制上柱发酵液pH控制（发酵液在pH5－5.5上柱）上柱量控制上柱流速控制洗脱剂选择（氢氧化钠、氯化钠、发酵液）树脂再生“结柱”和上柱“漏吸”原因结柱：谷氨酸以结晶形式析出，把树脂粘结成团，把树䐊粘结成团，使流速困难、走短路洗脱峰拖长等。漏吸原因等电点－离子交换法提取谷酸谷氨酸制味精基础工艺步骤谷氨酸加水溶解,用碳酸钠或氢氧化钠中和,经脱色,除铁钙镁等离子,再经蒸发浓缩\结晶分离干燥筛选得到高纯度晶体或粉体味精,这个生产过程统称为精制.用于谷氨酸提取树脂应该含有哪些条件？树脂使用应该注意哪些问题？全部阳离子和阳离子交换树脂交换，阴离子和阴离子交换树脂交换。强酸性阳离子交换树脂亲和力伴随离子价数和原子序数增加而增加，而随水合离子半径增加而降低。氢离子亲和力随树脂交换基团性质而异，取决于树脂交换基团和H+所形成酸酸性强弱在高浓度时，不一样离子亲和力差异显著降低氨基酸和酸碱两种树脂全部能发生交换离子交换法从复杂混合物中，分离性质相同大分子方法之一，依据原理是物质酸碱性、极性，也就是所带阴阳离子不一样。电荷不一样物质，对管柱上离子交换剂有不一样亲和力，改变沖洗液离子強度和pH值，物质就能依次从层析柱中分离出來。离子交换树脂结构和功效(以732树脂为例)离子交换树脂是由本体(由高分子化合物(苯乙烯)和交联剂（二乙烯苯）组成高分子共聚物母体及磺酸基、羧基、胺基等活性基团两部分组成。交换基团(由能起交换作用阳(阴)离子（Ｈ＋）和和交换树脂本体联结在一起阴(阳)离子（-SO3）两部分组成（磺酸基）。直接发酵法是现在生产赖氨酸关键方法。采取生产菌关键有谷氨酸棒杆菌和黄色短杆菌代谢调整突变株赖氨酸生物合成路径及调整机制二氨基庚二酸路径细菌、绿藻、原生虫和高等植物中α－氨基己二酸路径酵母、霉菌中赖氨酸生产菌育种路径优先合成转换降低高丝氨酸脱氢酶活性切断支路代谢营养缺点型选育（经过诱变使高丝氨酸脱氢酶缺失，切断向苏氨酸和蛋氨酸代谢流）抗结构类似物菌株选育解除代谢互锁选育亮氨酸缺点型菌株选育抗亮氨酸结构类似物菌株选育对苯醌或喹啉衍生物敏感株增加前体物合成和阻塞副产物生成切断或减弱支路代谢流切断或减弱合成赖氨酸支路：选育赖氨酸缺点型（Lys－）或赖氨酸渗渗漏型（Lys1）或赖氨酸缺点型回复突变株(Lys+)切断或减弱合成蛋氨酸支路：选育蛋氨酸缺点型或蛋氨酸渗渗漏型或蛋氨酸缺点型回复突变株切断由苏氨酸到异亮氨酸反应：选育异亮氨酸缺点型解除苏氨酸生物合成路径中代谢调整机制解除苏氨酸＋赖氨酸对天冬氨酸激酶反馈抑制解除苏氨酸对高丝氨酸脱氢酶反馈抑制，选育抗苏氨酸结构类似物突变株选育抗赖氨酸结构类似物突变株增加前体物天冬氨酸合成和阻塞副产物生成选育丙氨酸缺点型突变株选育抗天冬氨酸结构类似物突变株选育适宜CO2固定酶/TCA循环酶活性比突变株苏氨酸高产菌株生物特征二氢吡啶-2,6-二羧酸合成酶活力极弱或欠缺琥珀酰高丝蛋氨酸合成酶活力极弱或欠缺苏氨酸脱氨酶极弱或欠缺CO2固定反应能力强天冬氨酸合成能力强天冬氨酸激酶活力强，对Thr+Lys协同反馈抑制不敏感高丝氨酸脱氢酶活力强，不受苏氨酸反馈调整高丝氨酸菌种选育路径切断或减弱支路代谢切断高丝氨酸往下代谢反应解除反馈调整增加前体物质合成蛋氨酸育种路径切断支路代谢切断或减弱通向赖氨酸代谢支路切断或减弱通往合成苏氨酸代谢支路切断蛋白氨酸生成S－腺苷蛋氨酸反应解除反馈调整增加前体物质合成高产蛋氨酸菌种应含有生化特征二氨吡啶二羧酸合成酶极弱或欠缺高丝氨酸激酶极弱或欠缺S－腺苷蛋氨酸合成酶欠缺二氧化碳固定反应强天冬氨酸合成能力强天冬氨酸激酶活力强高丝氨酸脱氢酶活力强，此酶对苏氨酸、异亮氨酸反馈抑制不敏感，也不受蛋氨酸反馈调整。天冬氨酸育种路径切断天冬氨酸深入代谢流切断合成丙氨酸支路解除合整天冬氨酸路径中代谢调整强化CO2固定反应高产天冬氨酸菌株生化特征天冬氨酸激酶丧失丙酮酸氨基化酶微弱或丧失CO2固定酶系丙酮酸氧化脱羧酶强草酰乙酸氨基化反应强芳香族氨基酸发酵机制只能由植物和微生物合成。（王镜岩生物化学P356）其生产方法有合成法、蛋白质水解法和微生物发酵法。微生物发酵法包含微生物直接发酵法、添加中间体（氨茴酸、吲哚等）微生物转化法和微生物酶转化法（将吲哚、丝氨酸转化）芳香族氨基酸生物合成路径3种芳香族氨基酸合成路径有七步共同路径（莽草酸路径），莽草酸是这3种氨基酸共同前体，分支酸是芳香族氨基酸合成路径分支点。苯丙氨酸和酪氨酸生物合成色氨酸生成分支酸（chorismate）在分支酸变位酶（chorismatemutase）作用下，转变为预苯酸(prephenate),经脱水、脱羧后形成苯丙酮酸（phenylpyruvate）,后者在转氨酶作用下，和谷氨酸进行转氨形成苯丙氨酸。色氨酸高产菌株育种路径采取苯丙氨酸和酪氨酸缺点型，切断通向苯丙氨酸和酪氨酸代谢支路，但只能微量积累色氨酸（因色氨酸对本身合成份支路径第一个酶邻氨基苯甲酸合成酶有反馈抑制和阻遏作用）。选育抗色氨酸结构类似物突变株。选育抗苯丙氨酸结构类似物突变株氨基酸产生菌稳定化预防回复突变改善世代时间防噬菌体发酵条件控制氧温度微量元素氨基酸提取及精制发酵液预处理无机离子、蛋白质、菌体等过滤、离心提取离子交换沉淀吸附萃取精制浓缩干燥：5种干燥方法，P304脱色及去除热原提升晶体纯度及质量方法1）发酵液脱色：经过活性炭吸附等方法去除发酵液色素。（2）发酵液除杂：经过加草酸、过滤等方法除去无机离子、菌体等。（3）选择好晶种，在适宜温度即搅拌速度下结晶，得到颗粒大而整齐晶体。（4）控制晶体生长速度、过饱和度、pH等调整晶体形状，使之均一。（5）洗涤晶体（6）重结晶柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液因为其蒸气压低、无毒、化学性质稳定、对SO2吸收率高等原因，是极具开发价值脱硫吸收剂。柠檬酸生产方法概述水果提取法：此法提取成本较高，不利于工业化生产。化学合成法：此法工艺复杂，成本高，安全性低。生物发酵法：表面发酵法：又称浅层发酵法，多以甜菜糖蜜为原料。工艺过程是：将原料放入煮沸锅内加入水，黄血盐和EDTA二钠盐煮沸灭菌，再加入适量硫酸铵、磷酸二氢钾、无菌水配成培养基，将培养基在45～50℃下送入发酵室内装入浅底铝盘或不锈钢盘中，接入黑曲霉干孢子进行发酵。深层发酵法：固态发酵法：以薯干粉及其它含淀粉农副产品为原料，配好培养基后，在常压下蒸煮，冷却至接种温度，接入种曲，装入曲盘，在一定温度和湿度条件下发酵。采取固态发酵生产柠檬酸，设备简单，操作轻易。柠檬酸发酵机制相关柠檬酸发酵机制有多个理论，现在大多数学者认为它和三羧酸循环有亲密关系。糖经EMP路径，形成丙酮酸，丙酮酸羧化形成C4化合物，丙酮酸脱羧形成C2化合物，二者缩合形成柠檬酸。柠檬酸溢出代谢：多个微生物均能因受刺激而过量合成柠檬酸。研究柠檬酸溢出代谢最好例子无疑是黑曲霉。黑曲霉之所以能在特定环境条件下累积柠檬酸，是因为在这种环境条件下代谢路径前段运转速率大于后段运转速率。柠檬酸溢出代谢是黑曲霉特有遗传和生化机制和培养条件共同起作用结果。柠檬酸生物合成中代谢调整和控制——追求柠檬酸高产率柠檬酸是微生物生长代谢过程中一个中间性产物，在正常微生物体内不能够积累，假如有积累话，和柠檬酸合成相关多种酶活性，则会受到抑制或阻遏，磷酸果糖激酶（PFK）活性调整研究表明，柠檬酸产生菌——黑曲霉假如生长在Mn+缺乏培养基中，NH4+浓度异常高，可达成25mmol/L，显然，因为Mn+缺乏，使得微生物体内NH4+浓度升高，进而解除了柠檬酸对PFK活性抑制作用，使得葡萄糖源源不停合成大量柠檬酸。顺乌头酸酶活性控制该酶丧失或失活是阻断TCA循环，大量生成柠檬酸必需条件。通常柠檬酸产生菌体内该酶活性本身就要求很弱，但在发酵过程中仍需要控制它活性。因为该酶活性受到Fe2+影响，控制培养基中Fe2+浓度，能够使该酶失活。所以，柠檬酸发酵要求采取不锈钢反应器，目标就是控制培养基中Fe2+浓度。伴随柠檬酸积累，pH降低到一定程度时，使顺乌头酸酶和异柠檬酸脱氢酶失活(顺乌头酸酶、异柠檬酸酶在pH2.0时失活)，更有利于柠檬酸积累及排出细胞外。顺乌头酸酶活性：从理论上推测，顺乌头酸酶失活，三羧酸循环阻断是累积柠檬酸必需条件。很多试验指出顺乌头酸酶活力改变和柠檬酸累积有亲密关系。比如，产酸菌株顺乌头酸酶活力比非产酸菌株低，产酸期比生长久低，生长在产酸培养基上菌株顺乌头酸酶活比生长在非产酸培养基上低。添加顺乌头酸酶抑制剂可促进柠檬酸积累。铁为顺乌头酸酶激活剂，用亚铁氰化钾除铁，能够握高柠檬酸产率。能荷调整对柠檬酸发酵影响菌体要大量合成柠檬酸，从葡萄糖经过EMP到柠檬酸整个代谢路径需要通畅，在这个过程中：丙酮酸氧化脱羧，每分子丙酮酸可产生一分子NADH，在有氧条件下，每分子NADH经过呼吸链根本氧化成H2O，并氧化磷酸化产生3分子ATP，造成了微生物体内能荷增加，能荷增加则抑制PFK等关键酶酶活性，使得从葡萄糖到柠檬酸代谢停止，怎么能够大量合成柠檬酸柠檬酸产生菌可在有氧条件下大量生成柠檬酸，也就是说，NADH即被氧化了，又没有产生ATP。为了解释这种现象，有些人提出了一个假设：该菌体内存在一条侧系呼吸链，NAD(P)H经过该呼吸链，能够正常传输H+，将其氧化为H2O，不过并没有氧化磷酸化生成ATP，能够正常产生ATP呼吸链称之为标准呼吸链试验证实，在一些微生物体内确实存在侧系呼吸链，该侧系呼吸链中酶系强烈需氧，如在柠檬酸发酵中，发酵液溶氧浓度在很低水平维持一段时间，或中止供氧一段时间（20分钟），则这一侧系呼吸链不可逆失活，其结果是菌体不再产酸，而是产生了大量菌体。标准呼吸链存在使得菌体在代谢过程中产生了大量ATP，用于菌体本身生长上，这种现象，在生产上通常称之为：只长菌不产酸，大量葡萄糖被消耗了，却没有生产出柠檬酸，是一个失败，（大型柠檬酸生产企业需要自己备用发电系统）。柠檬酸积累机制总结1)因为Mn2＋缺乏抑制了蛋白质合成，造成细胞内NH4＋浓度升高和有一条呼吸活力强不产生ATP侧系呼吸链，这两方面原因分别解除了对磷酸果糖激酶（PFK）抑制，促进了EMP路径通畅；2)因为丙酮酸羧化酶是组成型酶，不被调整控制，就源源不停地提供草酰乙酸（CO2固定）。丙酮酸氧化脱酸生成乙酰-CoA和CO2固定两个反应平衡，和柠檬酸合成酶不被调整，增强了合成柠檬酸能力。3)顺乌头酸水合酶在催化时建立以下平衡：柠檬酸∶顺乌头酸∶异柠檬酸＝90：3：7；4)控制Fe2+含量，顺乌头酸酶活力低，使柠檬酸积累；5)一旦柠檬酸浓度升高到某一水平就抑制异柠檬酸脱氢酶活力，从而深入促进了柠檬酸本身积累；6)柠檬酸积累使pH值降低，在低pH值下，顺乌头酸酶和异柠檬酸脱氢酶失活，就更有利于柠檬酸积累并排出体外。柠檬酸积累理想条件：1、提升磷酸果糖激酶活性2、提升丙酮酸羧化酶活性3、提升柠檬酸合成酶活性4、抑制顺乌头酸酶活性5、抑制异柠檬酸脱氢酶活性6、抑制a-酮戊二酸脱氢酶活性7、抑制异柠檬酸裂解酶活性柠檬酸发酵需要下述环境条件(1)磷酸盐浓度低；(2)氮源用NH4+盐；(3)pH值低（<3.0）；(4)溶氧量高；(5)Mn2+、Fe2+、Zn2+含量极低。柠檬酸发酵产率1.无CO2固定反应产率192/(180×1.5)==71.1%2.经过CO2固定反应提供C4二羧酸（无碳原子损失）192/180=106.6%C6H12O6C6H8O7(C没有增加)可见，CO2固定反应和柠檬酸发酵关键性C6H8O7H2O理论转化率：116.7%黑曲霉柠檬酸高产菌生理特征1.能耐高浓度柠檬酸(＜15％)，且不利用和分解柠檬酸。2.耐高浓度葡萄糖，能产生和分泌大量酸性α-淀粉酶和酸性糖化酶。3.能抗微量金属离子，尤其抗较高浓度Mn2+、Zn2+、Cu2+。4.细胞内有较高水平氨基酸、NH4+，即NH4+库水平高。5.菌丝体中含有低水平甘油三酯和磷酸酯。6.在生长和产酸期，细胞内蛋白质、核酸水平低。7.含有很强侧系呼吸链活性，此侧系呼吸链不产生ATP黑曲霉柠檬酸生产菌分离选育1、搜集相当数量现有菌种，经分离纯化，从中挑选出适宜菌株；2、采集大量含菌样品，分离筛选出优良菌种。摇瓶筛选和性能测定采取上述分离培养基和分离筛选方法．参考高产菌形态特征，从分离筛选平板上，挑出单一菌落，移接于麦芽汁琼脂斜面上，于33℃培养6~7d。孢子长好后，分别接入三角瓶，摇瓶发酵试验(初筛、复筛)，从中筛选出产柠檬酸高、糖转化率高、且产酸稳定性强菌种，作为生产用菌株。黑曲霉柠檬酸生产菌保藏1.斜面低温保藏法2.载体吸附保藏法3.真空冷冻干燥保藏法4.液氮超低温(-196℃)保藏法现在柠檬酸生产全部是采取微生物发酵法。因为所用菌种、原料和其它生产条件不一样，生产方法也不一样。工业生产方法关键有深层液体发酵法、浅盘液体法和固体原料浅层制曲或厚层通风制曲法。原料预处理含淀粉或糖质原料，发酵前往往需要进行预处理，如去杂质、去霉块、粉碎、液化和去金属离子等。(1)淀粉原料液化现在柠檬酸发酵生产均采取酶法进行液化。最简单措施是投料后将α-淀粉酶直接加入料液中，在一定温度下(80～105℃，视酶耐热程度而定)作用一定时间。出于淀粉酶能随机切断淀粉分子内α-1，4-糖苷键，使淀粉分子断裂淀粉糊联度快速下降。液化作用除和淀粉浆浓度相关外，还和淀粉酶性质、加酶量、作用温度、作用时间、介质pH和钙存在是否相关。通常液化终点是控制在料液和碘反应不且蓝色为止，对于以淀粉为原料柠檬酸生产菌种，液化液DE值在20%左右即可。(2)糖蜜原料预处理国外柠檬酸生产关键以糖蜜为原料。糖蜜是甘蔗或甜菜制糖后剩下物，除含有丰富糖分外，还含有大量金属离子和硫胺素、核黄素等生长因子。即使糖蜜组分随品种、产地及制糖工艺而异，不过糖蜜中金属离子全部将显著影响黑曲霉产生柠檬酸，假如直接用糖蜜培养黑曲霉，将难以取得满意产酸效果。所以在发酵前糖蜜需要进行预处理：糖密预处理方法很多，最常见方法是添加黄血盐[亚铁氰化钾，k4(CN)6Fe3]或经硫酸、磷酸处理，也可添加活性炭、EDTA、单宁、石灰和经过离子交换树脂等，还可采取多个方法交替处理。柠檬酸发酵培养基营养要求柠檬酸发酵培养基关键有两方面作用：一是在发酵初始阶段提供黑曲霉生长繁殖营养需要和维持生命活动能量；二是作为生物合成柠檬酸基质。前者除要提供碳(能)源物质外，还需一定氮源和其它生长因子，出于过量含氮物质不利于柠檬酸产生，所以柠檬酸发酵培养基关键成份是碳水化合物。现在中国所用柠檬酸发酵培养基关键原料足多种含淀粉农副产品，它们既含丰富(关键成份)碳水化合物，也含有一定蛋白质之类氮源和微量元素等物质，所以以农副产品为原料时就无须添加无机盐。发酵技术关键是兼顾糖化和产酸，要处理二者矛盾，可采取下列方法：(1)采取酸性平扳驯化，分离在高柠檬酸浓度下糖化酶活力高酌菌株；(2)经过调整风量来控制，通常在16~18h前控制低风量，使pH维持在有利于菌种生长和糖化作用范围。中国独创薯粉直接深层发酵法工艺处于世界优异水平，且自行开发黑曲霉菌产酸效率和国外靠近，但在提取率、机械化程度和劳动生产率等方面比较落后，所以在中国研究从发酵液中高效、低能耗地提取柠檬酸是一个极有意义课题柠檬酸发酵液成份复杂，而且因原料和发酵工艺不一样而各不相同。除柠檬酸外，还包含菌体、残糖、蛋白质、色素、胶体、有机杂酸、无机盐等多个杂质，总来说，它们起源于原材料、未消耗营养盐或发酵中间副产物，所以从柠檬酸发酵液中提取柠檬酸是比较困难。从柠檬酸发酵液中提取柠檬酸方法关键有以下多个：钙盐法、萃取法、离子交换吸附法、电渗析法、超滤膜法。中和）工序关键目标(1)从发酵清滤液中提取高纯度四水柠檬酸钙(2)柠檬酸钙要易过滤和洗涤；(3)废水中柠檬酸钙沉淀要限制在最低程度；(4)尽可能降低洗糖水量，把柠檬酸钙溶损降低到许可范围。1）酸解关键目标(1)把柠檬酸钙完全分解为柠檬酸和石膏；(2)石膏渣中柠檬酸含量降低到许可程度；(3)尽可能提升酸解液中柠檬酸含量；(4)控制酸解液中SO42-在合适范围之内；(5)酸解液中石膏微粒要降低到最低程度。净化工艺包含脱色和离子交换树脂除去杂质离于：粗柠檬酸液--炭柱--阳离子柱--阴离子柱--精液酸解液中含有色素物质，可用活性炭脱色去除。若用粉末活性炭，可直接加到酸解液中，用量为柠檬酸1%～3%，然后随抽滤时除去活性炭。不过日前多数工厂全部用颗粒活性炭柱进行脱色，炭柱可再生反复使用。离子交换树脂是用来去除柠檬酸液中多种杂质离子。经过阳离于交换柱可除去Ca2+、Fe2+等阳离子，最常见阳离子交换树脂是732树脂，柠檬酸被进入阳离子交换往后应控制一定流速并定时用黄血盐和酒精分别检测流出液中有没有Fe2+和Ca2+，若出现Fe2+或Ca2+则应立即停止进料。假如柠檬酸液中含有较多阴离于，可用阴离子交换树脂除去，用AgNO3试剂检测流出液Cl-作为阴离子交换柱进料控制终点。．结晶本工序关键目标(1)立即地从柠檬酸浓缩液中结晶出品体并分出母液(2)湿柠檬酸晶体要粒度均匀，理化指标符合等级标准，游离水含量尽可能低(3)保持较高结晶牢率和结晶收率；(缺点日益显露：一是得到提取液中柠檬酸质量分数较低，通常低于20%，增大了后续浓缩段负荷；二是单元操作损失多，总收率低，中国厂家通常在60%~75%。超出70%极少，对以薯干为原料生产工艺收率更低(中国关键以薯干为原料)；三是在提取过程中柠檬酸经历了数次相变，消耗化工原料多，固液分离量大，能耗高；四是环境污染严重，产生大量固体废弃物，其排放量1.0~2.5t废物/t柠檬酸，在环境问题日益突出今天，这种方法越来越不适应环境保护要求。另外还有提取工艺长、工人劳动强度大、工作环境恶劣、提取设备腐蚀严重等缺点。4)预防母液被污染和稀释。离子交换吸附法是利用特定有机高分子树脂对柠檬酸或柠檬酸盐高选择性，将柠檬酸或柠檬酸盐从发酵液中提取出来方法。20世纪80年代以来，中国外对离子交换吸附法提取柠檬酸研究很多。中国通常步骤是发酵液过滤后用离子交换柱提取，氨水洗脱后用阳离子交换柱转型，经脱色和除杂质后浓缩和结晶.电渗析法提取葡萄糖糖蜜发酵液工艺步骤图4所表示．发酵液（pH=1.5～3.0）经过滤预处理后，用电渗析器分离，并浓缩2倍，这种粗提取液再利用活性炭和离子交换除去色素和杂质离子，得到淡黄色、高纯度柠檬酸水溶液在柠檬酸提取中使用超滤、纳滤和微滤氨基酸发酵特点氨基酸发酵是经典代谢控制发酵,由发酵所生成产物——氨基酸,全部是微生物中间代谢产物,它积累是建立于对微生物正常代谢抑制。在脱氧核糖核酸(DNA)分子水平上改变、控制微生物代谢,使有用产物大量生成、积累。代谢控制发酵（又称新型发酵）氨基酸发酵为好气性发酵菌种：细菌采取诱变、细胞工程、基因工程手段选育出从遗传角度解除了反馈调整和遗传性稳定更理想菌种,提升产酸;采取过程控制,进行最优化控制,连续化、自动化,稳产、高产;探求新工艺、新设备,以提升产率和收得率;研究发酵机制等问题,方便能愈加好地控制氨基酸这么微生物中间代谢产物发酵什么是味精？L-谷氨酸一钠一水化合物HOOC—CH2—CH2—CH—COONa·H2O

|

NH2

性状：无色柱状结晶或粉末。纯度：99%或80%味精厂关键生产车间糖化车间发酵车间提取车间精制车间淀粉→蓝糊精→红糊精→无色糊精→葡萄糖蓝色→紫色→红色→无色→酒精反应淀粉生产原理不溶于冷水，相对密度大于1。工艺（玉米淀粉）1.清理（除杂）目标：清除杂质浸泡目标：（1）软化（2）溶解（3）除杂工艺条件温度：50-55℃时间：48h二氧化硫0.15-0.2%3.粗碎目标：粉碎成10块以上小块4.胚芽分离目标：分离胚芽5.磨碎目标：破坏细胞组织，释放淀粉。6.纤维分离采取筛选法分离。7.蛋白质分离原理：利用相对密度不一样。8.清洗目标：去除可溶性杂质9.脱水采取离心机。10.干燥带式干燥机11.成品整理粉碎和筛分。谷氨酸发酵水解糖要求1.严格控制原料质量2.正确控制淀粉乳浓度3.水解完全4.糖液清、色泽浅5.糖液新鲜6.降低糖液蛋白质含量质量标准（1）色泽：浅黄、杏黄通明液体；（2）糊精反应：无；（3）还原糖含量：18%左右（4）DE值：90%以上；（5）透光率：60%以上（6）pH：4.6-4.8酸解法（1）工艺步骤：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、高压糖化时间短副产物多、糖化收率低中和、脱色工艺条件淀粉水解后，在水解液中尚含有少许蛋白质等胶体物质，除去这些物质方法：以Na2CO3调整水解液pH值到这些杂质等电点，约为4.8-5.0，这个过程称为中和。中和温度控制在70-80℃。糖液脱色通常采取粉末活性炭脱色，具体工艺条件以下：用量：为糖液0.1-0.2%温度：65-80℃时间：30minpH：4.8-5.0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，能够使用粗原料；4）糖液质量高；5）周期长，设备多。谷氨酸生物合成路径关键包含EMP、HMP、TCA循环、乙醛酸循环、CO2固定反应。一、生成谷氨酸关键酶反应谷氨酸脱氢酶(GHD)所催化还原氨基化反应转氨酶(AT)催化转氨反应谷氨酸合成酶(GS)催化合成反应控制谷氨酸合成关键方法谷氨酸生产菌应含有生化特点1.α-酮戊二酸氧化能力微弱2.谷氨酸脱氢酶活性强3.细胞膜对谷氨酸通透性强控制细胞膜通透性方法1.控制磷脂合成1）生物素缺点型生物素（维生素H、辅酶R）作为辅酶参与脂肪酸合成，进而影响磷脂合成。控制关键：生物素亚适量（5-10μg/L）控制细胞膜通透性方法1.控制磷脂合成1）生物素缺点型生物素（维生素H、辅酶R）作为辅酶参与脂肪酸合成，进而影响磷脂合成。控制关键：生物素亚适量（5-10μg/L）谷氨酸生产菌在发酵过程中形态改变（1）不一样发酵阶段形态长菌期发酵0-8h，正常状态转移期发酵8-18h，细胞开始伸长、膨大产酸期16-20h以后，伸长、膨大，不规则，缺乏八字排列。应用生物工程新技术选育谷氨酸生产菌应用原生质体融合新技术选育谷氨酸生产菌应用转化法选育谷氨酸生产菌应用转导法选育谷氨酸生产菌应用重组DNA技术构建谷氨酸工程菌应用固定化细胞技术发酵生产谷氨酸影响种子质量关键原因培养基氮源丰富、生物素充足、碳源较少。温度避免温度过高和波动较大pH0时不宜过高，培养结束不易过低溶解氧溶氧水平不易过高。接种量1%-2%培养时间7-8小时一级种子质量要求种龄：12h，pH值：6.4±0.1光密度：净增OD值0.5以上残糖：0.5％以下无菌检验：(-)噬菌体检验：(-)(双层平板法、划线法、液体培养法）镜检：菌体生长均匀、粗壮，