氨基酸发酵工艺学要点.doc

氨基酸发酵工艺学要点1味精厂的主要生产车间：糖化车间、发酵车间、提取车间、精制车间2淀粉生产的流程原料清理浸泡粗碎胚的分离磨碎分离纤维分离蛋白质清洗离心分离干燥淀粉3淀粉的液化及糖化定义。在工业生产上，将淀粉水解为葡萄糖的过程称为淀粉的“糖化”所制的的糖液称为淀粉水解糖液化是利用液化酶使淀粉糊化，黏度降低，并水解到糊精和低聚糖的程度4淀粉液化过程使用淀粉酶，水解位置1，4糖苷键，糖化过程使用糖化酶，水解位置1，4糖苷键和1，6糖苷键。5液化结束后，为何要进行灭酶处理，如何操作？液化结束后反应快速升温灭酶，高温处理时，通过喷射器快速升温至120145，快速升温比逐步升温产生的“不溶性淀粉颗粒”少，所得的液化液既透明又易过滤。淀粉出糖率高，同时由于采取快速升温法，缩短了生产周期6葡萄糖的复合反应。7淀粉的糊化、老化定义及影响老化的因素。（1）糊化若将淀粉乳加热到一定温度，淀粉颗粒开始膨胀，偏光十字消失。温度继续上升，淀粉颗粒继续膨胀，可达原体积几倍到几十倍。由于颗粒的膨胀，晶体结构消失，体积膨胀大，互相接触，变成糊状液体，虽然停止搅拌淀粉也不会再沉淀，这种现象称为糊化。（2）老化分子间氢键已断裂的糊化淀粉又重新排列成为新氢键的过程。（3）影响老化的因素淀粉的成分（直链易老化，支链淀粉难老化）液化程度酸碱度温度淀粉糊浓度8 DE值与DX值的概念. DE值表示淀粉水解程度或糖化程度。也称葡萄糖值DE=还原糖浓度/（干物质浓度*糖液相对密度）*100DX值指糖液中葡萄糖含量占干物质的百分率。DX=葡萄糖浓度/（干物质浓度*糖液相对密度）*1009淀粉水解糖的质量要求有哪些？1糖液透光率90%（420nm）。2不含糊精、蛋白质（起泡物质）。3转化率90%。DE值（Dextrose equivalent，葡萄糖当量值）4还原糖浓度：18%左右。5糖液不能变质。6pH4.6-4.810 说说酸水解法、酸酶法和酶水解法三种不同水解工艺的优劣？酸水解法是利用无机酸为催化剂，在高温高压下，将淀粉转化为葡萄糖的方法。该法具有工艺简单，水解时间短，生产效率高，设备周转快的优点。该水解法要求耐腐蚀，耐高温，耐压的设备。酸酶法是先将淀粉用酸水解成糊精或低聚糖，然后再用糖化酶将其水解为葡糖糖的工艺。采用酸酶法水解淀粉制糖，酸用量少，产品颜色浅，糖液质量高酶水解法主要是将淀粉乳先用-淀粉酶液化，过滤除去杂质后，然后用酸水解成葡萄糖的工艺。该工艺适用于大米或粗淀粉原料11 固定化酶的定义及制备方法有哪几种？固定化酶（immobilized enzyme）：由于水溶性酶的缺点,所以将它与固相载体相连,由固相状态催化反应,称酶的固定化. 吸附法 偶联法 交联法 包埋法12生物素对谷氨酸生物合成途径影响。1.生物素对糖代谢的速率的影响（主要影响糖降解速率）2.生物素对二氧化碳固定反应的影响（生物素食丙酮酸羧化酶的辅酶，生物素大过量时，CO2固定反应可提高30%）3生物素对乙醛酸循环的影响（乙醛酸循环的关键酶异柠檬酸裂解酶受葡萄糖，琥珀酸阻遏，为醋酸所诱导。以葡萄糖为原料，发酵生产谷氨酸时，通过控制生物素亚适量，几乎看不到异柠檬酸裂解酶的活性。代谢流向 异柠檬酸-酮戊二酸-谷氨酸）生物素对糖代谢的调节（1）生物素对糖酵解途径的影响生物素充足，糖酵解加速，趋向形成乳酸。（2） 生物素对CO2固定途径的影响生物素是羧化酶辅酶。（3） 生物素对乙醛酸途径的影响生物素亚适量：异柠檬酸裂解酶活力低、琥珀酸氧化能力低。13在谷氨酸发酵中如何控制细胞膜渗透性。生物素亚适量添加表面活性剂、高级饱和脂肪酸或青霉素选育温度敏感突变株、油酸缺陷型或甘油缺陷型突变株14诱变育种概念。P49诱变育种是利用物理或化学诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群，促进其突变率大幅度提高，然后采用简便、快速和高效的筛选方法，从中挑选少数符合育种目的的突变株，以供生产实践或科学研究用。15谷氨酸生产菌的育种思路（1）.切断或减弱支路代谢（2）解除自身的反馈抑制(3).增加前体物的合成 (4).提高细胞膜的渗透性 (5).强化能量代谢(6).利用基因工程技术构建谷氨酸工程菌株16现有谷氨酸生产菌主要有哪四个菌属。棒状杆菌属、短杆菌属、小杆菌属及节杆菌属中的细菌17谷氨酸发酵生产菌的主要生化特点。现有谷氨酸生产菌的主要特征:（1）细胞形态短杆形、棒形；（2）革兰氏阳性菌，无鞭毛，无芽孢，不能运动；（3）需氧型微生物；（4）生物素缺陷型；（5）脲酶强阳性；（6）不分解淀粉、纤维素、油脂、酪蛋白、明胶等；（7）发酵中菌体发生明显形态变化，同时细胞膜渗透性改变；（8）二氧化碳固定反应酶系强；（9）异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，乙醛酸循环弱；（10）-酮戊二酸氧化能力微弱；（11）柠檬酸合成酶、乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶活性强；（12）具有向环境泄露谷氨酸的能力；（13）不分解利用谷氨酸，并能耐高谷氨酸，产谷氨酸8%以上；(14)还原性辅酶II进入呼吸链能力弱（15）利用醋酸不能利用石蜡18日常菌种工作。（1）定期分纯 一般12个月分纯一次，把产酸高，生长快，无噬菌体感染大的菌株挑选出来（2）小剂量诱变刺激 用紫外线、通电、激光轻微处理，可以淘汰生长微弱的菌株，并能激发溶原性噬菌体，是挑选出来的菌是产酸高，生长旺盛，无噬菌体感染的优良菌株（3）高产菌保藏 防止菌种变异19菌种扩大培养的概念和任务P72菌种扩大培养又称种子制备，种子制备不仅要使菌体数量增加，经过种子制备出来的具有高质量的生产种子供发酵使用菌种扩大培养的任务:为发酵罐的投料提供纯而壮、相当数量的代谢旺盛的种子。氨基酸生产菌一般用二级培养20谷氨酸发酵一级种子和二级种子的质量要求一级种子质量要求: 二级种子的质量要求种龄：12h，pH值：6.40.1 种龄：78h pH：7.2左右光密度：净增OD值0.5以上 OD值净增0.5左右残糖：0.5以下 无菌检查：(-) 消耗1%左右 无菌检查(-) 噬菌体检查：(-)(双层平板法、划线法、液体培养法） 噬菌体检查(-) 镜检：菌体生长均匀、粗壮，排列整齐 菌体生长旺盛，排列整齐革兰氏阳性反应。 革兰氏阳性反应 21影响种子质量的主要因素培养基:氮源丰富、生物素充足、碳源较少。温度:避免温度过高和波动较大pH:0时不宜过高，培养结束不易过低溶解氧:溶氧水平不易过高。接种量:1%-2%培养时间:7-8小时22氨基酸生产菌菌种的来源有哪些。（1）向菌种保藏机构索取有关的菌株，从中筛选所需菌株。（2）由自然界采集样品，如土壤、水、动植物体等，从中进行分离筛选。（3）从一些发酵制品中分离目的菌株。23工业微生物菌种保藏技术是哪几种？(1)低温冷冻保藏；(2) 转接培养或斜面传代保藏；(3) 矿物油保藏；(4) 土壤或陶瓷珠等载体干燥保藏24冷冻保藏的分类普通冷冻保藏(-20);超低温冷冻保藏(-60一-80);冻干保藏;液氮冷冻保藏25菌种衰退和复壮的概念衰退：菌种在培养或保藏过程中，由于自发突变的存在，出现某 些原有优良生产性状的劣化、遗传标记的丢失等现象，称为菌种的衰退。复壮：使衰退的菌种回复原来的性状。26代谢控制发酵的定义P95遗传学的方法或其他生物化学的方法，人为的改变、控制微生物的代谢，使有用产物大量生成、积累的发酵。27谷氨酸发酵培养基包括哪些主要营养成分。碳源 谷氨酸产生菌均不能利用淀粉，只能利用葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖。谷氨酸产量随糖浓度的增加而增加氮源 无机氮源: (1)尿素(2) 液氨(3)氨水 有机氮源:主要是蛋白质、胨、氨基酸等。谷氨酸发酵的有机氮源常用玉米浆、麸皮水解液、豆饼水解液和糖蜜等。 无机盐 磷酸盐 硫酸镁 钾盐 微量元素生长因子1) 生物素 (2) 维生素B128生长因子的概念P81从广义上讲，凡是微生物生长不可缺少的微量有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等称为生长因子29影响发酵产率的因素有哪些。培养基 碳源 氮源 无机盐 生长因子温度（首先影响酶的活性，其次影响生物合成的途径，还影响发酵液的物理性质）PH（影响酶的活性，影响细胞膜所带电荷，影响培养基某些营养物质和中间代谢物的离解，影响微生物对这些物质的利用，PH改变一起菌体代谢途径的改变使代谢产物发生变化）供氧对谷氨酸发酵的影响(谷氨酸生成期需大量的氧)CO2对发酵的影响（一般控制在13%左右，CO2含量判断发酵过程是否正常（1）提前发现噬菌体感染 在一般规律通风下 CO2迅速下跌说明污染噬菌体，菌体一死立即停止呼吸，不在放CO2（2）帮助发现染菌感染 在正常规律通风条件下，CO2连续上升，说明感染杂菌，须及早采取措施）30谷氨酸发酵过程调节pH值的方法流加尿素、液氨、添加碳酸钙法。31谷氨酸发酵不同阶段对PH的要求：前期pH7.3、中期pH7.2 、后期pH7.0 放罐pH6.832谷氨酸发酵时,出现泡沫过多,一般是什么原因,该怎样处理?原因P92原因 (1)水解糖质量不好(2)染菌；处理方法(1)改进水解糖质量(2)按染菌处理 33谷氨酸发酵过程，菌体生长缓慢或不长的原因及解决方法？原因(1)感染噬菌体 (2)培养基贫乏(3)菌种老化 (4)前期风量过大,或初尿过多抑制生长处理(1)按感染噬菌体处理(2)补料,并停搅拌(3)换种、补种(4)停搅拌、小通风34谷氨酸发酵过程，耗糖快,pH偏低, 产酸低原因及解决方法原因(1) 培养基丰富,生物素过量 (2) pH低,流尿不及时(3) 通风不足,空气短路,搅拌转速低(4) 感染杂菌处理方法(1)提高风量,提高pH(2)及时流尿,提高pH(3)提高风量,提高pH(4)按染菌处理35谷氨酸生产菌最适生长温度为？发酵谷氨酸最适发酵温度？最适合生长pH为？P101 P84谷氨酸产生菌：最适生长温度3034 最适产酸温度3537 最是适生长PH为6.58.036发酵过程中CO2迅速下降，说明污染噬菌体， CO2连续上升，说明污染杂菌37消泡方法有哪几种？消泡的方法（1）物理消泡 改变温度（2）机械消泡：消泡器（3）化学消泡 加消泡剂 天然油脂类 高碳醇脂肪酸和脂类 聚醚类 38一次高糖发酵工艺一次高糖发酵工艺1.培养基 水解糖15%-18% 玉米浆0.4-0.5% 磷酸氢二钾0.1-0.15% 硫酸镁0.04-0.06% 消泡剂0.03% 尿素0.5% pH7.0-7.239噬菌体侵染的异常现象 P114 “二高三低”即pH高、残糖高、OD值低、温度低、谷氨酸产量低(1)二级种子污染噬菌体二级种子0-3h感染噬菌体，泡沫大，pH高，种子基本不生长；6h以后感染噬菌体，泡沫多，pH偏高，种子生长较差，轻度感染或后期感染长看不出异常变化，可用快速检测法，半小时之内就能确定是否污染噬菌体。89小时感染，OD值不长，pH上升，泡沫增大，耗糖慢，不产酸等噬菌体污染现象(2)发酵前期污染噬菌体吸光度开始上升后下降，甚至48h内OD值下跌到零以下pH逐渐上升，升到8.0以上，不再下降，CO2迅速下降OD值下跌pH上升等耗糖缓慢或停止，也有时会出现睡眠病现象，发酵缓慢，周期长，提取困难产生大量泡沫，发酵液黏度大，甚至呈现黏胶状，可拔丝，发酵液发红，发灰，有刺激性气味谷氨酸产量甚少镜检时可发现菌体数量显著减少，菌体不规则，缺乏八字排列，发圆平板检查有噬菌体斑，摇瓶检查发酵液清稀，二次种子营养要求逐渐加多种龄延长送往提取车间的发酵液发红，发灰，有刺激性气味，黏度大，泡沫大精制中和时色素深，泡沫大，碱加不进去，过滤困难(3)发酵后期污染噬菌体对产酸影响不大，甚至有时竟有提高产酸的趋势40染菌的分析（1）从染菌时间分析：早期：培养基灭菌不彻底、种子带菌等；中后期：设备渗漏、空气系统。（2）从染菌类型分析：耐热的芽孢杆菌：灭菌不彻底，净化空气带菌，设备渗漏；无芽孢的球菌、酵母等：设备渗漏。（3）从染菌幅度分析：个别罐：料液或设备灭菌不彻底；大面积罐：空气系统、种子、公用设备存在染菌。41发酵染菌的预防措施。1空气的净化（1）减少滤前空气的尘粒（2）减少滤前空气的油水含量（3）保证压缩空气的温度（4）妥善装填过滤介质（5）选用高效滤材（6）保持一定的气流速度2.培养基和设备的灭菌（1）合理调配培养基（2）保证灭菌温度和时间（3）保证设备无积污和渗漏（4）保证流动蒸汽质量（5）减少泡沫（6）正确进行空气保压3.发酵设备的安装（1）防止轴封渗漏（2）合理安装罐内设备（3）合理安装管路（4）阀门的连接（5）管路的布置（6）管路的试漏（7）管路的吹洗4.培养物的移接（1）严格进行斜面和摇瓶菌种的无菌操作（2）严格进行种子罐的无菌操作42污染噬菌体后的挽救措施（1）并罐法（2）菌种轮换或使用抗性菌株（3）放罐重消法（4）罐内灭噬菌体法43提炼的概念P127将谷氨酸生产菌在发酵过程中积累的L-谷氨酸从发酵液中提取出来，再进一步中和，除铁、脱色、加工精制成谷氨酸单钠盐（俗称味精）的过程称为谷氨酸的提炼44生产上选择谷氨酸提取工艺的原则是：工艺简单、操作方便、所用原材料价格低廉，来源丰富、提取收率高、产品纯度高、劳动强度小、尽量不造成或减少环境污染。45谷氨酸提取的主要方法有哪几种？1.等电点法2.离子交换法3.金属盐法4.离子交换膜电渗析法46谷氨酸等电点法提取最后调PH为？3.03.2锌盐法提取谷氨酸最后调PH为？一步锌盐法 2.4 等电点锌盐法2.847影响谷氨酸结晶的因素。菌体 Glu的含量温度（温度越低，溶解度越小，有利于结晶）加酸速度及放罐pH（操作时一定要缓慢，控制pH缓慢下降）起晶方式（自然起晶和加晶种起晶）搅拌（是液体不断翻动从而达到溶液温度和pH均匀一致）残糖（在结晶时，这些残唐会沉淀析出，这不仅增大谷氨酸浓度，容易以-型晶体析出）其它副产物杂菌和噬菌体糖液质量发酵液放罐pH（发酵后期pH偏碱或偏酸，对谷氨酸结晶非常不利）48Glu结晶有哪几种晶形，俗称的轻质谷氨酸属于哪种晶形。-型晶体和-型晶体 俗称的轻质谷氨酸属于-型晶体 -型晶体理想结晶 避免形成-型晶体49理论交换容量、工作交换量与有效交换量的定义。P143（1） 理论交换量是指树脂交换基团中所有可交换离子全部被交换时的交换量，也就是离子交换树脂全部可被交换离子的物质的量，称理论交换量。（2） 工作交换量：树脂处在工作状态下的实际交换量称为工作交换量，是在一定条件下测得的（3） 有效交换量:将工作交换量减去洗脱时损失的交换量，其差值成为有效交换量交换率=有效交换量/全交换量50离子交换树脂与这些离子的交换能力各不相同，这主要取决于该离子的相对浓度，以及该离子对交换树脂的亲和力。强酸性阳离子交换树脂对谷氨酸发酵液中各种离子亲和力大小Ca2+Mg2+K+NH4+Na+AlaLeuGluAsp51离子交换树脂的离交过程有五步，非别为？P145（1） 溶液中谷氨酸离子通过溶液向树脂表面扩散（2） 谷氨酸离子穿过树脂表面向树脂内部扩散（3） 谷氨酸离子与树脂上活性基团的可交换离子氢离子进行离子交换（4） 交换下来的氢离子从树脂内部像树脂表面扩散（5） 氢离子从树脂表面扩散到溶液中52结柱的定义及离子交换树脂提取谷氨酸时，产生结柱现象的原因及防止方法。原因：（1）上柱液谷氨酸含量高（2）洗脱剂浓度高（3）树脂破碎或菌体等杂质干扰防止方法：（1）调换破碎树脂（2）控制洗脱剂浓度（3）上柱完毕，自来水反洗除菌体（4）结柱后，必须彻底 处理树脂53洗脱谷氨酸时，可以用NaOH或NaCl作为洗脱剂，也可混合使用。54清洁生产清洁生产是一种新的创造性的思想，该思想将整体预防的环境战略持续应用于生产过程、产品和服务中，以增加生态效率和减少人类及环境的风险。55谷氨酸发酵废液的主要成分。P199（1） 无机盐，如钾离子，铵离子镁离子，还有残糖，色素等（2） 菌体，蛋白质等固形物质悬浮物，其中湿菌体含量为5080/L（3） 微量的微生物代谢副产物，有机酸类，有乳酸，琥珀酸等，（4） 残糖10g/L一下56发酵废母液提取菌体蛋白方法。P204（1） 高速离心分离法 利用菌体与溶液的密度差加以分离（2） 絮凝沉降法 利用加入絮凝剂是菌体呈絮状基团，密度增大下沉（3） 膜分离法 菌体被截留57味精的生理作用(1)合成其他氨基酸（2）作为脑组织的能源（3）降低血液中氨中毒（4）转化为糖58谷氨酸中和时中和剂的选择与用量。生产上要求使用含盐分少的碳酸钠或固体氢氧化钠进行中和中和时纯碱用量：1mol碳酸钠可中和2mol谷氨酸，即106g碳酸钠可中和147*2=294g谷氨酸即每种中和100g谷氨酸需要36.1g碳酸钠，才能达到谷氨酸完全中和59谷氨酸中和液中色素的来源淀粉制糖、培养基灭菌、发酵液浓缩等。60谷氨酸中和液脱色方法有哪几种。活性炭脱色、树脂脱色61谷氨酸中和液脱色时，粉末活性碳和颗粒活性碳各自特点。62制取谷氨酸钠需要活性炭脱色,脱色的好坏与活性炭的再生好坏直接相关,再生时需用NaOH和HCL处理的目的是什么？氢氧化钠解吸附在炭中的色素，4%的氢氧化钠 盐酸解吸附在炭中的铁离子4%的盐酸P17918063谷氨酸中和液中铁离子的来源及存在形式。1.铁离子的来源 原辅材料不纯、设备腐蚀而游离出来较多的铁离子等2.铁的存在形式 Fe2+、 Fe3+64目前国内除铁、锌离子的方法 .硫化钠法 .树脂除铁65结晶的过程分三个阶段，分别为：形成过饱和溶液、晶核的形成、晶体的长大66起晶的概念及方法。晶核的形成叫做起晶起晶方法 自然起晶 刺激起晶 晶种起晶67饱和溶液、过饱和溶液和过饱和系数概念。P185饱和溶液:晶体的溶解和析出处于平衡状态，溶解速度=晶析速度 晶体大小基本不变，溶液浓度不变过饱和溶液：晶体从溶液中析出，晶析速度溶解速度，自然形成新晶核，并且晶粒能长大之至溶液降至饱和溶液过饱和系数：过饱和溶液中溶质的浓度同温度同条件下饱和溶液中溶质的浓度之比 68工业上谷氨酸溶液浓缩得方法主要有？ 常压蒸发 减压蒸发69饱和曲线和过饱和曲线将图分为三个区域，分别为：？析晶操作一般要求在那个区域？P186稳定区 （不饱和溶液）亚稳定区（饱和溶液） 不稳定区（过饱和溶液） 析晶操作一般要求在不稳定区（）70味精结晶的具体操作过程可分为：浓缩、起晶、整晶、育晶、养晶等几个阶段。71养晶的作用。（1）溶解伪晶（2）调节浓度72味精干燥方法有：箱式烘房、真空箱式干燥、气流干燥、传送带式干燥、震动床式干燥。73味精溶解后浑浊的原因及解决措施（1）产生原因硫化钠过量消泡剂过量 含有DL-谷氨酸钠 原材料质量差（2）解决措施中和、结晶操作规范 控制硫化钠质量和用量控制消泡剂用量 控制原材料质量74味精带有颜色的原因及解决措施产生原因味精发黄 料液脱色不彻底，带有色素；味精分离不干，母液带入味精，使色素增加；味精干燥温度过高或过长，引起焦化变质；洗活性炭中残留谷氨酸钠时，将被吸附的色素解析出来；烘盘布清洗不干净，出现底层发黄味精发红 母液除铁不干净；母液接触铁器或味精将诶出铁器；活性炭再生不完全，铁离子没清除彻底味精发灰发青 发灰：活性炭带入味精中 发青：硫化钠过量味精久放变黄 料液除铁不彻底，带入成品；谷氨酸含残糖高，带入成品解决措施 加强脱色操作；加强结晶操作，合理控制参数；加强分离操作；采用振动式干燥器；采用树脂除铁；提高谷氨酸质量；控制好硫化钠用量75味精发臭的原因及解决措施产生原因：室内卫生差，母液染菌变质，带入味精；活性炭渣子和洗水没及时处理，导致杂菌繁殖；母液存放时间长或存放母液的容器长时间没用清洗，杂菌繁殖；全中和操作时泡沫溢出，回收时带入杂菌；湿谷氨酸堆放时间长，长菌霉变 解决措施 搞好环境卫生；母液和湿谷氨酸及时处理；设备及时清洗76强力味精是哪些呈味核苷酸按不同比例与谷氨酸钠混合制成的添加了5-鸟苷酸、5-肌苷酸，或两者的混合物77