氨基酸发酵课件.pptx

1、氨基酸发酵氨基酸发酵第一节第一节 概述概述v一、氨基酸发酵的起源一、氨基酸发酵的起源v二、氨基酸发酵技术进展二、氨基酸发酵技术进展v三、氨基酸的应用三、氨基酸的应用一、氨基酸发酵的起源一、氨基酸发酵的起源v氨基酸氨基酸 是蛋白质的基本组成单位。从细菌到人类，所有蛋白质都由20种标准氨基酸（20 standard amino acids)组成。天冬酰氨天冬酰氨 1806 Vauquelin 天冬门芽天冬门芽甘氨酸甘氨酸 1820 Braconnot 明胶明胶亮氨酸亮氨酸 1820 Braconnot 羊毛、肌肉羊毛、肌肉酪氨酸酪氨酸 1849 Bopp 奶酪奶酪丝氨酸丝氨酸 1865 Crame

2、r 蚕丝蚕丝谷氨酸谷氨酸 1866 Ritthausen 面筋面筋天冬氨酸天冬氨酸 1868 Ritthausen 蚕豆蚕豆苯丙氨酸苯丙氨酸 1881 Schultze 羽扇豆芽羽扇豆芽丙氨酸丙氨酸 1881 Weyl 丝心蛋白丝心蛋白 赖氨酸赖氨酸 1889 Drechsel 珊瑚珊瑚精氨酸精氨酸 1895 Hedin 牛角牛角组氨酸组氨酸 1896 Kossel,Hedin 奶酪奶酪胱氨酸胱氨酸 1899 Morner 牛角牛角缬氨酸缬氨酸 1901 Fischer 奶酪奶酪脯氨酸脯氨酸 1901 Fischer 奶酪奶酪色氨酸色氨酸 1901 Hopkins 奶酪奶酪异亮氨酸异亮氨酸 1

3、904 Erhlich 纤维蛋白纤维蛋白甲硫氨酸甲硫氨酸 1922 Mueller 奶酪奶酪苏氨酸苏氨酸 1935 McCoy et al 奶酪奶酪氨基酸的名称与符号氨基酸的名称与符号alanine丙氨酸AlaAarginine 精氨酸 ArgRasparagine天冬酰氨 Asn AsxNaspartic acid天冬氨酸Asp AsxDcysteine半胱氨酸Cys Cglutamine谷氨酰胺Gln GlxQglutamic acid谷氨酸Glu GlxEglycine甘氨酸GlyGhistidine 组氨酸HisHisoleucine异亮氨酸IleIleucine亮氨酸LeuLlysi

4、ne赖氨酸LysKmethionine甲硫氨酸MetMphenylalanine苯丙氨酸PheFproline脯氨酸ProPserine丝氨酸SerSthreonine苏氨酸ThrTtryptophan色氨酸TrpWtyrosine 酪氨酸TyrYvaline缬氨酸ValVJUZBOXJUZBOX二、氨基酸发酵技术进展二、氨基酸发酵技术进展v代谢控制发酵代谢控制发酵 是利用遗传学或其它生物化学的方法，人为地在脱氧核糖核酸（DNA）的分子水平上，改变和控制微生物的代谢，使有用的代谢产物大量生成、积累的发酵技术。v自动控制技术自动控制技术氨基酸的应用氨基酸氨基酸 化妆品化妆品饲料饲料 食品食品 医

5、药医药 保健品保健品我国氨基酸工业的生产现状我国氨基酸工业的生产现状v我国氨基酸大规模工业化生产只有短短的我国氨基酸大规模工业化生产只有短短的50多年发展多年发展历程。最早氨基酸生产的方法是历程。最早氨基酸生产的方法是1922年用酸法水解面年用酸法水解面筋生产谷氨酸钠，即味精。到筋生产谷氨酸钠，即味精。到1965年，利用发酵法生年，利用发酵法生产味精的成功，带动了其他氨基酸的研究开发。产味精的成功，带动了其他氨基酸的研究开发。v目前，我国已经成为氨基酸生产和消费大国，年消费目前，我国已经成为氨基酸生产和消费大国，年消费量约近量约近400多万吨（其中谷氨酸钠即味精就达多万吨（其中谷氨酸钠即味精就

6、达250万万吨）。我国氨基酸生产发展快速的主要有谷氨酸、赖吨）。我国氨基酸生产发展快速的主要有谷氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸和色氨酸等。氨酸、蛋氨酸、苏氨酸和色氨酸等。中国目前生产氨基酸品种、方法及产量中国目前生产氨基酸品种、方法及产量氨基酸氨基酸生产方法生产方法产量产量t/a氨基酸氨基酸生产方法生产方法产量产量t/a味味 精精发酵发酵2,400,000谷氨酰胺谷氨酰胺发酵发酵2,000赖氨酸赖氨酸发酵发酵650,000脯氨酸脯氨酸发酵发酵1,500苏氨酸苏氨酸发酵发酵150,000缬氨酸缬氨酸发酵发酵2,000蛋氨酸蛋氨酸化学合成化学合成1,000异亮氨酸异亮氨酸发酵发酵1,000甘氨酸甘氨

7、酸化学合成化学合成80,000亮氨酸亮氨酸发酵发酵,提取提取1,500色氨酸色氨酸发酵发酵1,500半胱氨酸半胱氨酸提取、还原提取、还原300天冬氨酸天冬氨酸酶法酶法40,000组氨酸组氨酸提取提取100丙氨酸丙氨酸酶法酶法15,000丝氨酸丝氨酸发酵发酵,提取提取100苯丙氨酸苯丙氨酸发酵发酵8,000酪氨酸酪氨酸发酵发酵,提取提取200精氨酸精氨酸发酵、提取发酵、提取2,000天冬酰胺天冬酰胺提取提取50氨基酸工业现状化学合成法化学合成法污染重污染重 副产多副产多收率低收率低 规模小规模小 生产方法生产方法水解法水解法规模小规模小 分离难分离难污染重污染重 成本高成本高酶法酶法酶活低酶活低

8、 规模小规模小污染重污染重 成本高成本高 直接发酵法直接发酵法收率高收率高 副产少副产少污染少污染少 成本低成本低氨基酸工业现状氨基酸工业现状氨基酸及其衍生物的种类已氨基酸及其衍生物的种类已超过超过1000余种余种。目前世界。目前世界氨基酸产量达氨基酸产量达600多万吨多万吨，销售额超过销售额超过200亿美元亿美元我国氨基酸产业规模以上生我国氨基酸产业规模以上生产厂家为近百家，产厂家为近百家，2010年年氨基酸总产量氨基酸总产量322万吨万吨，同，同比增长比增长3.9%，我国已成为，我国已成为氨基酸产品的氨基酸产品的“世界工厂世界工厂”产量产量 需求量需求量 10-20%主要生产厂家为近百家，

9、年产值主要生产厂家为近百家，年产值448448亿，亿，利税利税5050多亿多亿味精和味精和L-L-赖氨酸年产量分别占世界赖氨酸年产量分别占世界7070和和5050以上以上产业产业大国大国产业产业强国强国工艺技术相对落后，发酵产率和转化率低工艺技术相对落后，发酵产率和转化率低创新品种较少，产品研发能力弱创新品种较少，产品研发能力弱资源能源消耗大，综合利用低，资源能源消耗大，综合利用低，环境污染严重，有机废水多，清洁工艺少环境污染严重，有机废水多，清洁工艺少氨基酸工业现状氨基酸工业现状资源能源消耗大资源能源消耗大氨基酸工业现状氨基酸工业现状指标指标20092009年年20102010年年同比增长同

10、比增长折纯淀粉（折纯淀粉（t/tt/t）1.271.271.271.27持平持平耗电（耗电（kwh/tkwh/t）788.5788.5788.2788.2持平持平综合能耗（综合能耗（t/tt/t）1.011.011.071.07持平持平20102010年味精行业经济技术指标年味精行业经济技术指标 环境污染严重环境污染严重氨基酸工业现状氨基酸工业现状污染物分类污染物分类pHpHCODcrCODcr（mg/L)mg/L)NHNH3 3-N-N（mg/L)mg/L)高浓度废水高浓度废水1.7-3.51.7-3.530000-7000030000-7000010000-2000010000-20000

11、中浓度废水中浓度废水3.5-4.53.5-4.55000-60005000-6000100-2000100-2000低浓度废水低浓度废水6.5-7.06.5-7.0500-800500-80030-6030-60氨基酸工业发展趋势氨基酸工业发展趋势清洁生产清洁生产 清洁生产：清洁生产：使用清洁的能源和原料、采用先进的工艺技使用清洁的能源和原料、采用先进的工艺技术与设备、改善管理、综合利用等措施，从源头削减污术与设备、改善管理、综合利用等措施，从源头削减污染，提高资源利用效率，减少或者避免生产、服务和产染，提高资源利用效率，减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生和排放，以减轻或者消除

12、对品使用过程中污染物的产生和排放，以减轻或者消除对人类健康和环境的危害人类健康和环境的危害节能降耗减污增效安全、优质、高效的发酵工业技术支撑体系 菌种高产稳定菌种高产稳定 1工艺高效清洁工艺高效清洁2 产品高端优质产品高端优质 4装备节能环保装备节能环保3减量化减量化（Reduce）再利用（再利用（Reuse）资源化（资源化（Recycle）循环经济循环经济“3R”原则原则 氨基酸工业发展趋势氨基酸工业发展趋势氨基酸工业发展趋势氨基酸工业发展趋势菌种菌种选育选育原料原料控制控制工艺工艺控制控制废弃物废弃物治理治理高效工程菌株高效工程菌株 现有生产菌株现有生产菌株传统工艺传统工艺高效生产工艺高效

13、生产工艺 能耗物耗水耗污染效益氨基酸工业发展趋势氨基酸工业发展趋势发展方向发展方向 大宗氨基大宗氨基酸产品酸产品小品种小品种氨基酸氨基酸新型新型氨基酸氨基酸v 产品多元化，应用领域扩大化v 资源能源利用最大化v 推行，污染物排放减量化v 扩大综合利用途径，废弃物资源化我国氨基酸工业的生产现状、我国氨基酸工业的生产现状、发酵趋势及存在问题发酵趋势及存在问题苏氨酸苏氨酸赖氨酸赖氨酸谷氨酸谷氨酸蛋氨酸蛋氨酸色氨酸色氨酸我国氨基酸工业的生产现状我国氨基酸工业的生产现状谷氨酸谷氨酸v谷氨酸谷氨酸谷氨酸是目前生产量最大的氨基酸品种，主要以谷氨酸是目前生产量最大的氨基酸品种，主要以谷氨酸钠谷氨酸钠(商品名味

14、精商品名味精)的形式作为食品增鲜剂存的形式作为食品增鲜剂存在，在，2011年年产量约年年产量约240万吨。万吨。谷氨酸与谷氨酰胺可调节血氨浓度，防止氨对大谷氨酸与谷氨酰胺可调节血氨浓度，防止氨对大脑的毒性作用。同时有报道表明，谷氨酸和天门脑的毒性作用。同时有报道表明，谷氨酸和天门冬氨酸还是中枢神经兴奋性递质，因此有少量谷冬氨酸还是中枢神经兴奋性递质，因此有少量谷氨酸用于医药行业。氨酸用于医药行业。我国氨基酸工业的生产现状我国氨基酸工业的生产现状谷氨酸谷氨酸v谷氨酸工业生产现状谷氨酸工业生产现状 我国味精生产始于我国味精生产始于1923年，年，1965年以前生产方法一直使用年以前生产方法一直使用

15、传统的蛋白质酸水解法。此工艺原料消耗高、操作环境差、传统的蛋白质酸水解法。此工艺原料消耗高、操作环境差、劳动强度大、污染严重。劳动强度大、污染严重。42年间，年产量最高不过年间，年产量最高不过4000吨，吨，生产发展速度缓慢。生产发展速度缓慢。1965年后，我国味精生产全部采用以淀粉水解液或糖蜜为年后，我国味精生产全部采用以淀粉水解液或糖蜜为原料的微生物发酵工艺，大大的促进了生产发展。随着酶原料的微生物发酵工艺，大大的促进了生产发展。随着酶制剂的应用和生产工艺及装备的改进，技术水平不断提高，制剂的应用和生产工艺及装备的改进，技术水平不断提高，进一步推动了味精生产的快速发展。进一步推动了味精生产

16、的快速发展。我国氨基酸工业的生产现状我国氨基酸工业的生产现状谷氨酸谷氨酸 目前，我国味精主产区目前，我国味精主产区在山东、河北、河南、在山东、河北、河南、江苏、浙江及广东等地，江苏、浙江及广东等地，其中河南和山东两地味其中河南和山东两地味精生产量占全国味精总精生产量占全国味精总产量的一半。生产谷氨产量的一半。生产谷氨酸（味精）的公司有：酸（味精）的公司有：河北梅花味精集团、山河北梅花味精集团、山东阜丰发酵有限公司、东阜丰发酵有限公司、台湾的味丹国际等。台湾的味丹国际等。v据统计，据统计，2011年全国谷氨酸及味精生产年全国谷氨酸及味精生产量约量约240万吨，实际增长万吨，实际增长10%左右。左

17、右。v味精行业味精行业10 万吨以上企业万吨以上企业7家，产量占全家，产量占全国总产量的国总产量的84%。河北梅花、山东阜丰二。河北梅花、山东阜丰二家已达到或超过年产量家已达到或超过年产量50万吨味精或谷氨万吨味精或谷氨酸；河南莲花、山东菱花已达酸；河南莲花、山东菱花已达20万吨万吨/年。年。v2011年谷氨酸发酵产酸年谷氨酸发酵产酸120-160g/L，糖酸转化率糖酸转化率59-65%（生物素亚适量工（生物素亚适量工艺）。艺）。我国氨基酸工业的生产现状我国氨基酸工业的生产现状谷氨酸谷氨酸我国氨基酸工业的生产现状我国氨基酸工业的生产现状谷氨酸谷氨酸2006-2011年谷氨酸年谷氨酸(谷氨酸钠谷

18、氨酸钠)供需平衡表供需平衡表我国氨基酸工业的发展趋势我国氨基酸工业的发展趋势谷氨酸谷氨酸v谷氨酸工业发展趋势谷氨酸工业发展趋势 随着酶制剂的应用和生产工艺及装备的改进；技术水平不随着酶制剂的应用和生产工艺及装备的改进；技术水平不断提高；人民的生活水平不断提高，餐饮业越来越旺盛，断提高；人民的生活水平不断提高，餐饮业越来越旺盛，从而推动了谷氨酸（味精）产业的快速发展。我国味精行从而推动了谷氨酸（味精）产业的快速发展。我国味精行业及其市场需求量已逐渐进入稳步增长期。业及其市场需求量已逐渐进入稳步增长期。受全球经济增长速度放缓、国内通货膨胀压力和从紧的货受全球经济增长速度放缓、国内通货膨胀压力和从紧

19、的货币政策，以及国家限制味精行业出口和国家对能耗、环保币政策，以及国家限制味精行业出口和国家对能耗、环保的要求严格，行业产能正向具有规模优势、技术优势和品的要求严格，行业产能正向具有规模优势、技术优势和品牌优势的企业集中。牌优势的企业集中。我国氨基酸工业的发展趋势我国氨基酸工业的发展趋势谷氨酸谷氨酸味精产品逐渐从居民消费品味精产品逐渐从居民消费品(零售业零售业)向工业消耗向工业消耗品品(加工业加工业)方向转化。方向转化。味精生产企业产品结构调整的步伐加快，普遍向味精生产企业产品结构调整的步伐加快，普遍向生物制药、调味品、淀粉深加工和精细化工方向生物制药、调味品、淀粉深加工和精细化工方向拓展经营

20、范围。拓展经营范围。行业竞争日趋激烈，依靠原料、热电联产一体化行业竞争日趋激烈，依靠原料、热电联产一体化优势，实施低成本扩张成为竞争的主要手段。优势，实施低成本扩张成为竞争的主要手段。中国味精出口量呈现逐年增长态势，抢占国际市中国味精出口量呈现逐年增长态势，抢占国际市场已初露端倪场已初露端倪我国氨基酸工业存在的问题我国氨基酸工业存在的问题谷氨酸谷氨酸v谷氨酸工业存在的问题谷氨酸工业存在的问题高物耗、高能耗行业。高物耗、高能耗行业。谷氨酸等电母液等生产复合肥料时产生大量难闻谷氨酸等电母液等生产复合肥料时产生大量难闻的废气，造成环境污染。的废气，造成环境污染。行业缺乏宏观调控，各地缺乏全局观念，生

21、产能行业缺乏宏观调控，各地缺乏全局观念，生产能力增长过速，大大高于市场的需求增长，从而将力增长过速，大大高于市场的需求增长，从而将会造成减产、停产和不必要的经济损失。会造成减产、停产和不必要的经济损失。Glu发酵发酵1、谷氨酸的生物合成包括、谷氨酸的生物合成包括糖酵解作用糖酵解作用磷酸己糖途径磷酸己糖途径三羧酸循环三羧酸循环乙醛酸循环乙醛酸循环丙酮酸羧化支路（丙酮酸羧化支路（CO2固固定反应）定反应）还原氨基化还原氨基化由葡萄糖生物合成谷氨酸的理想途径：由葡萄糖生物合成谷氨酸的理想途径：A？B？高产谷氨酸菌株应具备以下高产谷氨酸菌株应具备以下特征：特征：丧失丧失-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶的

22、催化能力；的催化能力；谷氨酸脱氢酶活力强；谷氨酸脱氢酶活力强；氧化还原氨基化反应强；氧化还原氨基化反应强；C0C02 2固定反应强；固定反应强；异柠檬酸脱氢酶活力强；异柠檬酸脱氢酶活力强；异柠檬酸裂解酶活性弱异柠檬酸裂解酶活性弱;不分解和利用谷氨酸；不分解和利用谷氨酸；耐高糖、高浓度谷氨酸。耐高糖、高浓度谷氨酸。Glu生物合成的代谢调控生物合成的代谢调控v促进促进ATP的积累，以利氨基酸的生物合成的积累，以利氨基酸的生物合成v控制细胞渗透性控制细胞渗透性v控制旁路代谢控制旁路代谢v降低反馈作用物的浓度降低反馈作用物的浓度v消除终产物的反馈抑制与阻遏作用消除终产物的反馈抑制与阻遏作用v控制发酵的

23、条件控制发酵的条件（1）控制发酵环境条件）控制发酵环境条件 专性需氧菌，控制环境条件可改变代谢途径和产物。？（2）控制细胞渗透性）控制细胞渗透性生物素、油酸和表面活性剂，生物素、油酸和表面活性剂，引起细胞膜的脂肪酸成分的引起细胞膜的脂肪酸成分的改变。改变。表面活性剂增加细胞膜通透表面活性剂增加细胞膜通透性性青霉素：抑制细胞壁的合成，青霉素：抑制细胞壁的合成，由于细胞面内外的渗透压而由于细胞面内外的渗透压而泄露出来。泄露出来。细胞内生物素水平高，细胞内生物素水平高，GluGlu不能通过细胞膜不能通过细胞膜氨基酸发酵必须考虑的重要因素氨基酸发酵必须考虑的重要因素二、二、Glu生产菌株生产菌株v1、

24、生产菌株的共同之处、生产菌株的共同之处谷氨酸棒状杆菌谷氨酸棒状杆菌黄色短杆菌黄色短杆菌美国美国ATCC谷氨酸棒杆菌谷氨酸棒杆菌型型 表面活性剂拮抗作用部位表面活性剂拮抗作用部位油酸缺陷型遗传阻碍部位油酸缺陷型遗传阻碍部位糖质或醋酸为碳源的磷脂合成途径糖质或醋酸为碳源的磷脂合成途径甘油缺陷型的遗传阻碍部位甘油缺陷型的遗传阻碍部位石蜡为碳源的磷脂合成途径石蜡为碳源的磷脂合成途径细菌细胞细菌细胞Glu排出控制机制排出控制机制2、生产菌株的育种策略、生产菌株的育种策略三、三、Glu发酵条件的控制发酵条件的控制vGlu发酵工艺（三种）发酵工艺（三种）vGlu发酵条件包括发酵条件包括温度、温度、pH、菌龄

25、及接种量、菌龄及接种量、通风及搅拌、氧的传递、泡沫的控制通风及搅拌、氧的传递、泡沫的控制等。用发酵等。用发酵条件来控制发酵过程中各种化学及生物化学反应条件来控制发酵过程中各种化学及生物化学反应的方向和速度，以达到预期的生产目的。的方向和速度，以达到预期的生产目的。v谷氨酸发酵控制原理谷氨酸发酵控制原理v发酵过程菌体变化发酵过程菌体变化 1）、适应期：尿素分解出氨使尿素分解出氨使pHpH上升。糖不利用。上升。糖不利用。2-4h2-4h。措施：接种量和发酵条件控制使该期缩短。措施：接种量和发酵条件控制使该期缩短。2）、对数生长期：糖耗快，尿素大量分解使糖耗快，尿素大量分解使pHpH上升，氨被上升，

26、氨被利用利用pHpH又迅速下降；溶氧急剧下降后维持在一定水平；菌体浓又迅速下降；溶氧急剧下降后维持在一定水平；菌体浓度迅速增大，菌体形态为排列整齐的八字形；不产酸；度迅速增大，菌体形态为排列整齐的八字形；不产酸；12h12h。措施：采取流加尿素办法及时供给菌体生长必须的氮源及调节采取流加尿素办法及时供给菌体生长必须的氮源及调节pHpH在在7.5-8.07.5-8.0；维持温度；维持温度30-3230-32 3、菌体生长停止期：谷氨酸合成，糖和尿素分谷氨酸合成，糖和尿素分解产生解产生-酮戊二酸和氨用于合成谷氨酸酮戊二酸和氨用于合成谷氨酸。措施：及及时流加尿素以提供足够的氨并使时流加尿素以提供足够

27、的氨并使pHpH维持在维持在7.2-7.47.2-7.4。大量通气，控制温度大量通气，控制温度34-37 34-37。4、发酵后期：菌体衰老，糖耗慢，残糖低。菌体衰老，糖耗慢，残糖低。措施：营养物耗尽酸浓度不增加时，及时放罐。营养物耗尽酸浓度不增加时，及时放罐。发酵周期一般为发酵周期一般为30h30h。1 1、温度对谷氨酸发酵的影响及其控制、温度对谷氨酸发酵的影响及其控制v 菌体菌体生长达一定程度后再开始产生氨基酸，因此生长达一定程度后再开始产生氨基酸，因此菌体菌体生长最适温度和氨基酸合成的最适温度生长最适温度和氨基酸合成的最适温度是不同的。是不同的。v 菌体生长温度过高，则菌体易衰老，菌体生

28、长温度过高，则菌体易衰老，pH高，糖耗慢，高，糖耗慢，周期长，酸产量低。周期长，酸产量低。v 采取措施：少量多次流加尿素，维持最适生长温度，采取措施：少量多次流加尿素，维持最适生长温度，减少风量等，促进菌体生长。减少风量等，促进菌体生长。温度的控制。温度的控制。v 国内常用菌株的最适生长温度为国内常用菌株的最适生长温度为30303434，产生谷氨酸的产生谷氨酸的最适温度为最适温度为34343636。v 0 012h12h的发酵前期，主要是长菌阶段；的发酵前期，主要是长菌阶段；v 发酵发酵12h12h后，菌体进入平衡期，增殖速度变得缓慢；温度提后，菌体进入平衡期，增殖速度变得缓慢；温度提高到高到

29、36363737，谷氨酸的生成量就增加。，谷氨酸的生成量就增加。应根据工艺的要求，总结出一个比较合适的温度应根据工艺的要求，总结出一个比较合适的温度控制模式。根据实际工艺所用菌株特性、生物素控制模式。根据实际工艺所用菌株特性、生物素浓度、发酵周期等情况，形成一个浓度、发酵周期等情况，形成一个多级温度控制多级温度控制模式模式。2 2、pHpH对氨基酸发酵的影响及其控制对氨基酸发酵的影响及其控制v作用机理：主要影响酶的活性和菌的代谢。作用机理：主要影响酶的活性和菌的代谢。v控制控制pH方法：方法：流加尿素和氨水流加尿素和氨水v流加方式：根据菌体生长、流加方式：根据菌体生长、pH变化、糖耗情况和变化

30、、糖耗情况和发酵阶段等因素决定。发酵阶段等因素决定。pH的控制的控制 v一般发酵前期一般发酵前期pH控制在控制在7.5-8.5左右，发酵中、后期左右，发酵中、后期pH控制在控制在7.07.2，调低，调低pH的目的在于提高与谷氨的目的在于提高与谷氨酸合成有关的酶的活力酸合成有关的酶的活力。v尿素被谷氨酸生产菌细胞的脲酶所分解放出氨，因尿素被谷氨酸生产菌细胞的脲酶所分解放出氨，因而发酵液的而发酵液的pH会上升。会上升。v发酵过程中，由于菌体不断利用氨，以及有机酸和发酵过程中，由于菌体不断利用氨，以及有机酸和谷氨酸等代谢产物进入发酵液，使谷氨酸等代谢产物进入发酵液，使N源不足和发酵源不足和发酵液液p

31、H下降，需再次流加尿素下降，需再次流加尿素。3 3、溶解氧的控制、溶解氧的控制v通风：不同种龄、种量，培养基成分，发酵阶段及发通风：不同种龄、种量，培养基成分，发酵阶段及发酵罐大小要求通风量不同。酵罐大小要求通风量不同。v在长菌体阶段，通风量过大，生物素缺乏，抑制菌体在长菌体阶段，通风量过大，生物素缺乏，抑制菌体生长。生长。v在发酵产酸阶段，需要大量通风供氧，以防过量生成在发酵产酸阶段，需要大量通风供氧，以防过量生成乳酸和琥珀酸，但过大通风，则大量积累乳酸和琥珀酸，但过大通风，则大量积累-酮戊二酸。酮戊二酸。溶解氧的控制溶解氧的控制 v在实际生产中，搅拌转速固定不变，通常用调节在实际生产中，搅

32、拌转速固定不变，通常用调节通风量来改变供氧水平。通风量来改变供氧水平。v通风比（通风比（m3/m3.min）：每分钟向）：每分钟向1m3的发的发酵液中通入酵液中通入0.1 m3无菌空气，用无菌空气，用1:0.1表示。表示。梯形控制梯形控制4 种龄和种量的控制种龄和种量的控制 v 所谓种龄，是指在正常培养条件下，种子培养的时间。所谓种龄，是指在正常培养条件下，种子培养的时间。种龄长短关系到种子活力的强弱，影响下一次增殖的适种龄长短关系到种子活力的强弱，影响下一次增殖的适应期长短。应期长短。v 接种量多少，将明显影响种子生长期的长短。接种量多少，将明显影响种子生长期的长短。v 一级种子控制在一级种

33、子控制在10-12h，二级控制在，二级控制在6-8h。v 种量为种量为1。过多，菌体娇嫩，不强壮，提前衰老自溶，。过多，菌体娇嫩，不强壮，提前衰老自溶，后期产酸量不高。后期产酸量不高。5 OD值的控制值的控制v ODOD值是细菌个数、菌体大小和发酵液色泽深浅的综合反应。值是细菌个数、菌体大小和发酵液色泽深浅的综合反应。v 以以B9B9和和T6-13T6-13菌株为例，当初糖为菌株为例，当初糖为12.512.514%14%时，长菌期时，长菌期的的ODOD净增值在净增值在0.70.70.90.9。v 当细胞进入平衡期后，当细胞进入平衡期后，ODOD值已达到最大值，此时细胞数不值已达到最大值，此时细

34、胞数不再增加，但因为细胞个体还会继续伸长增大，所以再增加，但因为细胞个体还会继续伸长增大，所以ODOD值会值会略有上升。略有上升。6 泡沫的控制泡沫的控制 v 生产上为了控制泡沫，除了在生产上为了控制泡沫，除了在发酵罐内安装机械消泡器外，发酵罐内安装机械消泡器外，还在发酵时加入消泡剂。还在发酵时加入消泡剂。v 目前谷氨酸发酵常用的消泡剂目前谷氨酸发酵常用的消泡剂有：花生油、豆油、玉米油、有：花生油、豆油、玉米油、棉子油、泡敌和硅酮等。棉子油、泡敌和硅酮等。天然油脂类的消泡剂的用量较天然油脂类的消泡剂的用量较大，一般为发酵液的大，一般为发酵液的0.1%0.1%0.2%(0.2%(体积分数体积分数

35、)，泡敌的用量为泡敌的用量为0.02%0.02%0.03%(0.03%(体积分数体积分数)。n某谷氨酸发酵，发某谷氨酸发酵，发酵过程中各种参数酵过程中各种参数的变化情况如图所的变化情况如图所示。最后的发酵液示。最后的发酵液中谷氨酸的浓度很中谷氨酸的浓度很低，发酵周期较长，低，发酵周期较长，而这段时间却有大而这段时间却有大量的葡萄糖被消耗，量的葡萄糖被消耗，那么，这些被消耗那么，这些被消耗的葡萄糖到哪里去的葡萄糖到哪里去了？了？出现这种情况的出现这种情况的原因原因是由于发酵过程中是由于发酵过程中感染了杂菌，造成了大量的葡萄糖被消感染了杂菌，造成了大量的葡萄糖被消耗，但是并没有产生谷氨酸耗，但是并

36、没有产生谷氨酸,发酵过程中发酵过程中发酵液的发酵液的pH值控制的不合适或者是发酵值控制的不合适或者是发酵液液NH4浓度过高，使得产生的谷氨酸转浓度过高，使得产生的谷氨酸转变成谷氨酰胺变成谷氨酰胺?谷氨酸发酵液谷氨酸发酵液常温等电法等电结晶沉降分离脱色中和结晶冷冻等电法上清液（母液）离子交换谷氨酸晶体谷氨酸晶体冷冻结晶浓缩结晶谷氨酸钠晶体（味精）谷氨酸钠晶体（味精）谷氨酸的分离与味精的制备谷氨酸的分离与味精的制备 味精的清洁生产味精的清洁生产v味精工业废水中存在味精工业废水中存在“五高一低五高一低”v五高：五高：v1.高硫酸根高硫酸根v2.高高COD值值v3.高高BOD值值v4.高悬浮物浓度高悬

37、浮物浓度v5.高氮含量高氮含量v一低：一低：vPH值低值低v由于味精废水存在五高一低的特点，所以采用常规由于味精废水存在五高一低的特点，所以采用常规技术处理难度很大。技术处理难度很大。v废水主要来源：废水主要来源：v1.发酵液提取谷氨酸后的废母液和离子交换尾液发酵液提取谷氨酸后的废母液和离子交换尾液v2.生产中各种设备的洗涤水生产中各种设备的洗涤水v3.玉米、大米淘洗和冲渣废水玉米、大米淘洗和冲渣废水v4.冷却水冷却水v5.离子交换树脂洗涤与再生废水离子交换树脂洗涤与再生废水v目前目前,味精废水处理多采用生物法处理味精废水处理多采用生物法处理,但处理后但处理后出水的出水的COD 值较高值较高,

38、且设备投资大、占地大、运且设备投资大、占地大、运行维护费用较高行维护费用较高种种植植业业味味精精工工业业废废液液农业农业工业工业肥料肥料饲料饲料农药农药水处理剂水处理剂工业原料工业原料畜牧业畜牧业药物药物调味品调味品利用味精废液制利用味精废液制有机肥料有机肥料谷氨酸母液谷氨酸母液浓缩浓缩盐酸水解盐酸水解NH3中和中和冷却冷却造粒造粒干燥干燥成品包装成品包装 苏云金杆菌苏云金杆菌(Bacillus thuringiensis,简称简称Bt)杀虫剂是杀虫剂是目前世界上产量最大、应用最广、对人畜及天敌安全、目前世界上产量最大、应用最广、对人畜及天敌安全、不破坏生态平衡的微生物农药不破坏生态平衡的微生

39、物农药,广泛用于防治农业、林业、广泛用于防治农业、林业、贮藏害虫以及环卫昆虫。苏云金杆菌的生产模式主要是贮藏害虫以及环卫昆虫。苏云金杆菌的生产模式主要是通过微生物发酵来实现的通过微生物发酵来实现的,其发酵工艺要求培养基具备合其发酵工艺要求培养基具备合理的碳源与氮源比例理的碳源与氮源比例,并控制严格的并控制严格的pH 条件。条件。利用味精废水生产利用味精废水生产苏云金杆菌苏云金杆菌利用味精废水进行生产可获良好的经济效益。将味精废水利用味精废水进行生产可获良好的经济效益。将味精废水中和至中和至pH7.0,添加适量碳源、氮源及微量元素添加适量碳源、氮源及微量元素,最终用于最终用于苏云金杆菌苏云金杆菌

40、HM-1菌株的发酵培养基菌株的发酵培养基利用味精废水生产苏云金杆菌培养基基本配方为培养基基本配方为:豆饼粉豆饼粉2.5%,酵母粉酵母粉2.5%,淀粉淀粉1.5%,玉米玉米浆浆4.0%,K2HPO4 0.1%,ZnSO4 0.02%,MnSO4 0.02%,CaCO3 0.3%。配。配制液体种子培养基添加制液体种子培养基添加50%的味精废水的味精废水,发发酵培养基则完全添加高浓度味精废水。在酵培养基则完全添加高浓度味精废水。在5L 发酵罐中发酵罐中(装料装料液液3L)31振荡培养振荡培养(转速转速180r/min)48h,晶体释放率晶体释放率20%,发发酵液毒力效价与标准品没有显著差别。酵液毒力

41、效价与标准品没有显著差别。味精废液发酵味精废液发酵秸秆饲料秸秆饲料采用微生物发酵工艺将味精废液与秸秆粉混合发酵采用微生物发酵工艺将味精废液与秸秆粉混合发酵,制成制成高效且低成本的高蛋白饲料高效且低成本的高蛋白饲料秸秆作为农作物的主要副产品秸秆作为农作物的主要副产品,在我国年产量超过在我国年产量超过5 亿亿t,但但由于营养价值较低由于营养价值较低,其被利用不足总产量的其被利用不足总产量的5%。生产味精的废液中含有丰富的蛋白质及其他营养成分。生产味精的废液中含有丰富的蛋白质及其他营养成分。利用味精废液发酵后利用味精废液发酵后,秸秆粉粗蛋白含量显著提高秸秆粉粗蛋白含量显著提高,这这是由于味精废液中含

42、有丰富的氨基酸和糖分等营养物是由于味精废液中含有丰富的氨基酸和糖分等营养物,为微生物的生长提供了适合的底物为微生物的生长提供了适合的底物,在发酵的过程中在发酵的过程中使乳酸菌和酵母菌等益生菌大量繁殖使乳酸菌和酵母菌等益生菌大量繁殖,产生丰富的菌产生丰富的菌体蛋白体蛋白,提高秸秆粉中的蛋白含量。提高秸秆粉中的蛋白含量。味精废液发酵秸秆饲料益生菌剂益生菌剂益生菌剂的菌体含有大量的营养物质，如粗蛋白含量达60%，并富含B 族维生素、泛酸、生物素、叶酸、类胡萝卜素、钙、磷和多种微量元素及辅酶Q 等，可为养殖动物补充营养。益生菌剂在发酵或代谢过程中产生促生长类的生理活性物质，且产生各种酶类并提高动物体内

43、消化酶的活性，有助于养殖动物对食物的消化和吸收，促进其生长和发育。菌种：酿酒酵母，嗜酸乳杆菌，枯草芽孢杆菌，植物乳杆菌。生产方法：发酵方法1:将100 kg 味精废水投入发酵装置内，用氨水调节pH 至7.0，接入5 L 复合种子液，搅拌均匀，放入温度(30 1)的培养箱中培养，在培养过程中，间歇通气并缓慢搅拌，培养48 h，所获得的成熟发酵液即为益生菌剂。检测其pH 为3.8，活菌含量为4.8 108 cell/ml。发酵方法2:将100 kg 味精废水投入发酵装置内，用石灰乳调节pH 至6.0，接入10 L 复合种子液，搅拌均匀，放入温度(33 1)的培养箱中培养，在培养过程中，间歇通气并缓

44、慢搅拌，培养24 h，所获得的成熟发酵液即为益生菌剂。检测其pH 为3.4，活菌含量6.2 108 cell/ml。该研究开辟了味精废水新的用途，用味精废水生产出的益生菌剂目前市场同类产品售价约2万元/t 以上，不但使工业废弃物得到再生利用，解决了其对环境的污染问题，而且企业节约了治污费用并创造一定的经济效益，同时为生产企业实现该废水的零排放提供可行技术，符合可持续发展战略可持续发展战略利用味精废菌体生产复合谷氨酸饲料添加剂复合谷氨酸饲料添加剂粗滤粗滤冷却冷却盐酸水解盐酸水解谷氨酸干谷氨酸干废菌体废菌体中和中和碳酸钠碳酸钠饲料饲料烘干烘干滤渣滤渣浓缩浓缩澄清澄清滤液滤液喷雾干燥喷雾干燥味精废水

45、制备复合型味精废水制备复合型生物絮凝剂生物絮凝剂 生物絮凝剂是微生物的高分子代谢产物,是一种具有生物降解性和安全性的新型、高效、无毒和无二次污染的水处理剂,在污水处理、酿造、化工等领域有着巨大的应用前景。但是,生物絮凝剂培养基成本高的缺点,制约了其大规模生产和工业化应用，因此要实现生物絮凝剂从实验室的研究到实际工业中的应用,寻找和开发廉价的替代培养基具有重要意义。将谷氨酸发酵废水经过适当处理后培养产絮菌制备复合型生物絮凝剂,此方法降低了生物絮凝剂的生产成本,真正实现“以废治污”.絮凝菌废水培养基：一定体积分数的味精废水,一定质量浓度的葡萄糖,K2HPO4 5 g/L,KH2PO4 2g/L,p

46、H 值为7.0质量分数为20%的味精废水中补加6g/L的葡萄糖,无需添加额外的氮源即可作为替代培养基培养产絮F2-F6,20 h 絮凝率可达95.4%菌种：短乳杆菌TCCC13007培养基：斜面保藏培养基、液体MRS培养基、发酵培养基（等电废液中添加葡萄糖15g/L，酵母粉20g/L，pH4.5）试验方法：将斜面保藏的菌体环接入到液体MRS培养基中，在30静置培养10h，达到扩大培养的目的，然后按一定比例把菌液接入谷氨酸发酵废液中进行-氨基丁酸发酵，在30静置培养72h。利用味精生产的等电废液发酵生产-氨基丁酸氨基丁酸以谷氨酸的废液为原料生产以谷氨酸的废液为原料生产-氨基丁酸是可行的，生氨基丁

47、酸是可行的，生产工艺简单，操作方便。并对废液中的谷氨酸进行废产工艺简单，操作方便。并对废液中的谷氨酸进行废物利用，变废为宝，以减少废液排放对环境造成污染，物利用，变废为宝，以减少废液排放对环境造成污染，同时还可减少对粗谷氨酸的消耗，降低生产成本，增同时还可减少对粗谷氨酸的消耗，降低生产成本，增加企业的经济效益。加企业的经济效益。v作业题作业题1：根据：根据Glu生物合成代谢途径生物合成代谢途径和微生物育种方法，设计选育和微生物育种方法，设计选育Glu高产高产菌种的方案。菌种的方案。v作业题作业题2：以生物素亚适量生产工艺为：以生物素亚适量生产工艺为例，说明例，说明Glu发酵过程控制策略及方法。发酵过程控制策略及方法。v作业题作业题3：简述味精清洁生产的技术方：简述味精清洁生产的技术方案。案。