【正文】 或抑泡作用； d. 無(wú)毒或低毒，對(duì)菌體生長(zhǎng)和代謝幾乎無(wú)影響并不影響產(chǎn)物提取和產(chǎn)品質(zhì)量； e. 不干擾溶氧、 pH等測(cè)定儀表的使用，最好不影響氧的傳遞； f. 具有良好的熱穩(wěn)定性； g. 來(lái)源方便、價(jià)格便宜。 以上兩種方法結(jié)合使用。但采用高生物素、大接種量和添加青霉素工藝時(shí)適應(yīng)期明顯縮短。但由于菌體增殖并非完全同步，還有部分菌體為增殖型，這就是菌體由增殖型向生產(chǎn)型轉(zhuǎn)化的時(shí)期，時(shí)間約為發(fā)酵 8~14h或 10~18h。產(chǎn)酸速率達(dá)到最大，糖酸轉(zhuǎn)化率 60%以上。處理方法如感染噬菌體按感染噬菌體處理，如培養(yǎng)基貧乏，則補(bǔ)料，如菌種老化，則換種或補(bǔ)種，如前期風(fēng)量過(guò)大，則停攪拌，小通風(fēng)。 ⑺ 谷氨酸生成后又下跌，原因① pH偏低，NH4+過(guò)量，谷氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)楣劝滨０?；②大量下跌，可能染菌。谷氨酸發(fā)酵的經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在產(chǎn)酸率、對(duì)糖轉(zhuǎn)化率、發(fā)酵周期、單位體積設(shè)備產(chǎn)量和動(dòng)力消耗等方面。這種發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)是操作方便，設(shè)備利用率高，谷氨酸濃度高，容易提取。 ③ 混合碳源發(fā)酵 據(jù)報(bào)道，采用葡萄糖和醋酸混合碳源比單一葡萄糖為碳源的發(fā)酵谷氨酸對(duì)糖轉(zhuǎn)化率提高 30%。一般在殘?zhí)?3%～ 5%時(shí)開始添加，因此，應(yīng)在 12～14h時(shí)開始流加，盡可能使流加糖與耗糖速率保持平衡。 作用機(jī)制 表面活性劑、高級(jí)飽和脂肪酸的作用，并不在于它的表面效果，而是在菌體細(xì)胞不飽和脂肪酸的合成過(guò)程中，作為抗代謝物具有抑制作用，對(duì)生物素有拮抗作用。 由于青霉素抑制細(xì)胞壁后期生物合成，使細(xì)胞膜處于無(wú)保護(hù)狀態(tài)，又由于膜內(nèi)外的滲透壓差，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞膜的物理?yè)p傷，形成不完全的細(xì)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。 在正常情況下，谷氨酸產(chǎn)生菌的細(xì)胞膜不允許谷氨酸從細(xì)胞內(nèi)滲透到細(xì)胞外，在發(fā)酵過(guò)程中，一般是通過(guò)控制生物素亞適量、添加吐溫 60或青霉素等手段來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞膜的滲透性，以使谷氨酸產(chǎn)生菌細(xì)胞膜允許谷氨酸從細(xì)胞內(nèi)滲透到細(xì)胞外。因此采用這種突變株進(jìn)行糖蜜為原料的谷氨酸發(fā)酵時(shí)就不再受到生物素的影響。 （三） 采用溫度敏感突變株發(fā)酵生產(chǎn)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(guān)系的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)基因上，發(fā)生堿基的轉(zhuǎn)換或顛換，一個(gè)堿基為另一個(gè)堿基所置換，這樣為該基因所指導(dǎo)的酶在高溫下失活，導(dǎo)致細(xì)胞膜某些結(jié)構(gòu)的改變。 作用機(jī)制 添加青霉素可抑制谷氨酸生產(chǎn)菌細(xì)胞壁的后期合成，主要可抑制糖肽轉(zhuǎn)肽酶，影響細(xì)胞壁肽聚糖的生物合成。 （一）甜菜糖蜜添加吐溫發(fā)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(qiáng)制發(fā)酵工藝，具有產(chǎn)谷氨酸高、轉(zhuǎn)化率高等特點(diǎn)。據(jù)此，補(bǔ)料速率可用攝氧率控制，將其控制在與基質(zhì)消耗速率相等的狀態(tài)。 青霉素發(fā)酵工藝，由于菌體細(xì)胞壁被破壞，細(xì)胞膜部分失去細(xì)胞壁的保護(hù)作用，對(duì)外界環(huán)境非常敏感，在低滲透壓下細(xì)胞代謝穩(wěn)定，有利于發(fā)酵。同時(shí)采用遺傳工程和細(xì)胞工程新技術(shù)改造原有高產(chǎn)菌株的性能，提高了生長(zhǎng)、耗糖和產(chǎn)酸速度，而且耐高溫、高糖和高酸。 目前，國(guó)內(nèi)發(fā)酵法制造味精的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步較大，尤其近幾年進(jìn)展更快，無(wú)論菌種還是工藝方法及裝備水平，逐步縮小與國(guó)際問(wèn)的差距。 ⑸ 耗糖快、 pH偏低、產(chǎn)酸低，原因生物素過(guò)量、 pH低、通風(fēng)不足或染菌，處理方法提高風(fēng)量、提高 pH；如染菌則按染菌處理。 異常發(fā)酵現(xiàn)象及其處理 ⑴ 發(fā)酵前期 pH過(guò)高，原因種子感染噬菌體或培養(yǎng)基貧乏；處理方法如感染噬菌體應(yīng)按感染噬菌體處理，如培養(yǎng)基原因則根據(jù)情況補(bǔ)料。一般來(lái)說(shuō)，加大風(fēng)量對(duì)菌體的伸長(zhǎng)、膨大有促進(jìn)作用。對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期一般為發(fā)酵 3~8h或 4~10h。 ① 適應(yīng)期 在發(fā)酵初期即種子剛接入發(fā)酵罐時(shí)，菌體處于適應(yīng)期，以適應(yīng)新的環(huán)境條件，細(xì)胞進(jìn)行呼吸作用，利用貯存物質(zhì)合成大分子物質(zhì)和所需能量，菌體個(gè)體長(zhǎng)大，但沒(méi)有分裂，此時(shí)糖等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗很慢。 ④ 消泡劑的使用 在發(fā)酵培養(yǎng)基配料時(shí)一次加入，一般添加量為～ %。 抑泡作用，可以看成是除去發(fā)泡劑的吸附層，而抑泡劑的分子優(yōu)先吸附。代謝旺盛，排出 CO2多，泡沫也增加。此外，泡沫的表面積、溫度、pH、溶液濃度等對(duì)泡沫的穩(wěn)定性均有影響。凡能夠降低液體表面張力的物質(zhì)叫做表面活性物質(zhì)。按發(fā)酵液的性質(zhì)不同，一般有兩種泡沫。 泡沫的消除 泡沫對(duì)發(fā)酵的影響 在通風(fēng)發(fā)酵中，由于通氣和攪拌，產(chǎn)生少量泡沫是空氣溶解于發(fā)酵液中以及產(chǎn)生 CO2的結(jié)果。如果 CO2含量過(guò)高，也會(huì)影響菌體正常呼吸作用。在亮氨酸發(fā)酵中γab/KrM=。在這樣的反應(yīng)體系中，谷氨酸的生成可由下式表示： 葡萄糖 → 谷氨酸 +3NAD(P)H2+ATP 圖 43 谷氨酸生物合成途徑（ II） 從圖 43的谷氨酸生物合成途徑可知，由 1mol葡萄糖生成 2mol磷酸烯式丙酮酸，其中 1mol磷酸烯式丙酮酸經(jīng)羧化反應(yīng)生成草酰乙酸，另外 1mol磷酸烯式丙酮酸經(jīng)脫羧生成乙酰 CoA； 1mol乙酰CoA與 1mol草酰乙酸縮合反應(yīng)生成 1mol檸檬酸，經(jīng)過(guò)異構(gòu)后 1mol異檸檬酸經(jīng)過(guò) α酮戊二酸生成1mol谷氨酸。當(dāng)生物素濃度增加時(shí)，耗糖速率增大，引起供氧不足，使谷氨酸產(chǎn)量降低。在條件適當(dāng)時(shí)，耗氧速率rab≥60mmol/(LX， PL≥PL臨界 ；當(dāng)PL＜ PL臨界 （即亞硫酸鹽氧化速率 rab = 此一溶解氧濃度稱為臨界溶解氧濃度，以 C臨界 表示 (或以臨界溶解氧分壓 pL臨界 表示 )。缺點(diǎn)是尿素價(jià)格相對(duì)較高、發(fā)酵過(guò)程中 pH波動(dòng)較大，影響產(chǎn)酸率和糖酸轉(zhuǎn)化率。但是，當(dāng)這些條件一定時(shí)，在正常發(fā)酵情況下其 pH的變化具有一定的規(guī)律性。 pH主要通過(guò)以下幾方面影響微生物的生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)物形成：①影響酶的活性， pH的高或低能激活或抑制微生物體內(nèi)某些酶的活性；②影響微生物細(xì)胞膜所帶電荷，從而改變細(xì)胞膜通透性，影響微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的分泌；③影響培養(yǎng)基中某些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的離解， 從而影響微生物對(duì)這些物質(zhì)的利用；④ pH的改變往往引起菌體代謝途徑的改變，使代謝產(chǎn)物發(fā)生變化。 谷氨酸發(fā)酵開始時(shí)因菌體數(shù)量少，釋放的熱量也少；當(dāng)菌種進(jìn)入生長(zhǎng)旺盛時(shí)期，呼吸加強(qiáng)，放出大量熱量，后期趨于穩(wěn)定，釋放的熱量又減少。溫度還通過(guò)影響發(fā)酵液的性質(zhì)來(lái)間接影響發(fā)酵。 Q汽 =(I出 I進(jìn) ) （ kj/h) 式中 G—— 空氣的質(zhì)量流量（ kg/h) I出 —— 進(jìn)口空氣的熱焓（ kj/kg) I進(jìn) —— 出口空氣的熱焓（ kj/kg) ④ 輻射熱 因發(fā)酵液溫度與周圍環(huán)境溫度不同，發(fā)酵液的部分熱量通過(guò)罐體向外輻射。即不同培養(yǎng)階段菌體呼吸作用和發(fā)酵作用強(qiáng)度不同，所產(chǎn)生的熱量也不同。甘蔗糖蜜用量為 ～ %。含有豐富的氨基酸、核酸、維生素等。供氧充足，生物素過(guò)量，糖代謝傾向于完全氧化生成CO2和水。 在谷氨酸發(fā)酵中，生物素的作用主要影響谷氨酸產(chǎn)生菌細(xì)胞膜的合成，從而影響谷氨酸通透性，同時(shí)也影響菌體的代謝途徑，即代謝產(chǎn)物的生成。4H2O。3H2O時(shí)，其鉀濃度約為 。7H2O時(shí)， Mg2+濃度約為 50mg/L。2H2O ，但另外要添加 KCl。 工業(yè)生產(chǎn)上常用的磷酸鹽為 KH2POK2HPO4其功能如下： ①構(gòu)成菌體成分； ②作為酶的組成部分； ③酶的激活劑或抑制劑； ④調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的滲透壓； ⑤調(diào)節(jié) pH 和氧化還原電位等。 用硫酸銨等生理酸性鹽為氮源時(shí)，由于 NH4+被利用而殘留的 SO42等酸根，使 pH下降，因此在培養(yǎng)基中需要加入 CaCO3以自動(dòng)中和，維持 pH相對(duì)穩(wěn)定；但是添加大量CaCO3容易導(dǎo)致染菌，且 Ca2+對(duì)產(chǎn)物提取有影響，因此一般生產(chǎn)上不采用此法。在長(zhǎng)菌階段，如 NH4+過(guò)量也會(huì)抑制菌體生長(zhǎng)；在產(chǎn)酸階段，如 NH4+不足， α酮戊二酸不能還原并氨基化，幾乎不積累谷氨酸，而積累 α酮戊二酸。 由于雙酶法（高溫淀粉酶液化、糖化酶水解）對(duì)原料中生物素等營(yíng)養(yǎng)因子破壞很少，因此采用雙酶法制糖時(shí)，如果采用生物素亞適量工藝進(jìn)行谷氨酸發(fā)酵，盡量采用精制淀粉。 培養(yǎng)基中糖濃度對(duì)谷氨酸發(fā)酵有很大影響。發(fā)酵工業(yè)原料主要是指發(fā)酵培養(yǎng)基中用量比較大的成分。 應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)控制和管理發(fā)酵，使發(fā)酵工藝最佳化。在最適宜的培養(yǎng)條件下，谷氨酸產(chǎn)生菌可將 60%以上的葡萄糖轉(zhuǎn)化為谷氨酸，而只有極少量的副產(chǎn)物。谷氨酸酸發(fā)酵是建立在容易變化的代謝平衡上，是受多種條件支配的。這種代謝異常的菌種對(duì)環(huán)境條件是敏感的。 表 42 谷氨酸產(chǎn)生菌因環(huán)境條件改變而發(fā)生發(fā)酵轉(zhuǎn)換 表 42表示在不同環(huán)境條件下生成不同的代謝產(chǎn)物。隨著生物傳感器、自動(dòng)化分析方法以及電子計(jì)算機(jī)與生物技術(shù)之間接口技術(shù)的發(fā)展，將擴(kuò)大計(jì)算機(jī)技術(shù)在微生物工程方面的應(yīng)用范圍，使發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化。 與其它發(fā)酵工業(yè)一樣，谷氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基包括碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽、生長(zhǎng)因子及水等。由于國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)味精廠采用的碳源為淀粉水解糖，因此這里主要介紹淀粉水解糖作業(yè)碳源的發(fā)酵。淀粉原料不同，液化、糖化工藝條件不同，使水解糖中生物素含量也不同，影響谷氨酸培養(yǎng)基中生物素含量的控制。 碳氮比對(duì)谷氨酸發(fā)酵影響很大，在發(fā)酵的不同階段，控制碳氮比以促進(jìn)以菌體生長(zhǎng)為主的階段向產(chǎn)酸階段轉(zhuǎn)化。液氨作用快，對(duì) pH影響大，應(yīng)采取連續(xù)流加；尿素加入后先經(jīng)過(guò)谷氨酸產(chǎn)生菌中脲酶水解成氨后再利用，因此會(huì)滯后，一般根據(jù)菌種的脲酶活力分 3～ 6次分批流加。 無(wú)機(jī)鹽 無(wú)機(jī)鹽是微生物生命活動(dòng)所不可缺少的物質(zhì)。 微生物對(duì)磷的需要量一般為 ~ mol/L。12H2O或 NaH2PO47H2O中含 Mg2+ %，發(fā)酵培養(yǎng)基中添加 當(dāng)培養(yǎng)基中配用 g/L K2HPO4