《谷氨酸发酵控制》PPT课件

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1、4谷氨酸发酵过程控制一般认为无论是野生株还是突变株，在增殖旺盛、进行正常代谢的微生物培养液中不存在特定的生物合成代谢中间产物大量地分泌累积的现象。因此，为了累积特定的氨基酸，必须用某些方法使微生物的代谢调节异常化。谷氨酸产生菌之所以能够大量积累谷氨酸，首先是菌体代谢调节异常。这种代谢异常的菌种对环境条件是敏感的。谷氨酸酸发酵是建立在容易变化的代谢平衡上，是受多种条件支配的。在不同的环境条件下，可生长大量菌体或者得到不同的代谢产物。表4-1由葡萄糖生产谷氨酸时谷氨酸与菌体的生成率表4-1中生产培养时添加3μg/L生物素，增殖培养时添加200～300μg/L生物素。结果在生产

2、培养时，葡萄糖多半是用于合成谷氨酸。与此相反，在增殖培养时近半量的葡萄糖用于合成菌体，而几乎不生成谷氨酸。生产培养的菌体形态与增殖培养的菌体形态存在显著差异，生产型菌体伸长呈膨润状态，边缘不完整。而增殖型菌体呈类球形或短杆状，且这两种细胞的表层结构和机能有很大差别。表4-2谷氨酸产生菌因环境条件改变而发生发酵转换表4-2表示在不同环境条件下生成不同的代谢产物。在最适宜的培养条件下，谷氨酸产生菌可将60%以上的葡萄糖转化为谷氨酸，而只有极少量的副产物。与此相反，如果培养条件不适宜，几乎不产生谷氨酸，而得到大量菌体或者由谷氨酸发酵转换为积累乳酸、琥珀酸、α-酮戊二酸、缬氨酸、

3、谷氨酰胺、N-乙酰谷氨酰胺等，这种现象称为“发酵转换”。菌种的性能越高，使其表达接近它应有的生产潜力所必须的条件就越难满足，对环境条件的波动更为敏感，谷氨酸发酵正是如此。可见环境条件的控制对谷氨酸发酵的产酸率、糖酸转化率等的高低是非常重要的。目前国外较先进的发酵罐都可以用电子计算机进行参数(温度、罐压、搅拌速度、空气流量、pH、溶解氧、消泡、氧化还原电位、尾气等)测量和控制。但是一些对控制发酵过程至关重要的参数，如底物、产物、中间产物、细胞浓度、发酵液的黏度、气液界面面积等，却还不能顺利地进行联机(在线)测量和控制。这主要是由于缺乏可以发挥电子计算机潜在全部优点的、适合自

4、动监控发酵过程中某些参数的传感器。随着生物传感器、自动化分析方法以及电子计算机与生物技术之间接口技术的发展，将扩大计算机技术在微生物工程方面的应用范围，使发酵生产过程实现高度自动化。应用电子计算机控制和管理发酵，使发酵工艺最佳化。用计算机可借在线分析做到间接测量，进而达到在线控制。由于计算机的计算速度，它们可以维持发酵的程序控制，提供底物和细胞浓度的瞬间读数。例如通过连续测定排气中O2和CO2浓度，进行氧平衡，计算出耗氧速率和呼吸商，从而获得细胞浓度，能准确地确定添加青霉素的时间。采用计算机控制流加糖，减少糖浓度波动，提高转化率。目前借助电子计算机控制的参数有：温度、压力

5、、空气流量、pH、溶解氧、消泡、补料、排气中O2、排气中CO2、溶解氧系数、搅拌转速等。4.1发酵培养基与种子培养基不同，发酵培养基不仅是供给菌体生长繁殖所需要的营养和能源，而且是构成谷氨酸的碳架来源，要积累大量谷氨酸，就要有足够量的碳源和氮源，其用量大大地高于种子培养基，对于菌体繁殖所必需的营养因子——生物素却要控制其用量。与其它发酵工业一样，谷氨酸发酵培养基包括碳源、氮源、无机盐、生长因子及水等。发酵工业原料主要是指发酵培养基中用量比较大的成分。这些原料的选择既要考虑到菌体生长繁殖的营养要求，更重要的要考虑到有利于大量积累谷氨酸，还要注意到原料来源丰富、价格便宜、发酵

6、周期短和对产物提取无妨碍等。4.1.1碳源碳源是供给菌体生命活动所需的能量和构成菌体细胞以及合成谷氨酸的碳架的来源。谷氨酸产生菌是异养微生物，只能从有机化合物中取得碳素的营养，并以分解氧化有机化合物产生的能量供给细胞中合成反应所需要的能量。通常用作碳源的物质主要是糖类、脂肪、某些有机酸、某些醇类和烃类。由于各种微生物所具有的酶系不同，所能利用的碳源往往是不同的。目前所发现的谷氨酸产生菌均不能直接利用淀粉，只有利用葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖等单糖或双糖，有些菌种能够利用醋酸、乙醇、正烷烃等。由于国内绝大多数味精厂采用的碳源为淀粉水解糖，因此这里主要介绍淀粉水解糖作业碳源的发

7、酵。培养基中糖浓度对谷氨酸发酵有很大影响。在一定范围内，谷氨酸产酸率随糖浓度增加而增加，但当糖浓度过高时，由于渗透压增大，对菌体生长和发酵均不利，当工艺条件配合不当时，糖酸转化率相当低。同时培养基浓度大，氧溶解的阻力也增大，影响供氧效率。为了降低培养基中糖浓度而又提高产酸水平，目前国内普遍采用低浓度初糖的流加糖发酵工艺。初糖8～12%，流加糖后总糖20%左右，产酸率可达11%以上，糖酸转化率达55%以上。淀粉水解糖质量对谷氨酸发酵的影响很大。如果淀粉水解不完全，如有糊精存在，不仅造成原料浪费，而且还会使发酵过程产生很多泡沫，影