【正文】 長。116 三、酸解法制糖工藝 以酸為催化劑，在高溫條件下，淀粉發(fā)生水解反應(yīng)， ?1， 4糖苷鍵和 ? 1， 6糖苷鍵被切斷，淀粉鏈逐漸變短，淀粉先變?yōu)楹?、低聚糖、麥芽糖，最后生成葡萄糖? 在整個(gè)水解過程中，由于受酸和熱的作用，一部分葡萄糖發(fā)生復(fù)合反應(yīng)和分解反應(yīng)，如下所示： 復(fù)合反應(yīng) 分解反應(yīng)復(fù)合低聚糖 葡萄糖 有機(jī)酸、有色物 ↑ 淀粉117 ⑴ 工藝流程原料（淀粉、水、酸） → 調(diào)漿 → 糖化 → 冷卻 → 中和、脫色 →濾除雜 → 糖液 ⑵ 水解條件 在淀粉酸解過程中，必須先將淀粉原料調(diào)成粉漿，保持一定的濃度和酸度，然后將料液泵入糖化鍋，在一定條件下進(jìn)行水解糖化。118 ① 淀粉乳濃度的選擇淀粉水解時(shí)，淀粉乳的濃度越低，水解液的葡萄糖值越高，糖液色澤越淺。淀粉乳的濃度高，易發(fā)生復(fù)合分解反應(yīng)，故一般控制在 10~11?Be’。 ② 酸的種類和影響常用的酸： 鹽酸、硫酸和草酸。催化效率：鹽酸最強(qiáng)，其次是硫酸、草酸。119催化能力強(qiáng)，但中和后產(chǎn)生氯化物，增加糖液灰分，影響結(jié)晶、分離和收率。顏色淺。催化能力較強(qiáng)，但用硫酸鈣中和時(shí) ,生成的硫酸鈣在蒸發(fā)時(shí)易生成結(jié)垢，影響傳熱。 催化能力較低，用碳酸鈣中和時(shí)，生成的草酸可基本除去，糖液純度高，顏色淺。 鹽 酸 硫 酸 草 酸120酸的添加方法添加方法不同，對水解有很大影響。一般是先將 1/3左右的酸用水稀釋后放入鍋內(nèi)，其余酸放入粉漿中，再泵入糖化鍋進(jìn)行糖化。 酸的添加量和添加法加酸量 —— 以淀粉乳的 pH值為指標(biāo)，當(dāng)采用 10~11 ?Be’的淀粉 乳時(shí)， 加鹽酸 ％， 控制 pH值在 。121③ 壓力和時(shí)間的選擇 糖化壓力與水解反應(yīng)速度成正比，壓力升高，水解反應(yīng)速度加快，反應(yīng)時(shí)間短；反之，壓力降低，反應(yīng)時(shí)間加長。 高溫短時(shí)間是最佳的水解方法，蒸汽壓力一般為 245~392KPa。④ 糖化設(shè)備的選擇 糖化鍋的結(jié)構(gòu)對糖液質(zhì)量有直接的影響。若糖化鍋的體積太大，進(jìn)出料的時(shí)間長，使淀粉水解時(shí)間差別大，部分先水解的生成的葡萄糖易發(fā)生復(fù)合分解反應(yīng)。 因此，一般味精廠采用的糖化鍋徑高比為 1： ~。122⑶ 水解糖液的中和、脫色和除雜 在淀粉水解的同時(shí)，淀粉原料中的其它物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、脂肪、纖維素、無機(jī)鹽等也發(fā)生變化，所生成的物質(zhì)影響糖液的純度。如氨基酸能與葡萄糖的分解產(chǎn)物反應(yīng)，形成色素，使糖液色澤加深。故水解糖液必須加以中和、脫色和除雜。 ① 中和淀粉水解糖化后，糖化液溫度很高（ 140~150℃ ），經(jīng)冷卻后才能中和。中和的目的是降低糖化液酸度，調(diào)節(jié) pH值。生產(chǎn)中常用的中和劑有純堿、氫氧化鈉溶液，中和溫度控制在 80℃ ，終點(diǎn) pH控制在 ~。 123② 脫色和除雜水解糖液中的雜質(zhì)不僅對谷氨酸發(fā)酵不利，而且影響谷氨酸的提純。糖液脫色方法活性炭吸附法離子交換樹脂脫色法?；钚蕴康挠昧繛?%~% ，脫色溫度為 70~80℃ 。在脫色過程中要保證一定時(shí)間的攪拌，使活性炭充分起作用。124 三、雙酶法制糖工藝 雙酶法制糖工藝主要包括淀粉的液化和糖化兩個(gè)步驟。 在 ?淀粉酶的作用將淀粉水解生成糊精和低聚糖。 ⑴ 升溫液化法 將淀粉乳（ 30%~40% ）調(diào)整 pH為 ~，加入 CaCl2，使 Ca2+達(dá)到 ，加入定量的液化酶，在保持劇烈的攪拌下，加熱到 80~90℃ ，保持 30min左右，達(dá)到所需的液化程度，然后升溫至100℃ ，滅酶 10min。淀粉液化的方法升溫液化法、高溫液化法、噴射液化法和分段液化法。125 ⑵ 高溫液化法 將淀粉調(diào)整好 pH和 Ca2+濃度，加入所需的液化酶，用泵將其打入液化桶（桶內(nèi)有 90℃ 的熱水），淀粉受熱糊化、液化。由桶底流入保溫桶， 90℃ 保溫 40min ,達(dá)到所需的液化程度。糖化溫度和 pH 取決于所用糖化劑的性質(zhì)，若用曲霉糖化劑，溫度 控制 60℃ ， pH 為 ~；若用根霉糖化劑，溫度控制在 55℃ ， pH 為 下。 在實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)酶的特性，盡量選用較高的糖化溫度，這樣可以加快糖化速度，減少雜菌污染的機(jī)會(huì)。126? 第六節(jié) 谷氨酸發(fā)酵控制? 谷氨酸產(chǎn)生菌能在體外大量累積 GA。首先是菌的代謝調(diào)節(jié)異?；?，即具有一定生理特性的菌種是產(chǎn)生谷氨酸的內(nèi)因和根據(jù)。? 這種異?；x的菌種對環(huán)境條件是敏感的。? 生產(chǎn)菌合成 GA比生物合成 Pr、核酸等菌體成分需要更多的能量。127? 在最適宜的培養(yǎng)條件下 GA產(chǎn)生菌可把 60%以上的葡萄糖轉(zhuǎn)化為 GA，而只有極少量的副產(chǎn)物。與之相反，如果培養(yǎng)條件不適宜，幾乎不產(chǎn)生 GA，而得到大量菌體或由谷氨酸發(fā)酵轉(zhuǎn)換為累積乳酸、琥珀酸、 α酮戊二酸、纈氨酸、谷氨酰胺、 N乙酰谷酰胺等。這些現(xiàn)象稱為：發(fā)酵轉(zhuǎn)換。菌種性能越高，使其表達(dá)接近它應(yīng)有的生產(chǎn)潛力所必須的條件越難滿足，對環(huán)境波動(dòng)更為敏感，可見環(huán)境條件的控制對 GA發(fā)酵成敗的重要性。 128? 谷氨酸產(chǎn)生菌因環(huán)境條件的發(fā)酵轉(zhuǎn)換? 控制因子 發(fā)酵轉(zhuǎn)換? 氧 乳酸或琥珀酸 谷氨酸 α酮戊二酸 ? （供氧不足） （供氧充足） （氧過量）? 生物素 乳酸或琥珀酸 谷氨酸? （充足） （限量）? NH4+α酮戊二酸 谷氨酸 谷酰胺? （不足） （適量） （過量）? PHN乙酰谷酰胺 谷氨酸? （酸性） （ 中性或微堿性）? 磷 纈氨酸 谷氨酸? （高濃度） （適量）129130? 一． 發(fā)酵培養(yǎng)基? 不同于種子培養(yǎng)基，其需大量 C、 N源，以供合成 GA，但生物素卻需控制用量。? 發(fā)酵工業(yè)原料主要指發(fā)酵培養(yǎng)基中較大宗成分，其選擇要考慮到菌體生長繁殖需要，更要注意到有利于大量積累 GA。還要注意原料來源豐富、價(jià)格便宜 、發(fā)酵周期短 、 對產(chǎn)物提取無妨礙。131? ㈠ 碳源? 作用：菌體和 GA的碳架和能量的來源? 種類：糖類 、脂肪 、某些有機(jī)酸 、某些酸類和烴類。? 生產(chǎn)上以淀粉水解糖為碳源的發(fā)酵。132? 要求：? ① 糖濃度 一定范圍下 GA產(chǎn)量隨糖濃度增加而增加，但糖濃度過高，工藝條件不配合，谷氨酸對糖的轉(zhuǎn)化率低，同時(shí)氧溶解的阻力大影響供氧效率。? 國內(nèi) 125150g/l(%)糖 ， 產(chǎn)酸 5570g/l(%).? 一次高糖發(fā)酵工藝 糖 170190g/l(1719%)， 產(chǎn)酸可達(dá) 80g/l但周期長， 采用低糖流加。? ② 淀粉水解糖質(zhì)量對谷氨酸發(fā)酵影響很大。? （ 1）淀粉水解不足（糊精存在） —— 則浪費(fèi)，再會(huì)使使泡沫過多，影響發(fā)酵。? （ 2）淀粉水解過分 葡萄糖復(fù)合生成龍膽二糖、異麥芽糖等非發(fā)酵生糖或葡萄糖發(fā)生分解反應(yīng)。 133? ㈡ 氮源? 1．作用：合成菌體蛋白質(zhì)、 核酸等含氮物質(zhì)和合成 GA的氨基的來源，同時(shí)在發(fā)酵過程中一部分用于調(diào)節(jié) PH。? 所以需要的 N源比一般工業(yè)高。? 一般發(fā)酵工業(yè) C/N為 100： 。 ? 谷氨酸 C/N為 100： 1530。 當(dāng) C/N比在100： 11以上才開始積累 GA。? C/N比對發(fā)酵影響很大。134? 在 GA發(fā)酵中合成菌體的 N占總耗用氮 38%，而 3080%用于合成谷氨酸。? ? 長菌： NH4+過量會(huì)抑制菌生長。? 產(chǎn)酸： NH4+不足不能形成 GA而積累 α酮? 戊二酸 135? ① 無機(jī)氮：尿素 、液氨、 碳酸氫銨、 硫酸銨、 氯化銨和硝酸銨等? 菌利用無機(jī)氮比有機(jī)氮快，銨鹽、尿素、氨水等比硝基氮快? 常用無機(jī)氮有以下幾種：? ㈠ 尿素 ? 但滅菌溫度過高，時(shí)間過長，產(chǎn)生縮脲反應(yīng)生成雙縮脲和氨。? 高濃度尿素溶液具抑制菌作用，尿素滅菌溫度不宜高。工廠尿素配成 40%， 100℃ 滅菌。 136? 尿素在 GA發(fā)酵中作用：? ⑴ 組成菌體含氮物質(zhì) ⑵ 組成 GA的氨基 ⑶ 調(diào)節(jié) PH值形成谷氨酰胺。? 可分批流加。? 氨水用 pH自動(dòng)控制連續(xù)流加。137? 例：發(fā)酵初糖 140g/l總尿?yàn)?谷氨酸產(chǎn)量為 68g/l用于形成谷氨酸銨的尿素占總尿的百分比為 式中 60、 147分別為尿素和谷氨酸的分子量138? 當(dāng)發(fā)酵液中干菌體含量為 10g/l干菌體合氮量為 16%。用于合成菌體所消耗的尿素為? ∴ 上述情況下 形成谷氨酸氨僅占總尿 36%，調(diào)節(jié) PH也占 36%，合成菌體的僅 %。139? ⑵ 液氨? 含氨量 %也可用氨水含氨量 2025%? ⑶ NH4HCO3含氮 %? ② 有機(jī)氮主要為蛋白質(zhì)、胨、氨基酸等，谷氨酸發(fā)酵的有機(jī)氮源常用玉米漿、麩皮水解液、米糠水解液、豆餅水解液和糖蜜。? 有機(jī)氮利于長菌， GA發(fā)酵對有機(jī)氮需要量不多。140? ㈢ 無機(jī)鹽 ? 1． 磷是某些 Pr和核酸的組成成分。? 常用 和? 也可用磷酸。? 磷過高菌體代謝轉(zhuǎn)向合成纈氨酸? 磷過低， 菌生長、 糖代謝不好? 2．? Mg是糖磷酸化酶 、檸檬酸脫氫酶和羧化酶的激活劑 ，要求最低為 25ppm。? 硫是構(gòu)成一些酶的活性基。存在于細(xì)胞蛋白質(zhì)中 ， 培養(yǎng)基中 S已在 MgSO4中供給，不必另加。141? 3．鉀鹽? K是許多酶的激活劑 ，可促進(jìn)糖代謝， 菌生長需鉀約為 （以 K2SO4計(jì)，下同） GA生成需 ? 鉀少長菌體 ，鉀多產(chǎn) GA? （培養(yǎng)基配 1g/lK2HPO4鉀濃度約為 ，鈉在培養(yǎng)基中起調(diào)節(jié)滲透作用，一般在調(diào)節(jié) pH時(shí)已加入足夠量，不必另外加）142? 4．微量元素? 微生物需要量十分微小，但又不可完全沒有的物質(zhì)。? Fe2+是細(xì)胞色素、 細(xì)胞色素氧化酶和過氧化氫酶的活性基的組成成分， Fe2+2ppm? Mn2+是某些酶的激活劑 ，羧化反應(yīng)需錳。? 草酰琥珀酸脫羧生成 α酮戊二酸 是在 Mn2+存在下完成的 MnSO44H2O2ppm? 5． 有害元素? Hg、 Cu2+SO4對氨基酸發(fā)酵有明顯毒害作用。143? ㈣ 生長因子? 廣義來講，凡是微生物生長不可缺少的微量的有機(jī)物。 如： AA、嘌呤、 維生素等都可稱為生長因子。? 生長因子不是所有微生物都必需的，只是某些自己不能合成的才是必需的。? 目前以糖質(zhì)原料為 C源的谷氨酸生產(chǎn)菌均為生物素缺陷型，以生物素為生長因子，有些菌株還以硫胺素為生長因子， 有些變異株油酸缺陷型還以油酸為生長因子。144? 1．生物素? 作用：影響 GA產(chǎn)生菌細(xì)胞膜透性及代謝途徑。? 160