《谷氨酸的生产工艺》PPT课件

谷氨酸生产工艺,第2页，共69页,主要内容,简介（性质、用途）； 发酵机制； 发酵流程； 菌种；,培养基（淀粉制糖）；,发酵过程和方法（包括工艺控制等）； 提取纯化；,谷氨酸，学名：-氨基戊二酸；其单钠盐：谷氨酸钠，商品名称味精，是重要的调味品。 早期生产谷氨酸的方法有两种，一是提取法：甜菜厂付产物糖蜜中含有焦谷氨酸，用强碱处理可得到谷氨酸；二是蛋白质水解法：将面筋加酸水解，再分离提纯。1957年发酵法生产谷氨酸在日本协和发酵公司投产。 日本在谷氨酸发酵生产方面居世界领先地位。味之素、协和等均是其中代表。我国发展也比较快，如河南的莲花味精公司，目前味精产量已从1983年的400吨上升到2010年的62万吨，单厂味精产量居世界第一位，国内市场占有率达43%；（广西的荷花味精）等。,一、谷氨酸简介,第3页，共69页,性质 溶解性：微溶于冷水，易溶于热水，几乎不溶于乙醚、丙酮及冷醋酸中，也不溶于乙醇和甲醇，溶于盐酸溶液。等电点：3.22；,用途 1、食品业 谷氨酸钠俗称味精，是重要的鲜味剂，对香味具有增强作用。谷氨酸钠广泛用于食品调味剂，既可单独使用，又能与其它氨基酸等并用。用于食品内，有增香作用。在食品中浓度为0.2%-0.5%，每人每天允许摄入量(ADl)为0120微克/千克(以谷氨酸计)。在食品加工中一般用量为0.21.5克/公斤。,2、日用化妆品等 谷氨酸为世界上氨基酸产量最大的品种，作为营养药物可用于皮肤和毛发。用于生发剂，能被头皮吸收，预防脱发并使头发新生，对毛乳头、毛母细胞有营养功能，并能扩张血管，增强血液循环，有生发防脱发功效。用于皮肤，对治疗皱纹有疗效。,3、下游产品开发 谷氨酸可生产许多重要下游产品如L谷氨酸钠、聚谷氨酸等。新型的聚合氨基酸，含有氨基的药物或靶向基因，可以方便的接入聚谷氨酸的分子中，形成大分子前药或靶向大分子载体，接入特异性的基因，可进行特殊的分离或提纯，这一聚合物在医药领域会有很广泛的应用前景。,4、医药行业 谷氨酸还可以用于医药中，因为谷氨酸是构成蛋白质的氨基酸之一，虽然它不是人体必须的氨基酸，但它可作为碳氮营养与机体代谢，有较高的营养价值。谷氨酸被人体吸收后，易与血氨形成谷酰氨，能解除代谢过程中氨的毒害作用，因而能预防和治疗肝昏迷，保护肝脏，是肝脏疾病患者的辅助药物。脑组织只能氧化谷氨酸，而不能氧化其它氨基酸，故谷酰胺可作为脑组织的能量物质，改进维持大脑机能。谷氨酸作为神经中枢及大脑皮质的补剂，对于治疗脑震荡或神经损伤、癫痫以及对弱智儿童均有一定疗效。用谷氨酸制成的成药有药用谷氨酸内服片，谷氨酸钠（钾）注射液，谷氨酸钙注射液，乙酰谷氨酸注射液 等。,二 发酵机制 谷氨酸的生物合成途径大致是：葡萄糖经EMP途 径或HMP途经生成丙酮酸，再氧化成乙酰辅酶 A，然后进入TCA，再通过乙醛酸循环、CO2固 定作用，生成a-酮戊二酸，a-酮戊二酸在谷氨酸 脱氢酶的催化及有NH4+存在的条件下生成谷氨酸,第4页，共69页,第6页，共69页,谷氨酸生产菌能够在体外积累菌体最大生长 需要量300多倍的谷氨酸，研究发现：大量 积累并非是当初设想的由于特异代谢途径导 致，而是：,代谢调节控制；,细胞膜通透性的特异调节； 发酵条件的适合。,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,NADPH2,乙酰辅酶A,6-磷酸果糖,6-磷酸葡萄糖酸,5-磷酸核糖,3-磷酸甘油醛,果糖-1，6-二磷酸,苹果酸,丙酮酸,CO2,异柠檬酸,CO2,草酰乙酸,顺乌头酸,CO2,乳酸,NAD+ NADH2,柠檬酸,NADP+,CO2,NADH2,NAD+,草酰琥珀酸,酮戊二酸,琥珀酸,延胡索酸,谷氨酸,NADPH2,NADP+,NADP+,NADPH2,乙醛酸,乙酰辅酶A,CO2,CO2,葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径,EMP 途径,HMP 途径,TCA循环,乙醛酸循环,天冬氨酸,磷酸烯醇式 丙酮酸羧化酶,第7页，共69页,在微生物的代谢中，谷氨酸比天冬氨酸优 先合成。谷氨酸合成过量时，谷氨酸抑制 谷氨酸脱氢酶的合成，使代谢转向合成天 冬氨酸；天冬氨酸合成过量后，反馈抑制 磷酸烯醇丙酮酸羧化酶的活力，停止草酰 乙酸的合成。所以，在正常情况下，谷氨 酸并不积累。见图327。,乙醛酸循环,GA生物合成的内在因素 从上图可以看出，GA产生菌必须具备以下条件： 1.KGA脱氢酶酶活性微弱或丧失 这是菌体生成并积累KGA的关键，从上图可以看出，KGA是菌体进行TCA循环的中间性产物，很快在KGA脱氢酶的作用下氧化脱羧生成琥珀酸辅酶A，在正常的微生物体内他的浓度很低，也就是说，由KGA进行还原氨基化生成GA的可能性很少。只有当体内KGA脱氢酶活性很低时，TCA循环才能够停止，KGA才得以积累。,2.GA产生菌体内的NADPH的在氧化能力欠缺或丧 失 （1）如上图所示，NADPH是KGA还原氨基化生成GA必须物质，而且该还原氨基化所需要的NADPH是与柠檬酸氧化脱羧相偶联 的。 （2）由于NADPH的再氧化能力欠缺或丧失，使得体内的NADPH有一定的积累，NADPH对于抑制KGA的脱羧氧化有一定的意义。 3.产生菌体内必须有乙醛酸循环（DCA）的关键酶异柠檬酸裂解酶。 该酶是一种调节酶，或称为别构酶，其活性可以通过某种方式进行调节，通过该酶酶活性的调节来实现DCA循环的封闭，DCA 循环的封闭是实现GA 发酵的首要条件。,4.菌体有强烈的L谷氨酸脱氢酶活性 L谷氨酸脱氢酶，实质上GA产生菌体内该酶的酶活性都很强，该反应的关键是与异柠檬酸脱羧氧化相偶联。,谷氨酸产生菌大多为生物素缺陷型，谷氨酸发酵时通过控 制生物素亚适量，使最后一代细菌细胞变形、拉长，改变 了细胞膜的通透性，引起代谢失调，使谷氨酸得以积累。 谷氨酸高产菌株丧失或仅有微弱的a-酮戊二酸脱氢酶活,力，使a-酮戊二酸不能继续氧化；CO2固定反应的能力 强，使四碳二羧酸全部是由CO2固定反应提供，而不走乙,醛酸循环，以提高对糖的利用率；谷氨酸脱氢酶的活力很 强，并丧失谷氨酸对谷氨酸脱氢酶的反馈抑制和反馈阻,遏同时NADPH2再氧化能力弱，这样就使a-酮戊二酸到,琥珀酸的过程受阻，在有过量铵离子存在的条件下，a-酮 戊二酸经氧化还原共遏氨基化反应而生成谷氨酸，生成的 谷氨酸不形成蛋白质，而分泌泄漏于菌体外，谷氨酸产生 菌不利用体外的谷氨酸，谷氨酸成为最终产物。,生物素亚适量的原因（2ug/L5ug/L） ：,当生物素缺乏时，菌种生长十分缓慢； 当生物素过量时，则转为乳酸发酵。,在谷氨酸发酵过程中，影响菌种代谢途径的 因素见下表。,GA发酵的外在因素 GA发酵是一个典型的代谢控制发酵，固然有其内在的菌体特性，但是正如任何事物发展的基本规律一样，外在因素仍然有重要的作用，对于GA的发酵也是一样。 1.供氧浓度 过量：NADPH的再氧化能力会加强，使KGA的还原氨基化受到影响，不利于GA 的生成。 供氧不足：积累大量的乳酸，使发酵液的pH值下降，不利于GA的产生，同时，一部分葡萄糖转成了乳酸，影响了糖酸转化率，降低了产物的提出率。,2. NH4+浓度 （1）影响到发酵液的pH值 （2）与产物的形成有关： 过低，不利于KGA的还原氨基化 过高，产生固安酰胺 NH4+的供给方式： （1）液氨 （2）流加尿素,3.磷酸盐 过量：（1）促进EMP途径，打破EMP与TCA之间的平衡，积累丙酮酸，产生乳酸等 （2）产生并积累Val， 途径如下： Glucose 丙酮酸 + 丙酮酸 （焦磷酸硫胺素，TPP） 活性乙醛 乙酰乳酸 Val,Val（1）可以抑制葡萄糖 丙酮酸，使GA的生物合成受到阻止 （2）消耗了丙酮酸，降低了糖酸转化率 （3）发酵液中的Val存在，严重的影响GA 的结晶、提出。,谷氨酸产生菌因环境条件变化而引起的发酵转换,乳酸和琥珀酸,酮戊二酸,（通气不足）,（适中）,（通风过量，转速过快）,NH4+,酮戊二酸,谷氨酸,谷氨酰胺,（适量）,（缺乏）,（过量）,pH值,谷氨酰胺，N-乙酰谷酰胺,谷氨酸,（pH值58，NH4+过多）,（中性或微碱性）,磷酸,缬 氨 酸,谷氨酸,（高浓度磷酸盐）,（磷酸盐适中）,生物素,乳酸或琥珀酸,谷氨酸,（过量）,（限量）,第13页，共69页,三、菌种,日前用于谷氨酸发酵的菌种有谷氨酸棒杆菌、乳糖 发酵短杆菌、黄色短杆菌、嗜氨小杆菌、球形节杆 菌。我国常使用的生产菌株是北京棒杆菌AS1.299、 北京棒杆菌D110、钝齿棒杆菌A51.542、棒杆菌S- 914和黄色短杆菌T6T13等。,在己报道的谷氨酸生产菌中，除芽孢杆菌外，虽然 它们在分类学上属于不同的属种，但都有一些共同 的特点，如菌体为球形、短秆至棒状、无鞭毛、不 运动、不形成芽孢、呈革兰氏阳性、需要生物素做 生长因子、在通气条件下培养产生谷氨酸。,第14页，共69页,菌种的定向选育,改变细胞膜的通透性：,生物素（乙酰CoA羧化酶的辅酶）营养缺陷型株 丧失脂肪酸合成酶的油酸缺陷型； 丧失a-磷酸甘油酶的甘油缺陷型。,选育温度敏感突变株：,例：使用典型的温度敏感突变株TS-88生产谷氨 酸时，通过控制发酵条件，在生长适当阶段将发 酵温度由30提高到40 ，可在生物素含量为 33ug/L，含糖3.6%的甜菜糖蜜发酵培养基中， 产生20g/L谷氨酸，对糖转化率55%。,第15页，共69页,四、培养基,碳源； 氮源；,碳氮比； 磷酸盐；,金属离子和无机盐。,第16页，共69页,碳源,碳源一般都是淀粉原料，如玉米、小麦、甘 薯、大米等，其中甘薯和淀粉最为常用； 淀粉原料要先通过制糖工艺水解成微生物可 直接利用的葡萄糖，然后经过中和、脱色再 投放到发酵罐；,糖蜜原料作为碳源，如甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜。 糖蜜因富含生物素，在发酵前需要经活性炭、 树脂吸附和亚硝酸法吸附或破坏生物素。,第17页，共69页,淀粉制糖,原因； 方法：,水解酶水解成糊精或低聚糖，糖化酶糖化成葡萄 糖。,酸解法； 酸酶法； 酶酸法； 双酶法。,国内多采用酸水解工艺。,第18页，共69页,淀粉酸水解工艺,调浆（液化）：1011波美，盐酸调pH 1.5； 糖化：直接蒸汽加热25min； 冷却：80以下；,中和：一般中和中点的pH 4.05.0，使蛋白 质和其它胶体物质析出；,脱色：活性炭法或树脂法（注意条件方法）; 过滤：过滤温度45 50 。,第19页，共69页,氮源,作用：合成菌体蛋白质、核酸及谷氨酸的原料； 氮源比碳源对谷氨酸发酵影响更大，约85 （30%80%）的氮源被用于合成谷氨酸，另外 15（3%5%）用于合成菌体；,大多数氨基酸产生菌都不能分泌胞外水解蛋白 酶，因此常用的有机氮源有玉米浆、豆饼、毛发、 棉籽饼、麸皮等蛋白质原料的水解液；,有机氮源也是氨基酸发酵中重要的生长因子来 源，对氨基酸合成途经具有调控作用。,第20页，共69页,谷氨酸发酵的碳氮比为100：(1521)，当碳氮 比为100：11时才开始积累Glu。目前生产L- Glu多采用尿素作为氮源，进行分批流加，流加 时温度不易过高（不超过45），否则游离氨 过多，使初始pH值过高，抑制菌体生长；,适量的NH4+可减少a-酮戊二酸的积累，促进,Glu的合成；,过量的NH4+会使生成的谷氨酸受谷氨酰胺合成,酶的作用转化为谷氨酰胺。,第21页，共69页,无机盐,磷酸盐在谷氨酸发酵中非常重要，它是谷氨酸发 酵过程中必需的，但浓度要适中。,浓度过高，抑制6-磷酸葡萄糖脱氢酶的活性，菌 体生长好，Glu产量低，代谢转向Val发酵； 浓度低，糖代谢受抑制，糖耗慢。,K+：多时利于产酸，少时利于长菌; Mn2+：草酰琥珀酸脱羧生成a-酮戊二酸是在,Mn2+存在下完成的（MnSO44H2O 2ppm）；,Fe3+:促进Glu产生； Cu2+：毒害作用。,第22页，共69页,生长因子,“亚适量”的生物素（2ug/L5ug/L）；,实际生产中常通过筋加玉米桨、麸皮水解液、 糖蜜等作为生长因子的来源，来满足谷氨酸 生产菌必需的生长出子。,第23页，共69页,生物素对谷氨酸发酵的影响,生物素作为催化脂肪酸生物合成最初反应的关键 酶乙酰CoA羧化酶的辅酶，参与了脂肪酸的生 物合成，进而影响磷脂的合成。当控制生物素在亚 适量时，脂肪酸合成就不完全，导致磷脂合成不完 全。而细胞膜是由磷脂双分子层组成的，当磷脂含 量减少到正常时的一半左右时，细胞发生变形，谷 氨酸能够从胞内渗出、积累于发酵液中。如果生物 素过量，则发酵过程菌体大量繁殖，不产或少产谷 氨酸，代谢产物中乳酸和琥珀酸明显增多。,五,发酵过程和控制,谷氨酸生产菌经活化、一级种子、 二级种 子扩大培养，接入发酵罐中，在3238、 pH 7.0左右的条件下，好氧发酵30h左右； 第24页，共69页,第25页，共69页,接种龄和接种量,一般情况，一级种子种龄控制在11h12h， 二级种子种龄控制在7h8h 。 一般接种量为0.6%1.7%。,第26页，共69页,温度,前期（菌体生长）30 32； 后期（Glu合成）3437；,前期：如果温度过高、菌种易衰老，严重影响菌 体生长繁殖。如遇此情况，除维持最适生长温度 外还需适当减少风量，并采取少量多次流加尿素 等措施；,在发酵后期，菌体生长基本结束，为了满足大量 生成谷氨酸，可适当提高温度，控制在 3437。,第27页，共69页,发酵前期pH值,发酵前期：,由于幼龄细胞对pH较敏感，如果控制pH过 低，菌体生长旺盛，营养成分消耗大，转入 正常发酵慢，长菌不产酸；如果pH值过高， 虽然有利于抑制杂菌生长，但对菌体生长不 利，糖代谢缓慢，发酵时间延长。,发酵前期，菌体生长的适宜pH值为7.5左右。,第28页，共69页,发酵后期pH值,发酵后期：,由于谷氨酸脱氢酶最适pH为7.07.2，转氨酶最 适pH7.27.4，所以在发酵中后期，为了促进谷 氨酸的生成，应尽可能保持发酵液pH7.2左右。 pH过高(pH7.58.0)：谷氨酸就有可能转变成 谷氨酰胺，且易使菌体自溶；,pH过低(pH7.0以下)：NH4+供应不足，a-酮戊 二酸不能还原氨基化产生谷氨酸，这样就会使 发酵液a-酮戊二酸量增加，谷氨酸产量降低。,第30页，共69页,pH值控制,尿素流加法； 氨水流加法；,流加尿素数量和时间的依据：pH值变化、菌体生 长、糖耗、发酵阶段。 发酵前期：,菌体生长和糖耗均快时：多流加尿素pH值 高抑制生长；,菌体生长和糖耗均慢时：少流加尿素。,第31页，共69页,pH值控制,发酵后期：,残糖少，接近放罐时，尽量少加或不加尿素，以免 浪费和增加提取的困难；,发酵后期，一般少量多次地流加尿素，使pH值较 稳定。,菌种不同所具有的脲酶活力和耐尿能力不同，尿 素流加方法就有所不同。,例如ASl299菌的脲酶活力比较弱，耐尿能力 强，初尿用量可高些，流加尿的次数少，流加量 多些。T613菌的脲酶活力强，初尿用量要少， 流加尿素以少量多次为好。,供氧过多，菌体呼吸加快，细胞代谢处在过分激烈状,供氧不足，糖酵解至丙酮酸时；难于进入三羧酸循环， 丙酮酸积累量增加，或还原成乳酸； 供氧过量，影响还原氨基化反应，致使大量积累a-酮戊 二酸；而谷氨酸产量很低。 第32页，共69页,供氧对谷氨酸发酵的影响与控制 供氧不足，培养基处于缺氧状 态，菌体生长受抑制； 菌体,生长,阶段 态，抑 制菌体生长，而且容易衰老；,产 酸 阶 段,第33页，共69页,谷氨酸发酵过程，长菌与产酸要求供氧不同。,长菌阶段所需溶氧系数为,Kd4610-7molO2，(ml-1min-1大气压-1)；,产酸阶段所需溶氧系数,Kd1.4610-7molO2，(ml-1 min-1 大气压-1) 。,第34页，共69页,通气与搅拌,溶氧大小的控制：通气与搅拌来完成。,通风比是指对1m3发酵液每分钟通入无菌空气的量 (m3)。发酵处于不同阶段，通风比也不相同，前期通 风量小，主期通风量大，后期通风量小。,搅拌是使溶氧效果更好，搅拌比通气对溶氧的影响 更大。搅拌效果与搅拌器的类型，搅拌器曲直径大 小，搅拌转速、搅拌器在发酵罐内的相对位置等有 关。,第35页，共69页,通风量,前期：如果通风量过大，而生物素缺乏，会抑制菌 体生长，表现出耗糖慢、pH高、长菌不快的现象， 所以前期通风量不宜过大；,中后期：在发酵产酸阶段，需要大量供氧，如通气 量不足，往往表现出pH低，耗糖快，长菌不产酸， 而积累乳酸和琥珀酸。但通气量过大，也不利于a-酮 戊二酸进一步还原氨基化，所以大量积累a-酮戊二酸。 因此，只有在适量通气条件下，才有可能大量积累 谷氨酸。中后期以高通风量为宜。,第36页，共69页,防止噬菌体和杂菌的污染,谷氨酸生产菌一 般都是生物素缺陷型，而在发 酵培养基中又大多是控制生物素亚适量，所以 谷氨酸生产菌对噬菌体和杂菌的抵抗能力较弱。 最怕污染噬菌体，轻则出现谷氨酸收率低、难 提取，重则倒罐，造成很大的经济损失。所 以，杂菌和噬菌体的防治工作就显得特别重要。 一定要从空气过滤、培养基、设备、环境等环 节严格把关。,第37页，共69页,斜面培养基组成：,葡萄糖 0.1 蛋白胨 1.0 牛肉膏 1.0 氯化钠 0.5,琼脂 2.02.5 pH 7.07.2（传,代和保藏斜面不加葡萄糖，为了利于菌体生长而不产酸）,培养条件：,7338、B9类菌种3032，培养1824h； T613类菌种3334，培养1824h。,检查：培养完成后，要仔细观察菌苔生长情况，菌苔 的颜色和边缘等特征是否正常，有无感染杂菌和噬菌体 的征象。,菌种斜面培养,第38页，共69页,培养基：葡萄糖 2.5 ，尿素 0.5， 硫酸镁 0.04， 磷酸氢二钾 0.1，玉米 浆 2535(按质增减) 硫酸亚铁、硫酸,锰各2ppm，PH 6.56.8 (培养基成分可因菌,种不同酌情增减) 。,培养条件 ：培养温度7338和B9类菌30一32、 T613类菌种3334，摇床上振荡培养12小时。,一级种子培养,一级种子 质量要求,种龄：12h pH值：6.401 光密度：净增OD值0.5以上,残糖：0.5以下 无菌检查： (一) 噬菌体检查：无 镜检: 菌体生长均匀粗壮，排列 和整齐 革兰氏染色：阳性 第39页，共69页,第40页，共69页,根据菌体生长情况，酌情增减生物素等用量，随时调 整培养基组成。,二级种子培养,接种量,O810,培养温度 32(T613菌为3334) 培养条件,培养时间,78h,通风量,50L种子罐,1：0.5,搅拌转速 250L种子罐 搅拌转速300 500L种子罐 搅拌转速,340 rmin 1 : 0.3 rmin 1：0.25 230 rmin 第41页，共69页,二级种子的质量要求,种龄：78h pH ：72左右 OD值：净增0.5左右,无菌检查： (一) 噬菌体检查：无 残糖：消耗1% 左右 镜检：生长旺盛，排列整齐 革兰氏染色：阳性 第42页，共69页,第44页，共69页,Glu发酵的四个阶段,适应期；,对数生长期； 转化期； 产酸期。,第45页，共69页,适应期,细胞利用贮存物质合成大分子物质和所需能,量，菌体个体长大但没有分裂；,糖等基质基本不耗或很少消耗，pH值稍为上,升是由于尿素分解放出氨所致；,适应期的长短取决于菌种活力、种子量、发 酵培养基和发酵条件等一般为2h左右。但采用 高生物素、大种量、添加青霉素工艺时适应期 非常短。,第46页，共69页,对数生长期,长菌阶段，极少产谷氨酸，一般发酵38h或410h； 菌浓度：菌体大量繁殖，OD(光密度)直线增长；,菌体形态：与二级种子相同，绝大多数为“V”形分裂； 基质变化：耗糖速度逐渐加快，尿素被脲酶分解放出氨 使pH上升，氨被菌体利用又使PH下降，这时必须及时流 加尿素，补充氮源和调节PH值；,温度：由于菌体代谢活动，放出热，温度开始上升，一 般发酵5h左右温度开始上升，应该注意降温；,通风：排气中CO2浓度显著增加，耗氧量很快增加，培 养液中的溶解氧下降，提高通风量；,但在对数末期要加大风量供给充足氧和及时施加尿素供 给充分氮源促进增殖型菌体向生产型转化。,第47页，共69页,菌体由增殖型向生产型转化的时期，时间约为814h,或1018h；,部分菌体体内生物素含量由“丰富转向贫乏”，此部分 菌就停止繁殖，在条件适宜时，开始伸长，膨肥形成生 产型细胞，开始积累谷氮酸。,菌体数量：达到最大值；,菌体形态： “v”字形和伸长、膨大菌形同时存在，且,伸长菌体不断增加；,代谢最旺盛阶段，耗糖加快，谷氨酸生成迅速增加， 耗氧速率加快，并接近最大值，放热也达最大值 。,转化期,第48页，共69页,发酵控制：必须充分供氧，通风量达最大值，充分 供给氮源，应注意降温冷却，泡沫显著增加。对发 酵控制来说，此时期以前的控制是发酵成败之关键。 此时期的变化受生物素和风量的明显影响。,当生物素过量时，没有明显的转化期，长菌不产酸， 耗糖快，耗尿快。,若生物素太少，菌的数量不足，产酸低，周期长； 如果通风不足，菌体的代谢转积累乳酸。,谷氨酸发酵中生物素用量与供氧能否巧妙地配合好 在一阶段中明显地反映出来。,第49页，共69页,菌体完成由增殖型向生产型转化后，菌形几乎都,变长、膨大，边缘不完整，像花生形;,大量累积谷氨酸，耗糖与产酸相适应，产酸达最,大值，对糖转化率达50 65；,应继续流加尿素，保证有充足的氮源；,pH值维持7.07.2；,适当提高温度，一般为363 7；,在发酵后期耗氧量减少，可适当降低风量。流加 尿素以少量为好，控制pH值6.87.0。当残糖降到1 ，根据发酵情况可将风量降到最低，促进中间 产物转化成谷氨酸。,产酸期,第50页，共69页,六、谷氨酸的提取,发酵醪液的组成：溶解的谷氨酸、菌体、残糖、色 素、胶体物质及其他发酵副产物。,提取原理：通常利用两性电解质性质、溶解度、分 子大小、吸附剂的作用、以及谷氨酸的成盐作用等。 常用方法：等电点法、离子交换法、锌盐法等。 为了提高提取收率，有的工厂还采用等电点钾盐 法，等电点离子交换提取工艺。,新技术：电渗析和反渗透法、浓缩等电点法、离子 硅藻土过滤等电点法等。,第51页，共69页,等电点法,等电点法是提取谷氨酸方法中最简单的一 种，它具有操作简便、设备简单等优点，是 日前谷氨酸生产中多采用的方法。 原理：,谷氨酸的等电点3.22；将溶液的pH值调至 3.22，使谷氨酸析出，然后通过过滤和离心 等操作获得Glu。,第52页，共69页,谷氨酸晶体有两种，分别是a-型和-型。 前者的晶轴长短接近，晶体粗壮，颗粒 大，易沉淀分离，是理想晶体；后者晶轴 长短不一，针状或鳞片状，晶粒微细。不 易沉淀析出。所以在操作中，需控制条件 以利于形成a-型。,结晶的工艺流程,第55页，共69页,提取工艺控制,控制点：谷氨酸含量、结晶温度及降温速度、加酸、 投晶种与育晶、搅拌、离心分离；,谷氨酸含量：用等电点法提取谷氨酸时，要求谷氨 酸含量在4%以上，否则可以先浓缩或加晶种后，再 提取；,结晶温度及降温速度：谷氨酸的溶解度随温度降低,而降低，为了利于形成a-型晶体，温度要低于 30，且降温速度要慢；,加酸：调节溶液pH至等电点，在操作时前期(晶核) 形成前要缓，后期加酸要慢，直至降至等电点。,第56页，共69页,投晶种与育晶：加入一定量晶种，有利于提高谷氨 酸收率。通常谷氨酸含量在5，pH在4.04.5时， 加人晶种；谷氨酸含量在3.54.0，pH在 3.54.0时投放晶种，投放量约为发酵液的0.20.3 。 搅拌：在结晶过程中，搅拌有利于晶体的长大，但 也不易过强，否则还会使晶体破碎，一般以 20r/min30r/min为宜。 离心分离：谷氨酸发酵液经等电搅拌后，静置 4h6h，谷氨酸晶体大多沉淀在设备底部，上清波 (母液)再回收利用，而底部的固形物通过离心的方法,得到谷氨酸粗品。,第57页，共69页,其它提取方法,离子交换法：用强酸型阳离子交换树脂(732#) 氢型吸附谷氨酸形成阳离子后，4的NaOH 洗脱，收集相应流分，再加盐酸结晶。,锌盐法：利用谷氨酸锌在水溶液中的溶解度 低的原理，将发酵液中的谷氨酸一次性进行 回收。,