谷氨酸發酵控制ppt課件-資料下載頁

　　

【正文】 4+過量，谷氨酸轉變為谷氨酰胺；②大量下跌，可能染菌。處理方法①及時流加液氨，提高 pH；②按染菌處理。 ⑻泡沫太多，原因①水解糖質量不好；②染菌，處理方法如水解糖質量不好則改進水解糖質量，如染菌則按染菌處理。 提高發酵產率的主要措施 1964年，國內應用發酵法生產味精獲得成功，并在上海首先采用發酵新工藝投產，之后在國內逐步推廣，有力地推動了我國味精工業的崛起。自從發酵法生產谷氨酸成功以來，人們從各方面進行研究，以獲得谷氨酸發酵的最大產率，使底物葡萄糖能迅速地最大限度地用于合成谷氨酸。許多重要的研究成果已經利用于谷氨酸的生產，使谷氨酸的產量、對糖轉化率均有很大提高，發酵周期也不斷縮短。 目前，國內發酵法制造味精的生產技術進步較大，尤其近幾年進展更快，無論菌種還是工藝方法及裝備水平，逐步縮小與國際問的差距。但是，目前國內在技術上與國外先進水平比較還有較大的差距，還需要進行很多工作。谷氨酸發酵的經濟效益主要體現在產酸率、對糖轉化率、發酵周期、單位體積設備產量和動力消耗等方面。 谷氨酸發酵是一復雜的生化反應過程，影響因素很多，提高谷氨酸發酵的生產水平必須從以下幾方面進行： ①選育優良的高產菌種； ②適宜的環境條件； ③好的原料質量； ④合理的發酵設備； ⑤有效的管理措施。 （一）選育高產菌種，改良菌種性能 選育高產穩產的新菌種是提高谷氨酸發酵產率的主要途徑之一。日本等國發酵界一直致力于探索選育各種生化標記的菌株，20世紀 70年代已闡明了選育長鏈不飽和脂肪酸缺陷型和甘油缺陷型的方法和效果。隨后又選育出溫度敏感突變株、各種抗藥物突變株、各種藥物敏感突變株、各種酶活力變化突變株及其它生化特性突變株。 許多生化標記突變株的谷氨酸發酵對糖轉化率比親株有大幅度提高，有些超過60%。同時采用遺傳工程和細胞工程新技術改造原有高產菌株的性能，提高了生長、耗糖和產酸速度，而且耐高溫、高糖和高酸。 （二）改進發酵工藝 ① 高初糖發酵 高初糖發酵是指初糖濃度達180~200g/L進行發酵。這種發酵的優點是操作方便，設備利用率高，谷氨酸濃度高，容易提取。但是，糖濃度高，滲透壓大，菌體不適應。同時糖濃度高，氧傳遞阻力增大，必須強化供氧。要實施該工藝，首先要選育出耐高滲透壓的菌種，然后控制好發酵工藝條件。 在高初糖谷氨酸發酵中，高玉米漿用量和高生物素用量可以明顯降低高初糖對菌體細胞的抑制作用；且在接種量為 10%，玉米漿用量為 %，生物素用量為10μg/L，初糖為 190g/L的谷氨酸發酵中，流加 500g/L的濃糖， 30h的產酸率達到，糖酸轉化率達到 %。 ② 降低發酵初糖濃度，連續流加糖發酵 降低發酵的初糖濃度，可降低滲透壓，有利于菌體生長和代謝產物的分泌，同時提高氧的傳遞速率，提高溶氧水平，特別是對采用高生物素、大種量、添加青霉素的強制發酵工藝更為重要。 青霉素發酵工藝，由于菌體細胞壁被破壞，細胞膜部分失去細胞壁的保護作用，對外界環境非常敏感，在低滲透壓下細胞代謝穩定，有利于發酵。同時，與控制生物素用量的發酵相比，由于種量大，繁殖快，適應期短，產酸快，發酵周期短。 ③ 混合碳源發酵 據報道，采用葡萄糖和醋酸混合碳源比單一葡萄糖為碳源的發酵谷氨酸對糖轉化率提高 30%。即使是全部為糖質原料也可選用不同種原料混合使用，既可用部分廉價原料又能提高產酸。 低糖流加工藝及后期補糖工藝 谷氨酸發酵工業化的實現源于氮源的流加，而高產酸的突破關鍵應歸功于碳源的流加，即補糖分批發酵工藝。 近年來，我國谷氨酸發酵行業不斷應用新技術，使谷氨酸發酵水平大幅度提高，有不少廠家已經接近世界先進水平。目前，我國谷氨酸發酵領先水平主要表現在發酵30h產酸率達到 12～ 15%，糖酸轉化率達到56～ 62%，而達到這些指標的廠家都應用大接種量（ 8～ 10%）、生物素亞適量（ 5～ 8μg/L)、流加濃糖（ 50%）的發酵工藝。 在谷氨酸發酵中某一生長階段，生長菌攝氧率與底物消耗速率之間存在著線性關聯。據此，補料速率可用攝氧率控制，將其控制在與基質消耗速率相等的狀態。流加糖時間選擇在發酵中前期較好，此時，菌體生長旺盛，活力強，耗糖快，轉化率高。一般在殘糖 3%～ 5%時開始添加，因此，應在 12～14h時開始流加，盡可能使流加糖與耗糖速率保持平衡。 流加（補糖）發酵工藝，中后期殘糖濃度應根據不同菌種經過多次試驗確定，一般在 ～ 5%之間。 補料分批發酵，流加高濃度、高質量糖液是提高谷氨酸生產水平和降低生產成本的較好工藝，是我國谷氨酸發酵的發展方向。 糖蜜原料發酵生產谷氨酸 甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜是很好的發酵原料。用糖蜜原料發酵生產谷氨酸，可省去淀粉制糖工序，降低成本，節約能源，節約酸、堿，簡化操作，便于采用大種量、添加青霉素 (或表面活性劑 )低糖流加發酵工藝，有利于產酸和轉化率的提高。國外，谷氨酸發酵主要是以糖蜜為發酵原料，采用大種量 (10%左右 )、添加青霉素低糖流加發酵工藝。 （一）甜菜糖蜜添加吐溫發酵工藝 以甜菜糖蜜為碳源，采用高生物素、大接種量、添加表面活性劑 (吐溫 60)的強制發酵工藝，具有產谷氨酸高、轉化率高等特點。 使用生物素過量的甜菜糖蜜原料發酵生產谷氨酸時，通過添加表面活性劑 (如吐溫 60)或是高級飽和脂肪酸 (C1618)及其親水聚醇酯類，都能清除滲透障礙物，積累谷氨酸。 作用機制 表面活性劑、高級飽和脂肪酸的作用，并不在于它的表面效果，而是在菌體細胞不飽和脂肪酸的合成過程中，作為抗代謝物具有抑制作用，對生物素有拮抗作用。通過拮抗脂肪酸的生物合成，達到控制磷脂合成，導致磷脂合成不足，結果形成磷脂合成不足的不完全的細胞膜，提高了谷氨酸向膜外漏出的滲透性。 影響產酸的關鍵 必須控制好添加吐溫 60等表面活性劑、飽和脂肪酸的時間與濃度，要在藥劑添加后，在這些藥劑存在下，再次進行谷氨酸菌的分裂增殖，使谷氨酸菌形成處于異常生理狀態的產酸型細胞，即完成谷氨酸非積累型細胞向谷氨酸積累型細胞的轉變。一般在發酵對數生長期的早期 (4～ 5h)，添加吐溫 60之后 OD值與菌體重量約凈增一倍，剩余生長太多，表明谷氨酸生產菌細胞不能完成有效的生理學變化，剩余生長不足，意味著谷氨酸生產菌沒有機會完成這種轉變。 (二） 甘蔗糖蜜添加青霉素流加糖發酵工藝 以甘蔗糖蜜為原料，采用大接種量，在發酵對數生長期早期添加青霉素，之后連續流加糖的發酵工藝，是國外谷氨酸發酵普遍采用的方法。 在發酵對數生長期早期，添加青霉素能抑制菌體細胞壁的合成，形成不完全的細胞壁，進而導致形成不完全的細胞膜，除去阻礙谷氨酸向外滲透的障礙物，使谷氨酸得以大量的積累。 作用機制 添加青霉素可抑制谷氨酸生產菌細胞壁的后期合成，主要可抑制糖肽轉肽酶，影響細胞壁肽聚糖的生物合成。因為青霉素的結構與革蘭氏陽性的谷氨酸菌所特有的糖肽的 DAlaDAla末端結構類似，因而它取代合成糖肽的底物而與酶的活性中心結合，使五肽末端的丙氨酸不能被轉肽酶移去，無法與它前面一個丙氨酸相接，因此交聯不能形成，網狀結構連接不起來，結果形成不完全的細胞壁。 由于青霉素抑制細胞壁后期生物合成，使細胞膜處于無保護狀態，又由于膜內外的滲透壓差，進而導致細胞膜的物理損傷，形成不完全的細胞膜，失去滲透障礙物，增大了谷氨酸向胞外分泌的滲透能力。 影響產酸的關鍵 在生長的什么階段添加青霉素是影響產量的關鍵。必須在增殖過程的適當時期添加，并且在添加后再進行一定的增殖。一般應考慮在接種后，開始進入對數生長期的早期 (3～ 5h)添加，添加青霉素的時問與濃度，因菌種、接種量、培養基的組成及發酵條件而異。發酵過程中還要根據菌體形態、產酸、OD值、耗糖等變化情況，確定是否需要補加青霉素以及補加的時間與濃度。 加入青霉素后，進而在菌體再度倍增期間，使新增殖的細胞沒有充足的細胞壁合成，菌體形態急劇變化，多呈現伸長、膨潤的菌型，完成谷氨酸非積累型細胞向谷氨酸積累型細胞轉變，此轉移期間是非常重要的。 （三） 采用溫度敏感突變株發酵生產谷氨酸 谷氨酸溫度敏感突變株的突變位置是在決定與谷氨酸分泌有密切關系的細胞膜結構基因上，發生堿基的轉換或顛換，一個堿基為另一個堿基所置換，這樣為該基因所指導的酶在高溫下失活，導致細胞膜某些結構的改變。當控制培養溫度為最適生長溫度時，菌體正常生長；當溫度提高到一定程度時，菌體便停止生長而大量產酸。 在正常情況下，谷氨酸產生菌的細胞膜不允許谷氨酸從細胞內滲透到細胞外，在發酵過程中，一般是通過控制生物素亞適量、添加吐溫 60或青霉素等手段來調節細胞膜的滲透性，以使谷氨酸產生菌細胞膜允許谷氨酸從細胞內滲透到細胞外。 采用谷氨酸溫度敏感突變株進行發酵，其發酵控制方式與現行的采用生物素亞適量的控制方式完全不同。它不需要通過控制生物素亞適量，僅需通過物理方式 (轉換培養溫度 )就可以完成谷氨酸生產菌由生長型細胞向產酸型細胞的轉變，避免了因原料影響而造成產酸不穩定的現象，且發酵穩定、發酵周期短和設備利用率高。另外，生物素可以大大過量，從而強化二氧化碳固定反應，提高糖酸轉化率。 谷氨酸溫度敏感突變株是目前谷氨酸發酵工業上較為優良的菌株，通過對它的發酵營養特性研究發現，該菌株能夠利用粗質原料 (粗玉米糖、糖蜜等 )發酵生產谷氨酸，對于添加部分甜菜糖蜜的發酵培養基，菌株表現出高產酸水平，而且可以適當減少發酵培養基中生物素的用量，但菌株仍表現出高生物素的營養特性。 （四）采用非生物素缺陷型突變株 選育不需要生物素的谷氨酸產生菌，即非生物素缺陷型突變株，從遺傳上解除生物素對谷氨酸積累的控制。因此采用這種突變株進行糖蜜為原料的谷氨酸發酵時就不再受到生物素的影響。