【正文】 其工藝流程圖見圖 35。 低溫等電點(diǎn) — 離子交換法 提取谷氨酸是在發(fā)酵液經(jīng)等電點(diǎn)提取谷氨酸以后，將母液通過離子交換柱進(jìn)行吸附，洗脫回收，使洗脫所得的高流分與發(fā)酵液合并，進(jìn)行等電點(diǎn)提取。 谷氨酸的提取 谷氨酸的提取一般采用低溫等電點(diǎn) 離子交換法，國內(nèi)有些味精廠還采用等電點(diǎn) — 鋅鹽法、鹽酸水解 — 等電點(diǎn)法及離子交換膜電滲析法提取谷氨酸。連續(xù)流加法一般在發(fā)酵殘?zhí)菨舛葹?1015g/L 時(shí)開始流加糖，用流量計(jì)計(jì)量流量，控制流加糖的流量，使殘?zhí)菨舛染S持在 1015g/L，在 發(fā)酵 結(jié)束前的最后 12h 停止流加，讓菌體消耗掉殘?zhí)?，確保發(fā)酵放罐時(shí)殘?zhí)?在 4g/L 以下。間歇流加法一般在發(fā)酵殘?zhí)菨舛葹?050g/L 時(shí)進(jìn)行第一次流加 ，流加糖量控制在使殘?zhí)菨舛壬仙?2030g/L 為宜，由于菌體不斷耗糖，當(dāng)殘?zhí)橇肯陆档揭欢舛葧r(shí)再進(jìn)行流加。一般生產(chǎn)上流加糖濃度范圍是 280600g/L，選擇流加糖的濃度要結(jié)合接種量、生物素濃度、發(fā)酵初糖濃度及發(fā)酵初始體積進(jìn)行綜合考慮。盡量少加，每次流加量以能夠把泡沫消除為宜。在 發(fā)酵過程中，采用中間流加消泡劑的方法。通常采用基礎(chǔ)料中加入消泡劑與中間流加消泡劑相結(jié)合的方法來控制泡沫?？?△ OD 控制在 ~。人工控制操作，可采用梯形控制，兩頭小中間大，開始分 2~3 次提風(fēng)， △ OD 為 時(shí)提一次風(fēng)， △ OD 為 ～ 時(shí)添加青霉素后提一次風(fēng)， △ OD 為 ~ 時(shí)再提至最大風(fēng)量。 發(fā)酵過程最好實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。與菌體生長期相比，谷氨酸生產(chǎn)期需要大量的氧氣，谷氨酸發(fā)酵在細(xì)胞最大呼吸速率時(shí)，谷氨酸產(chǎn)量大，因此，在谷氨酸 生產(chǎn)期要求充分供氧，以滿足細(xì)胞最大呼吸的需氧量。當(dāng)菌體生長速度達(dá)最大值，如果再提高供氧，不但造成浪費(fèi)，而且由于高氧水平抑制生長且不能有效地產(chǎn)生谷氨酸。供氧量不足，菌體呼吸受到抑制而影響生長。 （ 6） 定容的控制 開始定容 45～ 50%，以便留出較大的流加糖空間，最后定容至 80%。一般控制在發(fā)酵開始的溫度上，每隔 56h 升 1℃ 即可。若長菌期溫度偏高，菌體在短時(shí)間生長可能會(huì)快，但容易衰老，表現(xiàn)為 OD 值增長不高，前期短時(shí)間內(nèi)耗糖快，很快耗糖速度下降，發(fā)酵周期長，谷氨酸生產(chǎn)少；若長菌期溫度偏低，菌體生長緩慢，導(dǎo)致發(fā)酵周期長。在發(fā)酵過程中根據(jù) pH 值變化流加液氨或氨水調(diào)節(jié) pH值， 保持一定的 NH4+/GA 比 ， 同時(shí)作為氮源。發(fā)酵前期若 pH 值偏低，菌體生長旺盛，消耗營養(yǎng)快，菌體轉(zhuǎn)入正常代謝，繁殖菌體而不產(chǎn)谷氨酸；若 pH 值偏高，抑制菌體生長，糖代謝緩慢，發(fā)酵時(shí)間延長。谷氨酸生產(chǎn)菌的最適 pH 值因菌株而異，一般為 ，在中性和微堿性條件下積累谷氨酸，在酸性 條件下形成谷氨酰胺和 N乙酰谷氨酰胺。 （ 4） 發(fā)酵過程 pH 值變化及控制 在谷氨酸發(fā)酵過程中，由于菌體對培養(yǎng)基中的營養(yǎng)成分的利用和代謝產(chǎn)物的積累，使得培養(yǎng)液的 pH 值不斷變化。 （ 3） 初糖、接種量和生物素的控制 采用較低初糖（ 8~10%），滲透壓低利于長菌；接種 量大（ 10%）、高生物素（ 50~100 ug /L），使菌生長快，發(fā)酵前期菌體多，添加青霉素后，又同步進(jìn)行生產(chǎn)型，故產(chǎn)酸速度很快。一般掌握在發(fā)酵 ～ 、 OD 凈增 ～ 時(shí)，加入青霉素 3～ 5 國際單位 / ml 發(fā)酵液，加入后 OD 值再凈增一倍，菌體經(jīng)過繁殖保持穩(wěn)定。 （ 2） 青霉素添加的時(shí)間和濃度的控制 青霉素添加的時(shí)間和濃度是影響產(chǎn)酸的關(guān)鍵。生物素過量，發(fā)酵向乳酸發(fā)酵轉(zhuǎn)換。生物素濃度對菌體生長和谷氨酸積累都影響，大量合成谷氨酸所需要的生物素濃度比菌體生長的需要量低，即為菌體生長需要的“亞適量”。 ④ 生長因子 以糖質(zhì)原料為碳源的谷氨酸產(chǎn)生菌均為生物素缺陷型，以生物素為生長因子。鎂離子含量過少，影響基質(zhì)的 氧化。 ③ 無機(jī)鹽 微生物對無機(jī)鹽的需要量很少，但無機(jī)鹽含量對菌體生長和代謝產(chǎn)物的合成影響很大。氮源有無機(jī)氮和有機(jī)氮，菌體利用無機(jī)氮源比較迅速，利用有機(jī)氮比較緩慢。因此，谷氨酸 發(fā)酵需要的氮源比一般的發(fā)酵工業(yè)高。在一定的范圍內(nèi)，谷氨酸產(chǎn)量隨糖濃度的增加而增加，但是糖濃度過高，由于滲透壓增大，對菌體生長和發(fā)酵都不利。 （ 1）發(fā)酵 培養(yǎng)基的控制 與種子培養(yǎng)基不同，發(fā)酵培養(yǎng)基不僅是供給菌體生長繁殖所需要的營和能內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 源，而且是構(gòu)成谷氨酸的碳架來源，要 積累大量谷氨酸，就要有足夠多的碳源和氮源，其量大大地高于種子培養(yǎng)基，對于菌體繁殖所必需的因子 — 生物素卻要控制其用量。這種代謝異?；木陮Νh(huán)境條件是敏感的。因此為了積累特定的氨基酸，必須用某些方法使微生物代謝調(diào)節(jié)異?；?。因此，發(fā)酵培養(yǎng)基應(yīng)含有足夠多的碳源和氮源，發(fā)酵培養(yǎng)基的組成和配比因菌種、設(shè)備工藝條件和原料來源不同而異。發(fā)酵液通入 179。種子罐的培養(yǎng)基裝量為罐體積的 70%，種子罐的徑高比為 1∶ 2，攪拌器為二檔六彎葉渦輪型，葉徑比為 1∶（ ~） [7]。 培養(yǎng)條件：二級種子是在種子罐里培養(yǎng)的培養(yǎng)二級種子的接種量為~%，溫度為 32~34℃，培養(yǎng)時(shí)間為 6~8h。 旋轉(zhuǎn)式搖床偏心距為 5cm，轉(zhuǎn)速為 220r/min。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 培養(yǎng)條件：在 1000ml 三角瓶中，裝入一級種子培養(yǎng)基 180200ml，滅菌后接種，然后置搖床上，放于搖床上在 30~32℃振蕩培養(yǎng) 10~12h。一級種子培養(yǎng)基應(yīng)該營養(yǎng)豐富，有利于菌體的生長繁殖；其組分與斜面培養(yǎng)基相同。 121℃滅菌 30min(傳代和保藏斜面不加葡萄糖 )。從試管斜面出發(fā)，經(jīng)活化培養(yǎng)，搖瓶培養(yǎng)，擴(kuò)大至一級乃至二級谷氨酸發(fā)酵開始前，首先必須配制發(fā)酵培養(yǎng)基，并對其作高溫短時(shí)滅菌處理。 淀 粉 調(diào) 漿 配 料 過 濾 液 化 滅 酶 糖 化 滅 酶 壓 濾 糖 化 液濾 渣糖 化 酶堿 液 、 氯 化 鈣 、α 淀 粉 酶 圖 33 雙酶法制糖工藝 種子擴(kuò)大培養(yǎng) 種子擴(kuò)大培養(yǎng)為保證谷氨酸發(fā)酵過程所需的大量種子，發(fā)酵車間內(nèi)設(shè)置有種子站，完成生產(chǎn)菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)任務(wù)。 糖化結(jié)束后，將糖化罐加熱至 8085℃ ， 滅酶 30min。淀粉水解方法有：酸水解法，酶水解法，酸酶水解法和酶酸水解法。 淀粉水解糖的制備 在工業(yè)生產(chǎn)上將淀粉水解為葡萄糖的過程稱為淀粉的糖化，所制得的糖液稱為淀粉水解糖。用于原料粉碎的設(shè)備除盤磨機(jī)外，還內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 有錘式粉碎機(jī)和輥式粉碎機(jī)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 葡 萄 糖6 磷 酸 葡 萄 糖6 磷 酸 果 糖 6 磷 酸 葡 萄 糖 酸1 , 6 二 磷 酸 果 糖 5 磷 酸 戊 糖3 磷 酸 甘 油 酯乙 酰 輔 酶 A丙 酮 酸C O2草 酰 乙 酸檸 檬 酸順 烏 頭 酸異 檸 檬 酸草 酰 琥 珀 酸α 酮 戊 二 酸琥 珀 酸延 胡 索 酸蘋 果 酸乳 酸乙 醛 酸乙 酰 輔 酶 AN A D H2N A D+C O2N A D P+N A D P H2N A D+N A D H2N A D H2C O2C O2C O2N A D+N A D H2( 或 N A D P )( 或 N A D H2)C O2谷 氨 酸N A D H2N A D+①②③④⑤⑥⑦⑧⑨ 圖 32 由葡萄糖生成 合成谷氨酸的代謝途徑 ①蘋果酸酶；②丙酮酸羧化酶；③丙酮酸脫羧酶；④異檸檬酸脫氫酶； ⑤異檸檬酸裂解酶；⑥α 酮戊二酸脫氫酶；⑦谷氨酸脫氫酶；⑧蘋果酸脫氫酶；⑨乳酸脫氫酶 谷氨酸的發(fā)酵技術(shù) 原料的預(yù)處理 此工藝操作的目的在于初步破壞原料結(jié)構(gòu)，以便提高原料的利用率，同時(shí)去除固體雜質(zhì)，防止機(jī)器磨損。圖 32 是以谷氨酸棒桿菌為實(shí)驗(yàn)材料所證實(shí)的谷氨酸合成途徑。此設(shè)計(jì)選用生物素亞適量型菌種。 總的來講，各谷氨酸生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益還是相當(dāng)可觀的。 (3)溫度敏感型菌種 溫度敏感型菌種是現(xiàn)在 一種新興的菌種，此菌種的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)酵產(chǎn)酸率高和糖酸轉(zhuǎn)化率高，但是提取收率低和提取困難是困擾其優(yōu)勢成果轉(zhuǎn)化的主要原因。污水處理采用離交流出液等高濃度污水，提取菌體蛋白后做復(fù)合肥，其余污水做厭氧 好氧處理后，達(dá)到國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)排放?，F(xiàn)在全國味精行業(yè)近百家生產(chǎn)廠所用的生物素亞適量菌種為 S9114 和 FM415 兩種，基本各占 50%。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 菌 種冷 卻空 氣斜 面 培 養(yǎng)搖 瓶 擴(kuò) 大 培 養(yǎng)種 子 罐 擴(kuò) 大 培 養(yǎng)預(yù) 處 理預(yù) 處 理過 濾等 電 點(diǎn) 調(diào) 節(jié)空 氣 壓 縮 機(jī)氣 液 分 離過 濾 除 菌配 料發(fā) 酵沉 淀離 心原 料母 液 粗 谷 氨 酸溶 解離 子 交 換 處 理粗 谷 氨 酸 溶 液 中 和 制 味 精過 濾除 鐵脫 色濃 縮 結(jié) 晶離 心小 顆 粒 大 顆 粒干 燥 過 篩拌 鹽 粉 碎顆 粒 味 精過 篩粉 狀 味 精淀 粉 水 解 糖 圖 31 味精生產(chǎn)總工藝流程圖 生產(chǎn)谷氨酸的菌株 由味精生產(chǎn)企業(yè)、行業(yè)專家和有相關(guān)專業(yè)刊物的報(bào)道看，我國現(xiàn)有生產(chǎn)谷氨酸的菌種有 3 種：生物素亞適量型菌種、高生物素及表面活性劑型菌種、溫度敏感型菌種。如圖 31。 由此可見，味精行業(yè)在食品和其他工業(yè)中將占據(jù)重要的地位，味精的消費(fèi)市場開拓是很有前景的。我國味精的主內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 要消費(fèi)群體在城市，城市居民年消費(fèi)量占到總產(chǎn)量的 70%以上，農(nóng)村市場的發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｎ覈俏毒a(chǎn)大國， 20xx 年中國味精產(chǎn)量 萬噸，占世界 53％， 20xx 年產(chǎn)量136 萬噸，居世界第一，而技術(shù)水平和設(shè)備水平的不斷提高，也逐漸縮短了與國際先進(jìn)水平的差距。 我國味精生產(chǎn)已經(jīng)有多年的生產(chǎn)歷史 ， 從 1923年我國面筋水解法生產(chǎn)味精到1958年利用淀粉糖發(fā)酵法生產(chǎn)味精研究開始 ， 我國利用發(fā)酵法生產(chǎn)味精 ， 已經(jīng)走過了 50年的歷程 ， 使發(fā)酵產(chǎn)酸發(fā)生了很大變化 ， 味精發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)也在不斷變革 ，80年代以前 ， 我國大部分味精廠采用淀粉糖發(fā)酵法 ， 一般發(fā)酵工藝采用生物素亞適量進(jìn)行發(fā)酵控制 ， 發(fā)酵產(chǎn)酸一般在 5~6％ 左右 ， 糖酸轉(zhuǎn)化率在 50％ 左右 ， 70年代開始新疆石河子味精廠首先利用甜菜甜蜜 ， 采用高生物素 、 大種量 、 高通風(fēng)的發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn) ， 使發(fā)酵產(chǎn)酸達(dá)到 ％ 左右 ， 糖酸轉(zhuǎn)化率在 60~65％ ， 90年代后期 ， 我國部分味精廠在淀粉味精發(fā)酵行業(yè)開始進(jìn)行以適量高生物素 、 大種量 、 高通風(fēng)的發(fā)酵技術(shù)實(shí)驗(yàn) ， 加上我國大專院校 、 科研機(jī)構(gòu)對淀粉制糖工藝 、 發(fā)酵菌種以及工藝控制方法及裝備水平進(jìn)行大量研究和改進(jìn) ,發(fā)酵產(chǎn)酸率和糖酸轉(zhuǎn)化率都發(fā)生了巨大變化 ,發(fā)酵產(chǎn)酸一般 12～ 14%左右 ， 糖酸轉(zhuǎn)化率在 56~60%。 1908年日本池田菊苗在研究海 帶汁的鮮味時(shí)，證實(shí)此鮮味物質(zhì)即為L谷氨酸一鈉。 1872年赫拉西維茨等用酪蛋白也制得谷氨酸。用此法生產(chǎn)時(shí)有毒氣（氫氰酸）存在，設(shè)備投資比發(fā)酵法大 1 倍，工藝復(fù)雜，故未能推廣。 (4)合成法 石油裂解氣丙烯經(jīng)羰化、氨化稱為丙烯腈，再經(jīng)氰胺化為 α 氨基戊二腈，以 NaOH 水解、 H2SO4 酸化成 DL 型谷氨酸，再經(jīng)光學(xué)拆分為 L谷氨酸。所以要改用耐生物素的油酸、甘油缺陷性和溫度敏感型菌種；或者添加青霉素適當(dāng)阻止細(xì)胞壁合成；添加表面活性劑以增加細(xì)胞膜透性等才能提高產(chǎn)量。此法每生產(chǎn) 1 噸 99%味精耗用淀粉 噸。粗谷氨酸用純堿中和至 ，即生成有鮮味的谷氨酸一鈉。所用的細(xì)菌有短桿菌，棒桿菌，小桿菌和節(jié)桿菌。 (3)發(fā)酵法 1956 年，日本木下祝郎發(fā)表了用細(xì)菌發(fā)酵葡萄糖生成的論文， 1958 年利用菌種生產(chǎn)味精的發(fā)酵技術(shù)開發(fā)成功，由此開創(chuàng)了味精生產(chǎn)的新時(shí)代。這是因?yàn)樘鸩颂且褐泻泄劝滨０罚谥铺沁^程中變成吡咯烷酮羧酸，與堿供熱即水解為 L谷氨酸。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 (2)司蒂芬廢液提取法 以甜菜為原料的糖廠，約有甜菜重 4%的糖蜜副產(chǎn)物。每生產(chǎn) 1 噸 99%味精好用面筋 噸。 盡量使用含谷氨酸鈉 99%的純味精 。 谷氨酸鈉含量高，色澤潔白的，其質(zhì)量就好 [8]。 味精的質(zhì)量 不僅與顆粒的潔白明亮程度有關(guān)，還取決于谷氨酸鈉的含量 。 而使用假冒偽劣味精，不僅影響到人們的正常飲食，而且可能會(huì)危及到人體健康和安全，為此在選購味精時(shí)應(yīng)注意識別真假 、 優(yōu)劣 。 味精的 ADI 值 0～ 120 mg，即攝入量每天每千克人體體重不得超過 120 mg，但味精在 pH5 以下的酸性條件長時(shí)間受熱，都會(huì)發(fā)生分子內(nèi)脫水生成焦性谷氨酸，導(dǎo)致鮮味消失，還會(huì)產(chǎn)生輕微毒性，所以食用味精一定要注 意食用量的限制。 高血壓患者若食用味精過多，會(huì)使血壓更高 ?；谖毒术r效果的影響因素，在使用味精時(shí)應(yīng)注意 一般罐頭、臘腸類用量為%~%，濃縮湯料、速食粉可用 3%~10%，水產(chǎn)品、肉類用量 %~%，醬油、醬菜、腌漬食品用量為 %~%，面包、餅干、 配制酒、釀造酒用量為內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 %~%，竹筍、蘑菇罐頭用量為 %~%。