发酵工艺学发酵工艺实例简介

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1、第六章发酵工艺实例介绍第一节味精一、概述早期—从天然的食物材料中取得中期—最早商业化制造味精的原料是面筋近期—糖是生产味精的主要原料IntroductionHistoryofaminoacidsproduction:Thestoryofstartedin1908Isolatedglutamicacid,delicioustasteScreenforamino-acid-excretingmicroorganisms:Corynebacteriumglutamicum,In1957.Monosodiumglutamate(MSG):Aflavor-enhancingcompound二、谷

2、氨酸的生物合成机理1.谷氨酸（-氨基戊二酸）OC-OH第一代鲜味剂H2N-C-HL-谷氨酸单钠盐——味精H-C-HH-C-HH-COOHL-型葡萄糖中间产物a－酮戊二酸谷氨酸谷氨酸脱氢酶NH4＋抑制2.谷氨酸的生物合成葡萄糖6-P-葡萄糖6-P-葡萄糖酸3-P-甘油醛5-P-核糖丙酮酸乙酰CoA草酰乙酸柠檬酸苹果酸异柠檬酸延胡索酸琥珀酸α-酮戊二酸谷氨酸透过细胞膜谷氨酸HMP:Hexosemonophosphatepathway（1）EMP:丙酮酸，ATP,NADH2（2）HMP:6－磷酸果糖3－磷酸甘油酸NADPH2:－酮戊二酸还原氨基化必需的供氢体。（3）TCA循环:生成谷氨酸

3、前体物质－酮戊二酸。（4）CO2固定反应:补充草酰乙酸。（5）乙醛酸循环:使琥铂酸、延胡索酸和苹果酸的量得到补充，维持TCA循环的正常运转。谷氨酸脱氢酶（6）还原氨基化反应:－酮戊二酸谷氨酸丙酮酸回补反应3.谷氨酸生产菌的生化特征（1）有苹果酸酶和丙酮酸羧化酶。（2）－酮戊二酸脱氢酶活性弱，异柠檬酸脱氢酶活性强，异柠檬酸裂解酶活性弱。（3）谷氨酸脱氢酶活性高，经呼吸链氧化NADPH2的能力弱。（4）菌体本身利用谷氨酸的能力低。4.谷氨酸产生菌（全是细菌）棒杆菌属北京棒杆菌C.pekinenseCorynebacterium钝齿棒杆菌C.crenatum谷氨酸棒杆菌C.glutam

4、icum短杆菌属黄色短杆菌B.flvumBrevibacterium产氨短杆菌B.ammoniagenes小杆菌属嗜氨小杆菌M.ammoniaphilumMicrobacterium节杆菌属球形节杆菌A.globiformisArthrobacter共同点：1）革兰氏阳性。2）不形成芽孢。3）没有鞭毛，不能运动。4）需要生物素作为生长因子。5）在通气条件下产谷氨酸（需氧微生物）。三、谷氨酸发酵的工艺控制（一）培养基1.碳源：淀粉水解糖、糖蜜、乙醇、烷烃（1）淀粉水解糖的制备（2）糖蜜原料2.氮源：铵盐、尿素、氨水C/N＝100：1521，实际高达100：28因为：1）用于调整pH。2

5、）分解产生的NH3从发酵液中逸出。产酸阶段：NH4+不足：使-酮戊二酸蓄积而很少有谷氨酸生成。NH4+过量：促使谷氨酸生成谷氨酰胺。3.无机盐：磷酸盐、镁、钾、钠、铁、锰、铜，其中磷酸盐对发酵有显著影响。不足：糖代谢受抑制，菌体生长不足。过多：a.细胞膜磷脂生成量多，不利于谷氨酸排出。b.促使丙酮酸和乙醛（由丙酮酸脱羧生成）缩合生成缬氨酸的前体物——－乙醛乳酸，使缬氨酸在发酵液中蓄积。4.生长因子：生物素作用：影响细胞膜通透性和代谢途径。（1）作为催化脂肪酸生物合成最初反应的关键酶乙酰CoA的辅酶，参与脂肪酸的生物合成，进而影响磷酯的合成。（2）浓度过大：促进菌体生长，谷氨酸产量低

6、。因为：a.乙醛酸循环活跃，-酮戊二酸生成量减少。b.转氨酶活力增强，谷氨酸转变成其它氨基酸。生物素：B族维生素的一种，又称维生素H或辅酶R。是合成脂肪酸所必需的。脂肪酸的生物合成：利用乙酰CoA（直接原料是丙二酸单酰CoA）在乙酰CoA羧化酶（辅基为生物素）催化下合成。脂肪酸＋甘油磷酸磷脂＋蛋白质生物膜因此，脂肪酸是组成细胞膜类脂的必要成分。生物素限量，不利于脂肪酸的合成，有利于谷氨酸透过细胞膜分泌至体外。使胞内代谢产物迅速排出的方法1.用生理学手段——直接抑制膜合成或使膜受缺损如:Glu发酵中，控制生物素亚适量可大量分泌Glu；当培养液中生物素含量较高时采用适量添加青霉素的方法；

7、2.利用膜缺损突变株——油酸缺陷型、甘油缺陷型如:用谷氨酸生产菌的油酸缺陷型，培养过程中，有限制地添加油酸，合成有缺损的膜，使细胞膜发生渗漏而提高谷氨酸产量。甘油缺陷型菌株的细胞膜中磷脂含量比野生型菌株低，易造成谷氨酸大量渗漏。应用甘油缺陷型菌株，就是在生物素或油酸过量的情况下，也可以获得大量谷氨酸。控制细胞膜的渗透性(1)通过生理学手段控制细胞膜渗透性(2)通过细胞膜缺损突变控制细胞膜渗透性生物素谷氨酸细胞膜渗透性青霉素谷氨酸油酸缺陷型油酸工