【正文】 因此采用這種突變株進行糖蜜為原料的谷氨酸發(fā)酵時就不再受到生物素的影響。 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，通過對它的發(fā)酵營養(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)出高生物素的營養(yǎng)特性。它不需要通過控制生物素亞適量，僅需通過物理方式 (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。 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(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。 （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，一個堿基為另一個堿基所置換，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。發(fā)酵過程中還要根據(jù)菌體形態(tài)、產(chǎn)酸、OD值、耗糖等變化情況，確定是否需要補加青霉素以及補加的時間與濃度。必須在增殖過程的適當(dāng)時期添加，并且在添加后再進行一定的增殖。 由于青霉素抑制細(xì)胞壁后期生物合成，使細(xì)胞膜處于無保護狀態(tài)，又由于膜內(nèi)外的滲透壓差，進而導(dǎo)致細(xì)胞膜的物理損傷，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。 作用機制 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。 (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)酵對數(shù)生長期早期添加青霉素，之后連續(xù)流加糖的發(fā)酵工藝，是國外谷氨酸發(fā)酵普遍采用的方法。 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(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。 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(xì)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。 （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)的強制發(fā)酵工藝，具有產(chǎn)谷氨酸高、轉(zhuǎn)化率高等特點。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。 補料分批發(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，是我國谷氨酸發(fā)酵的發(fā)展方向。一般在殘?zhí)?3%～ 5%時開始添加，因此，應(yīng)在 12～14h時開始流加，盡可能使流加糖與耗糖速率保持平衡。據(jù)此，補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)。目前，我國谷氨酸發(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。 低糖流加工藝及后期補糖工藝 谷氨酸發(fā)酵工業(yè)化的實現(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，即補糖分批發(fā)酵工藝。 ③ 混合碳源發(fā)酵 據(jù)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(fā)酵谷氨酸對糖轉(zhuǎn)化率提高 30%。 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)胞壁的保護作用，對外界環(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。 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 %。同時糖濃度高，氧傳遞阻力增大，必須強化供氧。這種發(fā)酵的優(yōu)點是操作方便，設(shè)備利用率高，谷氨酸濃度高，容易提取。同時采用遺傳工程和細(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、耗糖和產(chǎn)酸速度，而且耐高溫、高糖和高酸。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。 （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。谷氨酸發(fā)酵的經(jīng)濟效益主要體現(xiàn)在產(chǎn)酸率、對糖轉(zhuǎn)化率、發(fā)酵周期、單位體積設(shè)備產(chǎn)量和動力消耗等方面。 目前，國內(nèi)發(fā)酵法制造味精的生產(chǎn)技術(shù)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。自從發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸成功以來，人們從各方面進行研究，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。 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)量不好則改進水解糖質(zhì)量，如染菌則按染菌處理。 ⑺ 谷氨酸生成后又下跌，原因① pH偏低，NH4+過量，谷氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)楣劝滨０?；②大量下跌，可能染菌? ⑸ 耗糖快、 pH偏低、產(chǎn)酸低，原因生物素過量、 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。 ⑷ 發(fā)酵 1214h后 OD還繼續(xù)上升，原因是生物素過量或染菌，處理方法生物素過量則提高風(fēng)量、提高溫度。處理方法降風(fēng)量，如殘?zhí)禽^高，則補種或并罐發(fā)酵。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，則補料，如菌種老化，則換種或補種，如前期風(fēng)量過大，則停攪拌，小通風(fēng)。 異常發(fā)酵現(xiàn)象及其處理 ⑴ 發(fā)酵前期 pH過高，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)情況補料。 如果菌種質(zhì)量不好，菌體生長失調(diào)，或者環(huán)境條件改變，不利于正常發(fā)酵，就得不到正常發(fā)酵的規(guī)律性，而引起不正常的發(fā)酵現(xiàn)象。為了加快產(chǎn)酸速率可適當(dāng)提高發(fā)酵溫度。產(chǎn)酸速率達(dá)到最大，糖酸轉(zhuǎn)化率 60%以上。一般來說，加大風(fēng)量對菌體的伸長、膨大有促進作用。由于發(fā)酵旺盛，泡沫也顯著增加，注意消泡。發(fā)酵控制方面必須充分供氧，即風(fēng)量達(dá)到最大；由于開始大量合成谷氨酸，故 pH下降很快，應(yīng)提高通氨速率，保持。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)化的時期，時間約為發(fā)酵 8~14h或 10~18h。對數(shù)生長期一般為發(fā)酵 3~8h或 4~10h。 由于菌體代謝活動，放出熱量，溫度上升，一般發(fā)酵 5h左右溫度開始上升，應(yīng)注意降溫。耗糖速率逐漸加快，糖作為碳源和能源用于合成細(xì)胞和合成反應(yīng)所需要的能量。但采用高生物素、大接種量和添加青霉素工藝時適應(yīng)期明顯縮短。 ① 適應(yīng)期 在發(fā)酵初期即種子剛接入發(fā)酵罐時，菌體處于適應(yīng)期，以適應(yīng)新的環(huán)境條件，細(xì)胞進行呼吸作用，利用貯存物質(zhì)合成大分子物質(zhì)和所需能量，菌體個體長大，但沒有分裂，此時糖等營養(yǎng)物質(zhì)消耗很慢。然而在一定條件下，發(fā)酵過程的變化具有一定的規(guī)律性，發(fā)酵過程變化由多種參數(shù)所反映。目前谷氨酸發(fā)酵普遍采用此法。 以上兩種方法結(jié)合使用。 ④ 消泡劑的使用 在發(fā)酵培養(yǎng)基配料時一次加入，一般添加量為～ %。目前，味精廠普遍采用 BAPE(聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚 )、 PPE(聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚 )作為消泡劑。 以聚醚類和硅酮類的性能比較優(yōu)越、應(yīng)用廣泛。 ③ 消泡劑及選用原則 發(fā)酵工業(yè)中使用的消泡劑必須具有以下特點： a. 必須是表面活性劑； b. 具有一定的親水性； c. 在水中的溶解度極小，保持持久的消泡或抑泡作用； d. 無毒或低毒，對菌體生長和代謝幾乎無影響并不影響產(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. 來源方便、價格便宜。 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。 ② 消泡劑消泡的機理 在發(fā)酵液中加入消泡劑，一方面是起破泡作用；另一方面是起抑泡作用。 化學(xué)消泡劑消泡是在發(fā)酵液中加入一種消泡劑以消除起泡因素，其優(yōu)點是消泡效果好、作用快，尤其是合成消泡劑效率高、用量少。 機械消泡是借助于機械力將泡沫打破或借壓力變化使泡沫破裂。代謝旺盛，排出 CO2多，泡沫也增加。特別是當(dāng)感染雜菌和噬菌體時，泡沫特別多；發(fā)酵條件不當(dāng)，菌體自溶時泡沫增多。培養(yǎng)基滅菌方法和操作條件會影響培養(yǎng)基成分的變化面影響泡沫的生成。蛋白質(zhì)原料如蛋白胨、玉米漿、黃豆粉、酵母粉等是主要的發(fā)泡劑。此外，泡沫的表面積、溫度、pH、溶液濃度等對泡沫的穩(wěn)定性均有影響。氣泡間的液膜由于受地心引力和曲面壓力的作用，使氣泡間的液體流失，液膜不斷變薄，最后使泡沫破裂。 蛋白質(zhì)除分子間引力外，還有氫鍵引力，故蛋白質(zhì)形成泡沫比較牢固。 表面活性劑分子中具有親水的極性部分 (如－ OH、－ COOH、－ COR、－ NH2等極性基團 )和疏水的非極性部分，它們在水溶液的表面層有規(guī)則的排列，極性的一端向著水溶液，非極性端向著空氣，致使泡沫的機械強度增大。凡能夠降低液體表面張力的物質(zhì)叫做表面活性物質(zhì)。 泡沫的穩(wěn)定性，主要與液體的性質(zhì)，如表面張力、表面黏度和泡沫機械強度等有關(guān)。另一種泡沫出現(xiàn)在黏稠的發(fā)酵液中，當(dāng)谷氨酸發(fā)酵感染雜菌或噬菌體等不正常發(fā)酵時就形成這種泡沫，叫做內(nèi)部泡沫