【正文】 4+過(guò)量，谷氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)楣劝滨０?；②大量下跌，可能染菌。處理方法①及時(shí)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(zhì)量不好；②染菌，處理方法如水解糖質(zhì)量不好則改進(jìn)水解糖質(zhì)量，如染菌則按染菌處理。 提高發(fā)酵產(chǎn)率的主要措施 1964年，國(guó)內(nèi)應(yīng)用發(fā)酵法生產(chǎn)味精獲得成功，并在上海首先采用發(fā)酵新工藝投產(chǎn)，之后在國(guó)內(nèi)逐步推廣，有力地推動(dòng)了我國(guó)味精工業(yè)的崛起。自從發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸成功以來(lái)，人們從各方面進(jìn)行研究，以獲得谷氨酸發(fā)酵的最大產(chǎn)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(jīng)利用于谷氨酸的生產(chǎn)，使谷氨酸的產(chǎn)量、對(duì)糖轉(zhuǎn)化率均有很大提高，發(fā)酵周期也不斷縮短。 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。但是，目前國(guó)內(nèi)在技術(shù)上與國(guó)外先進(jìn)水平比較還有較大的差距，還需要進(jìn)行很多工作。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。 谷氨酸發(fā)酵是一復(fù)雜的生化反應(yīng)過(guò)程，影響因素很多，提高谷氨酸發(fā)酵的生產(chǎn)水平必須從以下幾方面進(jìn)行： ①選育優(yōu)良的高產(chǎn)菌種； ②適宜的環(huán)境條件； ③好的原料質(zhì)量； ④合理的發(fā)酵設(shè)備； ⑤有效的管理措施。 （一）選育高產(chǎn)菌種，改良菌種性能 選育高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的新菌種是提高谷氨酸發(fā)酵產(chǎn)率的主要途徑之一。日本等國(guó)發(fā)酵界一直致力于探索選育各種生化標(biāo)記的菌株，20世紀(jì) 70年代已闡明了選育長(zhǎng)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(biāo)記突變株的谷氨酸發(fā)酵對(duì)糖轉(zhuǎn)化率比親株有大幅度提高，有些超過(guò)60%。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。 （二）改進(jìn)發(fā)酵工藝 ① 高初糖發(fā)酵 高初糖發(fā)酵是指初糖濃度達(dá)180~200g/L進(jìn)行發(fā)酵。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。但是，糖濃度高，滲透壓大，菌體不適應(yīng)。同時(shí)糖濃度高，氧傳遞阻力增大，必須強(qiáng)化供氧。要實(shí)施該工藝，首先要選育出耐高滲透壓的菌種，然后控制好發(fā)酵工藝條件。 在高初糖谷氨酸發(fā)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(duì)菌體細(xì)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(fā)酵中，流加 500g/L的濃糖， 30h的產(chǎn)酸率達(dá)到，糖酸轉(zhuǎn)化率達(dá)到 %。 ② 降低發(fā)酵初糖濃度，連續(xù)流加糖發(fā)酵 降低發(fā)酵的初糖濃度，可降低滲透壓，有利于菌體生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)物的分泌，同時(shí)提高氧的傳遞速率，提高溶氧水平，特別是對(duì)采用高生物素、大種量、添加青霉素的強(qiáng)制發(fā)酵工藝更為重要。 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)，與控制生物素用量的發(fā)酵相比，由于種量大，繁殖快，適應(yīng)期短，產(chǎn)酸快，發(fā)酵周期短。 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%。即使是全部為糖質(zhì)原料也可選用不同種原料混合使用，既可用部分廉價(jià)原料又能提高產(chǎn)酸。 低糖流加工藝及后期補(bǔ)糖工藝 谷氨酸發(fā)酵工業(yè)化的實(shí)現(xiàn)源于氮源的流加，而高產(chǎn)酸的突破關(guān)鍵應(yīng)歸功于碳源的流加，即補(bǔ)糖分批發(fā)酵工藝。 近年來(lái)，我國(guó)谷氨酸發(fā)酵行業(yè)不斷應(yīng)用新技術(shù)，使谷氨酸發(fā)酵水平大幅度提高，有不少?gòu)S家已經(jīng)接近世界先進(jìn)水平。目前，我國(guó)谷氨酸發(fā)酵領(lǐng)先水平主要表現(xiàn)在發(fā)酵30h產(chǎn)酸率達(dá)到 12～ 15%，糖酸轉(zhuǎn)化率達(dá)到56～ 62%，而達(dá)到這些指標(biāo)的廠家都應(yīng)用大接種量（ 8～ 10%）、生物素亞適量（ 5～ 8μg/L)、流加濃糖（ 50%）的發(fā)酵工藝。 在谷氨酸發(fā)酵中某一生長(zhǎng)階段，生長(zhǎng)菌攝氧率與底物消耗速率之間存在著線性關(guān)聯(lián)。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)。流加糖時(shí)間選擇在發(fā)酵中前期較好，此時(shí)，菌體生長(zhǎng)旺盛，活力強(qiáng)，耗糖快，轉(zhuǎn)化率高。一般在殘?zhí)?3%～ 5%時(shí)開(kāi)始添加，因此，應(yīng)在 12～14h時(shí)開(kāi)始流加，盡可能使流加糖與耗糖速率保持平衡。 流加（補(bǔ)糖）發(fā)酵工藝，中后期殘?zhí)菨舛葢?yīng)根據(jù)不同菌種經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)確定，一般在 ～ 5%之間。 補(bǔ)料分批發(fā)酵，流加高濃度、高質(zhì)量糖液是提高谷氨酸生產(chǎn)水平和降低生產(chǎn)成本的較好工藝，是我國(guó)谷氨酸發(fā)酵的發(fā)展方向。 糖蜜原料發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸 甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜是很好的發(fā)酵原料。用糖蜜原料發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸，可省去淀粉制糖工序，降低成本，節(jié)約能源，節(jié)約酸、堿，簡(jiǎn)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(fā)酵工藝，有利于產(chǎn)酸和轉(zhuǎn)化率的提高。國(guó)外，谷氨酸發(fā)酵主要是以糖蜜為發(fā)酵原料，采用大種量 (10%左右 )、添加青霉素低糖流加發(fā)酵工藝。 （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)。 使用生物素過(guò)量的甜菜糖蜜原料發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸時(shí)，通過(guò)添加表面活性劑 (如吐溫 60)或是高級(jí)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(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。通過(guò)拮抗脂肪酸的生物合成，達(dá)到控制磷脂合成，導(dǎo)致磷脂合成不足，結(jié)果形成磷脂合成不足的不完全的細(xì)胞膜，提高了谷氨酸向膜外漏出的滲透性。 影響產(chǎn)酸的關(guān)鍵 必須控制好添加吐溫 60等表面活性劑、飽和脂肪酸的時(shí)間與濃度，要在藥劑添加后，在這些藥劑存在下，再次進(jìn)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(tài)的產(chǎn)酸型細(xì)胞，即完成谷氨酸非積累型細(xì)胞向谷氨酸積累型細(xì)胞的轉(zhuǎn)變。一般在發(fā)酵對(duì)數(shù)生長(zhǎng)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(zhǎng)太多，表明谷氨酸生產(chǎn)菌細(xì)胞不能完成有效的生理學(xué)變化，剩余生長(zhǎng)不足，意味著谷氨酸生產(chǎn)菌沒(méi)有機(jī)會(huì)完成這種轉(zhuǎn)變。 (二） 甘蔗糖蜜添加青霉素流加糖發(fā)酵工藝 以甘蔗糖蜜為原料，采用大接種量，在發(fā)酵對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期早期添加青霉素，之后連續(xù)流加糖的發(fā)酵工藝，是國(guó)外谷氨酸發(fā)酵普遍采用的方法。 在發(fā)酵對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期早期，添加青霉素能抑制菌體細(xì)胞壁的合成，形成不完全的細(xì)胞壁，進(jìn)而導(dǎo)致形成不完全的細(xì)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(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。因?yàn)榍嗝顾氐慕Y(jié)構(gòu)與革蘭氏陽(yáng)性的谷氨酸菌所特有的糖肽的 DAlaDAla末端結(jié)構(gòu)類似，因而它取代合成糖肽的底物而與酶的活性中心結(jié)合，使五肽末端的丙氨酸不能被轉(zhuǎn)肽酶移去，無(wú)法與它前面一個(gè)丙氨酸相接，因此交聯(lián)不能形成，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)連接不起來(lái)，結(jié)果形成不完全的細(xì)胞壁。 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。 影響產(chǎn)酸的關(guān)鍵 在生長(zhǎng)的什么階段添加青霉素是影響產(chǎn)量的關(guān)鍵。必須在增殖過(guò)程的適當(dāng)時(shí)期添加，并且在添加后再進(jìn)行一定的增殖。一般應(yīng)考慮在接種后，開(kāi)始進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的早期 (3～ 5h)添加，添加青霉素的時(shí)問(wèn)與濃度，因菌種、接種量、培養(yǎng)基的組成及發(fā)酵條件而異。發(fā)酵過(guò)程中還要根據(jù)菌體形態(tài)、產(chǎn)酸、OD值、耗糖等變化情況，確定是否需要補(bǔ)加青霉素以及補(bǔ)加的時(shí)間與濃度。 加入青霉素后，進(jìn)而在菌體再度倍增期間，使新增殖的細(xì)胞沒(méi)有充足的細(xì)胞壁合成，菌體形態(tài)急劇變化，多呈現(xiàn)伸長(zhǎng)、膨潤(rùn)的菌型，完成谷氨酸非積累型細(xì)胞向谷氨酸積累型細(xì)胞轉(zhuǎn)變，此轉(zhuǎn)移期間是非常重要的。 （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。當(dāng)控制培養(yǎng)溫度為最適生長(zhǎng)溫度時(shí)，菌體正常生長(zhǎng)；當(dāng)溫度提高到一定程度時(shí)，菌體便停止生長(zhǎng)而大量產(chǎn)酸。 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。 采用谷氨酸溫度敏感突變株進(jìn)行發(fā)酵，其發(fā)酵控制方式與現(xiàn)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(guò)控制生物素亞適量，僅需通過(guò)物理方式 (轉(zhuǎn)換培養(yǎng)溫度 )就可以完成谷氨酸生產(chǎn)菌由生長(zhǎng)型細(xì)胞向產(chǎn)酸型細(xì)胞的轉(zhuǎn)變，避免了因原料影響而造成產(chǎn)酸不穩(wěn)定的現(xiàn)象，且發(fā)酵穩(wěn)定、發(fā)酵周期短和設(shè)備利用率高。另外，生物素可以大大過(guò)量，從而強(qiáng)化二氧化碳固定反應(yīng)，提高糖酸轉(zhuǎn)化率。 谷氨酸溫度敏感突變株是目前谷氨酸發(fā)酵工業(yè)上較為優(yōu)良的菌株，通過(guò)對(duì)它的發(fā)酵營(yíng)養(yǎng)特性研究發(fā)現(xiàn)，該菌株能夠利用粗質(zhì)原料 (粗玉米糖、糖蜜等 )發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸，對(duì)于添加部分甜菜糖蜜的發(fā)酵培養(yǎng)基，菌株表現(xiàn)出高產(chǎn)酸水平，而且可以適當(dāng)減少發(fā)酵培養(yǎng)基中生物素的用量，但菌株仍表現(xiàn)出高生物素的營(yíng)養(yǎng)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(chǎn)生菌，即非生物素缺陷型突變株，從遺傳上解除生物素對(duì)谷氨酸積累的控制。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。